Led驅(qū)動(dòng)器和控制方法
【專利摘要】一種DC?DC變換器具有產(chǎn)生具有導(dǎo)通時(shí)間、斷開時(shí)間和切換頻率的脈沖的序列的脈沖寬度控制電路。導(dǎo)通時(shí)間和切換頻率二者根據(jù)調(diào)光設(shè)置而變化。
【專利說明】
LED驅(qū)動(dòng)器和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于特別是使用調(diào)光控制函數(shù)來驅(qū)動(dòng)LED的LED驅(qū)動(dòng)器以及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] LED通常使用DC-DC變換器來驅(qū)動(dòng)。變換器接受DC輸入電壓并且提供DC輸出電壓。 [0003]對(duì)于很多應(yīng)用，DC-DC變換器被配置成基于未調(diào)節(jié)的DC輸入電壓來向負(fù)載提供調(diào) 節(jié)后的DC輸出電壓。DC-DC變換器可以用于將由各種DC功率源中的任何功率源提供的未調(diào) 節(jié)電壓變換成用于驅(qū)動(dòng)給定負(fù)載的更適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)后的電壓。未調(diào)節(jié)的DC輸入電壓通常從市 電AC功率源來得到，其通過橋式整流器/濾波電路布置被整流和濾波。
[0004] 圖1示出了被配置成基于更高的未調(diào)節(jié)DC輸入電壓30(Vin)向負(fù)載40提供調(diào)節(jié)后 的DC輸出電壓32(Vout)的傳統(tǒng)的降電壓（step-down)DC-DC變換器50的電路圖。圖1的降電 壓變換器通常也稱為"降壓(buck)"變換器。從功能的角度來看，圖1的降壓變換器通常代表 其他類型的DC-DC變換器。
[0005] DC-DC變換器(如圖1的降壓變換器)采用晶體管或等效器件20,晶體管或等效器件 20被配置成用作有選擇地使得能量被存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)設(shè)備22中的飽和開關(guān)。能量存儲(chǔ)設(shè)備 22在圖1中被示出為電感器L。
[0006] 雖然圖1將這樣的晶體管開關(guān)圖示為雙極結(jié)晶體管(BJT)，但是在各種DC-DC變換 器實(shí)現(xiàn)中也可以采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)作為開關(guān)。通過采用這樣的晶體管開關(guān)，DC-DC變 換器由于其通用功能通常也稱為"開關(guān)調(diào)節(jié)器"。
[0007] 圖1的電路中的晶體管開關(guān)20操作以周期性地在相對(duì)較短的時(shí)間間隔期間在電感 器22(L)兩端施加未調(diào)節(jié)的DC輸入電壓30(Vin)(在圖1中，描繪單個(gè)電感器以示意性地表示 布置成各種串聯(lián)/并聯(lián)配置中的任何配置以提供期望電感的一個(gè)或多個(gè)實(shí)際電感器）。
[0008] 在晶體管開關(guān)"導(dǎo)通"或閉合并且從而向電感器傳遞輸入電壓Vin的間隔期間，電 流基于所施加的電壓流過電感器并且電感器在其磁場(chǎng)中存儲(chǔ)能量。當(dāng)開關(guān)"斷開"或關(guān)斷使 得DC輸入電壓從電感器被去除時(shí)，電感器中存儲(chǔ)的能量被傳遞給濾波電容器34，濾波電容 器34用以向負(fù)載40提供相對(duì)平滑的DC輸出電壓Vout。
[0009] 當(dāng)晶體管開關(guān)20導(dǎo)通時(shí)，在電感器22兩端施加電壓VL = Vout-Vin。所施加的這一 電壓引起線性增加的電流U基于關(guān)系式VL = LdIJdt而流過電感器(并且流至負(fù)載和電容 器)。
[0010] 當(dāng)晶體管開關(guān)20斷開時(shí)，通過電感器的電流Il繼續(xù)在相同的方向上流動(dòng)，其中二 極管24(D1)現(xiàn)在導(dǎo)通以完成電路。只要電流流過二極管24,則電感器兩端的電壓V l固定在 Vout-Vdiode，引起電感器電流Il隨著能量從電感器的磁場(chǎng)向電容器和負(fù)載提供而線性減 小。
[0011] 圖2是圖示在以上描述的開關(guān)操作期間圖1的電路的各種信號(hào)波形的圖。
[0012] 傳統(tǒng)的DC-DC變換器可以被配置成在不同模式(通常稱為"連續(xù)"模式、"斷續(xù)模式" 或"臨界"模式)下操作。
[0013] 在連續(xù)模式操作中，電感器電流U在晶體管開關(guān)的連續(xù)切換循環(huán)期間保持在零以 上。在臨界模式下，電感器電流在給定切換循環(huán)的開始處以零開始并且在切換循環(huán)的結(jié)束 處返回零。在斷續(xù)模式下，電感器電流在給定切換循環(huán)的開始處以零開始并且在切換循環(huán) 的結(jié)束之前返回零。
[0014] 圖3示出了連續(xù)模式的波形，其中假定在開關(guān)導(dǎo)通（即，傳導(dǎo)）時(shí)晶體管開關(guān)的兩端 沒有電壓降并且在二極管Dl傳導(dǎo)電流時(shí)二極管的兩端有可忽略的電壓降。圖3中示出了持 續(xù)兩個(gè)連續(xù)切換循環(huán)的、疊加在圖1所示的點(diǎn)Vx處的電壓上的、在連續(xù)循環(huán)上電感器電流的 變化，其基于晶體管開關(guān)20的操作以及通過電感器U的電流。水平軸表示時(shí)間t，完整的切 換循環(huán)用時(shí)間周期T表示，其中晶體管開關(guān)"導(dǎo)通"時(shí)間表示為t〇 n并且開關(guān)"斷開"時(shí)間表示 St〇ff(^PT=t〇n+t〇ff)〇
[0015] 對(duì)于穩(wěn)態(tài)操作，在切換循環(huán)的開始和結(jié)束時(shí)的電感器電流Il基本上相同，如通過 圖3中的指示Ip可見。因此，根據(jù)關(guān)系式VL = LdWdt，在一個(gè)切換循環(huán)上的電流變化為零，并 且可以由下式給出：
[0016]
[0017]其簡化為
[0018] ( Vin-Vout) ton-( Vout) (T-ton) = 〇
[0019] 或者
[0020]
[0021] D定義為晶體管開關(guān)的"占空比"、或者每個(gè)切換循環(huán)開關(guān)導(dǎo)通并且使得能量被存 儲(chǔ)在電感器中的時(shí)間的比例?？梢姡敵鲭妷号c輸入電壓之比與D成比例；即，通過改變圖1 的電路中的開關(guān)的占空比D，可以關(guān)于輸入電壓Vin改變輸出電壓Vout，但是輸出電壓Vout 不能超過輸入電壓，因?yàn)樽畲笳伎毡菵為1。
[0022]圖1的傳統(tǒng)降壓變換器特別地被配置成向負(fù)載40提供低于輸入電壓Vin的調(diào)節(jié)后 的輸出電壓Vout。為了確保輸出電壓Vout的穩(wěn)定性，降壓變換器采用反饋控制回路46控制 晶體管開關(guān)20的操作。通常，如圖1中用連接47表示的，反饋控制回路46的各個(gè)部件的功率 可以從DC輸入電壓Vin得到或者替選地可以從另一獨(dú)立的功率源得到。
[0023] DC輸出電壓Vout的縮小后的樣本電壓Vsample作為輸入被提供給反饋控制回路46 (經(jīng)由電阻器R2和R3)并且由誤差放大器28將其與參考電壓Vref相比較。參考電壓是期望的 調(diào)節(jié)后的輸出電壓Vout的穩(wěn)定的縮小后的表示。誤差放大器28基于Vsample和Vref的比較 生成誤差信號(hào)38,并且這一誤差信號(hào)的幅度最終控制晶體管開關(guān)20的操作，晶體管開關(guān)20 的操作又經(jīng)由對(duì)開關(guān)占空比的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)輸出電壓Vout。以這一方式，反饋控制回路維持 穩(wěn)定的調(diào)節(jié)后的輸出電壓Vout。特別地，誤差信號(hào)38用作脈沖寬度調(diào)制器36的控制電壓，脈 沖寬度調(diào)制器36還接收由振蕩器26提供的頻率/ = 1/T的脈沖流42。在傳統(tǒng)的DC-DC變換器 中，脈沖流的示例性頻率在大致50kHz到IOOkHz的范圍內(nèi)。脈沖寬度調(diào)制器36被配置成使用 脈沖流42和誤差信號(hào)38二者提供控制晶體管開關(guān)20的占空比的開關(guān)控制信號(hào)44。實(shí)際上， 脈沖流42的脈沖用作"觸發(fā)器"以引起脈沖寬度調(diào)制器導(dǎo)通晶體管開關(guān)20,并且誤差信號(hào)38 確定晶體管開關(guān)保持導(dǎo)通多久并且因此確定占空比D。
[0024]以上描述連續(xù)模式。"斷續(xù)"或"突發(fā)"模式用于改善功率變換器的輕負(fù)載效率，以 幫助節(jié)省能量并且延長設(shè)備的電池壽命。也可以通過減小這些輕負(fù)載條件下的切換頻率來 減小切換損失。當(dāng)負(fù)載電流很高時(shí)，優(yōu)選的是在固定頻率連續(xù)模式下操作功率變換器，因?yàn)?這實(shí)現(xiàn)了快的過渡響應(yīng)、更高的效率和更窄范圍的噪聲頻譜。當(dāng)負(fù)載電流很低時(shí)，控制開關(guān) 在幾個(gè)連續(xù)的循環(huán)期間導(dǎo)通并且保持?jǐn)嚅_直到輸出電壓降低到閾值以下。然而，這一突發(fā) 模式操作在一些情況下不理想，因?yàn)檩p負(fù)載下的突發(fā)模式可以引起切換噪聲頻譜擴(kuò)展至寬 的范圍，從而強(qiáng)加EMI問題并且在驅(qū)動(dòng)LED時(shí)導(dǎo)致視覺閃爍。
[0025]需要控制不同模式之間的過渡。US7 755 342公開了一種用于在固定頻率模式與 斷續(xù)模式之間過渡的電路。然而，在模式之間的過渡時(shí)電路響應(yīng)存在突發(fā)變化。另外，這一 方法利用突發(fā)模式，這可能產(chǎn)生閃爍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]本發(fā)明由權(quán)利要求定義。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，提供了：
[0028] 一種LED驅(qū)動(dòng)器，包括：
[0029] DC-DC變換器，具有產(chǎn)生具有導(dǎo)通時(shí)間、斷開時(shí)間和切換頻率的脈沖的序列的脈沖 寬度控制電路；以及
[0030] 控制電路，具有用于接收調(diào)光設(shè)置的輸入，其中控制電路用于根據(jù)調(diào)光設(shè)置控制 脈沖寬度控制電路以改變導(dǎo)通時(shí)間和切換頻率，
[0031] 其中對(duì)于至少一個(gè)范圍的調(diào)光設(shè)置，控制電路被適配成根據(jù)調(diào)光設(shè)置改變導(dǎo)通時(shí) 間和切換頻率二者，切換頻率變化和導(dǎo)通時(shí)間變化的相對(duì)主導(dǎo)取決于調(diào)光設(shè)置。
[0032] 通過同時(shí)控制切換頻率(組合的導(dǎo)通時(shí)間和斷開時(shí)間的重復(fù)頻率)和導(dǎo)通時(shí)間，在 不同的調(diào)光設(shè)置處在電路函數(shù)之間提供平滑過渡。在低調(diào)光水平，切換頻率可以很低，這使 得輸出燈電流針對(duì)驅(qū)動(dòng)器控制器的給定最小導(dǎo)通時(shí)間變得更低。在高調(diào)光水平，切換頻率 可以很高以使得輸出燈電流波紋更低并且實(shí)現(xiàn)更小尺寸的磁性部件(例如電感器)并且因 此實(shí)現(xiàn)更小的驅(qū)動(dòng)器。
[0033]優(yōu)選地，DC-DC變換器具有突發(fā)模式，并且控制電路被適配成針對(duì)低調(diào)光設(shè)置改變 切換頻率以防止變換器進(jìn)入突發(fā)模式。否則可能開始突發(fā)模式的這些低調(diào)光設(shè)置例如可以 包括低于10%的調(diào)光設(shè)置。
[0034]最小導(dǎo)通時(shí)間的值可以在切換周期的0.2%到2 %的范圍內(nèi)。例如，對(duì)于最深允許 調(diào)光設(shè)置，導(dǎo)通時(shí)間可以減小到大約0.5%。
[0035]最小切換頻率可以在最大切換頻率的0.2 %到5 %的范圍內(nèi)。例如，對(duì)于最深允許 調(diào)光設(shè)置，切換頻率可以減小到大約〇. 5%。
[0036]在10 %的調(diào)光設(shè)置處，切換頻率可以在最大切換頻率的30 %到60 %的范圍內(nèi)?？?以認(rèn)為這一 10%的值是需要防止突發(fā)模式的低調(diào)光設(shè)置和非常低或深調(diào)光設(shè)置之間的邊 界。因此，切換頻率變化主要在最低調(diào)光設(shè)置處發(fā)生。
[0037] 在這一相同的10 %的調(diào)光設(shè)置處，導(dǎo)通時(shí)間可以在切換周期的0.5 %到2 %的范圍 內(nèi)。因此，從這一邊界到最深調(diào)光設(shè)置的導(dǎo)通時(shí)間的變化更小，并且多數(shù)變化在更高調(diào)光設(shè) 置處發(fā)生。以這一方式，頻率控制主導(dǎo)低調(diào)光設(shè)置并且導(dǎo)通時(shí)間控制主導(dǎo)高調(diào)光設(shè)置（即接 近全亮度）。
[0038] 作為示例，最大切換頻率可以在IOkH與IMHz之間并且最小切換頻率可以在50Hz與 IOOkHz之間。最大導(dǎo)通時(shí)間可以在Iys與IOOys之間并且最小導(dǎo)通時(shí)間可以在IOns與Iys之 間。
[0039] 本發(fā)明還提供一種照明系統(tǒng)，包括:本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器以及由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的LED照明 裝置。
[0040] 本發(fā)明還提供一種LED驅(qū)動(dòng)方法，包括：
[0041 ]產(chǎn)生具有導(dǎo)通時(shí)間、斷開時(shí)間和切換頻率的脈沖的序列；以及
[0042] 根據(jù)調(diào)光設(shè)置控制脈沖序列以改變導(dǎo)通時(shí)間和切換頻率，
[0043] 其中對(duì)于至少一個(gè)范圍的調(diào)光設(shè)置，方法包括根據(jù)調(diào)光設(shè)置改變導(dǎo)通時(shí)間和切換 頻率二者，切換頻率變化和導(dǎo)通時(shí)間變化的相對(duì)主導(dǎo)取決于調(diào)光設(shè)置。
【附圖說明】
[0044]現(xiàn)在參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，在附圖中：
[0045]圖1示出了用于驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載的已知的DC-DC變換器電路；
[0046] 圖2示出了時(shí)序圖的第一集合以解釋圖1的電路的操作；
[0047] 圖3示出了另外的時(shí)序圖以解釋圖1的電路的操作；
[0048] 圖4示出了時(shí)序圖以解釋根據(jù)實(shí)施例的控制方法；
[0049] 圖5示出了如何使用控制方法來擴(kuò)展調(diào)光范圍；
[0050] 圖6用示意圖形式示出了根據(jù)實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)控制方法的電路；以及
[0051] 圖7示出了圖6的電路的更多細(xì)節(jié)和模擬電路實(shí)現(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0052]本發(fā)明提供了一種DC-DC變換器，其具有產(chǎn)生具有導(dǎo)通時(shí)間、斷開時(shí)間和切換頻率 的脈沖的序列的脈沖寬度控制電路。導(dǎo)通時(shí)間以及切換頻率二者根據(jù)調(diào)光設(shè)置變化。特別 地，對(duì)于至少一個(gè)范圍的調(diào)光設(shè)置，這兩個(gè)參數(shù)在調(diào)光設(shè)置的每個(gè)變化時(shí)發(fā)生變化。
[0053]圖4示出了如何能夠根據(jù)調(diào)光設(shè)置控制導(dǎo)通時(shí)間（"On time"）和切換頻率（"Fs"） 二者。低調(diào)光水平表示低亮度(即，大量調(diào)光），而高調(diào)光水平表示高亮度（即，少量調(diào)光）。例 如，調(diào)光水平表示為百分比。1 %的調(diào)光水平表示最大輸出強(qiáng)度的1 %的亮度輸出。
[0054] 在本示例中，兩個(gè)函數(shù)都針對(duì)整個(gè)調(diào)光范圍發(fā)生變化。如下面解釋的，兩個(gè)函數(shù)可 以僅針對(duì)調(diào)光設(shè)置范圍的一部分按照所示方式同時(shí)變化。
[0055] 這些函數(shù)可以如下定義。
[0056] Fs = a(x)
[0057] On time = b(x)
[0058] 在以上函數(shù)中，x是調(diào)光水平。
[0059] 姑豐公社的個(gè)I★琢X的范圍，a (X)的第一階偏微分為：
[0060]
[0061] 并且
[0062]
[0063] '用范圍中，b(x)的第一階偏微分為
[0064]
[0065]
[0066]
[0067] 、來沒有零梯度，因?yàn)檎{(diào)光水平的每個(gè)變化引起Fs和On time二 lx，a(x)的第二階偏微分為：
[0068]
[0069]
[0070]
[0071] 丨勺第二階偏微分為：
[0072]
[0073]
[0074]
[0075] 這些關(guān)系式表示，切換頻率變化在低調(diào)光水平下更陡峭，而導(dǎo)通時(shí)間變化在低調(diào) 光水平下更平坦。因此，在低調(diào)光水平，切換頻率控制主導(dǎo)。在高調(diào)光水平，導(dǎo)通時(shí)間變化更 陡峭并因此主導(dǎo)，并且切換頻率函數(shù)更平坦并且因此更靜態(tài)。通常，導(dǎo)通時(shí)間變化和切換頻 率變化的相對(duì)主導(dǎo)根據(jù)調(diào)光水平來適配。
[0076]作為示例，曲線函數(shù)可以是
[0077] Fs = Z^OOOviX+ 10000
[0078] On time = 0.000002x2+0.0000002
[0079] xe(〇.l%,l〇〇%)
[0080] 在范圍XE (0.1%，1〇〇%)(其假定允許調(diào)光范圍為0.1%到100%)中，
[0081] Fsel7589,250000)
[0082] On timeE(0.0000002，0·0000022)
[0083] 對(duì)于這些函數(shù)，F(xiàn)s的第一階偏微分為
[0084]
[0085] 在范圍 χΕ(〇·1%，1〇〇%)中，
[0086]
[0087]
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0092]
[0093]
[0094]
[0095]
[0096]
[0097]
[0098]
[0099] 圖4所示的控制根據(jù)輸入調(diào)光水平來提供脈沖寬度導(dǎo)通時(shí)間和/或切換頻率的調(diào) 節(jié)之間的平衡。兩個(gè)函數(shù)可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)為一個(gè)控制方法，其中頻率的控制效果在深調(diào)光條 件下主導(dǎo)調(diào)光輸出，而導(dǎo)通時(shí)間的控制效果在其他調(diào)光條件下主導(dǎo)調(diào)光輸出。
[0100] 這一方法提供了調(diào)光輸出的平滑控制。
[0101] 出于解釋的目的，可以將調(diào)光水平分類成從最小調(diào)光水平(例如0.1%)直到閾值 (例如在1 %到10%調(diào)光之間）的"深"調(diào)光水平以及在這一閾值周圍和以上的"低"調(diào)光水 平。
[0102] 作為示例，當(dāng)調(diào)光達(dá)到低調(diào)光與深調(diào)光之間的1%邊界時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間例如可以已經(jīng) 減小到1 % (從100 %的最大值），而頻率可以僅已經(jīng)下降到大約50 % (從最大100 %頻率）。移 動(dòng)到最低〇. 1 %調(diào)光條件，切換頻率然后可以例如從大約50%減小到大約0.5%，而導(dǎo)通時(shí) 間例如僅從1 %變化到大約〇. 5%。
[0103] 在更一般的意義上，如果閾值被定義在10%的調(diào)光設(shè)置處，則切換頻率可以在最 大切換頻率的30%到60%的范圍內(nèi)，并且導(dǎo)通時(shí)間可以在這一閾值處的切換頻率的0.5% 到2 %的范圍內(nèi)。最小切換頻率（以上示例中給定為0.5 %)更一般地可以在最大切換頻率的 0.2 %到5 %的范圍內(nèi)，并且最小導(dǎo)通時(shí)間（以上示例中給定為0.5 % )可以在切換周期的 0.2%到2%的范圍內(nèi)。
[0104] 在數(shù)值方面，導(dǎo)通時(shí)間可以從幾十毫秒或幾毫秒的最大值減小為幾百納秒或甚至 幾十納秒。在例如〇. 1 %的最深調(diào)光條件下，頻率可以從幾百kHz或幾十kH減小為幾十kHz或 甚至幾十Hz。
[0105] 借助于切換頻率的減小，在控制器沒有進(jìn)入突發(fā)模式的情況下啟用了深調(diào)光條 件。在沒有減小切換頻率的情況下，在深調(diào)光條件下，控制器將導(dǎo)通時(shí)間減小為其最小導(dǎo)通 時(shí)間值，并且如果功率能量傳送仍然高于期望值，則控制器將停止脈沖寬度調(diào)制器，直到功 率能量傳送低于期望值?？刂破魅缓髮⒅匦麻_啟以傳送功率能量。在突發(fā)模式下，輸出能量 不穩(wěn)定并且沒有控制使得可以觀察到光閃爍或其他效果。
[0106] 如果切換頻率在深調(diào)光條件下可以減小，使得切換頻率和導(dǎo)通時(shí)間被減小，則可 以擴(kuò)展每個(gè)循環(huán)的最小功率能量傳送并且以這一方式使得輸出功率能量受控并且穩(wěn)定。
[0107] 在以上圖4所示示例中，全調(diào)光范圍對(duì)切換頻率和導(dǎo)通時(shí)間具有同時(shí)控制。然而， 這一雙控制可以根據(jù)需要僅應(yīng)用于調(diào)光設(shè)置的中間區(qū)域。例如，對(duì)于最低調(diào)光水平（即，最 大調(diào)光），可以僅有對(duì)切換頻率的控制。替選地，對(duì)于最高調(diào)光水平(最小量的調(diào)光），可以僅 控制導(dǎo)通時(shí)間。
[0108] 這兩個(gè)示例意味著存在兩個(gè)調(diào)光范圍。具有對(duì)導(dǎo)通時(shí)間和頻率二者的控制的區(qū)域 使得它們之間的過渡能夠更加平滑。
[0109] 這兩個(gè)方法可以組合以提供三個(gè)調(diào)光范圍，中央調(diào)光范圍具有雙頻率和導(dǎo)通時(shí)間 控制。
[0110] 以上解釋的方法使得能夠擴(kuò)展調(diào)光范圍。圖5將傳統(tǒng)方法的調(diào)光水平與LED電流之 間的關(guān)系示出為曲線60。最小調(diào)光水平是10%。以上解釋的控制方法使得曲線能夠通過部 分62被擴(kuò)展使得能夠?qū)⒆钚≌{(diào)光水平降低為低于1 %，并且甚至可以接近或達(dá)到0.1 %。通 過針對(duì)在過渡點(diǎn)64周圍的調(diào)光水平處的調(diào)光水平，控制切換頻率和導(dǎo)通時(shí)間二者，將到這 一深調(diào)光范圍的過渡64保持平滑。
[0111] 圖6用示意圖形式示出了用于實(shí)現(xiàn)以上解釋的控制方法的電路的示例。提供PffM控 制的DC-DC變換器被示出為70。其可以是如以上參考圖1描述的降壓變換器。
[0112] 然而，可以使用其他類型的傳統(tǒng)DC-DC變換器，諸如提供高于輸入電壓的調(diào)節(jié)后的 DC輸出電壓的"升壓"變換器、可以被配置成提供低于或高于輸入電壓并且極性與輸入電壓 相反的調(diào)節(jié)后的DC輸出電壓的反相或"降壓-升壓"變換器、以及基于電容耦合的能量傳送 原理的"Cuk"變換器。如同降壓變換器，在這些其他類型的變換器中的每個(gè)中，晶體管開關(guān) 的占空比D確定輸出電壓Vout與輸入電壓Vin之比。
[0113] 能量存儲(chǔ)設(shè)備再次示出為電感器72,但是其他類似的變換器可以取而代之使用電 容器。開關(guān)晶體管被示出為74,并且二極管被示出為76。
[0114] 電路具有調(diào)光設(shè)置電路78,期望調(diào)光水平作為輸入被提供給調(diào)光設(shè)置電路78。調(diào) 光設(shè)置電路控制頻率設(shè)置電路80和導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置電路82,頻率設(shè)置電路80提供PWM操作的 頻率設(shè)置，導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置電路82提供HVM操作的導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置。這些然后控制DC-DC變換器 電路提供期望操作。
[0115] 通過調(diào)光設(shè)置電路78控制頻率和導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置電路80、82的方式來提供以上描述 的功能。
[0116] 圖6示出了 LED裝置83形式的負(fù)載。其可以是一個(gè)或多個(gè)LED，其具有單個(gè)顏色或不 同顏色以實(shí)現(xiàn)顏色點(diǎn)控制。
[0117] 控制可以用硬件或者用軟件來實(shí)現(xiàn)。
[0118] 對(duì)于軟件實(shí)現(xiàn)，調(diào)光水平可以由控制器來處理以得到用于以期望方式控制DC-DC 變換器的合適的控制輸入。可以用于這樣的控制器的部件包括但不限于傳統(tǒng)的微處理器、 專用集成電路(ASIC)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。在這種情況下，調(diào)光電路、頻率設(shè)置電路 和導(dǎo)通時(shí)間設(shè)置電路可以用共享處理器來實(shí)現(xiàn)。
[0119] 在各種實(shí)現(xiàn)中，處理器或控制器可以與一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)（諸如易失性和非易 失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，諸如RAM、PR0M、EPR0M和EEPR0M)相關(guān)聯(lián)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以用一個(gè)或多個(gè)程 序編碼，一個(gè)或多個(gè)程序當(dāng)在一個(gè)或多個(gè)處理器和/或控制器上執(zhí)行時(shí)執(zhí)行所需要的功能。 各種存儲(chǔ)介質(zhì)可以在處理器或控制器內(nèi)固定或者可以是可移植的，使得其上存儲(chǔ)的一個(gè)或 多個(gè)程序可以被加載到處理器或控制器中。
[0120] 作為替代，電路可以實(shí)現(xiàn)為模擬電路部件。
[0121] 圖7使用模擬部件更詳細(xì)地示出了可能電路的一個(gè)示例。
[0122] DC-DC變換器和P麗控制器70實(shí)現(xiàn)為固定斷開時(shí)間的降壓控制器芯片。
[0123] 電阻器R7是用于PWM控制器70的控制的降壓電感器電流感測(cè)電阻器。在R7兩端的 電壓達(dá)到向PWM控制器70提供的調(diào)光設(shè)置時(shí)，晶體管74被斷開。這一調(diào)光設(shè)置由調(diào)光電路78 的部件生成。
[0124] 通過提供對(duì)應(yīng)于期望調(diào)光設(shè)置的參考電壓，調(diào)光電路78基本上按照與圖1的反饋 電路46相同的方式工作。因此，調(diào)光電路78包括具有調(diào)光設(shè)置水平輸入Iset0_l的誤差放大 器79。
[0125] 在調(diào)光電路78中，電阻器R8形成表示燈電流的電流感測(cè)電路。電阻器R9和電容器 ClO與放大器79形成誤差放大器電路，誤差放大器電路的輸出是調(diào)節(jié)后的誤差放大信號(hào)。電 阻器RlO和Rll形成確定導(dǎo)通時(shí)間與調(diào)光水平的函數(shù)和切換頻率與調(diào)光水平的函數(shù)的分壓 器電路。電阻器之間的接合點(diǎn)處的相除的輸出基本上用于控制導(dǎo)通時(shí)間，而誤差放大器電 路輸出用于控制頻率。
[0126] 誤差放大信號(hào)通過電路80連接至電容器Coffl以確定切換頻率與調(diào)光水平的函 數(shù)。
[0127] 分壓器電路(R10和Rll)的輸出信號(hào)連接到P麗電路70的電流調(diào)節(jié)引腳IADJ引腳。 向IADJ引腳提供的電壓確定峰值電感器電流，并且斷開時(shí)間由振蕩器電路控制，振蕩器電 路由控制器70、電容器Coffl以及電阻器R6和R12定義。
[0128] 在P麗電路70內(nèi)，存在處理Coffl上的電壓的比較電路。雖然Coffl的電壓低于閾 值，但是晶體管74被關(guān)斷直到Coffl的電壓達(dá)到某個(gè)電平。Coffl上的電壓然后通過塊70中 的放電電路被放電。
[0129] 因此，斷開時(shí)間可以通過改變來自R12和R6的充電電流來被適配。如果來自R12或 R6的充電電流更高，則將Coffl充電到某個(gè)電平的時(shí)間更短，這意味著斷開時(shí)間更短。在某 個(gè)調(diào)光水平和輸出電壓處，斷開時(shí)間固定，因?yàn)檎`差放大信號(hào)和輸出電壓在穩(wěn)態(tài)恒定使得 輸出電流可以通過電感器72的峰值電流來控制。晶體管74的導(dǎo)通時(shí)間由電路79的誤差放大 信號(hào)來控制。如果輸出電流低于IsetOj，則誤差放大信號(hào)將增加，從而部件74的導(dǎo)通時(shí)間 將更長，并且峰值電感器電流將更高。通過固定斷開時(shí)間控制，輸出電流也將被增加直到其 滿足1861:0_1的水平。
[0130] 1?6、1?12、(：(^〇、1?10和1?11的參數(shù)的細(xì)調(diào)可以用于適配導(dǎo)通時(shí)間和切換頻率曲線與 調(diào)光水平。如果調(diào)光水平IsetO_l變化，則誤差放大信號(hào)也將變化，從而導(dǎo)通時(shí)間和斷開時(shí) 間變化，這還改變切換頻率。
[0131]因此，頻率設(shè)置電路80通常實(shí)現(xiàn)為反饋電阻器R12以改變晶體管74的切換頻率。在 低調(diào)光水平，調(diào)光電路放大器7 9的輸出電壓很低，給出低的來自R12的充電電流。這使得切 換頻率更低。在高的輸出調(diào)光水平，放大器79的輸出電壓很高并且來自R12的充電電流很 高，這將使得切換頻率很高。
[0132] 這一切換頻率因此不僅與輸出燈電壓有關(guān)，而且還與燈電流調(diào)光水平有關(guān)。在從 高調(diào)光水平到低調(diào)光水平的階段期間，OLED的燈電壓沒有變化大的量，例如從15V到14V，這 意味著通過R6的充電電流不會(huì)發(fā)生很大變化。然而，由于調(diào)光水平的大的變化，放大器79的 輸出電壓改變很大的量，使得來自Rl 2的充電電流變化很大的量，這將改變切換頻率。
[0133] 在低調(diào)光水平，控制器70的最小導(dǎo)通時(shí)間可以限制最小調(diào)光水平，但是通過變?yōu)?更低的切換頻率，調(diào)光水平在控制器的最小導(dǎo)通時(shí)間下甚至可以更低。通常，如果需要更低 的調(diào)光水平，則控制器在最小導(dǎo)通時(shí)間下進(jìn)入其突發(fā)模式，這引起系統(tǒng)不穩(wěn)定和光閃爍。通 過變?yōu)楦偷那袚Q頻率，調(diào)光水平設(shè)置在最小導(dǎo)通時(shí)間處可以更低，同時(shí)避免控制器在最 小導(dǎo)通時(shí)間處進(jìn)入突發(fā)模式。
[0134] 切換頻率可以在高輸出電平處維持為高，這意味著電感器的更低電流波紋和更小 尺寸以使得驅(qū)動(dòng)器更小并且成本更低。
[0135] 在以上示例中，通過電阻器R12提供的充電電流與調(diào)光水平成線性比例，但是這不 重要。通過R12的充電電流可以與調(diào)光水平非線性地相關(guān)，或者可以使用滯回控制。滯回控 制可以用于幫助在調(diào)光水平的過渡期間防止光閃爍和系統(tǒng)不穩(wěn)定。
[0136] 圖7提供模擬電路實(shí)現(xiàn)的僅一個(gè)示例。然而，存在很多其他可能的電路。基本上，到 DC-DC變換器的控制輸入被控制以實(shí)現(xiàn)關(guān)于調(diào)光水平的期望函數(shù)。
[0137] 本發(fā)明使得能夠擴(kuò)展調(diào)光范圍。例如，用于模擬調(diào)光系統(tǒng)的典型的調(diào)光范圍具有 在1%到10%的范圍內(nèi)的最低調(diào)光水平。以上描述的控制方法使得能夠擴(kuò)展最低調(diào)光水平 使其落在〇. 1 %到1 %的范圍內(nèi)（作為最大亮度的百分比）。
[0138] 本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)通過研究附圖、本公開內(nèi)容以及所附權(quán) 利要求能夠理解和影響對(duì)所公開的實(shí)施例的其他變化。在權(quán)利要求中，詞語"包括"不排除 其他元素或步驟，并且不定冠詞"一"或"一個(gè)"不排除多個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中 所記載的某些措施并不表示這些措施的組合不能用于獲益。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不 應(yīng)當(dāng)被理解為限制范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種LED驅(qū)動(dòng)器，包括： DC-DC變換器(70)，具有產(chǎn)生具有導(dǎo)通時(shí)間、斷開時(shí)間和切換頻率的脈沖的序列的脈沖 寬度控制電路；以及 控制電路(78,80,82)，具有用于接收調(diào)光設(shè)置的輸入，其中所述控制電路用于根據(jù)所 述調(diào)光設(shè)置控制所述脈沖寬度控制電路以改變所述導(dǎo)通時(shí)間和所述切換頻率， 其中對(duì)于至少一個(gè)范圍的調(diào)光設(shè)置，所述控制電路被適配成根據(jù)所述調(diào)光設(shè)置改變所 述導(dǎo)通時(shí)間和所述切換頻率二者，切換頻率變化和導(dǎo)通時(shí)間變化的相對(duì)主導(dǎo)取決于所述調(diào) 光設(shè)置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中所述DC-DC變換器具有突發(fā)模式，并且所述控制 電路(78,80,82)被適配成針對(duì)低調(diào)光設(shè)置改變所述切換頻率以防止所述變換器進(jìn)入所述 突發(fā)模式。3. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動(dòng)器，其中最小導(dǎo)通時(shí)間的值在切換周期的0.2% 到2%的范圍內(nèi)。4. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動(dòng)器，其中最小切換頻率在最大切換頻率的0.2% 到5%的范圍內(nèi)。5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動(dòng)器，其中在10%的調(diào)光設(shè)置處，所述切換頻率在 最大切換頻率的30 %到60 %的范圍內(nèi)。6. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動(dòng)器，其中在10%的調(diào)光設(shè)置處，所述導(dǎo)通時(shí)間在 切換周期的〇. 5 %到2 %的范圍內(nèi)。7. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動(dòng)器，其中最大切換頻率在IOkHz與IMHz之間并且 最小切換頻率在50Hz與IOOkHz之間。8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動(dòng)器，其中最大導(dǎo)通時(shí)間在Iys與IOOys之間并且最 小導(dǎo)通時(shí)間在IOns與Iys之間。9. 一種照明系統(tǒng)，包括： 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動(dòng)器；以及 由所述驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的LED照明裝置(83)。10. -種LED驅(qū)動(dòng)方法，包括： 產(chǎn)生具有導(dǎo)通時(shí)間、斷開時(shí)間和切換頻率的脈沖的序列；以及 根據(jù)調(diào)光設(shè)置控制所述脈沖序列以改變所述導(dǎo)通時(shí)間和所述切換頻率， 其中對(duì)于至少一個(gè)范圍的調(diào)光設(shè)置，所述方法包括根據(jù)所述調(diào)光設(shè)置改變所述導(dǎo)通時(shí) 間和所述切換頻率二者，切換頻率變化和導(dǎo)通時(shí)間變化的相對(duì)主導(dǎo)取決于所述調(diào)光設(shè)置。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述脈沖的序列由具有突發(fā)模式的DC-DC變換器 來提供，并且所述方法包括針對(duì)低調(diào)光設(shè)置改變所述切換頻率以防止所述變換器進(jìn)入所述 突發(fā)模式。12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中： 最小導(dǎo)通時(shí)間的值在切換周期的0.2 %到2 %的范圍內(nèi)；和/或 最小切換頻率在最大切換頻率的〇. 2 %到5 %的范圍內(nèi)。13. 根據(jù)權(quán)利要求10、11或12所述的方法，其中在10%的調(diào)光設(shè)置處， 所述切換頻率在最大切換頻率的30%到60%的范圍內(nèi)；和/或 所述導(dǎo)通時(shí)間在切換周期的0.5 %到2 %的范圍內(nèi)。14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中： 最大切換頻率在IOkHz與IMHz之間并且最小切換頻率在50Hz與IOOkHz之間；和/或 最大導(dǎo)通時(shí)間在Iys與IOOys之間并且最小導(dǎo)通時(shí)間在IOns與Iys之間。
【文檔編號(hào)】H05B33/08GK105917740SQ201480073388
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日
【發(fā)明人】周利文, 張琪, 莊舒金
【申請(qǐng)人】飛利浦照明控股有限公司