用于非隔离LED恒流驱动电源的调光电路及照明控制装置的制作方法

用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路及照明控制装置
技术领域
1.本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路及照明控制装置。


背景技术：

2.常见的支持pwm(pulse width modulation,脉冲宽度调制)信号的非隔离led恒流驱动电源的调光电路，如图1所示。在该调光电路中，驱动芯片根据预设的算法控制功率电感t1的峰值电流和相应的开启延时，最终使得led灯串的输出电流和输入至驱动芯片的脉冲宽度调制信号的占空比成线性关系。为了能够实现更深的调光深度，在脉冲宽度调制信号的占空比为较大时，调光电路工作于电感电流临界模式，如图2所示，根据脉冲宽度调制信号调节功率电感t1的峰值电流，以实现调光目的。而在脉冲宽度调制信号的占空比为较小时，调光电路工作于电感电流断续模式，如图3所示，通过控制死区时间段(即脉冲宽度调制信号响应时间段，为一种保护时间段)的长度，以实现调光目的。
3.如图4所示，当调光电路工作于电感电流断续模式下，控制死区时间段的大小可以改变led灯串的输出电流。理想情况下，开关管q1在图4所示的a点时刻导通时所对应的输出电流比b点时刻导通时所对应的输出电流大。然而，实际上，开关管q1和续流二极管d2均关断于死区时间段内，功率电感t1、开关管q1的分布电容cds和续流二极管d2的结电容发生谐振；且由于a点时刻谐振电流为负向，会减少输出电流，b点时刻谐振电流为正向，会增大输出电流。因此有可能存在b点时刻的导通电流比a点时刻的导通电流大的情况，进而会影响了调光的线性度，尤其是调光电路为低光亮工作时，上述的影响特别明显。当调光渐亮或渐灭的过程中，会出现亮度非线性的变化，这种非线性的变化在视觉上表现为调光抖动，给用户的体验感比较差。
4.因此，需要对现有技术问题提出解决方法。


技术实现要素：

5.本发明提供一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路及照明控制装置，旨在通过功率电感并联负载或通过与功率电感耦合的辅组绕组并联负载，以消耗谐振能量，从而降低谐振对调光的影响。
6.根据本发明的一方面，本发明的一实施例提供了一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路，所述调光电路与led负载电连接，所述调光电路包括：功率模块和与所述功率模块相连的驱动模块；所述功率模块用于将输入电压转为负载电压，以驱动led负载；所述功率模块包括开关管、续流二极管和变压器，所述开关管和所述续流二极管的公共节点与所述变压器相连；所述驱动模块与所述功率模块中的开关管电连接，所述驱动模块用于控制所述开关管的导通或截止，以对led负载进行恒流驱动和调光；所述调光电路还包括第一负载，所述第一负载耦接于所述变压器，用于消除所述变压器与所述开关管和所述续流二极管之间所产生的谐振能量。
7.可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动模块包括驱动电源芯片，其中所述驱动电源芯片用于接收脉冲宽度调制信号和工作模式控制信号，当工作模式控制信号为线性调光模式控制信号，工作于线性调光模式，并且将所述脉冲宽度调制信号转换为线性电压信号，以及通过线性电压信号调整led负载的输出电流；当工作模式控制信号为断续模式控制信号，工作于断续模式，并且基于所接收的脉冲宽度调制信号产生频率信号以提供至所述变压器，以及通过脉冲宽度调制信号调整led负载的输出电流。
8.可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一负载并联于所述变压器的初级绕组。
9.可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一负载并联于所述变压器的次级绕组。
10.可选地，在本发明的一些实施例中，所述调光电路还包括开关模块，所述开关模块的一端与所述第一负载的第一端连接，所述开关模块的另一端与所述变压器的次级绕组的一端连接；所述开关模块用于控制所述第一负载在特定时段内为导通状态。
11.可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动模块的驱动电源芯片包括脉冲宽度调制引脚和通信引脚，所述pwm引脚用于接收脉冲宽度调制信号，所述通信引脚用于接收工作模式控制信号。
12.可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动模块的驱动电源芯片包括驱动引脚，所述驱动引脚与所述开关管的控制端连接，所述开关管的第一端连接所述变压器的初级绕组的一端，所述变压器的初级绕组的另一端连接led负载的阴极；所述驱动电源芯片用于当工作在断续模式下，将产生的频率信号经过开关管提供给所述变压器。
13.可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动模块的驱动电源芯片包括rc积分电路，所述rc积分电路用于当驱动电源芯片工作在线性调光模式下所接收到的脉冲宽度调制信号转换为线性电压信号，若脉冲宽度调制信号的占空比增大，则转换的线性电压信号值增大，led负载的输出电流增大。
14.可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动模块的驱动电源芯片包括采样引脚，所述采样引脚的一端分别与采样电阻的一端和所述开关管的另一端连接，所述采样电阻的另一端接地；所述驱动电源芯片用于当工作在线性调光模式下，利用采样引脚检验采样电阻上的峰值电流，以检测出led负载的平均电流。
15.可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动模块的驱动电源芯片包括采样引脚，所述采样引脚的一端分别与采样电阻的一端和所述开关管的另一端连接，所述采样电阻的另一端接地；所述驱动电源芯片用于当工作在断续模式下，利用采样引脚检验采样电阻上的峰值电压，对采样电阻上的峰值电压进行放大，并且经过rc积分电路处理后，计算得到led负载的平均电流。
16.可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动模块的驱动电源芯片包括零电流检测引脚，所述零电流检测引脚的一端通过零电流检测电阻与所述变压器的次级绕组的一端连接。
17.可选地，在本发明的一些实施例中，所述功率模块还包括：第一电容和第二电容，所述第一电容的一端连接至所述功率模块的输入端，所述第一电容的另一端接地；所述第二电容的一端分别与所述续流二极管的阴极和所述led负载的阳极连接，所述第二电容的另一端分别与所述变压器的初级绕组的另一端和所述led负载的阴极连接。
18.可选地，在本发明的一些实施例中，所述开关管为功率场效应管，所述功率场效应
管的栅极与所述驱动模块的驱动电源芯片的驱动引脚相连，所述功率场效应管的漏极与所述续流二极管的阳极连接，所述功率场效应管的源极分别与驱动电源芯片的采样引脚和采样电阻的一端连接。
19.根据本发明的又一方面，本发明一实施例提供了一种照明控制装置，所述照明控制装置包括本发明任一实施例所述的调光电路、led负载和控制端；所述调光电路用于接收控制端所发送的调光控制信号，并通过调光控制信号调整led负载的输出电流。
20.本发明实施例所述用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路及照明控制装置旨在通过第一负载并联变压器(初级绕组的功率电感)或通过第一负载并联于变压器耦合的辅组绕组，以消耗谐振能量，从而降低谐振对调光的影响。进一步地，通过增设开关模块以控制第一负载的导通时刻，即选择在特定时间内导通，从而能够降低第一负载的损耗。
附图说明
21.下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
22.图1为现有技术中的用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路的电路示意图。
23.图2为图1所示的调光电路工作于电感电流临界模式。
24.图3为图1所示的调光电路工作于电感电流断续模式。
25.图4为图3所示的当工作于电感电流断续模式，开关管和续流二极管所在的死区时间段的情况。
26.图5为本发明一实施例提供的一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路的电路示意图。
27.图6为图5所示的调光电路中的初级绕组的功率电感并联第一负载后的波形示意图。
28.图7为本发明另一实施例提供的一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路的电路示意图。
29.图8为图7所示的调光电路中的次级绕组并联第一负载后的波形示意图。
30.图9为本发明又一实施例提供的一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路的电路示意图。
31.图10为本发明一实施例提供的一种照明控制装置的结构示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.文中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
36.图5为本发明一实施例提供的一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路的电路示意图。
37.参阅图5所示，本发明的一实施例提供了一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路，所述调光电路1000与led负载电连接，所述调光电路1000包括：功率模块110和与所述功率模块110相连的驱动模块120。所述功率模块110用于将输入电压转为负载电压，以驱动led负载；所述功率模块110包括开关管q1、续流二极管d2和变压器t1，所述开关管q1和所述续流二极管d2的公共节点与所述变压器t1相连；所述驱动模块120与所述功率模块110中的开关管q1电连接，所述驱动模块120用于控制所述开关管q1的导通或截止，以对led负载进行恒流驱动和调光；所述调光电路1000还包括第一负载r1，所述第一负载r1耦接于所述变压器t1，用于消除所述变压器t1与所述开关管q1和所述续流二极管d2之间所产生的谐振能量。此外，led负载可以时多个led经过组合后形成的，如经过串联或者并联后的led组合，本发明的实施例对此并不做具体限定。
38.本发明实施例所述用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路1000通过第一负载r1耦接于变压器t1，以消耗所述变压器t1与开关管q1和续流二极管d2之间所产生的谐振能量，从而降低谐振对调光的影响。
39.以下将结合附图，进一步描述该调光电路1000。
40.在本发明的一些实施例中，所述驱动模块120包括驱动电源芯片u1。所述驱动电源芯片u1用于接收脉冲宽度调制pwm信号和工作模式控制信号。当工作模式控制信号为线性调光模式控制信号，工作于线性调光模式，并且将所述脉冲宽度调制pwm信号转换为线性电压信号，以及通过线性电压信号调整led负载的输出电流。当工作模式控制信号为断续模式控制信号，工作于断续模式，并且基于所接收的脉冲宽度调制信号产生频率信号以提供至所述变压器t1，以及通过脉冲宽度调制pwm信号调整led负载的输出电流。进一步地，驱动电源芯片u1所接收到脉冲宽度调制信号和工作模式控制信号为由一微控制单元(图中未示)在接收到用户的调光控制信号后而相应产生的。该微控制单元在分析出调光控制信号对应的调光功率大于预设功率时产生线性调光模式控制信号(即驱动电源芯片u1工作于线性调光模式)。而该微控制单元在分析出调光控制信号对应的调光功率小于预设功率时产生断续模式控制信号(即驱动电源芯片u1工作于断续模式)，并控制变压器t1的工作频率介于预设频率范围。这样，通过将线性调光模式和断续模式相结合以有效地消除变压器t1所产生的噪音。且，断续模式还可以有效地增加调光深度，提升用户的照明体验。此外，通过将变压
器t1的工作频率调整至预设频率范围，可以保持电源电路的良好emi(electronic magnetic interference,电磁干扰)性能和良好的效率特性。
41.在本发明的一些实施例中，所述驱动模块120的驱动电源芯片u1包括脉冲宽度调制pwm引脚和通信引脚(图中未示)，所述pwm引脚用于接收脉冲宽度调制信号，所述通信引脚用于接收工作模式控制信号。
42.在本发明的一些实施例中，所述驱动电源芯片u1包括驱动引脚gd，所述驱动引脚gd与所述开关管q1的控制端连接，所述开关管q1的第一端连接所述变压器t1的初级绕组的一端(即初级绕组的同名端a)，所述变压器t1的初级绕组的另一端(即初级绕组的异名端)连接led负载的阴极。所述驱动电源芯片u1用于当工作在断续模式下，将产生的频率信号经过开关管q1提供给所述变压器t1。进一步而言，驱动电源芯片u1工作在断续模式下时，可以将产生的预设范围的频率信号发送给开关管q1，加载到开关管q1上的频率即变压器t1的工作频率，于是，开关管q1可以将频率信号提供给变压器t1。此外，在部分实施例中，在驱动引脚gd和开关管q1的控制端之间可以设置驱动电阻。
43.在本发明的一些实施例中，所述驱动电源芯片u1包括rc积分电路(图中未示)，所述rc积分电路用于当驱动电源芯片u1工作在线性调光模式下所接收到的脉冲宽度调制信号转换为线性电压信号，若脉冲宽度调制信号的占空比增大，则转换的线性电压信号值增大，从而使得预设基准电压增大，进而控制led负载的输出电流增大。其中，预设基准电压是预先设置在驱动电源芯片u1内部的电压值，本发明实施例对其具体数值不做限定。该rc积分电路所输出的信号可以与输入至其中的信号的时间积分值成比例。
44.在本发明的一些实施例中，所述驱动电源芯片u1包括采样引脚cs，所述采样引脚cs的一端分别与采样电阻rcs的一端和所述开关管q1的另一端连接，所述采样电阻rcs的另一端接地。所述驱动电源芯片u1用于当工作在线性调光模式下，利用采样引脚cs检验采样电阻rcs上的峰值电流，以检测出led负载的平均电流。
45.而在本发明的其他一些实施例中，所述驱动电源芯片u1包括采样引脚cs，所述采样引脚cs的一端分别与采样电阻rcs的一端和所述开关管q1的另一端连接，所述采样电阻rcs的另一端接地。所述驱动电源芯片u1用于当工作在断续模式下，利用采样引脚cs检验采样电阻rcs上的峰值电压，对采样电阻rcs上的峰值电压进行放大，并且经过rc积分电路处理后，计算得到led负载的平均电流。
46.在本发明的一些实施例中，所述驱动电源芯片u1包括零电流检测引脚zcd，所述零电流检测引脚zcd的一端通过零电流检测电阻rzcd与所述变压器t1的次级绕组的一端(次级绕组的同名端b)连接。当所述驱动电源芯片u1内的过零检测模块(图中未示)检测到与零电流检测引脚zcd相连的变压器t1的次级绕组(即次级绕组的电感)已放电至零时，产生一过零检测信号发送所述驱动电源芯片u1内的控制逻辑模块(图中未示)，使得控制逻辑模块发生复位。于是控制逻辑模块发送导通信号至开关管q1，以重新导通开关管q1。
47.如图5所示，在本实施例中，所述功率模块110还包括：第一电容c1和第二电容c2。所述第一电容c1的一端连接至所述功率模块110的输入端，所述第一电容c1的另一端接地。所述第二电容c2的一端分别与续流二极管d2的阴极和所述led负载的阳极连接，所述第二电容c2的另一端分别与所述变压器t1的初级绕组的另一端(初级绕组的异名端)和所述led负载的阴极连接。
48.需说明的是，所述开关管q1为功率场效应管，所述功率场效应管的栅极与所述驱动模块120的驱动电源芯片u1的驱动引脚gd相连，所述功率场效应管的漏极与续流二极管d2的阳极连接，所述功率场效应管的源极分别与驱动电源芯片u1的采样引脚cs和采样电阻rcs的一端连接。
49.如本文背景技术所述，当开关管q1和续流二极管d2均关断于死区时间段内，变压器t1的初级绕组(即功率电感)和开关管q1的分布电容cds、续流二极管d2的结电容发生谐振，因此，在本实施例中，设计了与变压器t1耦接的第一负载r1。
50.结合图5和图6所示，图5为本发明一实施例提供的一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路的电路示意图。图6为图5所示的调光电路中的初级绕组的功率电感并联第一负载后的波形示意图，其中，i(l1)表示流经变压器t1的初级绕组(功率电感l1)的电流，v(vds)表示开关管q1的源漏极两端电压，全文相同。
51.在该实施例中，所述第一负载r1并联于所述变压器t1的初级绕组(即功率电感)。这样，通过第一负载r1可以消耗谐振能量，使得振幅大幅减小，消除了调光抖动的问题，即达到如图6所示的效果。
52.结合图7和图8所示，图7为本发明另一实施例提供的一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路的电路示意图。图8为图7所示的调光电路中的次级绕组并联第一负载后的波形示意图。
53.在该实施例中，所述第一负载r1并联于所述变压器t1的次级绕组(即次级绕组的电感)。这样，通过第一负载r1可以消耗谐振能量，使得振幅大幅减小，消除了调光抖动的问题，即达到如图6所示的效果。
54.进一步地，在本发明的一些实施例中，如图9所示，图9为本发明又一实施例提供的一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路的电路示意图。所述调光电路1000还包括开关模块k1，所述开关模块k1的一端与所述第一负载r1的第一端连接，所述开关模块k1的另一端与所述变压器t1的次级绕组的另一端(次级绕组的异名端)连接；所述开关模块k1用于控制所述第一负载r1在特定时段内为导通状态。换言之，所述开关模块k1先与第一负载r1串联，串联后再与次级绕组并联。如此设计，可以通过控制开关模块k1在特定时间段内导通，即在特定时段内(例如在死区时间段)内第一负载r1为导通，从而使得第一负载r1可以消耗谐振能量，并且通过控制开关模块k1在非特定时间段内截止，即在非特定时段内(例如在非死区时间段)内第一负载r1为截止，从而避免第一负载r1在非死区时间段内增加电路的额外损耗。亦即，像这样的配置，既解决调光抖动的问题，又降低第一负载r1的损耗。
55.基于同一个发明构思，本发明一实施例还提供一种照明控制装置5000。如图10所示，所述照明控制装置5000包括本发明任一实施例所述的调光电路1000、led负载1100和控制端1200。所述调光电路1000用于接收控制端1200所发送的调光控制信号，并通过调光控制信号调整led负载1100的输出电流。其中控制端1200用于将调光控制信号发送给上文所述的微控制单元，并产生相应的脉冲宽度调制信号和工作模式控制信号至驱动电源芯片u1，或用于接收驱动电源芯片u1计算得到的led负载1100的输出功率。该控制端1200可以通过有线传输方式或无线传输方式与微控制单元或与驱动电源芯片u1之间进行信号传输。例如，若采用无线传输方式来传输信号，可以在控制端1200和微控制单元分别设置无线通信模块，以实现微控制单元接收来自控制端1200的调光控制信号，或微控制单元向控制端
1200发送led负载1100的输出功率。其中的无线通信模块可以为wifi模块、蓝牙模块等，在此不做具体限定。此外，驱动电源芯片u1还可以向控制端1200发送与驱动电源芯片u1所连接的各器件的状态，控制端1200可以通过相应的显示模块以展示驱动电源的状态。
56.需要说明的是，本发明实施例所述的调光电路1000适用于led恒流电源的应用，包括独立电源和与led负载配套的内置电源，尤其适合应用在非隔离led恒流驱动电源的调光电路中。
57.本发明实施例所述用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路及照明控制装置5000旨在通过第一负载r1并联变压器t1(初级绕组的功率电感)或通过第一负载r1并联于变压器t1耦合的辅组绕组，以消耗谐振能量，从而降低谐振对调光的影响。进一步地，通过增设开关模块k1以控制第一负载r1的导通时刻，即选择在特定时间内导通，从而能够降低第一负载的损耗。
58.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
59.以上对本发明实施例所提供的一种用于非隔离led恒流驱动电源的调光电路及照明控制装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。