数模混合调光恒流控制器集成电路制造技术

本发明专利技术公开了一种数模混合调光恒流控制器集成电路，其内部设有调光数模转换电路、误差放大电路以及逻辑控制电路，其中调光数模转换电路将一PWM调光信号转换为稳定的直流电压。本发明专利技术使得智能照明既满足世界上最苛刻的频闪要求，又不产生任何人耳能听到的机械振动声音，同时还做到几乎没有最小亮度限制，用户体验可得到极大提升。

【技术实现步骤摘要】
数模混合调光恒流控制器集成电路
本专利技术涉及恒流控制器，具体而言，涉及一种数模混合调光恒流控制器集成电路，包含所述集成电路的恒流源负载驱动装置，以及包含所述驱动装置的智能照明灯具。
技术介绍
作为新一代的照明光源，发光二极管(LED)已经得到广泛应用。在全球照明市场，LED照明预计占了七成以上。从1％到70％的市场占有率，LED照明只用了不到十年的时间。这一产业已开始寻求转型升级。与传统照明相比，LED照明具有一个较大的优势，即，实现灯具的调光(调节亮度)和调色(改变光的颜色)相对容易。这一优势正好是智能照明所需要的。目前，智能化逐渐成为创新热点，比如人工智能AI、物联网、智能家居等等。在智能家居中，智能照明可能会最先实现商业化，这基本是业界共识。未来十年，将是LED智能照明大发展的十年。LED智能照明的发展可分为初级、中级、高级智能阶段。在初级智能阶段，典型的应用是，使用遥控器(类似电视遥控器)实现对灯的亮度和颜色的控制。现在LED智能照明基本处于这一阶段。中级阶段为互联网化阶段，例如，手机上安装有专用APP，可通过手机对灯具进行控制，由此实现一定程度的远程智能控制，如场景设置(例子：海滩黄昏落日模式)。目前已有多家公司在探索。高级阶段是互联网智能化阶段，将照明灯具连接上互联网，应用人工智能和云计算技术，实现照明高级智能化。在这个阶段，智能照明可以实现与主人的语音互动。它就像照明管家一样，根据主人的命令，对房间照明场景、亮度和颜色做精细控制。通过语音互动，这个照明管家可慢慢对家里每个主人的照明习惯和喜好了如指掌。再加上人工智能深度学习，它就能够预测主人的照明需求，并提前做好安排。基本上，这就是未来智能照明的终极目标。图1为现有技术智能照明系统的功能框图。如图1所示，该系统分两大部分。部分001是整个系统的智能中枢，根据人类意志发出照明指令。部分100是执行部分，执行来自部分001的指令。这两部分之间一般没有任何物理硬连接，而是通过无线手段连接，比如红外线、433MHz射频、2.4G射频、WIFI、蓝牙、Zigbee等。本专利技术主要涉及上述执行部分100。部分100基本就是一个传统意义上的灯具，它具有LED光源120、给光源120提供稳定电流的恒流驱动电路101，后者通常叫做电源。灯具一般由三部分组成，即，光源、电源和物理外壳。部分100有别于传统灯具之处是，它还具有无线信号接收与处理电路102。该电路专门接收来自部分001的指令，并将指令转换成PWM调光信号，该信号提供的占空比信息可直接控制灯具的亮度。PWM是英文pulsewidthmodulation(脉冲宽度调制)首字母缩写。参照图2，图2示出了PWM脉冲信号。一般来讲，该信号是周期固定、而维持高电平的脉冲时间(也就是脉冲宽度)可以改变的信号。调制是指对脉冲宽度的调整改变。脉冲宽度与脉冲周期之比为占空比(DutyCycle)，一般以字母D表示，改变脉冲宽度就是改变占空比D。图3示出了现有的LED恒流驱动电路。参照图3，整流桥201、电容202用于对50/60Hz的110/220V交流电整流滤波。电阻203、电容204和稳压二极管215为调光恒流控制电路200提供稳定的工作电压。功率NMOS开关205、电感208、续流二极管207是开关电源的功率器件。滤波电容209为LED负载120提供低纹波的工作电流。电阻206检测流过功率NMOS开关205的电流。当PWM信号持续为高时，驱动电路就进入振荡模式，其工作波形如图4所示。当DRV信号从低变高后，功率NMOS开关205随之开启，电感208电流以(VIN-VOUT)/L208的斜率上升，在检测电阻206上的压降IS也会随之上升。当压降IS大于参考电压VREF1(比如400mV)时，比较器213的输出RST就从低翻转为高，该信号再送入RS触发器211的第一复位端R1，复位端为高将强制复位RS触发器211，使得其输出端从高变成低。驱动器212的输出DRV也随之从高变成低，功率NMOS开关205随之关闭。电感208随之进入放电阶段，电流以VOUT/L208的斜率下降。当谷值电流检测电路214检测出电感电流下降到某个值(最常见为0)时，会输出一个高电平信号到RS触发器211的置位S端，使得其输出从低变成高。驱动器212的输出DRV也随之从高变成低，功率NMOS开关205随之开启。驱动电路就这样周而复始地工作。从图4可以看出，电感208的工作电流是三角波，其峰值等于VREF1/R206，其谷值为零，所以电感平均电流为峰值电流的一半，也就是0.5*VREF1/R206。电感电流的平均值也就是负载120的电流平均值，即公式1：I120＝0.5*VREF1/R2061理论上讲，改变R206的阻值，就可以改变负载120的工作电流。如果PWM信号不是高，而是低电平，情况将完全不同。PWM低电平经过反相器217变成高电平，再送入RS触发器的第二个复位端R2，立即强制复位RS触发器211，并且只要PWM为低电平，RS触发器211就处于复位状态，输出端Q保持为低，DRV信号也一直为低，功率开关205一直处于断开OFF状态，也就是驱动电路完全停止振荡工作，电感208工作电流为零，负载120也没有电流流过。若PWM信号是周期性的脉冲信号，图3中的驱动电路将在PWM信号为高电平的阶段处于正常的工作状态，而在该信号为低电平的阶段处于停止状态。很容易理解，如果PWM信号的占空比D为0.5，也就是PWM一个周期里，一半时间高电平，系统工作；一半时间低电平，系统停机，这样负载120的亮度就只有最亮时候的一半(最亮时候对应PWM一直为高电平，驱动电路始终在工作)。不难证明，负载120的平均工作电流(平均工作电流与其亮度基本成正比)与PWM脉冲信号的占空比D之间，存在以下线性数学关系：I120＝0.5*D*VREF1/R2062因此，理论上讲，只要精细地控制PWM脉冲信号的占空比D，就可以对负载120的亮度进行精确控制。现有技术中，调节LED灯颜色的解决方案如图5、6所示。图5示出了现有的冷暖光智能照明系统的结构框图。该系统包含相互独立的暖光光源121和冷光光源122，以及分别与光源121、122对应的两套恒流驱动电路101A和101B。无线信号接收与处理电路102送出两路独立的调光脉冲信号PWM1、PMW2，就能对灯具的色温和亮度进行控制。这里，需要说明，LED光源色温以绝对温度K表示，在3300K以下，光色偏红给人以温暖的感觉，这种光一般叫做“暖色光”或“暖光”；色温在3000K--6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视觉心理效果，故称为“中性”色温，这种光叫做“中性光”；色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，这种光叫做“冷色光”或“冷光”。图6示出了现有的全彩色智能照明系统的结构框图。该系统包含相互独立的红绿蓝(RGB)三组光源，以及与三组光源分别对应的三套恒流驱动电路101C、101D和101E。无线信号接收与处理电路102送出三路独立的调光脉冲信号PWM1、PMW2和PWM3，就能对灯具进行全彩色和亮度控制。图5、6中，各恒流驱动电路与图1中恒流驱动电路101的工作原理完全相同。图3所示的LED恒流驱动电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数模混合调光恒流控制器集成电路，其内部设有调光数模转换电路、误差放大电路以及逻辑控制电路，其中，调光数模转换电路，将第一PWM调光信号转换为稳定的直流电压(EAREF)，所述直流电压(EAREF)等于第一PWM调光信号的占空比与第一参考电压的乘积；误差放大电路，将所述直流电压(EAREF)与来自外部功率转换级的电感电流检测信号的平均值之间的差进行放大，产生一误差信号；逻辑控制电路，包括：峰值比较器，将所述电感电流检测信号与所述误差信号进行比较，产生第一输出信号；谷值比较器，将所述电感电流检测信号与第二参考电压进行比较，产生第二输出信号；以及触发器，基于所述第一输出信号控制所述功率转换级中功率开关的断开，基于所述第二输出信号控制所述功率开关的闭合。

【技术特征摘要】
1.一种数模混合调光恒流控制器集成电路，其内部设有调光数模转换电路、误差放大电路以及逻辑控制电路，其中，调光数模转换电路，将第一PWM调光信号转换为稳定的直流电压(EAREF)，所述直流电压(EAREF)等于第一PWM调光信号的占空比与第一参考电压的乘积；误差放大电路，将所述直流电压(EAREF)与来自外部功率转换级的电感电流检测信号的平均值之间的差进行放大，产生一误差信号；逻辑控制电路，包括：峰值比较器，将所述电感电流检测信号与所述误差信号进行比较，产生第一输出信号；谷值比较器，将所述电感电流检测信号与第二参考电压进行比较，产生第二输出信号；以及触发器，基于所述第一输出信号控制所述功率转换级中功率开关的断开，基于所述第二输出信号控制所述功率开关的闭合。2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述调光数模转换电路包括第一、二NMOS管、反相器以及滤波电路，其中，第一NMOS管，其栅极接收所述第一PWM调光信号，漏极连接所述第一参考电压；第二NMOS管，其栅极经所述反相器接收第一PWM调光信号，源极连接所述集成电路的参考地(GNDIC)，漏极与所述第一NMOS管的源极共同连接到节点(SD)；滤波电路，由电阻和电容构成，对所述节点(SD)的信号滤波，输出所述直流电压(EAREF)。3.如权利要求2所述的集成电路，其特征在于，所述滤波电路的RC时间常数，比第一PWM调光信号的周期大10倍以上。4.一种驱动恒流源负载的装置，包括权利要求1至3中任一项所述的集成电路以及功率转换级，所述功率转换级包括功率开关、检测电阻、续流二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：许瑞清，刘立国，
申请(专利权)人：许瑞清，
类型：发明
国别省市：北京,11