本發(fā)明涉及LED的亮度調(diào)節(jié)技術(shù)，具體涉及一種用于LED亮度調(diào)節(jié)的可控硅調(diào)光控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

LED(Light Emitting Diode)具有壽命長，功耗低，亮度高，體積小等多種優(yōu)點(diǎn)，是廣泛關(guān)注的新型節(jié)能照明產(chǎn)品，被譽(yù)為“21世紀(jì)新光源”。與傳統(tǒng)的白熾燈相比，LED燈具只需1/10的能耗即可實(shí)現(xiàn)相同的發(fā)光亮度，且使用壽命能延長上百倍。隨著LED技術(shù)研究的日益成熟，LED照明取代白熾燈，鹵素?zé)舻葌鹘y(tǒng)的照明方式是一種必然趨勢。

隨著節(jié)能環(huán)保概念的不斷深化及用戶在不同環(huán)境下對不同燈光的迫切需求，可調(diào)光的照明方案以其節(jié)約能耗，亮度可調(diào)，控制簡便等特性，廣泛應(yīng)用于家居，辦公，街燈，舞臺照明等領(lǐng)域。調(diào)光技術(shù)與LED照明技術(shù)相結(jié)合，將進(jìn)一步降低照明用電，節(jié)省功耗。在照明設(shè)計中，充分發(fā)揮調(diào)光作用，完全可以達(dá)到大幅度節(jié)能的目的。

在調(diào)光應(yīng)用領(lǐng)域，可控硅調(diào)光具有成本低，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，最初廣泛應(yīng)用于白熾燈等純阻性負(fù)載的調(diào)光控制電路。對于LED等非阻性負(fù)載而言，要實(shí)現(xiàn)LED亮度受可控硅調(diào)光器控制，LED驅(qū)動電源需進(jìn)行相應(yīng)的兼容性設(shè)計。此外，由于可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角受限，無法達(dá)到0°至180°的理論調(diào)節(jié)范圍，因而限制了其調(diào)光范圍。因此，LED調(diào)光控制系統(tǒng)不僅需要滿足與可控硅調(diào)光器的兼容性，同時也需實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的調(diào)光性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由于可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角受限，往往導(dǎo)致LED輸出電流的調(diào)節(jié)范圍受到限制。為了滿足基本的LED驅(qū)動電路所需滿足的高功率因數(shù)，低諧波污染及穩(wěn)定的恒流輸出等要求，同時能根據(jù)可控硅調(diào)光器對LED發(fā)光亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過引入導(dǎo)通角補(bǔ)償技術(shù)，使得在可控硅調(diào)光器調(diào)節(jié)至最大導(dǎo)通角時，輸出電流達(dá)到額定輸出電流值。通過對調(diào)光下拉電路參數(shù)的優(yōu)化，使得在可控硅調(diào)光器調(diào)節(jié)至最小導(dǎo)通角時，輸出電流達(dá)到最小值。本發(fā)明針對人眼對大電流LED發(fā)光亮度變化不敏感，而對小電流LED發(fā)光亮度變化敏感的現(xiàn)象，設(shè)計快速調(diào)光與慢速調(diào)光兩段式調(diào)光，實(shí)現(xiàn)寬調(diào)節(jié)范圍兩段式調(diào)光的調(diào)光控制系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的具體方案如下：一種用于LED亮度調(diào)節(jié)的可控硅調(diào)光控制系統(tǒng)，包括由變壓器、NMOS管M₁、原邊檢測電阻R_CS和輔助繞組構(gòu)成的反激式變換器主拓?fù)淠K以及可控硅調(diào)光器、二極管整流橋、RCD吸收電路，其特征在于：增設(shè)PFC恒流基礎(chǔ)電路和調(diào)光控制電路，PFC恒流基礎(chǔ)電路包括輸出電流估算電路、輸出電流控制電路和PFC邏輯控制電路，調(diào)光控制電路包括導(dǎo)通角檢測電路、導(dǎo)通角補(bǔ)償電路和下拉電流控制電路；可控硅調(diào)光器對輸入母線電壓進(jìn)行斬波處理，經(jīng)二極管整流橋后，一方面連接到變壓器原邊繞組正端和RCD吸收電路中電阻的一端及電容的一端，電阻及電容的另一端連接二極管的負(fù)端，二極管的正端連接原邊繞組負(fù)端和NMOS管M₁的漏端，NMOS管M₁的源端經(jīng)原邊檢測電阻R_CS接地，變壓器副邊繞組負(fù)端經(jīng)續(xù)流二極管D₀連接LED串后接地，輸出電容Co并聯(lián)在LED兩端，另一方面，二極管整流電路輸出連接到導(dǎo)通角檢測電路，導(dǎo)通角檢測電路輸出經(jīng)導(dǎo)通角補(bǔ)償電路連接下拉電流控制電路，下拉電流控制電路輸出連接輸出電流控制電路，輸出電流控制電路的輸出V_COMP連接PFC邏輯控制電路的一個輸入端，與此同時，輔助繞組反饋電壓FB同樣連接PFC邏輯控制電路的另一個輸入端，PFC邏輯控制電路產(chǎn)生三個輸出，一個輸出連接NMOS管M₁柵端，其余兩個輸出信號T_ON和T_OFF連接輸出電流估算電路，原邊檢測電阻R_CS與NMOS管M₁源端的連接端亦連接輸出電流估算電路的輸入端，電流估算電路的輸出V_CAL連接輸出電流控制電路；其中：

輸出電流估算電路用于對LED輸出電流進(jìn)行估量計算，包括傳輸門T₁、電容C₁、C₂，運(yùn)算放大器Amp1、電阻R₁、R₂以及NMOS管M₂、M₃、M₄，原邊檢測電阻R_CS兩端電壓作為輸出電流估算電路輸入信號，原邊檢測電阻R_CS與NMOS管M₁源端的連接端連接傳輸門T₁輸入端，傳輸門T₁輸出端連接運(yùn)算放大器Amp1的正輸入端并經(jīng)電容C₁接地，運(yùn)算放大器Amp1輸出端連接NMOS管M₂柵端，NMOS管M₂漏端經(jīng)電阻R₁連接電源VDD，NMOS管M₂源端經(jīng)電阻R₂接地，且反饋連接至運(yùn)算放大器Amp1負(fù)輸入端，NMOS管M₂源端還連接NMOS管M₃漏端，NMOS管M₃管源端連接NMOS管M₄管漏端，NMOS管M₄管源端接地，NMOS管M₃管與NMOS管M₄管的柵端分別連接PFC邏輯控制電路的輸出信號T_OFF、T_ON，NMOS管M3源端作為輸出電路估算電路的輸出電壓信號V_CAL并通過電容C₂接地；

輸出電流控制電路依據(jù)輸出電流估算電路的輸出電壓信號V_CAL及下拉電流I_pull控制輸出電流大小，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒流及調(diào)光控制，輸出電流控制電路包括PMOS管M₅、M₆，NMOS管M₇、M₈，運(yùn)算放大器Amp2、Amp3，電阻R₃、R₄，PMOS管M₅、M₆，NMOS管M₇、M₈，PMOS管M₅及PMOS管M₆的源端連接電源VDD，PMOS管M₅與PMOS管M₆的柵端互連并連接PMOS管M₅管漏端和NMOS管M₇漏端，NMOS管M₇源端經(jīng)電阻R₃接地，且NMOS管M₇源端反饋連接至運(yùn)算放大器Amp2負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器Amp2正輸入端連接參考電壓V_REF，PMOS管M₆管漏端連接NMOS管M₈漏端，NMOS管M₈源端經(jīng)電阻R₄接地，且NMOS管M₈源端反饋連接至運(yùn)算放大器Amp3負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器Amp3正輸入端連接輸出電流估算電路輸出信號V_CAL，此外，PMOS管M₆的漏端同時連接到下拉電流控制電路的輸出；

PFC邏輯控制電路控制系統(tǒng)工作于臨界工作模式BCM，且保證每個開關(guān)周期內(nèi)，功率MOS管的導(dǎo)通時間恒定，從而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，PFC邏輯控制電路包括比較器Comp1、Comp2、SR觸發(fā)器、電流源I_charge、電容C₃、開關(guān)S₁及S₂，電源VDD經(jīng)開關(guān)S1連接電流源I_charge正端，開關(guān)S₂與電容C₃并聯(lián)，并聯(lián)后的一端接地，并聯(lián)后的另一端連接電流源I_charge負(fù)端，比較器Comp2正輸入端連接電流源I_charge負(fù)端，比較器Comp2負(fù)輸入端連接參考電壓V_COMP，比較器Comp2的輸出DRV_R控制開關(guān)S₂的導(dǎo)通與關(guān)斷，同時，比較器Comp2的輸出DRV_R連接SR觸發(fā)器R輸入端，比較器Comp1的正輸入端接地，比較器Comp1的負(fù)輸入端接輔助繞組反饋電壓FB，比較器Comp1的輸出ZCD連接SR觸發(fā)器的S輸入端，SR觸發(fā)器Q端輸出DRV信號控制開關(guān)S₁的導(dǎo)通與關(guān)斷；

導(dǎo)通角檢測電路用于處理可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角信息并得到其導(dǎo)通角大小，導(dǎo)通角檢測電路包括分壓電阻R₅、R₆，傳輸門T₂、T₃，比較器Comp3，反相器INV1、INV2，經(jīng)斬波整流后的母線電壓TRIAC輸入給導(dǎo)通角檢測電路，經(jīng)電阻R₅、R₆分壓，電阻R₅與R₆的連接端連接比較器Comp3正輸入端，參考電壓經(jīng)傳輸門T₂、T₃后連接比較器Comp3的負(fù)輸入端，比較器Comp3的比較結(jié)果TR1經(jīng)反相器INV1輸出TR2信號，TR2信號經(jīng)反相器INV2后輸出TRI信號，該TRI信號即為導(dǎo)通角檢測電路的輸出信號，TR1與TR2控制傳輸門T₂、T₃的導(dǎo)通；

導(dǎo)通角補(bǔ)償電路通過對導(dǎo)通角進(jìn)行額外的補(bǔ)償，以解決可控硅調(diào)光器導(dǎo)通角達(dá)不到100％而引起的輸出電流無法達(dá)到最大輸出電流的缺陷，導(dǎo)通角補(bǔ)償電路包括PMOS管M₉、M₁₀、M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄、M₁₅，NMOS管M₁₆、M₁₇，傳輸門T₄，電容C₄、C₅，運(yùn)算放大器Amp4，電阻R₇、R₈、R₉，比較器Comp4以及或非門NOR1，PMOS管M₉柵端和PMOS管M₁₀柵端互連并與PMOS管M₁₁漏端及PMOS管M₁₃源端連接，PMOS管M₁₁柵端與M₁₂管柵端互連并與PMOS管M₁₃柵端、PMOS管M₁₄柵端、PMOS管M₁₅柵端以及PMOS管M₁₄漏端和PMOS管M₁₅源端連接在一起，PMOS管M₁₅漏端接地，PMOS管M₁₃管漏端連接PMOS管M₁₄管源端，PMOS管M₁₀漏端連接PMOS管M₁₂管源端，PMOS管M₁₂管漏端連接傳輸門T₄輸入端、電容C₄一端、比較器Comp4負(fù)輸入端以及NMOS管M₁₆漏端，NMOS管M₁₆源端接地，NMOS管M₁₆柵端連接復(fù)位信號，電容C₄另一端接地，傳輸門T₄輸出連接運(yùn)算放大器Amp4正輸入端和電容C₅一端，電容C₅另一端接地，運(yùn)算放大器Amp4負(fù)輸入端連接NMOS管M₁₇源端及電阻R₈一端，電阻R₈另一端連接電阻R₉一端和比較器Comp4正輸入端，電阻R₉另一端接地，比較器Comp4輸出連接或非門NOR1的一個輸入端，或非門NOR1的另一個輸入端連接導(dǎo)通角檢測電路的輸出TRI，或非門NOR1的輸出信號為導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號

下拉電流控制電路通過額定下拉電流及下拉電流占空比控制信號共同控制輸出電流大小，控制下拉電流大小實(shí)現(xiàn)當(dāng)下拉電流不變時，控制輸出電流平均值保持不變，當(dāng)導(dǎo)通角變化，下拉電流變化時，輸出電流平均值發(fā)生變化，達(dá)到LED亮度調(diào)節(jié)，下拉電流控制電路包括開關(guān)S₃，運(yùn)算放大器Amp5，NMOS管M₁₈，電阻R_P。輸出電流控制電路PMOS管M₆漏端經(jīng)開關(guān)S₃連接M₁₈管漏端，M₁₈管源端經(jīng)電阻R_P接地，運(yùn)放Amp5輸出連接M₁₈管柵端。M₁₈管源端反饋連接至運(yùn)放Amp5的負(fù)輸入端。運(yùn)放Amp5的正輸入端連接參考電壓V_REF，導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號控制開關(guān)S₃的導(dǎo)通與關(guān)斷。

反激式變換器主拓?fù)淠K，可控硅調(diào)光器，二極管整流橋，RCD吸收電路均采用成熟的已知電路結(jié)構(gòu)。

在上述導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的基礎(chǔ)上，增設(shè)導(dǎo)通角切換參考電路和導(dǎo)通角切換電路并匹配改進(jìn)的下拉電流控制電路，實(shí)現(xiàn)寬調(diào)節(jié)范圍的兩段式調(diào)光，在整個導(dǎo)通角變化范圍內(nèi)，LED的發(fā)光亮度能比較均勻的變化，依據(jù)檢測到的導(dǎo)通角信息進(jìn)行判斷并與參考標(biāo)準(zhǔn)相比較，當(dāng)導(dǎo)通角信息大于參考值時，使得流經(jīng)LED輸出電流變化較快，采用快速調(diào)光，當(dāng)導(dǎo)通角小于參考值時，使得流經(jīng)LED輸出電流變化較慢，采用慢速調(diào)光。

導(dǎo)通角切換參考電路包括PMOS管M₁₉、M₂₀、M₂₁、M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅，NMOS管M₂₆、M₂₇，傳輸門T₅，電容C₆、C₇，運(yùn)算放大器Amp6，電阻R₁₀、R₁₁、R₁₂以及比較器Comp5，PMOS管M₁₉柵端和PMOS管M₂₀柵端互連并與PMOS管M₂₁漏端及PMOS管M₂₃源端連接，PMOS管M₂₁柵端與M₂₂管柵端互連并與PMOS管M₂₃柵端、PMOS管M₂₄柵端、PMOS管M₂₅柵端以及PMOS管M₂₄漏端和PMOS管M₂₅源端連接在一起，PMOS管M₂₅漏端接地，PMOS管M₂₃管漏端連接PMOS管M₂₄管源端，PMOS管M₂₀漏端連接PMOS管M₂₂管源端，PMOS管M₂₂管漏端連接傳輸門T₅輸入端、電容C₆一端、比較器Comp6負(fù)輸入端以及NMOS管M₂₆漏端，NMOS管M₂₆源端接地，NMOS管M₂₆柵端連接復(fù)位信號，電容C₆另一端接地，傳輸門T₅輸出連接運(yùn)算放大器Amp6正輸入端和電容C₇一端，電容C₇另一端接地，運(yùn)算放大器Amp6負(fù)輸入端連接NMOS管M₂₇源端及電阻R₁₁一端，電阻R₁₁另一端連接電阻R₁₂一端和比較器Comp5正輸入端，電阻R₁₂另一端接地，比較器Comp5輸出即是導(dǎo)通角切換參考電路的輸出信號TRI_REF，上述電路結(jié)構(gòu)與導(dǎo)通角補(bǔ)償電路基本相同，只是去除了導(dǎo)通角補(bǔ)償電路中的或非門NOR1。

導(dǎo)通角切換電路包括D觸發(fā)器、反相器INV3、兩輸入與門AND1、AND2，兩輸入或門OR1，導(dǎo)通角切換參考電路輸出TRI_REF連接D觸發(fā)器輸入端，導(dǎo)通角檢測電路的輸出信號TRI經(jīng)反相器INV3連接到D觸發(fā)器時鐘端和連接到兩輸入與門AND2的一個輸入端，D觸發(fā)器的輸出Q連接兩輸入與門AND2的另一個輸入端，兩輸入與門AND2的輸出連接兩輸入或門OR1的一個輸入端，D觸發(fā)器的輸出Q非端連接兩輸入與門AND1的一個輸入端，導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號連接兩輸入與門AND1的另一個輸入端，兩輸入與門AND1的輸出連接兩輸入或門OR1的另一個輸入端，兩輸入或門OR1輸出信號TRI_P，D觸發(fā)器的Q非端輸出信號TRI_C。

改進(jìn)后的下拉電流控制電路包括開關(guān)S₄，下拉電流支路I_pull1，下拉電流支路I_pull2，開關(guān)S₄在導(dǎo)通角切換電路輸出信號TRI_C控制下選通下拉電流支路I_pull1或下拉電流支路I_pull2，分別對應(yīng)兩段式調(diào)光中的快速調(diào)光和慢速調(diào)光，下拉電流支路I_pull1與I_pull2電路結(jié)構(gòu)相同，包括運(yùn)算放大器Amp7、NMOS管M₂₈、電阻R_P1和開關(guān)S₅，輸出電流控制電路PMOS管M₆漏端經(jīng)開關(guān)S₅連接NMOS管M₂₈漏端，NMOS管M₂₈源端經(jīng)電阻R_P1接地，NMOS管M₂₈源端還反饋連接至運(yùn)算放大器Amp7的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器Amp7的正輸入端連接參考電壓V_REF，運(yùn)算放大器Amp7輸出連接NMOS管M₂₈的柵端，導(dǎo)通角切換電路的輸出信號TRI_P控制開關(guān)S₅的導(dǎo)通與關(guān)斷。

可控硅調(diào)光控制系統(tǒng)的調(diào)光過程如下：

1)導(dǎo)通角檢測電路對經(jīng)過可控硅調(diào)光器整形后的母線電壓TRIAC信號，獲得可控硅導(dǎo)通角信息TRI；

2)導(dǎo)通角切換參考電路產(chǎn)生導(dǎo)通角判斷參考標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)通角檢測電路的輸出信號與導(dǎo)通角判斷參考標(biāo)準(zhǔn)相比較；

3)依據(jù)導(dǎo)通角信息與導(dǎo)通角判斷參考標(biāo)準(zhǔn)的比較結(jié)果，選通兩端式調(diào)光的慢速調(diào)光或快速調(diào)光；

4)選取快速調(diào)光，將檢測到的導(dǎo)通角信號增加25％的占空比并取反，作為調(diào)光下拉電路的控制信號，調(diào)光下拉電路的額定下拉電流為參考電流I_REF的2.5倍；

5)選取慢速調(diào)光，將檢測到的導(dǎo)通角信號取反，直接控制下拉電流控制電路，下拉電流電路的額定下拉電流為參考電流I_REF的1.25倍；

6)下拉電流控制電路及輸出電流控制電路確保在下拉電流控制信號不變時，輸出電流恒定；下拉電流控制信號變化時，控制輸出電流變化，實(shí)現(xiàn)LED亮度調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益成果：

1)本發(fā)明通過功率因數(shù)校正(PFC)，輸出電流控制等方式，確保LED驅(qū)動電路滿足高功率因數(shù)，低諧波失真以及穩(wěn)定的恒流輸出等要求。

2)本發(fā)明通過對可控硅導(dǎo)通角進(jìn)行額外補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)LED亮度寬范圍可調(diào)。當(dāng)可控硅導(dǎo)通角達(dá)到最大值時，流經(jīng)LED電流達(dá)到額定最大電流值；當(dāng)可控硅導(dǎo)通角達(dá)到最小值時，流經(jīng)LED電流達(dá)到最小值。

3)本發(fā)明通過對調(diào)光曲線分段實(shí)現(xiàn)，且依據(jù)可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角大小，對快速調(diào)光與慢速調(diào)光進(jìn)行合理的切換，實(shí)現(xiàn)在整個調(diào)光角調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，LED的發(fā)光亮度相對比較均勻的變化。

4)本發(fā)明所采用的電路結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，且制作成本低，因而具有很高的工程實(shí)用價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于LED亮度調(diào)節(jié)的可控硅調(diào)光控制系統(tǒng)原理圖；

圖2是本發(fā)明輸出電流估算電路原理圖；

圖3是本發(fā)明輸出電流控制電路原理圖；

圖4是本發(fā)明PFC邏輯控制電路原理圖；

圖5是本發(fā)明導(dǎo)通角檢測電路原理圖；

圖6是本發(fā)明導(dǎo)通角補(bǔ)償電路原理圖；

圖7是本發(fā)明調(diào)光下拉電流控制電路原理圖；

圖8是本發(fā)明補(bǔ)償可控硅調(diào)光器導(dǎo)通角調(diào)光效果圖；

圖9是本發(fā)明兩段式調(diào)光效果圖；

圖10是本發(fā)明兩段式調(diào)光曲線參數(shù)設(shè)定圖；

圖11是本發(fā)明導(dǎo)通角切換參考信號電路原理圖；

圖12是本發(fā)明導(dǎo)通角切換電路原理圖；

圖13是本發(fā)明兩段式調(diào)光下拉電流控制電路原理圖；

圖14是本發(fā)明在不同輸入電壓下調(diào)光曲線特性。

具體實(shí)施方式

參看圖1，本發(fā)明可控硅調(diào)光控制系統(tǒng)，包括由變壓器、NMOS管M₁、原邊檢測電阻R_CS和輔助繞組構(gòu)成的反激式變換器主拓?fù)淠K以及可控硅調(diào)光器、二極管整流橋、RCD吸收電路，其特征在于：增設(shè)PFC恒流基礎(chǔ)電路和調(diào)光控制電路，PFC恒流基礎(chǔ)電路包括輸出電流估算電路、輸出電流控制電路和PFC邏輯控制電路，調(diào)光控制電路包括導(dǎo)通角檢測電路、導(dǎo)通角補(bǔ)償電路和下拉電流控制電路；可控硅調(diào)光器對輸入母線電壓進(jìn)行斬波處理，經(jīng)二極管整流橋后，一方面連接到變壓器原邊繞組正端和RCD吸收電路中電阻的一端及電容的一端，電阻及電容的另一端連接二極管的負(fù)端，二極管的正端連接原邊繞組負(fù)端和NMOS管M₁的漏端，NMOS管M₁的源端經(jīng)原邊檢測電阻R_CS接地，變壓器副邊繞組負(fù)端經(jīng)續(xù)流二極管D₀連接LED串后接地，輸出電容Co并聯(lián)在LED兩端，另一方面，二極管整流電路輸出連接到導(dǎo)通角檢測電路，導(dǎo)通角檢測電路輸出經(jīng)導(dǎo)通角補(bǔ)償電路連接下拉電流控制電路，下拉電流控制電路輸出連接輸出電流控制電路，輸出電流控制電路的輸出V_COMP連接PFC邏輯控制電路的一個輸入端，與此同時，輔助繞組反饋電壓FB同樣連接PFC邏輯控制電路的另一個輸入端，PFC邏輯控制電路產(chǎn)生三個輸出，一個輸出連接NMOS管M₁柵端，其余兩個輸出信號T_ON和T_OFF連接輸出電流估算電路，原邊檢測電阻R_CS與NMOS管M₁源端的連接端亦連接輸出電流估算電路的輸入端，電流估算電路的輸出V_CAL連接輸出電流控制電路。

參看圖2，輸出電流估算電路包括由傳輸門和電容構(gòu)成的采樣保持電路，由運(yùn)算放大器，MOSFET，電阻構(gòu)成的估算電路。經(jīng)輸出電流估算電路后，輸出電流I_OUT與輸出電流估算電路的輸出信號之間建立線性關(guān)系?？刂戚敵鲭娏鞴浪汶娐返妮敵鲂盘枺纯蓪敵鲭娏鬟M(jìn)行控制。CS為連接主拓?fù)涔β蔒OS管源端，R_CS為原邊采樣電阻，T_ON為NMOS管M₁開關(guān)周期的導(dǎo)通時間，T_OFF為相應(yīng)的關(guān)斷時間。在NMOS管M₁的一個開關(guān)周期中，當(dāng)M₁導(dǎo)通時，變壓器原邊電流由零開始線性上升，原邊采樣電阻上的電壓通過傳輸門保持到電容C₁上；當(dāng)M₁關(guān)斷時，V_{CS_SH}保持原邊采樣電阻上的峰值電壓，直到開關(guān)管下一次導(dǎo)通。V_{CS_CA}通過一個電壓跟隨器跟隨V_{CS_SH}電壓波形。V_{CS_CA}信號通過兩個分別受T_ON，T_OFF控制的開關(guān)進(jìn)行運(yùn)算，并經(jīng)過電容C₂保持濾波后，得到輸出信號V_CAL。

通過由導(dǎo)通時間與關(guān)斷時間控制的兩個MOS管及濾波電容C₂，使得V_CAL，滿足式(1)。

其中，V_{CS_P}為單個開關(guān)周期內(nèi)，原邊采樣電流的峰值，T_OFF為開關(guān)管關(guān)斷時間，T_ON為開關(guān)管導(dǎo)通時間。根據(jù)原邊反饋控制的反激式變換器電路得出輸出電流滿足式(2)。

其中，N為變壓器原邊副邊匝數(shù)比，I_{CS_P}為原邊峰值電流，R_CS為原邊采樣電阻。結(jié)合式(1)，(2)可得出式(3)。

因變壓器原邊副邊匝數(shù)比N與原邊采樣電阻R_CS的比值N/R_CS為一固定常數(shù)。由此可得，輸出電流I_OUT與輸出電流估算電路的輸出電壓信號之間建立起線性關(guān)系，對V_CAL進(jìn)行控制，即為對輸出電流I_OUT進(jìn)行控制。

參看圖3，輸出電流控制電路包括運(yùn)算放大器，NMOS及電阻構(gòu)成的電壓電流轉(zhuǎn)換電路以及PMOS電流鏡電路。通過1:1的PMOS電流鏡將參考電流支路的參考電流精確復(fù)制到輸出支路。在輸出電流支路上，輸出電流，下拉電流以及參考電流滿足基爾霍夫電流定律。通過下拉電流及輸出電流估算電路產(chǎn)生的電壓控制信號控制輸出電流大小。通過1:1的PMOS電流鏡將左側(cè)支路的基準(zhǔn)電流精確拷貝到右側(cè)支路。右側(cè)支路中，COMP腳外接較大的補(bǔ)償電容，使得在系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，COMP電壓保持相對恒定。左側(cè)電壓電流轉(zhuǎn)換支路中，V_REF為芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，通過運(yùn)算放大器，NMOS及電壓R構(gòu)成的電壓電流轉(zhuǎn)換電路，形成相應(yīng)的基準(zhǔn)電流I_REF＝V_REF/R₃；同理，右側(cè)電壓電流轉(zhuǎn)換支路中，I₂＝V_CAL/R₄，V_CAL為輸出電流估算電路輸出信號，I₂表征輸出電流的大小。電流I_pull為調(diào)光控制模塊的調(diào)光下拉電流，其大小受調(diào)光控制信號TRI_P的占空比控制。

I_REF，I₂，I_pull滿足基爾霍夫電流定律，使得三者電流滿足式(4)。

I_REF＝I₂+I_pull (4)

通過前級輸出電流估算電路的控制，V_CAL滿足式(5)。

其中R_CS為原邊采樣電阻，N為變壓器原邊副邊匝數(shù)比，I_OUT為輸出電流，V_CAL為輸出電流估算電路輸出量。結(jié)合電壓電流轉(zhuǎn)換電路的原理，電流I₂滿足式(6)。

其中，R₄為輸出電流控制電路轉(zhuǎn)換電阻，V_CAL為輸出電流估算電路輸出量，I₂為輸出電流控制電路右側(cè)支路電流。

結(jié)合式(4)，(5)，(6)可知推出輸出電流滿足式(7)

式(7)中，I_OUT為輸出電流，I_REF為參考電流，I_pull為調(diào)光下拉電流，R_CS為原邊采樣電阻，N為變壓器原邊副邊匝數(shù)比，R₄為輸出電流控制電路轉(zhuǎn)換電阻，(N*R₄)/R_CS為恒定常數(shù)。

由此可知，在電路器件參數(shù)確定條件下，輸出電流的大小只與調(diào)光下拉電流的大小有關(guān)，輸出電流隨著調(diào)光電流的增大而減小。在調(diào)光下拉電流保持不變的情況下，輸出電流保持恒定。調(diào)光下拉控制電流I_pull受可控硅導(dǎo)通角信號TRI控制，進(jìn)而通過控制可控硅導(dǎo)通角，改變I_pull電流的大小，從而調(diào)節(jié)LED電流，實(shí)現(xiàn)LED亮度調(diào)節(jié)。當(dāng)不調(diào)節(jié)可控硅調(diào)光器時，導(dǎo)通角信號保持不變，調(diào)光下拉電流保持不變，輸出電流保持恒定。

參看圖4，PFC邏輯控制電路控制系統(tǒng)工作于BCM模式下，且保證每個開關(guān)周期內(nèi)，功率MOS管的導(dǎo)通時間恒定，從而提高系統(tǒng)功率因數(shù)。PFC邏輯控制電路包括由對電容充放電形成的鋸齒波發(fā)生電路，兩個比較器以及RS鎖存器。RS鎖存器為復(fù)位信號顯性的鎖存器，即當(dāng)S，R同時有效時輸出以R有效時計算，即當(dāng)S＝1，R＝1時，輸出Q＝0。PFC邏輯控制電路利用主拓?fù)渥儔浩髟呺娏魃仙甭逝c線電壓呈正比關(guān)系，通過開關(guān)管的固定導(dǎo)通時間，實(shí)現(xiàn)原邊電流的峰值包絡(luò)呈現(xiàn)正弦特性，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。

PFC邏輯控制電路處理來自拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中輔助繞組上的電壓FB，輸出M₁管的開關(guān)調(diào)制信號DRV。當(dāng)DRV為高電平時，I_charge電流對電容C₃充電，電容電壓以固定斜率上升；當(dāng)電容電壓升至V_COMP電壓時，DRV_R信號為高電平，電容C₃上的電壓進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)DRV_R信號有效時，SR鎖存器輸出低電平，DRV＝0，功率MOS管不導(dǎo)通。M₁管不導(dǎo)通導(dǎo)致變壓器副邊繞組以一定的電壓消耗變壓器儲能，當(dāng)儲能耗盡時，輔助繞組端電壓急劇下降至負(fù)值，F(xiàn)B信號與零電平信號進(jìn)行比較，使得ZCD信號變成高電平，也即S＝1，從而使得SR鎖存器的輸出Q＝1，M₁管重新開啟。如此循環(huán)，控制系統(tǒng)工作在BCM工作模式，且當(dāng)V_COMP電壓保持不變時，由于鋸齒波上升斜率時刻保持一致，從而控制DRV的高電平時間保持一致。利用變壓器原邊電流上升斜率與線電壓呈正比的關(guān)系，通過固定開關(guān)管的導(dǎo)通時間固定，實(shí)現(xiàn)原邊電流的峰值包絡(luò)呈現(xiàn)出正弦特性實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)。

參看圖5，導(dǎo)通角檢測電路處理經(jīng)可控硅調(diào)光器斬波后的線電壓并得到其導(dǎo)通角信息。導(dǎo)通角檢測電路包括分壓電阻，傳輸門，比較器以及反相器。導(dǎo)通角檢測電路的輸入信號為經(jīng)過可控硅斬波后的線電壓即TRIAC電壓，TRIAC電壓經(jīng)電阻分壓后與參考電壓經(jīng)比較器比較后，經(jīng)反相器輸出可控硅導(dǎo)通角信息TRI。導(dǎo)通角檢測電路檢測經(jīng)可控硅斬波后的線電壓(TRIAC電壓)高于零電平的相位寬度，從而得到可控硅調(diào)光器導(dǎo)通角信息。將TRIAC高壓信號經(jīng)過電阻比例分壓之后，與低電平電壓0.15V進(jìn)行比較，得出可控硅調(diào)光器的當(dāng)前導(dǎo)通相位；另一方面，為了屏蔽電平抖動對檢測準(zhǔn)確性的影響，采用0.15V～0.35V的窗口遲滯比較器。

當(dāng)V+電壓高于0.15V時，比較器輸出高電平，TR1為高電平，TR2為低電平，V-選擇0.35V電壓，TRI輸出高電平；當(dāng)V+電平低于0.15V時，比較器輸出零電平，TR1為低電平，TR2為高電平，TRI輸出零電平。由此可知，在V+電壓高于零電平期間，TRI輸出高電平，反之則輸出零電平。經(jīng)導(dǎo)通角檢測電路處理后，TRI信號能反映出TRIAC電壓信號的相位，即反映出可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角信息。

本發(fā)明中引入導(dǎo)通角補(bǔ)償方案，從而改善由可控硅調(diào)光器導(dǎo)通角受限而引起的調(diào)光范圍受限的問題。D_MIN為調(diào)光器最小導(dǎo)通角，D_MAX為調(diào)光器最大導(dǎo)通角。補(bǔ)償方案的引入，使得當(dāng)導(dǎo)通角在最大值時，輸出電流達(dá)到額定值；當(dāng)導(dǎo)通角在最小值時，輸出電流達(dá)到最小值。如此，在有限的可控硅調(diào)光器的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電流的全量程控制。不同的可控硅調(diào)光器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的調(diào)光器的最大及最小導(dǎo)通角并不統(tǒng)一，一般而言，最大導(dǎo)通角為75％，最小導(dǎo)通角為20％，為使得本設(shè)計芯片能兼容大部分可控硅調(diào)光器，均能在調(diào)光器的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)滿量程調(diào)光，在設(shè)計過程中，令D_MAX＝75％，D_MIN＝20％。

參看圖6，導(dǎo)通角補(bǔ)償電路是提高可控硅調(diào)光范圍的核心電路，通過對導(dǎo)通角進(jìn)行額外的補(bǔ)償，以解決因可控硅導(dǎo)通角不能達(dá)到100％而引發(fā)的輸出電流無法達(dá)到最大輸出電流值的缺陷。導(dǎo)通角補(bǔ)償電路包括PMOS電流鏡，傳輸門與電壓跟隨器所組成的采樣/保持電路，比較器，或非門，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，NMOS管以及電容等。PMOS電流鏡電路對電容進(jìn)行充電，由傳輸門與電壓跟隨器所組成的采樣保持電路對充電電容的兩端電壓進(jìn)行采樣處理。采樣處理輸出與充電電容電壓經(jīng)比較器后的輸出結(jié)果與可控硅導(dǎo)通角信息TRI經(jīng)或非門處理產(chǎn)生補(bǔ)償電路輸出。NMOS管在復(fù)位信號控制下實(shí)現(xiàn)電容電壓復(fù)位。在設(shè)計中，令可控硅調(diào)光器的最大導(dǎo)通角D_MAX＝75％，也即，當(dāng)檢測到導(dǎo)通角大于75％時，對導(dǎo)通角信號進(jìn)行額外的25％占空比補(bǔ)償后，強(qiáng)制補(bǔ)償后的導(dǎo)通角占空比為100％，使得輸出電流達(dá)到最大輸出電流，提高輸出電流的亮度調(diào)節(jié)范圍。在導(dǎo)通角補(bǔ)償電路中，左側(cè)I_charge電流經(jīng)過PMOS構(gòu)成的電流鏡對電容V_C充電，由傳輸門與電壓跟隨器構(gòu)成的采樣保持電路對充電電容兩端電壓進(jìn)行采樣處理。NMOS管在Reset信號有效時，對V_C電壓進(jìn)行復(fù)位。TRI信號經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在TRI的下降沿觸發(fā)得到短暫的脈沖信號Sample。Sample信號經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在Sample信號的下降沿觸發(fā)得到短暫的脈沖信號Reset。Sample與Reset信號用于控制采樣及復(fù)位。

在導(dǎo)通角補(bǔ)償電路中，I_charge電流為電容充電，在充電的過程中，V_C電壓不斷升高，直到Reset信號有效，使得V_C電壓復(fù)位為零。在Reset電壓有效之前，先使得Sample有效，將V_C電壓的最大值存儲至采樣/保持模塊，得到峰值電壓V_CP。V_CP為V_C上的峰值電壓，經(jīng)過電壓跟隨器及3:1的電阻比例分壓之后，得到V_CP電壓的四分之一。V_CP電壓的四分之一與V_C電壓比較，其比較結(jié)果與TRI進(jìn)行與非操作，得到占空比即為TRI占空比增加25％之后并取反的結(jié)果。該信號即為經(jīng)導(dǎo)通角補(bǔ)償后的輸出信號。

參看圖7，調(diào)光下拉電流控制電路產(chǎn)生調(diào)光下拉電流，改變輸出電流大小，確保在可控硅調(diào)光器調(diào)節(jié)至最大導(dǎo)通角時，輸出電流達(dá)到最大值。在可控硅調(diào)光器調(diào)節(jié)至最小導(dǎo)通角時，輸出電流達(dá)到最小值。調(diào)光下拉電路控制電路依據(jù)不同的導(dǎo)通角，輸出不同的平均下拉電流，以實(shí)現(xiàn)對輸出電流的調(diào)節(jié)。下拉電流控制電路包括運(yùn)算放大器以及MOSFET組成電壓跟隨器，調(diào)光電阻。導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號控制MOSFET漏端開關(guān)，MOSFET源端連接調(diào)光電阻，調(diào)光電阻兩端電壓反饋至運(yùn)放負(fù)輸入端，運(yùn)放正輸入端連接控制下拉電路額定下拉電流的參考電壓。MOSFET漏源電流即為下拉電流控制電路控制下的下拉電流。調(diào)光下拉電流控制電路的運(yùn)算放大器與MOSFET組成電壓跟隨器結(jié)構(gòu)，R_p為調(diào)光下拉電阻，V_REF為控制下拉電路額定下拉電流的參考點(diǎn)電壓，為下拉電路占空比控制信號，I_pull為實(shí)際流過的平均下拉電流值。其中，額定下拉電流值為V_REF/R_p，一般，令額定下拉電流值為參考電流I_REF的K倍，通過調(diào)整不同的電阻R_p與不同的K值進(jìn)行一一對應(yīng)。

下拉電流的平均值通過額定下拉電流及下拉電流占空比控制信號共同控制，其大小如式(9)所示。

當(dāng)TRI信號占空比大于75％，即導(dǎo)通角大于75％時，TRI信號經(jīng)過補(bǔ)償后，得到控制下拉電流的占空比控制信號一直維持低電平，故此時，下拉電流為零，根據(jù)系統(tǒng)的恒流原理，此時，輸出電流達(dá)到最大值。

當(dāng)TRI信號占空比大于20％小于75％時，I_pull電流受到額定下拉電流及下拉電流占空比控制信號控制，根據(jù)不同的導(dǎo)通角，輸出不同的平均下拉電流，滿足系統(tǒng)恒流原理，以實(shí)現(xiàn)對輸出電流的調(diào)節(jié)。

當(dāng)TRI信號占空比小于20％時，要求此時輸出電流為零，也即此時的平均下拉電流等于參考電流。TRI信號經(jīng)過增加25％的占空比后，仍然必須保持在可控硅調(diào)光器在最小導(dǎo)通角的使得輸出電流為零。則，當(dāng)調(diào)光器調(diào)節(jié)至最小導(dǎo)通角時，滿足式(10)。

I_REF＝K·I_REF·(1-(20％+25％)) (10)

式(10)中，I_REF為參考電流，K·I_REF為調(diào)光下拉電流的額定下拉電流值，等式右邊為平均下拉電流，等式左邊為參考電流，得出K＝1.78。

故當(dāng)下拉電路的額定下拉電流為參考電流I_REF的1.78倍時，當(dāng)導(dǎo)通角等于20％時，輸出電流為零，當(dāng)導(dǎo)通角小于20％時，輸出電流仍舊為零，滿足設(shè)計目標(biāo)。

參看圖8，本發(fā)明經(jīng)導(dǎo)通角補(bǔ)償后的調(diào)光效果示意圖如圖8所示。當(dāng)可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角達(dá)到最大值D_MAX時，輸出電流達(dá)到額定值；當(dāng)可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角達(dá)到最小值D_MIN時，輸出電流達(dá)到最小值；在有限的可控硅調(diào)光器的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)輸出電流全量程控制。

對導(dǎo)通角補(bǔ)償電路進(jìn)行優(yōu)化，提出兩段式調(diào)光方案，即實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)通角大時，使得流過LED電流變化較快，進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，在導(dǎo)通角小時，使得流過LED電流變化較慢，進(jìn)行慢速調(diào)節(jié)。

參看圖9，兩段式調(diào)光效果示意圖如圖9所示。為保證調(diào)光控制電路對市場所售大部分可控硅調(diào)光器的兼容性，仍保證確定其最大導(dǎo)通角D_MAX，最小導(dǎo)通角D_MIN分別為75％與20％。當(dāng)導(dǎo)通角在50％-75％之間時，實(shí)現(xiàn)LED電流快速調(diào)節(jié)；當(dāng)導(dǎo)通角在20％-50％時，實(shí)現(xiàn)LED電流慢速調(diào)節(jié)。為保證在整個調(diào)光亮度中，流過LED的電流與可控硅調(diào)光角的變化保持單調(diào)性，確定在快速與慢速調(diào)節(jié)的交點(diǎn)處，流過LED電流保持一致，即當(dāng)導(dǎo)通角為50％時，流過LED電流為其額定電流的37.5％。

參看圖10中，兩段式調(diào)光曲線參數(shù)設(shè)定圖如圖10所示。橫坐標(biāo)為可控硅調(diào)光器導(dǎo)通角D，縱坐標(biāo)為流過LED電流占LED額定電流的比例，即I_OUT/I_RC。直線l₁為快速調(diào)光曲線，過點(diǎn)(35％，0％)、(50％，37.5％)及(75％，100％)，其直線方程可表示為式(11)。直線l₂為慢速調(diào)光曲線，過點(diǎn)(20％，0％)、(50％，37.5％)及(100％，100％)，其直線方程可表示為式(12)。

l₁＝2.5D-0.875；(0.5＜D＜0.75) (11)

l₂＝1.25D-0.25；(0.2＜D＜0.5) (12)

將式(11)，式(12)進(jìn)行整理，得出LED輸出電流與可控硅導(dǎo)通角之間的關(guān)系如式(13)所示。

式(13)中，I_OUT1為導(dǎo)通角在0.5～0.75之間時流過LED的輸出電流，I_OUT2為導(dǎo)通角在0.2～0.5之間時流過LED的輸出電流，I_RC為額定輸出電流。輸出電流與可控硅導(dǎo)通角之間關(guān)系如式(14)所示。

式(14)中，I_OUT為調(diào)光角在0～0.2，0.75～1之間時，流過LED的輸出電流。

根據(jù)調(diào)光下拉電路原理可知，輸出電流與調(diào)光下拉電流滿足式(15)。

式(15)中，I_pull為調(diào)光下拉電流的大小，I_REF為參考電流的大小，I_OUT為流過LED的輸出電流，I_RC為流過LED的額定電流，N為變壓器原邊副邊匝數(shù)比，R_CS為原邊采樣電阻，R_p為調(diào)光下拉電路電阻。

可控硅導(dǎo)通角的變化引起調(diào)光下拉電流的變化，進(jìn)而引起流過LED的輸出電流的變化。故而，為滿足式(14)所示輸出電流與可控硅調(diào)光角之間的關(guān)系，只需調(diào)光下拉電流與可控硅調(diào)光角之間關(guān)系滿足式(16)。

式(16)中，I_pull1為導(dǎo)通角在0.5～0.75之間時的調(diào)光下拉電流大小，I_pull2為導(dǎo)通角在0.2-0.5之間時的調(diào)光下拉電流大小，I_pull為導(dǎo)通角在0～0.2，0.75～1之間時的調(diào)光下拉電流大小，I_REF為參考電流大小，D為可控硅導(dǎo)通角，I_RC為額定輸出電流。

將式(15)，式(16)整理可得式(17)。

根據(jù)調(diào)光設(shè)計目標(biāo)可知，快速調(diào)光曲線l₁經(jīng)過點(diǎn)(0.75，1)和(0.35，0)，得到調(diào)光曲線l₁線性方程，即式(18)。

l₁＝2.5·[1-(D+0.25)] (18)

l₁調(diào)光曲線所對應(yīng)的調(diào)光下拉電流應(yīng)滿足式(19)。

I_pull1＝2.5·[1-(D+0.25)]·I_REF (19)

調(diào)光下拉電流控制電路對應(yīng)調(diào)光下拉電流滿足式(20)。

I_pull1＝D_{TRI_P}·K₁·I_REF (20)

其中，I_pull1為調(diào)光曲線l₁下的調(diào)光下拉電流，D_{TRI_P}為下拉電流控制信號占空比，K₁·I_REF為調(diào)光曲線l₁對應(yīng)的額定下拉電流，I_REF為參考電流大小。

結(jié)合式(19)，式(20)，只需使得D_{TRI_P}＝1-(D+25％)，K₁＝2.5，即可滿足調(diào)光曲線l₁的參數(shù)設(shè)定。此時，需滿足兩個對應(yīng)關(guān)系。第一，將檢測到的導(dǎo)通角信號增加25％的占空比并取反，作為調(diào)光下拉電路的控制信號；第二，調(diào)光下拉電路的額定下拉電流為參考電流I_REF的2.5倍。

根據(jù)調(diào)光曲線設(shè)計目標(biāo)可知，慢速調(diào)光曲線l₂經(jīng)過點(diǎn)(0.2，0)和(1，1)，得到調(diào)光曲線l₂線性方程，即式(21)。

l₂＝1.25·(1-D) (21)

l₂調(diào)光曲線所對應(yīng)的調(diào)光下拉電流應(yīng)滿足式(22)。

I_pull2＝1.25·(1-D)·I_REF (22)

調(diào)光下拉電流控制電路對應(yīng)調(diào)光下拉電流滿足式(23)。

I_pull2＝D_{TRI_P}·K₂·I_REF (23)

其中I_pull2為調(diào)光曲線l₂下的調(diào)光下拉電流，D_{TRI_P}為下拉電流控制信號占空比，K₂·I_REF為調(diào)光曲線l₂對應(yīng)的額定下拉電流，I_REF為參考電流。

結(jié)合式(22)，式(23)可知，只需使得D_{TRI_P}＝(1-D)，K₂＝1.25即可滿足調(diào)光曲線l₂的參數(shù)設(shè)定。此時，需滿足兩個對應(yīng)關(guān)系。第一，將導(dǎo)通角信號進(jìn)行取反，直接控制下拉電流控制電路；第二，下拉電流電路的額定下拉電流為參考電流I_REF的1.25倍。

在實(shí)現(xiàn)調(diào)光曲線l₁與調(diào)光曲線l₂的設(shè)計之后，需要根據(jù)可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角，對兩條曲線的使用進(jìn)行合理的切換。兩條曲線的切換通過判斷可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角D是否大于50％來進(jìn)行控制。當(dāng)檢測到可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角D>50％時，采用調(diào)光曲線l₁設(shè)置電路及參數(shù)；當(dāng)可控硅導(dǎo)通角D<50％時，采用調(diào)光曲線l₂設(shè)置的電路及參數(shù)。調(diào)光曲線l₁由導(dǎo)通角檢測模塊，+25％模塊，下拉電流(K₁＝2.5)模塊構(gòu)成。+25％模塊為導(dǎo)通角補(bǔ)償模塊，下拉電流(K₁＝2.5)為下拉電流控制模塊，其額定下拉電流設(shè)定為參考電流I_REF的2.5倍。導(dǎo)通角檢測模塊檢測經(jīng)過可控硅調(diào)光器斬波之后的線電壓TRIAC，得出可控硅調(diào)光器導(dǎo)通角信號TRI；TRI信號經(jīng)過+25％導(dǎo)通角補(bǔ)償模塊之后，將TRI信號的占空比增加25％，并對補(bǔ)償之后的信號取反，得到信號；最后信號控制調(diào)光角下拉電路中，輸出電流I_pull1占額定電流的比例。同理，調(diào)光曲線l₂由導(dǎo)通角檢測模塊，INV模塊及下拉電流(K₂＝1.25)模塊構(gòu)成。INV為反相器將導(dǎo)通角信號TRI進(jìn)行反相得到信號，下拉電流(K₂＝1.25)為額定下拉電流為參考電流1.25倍I_REF的調(diào)光下拉電路，信號控制下拉電流I_pull2占額定下拉電流的比例。

在兩段式調(diào)光方案中，調(diào)光曲線l₁，l₂需要判斷導(dǎo)通角D是否大于50％來進(jìn)行切換，因而需添加導(dǎo)通角D＝50％參考電路及調(diào)光曲線切換電路。導(dǎo)通角D＝50％參考電路為導(dǎo)通角切換參考信號。調(diào)光曲線切換電路，用于判斷當(dāng)前導(dǎo)通角是否大于50％，以決定選通下拉電流電路(K₁＝2.5)或下拉電流電路(K₂＝1.25)，及選定下拉電流控制信號為或

在調(diào)光控制中，當(dāng)LED電流較大時，調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角引起的LED發(fā)光亮度變化不明顯；當(dāng)LED電流較小時，調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角引起的LED發(fā)光亮度變化明顯。為了在整個調(diào)光角控制范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)比較均勻的亮度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所述兩段式調(diào)光，即當(dāng)導(dǎo)通角比較大時，使得流過LED輸出電流變化較快，進(jìn)行快速調(diào)節(jié)；當(dāng)導(dǎo)通角比較小時，使得流過LED輸出電流變化較慢，進(jìn)行慢速調(diào)節(jié)，從而使得在整個調(diào)光范圍內(nèi)LED的發(fā)光亮度能夠?qū)崿F(xiàn)比較均勻的變化。

在所述兩段式調(diào)光控制電路中，增設(shè)導(dǎo)通角切換參考電路和導(dǎo)通角切換電路，改進(jìn)相應(yīng)的下拉電流控制電路。所述的導(dǎo)通角切換參考電路產(chǎn)生導(dǎo)通角切換參考信號，所述的導(dǎo)通角切換電路在實(shí)現(xiàn)了快速調(diào)光與慢速調(diào)光的設(shè)計之后，根據(jù)可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角信息，對快速調(diào)光與慢速調(diào)光進(jìn)行合理的切換?？焖僬{(diào)光與慢速調(diào)光的切換通過判斷可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角D是否大于參考值來進(jìn)行控制。當(dāng)檢測到可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角D大于參考值時，依據(jù)快速調(diào)光來設(shè)置電路及參數(shù)；當(dāng)可控硅導(dǎo)通角D小于參考值時，依據(jù)慢速調(diào)光來設(shè)置電路及參數(shù)。

導(dǎo)通角切換參考信號電路原理圖如圖11所示。導(dǎo)通角切換參考電路包括PMOS管M₁₉、M₂₀、M₂₁、M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅，NMOS管M₂₆、M₂₇，傳輸門T₅，電容C₆、C₇，運(yùn)算放大器Amp6，電阻R₁₀、R₁₁、R₁₂，比較器Comp5，或非門。M₁₉管和M₂₀管柵端互連，源端連接電源VDD，M₂₁管的源端連接M₁₉管漏端，M₂₁管與M₂₂管柵端互連，M₂₀管漏端連接M₂₂管源端，M₁₉和M₂₀的柵端連接M₂₁漏端，M₂₁漏端連接M₂₃管源端，M₂₃管漏端連接M₂₄管源端，M₂₄管漏端連接M₂₅管源端，M₂₅管漏端接地。M₂₃管，M₂₄管和M₂₅管的柵端互連，M₂₄管漏端連接M₂₁管，M₂₂管柵端。M₂₂管漏端經(jīng)電容C₆接地，且經(jīng)傳輸門T₅接運(yùn)放Amp6正輸入端，運(yùn)放正輸入端經(jīng)電容C₇接地，運(yùn)放輸出連接M₂₇管柵端，M₂₇管漏端經(jīng)電阻R₁₀連接電源VDD，M₂₇管源端反饋連接運(yùn)放Amp6的負(fù)輸入端，接分壓電阻R₁₁、R₁₂，電阻R₁₂正端接比較器Comp5的正輸入端，電容C₆正端接比較器Comp5負(fù)輸入端，M₂₆管漏端接比較器Comp5負(fù)輸入端，源端接地，柵端連接復(fù)位信號。比較器輸出信號即為導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號。

導(dǎo)通角切換參考信號電路，輸入導(dǎo)通角信號TRI，輸出導(dǎo)通角切換參考信號TRI_REF。導(dǎo)通角切換參考信號需要時刻保持與導(dǎo)通角信號TRI的頻率一致，起始相位保持相等，且保證其占空比為50％。

TRI經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，在TRI的下降沿觸發(fā)得到短暫的脈沖信號Sample。Sample信號經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在Sample信號的下降沿觸發(fā)得到短暫的脈沖信號Reset。Sample與Reset信號用于控制采樣及復(fù)位。I_charge電流對電容充電，使得V_C電壓線性增加，V_CP采樣電容V_C上的峰值電壓并通過電壓跟隨器后進(jìn)行1:1電阻分壓，經(jīng)過1:1電阻分壓后的V_CP與電壓V_C比較，得出導(dǎo)通角基準(zhǔn)信號TRI_REF。

經(jīng)導(dǎo)通角切換參考信號電路后，能夠得到占空比為50％，與導(dǎo)通角信號TRI周期一致，相位一致的導(dǎo)通角切換參考信號TRI_REF。

根據(jù)調(diào)光曲線l₁與調(diào)光曲線l₂的設(shè)計要求，當(dāng)導(dǎo)通角大于0.5時，調(diào)光曲線l₁工作，調(diào)光曲線l₂不工作；當(dāng)導(dǎo)通角小于0.5時，調(diào)光曲線l₂工作而調(diào)光曲線l₁不工作。調(diào)光曲線l₁與l₂在下拉電流控制上存在兩點(diǎn)不同。第一，l₁對應(yīng)調(diào)光下拉電流控制信號為導(dǎo)通角信號經(jīng)過25％補(bǔ)償后的反相信號而l₂對應(yīng)的調(diào)光下拉電流控制信號為導(dǎo)通角信號直接取反信號未經(jīng)過25％補(bǔ)償；第二，l₁對應(yīng)調(diào)光下拉電路額定下拉電流為參考電流I_REF的2.5倍，而l₂對應(yīng)的調(diào)光下拉電路額定下拉電流為參考電流I_REF的1.25倍。

根據(jù)以上分析，導(dǎo)通角切換電路需對導(dǎo)通角是否大于50％進(jìn)行判斷，故導(dǎo)通角切換電路需要引入與導(dǎo)通角信號同周期且占空比為50％導(dǎo)通角切換參考信號。在整個調(diào)光角變換范圍內(nèi)，進(jìn)行調(diào)光曲線l₁，l₂的選取，實(shí)際上就是對以下兩個參數(shù)進(jìn)行選取：

(1)下拉電流控制信號。當(dāng)D>50％時，下拉電流控制信號選取當(dāng)D<50％時，下拉電流控制信號為

(2)下拉電流電路。當(dāng)D>50％時，額定下拉電流為參考電流2.5倍I_REF的下拉電流電路選通；當(dāng)D<50％時，額定下拉電流為參考電流1.25倍I_REF的下拉電流電路選通.

導(dǎo)通角切換電路實(shí)現(xiàn)在D>50％時，選擇曲線l₁；當(dāng)D<50％時，選擇曲線l₂。在整個調(diào)光范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)兩段式調(diào)光。

參看圖12，導(dǎo)通角切換電路原理圖如圖12所示。導(dǎo)通角切換電路包括D觸發(fā)器，反相器INV3，兩輸入與門AND1、AND2，兩輸入或門OR1。TRI經(jīng)反相器INV3連接到D觸發(fā)器時鐘，且連接到AND2的輸入端，D觸發(fā)器的輸出Q也連接AND2的輸入端，AND2的輸出連接OR1的輸入，D觸發(fā)器的輸出(Q非)連接AND1的輸入，導(dǎo)通角補(bǔ)償電路輸出連接與門AND1的輸入，與門AND1的輸出連接OR1的輸入?；蚍情TOR1輸出TRI_P。D觸發(fā)器的輸出(Q非)輸出TRI_C。

導(dǎo)通角切換電路為一個以D觸發(fā)器為核心的邏輯信號處理電路，處理TRI，TRI_REF及這三個信號。為經(jīng)過+25％補(bǔ)償電路后的導(dǎo)通角補(bǔ)償信號，TRI_REF為導(dǎo)通角切換參考電路產(chǎn)生的導(dǎo)通角切換參考信號，TRI為導(dǎo)通角信號。導(dǎo)通角切換電路輸出下拉電流支路選通信號TRI_C及下拉電流控制信號TRI_P。TRI_C及TRI_P這兩個導(dǎo)通角切換電路輸出信號，用于控制調(diào)光曲線兩個參數(shù)的選取，控制調(diào)光曲線在l₁，l₂之間切換。

TRI反向作為D觸發(fā)器時鐘，TRI_REF為D觸發(fā)器信號輸入。當(dāng)導(dǎo)通角大于50％時，D觸發(fā)器輸出TRI_C為高電平“1”，進(jìn)行快速調(diào)光，選通I_pull1下拉電流支路，TRI_P信號與導(dǎo)通角補(bǔ)償信號TRI_COM保持一致，D_{TRI_P}＝1-(D+25％)；當(dāng)導(dǎo)通角小于50％時，D觸發(fā)器輸出TRI_C為低電平“0”，進(jìn)行慢速調(diào)光，選通I_pull2下拉電流支路，TRI_P與TRI的反相信號保持一致，D_{TRI_P}＝1-D。其中，D_{TRI_P}為TRI_P信號的占空比，D為導(dǎo)通角TRI信號的占空比。鑒于快速調(diào)光曲線l₁，與慢速調(diào)光曲線l₂對下拉電流支路參數(shù)的不同要求，設(shè)定兩條下拉電流支路，分別滿足下拉電流(K₁＝2.5)與下拉電流(K₂＝1.25)的要求。

參看圖13，兩段式調(diào)光下拉電流電路原理圖如圖13所示。調(diào)光下拉電流電路包括開關(guān)S₄，下拉電流電路I_pull1，下拉電流支路I_pull2，下拉電流支路包括運(yùn)算放大器Amp7，NMOS管M₂₈，電阻R_P1和開關(guān)S₅。輸出電流控制電路PMOS管M₆漏端經(jīng)開關(guān)S₅連接M₂₈管漏端，M₂₈管源端經(jīng)電阻R_P1接地。M₂₈管源端反饋連接至運(yùn)放Amp7的負(fù)輸入端，運(yùn)放Amp7的正輸入端連接參考電壓V_REF，運(yùn)放Amp7輸出連接M₂₈的柵端。導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號控制開關(guān)S₅的導(dǎo)通與關(guān)斷。

I_pull1為快速調(diào)光曲線l₁對應(yīng)下拉電流，I_pull2為慢速調(diào)光曲線l₂對應(yīng)下拉電流，TRI_C為下拉電流選通信號，當(dāng)TRI_C＝1時，選通I_pull1電流，I_pull＝I_pull1；當(dāng)TRI_C＝0時，選通I_pull2電流，I_pull＝I_pull2。I_pull1，I_pull2電流大小受控制信號TRI_P的占空比調(diào)節(jié)，I_pull為流入恒流系統(tǒng)的下拉電流。

下拉電流的支路電路原理圖如圖右邊所示，額定下拉電流大小由V_REF/R_p來決定，其中，V_REF為下拉電流電路參考電壓，R_p為下拉電流電路對應(yīng)的下拉電阻。令R_p1為下拉電流(K₁＝2.5)下拉支路對應(yīng)的下拉電阻，R_p2為下拉電流(K₂＝1.25)下拉支路對應(yīng)的下拉電阻，則：

式(24)，式(25)中，V_REF為調(diào)光下拉電流的參考電壓，I_REF為系統(tǒng)的參考電流。

此時，當(dāng)D>50％時，TRI_C＝1，I_pull1支路選通，則下拉電流滿足式(26)。

當(dāng)D<50％時，TRI_C＝0，I_pull2支路選通，則下拉電流滿足式(27)。

如此，則滿足式(28)。

如此，即可完成優(yōu)化設(shè)定的兩段式調(diào)光方案。

本發(fā)明在驅(qū)動電路中采用兩段式調(diào)光方案，當(dāng)可控硅調(diào)光器調(diào)至最大導(dǎo)通角時，其最大調(diào)光電流I_MAX能達(dá)到額定電流I_RC，使得電流比I_MAX/I_RC接近100％。另一方面，通過對調(diào)光下拉電路進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，使得當(dāng)可控硅調(diào)光器調(diào)至最小導(dǎo)通角時，其最小調(diào)光電流為零，從而使得其調(diào)光比小于1％。本發(fā)明LED驅(qū)動電路與同類型小功率可調(diào)光LED驅(qū)動電路相比，具有更寬的亮度調(diào)節(jié)范圍。

參看圖14，輸入電壓分別為90V/60Hz，110V/60Hz，120V/60Hz，132V/60Hz情況下的調(diào)光曲線如圖14所示。當(dāng)導(dǎo)通角大于75％時，輸出電流均能達(dá)到額定電流500mA附近，最小調(diào)光電流均能達(dá)到零，在0％-75％調(diào)光區(qū)間均能呈現(xiàn)兩段式調(diào)節(jié)。在較大調(diào)光電流時調(diào)節(jié)較快，在較小調(diào)光電流時調(diào)節(jié)較慢，滿足兩段式調(diào)光的目標(biāo)。在相同的導(dǎo)通角下，輸入電壓不同，對應(yīng)的輸出電流存在少許的波動。整體而言均能滿足調(diào)節(jié)范圍寬，兩段式調(diào)光的目標(biāo)。

本發(fā)明實(shí)例達(dá)到以下效果：

效率η：76％

功率因數(shù)PF：0.995

額定電流I_RC：510mA

最大調(diào)光電流I_MAX：516mA

最小調(diào)光電流I_MIN：0

電流比I_MAX/I_RC：100％

調(diào)光比I_MIN/I_MAX：1％。