[发明专利]照明系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种照明系统及其控制方法，更进一步涉及LED照明应用中TRIAC调光器(DIMMER)的智能匹配及控制算法。

背景技术

在可调光发光二极管(LED)应用中，为兼容传统的白炽灯，常常使用包括交流三极管(TRIAC)的传统调光器来调节LED的亮度。使用低于20W的LED调光来替代数百瓦的白炽灯调光面临着一个最大问题是调光器的兼容性。兼容性问题主要体现在四个方面：(1)匹配包括前沿调光器、后沿调光器和无调光器等调光器类型。不同调光器类型需要不同的控制方式以达到最佳的功耗效率；(2)检测TRIAC调光器的维持电流(holding current)大小并进行控制。在TRIAC开通期间，如果流过TRIAC的电流低于其维持电流，那么TRIAC会反复开启关断，造成可见闪烁；(3)TRIAC调光器的大小波问题。大小波是指TRIAC信号的正负半周不对称，导致LED电流不均衡而出现固定频率的可见闪烁问题；(4)如何处理多灯并联情况下TRIAC调光控制，在保证不闪烁情况下实现最低功耗，进而提高多灯并联的数目也是TRIAC调光的一个重要问题。

目前市场上调光器类型主要分为两种：前沿调光器和后沿调光器，另外还必须要区分这两种调光器接入与没有调光器接入的情况。两种调光器都是通过截波的方法控制整流后交流(AC)电压的接入。其中，前沿调光器是从O°向180°截波，而后沿调光器是从180°向O°截波，如图1所示。

传统的调光器类型判断方法主要有两种：(1)采用简单设置一个电压阈值Vth_on进行过零判断得到TRIAC开通时间T_on，通过比较T_on与AC半周期时间T_period是否相等来判断是否有调光器，然后通过判断开 通点电压V_on和判断阈值电压Vth_on的大小来决定是前沿或后沿调光器，判断依据是V_on大于Vth_on则为前沿调光器，否则为后沿调光器；(2)第二种方法采用快速采样检测相邻两点电压的变化率，根据两点电压的相位预测完整AC波形的正常电压变化率范围，如果两点电压的变化率超出正常变化范围则认为接入调光器，然后通过变化率的符号判断前沿或后沿调光器。判断依据是变化率为正则为前沿调光器，否则为后沿调光器。这两种判断方法在实际应用中都存在一定的限制因素：第一种方法存在难以区分无调光器和后沿调光器的问题，由于电容充放电关系，后沿调光器在TRIAC关断后电压波形是相对缓慢地降低到关断点电压Vth_on，因此，电压下降的速度过于缓慢将导致难以从区分T_on和T_period的大小，从而可能导致判断错误。另外，第二种方法需要实时快速计算相邻两点电压的变化率并保存各个相位点的正常电压变化率范围，这对采样ADC的位数以及系统的运算能力和存储空间都是很大的要求。

由于流过TRIAC的电流低于其维持电流时，TRIAC会反复开启关断，造成闪烁。一种解决方法是在可调光LED照明应用中加入泄流(bleeding)电路，泄流电路的作用是提供维持TRIAC工作的电流，确保不会发生闪烁现象。

图2示出具有泄流器的传统LED照明系统的框图。例如，照明系统包括驱动电路以及一个或多个LED110，驱动电路包括TRIAC调光器120、全波整流桥140、泄流器(bleeder)160和LED驱动器180。TRIAC调光器中具有TRIAC元件。线电压V_line通过调光器120施加给驱动电路，以驱动LED110发光。

在LED替代传统白炽灯照明中，由于不同的TRIAC生产厂商采用不同RC并且TRIAC元件也不同，导致不同的TRIAC调光器之间的TRIAC的维持电流会有很大差距，范围大约是5～50mA。图3示出传统LED照明系统的驱动电路的一部分的框图，其中与图2相同的部件采用了相同的附图标记。为了简明起见，图3没有示出图2中的LED驱动器180，图3着重对图2中的泄流器的结构进行说明。如图3所示，泄流器包括电流检测电路161、逻辑控制电路162、第一电流源163、第二电流源164。电流检 测电路161用于检测驱动电路的线电流(Line Current)。逻辑控制电路162接收来自电流检测电路161的信息并且控制第一电流源163和第二电流源164。第一电流源163提供弱电流输出，而第二电流源164提供强电流输出。泄流器还具有电阻R1、R2和R3。