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使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104066253 A (43)申请公布日 2014.09.24 C N 1 0 4 0 6 6 2 5 3 A (21)申请号 201410322602.9 (22)申请日 2014.07.08 H05B 37/02(2006.01) (71)申请人昂宝电子(上海)有限公司地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园区华佗路168号商业中心3号楼 (72)发明人朱力强杨吉庆李卓研方烈义 (74)专利代理机构北京东方亿思知识产权代理有限责任公司 11258 代理人孙洋 (54) 发明名称使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法 (57) 摘要提供了一。

2、种使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法。该调光控制系统包括：一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据第一信号生成数字脉冲型的第二信号，并将第二信号发送给开关，以控制开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页说明书9页附图8页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书9页附图8页 (10)申请公布号 CN 104066253 A CN 104066253 A 1/2页 2 1.一种使用TRIAC调光器的调光控制系统，包括：一个或多个信号处理组件，被配置为。

3、接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据所述第一信号生成数字脉冲型的第二信号，并将所述第二信号发送给开关，以控制所述开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。 2.根据权利要求1所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件还被配置为：根据所述第一信号生成数字脉冲型的第三信号，根据所述第三信号对所述调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到所述发光元件的电流。 3.根据权利要求1所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件进一步被配置为：对所述第一信号进行模拟/数字转换，生成与所述第一信号的相位角相对应的数字脉冲型的第四信号；以所述第一信号的两个或。

4、两个以上连续周期为单位，找出所述第一信号在每个单位中的最小相位角；利用所找出的每个单位中的最小相位角对所述第四信号进行调制，生成所述第二信号。 4.根据权利要求2所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件进一步被配置为：根据所述第一信号的相位角信息，生成占空比与所述第一信号的相位角之间存在预定关系的所述第三信号；根据所述第三信号的占空比信息对所述调光控制系统的所述原始参考电压进行调节。 5.根据权利要求4所述的调光控制系统，其中，所述第三信号的占空比与所述第一信号的相位角之间存在非线性关系。 6.根据权利要求3或4所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件包。

5、括数字信号处理组件，其中，生成所述第二信号和所述第三信号的处理由所述数字信号处理组件执行。 7.根据权利要求6所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件包括参考电压调制组件，其中，根据与所述第三信号相关联的占空比信息对所述调光控制系统的所述原始参考电压进行调节的处理由所述参考电压调制组件执行。 8.一种使用TRIAC调光器的调光控制系统，包括：一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据所述第一信号生成数字脉冲型的第三信号，根据所述第三信号对所述调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到发光元件的电流。 9.一种使用TRIAC调光器。

6、的调光控制方法，包括：接收与TRIAC调光器相关联的第一信号；根据所述第一信号生成数字脉冲型的第二信号；将所述第二信号发送给开关，以控制所述开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。 10.根据权利要求9所述的调光控制方法，还包括：权利要求书CN 104066253 A 2/2页 3 根据所述第一信号生成数字脉冲型的第三信号；根据所述第三信号对调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到所述发光元件的电流。 11.根据权利要求9述的调光控制方法，其中，生成所述第二信号的处理包括：对所述第一信号进行模拟/数字转换，生成与所述第一信号的相位角相对应的数字脉冲型的第。

7、四信号；以所述第一信号的两个或两个以上连续周期为单位，找出所述第一信号在每个单位中的最小相位角；利用所找出的每个单位中的最小相位角对所述第四信号进行调制，生成所述第二信号。 12.根据权利要求10所述的调光控制方法，其中，根据与所述第一信号相关联的相位角信息，生成占空比与所述第一信号的相位角之间存在预定关系的所述第三信号；并且根据与所述第三信号相关联的占空比信息对所述调光控制系统的所述原始参考电压进行调节。 13.根据权利要求12所述的调光控制方法，其中，所述第三信号的占空比与所述第一信号的相位角之间存在非线性关系。 14.一种使用TRIAC调光器的调光控制方法，包括：接收。

8、与TRIAC调光器相关联的第一信号；根据所述第一信号生成数字脉冲型的第三信号；根据所述第三信号对调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到发光元件的电流。权利要求书CN 104066253 A 1/9页 4 使用 TRIAC 调光器的调光控制系统和方法技术领域 0001 本发明涉及集成电路，更具体地涉及使用TRIAC调光器(TRIAC dimmer)的调光控制系统和方法。背景技术 0002 包含发光二极管(LED)的照明系统常常使用包括交流三极管(TRIAC，Triode for Alternating Current)的传统灯调光器(例如，壁装式的)来调节LED的。

9、亮度。TRIAC是双向的并且电流可在任一方向流经TRIAC(例如，流进TRIAC或流出TRIAC)。TRIAC可由栅极电流(例如，在任一方向上流动)触发，栅极电流通常是通过向TRIAC的栅极施加电压(例如，正电压或负电压)生成的。一旦被触发，TRIAC就持续引导电流直到电流下降到某个阈值(例如，维持电流)之下为止。 0003 图1是示出使用TRIAC调光器的传统LED照明系统的简化示图。例如，照明系统 100实现初级侧调整方案和用于驱动一个或多个LED172的具有单级功率因数校正(PFC) 的反激式结构。系统100包括控制器102、AC供应组件122、TRIAC调光器118、全波整流桥。

10、 124、电容器126，136，140，150和170、电阻器128，130，134，138，146，148，154和156、电源开关132和152、二极管142，144和168、以及包括初级绕组162、次级绕组164和辅助绕组 166的变压器。控制器102包括端子104、106、108、110、112、114、116和120。例如，电源开关132和152是晶体管。在另一示例中，TRIAC调光器118是包括交流三极管(TRIAC)的调光器。 0004 如图1所示，TRIAC调光器118处理来自AC供应组件122的AC输入信号121，并且生成由全波整流桥124处理的电压信号123，以便生。

11、成电压信号174(例如，V bulk )。TRIAC 调光器118与包括接通时段和关断时段的调光周期相关联。在TRIAC调光器118的接通时段期间，电压信号174的大小近似等于AC输入信号121。在TRIAC调光器118的关断时段期间，电压信号174具有低的大小(例如，近似为零)。电容器150(例如，C 1 )响应于电压信号174(例如，V bulk )通过电阻器138(例如，R 3 )被充电，并在端子112(例如，端子VCC)处生成电压信号176。如果电压信号176超过欠压锁定(UVLO，under-voltage-lock-out)阈值电压，则控制器102被激活，并通过端子11。

12、6(例如，端子GATE)输出调制信号178(例如，脉宽调制(PWM)信号)以闭合(例如，接通)或断开(例如，关断)用于系统100的常规操作的开关152(例如，M2)。包括电阻器130(例如，R 2 )和电阻器134(例如，R 4 )的分压器电路至少基于电压信号174(例如，V bulk )生成电压信号179。控制器102检测端子106(例如，端子V s )处的信号179，以影响功率因数并确定TRIAC调光器的状态。 0005 当控制器102改变调制信号178以闭合(例如，接通)开关152(例如，M2)时，初级电流180流经初级绕组162，并且通过电阻器154(例如，R s )生成电流。

13、感测信号188。控制器102检测端子120(例如，端子CS)处的电流感测信号188。例如，电流感测信号188的峰值影响信号178以在每个周期中断开(例如，关断)开关152。辅助电流182流经辅助绕组166以对电容器150(例如，C 1 )充电，并在辅助绕组166处生成电压信号184。包括电阻说明书CN 104066253 A 2/9页 5 器146(例如，R 5 )和电阻器148(例如，R 6 )的分压器电路至少基于电压信号184生成电压信号186。控制器102在端子114(例如，端子ZCD)处接收信号186，以检测与包括次级绕组164的变压器相关联的退磁过程的结束。另外，电容。

14、器170被用来维持输出电压以将稳定电流输出给LED172。在TRIAC调光器118的接通时段期间，电源开关132(例如，M1)断开(例如，关断)。在TRIAC调光器118的关断时段期间，电源开关132闭合(例如，接通) 以提供维持电流(bleeding current)从而使TRIAC调光器118正常地操作。 0006 图2是图1所示的控制器102的简化传统示图。控制器102包括比较器202、包含比较器204和开关205的误差放大器、逻辑控制组件206、栅极驱动组件208、信号生成器 210(例如，PWM信号生成器)、乘法器 212以及包含误差放大器和电流检测单元的恒流调整组件214。。

15、例如，PWM信号生成器被配置为生成一个或多个脉宽调制信号。在另一示例中， PWM信号生成器包括比较器。 0007 如图1和图2所示，比较器204接收信号179和阈值信号226以检测TRIAC调光器118的状态，并输出调光信号228。开关205响应于调光信号228而闭合或断开以影响输出电流从而调节LED172的亮度(例如，线性地调节作为输出电流的函数的LED172的亮度)。恒流调整组件214在端子120(例如，端子CS)接收电流感测信号188以检测初级电流180的峰值，并且在与变压器(包括初级绕组162和次级绕组164)相关联的退磁时段中对初级电流180的峰值积分。乘法器212接收来自。

16、恒流调整组件214的经处理信号216和来自端子106(例如，端子VS)的电压信号179，并生成输出信号218。 0008 信号生成器210接收电流感测信号188和输出信号218并生成信号220。在操作周期期间，如果调制信号178为逻辑高电平并且开关152闭合(例如，接通)，则流经开关 152的初级电流180的大小增大。作为响应，电流感测信号188的大小增大。如果信号188 的大小变得大于输出信号218，则信号生成器210改变信号220并且控制器102将信号178 从逻辑高电平变为逻辑低电平以断开(例如，关断)开关152。当开关152断开(例如，关断)时，包括初级绕组162和次级绕组164。

17、的变压器开始退磁过程。 0009 比较器202接收信号186和阈值信号222以检测退磁过程是否完成。如果确定退磁过程完成，则比较器202输出信号224以将信号178变为逻辑高电平。在TRIAC调光器 118的关断时段期间，逻辑控制组件206输出信号230以闭合(例如，接通)开关132(例如，M1)，以提供用于TRIAC调光器118的正常操作的维持电流。 0010 综合以上的描述以及图1和图2可知，使用TRIAC调光器的传统LED照明系统的调光控制的基本原理为：TRIAC调光器118在一定角度范围内对来自AC供应组件122的AC 输入信号121进行开关调节，使得电压信号174(V bulk。

18、 )的大小在TRIAC调光器118的接通时段期间等于AC 输入信号121，并且在TRIAC调光器118的关断时段期间为0电平。控制器102通过来自端子106的电压信号179来检测TRIAC调光器118的状态，并根据电压信号179生成对应的调光信号228，以对包含比较器204和开关205的误差放大器进行控制，从而调节照明系统100的输出电流，实现对LED的亮度调整。另外，为了维持TRIAC调光器 118在关断状态下仍能正常工作并防止因TRIAC调光器118工作异常带来的LED闪烁，控制器102还生成将由端子104(例如，端子TRIAC)输出的用于控制电源开关132的断开和闭合的控制信。

19、号，以提供用于TRIAC调光器118的正常操作的维持电流。 0011 具体地，图1所示的照明系统100的输出平均电流(即，输出到LED172的电流) 说明书CN 104066253 A 3/9页 6 为： 0012 (等式1) 0013 其中，表示TRIAC调光器118的调光相位角，N表示变压器U1的初级绕组162和次级绕组164的匝数比，V ref_ea 表示恒流调整组件214在对电流感测信号188进行处理时使用的参考电压。 0014 照明系统100具有一些缺点。例如，当TRIAC调光器118的调光相位角较低(例如，TRIAC调光器118的传导时间小于TRIAC调光器118的操作时。

20、段的20)或者当AC输入电压较高时，用户可感觉到LED172的闪烁。 0015 因此，改善调光控制技术变得非常重要。发明内容 0016 鉴于以上所述的问题，本发明提供了一种使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于用于驱动发光二极管(LED)的系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。 0017 根据本发明的一个实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统，包括：一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据第一信号生成数字脉冲型的第二信号，并将第二信号发送给开关，以控制开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。。

21、0018 根据本发明的另一个实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统，包括：一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据第一信号生成数字脉冲型的第三信号，根据第三信号对调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到发光元件的电流。 0019 根据本发明的一个实施例的使用TRIAC调光器的调光控制方法，包括：接收与 TRIAC调光器相关联的第一信号；根据第一信号生成数字脉冲型的第二信号；将第二信号发送给开关，以控制开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。 0020 根据本发明的另一个实施例的使用TRIAC调光器的调光控制方法，包括：接收与 TRI。

22、AC调光器相关联的第一信号；根据第一信号生成数字脉冲型的第三信号；根据第三信号对调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到发光元件的电流。 0021 取决于实施例，可以获得一个或多个益处。参考下面的详细描述和附图可以全面地理解本发明的这些益处以及各个另外的目的、特征和优点。附图说明 0022 图1是示出使用TRIAC调光器的传统LED照明系统的简化示图。 0023 图2是图1所示的控制器的简化传统示图。 0024 图3示出了根据本发明实施例的用于图1所示的照明系统100的控制器102-1。 0025 图4示出了电压信号174(例如，V bulk )的理想波形与实际波形的对比。 00。

23、26 图5示出了由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流的方法的原理图。说明书CN 104066253 A 4/9页 7 0027 图6示出了由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流的方法的流程图。 0028 图7示出了在图1和图2所示的传统TRIAC调光方案中TRIAC调光器118的调光相位角与输出到LED的电流的关系。 0029 图8示出了根据本发明实施例的既包括数字信号处理组件301又包括参考电压调制模块801的控制器102-2。 0030 图9示出了根据本发明实施例的控制器102-2采用TRIAC调光器118的调光相位角控制输出到LED172的。

24、电流的原理图。 0031 图10示出了根据本发明实施例的控制器102-2采用TRIAC调光器118的调光相位角精确控制恒流调整组件214使用的参考电压V ref_ea 的原理图。 0032 图11示出了电压控制信号的占空比与参考电压V ref-ea 之间的对应关系。 0033 图12示出了参考电压调制组件801的示例性电路图。 0034 图13示出了LED的亮度和输出到LED的电流之间的关系。 0035 图14示出了一种解决使用以上所述的调光控制系统和方法进行调光的过程中亮度变化不均匀的方法。具体实施方式 0036 本发明涉及集成电路，更具体地涉及使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法。

25、。仅仅作为示例，本发明已应用于驱动发光二极管(LED)的系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。 0037 鉴于以上所述的使用TRIAC调光器的传统LED照明系统存在的缺陷，本发明提供了一种新颖的使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法。为了方便，下面将继续结合图1 所示的照明系统100对根据本发明实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法进行说明。但是，本领域技术人员应该理解，根据本发明实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法不是仅可以应用于图1所示的照明系统100，而是具有更广泛的应用范围。 0038 图3示出了根据本发明实施例的用于图1所示的照明系统100。

26、的控制器102-1。需要说明的是，控制器102-1与图1所示的照明系统100中的除控制器102和LED172以外的部分组成了根据本发明实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统。如图3所示，根据本发明实施例的控制器102-1用数字信号处理组件301代替比较器204并且将数字信号处理组件301输出的调光信号228-1引导至逻辑控制组件206，以实现对控制器102-1的端子116(例如，端子GATE)和端子104(例如，端子TRIAC)的输出电压的调节从而实现LED 的无闪烁工作。 0039 具体地，如图3所示，根据本发明实施例的控制器102-1包括比较器202、数字信号处理组件30。

27、1、开关205、逻辑控制组件206、栅极驱动组件208、信号生成器210(例如，PWM 信号生成器)、乘法器212以及包含误差放大器和电流检测单元的恒流调整组件214。例如， PWM信号生成器被配置为生成一个或多个脉宽调制信号。在另一示例中，PWM信号生成器包括比较器。 0040 如图1和图3所示，数字信号处理组件301在端子106(例如，端子VS)接收电压说明书CN 104066253 A 5/9页 8 信号179以检测TRIAC调光器118的状态，并输出调光信号228-1。开关205响应于调光信号228-1而闭合或断开以影响输出电流从而调节LED172的亮度(例如，线性或非线性地。

28、调节作为输出电流的函数的LED172的亮度)。恒流调整组件214在端子120(例如，端子CS) 接收电流感测信号188以检测初级电流180的峰值，并且在与变压器(包括初级绕组162 和次级绕组164)相关联的退磁时段中对初级电流180的峰值积分。乘法器212接收来自恒流调整组件214的经处理信号216和来自端子106(例如，端子VS)的电压信号179，并生成输出信号218。 0041 信号生成器210接收电流感测信号188和输出信号218并生成信号220。在操作周期期间，如果调制信号178为逻辑高电平并且开关152闭合(例如，接通)，则流经开关 152的初级电流180的大小增大。作为响。

29、应，电流感测信号188的大小增大。如果电流感测信号188的大小变得大于输出信号218，则信号生成器210改变信号220并且控制器102 将信号178从逻辑高电平变为逻辑低电平以断开(例如，关断)开关152。当开关152断开 (例如，关断)时，包括初级绕组162和次级绕组164的变压器开始退磁过程。 0042 比较器202接收信号186和阈值信号222以检测退磁过程是否完成。如果确定退磁过程完成，则比较器202输出信号224以将信号178变为逻辑高电平。在TRIAC调光器 118的关断时段期间，逻辑控制组件206输出信号230以闭合(例如，接通)开关132(例如，M1)，以提供用于TRI。

30、AC调光器118的正常操作的维持电流。 0043 进一步地，在图3所示的控制器102-1中，数字信号处理组件301对在端子106(例如，端子VS)接收的电压信号179进行模拟/数字转换，生成与电压信号179的相位角相对应的数字脉冲信号，然后根据该数字脉冲信号生成数字脉冲型的调光信号228-1。调光信号228-1被引导至开关205和逻辑控制组件206。开关205响应于调光信号228-1而闭合或断开，以产生稳定的输出电流从而调节LED172的亮度。逻辑控制组件206根据与接收自比较器202的信号224、接收自信号生成器210的信号220、以及接收自数字信号处理组件 301的调光信号228。

31、-1，生成信号230以控制开关132(例如，M1)的闭合(例如，接通)和断开(例如，关断)，并且相应地控制栅极驱动组件208生成逻辑高电平或逻辑低电平的调制信号178。 0044 由于电压信号179是由包括电阻器130(例如，R 2 )和电阻器134(例如，R 4 )的分压器电路至少基于电压信号174(例如，V bulk )生成的，所以电压信号179具有与电压信号174 相同的周期特性。另外，由于电压信号174(例如，V bulk )是通过处理由TRIAC调光器118处理来自AC供应组件122的AC输入信号121生成的，所以电压信号174的相位角与TRIAC 调光器118的调光相位角是。

32、一致的。下面就电压信号179的相位角对LED172的亮度的影响(即，电压信号174的相位角对LED172的亮度的影响)进行说明。 0045 图4示出了电压信号174(例如，V bulk )的理想波形与实际波形的对比。在图4中， V bulk1 表示电压信号174的理想波形，V bulk2 表示电压信号174的实际波形，V ac 表示来自AC 供应组件122的AC输入信号121的波形，V TRIAC 表示TRIAC调光器118通过处理AC输入信号121生成的电压信号123的波形。 0046 理论上，在TRIAC调光器118的接通时段期间，电压信号174(例如，V bulk )的电压波形是完。

33、全相同的(V bulk1 示出了电压信号174的理想波形)。但是在实际应用中，由于TRIAC 调光器118本身的特性使得对AC 输入信号121的正负电平的处理存在一定程度的差异，导说明书CN 104066253 A 6/9页 9 致AC输入信号121经全波整流桥124整流后生成的电压信号174在不同周期中的实际波形存在一定程度的差异(V bulk2 示出了电压信号174的实际波形)。这种V bulk2 电压波形的差异最终将导致输出到LED172的电流存在较大差异，从而产生人眼能够感知的LED闪烁现象。由于LED172的亮度主要由输出到LED的电流决定，所以当TRIAC调光器118的。

34、导通角度(即，调光相位角)较大时会导致输出到LED的电流的周期性差异大，从而使得人眼感知到LED发生闪烁。也就是说，因TRIAC调光器118的自身特性导致的电压信号174的波形不均匀或者大小波现象是引起输出到LED的电流不稳定，最终产生LED闪烁的主要原因。 0047 鉴于结合图4分析的产生LED闪烁的原因，提出了根据本发明实施例的用于图1 所示的照明系统100的控制器102-1。如图3所示，在一个实施例中，通过将数字信号处理组件301根据电压信号179生成的数字脉冲型的调光信号228-1引导至逻辑控制组件206，来生成提供给控制器102的端子116(例如，端子GATE)和端子104。

35、(例如，端子TRIAC)的近似均匀的电压信号，从而为LED172提供稳定的电流。 0048 具体地，图5示出了由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流 (即，输出到LED172的电流)的方法的原理图。在图5中，V bulk 表示电压信号174的实际波形(其也反映了电压信号179的实际波形)，Phase表示数字信号处理组件301根据电压信号179生成的与电压信号179的相位角相对应的数字脉冲信号的波形，DIM表示数字信号处理组件301根据电压信号179对数字脉冲信号Phase进行调制生成的数字脉冲型的调光信号228-1的波形，TRIAC表示逻辑控制组件206根据与信号224。

36、、信号220、以及信号228-1 生成的将从控制器102-1的端子104(例如，端子TRIAC)输出的信号230的波形。需要说明的是，因为电压信号179是由包括电阻器130(例如，R 2 )和电阻器134(例如，R 4 )的分压器电路至少基于电压信号174(例如，V bulk )生成的，因而电压信号179具有与电压信号174 相同的波形。 0049 图6示出了由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流的方法的流程图。下面结合图5和图6，对数字信号处理组件301的具体处理进行说明。如图6所示，控制器102-1中的数字信号处理组件301进行以下处理：将从端子106(例如，端子V。

37、S)输入的电压信号179进行模拟/数字转换，生成与电压信号179的相位角相对应的数字脉冲信号Phase并记录电压信号179的每个周期的相位角n(即，执行步骤S602)；对电压信号 179的连续4个周期的相位角(例如，n-3，n-2，n-1，n)进行比较并选择出其中最小的相位角n_min(即，执行步骤S604)；将选择出的最小的相位角n_min与该连续4个周期之后的下一个周期的相位角n+1进行比较(即，执行步骤S606)；如果n+1比n_ min大，则利用表征n_min的信息对数字脉冲信号Phase进行调制以生成表征n_min的调光信号228-1(即，仅使用电压信号179的一个周期中的。

38、n_min相位角的部分进行调光控制，而该周期内的其余部分不参与调光控制)(即，执行步骤S608-1)；如果n+1比n_ min小，则利用表征n+1的信息对数字脉冲信号Phase进行调制以生成表征n+1的调光信号228-1(电压信号179的第n+1个周期被全部用于调光控制)(即，执行步骤S608-2)。 0050 在一个实施例中，数字信号处理组件301可以利用一个长度为4的先进先出 (FIFO)队列来完成以上所述的步骤S602至S608-1/2(即，执行步骤S610)，直到控制器关机为止。具体地，对于电压信号179，数字信号处理组件301每4个连续周期进行一次相位角大小比较并产生n_mi。

39、n，并且在接下来的第5周期进入FIFO同时前面的第1个周期离说明书CN 104066253 A 7/9页 10 开FIFO后，对进来的第5个周期和前面的第2-4个周期组成的新的4个连续周期进行判断处理，这一过程随时间(周期)增加不断进行，直到系统关机结束。需要说明的是，对4个连续周期的相位角大小进行比较只是说明性的，在具体应用中可以根据实际需要对连续2 个、3个、5个、或者更多个连续周期的相位角进行比较，以进行后续处理。 0051 也就是说，在结合图5和图6描述的由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流的方法中，通过依次找出电压信号179的多个连续周期中的最小相位角来。

40、生成不同周期的相位角之间的差异非常小的调光信号228-1，从而获取基本稳定的输出到 LED的电流。这是因为，在调光信号228-1的不同周期的相位角之间的差异非常小的情况下，输出到LED的电流之间的差异将变得非常小，从而使得LED不会产生人眼能够感知的闪烁现象。 0052 在采用图1和图2所示的传统TRIAC调光方案时，由于输出到LED172的电流满足等式1，所以当TRIAC调光器118的调光相位角足够小时，由于通过对TRIAC调光器118处理AC输入信号121生成的电压信号123进行整流处理而生成的电压信号174(例如，V bulk ) 的电压过低，将导致图1和图2所示的照明系统10。

41、0无法维持对LED172的正常的恒流控制，使得输出到LED172的电流的最低大小受到限制。如图7所示，在TRIAC调光器118的调光相位角小于0后，输出到LED的电流迅速变化，导致照明系统100的调光分辨率低。 0053 为了实现对于LED172的亮度的高分辨率的调节，根据本发明实施例的使用TRIAC 调光器的调光控制系统可以进一步在控制器102-1中包括参考电压调制模块801。图8示出了根据本发明实施例的既包括数字信号处理组件301又包括参考电压调制模块801的控制器102-2。在图8所示的控制器102-2中，将在TRIAC调光器118的调光相位角小到仍然可以维持输出到LED172。

42、的稳定电流的0之前，根据TRIAC调光器118的调光相位角对输出到LED172的电流进行调节以将其降低到足够小，以实现高分辨率的调光控制(原理如图9所示)。 0054 从以上的等式1可知，恒流调整组件214在对电流感测信号188进行处理时使用的输入到误差放大器的参考电压V ref_ea 能够影响输出到LED172的电流。因此，根据本发明实施例的控制器102-2将通过根据TRIAC调光器118的调光相位角调节V ref_ea 的大小来实现高分辨率的调光控制。如图8所示，参考电压调制组件801被连接在数字信号处理组件301和恒流调整组件214之间。具体地，参考电压调制组件801从数字信。

43、号处理组件301 接收控制信号802(例如，Ctrl)，并根据控制信号802生成输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压V ref_ea 。 0055 图10示出了控制器102-2采用TRIAC调光器118的调光相位角精确控制输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压V ref_ea 的原理图。如图10所示，V ref0 是 TRIAC调光器118的调光相位角最大时输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压(下面也将其称为原始参考电压，对于一个固定的调光系统而言，该电压是预定的)；随着降低，V ref-ea 也相应减小，并在降低至维持输出到LED172的稳定电流所。

44、需的最小角度0前降低至0。由于在TRIAC调光器的调光相位角处于较高水平时输出到LED的电流能够保持LED正常工作而不会产生闪烁，所以这一阶段也可以不对V ref_ea 进行调节。 0056 具体地，在图8所示的控制器102-2中，数字信号处理组件301采用脉冲宽度调制说明书CN 104066253 A 10 8/9页 11 (PWM)方法(即，通过数字信号占空比)来精确控制V ref_ea 的大小。也就是说，数字信号处理组件301根据通过电压信号179检测到的TRAIC调光器的调光相位角的大小，输出一定占空比(duty)的高频数字信号(例如，图8中的Ctrl，即上面提到的控制信。

45、号802)；参考电压调制组件801根据来自数字信号处理组件301的控制信号802和原始参考电压V ref0 ，生成输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压V ref_ea 。这样，即可实现控制信号 802的占空比与输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压V ref-ea 大小的对应。图 11示出了控制信号802的占空比与参考电压V ref-ea 之间的对应关系。如图11所示，控制信号802(例如，Ctrl)的占空比完全表征TRIAC调光器118的调光相位角的大小。 0057 图12示出了参考电压调制组件801的示例性电路图。如图12所示，参考电压调制组件801包括运算放。

46、大器OP1、模拟二选一开关K1和电容C1，其中预定电压V ref0 经过运算放大器OP1接成的缓冲器输出到模拟二选一开关K1的一端，K1的另一输入端接地，K1 的输出端接电容C1，电容C1的电压就是V ref_ea (电容C1的电压被引导至恒流控制组件214 中的误差放大器的输入端)，K1的控制信号是来自数字信号处理组件301的电压控制信号 802(例如，Ctrl)。数字脉冲型的电压控制信号802控制模拟二选一开关K1的输入信号选通。具体地，当Ctrl为逻辑1时，K1选通OP1输出，即V ref0 ；当Ctrl为逻辑0时，K1选通地，即0V。经过电容C1滤波后，C1的平均电压Vref_e。

47、a可以用等式2表达。 0058 V ref_ea DutyV ref0 (等式2) 0059 另外，虽然LED的亮度主要由输出到LED的电流决定，但是输出到LED电流与LED 亮度之间并非线形关系。如图13所示，LED的亮度和输出到LED的电流之间的关系是，当输出到LED的电流较小时LED的亮度变化快，并且当输出到LED的电流较大时LED的亮度变化慢。所以，在使用以上结合图1、3、8描述的使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法进行调光的过程中，会出现LED亮度不是均匀变化的问题。图14示出了一种解决使用以上所述的调光控制系统和方法进行调光的过程中亮度变化不均匀的方法。具体地，数字信号。

48、处理组件301可以在根据TRIAC调光器118的调光相位角生成控制信号802(例如，Ctrl) 时，使调光相位角与控制信号802之间产生非线性关系进而使调光相位角与参考电压V ref-ea 之间产生非线性关系，来使得V ref-ea 或输出到LED的电流变化也出现这种非线性，用于补偿LED电流与亮度间的非线性关系，达到图14中虚线的效果。 0060 控制器102-2中的数字处理组件301的其他处理、控制器102-2中的数字处理组件301和参考电压调制组件801以外的其他组件的处理与以上参考图1和图3描述的相同。所以，为了不必要地混淆本发明，这里不再累述。另外，本领域技术人员应该明白，。

49、以上所述的对输出到LED172的电流的高分辨率的调节处理也可以独立于实现LED172的无闪烁工作的处理而被单独执行，这并不会影响到控制器中其他组件的工作。 0061 本发明各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地是利用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件和/或软件与硬件组件的一种或多种组合来实现的。在另一示例中，本发明各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地在一个或多个电路中实现，例如在一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路中实现。在又一示例中，本发明的各个实施例和/或示例可以相组合。 0062 虽然已描述了本发明的具体实施例，然而本领域技术人员将明白，还存在于所述实施例等同的其它实施例。因此，将明白，本发明不受所示具体实施例的限制，而是仅由权说明书CN 104066253 A 11 9/9页 12 利要求的范围来限定。说明书CN 104066253 A 12 1/8页 13 图1 说明书附。

摘要
申请专利号：	CN201410322602.9	申请日：	2014.07.08
公开号：	CN104066253A	公开日：	2014.09.24
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H05B 37/02申请日:20140708\|\|\|公开
IPC分类号：	H05B37/02	主分类号：	H05B37/02
申请人：	昂宝电子(上海)有限公司
发明人：	朱力强; 杨吉庆; 李卓研; 方烈义
地址：	201203 上海市浦东新区张江高科技园区华佗路168号商业中心3号楼
优先权：
专利代理机构：	北京东方亿思知识产权代理有限责任公司 11258	代理人：	孙洋
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内容摘要

提供了一种使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法。该调光控制系统包括：一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据第一信号生成数字脉冲型的第二信号，并将第二信号发送给开关，以控制开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。

权利要求书

权利要求书
1.  一种使用TRIAC调光器的调光控制系统，包括：
一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据所述第一信号生成数字脉冲型的第二信号，并将所述第二信号发送给开关，以控制所述开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。

2.  根据权利要求1所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件还被配置为：
根据所述第一信号生成数字脉冲型的第三信号，根据所述第三信号对所述调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到所述发光元件的电流。

3.  根据权利要求1所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件进一步被配置为：
对所述第一信号进行模拟/数字转换，生成与所述第一信号的相位角相对应的数字脉冲型的第四信号；
以所述第一信号的两个或两个以上连续周期为单位，找出所述第一信号在每个单位中的最小相位角；
利用所找出的每个单位中的最小相位角对所述第四信号进行调制，生成所述第二信号。

4.  根据权利要求2所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件进一步被配置为：
根据所述第一信号的相位角信息，生成占空比与所述第一信号的相位角之间存在预定关系的所述第三信号；
根据所述第三信号的占空比信息对所述调光控制系统的所述原始参考电压进行调节。

5.  根据权利要求4所述的调光控制系统，其中，所述第三信号的占空比与所述第一信号的相位角之间存在非线性关系。

6.  根据权利要求3或4所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件包括数字信号处理组件，其中，生成所述第二信号和所述第三信号的处理由所述数字信号处理组件执行。

7.  根据权利要求6所述的调光控制系统，其中，所述一个或多个信号处理组件包括参考电压调制组件，其中，根据与所述第三信号相关联的占空比信息对所述调光控制系统的所述原始参考电压进行调节的处理由所述参考电压调制组件执行。

8.  一种使用TRIAC调光器的调光控制系统，包括：
一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据所述第一信号生成数字脉冲型的第三信号，根据所述第三信号对所述调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到发光元件的电流。

9.  一种使用TRIAC调光器的调光控制方法，包括：
接收与TRIAC调光器相关联的第一信号；
根据所述第一信号生成数字脉冲型的第二信号；
将所述第二信号发送给开关，以控制所述开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。

10.  根据权利要求9所述的调光控制方法，还包括：
根据所述第一信号生成数字脉冲型的第三信号；
根据所述第三信号对调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到所述发光元件的电流。

11.  根据权利要求9述的调光控制方法，其中，生成所述第二信号的处理包括：
对所述第一信号进行模拟/数字转换，生成与所述第一信号的相位角相对应的数字脉冲型的第四信号；
以所述第一信号的两个或两个以上连续周期为单位，找出所述第一信号在每个单位中的最小相位角；
利用所找出的每个单位中的最小相位角对所述第四信号进行调制，生成所述第二信号。

12.  根据权利要求10所述的调光控制方法，其中，
根据与所述第一信号相关联的相位角信息，生成占空比与所述第一信号的相位角之间存在预定关系的所述第三信号；并且
根据与所述第三信号相关联的占空比信息对所述调光控制系统的所述原始参考电压进行调节。

13.  根据权利要求12所述的调光控制方法，其中，所述第三信号的占空比与所述第一信号的相位角之间存在非线性关系。

14.  一种使用TRIAC调光器的调光控制方法，包括：
接收与TRIAC调光器相关联的第一信号；
根据所述第一信号生成数字脉冲型的第三信号；
根据所述第三信号对调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到发光元件的电流。

说明书

说明书使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法
技术领域
本发明涉及集成电路，更具体地涉及使用TRIAC调光器(TRIAC dimmer)的调光控制系统和方法。
背景技术
包含发光二极管(LED)的照明系统常常使用包括交流三极管(TRIAC，Triode for Alternating Current)的传统灯调光器(例如，壁装式的)来调节LED的亮度。TRIAC是双向的并且电流可在任一方向流经TRIAC(例如，流进TRIAC或流出TRIAC)。TRIAC可由栅极电流(例如，在任一方向上流动)触发，栅极电流通常是通过向TRIAC的栅极施加电压(例如，正电压或负电压)生成的。一旦被触发，TRIAC就持续引导电流直到电流下降到某个阈值(例如，维持电流)之下为止。
图1是示出使用TRIAC调光器的传统LED照明系统的简化示图。例如，照明系统100实现初级侧调整方案和用于驱动一个或多个LED172的具有单级功率因数校正(PFC)的反激式结构。系统100包括控制器102、AC供应组件122、TRIAC调光器118、全波整流桥124、电容器126，136，140，150和170、电阻器128，130，134，138，146，148，154和156、电源开关132和152、二极管142，144和168、以及包括初级绕组162、次级绕组164和辅助绕组166的变压器。控制器102包括端子104、106、108、110、112、114、116和120。例如，电源开关132和152是晶体管。在另一示例中，TRIAC调光器118是包括交流三极管(TRIAC)的调光器。
如图1所示，TRIAC调光器118处理来自AC供应组件122的AC输入信号121，并且生成由全波整流桥124处理的电压信号123，以便生成电压信号174(例如，Vbulk)。TRIAC调光器118与包括接通时段和关断时段的调光周期相关联。在TRIAC调光器118的接通时段期间，电压信号174的大小近似等于AC输入信号121。在TRIAC调光器118的关断时段期间，电压信号174具有低的大小(例如，近似为零)。电容器150(例如，C1)响应于电压信号174(例如，Vbulk)通过电阻器138(例如，R3)被充电，并在端子112(例如，端子VCC)处生成电压信号176。如果电压信号176超过欠压锁定(UVLO，under-voltage-lock-out)阈值电压，则控制器102被激活，并通过端子116(例如，端子GATE)输出调制信号178(例如，脉宽调制(PWM)信号)以闭合(例如，接通)或断开(例如，关断)用于系统100的常规操作的开关152(例如，M2)。包括电阻器130(例如，R2)和电阻器134(例如，R4)的分压器电路至少基于电压信号174(例如，Vbulk)生成电压信号179。控制器102检测端子106(例如，端子Vs)处的信号179，以影响功率因数并确定TRIAC调光器的状态。
当控制器102改变调制信号178以闭合(例如，接通)开关152(例如，M2)时，初级电流180流经初级绕组162，并且通过电阻器154(例如，Rs)生成电流感测信号188。控制器102检测端子120(例如，端子CS)处的电流感测信号188。例如，电流感测信号188的峰值影响信号178以在每个周期中断开(例如，关断)开关152。辅助电流182流经辅助绕组166以对电容器150(例如，C1)充电，并在辅助绕组166处生成电压信号184。包括电阻器146(例如，R5)和电阻器148(例如，R6)的分压器电路至少基于电压信号184生成电压信号186。控制器102在端子114(例如，端子ZCD)处接收信号186，以检测与包括次级绕组164的变压器相关联的退磁过程的结束。另外，电容器170被用来维持输出电压以将稳定电流输出给LED172。在TRIAC调光器118的接通时段期间，电源开关132(例如，M1)断开(例如，关断)。在TRIAC调光器118的关断时段期间，电源开关132闭合(例如，接通)以提供维持电流(bleeding current)从而使TRIAC调光器118正常地操作。
图2是图1所示的控制器102的简化传统示图。控制器102包括比较器202、包含比较器204和开关205的误差放大器、逻辑控制组件206、栅极驱动组件208、信号生成器210(例如，PWM信号生成器)、乘法器 212以及包含误差放大器和电流检测单元的恒流调整组件214。例如，PWM信号生成器被配置为生成一个或多个脉宽调制信号。在另一示例中，PWM信号生成器包括比较器。
如图1和图2所示，比较器204接收信号179和阈值信号226以检测TRIAC调光器118的状态，并输出调光信号228。开关205响应于调光信号228而闭合或断开以影响输出电流从而调节LED172的亮度(例如，线性地调节作为输出电流的函数的LED172的亮度)。恒流调整组件214在端子120(例如，端子CS)接收电流感测信号188以检测初级电流180的峰值，并且在与变压器(包括初级绕组162和次级绕组164)相关联的退磁时段中对初级电流180的峰值积分。乘法器212接收来自恒流调整组件214的经处理信号216和来自端子106(例如，端子VS)的电压信号179，并生成输出信号218。
信号生成器210接收电流感测信号188和输出信号218并生成信号220。在操作周期期间，如果调制信号178为逻辑高电平并且开关152闭合(例如，接通)，则流经开关152的初级电流180的大小增大。作为响应，电流感测信号188的大小增大。如果信号188的大小变得大于输出信号218，则信号生成器210改变信号220并且控制器102将信号178从逻辑高电平变为逻辑低电平以断开(例如，关断)开关152。当开关152断开(例如，关断)时，包括初级绕组162和次级绕组164的变压器开始退磁过程。
比较器202接收信号186和阈值信号222以检测退磁过程是否完成。如果确定退磁过程完成，则比较器202输出信号224以将信号178变为逻辑高电平。在TRIAC调光器118的关断时段期间，逻辑控制组件206输出信号230以闭合(例如，接通)开关132(例如，M1)，以提供用于TRIAC调光器118的正常操作的维持电流。
综合以上的描述以及图1和图2可知，使用TRIAC调光器的传统LED照明系统的调光控制的基本原理为：TRIAC调光器118在一定角度范围内对来自AC供应组件122的AC输入信号121进行开关调节，使得电压信号174(Vbulk)的大小在TRIAC调光器118的接通时段期间等于AC 输入信号121，并且在TRIAC调光器118的关断时段期间为0电平。控制器102通过来自端子106的电压信号179来检测TRIAC调光器118的状态，并根据电压信号179生成对应的调光信号228，以对包含比较器204和开关205的误差放大器进行控制，从而调节照明系统100的输出电流，实现对LED的亮度调整。另外，为了维持TRIAC调光器118在关断状态下仍能正常工作并防止因TRIAC调光器118工作异常带来的LED闪烁，控制器102还生成将由端子104(例如，端子TRIAC)输出的用于控制电源开关132的断开和闭合的控制信号，以提供用于TRIAC调光器118的正常操作的维持电流。
具体地，图1所示的照明系统100的输出平均电流(即，输出到LED172的电流)为：
Io&OverBar;=φπ×12×N×Vref_eaRs]]> (等式1)
其中，表示TRIAC调光器118的调光相位角，N表示变压器U1的初级绕组162和次级绕组164的匝数比，Vref_ea表示恒流调整组件214在对电流感测信号188进行处理时使用的参考电压。
照明系统100具有一些缺点。例如，当TRIAC调光器118的调光相位角较低(例如，TRIAC调光器118的传导时间小于TRIAC调光器118的操作时段的20％)或者当AC输入电压较高时，用户可感觉到LED172的闪烁。
因此，改善调光控制技术变得非常重要。
发明内容
鉴于以上所述的问题，本发明提供了一种使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于用于驱动发光二极管(LED)的系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。
根据本发明的一个实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统，包括：一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据第一信号生成数字脉冲型的第二信号，并将第二信号发送给开关，以控制开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。
根据本发明的另一个实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统，包括：一个或多个信号处理组件，被配置为接收与TRIAC调光器相关联的第一信号，根据第一信号生成数字脉冲型的第三信号，根据第三信号对调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到发光元件的电流。
根据本发明的一个实施例的使用TRIAC调光器的调光控制方法，包括：接收与TRIAC调光器相关联的第一信号；根据第一信号生成数字脉冲型的第二信号；将第二信号发送给开关，以控制开关的闭合或断开从而控制输出到发光元件的电流。
根据本发明的另一个实施例的使用TRIAC调光器的调光控制方法，包括：接收与TRIAC调光器相关联的第一信号；根据第一信号生成数字脉冲型的第三信号；根据第三信号对调光控制系统的原始参考电压进行调节，以控制输出到发光元件的电流。
取决于实施例，可以获得一个或多个益处。参考下面的详细描述和附图可以全面地理解本发明的这些益处以及各个另外的目的、特征和优点。
附图说明
图1是示出使用TRIAC调光器的传统LED照明系统的简化示图。
图2是图1所示的控制器的简化传统示图。
图3示出了根据本发明实施例的用于图1所示的照明系统100的控制器102-1。
图4示出了电压信号174(例如，Vbulk)的理想波形与实际波形的对比。
图5示出了由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流的方法的原理图。
图6示出了由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流的方法的流程图。
图7示出了在图1和图2所示的传统TRIAC调光方案中TRIAC调光器118的调光相位角与输出到LED的电流的关系。
图8示出了根据本发明实施例的既包括数字信号处理组件301又包括参考电压调制模块801的控制器102-2。
图9示出了根据本发明实施例的控制器102-2采用TRIAC调光器118的调光相位角控制输出到LED172的电流的原理图。
图10示出了根据本发明实施例的控制器102-2采用TRIAC调光器118的调光相位角精确控制恒流调整组件214使用的参考电压Vref_ea的原理图。
图11示出了电压控制信号的占空比与参考电压Vref-ea之间的对应关系。
图12示出了参考电压调制组件801的示例性电路图。
图13示出了LED的亮度和输出到LED的电流之间的关系。
图14示出了一种解决使用以上所述的调光控制系统和方法进行调光的过程中亮度变化不均匀的方法。
具体实施方式
本发明涉及集成电路，更具体地涉及使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于驱动发光二极管(LED)的系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。
鉴于以上所述的使用TRIAC调光器的传统LED照明系统存在的缺陷，本发明提供了一种新颖的使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法。为了方便，下面将继续结合图1所示的照明系统100对根据本发明实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法进行说明。但是，本领域技术人员应该理解，根据本发明实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法不是仅可以应用于图1所示的照明系统100，而是具有更广泛的应用范围。
图3示出了根据本发明实施例的用于图1所示的照明系统100的控制器102-1。需要说明的是，控制器102-1与图1所示的照明系统100中的除控制器102和LED172以外的部分组成了根据本发明实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统。如图3所示，根据本发明实施例的控制器102-1用数字信号处理组件301代替比较器204并且将数字信号处理组件301输出的调光信号228-1引导至逻辑控制组件206，以实现对控制器102-1的端子116(例如，端子GATE)和端子104(例如，端子TRIAC)的输出电压的调节从而实现LED的无闪烁工作。
具体地，如图3所示，根据本发明实施例的控制器102-1包括比较器202、数字信号处理组件301、开关205、逻辑控制组件206、栅极驱动组件208、信号生成器210(例如，PWM信号生成器)、乘法器212以及包含误差放大器和电流检测单元的恒流调整组件214。例如，PWM信号生成器被配置为生成一个或多个脉宽调制信号。在另一示例中，PWM信号生成器包括比较器。
如图1和图3所示，数字信号处理组件301在端子106(例如，端子VS)接收电压信号179以检测TRIAC调光器118的状态，并输出调光信号228-1。开关205响应于调光信号228-1而闭合或断开以影响输出电流从而调节LED172的亮度(例如，线性或非线性地调节作为输出电流的函数的LED172的亮度)。恒流调整组件214在端子120(例如，端子CS)接收电流感测信号188以检测初级电流180的峰值，并且在与变压器(包括初级绕组162和次级绕组164)相关联的退磁时段中对初级电流180的峰值积分。乘法器212接收来自恒流调整组件214的经处理信号216和来自端子106(例如，端子VS)的电压信号179，并生成输出信号218。
信号生成器210接收电流感测信号188和输出信号218并生成信号220。在操作周期期间，如果调制信号178为逻辑高电平并且开关152闭合(例如，接通)，则流经开关152的初级电流180的大小增大。作为响应，电流感测信号188的大小增大。如果电流感测信号188的大小变得大于输出信号218，则信号生成器210改变信号220并且控制器102将信号178从逻辑高电平变为逻辑低电平以断开(例如，关断)开关152。当开关152断开(例如，关断)时，包括初级绕组162和次级绕组164的变压器开始退磁过程。
比较器202接收信号186和阈值信号222以检测退磁过程是否完成。如果确定退磁过程完成，则比较器202输出信号224以将信号178变为逻辑高电平。在TRIAC调光器118的关断时段期间，逻辑控制组件206输出信号230以闭合(例如，接通)开关132(例如，M1)，以提供用于TRIAC调光器118的正常操作的维持电流。
进一步地，在图3所示的控制器102-1中，数字信号处理组件301对在端子106(例如，端子VS)接收的电压信号179进行模拟/数字转换，生成与电压信号179的相位角相对应的数字脉冲信号，然后根据该数字脉冲信号生成数字脉冲型的调光信号228-1。调光信号228-1被引导至开关205和逻辑控制组件206。开关205响应于调光信号228-1而闭合或断开，以产生稳定的输出电流从而调节LED172的亮度。逻辑控制组件206根据与接收自比较器202的信号224、接收自信号生成器210的信号220、以及接收自数字信号处理组件301的调光信号228-1，生成信号230以控制开关132(例如，M1)的闭合(例如，接通)和断开(例如，关断)，并且相应地控制栅极驱动组件208生成逻辑高电平或逻辑低电平的调制信号178。
由于电压信号179是由包括电阻器130(例如，R2)和电阻器134(例如，R4)的分压器电路至少基于电压信号174(例如，Vbulk)生成的，所以电压信号179具有与电压信号174相同的周期特性。另外，由于电压信号174(例如，Vbulk)是通过处理由TRIAC调光器118处理来自AC供应组件122的AC输入信号121生成的，所以电压信号174的相位角与TRIAC调光器118的调光相位角是一致的。下面就电压信号179的相位角对LED172的亮度的影响(即，电压信号174的相位角对LED172的亮度的影响)进行说明。
图4示出了电压信号174(例如，Vbulk)的理想波形与实际波形的对比。在图4中，Vbulk1表示电压信号174的理想波形，Vbulk2表示电压信号174的实际波形，Vac表示来自AC供应组件122的AC输入信号121的波形，VTRIAC表示TRIAC调光器118通过处理AC输入信号121生成的电压信号123的波形。
理论上，在TRIAC调光器118的接通时段期间，电压信号174(例如，Vbulk)的电压波形是完全相同的(Vbulk1示出了电压信号174的理想波形)。但是在实际应用中，由于TRIAC调光器118本身的特性使得对AC 输入信号121的正负电平的处理存在一定程度的差异，导致AC输入信号121经全波整流桥124整流后生成的电压信号174在不同周期中的实际波形存在一定程度的差异(Vbulk2示出了电压信号174的实际波形)。这种Vbulk2电压波形的差异最终将导致输出到LED172的电流存在较大差异，从而产生人眼能够感知的LED闪烁现象。由于LED172的亮度主要由输出到LED的电流决定，所以当TRIAC调光器118的导通角度(即，调光相位角)较大时会导致输出到LED的电流的周期性差异大，从而使得人眼感知到LED发生闪烁。也就是说，因TRIAC调光器118的自身特性导致的电压信号174的波形不均匀或者大小波现象是引起输出到LED的电流不稳定，最终产生LED闪烁的主要原因。
鉴于结合图4分析的产生LED闪烁的原因，提出了根据本发明实施例的用于图1所示的照明系统100的控制器102-1。如图3所示，在一个实施例中，通过将数字信号处理组件301根据电压信号179生成的数字脉冲型的调光信号228-1引导至逻辑控制组件206，来生成提供给控制器102的端子116(例如，端子GATE)和端子104(例如，端子TRIAC)的近似均匀的电压信号，从而为LED172提供稳定的电流。
具体地，图5示出了由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流(即，输出到LED172的电流)的方法的原理图。在图5中，Vbulk表示电压信号174的实际波形(其也反映了电压信号179的实际波形)，Phase表示数字信号处理组件301根据电压信号179生成的与电压信号179的相位角相对应的数字脉冲信号的波形，DIM表示数字信号处理组件301根据电压信号179对数字脉冲信号Phase进行调制生成的数字脉冲型的调光信号228-1的波形，TRIAC表示逻辑控制组件206根据与信号224、信号220、以及信号228-1生成的将从控制器102-1的端子104(例如，端子TRIAC)输出的信号230的波形。需要说明的是，因为电压信号179是由包括电阻器130(例如，R2)和电阻器134(例如，R4)的分压器电路至少基于电压信号174(例如，Vbulk)生成的，因而电压信号179具有与电压信号174相同的波形。
图6示出了由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流的方法的流程图。下面结合图5和图6，对数字信号处理组件301的具体处理进行说明。如图6所示，控制器102-1中的数字信号处理组件301进行以下处理：将从端子106(例如，端子VS)输入的电压信号179进行模拟/数字转换，生成与电压信号179的相位角相对应的数字脉冲信号Phase并记录电压信号179的每个周期的相位角φn(即，执行步骤S602)；对电压信号179的连续4个周期的相位角(例如，φn-3，φn-2，φn-1，φn)进行比较并选择出其中最小的相位角φn_min(即，执行步骤S604)；将选择出的最小的相位角φn_min与该连续4个周期之后的下一个周期的相位角φn+1进行比较(即，执行步骤S606)；如果φn+1比φn_min大，则利用表征φn_min的信息对数字脉冲信号Phase进行调制以生成表征φn_min的调光信号228-1(即，仅使用电压信号179的一个周期中的φn_min相位角的部分进行调光控制，而该周期内的其余部分不参与调光控制)(即，执行步骤S608-1)；如果φn+1比φn_min小，则利用表征φn+1的信息对数字脉冲信号Phase进行调制以生成表征φn+1的调光信号228-1(电压信号179的第n+1个周期被全部用于调光控制)(即，执行步骤S608-2)。
在一个实施例中，数字信号处理组件301可以利用一个长度为4的先进先出(FIFO)队列来完成以上所述的步骤S602至S608-1/2(即，执行步骤S610)，直到控制器关机为止。具体地，对于电压信号179，数字信号处理组件301每4个连续周期进行一次相位角大小比较并产生φn_min，并且在接下来的第5周期进入FIFO同时前面的第1个周期离开FIFO后，对进来的第5个周期和前面的第2-4个周期组成的新的4个连续周期进行判断处理，这一过程随时间(周期)增加不断进行，直到系统关机结束。需要说明的是，对4个连续周期的相位角大小进行比较只是说明性的，在具体应用中可以根据实际需要对连续2个、3个、5个、或者更多个连续周期的相位角进行比较，以进行后续处理。
也就是说，在结合图5和图6描述的由数字信号处理组件301实现的用于获取稳定的输出电流的方法中，通过依次找出电压信号179的多个连续周期中的最小相位角来生成不同周期的相位角之间的差异非常小的调光信号228-1，从而获取基本稳定的输出到LED的电流。这是因为，在调光信号228-1的不同周期的相位角之间的差异非常小的情况下，输出到LED的电流之间的差异将变得非常小，从而使得LED不会产生人眼能够感知的闪烁现象。
在采用图1和图2所示的传统TRIAC调光方案时，由于输出到LED172的电流满足等式1，所以当TRIAC调光器118的调光相位角足够小时，由于通过对TRIAC调光器118处理AC输入信号121生成的电压信号123进行整流处理而生成的电压信号174(例如，Vbulk)的电压过低，将导致图1和图2所示的照明系统100无法维持对LED172的正常的恒流控制，使得输出到LED172的电流的最低大小受到限制。如图7所示，在TRIAC调光器118的调光相位角小于0后，输出到LED的电流迅速变化，导致照明系统100的调光分辨率低。
为了实现对于LED172的亮度的高分辨率的调节，根据本发明实施例的使用TRIAC调光器的调光控制系统可以进一步在控制器102-1中包括参考电压调制模块801。图8示出了根据本发明实施例的既包括数字信号处理组件301又包括参考电压调制模块801的控制器102-2。在图8所示的控制器102-2中，将在TRIAC调光器118的调光相位角小到仍然可以维持输出到LED172的稳定电流的0之前，根据TRIAC调光器118的调光相位角对输出到LED172的电流进行调节以将其降低到足够小，以实现高分辨率的调光控制(原理如图9所示)。
从以上的等式1可知，恒流调整组件214在对电流感测信号188进行处理时使用的输入到误差放大器的参考电压Vref_ea能够影响输出到LED172的电流。因此，根据本发明实施例的控制器102-2将通过根据TRIAC调光器118的调光相位角调节Vref_ea的大小来实现高分辨率的调光控制。如图8所示，参考电压调制组件801被连接在数字信号处理组件301和恒流调整组件214之间。具体地，参考电压调制组件801从数字信号处理组件301接收控制信号802(例如，Ctrl)，并根据控制信号802生成输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压Vref_ea。
图10示出了控制器102-2采用TRIAC调光器118的调光相位角精确控制输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压Vref_ea的原理图。如图10所示，Vref0是TRIAC调光器118的调光相位角φ最大时输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压(下面也将其称为原始参考电压，对于一个固定的调光系统而言，该电压是预定的)；随着φ降低，Vref-ea也相应减小，并在φ降低至维持输出到LED172的稳定电流所需的最小角度φ0前降低至0。由于在TRIAC调光器的调光相位角φ处于较高水平时输出到LED的电流能够保持LED正常工作而不会产生闪烁，所以这一阶段也可以不对Vref_ea进行调节。
具体地，在图8所示的控制器102-2中，数字信号处理组件301采用脉冲宽度调制(PWM)方法(即，通过数字信号占空比)来精确控制Vref_ea的大小。也就是说，数字信号处理组件301根据通过电压信号179检测到的TRAIC调光器的调光相位角φ的大小，输出一定占空比(duty)的高频数字信号(例如，图8中的Ctrl，即上面提到的控制信号802)；参考电压调制组件801根据来自数字信号处理组件301的控制信号802和原始参考电压Vref0，生成输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压Vref_ea。这样，即可实现控制信号802的占空比与输入到恒流调整组件214中的误差放大器的参考电压Vref-ea大小的对应。图11示出了控制信号802的占空比与参考电压Vref-ea之间的对应关系。如图11所示，控制信号802(例如，Ctrl)的占空比完全表征TRIAC调光器118的调光相位角φ的大小。
图12示出了参考电压调制组件801的示例性电路图。如图12所示，参考电压调制组件801包括运算放大器OP1、模拟二选一开关K1和电容C1，其中预定电压Vref0经过运算放大器OP1接成的缓冲器输出到模拟二选一开关K1的一端，K1的另一输入端接地，K1的输出端接电容C1，电容C1的电压就是Vref_ea(电容C1的电压被引导至恒流控制组件214中的误差放大器的输入端)，K1的控制信号是来自数字信号处理组件301的电压控制信号802(例如，Ctrl)。数字脉冲型的电压控制信号802控制模拟二选一开关K1的输入信号选通。具体地，当Ctrl为逻辑1时，K1选通OP1输出，即Vref0；当Ctrl为逻辑0时，K1选通地，即0V。经过电容C1滤波后，C1的平均电压Vref_ea可以用等式2表达。
Vref_ea＝Duty×Vref0 (等式2)
另外，虽然LED的亮度主要由输出到LED的电流决定，但是输出到LED电流与LED亮度之间并非线形关系。如图13所示，LED的亮度和输出到LED的电流之间的关系是，当输出到LED的电流较小时LED的亮度变化快，并且当输出到LED的电流较大时LED的亮度变化慢。所以，在使用以上结合图1、3、8描述的使用TRIAC调光器的调光控制系统和方法进行调光的过程中，会出现LED亮度不是均匀变化的问题。图14示出了一种解决使用以上所述的调光控制系统和方法进行调光的过程中亮度变化不均匀的方法。具体地，数字信号处理组件301可以在根据TRIAC调光器118的调光相位角φ生成控制信号802(例如，Ctrl)时，使调光相位角φ与控制信号802之间产生非线性关系进而使调光相位角φ与参考电压Vref-ea之间产生非线性关系，来使得Vref-ea或输出到LED的电流变化也出现这种非线性，用于补偿LED电流与亮度间的非线性关系，达到图14中虚线的效果。
控制器102-2中的数字处理组件301的其他处理、控制器102-2中的数字处理组件301和参考电压调制组件801以外的其他组件的处理与以上参考图1和图3描述的相同。所以，为了不必要地混淆本发明，这里不再累述。另外，本领域技术人员应该明白，以上所述的对输出到LED172的电流的高分辨率的调节处理也可以独立于实现LED172的无闪烁工作的处理而被单独执行，这并不会影响到控制器中其他组件的工作。
本发明各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地是利用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件和/或软件与硬件组件的一种或多种组合来实现的。在另一示例中，本发明各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地在一个或多个电路中实现，例如在一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路中实现。在又一示例中，本发明的各个实施例和/或示例可以相组合。
虽然已描述了本发明的具体实施例，然而本领域技术人员将明白，还存在于所述实施例等同的其它实施例。因此，将明白，本发明不受所示具体实施例的限制，而是仅由权利要求的范围来限定。