用於控制led的調暗水平的方法和裝置的製作方法

2023-05-23 01:56:21

專利名稱：用於控制led的調暗水平的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及控制發光二極體(LED)的調暗水平。更具體而言，這裡公開的各種發明方法和裝置涉及在閾值水平以上和以下控制驅動電流。
背景技術：
數字發光技術(即基於半導體光源(比如發光二極體(LED))的照明)提供傳統螢光、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、耐久性、 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發光效果的高效和健壯的全光譜發光源。例如如在通過引用併入於此的第6，016，038 和6，211，626號美國專利中具體討論的那樣，體現這些源的一些燈具具有如下發光模塊， 該發光模塊包括能夠產生不同顏色(例如紅、綠和藍)的一個或者多個LED以及用於獨立控制LED的輸出以便生成多種顏色和變色發光效果的處理器。已經在製造發射白光的LED方面取得顯著發展。目前，每瓦特生成多於100流明的白光LED在商業上可用。這可與螢光和HID燈的性能相當。此外，這些LED由於它們的尺寸小而提供比如更長操作壽命、抗衝擊/振動和設計靈活性這樣的其它優點。因而白光 LED正在變得被接受為用於照明應用(比如標誌、重點以及小路照亮、射燈、停車場和道路照亮)的傳統白熾源、小型螢光和HID的替代。可以獨自或者與有色LED結合使用白色LED 以獲得特定效果。LED的電特性使得向LED燈施加的電壓的少量改變將引起明顯電流改變。此外，環境溫度改變也將通過改變在LED兩端的正向壓降來造成LED電流改變。另外，LED的流明輸出依賴於LED電流。LED光源的現有電源被設計為精確調節LED電流以防止由於輸入AC 電壓變化和環境溫度所致的流明強度變化。LED燈在過量正向電流下的長時段操作可能引起不可接受的流明強度變化並且甚至引起致命故障。此外，當前電源未使功率消耗最小以使節能最多。經常希望向LED和採用LED的發光燈具提供調暗能力。已知的調暗LED的方式包括電流波形的脈寬調製(PWM) 「斬波」和電流波形的幅度的模擬減少。遺憾的是，使用已知的模擬幅度減少和PWM調暗難以在0%光輸出(無光輸出)到100%光輸出(全光輸出) 的整個調暗範圍上獲得良好效率和良好性能。許多已知的高效率LED驅動器使用開關模式轉換器來調節到LED的電流。為了實現「深度調暗」(例如調暗到少於5%和高至30% )， LED電流的PWM脈衝通常用來保證LED的恰當操作。利用電流源輸出，PWM調暗需要在PWM 周期的「關斷」脈衝期間分流LED電流的分流開關。這樣，在主轉換器和分流開關中實現相對高損耗，因為到LED的電流處於相對高水平，雖然只有該電流的一部分被遞送。因而已知的分流開關及其使用方法在涉及到調暗的LED應用中比較低效率。此外，LED的效率(lm/ W)在驅動電流更低時比較高，因而已知的PWM調暗方法比已知的模擬調暗方法效率低。然而模擬調暗在調暗水平低時也具有一些缺點。例如，如果LED電流少於全輸出額定值的近似5%和大到30%，則光水平可能在不同LED之間不均勻，可能出現色移，並且LED的效率在電流水平很低時也比較差。此外，驅動器電子電路變得更困難，因為電流水平降至以下、在電流感測電路中的偏移電壓和電噪聲變成主要考慮。這些問題在0. 以下的暗水平時使模擬調暗不符合期望。因此本領域中需要提供如下LED調暗，該LED調暗至少克服上文描述的已知調暗方法的缺點。

發明內容
本公開內容針對用於控制調暗水平的發明方法和裝置。申請人已經認識和了解， 以克服模擬和脈寬調製(PWM)調暗中的某些缺點這樣的方式在0%到100%調暗的整個調暗範圍上提供更高效的LED調暗將是有益的。申請人已經進一步認識和了解，提供至某一調暗水平的模擬調暗、並且為調暗至某一調暗水平以下而提供PWM調暗將是有益的。根據一個方面，本公開內容關注一種用於LED的調暗電路，該調暗電路包括電流控制器，配置成接收調暗輸入、提供脈寬調製信號(PWM)和參考電壓。調暗電路也包括電流轉換器，配置成提供輸出電流；以及分流開關，連接到控制器和電流轉換器並且連接於電流控制器與LED之間，其中分流開關在調暗輸入高於閾值水平時不導通。根據另一方面，本公開內容關注一種用於LED的調暗電路，該調暗電路包括控制器，配置成接收調暗輸入、提供脈寬調製信號(PWM)和參考電壓。調暗電路也包括電流轉換器，配置成提供輸出電流；以及降壓轉換器(buck converter)，連接於LED與電流轉換器之間，其中降壓轉換器包括在調暗輸入少於閾值水平時不導通的分流開關。如這裡出於本公開內容的目的而使用的那樣，術語「LED」應當理解為包括能夠響應於電信號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包括但不限於各種響應於電流發光的基於半導體的結構、發光聚合物、有機發光二極體(OLED)、電致發光條等。具體而言，術語LED指所有類型的如下發光二極體(包括半導體和有機發光二極體)，這些發光二極體可以被配置成在紅外光譜、紫外光譜以及可見光譜的各部分(一般包括從近似400納米到近似700納米的輻射波長)中的一個或者多個中生成輻射。LED的一些例子包括但不限於各種類型的紅外LED、紫外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)。也應當了解LED可以被配置和/或控制成生成如下輻射，該輻射具有針對給定光譜的各種帶寬(例如半高全寬或者FWHM)(例如窄的帶寬、寬的帶寬)以及在給定的一般色分類內的多種主導波長。例如被配置成生成基本上白光的LED (例如白色LED)的一種實施方式可以包括分別發射不同電致發光光譜的多個管芯(die)，這些光譜組合混合以形成基本上白光。在另一實施方式中，白光LED可以與將具有第一光譜的電致發光轉換成不同的第二光譜的磷光體材料關聯。在該實施方式的一個例子中，具有相對短波長和窄帶寬光譜的電致發光「抽運」 磷光體材料，該材料又輻射具有某種程度更寬的光譜的更長波長的輻射。也應當理解術語LED不限制LED的物理和/或電封裝類型。例如，如上文討論的那樣，LED可以指具有多個如下管芯的單個發光器件，這些管芯被配置成分別發射不同輻射光譜(例如可以單獨可控或者可以不這樣)。LED也可以與被視為LED(例如一些類型的白色LED)整體一部分的磷光體關聯。一般而言，術語LED可以指封裝的LED、未封裝的LED、表面裝配LED、板上晶片LED、T封裝裝配LED、徑向封裝LED、功率封裝LED、包括某類型的包殼和/或光學元件(例如擴散透鏡)的LED等。術語「光源」應當理解為指多種輻射源中的任何一個或者多個輻射源，所述多種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、汞蒸氣和金屬滷化物燈)、雷射、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、碳弧輻射源)、光致發光源(例如氣體放電源)、使用電子飽和(electronic satiation)的陰極發光源、電流發光源、晶體發光源、運動發光源、熱致發光源、摩擦發光源、聲納發光源、輻射發光源和發光聚合物。給定的光源可以被配置成生成在可見光譜內、在可見光譜以外的電磁輻射或者二者的組合。因此，術語「光」和「輻射」這裡可互換使用。此外，光源可以包括作為整體部件的一個或者多個濾光器(例如濾色器)、透鏡或者其它光學部件。也應當理解光源可以被配置用於多種應用(包括但不限於指示、顯示和/或照明)。「照明源」是具體配置成生成如下輻射的光源，該輻射具有充分強度以有效照亮內部或者外部空間。在本文中，「充分強度」是指為了提供環境照明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(經常採用單位「流明」來在輻射功率或者「流明通量」方面代表在所有方向上從光源輸出的全部光)(即可以被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中介表面中的一個或者多個表面反射的光)。術語「光譜」應當理解為指一個或者多個光源產生的任何一個或者多個輻射頻率 (波長)。因而術語「光譜」不僅指在可見範圍中的頻率(或者波長)，而且也指在整個電磁光譜的紅外、紫外和其它區域中的頻率(或者波長)。給定的光譜也可以具有相對窄的帶寬(例如具有基本上很少頻率或者波長成分的FWHM)或者相對寬的帶寬(具有各種相對強度的若干頻率或者波長成分)。也應當了解給定的光譜可以是混合兩個或者更多其它光譜 (例如混合分別從多個光源發射的輻射)的結果。對於本公開內容的目的，術語「顏色」與術語「光譜」可互換使用。然而術語「顏色」 一般用來主要指觀察者可感知的輻射性質(但是該用法並非旨在於限制該術語的範圍)。 因而術語「不同顏色」隱含地指波長成分和/或帶寬不同的多個光譜。也應當了解術語「顏色」可以與白光和非白光兩者結合使用。術語「色溫」這裡一般與白光結合使用，但是該用法並非旨在於限制該術語的範圍。色溫基本上指白光的特定顏色內容或者色調(例如泛紅、泛藍)。傳統上根據輻射與所考慮的輻射樣本基本上相同光譜的黑體輻射體的以開爾文度數(K)為單位的溫度來表徵給定輻射樣本的色溫。黑體輻射體色溫一般落在從近似700度K(通常被視為首先對人眼可見)到10，000度K以上的範圍內；一般在1500-2000度K以上的色溫感知白光。術語「發光燈具」這裡用來指一個或者多個發光單元在特定形狀因子、總成或者封裝中的實施方式或者布置。術語「發光單元」這裡用來指包括相同或者不同類型的一個或者多個光源的裝置。給定的發光單元可以具有多種用於光源的裝配布置、罩/殼布置和形狀和/或電和機械連接配置中的任一種。此外，給定的發光單元可選地可以與涉及光源操作的多種其它部件(例如控制電路)關聯(例如包括這些部件、耦合到這些部件和/或與這些部件封裝在一起)。「基於LED的發光單元」指如下發光單元，該發光單元獨自或者與
6其它非基於LED的光源組合而包括如上文討論的一個或者多個基於LED的光源。「多通道」 發光單元指如下基於LED或者非基於LED的發光單元，該發光單元包括配置成分別生成不同輻射光譜的至少兩個光源，其中每個不同源光譜可以稱為多通道發光單元的「通道」。術語「控制器」這裡一般用來描述涉及一個或者多個光源的操作的各種裝置。可以用許多方式(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」是如下控制器的一個例子，該控制器採用一個或者多個如下微處理器，該微處理器可以使用軟體(微代碼)來編程以執行這裡討論的各種功能。控制器可以採用或者不採用處理器來實施並且也可以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的組合(例如一個或者多個編程的微處理器和關聯電路)。可以在本公開內容的各種實施例中採用的控制器部件的例子包括但不限於傳統微處理器、專用集成電路(ASIC)和現場可編程門陣列(FPGA)。如這裡使用的術語「用戶接口」指實現用戶與設備之間的通信的人類用戶或者操作者與一個或多個設備之間的接口。可以在本公開內容的各種實施方式中採用的用戶接口的例子包括但不限於開關、電位計、按鈕、刻度盤、滑塊、滑鼠、鍵盤、鍵區、各種類型的遊戲控制器(例如操縱杆)、跟蹤球、顯示屏、各種類型的圖形用戶界面(GUI)、觸屏、麥克風以及可以接收某種形式的人類生成的刺激並且響應於該刺激來生成信號的其它類型的傳感器。應當了解前述概念和下文更具體討論的附加概念的所有組合(假設這樣的概念並未互不一致)被設想為這裡公開的發明主題的部分。具體而言，本公開內容所附的要求保護的主題的所有組合被設想為這裡公開的發明主題內容的部分。也應當了解這裡明確採用的、也可以在通過引用併入的任何公開內容中出現的術語應當被賦予與這裡公開的特定概念最一致的含義。


在附圖中，相似標號在所有不同視圖中一般指相同部分。並且，附圖未必按比例， 相反一般著重於圖示本發明的原理。圖1圖示了根據一個代表實施例的發光燈具的簡化框圖。圖2圖示了根據一個代表實施例的調暗電路的簡化示意圖。圖3圖示了根據另一代表實施例的調暗電路的簡化示意圖。
具體實施例方式在下文具體實施方式
中，出於說明而非限制的目的，闡述公開具體細節的代表實施例以便提供對本教導的透徹理解。可以省略對已知設備、材料和製造方法的描述以免使對示例實施例的描述難以理解。儘管如此，可以根據代表實施例使用在本領域普通技術人員的知識範圍內的這樣的設備、材料和方法。圖1圖示了根據本發明各種實施例的發光裝置100的簡化框圖。發光裝置包括接收輸入電壓(比如線電壓)的調暗電路101。基於所需的調暗器設置，調暗電路101向LED 102提供特定驅動電流。在一個代表實施例中，可以在殼中提供發光裝置而調暗電路和LED 在共同或者單獨封裝中。圖2圖示了根據一個代表實施例的調暗電路200的簡化示意圖。設想調暗電路200用作圖1中的發光燈具100的調暗電路101。調暗電路200包括恆定電流轉換器(『轉換器』)201和控制器202。控制器102接收調暗輸入，並且轉換器101接收輸入電壓。在一個代表實施例中，轉換器201是配置成從多種已知功率源(例如AC電壓(線電壓)、DC電壓或者低電壓AC源)之一接收輸入的已知電源。轉換器201基於輸入電壓提供輸出電流。 如這裡更完全描述的那樣，向分流開關(例如場效應電晶體(FET)UlO(Ql)提供PWM信號 203。在一個代表實施例中，控制器202包括已知的微處理器(該微處理器包括存儲器和邏輯)並且配置成接收調暗輸入並且提供PWM信號203和參考電壓(V,ef)204。微處理器的使用僅為示例，並且也設想使用可編程邏輯器件(PLD)(比如現場可編程門陣列(FPGA) 或者專用集成電路(ASIC))或者分立電子部件以用於在控制器202中使用。參考電壓(U 204向誤差放大器電路205提供一個輸入。到LED的電流流過感測電阻器(Rl)211，該感測電阻器產生作為另一輸入向誤差放大器電路205提供的感測電壓。誤差放大器電路205比較感測電壓信號與參考電壓(V,ef)204。向轉換器201提供反饋信號206，該反饋信號基於誤差放大器電路205的輸出。響應於反饋信號206的值，轉換器 201增加或者減少到LED的電流直至在感測電阻器(Rl)211處的所感測的電壓與參考電壓 (Vref) 204基本上相同。在操作中，轉換器201向第一電感器207 (Li)提供比較恆定的電流。來自轉換器 201的電流又流向第二電感器(L2)208。第二電感器(L2)208與電容器(Cl)209結合有益地減少電流紋波(ripple)並且向LED(在圖2中未示出)或者向分流開關(Ql)210提供基本上恆定的DC電流。電容器(Cl)209和第二電感器(L2) 208具有如下相應值，這些值被選擇成使得分流開關210 (Ql)的切換不明顯變更在電容器209(C1)處的電壓，因而在第二電感器(L2) 208中的電流保持基本上恆定。該接近恆定的電流然後直接或者經過分流開關 (Ql) 210 而流向 LED。直接流向LED或者流向分流開關210 (Ql)的電流依賴於在控制器202的調暗輸入處提供的調暗水平。經常為了避免色水平移位並且提供基本效率水平而指定最小電流幅度。經常按照經過LED結的最大電流水平或者幅度的百分比表達該最小電流幅度。例如 LED製造商或者燈製造商可以將LED所需最小電流幅度指定為可以向LED遞送的最大電流幅度的百分比。出於示例目的，假設該最小電流為發光燈具100中所用LED的最大電流幅度的近似10%。強調最大電流幅度的百分比可以少於或者大於10%，並且僅為了容易說明而選擇該值。根據結合圖2描述的代表實施例，當向控制器202的調暗輸入在該最大電流水平的 100 %到最大電流水平的10 %之間時，從控制器202輸出的PWM信號203處於反向偏置分流開關210(Q1)的電壓，從而它不導通而是「關斷」，並且參考電壓(Vref) 204處於與調暗輸入成比例的水平。參考電壓(Vref) 204被輸入給誤差放大器電路205並且向轉換器201提供與在所需電流設置點(參考電壓(Vref) 204)與在感測電阻器(Rl) 211兩端感測的實際 LED電流之間的誤差信號成比例的反饋206。向轉換器201輸入反饋206，並且來自轉換器 201的輸出是向LED提供所需電流水平的模擬輸出。對照而言並且沿用示例值，當向控制器202的調暗輸入為近似10%或者更少(到近似0% )時，控制器202提供最大值的10% (或根據選擇更少)的參考電壓(Vref) 104。到分流開關(Ql)210的PWM信號203按照設置的佔空比有選擇地將分流開關(Ql)210偏置為接通。在閾值水平為最大LED驅動電流的10%的本代表實施例中，PWM信號203具有與所需調暗水平除以10基本上匹配的關斷佔空比(因為平均電流已經減少至10% )。例如的P麗關斷佔空比對應於0. 的調暗水平。有益地，由於僅在經過第一電感器(Li) 207和第二電感器(L2) 208的電流減少至處於最大電流水平的所選分數(例如10%或者更少)或者其以下的水平時，分流開關 (Ql)210正向偏置(「接通」)，所以在分流(Ql)210中的損耗被最小化。此外，電路200允許分流開關(Ql)210具有比較高的電阻並且繼而具有比較低的電容。這在希望比較高的PWM 頻率的情況下減少了切換損耗的可能性。為此，在一個示例實施例中，分流開關(Ql)210是電壓額定值為600V的金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)(假設LED系統為高電壓輸出)、具有近似1. 2 Ω的電阻和近似IOOpF的輸出電容。如果本例的分流開關(Ql) 210 (即 M0SFET)將導通來自轉換器101的全部電流(例如1Α)，則在分流開關(Ql) 210的接通時間接近100%的點僅導通損耗就將已經為1W。如可以了解的那樣，這樣的損耗不符合期望。對照而言並且根據代表例子，如果經過分流開關(Ql)210的電流限於最大電流水平的10%或者更少，則相同MOSFET的導通損耗明顯更低；例如在相同條件和參數之下為0. 012W。由於導通損耗的該明顯減少，可以將分流開關(Ql)210的電阻選擇為更大。以相同例子繼續，如果分流開關210 (Ql)為電阻更高(例如10 Ω )的M0SFET，則輸出電容將明顯下降(例如在本例中以因子10下降)。有益地，導通損耗和切換損耗明顯減少(在本例中以因子10下降)，並且切換時間也由於電容減少而減少。注意減少分流開關(Ql) 210的切換時間可以尤其有益，因為比較精確的調暗控制受益於比較快的切換轉變，該比較快的切換轉變在代表實施例中通過提供電容比較低的開關(例如分流開關210 (Ql))而實現。此外，接通電阻為 10倍的MOSFET比更低電阻的FET成本低得多。注意可以選擇向分流開關(Ql) 210提供的PWM信號203的頻率以優化電路200的性能。在實踐中，希望在分流開關(Ql)IlO響應於PWM信號203按照固定佔空比接通和關斷之時具有在第一電感器(Li) 207中的基本上恆定的電流和在電容器(Cl) 109兩端的基本上恆定的電壓。這保證LED中的電流與分流開關的佔空比或者與反佔空比成比例。根據一個代表實施例，通過為分流開關(Ql) 210選擇充分高的PWM頻率來實現這些條件。在一個代表實施例中，隔離電源，並且有益地，提供隔離的轉換器101從不停止切換、因此向驅動電流反饋放大器所需要的任何輔助供應繞組和調暗接口控制器提供充分功率，因為最小轉換器輸出電流固定於非零最小水平(例如在上例中為最大值的10%或者更少)。通常選擇用於LED的PWM信號203的頻率為200Hz到5kHz的量級。然而為了減少第二電感器 L2(209)和電容器(Cl)210的尺寸，有可能在甚至更高頻率操作分流開關(Ql)210。當分流開關(Ql)210是允許快速切換轉變的相對高電阻、低電容器件時尤其如此。圖3圖示了根據另一代表實施例的調暗電路300的簡化示意圖。設想調暗電路 300用作圖1中的發光燈具100的調暗電路101。結合圖2中所示調暗電路200的實施例描述的部件的許多細節對於調暗電路300的實施例是共同的。未重複這些共同細節中的許多細節以免使對當前描述的實施例的描述難以理解。另外，類似於結合圖2描述的實施例， 調暗電路300在近似0%到近似100%的整個調暗範圍上提供高效的LED調暗。類似於調暗電路200，調暗電路300提供來自轉換器201的模擬調暗至如下閾值水平，該閾值水平保證色移最小的恰當LED操作。調暗電路300包括轉換器201和控制器202。控制器202接收調暗輸入，並且轉換器201接收輸入電壓(比如AC線電壓)。在一個代表實施例中，控制器202包括已知的微處理器(該微處理器包括存儲器和邏輯)並且配置成接收調暗輸入並且提供PWM信號203 和參考電壓(V,ef)204。微處理器的使用僅為示例，並且也設想使用可編程邏輯器件(PLD) (比如現場可編程門陣列(FPGA)或者專用集成電路(ASIC))以在控制器202中使用。參考電壓(Vref) 204構成到放大器電路205的一個輸入。調暗電路300包括降壓轉換器301，該降壓轉換器將輸出電流從閾值水平(例如到LED的最大電流幅度的10% )脈寬調製成0%電流或者100%調暗。降壓轉換器301包括與第二開關(Q2) 303、電感器304和電阻器305並聯的第一開關(Ql) 302。在第二開關
303(Q2)的輸出與到誤差放大器電路205的輸入之間提供二極體(Dl)306。降壓轉換器301 可以如在 Lys 等人的、標題為 「HIGH POWER FACTOR LED-BASED LIGHTING APPARATUS AND METHODS」的共有美國專利申請出版物20080278092中描述的那樣。該專利申請出版物通過引用具體併入於此。根據代表實施例，降壓轉換器301可以在與頻率PWM信號203相比的高頻操作並且使用已知的控制方法或者使用滯後(hysteretic)或者峰電流控制方法來獲得比較快並且比較精確的電流控制。降壓轉換器301的切換頻率例如範圍為近似IOOkHz 到近似500kHz。如果第二開關(Q2) 303和二極體(Dl) 306的電容比較小(為IO1pF量級)， 則切換損耗低。如果選擇第二開關(Q2)303的接通電阻為足夠高而選擇二極體(Dl) 306的電流額定值為足夠低，則可以實現該點。這樣，根據代表實施例，經過降壓轉換器301的電流首先維持於比較低的幅度(例如LED的最大電流的10%或者更少)，這允許選擇第二開關(Q2)303的接通電阻為比較高並且允許在二極體(Dl)306兩端的比較低的電流而無明顯導通損耗。例如電流額定值為IA的二極體可以具有20pF-50pF的結電容；而電流額定值為 0. IA的二極體(例如二極體(Dl) 306)可以具有範圍為近似IpF到近似5pF的比較低的結電容。切換損耗與頻率成比例，因而電容的因子10的減少轉化為切換損耗的因子10的減少，這在IOOkHz到500kHz的操作頻率可以非常明顯。根據代表實施例，在比較高的切換頻率操作降壓轉換器301以允許在電感器
304(L2)的值為小的情況下低輸出電流紋波進入LED中(即基本上恆定的LED電流)。注意併入電感器304 (L2)中的較小值的電感將確定電感器304 (L2)可以在「關斷"PWM周期期間多快地放電。基本上，電感器304 (L2)確定PWM周期的切換速度並且因此確定PWM信號 203的最大頻率以及PWM信號203的上升時間和下降時間。這樣，降壓轉換器301的電感器 304(L2)確定可在調暗電路300中實現的調暗解析度和最小調暗水平。然而注意不能選擇PWM信號203的頻率為任意小。在近似IOOHz量級的PWM頻率可能造成可見閃爍，並且甚至低達500Hz的PWM頻率可能對攝影造成問題。這樣，根據代表實施例，為了避免可檢測閃爍並且提供LED的更佳輸出光質量，將PWM信號的頻率設置在閾值水平以上。在實踐中，降壓轉換器301在比PWM頻率高至少100倍的頻率操作以實現準確性可接受的近似5%的PWM佔空比。對於更低調暗水平，甚至更高降壓頻率是必需的。沿用上文描述的示例，可以根據從近似0%調暗(即無調暗和到LED的最大電流幅度的100% )至90%調暗(即到LED的最大電流幅度的10% )的調暗實施模擬調暗。在 90%調暗以下，高頻降壓轉換器301用來將輸出電流從10%脈寬調製成0%。然而注意降壓轉換器201允許閾值水平被設置成到LED的最大電流幅度的近似5%。如上文所言，降壓轉換器201可以在與PWM頻率相比非常高的頻率操作並且使用標準控制方法或者使用滯後或者峰電流控制方法來獲得非常快並且精確的電流控制。可以在模擬調暗部分(其中初級電流控制用來使在全輸出時的任何附加損耗最小)期間用開關(FET或者別的開關)旁路降壓轉換器201。作為旁路開關的第一開關(Ql) 302可以是多種可控開關(例如FET)中的一種，而在本實施例中可以是比較慢的切換器件，因為它僅需在(例如)10%調暗以上接通而在該水平以下關斷。第一開關(Ql)302可以具有比較低的接通電阻。第一開關(Ql)302的電容在電路設計中為次要考慮，因為在第一開關(Ql) 302中有低切換損耗。具體而言，在代表實施例中，調暗命令相對固定而僅在用戶改變設置點時改變。例如並且以相同例子繼續， 如果給出最大電流的11%的調暗命令，則第一開關(Ql)302 「接通」並且轉換器201向LED 提供11%的恆定電流。注意第一開關(Ql) 201在該條件下從不關斷而第二開關(Q2)303從不接通，因而無切換損耗。對照而言，例如如果給出最大電流的9%的調暗命令，則第一開關 (Ql)302 「關斷」並且降壓轉換器301提供恆定電流控制。在該操作範圍中，第一開關(Ql) 不切換而是「關斷」。再一次地，無第一開關(Ql)302貢獻的切換損耗。在操作中，基於調暗輸入，控制器201提供參考電壓(Vref) 204和PWM信號203。 當參考電壓(Vref) 204在調暗閾值(例如到LED的最大電流幅度的10% )以上時，降壓轉換器301的作為分流開關來工作的第一開關(Ql) 302由轉換器201偏置為導通(即「接通」)。因此對於0%調暗(即到LED的最大電流幅度)到最小模擬調暗設置(作為例子，最大電流幅度的10%)的向控制器202的調暗輸入，降壓轉換器301經由第一開關(Ql)302 產生到LED的調節的輸出電流。降壓轉換器301的其餘部件(即第二開關(Q2) 203、電感器 (L2) 304、電阻器(R3) 305和二極體(Dl) 306)都被旁路以使損耗最小。對於少於閾值(例如少於到LED的最大幅度電流的10% )的到控制器101的調暗輸入，第一開關(Ql)302不導通，並且轉換器201將在電容器(Cl)307兩端的電壓調節成比接通LED電壓更大的電壓。 因而使能降壓轉換器301在10%模擬水平調節LED電流。此外，第二開關(Q2)203由PWM 103接通和關斷，因此降壓轉換器301然後由控制器101在相當低的PWM頻率(例如IOOHz 到1000Hz)接通和關斷。然後以與在電路200中基本上相同的方式基於PWM信號調整降壓轉換器301的佔空比，以在LED中給出與調暗命令成比例的PWM電流(在低調暗時接通時間較小而在關斷時間較大)。在一個代表實施例中，為了避免任何控制迴路響應問題，可以在接通時間期間經由滯後電流控制來控制降壓轉換器301，以給出比較快的響應時間而在LED中基本上無電流過衝。然而可以根據所需規格使用替代電流控制方法(比如峰電流控制、標準電流模式控制或者臨界導通電流控制)。由於降壓轉換器301電路僅在深度調暗(例如在10%以下) 期間激活，所以第二開關(Q2)303、二極體(Dl)306和電感器(L2) 304隻需要被設計為處理 10%電流水平而並非全輸出電流。這也允許選擇電容比較小的開關(例如M0SFET)和二極體，這允許降壓轉換器301的快速切換頻率而無過多損耗。最後，降壓轉換器301可以如圖所示放置於正LED電流連接中或者放置於負側中以使FET的驅動更簡單(以地為參考)。 設想在本領域普通技術人員的知識範圍內的其它配置。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/或一個或者多個優點的多種其
11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了解這裡描述的所有參數、尺度、材料和配置意圖舉例，並且實際參數、尺度、材料和/或配置將依賴於發明教導的使用所針對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。因此將理解僅通過示例的方式呈現前述實施例，並且在所附權利要求及其等效物的範圍內，可以用除了具體描述和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針對這裡描述的每個個別特徵、系統、物品、材料、套件和 /或方法。此外，如果兩個或者更多這樣的特徵、系統、物品、材料、套件和/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、物品、材料、套件和/或方法的任何組合。如這裡定義和使用的所有定義應當理解為支配詞典定義、在通過引用併入的文檔中的定義和/或定義的術語的普通含義。除非相反明示，如這裡在說明書中和在權利要求中使用的不定冠詞「一」應當理解為意味著「至少一個」。如在說明書中和在權利要求中使用的短語「和/或」應當理解為這樣相接的要素中的「任一個或者兩者」、即在一些情況下共同存在而在其它情況下分開存在的要素。應當以相同方式理解用「和/或」列舉的多個要素、即這樣相接的要素中的「一個或者多個」。除了通過「和/或」項具體標識的要素之外的其它要素無論是與具體標識的那些要素有關還是無關都可以可選地存在。如這裡在說明書中和在權利要求中使用的那樣，「或者」應當理解為具有與上文定義的「和/或」相同的含義。例如當在列舉中分隔項目時，「或者」或者「和/或」應當解釋為包含性、即包括多個要素或者要素的列舉中的至少一個要素、但是也包括多於一個要素並且可選地包括附加未列舉項目。僅有相反明示的術語(比如「……中的僅一個」或者「…… 中的確切一個」或者在使用於權利要求中時的「由……構成」)將指包括多個要素或者要素的列舉中的確切一個要素。一般而言，如這裡使用的術語「或者」應當在前有排他性的術語 (比如「任一個」、「……之一」、「……中的僅一個」或者「……中的確切一個」)時僅解釋為表明排他性的替代(即「一個或者另一個、但是並非兩者」)。「基本上由……構成」在使用於權利要求中時應當具有它的如在使用於專利法領域中時的普通含義。在權利要求中出現於括號之間的任何標號或者其它字符是出於方便而提供的、而並非旨在於以任何方式限制權利要求。也應當理解，除非相反明示，在這裡要求保護的包括多於一個步驟或者動作的方法中，該方法的步驟或者動作的順序未必限於該方法的步驟或者動作被記載的順序。在權利要求中以及在上文說明書中，諸如「包括」、「帶有」、「具有」、「包含」、「涉及」、 「保持」、「由……組成」等所有連接詞將理解為開放式、即意味著包括但不限於。僅有連接詞 「由……構成」和「基本上由……構成」應當分別為封閉或者半封閉連接詞。
權利要求
1.一種用於LED的調暗電路，包括電流控制器，配置成接收調暗輸入並且輸出脈寬調製信號PWM和參考電壓；電流轉換器，配置成提供輸出電流；以及分流開關，連接到所述控制器和所述電流轉換器並且連接於所述電流控制器與所述 LED之間，其中所述分流開關在所述調暗輸入超過閾值水平時不導通。
2.如權利要求1所述的調暗電路，其中所述分流開關在所述調暗輸入少於所述閾值水平時導通。
3.如權利要求1所述的調暗電路，還包括連接於所述電流轉換器與所述分流開關之間的第一電感器，其中經過所述第一電感器的電流在所述分流開關不導通時與所述閾值水平成比例。
4.如權利要求1所述的調暗電路，其中所述控制器包括配置成接收調暗輸入並且輸出所述PWM信號和所述參考電壓的電路。
5.如權利要求4所述的調暗電路，其中所述控制器包括存儲器，所述存儲器包括所述調暗輸入與所述PWM信號和所述參考電壓的相關性。
6.如權利要求1所述的調暗電路，其中所述控制器包括配置成接收調暗輸入並且輸出所述PWM信號和所述參考電壓的可編程邏輯器件PLD。
7.如權利要求1所述的調暗電路，其中所述閾值水平為如下值，該值代表到所述LED的最大驅動電流的百分比。
8.如權利要求7所述的調暗電路，其中所述值在最大電流水平的近似0%到最大電流水平的近似10%的範圍中。
9.一種用於LED的調暗電路，包括控制器，配置成接收調暗輸入並且提供脈寬調製信號PWM和參考電壓；電流轉換器，配置成提供輸出電流；以及降壓轉換器，連接於所述LED與電流轉換器之間，其中所述降壓轉換器包括在所述調暗輸入少於閾值水平時不導通的分流開關。
10.如權利要求9所述的調暗電路，其中所述分流開關在所述調暗輸入大於所述閾值水平時導通。
11.如權利要求9所述的調暗電路，還包括連接於所述電流轉換器與所述降壓轉換器之間的第一電感器，其中經過所述第一電感器的電流在所述分流開關導通時與所述閾值水平成比例。
12.如權利要求9所述的調暗電路，其中所述控制器包括配置成接收調暗輸入並且輸出所述PWM信號和所述參考電壓的微處理器。
13.如權利要求12所述的調暗電路，其中所述控制器包括存儲器，所述存儲器包括所述調暗輸入與所述PWM信號和所述參考電壓的相關性。
14.如權利要求9所述的調暗電路，其中所述控制器包括配置成接收調暗輸入並且輸出所述PWM信號和所述參考電壓的可編程邏輯器件PLD。
15.如權利要求9所述的調暗電路，其中所述閾值水平包括如下值，該值代表到所述 LED的最大驅動電流的百分比。
16.如權利要求9所述的調暗電路，其中所述值在最大電流水平的近似0%到最大電流水平的近似10%的範圍中。
全文摘要
描述了在基於調暗控制輸入來實現LED的高效電流控制時有用的電路。電路使用PWM調暗與模擬調暗的組合以在從接近0％到100％光輸出的寬調暗範圍內實現高度高效的LED驅動器。
文檔編號H05B33/08GK102484918SQ201080038004
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月18日 優先權日2009年8月26日
發明者A·施羅特裡雅, B·克勞伯格, R·格瑞斯查 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司