开关调色温控制器、控制芯片及LED恒流驱动系统的制作方法

本实用新型涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种开关调色温控制器、开关调色温控制芯片及LED恒流驱动系统。

背景技术：

随着LED照明应用范围的不断扩大，LED照明也从最单一的照明功能逐渐向智能化，人性化和节能方向发展。为了满足人们在不同情景下对灯光的要求，具备调色温功能的LED照明灯具应运而生。

LED照明色温调节方案目前主要通过遥控或者输入开关进行调节，这两种技术中，通过输入开关调节的成本是最低的，而且无需对现有的线路进行改造，所以开关调色温方案越来越受到人们的接受。

目前现有的采用MCU实现的调色温方案或是采用控制芯片实现的调色温方案，都是非常复杂的，都需要一个检测电路对输入端的AC电源的开关动作进行检测。由于是对输入端的开关进行检测，该电路需要能够承受高压，而且输入是一个交流的电压，还需要对该电压进行整流，所以该检测电路不但要耐高压的原器件而且需要复杂的整流和滤波电路。复杂的电路不但造成驱动电源的成本增加，而且会造成驱动电源的体积增大，这对LED的推广是不利的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对现有技术中可调色温的LED驱动电路存在的问题，提供一种开关调色温控制器、开关调色温控制芯片及LED恒流驱动系统，通过开关调色温控制器控制不同色温的LED负载的导通与关闭，达到多种色温选择的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种开关调色温控制器，适用于LED恒流驱动系统，所述LED恒流驱动系统包括前级开关恒流驱动器、第一色温状态LED负载以及第二色温状态LED负载；所述控制器检测所述前级开关恒流驱动器输出的开关方波信号并生成通道开关状态切换信号；以及所述控制器根据所述通道开关状态切换信号驱动与所述第一色温状态LED负载相连的第一通道的导通或关断，和/或驱动与所述第二色温状态LED负载相连的第二通道的导通或关断。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种开关调色温控制芯片，适用于LED恒流驱动系统，所述开关调色温控制芯片包括本实用新型所述的开关调色温控制器。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种LED恒流驱动系统，包括前级开关恒流驱动器、磁性器件、整流二极管、输出电容、第一色温状态LED负载以及第二色温状态LED负载；所述前级开关恒流驱动器通过所述磁性器件与所述整流二极管的阳极电性连接，所述整流二极管的阴极电性连接所述LED恒流驱动系统的输出端，所述输出电容电性连接在所述LED恒流驱动系统的输出端与地之间；进一步包括本实用新型所述的开关调色温控制器；所述开关调色温控制器，通过采样电阻与所述整流二极管的阳极电性连接，用于检测所述前级开关恒流驱动器输出的开关方波信号，并生成通道开关状态切换信号；以及所述开关调色温控制器，第一通道电性连接所述第一色温状态LED负载，第二通道电性连接所述第二色温状态LED负载，用于根据所述通道开关状态切换信号驱动所述第一通道的导通或关断，和/或驱动所述第二通道的导通或关断，进而控制第一色温状态LED负载以及第二色温状态LED负载的导通或关闭，从而调节色温。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供的开关调色温控制器对于隔离开关检测采用间接的方式检测墙壁开关状态，通过检测前级开关恒流驱动器的工作频率识别开关状态，用于状态切换、调色温，可以屏蔽干扰，并具有一定时间的记忆功能。通过开关调色温控制器控制不同色温的LED负载的导通与关闭，达到色温选择的目的，使LED灯通过普通墙壁开关的控制，可以实现多种色温的选择。

附图说明

图1，本实用新型所述的LED恒流驱动系统的架构示意图；

图2，本实用新型所述的开关调色温控制器一实施例的示意图；

图3，本实用新型所述的输入波形检测模块一实施例的示意图；

图4，本实用新型所述的逻辑控制模块一实施例的示意图；

图5，本实用新型所述的驱动模块一实施例的示意图；

图6，本实用新型所述的内部供电模块一实施例的示意图；

图7，本实用新型所述的VDD定时模块一实施例的示意图；

图8，本实用新型所述的开关调色温控制器另一实施例的示意图。

图9，本实用新型所述的逻辑控制模块另一实施例的示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的开关调色温控制器、开关调色温控制芯片及LED恒流驱动系统做详细说明。

参考图1，本实用新型所述的LED恒流驱动系统的架构示意图。所述的系统包括前级开关恒流驱动器11、磁性器件13、整流二极管D0、输出电容C_OUT、第一色温状态LED负载LED1、第二色温状态LED负载LED2，以及开关调色温控制器12。

所述前级开关恒流驱动器11通过所述磁性器件13与所述整流二极管D0的阳极电性连接；所述整流二极管D0的阴极电性连接所述LED恒流驱动系统的输出端VOUT；所述输出电容C_OUT电性连接在所述LED恒流驱动系统的输出端VOUT与地之间。

所述开关调色温控制器12，其DET端通过采样电阻R0与所述整流二极管D0的阳极电性连接，用于检测所述前级开关恒流驱动器11输出的开关方波信号，并生成通道开关状态切换信号；以及，其第一通道D1电性连接所述第一色温状态LED负载LED1，其第二通道D2电性连接所述第二色温状态LED负载LED2，用于根据所述通道开关状态切换信号驱动所述第一通道D1的导通或关断，和/或驱动所述第二通道D2的导通或关断，进而控制第一色温状态LED负载LED1以及第二色温状态LED负载LED2的导通或关闭，从而调节色温。

图1中，输入端的AC电源接前级开关恒流驱动器11，通过磁性器件13隔离整流后驱动开关调色温控制器12，开关调色温控制器12通过检测前级的开关信号的幅度与高低电平的时间来检测开关状态，再控制输出通道的开关，控制器每次开始工作开启不同的通道，实现开关调色调光，实现色温的调节。磁性器件13可以为电感、变压器等。

优选的，所述开关调色温控制器12，其VCC端电性连接所述LED恒流驱动系统的输出端VOUT，用于接收输出端VOUT的输出电压产生VDD电压，为所述开关调色温控制器12内部模块供电。

优选的，所述开关调色温控制器12，其VDD端通过一储能电容CM接地，当开关调色温控制器12开始工作时通过VCC端产生的VDD电压为所述储能电容CM充电，当开关调色温控制器12停止工作后通过所述储能电容CM存储的VDD电压为开关调色温控制器12内部模块供电。

本实用新型对于隔离开关检测采用间接的方式检测墙壁开关状态，通过检测前级开关恒流驱动器的工作频率识别开关状态，用于状态切换、调色温，可以屏蔽干扰。如控制器首次开始工作开启第一通道，第一路LED(第一色温状态LED负载LED1)点亮；控制器第二次开始工作开启第二通道，第二路LED(第二色温状态LED负载LED2)点亮；控制器第三次开始工作第一通道、第二通道均开启，两路LED一起点亮。以下结合实施例对本实用新型所述的开关调色温控制器做进一步说明。

首先结合附图2-7给出本实用新型所述的开关调色温控制器的一实施例。

参考图2，本实用新型所述的开关调色温控制器一实施例的示意图。所述控制器20包括：输入波形检测模块21、逻辑控制模块22以及驱动模块23。

输入波形检测模块21，用于检测所述前级开关恒流驱动器输出的开关方波信号DET，当所述开关方波信号的电压大于等于第一参考电压时，输出开关信号D_clk。也即，输入波形检测模块21接收输入的方波，当方波高电平电压大于等于第一参考电压时判定为有效输入时钟，并输入到逻辑控制模块22。

参考图3，本实用新型所述的输入波形检测模块一实施例的示意图。所述输入波形检测模块21包括一运算放大器A1；所述运算放大器A1，正向输入端用于接收所述开关方波信号DET，负向输入端用于接收所述第一参考电压ref1，当所述开关方波信号DET的电压大于等于所述第一参考电压ref1时，输出端输出所述开关信号D_clk。在本实施例中，第一参考电压取值为2V。

继续参考图2，逻辑控制模块22，用于接收所述开关信号D_clk并生成通道开关状态切换信号G1、G2、ON。当ON信号为高电平时，G1高电平、G2低电平，逻辑控制模块22控制驱动模块23驱动第一通道D1导通、第二通道D2关断；G1低电平、G2高电平，逻辑控制模块22控制驱动模块23驱动第一通道D1关断、第二通道D2导通；G1高电平、G2高电平，逻辑控制模块22控制驱动模块23驱动第一通道D1、第二通道D2均导通。而当ON信号为低电平时，逻辑控制模块22控制驱动模块23驱动第一通道D1、第二通道D2均关断。

优选的，所述逻辑控制模块22接收所述开关信号D_clk并在所述开关信号D_clk中高电平的连续周期大于等于第一预设周期阈值N1时，判定所述控制器开始工作。也即，逻辑控制模块22判断控制器有连续的N1个周期的有效高电平(高电平电压大于等于第一参考电压)，则控制器确认开始工作，只有当控制器确认开始工作后，逻辑控制模块22逻辑准备切换状态，从而避免外界干扰导致逻辑误操作。N1为正整数，可以根据应用情景进行设定。

优选的，所述逻辑控制模块22接收所述开关信号D_clk并在判定所述控制器开始工作后，在所述开关信号D_clk中低电平的连续周期大于等于第二预设周期阈值N2时，判定所述控制器停止工作，并生成通道开关状态切换信号控制所述驱动模块23切换所述控制器的当前状态，等待下一次复位后所述控制器开始工作。也即，逻辑控制模块22判断控制器有连续的N2个周期的有效低电平(低电平电压小于第一参考电压)，则控制器确认停止工作；控制器确认停止工作后，逻辑控制模块22会切换控制器进入下一状态，控制驱动模块23的通道状态输出，等待下一次复位后所述控制器开始工作时即以切换后的状态开始工作。N2为正整数，可以根据应用情景进行设定。

优选的，所述逻辑控制模块22接收所述开关信号D_clk并在判定所述控制器开始工作后，在判定所述开关信号D_clk中一低电平的持续时间大于第一预设时间阈值DLY1时，生成通道开关状态切换信号控制所述驱动模块23驱动所述第一通道和所述第二通道均关闭。也即，当逻辑控制模块22判断有效输入时钟(高电平电压大于等于第一参考电压)的低电平时间不超过DLY1时，则会保持输出通道开关状态由逻辑控制模块控制切换；否则无条件关闭所有输出通道D1、D2，也即，输出通道D1、D2保持高阻态。

参考图4，本实用新型所述的逻辑控制模块一实施例的示意图；所述逻辑控制模块22包括第一计数器221、第二计数器222、低电平检测单元223、时钟信号发生器224以及通道开关状态切换信号生成单元225。

第一计数器221，用于检测所述开关信号D_clk并输出一使能信号EN至所述时钟信号发生器。在本实施例中，当所述开关信号D_clk中高电平的连续周期大于等于第一预设周期阈值N1时，所述使能信号EN为高电平。也即，第一计数器221检测D_clk信号中高电平的数量，当计数器累计到N1个周期后，输出使能信号EN为高电平，并且保持高电平。重置信号rst可以复位第一计数器221的计数，并使得输出使能EN为低电平。

低电平检测单元223，用于检测所述开关信号D_clk并输出一重置信号rst至所述第一计数器221和所述第二计数器222，以及输出通道开关状态切换信号中的通道开启驱动信号ON至所述驱动模块23。在本实施例中，当所述开关信号D_clk中一低电平的持续时间小于等于第一预设时间阈值DLY1时，所述重置信号rst为低电平，所述通道开启驱动信号ON为高电平；当所述开关信号D_clk中一低电平的持续时间大于第一预设时间阈值DLY1时，所述重置信号rst为高电平，所述通道开启驱动信号ON为低电平。重置信号rst为高电平时复位第一计数器221和第二计数器222内的计数。

时钟信号发生器224，用于当所述使能信号EN为高电平时输出时钟信号I_clk。在本实施例中，时钟信号发生器224开关频率是1/T2；当EN为高电平时，时钟信号发生器224输出内部时钟信号I_clk；当EN为低电平时，I_clk＝0，时钟信号发生器224不输出时钟信号。

第二计数器222，用于检测所述时钟信号I_clk并输出一逻辑控制信号ST_clk至所述通道开关状态切换信号生成单元225。在本实施例中，第二计数器222累计计数I_clk的低电平数量，当数量达到N2个周期后，即rst低电平持续达到N2*T2时间后，ST_clk输出上升沿并保持；当rst高电平时复位第二计数器222内计数，并使得ST_clk＝0。

通道开关状态切换信号生成单元225，用于根据所述逻辑控制信号ST_clk生成通道开关状态切换信号中的第一通道驱动信号G1以及第二通道驱动信号G2，并输出至所述驱动模块23。在本实施例中，通道开关状态切换信号生成单元225具有三个状态：ST1、ST2、ST3，ST_clk的上升沿触发后通道开关状态切换信号生成单元225切换于三个状态之间：ST1->ST2->ST3->ST1，如此循环。具体的，状态ST1为：G1高电平、G2低电平；状态ST2为：G1低电平、G2高电平；状态ST3为：G1高电平、G2高电平。通道开关状态切换信号生成单元225默认初始状态为ST1状态。当ON信号为高电平时，在通道开关状态切换信号生成单元225处于状态ST1时，逻辑控制模块22控制驱动模块23驱动第一通道D1导通、第二通道D2关断；在通道开关状态切换信号生成单元225处于状态ST2时，逻辑控制模块22控制驱动模块23驱动第一通道D1关断、第二通道D2导通；在通道开关状态切换信号生成单元225处于状态ST3时，逻辑控制模块22控制驱动模块23驱动第一通道D1、第二通道D2均导通。而当ON信号为低电平时，逻辑控制模块22控制驱动模块23驱动第一通道D1、第二通道D2均关断。

优选的，逻辑控制模块22在接收到外部低电平的复位信号Uvlo时，第一计数器221、第二计数器222、以及通道开关状态切换信号生成单元225均复位为初始状态。

继续参考图2，驱动模块23，用于接收所述通道开关状态切换信号G1、G2、ON，以驱动所述第一通道D1的导通或关断，和/或驱动所述第二通道D2的导通或关断。

参考图5，本实用新型所述的驱动模块一实施例的示意图。所述驱动模块23包括第一与门AG1、第一开关管M1、第二与门AG2以及第二开关管M2。

第一与门AG1，两输入端分别用于接收所述通道开关状态切换信号中的通道开启驱动信号ON以及第一通道驱动信号G1，输出端电性连接所述第一开关管M1的控制端；第一开关管M1，第一接入点电性连接第一通道D1的输入端，第二接入点接地。在所述通道开启驱动信号ON以及所述第一通道驱动信号G1均为高电平时，所述第一与门AG1输出高电平打开所述第一开关管M1以驱动所述第一通道D1导通，否则第一通道D1关闭。

第二与门AG2，两输入端分别用于接收所述通道开关状态切换信号中的通道开启驱动信号ON以及第二通道驱动信号G2，输出端电性连接所述第二开关管M2的控制端；第二开关管M2，第一接入点电性连接第二通道D2的输入端，第二接入点接地。在所述通道开启驱动信号ON以及所述第二通道驱动信号G2均为高电平时，所述第二与门AG2输出高电平打开所述第二开关管M2以驱动所述第二通道D2导通，否则第二通道D2关闭。

在本实施例中，第一开关管M1、第二开关管M2均采用NMOS管，NMOS管栅极作为控制端、源极作为第二接入点、漏极作为第一接入点。在其它实施例中，第一开关管M1、第二开关管M2也可以采用PMOS管、三极管等。驱动模块23通过G1、G2输入高/低电平开/关内置功率MOS管。G1高电平打开M1，D1导通，G1低电平关闭M1，D1高阻态；G2高电平打开M2，D2导通，G2低电平关闭M2，D2高阻态。以上逻辑只有当ON信号高电平时成立，否则M1、M2全部关闭，D1、D2保持高阻态。

继续参考图2，优选的，所述控制器进一步包括：内部供电模块24，用于接收所述LED恒流驱动系统输出端VOUT的输出电压产生VDD电压，为所述逻辑控制模块22供电。也即，控制器通过VCC端口接收到的电压产生VDD电压，VDD电压供电整个逻辑控制模块22。在本实施例中，内部供电模块24与地之间电性连接有储能电容CM(参考图1，储能电容CM电性连接在VDD端口与地之间)，当所述控制器开始工作时通过内部供电模块24产生的所述VDD电压为所述储能电容CM充电，当所述控制器停止工作后通过所述储能电容CM存储的VDD电压对所述逻辑控制模块22供电。也即，内部供电模块24产生VDD电压进行供电，储能电容CM进行记忆。

参考图6，本实用新型所述的内部供电模块一实施例的示意图。所述内部供电模块24包括限流电路和箝位电路。所述限流电路包括串联的限流电阻R1以及限流二极管D1，所述限流电阻R1的一端用于接收所述输出电压VCC，所述限流电阻R1的另一端电性连接所述限流二极管D1的阳极，所述限流二极管D1的阴极输出VDD电压。所述箝位电路包括至少一齐纳管D2，所述齐纳管D2的负极电性连接所述限流二极管D1的阴极，所述齐纳管D2的正极接地。输出电压VCC通过R1正向流过D1，对CM进行充电，D2将电压箝位在箝位电压VBD上(箝位电压VBD＝VDD电压-齐纳管D2的箝压Vz)。内部供电模块24的外接储能电容CM起到保持逻辑记忆时间的作用，内部供电模块24内部电路耗电ICC，则当控制器停止工作后，VCC端口接收到的电压会快速消耗到0V，控制器的逻辑靠内部供电模块24供电。

继续参考图2，优选的，所述控制器进一步包括：VDD定时模块25，用于接收所述VDD电压，并在所述VDD电压小于等于第二参考电压VL时输出复位信号Uvlo，复位所述控制器至初始状态。

参考图7，本实用新型所述的VDD定时模块一实施例的示意图。所述VDD定时模块25包括比较器A2、下拉电流源Ib、第二参考电压源ref2。比较器A2，正向输入端用于接收所述VDD电压同时通过所述下拉电流源Ib接地，负向输入端通过所述第二参考电压源ref2接地，当所述VDD电压小于等于所述第二参考电压VL时输出所述复位信号Uvlo。VDD定时模块25实现定时记忆功能，模块内下拉电流源Ib用于泄放外接储能电容CM的电荷，通过比较器A2比较VDD电压和第二参考电压VL的结果进行逻辑判断。当CM上电压从VDD泄放到参考电压VL时，比较器A2翻转，复位信号Uvlo电平从高电平翻转到低电平，则记忆复位，控制器复位所有逻辑恢复初始状态。也即Uvlo低电平复位关闭控制器内其他所有逻辑与耗电的模块。VDD定时模块25的记忆时间为：CM*(VDD-VL)/Ib，在这个记忆时间内，控制器会记忆当前状态以及切换的下一状态，下一次控制器开始工作则直接进入切换后的状态；超过这个记忆时间，控制器恢复初始状态。

接下来结合附图8-9给出本实用新型所述的开关调色温控制器的另一实施例。

参考图8，本实用新型所述的开关调色温控制器另一实施例的示意图。与图2所示实施例的不同之处在于，本实施例中，控制器内部并未设置VDD定时模块25，同时采用新的逻辑控制模块82。也即，控制器逻辑记忆时间除了使用VDD定时模块实现外，如果控制器的供电VCC能够在很长时间内(超过控制器的记忆时间)提供控制器足够的电压能量，则控制器还可以采用让控制器内部进行记忆时间的选择。

参考图9，本实用新型所述的逻辑控制模块另一实施例的示意图。与图4所示逻辑控制模块的实施例的不同之处在于，本实施例中逻辑控制模块82没有外部复位信号Uvlo的输入，但增加了第三计数器826，其它组件与图4所示逻辑控制模块的内部组件相同。

第三计数器826，用于检测所述时钟信号I_clk并输出一复位信号Uvlo至所述通道开关状态切换信号生成单元225。在本实施例中，当所述时钟信号I_clk的低电平的连续周期大于等于第三预设周期阈值N3时所述复位信号Uvlo为高电平，复位所述通道开关状态切换信号生成单元225，使得控制器恢复初始状态，否则通道开关状态切换信号生成单元225保持逻辑；第三计数器826同时接收重置信号rst，并在重置信号rst为高电平时复位内部的计数，同时使得复位信号Uvlo为低电平。也即，第三计数器826累计计数I_clk的数量，当数量达到N3个周期后，即rst信号低电平持续达到N3*T2时间后，Uvlo输出上升沿并保持；当rst高电平时复位第三计数器826内计数，并使得Uvlo＝0。其中，第三预设周期阈值N3>第二预设周期阈值N2。N2、N3为正整数，可以根据应用情景进行设定。

本实用新型提供的开关调色温控制器对于隔离开关检测采用间接的方式检测墙壁开关状态，通过检测前级开关恒流驱动器的工作频率识别开关状态，用于状态切换、调色温，可以屏蔽干扰，并具有一定时间的记忆功能。通过开关调色温控制器控制不同色温的LED负载的导通与关闭，达到色温选择的目的，使LED灯通过普通墙壁开关的控制，可以实现多种色温的选择。

本实用新型还提供了一种开关调色温控制芯片，适用于LED恒流驱动系统；所述开关调色温控制芯片内设有本实用新型所述的开关调色温控制器。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。