CN104779819B - 一种功率转换器，及其控制器和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于功率转换器的控制器，包括传导探测电路系统和可变参考发生器。所述传导探测电路系统被耦合以生成代表输入信号在阈值之上的传导时间的传导信号。所述可变参考发生器被耦合以接收所述传导信号且被配置为响应于所述传导信号的第一传导时间生成计数值。所述可变参考发生器被耦合为响应于所述计数值且响应于存储在所述可变参考发生器中的先前计数值而输出参考信号。

Description

一种功率转换器，及其控制器和控制方法
技术领域
本发明总体上涉及功率转换器(power converter)，并且更具体地，涉及和调光器电路一起使用的功率转换器。
背景技术
电子设备使用电力来运行。开关模式功率转换器由于其效率高、尺寸小和重量轻，被普遍用来为许多现在的电子装置提供动力。常规的壁式插座提供高电压交流电。在开关功率转换器中，高电压交流(ac) 输入通过能量传递元件(energy transfer element)被转换，以提供适当调节的直流(dc)输出。开关模式功率转换器控制电路通常通过检测代表一个或多个输出量的一个或多个输入并且控制闭环中的输出来提供输出调节。在运行中，在开关模式功率转换器中通过改变开关的占空比(通常是开关的接通时间与总开关周期之比)、改变开关的开关频率或改变开关的每单位时间的脉冲数，利用开关提供期望的输出。
在用于照明应用的一种调光中，三端双向可控硅(triac)调光器电路通常断开ac输入电压以限制供应给白炽灯的电压和电流的量。这被称为相位调光，因为用以度为单位测量的ac输入电压周期的一部分指定三端双向可控硅调光器电路的位置和所得到的缺失电压的量通常是便利的。一般而言，ac输入电压是正弦波形，并且ac输入电压的周期被称为全线循环(line cycle)。这样，ac输入电压的周期的一半被称为半线循环。一个完整的周期具有360度，半线循环具有180 度。通常，相角是对三端双向可控硅调光器电路断开ac输入每个半线循环多少度(相对于零度参考)的测量。这样，三端双向可控硅调光器电路在半线循环中去除ac输入电压的一半对应于90度的相角。在另一个实施例中，在半线循环中去除ac输入电压的四分之一对应于 45度的相角。
另一方面，传导角是对三端双向可控硅调光器电路未将ac输入电压从功率转换器断开的每个半线循环多少度(相对于零度参考)的测量。或换句话说，传导角是对其中三端双向可控硅调光器电路是传导的每个半线循环多少度的测量。在一个实施例中，在半线循环中去除 ac输入电压的四分之一对应于45度的相角但对应于135度的传导角。
虽然相角调光对直接接收变化的ac输入电压的白炽灯很有效，但是对于发光二极管(LED)灯它通常会导致问题。大多数LED和LED 模块最好由一个受控功率转换器可从ac电力线提供的调节的电流驱动。三端双向可控硅调光器电路通常对常规的受控功率转换器控制器不是很有效。受控电源通常被设计成忽略ac输入电压的失真。它们的目的是传送一个恒定的调节的输出，直到低输入RMS电压导致它们完全关掉。这样，常规的受控电源将不会对LED灯调光。除非用于LED 灯的功率转换器被特别地设计成以一种期望的方式对来自三端双向可控硅调光器电路的电压进行识别和响应，否则三端双向可控硅调光器可能会引起不可接受的结果，例如具有大传导角的LED灯的闪烁或闪变，小传导角下的LED灯的闪光。
因此，功率转换器可以包括一个改进的常规功率转换器控制器，该改进的常规功率转换器控制器被设计成通过如下方式响应三端双向可控硅调光器电路：直接检测调光器电路输出的平均值(换句话说，在三端双向可控硅调光器电路已经处理ac输入电压之后的ac输入电压的平均值)，以确定所要求调光的量。一般而言，调光器电路输出的较小平均值会对应于去除ac输入电压的较大部分，因而对应于较大的相角。这样，改进的常规功率转换器控制器利用这种关系来间接地确定相角并改变功率转换器的输出被调节到的量。然而，通过以此方式间接测量相角，探测到的调光的量(并且因此功率转换器的输出被调节到的量)易受ac输入电压变化的影响。换句话说，通过调光器电路输出的平均值测得的相角的准确性取决于ac输入电压的变化。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用于功率转换器的控制器，所述控制器包括：
传导探测电路系统，被耦合以生成代表一个输入信号在一个阈值之上的传导时间的一个传导信号；以及
一个可变参考发生器，被耦合以接收所述传导信号且被配置为响应于所述传导信号的第一传导时间生成一个计数值，其中所述可变参考发生器被耦合为响应于所述计数值且响应于存储在所述可变参考发生器内的先前计数值输出一个参考信号，所述先前计数值代表所述传导信号的先前传导时间，且其中所述参考信号用于控制被耦合以调节所述功率转换器的输出的一个开关。
根据本发明的另一方面，提供一种运行功率转换器的控制器的方法，所述方法包括：
接收一个调光信号；
生成代表所述调光信号的传导时段的一个传导信号；以及
响应于基于所述调光信号的所述传导时段的一第一传导时段和先前传导时段的一个集中趋势值输出一个参考信号，其中所述先前传导时段是紧接在所述第一传导时段之前被连续地接收的。
根据本发明的又一方面，提供一种开关模式功率转换器，所述开关模式功率转换器包括：
一个开关；
一个能量传递元件，被耦合到所述开关且被耦合以接收一个调光信号；以及
一个控制器，被耦合到所述开关以响应于所述调光器信号调节所述功率转换器的输出，其中所述控制器包括：
传导探测电路系统，被耦合以生成代表所述调光信号在一个阈电压之上的传导时间的一个传导信号；
一个可变参考发生器，被耦合以接收所述传导信号且被配置为响应于所述传导信号的第一传导时间生成一个计数值，其中所述可变参考发生器被耦合为响应于所述计数值且响应于存储在所述可变参考发生器中的先前计数值输出一个参考信号，所述先前计数值代表所述传导信号的先前传导时间；以及
一个驱动电路，被耦合为响应于所述参考信号控制所述开关的开关。
附图说明
参考以下附图描述本发明的非限制性且非穷举性实施方案，其中在所有多个视图中相同的参考数字指示相同的部分，除非另有指定。
图1是示出了根据本发明的教导的利用控制器的带有调光器电路的一示例功率转换器的功能方块图。
图2是示出了根据本发明教导的图1的ac输入电压、调光器电路的输出电压以及整流器电路的输出的示例波形的图。
图3A是示出了根据本发明教导的图1的功率转换器的整流输入电压波形、系统时钟以及所得到的传导信号的示例波形的图。
图3B是示出了根据本发明教导的图1的功率转换器的整流输入电压波形、系统时钟以及所得到的传导信号的另外的示例波形的图。
图4是根据本发明教导的一可变参考发生器的功能方块图。
图5是根据本发明教导的图4的可变参考发生器的运行平均电路的功能方块图。
图6是根据本发明教导的图4的可变参考发生器的一更新控制电路的功能方块图。
图7是示出了根据本发明的教导的用于响应一调光器电路改变反馈参考的一示例过程的流程图。
图8是根据本发明的教导的图1的控制器的振荡器的功能方块图。
在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员应理解，图中的元件是为了简化和清楚的目的而示出的，并且未必按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可以相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本发明多种不同实施方案的理解。此外，为了便于较少受妨碍地观察本发明这些不同实施方案，在商业可行的实施方案中有用或必需的常见但是众所周知的元件通常未被示出。
具体实施方式
在下文的描述中，阐明了多个具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将明了，无需采用这些具体细节来实施本发明。在其他情况下，为了避免使本发明模糊，没有详细描述众所周知的材料或方法。
在该说明书全文中提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指关于该实施方案或实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在该说明书全文中多个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。再者，所述特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合结合。特定特征、结构或特性可被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件内。此外，应理解，本文中提供的图是出于向本领域普通技术人员解释的目的，并且附图未必按比例绘制。
对于相位调光应用，包括用于发光二极管(LED)的相位调光应用，相位调光器电路通常对于每一个半线循环的一部分将ac输入电压断开，以限制供应给LED的电压和电流的量。如上文提到的，相角通常是对调光器电路已经断开输入每个半线循环多少度的测量。例如，ac 输入电压的半线循环可以具有180度的总度数。这样，调光器电路在一个半线循环中去除ac输入电压的一半对应于90度的相角。在另一个实施例中，在一个半线循环中去除ac输入电压的四分之一可对应于 45度的相角。
替代地，传导角是对三端双向可控硅调光器电路不断开ac输入电压的每个半线循环多少度(相对于零度参考)的测量。或换句话说，传导角是对其中三端双向可控硅调光器电路传导的每个半线循环多少度的测量。在一个实施例中，在一个半线循环中去除ac输入电压的四分之一可对应于45度的相角但对应于135度的传导角。这样，通过测量ac输入电压被断开的时间的量(即调光器电路不传导的时间的量) 或ac输入电压未被断开的时间的量(即调光器电路传导的时间的量) 可确定由调光器电路设定的调光量。
在本发明的一个实施例中，从ac输入电压直接测量由调光器电路设定的调光量。在一个实施例中，传导信号可从ac输入电压生成且代表调光器电路的位置。例如，传导信号可以是带有变化长度的逻辑高段和逻辑低段的矩形脉冲波形。当调光器电路传导时(或换句话说，当ac输入电压未从功率转换器断开时)，传导信号可以是逻辑高，且当调光器电路未传导时(或换句话说，当ac输入电压从功率转换器断开时)，传导信号可以是辑低，或反之亦然。逻辑高段或逻辑低段的长度可对应于调光器电路传导或不传导的时间的量。这样，可以从ac输入电压直接测量传导角或相角。此外，本发明的实施例包括响应于调光器电路生成可变反馈参考的可变参考发生器。可变参考发生器被耦合以响应于调光器电路在输入信号的若干个全线周期内的传导生成一个参考值。在一个实施例中，可变参考发生器生成调光器电路在输入信号的若干个全线循环内的传导时间的集中趋势值(central tendencyvalue)。然后，当满足某些条件时，使可变反馈参考更新到大体上相等的集中趋势值。首先参考图1，示出了示例功率转换器 100的功能方块图，包括ac输入电压VAC 102、调光器电路104、调光器输出电压VDO 106、整流器108、整流电压VRECT 109、能量传递元件 T1 110、能量传递元件T1 110的初级绕组112、能量传递元件T1 110 的次级绕组114、开关S1 116、输入返回(input return)117、箝位电路118、整流器D1 120、输入电容器CF 121、输出电容器C1122、负载124、检测电路126、控制器128。控制器128还包括驱动电路单元130、调光器传导探测电路132、振荡器134、可变参考发生器136、反馈参考电路138(被示为比较器或运算放大器)。在一个实施例中，在控制器128中还可包括检测电路126。图1还示出输出电压VO 140、输出电流IO 142、输出量UO 144、反馈信号UFB 146、电压检测信号 148、开关电流ID 150、电流检测信号152、传导信号UCOND 154、系统时钟156、反馈参考信号UREF 158和驱动信号160。图1中示出的示例开关模式功率转换器100被以回扫配置(flyback configuration)耦合，回扫配置仅仅是可以得益于本发明的教导的开关模式功率转换器的一个实施例。应理解，开关模式功率转换器的其他已知拓扑和配置也可以得益于本发明的教导。另外，图1中示出的示例功率转换器是隔离式功率转换器。应理解，非隔离式功率转换器也可以得益于本发明的教导。
功率转换器100从未调节的输入电压向负载124提供输出功率。在一个实施方案中，输入电压是ac输入电压VAC 102。在另一个实施方案中，输入电压是整流的ac输入电压，例如整流电压VRECT 109。如所示出的，调光器电路104接收ac输入电压VAC 102并且产生调光器输出电压VDO 106。调光器电路104可以用来限制传送到功率转换器100 的电压。在一个实施方案中，调光器电路104可以是相位调光电路，例如三端双向可控硅相位调光器。调光器电路104还耦合到整流器 108，并且调光器输出电压VDO 106由整流器108接收。
整流器108输出整流电压VRECT 109。在一个实施方案中，整流器 108可以是桥式整流器。整流器108还耦合到能量传递元件T1 110。在本发明的一些实施方案中，能量传递元件T1 110可以是耦合电感器 (coupled inductor)。在一些实施方案中，能量传递元件T1110可以是变压器。在另一个实施例中，能量传递元件T1 110可以是电感器。在图1的实施例中，能量传递元件T1 110包括两个绕组，即初级绕组 112和次级绕组114。然而，应理解，能量传递元件T1 110可以具有不止两个绕组。在图1的实施例中，初级绕组112可以被认为是输入绕组，且次级绕组114可被认为是输出绕组。初级绕组112还被耦合到开关S1 116，开关S1 116然后还被耦合到输入返回117。
另外，在图1的实施例中，箝位电路118被示出为被耦合在能量传递元件T1 110的初级绕组112的两端。滤波电容器CF 121可以并联耦合于初级绕组112和开关S1 116。换句话说，滤波电容器CF 121 可以耦合到整流器108和输入返回117。能量传递元件T1 110的次级绕组114被耦合到整流器D1 120。在图1的实施例中，整流器D1 120 被例示为二极管。然而，在一些实施方案中，整流器D1120可以是用作同步整流器的晶体管。在图1中输出电容器C1 122和负载124二者都被示出为被耦合到整流器D1 120。一个输出被提供给负载124，并且可以被提供为调节的输出电压VO 140、调节的输出电流IO 142或二者的组合。在一个实施方案中，负载124可以是发光二极管(LED)、 LED模块或LED阵列。
功率转换器100还包括电路系统以调节被例示为输出量UO 144的输出。一般来说，输出量UO 144是输出电压VO 140、输出电流IO 142 或二者的组合。检测电路126被耦合，以检测输出量UO 144并提供代表输出量UO 144的反馈信号UFB 146。反馈信号UFB 146可以是电压信号或电流信号。在一个实施例中，检测电路126可以从被包括在能量传递元件T1 110内的附加绕组检测输出量UO 144。在另一个实施例中，在控制器128和检测电路126之间可以有电流隔离(未示出)。电流隔离可以通过使用器件诸如光耦合器、电容器或磁耦合实现。在另一个实施例中，检测电路126可以利用分压器(voltage divider)从功率转换器100的输出检测输出量UO 144。
控制器128被耦合到检测电路126且从检测电路126接收反馈信号UFB 146。控制器128还包括用于接收电压检测信号148、电流检测信号152的端子和用于向功率开关S1 116提供驱动信号160的端子。在图1的实施例中，电压检测信号148可代表整流电压VRECT 109。然而，在其他实施例中，电压检测信号148可代表调光器输出电压VDO 106。电压检测信号148可以是电压信号或电流信号。电流检测信号 152可代表功率开关S1 116中的开关电流ID150。电流检测信号152 可以是电压信号或电流信号。另外，控制器128向功率开关S1 116提供驱动信号160以控制多种不同的开关参数，以控制从功率转换器 100的输入到功率转换器100的输出的能量传递。这样的参数的例子可包括功率开关S1 116的开关频率、开关周期、占空比或相应的接通 (ON)和断开(OFF)时间。
如图1的实施例中所示出的，控制器128包括驱动电路130、调光器传导探测电路132、可变参考发生器136和反馈参考电路138。驱动电路130被耦合为响应于反馈参考信号UREF 158来控制开关116的开关(通过驱动信号160)。另外，驱动电路130也可被耦合为响应于电流检测信号152。虽然在图1中示出了单个控制器，但应理解，功率转换器100可利用多个控制器。此外，驱动电路130、调光器传导探测电路132、可变参考发生器136和反馈参考电路138不需要在单个控制器内。例如，功率转换器100可具有耦合到功率转换器100的输入侧的初级控制器和耦合到功率转换器100的输出侧的次级控制器。调光器传导探测电路132、可变参考发生器136和反馈参考电路 138可被包括在次级控制器中，而驱动电路130可被包括在初级控制器中。反馈参考电路138的输出可通过通信链路，例如磁耦合，被发送到驱动电路130。
调光器传导探测电路132被耦合以生成代表调光器电路104的传导时间的传导信号。在一个实施例中，调光器传导探测电路132可被耦合以生成代表输入信号(例如VRECT109)在阈值(例如零伏特)之上的传导时间的传导信号。在所示的实施例中，调光器传导探测电路 132被耦合以从VRECT 109接收电压检测信号148且输出传导信号UCOND 154。调光器传导探测电路132也可以替代地接收电流检测信号152。在一个实施例中，可从电压检测信号148(或替代地，电流检测信号 152，或电压检测信号148和电流检测信号152两者)生成传导信号 UCOND 154，该传导信号代表由调光器电路104设定的调光量。
如图1中所示，反馈参考电路138可被耦合以接收反馈参考信号 UREF 158和反馈信号UFB 146。由驱动电路130接收反馈参考电路138 的输出。在一个实施例中，反馈参考电路128可以是放大器、跨导放大器或比较器。
在运行中，图1的功率转换器100从未调节的输入——例如ac输入电压VAC 102——提供输出功率到负载124。调光器电路104可以用来限制被传送到功率转换器的电压的量。对于LED负载的实施例，当调光器电路104限制被传送到功率转换器的功率的量时，所得到的、通过控制器128被传送到LED阵列负载的电流也被限制，并且LED阵列变暗。如上文提到的，调光器电路104可以是相位调光电路，例如三端双向可控硅调光器电路或金属氧化物半导体场效应晶体管 (“MOSFET”)调光器电路。对于前沿调光，当ac输入电压VAC 102与零电压交叉时，调光器电路104将ac输入电压VAC 102断开。在给定量的时间之后，调光器电路104将ac输入电压VAC 102与功率转换器 100重新连接。由使用者设定调光器电路将ac输入电压VAC 102重新连接之前的时间的量。对于后沿调光，当ac输入电压VAC 102与零电压交叉时，调光器电路104将输入连接到功率转换器。在由使用者设定的给定量的时间之后，调光器电路104然后对于该半循环的剩余部分将ac输入电压VAC 102断开。换句话说，调光器电路104可以中断 ac输入电压VAC 102的相位。根据期望的调光量，调光器电路104控制ac输入电压VAC 102从功率转换器100断开的时间的量。一般来说，较多的希望的调光对应于如下这样的较长的时间段：在该时间段内调光电路104将ac输入电压VAC 102断开。如将会进一步讨论的，可以通过测量如下这样的时间段确定相角：在所述时间段内调光电路104 将ac输入电压VAC 102断开。另一方面，可以通过测量调光器电路104 未将ac输入电压VAC 102断开的时间段确定传导角。
调光器电路104产生调光器输出电压VDO 106，该调光器输出电压 VDO 106由整流器108接收。整流器108产生整流电压VRECT 109。滤波电容器CF 121滤除来自开关S1 116的高频电流。对于另外的应用，滤波电容器CF 121可以足够大，使得大体dc电压被施加到能量传递元件T1 110。然而，对于带有功率因数校正(PFC)的电源，可以利用小滤波电容器CF 121，以允许施加到能量传递元件T1 110的电压大体上跟随整流电压VRECT 109。这样，可以选择滤波电容器CF 121的值，使得滤波电容器CF 121上的电压在ac输入电压VAC 102的每个半线循环期间达到大致零。或者换句话说，滤波电容器CF 121上的电压大体上跟随调光器输出电压VDO 106的正幅度。这样，通过检测滤波电容器 CF 121上的电压(或者换句话说，整流电压VRECT 109)，控制器128可以探测调光器电路104何时将ac输入电压VAC 102从功率转换器100 断开和重新连接。在另一个实施例中，通过检测开关电流ID 150，控制器128可以探测调光器电路104何时将ac输入电压VAC 102从功率转换器100断开和重新连接。在另一个实施例中，通过检测输入电流 (在一个实施例中，为在整流器108和滤波电容器121之间流动的电流)，控制器128可以探测调光器电路104将ac输入电压VAC 102从功率转换器100断开和重新连接。
开关功率转换器100利用能量传递元件T1 110在初级绕组112和次级绕组114之间传递电压。箝位电路118耦合到初级绕组112，以限制开关S1 116上的最大电压。响应于驱动信号160，开关S1 116 断开和闭合。一般地应理解，闭合的开关可以传导电流，并且被认为是接通的，而断开的开关不能传导电流，并且被认为是断开的。在一个实施例中，开关S1116可以是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在另一个实施例中，控制器128可以被实现为单片集成电路，或可以以分立电气部件或分立部件与集成部件的组合来实现。控制器128和开关S1 116可以形成被制造为混合集成电路或单片集成电路的集成电路的一部分。在运行中，开关S1 116的开关在整流器D1 120处产生脉冲电流。整流器D1120中的电流由输出电容器 C1 122滤波，以在负载124处产生大体上恒定的输出电压VO140、输出电流IO 142或者二者的组合。
检测电路126检测功率转换器100的输出量UO 144，以向控制器 128提供反馈信号UFB 146。反馈信号UFB 146可以是电压信号或电流信号，并且向控制器128提供关于输出量UO144的信息。此外，控制器 128接收传达(relay)开关S1 116中的开关电流ID 150的电流检测输入信号152。开关电流ID 150可以以多种方式检测，例如像通过分立电阻器两端的电压或当晶体管传导时该晶体管上的电压检测。此外，控制器128可接收传达整流电压VRECT 109的值的电压检测输入信号 148。整流电压VRECT 109可以以多种方式检测，例如像通过电阻分压器检测。
在一个实施例中，通过利用电压检测信号148所提供的整流电压 VRECT 109，或者通过电流检测输入信号152所提供的开关电流ID 150，或者二者的组合，控制器128可以确定相角或传导角。例如，控制器 128可测量调光器电路将ac输入电压VAC 102连接或从功率转换器断开的时间的长度。对于确定相角，控制器测量ac输入电压VAC 102大体上等于零的时间的长度。对于确定传导角，控制器测量ac输入电压 VAC 102大体上不等于零的时间的长度。所述时间的长度可以除以半线循环的时间的长度或全线循环的时间的长度以确定相角或传导角。
调光器传导探测电路132被耦合为响应于电压检测信号148、电流检测信号152或二者输出传导信号UCOND 154。传导信号UCOND 154可代表由调光器电路104设定的调光量。传导信号UCOND 154可以是带有变化长度的逻辑高段和逻辑低段的矩形脉冲波形。当调光器电路104 传导时(或换句话说，当ac输入电压未从功率转换器断开时)，传导信号UCOND 154可以是逻辑高，且当调光器电路不传导时(或换句话说，当ac输入电压从功率转换器断开时)，传导信号UCOND 154可以是逻辑低，或反之亦然。逻辑高段或逻辑低段的长度可相应于调光器电路104 传导或不传导的时间的量。
振荡器134被耦合以接收传导信号UCOND 154。如将进一步讨论的，振荡器134响应于传导信号UCOND 154生成系统时钟156。在一个实施例中，振荡器134从传导信号UCOND 154确定ac输入电压VAC 102的频率(或周期)。振荡器134然后设定系统时钟156的频率(或周期)，以使得系统时钟156在ac输入电压VAC 102的一个周期内脉动固定的次数。在一个实施例中，系统时钟156的频率是ac输入电压VAC 102 的频率的212倍。或换句话说，ac输入电压VAC 102的周期(也被称为全线循环TFL)是系统时钟156的周期TSYS的212倍。
可变参考发生器136还被耦合以接收系统时钟156和传导信号 UCOND 154，且输出反馈参考信号UREF 158到反馈参考电路138。如将进一步讨论的，在一些实施例中，可变参考发生器136在ac输入电压 VAC 102的多个半线循环内将传导信号UCOND 154取平均。在一个实施例中，可变参考发生器136在至少一个全线循环或两个半线循环内将传导信号UCOND 154取平均。换句话说，在一个实施例中，可变参考发生器136在偶数个半线循环内将传导信号UCOND 154取平均。可变参考发生器136还可确定是否将反馈参考信号UREF 158更新到大体上等于平均传导信号UCOND 154。
图2示出了ac输入电压202、调光器输出电压VDO 206以及整流电压VRECT 209的示例波形。具体地，图2示出了用于前沿三端双向可控硅调光的调光器输出电压VDO 206和所得到的整流电压VRECT 209。
一般来说，ac输入电压VAC 202是正弦波形，其中ac输入电压VAC 202的周期被称为全线循环TFL 311。数学上：VAC＝VPsin(2πfLt)，其中VP 207是ac输入电压VAC的峰值电压，并且fL是ac输入电压的频率。应理解，全线循环TFL 211是线频率fL的倒数，或者数学上：TFL＝1/fL。如图2中所示，ac输入电压202的全线循环TFL 211被表示为ac输入电压202的每隔一个零交叉之间的时间的长度。另外，半线循环THL 213 是线频率的两倍的倒数，或者数学上：如所示的，ac输入电压VAC 202的半线循环THL 213被表示为连续的零交叉之间的时间的长度。
对于前沿调光，当ac输入电压VAC 202与零电压交叉时，调光器电路104将ac输入电压VAC 202从功率转换器断开。在给定量的时间之后，调光器电路104将ac输入电压VAC 202与功率转换器100重新连接，从而调光器输出电压VDO 206大体上跟随ac输入电压VAC 202。换句话说，调光器电路104对于半线循环的一部分将ac输入电压202 断开以提供调光器输出电压VDO 206，从而限制供应到负载(例如LED 灯)的功率的量。整流器电路108将调光器输出电压VDO 206整流，从而提供如所示的整流电压VRECT 209。对于图2的实施例，整流电压VRECT 209的每个半线循环THL 213的开始大体上等于零电压，对应于调光器电路104将ac输入电压VAC 202从功率转换器断开时。当调光器电路 104将ac输入电压VAC 102重新连接到功率转换器时，整流电压VRECT 209 大体上跟随调光器输出电压VDO 206和ac输入电压VAC202的正幅度。或者数学上：VRECT＝|VDO|。
接下来参考图3A，示出了开关功率转换器100的整流电压VRECT 309、传导信号UCOND354以及系统时钟356的示例波形，包括全线循环 TFL 311、半线循环THL 313、峰值电压Vp307、开始时间tSTART 315、停止时间tSTOP 319、第一传导长度TC1353、第二传导长度TC2355以及系统周期TSYS 357。图3A示出了用于前沿调光器电路的示例整流电压 VRECT 309。
整流电压VRECT 309的每个半线循环THL 313的开始大体上等于零电压，对应于调光器电路104将ac输入电压VAC从功率转换器断开时。当调光器电路104将ac输入电压VAC重新连接到功率转换器时，整流电压VRECT 309大体上跟随ac输入电压VAC的正幅度。如所示出的，传导信号UCOND 354是矩形脉冲波形，当整流电压VRECT 309大体上不是零时，所述矩形脉冲波形为逻辑高值，且当整流电压VRECT 309大体上等于零时，所述矩形脉冲波形为逻辑低。传导信号UCOND 354可代表由调光器电路104设定的调光量。或换句话说，传导信号UCOND 354可代表调光器电路104的传导角或相角。在另一个实施例中，传导信号UCOND 354可以代表调光器电路传导(或输入从功率转换器的连接或断开)。在一个实施例中，可通过将整流电压VRECT309与一个阈(未示出)比较，生成传导信号UCOND 354。当整流电压VRECT 309大于所述阈时，传导信号UCOND 354可以是逻辑高，或当整流电压VRECT 309小于所述阈时，传导信号UCOND 354可以是逻辑低(反之亦然)。也可从电流检测信号 152生成传导信号UCOND 354。
系统时钟356是具有变化长度的逻辑高段和逻辑低段的矩形脉冲波形。系统时钟356的连续的上升沿之间的时间长度大体上等于系统周期TSYS 357。如所示出的，系统时钟356的频率fSYS比ac输入电压 VAC的线频率fL大得多。系统周期TSYS 357是该频率的倒数，这样，系统周期TSYS 357比ac输入电压VAC和整流电压VRECT 309的全线循环TFL 311短。图3A将系统时钟356以凹口的形式示出，以表明系统周期TSYS 357比全线循环TFL 311短。在一个实施例中，全线循环TFL 311是系统时钟156的系统周期TSYS 357的212倍。
如将讨论的，本发明的实施例确定调光器电路104在全线循环TFL 311内传导的时间的长度。在一个实施例中，上文所讨论的可变参考发生器136包括计数器，该计数器对传导信号UCOND 354是逻辑高(或反之亦然)的时间的长度计数。计数器可在全线循环TFL 311的开始处开始计数，全线循环TFL 311的开始被表示为开始时间tSTART 315，且计数器可在全线循环TFL 311的结束处停止计数，全线循环TFL 311的结束被表示为停止时间tSTOP 319。在一个实施例中，计数器对第一传导长度TC1 353和第二传导长度TC2 355计数。第一传导长度TC1353 和第二传导长度TC2 355的和可用来确定在全线循环TFL 311内的调光器电路传导时间。或换句话说，第一传导长度TC1 353和第二传导长度 TC2 355可用来确定在两个半线循环THL 313内的调光器电路传导时间。如将进一步讨论的，当传导信号UCOND 354是逻辑高时，计数器可增加其值。当传导信号UCOND 354是逻辑低时，计数器可不增加其值。替代地，当传导信号UCOND 354是逻辑低时，计数器可减小其值。应理解，在一全线循环或两个半线循环内，第一传导长度TC1 353和第二传导长度TC2 355可以不是相同的。在一些情况下，由于调光器电路的性质，调光器输出VDO(且因此，整流电压VRECT 309)在一全线循环或两个半线循环内可以是非对称的。例如，调光器电路可在由短传导时间跟随的长传导时间之间振荡。本发明的实施例可将偶数个半线循环内的传导时间取平均，以调节功率转换器的输出。这样，可减少非对称的调光器电路的效应。
可以由系统时钟356确定计数器增加的速度。控制器可固定全线循环TFL 311的总的可能计数。例如，全线循环TFL 311的总计数和开关时钟356的频率(或周期)与ac输入VAC(或全线循环TFL 311)的频率之间的比率有关。振荡器频率fSYS可以被选择为半线频率fHL或全线频率fFL的倍数，或者数学上：fOSC＝CfFL,C＞1，其中C是正整数。换句话说，全线循环TFL 311是系统周期TSYS 357的倍数，或者数学上：可选择每全线循环TFL 311的总计数C，以使得每计数的误差百分比在可接受的容差水平内。每全线循环TFL 311的总计数越大，每计数的误差百分比越小，或者数学上： 其中C是全线循环TFL 311的总计数。如果全线循环TFL 311的总计数等于100，则每计数的误差百分比是1％。如果全线循环TFL 311的总计数等于320，则每计数的误差百分比是0.31％。在一个实施例中，总计数C大体上是212或4096。
接下来参考图3B，示出了开关功率转换器100的整流电压VRECT 309、传导信号UCOND354以及系统时钟356的另外的示例波形，包括全线循环TFL 311、半线循环THL 313、峰值电压Vp 307、开始时间tSTART 315、停止时间tSTOP 319、第一传导长度TC1353、第二传导长度TC2355和系统周期TSYS 357。图3B示出了用于后沿调光器电路的示例整流电压 VRECT 309。图3B类似于图3A，然而，当ac输入电压VAC与零电压交叉时，调光器电路将输入连接到功率转换器，且在给定量的时间之后，调光器电路然后对于半线循环THL 313的剩余部分将ac输入电压VAC断开。在半线循环THL 313的开始处，整流电压VRECT 309大体上跟随 ac输入电压VAC的正幅度，直到调光器电路将ac输入电压VAC从功率转换器断开。整流电压VRECT 309的值然后下降到大体零电压，直到下一个半线循环的开始。换句话说，在半线循环THL 313的开始处，调光器电路是进行传导的且传导信号UCOND 354是逻辑高。
图4示出示例可变参考发生器436，其包括计数器462、更新控制单元464、运行平均单元466、参考寄存器472以及解码器和数-模转换器(DAC)单元474。在图4中，运行平均单元466还包括移位寄存器468和算术运算器(arithmetic operator)470。在图4中还示出的是传导信号UCOND 454、系统时钟456、计数值UCNT 463、寄存器输出信号UREG 469、平均信号UAVG471、更新控制信号465、计数参考信号 UCREF 473和反馈参考信号UREF 458。可变参考发生器436是图1中所示的可变参考发生器136的一个实施例。
在所示的实施例中，可变参考发生器436被耦合以接收传导信号 UCOND 454且响应于传导信号UCOND 454的第一传导时间(例如TC1353、 TC2355)生成计数值UCNT 463。为了生成计数值UCNT 463，计数器462 可在传导信号UCOND 454在一全线循环期间有效(assert)处在高逻辑电平时，针对每一个系统时钟增加。可变参考发生器436被耦合为响应于当前计数值UCNT 463(其可以是一个12位数)并响应于存储在可变参考发生器436内的先前计数值，输出反馈参考信号UREF 458。在图 4中，先前计数值代表传导信号UCOND 454的先前传导时间，且被存储在移位寄存器468内。如将进一步讨论的，示例可变参考发生器436 在ac输入电压VAC的多个全线循环内将计数值UCNT 463取平均。此外，可变参考发生器436还确定是否将反馈参考信号UREF 458更新至大体上等于平均传导信号UAVG 471。
计数器462被耦合以接收系统时钟456和传导信号UCOND 454。如上文所提到的，传导信号UCOND 454提供关于调光器电路是进行传导的 (即，将输入连接到功率转换器)还是不传导(即，将输入从功率转换器断开)的信息。计数器462通过传导信号UCOND 454确定调光器电路传导(或替代地，不传导)的时间的长度。例如，计数器462可以确定传导信号UCOND454是逻辑高(反之亦然)的时间的长度。计数器 462的一个实施例可以是二进制计数器。
计数器462可响应于系统时钟456而增加。或换句话说，该增加随着振荡器的系统时钟456的每一个循环系统周期TSYS发生。计数器 462可在全线循环TFL的开始处开始计数且在全线循环TFL的结束处结束计数。在另一个实施例中，计数器462可在半线循环THL的开始处开始计数且在半线循环THL的结束处结束计数。如由图3A和图3B中的开始时间和停止时间所示出的，计数器462随着传导信号UCOND 454的每隔一个上升沿或下降沿开始和停止计数。在一个实施例中，当传导信号UCOND 454是逻辑高时，计数器462增加其值。当传导信号UCOND454 是逻辑低时，计数器462可不增加其值。替代地，当传导信号UCOND 454 是逻辑低时，计数器462可减小其值。一旦计数器完成计数，计数器 462的内部值被输出作为计数值UCNT463，且该内部值被复位。在一个实施例中，计数器462可以是带有N个位的二进制计数器。例如，计数器462可以是12位计数器，且计数值UCNT 463是12位二进制字。可选地，可变参考发生器436可以包括有效性单元(未示出)，该有效性单元确定传导信号UCOND 454或计数信号UCNT 463是否是一全线循环内的传导时间的有效代表。有效性单元可以耦合在计数器462之前或之后，或包括在计数器462内。如果有效性单元确定了传导信号UCOND 454或计数信号UCNT 463是无效的，则计数器462不接收传导信号UCOND 454。或在另一个实施例中，计数信号UCNT 463不被输出到运行平均单元466。如果传导信号UCOND 454或计数信号UCNT 463是有效的，则计数器462接收传导信号UCOND 454或者计数信号UCNT 463被输出到运行平均单元466。
运行平均单元466被耦合以从计数器462接收计数值UCNT 463。虽然未示出，但运行平均单元466还被耦合以接收系统时钟456。运行平均单元466生成当前计数值UCNT 463和一个量的先前计数值UCNT 463 的集中趋势值(例如，平均值、加权平均值、中值(median)、模态(mode))。在一个实施例中，运行平均单元466被耦合以生成为8个全线循环TFL内的计数值UCNT 463的平均值的平均信号UAVG 471。在另一个实施例中，运行平均单元466被耦合以生成为2个半线循环THL (或一个全线循环TFL)内的计数值UCNT 463的平均值的平均信号UAVG471。图4中的运行平均单元466包括移位寄存器468，移位寄存器468 被耦合以从计数器462接收并保存计数值UCNT 463。在一个实施例中，移位寄存器468可以是M长度的N位移位寄存器。或换句话说，移位寄存器468可以存储来自M个半线循环THL或全线循环TFL的计数值UCNT463。算术运算器470接收移位寄存器的输出(寄存器输出UREG 469)。在一个实施例中，算术运算器将M个存储的计数值UCNT中的每个相加然后除以M，以生成平均信号UAVG 471。将关于图5进一步讨论运行平均单元466的一特定实施例。本领域技术人员应理解，除了移位寄存器可以用于从当前计数值和先前计数值生成集中趋势值，运行平均单元466只是生成集中趋势值和逻辑的一个实施例。在一个实施方案中，被配置为以固件运行集中趋势算法的微控制器被用作运行平均单元 466，以生成集中趋势值。
参考寄存器472被耦合以从计数器462接收计数值UCNT 463，从运行平均单元466接收平均信号UAVG 471以及从更新控制单元464接收更新控制信号465。参考寄存器472的内部值被输出作为计数参考信号UCREF 473。参考寄存器472可选择当前计数值UCNT 463而非平均信号UAVG 471作为计数参考信号UCREF 473。在一个实施例中，当运行平均单元466的移位寄存器468未满时，参考寄存器472在启动条件期间选择当前计数值UCNT 463而非平均信号UAVG471。参考寄存器472还响应于更新控制信号465更新计数参考信号UCREF 473。当更新控制信号465向参考寄存器472指示更新时，计数参考信号UCREF 473被更新至大体上等于平均信号UAVG 471。在另一个实施例中，可由解码器和 DAC 474接收平均信号UAVG 471，而不使用更新控制单元464和参考寄存器472。
更新控制单元464被耦合以从计数器462接收计数值UCNT 463以及从参考寄存器472接收计数参考信号UCREF 473。如将关于图6进一步详细讨论的，更新控制单元464将计数值UCNT 463与计数参考信号 UCREF 473作比较。更新控制单元464被耦合以当满足某些条件时，用集中趋势值(例如，平均信号UAVG 471)更新参考寄存器472。在一个实施例中，如果对于给定量的(例如，16个)连续的全线循环TFL计数值UCNT 463在计数参考信号UCREF 473之上或之下，则更新控制单元 464使更新控制信号465有效(这导致用平均信号UAVG 471更新参考寄存器)。此外，如果计数值UCNT 463和计数参考信号UCREF 473之间的差足够大，则更新控制单元464可更快使更新控制信号465有效。在另一个实施例中，计数值UCNT 463和计数参考信号UCREF 473之间的差越大，更新控制单元464越快使更新控制信号465有效。
解码器和DAC单元474被耦合以从参考寄存器472接收计数参考信号UCREF 473，且将数字计数参考信号UCREF 473转换成模拟反馈参考信号UREF 458。此外，解码器和DAC 474处理计数参考信号UCREF 473，以将计数参考信号UCREF 473的数字值映射为反馈参考信号UREF458的模拟值。例如，计数参考信号UCREF 473可以代表调光器电路传导时间。传导时间越小，期望的调光越多。在此实施例中，解码器和DAC 474 可以保持反馈参考信号UREF 458，直到计数参考信号UCREF 473小于一个阈。然后反馈参考信号UREF 458可随着计数参考信号UCREF473减小而减小。应理解，减小的速率可以变化，且可以是线性的或非线性的。
图5示出了运行平均电路566，其包括开关S2582、移位寄存器 568和算术运算器570。如所示出的，移位寄存器568可以包括M个寄存器576、577和578。算术运算器570可以包括加法器579、寄存器 580和除法器581。图5中还示出的是系统时钟556、计数值UCNT 563、寄存器输出信号UREG 569、平均信号UAVG 571、和控制信号583、加和信号USUM 584和复位信号585。运行平均电路566、移位寄存器568以及算术运算器570是图4中所示的运行平均电路466、移位寄存器468 以及算术运算器470的一个实施例。应理解，这是生成计数值UCNT 563在一时间段内的运行平均值的一个实施例。
开关S2582被耦合以接收计数值UCNT 563。在一个实施例中，开关S2582是三端子开关。当开关S2582处于位置1时，由移位寄存器576接收计数值UCNT 563。具体地，在第一寄存器576的D输入处接收计数值UCNT 563。然而，当开关S2582处于位置2时，移位寄存器568(和运行平均电路566)被断开不接收计数值UCNT 563(或换句话说，从计数器断开)。相反，移位寄存器568接收其自己的输出。如所示出的，第一寄存器576的D输入被耦合以接收第M寄存器578的Q 输出(或换句话说，寄存器输出信号UREG 569)。由和控制信号583控制开关S2582。该和控制信号是带有逻辑高段和逻辑低段的矩形脉冲波形。在一个实施例中，逻辑高段的长度大体上等于系统时钟周期TSYS的M倍，其中M是存储M个全线循环TFL内的M个计数值UCNT的寄存器的个数。在一个实施例中，开关S2582转变到位置2，以使得算术运算器570可以将存储在寄存器576、577和578内的M个计数值UCNT求和。
移位寄存器568包括级联在一起的M个寄存器576、577和578。在一个实施例中，寄存器576、577和578中的每个是N位寄存器。如所示出的，第一寄存器576的D输入被耦合到开关S2582，且可以接收计数值UCNT 563或寄存器输出UREG 569。第一寄存器576的Q输出被耦合到第二寄存器577的D输入，依此类推，直到第M-1寄存器(未示出)的Q输出被耦合成由第M寄存器578的D输入接收。第M寄存器578的Q输出是寄存器输出UREG 569。寄存器576、577和578中的各个还被耦合以在它们各自的时钟输入处接收系统时钟556。在一个实施例中，寄存器576、577和578中的各个被耦合以存储M个全线循环TFL内的计数值UCNT 563。例如，移位寄存器568可在一全线循环TFL期间接收计数值UCNT 563且将计数值UCNT 563存储在第一寄存器576 内。在下一个全线循环，存储在第一寄存器576内的计数值UCNT 563 然后被传递到第二寄存器577，并且新的计数值UCNT 563被存储在第一寄存器576内。换句话说，可以为M个全线循环TFL存储计数值UCNT 563。寄存器576、577和578响应于系统时钟556更新和存储它们的值。
对于示出的实施例，加法器579被耦合以接收移位寄存器578的输出(寄存器输出UREG 569)。加法器579还被耦合以从寄存器580的 Q输出接收加和信号USUM 584。寄存器580的D输入被耦合以接收加法器579的输出。如所示出的，寄存器580还被耦合以接收将寄存器580 的内部值复位的复位信号585。寄存器580还被耦合以响应于在其时钟输入处接收的系统时钟556而被更新。除法器581被耦合以接收加和信号USUM 584且输出平均信号UAVG 571。
在运行中，当运行平均电路566在计算存储在移位寄存器568内的计数值UCNT的平均值时，开关S2582被设定到位置2达M个系统周期，MTSYS。最初地，将寄存器580复位至大体零。或换句话说，加和信号USUM 584大体上等于零。对于开关S2582处于位置2之后的第一系统周期TSYS，加法器579将存储在第M寄存器578内的计数值UCNT的值与加和信号USUM 584(其大体上为零)求和。存储在寄存器580内的值于是大体上等于最初存储在第M寄存器578内的计数值UCNT的值。在开关S2582处于位置2之后的第二系统周期TSYS，移位寄存器568 将每个存储的计数值UCNT移位到下一个寄存器。最初存储在第M寄存器内的计数值UCNT的值然后被存储到第一寄存器576，并且最初存储在第M-1寄存器(未示出)内的计数值UCNT的值现在被存储在第M寄存器578内，依此类推，直到最初存储在第一寄存器576内的计数值UCNT的值被存储在第二寄存器577内。同时，加法器579现在正将寄存器输出569(代表最初存储在第M-1寄存器内的计数值UCNT的值)与加和信号USUM 584(代表最初存储在第M寄存器578内的计数值UCNT的值) 求和。加法器的输出现在是最初存储在第M寄存器578内的计数值UCNT的值与最初存储在第M-1寄存器(未示出)内的计数值UCNT的值之和。该过程持续达总共M个系统周期，MTSYS，直到加和信号USUM 584是最初存储在移位寄存器568的各个寄存器(576、577和578)内的计数值UCNT的所有值之和。替代地，加法器579可以具有接收M个寄存器 (576、577和578)中的各个的Q输出的M个输入，且可以将各个并联的寄存器的输出相加，以生成为最初存储在移位寄存器568的各个寄存器(576、577和578)内的计数值UCNT的所有值的和的加和信号USUM 584。
加和信号USUM 584然后由除法器581除以M，以生成平均信号UAVG 571。在一个实施例中，计数值UCNT 563、寄存器输出UREG 569以及加和信号USUM 584是数字字。通过丢弃加和信号USUM 584的log2M个最低有效位(LSB)可以完成将一数字字除以M。在一个实施例中，M大体上等于8。为了除以8，丢弃3个最低有效位。
图6示出更新控制单元664，其包括数字比较器686、符号检查单元689、计数器690和阈值比较器691。图6中还示出的是计数值UCNT 663、计数参考信号UCREF 673、更新信号665、符号信号USIGN 687和速度信号USPEED 688。更新控制单元664是图4中所示的更新控制单元464 的一个实施例。
数字比较器686被耦合以接收计数值UCNT 663和计数参考信号UCREF 673。在一个实施例中，计数值UCNT 663和计数参考信号UCREF 673二者都是N位数字字。在一个实施例中，数字比较器686将计数值UCNT 663 与计数参考信号UCREF 673作比较，且响应于该比较输出符号信号USIGN 687和速度信号USPEED 688。
在一个实施例中，符号信号USIGN 687代表计数值UCNT 663是否大于计数参考信号UCREF 673，且反之亦然。例如，如果计数参考信号UCREF 673大于计数值UCNT 663，则符号信号USIGN 687可以是数字零，或者如果计数值UCNT 663大于计数参考信号UCREF 673，则符号信号USIGN 687 可以是数字1，或者反之亦然。
速度信号USPEED 688可以代表计数值UCNT 663与计数参考信号UCREF 673之间的差。在一个实施例中，速度信号USPEED 688可以代表计数值 UCNT 663与计数参考信号UCREF 673之间的差的绝对值。速度信号USPEED 688 然后可以向计数器690指示使其内部值增加(或减小)多少。在一个实施例中，计数值UCNT 663与计数参考信号UCREF 673之间的差越大，速度信号USPEED 688可以指示计数器690增加(或减小)的值越大。在另一个实施例中，如果计数值UCNT663与计数参考信号UCREF 673之间的差小于一固定值，则速度信号USPEED 688可以指示计数器690增加(或减小)第一值。如果计数值UCNT 663与计数参考信号UCREF 673之间的差大于一固定值，则速度信号USPEED 688可以指示计数器690增加(或减小)第二值。第二值可以大于第一值。
其中当UCNT 663与UCREF 673之间的差是大量的(大于所述固定值) 时USPEED 688使计数器690增加的实施例允许快速响应于来自使用者的明显调光调整。例如，如果UCNT 663和UCREF 673具有值1000，且接下来两个连续的UCNT 663值是3000，则UCNT 663的大变化是由于噪声而引起的是不太可能的。相反，可能的是，使用者期望一显著调光变化，且由于UCNT663(值3000)与UCREF 673(值1000)之间大的差，USPEED 688 可以导致计数器690增加4(而非通常地增加1)。计数器690的此更快的增加允许计数器690达到阈值比较器691的阈，且最终允许控制器128更快地响应于使用者的调整。
符号检查689接收符号信号USIGN 687，且如果计数值UCNT 663与计数参考信号UCREF673之间的比较的符号改变或与先前的符号信号 USIGN 687相反，则向计数器690输出一复位信号。例如，如果在一个全线循环TFL内计数值UCNT 663大于计数参考信号UCREF 673且然后在下一个全线循环TFL内计数参考信号UCREF 673大于计数值UCNT 663，则符号检查689将计数器690复位到零。
阈值比较器691被耦合以接收计数器690的值。阈值比较器691 将计数器690的值与一阈作比较。在一个实施例中，如果计数器690 大于该阈，则阈值比较器691使更新信号665有效，这导致用平均信号UAVG 471更新参考寄存器472。
在一个实施例中，阈值比较器691的阈是十六。在此实施例中，如果USPEED 688仅使计数器690增加一次，则最近十六个连续的计数值 UCNT 663将必须全部在UCREF 673之上或全部在UCREF 673之下，以达到阈十六。如果先前十六个计数值UCNT 663既具有在UCREF 673之上又具有在UCREF 673之下的值，则符号检查689会将计数器690复位且它不会达到阈8。如果使用者实际上正向上或向下调整调光信号，则对于连续的必要个数的(例如，十六个)计数值UCNT 663，计数值UCNT 663 应当最终稳定在UCREF 673之上或之下，以使计数器690能够达到该阈，且导致用UAVG 471更新参考寄存器472。
图7是示出了根据本发明的一实施例的用于响应于调光器电路改变反馈参考的示例过程700的流程图。一些或者所有处理块在过程700 中出现的顺序不应被视为限制性的。相反，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将理解，一些所述处理块可以以未示出的各种顺序执行，或者甚至可以并行执行。
在处理块710中，生成代表输入信号(例如，VRECT 109)的传导时段的传导信号(例如，传导信号UCOND 454)，该传导信号可以是调光信号。在块720中，该过程确定传导信号UCOND是否是有效信号。如果该传导信号无效，则该过程回到块710。如果传导信号有效，则该过程继续到块725。在一个实施例中，如果在一全线循环或一半线循环内调光器电路将该输入连接和从功率转换器断开的频率大于所预期的，则传导信号被确定为无效。这可以通过在一全线循环或一半线循环内检测调光器输出电压的阈交叉的个数来确定。在处理块725中，基于传导信号的当前传导时段，生成计数值(例如，计数值UCNT 463)。在处理块740中，基于针对当前传导时段的计数值和由先前传导时段生成的先前计数值，生成集中趋势值。在一个实施例中，集中趋势数是当前传导时段的当前计数值与紧接在该当前计数值之前连续地生成的先前七个计数值(来自先前七个传导时段)的平均数。在处理块750 中，响应于将当前计数值与当前参考计数(例如，计数参考信号UCREF 473)作比较来更新更新计数。在图6中，由数字比较器686经由速度信号USPEED 688更新计数器690中的更新计数。在过程700的一个实施例(未示出)中，如果当前计数值和一个量的(例如，7个)先前计数值不在当前参考值的相同侧(即，全在当前参考值之上或之下)，则将更新计数复位。应理解，在一个实施例中，可以在重叠的时间段内 (同时)实施/执行处理块740和750。或者，可以先于处理块750实施/执行处理块740，或者反之亦然。如果计数值大于一个阈(处理块 780)，则用集中趋势值更新当前参考计数(处理块790)。可以通过用集中趋势值更新参考寄存器(例如，参考寄存器472)来更新当前参考计数。如果计数值小于上述阈(处理块780)，则过程700返回到处理块710。
本公开内容的实施例和过程700的潜在优势包括，比常规控制器提供更稳定的调光控制。例如，控制器128确定调光器传导时段，而不是依赖于ac输入电压。ac输入电压易受暂时性噪声和/或区域性/ 全国性电压变化影响，所述暂时性噪声和/或区域性/全国性电压变化可负面影响依赖于测量ac输入电压的调光控制器。换句话说，如果调光控制器基于ac输入电压的波动将光源调暗/增亮，则ac输入电压变化可导致不期望的调光、增亮或甚至光源(例如，LED光源)的闪烁。相反，即使有ac输入电压波动，调光器传导时段(例如，由三端双向可控硅调光生成)也保持相对恒定。因此，根据本发明的教导测量调光器传导时段而不是测量ac输入电压来确定调光水平，可以提供期望的调光水平的更稳定的指示器。
本发明的另一个方面通过利用当前传导时段和过去的传导时段的集中趋势值(例如，平均值)来确定调光控制，提供更稳定和准确的调光控制。这可以有效地滤除输入上的噪声，以使得该噪声不会不利地影响光源的调光(例如，使其闪烁)。
图8是根据本发明的一实施例的图1的控制器的振荡器的功能方块图。如所示出的，振荡器834包括循环计数计算器892、时钟频率调整器894和时钟频率发生器896。应理解，振荡器834和系统时钟 856分别是振荡器134和系统时钟156的实施例。如将进一步讨论的，对于本发明的实施方案，振荡器834调整系统时钟信号856的频率(或换句话说，周期)，以使得对于ac输入电压VAC 102的每一个全线循环 TFL，时钟信号的循环计数K是大体上恒定的，而不论ac输入电压VAC 102 的频率的变化。例如，在英国ac输入电压VAC 102的频率是50赫兹(Hz)，而在美国ac输入电压VAC 102的频率是60Hz。然而，因为振荡器834 提供大体上恒定的循环计数K而不论ac输入电压VAC 102的频率，所以控制器128在这两个国家均可使用。在一个实施方案中，K是4096，且对于每个全线循环TFL振荡器834生成具有4096个脉冲的系统时钟 856。
在运行中，振荡器834响应于传导信号UCOND 854输出系统时钟信号856。循环计数计算器892在传导信号UCOND 854处于逻辑高时计数，且生成计数信号893。时钟频率调整器894被耦合以接收计数信号893，且确定计数是比预期的计数高还是低。根据计数信号893，时钟频率调整器894确定VAC 102是第一频率(例如，50Hz)还是第二频率(例如，60Hz)，且相应地输出频率调整信号FADJ 895。在一个实施例中，时钟频率调整器894可以包括数-模转换器DAC，该数-模转换器DAC 接收为数字值形式的计数信号893且输出为模拟值形式的频率调整信号FADJ 895。在一个实施例中，频率调整信号FADJ 895可以是具有响应于计数信号893而确定的值的电流。
时钟频率发生器896被耦合以接收频率调整信号FADJ 895，且作为响应输出系统时钟信号856。如果频率调整信号FADJ 895指示VAC 102 的频率是第一频率(例如，50Hz)，则时钟频率发生器896在第一频率的一全线循环内输出K个系统时钟脉冲。如果频率调整信号FADJ 895 指示VAC 102的频率是第二频率(例如，60Hz)，则时钟频率发生器896 在第二频率的一全线循环内输出K个系统时钟脉冲。本质上，系统时钟信号856的频率被调整成使得，系统时钟信号856的循环计数K保持与ac输入电压VAC 102同步。在一个实施例中，时钟频率发生器896 可以是可变频率振荡器、电流控制振荡器、电压控制振荡器、数字控制振荡器等。
对本发明的所示出的实施例的以上描述，包括摘要中描述的内容，并不旨在是穷举性的或是对所公开的确切形式进行限制。尽管出于例示目的在本文中描述了本发明的特定实施方案和实施例，但是在不偏离本发明的较宽泛的精神和范围的前提下，多种等同改型是可能的。实际上，应理解，特定的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等被提供是出于解释目的，且根据本发明的教导，在其它实施方案和实施例中也可以使用其他值。

Claims (23)

1.一种用于功率转换器的控制器，所述控制器包括：
传导探测电路系统，被耦合以生成代表一个输入信号在一个阈值之上的传导时间的一个传导信号；以及
一个可变参考发生器，被耦合以接收所述传导信号且被配置为响应于所述传导信号的第一传导时间生成一个计数值，其中所述可变参考发生器被耦合为响应于所述计数值且响应于存储在所述可变参考发生器内的先前计数值输出一个参考信号，所述先前计数值代表所述传导信号的先前传导时间，且其中所述参考信号用于控制被耦合以调节所述功率转换器的输出的一个开关，其中所述可变参考发生器包括：
平均电路系统，被耦合为响应于所述计数值和一个数量的先前计数值生成一个集中趋势值；以及
更新电路系统，被耦合以当所述计数值和一给定量的先前计数值全部都在存储在一个参考寄存器内的一个计数参考值之上或之下时用所述集中趋势值更新所述参考寄存器。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述更新电路系统包括：
一个数字比较器，被耦合为响应于将所述计数值与所述计数参考值作比较生成一个速度信号；
一个计数器，被耦合为响应于所述速度信号而增加或减小；
符号检查电路系统，被耦合为响应于从所述数字比较器接收一个如下符号信号而将所述计数器复位：所述符号信号不同于从所述数字比较器接收的一个先前的符号信号；以及
阈值电路系统，被耦合为响应于所述计数器达到一个阈计数值输出一个更新信号，其中所述更新信号允许用来自所述平均电路系统的所述集中趋势值更新所述参考寄存器。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中所述数字比较器响应于所述计数值与所述计数参考值之间的差的绝对值改变所述速度信号。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述可变参考发生器还包括传递电路系统，所述传递电路系统被耦合为响应于接收所述计数参考值输出所述参考信号。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述一个数量的先前计数值的数量和所述给定量是相同的整数。
6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述可变参考发生器包括：
级联的移位寄存器，用于存储所述一个数量的先前计数值，其中所述级联的移位寄存器中的一个第一移位寄存器被耦合以接收所述计数值；以及
一个算术电路系统，被耦合到所述级联的移位寄存器以生成所述计数值和所述一个数量的先前计数值的一个集中趋势值，其中基于所述集中趋势值更新所述参考信号。
7.根据权利要求1所述的控制器，其中所述输入信号是一个调光信号，且其中所述传导时间对应于所述调光信号的传导角。
8.根据权利要求1所述的控制器，还包括一个振荡器，所述振荡器被耦合为响应于所述传导信号生成一个系统时钟，其中所述可变参考发生器被耦合以接收所述系统时钟，所述系统时钟具有比所述传导信号大得多的频率。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述振荡器被配置为响应于所述输入信号的频率生成所述系统时钟。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述可变参考发生器包括一个计数器，所述计数器被耦合为响应于接收所述系统时钟和所述传导信号输出为一个数字计数值的形式的所述计数值。
11.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器和所述开关被包括在一个集成电路内。
12.根据权利要求1所述的控制器，还包括：
一个驱动电路，被耦合为响应于所述参考信号控制所述开关的开关。
13.根据权利要求1所述的控制器，其中所述可变参考发生器被配置为响应于所述传导信号的所述第一传导时间和一第二传导时间的平均值生成所述计数值。
14.一种运行功率转换器的控制器的方法，所述方法包括：
接收一个调光信号；
生成代表所述调光信号的传导时段的一个传导信号；
响应于基于所述调光信号的所述传导时段的一第一传导时段和先前传导时段的一个集中趋势值输出一个参考信号，其中所述先前传导时段是紧接在所述第一传导时段之前被连续地接收的；
响应于所述第一传导时段生成一个计数值；以及
基于所述计数值和响应于所述先前传导时段生成的先前计数值生成所述集中趋势值。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：当所述计数值和一个数量的所述先前计数值全部都在一个计数参考值之上或之下时，用所述集中趋势值更新所述计数参考值。
16.根据权利要求15所述的方法，其中更新所述计数参考值包括：
将所述计数值与所述计数参考值作比较；
响应于将所述计数值与所述计数参考值作比较生成一个速度信号；
响应于所述速度信号增加或减小一个计数；
如果所述计数参考值在所述计数值和一个紧接在所述计数值之前的另一计数值之间，将所述计数复位；以及
如果所述计数达到一个阈计数值，用所述集中趋势值更新所述计数参考值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述速度信号响应于所述计数值和所述计数参考值之间的一个绝对值差而变化。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：当所述计数值和一个计数参考值之间的绝对值差大于一个特定值时，用所述集中趋势值更新所述计数参考值。
19.根据权利要求14所述的方法，还包括响应于所述参考信号控制一个开关，其中所述开关被耦合以调节所述功率转换器的输出。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述传导时段对应于所述调光信号的传导角。
21.根据权利要求14所述的方法，还包括：
确定所述传导信号是否是一个有效传导信号；以及
当所述传导信号有效时，生成所述集中趋势值。
22.一种开关模式功率转换器，包括：
一个开关；
一个能量传递元件，被耦合到所述开关且被耦合以接收一个调光信号；以及
一个控制器，被耦合到所述开关以响应于所述调光信号调节所述功率转换器的输出，其中所述控制器包括：
传导探测电路系统，被耦合以生成代表所述调光信号在一个阈电压之上的传导时间的一个传导信号；
一个可变参考发生器，被耦合以接收所述传导信号且被配置为响应于所述传导信号的第一传导时间生成一个计数值，其中所述可变参考发生器被耦合为响应于所述计数值且响应于存储在所述可变参考发生器中的先前计数值输出一个参考信号，所述先前计数值代表所述传导信号的先前传导时间；其中所述可变参考发生器包括：
平均电路系统，被耦合为响应于所述计数值和一个数量的所述先前计数值生成一个集中趋势值；以及
更新电路系统，被耦合以当所述计数值和一给定量的所述先前计数值全部都在存储在一个参考寄存器内的一个计数参考值之上或之下时用所述集中趋势值更新所述参考寄存器；以及
一个驱动电路，被耦合为响应于所述参考信号控制所述开关的开关。
23.根据权利要求22所述的开关模式功率转换器，其中所述更新电路系统包括：
一个数字比较器，被耦合为响应于将所述计数值与所述计数参考值进行比较生成一个速度信号；
一个计数器，被耦合为响应于所述速度信号而增加或减小；
符号检查电路系统，被耦合为响应于从所述数字比较器接收一个如下符号信号而将所述计数器复位：所述符号信号不同于从所述数字比较器接收的一个先前的符号信号；以及
阈值电路系统，被耦合为响应于所述计数器达到一个阈计数值而输出一个更新信号，其中所述更新信号允许用来自所述平均电路系统的所述集中趋势值更新所述参考寄存器。
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