CN103313466B - 用于功率开关晶体管的电流吸收功能的功率耗散监视器 - Google Patents

Abstract

本文公开的实施例描述了一种基于对经过激励晶体管的电流的了解和对跨激励晶体管的电压的连续观察，通过预测激励晶体管的功率耗散，功率控制器对LED灯系统的开关功率变换器中的激励晶体管的不安全操作状态进行监视的方法。当所述激励晶体管接近不安全操作状态，所述功率控制器关断所述激励晶体管。

Description

用于功率开关晶体管的电流吸收功能的功率耗散监视器

相关申请的交叉引用

本申请要求来自共同待决的于2012年3月13日递交的美国临时专利申请No.61/610,377的权益，该申请通过引用被整体结合于此。

技术领域

本文公开的实施方式大体涉及开关功率变换器，并且更具体地涉及对于开关功率变换器的开关晶体管的不安全的操作状态的监视。

背景技术

LED灯系统一般包括与传统调光器开关一同使用的传统的LED灯。传统调光器开关使用TRIAC电路调节灯输入电压。TRIAC是当其被触发时(即，导通)在任一方向传导电流的双向设备。一旦被触发，TRIAC继续传导直到电流下降到低于特定阈值，该阈值被称为维持电流阈值。为了让TRIAC调光器内部定时正确工作，必须在确定时间内从调光器汲取电流。不幸地，传统LED灯不能够以允许调光器的内部电路正确工作的方式从调光器开关汲取电流。

发明内容

本文公开的实施方式描述了功率控制器用于对开关模式功率变换器的开关晶体管的不安全的操作状态进行监视的方法。在一个实施例中，诸如双极结式晶体管(BJT)的激励晶体管以有源模式操作时，开关功率变换器可以用线性模式操作。在有源模式期间，BJT操作为电流吸收器，在其中汲取电流至BJT因而从LED灯系统的调光器开关汲取电流。从调光器开关汲取电流允许调光器开关的内部电路正确工作。

由于在线性模式期间BJT耗散功率，BJT的温度上升(即，BJT加热)，如果BJT达到与BJT的不安全的操作状态相关的温度，该温度上升将对开关功率变换器造成危险。在一个实施例中，在线性模式期间，功率控制器持续地观测由BJT耗散的功率的数字仿真，该数字仿真描述了是否BJT操作在有源模式中持续一段时间将造成BJT达到不安全操作温度。响应于达到耗散能量阈值，功率控制器将关断BJT允许BJT冷却至安全的操作温度。

说明书中描述的特点和优势并不是全部包含的，特别是，鉴于图和说明书，很多另外的特点和优势对于本领域的技术人员将是显而易见的。此外，应当指出的是在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导的目的所选择的，并且可以不是为划定界限或限制本发明的主题而选择的。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述的说明书，本文公开的实施例的理论将会很容易理解。

图1图示了根据一个实施例的LED灯系统。

图2A、2B、和2C图示了根据一个实施例的灯的输入电压波形和电流使能波形。

图3图示了根据一个实施例的功率控制器的详细视图。

图4图示了根据一个实施例的仿真模块的电路图。

图5图示了根据一个实施例的仿真模块的替代电路图。

图6图示了根据一个实施例的替代LED灯系统。

具体实施方式

图以及下列描述涉及仅作为说明的各种实施例。应当指出的是从下列讨论中，将容易地认识到本文公开的结构和方法的可替代的实施例是可以不用偏离于此讨论的原则采用的可用的替代。

将详细参考多个实施例，其中在附图中图示出实施例的示例。需指出，无论什么地方可用的相似或相同的附图标记可以在图中使用，并且可以指示相似或相同的功能。这些图仅为了说明的目的而描绘各种实施例。本领域的技术人员将容易从下列说明书中容易地认识到，可以在不偏离本文描述的原则下采用本文描述的结构和方法的可替代实施例。

本文公开的实施例描述了功率控制器的用于对开关功率变换器的激励晶体管的不安全操作状态进行监视的方法。通过基于对经过激励晶体管的程序电流的了解和对跨激励晶体管的电压的持续观测而预测功率耗散，功率控制器监视开关功率变换器中的激励晶体管的功率耗散。

在一个实施例中，在LED灯系统的开关功率变换器中使用BJT作为开关设备(即，激励晶体管)。BJT操作在不同的操作模式，不同的操作模式包括截止模式、饱和模式、或有源模式。BJT被配置为基于BJT的操作模式而用作为断开电路、闭合电路、或持续电流吸收器。

在一个实施例中，功率控制器控制BJT在饱和模式和截止模式之间切换使BJT用作为开关。当BJT作为开关操作，根据一个实施例开关功率变换器操作在“开关模式”。在开关模式期间，开关功率变换器传送电力至诸如LED的线这样的负载。控制器还控制BJT在有源模式下操作导致BJT用作为可调节的电流吸收器。在有源模式期间，BJT的发射极电压V_E比BJT的基极电压V_B低，BJT的基极电压V_B比BJT的集电极电压V_C低(即，V_E＜V_B＜V_C)。在有源模式期间当BJT作为电流吸收器操作时，根据一个实施例开关功率变换器操作在“线性模式”中。

在线性模式中，电流被汲取到BJT因而从LED灯系统的调光器开关汲取电流，LED灯系统的调光器开关设定LED灯的期望的光输出强度。从调光器开关汲取电流允许调光器开关的内部电路正确工作。此外，在线性模式期间，BJT在LED灯和调光器开关之间的输入电容进行放电以允许调光器开关的内部电路正确工作。

在线性模式期间，因为BJT用作为电流吸收器，由于跨BJT出现电压降并且电流流动经过BJT，BJT耗散功率。因为在线性模式期间BJT耗散功率，BJT的温度上升(即，BJT加热)，如果BJT达到(或接近)与BJT的不安全操作状态相关的温度，则所述温度上升可能对开关功率变换器造成危险。通常，功率控制器持续观测由BJT随着时间耗散的功率的数字仿真，数字仿真描述了是否BJT操作在有源模式一段时间将导致BJT达到不安全操作温度。响应于达到耗散能量阈值，功率控制器可以关断BJT允许BJT冷却至安全操作温度。

图1图示了包括调光器开关10和LED灯20的LED灯系统。电容C_I出现在调光器开关10和LED灯20之间。在一个实施例中，调光器开关10是传统的调光器开关并且接收调光器输入信号11，调光器输入信号11用于设置LED灯20的目标光输出强度。调光器开关10接收AC输入电压信号VAC并且响应于调光器输入信号11调整灯输入电压110的V-RMS值。换句话说，通过调整施加到LED灯20的灯输入电压110的V-RMS值实现通过调光器开关10对LED灯20的光强度的控制。变暗输入信号11可以或由人工提供(经由旋钮或滑动开关，此处未示出)或经由自动光控制系统(此处未示出)提供。

在美国专利NO.7,936,132中描述了一个调光器开关的示例。在一个实施例中，调光器开关10通过使用TRIAC电路采用灯输入电压110的相角开关来调整灯输入电压。TRIAC是当它被触发时可以在任一方向传导电流的双向设备。为了让TRIAC调光器的内部定时正确工作，必须在确定时间从调光器10汲取电流。在一个实施例中，LED灯20被配置为以允许调光器10的内部电路正确工作的方式从调光器10汲取电流。

LED灯20包括桥式整流器BR1、电感器L1(即，磁性元件)、二极管D1、电容器C1、激励晶体管Q1、传感电阻Rs、功率控制器30、电流调整器40、发光二极管LED的线。总体来讲，LED灯20采用由电感器L1、二极管D1、电容器C1、和激励晶体管Q1组成的升压型开关AC-DC功率变换器120，使用激励晶体管Q1作为由动态开关驱动信号驱动的开关设备。在一个实施例中激励晶体管Q1是BJT，但是在其他实施例中可以使用诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的其他类型的开关设备。注意在其他实施例中，其他功率变换器拓扑诸如反激拓扑可以用于功率变换器。

具体地，桥式整流器BR1接收相角调整的AC电压110并且生成整流的输入电压112。功率控制器30接收整流的输入电压112并且控制基极电流I_B流向耦合至功率控制器30的激励晶体管Q1。通常，功率控制器30控制图1中所示的升压变换器，其中升压变换器实现AC-DC电压转换以生成DC电压114。

电流调整器40接收来自功率变换器120的DC输出电压114。电流调整器40也接收来自功率控制器30的一个或多个控制信号116并且在控制信号116的控制下调整经过发光二极管LED的电流。控制信号116可以包括，例如，由于在整流的输入信号112中的相角切换导致的舍相的指示。电流调整器40可以采用脉冲宽度调制(PWM)或定电流控制以实现对于发光二极管LED的目标光输出强度。在一个实施例中，电流调整器40实现为反激类型开关功率变换器，其包括使用反激拓扑以调整经过发光二极管LED的电流的组件的集合。

在一个实施例中，光控制器30基于激励晶体管Q1的操作模式控制功率变换器120操作在开关模式或线性模式下。如前述描述的，当激励晶体管Q1操作在饱和模式下时功率变换器120操作在开关模式，当晶体管Q1操作在有源模式下时功率变换器120操作在线性模式。以下描述的内容是关于线性模式中的功率变换器120的操作的描述。

参考图2A，图示了由调光器开关10输出至LED灯20的AC电压110。特别地，图2A图示了由于调光器开关10(通过相角开关)消除了输入至调光器开关10的AC电压信号200的部分区间201，灯输入电压具有轻微变暗效果。如在图2A中所示，LED灯系统在以上之前描述的线性模式和开关模式之间循环。在线性模式期间，功率控制器30通过精密控制流向激励晶体管Q1的基极电流I_B而操作激励晶体管Q1在它的有源模式。

如之前提到的，在线性模式期间，当激励晶体管Q1在有源模式，激励晶体管Q1操作为电流吸收器。相应地，当在线性模式操作功率控制器120时汲取来自调光器10的电流至激励晶体管Q1，以允许调光器10的内部电路正确工作。此外，存储在调光器10和LED灯20之间的电容器C_I中的电荷流动至激励晶体管Q1因而将电容C_I放电。将电容C_I放电也允许调光器开关10的内部电路正确工作。在开关模式期间，功率控制器30通过切换激励晶体管Q1开通和关断而操作激励晶体管Q1在它的饱和模式。

参考图2B，图示了根据一个实施例的泄放电流使能(bleedcurrentenable)203和调光器开关10输出的调光器输出电压。泄放电流使能203表示何时驱动电流至激励晶体管Q1的基极以操作激励晶体管Q1在有源模式，因而导致激励晶体管Q1用作为电流吸收器。泄放电流使能203是功率控制器30的内部信号。泄放电流使能203可以具有两个状态：导致功率控制器30操作激励晶体管Q1在有源模式的“导通”状态207和导致功率控制器关断激励晶体管Q1的“关断”状态205。

当操作激励晶体管在有源状态时，功率控制器30供给激励晶体管Q1的基极幅度在一定范围的电流以使激励晶体管Q1运行在有源状态。在一个实施例中，由功率控制器30供给的一定范围的电流幅度在从0.4mA到28mA的范围内。提供给激励晶体管Q1的电流可以在有源模式期间增加以将激励晶体管Q1深度置于有源模式中，因此集电极-发射极电压维持在高电压。提供给激励晶体管Q1的电流可以增加直到达到激励晶体管Q1的不安全操作限制。

在图2B中，调光器输出电压110与通常是TRIAC调光器的前沿调光器相关。当调光器开关10导通，调光器输出电压110的前沿通常由调光器开关10经由相角开关消除。相反地，当调光器开关10关断，调光器输出电压110不受调光器开关10的影响。

如图2B中所示，当调光器开关10关断时，泄放电流使能203是高电平207，这导致功率控制器30操作激励晶体管Q1在有源模式。另外，在调光器开关10中的旁通电容(未示出)向上偏移导致调光器开关10的相位测量变得失真。在一个实施例中，相位测量帮助确定关于关断调光器开关10的时间何时操作激励晶体管Q1在有源模式中。当调光器开关10导通时，在延迟时间209很短时间之后泄放电流使能203变低，因而关断激励晶体管Q1。先于调光器开关关断，泄放电流使能203再次显现为高电平207。

在图2C中，调光器输出电压110与后沿调光器相关，其通常使用MOSFET开关代替TRIAC。在图2C中，当调光器开关导通时，调光器输出电压110的前沿不受调光器开关10的影响。相反地，当调光器开关10关断时，调光器输出电压110的后沿由调光器开关消除。

如在图2C中所示，就在调光器开关10以最小中间带211转变至关断状态之前，设置泄放电流使能203为高电平207，因而导致功率控制器30操作激励晶体管Q1在有源模式。随着调光器开关10转变回到导通状态，设置泄放电流使能203在低电平205因而导致功率控制器30关断激励晶体管Q1。在前沿类型调光器中，在调光器开关10关断和泄放电流使能203转变为高电平207的时刻之间存在中间带211。该中间带是必要的以保证功率控制器30可以准确确定调光器开关10关断的时刻以确定LED的亮度设置。然而，保持中间带211为最小值以保证功率控制器120的操作的有效性和安全性。

在一个实施例中，功率控制器30可能混淆(即失去轨迹)调光器开关10的相位或调光器输出电压110的零电压交叉点。作为结果，在前沿和后沿这两种调光器配置中，当将高电压施加到激励晶体管Q1上时，激励晶体管Q1可能意外地被操作在有源模式很长时间。作为结果，激励晶体管Q1耗散功率，这可能导致激励晶体管Q1达到不安全操作状态而可能引起激励晶体管Q1失效。在一个实施例中，功率控制器30确定何时激励晶体管Q1操作在有源模式太久并且阻止激励晶体管Q1继续操作在有源模式。

图3图示了功率控制器30的详细视图。在一个实施例中，功率控制器30包括仿真模块301。仿真模块301可以通过预测激励晶体管Q1的功率耗散来监视跨激励晶体管Q1的功率耗散。仿真模块301基于计划流经激励晶体管Q1的电流和对跨激励晶体管Q1施加的电压的连续观测来预测激励晶体管Q1的功率耗散。因为功率控制器30控制提供给激励晶体管Q1的基极的电流I_B，并且激励晶体管Q1的公共发射极电流增益β是已知的，功率控制器30可以确定经过激励晶体管Q1的电流。

在一个实施例中，仿真模块30可以生产激励晶体管Q1的耗散功率的实时仿真。仿真模块30还可以生成晶体管Q1的热阻和激励电容的仿真。耗散功率、热阻以及电容的仿真允许仿真模块301估算流出激励晶体管Q1热量。

通过持续观测激励晶体管Q1的实时数字仿真，仿真模块301可以确定是否已操作激励晶体管Q1在有源状态持续一段时间，作为激励晶体管Q1的耗散的功率的结果，其将导致激励晶体管Q1操作在不安全温度。当达到能量阈值，仿真模块301可以关断激励晶体管Q1以允许激励晶体管Q1冷却至安全操作温度。

图4图示了仿真模块301的电路图的一个实施例。仿真模块可以包括模拟至数字转换器(ADC)401、乘法器403、加法器405、复用器407、寄存器409、减法器411、以及减法器413。注意在其他实施例中，仿真模块301可以包括除了在图4中图示的其他组件。

在一个实施例中，至激励晶体管Q1的输入电压118在足够观测由桥式整流器BR1提供的整流电压112的形状的采样率下被ADC401采样。由于功率变换器120在定电流模式，在线性模式期间跨电感器L1不发生电压降，至激励晶体管Q1的输入电压118等于整流输入电压112。在一个实施例中，仅需要有限数目的位，诸如样本最重要的位。采样电压与在图4中以I(泄放)图示的经过激励晶体管Q1的电流的数字显示成比例。该电流一般由小的整数表示，因为实际电流将是固定比例系数乘以所述小的整数。在一个实施例中，采样的电压使用乘法器403与经过激励晶体管Q1的电流成比例。

乘法器403的输出417表示由激励晶体管Q1耗散的瞬时功率，因为乘法器403将至激励晶体管Q1的输入电压118乘以流经激励晶体管Q1的电流I(泄放)。由激励晶体管Q1耗散的瞬时功率输入至积分器415。如已知的，能量是功率随着时间的积分。用积分器415积累激励晶体管Q1耗散的能量。

如在图4中所示的，积分器416包括加法器405和寄存器409。通常，由于各种功率耗散与激励晶体管Q1的操作温度相关，当激励晶体管Q1耗散功率时积分器415仿真由激励晶体管Q1生成的热量。因此，积分器415的输出419表示激励晶体管Q1的温度作为反馈至加法器405的耗散的能量的函数。

同样将积分器415的输出419输入至减法器411中。减法器411从来自寄存器409中累计的能量减去能量。在一个实施例中，减法器411的输出421表示流出激励晶体管Q1的热量。基于图4中所示的“泄放循环”信号通过复用器407将信号减法器411周期性地接通。基于泄放循环信号的值，在采样时钟的上升沿时，复用器407控制是否复用器407将加法器405的输出423(其表示激励晶体管Q1的积累的能量)输入至寄存器409中或者是否减法器411的输出421输入至寄存器409。

在一个实施例中，减法器411的输出421在由输入至减法器411的放电率信号确定的速率下使积分器415放电。在每一个N周期减法器411可以周期性地开通，因此在激励晶体管Q1的普通操作期间，减法器411确保积分器415中积累的能量不是不确定地上升。特别地，减法器411对存储在寄存器409中的耗散的能量进行放电，所述存储在寄存器409中的耗散的能量用于对激励晶体管Q1的温度建模。因此，如果在一段时间激励晶体管Q1关断(即，没有电流流经激励晶体管Q1)，存储在寄存器409中的能量将最终放电至零。在一个实施例中，设定放电率，因此在LED灯20的普通操作期间存储在寄存器409中的能量不上升。这通过设定放电率实现，从而它对激励晶体管Q1的对流冷却建模，在有源模式期间，所述对流冷却比在激励晶体管Q1中积累的热量数量快。

表示由激励晶体管Q1耗散的能量的加法器405的输出423被输入至减法器413，其中从由激励晶体管Q1耗散的能量中减去积累能量阈值。在一个实施例中，在仿真模块301的操作的开始处，激励晶体管Q1被操作在有源模式中多个周期(例如，3至5个周期)，以识别是否调光器开关10是前沿调光器或后沿调光器。通常，在有源模式期间激励晶体管Q1被操作在其中的多个周期对应于激励晶体管Q1可以正常操作在有源模式(即，最差情景案例)下的最长的时间段。能量阈值可以对应于设定为刚刚高于在多个周期期间激励晶体管Q1耗散的能量数量的能量水平。因此，如果LED灯20变得与调光器开关10不同步，仿真模块301可以用所述多个周期检测到不安全操作状态。

在一个实施例中，如果减法器413的输入425是正值，仿真模块301生成一个信号，即，不安全操作实时发生。如之前提到的，由激励晶体管Q1耗散的能量指示激励晶体管Q1的温度。因此，正值表示激励晶体管Q1操作在不安全的操作温度，因为激励晶体管Q1已耗散太多能量(由于其已在有源模式中持续一段时间，而该时间比在激励晶体管Q1的普通操作中应当期望的时间更长)。该信号促使激励晶体管Q1关断激励晶体管Q1以允许激励晶体管冷却至安全操作温度。

在一个可替代的实施例中，可以从在图4中示出的仿真模块301的电路图中省略放电路径411。在一个实施例中，复用器407的输入用定值代替，该定值用于在预定时间期间或预定数目的开关周期内重新设置积分器415。在一个实施例中，该恒定值可以是零。通过用恒定值代替放电路径411，使用阈值以确定在预定时间期间或预定数目的开关周期激励晶体管Q1的最大可允许能量耗散。

图5图示了仿真模块301的电路图的可替代实施例。在一个实施例中，仿真模块301包括ADC变换器501、乘法器503、乘法器505、以及加法器507、寄存器509、乘法器513、和减法器511。大体上，图5中的仿真模块301的实施例与图4中的仿真模块301的实施例的不同之处在于，图5利用了低通滤波器517(即，漏积分器)而不是在图4中操作为放电器的积分器415和减法器411。注意在其他实施例中，仿真模块301可以包括除了在图5中图示的这些组件以外的其他组件。

在一个实施例中，通过ADC501在足够观测由桥式整流器BR1提供的整流电压的形状的采样率下对至激励晶体管Q1的输入电压118进行采样。与图4相似，采样电压与经过激励晶体管Q1的电流I(泄流)的数字表示成比例。在一个实施例中，乘法器503将采样电压与经过激励晶体管Q1的电流(即，I(泄流))相乘。

乘法器503的输出515表示由激励晶体管Q1耗散的瞬时功率。将由激励晶体管Q1耗散的功率(例如，x(n))输入至低通滤波器517。在一个实施例中，低通滤波器517包括乘法器505、加法器507、延时寄存器509、以及乘法器513。在一个实施例中，对时间常数进行建模以近似于激励晶体管Q1的热时间常数，激励晶体管Q1的所述热时间常数是激励晶体管Q1的热阻θ_ja和热容的函数。因此，低通滤波器517对随着时间激励晶体管Q1的冷却建模。热阻单位是度C每瓦特，热容单位是瓦特秒每度C(焦耳/度C)。因此热时间常数是热阻和热容的乘积，其结果以时间为单位。低通滤波器517对该时间常数建模。

如果激励晶体管的热阻和热容是已知的，仿真模块301可以确定热时间常数，所述热时间常数表示作为不同功率耗散的结果激励晶体管Q1的操作温度上升或下降所花费的时间段。通常，低通滤波器517是与以下传递函数(1)和时间常数τ(2)相关的一阶无限脉冲响应(IIR)排列

y(n)＝y(n-1)·(1-a)+ax(n)(1)

$\mathrm{\τ}=\frac{t}{-\ln (1-a)}---\left(2\right)$

使用由等式2得出的时间常数，仿真模块301调整等式1的传递函数的a的值以得到近似于与等式2中示出的相同时间常数。这允许仿真模块301仿真激励晶体管Q1的热流出而不需要图4的实施例的放电器。

如图5中所示，乘法器505通过比例因数a将激励晶体管Q1耗散的瞬时功率(例如，x(n))依比例换算，得到输入至加法器507的输出525，ax(n)。表示激励晶体管Q1耗散的能量的加法器507的输出519(例如，y(n))输入至延迟寄存器509，其延迟成比例换算后的瞬时能量，而得到输出521(例如，y(n-1))。乘法器513将成比例换算后的瞬时能量乘以比例因数“1-a”，而得到“y(n-1)(1-a)”的输出523。在一个实施例中，乘法器513和延迟寄存器509的组合对激励晶体管Q1的热封装建模。加法器507将乘法器513的输出523与乘法器505的输出相加以产生表示包含在激励晶体管Q1内的瞬时热能的输出519“y(n)”，其中激励晶体管Q1的瞬时热能是所耗散的能量减去流出封装的能量。

将加法器507的输出519输入至减法器511，在那里从激励晶体管Q1耗散的能量减去积累能量阈值。在一个是实施例中，如果减法器511的输出527是正值，仿真模块301产生一个表示不安全操作实时发生的信号。该信号引起仿真模块301关断激励晶体管Q1以允许激励晶体管冷却至安全的操作温度。

在以上的公开中，使用数字实施手段监视经过激励晶体管Q1的功率耗散。在可替代的实施例中，等效模拟电路(例如，滤波器和积分器)或可以使用模拟电路和数字实施手段的组合以监视经过激励晶体管Q1的功率耗散。

图6图示了包括调光器开关10和LED灯60的LED灯系统。图6的LED灯系统包括与图1中所示的LED灯系统类似的元件。除非另外指明，在图6中所示的LED灯系统执行与在图1的LED灯系统中它们的对应物相似的功能。

与图1中的LED灯20形成对比，LED灯60包括经过电阻器R1耦合至整流的输入电压112的泄放晶体管Q2。在一个实施例中，泄放晶体管Q2是MOSFET。然而，诸如BJT的其他的开关设备可以使用在其他实施例中。

在LED灯60中，功率控制器30控制泄放晶体管Q2导通以从调光器开关11汲取电流因而允许调光器开关11的内部电路正确工作。取决于由功率控制器30施加至泄放晶体管Q2的基极的驱动信号121的幅度，功率控制器30可以操作泄放晶体管Q2作为开关负载、恒定电流负载、或开关的电阻性负载。

由于泄放晶体管Q2从调光器11中汲取电流，激励晶体管Q1不象前面所述的关于图1的实施例那样用作为功率控制器120那样的电流吸收器。图6中示出的实施例的激励晶体管Q1仅操作为开关器件以传送功率至功率控制器120的输出。

在一个实施例中，基于与图2B和2C相关所描述的泄放电流使能信号203，功率控制器30控制泄放晶体管Q2导通以从调光器开关11汲取电流。泄放电流使能信号203在导通状态207和关断状态205之间循环，以表明何时功率控制器30开通泄放晶体管Q2以从调光器开关11中汲取电流。

当泄放晶体管Q2导通时，功率控制器30通过预测如前所述关于图3至5的泄放晶体管Q2的功率耗散监视跨泄放晶体管Q2的功率耗散。当基于所预测的泄放晶体管Q2的功率耗散，功率控制器30确定不安全的操作状态时，功率控制器30可以关断泄放晶体管Q2。

当阅读本公开时，本领域的技术人员将理解仍有另外可替代的实际用于控制功率变换器的操作模式。因此，虽然已图示和描述了特定实施例和应用，需要理解的是本文讨论的实施例不限于本文公开的准确结构和元件，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，可对在本文公开的布置、操作和方法和设备的细节做出对于本领域的技术人员显而易见的各种修改，变化和变型。

Claims (20)

1.一种发光二极管(LED)灯，包括：

开关功率变换器，包括：

磁性元件，耦合至具有相角开关的调光器开关的输出电压并且耦合至所述开关功率变换器的输出，所述调光器开关的所述输出电压被接收为所述开关功率变换器的输入电压；

开关，耦合至所述磁性部件，当所述开关导通时产生经过所述磁性元件的电流，并且当所述开关关断时不产生经过所述磁性元件的电流；以及

控制器，配置为产生用于在所述开关的每个开关周期导通或关断所述开关的控制信号；

其中所述控制器被配置为操作所述开关在第一模式中以传送电力至所述开关功率变换器的所述输出，或操作所述开关在第二模式中以使所述开关用作电流吸收器；

其中所述控制器被配置为在所述第二模式期间估算由所述开关耗散的功率，以确定所述开关是否接近不安全操作状态；

电流调整器，耦合至所述开关功率变换器的所述输出，所述电流调整器接收由所述开关功率变换器传送的所述电力；以及

一个或多个发光二极管(LED)，耦合至所述电流调整器的输出；

其中所述电流调整器基于来自所述控制器的控制信号调整经过所述一个或多个发光二极管(LED)的电流。

2.根据权利要求1所述的发光二极管(LED)灯，其中所述开关是双极结式晶体管。

3.根据权利要求2所述的发光二极管(LED)灯，其中在所述第一模式期间，所述控制器被配置为在双极结式晶体管的饱和模式和截止模式之间连续切换所述开关的操作。

4.根据权利要求2所述的发光二极管(LED)灯，其中在所述第二模式期间，所述控制器被配置为操作所述开关在所述双极结式晶体管的有源模式中以使所述开关用作所述开关功率变换器的所述电流吸收器。

5.根据权利要求1所述的发光二极管(LED)灯，其中所述开关是金属氧化物半导体场效应晶体管。

6.根据权利要求1所述的发光二极管(LED)灯，其中所述控制器还被配置为响应于所估算的由所述开关耗散的功率超过阈值，关断所述开关，所估算的由所述开关耗散的功率超过阈值指示所述开关接近所述不安全操作状态。

7.根据权利要求1所述的发光二极管(LED)灯，其中所述开关用作所述电流吸收器以从耦合至所述开关功率变换器的所述调光器开关汲取电流，以使所述调光器开关正确调整所述开关功率变换器的所述输入电压。

8.根据权利要求1所述的发光二极管(LED)灯，其中所述控制器包括:

模数变换器(ADC)，用于采样所述输入电压；

乘法器，其耦合至所述模数变换器(ADC)以接收所采样的输入电压并且在第二模式期间基于所采样的输入电压和经过所述开关的电流计算由所述开关耗散的功率；

积分器，其耦合至所述乘法器以接收由所述开关耗散的所述功率并且在所述第二模式期间基于由所述开关耗散的所述功率仿真由所述开关耗散的能量；以及

减法器，其将由所述开关耗散的所述能量与阈值比较以确定所述开关是否接近所述不安全操作状态。

9.根据权利要求8所述的发光二极管(LED)灯，其中所述控制器还包括：

第二减法器，其从由所述积分器仿真的所述能量中移除表示所述开关的热流出的能量。

10.根据权利要求1所述的发光二极管(LED)灯，其中所述控制器还包括：

模数变换器(ADC)，用于对所述输入电压进行采样；

乘法器，其耦合至所述模数变换器(ADC)以接收所采样的输入电压并且在第二模式期间基于所采样的输入电压和经过所述开关的电流计算由所述开关耗散的所述功率；

低通滤波器，其耦合至所述乘法器以从所述乘法器接收由所述开关耗散的所述功率并且在所述第二模式期间基于由所述开关耗散的所述功率以及所述开关随着时间的冷却仿真由所述开关耗散的能量；

减法器，其耦合至所述低通滤波器以将由所述开关耗散的所述能量与阈值比较以确定所述开关是否接近所述不安全操作状态。

11.根据权利要求10所述的发光二极管(LED)灯，其中所述低通滤波器包括：

第二乘法器，用以计算在所述开关随着时间冷却之后由所述开关耗散的能量；

延迟寄存器，用以接收由所述开关耗散的所述能量并且延迟由所述开关耗散的所述能量；以及

第三乘法器，其耦合至所述延迟寄存器以基于所述开关随着时间的所述冷却计算由所述开关耗散的所述能量的成比例的表示。

12.一种控制器中的控制发光二极管(LED)灯的方法，所述发光二极管(LED)灯包括开关功率变换器，所述开关功率变换器包括耦合至具有相角开关的调光器开关的输出电压并且耦合至所述开关功率变换器的输出的磁性元件，所述调光器开关的所述输出电压被接收为所述开关功率变换器的输入电压，以及耦合至所述磁性部件的开关，当所述开关导通时产生经过所述磁性元件的电流并且当所述开关关断时不产生经过所述磁性元件的电流，所述发光二极管(LED)灯还包括耦合至所述开关功率变换器的所述输出的电流调整器，所述电流调整器接收由所述开关功率变换器传送的电力；以及耦合至所述电流调整器的输出的一个或多个发光二极管(LED)，所述方法包括：

产生用于在所述开关的每个开关周期导通或关断所述开关的控制信号；

操作所述开关在第一模式下以传送电力至所述开关功率变换器的所述输出，或者操作所述开关在第二模式下以使所述开关用作电流吸收器；

在所述第二模式期间估算由所述开关耗散的功率以确定所述开关是否接近不安全操作状态。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述开关是双极结式晶体管。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在所述第一模式期间在所述双极结式晶体管的饱和模式和截止模式之间连续切换所述开关的操作。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：

操作所述开关在所述双极结式晶体管的有源模式下以使所述开关用作所述开关功率变换器的所述电流吸收器。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述开关是金属氧化物半导体场效应晶体管。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括：

响应于所估算的由所述开关耗散的功率超过阈值关断所述开关，所估算的由所述开关耗散的功率超过阈值指示所述开关接近不安全操作状态。

18.根据权利要求12所述的方法，其中估算由所述开关耗散的所述功率包括:

采样所述输入电压；

在所述第二模式期间基于所采样的输入电压和经过所述开关的电流计算由所述开关耗散的所述功率；

在所述第二模式期间基于由所述开关耗散的所述功率仿真由所述开关耗散的能量；

将由所述开关耗散的所述能量与阈值比较以确定所述开关是否接近所述不安全操作状态。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述开关用作所述电流吸收器以从耦合至所述开关功率变换器的所述调光器开关汲取电流，以使所述调光器开关正确调整所述开关功率变换器的所述输入电压。

20.一种发光二极管(LED)灯，包括：

第一开关，耦合至具有相角开关的调光器开关的输出电压，所述调光器开关的所述输出电压被接收为所述发光二极管(LED)灯的输入电压；

开关功率变换器，包括：

磁性元件，耦合至所述发光二极管(LED)灯的所述输入电压并且耦合至所述开关功率变换器的输出；

第二开关，耦合至所述磁性部件，当所述第二开关导通时产生经过所述磁性元件的电流并且当所述第二开关关断时不产生经过所述磁性元件的电流；以及

控制器，配置为产生用于在所述第二开关的每个开关周期导通或关断所述第二开关的控制信号；

其中所述控制器被配置为导通所述第一开关以从所述调光器开关汲取电流；

其中所述控制器被配置为当所述第一开关导通时估算由所述第一开关耗散的功率；以及

其中所述控制器被配置为基于所估算的由所述第一开关耗散的功率确定所述第一开关是否接近不安全操作状态；

电流调整器，耦合至所述开关功率变换器的所述输出，所述电流调整器接收由所述开关功率变换器传送的电力；以及

一个或多个发光二极管(LED)，耦合至所述电流调整器的输出；

其中所述电流调整器基于来自所述控制器的控制信号调整经过所述一个或多个发光二极管(LED)的电流。