CN102573211A - Led光源的供电控制电路、系统及方法 - Google Patents

Led光源的供电控制电路、系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种向LED光源供电的系统、控制电路及方法。该系统包括具有第一电压的第一电源、具有第二电压的第二电源和控制器。该控制器耦合于该第一电源和该第二电源，用于将该第一电压和该第二电压进行比较，当该第一电压大于该第二电压时，控制该第一电源在充电模式下经由第一开关和第二开关对该第二电源充电，当该第二电压大于该第一电压时，控制该第二电源在负载供电模式下经由该第二开关和第三开关向该LED光源供电。本发明的LED光源供电系统采用一条电源链，从而降低了系统的功率能耗。

Description

LED光源的供电控制电路、系统及方法
技术领域
本发明涉及一种供电电路，尤其是涉及一种LED光源的供电控制电路、系统及方法。
背景技术
图1所示为一种传统的电源系统100的示意图。该电源系统100包括第一电源(如适配器102)和第二电源(如电池110)。该电源系统100还包括直流-直流(direct-current to direct current，简称DC/DC)转换器104、充电器106、开关103、开关105以及负载，如发光二极管(light Emitting Diode，简称LED)108。适配器102耦合于交流电源，如120伏商用供电电压，并将交流电源输入的交流电压转换为直流电压VAD。
在操作时，当开关103闭合且开关105断开时，电源系统100工作在电池充电过程中。适配器102对电池110进行充电，并同时对LED108供电。充电器106接收直流电压VAD并向电池110提供合适的充电电能。DC/DC转换器104接收直流电压VAD并向LED108提供调整后的电能。当开关105闭合并且开关103断开时，电池110经由DC/DC转换器104向LED108供电。
然而，在传统的电源系统100中存在两个电源链。一个电源链包括充电器106，另外一个电源链包括DC/DC转换器104。这两个电源链增大了电源系统100的功率能耗，从而降低了系统的功率效率。两个电源链还增大了电源系统100的复杂性。此外，由于同时使用了充电器106和DC/DC转换器104，印刷电路板(printed circuit board，简称PCB)的尺寸增加，从而增加了电源系统100的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种向LED光源供电的系统、方法以及控制LED光源的电能的控制电路，能够使该系统的功率能耗降低，灵活性提高。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种向LED光源供电的系统。所述系统包括具有第一电压的第一电源、有第二电压的第二电源和控制器。所述控制器耦合于所述第一电源和所述第二电源，用于将所述第一电压和所述第二电压进行比较，当所述第一电压大于所述第二电压时，控制所述第一电源在充电模式下经由第一开关和第二开关对所述第二电源充电，以及当所述第二电压大于所述第一电压时，控制所述第二电源在负载供电模式下经由所述第二开关和第三开关向所述LED光源供电。
本发明还提供了一种控制LED光源的电能的控制电路，所述控制电路包括第一开关、耦合于第一开关的第二开关、耦合于所述第一开关和所述第二开关之间第三开关以及控制器。所述控制器耦合于所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，用于将第一电源的第一电压与第二电源的第二电压进行比较，当所述第一电压大于所述第二电压时，所述控制器控制所述第一电源在充电模式下经由所述第一开关和所述第二开关对所述第二电源进行充电，以及当所述第二电压大于所述第一电压时，所述控制器控制所述第二电源在负载供电模式下经由所述第二开关和所述第三开关向所述LED光源供电。
本发明还提供一种向LED光源供电的方法。所述方法包括将第一电源的第一电压与第二电源的第二电压进行比较；当所述第一电压大于所述第二电压时，控制所述第一电源在供电模式下经由第一开关和第二开关对所述第二电源进行充电；以及当所述第二电压大于所述第一电压时，控制所述第二电源在负载供电模式下经由所述第二开关和第三开关向所述LED光源供电。
本发明的电源系统使用一条电源链代替传统的电源系统中的两条电源链，电源系统的功率能耗降低，复杂性降低，可靠性增强；此外，系统的灵活性提高，可以支持各种不同的类型和数目的负载。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1所示为一种传统电源系统的示意图；
图2所示为根据本发明一个实施例的电源系统的示意图；
图2A所示为根据本发明一个实施例的图2所示的电源系统中的可调节参考电压VADJ和电压VUVLS之间关系的示意图；
图3A所示为根据本发明一个实施例，图2所示的电源系统在充电模式下其控制信号的示意图；
图3B所示为根据本发明一个实施例，图2所示的电源系统在负载供电模式下其控制信号的示意图；
图4所示为根据本发明一个实施例的图2所示的电源系统中的控制电路220的结构示意图；
图5所示为根据本发明一个实施例的图4中所示控制电路220中的触发器相关的信号的时序图；
图6所示为根据本发明一个实施例的电源系统的操作流程示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖后附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图2所示为根据本发明一个实施例的电源系统200的示意图。在图2所示的实施例中，电源系统200包含第一电源(如适配器202)，第二电源(如电池210)，开关203、205和207，控制器206以及负载，如LED光源208。适配器202接收交流电压或者直流电压并输出直流电压VAD。在一个实施例中，电源系统200可以选择性地工作于充电模式(charging mode)或者负载供电模式(load-powering mode)。控制器206与适配器202和电池210相连接，并将适配器输出电压VAD与电池电压VBAT进行比较。当适配器输出电压VAD大于电池电压VBAT时，控制器206控制适配器202在充电模式下经由开关203和207对电池210进行充电。更具体地说，在充电模式下，控制器206断开开关205，并且交替闭合开关203和207，从而使得适配器202对电池210进行充电。适配器202可以根据电池210的状态，如电池电压，对电池210进行恒流充电或者恒压充电。当电池电压VBAT大于适配器输出电压VAD时，控制器206控制电池210在负载供电模式下经由开关205和207对LED光源208进行供电。更具体地说，在负载供电模式下，控制器206断开开关203，并且交替闭合开关205和207，从而使得电池210对LED光源208进行供电。在一个实施例中，控制器206可以与开关203、205和207一起集成于集成电路(integrated circuit)芯片(这里称为控制电路)220。尽管将电源系统200与适配器202、电池210和LED光源208相联系进行描述，但是本发明并不局限于此。适配器202和电池210可以由其它类型的电源所替换；LED光源208也可以由多个LED光源或者其它类型和数目的光源或者负载所替换。
在一个实施例中，控制器206包含有输出端口CTR1、CTR2和CTR3。输出端口CTR1用于控制开关203的闭合或断开；输出端口CTR2用于控制开关205的闭合或断开；输出端口CTR3用于控制开关207的闭合或断开。开关203、205和207可以是N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，简称MOSFET)。当输出端口CTR1、CTR2或者CTR3的输出控制信号为逻辑高电平时，对应的开关203、205或者207闭合；当输出端口CTR1、CTR2或者CTR3的输出控制信号为逻辑低电平时，对应的开关203、205或者207断开。控制器206还包含输入端口VAD、VBAT、ICHG、VLED、ILED以及UVLS。输入端口VAD用于检测适配器输出电压VAD；输入端口VBAT用于检测电池电压VBAT；在端口VBAT的配合下，输入端口ICHG通过监测检测电阻216的电压V216来检测电池210的充电电流ICHG；端口VLED接收指示LED光源208的阳极电压VLED的信号；在端口VLED的配合下，端口ILED通过监测检测电阻212的电压V212来检测流经LED光源208的电流ILED；端口UVLS与分压电阻230相连接，并接收指示电池电压VBAT的电压VUVLS，例如，电压VUVLS与电池电压VBAT成比例。在一个实施例中，控制器206基于电压VUVLS调节可调节参考电压VADJ。控制器206根据可调节参考电压VADJ调节流经LED光源208的电流ILED。控制器206还进一步包括用于指示电池210状态(如电池210是否充电完成)的端口STATUS。
当适配器202与电源(如120伏商用供电电压)相连接时，适配器202将该电源电压转换成直流电压VAD。控制器206将输出直流电压VAD与电池电压VBAT进行比较。在一个实施例中，当适配器输出电压VAD大于电池电压VBAT并且电池210没有完成充电(如电池电压VBAT小于一个阈值)时，电源系统200工作于充电模式。图3A所示为充电模式下，控制器206的输出端口CTR1、CTR2和CTR3的输出控制信号的示例性时序图。如图3A所示，输出端口CTR1和CTR3的输出控制信号是非叠加的脉冲信号，如脉冲宽度调制(pulse-width modulation，简称PWM)信号，用以交替闭合开关203和207。输出端口CTR2的输出控制信号为逻辑低电平从而断开开关205。
如图2所示，在充电模式下，开关203和207、耦合于开关203和207之间的电感214以及电容213作为降压转换器(buck converter)为电池210充电。更具体地说，当开关203闭合且开关207断开时，适配器202经由电感214对电池210充电。同时，电感214储存能量。当开关203断开且开关207闭合时，电感214放电以对电池210提供电能。
在一个实施例中，控制器206检测电池电压VBAT和电池210的充电电流来控制充电过程。更具体地，在充电模式下，控制器206将电池电压VBAT与预设阈值VTH进行比较，控制开关203的占空比来调节适配器202提供给电池210的充电电能。当电池电压VBAT小于预设阈值VTH时，控制器206控制开关203和207从而在恒流阶段对电池210充电，即以恒定的电流对电池210进行充电。例如，当检测电阻216的电压V216大于参考电压VBATREF时，即充电电流ICHG大于预设充电电流IBATREF时，控制器206通过减小开关203的占空比来减小充电电流ICHG；当检测电阻216的电压V216小于参考电压VBATREF时，即充电电流ICHG小于预设充电电流IBATREF时，控制器206通过增大开关203的占空比来增大充电电流ICHG。然而，当电池电压VBAT增加至预设阈值VTH时，控制器206控制开关203和207，从而在恒压阶段对电池210充电，即在一个实施例中，充电电压可以保持为预设阈值VTH。
控制器206还可以检测电池210的参数，如电压、温度以及电流等，从而确定是否有异常或者非期望的情况发生。在一个实施例中，控制器206将所检测到的电池电压VBAT与过电压阈值VOV进行比较以确定是否有过电压的情况发生。如果检测到的电池电压VBAT大于过电压阈值VOV，控制器206将开关203和207断开，从而结束对电池210的充电。
控制器206还可以将指示电池210的充电电流ICHG的信号，如检测电阻216的电压V216，与表示过充电电流IOC的预设阈值VOC进行比较，从而确定是否有过电流的情况发生。如果检测电阻216的电压V216大于表示过充电电流IOC的预设阈值，控制器206将开关203和207断开，从而结束对电池210的充电。
控制器206还可以将来自热敏电阻(未在图2中显示)的检测信号与过温度阈值VOT进行比较，从而确定是否有过温度的情况发生。如果检测信号大于阈值VOT，控制器206将开关203和207断开，从而结束对电池210的充电。
在充电模式下，控制器206还可以根据电池电压VBAT和充电电流ICHG检测电池电阻RBAT，如等式(1)所示：
RBAT＝VBAT/ICHG                (1)
由此，控制器206可以根据电池电阻RBAT来确定电池类型。如果控制器206确定的电池类型为非可再充电电池(如碱性电池)，控制器206结束对电池210的充电从而保护电池210和电源系统200。
此外，电源系统200还可以工作于负载供电模式。图3B所示为负载供电模式下，控制器206的输出端口CTR1、CTR2和CTR3的输出控制信号的示例性时序图。如图3B所示，输出端口CTR2和CTR3的输出控制信号是非叠加的脉冲信号，如PWM信号，用以交替闭合开关205和207。输出端口CTR1的输出控制信号为逻辑低电平从而断开开关203。
在负载供电模式下，开关205和207，耦合于开关205和207之间的电感214以及电容211和213作为降压-升压转换器(buck-boost converter)为LED光源208供电。更具体地，当开关207闭合且开关205断开时，电池210对电感214充电。当开关207断开且开关205闭合时，电池210以及电感214一起向LED光源208供电。在这一实施例中，通过可调节的占空比交替闭合开关205和207，在LED光源208的一端产生大于电池电压VBAT的电压V1。这样，LED光源208的电压V208就等于V1与电池电压VBAT的差值。在一个实施例中，通过降压-升压转换器的操作，LED光源208的电压V208可以大于或者小于电池电压VBAT。这样，电源系统200可以对不同类型以及不同数目的负载供电，从而提高了系统的灵活性。
在一个实施例中，控制器206通过端口VLED和ILED检测流经LED光源208的电流ILED，并且根据可调节参考电压VADJ来控制开关207的占空比从而调节电流ILED。图2A中所示为图2中所示的电源系统200中的可调节参考电压VADJ和电压VUVLS之间关系的示意图。如图2A所示，当电压VUVLS大于第一阈值V1时，控制器206调节可调节参考电压VADJ至第一恒定电压值VLED1。这样，控制器206将流经LED光源208的电流ILED调节至第一预设电流ILEDREF1。当电压VUVLS小于第二阈值V2时，控制器206调节可调节参考电压VADJ至第二恒定电压值VLED2。这样，控制器206将流经LED光源208的电流ILED调节至第二预设电流ILEDREF2。当电压VUVLS小于第一阈值V1但是大于第二阈值V2时，控制器206调节可调节参考电压VADJ随电压VUVLS而变化。在一个实施例中，可调节参考电压VADJ根据电压VUVLS线性变化。由于电压VUVLS与电池电压VBAT成比例，因此可调节参考电压VADJ根据电池电压VBAT线性变化。这样，控制器206根据电池电压VBAT调节电流ILED，使电流ILED根据电池电压VBAT线性变化。有利的是，电池210的工作时长得以延长，因此，LED光源208的工作时长也得以延长。
如图2所示，控制器206将指示电流ILED的信号(如检测电阻212的电压V212)与可调节参考电压VADJ进行比较，并根据比较结果控制开关205和207。如果电压V212大于可调节参考电压VADJ(如，电流ILED增大)，控制器206减小开关207的占空比，从而减小电流ILED。如果电压V212小于可调节参考电压VADJ(如，电流ILED减小)，控制器206增大开关207的占空比，从而增大电流ILED。这样，流经LED光源208的电流ILED根据图2A中所示的可调节参考电压VADJ得以调节。
有利的是，在充电模式下，开关203和207、电感214以及电容213可以作为降压转换器，而在负载供电模式下，开关203和207、电感214以及电容211和213可以作为降压-升压转换器，因此电源系统200的灵活性得到提高。电源系统200可以支持各种不同类型的负载和电源。在电源系统200中，一条电源链(如包括控制电路220的转换器)代替传统电源系统100中的两条电源链(如，充电器106和转换器104)。因此，电源系统200的功率能耗降低。而且，电源系统200的复杂性降低，从而增强了系统的可靠性。此外，电源系统200的PCB尺寸和成本也相应减少。
图4所示为根据本发明实施例的图2所示的电源系统中的控制电路220的结构示意图。图4结合图2进行描述。如图4所示，控制电路220包括振荡器411，比较器413和417，误差放大器415、416和419，选择器414，触发器412，与门421和422，开关203、205和207，加法器431，放大器432，斜坡信号发生器433，减法器434和436以及电压调节器440。
在一个实施例中，比较器413将端口VBAT处的电池电压VBAT与端口VAD处的电压VAD进行比较，产生比较信号以使能或者禁用误差放大器415、416和419。在一个实施例中，电压源446的负极、误差放大器415的输出端以及误差放大器419的输出端耦合于共用端点。在图4所示的实施例中，误差放大器415和误差放大器419或连接。在一个实施例中，在充电模式下(即，当直流电压VAD大于电池电压VBAT时)，比较器413使能误差放大器415和419；在负载供电模式下(即，当直流电压VAD小于电池电压VBAT时)，比较器413使能误差放大器416。当误差放大器415被使能时，误差放大器415将指示电池210的充电电流的信号(如，由减法器434输出的表示检测电阻216的电压V216的信号)与参考电压信号VBATREF进行比较，并根据比较结果控制共用端点处的输出电压VCMP1。当误差放大器419被使能时，误差放大器419将电池电压VBAT与预设阈值VTH进行比较，并根据比较结果控制共用端点处的输出电压VCMP1。当误差放大器416被使能时，误差放大器416将指示流经LED光源208的电流的信号(如，由减法器436输出的表示检测电阻212的电压V212的信号)与可调节参考电压信号VADJ进行比较，并根据比较结果控制输出电压VCMP2。在一个实施例中，选择器414耦合于误差放大器415、416和419，选择输出电压VCMP1或者VCMP2，并将选择的输出电压作为选择器414的输出电压VTOP。更具体地，当直流电压VAD大于电池电压VBAT，比较器413使能误差放大器415和419时，选择器414选择输出电压VCMP1作为VTOP；当直流电压VAD小于电池电压VBAT，比较器413使能误差放大器416时，选择器414选择输出电压VCMP2作为VTOP。比较器417接收输出电压VTOP。
在一个实施例中，加法器431的一端耦合于放大器432以接收信号VSEN，信号VSEN指示流经电感214的电流ISW；加法器431的另一端耦合于斜坡信号发生器433以接收斜坡信号RAMP。由此，加法器431的输出VSW即为信号VSEN和信号RAMP的总和。比较器417将加法器431的输出VSW与选择器414的输出电压VTOP进行比较，并提供输出至触发器412的R端以控制开关203、205和207。触发器412的S端耦合于振荡器411以接收时钟信号CLK。例如，时钟信号CLK具有1M赫兹的频率。触发器412的反相输出端QB控制开关207。此外，触发器412的同相输出端Q在比较器417的配合下，通过与门421和422来分别控制开关203和205。
在操作中，当直流电压VAD大于电池电压VBAT时，比较器413的输出具有第一状态(如，逻辑高电平)，从而使电源系统200工作于充电模式。在充电模式下，误差放大器415和419被使能，而误差放大器416被禁用；与门422控制开关205断开。触发器412以及与门421交替闭合开关203和207。根据信号VSW与比较器414的输出电压VTOP的比较结果，触发器412还控制开关203和207的占空比从而控制电池210的充电电能。图5所示为根据本发明一个实施例的与图4中的触发器412相关的信号的时序图。如图5所示，在充电模式下，当开关203闭合且开关207断开时，适配器202经由开关203和电感214对电池210充电，同时电感214储存能量。而随着电感电流ISW增大，会导致加法器431的输出VSW(即为指示电感电流ISW的信号VSEN和信号RAMP的总和)达到选择器414的输出电压VTOP的值，此时，触发器412的R端输入为逻辑高电平。当S端输入的时钟信号CLK为逻辑低电平时，触发器412的同相输出端Q为逻辑低电平，经由与门421控制开关203断开；触发器412的反相输出端QB为逻辑高电平，从而控制开关207闭合。当开关203断开且开关207闭合时，电感214放电以对电池210提供电能，指示流经电感电流ISW的信号VSEN减小为接近于0，加法器431的输出VSW近似于斜坡信号RAMP且小于选择器414的输出电压VTOP的值，如图5所示。当触发器412的S端接收到的时钟信号CLK为逻辑高电平时，触发器412的同相输出端Q为逻辑高电平，反向输出端QB端为逻辑低电平，从而控制开关207断开且开关203闭合。由此，在充电模式下触发器412交替闭合开关203和207。
更具体地，在充电模式下，当电池电压VBAT小于预设阈值VTH时，控制电路220控制开关203和207，从而对电池210在恒流阶段进行充电。误差控制器415将指示电池210的充电电流的信号(如，电阻216的电压V216)与参考电压VBATREF进行比较，并控制输出电压VCMP1。选择器414选择输出电压VCMP1作为选择器414的输出电压VTOP。由此，触发器412根据输出电压VTOP与信号VSW的比较结果控制开关203和207的占空比。当电压V216小于参考电压VBATREF时，即充电电流ICHG小于预设充电电流IBATREF时，输出电压VCMP1增大，输出电压VTOP因此增大。如图5所示，当开关203闭合且开关207断开时，随着输出电压VTOP的增大，信号VSW需要较长的时间才能达到VTOP的值，以使触发器421的R端输入逻辑高电平来触发同相输出端Q输出逻辑低电平。这样，触发器421的同相输出端Q能够保持在较长的时间段内输出逻辑高电平，即开关203的占空比增大，从而相应地增大电池210的充电电流ICHG。当电压V216大于参考电压VBATREF时，即充电电流ICHG大于预设充电电流IBATREF时，输出电压VCMP1减小，输出电压VTOP因此减小。如图5所示，当开关203闭合且开关207断开，则随着输出电压VTOP的减小，信号VSW能够在较短时间段内达到VTOP的值，以使触发器421的R端输入逻辑高电平来触发同相输出端Q输出逻辑低电平。这样，触发器421的同相输出端Q在较短的时间段内输出逻辑高电平，即开关203的占空比减小，从而相应地减小电池210的充电电流ICHG。由此，在恒流阶段，充电电流ICHG被调节至预设充电电流IBATREF。
当电池电压VBAT达到预设阈值VTH时，控制电路220控制开关203和207，从而对电池210在恒压阶段进行充电。在恒压阶段，误差比较器419将电池电压VBAT与预设阈值VTH进行比较，并控制输出电压VCMP1。例如，当电池电压VBAT大于预设阈值VTH时，输出电压VCMP1减小。相应地，输出电压VTOP也减小。如上文所述，开关203的占空比相应地减小，从而减小充电电压。由此，在恒压阶段，充电电压被调节至预设阈值VTH。
当直流电压VAD小于电池电压VBAT时，比较器413的输出具有第二状态(如，逻辑低电平)，从而使电源系统200工作于负载供电模式。在负载供电模式下，误差放大器415和419被禁用，而误差放大器416被使能。在负载供电模式下，开关203被与门421断开。触发器412在与门422的配合作用下，交替闭合开关205和207。根据信号VSW与比较器414的输出电压VTOP的比较结果，触发器412还控制开关205和207的占空比从而控制流经LED光源208的电流。如图5所示，在负载供电模式下，当开关207断开且开关205闭合时，电池210以及电感214一起向LED光源208供电，流经电感214的电流ISW增大，信号VSEN增大，因此加法器431的输出信号VSW相应地增大，直到VSW增大到选择器414的输出电压VTOP的值。此时，触发器412的输入端R为逻辑高电平，当S端输入的时钟信号CLK为逻辑低电平时，触发器412的同相输出端Q为逻辑低电平，经由与门422控制开关205断开；此时，反向输出端QB输出逻辑高电平，控制开关207闭合。当开关207闭合且开关205断开时，电池210对电感214充电，此时指示电感电流ISW的信号VSEN接近于0，加法器431的输出VSW近似于斜坡信号RAMP且小于选择器414的输出电压VTOP的值，如图5所示。当触发器412的S端接收到的时钟信号CLK为逻辑高电平时，触发器412的同相输出端Q为逻辑高电平，反向输出端QB端为逻辑低电平，从而控制开关207断开且开关205闭合。由此，在负载供电模式下触发器412交替闭合开关205和207。
更具体地，在负载供电模式下，误差放大器416将指示流经LED光源208的电流的信号(如，电阻212的电压V212)与可调节参考电压VADJ进行比较。电压调节器440根据电压VUVLS对可调节参考电压VADJ进行调节。在一个实施例中，电压VUVLS指示电池电压，例如，电压VUVLS与电池电压VBAT成比例。当电压VUVLS大于第一阈值V1时，电压调节器440调节可调节参考电压VADJ至第一恒定电压值VLED1。当电压VUVLS小于第二阈值V2时，电压调节器440调节可调节参考电压VADJ至第二恒定电压值VLED2。当电压VUVLS小于第一阈值V1但是大于第二阈值V2时，电压调节器440调节可调节参考电压VADJ随电压VUVLS线性变化。由于电压VUVLS与电池电压VBAT成比例，因此可调节参考电压VADJ随电池电压VBAT线性变化。
根据电阻212的电压V212与可调节参考电压VADJ的比较结果，误差比较器416控制输出电压VCMP2。选择器414选择输出电压VCMP2作为其输出电压VTOP。由此，触发器412根据输出电压VTOP与信号VSW的比较结果来控制开关205和207的占空比。当电压V212小于可调节参考电压VADJ时，即流经LED光源208的电流ILED减小时，输出电压VCMP2减小，输出电压VTOP也相应地减小。如图5所示，当开关205断开且开关207闭合时，则随着输出电压VTOP的减小，信号VSW能够在较短的时间段内达到VTOP的值，以使触发器421的R端输入逻辑高电平来触发反相输出端QB输出逻辑高电平。这样，触发器421的输出端QB在较短的时间段内保持输出为逻辑低电平而在较长的时间段内保持输出逻辑高电平，即开关207的占空比增大，从而相应地增大电流ILED。当电压V212大于可调节参考电压VADJ时，即流经LED光源208的电流ILED增大时，输出电压VCMP2增大，输出电压VTOP也相应地增大。如图5所示，当开关205断开且开关207闭合时，则随着输出电压VTOP的增大，信号VSW需要较长的时间才能达到VTOP的值，以使触发器421的R端输入逻辑高电平来触发反相输出端QB输出逻辑高电平，这样，触发器421的反相输出端QB能够保持在较长的时间段内输出逻辑低电平，即开关207的占空比减小，从而相应地减小电流ILED。由此，根据可调节参考电压VADJ对流经LED光源208的电流ILED进行调节。因此，当电压VUVLS大于第一阈值V1时，电流ILED被调节至第一预设电流ILEDREF1；当电压VUVLS小于第二阈值V2时，电流ILED被调节至第二预设电流ILEDREF2；当电压VUVLS小于第一阈值V1且大于第二阈值V2时，电流ILED被调节为随电池电压VBAT而线性变化。
当异常或者非期望情况(如过电流、过电压或者过温度)发生时，控制电路220还可以通过结束对电池的充电来保护电源系统200。在一个实施例中，控制电路220可以包括比较器(未在图4中示出)将电池电压VBAT与过电压阈值VOV进行比较，从而确定是否有过电压情况发生。控制电路220可以包括比较器(未在图4中示出)将电阻216的电压V216与指示过电流阈值VOT的预设阈值进行比较，从而确定是否有过电流情况发生。控制电路220可以包括比较器(未在图4中示出)将来自热敏电阻(未在图4中示出)的信号与过温度阈值VOT进行比较，从而确定是否有过温度情况发生。当有任一异常情况发生时，控制电路220通过断开开关203和207来结束对电池210的充电以保护电源系统200。
控制电路220还可以检测电池类型，并且当电池210是非可再充电电池(如，碱性电池)时，结束对电池210的充电。由此，控制电路220可以保护电池210和电源系统200。
图6所示为根据本发明一个实施例的电源系统的操作流程示意图。结合图2和图4对图6进行说明。
在步骤602中，电源系统(如，电源系统200)将第一电源的第一电压与第二电源(如，电池210)的第二电压进行比较。当第一电源的第一电压大于第二电源的第二电压时，电源系统200工作于第一模式，如充电模式。当第一电源的第一电压小于第二电源的第二电压时，电源系统200工作于第二模式，如负载供电模式。
当电源系统200工作于充电模式时，进入步骤604。在步骤604中，电源系统200通过交替闭合第一开关203和第二开关207并断开第三开关205来对第二电源(如电池210)进行充电。在步骤606中，电源系统200通过调节第一开关203和第二开关207的占空比来调节第一电源对第二电源的充电电能。
更具体地，当第二电源的电压(如电池电压VBAT)小于预设阈值VTH时，电源系统200在恒流阶段对第二电源进行充电。在恒流阶段，电源系统200将充电电流ICHG与预设充电电流IBATREF进行比较。当充电电流ICHG大于预设充电电流IBATREF时，电源系统200减小第一开关203的占空比从而减小充电电流ICHG；当充电电流ICHG小于预设充电电流IBATREF时，电源系统200增大第一开关203的占空比从而增大充电电流ICHG。因此，充电电流ICHG被调节至预设充电电流IBATREF。
当第二电源的电压(如电池电压VBAT)达到预设阈值VTH时，电源系统200在恒压阶段对第二电源进行充电。在恒压阶段，电源系统200将电池电压VBAT与预设阈值VTH进行比较，并控制开关203和207的占空比从而将充电电压调节至预设阈值VTH。因此，在恒压阶段对第二电源进行充电。
当电源系统200工作于负载供电模式时，进入步骤603。在步骤603中，电源系统200将第一开关203断开，并交替闭合第二开关207和第三开关205，以向负载(如LED光源208)供电。在步骤605中，电源系统200根据流经LED光源208的电流ILED与可调节参考电流IADJ(在一个实施例中，电源系统200比较指示流经LED光源208的电流ILED的信号，如电阻212的电压V212，与可调节参考电压VADJ)的比较结果来调节第二开关207和第三开关205的占空比。在一个实施例中，根据与电池电压VBAT成比例电压VUVLS来调节可调节参考电流IADJ。当电压VUVLS大于第一阈值V1时，可调节参考电流IADJ被调节至第一预设电流ILEDREF1；当电压VUVLS小于第二阈值V2时，可调节参考电流IADJ被调节至第二预设电流ILEDREF2；当电压VUVLS小于第一阈值V1且大于第二阈值V2时，可调节参考电流IADJ被调节为随电压VUVLS和电池电压VBAT而线性变化。
当流经LED光源208的电流ILED大于可调节参考电流IADJ时，电源系统200减小第二开关207的占空比以减小电流ILED；当电流ILED小于可调节参考电流IADJ时，电源系统200增大第二开关207的占空比以增大电流ILED。因此，根据可调节参考电流IADJ对电流ILED进行调节。这样，当电压VUVLS大于第一阈值V1时，电流ILED被调节至第一预设电流ILEDREF1；当电压VUVLS小于第二阈值V2时，电流ILED被调节至第二预设电流ILEDREF2；当电压VUVLS小于第一阈值V1且大于第二阈值V2时，电流ILED被调节为随电池电压VBAT而线性变化。
在此使用之措辞和表达都是用于说明而非限制，使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在发明范围之外，在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等同物。

Claims (30)

1.一种向LED光源供电的系统，其特征在于，所述系统包括：
具有第一电压的第一电源；
具有第二电压的第二电源；以及
控制器，耦合于所述第一电源和所述第二电源，用于将所述第一电压和所述第二电压进行比较，当所述第一电压大于所述第二电压时，控制所述第一电源在充电模式下经由第一开关和第二开关对所述第二电源充电，以及当所述第二电压大于所述第一电压时，控制所述第二电源在负载供电模式下经由所述第二开关和第三开关向所述LED光源供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述充电模式下，所述控制器断开所述第三开关并且交替闭合所述第一开关和所述第二开关。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述充电模式下，所述控制器控制所述第一开关的占空比来调节所述第一电源对所述第二电源的充电电能。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述第二电压小于预设阈值时，所述第一电源在恒流阶段对所述第二电源进行充电，当所述第二电压达到所述预定阈值时，所述第一电源在恒压阶段对所述第二电源进行充电。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述负载供电模式下，所述控制器断开所述第一开关并且交替闭合所述第二开关和所述第三开关。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器通过控制所述第二开关的占空比来调节流经所述LED光源的电流。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器根据可调节参考电压来控制所述第二开关的占空比，所述可调节参考电压经由指示所述第二电压的第三电压来调节，其中当所述第三电压小于第一阈值但是大于第二阈值时，所述流经LED光源的电流被调节为根据所述第二电压而变化。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
电感，耦合于所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，
其中，在所述充电模式下，所述电感与所述第一开关和所述第二开关作为第一转换器对所述第二电源进行充电，在所述负载供电模式下，所述电感与所述第二开关和所述第三开关作为第二转换器向所述LED光源进行供电。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于检测所述第二电压，并将所述第二电压与过电压阈值进行比较，以及当所述第二电压大于所述过电压阈值时，所述控制器断开所述第一开关和所述第二开关以结束对所述第二电源的充电。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于检测指示所述第二电源的充电电流的信号，并将所述信号与表示所述第二电源的过充电电流的预设阈值进行比较，以及当指示所述充电电流的信号大于所述预设阈值时，所述控制器断开所述第一开关和所述第二开关以结束对所述第二电源的充电。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还将来自热敏电阻的检测信号与所述第二电源的过温度阈值进行比较，以及当所述检测信号大于所述过温度阈值时，所述控制器断开所述第一开关和所述第二开关以结束对所述第二电源的充电。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器根据所述第二电压和所述第二电源的充电电流来检测所述第二电源的类型，以及当所述第二电源为非可再充电的电源类型时，所述控制器结束对所述第二电源的充电。
13.一种控制LED光源的电能的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：
第一开关；
第二开关，耦合于所述第一开关；
第三开关，耦合于所述第一开关和所述第二开关之间；以及
控制器，耦合于所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，用于将第一电源的第一电压与第二电源的第二电压进行比较，当所述第一电压大于所述第二电压时，控制所述第一电源在充电模式下经由所述第一开关和所述第二开关对所述第二电源进行充电，以及当所述第二电压大于所述第一电压时，控制所述第二电源在负载供电模式下经由所述第二开关和所述第三开关向所述LED光源供电。
14.根据权利要求13所述的控制电路，其特征在于，在所述充电模式下，所述控制器断开所述第三开关并且交替闭合所述第一开关和所述第二开关。
15.根据权利要求13所述的控制电路，其特征在于，在所述负载供电模式下，所述控制器断开所述第一开关并且交替闭合所述第二开关和所述第三开关。
16.根据权利要求13所述的控制电路，其特征在于，所述控制器包括：
第一误差放大器，用于将指示所述第一电源对所述第二电源的充电电能的信号与第一参考信号进行比较；
第二误差放大器，与所述第一误差放大器耦合于共用端点，用于将所述第二电压与第一预设阈值进行比较，其中，所述第一误差放大器和所述第二误差放大器在所述充电模式下被使能以控制所述共用端点处的第一输出电压；以及
触发器，用于在所述充电模式下根据所述第一输出电压来控制所述第一开关的占空比，以调节所述第一电源对所述第二电源的充电电能。
17.根据权利要求16所述的控制电路，其特征在于，所述控制器还包括：
第三误差放大器，用于根据指示流经所述LED光源的电流的信号与可调节参考信号的比较结果来控制第二输出电压，其中，所述第三误差放大器在所述负载供电模式下被使能；
其中，所述触发器还用于在所述供电模式下根据所述第二输出电压来控制所述第二开关的占空比，以调节流经所述LED光源的电流。
18.根据权利要求17所述的控制电路，其特征在于，所述控制器还包括：
第二比较器，用于比较所述第一电压和所述第二电压，并产生比较信号以使能或禁用所述第一误差放大器、所述第二误差放大器以及所述第三误差放大器。
19.根据权利要求17所述的控制电路，其特征在于，所述控制器还包括：
选择器，耦合于所述第一误差放大器、所述第二误差放大器和所述第三误差放大器，用于从所述第一输出电压和所述第二输出电压中选择电压，其中所述选择器在所述充电模式下选择所述第一输出电压作为输出电压，在所述供电模式下选择所述第二输出电压作为输出电压；以及
第一比较器，用于接收所述选择器的输出电压，并将所述选择器的输出电压与第三信号的比较结果发送至所述触发器以控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关。
20.根据权利要求19所述的控制电路，其特征在于，在所述充电模式下，所述触发器根据所述第一输出电压与所述第三信号的比较结果调节所述第一开关的占空比。
21.根据权利要求19所述控制的控电路，其特征在于，在所述负载供电模式下，所述触发器根据所述第二输出电压与所述第三信号的比较结果调节所述第二开关的占空比。
22.根据权利要求19所述的控制电路，其特征在于，所述第三信号指示流经电感的电流，其中所述电感耦合于所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关。
23.根据权利要求22所述的控制电路，其特征在于，在所述充电模式下，所述电感与所述第一开关和所述第二开关作为第一转换器对所述第二电源进行充电，在所述负载供电模式下，所述电感与所述第二开关和所述第三开关作为第二转换器向所述LED光源进行供电。
24.一种向LED光源供电的方法，其特征在于，所述方法包括：
将第一电源的第一电压与第二电源的第二电压进行比较；
当所述第一电压大于所述第二电压时，控制所述第一电源在充电模式下经由第一开关和第二开关对所述第二电源进行充电；以及
当所述第二电压大于所述第一电压时，控制所述第二电源在负载供电模式下经由所述第二开关和第三开关向所述LED光源供电。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述充电模式下，交替闭合所述第一开关和所述第二开关，并断开所述第三开关。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述充电模式下，调节所述第一开关的占空比以调节所述第一电源对所述第二电源的充电电能。
27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，当所述第二电压小于预设阈值时，控制所述第一电源在恒流阶段对所述第二电源进行充电，以及当所述第二电压达到所述预定阈值时，控制所述第一电源在恒压阶段对所述第二电源进行充电。
28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述负载供电模式下，交替闭合所述第二开关和所述第三开关，并断开所述第一开关。
29.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述负载供电模式下，根据可调节参考电压调节所述第二开关的占空比以调节流经所述LED光源的电流，
其中，根据指示第二电压的第三电压调节所述可调节参考电压，当所述第三电压小于第一阈值但是大于第二阈值时，所述流经LED光源的电流被调节为根据所述第二电压而变化。
30.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述充电模式下，所述第一开关和所述第二开关与耦合于所述第一开关和所述第二开关之间的电感作为第一转换器对所述第二电源进行充电，在所述负载供电模式下，所述第二开关和所述第三开关与耦合于所述第二开关和所述第三开关之间的所述电感作为第二转换器对所述LED光源进行供电。
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