一种LED调光电路、LED调光系统及调光的方法

摘要

本发明公开了一种LED调光电路、LED调光系统及调光的方法。该LED调光电路，包括：用于连接LED光源的电感线圈、与电感线圈连接的电流控制开关、充电时间控制模块、开关控制模块；所述充电时间控制模块，用于在电感电流过零时刻起，经过一个预设的第一时间间隔，向所述开关控制模块发送第一控制信号；所述开关控制模块，用于控制所述电流控制开关关断；以及，接收所述充电时间控制模块的第一控制信号，控制所述电流控制开关闭合。所述LED调光电路通过控制电感电流过零阶段的时间，实现控制LED平均电流大小，有效实现对发光亮度的调整，同时可以保证各LED光源的一致性。

说明书

技术领域

本发明涉及LED驱动领域，特别是涉及一种LED调光电路、一种LED调光系统以及LED调光的方法。

背景技术

LED光源是一种基于发光二极管的光源，具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点。随着LED技术的不断发展，LED光源得到了广泛的应用，商场、工厂及住房等场景会使用大量的LED光源作为照明或装饰，并在需要时调整这些LED光源的亮度，以便提供舒适的照明。

目前，LED光源驱动的调光方式主要采用非连续导通模式(DiscontinuousConduction Mode，DCM)。采用DCM调光方式的调光电路中，在每个发光周期(也即是电感电流周期)内，电感电流会被适当的复位(即电感电流会归零)，电流控制开关闭合时，电感电流为零，不容易出现电感饱和，因此便于对电路进行控制。但是，现有的DCM调光方式的调光电路，电路中影响电流大小的因素过多，如输入电压、输出电压，以及电感量的变化都会引起输出电流的改变，导致在电路中有多个LED光源的情况下，多个LED光源的一致性较差，每个LED光源的调光效果相差较大。因此，如何有效对多个LED光源的发光亮度进行调整，保证各LED光源的一致性，成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种LED调光电路、LED调光系统及调光的方法，以实现对各LED光源进行调光时各LED光源的一致性。

作为本发明实施例的第一个方面，本发明实施例提供了一种LED调光电路，用于连接LED光源的电感线圈、与电感线圈连接的电流控制开关、充电时间控制模块、开关控制模块；

所述充电时间控制模块，用于在电感电流过零时刻起，经过一个预设的第一时间间隔，向所述开关控制模块发送第一控制信号；

所述开关控制模块，用于控制所述电流控制开关关断；以及，接收所述充电时间控制模块的第一控制信号，控制所述电流控制开关闭合。

在一些可选的实施例中，所述的LED调光电路，还包括：过零检测模块；

所述过零检测模块连接所述电流控制开关，用于对所述电感线圈的电感电流进行过零检测，并在电感电流过零时刻向所述充电时间控制模块发送第二控制信号；

所述预设的第一时间间隔为所述第二控制信号与所述第一控制信号的时间间隔。

在一些可选的实施例中，所述充电时间控制模块，包括：第一电流源、第二电流源、第一电容、第二电容和第一电容充电控制模块；所述第二电流源的电流大小可调；所述第一电容充电控制模块分别连接所述第一电流源、第一电容和过零检测模块，所述第二电流源连接所述第二电容；

所述第一电容充电控制模块，用于控制所述第一电流源向第一电容充电，直至接收到所述过零检测模块发送的第二控制信号；

所述第二电流源，用于向所述第二电容充电，直至所述第二电容充电后的电压等于第一电容充电后的电压；

所述预设的第一时间间隔为所述第二电容的充电时间与所述第一电容的充电时间的差值。

在一些可选的实施例中，所述充电时间控制模块，还包括：电压比较模块，所述电压比较模块连接所述第一电容和第二电容；

所述电压比较模块，用于当所述第二电容充电后的电压等于第一电容充电后的电压时，向所述开关控制模块发送第一控制信号。

在一些可选的实施例中，所述电压比较模块包括：第一比较器；

所述第一电容和第二电容分别连接所述第一比较器的两个输入端，所述第一比较器的输出端连接所述开关控制模块。

在一些可选的实施例中，所述充电时间控制模块还包括：连接在所述第一比较器输出端的信号反相器。

在一些可选的实施例中，所述充电时间控制模块还包括：连接在第一电容与第一比较器之间，和/或，连接在第二电容与第一比较器之间的运算放大器。

在一些可选的实施例中，所述第一电容充电控制模块还连接所述电流控制开关，用于在接收到所述电流控制开关的控制端的高电平信号的情况下，控制所述第一电流源向第一电容充电。

在一些可选的实施例中，所述第一电容充电控制模块，包括：D触发器和充电启动开关；

所述充电启动开关连接所述第一电流源和所述第一电容；所述D触发器的

在一些可选的实施例中，所述充电时间控制模块还包括：控制器、第一放电开关和第二放电开关；

所述控制器分别连接所述第一放电开关和第二放电开关的控制端，所述第一放电开关并联所述第一电容，所述第二放电开关并联所述第二电容；

所述控制器，用于接收所述电流控制开关的控制端的高电平信号，控制所述第一放电开关和第二放电开关闭合预设时间长度，使第一电容和第二电容放电。

在一些可选的实施例中，所述开关控制模块，包括：第二比较器、RS触发器和驱动器；

所述第二比较器的两个输入端分别连接所述电流控制开关和所述参考电位，所述第二比较器的输出端连接所述RS触发器的R端；

所述RS触发器的S端连接所述充电时间控制模块，所述RS触发器的Q端连接所述驱动器的输入端，所述驱动器的输出端连接所述电流控制开关。

在一些可选的实施例中，所述电流控制开关为NMOS管，所述NMOS管的栅极连接驱动器的输出端，所述NMOS管的漏极连接所述电感线圈，所述NMOS管的源极经电流感应电阻接地，所述NMOS管的源极与电流感应电阻之间连接第二比较器的一个输入端。

在一些可选的实施例中，所述开关控制模块，具体用于在所述电流控制开关输出的第一电压与所述参考电位相等的情况下，控制所述电流控制开关关断。

在一些可选的实施例中，所述的LED调光电路，还包括，与第二电流源连接的转换器；

所述转换器根据接收的预设的调光控制信号转换得到所述第二电流源的电流。

在一些可选的实施例中，根据接收的所述预设的调光控制信号，控制所述第一电流源和第二电流源的电流的比例系数等于设定值。

作为本发明实施例的第二个方面，本发明实施例提供了一种LED调光系统，包括：至少一个LED光源和上述任一项所述的LED调光电路。

作为本发明实施例的第三个方面，本发明实施例提供了一种使用上述任一项所述的LED调光电路进行调光的方法。

本发明实施例提供的LED调光电路，通过控制电感电流过零阶段的时间，即实现调节电感电流的占空比，通过调节电感电流的占空比实现控制LED的平均电流大小，有效实现对发光亮度的调整。因此，在使用本发明实施例提供的LED调光电路，对各LED光源进行调光时，可以保证各LED光源的一致性。

进一步地，本发明实施例提供的LED调光电路，通过调节充电时间控制模块中第二电容的充电电流，实现控制电感电流的过零阶段的时间，即实现调节LED电流的占空比，通过调节LED电流的占空比实现控制LED平均电流的大小，有效实现对发光亮度的调整。由于LED调光电路中，第一电容和第二电容的大小、第一电流源的电流、电路的阈值电压以及电流感应电阻为提前设置的不变量，LED的平均电流大小仅与第二电容的充电电流的大小相关。

更进一步，第一电容与第二电容成比例，设定第二电流源为第一电流源的比例复制量，调光控制信号控制比例的大小，从而实现LED平均电流大小仅与调光控制信号大小相关，也即调光控制信号控制的是比例量，而不是绝对值。因此，在使用本发明实施例提供的LED调光电路，对各LED光源进行调光时，可以保证各LED光源的一致性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的LED调光电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的LED调光电路的结构示意图；

图3为图2所示的LED调光电路的充电时间控制模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的LED调光电路控制下的电感电流I

图5为本发明实施例提供的LED调光电路的一个具体实施方式的结构示意图；

图6为图5所示的LED调光电路的充电时间控制模块的一个具体实施方式的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的LED调光电路中电流以及各电压信号的时序图；

图8为充电时间控制模块中第二充电电流I

图9为图8所示的第二充电电流I

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

现有技术中，LED光源的驱动方式主要有连续导通模式(Continuous ConductionMode，CCM)和非连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)。CCM的调光方式中，在一个发光周期内，电感电流不会到0，也即电感不会“复位”，其成本较高，容易出现电感饱和，难以进行控制，尤其是深度调光，因此不适用于LED光源的调光，已经渐渐脱离实际应用；在DCM的调光方式中，在一个发光周期(也即是电感电流周期)内，电感电流会被适当的复位(即电感电流会归零)，功率开关闭合时，电感电流为零，但是传统的DCM的调光方式，电路中影响电流大小的因素过多，如输入电压、输出电压、电感量等变化，都会引起输出电流的变化，在电路中有多个LED光源的情况下，LED光源一致性较差，导致每个LED光源的调光效果相差较大。因此，如何有效对发光亮度进行调整，保证各LED光源的一致性，成为了亟待解决的问题。

本发明实施例针对上述现有技术存在的问题，提供了DCM的调光方式下的一种新的LED调光电路。参照图1所示，该LED调光电路包括：用于连接LED光源的电感线圈、与电感线圈连接的电流控制开关、充电时间控制模块、开关控制模块；

所述充电时间控制模块，用于在电感电流过零时刻起，经过一个预设的第一时间间隔，向所述开关控制模块发送第一控制信号；

所述开关控制模块，用于控制所述电流控制开关关断；以及，接收所述充电时间控制模块的第一控制信号，控制所述电流控制开关闭合。

本发明实施例提供的LED调光电路，通过控制电感电流的过零阶段的时间，即实现调节电感电流的占空比，通过调节电感电流的占空比实现控制LED的平均电流大小，有效实现对发光亮度的调整，因此，在使用本发明实施例提供的LED调光电路，对各LED光源进行调光时，可以保证各LED光源的一致性。

在一个实施例中，参照图2所示，所述的LED调光电路，还包括：过零检测模块；

所述过零检测模块连接所述电流控制开关，用于对电感线圈的电感电流进行过零检测，并在电感电流过零时刻向所述充电时间控制模块发送第二控制信号；

所述预设的第一时间为所述第二控制信号与所述第一控制信号的时间间隔。

为了更好的说明本发明实施例的具体实施方式，下面通过一个具体的实施例一进行详细描述如下：

实施例一

参照图2和图3所示，该LED调光电路包括：用于连接LED光源的电感线圈、与电感线圈连接的电流控制开关、充电时间控制模块、开关控制模块和过零检测模块；其中：

过零检测模块连接电流控制开关，用于对电感线圈的电感电流进行过零检测，并在电感电流过零时刻向所述充电时间控制模块发送第二控制信号；

充电时间控制模块，包括：第一电流源、第二电流源、第一电容、第二电容、第一电容充电控制模块和电压比较模块；第一电流源的电流为预设电流值，第二电流源的电流大小可调；

第一电容充电控制模块分别连接第一电流源、第一电容、电流控制开关和过零检测模块，用于在接收到所述电流控制开关高电平信号的情况下，控制第一电流源向第一电容充电，以及，直至接收到过零检测模块发送的第二控制信号，控制第一电流源停止向第一电容充电；

第二电流源连接第二电容，用于向第二电容充电，直至电压比较模块确定第二电容充电后的电压等于第一电容充电后的电压；

电压比较模块，用于当第二电容充电后的电压等于第一电容充电后的电压时，向所述开关控制模块发送第一控制信号；

所述开关控制模块，连接一个参考电位，当电流控制开关输出的第一电压与参考电位相等时，控制所述电流控制开关关断；以及，接收所述充电时间控制模块的第一控制信号，控制所述电流控制开关闭合。

在本发明实施例中，第二电容的充电时间与所述第一电容的充电时间的差值即预设的第一时间间隔，通过调整第二电流源向第二电容的充电电流的大小，就可以实现对该第一时间间隔的时间长度的设置。很显然地，如果第一电容的容值与第二电容的容值相等，为了保证第一电容的充电时间始终小于所述第二电容的充电时间，本发明实施例中需要第一电流源的电流大于所述第二电流源的电流。

上述实施例中，第一电容充电控制模块在接收到电流控制开关高电平信号的情况下，控制第一电流源向第一电容充电，其中，在本实施例中，对于电流控制开关来说，电流控制开关有电流通过时的信号为高电平信号，电流控制开关无电流通过时的信号为低电平信号。

需要说明的是，本发明实施例中，过零检测模块的具体的电路实现方式可以参照现有技术，本发明实施例中，对此不做限定。本实例中过零检测模块只要能够实现对电感电流过零点的检测的目的即可，本发明实施例中，对此不作严格限定。

本发明实施例提供的LED调光电路，通过调节充电时间控制模块中第二电容的充电电流，实现控制电感电流的过零阶段的时间，即实现调节电感电流的占空比，通过调节电感电流的占空比实现控制LED平均电流的大小，有效实现对发光亮度的调整，由于LED调光电路中，第一电容和第二电容的大小、第一电流源的电流、电路的阈值电压以及电流感应电阻为提前设置的不变量，LED的平均电流大小仅与第二电容的充电电流的大小相关，因此，在使用本发明实施例提供的LED调光电路，对各LED光源进行调光时，可以保证各LED光源的一致性。

本发明的核心思路为，在DCM的调光方式的LED调光电路中，如何控制灯的亮度其实就是控制LED平均电流的大小，而LED平均电流的大小，可以通过控制电感电流周期中电感电流过零阶段(电感电流保持为零)的时间T

其中：I

本申请实施例中，需要说明的是，公式(1)中，所述阈值电压V

由式(1)可以看出，电感电流的平均电流I

将式(2)和式(3)代入到上式(1)中可得出：

以上式(2)-(4)中，I

由上式(4)可知，由于第一电容C

更进一步，使得I

由上式(5)可知，LED的平均电流，即电感电流的平均值I

作为本发明实施例的一种具体实施方式，上述第一电容充电控制模块，包括：D触发器和充电启动开关M

在一个具体实施例中，参照图6所示，充电启动开关M

本发明实施例提供的LED调光电路，通过调整第二电流源向第二电容C2充电时的电流I

在一个具体实施例中，可以是，当第一电容C1容值与第二电容C2的容值相等时，所述第一电流源的电流I

在一个具体实施例中，可以是，参照图6所示，电压比较模块为第一比较器COMP1，在第一比较器COMP1的输出端连接信号反相器，经过信号反相器连接到开关控制模块；第一电容C

在一个具体实施例中，参照图6所示，充电时间控制模块还包括：控制器、第一放电开关M

控制器分别连接第一放电开关M

需要说明的是，本发明实施例中，控制器的具体的电路实现方式可以参照现有技术，本发明实施例中，对此不做限定。只要是能够实现检测电流控制开关M

在一个具体实施例中，参照图6所示，充电时间控制模块还包括：连接在第一电容C

在一个具体实施例中，参照图5所示，开关控制模块，包括：第二比较器COMP2、RS触发器和驱动器，电流控制开关M

在LED调光电路的一个电感电流周期中，当电流控制开关M1导通时，电流流过LED光源，电感线圈L1，电流控制开关M1以及电流感应电阻R。在此阶段，系统处于电感储能阶段。流过电流控制开关M1及电流感应电阻R的电流逐渐增大，在电流感应电阻R两端的电压Vcs也逐渐增大。当Vcs增大到与参考电位V

参照图2和图5所示，本发明实施例中，通过整流模块将外接的交流电源转换为LED光源的直流驱动电源，本发明实施例中，整流模块的具体实现方式可以采用图5所示的结构，也可以采用其他现有技术，在此不再详细介绍，本发明实施例对整流模块的具体电路实现方式不作严格限定。

为了更好的体现本发明实施例的LED调光电路对各LED光源调光一致性，下面参照图7所示的LED调光电路中电流以及各电压信号的时序图，结合图5和图6，对上述电路在一个LED调光周期(也即一个电感电流周期)中的具体实现过程进行详细说明。

参照图7可以看出，第一电容C

周期开始时，电流控制开关M

第一电流源和第二电流源分别向第一电容C

当LED调光电路中的电感电流I

由上述LED调光电路的具体实现过程的详细说明不难得出，LED调光电路中电感电流的平均电流I

在一些可选的实施例中，所述的LED调光电路，还包括，与第二电流源连接的转换器；转换器根据接收的预设的调光控制信号转换得到第二电流源的电流。本发明实施例中，转换器与第二电流源的连接关系，可以参照现有技术中的方式，在此，不做具体限定。

在一个具体实施例中，参照图8所示，第二电流源的电流I

作为本发明实施例的一个具体实施方式，根据接收的所述预设的调光控制信号，控制所述第一电流源和第二电流源的电流的比例系数等于设定值。上述的预设的调光控制信号为数字信号，第二电流源的电流I

参照图9所示，通过第一电流源VDD提供电流I

本发明技术方案可适用于多种应用场景，例如家用照明、舞台灯光等，本发明实施例对应用场景不作严格限定。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种LED调光系统，包括：至少一个LED光源和上述实施例中的LED调光电路。

关于上述实施例中的LED调光系统，其中LED调光电路的执行操作的具体方式已经在上述实施例的LED调光电路中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种使用上述实施例的LED调光电路进行调光的方法。

关于本实施例中的LED调光电路进行调光的方法，实施的具体步骤可以参照上述实施例的LED调光电路中的详细描述，此处将不做详细阐述说明。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。