CN102939795A - 可调光离线led驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种可调光LED驱动器设备，包括：输入接口，接收来自电源和调光器（201）的输入电压；传感器（205），耦合至所述电源和调光器（201），所述传感器（205）探测所述输入电压上的第一电压并生成感测电压信号，所述感测电压信号表示由调光器引起的所述输入电压上的电压降；调节器和控制块（212），耦合为接收感所述测电压信号，所述调节器和控制块（212）基于所述感测电压信号来生成LED驱动器信号；以及LED输出接口，所述LED驱动器信号在所述LED输出接口上提供给LED阵列（220）。还公开了一种对应方法。
Description
技术领域
本发明涉及LED系统内的调光操作。更具体地，本发明的某些实施例涉及LED系统内的控制调节，使得调光操作导致光强度的相对平滑的转变，而具有最小闪烁。
背景技术
本领域技术人员现在了解并认识到了今天的照明系统中的LED的益处和宽范围适用性。许多年，基于卤素的灯是实施于照明系统内的主要光源。在过去的数年，随着LED技术的发展，LED相对于卤素灯的优点变得日益明显。当与卤素灯相比较时，LED相对较小，并且具有较长操作寿命。卤素灯泡与LED之间的另一重要差异是LED操作需要的显著小的功率量。例如，卤素灯可以在20-50瓦的范围内操作，而LED在约5-15瓦操作。
当LED用于照明应用时，LED簇或阵列用于实现所需的亮度和其它期望的照明特性。一个或多个LED驱动器用于有效地控制LED阵列的电特性以适合于照明。LED驱动器是自备电源（self-contained power supply），其输出与LED阵列的电特性相配。
许多LED灯是以与其它照明应用相同的方式被供电的，即，以交流（AC）电源开始并使用交流（AC）电源。取决于地理位置或应用，AC源能够在100V与240V之间的范围中。这些AC源的频率在50赫与60赫之间的范围中。为满足用于LED照明应用的能源之星要求，在居住照明应用中所需的功率因子必需大于0.7，而在商业照明应用中所需的功率因子必需大于0.9。
在功率水平大于25瓦的应用中，有功功率因子校正电路典型地用于提供调节高电压DC总线。此调节中线用于通过功率转换电路给LED供电。此功率转换电路可以是隔离的布局或非隔离的布局。
图1示例了现有技术LED系统，其中提供了调光功能性。如所示，AC输入110馈入标准白炽或后边缘（incandescent or trailing edge）调光器120，调光器能够通过衰减用于驱动LED灯的AC信号上的功率来减小供应给LED灯的功率。在一些无需调光的应用中，AC输入110直接馈入LED灯。
二极管桥130将AC信号转换为对应的DC信号，该DC信号具有将用于驱动LED灯的电流。二极管桥130的输出耦合至EMI滤波器140，EMI滤波器140抑制馈入LED驱动器150的DC功率线上的传导干扰。LED驱动器150有效地调节投递给LED阵列160的电流以确保阵列内LED的优选性能。
保持可调光LED系统内恰当的功率因子校正提出了难题。调光器120引起了对其输出信号的钳制，这可以导致LED驱动器150对引入LED阵列160的电流的不适当的调节。特别是，不恰当的调节可以导致LED驱动器信号中的电压过冲或下冲，这可以引起调光操作期间LED灯的闪烁。在调光时，功率因子得不到保持，并且仅在没有调光器时得到保持。当不存在调光器时，典型地功率因子要求是必需的。
此问题在LED灯安装于翻新可调光照明系统内的情况中是特别有问题的。该翻新可调光LED系统的范例包括标准白炽可调光照明系统以及集成在照明系统内的后边缘调光器二者。所需的是在翻新LED照明系统中提供平滑调光操作的系统和方法。
发明内容
本发明的实施例提供用于控制从二极管桥进入EMI滤波器和LED阵列的电流的幅度的系统和方法。归因于某些调光器（即前边缘调光器）用以操作的方式，在传输电压期间，当电压与零相交时，在其输出上存在延迟。这引起对来自调光器的电压波形的钳制。LED驱动器内的标准控制回路将企图补偿此钳制电压波形并将引起经由EMI滤波器内的感应器提取至LED阵列中的电流上的过冲（和/或下冲）。为避免此过冲（和/或下冲），在电流波形进入EMI滤波器之前执行电压感测。此感测信息提供给控制器，以便调节能够补偿来自调光器的钳制波形并在其电流调节操作中适当地执行。在本发明的某些实施例中，直到（进入EMI滤波器之前）感测的电压水平与特定阈值水平相交，控制器才开始调节进入LED调节器和控制块（regulator and control block）的电流。
在本发明的实施例的一个范例中，直接在调光器之后提供电压感测，并且在控制回路上提供电压感测用于恰当的调节。AC电源和调光器（powersource and dimmer）提供进入LED照明系统的AC信号。电压传感器（或电流传感器）耦合为接收此AC信号并探测馈给调节器和控制块的电压。二极管桥将AC信号转换为对应的DC信号，该DC信号然后由EMI滤波器滤波。EMI滤波器的输出调节为使得适当的电流波形被提供给调节器和控制块。
从传感器至调节器和控制块的控制回路容许对调节的定时，以补偿对调光器输出的电压波形的钳制。特别是，如先前提到的，信号的调节被延迟，直到传感器处的电压与特定阈值相交。这样做时，避免了提供给LED阵列的电流波形的前边缘上的过冲。
附图说明
将参照本发明的实施例，实施例的方面的范例可以示例于附图中。这些图意在示例，而非限制。虽然在这些实施例的上下文中总体描述了本发明，但是应当理解，其本发明的范围不局限于于此公开的本发明的特定实施例。
图1示例了包括标准白炽或后边缘调光器的LED系统，该调光器容许由用户对LED灯进行调光；
图2是示例根据本发明的各种实施例的第一可调光LED系统的框图；
图3是示例根据本发明的各种实施例的第二可调光LED系统的框图；
图4是示出根据本发明的各种实施例的离线降压LED驱动器的更详细的示例；
图5总体示例了前边缘调光器的操作，包括从前边缘调光器的信号输入和输出；
图6示例了由LED灯提取的输入电压波形和输入电流波形。
具体实施方式
在以下描述中，为解释的目的，提出了具体细节，以提供对本发明的理解。然而，对于本领域技术人员来说明显地，可以不选择这些细节来实施本发明。本领域技术人员将意识到，可以将本发明的实施例，以下描述了其中一些，有利地并入许多不同装置和系统中。框图中所示的结构和装置是示例本发明的范例性实施例并且是为了避免使本发明模糊。此外，附图内的部件之间的连接不意指限于直接连接。相反，可以修改、重新配置部件之间的该连接，或另外地通过中间部件来改变该连接。
于此提及的本发明的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中各位置使用的短语“在一个实施例中”不必都指本发明的单个实施例。
本发明的实施例提供了用于控制从二极管桥进入EMI滤波器和LED阵列的电流的幅度的系统和方法。归因于某些调光器（即前边缘调光器）用以操作的方式，在传输电压期间，当电压与零相交时，在其输出上存在延迟。如图5中所示，这引起对来自调光器的电压波形的钳制。LED驱动器内的标准控制回路将企图补偿此钳制电压波形并将引起经由EMI滤波器内的感应器提取至LED阵列中的电流上的过冲（和/或下冲）。为避免此过冲（和/或下冲），在电流波形进入EMI滤波器之前执行电压感测。此感测信息提供给控制器，以便调节能够补偿来自调光器的钳制波形并在其电流调节操作中适当地执行。在本发明的某些实施例中，直到（进入EMI滤波器之前）感测的电压水平与特定阈值水平相交，控制器才开始调节进入LED调节器和控制块的电流。
图6示例了进入LED灯的电压波形与由LED灯提取的电流之间的关系。在未恰当地认识到钳制电压波形的情况下，由于对电压波形的钳制效应，进入LED灯的电流波形在其前边缘上过冲。如上面讨论的，通过由控制器对信号的调节进行恰当的定时，使得在LED灯处实现较平滑的电流波形（图6中所示），可以避免过冲（图中未示出）。
图2示例了本发明的实施例的第一范例，其中电压感测直接在调光器之后提供并提供在控制回路上用于恰当调节。如所示，AC电源和调光器201提供进入LED照明系统的AC信号。电压传感器250（或电流传感器）耦合为接收此AC信号并探测馈给调节器和控制块212的电压。二极管桥205将AC信号转换为对应的DC信号，该DC信号然后由EMI滤波器210滤波。EMI滤波器210的输出调节为使得适当的电流波形提供给调节器和控制块212。
从传感器250至调节器和控制块212的控制回路容许对调节的定时，以补偿对调光器201输出的电压波形的钳制。特别是，如先前提到的，信号的调节被延迟，直到传感器250处的电压与特定阈值相交。这样做时，避免了提供给LED阵列220的电流波形的前边缘上的过冲。
图3示例了本发明的实施例的第二范例，其中在二极管桥之后，但是在信号进入EMI滤波器之前提供电压感测。如所示，AC电源和调光器301提供进入LED照明系统的AC信号。二极管桥305将AC信号转换为对应的DC信号。电压传感器350（或电流传感器）耦合为接收来自二极管桥305的此DC信号并探测馈给调节器和控制块312的电压。其后，该DC信号由EMI滤波器310滤波。EMI滤波器310的输出调节为使得适当的电流波形被提供给调节器和控制块312。
以上述类似的方式，从传感器350至调节器和控制块312的控制回路容许对信号调节的定时，以恰当地解决由调光器引起的钳制。
图4示例了根据本发明的各种实施例的离线降压LED驱动器系统的更详细的示意图。在此示意图中，控制器410控制MOSFET Q2420的切换。固定切换频率由控制器410上的引脚处的电阻器R6425设定。
调光器后的AC电压在端子AC1426和AC2427上施加给LED驱动器板。相对于地的整流电压出现在节点A 430上。当节点A 430上的电压超过开通电压阈值时，则控制器410开通并且启用至MOSFET Q2420的栅极驱动。在此范例中，开通电压阈值由电阻器分压器R4440和R5441、以及控制器410设定。同时，启用控制回路450并且电容器C5455内部连接至控制器410中的内部误差放大器的输出端。在某些范例中，使用控制器410内的将内部误差放大器的输出端连接至控制器410上的“COMP”引脚的内部开关来实现此连接。
LED中具有期望电流量的LED串两端的电压假定为VLED 460。在某些实施例中，节点A430处的开通阈值电压应当大于VLED 460。一旦节点A 430上的电压下降至关断阈值电压以下，则禁用至切换MOSFET Q2420的栅极驱动并且来自内部误差放大器的输出端的内部开关从“COM”引脚断开。这将防止电容器C5455的任何放电。为恰当地操作，关断电压阈值也应当高于VLED 460。曲线图470中提供了开通电压阈值和关断电压阈值的范例。
在某些实施例中，通过第一感应器的电流视为Iprog 475，其等于参考引脚（REFI）482上的电压除以电阻器R2483上的电压。为防止启用切换时，通过感应器480的电流上的过量过冲和下冲，应当最小化开通电压阈值与关断电压阈值的差异。在某些情况下，太小的差异将引起振荡行为并且将导致光输出上的可见闪烁。
本领域技术人员将认识到，上述结构和方法可以适用于许多不同类型的LED驱动器电路，包括隔离和非隔离布局二者。例如，可以以上述性能增强实现降压-升压和反激（fly back）布局。
本领域技术人员将认识到，其它部件和功能性可以插入图中所示的具体范例内。另外，可以修改这些范例以处理LED、LED串的不同功率特性。
本领域技术人员将理解，前述范例和实施例是范例性的并且是为了清楚和理解的目的，而不是限制本发明的范围。其意指，在阅读说明书并研究图时对本领域技术人员明显的对本发明的所有置换、增强、等同、组合和改进包括在本发明的真实精神和范围内。因此，其意指以下所附权利要求包括落入本发明的真实精神和范围内的所有该修改、置换和等同。
Claims (20)
1.一种可调光LED驱动器设备：
输入接口，耦合至电源和调光器，所述输入接口接收来自所述电源和调光器的输入电压；
传感器，耦合至所述电源和调光器，所述传感器探测所述输入电压上的第一电压并生成感测电压信号，所述感测电压信号表示由调光器引起的所述输入电压上的电压降；
调节器和控制块，耦合为接收所述感测电压信号，所述调节器和控制块至少部分基于所述感测电压信号调节器和控制块来生成LED驱动器信号；以及
LED输出接口，所述LED驱动器信号在所述LED输出接口上提供给LED阵列。
2.如权利要求1所述的可调光LED驱动器设备，还包括耦合在所述传感器与所述调节器和控制块之间的二极管桥，所述二极管桥将为交流信号的所述输入电压转换为直流信号。
3.如权利要求2所述的可调光驱动器设备，还包括耦合在所述二极管桥与所述调节器和控制块之间的EMI滤波器，所述EMI滤波器减小由所述二极管桥生成的所述直流信号上的电磁干扰的量。
4.如权利要求1所述的可调光驱动器设备，其中，所述调节器和控制块包括离线降压LED驱动器。
5.如权利要求1所述的可调光驱动器设备，其中，所述调节器和控制块包括离线降压-升压LED驱动器。
6.如权利要求1所述的可调光驱动器设备，其中，所述调节器和控制包括反激LED驱动器。
7.如权利要求1所述的可调光驱动器设备，其中，所述感测电压信号与所述电源和调光器中的调光器生成的调光值成比例。
8.一种可调光LED驱动器设备：
输入接口，耦合至电源和调光器，所述输入接口接收来自所述电源和调光器的输入交流信号；
二极管桥，耦合为接收所述输入电压，所述二极管桥将所述输入交流信号转换为直流信号；
传感器，耦合为接收所述直流信号，所述传感器探测所述直流信号上的第一电压并生成感测电压信号，所述感测电压信号表示由调光器引起的所述直流信号上的电压降；
调节器和控制块，耦合为接收所述感测电压信号，所述调节器和控制块至少部分基于所述感测电压信号调节器和控制块来生成LED驱动器信号；以及
LED输出接口，所述LED驱动器信号在所述LED输出接口上提供给LED阵列。
9.如权利要求7所述的可调光驱动器设备，还包括耦合在所述传感器与所述调节器和控制块之间的EMI滤波器，所述EMI滤波器减小所述直流信号上的电磁干扰的量。
10.如权利要求7所述的可调光驱动器设备，其中，所述调节器和控制块包括离线降压LED驱动器。
11.如权利要求7所述的可调光驱动器设备，其中，所述调节器和控制块包括离线降压-升压LED驱动器。
12.如权利要求7所述的可调光驱动器设备，其中，所述调节器和控制包括反激LED驱动器。
13.如权利要求7所述的可调光驱动器设备，其中，所述感测电压信号与所述电源和调光器中的调光器生成的调光值成比例。
14.一种生成表示离线调光操作的LED驱动器信号的方法，所述方法包括：
接收来自电源和调光器的输入信号，所述输入具有由调光操作引起的电压降；
感测所述输入信号上的所述电压降并生成感测电压信号；
至少部分基于所述感测电压信号和LED阵列的至少一个特性来生成调节LED驱动器信号；以及
给所述LED阵列提供所述调节LED驱动器信号。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述输入信号是交流信号，并且所感测的电压降是在所述交流输入信号上标识的。
16.如权利要求15所述的方法，其中，使用二极管桥将所述交流输入信号转换为直流信号。
17.如权利要求15所述的方法，还包括使用EMI滤波器来去除所述直流信号上的至少部分电磁干扰的步骤。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述输入信号是由将所述输入信号上的所述交流转换为直流信号的二极管桥生成的。
19.如权利要求18所述的方法，还包括使用EMI滤波器来去除所述直流信号上的至少部分电磁干扰的步骤。
20.如权利要求14所述的方法，其中，所述感测电压信号与所述电源和调光器中的调光器生成的调光值成比例。
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