用於驅動包括並聯回掃轉換器級的發光二極體(led)的方法和裝置的製作方法

2023-05-04 20:02:16 2

專利名稱：用於驅動包括並聯回掃轉換器級的發光二極體(led)的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及用於驅動LED的功率控制。更具體而言，這裡公開的各種發明方法和裝置涉及用於包括並聯回掃轉換器的LED的驅動器。
背景技術：
數字照明技術、即基於半導體光源如發光二極體(LED)的照射賦予一種對傳統螢光、HID和白熾燈的可行替代。LED的功能優點和益處包括高能量轉換和光學效率、耐用性、更低操作成本以及許多其它優點和益處。LED技術的近來發展已經提供在許多應用中實現多種照明效果的高效和魯棒全譜照明源。例如如在第6，016，038和6，211，626號美國專利中具體討論的那樣，實現這些源的燈具中的一些燈具以照明模塊以及處理器為特徵，該照明模塊包括能夠產生不同顏色、例如紅色、綠色和藍色的一個或者多個LED，該處理器用於獨立控制LED的輸出以便生成多種顏色和變色照明效果。回掃轉換器可以用於在驅動光源、比如LED時的交流到直流(AC/DC)轉換。一種已知的回掃轉換器包括回掃變壓器、金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)和緩衝器(snubber)電路。針對更大輸出功率要求，已知的回掃轉換器需要具有更大電壓和電流額定值的M0SFET。更高電壓和電流額定值並且因此更高功率額定值產生具有更大門電容的MOSFET0這樣的電晶體比較地昂貴。另外，高電流MOSFET必須由具有同等高功率要求的電路驅動。另外，比較高的柵極電容難以驅動。在其它實際缺點中，高功率MOSFET和所需驅動器電路相當昂貴。另外，具有比較低的漏電感有益於回掃轉換器的回掃變壓器。隨著回掃轉換器的功率要求增加，回掃變壓器的總尺寸增加，並且維持低漏電感(如果並非不可能的話)也更困難。此外，在其它弊端中，用於具有增加的功率操縱能力的回掃轉換器的回掃變壓器比較昂貴以及物理上比較大。因此，高功率回掃變壓器除了它們的成本之外還需要附加空間。最後，除了用於在比較高功率應用中的已知回掃轉換器的弊端之外，在這樣的回掃轉換器中使用高功率MOSFET和比較大的回掃變壓器在比較低的功率要求時造成不良性能。注意這樣的已知回掃轉換器的總性能、輸入功率因子(PF)、總諧波失真(THD)和效率在更低功率/更輕負載要求時下降。這主要歸因於在高功率MOSFET的增加的切換損耗。因此，本領域需要提供一種運用在比較寬的功率範圍內向LED提供DC功率的回掃AC/DC轉換器電路而又至少克服上文描述的已知回掃AC/DC轉換器的缺陷的驅動器。

發明內容
本公開內容涉及包括用於驅動光源(例如LED)的並聯AC/DC回掃轉換器的發明方法和裝置。例如，本公開內容的方法和裝置有益地提供高輸出功率並且又可從比較低的輸出功率升級到比較高的輸出功率而又在比較寬的輸出功率範圍內提供比較高的性能。有益地，方法和裝置需要比較低功率的MOSFET和比較小的回掃變壓器。可以通過有選擇地啟用恰當數目的並聯回掃AC/DC轉換器級來實現所需輸出功率以滿足輸出功率的需求。一般而言，在一個方面中，公開一種用於驅動光源的裝置。該裝置包括第一回掃AC/DC轉換器級，包括第一開關、第一開關控制器和比較器；以及第二回掃AC/DC轉換器級，包括第二開關和第二開關控制器，第二回掃AC/DC轉換器級與第一回掃AC/DC轉換器級並聯電連接。一般而言，在另一方面中，公開一種驅動光源的方法。該方法包括感測第一回掃AC/DC轉換器級中的感測電阻器之上的電壓；比較電壓與閾值電壓；如果電壓大於閾值電壓則啟用第二回掃AC/DC轉換器級。在一些實施例中，該裝置包括第三回掃AC/DC轉換器，包括第三開關和第三開關控制器。第三回掃AC/DC轉換器與第一回掃AC/DC轉換器和第二回掃AC/DC轉換器並聯電連接。該裝置還可以包括第四回掃AC/DC轉換器，包括第四開關和第四開關控制器。第四回掃AC/DC轉換器與第一回掃AC/DC轉換器、第二回掃AC/DC轉換器和第三回掃AC/DC轉換器並聯電連接。在一個實施例中，該方法包括如果在啟用第二回掃AC/DC轉換器級之後電壓大於閾值電壓則啟用第三回掃AC/DC轉換器級。在一個實施例中，該方法包括如果在啟用第三回掃AC/DC轉換器級之後電壓大於閾值電壓則啟用第四回掃AC/DC轉換器級。在一個實施例中，該方法包括如果電壓少於閾值電壓則未啟用第二級。在一個實施例中，該方法包括在啟用第四回掃AC/DC轉換器級之後感測該感測電阻器之上的電壓，並且如果電壓少於閾值電壓則禁用第四回掃AC/DC轉換器級。在一個實施例中，該方法包括在禁用第四回掃AC/DC轉換器級之後感測該感測電阻器之上的電壓，並且如果電壓少於閾值電壓則禁用第三回掃AC/DC轉換器級。在一個實施例中，該方法包括在禁用第三回掃AC/DC轉換器級之後感測該感測電阻器之上的電壓，並且如果電壓少於閾值電壓則禁用第二回掃AC/DC轉換器級。如這裡出於本公開內容的目的而使用的那樣，應當理解術語「LED」包括能夠響應於電信號來生成輻射的任何電致發光二極體或者其它類型的基於載流子注入/結的系統。因此，術語LED包括但不限於響應於電流來發射光的各種基於半導體的結構、發光聚合物、有機發光二極體(OLED)、電致發光帶等。具體而言，術語LED指代可以被配置用於在紅外線光譜、紫外線光譜和可見光譜(一般包括從近似400納米到近似700納米的輻射波長)的各種部分中的一個或者多個光譜中生成輻射的所有類型的發光二極體(包括半導體和有機發光二極體)。LED的一些例子包括但不限於各種類型的紅外線LED、紫外線LED、紅色LED、藍色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED (下文進一步討論)。也應當理解LED可以被配置和/或控制用於生成針對給定的光譜(例如窄帶寬、寬帶寬)具有各種帶寬(例如半高全寬或者FWHM)並且在給定的通用顏色分類內具有多種主導波長的輻射。例如，被配置用於生成實質上白光的LED(例如LED白色照明燈具)的一個實現方式可以包括分別發射不同電致發光光譜的多個管芯，這些電致發光光譜組合地混合以形成實質上白光。在另一實現方式中，白光LED可以與將具有第一光譜的電致發光轉換成不同第二光譜的磷光體材料關聯
也應當理解術語LED未限制LED的物理和/或電氣封裝類型。例如如上文討論的那樣，LED可以指代具有多個管芯的單個發光設備，這些管芯被配置用於分別發射不同輻射光譜(可以例如個別可控或者可以不這樣)。LED也可以與視為LED (例如一些類型的白色LED)的整體部分的磷光體關聯。應當理解術語「光源」指代各種輻射源中的任何一個或者多個輻射源，這些輻射源包括但不限於基於LED的源(包括如上文定義的一個或者多個LED)、白熾源(例如燈絲燈、滷素燈)、螢光源、磷光源、高強度放電源(例如鈉蒸汽、汞蒸氣和金屬滷素燈)、雷射器、其它類型的電致發光源、火致發光源(例如火焰)、燭致發光源(例如汽燈罩、碳電弧輻射源)、光致發光源(例如氣態放電源)、使用電子飽和的陰極發光源、電流發光源、晶體發光源、動致發光源、熱致發光源、摩擦發光源、聲納發光源、放射發光源和發光聚合物。 給定的光源可以被配置用於在可見光譜內、在可見光譜以外或者二者的組合生成電磁輻射。因此，這裡可互換地使用術語「光」和「輻射」。此外，光源可以包括一個或者多個濾波器(例如濾色器)、透鏡或者其它光學部件作為整體部件。也應當理解光源可以被配置用於包括但不限於指示、顯示和/或照射的多種應用。「照射源」是被具體配置用於生成輻射的光源，該輻射具有用於有效照射內部或者外部空間的充分強度。在本文中，「充分強度」指代為了提供環境照射(即可以間接感知並且可以例如在被全部或者部分感知之前從多種居間表面中的一個或者多個居間表面反射的光)而在空間或者環境中生成的在可見光譜中的充分輻射功率(單位「流明」經常用來在輻射功率或者「光通量」方面代表在所有方向上從光源輸出的全部光)。術語「照明燈具」這裡用來指代一個或者多個照明單元在特定外型規格、組件或者封裝中的實現方式或者布置。術語「照明單元」這裡用來指代包括相同或者不同類型的一個或者多個光源的裝置。給定的照明單元可以具有多種用於光源的裝配布置、罩/殼布置以及形狀和/或電氣和機械連接配置中的任何之一。此外，給定的照明單元可選地可以與各種與光源的操作有關的其它部件(例如控制電路)關聯(例如包括和/或耦合到這些部件和/或與這些部件一起封裝)。「基於LED的照明單元」指代如下照明單元，該照明單元單獨地或者與其它非基於LED的光源組合地包括如上文討論的一個或者多個基於LED的光源。「多通道」照明單元指代包括至少兩個光源的基於LED或者非基於LED的照明單元，該至少兩個光源被配置用於分別生成不同輻射光譜，其中每個不同源光譜可以稱為多通道照明單元的「通道」。術語「控制器」這裡一般用來描述與一個或者多個光源的操作有關的各種裝置。可以用多種方式(如例如用專用硬體)實施控制器以執行這裡討論的各種功能。「處理器」是控制器的一個例子，該控制器運用可以使用軟體(例如微代碼)來編程以執行這裡討論的各種功能的一個或者多個微處理器。控制器可以運用或者不用處理器來實施並且也可以被實施為用於執行一些功能的專用硬體與用於執行其它功能的處理器(例如一個或者多個編程的微處理器和關聯電路)的組合。可以在本公開內容的各種實施例中運用的控制器部件的例子包括但不限於常規微處理器、專用集成電路(ASIC)和現場可編程門陣列(FPGA)。在某些實施例中，實施功率因子控制器(PFC)以控制多個回掃AC/DC轉換器級。在各種實現方式中，處理器和/或控制器可以與一個或者多個存儲介質(這裡通稱為「存儲器」、例如易失性和非易失性計算機存儲器、比如RAM、PROM、EPROM和EEPR0M、軟盤、緊緻盤、光碟、磁帶等)關聯。在一些實現方式中，存儲介質可以用一個或者多個程序來編碼，該一個或者多個程序在一個或者多個處理器和/或控制器上被執行時執行這裡討論的功能中的至少一些功能。各種存儲介質可以固定於處理器或者控制器內或者可以是可移植的，從而在其上存儲的一個或者多個程序可以被加載到處理器或者控制器中以便實施這裡討論的本發明的各種方面。術語「程序」或者「電腦程式」這裡在通用意義上用來指代可以用來對一個或者多個處理器或者控制器編程的任何類型的計算機代碼(例如軟體或者微代碼)。應當理解，設想下文更具體討論的前述概念和附加概念(假設這樣的概念未互不一致)的所有組合作為這裡公開的發明主題內容的部分。具體而言，設想在本公開內容中出現的要求保護的主題內容的所有組合作為這裡公開的發明主題內容的部分。也應當理解，應當向也可以在通過引用而結合的任何公開內容中出現的、這裡明確運用的術語賦予與這裡公開的特定概念最一致的含義。


在附圖中，相似標記貫穿不同的圖一般指代相同部件。附圖也未必按比例、代之以
一般著重於圖示本發明的原理。圖1圖示根據一個代表性的實施例的照明系統的簡化示意框圖。圖2圖示根據一個代表性的實施例的啟用和禁用回掃AC/DC轉換器級以提供所需輸出功率的概念圖。圖3圖示根據一個代表性的實施例的包括並聯回掃轉換器級的驅動器電路的簡化示意圖。圖4圖示根據一個代表性的實施例的輸出功率比對時間、反饋電壓比對時間、跨感測電阻器的平均感測電壓、跨第二 MOSFET的柵極到源極(Vgs)比對時間、跨第三MOSFET的Vgs比對時間和跨第四MOSFET的Vgs比對時間的圖形。圖5圖示根據一個代表性的實施例的輸出功率比對時間、反饋電壓比對時間、跨感測電阻器的平均感測電壓、跨第二 MOSFET的柵極到源極(Vgs)比對時間、跨第三MOSFET的Vgs比對時間和跨第四MOSFET的Vgs比對時間的圖形。圖6圖示根據一個代表性的實施例的驅動光源的方法的流程圖。
具體實施例方式在下文具體描述中，出於說明而非限制的目的，闡述公開具體細節的代表性的實施例以便提供對本教導的透徹理解。然而已經受益於本公開內容的本領域普通技術人員將清楚，脫離這裡公開的具體細節的、根據本教導的其它實施例仍然在所附權利要求的範圍內。另外可以省略對公知裝置和方法的描述以免模糊對代表性的實施例的描述。這樣的方法和裝置清楚地在本教導的範圍內。如上文描述的那樣，在其它弊端之中，已知的驅動器電路需要比較高電流的MOSFET和大的回掃變壓器。申請人:已經認識和理解提供具有比較更低功率要求的驅動器電路將是有益的。有益地，代表性的實施例的驅動器電路包括比較低功率的MOSFET和比較小的回掃變壓器。
鑑於前文，本發明的各種實施例和實現方式涉及用於驅動包括並聯電連接的多個回掃AC/DC轉換器的光源(例如LED)的方法和裝置。可以通過有選擇地啟用恰當數目的並聯回掃AC/DC轉換器級來實現所需輸出(DC)功率以滿足輸出功率的需求。參照圖1，在一個實施例中，照明系統100包括驅動器電路101和光源102。驅動器電路101包括第一回掃AC/DC轉換器級103、第二回掃AC/DC轉換器級104、第三回掃AC/DC轉換器級105和第四回掃AC/DC轉換器級106。AC輸入107由驅動器電路101轉換成DC輸出108 ;並且向光源102提供DC輸出108。如下文更具體描述的那樣，回掃AC/DC轉換器級103-106並聯電連接並且基於光源102的功率/負載要求來有選擇地啟用/禁用。光源102示例地包括在比較寬的功率範圍內可操作的多個LED。作為示例，向光源102提供的最小輸出功率近似為0W，而向光源提供的最大輸出功率近似為200W。一般而言，回掃AC/DC轉換器級103-106中的每個回掃AC/DC轉換器級被配置用於在近似OW到近似50W的範圍中提供輸出功率。如這裡更完全描述的那樣，在光源102需要更多功率時，啟用更多回掃AC/DC轉換器級以向光源102提供更多功率。類似地，如果減少光源的功率要求，則減少啟用的回掃AC/DC轉換器級數目。強調最大輸出功率、每個回掃AC/DC轉換器級的輸出功率範圍和回掃AC/DC轉換器級的數目僅為示例。最大輸出功率、每個回掃AC/DC轉換器級的輸出功率範圍和回掃AC/DC轉換器級的數目可以大於或者少於結合圖1的代表性的實施例描述的示例功率和級數目。如將隨著本描述繼續而變得更清楚的那樣，在驅動器電路101中實施的回掃AC/DC轉換器級數目支配光源102的操作功率動態範圍。這樣，針對每個回掃AC/DC轉換器級的給定輸出功率範圍，可以通過增加或者減少並聯電連接的回掃AC/DC轉換器級的數目來增加或者減少最大輸出功率。強調並聯連接的四個回掃AC/DC轉換器級的實現方式僅為示例並且驅動器電路101可以包括並聯連接的多於或者少於四個回掃AC/DC轉換器級。有益地並且如下文更完全描述的那樣，提供多個回掃AC/DC轉換器級減少每個回掃AC/DC轉換器級的某些部件如開關(例如M0SFET)和回掃變壓器的功率要求。圖2圖示根據一個代表性的實施例的啟用和禁用驅動器電路中的回掃AC/DC轉換器級以向光源提供所需輸出功率的概念圖。回掃AC/DC轉換器級、驅動器電路和光源可以如上文結合圖1的代表性的實施例描述的那樣。為了易於描述，本例圖示包括並聯連接的回掃AC/DC轉換器級103-106並且向光源102提供功率的驅動器電路101的功能。同樣可以根據驅動器電路驅動的光源的所需動態功率範圍和每個個別回掃AC/DC轉換器級的限制來實施更多或者更少回掃AC/DC轉換器級。隨著光源102的功率需求增加，啟用的回掃AC/DC轉換器級103-106的數目增加。在概念圖的一側201示出啟用回掃AC/DC轉換器級103-106的過程。隨著光源102的功率需求減少，啟用的回掃AC/DC轉換器級103-106的數目減少。在概念圖的一側202示出禁用回掃AC/DC轉換器級103-106的過程。在有四級時，有四個輸出功率操作電平。與上文闡述的例子一致，回掃AC/DC轉換器級103-106中的每個回掃AC/DC轉換器級向光源102提供在OW與50W之間的輸出功率，因而向光源102提供的功率的動態範圍是近似OW到近似200W。基於所需輸出功率投入回掃AC/DC轉換器級103-106中的每個回掃AC/DC轉換器級，該所需輸出功率又由相應閾值支配。如下文更完全描述的那樣，閾值示例地是跨感測電阻器的閾值電壓。備選地，跨感測電阻器的閾值電流可以用於閾值。在本例中，有與分別輸出功率電平，即電平I (203)、電平2 (204)、電平3 (205)相稱的三個閾值電壓電平，該輸出功率電平與驅動電路101的輸出功率相比較。如果平均感測電壓在與輸出功率電平1 (203)相稱的閾值電壓以下，則僅啟用第一回掃AC/DC轉換器級103並且禁用第二、第三和第四回掃AC/DC轉換器級104-106。與本示例例子一致，向光源102提供的輸出功率在OW與50W之間。注意無論光源在任何給定時間的輸出功率要求如何，總是啟用第一回掃AC/DC轉換器級103，因為第一回掃AC/DC轉換器級103不僅提供在所有輸出功率電平內的電功率而且向控制器(在圖1和2中未示出)供應功率用於驅動器電路101的所有回掃AC/DC轉換器級103-106的操作。如果輸出功率需求超過電平I (203)(例如在本示例例子中為50W)，則平均感測電壓在與輸出功率電平1 (203)關聯的閾值電壓以上並且啟用第一和第二回掃AC/DC轉換器級103、104。在啟用第一和第二回掃AC/DC轉換器級103、104 二者時，在本示例例子中向光源102提供的輸出功率在50W與100W之間。如果輸出功率需求超過電平2(204)(例如在本示例例子中為100W)，則平均感測電壓在與輸出功率電平2 (204)關聯的閾值電壓以上並且啟用第一、第二和第三回掃AC/DC轉換器級103-105。在啟用第一、第二和第三回掃AC/DC轉換器級103、104、105時，在本示例例子中，向光源102提供的輸出功率在100W與150W之間。如果輸出功率需求超過電平3(205)(例如在本示例例子中為150W)，則平均感測電壓在與輸出功率電平3(205)關聯的閾值電壓以上並且啟用第一、第二、第三和第四回掃AC/DC轉換器級103-106。在啟用第一、第二、第三和第四回掃AC/DC轉換器級103、104、105、106時，在本示例例子中，向光源102提供的輸出功率在150W與200W之間。如果減少輸出功率需求，則相稱地減少啟用的回掃AC/DC轉換器級103-106的數目。注意如果輸出功率需求保持於電平3 (205)以上，則平均感測電壓保持於與輸出功率電平3(205)關聯的閾值電壓以上並且不禁用回掃AC/DC轉換器級103-106。如果減少輸出功率需求在電平3(205)(例如在本示例例子中為150W)以下，則平均感測電壓在與電平3 (205)關聯的閾值電壓以下、禁用第四回掃AC/DC轉換器級106並且第一、第二和第三回掃AC/DC轉換器級103-105保持啟用。如果減少輸出功率需求在電平2(204)(例如在本示例例子中為100W)以下，則平均感測電壓在與輸出功率電平2(204)關聯的閾值電壓以下、禁用第三和第四回掃AC/DC轉換器級105、106並且第一和第二回掃AC/DC轉換器級103-104保持啟用。如果減少輸出功率需求在電平I (203)(例如在本示例例子中為50W)以下，則平均感測電壓在與輸出功率電平1 (203)關聯的閾值電壓以下、禁用第二、第三和第四回掃AC/DC轉換器級104、105、106並且第一回掃AC/DC轉換器級103保持啟用。如上文指出的那樣，無論輸出功率需求如何，第一回掃AC/DC轉換器級103保持啟用。圖3圖示根據一個代表性的實施例的包括並聯回掃轉換器級的驅動器電路300的簡化示意圖。作為示例，可以實施驅動器電路300作為上文描述的驅動器電路101。如同驅動器電路101，驅動器電路300包括並聯電連接的四個回掃AC/DC轉換器級。與本教導一致，同樣強調多於或者少於四個回掃AC/DC轉換器級可以並聯電連接和實施於驅動器電路300中以提供更多或者更少輸出功率電平。另外，每個回掃AC/DC轉換器級的輸出功率動態範圍例如為OW到50W、由此提供OW到200W的用於驅動器電路300的動態輸出功率範圍。每個回掃AC/DC轉換器級的動態輸出功率範圍可以少於或者大於示例範圍。如將隨著本描述繼續而變得更清楚的那樣，每個回掃AC/DC轉換器級的輸出功率範圍的上限一般受設計考慮約束，這些設計考慮包括其某些部件如開關和回掃變壓器的實際功能範圍。然而可以通過添加並聯電連接的附加回掃AC/DC轉換器級來增加驅動器電路300的最大輸出功率。驅動器電路300包括都並聯電連接的第一回掃AC/DC轉換器級301、第二回掃AC/DC轉換器級302、第三回掃AC/DC轉換器級303和第四回掃AC/DC轉換器級304。第一回掃AC/DC轉換器級301包括控制器305。第一回掃AC/DC轉換器級301也包括例如為MOSFET開關的第一開關306和連接到開關306的感測電阻器(Rs) 307。作為示例，MOSFET是n-MOSFET，並且感測電阻器(Rs) 307連接到漏極。如果MOSFET是p-MOSFET，則感測電阻器將連接到源極。在任一情況下，感測電壓等於在某一數目的AC周期內的第一回掃AC/DC轉換器級301的MOSFET的平均柵極到源極電壓(Vgs_avg)。如上文提示的那樣，可以比較閾值電流與感測電流而不是比較閾值電壓。在這一示例例子中，感測電流跨感測電阻器並且因此等於在某一數目的AC周期內的跨第一回掃AC/DC轉換器級301的MOSFET的平均電流(l 0SFET-avg)。注意感測電阻器(Rs) 307的使用僅為示例並且設想在本領域普通技術人員的眼界內的、用於感測跨第一回掃AC/DC轉換器級的開關的電壓或者電流的其它部件。有益地，由於驅動器電路300的多個回掃AC/DC轉換器級的並聯連接，第一開關306的功率額定值比較低。例如將MOSFET用於具有0W-50W的輸出功率範圍的第一回掃AC/DC轉換器級301要求MOSFET 的功率額定值和電容比較低。作為示例，第一回掃AC/DC轉換器級301的MOSFET具有近似500V的電壓額定值和5A的電流額定值。有益地，無需熱管理結構用於這樣的M0SFET。對照而言，已知的回掃AC/DC轉換器將需要具有800V電壓額定值、20A電流額定值和熱管理結構的MOSFET以提供接近200W的輸出功率。第一回掃AC/DC轉換器級301也包括第一存儲器308和第二存儲器309。第一存儲器308存儲來自感測電阻器(Rs) 307的感測電壓電平(在固定數目的周期內平均)，並且第二存儲器309存儲用於每個操作電平的閾值電壓電平。繼續圖2的示例例子，第二存儲器309存儲用於輸出功率電平1 (203)-電平3 (205)的閾值電壓電平。如下文更完全描述的那樣，比較第二存儲器309中存儲的閾值電壓電平與感測電壓電平以確定是否啟用或者禁用第二回掃AC/DC轉換器級302、第三回掃AC/DC轉換器級303和第四回掃AC/DC轉換器級304中的一個或者多個回掃AC/DC轉換器級。作為示例，控制器305是PFC控制器、比如可從STMicroelectronics商業獲得的L6561PFC控制器或者L6562PFC控制器。為了易於描述代表性的實施例而不出第一存儲器308和第二存儲器309為分離的存儲器單元。當然，可以在控制器305中實例化或者可以在驅動器電路300的其它硬體或者固件(未示出)中實例化第一存儲器308和第二存儲器309。第一回掃AC/DC轉換器級301也包括電阻器-電容器-二極體(RCD)緩衝器電路310和回掃變壓器311。如已知的那樣，RCD緩衝器電路310控制第一回掃AC/DC轉換器級301的第一開關306的漏極上的電壓上升速率。有益地，由於驅動器電路300的多個回掃AC/DC轉換器級的並聯連接，RCD緩衝器電路310具有比較低的功率額定值；並且回掃變壓器311是比較小並且表現相應低的漏電感特性的已知回掃變壓器。注意RCD緩衝器電路310的電容器和電阻器比較小。另外，在RCD緩衝器電路310中提供比較低電壓的整流器二極體，因為電壓「應力」比較小。對照而言，已知的RCD緩衝器電路需要比較高電壓的二極體(例如高電壓齊納二極體)。第二回掃AC/DC轉換器級302包括第二開關312，該第二開關也例如是M0SFET。第二回掃AC/DC轉換器級302也包括柵極控制器313。柵極控制器313包括比較器，該比較器比較第一存儲器308中存儲的感測電壓電平與第二存儲器309中存儲的第一閾值電壓電平(例如與輸出功率電平1 (203)關聯的閾值電壓)。如果第二開關312未導通並且感測電壓電平大於第一閾值電壓，則柵極控制器313接『通』第二開關313，並且啟用第二回掃AC/DC轉換器級302。對照而言，如果第二開關312導通並且因此啟用第二回掃AC/DC轉換器級302，而且感測電壓變成在第一閾值電壓以下，則柵極控制器313關『斷』第二開關312，並且禁用第二回掃AC/DC轉換器級302。當然，如果第二開關312未導通並且感測電壓電平少於第一閾值電壓，則柵極控制器313未接『通』第二開關312，並且第二回掃AC/DC轉換器級302保持禁用。第二回掃AC/DC轉換器級302也包括RCD緩衝器電路314和回掃變壓器315。RCD緩衝器電路314和回掃變壓器315與上文描述的RCD緩衝器電路310和回掃變壓器311基本上相同。第三回掃AC/DC轉換器級303包括第三開關316，該第三開關也例如是M0SFET。第三回掃AC/DC轉換器級303也包括柵極控制器317。柵極控制器317包括比較器，該比較器比較第一存儲器308中存儲的感測電壓電平與第二存儲器309中存儲的第二閾值電壓電平(例如與輸出功率電平2 (204)關聯的閾值電壓)。如果第三開關316未導通並且感測電壓電平大於第二閾值電壓，則柵極控制器317接『通』第三開關316，並且啟用第三回掃AC/DC轉換器級303。對照而言，如果第三開關316導通並且因此啟用第三回掃AC/DC轉換器級303，而且感測電壓變成在第二閾值電壓以下，則柵極控制器317關『斷』第三開關316，並且禁用第三回掃AC/DC轉換器級303。當然，如果第三開關316未導通並且感測電壓電平少於第二閾值電壓，則柵極控制器317不接『通』第三開關316，並且第三回掃AC/DC轉換器級303保持禁用。第三回掃AC/DC轉換器級303也包括RCD緩衝器電路318和回掃變壓器319。RCD緩衝器電路318和回掃變壓器319與上文描述的RCD緩衝器電路310和回掃變壓器311基本上相同。第四回掃AC/DC轉換器級304包括第四開關320，該第四開關也例如是M0SFET。第四回掃AC/DC轉換器級304也包括柵極控制器321。柵極控制器321包括比較器，該比較器比較第一存儲器308中存儲的感測電壓電平與第二存儲器309中存儲的第三閾值電壓電平(例如與輸出功率電平3 (205)關聯的閾值電壓)。如果第四開關320未導通並且感測電壓電平大於第三閾值電壓，則柵極控制器321接『通』第四開關320並且啟用第四回掃AC/DC轉換器級304。對照而言，如果第四開關320導通並且因此啟用第四回掃AC/DC轉換器級304，而且感測電壓變成在第二閾值電壓以下，則柵極控制器321關『斷』第四回掃AC/DC轉換器級320並且禁用第四回掃AC/DC轉換器級304。當然，如果第四開關320未導通並且感測電壓電平少於第三閾值電壓，則柵極控制器321不接『通』第四開關320並且第四回掃AC/DC轉換器級304保持禁用。
第四回掃AC/DC轉換器級304也包括RCD緩衝器電路322和回掃變壓器323。RCD緩衝器電路322和回掃變壓器323與上文描述的RCD緩衝器電路310和回掃變壓器311基本上相同。在操作中並且如下文更完全描述的那樣，從第二存儲器309向柵極控制器313提供信號324。信號324包括第二存儲器309中存儲的閾值電壓和第一存儲器308中存儲的感測電壓電平。柵極控制器313包括適於比較存儲的閾值電壓與感測電壓電平的比較器。基於這一比較，柵極控制器313接通或者關斷第二開關312或者未對第二開關312的當前操作狀態進行改變。類似地，從第二存儲器309向柵極控制器317提供信號325。信號325包括第二存儲器309中存儲的閾值電壓和第一存儲器308中存儲的感測電壓電平。柵極控制器317包括適於比較存儲的閾值電壓與感測電壓電平的比較器。基於這一比較，柵極控制器317接通或者關斷第三開關316或者未對第三開關316的當前操作狀態進行改變。類似地，從第二存儲器309向柵極控制器321提供信號326。信號325包括第二存儲器309中存儲的閾值電壓和第一存儲器308中存儲的感測電壓電平。柵極控制器321包括適於比較存儲的閾值電壓與感測電壓電平的比較器。基於這一比較，柵極控制器321接通或者關斷第四開關320或者未對第四開關320的當前操作狀態進行改變。通過第一至第四回掃AC/DC轉換器級301-304的操作，在橋接整流器329的初始整流之後提供輸入信號327作為DC輸出328。圖4圖示根據一個代表性的實施例的輸出功率比對時間(曲線401)、反饋電壓(Vfb)比對時間(曲線402)、跨感測電阻器的平均感測電壓(曲線403)、跨第二 MOSFET的柵極到源極(Vgs)比對時間(曲線404)、跨第三MOSFET的Vgs比對時間(曲線405)和跨第四MOSFET的Vgs比對時間(曲線406)的圖形。如在曲線401中所示，輸出功率在某一數目的AC輸入周期內並且隨時間增加。在這一例子中並且如將隨著本描述繼續而變得更清楚的那樣，閾值Vth(在曲線403中示出)在將需要啟用所有四個回掃AC/DC轉換器級301-304的電平。這樣，對在DC輸出328的功率的需求在它的最高電平(例如在圖2的例子中為電平3(205))。在407，感測電壓在閾值電壓以上，該感測電壓是在某一數目的AC周期內平均的跨感測電阻器(Rs) 307 (並且因此跨第一開關306)的電壓。在這一操作點，僅投入第一回掃AC/DC轉換器級301。如上文描述的那樣，由於在407的感測電壓在閾值電壓以上，所以需要啟用附加回掃AC/DC轉換器級以提供所需輸出電壓。在這一情況下，第二回掃AC/DC轉換器級302的柵極控制器313比較第二存儲器309中存儲的閾值電壓與第一存儲器308中存儲的感測電壓。由於感測電壓大於閾值電壓，所以DC輸出功率需求大於第一回掃AC/DC轉換器級301獨自供應的DC輸出功率，並且柵極控制器313如在曲線404中的409所示啟用第二回掃AC/DC轉換器級302。這造成如在曲線403中的408所示感測電壓減少。然而，在408的感測電壓保持大於閾值電壓，並且這樣激活第一和第二回掃AC/DC轉換器級301、302而又增加輸出功率尚未造成閾值電壓被滿足並且因此尚未產生在DC輸出328的適當輸出DC功率。由於感測電壓在408保持大於閾值電壓，所以第三回掃AC/DC轉換器級303的柵極控制器317比較第二存儲器309中存儲的閾值電壓與第一存儲器308中存儲的感測電壓。由於感測電壓仍然大於閾值電壓，所以DC輸出功率需求大於第一回掃AC/DC轉換器級301和第二回掃AC/DC轉換器級302供應的DC輸出功率，並且柵極控制器317如在曲線405中的411所示啟用第三回掃AC/DC轉換器級303。這造成如在曲線403中的410所示的感測電壓減少。然而，在410的感測電壓保持大於閾值電壓，並且這樣激活第一、第二和第三回掃AC/DC轉換器級301、302、303而又增加輸出功率尚未造成閾值電壓被滿足並且因此尚未產生在DC輸出328的適當輸出DC功率。由於感測電壓在410保持大於閾值電壓，所以第四回掃AC/DC轉換器級304的柵極控制器321比較第二存儲器309中存儲的閾值電壓與第一存儲器308中存儲的感測電壓。由於感測電壓仍然大於閾值電壓，所以DC輸出功率需求大於第一、第二和第三回掃AC/DC轉換器級301、302、303供應的DC輸出功率，柵極控制器321如在曲線406中的413所示啟用第四回掃AC/DC轉換器級304。這造成如在曲線403中的412所示的感測電壓減少。現在感測電壓略少於閾值電壓，並且這樣激活第一、第二、第三和第四回掃AC/DC轉換器級301、302、303、304而又增加輸出功率已經造成在DC輸出328的DC輸出功率等於需求。注意在414,反饋電壓達到它的操作點,這指示輸出功率等於需求。圖5圖示根據一個代表性的實施例的輸出功率比對時間(曲線501)、反饋電壓比對時間(Vfb)(曲線502)、跨感測電阻器的平均感測電壓(曲線503)、跨第二 MOSFET的柵極到源極(Vgs)比對時間(曲線504)、跨第三MOSFET的Vgs比對時間(曲線505)和跨第四MOSFET的Vgs比對時間(曲線506)的圖形。如在曲線501中所示，輸出功率在某一數目的AC輸入周期內並且隨時間減少。在這一例子中並且如將隨著本描述繼續而變得更清楚的那樣，閾值Vth(在曲線503中示出)在將僅需啟用第一回掃AC/DC轉換器級301的電平。這樣，對在DC輸出328的功率的需求在它的最低電平(例如在圖2的例子中為電平1 (202))。在507，感測電壓在閾值電壓以下，該感測電壓是在某一數目的AC周期內平均的跨感測電阻器(Rs) 307 (並且因此跨第一開關306)的電壓。在這一操作點，投入所有四個回掃AC/DC轉換器級301-304，如曲線504-506所示。因此，驅動電路300完全投入並且在圖2的電平3(205)以上進行操作。如上文描述的那樣，由於在507的感測電壓在閾值電壓以下，所以需要啟用更少回掃AC/DC轉換器級以提供所需輸出電壓。因此，將需要禁用一個或者多個回掃AC/DC轉換器級。第四回掃AC/DC轉換器級304的柵極控制器321比較第二存儲器309中存儲的閾值電壓與第一存儲器308中存儲的感測電壓。由於感測電壓少於閾值電壓，所以DC輸出功率需求少於第一至第四回掃AC/DC轉換器級301-304供應的DC輸出功率。因而，柵極控制器321禁用第四開關320並且作為結果如在曲線506中的508所示禁用第四回掃AC/DC轉換器級304。這造成如在曲線503中的509所示感測電壓的減少。然而，在509的感測電壓保持少於閾值電壓，並且這樣禁用第四回掃AC/DC轉換器級304而又減少在DC輸入328的輸出功率尚未造成滿足閾值電壓並且因此尚未產生在DC輸出328的適當輸出DC功率。由於感測電壓在509保持低於閾值電壓，所以第三回掃AC/DC轉換器級303的柵極控制器317比較第二存儲器309中存儲的閾值電壓與第一存儲器308中存儲的感測電壓。由於感測電壓仍然低於閾值電壓，所以DC輸出功率需求少於第一、第二和第三回掃AC/DC轉換器級301-303供應的DC輸出功率，並且柵極控制器317禁用第三開關316並且因此如在曲線505中的510所示禁用第三回掃AC/DC轉換器級303。這造成如在曲線503中的511所示感測電壓的增加。然而，在511的感測電壓保持少於閾值電壓，並且這樣禁用第三和第四回掃AC/DC轉換器級303、304而又減少輸出功率尚未造成滿足閾值電壓並且因此尚未產生在DC輸出328的適當輸出DC功率。由於感測電壓在511保持低於閾值電壓，所以第三回掃AC/DC轉換器級303的柵極控制器313比較第二存儲器309中存儲的閾值電壓與第一存儲器308中存儲的感測電壓。由於感測電壓仍然低於閾值電壓，所以DC輸出功率需求少於第一和第二回掃AC/DC轉換器級301-302供應的DC輸出功率，並且柵極控制器313禁用第二開關312並且作為結果如在曲線504中的512所示禁用第二回掃AC/DC轉換器級302。這造成如在曲線503中的513所示感測電壓的減少。作為禁用第二、第三和第四回掃AC/DC轉換器級302、303、304的結果，感測電壓略少於閾值電壓。因而，在DC輸出328的輸出DC功率在用於光源需求的適當電平。注意感測電壓可以確切地等於閾值電壓，這指示DC輸出確切地等於光源的需求。圖6圖示根據一個代表性的實施例的驅動光源的方法600的流程圖。可以在比如結合圖1-5的代表性的實施例描述的硬體和軟體中實施方法600。結合圖1-5的代表性的實施例描述的細節中的許多細節與當前描述的方法共用並且一般未被重複以免模糊對代表性的實施例的描述。在601，方法600包括感測第一回掃AC/DC轉換器級中的感測電阻器之上的電壓。在602，方法600包括比較電壓與閾值電壓。在603，方法600包括如果電壓大於閾值電壓則啟用第二回掃AC/DC轉換器級。如應當理解的那樣，可以繼續方法600以如需要的那樣啟用驅動器電路(比如驅動器電路300)的更多回掃AC/DC轉換器級以提供必需輸出功率。另外，在達到所需輸出功率之後，可以『反向』方法600以通過禁用驅動器電路的回掃AC/DC轉換器級來減少輸出功率。儘管這裡已經描述和圖示若干發明實施例，但是本領域普通技術人員將容易設想用於執行這裡描述的功能和/或獲得這裡描述的結果和/或這裡描述的一個或者多個優點的各種其它手段和/或結構，並且每個這樣的變化和/或修改視為在這裡描述的發明實施例的範圍內。更一般而言，本領域技術人員將容易理解這裡描述的所有參數、尺度、材料和配置是為了舉例並且實際參數、尺度、材料和/或配置將依賴於本發明教導被運用的一個或者多個具體應用。本領域技術人員將認識或者能夠僅使用例行實驗來確立這裡描述的具體發明實施例的許多等效實施例。因此將理解僅通過例子呈現前述實施例並且在所附權利要求書及其等效含義的範圍內可以用除了具體描述並且要求保護的方式之外的方式實現發明實施例。本公開內容的發明實施例涉及這裡描述的每個個別特徵、系統、產品、材料、工具包和/或方法。此外，如果兩個或者更多這樣的特徵、系統、產品、材料、工具包和/或方法未互不一致，則在本公開內容的發明範圍內包括這樣的特徵、系統、產品、材料、工具包和/或方法的任何組合。應當理解如這裡定義和使用的所有定義支配詞典定義、在通過引用而結合的文獻中的定義和/或定義的術語的普通含義。除非清楚地相反指明，應當理解如這裡在說明書中和在權利要求書中使用的不定冠詞「一個/ 一種」意味著「至少一個/ 一種」。
應當理解如這裡在說明書中和在權利要求書中使用的短語「和/或」意味著這樣連結的要素中的「任一個或者兩個」、即在一些情況下聯合地存在而在其它情況下分離地存在的要素。應當以相同方式解釋用「和/或」列舉的多個要素、即這樣連結的要素中的「一個或者多個」。除了「和/或」子句具體標識的要素之外的其它要素無論是否與具體標識的那些要素有關或者無關都可以可選地存在。因此作為非限制例子，對「A和/或B」的引用在與開放式語言、比如「包括」結合使用時可以在一個實施例中僅指代A(可選地包括除了B之外的要素)；在另一實施例中僅指代B (可選地包括除了 A之外的要素)；在又一實施例中指代A和B (可選地包括其它要素)；等。也應當理解，除非清楚地相反指示,在這裡要求保護的包括多於一個步驟或者動作的任何方法中，方法的步驟或者動作的順序未必限於記載方法的步驟或者動作的順序。在權利要求書中以及在上述說明書中，諸如「包括」、「帶有」、「具有」、「包含」、「涉及」、「保持」、「由......組成」等所有過渡短語將理解為開放式、即意味著包括但不限於。在權利要求中的括號之間出現的任何標記或者其它符號是僅為了方便而提供的並且未旨在於以任何方式限制權利要求。
權利要求
1.一種用於驅動光源的裝置，所述裝置包括 第一回掃交流到直流(AC/DC)轉換器級，包括第一開關、第一開關控制器和比較器；以及 第二回掃AC/DC轉換器級，包括第二開關和第二開關控制器，所述第二回掃AC/DC轉換器級與所述第一回掃AC/DC轉換器級並聯電連接。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述第一開關包括第一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述第二開關包括第二M0SFET。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述第一開關控制器包括功率因子控制器(PFC)。
5.如權利要求3所述的裝置，其中所述第二控制器包括柵極控制器。
6.如權利要求4所述的裝置，其中所述PFC控制器包括存儲器，所述存儲器包括用於輸出功率的閾值限制數據。
7.如權利要求1所述的裝置，還包括 第三回掃AC/DC轉換器級，包括第三開關和第三開關控制器，所述第三回掃AC/DC轉換器級與所述第一回掃AC/DC轉換器級和所述第二回掃AC/DC轉換器級並聯電連接。
8.如權利要求7所述的裝置，還包括 第四回掃AC/DC轉換器級，包括第四開關和第四開關控制器，所述第四回掃AC/DC轉換器級與所述第一回掃AC/DC轉換器級、所述第二回掃AC/DC轉換器級和所述第三回掃AC/DC轉換器級並聯電連接。
9.如權利要求7所述的裝置，其中所述第三開關包括第三MOSFET並且所述第三開關控制器包括柵極控制器。
10.如權利要求8所述的裝置，其中所述第四開關包括第四MOSFET並且第四開關控制器包括柵極控制器。
11.一種驅動光源的方法，所述方法包括 感測第一回掃AC/DC轉換器級中的感測電阻器之上的電壓； 比較所述電壓與閾值電壓； 如果所述電壓大於所述閾值電壓，則啟用第二回掃AC/DC轉換器級。
12.如權利要求11所述的方法，還包括 如果在啟用所述第二回掃AC/DC轉換器級之後所述電壓大於所述閾值電壓，則啟用第三回掃AC/DC轉換器級。
13.如權利要求12所述的方法，還包括如果在啟用所述第三回掃AC/DC轉換器級之後所述電壓大於所述閾值電壓，則啟用第四回掃AC/DC轉換器級。
14.如權利要求11所述的方法，還包括 如果所述電壓小於閾值電壓，則不啟用所述第二級。
15.如權利要求13所述的方法，還包括在啟用所述第四回掃AC/DC轉換器級之後，感測所述感測電阻器之上的所述電壓，並且如果所述電壓小於所述閾值電壓，則禁用所述第四回掃AC/DC轉換器級。
16.如權利要求15所述的方法，還包括在禁用所述第四回掃AC/DC轉換器級之後，感測所述感測電阻器之上的所述電壓，並且如果所述電壓小於所述閾值電壓，則禁用所述第三回掃AC/DC轉換器級。
17.如權利要求16所述的方法，還包括在禁用所述第三回掃AC/DC轉換器級之後，感測所述感測電阻器之上的所述電壓，並且如果所述電壓小於所述閾值電壓，禁用所述第二回掃AC/DC轉換器級。
全文摘要
公開一種用於驅動光源(102)的裝置(101)。該裝置包括第一回掃AC/DC轉換器級(103)，具有第一開關、第一開關控制器和比較器；以及第二回掃AC/DC轉換器級(104)，包括第二開關和第二開關控制器，第二回掃AC/DC轉換器級與第一回掃AC/DC轉換器級並聯電連接。
文檔編號H05B33/08GK103069923SQ201180040933
公開日2013年4月24日 申請日期2011年7月22日 優先權日2010年8月24日
發明者A·阿鮑爾納加 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司