开关调光的LED调光电路和LED调光电路芯片.pdf

本发明提供一种开关调光的LED调光电路，包括电源单向器，用于产生电压VDIM，为信号发生器、循环计数器提供电源；信号发生器，用以产生控制循环计数器的时钟信号CLK；循环计数器，其控制端接信号发生器输出的时钟信号CLK，CLK高电平时计数，输出端各位接数模转换器DAC的各位数字输入端；数模转换器DAC，根据循环计数器的输出编码信号输出相应的基准电压Vref。LED调光电路芯片还包括电源部分，提供芯片内部的供电电压VDD，电压基准最大值Vref_max，以及跟随LED灯的开关变化而产生使能信号EN。本发明利用墙壁上的开关产生时钟信号,时钟信号控制循环计数器计数，从而连续地调整基准电压Vref，从而实现无极连续调光。

权利要求书1.  一种开关调光的LED调光电路，用于LED调光电路芯片中，其特征在于，包括： 电源单向器，其输入端接LED调光电路芯片内部的供电电压VDD，输出端输出电压VDIM，电压VDIM为信号发生器和循环计数器提供电源；电源单向器禁止电压VDD小于电压VDIM时发生从电源单向器输出端往输入端的电流反向流动；电源单向器的输出端用于连接LED调光电路芯片外部的一个外接电容C2； 信号发生器，其输入端接LED调光电路芯片内部的使能信号EN，所述使能信号EN跟随LED灯的开关的变化而变化；信号发生器的输出端输出时钟信号CLK，所述时钟信号CLK的脉冲为使能信号EN的脉冲中的第奇数个脉冲； 循环计数器，其控制端接信号发生器输出的时钟信号CLK，受控于时钟信号CLK而计数，输出端各位接数模转换器DAC的各位数字输入端； 数模转换器DAC，其各位数字输入端接收循环计数器输出的编码信号，最大基准输入端接LED调光电路芯片内部的一个电压基准最大值Vref_max，数模转换器DAC的输出端输出与循环计数器输出的编码信号相应的基准电压Vref。 2.  如权利要求1所述的开关调光的LED调光电路，其特征在于： 所述电源单向器包括一个正向二极管。 3.  如权利要求1所述的开关调光的LED调光电路，其特征在于： 循环计数器输出的编码信号为八位。 4.  一种开关调光的LED调光电路芯片，包括如权利要求1～3中任一项所述的开关调光的LED调光电路，其特征在于，还包括： 电源部分，电源部分的输入端接LED调光电路芯片的供电管脚，电源部分提供LED调光电路芯片内部的供电电压VDD，电压基准最大值Vref_max，以及跟随LED灯的开关变化而产生使能信号EN； 运算放大器EA，其同相输入端接数模转换器DAC输出的基准电压Vref，反相输入端接LED调光电路芯片的反馈管脚，运算放大器EA的输出端接输出控制逻辑电路LOGIC的一个输入端； 输出控制逻辑电路LOGIC，其功能与一个与门相同，一个输入端接LED调光电路芯片内部的使能信号EN，另一个输入端接运算放大器EA的输出端；输出控制逻辑电路LOGIC的输出端接LED调光电路芯片的驱动管脚； 电源单向器的输出端接LED调光电路芯片的外接电容管脚。

说明书开关调光的LED调光电路和LED调光电路芯片
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其是一种LED调光控制电路。
背景技术
传统的LED调光技术主要包括可控硅调光、PWM调光等，然而这两种调光技术需要芯片内部设计相应电路，并在方案上增加一些其他芯片或器件配合，才可以实现调光功能，这必然导致整个方案体积增加，成本也会相应增加。
后来出现的分段调光，通过控制墙壁开关的开关次数来选择不同的电流基准，电流基准直接控制输出电流，从而实现LED的调光功能。这种调光技术由墙壁开关控制，无需重新布线改造开关系统，使用方式简单，且具有很好的成本优势。然而这种调光方式只能实现几段亮度的LED调光，无法实现LED的无极连续调光功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种开关调光的LED调光电路和包含此调光电路的LED调光电路芯片；能够通过墙壁开关实现LED无极连续调光控制，无需改造现有开关系统，具有很好的成本优势和调光效果。本发明采用的技术方案是：
一种开关调光的LED调光电路，用于LED调光电路芯片中，包括：
电源单向器，其输入端接LED调光电路芯片内部的供电电压VDD，输出端输出电压VDIM，电压VDIM为信号发生器和循环计数器提供电源；电源单向器禁止电压VDD小于电压VDIM时发生从电源单向器输出端往输入端的电流反向流动；电源单向器的输出端用于连接LED调光电路芯片外部的一个外接电容C2；
信号发生器，其输入端接LED调光电路芯片内部的使能信号EN，所述使能信号EN跟随LED灯的开关的变化而变化；信号发生器的输出端输出时钟信号CLK，所述时钟信号CLK的脉冲为使能信号EN的脉冲中的第奇数个脉冲；
循环计数器，其控制端接信号发生器输出的时钟信号CLK，受控于时钟信号CLK而计数，本发明中CLK高电平时计数，输出端各位接数模转换器DAC的各位数字输入端；
数模转换器DAC，其各位数字输入端接收循环计数器输出的编码信号，最大基准输入端接LED调光电路芯片内部的一个电压基准最大值Vref_max，数模转换器DAC的输出端输出与循环计数器输出的编码信号相应的基准电压Vref。
上述LED调光电路，利用墙壁上的开关产生时钟信号（开关信号->使能信号EN->时钟信号CLK）,时钟信号控制循环计数器计数，从而连续地调整基准电压Vref，从而实现无极连续调光。电源单向器，其实际上就是一个正向的二极管，用于产生电压VDIM，为信号发生器、循环计数器提供电源。信号发生器，用以产生控制循环计数器的时钟信号CLK；数模转换器DAC根据循环计数器的输出编码信号输出相应的基准电压Vref。
电源单向器的输入信号为LED调光电路芯片内部的供电电压VDD，输出信号为电压VDIM，在LED调光电路芯片的外接电容管脚外挂一个电容C2，电压VDIM就可以为信号发生器和循环计数器提供电源。系统上电时，VDD快速获得低压电源，通过电源单向器得到VDIM电源；系统掉电后，VDD快速掉至零，而VDIM由于外部电容C2的存在而能继续维持，从而能够继续为信号发生器和循环计数器供电一段时间。
信号发生器主要用以产生一时钟信号CLK，信号发生器的输入信号为芯片的内部使能信号EN。信号发生器具备这样的功能：在VDIM一直保持电压的情况下，第一次EN变为高电平，CLK也输出高电平，然后EN变为低电平，CLK也输出低电平；第二次EN变为高电平，CLK保持低电平，然后EN变为低电平，CLK保持低电平；第三次EN变为高电平，CLK输出高电平，然后EN变为低电平，CLK输出低电平；依此类推，EN第奇数次得到高电平，CLK输出高电平，EN第偶数次高电平，CLK输出低电平。
循环计数器的输入端接信号发生器的时钟信号CLK，电源为VDIM电压。当时钟信号CLK为高电平后，输出编码V1V2…V8（假设计数周期为256）从00000000开始计数，直到11111111后，又从00000000开始计数，即循环计数。若某时刻CLK变为低电平，计数停止，等CLK再次变为高电平，计数器继续进行计数。
数模转换器DAC的各位数字输入端接循环计数器的输出编码信号，另一最大基准输入端接Vref_max，输出为电流基准Vref。编码00000000对应的Vref为0V，编码11111111对应的Vref为Vref_max，以此类推。
本发明提出的一种开关调光的LED调光电路芯片，除了包括上述的LED调光电路外，还包括：
电源部分，电源部分的输入端接LED调光电路芯片的供电管脚，电源部分提供LED调光电路芯片内部的供电电压VDD，电压基准最大值Vref_max，以及跟随LED灯的开关变化而产生使能信号EN；
运算放大器EA，其同相输入端接数模转换器DAC输出的基准电压Vref，反相输入端接LED调光电路芯片的反馈管脚，运算放大器EA的输出端接输出控制逻辑电路LOGIC的一个输入端；
输出控制逻辑电路LOGIC，其功能与一个与门相同，一个输入端接LED调光电路芯片内部的使能信号EN，另一个输入端接运算放大器EA的输出端；输出控制逻辑电路LOGIC的输出端接LED调光电路芯片的驱动管脚；
电源单向器的输出端接LED调光电路芯片的外接电容管脚。
本发明的优点在于：本发明提出的开关调光的LED调光电路和LED调光电路芯片，应用于LED驱动电路中，一方面，外围方案上仅需增加一个小电容，大大降低了成本，且使用时无需改造现有的墙壁开关系统，能够实现LED的无极连续调光；另一方面，该调光电路模块可用于各种LED驱动电路的架构中，具有很好的通用性。
附图说明
图1a为本发明的核心原理示意图。
图1b为本发明的使能信号EN与时钟信号CLK波形示意图。
图2为本发明的LED调光电路原理图。
图3为本发明的LED调光电路各主要信号波形示意图。
图4为本发明的第一个LED驱动电路示意图。
图5为本发明的第二个LED驱动电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种墙壁开关控制的LED无极连续调光电路，一方面在外围只需一个电容，大大降低了成本；另一方面，该调光电路模块可用于各种LED驱动电路的架构中，使得该调光电路更具实用性。本发明仅仅以示例的方式被应用于AC/DC开关电源变换器中，但是应当认识到本发明具有更加广阔的应用范围。
为了便于理解本发明，图1a和图1b给出了本发明调光电路的核心思想。图中Vref_max为电压基准最大值，EN为LED调光电路芯片(以下简称芯片)内部的使能信号，同时可以检测墙壁开关是否接通，CLK信号与EN信号的关系如图1b所示。工作原理：墙壁开关第一次接通，芯片启动，内部产生Vref_max和EN，根据CLK与EN的关系，CLK也产生，开关管M1、M2导通，M1对电容C1充电，C1的电压慢慢上升并传送至Vref，也就是说，墙壁开关接通，Vref连续地增加，输出LED的亮度也在连续地增加。当LED到达满意亮度时，断开开关，然后再接通开关，这时EN为高电平，CLK为低电平，M2断开，电容C2保持电压，也就相当于LED灯保持当前的亮度。
然而在实际工作时，即便M2断开，电容C2也不可能一直维持某一固定电压的，LED灯最终会缓慢地变暗。
为了解决这个问题，图2示出了本发明的LED调光电路，此LED调光电路是整块LED调光电路芯片最重要的一部分，包括：
电源单向器，本例中为一个正向二极管，用来为信号发生器和循环计数器提供电源；防止墙壁开关断开时（VDD掉电），电压VDIM快速跌落。电源单向器的输出端用于连接LED调光电路芯片外部的一个外接电容C2。
信号发生器，用来产生时钟信号CLK，信号发生器的输入信号来自芯片内部的使能信号EN。
循环计数器，用来计数。CLK信号高电平时计数，低电平时不计数。当CLK信号低电平，而电压VDIM保持时，则可以保持当前计数信息（输出编码信号保持）。
数模转换器DAC，根据循环计数器输出的编码信号，输出相应的基准电压Vref。
供电电压VDD为芯片内部的低压电源，如5v，由芯片内部的而电源部分产生。EN信号为芯片内部的使能信号，同时可以用来检测墙壁开关是否接通，EN和CLK的关系同图1b和图3所示。C2为芯片外挂电容，当VDD上电时，VDIM跟随上电，当VDD掉电，VDIM可以保持一段时间的电压。电压基准最大值Vref_max由芯片内部的电源部分产生，通常是一个0.4～0.5v间的一个电压定值。
整个LED调光电路芯片的内部电路参见图4和图5；芯片除了上述电源单向器、信号发生器、循环计数器、数模转换器DAC等以外，还包括：
电源部分，电源部分的输入端接LED调光电路芯片的供电管脚(VIN脚)，电源部分提供LED调光电路芯片内部的供电电压VDD，电压基准最大值Vref_max，以及跟随LED灯的开关（图4中的开关K1）的变化而产生使能信号EN。电源部分的电路比较成熟，采用现有的一些成熟电路即可实现，比如采用一个降压电路将芯片供电管脚(VIN脚)处的大约20～25v的直流电压转换为芯片内部约5v的供电电压VDD。采用迟滞比较器电路可跟踪VIN脚电压变化，输出内部使能信号EN，比如VIN脚电压高于15v的Von电压则EN信号为高电平，VIN脚电压低于10v的Voff电压则EN信号为低电平；使能信号EN反应了LED灯的开关的接通与断开状态。采用基准带隙源和LDO（低压差线性稳压器）可提供0.4～0.5v间的一个电压定值，即电压基准最大值Vref_max。
运算放大器EA，其同相输入端接数模转换器DAC输出的基准电压Vref，反相输入端接LED调光电路芯片的反馈管脚（CS脚），运算放大器EA的输出端接输出控制逻辑电路LOGIC的一个输入端。
输出控制逻辑电路LOGIC，其功能与一个与门相同，一个输入端接LED调光电路芯片内部的使能信号EN，另一个输入端接运算放大器EA的输出端；输出控制逻辑电路LOGIC的输出端接LED调光电路芯片的驱动管脚（GATE脚）。
电源单向器的输出端接LED调光电路芯片的外接电容管脚（VDIM脚）。
LED调光电路芯片的工作原理是：墙壁开关第一次接通，芯片上电启动，芯片内部电源VDD、使能信号EN、内部基准信号Vref_max产生，VDIM电压跟随VDD电压，EN经过信号发生器后，CLK变为高电平，对于循环计数器，开始计数，输出编码从00000000（假设计数周期为256）开始计数（也可以从11111111逐级递减计数），数模转换器DAC根据计数器的输出编码输出Vref从0V开始上升，对于整个系统来说，LED灯开始慢慢变亮；当LED灯变到想要的亮度，断开墙壁开关，这时VDD、EN、CLK、Vref_max、Vref全部归零，VDIM由于电容C2的存在而继续维持一段时间，维持时间的长短可通过C2来调，LED灯灭，但是VDIM电压的保持使得循环计数器保持当前的输出编码。
第二次接通墙壁开关，VDD、EN、Vref_max产生，EN信号此时为第二个高电平脉冲，由于EN与CLK的关系，CLK信号仍然保持低电平，而VDIM此时由于VDD而处于正常供电状态，循环计数器保持当前的输出编码，DAC的输出电压Vref维持灯灭之前的大小，且不会随着时间而改变，墙壁开关一直维持现状，LED灯的亮度也一直维持当前现状。图3显示了图2中重要信号的波形信号。
另外一种情况，第一次接通墙壁开关，LED灯缓慢变亮，在这个过程中，若用户没有来得及选定某一个LED亮度，可以继续等待，循环计数器计数到11111111后，又从00000000开始计数，也就是说，LED灯由暗变到最亮后，又再次由暗变亮，这时用户可以再次来选择想要的亮度，并通过墙壁开关来选择所需的亮度。
还有一种情况，墙壁开关接通后，再关断墙壁开关，若关断的时间超过维持时间，信号VDIM降至低电位，那么信号发生器、循环计数器将清零，再次接通墙壁开关，电路的工作原理参考第一次接通墙壁开关。
图4所示为本发明的第一例LED驱动方案示意图，该方案将调光电路芯片应用于隔离架构中。
图5所示为本发明的第二例LED驱动方案示意图，该方案将调光电路芯片应用于非隔离架构中。
图4和图5中的开关K1即控制LED灯的墙壁开关，U1即为本发明的LED调光电路芯片。
以上所述仅为本发明的典型实施例而已，不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。