本發(fā)明涉及恒流控制器，具體而言，涉及一種數(shù)?；旌险{(diào)光恒流控制器集成電路，包含所述集成電路的恒流源負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，以及包含所述驅(qū)動(dòng)裝置的智能照明燈具。

背景技術(shù)：

作為新一代的照明光源，發(fā)光二極管(led)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在全球照明市場(chǎng)，led照明預(yù)計(jì)占了七成以上。從1％到70％的市場(chǎng)占有率，led照明只用了不到十年的時(shí)間。這一產(chǎn)業(yè)已開(kāi)始尋求轉(zhuǎn)型升級(jí)。與傳統(tǒng)照明相比，led照明具有一個(gè)較大的優(yōu)勢(shì)，即，實(shí)現(xiàn)燈具的調(diào)光(調(diào)節(jié)亮度)和調(diào)色(改變光的顏色)相對(duì)容易。這一優(yōu)勢(shì)正好是智能照明所需要的。目前，智能化逐漸成為創(chuàng)新熱點(diǎn)，比如人工智能ai、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等等。在智能家居中，智能照明可能會(huì)最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，這基本是業(yè)界共識(shí)。未來(lái)十年，將是led智能照明大發(fā)展的十年。

led智能照明的發(fā)展可分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)智能階段。在初級(jí)智能階段，典型的應(yīng)用是，使用遙控器(類(lèi)似電視遙控器)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的亮度和顏色的控制?，F(xiàn)在led智能照明基本處于這一階段。中級(jí)階段為互聯(lián)網(wǎng)化階段，例如，手機(jī)上安裝有專(zhuān)用app，可通過(guò)手機(jī)對(duì)燈具進(jìn)行控制，由此實(shí)現(xiàn)一定程度的遠(yuǎn)程智能控制，如場(chǎng)景設(shè)置(例子：海灘黃昏落日模式)。目前已有多家公司在探索。高級(jí)階段是互聯(lián)網(wǎng)智能化階段，將照明燈具連接上互聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用人工智能和云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)照明高級(jí)智能化。在這個(gè)階段，智能照明可以實(shí)現(xiàn)與主人的語(yǔ)音互動(dòng)。它就像照明管家一樣，根據(jù)主人的命令，對(duì)房間照明場(chǎng)景、亮度和顏色做精細(xì)控制。通過(guò)語(yǔ)音互動(dòng)，這個(gè)照明管家可慢慢對(duì)家里每個(gè)主人的照明習(xí)慣和喜好了如指掌。再加上人工智能深度學(xué)習(xí)，它就能夠預(yù)測(cè)主人的照明需求，并提前做好安排?；旧?，這就是未來(lái)智能照明的終極目標(biāo)。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)智能照明系統(tǒng)的功能框圖。如圖1所示，該系統(tǒng)分兩大部分。部分001是整個(gè)系統(tǒng)的智能中樞，根據(jù)人類(lèi)意志發(fā)出照明指令。部分100是執(zhí)行部分，執(zhí)行來(lái)自部分001的指令。這兩部分之間一般沒(méi)有任何物理硬連接，而是通過(guò)無(wú)線手段連接，比如紅外線、433mhz射頻、2.4g射頻、wifi、藍(lán)牙、zigbee等。

本發(fā)明主要涉及上述執(zhí)行部分100。部分100基本就是一個(gè)傳統(tǒng)意義上的燈具，它具有l(wèi)ed光源120、給光源120提供穩(wěn)定電流的恒流驅(qū)動(dòng)電路101，后者通常叫做電源。燈具一般由三部分組成，即，光源、電源和物理外殼。部分100有別于傳統(tǒng)燈具之處是，它還具有無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102。該電路專(zhuān)門(mén)接收來(lái)自部分001的指令，并將指令轉(zhuǎn)換成pwm調(diào)光信號(hào)，該信號(hào)提供的占空比信息可直接控制燈具的亮度。pwm是英文pulsewidthmodulation(脈沖寬度調(diào)制)首字母縮寫(xiě)。參照?qǐng)D2，圖2示出了pwm脈沖信號(hào)。一般來(lái)講，該信號(hào)是周期固定、而維持高電平的脈沖時(shí)間(也就是脈沖寬度)可以改變的信號(hào)。調(diào)制是指對(duì)脈沖寬度的調(diào)整改變。脈沖寬度與脈沖周期之比為占空比(dutycycle)，一般以字母d表示，改變脈沖寬度就是改變占空比d。

圖3示出了現(xiàn)有的led恒流驅(qū)動(dòng)電路。參照?qǐng)D3，整流橋201、電容202用于對(duì)50/60hz的110/220v交流電整流濾波。電阻203、電容204和穩(wěn)壓二極管215為調(diào)光恒流控制電路200提供穩(wěn)定的工作電壓。功率nmos開(kāi)關(guān)205、電感208、續(xù)流二極管207是開(kāi)關(guān)電源的功率器件。濾波電容209為led負(fù)載120提供低紋波的工作電流。電阻206檢測(cè)流過(guò)功率nmos開(kāi)關(guān)205的電流。當(dāng)pwm信號(hào)持續(xù)為高時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路就進(jìn)入振蕩模式，其工作波形如圖4所示。當(dāng)drv信號(hào)從低變高后，功率nmos開(kāi)關(guān)205隨之開(kāi)啟，電感208電流以(vin-vout)/l208的斜率上升，在檢測(cè)電阻206上的壓降is也會(huì)隨之上升。當(dāng)壓降is大于參考電壓vref1(比如400mv)時(shí)，比較器213的輸出rst就從低翻轉(zhuǎn)為高，該信號(hào)再送入rs觸發(fā)器211的第一復(fù)位端r1，復(fù)位端為高將強(qiáng)制復(fù)位rs觸發(fā)器211，使得其輸出端從高變成低。驅(qū)動(dòng)器212的輸出drv也隨之從高變成低，功率nmos開(kāi)關(guān)205隨之關(guān)閉。電感208隨之進(jìn)入放電階段，電流以vout/l208的斜率下降。當(dāng)谷值電流檢測(cè)電路214檢測(cè)出電感電流下降到某個(gè)值(最常見(jiàn)為0)時(shí)，會(huì)輸出一個(gè)高電平信號(hào)到rs觸發(fā)器211的置位s端，使得其輸出從低變成高。驅(qū)動(dòng)器212的輸出drv也隨之從高變成低，功率nmos開(kāi)關(guān)205隨之開(kāi)啟。驅(qū)動(dòng)電路就這樣周而復(fù)始地工作。從圖4可以看出，電感208的工作電流是三角波，其峰值等于vref1/r206，其谷值為零，所以電感平均電流為峰值電流的一半，也就是0.5*vref1/r206。電感電流的平均值也就是負(fù)載120的電流平均值，即公式1：

i120＝0.5*vref1/r2061

理論上講，改變r(jià)206的阻值，就可以改變負(fù)載120的工作電流。

如果pwm信號(hào)不是高，而是低電平，情況將完全不同。pwm低電平經(jīng)過(guò)反相器217變成高電平，再送入rs觸發(fā)器的第二個(gè)復(fù)位端r2，立即強(qiáng)制復(fù)位rs觸發(fā)器211，并且只要pwm為低電平，rs觸發(fā)器211就處于復(fù)位狀態(tài)，輸出端q保持為低，drv信號(hào)也一直為低，功率開(kāi)關(guān)205一直處于斷開(kāi)off狀態(tài)，也就是驅(qū)動(dòng)電路完全停止振蕩工作，電感208工作電流為零，負(fù)載120也沒(méi)有電流流過(guò)。若pwm信號(hào)是周期性的脈沖信號(hào)，圖3中的驅(qū)動(dòng)電路將在pwm信號(hào)為高電平的階段處于正常的工作狀態(tài)，而在該信號(hào)為低電平的階段處于停止?fàn)顟B(tài)。很容易理解，如果pwm信號(hào)的占空比d為0.5，也就是pwm一個(gè)周期里，一半時(shí)間高電平，系統(tǒng)工作；一半時(shí)間低電平，系統(tǒng)停機(jī)，這樣負(fù)載120的亮度就只有最亮?xí)r候的一半(最亮?xí)r候?qū)?yīng)pwm一直為高電平，驅(qū)動(dòng)電路始終在工作)。不難證明，負(fù)載120的平均工作電流(平均工作電流與其亮度基本成正比)與pwm脈沖信號(hào)的占空比d之間，存在以下線性數(shù)學(xué)關(guān)系：

i120＝0.5*d*vref1/r2062

因此，理論上講，只要精細(xì)地控制pwm脈沖信號(hào)的占空比d，就可以對(duì)負(fù)載120的亮度進(jìn)行精確控制。

現(xiàn)有技術(shù)中，調(diào)節(jié)led燈顏色的解決方案如圖5、6所示。圖5示出了現(xiàn)有的冷暖光智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)包含相互獨(dú)立的暖光光源121和冷光光源122，以及分別與光源121、122對(duì)應(yīng)的兩套恒流驅(qū)動(dòng)電路101a和101b。無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102送出兩路獨(dú)立的調(diào)光脈沖信號(hào)pwm1、pmw2，就能對(duì)燈具的色溫和亮度進(jìn)行控制。這里，需要說(shuō)明，led光源色溫以絕對(duì)溫度k表示，在3300k以下，光色偏紅給人以溫暖的感覺(jué)，這種光一般叫做“暖色光”或“暖光”；色溫在3000k--6000k為中間，人在此色調(diào)下無(wú)特別明顯的視覺(jué)心理效果，故稱(chēng)為“中性”色溫，這種光叫做“中性光”；色溫超過(guò)6000k，光色偏藍(lán)，給人以清冷的感覺(jué)，這種光叫做“冷色光”或“冷光”。

圖6示出了現(xiàn)有的全彩色智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)包含相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)(rgb)三組光源，以及與三組光源分別對(duì)應(yīng)的三套恒流驅(qū)動(dòng)電路101c、101d和101e。無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102送出三路獨(dú)立的調(diào)光脈沖信號(hào)pwm1、pmw2和pwm3，就能對(duì)燈具進(jìn)行全彩色和亮度控制。圖5、6中，各恒流驅(qū)動(dòng)電路與圖1中恒流驅(qū)動(dòng)電路101的工作原理完全相同。

圖3所示的led恒流驅(qū)動(dòng)電路，目前是市場(chǎng)上恒流驅(qū)動(dòng)電路的主流結(jié)構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)電路采用開(kāi)環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在以下缺陷：

一是pwm調(diào)光頻率較低，一般在200hz左右，會(huì)造成頻閃現(xiàn)象。頻閃是指led光源光通量(俗稱(chēng)亮度)以一定頻率的波動(dòng)。有大量的研究發(fā)現(xiàn)，光源頻閃與偏頭痛、頭痛、自閉癥、視覺(jué)疲勞與不適等神經(jīng)學(xué)疾病有密切關(guān)系，嚴(yán)重的會(huì)使人眼造成錯(cuò)覺(jué)，進(jìn)而引發(fā)事故。2017年央視315晚會(huì)就曝光了led燈具頻閃的問(wèn)題，引起了全社會(huì)對(duì)這一問(wèn)題的關(guān)注。2015年發(fā)布的ieee文件中，將頻閃風(fēng)險(xiǎn)分為幾個(gè)等級(jí)，如圖7所示，粗實(shí)線右下方區(qū)域?yàn)闊o(wú)風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，粗、細(xì)實(shí)線之間區(qū)域則是低風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)，而細(xì)實(shí)線左上方區(qū)域是不能被接受的。依照這一標(biāo)準(zhǔn)，3khz調(diào)光頻率以上才安全，而200hz的調(diào)光頻率顯然屬于不能接受的范疇。

二是調(diào)光有最低亮度限制?，F(xiàn)有調(diào)光機(jī)制能做到的最小亮度是7％左右，再往下調(diào)的話，亮度就不穩(wěn)定了。例如，對(duì)于100w的智能led燈具，最低亮度可以調(diào)節(jié)到7w，圖3的電路架構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足更低的亮度需求。

三是存在電感的機(jī)械振動(dòng)音頻聲音。圖3的驅(qū)動(dòng)電路中，由于電感208工作在間歇模式，頻率與pwm脈沖信號(hào)的頻率(200hz左右)一致，這就導(dǎo)致電感產(chǎn)生人耳能聽(tīng)到的200hz機(jī)械振動(dòng)音頻聲音。

此外，在冷暖光和全彩色智能照明控制中，由于在一個(gè)系統(tǒng)中采用多個(gè)互相不同步的開(kāi)關(guān)調(diào)光恒流控制電路，導(dǎo)致系統(tǒng)要通過(guò)電磁相關(guān)的emc(electromagneticcompatibility)認(rèn)證會(huì)困難許多。而且，每一光源對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的恒流驅(qū)動(dòng)電路，這樣元器件數(shù)量多，pcb面積也很大，再加上emc相關(guān)元器件數(shù)量體積都不小，總成本相當(dāng)不便宜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提出一個(gè)ac/dc調(diào)光恒流控制器的全新電路架構(gòu)，克服現(xiàn)有l(wèi)ed恒流驅(qū)動(dòng)電路的上述缺陷，全面改善用戶(hù)體驗(yàn)。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種數(shù)?；旌险{(diào)光恒流控制器集成電路，其內(nèi)部設(shè)有調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、誤差放大電路以及邏輯控制電路，其中，調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將第一pwm調(diào)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓(earef)，所述直流電壓(earef)等于第一pwm調(diào)光信號(hào)的占空比與第一參考電壓的乘積；誤差放大電路，將所述直流電壓(earef)與來(lái)自外部功率轉(zhuǎn)換級(jí)的電感電流檢測(cè)信號(hào)的平均值之間的差進(jìn)行放大，產(chǎn)生一誤差信號(hào)；邏輯控制電路包括：峰值比較器，將所述電感電流檢測(cè)信號(hào)與所述誤差信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生第一輸出信號(hào)；谷值比較器，將所述電感電流檢測(cè)信號(hào)與第二參考電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生第二輸出信號(hào)；以及觸發(fā)器，基于所述第一輸出信號(hào)控制所述功率轉(zhuǎn)換級(jí)中功率開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，基于所述第二輸出信號(hào)控制所述功率開(kāi)關(guān)的閉合。

在第一方面中，優(yōu)選的是，所述調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括第一、二nmos管、反相器以及濾波電路，其中，第一nmos管，其柵極接收所述第一pwm調(diào)光信號(hào)，漏極連接所述第一參考電壓；第二nmos管，其柵極經(jīng)所述反相器接收第一pwm調(diào)光信號(hào)，源極連接所述集成電路的參考地(gndic)，漏極與所述第一nmos管的源極共同連接到節(jié)點(diǎn)(sd)；濾波電路，由電阻和電容構(gòu)成，對(duì)所述節(jié)點(diǎn)(sd)的信號(hào)濾波，輸出所述直流電壓(earef)。

優(yōu)選的是，所述濾波電路的rc時(shí)間常數(shù)，比第一pwm調(diào)光信號(hào)的周期大10倍以上。

根據(jù)第二方面，提供一種驅(qū)動(dòng)恒流源負(fù)載的裝置，包括上述第一方面中所述的集成電路以及功率轉(zhuǎn)換級(jí)，所述功率轉(zhuǎn)換級(jí)包括功率開(kāi)關(guān)、檢測(cè)電阻、續(xù)流二極管以及由電感元件與電容元件構(gòu)成的濾波器，以將高輸入直流電壓轉(zhuǎn)換成低輸出直流電壓，提供給所述恒流源負(fù)載，其中，功率開(kāi)關(guān)，其漏極與輸入電壓源連接，源極經(jīng)所述檢測(cè)電阻與所述電感元件連接；續(xù)流二極管，其負(fù)極連接在所述功率開(kāi)關(guān)的源極與所述檢測(cè)電阻之間。

在第二方面中，優(yōu)選的是，所述裝置還包括一光耦，來(lái)自無(wú)線信號(hào)接收與處理電路的第一pw調(diào)光信號(hào)通過(guò)所述光耦傳輸?shù)秸{(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。

優(yōu)選的是，所述裝置還包括兩個(gè)限流電阻，分別串接在所述光耦的輸入端和輸出端。

優(yōu)選的是，所述恒流源負(fù)載由并聯(lián)的不同顏色或者色溫的第一光源、第二光源組成，所述裝置還包括：第三nmos管，其柵極接收來(lái)自無(wú)線信號(hào)接收與處理電路的第二pwm調(diào)光信號(hào)，漏極連接所述第一光源，源極與所述無(wú)線信號(hào)接收與處理電路共地連接；第四nmos管，其柵極接收來(lái)自無(wú)線信號(hào)接收與處理電路的第三pwm調(diào)光信號(hào)，漏極連接所述第二光源，源極與所述無(wú)線信號(hào)接收與處理電路共地連接，其中，所述第一pwm調(diào)光信號(hào)的占空比，等于所述第二、三pwm調(diào)光信號(hào)占空比之和的二分之一。

優(yōu)選的是，所述第一光源為冷光源，所述第二光源為暖光源。

根據(jù)第三方面，提供一種智能照明燈具，包括無(wú)線信號(hào)接收與處理電路、上述第二方面中所述的裝置以及恒流源負(fù)載，其中，所述無(wú)線信號(hào)接收與處理電路接收無(wú)線傳輸?shù)恼彰髦噶?，并將所述照明指令轉(zhuǎn)換為pwm調(diào)光信號(hào)。

在第三方面中，優(yōu)選的是，所述恒流源負(fù)載為led負(fù)載。

采用本發(fā)明的數(shù)?；旌险{(diào)光恒流控制器集成電路，使得智能照明既滿(mǎn)足世界上最苛刻的頻閃要求，又不產(chǎn)生任何人耳能聽(tīng)到的機(jī)械振動(dòng)聲音，同時(shí)還做到幾乎沒(méi)有最小亮度限制，用戶(hù)體驗(yàn)可得到極大提升。而且，由于智能照明系統(tǒng)只包含一個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)電路，容易通過(guò)emc電磁兼容性認(rèn)證，同時(shí)系統(tǒng)成本也得到降低。對(duì)于led照明工業(yè)升級(jí)到智能照明時(shí)代，本發(fā)明提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證。

附圖說(shuō)明

為更好地理解本發(fā)明，下文以實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)智能照明系統(tǒng)的功能框圖；

圖2示出了pwm脈沖信號(hào)；

圖3示出了現(xiàn)有的led恒流驅(qū)動(dòng)電路；

圖4為圖3所示驅(qū)動(dòng)電路的工作波形圖；

圖5示出了現(xiàn)有的冷暖光智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6示出了現(xiàn)有的全彩色智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖7為ieee頻閃風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)示意圖；

圖8示出數(shù)字、模擬兩種調(diào)光的led工作電流波形；

圖9為本發(fā)明智能照明系統(tǒng)的功能框圖；

圖10示出了圖9所示系統(tǒng)主要的工作信號(hào)波形；

圖11示出了本發(fā)明一實(shí)施例的led恒流驅(qū)動(dòng)電路；

圖12示出了本發(fā)明一實(shí)施例的調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路；

圖13示出了圖12所示電路的工作電壓波形；

圖14示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的led恒流驅(qū)動(dòng)電路。

具體實(shí)施方式

針對(duì)上述頻閃問(wèn)題，按照?qǐng)D7所示ieee的要求，可以通過(guò)大幅提高pwm調(diào)光脈沖頻率來(lái)解決，比如頻率提高到3khz以上。

針對(duì)最低亮度問(wèn)題，理論上可通過(guò)大幅降低pwm調(diào)光脈沖頻率來(lái)解決，比如頻率降低到20hz以下，這樣，最低亮度就能夠降到1％左右。

針對(duì)電感的機(jī)械振動(dòng)音頻聲音問(wèn)題，理論上可通過(guò)大幅提高pwm調(diào)光脈沖頻率來(lái)解決，比如頻率提高到20khz以上。因?yàn)?0khz是普通人耳頻率響應(yīng)的極限，頻率再往上叫超聲波，人耳是聽(tīng)不到的。

可以看到，以上三種解決措施都與pwm脈沖頻率有關(guān)。頻閃、機(jī)械振動(dòng)聲音問(wèn)題都可以通過(guò)提高pwm頻率來(lái)解決，但是最低亮度問(wèn)題卻需要降低pwm頻率，兩者背道而馳。這樣看來(lái)，pwm頻率升也不是，降也不是，沒(méi)辦法動(dòng)了。申請(qǐng)人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其實(shí)，這背后有一個(gè)總的根源，那就是普通照明ac/dc調(diào)光恒流控制器的正常工作頻率fsw不夠高，只有50khz左右，一般在30khz到100khz之間。低于30khz，人耳可能聽(tīng)到機(jī)械振動(dòng)聲音；高于100khz，功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)效率會(huì)明顯下降。這一點(diǎn)適用所有的市電離線ac/dc開(kāi)關(guān)電源。最大pwm調(diào)光頻率與系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，由以下經(jīng)驗(yàn)公式限制：

fpwm＜fsw/2003

當(dāng)ac/dc調(diào)光恒流控制器的工作頻率fsw只有50khz時(shí)，最大pwm調(diào)光頻率就只有250hz；最小pwm調(diào)光頻率不能低于100hz，否則人眼就會(huì)感受到100hz的燈光閃爍。所以，智能照明pwm調(diào)光頻率一般取在100hz到300hz之間。而最小亮度(對(duì)應(yīng)pwm調(diào)光脈沖最小占空比)由以下經(jīng)驗(yàn)公式限制：

dmin(pwm)＞20*fpwm/fsw4

這說(shuō)明，pwm脈沖的最小脈沖寬度不得小于20個(gè)ac/dc調(diào)光恒流控制器的開(kāi)關(guān)周期(1/fsw)。如果fsw為50khz，最小pwm脈沖寬度就是400us。如果fpwm為200hz，最小占空比dmin就是8％。這就解釋了最低亮度限制的原因。

如前文所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的以上三個(gè)問(wèn)題有一共同點(diǎn)，就是都與pwm脈沖調(diào)光的頻率有關(guān)。在此，為了研究出解決方案，申請(qǐng)人考慮換一種新的思路。其實(shí)，調(diào)光方式除了pwm脈沖數(shù)字調(diào)光之外，還有模擬調(diào)光。圖8示出數(shù)字、模擬兩種調(diào)光(以50％調(diào)光為例)的led工作電流波形?？梢钥闯?，數(shù)字調(diào)光是間歇性的發(fā)光方式；而模擬調(diào)光是連續(xù)穩(wěn)定的發(fā)光方式。若采用模擬調(diào)光，理論上講，完全可以解決以上三個(gè)問(wèn)題。首先，led連續(xù)平穩(wěn)發(fā)光，所以根本不存在頻閃現(xiàn)象。同樣地，電感也是連續(xù)不間斷工作，所以也不會(huì)產(chǎn)生人耳能聽(tīng)到的機(jī)械振動(dòng)聲音。較困難的是最小亮度限制問(wèn)題，但并非沒(méi)有辦法解決。

在歷史上，最先得到應(yīng)用的是模擬調(diào)光技術(shù)。但隨著數(shù)字技術(shù)的興起，數(shù)字調(diào)光迅速取得了壓倒性的優(yōu)勢(shì)。相比模擬調(diào)光技術(shù)，數(shù)字調(diào)光電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，設(shè)計(jì)調(diào)試生產(chǎn)都比較容易，同時(shí)成本也低廉。在智能照明中，如果全面放棄數(shù)字調(diào)光技術(shù)，也意味著放棄了該技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)。明智的做法是，創(chuàng)造出一種數(shù)字模擬混合調(diào)光技術(shù)，既能同時(shí)保留數(shù)字調(diào)光技術(shù)和模擬調(diào)光技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又能回避兩者的缺點(diǎn)。參照?qǐng)D9、10，圖9為本發(fā)明智能照明系統(tǒng)的功能框圖，圖10示出了其主要的工作信號(hào)波形。由于數(shù)字信號(hào)容易產(chǎn)生，傳輸抗干擾強(qiáng)，所以無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102完全保留。在無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102與led負(fù)載120之間，采用本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)的包含數(shù)模混合調(diào)光恒流控制器的驅(qū)動(dòng)電路111，它接收數(shù)字pwm調(diào)光信號(hào)，卻輸出連續(xù)穩(wěn)定的工作電流。

參照?qǐng)D11，圖11示出了本發(fā)明一實(shí)施例的led恒流驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電路中，設(shè)有數(shù)模混合調(diào)光恒流控制器集成電路300以及功率轉(zhuǎn)換級(jí)。其中，功率轉(zhuǎn)換級(jí)包括功率開(kāi)關(guān)205、檢測(cè)電阻206、續(xù)流二極管207、由電感208與電容209構(gòu)成的濾波器，用以將高輸入直流電壓vin轉(zhuǎn)換成低輸出直流電壓vout，提供給led負(fù)載120。功率開(kāi)關(guān)205的漏極與輸入電壓vin連接，其源極經(jīng)檢測(cè)電阻206與電感208連接。續(xù)流二極管207的負(fù)極連接在功率開(kāi)關(guān)205的源極與檢測(cè)電阻206之間。

在數(shù)?；旌险{(diào)光恒流控制器集成電路300的內(nèi)部，設(shè)有調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路330、誤差放大電路320以及邏輯控制電路310。其中，調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路330將外部的pwm調(diào)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓earef，該直流電壓earef等于上述pwm調(diào)光信號(hào)的占空比與參考電壓vref3(例如200mv)的乘積。誤差放大電路320是積分誤差放大電路，誤差放大器321將直流電壓earef與電感電流檢測(cè)信號(hào)is的平均值的差放大，產(chǎn)生誤差信號(hào)；電容322和電阻323是頻率補(bǔ)償元件。邏輯控制電路310中，峰值比較器213將電感電流檢測(cè)信號(hào)is與上述誤差信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生輸出信號(hào)rst；谷值比較器314將電感電流檢測(cè)信號(hào)is與參考電壓vref2進(jìn)行比較，產(chǎn)生輸出信號(hào)set。這里，參考電壓vref2例如為10mv，這意味著，電感電流谷值下降到零附近時(shí)，功率開(kāi)關(guān)205才會(huì)閉合給電感208充電，此時(shí)電路工作在臨界模式；觸發(fā)器211基于輸出信號(hào)rst控制功率開(kāi)關(guān)205的斷開(kāi)，基于輸出信號(hào)set控制功率開(kāi)關(guān)205的閉合。

如前文所述，圖3的電路采用了開(kāi)環(huán)恒流控制結(jié)構(gòu)，其led負(fù)載工作電流由公式1決定。雖然從公式1看起來(lái)，負(fù)載電流只與控制器200內(nèi)部參考電壓vref1的大小有關(guān)，但實(shí)際上由于不是閉環(huán)結(jié)構(gòu)，公式1只是一個(gè)近似，真正的負(fù)載電流大小還與很多其他因素有關(guān)，比如工作頻率的高低、電感208磁芯的質(zhì)量好壞、環(huán)境溫度的高低、電網(wǎng)電壓的高低、輸出負(fù)載電壓的高低等。這些因素導(dǎo)致的結(jié)果就是，隨著參考電壓vref1的減小(比如從400mv減到40mv，對(duì)應(yīng)10％的模擬調(diào)光)，公式1的誤差將會(huì)非常大，根本無(wú)法接受。要想達(dá)到高精度的要求，必須采用全閉環(huán)的恒流控制結(jié)構(gòu)。閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于自動(dòng)修正誤差，上述因素均不會(huì)影響閉環(huán)恒流系統(tǒng)的輸出精度。

按照本發(fā)明，圖11的電路采用的正是全閉環(huán)恒流控制架構(gòu)。與圖3相比，圖11中三個(gè)功率元件的相對(duì)位置上下顛倒了，這就使得電感208的電流無(wú)論在充電階段(功率開(kāi)關(guān)205閉合階段)、還是放電階段(功率開(kāi)關(guān)205斷開(kāi)階段)都流經(jīng)檢測(cè)電阻206，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，這是全閉環(huán)控制的前提條件。

由于采用開(kāi)環(huán)技術(shù)，圖3中控制電路200的內(nèi)部設(shè)有誤差補(bǔ)償電路216，來(lái)對(duì)輸出電流的精度進(jìn)行必要的修正。圖11電路采用閉環(huán)技術(shù)，所以不需要設(shè)置上述補(bǔ)償電路，但是其控制電路內(nèi)部設(shè)有誤差放大電路320。

圖11所示驅(qū)動(dòng)電路中，輸出電流由以下關(guān)系式嚴(yán)格決定：

i120＝earef/r2065

所謂“嚴(yán)格”，是指輸出電流只與調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路330的輸出電壓earef、檢測(cè)電阻206的阻值有關(guān)，與其他參數(shù)無(wú)關(guān)，不需要任何補(bǔ)償電路。這就是全閉環(huán)控制的特點(diǎn)，也是本發(fā)明能夠大幅降低燈具最低亮度的原因所在。

參照?qǐng)D12，圖12示出了本發(fā)明一實(shí)施例的調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。如前文所述，該轉(zhuǎn)換電路所輸出直流電壓earef與pwm調(diào)光信號(hào)占空比d之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

earef＝dpwm*vref36

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，圖12所示電路是其實(shí)現(xiàn)方式之一。調(diào)光數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括nmos管333、334，反相器332以及濾波電路。其中，nmos管333的柵極接收pwm調(diào)光信號(hào)，其漏極連接參考電壓vref3；nmos管334的柵極經(jīng)反相器332接收該pwm調(diào)光信號(hào)，其源極連接集成電路300的參考地gndic，其漏極與nmos管333的源極共同連接到節(jié)點(diǎn)sd；濾波電路由電阻335和電容336構(gòu)成，對(duì)節(jié)點(diǎn)sd的信號(hào)濾波，輸出直流電壓earef。

當(dāng)pwm調(diào)光信號(hào)為高電平時(shí)，使得nmos管334關(guān)閉，而開(kāi)啟nmos管333，節(jié)點(diǎn)sd電壓等于參考電壓vref3。當(dāng)pwm調(diào)光信號(hào)為低電平時(shí)，相應(yīng)使得nmos管333關(guān)閉，而開(kāi)啟nmos管334，節(jié)點(diǎn)sd電壓等于零。圖13示出了該轉(zhuǎn)換電路的工作電壓波形?？梢钥闯觯?jié)點(diǎn)sd波形頻率和占空比信息均與pwm一樣，只是節(jié)點(diǎn)sd的高電平不再是粗糙的數(shù)字電壓，而變成穩(wěn)定精確干凈的模擬參考電壓vref3(例如200mv)。再經(jīng)過(guò)由電阻335、電容336組成的濾波電路，就可以得到穩(wěn)定平滑的模擬電壓earef，該電壓在數(shù)學(xué)上嚴(yán)格等于節(jié)點(diǎn)sd電壓的平均值，也就是節(jié)點(diǎn)sd波形的占空比與參考電壓vref3的乘積，數(shù)學(xué)表達(dá)即為上述公式6。一般而言，上述濾波電路的rc時(shí)間常數(shù)，比pwm調(diào)光信號(hào)的周期大10倍以上，即

r335*c336＞10/fpwm7

由于pwm調(diào)光信號(hào)的頻率通常只有200hz左右，周期為5毫秒左右，上述濾波電路的rc時(shí)間常數(shù)需要大于50毫秒。若電阻r335取值100兆歐姆，電容c336的容值則不能低于500pf。

參照?qǐng)D14，圖14示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的led恒流驅(qū)動(dòng)電路。該實(shí)施例中，led負(fù)載由并聯(lián)的光源121、光源122組成；光源121、122可具有不同的顏色或者色溫，例如，光源121為暖光源，光源122為冷光源。這里，采用本發(fā)明的數(shù)?；旌险{(diào)光恒流控制器集成電路300，冷光源和暖光源共享一套驅(qū)動(dòng)電路，就可實(shí)現(xiàn)冷暖光調(diào)節(jié)。需要指出，集成電路300中，參考地是gndic，沒(méi)有與整流橋201和濾波電容202共地連接。通俗地講，本發(fā)明的集成電路300采用浮地連接(圖3中控制電路200則是實(shí)地連接)。這會(huì)對(duì)pwm調(diào)光信號(hào)的接收造成影響，因?yàn)橐话銇?lái)講，無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102都會(huì)選擇與整流橋201和濾波電容202共地連接，這樣，pwm調(diào)光信號(hào)的發(fā)送端102與接收端300的參考地不同，它們之間需要通過(guò)光電隔離來(lái)傳遞信號(hào)。為此，該驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)有一光耦303，通過(guò)該光耦，來(lái)自無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102的pwm1調(diào)光信號(hào)傳輸?shù)郊呻娐?00。在光耦303的輸入端和輸出端，可分別串接限流電阻301、302，用以限制光耦的輸入輸出電流。

如圖14所示，該驅(qū)動(dòng)電路中，還設(shè)有nmos管304、305。其中，nmos管305的柵極接收來(lái)自無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102的pwm2調(diào)光信號(hào)，漏極連接冷光源122，源極與無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102共地連接。nmos管304的柵極接收來(lái)自無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102的pwm3調(diào)光信號(hào)，漏極連接暖光源121，源極與無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102共地連接。nmos管304、305的作用在于，直接對(duì)暖光源121、冷光源122進(jìn)行pwm調(diào)光，調(diào)光頻率可以很容易達(dá)到3khz以上，足以避免燈光低頻頻閃對(duì)人的傷害。

在該驅(qū)動(dòng)電路中，共有三路調(diào)光脈沖信號(hào)：pwm1、pwm2和pwm3。其中pwm2和pwm3直接驅(qū)動(dòng)nmos管305、304，因?yàn)樗鼈児驳剡B接；而集成電路300可通過(guò)光耦303接收信號(hào)pwm1，因?yàn)榘l(fā)送端和接收端不共地。

信號(hào)pwm2和pwm3相互完全獨(dú)立，而信號(hào)pwm1卻不獨(dú)立，受pwm2和pwm3約束。下面將舉例說(shuō)明，假定冷光源和暖光源的最大電流是300ma，且兩個(gè)光源的工作電壓也一樣。在pwm2占空比和pwm3占空比都為“1”的情況下，冷光源和暖光源的工作電流之和為600ma，這就是要求的最大輸出電流。這時(shí)候就要求驅(qū)動(dòng)電路所提供的最大輸出電流恰好也是600ma。所謂最大，就是對(duì)應(yīng)pwm1占空比為“1”的時(shí)候。

在信號(hào)pwm2占空比為“1”、pwm3占空比只有“1/2”的情況下，冷光源平均電流還是300ma，而暖光源的平均工作電流只有150ma，兩者之和為450ma。這時(shí)候要求驅(qū)動(dòng)電路所提供的輸出電流恰好也是450ma。對(duì)應(yīng)的pwm1占空比應(yīng)該為450/600，即0.75。

而在pwm2占空比和pwm3占空比都為“1/2”的情況下，冷光源和暖光源的平均工作電流之和只有300ma。此時(shí)要求驅(qū)動(dòng)電路所提供的輸出電流恰好也是300ma。對(duì)應(yīng)的pwm1占空比應(yīng)為300/600，即0.5。

可見(jiàn)，信號(hào)pwm1的占空比完全由pwm2和pwm3的占空比決定，它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

dpwm1＝(dpwm2+dpmw3)/28

下面討論燈具的最小亮度限制問(wèn)題。根據(jù)公式5和公式6，圖14中驅(qū)動(dòng)電路提供的總輸出電流由下式嚴(yán)格決定：

i121+i122＝dpwm1*vref3/r2069

這意味著，總輸出電流只與pwm1調(diào)光信號(hào)的占空比、參考電壓vref3以及檢測(cè)電阻206的阻值有關(guān)，與其他參數(shù)無(wú)關(guān)，這是由于本發(fā)明采用了全閉環(huán)的恒流控制架構(gòu)。一般地，參考電壓vref3、檢測(cè)電阻206的阻值均固定，改變信號(hào)pwm1的占空比就可改變總輸出電流，從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮度的目的。最小亮度的大小，完全由信號(hào)pwm1的最小占空比決定。而該信號(hào)的最小占空比，受到無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102的工作時(shí)鐘頻率的限制。在無(wú)線信號(hào)接收與處理電路102中，都會(huì)內(nèi)置一個(gè)mcu，目前最低端的8位mcu時(shí)鐘頻率在12mhz到50mhz之間。假定mcu時(shí)鐘頻率是12mhz，一個(gè)機(jī)器周期大約為12個(gè)時(shí)鐘周期，也就是1us。再假定信號(hào)pwm1的最小脈沖寬度是10個(gè)機(jī)器周期，也就是10us；考慮pwm1頻率一般為200hz，周期為5000u8，這樣pwm1的最小占空比dmin就等于0.2％，理論上最小亮度也是0.2％，非常小了。因此，用戶(hù)最小亮度的體驗(yàn)得以大幅改善。

若采用全彩色智能照明，就需要三個(gè)獨(dú)立的rgb光源，它們共享一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路中對(duì)應(yīng)存在三個(gè)相互獨(dú)立的pwm調(diào)色信號(hào)，還存在一個(gè)非獨(dú)立的調(diào)節(jié)總輸出電流大小的pwm脈沖信號(hào)。其工作原理、電路結(jié)構(gòu)與圖14類(lèi)似，在此不再贅述。

在前文的描述中，雖然本發(fā)明是以驅(qū)動(dòng)led負(fù)載為例，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的是，本發(fā)明可用于驅(qū)動(dòng)任何一種恒流源負(fù)載。而且，前文雖以led光源與交流電網(wǎng)之間沒(méi)有電氣隔離的非隔離恒流驅(qū)動(dòng)為闡述基礎(chǔ)，但本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)同樣適用于led光源與交流電網(wǎng)之間電氣隔離的隔離恒流驅(qū)動(dòng)。

顯而易見(jiàn)，在此描述的本發(fā)明可以有許多變化，這種變化不能認(rèn)為偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，所有對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的改變，都包括在所附權(quán)利要求書(shū)的涵蓋范圍之內(nèi)。