CN104813742A - 电源电压管理 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于固态光源的驱动电路。特别是，本发明涉及启动和/或维持用于驱动电路的集成电路的电源电压。描述了用于固态光源(309)的驱动电路(300)。驱动电路(300)包括开关电源转换器，开关电源转换器包括电源转换开关(202)和变压器(307)。开关电源转换器用于将在开关电源转换器(200)的输入端的输入电压(230)转换成开关电源转换器的输出端的输出电压(231)。此外，该驱动电路(300)包括控制器(306)，控制器用于生成栅极控制信号(232)，以使电源转换开关(202)进入导通状态和/或断开状态。此外，该驱动电路(300)包括电源电压电容(310)，电源电压电容与控制器(306)耦合并用于提供电源电压给控制器(306)。变压器(307)的初级线圈(314)与电源转换开关(202)串联，变压器(307)的次级线圈装置(313，315)用于提供输出电压(231)，次级线圈装置(313，315)通过电源电压晶体管(350)耦合到电源电压电容(310)，以及电源电压晶体管(350)被控制使得电源电压电容器(310)提供的电源电压位于预定电压区间内。

Description

电源电压管理
技术领域
本发明涉及用于固态光源的驱动电路。特别是，本发明涉及启动和/或维持用于驱动电路的集成电路的电源电压。
背景技术
接通灯泡组件的市电电源之后，启动灯泡组件的驱动电路，特别是启动该驱动电路的控制芯片通常需要用于驱动电路的附加元件。附加元件增加对整体功率损耗和驱动电路的额外材料成本。特别是与切相调光器一起使用时，控制器芯片的电源通常要求电源电压电容的电容值相对高，以在任何时候维持平滑和稳定的电源电压Vcc。使用高电容可导致更长的启动时间，或者可导致使用更高的启动电流。这可能会降低系统的效率，并可能导致启动电阻的费用增加。
本发明提出上面提到的与启动和维持用于驱动电路的集成电路(IC)如控制器的电源电压相关的技术问题。
发明内容
根据一方面，描述了一种用于固态光源(如LED或OLED光源)的驱动电路。该驱动用于将从市电获得的能量提供给光源。例如可提供由驱动电路产生的驱动电压或驱动电流给光源。该驱动电压例如可对应于固态光源的导通电压。该驱动电流可用于控制光源的亮度级。
驱动电路可包括开关电源转换器，该开关电源转换器包括电源转换开关。该电源转换器可包括一个或多个：反激转换器、降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器、以及单端初级电感转换器。在更一般的术语中，电源转换器可以包括或可以是基于电感的电源转换器。电源转换开关可以包括晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管。开关电源转换器可用于将在开关电源转换器的输入端的输入电压转换成开关电源转换器的输出端的输出电压。输出电压可例如对应于提供给光源的驱动电压。
驱动电路可包括控制器，控制器用于生成栅极控制信号，以使电源转换开关进入导通状态和/或断开状态。控制器可实施为集成电路(IC)。电源转换开关可在随后的导通状态和断开状态之间交替，从而形成随后的导通期间和断开期间。导通期间和随后的断开期间可称为换向周期。控制器可以换向周期率(在100kHz的范围内)和占空比(指定导通期间的持续时间和换向周期的持续时间之间的比率)操作该电源转换开关。
驱动电路可包括电源电压电容，该电源电压电容与控制器连接并用于提供电源电压给控制器。电源电压电容可用电能进行充电，该电能用于操作控制器。电源电压应当通常位于预定电压区间内，以确保控制器的稳定和安全操作。
如上面指出的，开关电源转换器可包括电感。特别是，开关电源转换器可包括变压器。变压器的初级线圈可与电源转换开关串联。这样，电源转换开关可控制流过初级线圈的电流。流过初级线圈的电流可例如使用电流感应装置进行测量，该电流感应装置包括例如分流电阻，该分流电阻与电源转换开关和初级线圈串联。
此外，变压器可包括次级线圈装置，该次级线圈装置用于提供输出电压。该初级线圈和次级线圈装置可以电磁方式耦合。次级线圈装置可包括次级线圈。该初级线圈、次级线圈和电源转换开关可以是反激转换器的一部分。特别地，该次级线圈可与次级开关如次级二极管串联，从而次级线圈相对于初级线圈操作于反激模式。这可通过适当选择初级线圈和次级线圈的各个极性和次级二极管的偏置方向来实现。
此外，次级线圈装置通过电源电压晶体管(在这里也称为电源电压开关)耦合到电源电压电容。次级线圈装置包括通过电源电压的晶体管耦合到电源电压电容的辅助线圈。变压器的初级线圈和辅助线圈可以电磁方式耦合。电源电压晶体管或开关可以是控制器的内部功率开关。特别地，辅助线圈可与控制器(如控制芯片)的第一引脚耦合和电源电压电容可与控制器的第二引脚耦合。控制器的第一引脚和第二引脚可通过内部电源电压晶体管在控制器内部连接。
电源电压晶体管可操作于线性模式，从而电源电压晶体管呈现出限流和可调节的导通电阻。可替代地或另外，电源电压晶体管可与限流电阻器或一些其它限流元件串联，以限制到电源电压电容的电流。通过这样做可避免流向电源电压电容的电流峰。
电源电压晶体管可以被控制，使得由电源电压电容提供的电源电压位于预定电压区间内。预定电压区间可以是这样的，它保证了控制器和/或驱动电路的可靠和安全的操作。驱动电路可包括电压感应装置(例如，分压器，可能在控制器内部)，电压感应装置用于提供电压电容上的电压降的表示，即电源电压的表示。由电压感应装置所提供的信号可以被称为感应电压信号。当感应电压信号达到较低的电压阈值时，所述控制器可用于接通电源电压晶体管(并且由此对电源电压电容进行再充电)，并且当感应电压信号达到较高的电压阈值时，所述控制器可用于断开电源电压晶体管(并由此中断对供电电压电容器进行再充电)。较低和较高的电压阈值通常位于或定义预定电压区间。
这样，该变压器(并且特别是辅助线圈)可用于通过电源电压晶体管提供和维持电源电压。可以控制电源电压晶体管，以将电源电压维持在预定电压区间内，从而保证了驱动电路的可靠和安全的操作。此外，辅助线圈和电源电压晶体管确保电源电压的能量效率的维持。此外，辅助线圈也可用于测量目的(例如，用于测量流过电源转换开关的电流)，从而降低了驱动电路的元件的数量。
辅助线圈可与辅助开关例如辅助二极管串联，，使得辅助线圈相对于初级线圈中操作于正向模式。这可通过适当选择初级线圈和次级线圈的各个极性和辅助二极管的偏置方向来实现。如果辅助线圈操作于正向模式和次级线圈操作于反激模式，(由辅助线圈提供的)到电源电压电容的电流(称为IC电流)在电源转换开关的导通期间提供，而(由次级线圈提供的)到光源的电流(称为LED电流)在电压转换开关的断开期间提供，从而确保IC电流不影响LED电流。另一方面，在电源功率转换开关的导通期间流过电源转换开关的电流通常由附加的IC电流偏移。此偏移可能影响电源转换开关的调节，从而影响LED电流。
可替代地，辅助线圈可与辅助开关如辅助二极管串联，使得该辅助线圈相对于初级线圈操作于反激模式。如果辅助线圈操作于反激模式和次级线圈也操作于反激模式，IC电流和LED电流在电源转换开关的断开期间提供。这样，IC电流通常影响LED电流。
因此，通过辅助线圈给电源电压电容提供IC电流通常影响(直接或间接)LED电流。驱动电路可用于补偿这些影响，从而确保了稳定LED电流的提供(即由此避免闪烁效果)。具体地，控制器可用于控制电源转换开关处于交替的导通期间(其中电源转换开关处于导通状态)和断开期间(其中电源转换开关处于断开状态)。此外，控制器可用于至少在电源转换开关的每一个第二导通期间控制电源电压晶体管处于断开状态(即断开)。换句话说，该控制器可用于在电源转换开关的至少一些导通期间保持电源电压晶体管断开。电源电压晶体管保持断开的导通期间可以称为未失真导通期间。未失真导通期间可以用于确定电源转换开关的导通期间的持续时间，以提供稳定的LED电流。换言之，开关电源转换器可根据在无失真导通期间执行的测量进行调节(即可以确定栅极控制信号)。电源电压晶体管接通的导通期间执行的测量可以忽略。通过这样做，可以确保该附加IC电流不会影响LED电流。尤其是，它可以确保电源转换器被控制，从而可以提供额外的IC电流而不影响LED电流的供应。
如上所指出的，控制器可用于产生栅极控制信号，以使电源转换开关以交替的方式进入导通状态和断开状态。驱动电路可包括电流感应装置，电流感应装置用于感应流过辅助线圈的电流，从而产生辅助信号。辅助信号可表示流过电源转换开关的电流(特别是如果辅助线圈操作于正向模式)。此外，控制器可用于根据该辅助信号确定电源转换开关的导通期间的持续时间。特别地，控制器可用于根据预定峰值电流确定导通期间的持续时间。以示例的方式，电源转换开关可保持在导通状态，直到辅助信号达到预定的峰值电流，从而提供了导通期间的持续时间。
如上所指出的，流过电源转换开关的电流(即辅助信号)可以由附加的IC电流偏移。因此，导通周期的确定的持续时间可被附加的IC电流影响。特别是，导通期间的确定的持续时间可能太短而不能提供稳定的LED电流(以及电源转换器的稳定的输出电压)。所述控制器可用于以开关模式控制所述电源电压晶体管断开或导通。此外，当电源电压的晶体管断开时(例如在电源转换开关的无畸变的导通期间)，控制器可用于在第一时间间隔确定辅助信号。此外，该控制器可用于在第一时间间隔根据辅助信号确定电源转换开关的导通期间的第一持续时间。此外，当电源电压晶体管接通时，控制器可用于在随后的第二时间间隔将电源转换开关维持在导通状态达第一持续时间。换句话说，在电源电压晶体管断开的时间间隔，控制器可用于确定电源转换开关的导通期间的时间间隔，从而确保所确定的导通期间的持续时间没有被附加IC电流影响。所确定的导通期间的持续时间也可应用到电源电压晶体管导通的时间间隔(即附加的IC的电流被拉出)。通过这样做，可以确保提供稳定的LED电流，即使在电源电压晶体管导通时的时间间隔(即附加的IC的电流被拉出)也是如此。
如上面指出的，变压器可包括次级线圈装置。次级线圈装置可以包括电流耦合的第二线圈和辅助线圈。通过这样做，能够保证提供给所述光源的电流和提供给电源电压电容的电流之间的电流隔离。应当注意的是，相同的线圈(例如，次级线圈)可以用于提供电流给光源和提供电流给电源电压电容。
驱动电路还可以包括与辅助线圈串联的放电晶体管并且该放电晶体管用于对寄生电容进行放电。该放电晶体管可与限流电阻串联。该放电晶体管(也称为放电开关)可以是控制器的内部晶体管。如果负载不够高，可以对该放电晶体管进行控制以给在控制器的输入端的寄生电容提供快速放电。此外，通过调制串联电阻(也可以是可编程电流源)可对LED电流进行调制以如用于低调光级。换句话说，通过调制与放电晶体管串联的限流电阻，可以调制从辅助线圈拉出的电流，其通常影响提供给光源的电流。因此，提供给所述光源的电流可以被调制(尤其当辅助线圈和所述次级线圈操作于反激模式时)。所述负载可独立于电源电压晶体管。
驱动电路还可以包括启动电阻，启动电阻用于将所述开关电源转换器的输入端与电源电压电容耦合。以举例的方式，启动电阻可耦合到所述控制器的第三引脚和电源电压电容可耦合到所述控制器的第二引脚。控制器的第三引脚和第二引脚可通过启动二极管在控制器内部连接，启动二极管被偏置，以防止电源电压电容向启动电阻放电。
此外，驱动电路可包括与电源电压电容(和启动二极管)并联的启动开关和测量电阻，使得当启动开关接通时，启动电阻和测量电阻形成分压器。启动开关可以是控制器的内部功率开关。这样，当启动开关断开时，启动电阻器可以用于对电源电压电容进行充电。另一方面，当启动开关接通时，启动电阻器可用于测量目的，例如用于测量所述电源转换器的输入电压。
驱动电路可以进一步包括在开关电源转换器的输出端的输出电容，输出电容用于存储提供给固态光源的电荷。输出电容通常与输出电压并联。该驱动电路可用于将来自开关电源转换器的初级线圈的电能通过次级线圈在电源转换开关的断开期间传输到输出电容。此外，驱动电路可用于在电源转换开关的导通期间将从市电拉出的能量存储到初级线圈。
控制器可用于接收辅助信号(例如，通过控制器的第一引脚)。辅助信号可以指示在辅助线圈的电压降和/或流过初级线圈的电流。控制器可包括整流单元，该整流单元用于对辅助信号进行整流。以举例的方式，整流单元可以包括辅助开关或辅助二极管。这样，辅助二极管可以在控制器内实现。整流单元可包括半波整流器(例如二极管)或全波整流器。特别地，整流单元可包括多个整流开关，该整流开关用于将辅助线圈相对于初级线圈的操作模式在反激模式和正向模式之间切换。这样，控制器可用于控制所述辅助线圈的操作模式。操作模式的改变可连贯不中断地执行。用于Vcc电源的反激模式可以用作低电平的调光功能(LED电流-IC电流)。电源电压晶体管的占空比可以用来控制调光级别。特别是在反激模式操作辅助线圈时，从辅助线圈拉出的IC电流可以用于调制提供给所述光源的LED电流。电源电压晶体管的占空比可用于控制光源的照明水平(通过提供给所述光源的电流)。
此外，控制器可包括分压器，该分压器通常并联于电源电压晶体管和电源电压电容，并且当电源电压晶体管断开时用于感应所述辅助信号。这样，电源电压晶体管可用于在对电源电压电容充电和测量辅助信号(用于控制电源转换开关)之间切换。
根据又一方面，描述了一种灯泡组件。该灯泡组件包括壳体和位于壳体中的固态发光装置。此外，该灯泡组件可包括电连接模块，电连接模块与壳体连接，并适于连接到市电电源。此外，该灯泡组件可包括本发明列出的任一方面的驱动电路，该驱动电路位于壳体中，被连接以接收来自电连接模块的电力供应信号并用于提供输出电压给发光装置。
根据另一方面，描述了一种提供(如用于再充电的)电源电压的方法。该方法可包括提供包括电源转换开关和变压器的开关电源转换器的步骤。开关电源转换器通常用于将在开关电源转换器的输入端的输入电压转换成开关电源转换器的输出端的输出电压。该方法可包括生成栅极控制信号，以使电源转换开关进入导通状态和/或断开状态的步骤。此外，该方法可包括提供电源电压电容的步骤。变压器的初级线圈可与电源转换开关串联。变压器的次级线圈可用于提供输出电压。变压器的辅助线圈通过电源电压晶体管耦合到电源电压电容。该方法可包括控制电源电压晶体管使得电源电压电容提供的电源电压位于预定电压区间内的步骤。
根据又一个方面，描述了一种软件程序。该软件程序可适于在处理器中执行且当在处理器中实施时，执行本发明列出的方法步骤。
根据另一个方面，描述了一种存储介质。该存储介质可包括软件程序，该软件程序适于在处理器中执行且当在处理器中实施时，执行本发明列出的方法步骤。
根据又一个方面，描述了一种计算机程序产品。该计算机程序可包括可执行的指令，当该可执行的指令在计算机执行时，该可执行的指令执行本发明列出的方法步骤。
应当注意的是，包括本发明列出的优选实施例的方法和系统可以单独使用或结合本发明揭露的其他方法和系统使用。另外，系统的上下文中列出的特征也适用于对应的方法。进一步，本发明列出的方法和系统的所有方面可任意结合。特别地，多个权利要求中的多个特征可以以任意的方式结合。
在本发明中，术语“连接”或“连接的”是指元件相互之间电连通，不论是例如通过电线直接连接，或是以其他方式连接。
附图说明
本发明结合附图以示例的方式在下面进行说明，其中
图1示出了示例的灯泡组件的方块图；
图2示出了示例驱动电路的电路图；
图3a-3c示出了用于对电源电压电容高效再充电的示例电路设计的方块图；
图4a示出了允许对电源电压电容充电和测量电源转换器的输入和/或输出电压的示例电路装置的方块图；
图4b示出了图4a的电路装置对流过电源转换器的开关的电流的影响；
图5a-5d示出了允许对电源电压电容充电和测量电源转换器的输入和/或输出电压的示例电路装置的方块图；以及
图6示出了用于对电源电压电容再充电的示例方法的流程图。
具体实施方式
在本发明中，灯泡“组件”，包括替换传统白炽灯丝基灯泡特别是连接到标准电力供应的灯泡所需要的所有元件。在英式英语(和本发明中)，该电力供应是指市电(mains)，而在美式英语，该电力供应通常是指电源线。其他术语包括AC电源、线电源、家庭电源和电网电源。应当理解，可很容易替换这些术语，和这些术语具有同样的意思。
通常，在欧洲，电源电压为50Hz(市电频率)的230-240V的交流电，而在北美为60Hz(市电频率)的110-120V的交流电。本发明设置的原理应用于任何合适的供电，包括提及的市电/电源线，DC电源和经整流的AC电源。
图1a是灯泡组件的示意图，组件1包括灯泡壳体2和电连接模块4。该电连接模块4可以是螺旋式或卡扣式，或其他适合连接到灯泡插座的连接件。电连接模块4的通常的例子是欧洲的E11，E14和E27螺旋式和北美的E12，E17和E26螺旋式。此外，光源6(也称为照明体)设置在壳体2中。光源6的例子是CFL管或固态发光源6，如发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)(后面的技术称为固态发光，SSL)。光源6可由单个发光装置或多个LED实现。
驱动电路8设置在灯泡壳体2中，并用于将通过电连接模块4接收的供电转换成用于光源6的受控的驱动电压和电流。如果是固态光源6，该驱动电路8用于给光源6提供受控的直接驱动电流。
壳体2给光源和驱动元件提供了合适强度的外壳，并包括需要的光学元件以从组件提供所需的输出光。壳体2也可提供散热能力，因为光源的温度管理对光输出最大化和光源寿命十分重要。相应地，通常将壳体设计成能够将灯泡产生的热进行传导远离光源，并离开整个组件。
图2示出了灯泡组件1的示例驱动电路300，8的电路图。驱动电路300包括电磁干扰(EMI)滤波单元301和整流器302，以从市电电源330产生整流电压。此外，驱动电路300包括用于控制两级电源转换器的控制器306。控制器306可以使用启动电阻305启动，启动电阻与来自市电电源330的整流电压耦合。此外，控制器可以耦合到电源电压电容310，电源电压电容310用于提供电源电压Vcc给控制器306(其可以实施为例如集成电路，IC)。在图示的例子中，驱动电路300包括两级电源转换器，第一级是升压转换器304和第二级是反激转换器。
图3的反激转换器包括开关202(也被称为电源转换开关)，开关由控制器306产生的栅极控制信号232进行控制。开关202可操作于开关模式，开关模式包括交替的导通状态和断开状态。反激转换器可用于在开关202的接通状态将来自反激转换器的输入端(具有输入电压230)的能量存储到电感中。在反激转换器的情况下，电感实施为变压器307，变压器包括初级线圈314和次级线圈315。通常，该反激转换器用于在开关202的断开状态将来自初级线圈314的存储的能量转移到次级线圈315，并由此对输出电容器308进行再充电。输出电容308设置在反激转换器的输出端，并提供输出电压231给光源309，6。反激转换器可包括二极管204(也称作次级二极管)，二极管用于在开关202的接通状态期间防止输出电容308放电。
驱动电路300的变压器307包括辅助线圈或绕组313，辅助线圈或绕组可用于测量目的。辅助绕组313可用于提供信息给控制器306，该信息关于驱动电路300的输入电压230和/或关于反激转换器的输出电压231。辅助线圈313可以经由与辅助电阻311并联的辅助二极管312耦合到控制器306，以提供辅助信号331给控制器306。根据开关202的状态，辅助信号331可表示驱动电路300的输出电压231和/或关于反激转换器的输入电压230。当开关202处于导通状态时，辅助信号331可表示输入电压230和/或流过初级线圈314的电流。另一方面，当开关202处于断开状态时，辅助信号331可表示输出电压231。
在图2的驱动电路300，第二转换级的输入电压230使用输入电压感应装置208，209(例如，包括电阻208和209的分压器)感应，从而提供感应电压信号234，感应电压信号表示(例如，正比于)输入电压230。此外，感应电流信号233可使用电流感应装置203(包括例如分流电阻器203)进行确定。感应电流信号233表示流过第二转换级的开关202的电流。控制器306可用于确定栅极控制信号232，栅极控制信号232用于根据感应输入电压234使第二转换级的开关202进入断开状态和/或导通状态。此外，控制器306可以将辅助信号331考虑进来，以产生栅极控制信号232。
如上面所指出的，启动电阻305可用于将来自整流电源电压332的能量提供给控制器306。特别地，从整流供电电压332拉出的能量可以用于通过控制器306中的内部连接对电源电压电容器310进行充电，该内部连接在控制器306的引脚Vin和引脚Vcc之间。而通过整流电源电压332对电源电压电容310充电使控制器306能够相对快速启动，通过启动电阻305对电源电压电容310再充电(即维持电源电压)导致驱动电路300的显著损耗。图3a和3b示出了用于以节能方式对电源电压电容再充电的电路装置的示例方块图。
图3a示出了图2的反激转换器的变压器307。变压器307包括连接到开关305的辅助线圈313，开关350在本文中称为电源电压开关(或电源电压晶体管)。电源电压开关350可通过开关驱动器来控制。电源电压开关350可以例如是控制器306的内部功率开关350。电源电压开关350可用于将辅助线圈313耦合和/或解耦于控制器306的电源电压电路352如电源电压电容310。这样，通过反激转换器提供的能量可以用于对电源电压电容310进行再充电，从而维持了电源电压Vcc。电源电压开关350可以断开和/或接通，从而电源电压Vcc维持在预定电压区间内。换言之，通过所述电源电压开关350的控制，电源电压Vcc(例如由电源电压电容310提供)可以维持在预定电压区间之内，从而确保驱动电路300的可靠操作。
类似的电路结构示于图3b。电源电压开关350将辅助电压331耦合和/或解耦于电源电压电容310(其可与电阻353并联)。这样，存储在变压器307的初级线圈314中的能量可用于对电源电压电容310再充电，从而保持用于控制器306的电源电压Vcc。如上所指出的，电源电压开关350可以是控制器306的内部开关，从而提供控制器306的Vaxu端口(用于接收辅助信号/电压331)和控制器306的Vcc端口(用于耦合电源电压电容310)之间的内部连接。当电源电压开关350断开时，没有能量被辅助线圈313拉出。另一方面，当电源电压开关350接通时，电压电源电容310被重新充电。因此，图3a和3b中的电路装置允许以节能的方式对电源电压电容310再充电。
图3c示出了一种电路装置，它不仅允许使用启动电阻305用于提供启动电流到控制器306和到电源电压电容310，而且用于测量整流的电源电压332。为了此目的，控制器306的内部开关361(在这里称为启动开关)可用于将启动电阻305与电压测量电阻362耦合，从而建立分压器，分压器可用于感应整流的电源电压332。电源电压电容310可以通过二极管360耦合到启动电阻305，由此防止电源电压电容310的放电。
图4a和4b示出了辅助线圈313和可能使用的电源电压开关350如何同样允许可靠确定通过辅助线圈315提供给光源309的电流。图4a示出了驱动电路300的节选，驱动电路包括用于给光源309提供能量的反激电路。此外，驱动电路300包括正向电路，正向电路包括电源电压开关350。此外，图4a示出了变压器307的各种寄生元件401，以及流过反激转换器的开关202分流电流402。电路的操作模式(例如，反激模式或正向模式)可取决于二极管312，204的方向和/或各个线圈313，315的极性。在正向模式中，二极管312和线圈313设置成使得流过该初级线圈314的电流被直接转换成流过次级线圈313的电流(当开关202接通时)。在反激模式中，二极管204和线圈315的极性设置成使得当开关202断开时发生能量从初级线圈314传递到次级线圈315。
图4b示出了分流电流402中，在开关202处于接通状态的时间间隔期间(例如，从20μs到25μs的时间间隔，或从30μs到35μs的时间间隔)，和开关202处于断开状态的时间间隔期间(例如，从25μs到30μs的时间间隔)的分流电流402。电源电压开关350可以处于导通状态(这是例如在从20μs至25μs的时间间隔的情况)电源电压开关350可处于关断状态(这是例如在从30μs到35μs的时间间隔的情况)。由此可以看出，当电源电压开关350处于导通状态时，由辅助线圈313拉出的能量导致分流电流420的偏移(见与30μs到35μs的时间间隔的分流电流411相比的，在25μs到30μs的时间间隔的分流电流410)。这样，通过辅助线圈313对电源电压电容310再充电(当电源电压开关350处于导通状态)导致正向电路做出的测量的失真。鉴于这一点，提出了使用电源电压开关350将用于测量的时间间隔与用于对电源电压电容再充电的时间间隔分开。通过这样做，可以确保对电源电压电容器310再充电不会使通过正向电路执行的测量失真。
以举例的方式，如图4b所示，电源电压开关350仅在电源转换开关202的每一个第二(或更少)导通期间进入导通状态。通过这样做，所述通过正向电路(图4a)进行的分流电流402的测量不会被提供给电压电容310的电流影响。当电源电压开关350处于关断状态时，控制器306可用于通过辅助信号331测量所述分流电流402(参见例如图4b的电流411)。因此，控制器306可确定时间间隔T，在时间间隔T期间电源转换开关202将保持在导通状态(即，控制器306可确定开关202的导通周期的长度T)，以给光源309提供适当量的能量。
控制器306可以应用相同的时间间隔T到电源转换开关202的后续导通期间，在该时间间隔期间，电源电压开关350处于接通状态，并用于对电源电压电容器310再充电(例如见图4b的电流410)。通过应用相同的时间间隔T，可以确保即使辅助绕组313用于对电源电压电容310再充电，但是有足够的能量存储在初级线圈314内以提供给光源309。这样，可避免光源309的闪烁效果，而在同一时间允许通过辅助绕组313对电源电压再充电。换句话说，通过仅在电源转换开关202的每一个第二(或更少)导通期间接通电源电压开关350，以及通过使用在电源电压开关350已断开的导通期间执行的测量以控制电源转换开关202，可以确保由驱动电路300提供的驱动电流/驱动电压能够稳定/无闪烁操作光源309，而在同一时间允许对用于控制器306的电源电压进行再充电。
如在本文中所概述的，启动电阻305和/或辅助绕组313与二极管312可用来提供电源电压Vcc或电源电流Icc。如所图4b所示，LED电流(即驱动电流)和IC电流之间存在影响，LED电流由驱动电路300提供到光源309，IC电流即提供用于对电源电压电容310再充电的电流。这可能会影响LED电流，可能导致光源6的不希望的闪烁效果。以类似的方式，应当保证提供给控制器306的Icc电流是稳定的(通过确保电源电压Vcc维持在预定的电压阈值)，因为Icc电流的变化也可导致光源6的闪烁效果。
在本文中，建议在反激转换器的不同阶段执行电源电压Vcc的再充电和输出电容308的再充电，从而确保IC电流不会影响LED电流。此外，通过适当的时间管理，可以确保LED电流在没有IC电流被提供时测量，从而允许测量的准确性增加。如上面概述的，这确保了足够的能量/电流量提供给光源309。即使辅助绕组313和次级绕组315操作于反激模式也可以保证。在这种情况下，可以控制电源转换开关202，使得在开关202的导通期间，足够的能量存储在初级绕组314，以在开关202的断开期间提供IC电流和LED电流。
驱动电路300的启动实现如下。拉电流可以从启动电阻(或几个电阻器)305和/或从功率晶体管(例如MOSFET)与在栅极电压的上拉电阻和控制器306内部的源极驱动器产生。控制器306可使用片上高电压(例如32V)开关将拉电流耦合(如连接)到电源电压电容310和对电源电压电容310充电到第一阈值电压。在检测到第一阈值电压时，可激活第一和/或第二转换级达第一运行时间，直到电源电压电容310被放电到第二阈值电压(其低于第一阈值电压)。当达到第二阈值电压时，所述第一和/或第二转换器级可以解除激活。此外，拉电流可以再次被拉出对电源电压电容310充电达到第一阈值电压，在此期间第一和/或第二转换级可以被重新激活。这个周期可以重复，直到总线电压(即，输入电压230)达到用于LED转换级(即用于图2的反激转换器)的最小的工作电压。在该时间点，用于控制器306的电源电压是足够的且驱动电路300可进入其正常操作模式。此外，在该时间点，通过变压器307的辅助线圈313执行电源电压电容310的再充电。
如上面所指出的，该启动电流可以通过启动电阻从驱动电路300内的不同地方和/或使用源极控制晶体管提供。在两级电源转换器的情况下(如图2所示)，启动电阻器可以耦合到所谓的体电压，即第一转换级的输出端和第二转换级输入之间的电压(在图2称为输入电压230)。体电压通常是由大电容370(参照图2)保持。大容量电容器370中存储的能量可用于对电源电压电容310充电和/或再充电(例如，通过电阻将电源电压电容310与电源电压电容370耦合)。通过这样做，在市电电源330中断的某些时期，可使用存储在大容量电容器370的能量对电源电压电容器310再充电度过(例如，当控制器306操作于低功率模式时)。因为在大容量电器370上的电压可以显著高于电源电压，可加入在Vcc的齐纳功能(例如，齐纳二极管)以保护控制器306免受过电压。
如上面所概述的，建议在本文中使用用于Icc供应的电源电压开关350，即，用于提供和/或用于将电源电压Vcc保持预定电压区间内。电源电压开关350可以与变压器307的辅助绕组313串联，从而选择性地将辅助绕组313耦合到电源电压Vcc(例如，到电源电压电容310)。
如本文件中所概述的，电源电压开关350可仅在每一个第二控制脉冲是接通的，即电源电压开关350只在电源转换开关202的每一个第二导通期间接通。用于开关202的脉冲宽度(即在开关202保持断开期间的时间间隔T)可用于随后的电源电压开关350接通的导通期间。这意味着，在变压器307的正向操作时间T保持恒定，从而在反激操作LED 309接收足够的能量，即使在IC(即，控制器306)需要更多的电流(当电源电压开关350接通)也是如此。当电源转换开关202断开时，到LED 309的能量被转换。这种交替操作的好处是，LED电流不会到零，即使提供IC电流对供电电压电容310进行再充电也是如此。这种交替操作可以在LED被供电的阶段(例如，在反激模式)或处于正向模式的阶段执行。在正向模式中，IC供电将从LED电流解耦。
如图3c的情况下概述的，来自高电压(例如，来自整流的供电电压332)的启动电阻305可用于多种目的。通过这样做，可以减少驱动电路300的元件的数量。特别是，启动电阻305(或驱动电路300的任何的高电压电阻)可用于启动目的和用于电压测量的目的(例如，使用分压器)。
图5a到5d示出了示例电路装置的方块图，该电路装置允许通过辅助线圈313对电源电压电容310再充电，并允许测量输入电压230/输出电压231和/或流过电源转换开关202的电流402。图5a示出了变压器307包括线圈313，314，315。辅助线圈313可通过辅助二极管312耦合到控制器306的辅助引脚。在控制器306的辅助引脚Vaux和控制器306的电源电压引脚Vcc之间的电路装置的元件可以在控制器306的集成电路内实现。所述电路装置包括电源电压开关350，电源电压开关可使用两个晶体管521，522来实现。晶体管521，522可以以协调的方式进行开关，以便断开和/或接通产生电源电压开关350。在图示的例子中，晶体管521，522实现为体开关。当使用体开关，有可能仅使用单个晶体管521，522来实现电源电压开关350。可能需要两个晶体管521，522以避免从电源电压电容310到辅助线圈313的反向电流。反向电流可归因于晶体管521的体二极管。使用第二晶体管522的替代方式可以是使用用于阻止反向电流的二极管。
此外，该电路装置包括电压感应装置502，503，电压感应装置用于感应辅助电压331。在图示的例子中，电压感应装置502，503实现为分压器，分压器包括电阻502，503。此外，可以提供偏移单元501，偏移单元用于偏移感应电压(例如，辅助电压331为负的情况下)。感应电压可以通过采样和保持电路505和/或通过比较器504来提供。此外，该电路装置可包括开关506，开关506用于对在控制器306的输入端(即在控制器306的Vaux引脚)的寄生电容进行放电。
图5a的电路装置允许通过接通电源电压开关350对电源电压电容310再充电。此外，当电源电压开关350断开时，图5a的电路装置允许测量所述辅助电压331。
图5b示出了另一个电路装置。图5d的电路装置不包括辅助二极管312。由辅助二极管312提供的(半波)整流功能可改为由电源电压开关350(例如，控制器306内的)提供。特别是，电源电压开关350可以被控制，使得电源电压开关350仅当辅助信号331为正时断开，从而防止电源电压电容310放电。
图5c示出电路装置包括全波整流器510(代替半波整流辅助二极管312)。整流器510可确保整流辅助电压331总是为正(以及因此始终可用于对电源电压电容器310再充电)。通过这样做，提供到电源电压电容的能量可以增加，从而保证了驱动电路的可靠操作，即使当市电电源的电力供应被交付给调光器也是如此。
图5c示出了包括二极管的无源整流器510。图5d示出了类似的电路装置，电路装置包括有源整流器511，有源整流器包括开关512，513，514，515。通过使用用于整流器511的可控开关512，513，514，515，整流器511的有源开关512，513，514，515可用于实现电源电压开关350。特别地，开关512，513可用于将辅助电压331耦合至/耦合自电源电压电容310。整流器511的有源开关512,513，514，515也可以用于改变辅助线圈313的操作模式。特别地，操作模式可以在反激模式和正向模式之间改变。
图6示出的示例方法600的用于提供电源电压(例如，用于再充电)的流程图。方法600可包括：提供包括电源转换开关202和变压器307的开关电源转换器的步骤601。开关电源转换器通常用于将在开关电源转换器200的输入端的输入电压230转换成开关电源转换器的输出端的输出电压231。方法600可包括生成栅极控制信号232，以使电源转换开关202进入导通状态和/或断开状态的步骤602。此外，该方法可包括提供电源电压电容310的步骤603。变压器307的初级线圈314与电源转换开关202串联。变压器307的次级线圈315用于提供输出电压231。变压器307的辅助线圈313可通过电源电压开关350耦合到电源电压电容310.该方法600可包括控制电源电压晶体管350使得电源电压电容310提供的电源电压位于预定电压区间内的步骤604。
应当注意的是说明书和附图仅仅用于说明提议的方法和系统的原理。尽管在这里没有明确被描述或显示，本领域的技术人员能够实施不同的体现本发明的原理的装置，该装置被包括在其精神和范围之内。进一步，本发明概述的所有例子和实施例主要明确地旨在仅用于说明目的，以帮助读者理解所提议的方法和系统的原理。进一步，这里提供本发明的原理，方面和实施例以及其中的具体实例的所有陈述旨在涵盖其等价物。

Claims (15)

1.一种用于固态光源(309)的驱动电路(300)，驱动电路(300)包括：
开关电源转换器，开关电源转换器包括电源转换开关(202)和变压器(307)；其中开关电源转换器用于将在开关电源转换器(200)的输入端的输入电压(230)转换成开关电源转换器的输出端的输出电压(231)；
控制器(306)，控制器用于生成栅极控制信号(232)，以使电源转换开关(202)进入导通状态和/或断开状态；
电源电压电容(310)，电源电压电容与控制器(306)耦合并用于提供电源电压给控制器(306)；其中
变压器(307)的初级线圈(314)与电源转换开关(202)串联；
变压器(307)的次级线圈装置(313，315)用于提供输出电压(231)；
次级线圈装置(313，315)通过电源电压晶体管(350)耦合到电源电压电容(310)；以及
电源电压晶体管(350)被控制使得电源电压电容器(310)提供的电源电压位于预定电压区间内。
2.如权利要求1所述的驱动电路(300)，其中次级线圈装置(313，315)包括：
用于提供输出电压(231)的变压器(307)的次级线圈(315)；以及
通过电源电压的晶体管(350)耦合到电源电压电容(310)的辅助线圈(313)。
3.如权利要求2所述的驱动电路(300)，其中次级线圈(315)与次级开关(204)如次级二极管串联，从而次级线圈(315)相对于初级线圈(314)操作于反激模式。
4.如权利要求2-3任一项所述的驱动电路(300)，其中辅助线圈(313)与辅助开关(312)开关如辅助二极管串联，从而辅助线圈(313)相对于初级线圈(314)操作于正向模式。
5.如权利要求2-3任一项所述的驱动电路(300)，其中辅助线圈(313)与辅助开关(312)如辅助二极管串联，从而辅助线圈(313)相对于初级线圈(314)操作于反激模式。
6.如权利要求2-5任一项所述的驱动电路(300)，其中：
控制器(306)用于产生栅极控制信号(232)，以用交替的方式使电源转换开关(202)进入导通状态和断开状态；
驱动电路(300)包括电流感应装置(311)，该电流感应装置用于感应流过辅助线圈(313)的电流，由此产生辅助信号(331)；以及
控制器(306)用于根据辅助信号(331)确定电源转换开关(202)的导通状态的持续时间。
7.如权利要求6所述的驱动电路(300)，其中控制器(306)用于：
以开关模式控制电源电压晶体管(350)断开或接通；
当电源电压晶体管(350)断开时，在第一时间间隔确定辅助信号(331)；
在第一时间间隔根据辅助信号(331)确定电源转换开关(202)的导通状态的第一持续时间；
当电源电压晶体管(350)接通时，在随后的第二时间间隔将电源转换开关(202)维持在导通状态达第一持续时间。
8.如前述权利要求任一项所述的驱动电路(300)，其中电源电压晶体管(350)是控制器(306)的内部功率晶体管。
9.如前述权利要求任一项所述的驱动电路(300)，其中控制器(306) 用于：
控制所述电源转换开关(202)处于交替的电源转换开关(202)处于导通状态的导通期间和电源转换开关(202)处于断开状态的断开期间；以及
控制电源电压晶体管(350)至少在电源转换开关(202)的每一个第二导通期间处于断开状态。
10.如前述权利要求任一项所述的驱动电路(300)，还包括：
启动电阻(305)，该启动电阻用于将开关电源转换器的输入端耦合到电源电压电容(310)；以及
与电源电压电容(310)并联的启动开关(361)和测量电阻(362)，使得当启动开关(361)接通时，启动电阻(305)和测量电阻(362)形成分压器。
11.如权利要求2-10任一项所述的驱动电路(300)，其中控制器(306)：
用于接收表示在辅助线圈(313)的电压降的辅助信号(331)；和/或
包括整流单元(510，511)，该整流单元用于对辅助信号(311)进行整流；和/或
包括分压器(502，503)，分压器并联于电源电压晶体管(350)和电源电压电容(310)，并且当电源电压晶体管(350)断开时用于感应辅助信号(331)。
12.如权利要求11所述的驱动电路(300)，其中整流单元(511)包括多个整流开关(512，513，514，515)，整流开关用于将辅助线圈(313)相对于初级线圈(314)的操作模式在反激模式和正向模式之间切换。
13.如权利要求2-12任一项所述的驱动电路(300)，还包括放电晶体管(506)，放电晶体管与辅助线圈(313)串联并用于对寄生电容进行放电。
14.一种灯泡组件，包括：
壳体(2)；
位于壳体(2)中的固态光源(6，309)；
电连接模块(4)，与壳体(2)连接，并适于连接到市电电源；以及
如前述权利要求任一项所述的驱动电路(300)，该驱动电路位于壳体(2)中，被连接以接收来自电连接模块(4)的电源信号，并用于提供输出电压(231)给光源(6，309)。
15.一种提供电源电压的方法(600)，该方法(600)包括：
提供包括电源转换开关(202)和变压器(307)的开关电源转换器的步骤(601)；其中开关电源转换器用于将在开关电源转换器(200)的输入端的输入电压(230)转换成开关电源转换器的输出端的输出电压(231)；
生成栅极控制信号(232)，以使电源转换开关(202)进入导通状态和/或断开状态的步骤(602)；
提供电源电压电容(310)的步骤(603)；其中
变压器(307)的初级线圈(314)与电源转换开关(202)串联；
变压器(307)的次级线圈装置(313，315)用于提供输出电压(231)；
次级线圈装置(313，315)通过电源电压晶体管(350)耦合到电源电压电容(310)；以及
控制电源电压晶体管(350)使得电源电压电容(310)提供的电源电压位于预定电压区间内的步骤(604)。
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