相控调光的ＬＥＤ驱动器及其驱动方法技术

本发明专利技术涉及一种电源控制方法及装置，旨在提供一种用于相控调光的ＬＥＤ驱动器及其驱动方法。该ＬＥＤ驱动器包括：输入端、耦接至输入端的相控调光器、耦接至相控调光器的整流桥、耦接至整流桥的转换器；耦接至控制器的第三绕组。本发明专利技术能够实现ＬＥＤ负载的相控调光，无须死负载，在隔离输出场合无须隔离反馈等环节，提高驱动装置效率、简化电路结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源控制方法及装置，具体来说是一种用于相控调光的LED驱动 器及其驱动方法。
技术介绍
传统的调光手段是用基于双向可控硅的相控调光器(TRIAC Dimmer)对白炽灯进 行亮度调节，通过改变交流正弦波导通角来改变通过加到灯的电压的有效值，改变白炽灯 电流，操作简单、灵活、使用方便，寿命长。然而可控硅调光装置会给电网带来高次谐波污 染，影响其他设备的正常使用。LED是新型节能照明设备，产生相同光亮所需电能远比白炽灯小，与节能灯和白炽 灯相比具有体积小，不易损坏等优点。LED的亮度与流过的电流直接相关，在照明应用中，都 需要一个驱动器将市电转换成恒定电流输出或者恒定电压输出用来驱动LED。由于LED与 白炽灯特性存在本质差别，如果将LED灯具(包括相关的驱动器)直接取代白炽灯，在相控 调光场合，如果不做专门设计，会导致LED灯具不能正常工作或者出现以下问题LED灯的 闪烁，旋转可控硅调光器旋钮时LED亮度不能做到全调光范围线性变化，甚至不能调光；此 外当电网电压变化时对LED的亮度也会产生影响。由于相控调光器中的双向可控硅的导通需要一个维持电流，为此，很多LED驱动 器(驱动电源)中增加了一个固定负载，也称死负载(dummy load)或bleeder电阻，如图 1所示。在其导通期间维持其最小导通电流，保证能准确检测出相角信号，进行调光控制， 但这样也会增加比较大的损耗，导致LED驱动电路的效率降低，如美国国家半导体公司的 LM3445 方案。出于安全的考虑，很多的LED灯具均要求LED驱动器具备隔离功能，即实现输出与 电网输入的电气隔离。因此，当前的LED驱动电源多采用光耦对输出采样进行反馈控制。图 2所示为现有隔离式适合TRIAC调光器的LED驱动器。其采用反激拓扑，交流输入信号AC 经相控调光器后采用电容整流滤波(也可以采用图1所示的无源PFC电路)。其相角检测 同样需要死负载，而且由于输入输出隔离，使得需要通过隔离将采样的输出电流与相角信 号相叠加。并且反馈一般采用光耦来隔离，而光耦有老化问题，影响电路的稳定性，同时弱 化了电气隔离的强度。另一类现有隔离式适合TRIAC调光器的LED驱动器如图3所示，也称单级PFC方 案。交流输入信号AC经过相控调光器后仅采用容值很小的滤波电容Cin进行滤波，使得滤 波电容两端电压与交流输入信号AC基本保持一致，主要用于高频滤波。通过功率因素校正 (PFC)控制技术，使得在相控调光器导通期间输入电流与输入电压同相且幅值成比例。这种 LED驱动器利用输出负载作为调光器的负载，从而省去用于相角检测的死负载。其中PFC控 制可以采用恒定导通时间控制(constant on)或者乘法器，将输入的波形信号与反馈环节 的误差信号相乘，控制输入电流的波形，实现PFC功能，这些技术均是本领域技术人员所了 解的常识，为叙述简明，这里不再详述。但是该LED驱动器在反馈环节，需要检测输出电流得到误差信号，存在反馈环节的隔离问题。在现有的PFC控制中，还有一种输入电压前馈，用于限制输入的最大功率，如芯片 UC3854提及的技术方案，如图4所示。一方面，交流输入信号经过整流后得到整流半波Vin， 如图5所示。其中Sin(X)表示交流输入信号，Isin(X) |表示整流后的整流半波。该整流半 波经过电压前馈模块后得到交流输入电压的有效值，即输入电压前馈信号Vff ；同时，其经 过波形整形模块K1后得到波形信号Ia。。其中，波形信号Ia。= kXVin，k为一系数。另一方 面，输出信号Vo经过模块Kfb和电压反馈模块，得到输出反馈信号Vea。乘法器Multiplier 对所述波形信号Ia。、输入电压前馈信号Vff和输出反馈信号Vm进行乘法运算，得到电流基 准信号 从而控制电感电流与电流基准信号一致，实现PFC功能。可以看到，该乘法器 Multiplier通过将输入电压前馈信号的平方作为分子，在输出反馈信号一定的情况下，实 现输入功率与输入电压无关，即恒功率控制。即使没有输出反馈信号(Vm作为一个定值)， 输入功率与输入电压无关，保持恒定。但在有相控调光器存在的情况下，交流输入信号在调光角度不同时会缺失，其整 流后也不再是完整的半波。图6示出当切相角度为60度的整流情况。因此，单纯的将整流 波形进行前馈不能得到输入电压的有效值信号，在相控调光器导通角度较小的情况下，即 在切相角度较大的情况下，若没有反馈，该电压前馈控制会导致输入功率随着切相角度的 增加而急剧增加，如图7所示。不再适用于相控调光的场合。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种用于LED驱动电 路和驱动LED的方法。为解决技术问题，本专利技术提出了一种LED驱动器，包括输入端，接收交流输入信 号；相控调光器，耦接至所述输入端，提供相控调光信号；整流桥，耦接至所述相控调光器， 提供整流信号；转换器，耦接至所述整流桥，所述转换器包括一可控开关，所述可控开关根 据开关控制信号被控制导通与断开，从而在转换器的输出端提供驱动信号至被驱动元件； 第三绕组，耦接至所述控制器；控制器，根据流过所述可控开关的电流信号、所述整流信号 和所述第三绕组两端的电压，提供所述开关控制信号。作为一种改进，所述控制器包括输入前馈电路，根据所述整流信号，提供输入电 压前馈信号；相角检测电路，根据所述整流信号，提供相角检测信号；波形整形模块，根据 所述整流信号，提供波形信号；乘法器，根据所述输入电压前馈信号、相角检测信号和波形 信号，提供电流基准信号；所述控制器控制流过所述可控开关的电流的峰值跟随所述电流基准信号。作为一种改进，所述LED驱动器进一步包括采样电阻，耦接至所述可控开关，用以 提供所述流过可控开关的电流信号至所述控制器。作为一种改进，所述转换器为反激变换器或升压变换器。作为一种改进，所述LED驱动器进一步包括滤波电容，对所述整流信号进行高频滤波。作为一种改进，所述输入电压前馈信号是所述整流信号的平均值或者有效值。作为一种改进，所述相角检测电路包括第一比较器，用以比较所述整流信号和一 参考信号，并基于比较结果输出所述相角检测信号，所述相角检测信号表示所述相控调光 器的导通角度。作为一种改进，所述波形整形模块是比例环节。作为一种改进，所述控制器进一步包括过零检测电路，耦接至所述第三绕组，根 据所述第三绕组两端的电压提供所述过零检测信号；第二比较器，根据电流基准信号和所 述流过所述可控开关的电流提供比较信号；触发器，根据所述比较信号和过零检测信号提 供开关控制信号，用以控制所述可控开关的导通和断开。作为一种改进，所述控制器进一步包括输出电压前馈电路，根据所述第三绕组两 端的电压，提供增益调整信号至所述乘法器，使所述乘法器输出的电流基准信号与所述增 益调整信号成正比关系。作为一种改进，所述输出电压前馈电路包括采样保持电路，耦接至所述第三绕 组，在所述可控开关断开时，采样并保持所述第三绕组两端的电压；误差放大器，根据所述 采样保持的电压和电压参考信号，提供所述增益调整信号；补偿网络，耦接在所述误差放大 器的输入端和输出端之间。作为一种改进，其中当所述采样保持的电压小于所述电压参考信号时，所述增益 调整信号小于数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相控调光的ＬＥＤ驱动器，包括：输入端，接收交流输入信号；相控调光器，耦接至所述输入端，提供相控调光信号；整流桥，耦接至所述相控调光器，提供整流信号；转换器，耦接至所述整流桥；转换器包括一可控开关，可控开关根据开关控制信号被控制导通与断开，从而在转换器的输出端提供驱动信号至被驱动元件；第三绕组，耦接至控制器；所述控制器根据流过所述可控开关的电流信号、所述整流信号和所述第三绕组两端的电压，提供所述开关控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张军明，徐亮辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]