CN104902613B - 用于led驱动器的混合调光控制技术 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于LED驱动器的混合调光控制技术。公开了用于使用频率调制(FM)调光和突发控制调光对LED串进行调光的技术。在高亮度级别,FM调光可以被用于通过增加AC电流源的脉冲序列内的脉冲的开关频率来降低通过LED串的电流。在低亮度级别,或在开关频率已经被增加到电流源的谐振频率之后,突发控制调光可以通过降低电流源的脉冲序列的占空比来降低通过LED串的电流。在高亮度级别,可以通过在很多个增加的开关频率值的每一个处降低脉冲序列的占空比来组合FM调光和突发控制调光。FM调光也可以与频率跳变组合,以便增加可用频率步长的数量。

Description

用于LED驱动器的混合调光控制技术
技术领域
本公开涉及照明驱动器电路,并且更特别地,涉及利用串联谐振逆变器的LED驱动器。
背景技术
在荧光灯镇流器中,将DC电源电压逆变为AC电流可能牵涉利用串联谐振逆变器。用于驱动LED串的DC-AC逆变器牵涉很多不平凡的挑战。
发明内容
根据本发明的一个方面,一种照明驱动器电路,包括:AC电流源,由具有占空比的脉冲序列驱动,所述电流源被配置为将电流输出到至少一个LED组装;以及控制器,可操作地耦合到所述电流源,并且被配置为:响应于调光信号,在高亮度级别执行频率调制调光,其中频率调制调光包括改变所述脉冲序列内的脉冲的频率;并且在低亮度级别执行突发控制调光,其中突发控制调光包括改变所述脉冲序列的占空比。
根据本发明的一个方面,一种对LED组装进行调光的方法,包括:在控制器处接收调光信号;由所述控制器确定至少一个LED组装的电流亮度级别;在高亮度级别执行频率调制调光,其中,频率调制调光包括:改变驱动电流源的脉冲序列内的脉冲的频率;在低亮度级别执行突发控制调光,其中,突发控制调光包括:改变驱动所述电流源的脉冲序列的占空比;以及将所述电流源的输出电流输出到所述至少一个LED组装。
根据本发明的一个方面,一种照明系统,包括:至少一个LED组装;AC电流源,由具有占空比的脉冲序列驱动,所述电流源被配置为将电流输出到所述至少一个LED组装;以及控制器,可操作地耦合到所述电流源,并且被配置为:响应于调光信号,在高亮度级别执行频率调制调光,其中频率调制调光包括改变所述脉冲序列内的脉冲的频率;并且在低亮度级别执行突发控制调光,其中,突发控制调光包括改变所述脉冲序列的占空比。
附图说明
图1示出依照本发明的实施例的被配置有串联谐振逆变器的示例照明系统。
图2示出根据本发明一个实施例的脉冲序列的包络、具有频率fsw的脉冲序列以及进入LED负载的电流突发的示例波形。
图3图解根据本发明实施例而配置的频率调制逆变器的示例控制特性的曲线图。
图4示出根据本发明另一实施例而配置的驱动器电路。
图5示出根据本发明实施例的用于耦合到负载的替换LC电路设计。
图6a-图6d示出根据本发明多个实施例的替换LED负载配置。
图7示出依照本发明实施例的用于在多个LED组装之间对逆变器的输出电流进行划分的电路设计。
图8a-图8c是根据本发明实施例的在FM调光期间的亮度级别BL、开关频率fsw和占空比D的曲线图。
图9a-图9c是根据本发明实施例的在突发控制调光期间的亮度级别BL、开关频率fsw和占空比D的曲线图。
图10a-图10c是根据本发明实施例的用于修正的混合调光技术的亮度级别BL、开关频率fsw和占空比D的曲线图。
图11示出根据本发明一个实施例的用于混合调光控制的示例驱动器电路设计。
图12是根据本发明一个实施例的图11中所示的LED串的调光级别的曲线图。
图13是根据本发明一个实施例的作为占空比的函数的图11的逆变器的LED电流的曲线图。
图14是根据本发明一个实施例的图11的逆变器的功率传递效率对于占空比的曲线图。
图15是根据本发明一个实施例的图11的逆变器的功率效率关于LED电流的曲线图。
图16是根据本发明一个实施例的图11的逆变器的LED电流关于总线电压Vbus的曲线图。
图17是根据本发明一个实施例的图11的逆变器的功率和功率效率关于ΔF/FO的曲线图。
图18a-图18b是根据本发明一个实施例的用于图11的30 LED串的LED串电阻的曲线图。
图19图解根据本发明一个实施例的用于在LED照明驱动器中实现FM和突发控制调光这两者的方法。
具体实施方式
公开了用于使用频率调制(FM)调光和突发控制调光对LED串进行调光的技术。在高亮度级别,FM调光可以被用于通过增加AC电流源的脉冲序列内的脉冲的开关频率来降低通过LED串的电流。在一些实施例中,高亮度级别可以包括在100%完全亮度与大约20%完全亮度之间的LED亮度级别。在低亮度级别,或在开关频率已经被增加到电流源的谐振频率之后,突发控制调光可以通过降低电流源的脉冲序列的占空比来降低通过LED串的电流。在一些实施例中,低亮度级别可以包括低于大约20%完全亮度的LED亮度级别。可以执行FM调光,直到LED亮度级别到达低亮度阈值(例如20%完全亮度),或直到开关频率到达最大阈值频率(例如电流源的谐振频率),就在此时突发控制调光可以被用于进一步对LED串进行调光。在高亮度级别,可以通过在很多个增加的开关频率值的每一个处降低脉冲序列的占空比来组合FM调光和突发控制调光。FM调光也可以与频率跳变组合,以便增加可用频率步长的数量。
概述
如先前解释那样,串联谐振逆变器被用在荧光灯镇流器中,并且是实现DC-AC逆变器的有效率的手段。逆变器的输出电流独立于负载阻抗,并且可以表现得类似刚性(stiff)AC电流源。这样的逆变器也可以适合用于驱动LED串,并且谐振逆变器可以是自身振荡或者被外部驱动的。在一些实施例中,这样的逆变器的操作频率被按照它们的成本和性能来优化。可以例如在20kHz-1MHz的范围中选择频率。串联谐振逆变器中的变压器也可以被用于在逆变器的输入与输出之间提供电流隔离。用于LED源的许多照明应用可能要求超过10比特(近似1000倍)的宽调光范围。另一要求可能是光源调光特性的精度;例如,在一些实施例中,光输出必须是被精确地限定的控制信号的函数。在实际意义上,这样的要求意味着,接收同一控制信号的相似泛光灯在它们的色彩和强度上应当被感知得无法区别。通过频率调制(FM)的前馈电流控制没有相同的控制和精度,并且可能不适合用于在例如20%完全功率以下的调光。然而,前馈突发控制调光具有良好限定的比例特性,并且可以良好地适合用于精确调光。通过突发控制可用的调光范围可能被载波频率限制,但是其能够在一些实施例中通过还应用FM调光而扩展出4-5倍,允许逆变器操作在相对低的频率并且提供成本和效率收益。更进一步地,单独应用突发控制调光可能导致在完全功率的½处的调光级别上的大约10%的与下垂(droop)有关的损耗和在完全功率的¼处的20%损耗。“下垂”损耗的现象描述在LED电流的增加的幅度的情况下的LED效率的减少。
因此,并且依照本发明的实施例,公开了用于利用在串联谐振逆变器的优化频率范围内操作的串联谐振逆变器而在LED控制中提供宽调光范围和高精度的技术。所提出的混合调光技术实现用于驱动LED的FM和突发控制调光这两者,并且可以在保持控制特性的精度的同时提供大的调光范围。在一个实施例中,可获得的调光范围变为两种方法的调光因子的乘积(例如在一些实施中,大约500-1000倍)。如在此使用的那样,“调光”意味着造成LED亮度改变的LED电流变化。在一些实施例中,亮度改变与LED电流变化成比例,而在其它情况下,校准数据可以被存储在允许补偿在亮度改变与LED电流变化之间的任何非线性的微控制器单元(MCU)内的FLASH或EEPROM存储器中。在一个示例中,可以通过使得FM控制超前于突发控制而在从完全功率到¼完全功率的调光级别下实现高LED效率。在一些实施例中,频率调制控制等同于改变通过LED的DC电流,并且可以减少下垂损耗。
系统架构
图1图解依照本发明实施例的被配置有串联谐振逆变器的示例调光系统。在一个示例实施例中,LED调光系统可以包括控制器、驱动器、功率开关、谐振储能电路、隔离和匹配变压器以及LED组装。驱动器电路在该示例中通过栅极变压器T2耦合到开关晶体管Q1和Q2。该示例中的储能电路包括电感器L1以及电容器C1(谐振电容器)和C2(DC阻断电容器);然而,也可以使用其它LC电路设计,并且根据本公开将是明显的。LED负载可以包括例如LED阵列,对于负载的耦合可以是通过隔离和匹配变压器作出的。在该特定实施例中,驱动器、功率开关、谐振电路和变压器包括用于LED组装的电流源。在一个示例中,隔离和匹配变压器的匝数比率提供优化耦合,并且如果供给电压是设计参数,则该比率可以被设置为单位一。在这样的示例中,假设不要求电流隔离,则可以去掉隔离和匹配变压器,并且电容器C2的输出可以被直接提供给LED负载。除了使LED与干线隔离之外,在一些实施例中,变压器也可以用于要求不同电压的非均衡LED串的负载匹配和电压匹配。如上面提到那样,串联谐振逆变器可以是自身振荡或被外部驱动的。为了易于描述,在被外部驱动的串联谐振逆变器的情况下来提供示例。在一些实施例中,应用到控制器的调光信号可以是DC电压、来自墙壁调光器的相位切割波形或数字通信信号。可以例如借助于有线控制(例如DMX、DALI等)、电力线通信(例如埃施朗(Echelon))或无线控制(例如紫蜂(ZigBee)、易能森(EnOcean)等)来完成数字通信。在一个实施例中,响应于调光信号,控制器可以改变脉冲序列的参数,在转换器输出处创建电流突发。序列内的脉冲的频率可以接近储能电路的谐振频率。
图2示出根据本发明一个实施例的脉冲序列的包络(标记为波形1)、具有开关频率fsw的脉冲序列(标记为波形2)以及进入LED负载的电流突发(标记为波形3)的波形。如在该示例中可见那样,包络波形的持续时间确定脉冲序列内的脉冲的数量。导通时间Ton和断开时间Toff之和等于时段T,其确定调光频率Fdim = 1/T = 1/(Ton + Toff)。调光频率Fdim是又提及为调制频率或突发重复速率的脉冲序列的包络的频率。在一些实施例中,谐振逆变器的输出电流突发可以被成比例地转译为LED的光输出。可以例如通过改变序列中的脉冲的数量(例如通过改变包络信号导通周期的持续时间或Ton的占空比)(这已知为突发控制调光)或通过变化序列内的脉冲的频率fsw(这已知为频率调制(FM)调光)来控制该电流。可以例如使用商用MCU来实现这两种控制功能。
在突发控制调光期间,在导通周期的开始和结束时的瞬态现象可以将Ton的持续时间限制为例如与大约5-10μs的最小Ton对应的5-10个序列脉冲时段。突发调制可以与PWM相似而为人眼所感知,并且其最小频率可以受限于闪烁和频闪效应。为了避免闪烁,最小频率可以是例如100Hz。在一些实施例中,调制频率可以增加到例如与调制信号的时段减去1000μs对应的1kHz。在这样的实施例中,调光范围可以被限制于为大约100的因子。一个示例方案可以是提升逆变器频率fsw,然而,在一些实施例中,将频率增加到500kHz之上明显增加成本并且可能危及效率。如上面讨论那样,在此所描述的混合调光技术允许逆变器操作在相对低的频率处并且提供成本和效率收益。在一些情况下,在可以通过调整开关的死区时间来使得在FM调光期间的效率降低不明显的同时,因为在各突发之间的暂停期间能量不耗散,所以当应用突发调光时,转换器效率不降低。
图3图解根据本发明实施例所配置的FM逆变器的示例控制特性的曲线图。如上面讨论那样,在一些实施例中,在低调光级别,通过FM的电流控制可能没有相同的控制精度。在该特定示例中,当驱动信号频率fsw接近输出储能的谐振频率fr(有时又提及为F0)时,逆变器输出电流达到最大值。通过提升驱动频率,输出电流可以降低;然而,在一些实施例,在谐振频率之下的操作是不想要的,因为这可能导致高开关损耗。因此,根据本发明一个实施例,可以实现FM控制调光,直到fsw达到最大频率fmax,就在此时,可以通过减少电流突发的占空比经由突发控制来实现进一步的调光。在一个特定实施例中,fmax基本上等于fr
如上面讨论的那样,根据本公开,图1所示的功能块的各种拓扑和设计将是明显的。例如,尽管图1的驱动器通过变压器耦合到开关晶体管,但其它实施例可能不要求变压器。图4示出根据本发明实施例所配置的具有将脉冲提供给开关晶体管Q1和Q2的高电压侧和低电压侧的栅极的两个输出的被修正的驱动器电路。为了使得成本和组件计数最小化,这样的驱动器可以被单块地集成到IC中。这样的IC也可以通过创建具有优化死区时间的脉冲来使得开关损耗最小化。在一些实施例中,恰当地成形的脉冲可以防止开关的同时导通而与此同时通过利用同步整流来在减少反并联二极管(例如,在MOSFET的情况下,体二极管)中的损耗。也可以例如使用电容性分压器来实现对负载的耦合。图5示出根据本发明实施例的用于耦合到负载的替换LC电路设计。在该特定示例中,LC电路包括电感器L1以及电容器C1和C3,并且通过电容性分压器来实现步降变压。在该示例中,C3对于(C1 + C3)的比率限定变压因子。这样的LC电路可以是对于磁变压器的成本有效替换。
图6a-图6d图解根据本发明多个实施例的可以被应用于图1的LED组装的各个LED组装配置。图6a示出根据本发明一个实施例的具有AC电流在一半的时段内流过每个串的LED串的示例反并联连接。如该示例中所示,电容器C4可以被包括在反并联LED串的头部。这样的配置可能是低成本的,但归因于下垂损耗而是能量低效的方案。可以例如在图6b-图6d所示的替换布置中改进LED的效能。在这样的布置中,跟随图6c 中的整流器和图6b和图6d中的整流二极管D1-4的电容器C5-9可以存储足够的能量,以在一些实施例中将近乎DC电流供给到LED中,因此减少了出自在开关频率fsw处的纹波的下垂损耗。在一些实施例中,可以在一个电路内混合不同的拓扑。
图7示出依照本发明实施例的用于在多个LED组装之间对逆变器的输出电流进行划分的电路设计。在一些实施例中,来自逆变器的AC电流可以是几乎独立于负载的恒定电流,并且电流划分器可以被使用以便执行多个LED组装的并联驱动。在一些实施例中,可以在多种拓扑(诸如图6a-图6d所示的拓扑)中实现可以包括整流器二极管和电容器的每个LED组装。这样的电流划分器可以是低损耗、小尺寸的磁组件。在所示的具体示例中,在四个LED组装S1-S4之间划分逆变器的输出电流。为了该示例的目的,LED组装S1-S3中的每一个具有相同数量的LED,因此造成近似相等的串电压,并且串S4更短而且具有更低的电压。在这样的配置中,应当针对负载阻抗对于谐振电路的优化匹配来选择变压器T1的初级侧和次级侧的匝数比率。即使依照本公开可以使用对变压器T1的初级进行馈送的其它驱动电路,但是变压器T1可以与图1所示的变压器T1相同。在该示例中对负载S4进行馈送的次级的分接头(tip-off)处的匝数可以被选取为使其电压匹配于LED组装S1-S3的电压。在该实施例中,电流划分器701、702和703确保每个LED组装中的电流与划分器的初级侧和次级侧的匝数比率成反比;如果匝数比率等于1,则电流是相等的。因此,如果所有电流划分器701、702和703的匝数比率是相等的,则那么所有四个LED组装S1-S4将被供给有相等的电流。
在一些实施例中,以上所示的LED负载布置中的每一个可以同步地改变多个串中的电流,即,改变为相同调光级别。如果泛光灯要求色彩调谐,则可以针对色彩通道中的每一个提供分离的逆变器。在这样的示例中,逆变器中的每一个可以共享同一DC电源和同一控制器。
图8a-图8c是根据本发明实施例的在FM调光期间的亮度级别、开关频率fsw和占空比的曲线图。如在图8a的示例中可以看到的那样,亮度级别在1024的最大亮度级别(BL)处开始,并且随着开关频率增加而逐渐降低。在该特定示例中,10个比特被用于控制亮度,1024是BL控制字。亮度级别可以例如经由上述通信部件传送到LED驱动器。对于在高亮度级别的调光而言,图8b所示的频率fsw从fmin开始朝向fmax增加。随着频率到达fmax,频率被保持恒定,并且从此,突发的占空比D可以被减少以实现进一步的调光(见例如图9a-图9c)。如在该示例中可看到的那样,尽管频率增加,但亮度级别成比例地降低,并且图8c所示的占空比被保持恒定在100%。
图9a-图9c是根据本发明实施例的在突发控制调光期间的亮度级别、开关频率fsw和占空比的曲线图。如在图9b中可以看到的那样,开关频率被恒定保持在fmax,并且为了实现在低亮度级别(例如在20%完全亮度之下)的进一步调光,占空比D降低,如图9c所示。随着占空比降低,亮度级别也如图9a所示那样降低。
在一些实施例中,现成的MCU可以实现这种混合调光算法,允许所提出的调光技术的相对廉价和紧凑的实现。这对于前馈控制系统和闭环控制系统而言是成立的。在一个特定示例中,完全的数字控制环可以在闭环系统中提供最小数量的组件和增加的灵活性,并且误差放大器和补偿网络也可以被实现在MCU或数字信号处理器(DSP)的软件中。对于紧凑但低成本的方案而言,可用的频率分辨率对于完全利用频率调光的优点而言可能是问题。例如,在高开关频率下操作的逆变器可以实现紧凑的设计,但是为了低成本,代替高速DSP,可以使用具有内置PWM外围设备的低成本MCU来创建用于逆变器级的开关频率。这样的MCU可以仅能够在fmin与fmax之间生成少数频率步长,并且当照明控制系统随着时间经过而逐渐减少亮度级别时,这将被感知为粗调光而非平滑调光。针对这些和其它情况,当想要更好的调光分辨率时,可以使用被修正的控制算法。在另一个实施例中,可以连同已知为频率“跳变”的技术一起实现FM,在频率“跳变”中,频率在两个离散频率值之间变动。两个频率值之间的频率跳变可以在这两个值之间产生平均频率,因此与可能另外地从特定MCU可得到的相比提供更多的频率步长。在高亮度级别(例如在100%-20%完全亮度之间),可以利用FM,同时通过在两个邻近频率之间的跳变来实质地增加MCU的外围设备的频率分辨率。
图10a-图10c是根据本发明实施例的用于被修正的混合调光技术的亮度级别、开关频率fsw和占空比的曲线图。如该示例所图解那样,在高亮度级别,可以组合FM和突发控制。如在图10a中可以看到那样,亮度级别在该示例中开始于1024的最大亮度级别BL,并且随着开关频率(图10b中图线绘出)增加以及占空比(图10c中图线绘出)降低而逐渐降低。在该特定示例中,fsw如上面讨论那样增加,然而,具有大占空比的突发控制可以被用于在由FM实现的各调光步长之间中实现附加的调光步长。由于突发控制仅需要在FM所实现的调光的顶部提供附加的小的调光效果,因此突发控制的占空比D可以保持非常高,例如在一些实施例中,大约90%或更高。高占空比D带来的优点是:下垂损耗上的减少可以被最大化。在一个实施例中,可以在MCU或DSP中实现图10a-图10c的被修正的混合调光技术,以便降低组件成本。所描述的调光技术中的每一种可以在多种LED驱动器、特别是基于通过使开关频率变化来改变输出功率的谐振拓扑的驱动器上实现。
图11示出根据本发明一个实施例的用于混合调光控制的示例电路设计。在该示例实施例中,来自函数发生器的信号被输入到包括变压器T1以及开关Q1和Q2的半桥。开关Q1被连接到供给电压Vbus,在一些实施例中,其可以在100-200V DC之间变化。开关可以是例如IRF730 MOSFET开关,并且变压器从外部函数发生器驱动开关。电感器L1和电容器C2在该示例实施例中创建在大约70kHz(C2大约22nF,L1大约240μH)的频率的谐振网络。电容器C1在该实施例中被选择为使开关Q1和Q2中的开关损耗最小化(C1 = 200pF)。DC电流通过两个快速恢复整流二极管D1和D2(D1 = D2 = 1N4936)提供给LED串,其在该特定实施例中是30LED串。选择电解电容器C4和C5的值以确保在载波频率(C4 = C5 = 220μF)下低的纹波进入到LED串。电容器C3是DC阻断电容器,其阻断用于电源外部的DC电流的路径(C3 = 100nF)。LED串、整流二极管以及电容器C4和C5可以构成LED组装,诸如在图7中描述那样的LED组装。在一些实施例中所使用的函数发生器提供可以从MCU得到的函数。发生器可以创建具有例如从70-140kHz变化的载波频率、100-200Hz左右的调制频率(即突发的重复速率)和从0.1-100%的占空比率的正弦信号的突发。
图12是根据本发明一个实施例的图11所示的LED串的调光级别的曲线图。在该示例中展示在没有纹波的情况下相对于通过DC电流进行的调光在PWM调光模式中在图11的转换器上进行操作的LED串的流明效率(效能)的损耗。在该示例中,流明效率在调光级别的一半处下降大约10%,并且在调光级别的四分之一处下降大约20%。在PWM调光期间LED的LED流明效率的下降对于LED性质的固有的,并且被已知为“下垂”。不同的LED可能展现不同的“下垂”特性。在一些实施例中,可以通过变化驱动信号的载波的频率来完成DC调光。在图11所示的逆变器拓扑中,驱动信号可以一致地保持在逆变器的谐振频率之上,以便减少开关损耗。
图13是根据本发明一个实施例的作为占空比的函数的图11的逆变器的LED电流的曲线图。该曲线图图解使用突发控制调光来用于非常宽范围(大约200倍)的比例控制。在一些实施例中,完全调光范围可以超过500倍。在该特定示例中,电压Vbus被设置为100V,载波频率F是70.2kHz,并且调光频率fmin是175Hz。载波频率F与本文中在别处被提及为开关频率fsw的频率相同。调光频率Fdim是还被提及为突发的调制频率或重复速率的脉冲序列的包络的频率(参见例如图2)。
图14是根据本发明一个实施例的图11的逆变器的功率传递效率对于占空比的曲线图。在该示例中,当效率因子起作用(降至3%)时,突发控制模式下的逆变器的功率传递效率在调光范围内基本上是恒定的。在一些实施例中,归因于在各突发之间的暂停期间逆变器不消耗功率的事实,功率效率保持基本上恒定。在一些实施例中,完全优化的谐振逆变器可以实现92-95%的范围中的功率效率。在该特定示例中,电压Vbus被设置为100V,载波频率F是70kHz,并且调光频率fmin是175Hz。
图15是根据本发明一个实施例的图11的逆变器的功率效率关于LED电流的曲线图。在该示例图中示出两个绘图,上面的一个具有100V的Vbus,并且下面的一个具有200V的Vbus。在该实施例中通过频率调制调光来对亮度进行调光,并且针对每个Vbus值,30 LED串频率控制在70-100kHz之间。在一个具体示例中,在完全范围的1至¼的所调光的范围内,与纯突发控制调光相比,可以在系统流明效率上实现2-3%的改进。在一些实施例中,取决于操作频率和负载特性来使各开关脉冲之间的开关Q1和Q2的“死区时间”变化可以实现更大的益处。
图16是根据本发明一个实施例的图11的逆变器的LED电流关于总线电压Vbus的曲线图。在该示例图中示出两个绘图,上面的一个具有70kHz的频率,并且下面的一个具有130kHz的频率。该特定曲线图图解当频率调制调光由其自身使用时频率调制调光的限制。在谐振频率70kHz(在图16的上面的绘图中示出)处,LED串电流与用于100-200V之间的电压范围的DC总线电压成比例(比例系数接近单位一)。在一些实施例中,当为了调光的目的,频率被改变为130kHz(大约10倍调光,在图16的下面的绘图中示出)时,这种依赖性变得更陡峭得多,使得LED电流在小的总线电压改变时波动颇大。在该示例中,用于FM调光的实际范围被限制为4-5的因子。
图17是根据本发明一个实施例的图11的逆变器的功率和功率效率关于ΔF/FO的曲线图。该特定曲线图包括四个绘图,在曲线图的右侧上的y轴示出从0-1的功率效率,并且在左侧上的y轴示出功率。x轴给出被计算为ΔF/F0的开关频率fsw从谐振频率F0(有时又提及为fr)的偏离。绘图1701和1702示出关于ΔF/FO的功率效率,因此箭头指向右边y轴;而绘图1703和1704示出关于ΔF/F0的功率,因此箭头指向左边y轴。在该特定示例中,F0被设置为70kHz。绘图1702和1703具有200V的总线电压和330mA的LED电流,而绘图1701和1704具有100V的总线电压和175mA的LED电流。在一些实施例中,混合控制具有用于当应用频率调光时在100%-20%的调光范围中维持高流明效率并且当应用突发周期控制时确保宽范围的比例控制的潜力。
图18a-图18b是根据本发明一个实施例的用于图11的30 LED串的LED串电阻的曲线图。图18a所示的曲线图示出作为LED电流的函数的LED串电阻,而图18b示出作为被计算为ΔF/F0的开关频率fsw从谐振频率F0的偏离的函数的LED串电阻。在一些实施例中,为了实现想要的LED串电阻,可以根据这些曲线图来调整LED电流或ΔF/F0
方法
图19图解根据本发明一个实施例的用于在LED照明驱动器中实现FM和突发控制调光这两者的方法。该方法可以开始于在LED驱动器电路处接收(1901)调光信号。该方法可以继续为确定(1902)电流亮度级别是否为高亮度级别。在一些实施例中,高亮度级别可以包括完全亮度的100%-20%之间的光级别。如果亮度级别低,则该方法继续为执行突发控制调光(1909)。如果亮度级别高,则该方法可以继续为确定(1903)是否将要执行FM和突发控制调光(=混合调光)。如果将要执行FM和突发控制调光,则该方法可以继续为在每个频率级别处执行(1904)FM调光和突发控制调光,如图10a-图10c所示的示例中所描述的那样。如果不执行FM和突发控制调光,则该方法可以继续为确定(1905)是否将要执行FM和频率跳变。如果将要执行FM和频率跳变,则该方法可以继续为在各邻近频率之间执行(1906)FM调光和频率跳变。如果不执行频率跳变,则该方法可以继续为执行(1907)FM调光。在执行突发控制调光(1909)、FM调光(1907)、FM调光与突发控制调光(1904)或FM调光和频率跳变(1906)的同时,该方法可以继续接收新的调光信号,并且当新的调光信号可用时可以跳出1909、1907、1904或1906而且回到1901(虚线)。
根据本公开,大量变形和实施例将是明显的。一个示例实施例提供一种照明驱动器电路。所述驱动器电路包括:AC电流源,由具有占空比的脉冲序列驱动,所述电流源被配置为将电流输出到至少一个LED组装。所述驱动器电路还包括:控制器,可操作地耦合到所述电流源,并且被配置为:响应于调光信号,在高亮度级别执行频率调制调光,其中频率调制调光包括改变所述脉冲序列内的脉冲的频率;并且在低亮度级别执行突发控制调光,其中突发控制调光包括改变所述脉冲序列的占空比。在一些情况下,在高亮度级别进行调光包括:将所述至少一个LED组装从100%亮度调光到大约20%亮度,并且在低亮度级别进行调光包括:将所述至少一个LED组装调光到20%亮度之下。在一些情况下,在高亮度级别进行调光包括:通过将所述脉冲序列内的脉冲的频率增加到达到最大频率阈值来对所述至少一个LED组装进行调光。在一个这样的情况下,所述AC电流源包括谐振储能电路,并且所述最大频率阈值是所述谐振储能电路的谐振频率。在一些情况下,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括在所述多个频率级别中的每一个处降低所述脉冲序列的占空比。在一些情况下,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括在所述多个频率级别中的每一个处在各邻近频率之间进行跳变。在一些情况下,所述调光信号包括以下项中的至少一个:DC电压值、相位切割波形、DMX信号、DALI信号、电力线通信和/或无线通信。在一些情况下,所述驱动器电路包括所述至少一个LED组装,其中,所述至少一个LED组装包括至少一个整流二极管和至少一个电容器。在一些情况下,所述驱动器电路包括:至少一个电流划分器,被配置为使能多个LED组装的并联驱动。
另一个示例实施例提供一种对LED组装进行调光的方法。所述方法包括:在控制器处接收调光信号;以及(由所述控制器)确定至少一个LED组装的电流亮度级别。所述方法还包括:在高亮度级别执行频率调制调光,其中,频率调制调光包括:改变驱动电流源的脉冲序列内的脉冲的频率。所述方法还包括:在低亮度级别执行突发控制调光,其中,突发控制调光包括:改变驱动所述电流源的脉冲序列的占空比。所述方法还包括:将所述电流源的输出电流输出到所述至少一个LED组装。在一些情况下,在高亮度级别进行调光包括:将所述至少一个LED组装从100%亮度调光到大约20%亮度,并且在低亮度级别进行调光包括:将所述至少一个LED组装调光到20%亮度以下。在一些情况下,在高亮度级别进行调光包括:通过将所述脉冲序列内的脉冲的频率增加到达到最大频率阈值来对所述至少一个LED组装进行调光。在一些情况下,所述电流源包括谐振储能电路,并且所述最大频率阈值是所述谐振储能电路的谐振频率。在一些情况下,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处降低所述脉冲序列的占空比。在一些情况下,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处在各邻近频率之间进行跳变。
另一个示例实施例提供一种照明系统。所述系统包括:至少一个LED组装;以及AC电流源,由具有占空比的脉冲序列驱动,所述电流源被配置为将电流输出到所述至少一个LED组装。所述系统还包括:控制器,可操作地耦合到所述电流源,并且被配置为:响应于调光信号,在高亮度级别执行频率调制调光,其中频率调制调光包括改变所述脉冲序列内的脉冲的频率;并且在低亮度级别执行突发控制调光,其中突发控制调光包括改变所述脉冲序列的占空比。在一些情况下,所述AC电流源包括谐振储能电路,并且在高亮度级别进行调光包括:将所述脉冲序列内的脉冲的频率增加到达到所述谐振储能电路的谐振频率。在一些情况下,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处降低所述脉冲序列的占空比。在一些情况下,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处在各邻近频率之间进行跳变。在一些情况下,所述系统包括至少一个电流划分器,被配置为使能多个LED组装的并联驱动。
已经为了说明和描述的目的而提出了本发明实施例的前述描述。并不意图穷举或将本发限制于所公开的精确形式。根据本公开,很多修改和变化是可能的。意图不由该详细描述而由随附权利要求来限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种照明驱动器电路,包括:
AC电流源,由具有占空比的脉冲序列驱动,所述AC电流源包括谐振储能电路并且被配置为将电流输出到至少一个LED组装;以及
控制器,可操作地耦合到所述电流源,并且被配置为响应于调光信号执行:
在高亮度级别下的频率调制调光,其中:
频率调制调光包括改变所述脉冲序列内的脉冲的频率,
在高亮度级别下进行调光包括通过将所述脉冲序列内的脉冲的频率增加到达到最大频率阈值来对所述至少一个LED组装进行调光,以及
所述最大频率阈值是所述谐振储能电路的谐振频率;以及
在低亮度级别下的突发控制调光,其中突发控制调光包括改变所述脉冲序列的占空比。
2.如权利要求1所述的照明驱动器电路,其中,在高亮度级别进行调光包括:将所述至少一个LED组装从100%亮度调光到大约20%亮度,并且在低亮度级别进行调光包括:将所述至少一个LED组装调光到20%亮度以下。
3.如权利要求1所述的照明驱动器电路,其中,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处降低所述脉冲序列的占空比。
4.如权利要求1所述的照明驱动器电路,其中,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处在各邻近频率之间进行跳变。
5.如权利要求1所述的照明驱动器电路,其中,所述调光信号包括以下项中的至少一个:DC电压值、相位切割波形、DMX信号、DALI信号、电力线通信和/或无线通信。
6.如权利要求1所述的照明驱动器电路,还包括所述至少一个LED组装,其中,所述至少一个LED组装包括至少一个整流二极管和至少一个电容器。
7.如权利要求1所述的照明驱动器电路,还包括至少一个电流划分器,被配置为使能多个LED组装的并联驱动。
8.一种对LED组装进行调光的方法,包括:
在控制器处接收调光信号;
由所述控制器确定至少一个LED组装的电流亮度级别;
在高亮度级别执行频率调制调光,其中:
频率调制调光包括改变驱动电流源的脉冲序列内的脉冲的频率;
所述电流源包括谐振储能电路;
在高亮度级别下进行调光包括通过将所述脉冲序列内的脉冲的频率增加到达到最大频率阈值来对所述至少一个LED组装进行调光;以及
所述最大频率阈值是所述谐振储能电路的谐振频率;
在低亮度级别执行突发控制调光,其中,突发控制调光包括改变驱动所述电流源的脉冲序列的占空比;以及
将所述电流源的输出电流输出到所述至少一个LED组装。
9.如权利要求8所述的方法,其中,在高亮度级别进行调光包括:将所述至少一个LED组装从100%亮度调光到大约20%亮度,并且在低亮度级别进行调光包括:将所述至少一个LED组装调光到20%亮度以下。
10.如权利要求8所述的方法,其中,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处降低所述脉冲序列的占空比。
11.如权利要求8所述的方法,其中,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处在各邻近频率之间进行跳变。
12.一种照明系统,包括:
至少一个LED组装;
AC电流源,由具有占空比的脉冲序列驱动,所述AC电流源包括谐振储能电路并且被配置为将电流输出到所述至少一个LED组装;以及
控制器,可操作地耦合到所述电流源,并且被配置为响应于调光信号执行:
在高亮度级别下的频率调制调光,其中:
频率调制调光包括改变所述脉冲序列内的脉冲的频率;以及
在高亮度级别下进行调光包括将所述脉冲序列内的脉冲的频率增加到达到谐振储能电路的谐振频率;以及
在低亮度级别下的突发控制调光,其中突发控制调光包括改变所述脉冲序列的占空比。
13.如权利要求12所述的系统,其中,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处降低所述脉冲序列的占空比。
14.如权利要求12所述的系统,其中,改变所述脉冲序列内的脉冲的频率包括:在多个频率级别中增加频率,并且其中,频率调制调光还包括:在所述多个频率级别中的每一个处在各邻近频率之间进行跳变。
15.如权利要求12所述的系统,还包括至少一个电流划分器,被配置为使能多个LED组装的并联驱动。
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