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(zhǎng)，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(zhǎng)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(shì)。

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(duì)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(jiǎn)便等特性，廣泛應(yīng)用于家居，辦公，街燈，舞臺(tái)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(jì)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(duì)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(dòng)電源需進(jìn)行相應(yīng)的兼容性設(shè)計(jì)。此外，由于可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角受限，無(wú)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(shí)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(dòng)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(shí)能根據(jù)可控硅調(diào)光器對(duì)LED發(fā)光亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過(guò)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(shí)，輸出電流達(dá)到額定輸出電流值。通過(guò)對(duì)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(shí)，輸出電流達(dá)到最小值。本發(fā)明針對(duì)人眼對(duì)大電流LED發(fā)光亮度變化不敏感，而對(duì)小電流LED發(fā)光亮度變化敏感的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)電路，導(dǎo)通角檢測(cè)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(gè)輸入端，與此同時(shí)，輔助繞組反饋電壓FB同樣連接PFC邏輯控制電路的另一個(gè)輸入端，PFC邏輯控制電路產(chǎn)生三個(gè)輸出，一個(gè)輸出連接NMOS管M₁柵端，其余兩個(gè)輸出信號(hào)T_ON和T_OFF連接輸出電流估算電路，原邊檢測(cè)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(duì)LED輸出電流進(jìn)行估量計(jì)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(cè)電阻R_CS兩端電壓作為輸出電流估算電路輸入信號(hào)，原邊檢測(cè)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(hào)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(hào)V_CAL并通過(guò)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(hào)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(hào)V_CAL，此外，PMOS管M₆的漏端同時(shí)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(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，功率MOS管的導(dǎo)通時(shí)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(kāi)關(guān)S₁及S₂，電源VDD經(jīng)開(kāi)關(guān)S1連接電流源I_charge正端，開(kāi)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(kāi)關(guān)S₂的導(dǎo)通與關(guān)斷，同時(shí)，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(hào)控制開(kāi)關(guān)S₁的導(dǎo)通與關(guān)斷；

導(dǎo)通角檢測(cè)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(cè)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(cè)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(hào)，TR2信號(hào)經(jīng)反相器INV2后輸出TRI信號(hào)，該TRI信號(hào)即為導(dǎo)通角檢測(cè)電路的輸出信號(hào)，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(guò)對(duì)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(wú)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(hào)，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(gè)輸入端，或非門NOR1的另一個(gè)輸入端連接導(dǎo)通角檢測(cè)電路的輸出TRI，或非門NOR1的輸出信號(hào)為導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號(hào)

下拉電流控制電路通過(guò)額定下拉電流及下拉電流占空比控制信號(hào)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(shí)，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(shí)，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(kāi)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(kāi)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(hào)控制開(kāi)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(gè)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(cè)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(shí)，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(shí)，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(hào)，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(hào)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(cè)電路的輸出信號(hào)TRI經(jīng)反相器INV3連接到D觸發(fā)器時(shí)鐘端和連接到兩輸入與門AND2的一個(gè)輸入端，D觸發(fā)器的輸出Q連接兩輸入與門AND2的另一個(gè)輸入端，兩輸入與門AND2的輸出連接兩輸入或門OR1的一個(gè)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(gè)輸入端，導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號(hào)連接兩輸入與門AND1的另一個(gè)輸入端，兩輸入與門AND1的輸出連接兩輸入或門OR1的另一個(gè)輸入端，兩輸入或門OR1輸出信號(hào)TRI_P，D觸發(fā)器的Q非端輸出信號(hào)TRI_C。

改進(jìn)后的下拉電流控制電路包括開(kāi)關(guān)S₄，下拉電流支路I_pull1，下拉電流支路I_pull2，開(kāi)關(guān)S₄在導(dǎo)通角切換電路輸出信號(hào)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(duì)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(kāi)關(guān)S₅，輸出電流控制電路PMOS管M₆漏端經(jīng)開(kāi)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(hào)TRI_P控制開(kāi)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(guò)程如下：

1)導(dǎo)通角檢測(cè)電路對(duì)經(jīng)過(guò)可控硅調(diào)光器整形后的母線電壓TRIAC信號(hào)，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(cè)電路的輸出信號(hào)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(cè)到的導(dǎo)通角信號(hào)增加25％的占空比并取反，作為調(diào)光下拉電路的控制信號(hào)，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(cè)到的導(dǎo)通角信號(hào)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(hào)不變時(shí)，輸出電流恒定；下拉電流控制信號(hào)變化時(shí)，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(guò)功率因數(shù)校正(PFC)，輸出電流控制等方式，確保LED驅(qū)動(dòng)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(guò)對(duì)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(shí)，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(shí)，流經(jīng)LED電流達(dá)到最小值。

3)本發(fā)明通過(guò)對(duì)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(duì)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(gè)調(diào)光角調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，LED的發(fā)光亮度相對(duì)比較均勻的變化。

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

附圖說(shuō)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(cè)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(hào)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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)電路，導(dǎo)通角檢測(cè)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(gè)輸入端，與此同時(shí)，輔助繞組反饋電壓FB同樣連接PFC邏輯控制電路的另一個(gè)輸入端，PFC邏輯控制電路產(chǎn)生三個(gè)輸出，一個(gè)輸出連接NMOS管M₁柵端，其余兩個(gè)輸出信號(hào)T_ON和T_OFF連接輸出電流估算電路，原邊檢測(cè)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(hào)之間建立線性關(guān)系?？刂戚敵鲭娏鞴浪汶娐返妮敵鲂盘?hào)，即可對(duì)輸出電流進(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(kāi)關(guān)周期的導(dǎo)通時(shí)間，T_OFF為相應(yīng)的關(guān)斷時(shí)間。在NMOS管M₁的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，當(dāng)M₁導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電流由零開(kāi)始線性上升，原邊采樣電阻上的電壓通過(guò)傳輸門保持到電容C₁上；當(dāng)M₁關(guān)斷時(shí)，V_{CS_SH}保持原邊采樣電阻上的峰值電壓，直到開(kāi)關(guān)管下一次導(dǎo)通。V_{CS_CA}通過(guò)一個(gè)電壓跟隨器跟隨V_{CS_SH}電壓波形。V_{CS_CA}信號(hào)通過(guò)兩個(gè)分別受T_ON，T_OFF控制的開(kāi)關(guān)進(jìn)行運(yùn)算，并經(jīng)過(guò)電容C₂保持濾波后，得到輸出信號(hào)V_CAL。

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

其中，V_{CS_P}為單個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，原邊采樣電流的峰值，T_OFF為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)間，T_ON為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)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(hào)之間建立起線性關(guān)系，對(duì)V_CAL進(jìn)行控制，即為對(duì)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(guò)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(guò)下拉電流及輸出電流估算電路產(chǎn)生的電壓控制信號(hào)控制輸出電流大小。通過(guò)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(duì)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(guò)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(hào)，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(hào)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(guò)前級(jí)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(hào)TRI控制，進(jìn)而通過(guò)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(shí)，導(dǎo)通角信號(hào)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(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，功率MOS管的導(dǎo)通時(shí)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(duì)電容充放電形成的鋸齒波發(fā)生電路，兩個(gè)比較器以及RS鎖存器。RS鎖存器為復(fù)位信號(hào)顯性的鎖存器，即當(dāng)S，R同時(shí)有效時(shí)輸出以R有效時(shí)計(jì)算，即當(dāng)S＝1，R＝1時(shí)，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(guò)開(kāi)關(guān)管的固定導(dǎo)通時(shí)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(lái)自拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中輔助繞組上的電壓FB，輸出M₁管的開(kāi)關(guān)調(diào)制信號(hào)DRV。當(dāng)DRV為高電平時(shí)，I_charge電流對(duì)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(shí)，DRV_R信號(hào)為高電平，電容C₃上的電壓進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)DRV_R信號(hào)有效時(shí)，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(chǔ)能，當(dāng)儲(chǔ)能耗盡時(shí)，輔助繞組端電壓急劇下降至負(fù)值，F(xiàn)B信號(hào)與零電平信號(hào)進(jìn)行比較，使得ZCD信號(hào)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(kāi)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(shí)，由于鋸齒波上升斜率時(shí)刻保持一致，從而控制DRV的高電平時(shí)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(guò)固定開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)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(cè)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(cè)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(cè)電路的輸入信號(hào)為經(jīng)過(guò)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(cè)電路檢測(cè)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(hào)經(jīng)過(guò)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(dòng)對(duì)檢測(cè)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(shí)，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(shí)，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(cè)電路處理后，TRI信號(hào)能反映出TRIAC電壓信號(hào)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(wèn)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(shí)，輸出電流達(dá)到額定值；當(dāng)導(dǎo)通角在最小值時(shí)，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(jì)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(jì)過(guò)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(guò)對(duì)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(wú)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(duì)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(duì)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(hào)控制下實(shí)現(xiàn)電容電壓復(fù)位。在設(shè)計(jì)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(cè)到導(dǎo)通角大于75％時(shí)，對(duì)導(dǎo)通角信號(hào)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(guò)PMOS構(gòu)成的電流鏡對(duì)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(duì)充電電容兩端電壓進(jìn)行采樣處理。NMOS管在Reset信號(hào)有效時(shí)，對(duì)V_C電壓進(jìn)行復(fù)位。TRI信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)Sample。Sample信號(hào)經(jīng)過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在Sample信號(hào)的下降沿觸發(fā)得到短暫的脈沖信號(hào)Reset。Sample與Reset信號(hào)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(guò)程中，V_C電壓不斷升高，直到Reset信號(hào)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(chǔ)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(guò)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(hào)即為經(jīng)導(dǎo)通角補(bǔ)償后的輸出信號(hào)。

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(shí)，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(shí)，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(duì)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(hào)控制MOSFET漏端開(kāi)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(hào)，I_pull為實(shí)際流過(guò)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(guò)調(diào)整不同的電阻R_p與不同的K值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)。

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

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

當(dāng)TRI信號(hào)占空比大于20％小于75％時(shí)，I_pull電流受到額定下拉電流及下拉電流占空比控制信號(hào)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(duì)輸出電流的調(diào)節(jié)。

當(dāng)TRI信號(hào)占空比小于20％時(shí)，要求此時(shí)輸出電流為零，也即此時(shí)的平均下拉電流等于參考電流。TRI信號(hào)經(jīng)過(guò)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(shí)，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(shí)，當(dāng)導(dǎo)通角等于20％時(shí)，輸出電流為零，當(dāng)導(dǎo)通角小于20％時(shí)，輸出電流仍舊為零，滿足設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(shí)，使得流過(guò)LED電流變化較快，進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，在導(dǎo)通角小時(shí)，使得流過(guò)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(duì)市場(chǎng)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(shí)，實(shí)現(xiàn)LED電流快速調(diào)節(jié)；當(dāng)導(dǎo)通角在20％-50％時(shí)，實(shí)現(xiàn)LED電流慢速調(diào)節(jié)。為保證在整個(gè)調(diào)光亮度中，流過(guò)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(guò)LED電流保持一致，即當(dāng)導(dǎo)通角為50％時(shí)，流過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(shí)流過(guò)LED的輸出電流，I_OUT2為導(dǎo)通角在0.2～0.5之間時(shí)流過(guò)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(shí)，流過(guò)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(guò)LED的輸出電流，I_RC為流過(guò)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(guò)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)目標(biāo)可知，快速調(diào)光曲線l₁經(jīng)過(guò)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(duì)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(duì)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(hào)占空比，K₁·I_REF為調(diào)光曲線l₁對(duì)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(shí)，需滿足兩個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系。第一，將檢測(cè)到的導(dǎo)通角信號(hào)增加25％的占空比并取反，作為調(diào)光下拉電路的控制信號(hào)；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(jì)目標(biāo)可知，慢速調(diào)光曲線l₂經(jīng)過(guò)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(duì)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(duì)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(hào)占空比，K₂·I_REF為調(diào)光曲線l₂對(duì)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(shí)，需滿足兩個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系。第一，將導(dǎo)通角信號(hào)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(jì)之后，需要根據(jù)可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角，對(duì)兩條曲線的使用進(jìn)行合理的切換。兩條曲線的切換通過(guò)判斷可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角D是否大于50％來(lái)進(jìn)行控制。當(dāng)檢測(cè)到可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角D>50％時(shí)，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(shí)，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(cè)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(cè)模塊檢測(cè)經(jīng)過(guò)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(hào)TRI；TRI信號(hào)經(jīng)過(guò)+25％導(dǎo)通角補(bǔ)償模塊之后，將TRI信號(hào)的占空比增加25％，并對(duì)補(bǔ)償之后的信號(hào)取反，得到信號(hào)；最后信號(hào)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(cè)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(hào)TRI進(jìn)行反相得到信號(hào)，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(hào)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(lái)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(hào)。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(hào)為或

在調(diào)光控制中，當(dāng)LED電流較大時(shí)，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(shí)，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(gè)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(shí)，使得流過(guò)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(shí)，使得流過(guò)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(gè)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(hào)，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(jì)之后，根據(jù)可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角信息，對(duì)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(guò)判斷可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角D是否大于參考值來(lái)進(jìn)行控制。當(dāng)檢測(cè)到可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角D大于參考值時(shí)，依據(jù)快速調(diào)光來(lái)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(shí)，依據(jù)慢速調(diào)光來(lái)設(shè)置電路及參數(shù)。

導(dǎo)通角切換參考信號(hào)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(hào)。比較器輸出信號(hào)即為導(dǎo)通角補(bǔ)償電路的輸出信號(hào)。

導(dǎo)通角切換參考信號(hào)電路，輸入導(dǎo)通角信號(hào)TRI，輸出導(dǎo)通角切換參考信號(hào)TRI_REF。導(dǎo)通角切換參考信號(hào)需要時(shí)刻保持與導(dǎo)通角信號(hào)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(guò)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(hào)Sample。Sample信號(hào)經(jīng)過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在Sample信號(hào)的下降沿觸發(fā)得到短暫的脈沖信號(hào)Reset。Sample與Reset信號(hào)用于控制采樣及復(fù)位。I_charge電流對(duì)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(guò)電壓跟隨器后進(jìn)行1:1電阻分壓，經(jīng)過(guò)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(hào)TRI_REF。

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

根據(jù)調(diào)光曲線l₁與調(diào)光曲線l₂的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)導(dǎo)通角大于0.5時(shí)，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(shí)，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(duì)應(yīng)調(diào)光下拉電流控制信號(hào)為導(dǎo)通角信號(hào)經(jīng)過(guò)25％補(bǔ)償后的反相信號(hào)而l₂對(duì)應(yīng)的調(diào)光下拉電流控制信號(hào)為導(dǎo)通角信號(hào)直接取反信號(hào)未經(jīng)過(guò)25％補(bǔ)償；第二，l₁對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)同周期且占空比為50％導(dǎo)通角切換參考信號(hào)。在整個(gè)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(duì)以下兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行選?。?/p>

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

(2)下拉電流電路。當(dāng)D>50％時(shí)，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(shí)，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(shí)，選擇曲線l₁；當(dāng)D<50％時(shí)，選擇曲線l₂。在整個(gè)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(shí)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。或非門OR1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(gè)以D觸發(fā)器為核心的邏輯信號(hào)處理電路，處理TRI，TRI_REF及這三個(gè)信號(hào)。為經(jīng)過(guò)+25％補(bǔ)償電路后的導(dǎo)通角補(bǔ)償信號(hào)，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(hào)，TRI為導(dǎo)通角信號(hào)。導(dǎo)通角切換電路輸出下拉電流支路選通信號(hào)TRI_C及下拉電流控制信號(hào)TRI_P。TRI_C及TRI_P這兩個(gè)導(dǎo)通角切換電路輸出信號(hào)，用于控制調(diào)光曲線兩個(gè)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(shí)鐘，TRI_REF為D觸發(fā)器信號(hào)輸入。當(dāng)導(dǎo)通角大于50％時(shí)，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(hào)與導(dǎo)通角補(bǔ)償信號(hào)TRI_COM保持一致，D_{TRI_P}＝1-(D+25％)；當(dāng)導(dǎo)通角小于50％時(shí)，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(hào)保持一致，D_{TRI_P}＝1-D。其中，D_{TRI_P}為TRI_P信號(hào)的占空比，D為導(dǎo)通角TRI信號(hào)的占空比。鑒于快速調(diào)光曲線l₁，與慢速調(diào)光曲線l₂對(duì)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(kāi)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(kāi)關(guān)S₅。輸出電流控制電路PMOS管M₆漏端經(jīng)開(kāi)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(hào)控制開(kāi)關(guān)S₅的導(dǎo)通與關(guān)斷。

I_pull1為快速調(diào)光曲線l₁對(duì)應(yīng)下拉電流，I_pull2為慢速調(diào)光曲線l₂對(duì)應(yīng)下拉電流，TRI_C為下拉電流選通信號(hào)，當(dāng)TRI_C＝1時(shí)，選通I_pull1電流，I_pull＝I_pull1；當(dāng)TRI_C＝0時(shí)，選通I_pull2電流，I_pull＝I_pull2。I_pull1，I_pull2電流大小受控制信號(hào)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(lái)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(duì)應(yīng)的下拉電阻。令R_p1為下拉電流(K₁＝2.5)下拉支路對(duì)應(yīng)的下拉電阻，R_p2為下拉電流(K₂＝1.25)下拉支路對(duì)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(shí)，當(dāng)D>50％時(shí)，TRI_C＝1，I_pull1支路選通，則下拉電流滿足式(26)。

當(dāng)D<50％時(shí)，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(dòng)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(shí)，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(guò)對(duì)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(shí)，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(dòng)電路與同類型小功率可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(shí)調(diào)節(jié)較快，在較小調(diào)光電流時(shí)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(duì)應(yīng)的輸出電流存在少許的波動(dòng)。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％。