CN104936338A - 与市电同步的pwm调光 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于固态发光装置的驱动电路。描述了一种用于固态发光(SSL)装置的驱动电路的控制器。驱动电路包括用于将能量从驱动电路的输入端传递到SSL装置的电源转换器。控制器确定用于SSL装置的调光水平，以及如果调光水平大于预定调光水平阈值，在第一操作模式连续操作该电源转换器，以给SSL装置提供在第一能量水平的能量。如果调光水平小于预定调光水平阈值，控制器用于在第一操作模式在PWM脉冲的持续时间操作该电源转换器，以及在第二操作模式在PWM脉冲之间的持续时间操作该电源转换器。在第二操作模式中，电源转换器给SSL装置提供在第二能量水平的能量。该PWM脉冲与AC市电电压同步。

Description

与市电同步的PWM调光

技术领域

本发明涉及用于固态发光(SSL)装置的驱动电路。特别地，本发明涉及用于降低或消除SSL装置的闪烁的驱动电路，尤其是涉及用于降低或消除处于相对低的调光水平的SSL装置的闪烁的驱动电路。

背景技术

固态发光(SSL)灯泡组件，例如发光二极管(LED)基的灯泡组件，期待取代GLS(一般照明服务)或白炽灯。SSL装置通常包括驱动电路和/或电源转换器以将市电电源的电力转换成适用于包含于SSL装置的SSL光源(如LED阵列)的电力。

用于SSL装置的驱动电路应当用于将AC市电电压转换成可能的恒定负载电压和负载电流。特别地，该驱动电路应用用于控制该负载电压(也称为驱动电压)和负载电流(也称为SSL电流)，从而该SSL装置不会以人眼可见的方式闪烁。此外，该驱动电路应当用于以不同的调光水平驱动SSL装置。SSL装置的发光不应当展现出任何可见的闪烁，即使在相对低的调光水平也是如此。

本发明解决上述的SSL装置的技术问题以及描述了一种用于驱动SSL装置而不会有可见闪烁的有效方法和系统。

发明内容

根据一个方面，描述了用于固态发光(SSL)装置的驱动电路的控制器。该SSL装置可包括一个或多个发光二极管(LED)。该驱动电路包括：电源转换器，该电源转换器用于将能量从驱动电路的输入端传递到SSL装置。该电源转换器可包括隔离的或非隔离的电源转换器。可选地或另外，该电源转换器可包括线性稳压器。该电源转换器可包括电感(例如，变压器)，该电感用于存储来自驱动电路的输入端的能量和将所存储的能量释放到SSL装置。进一步，该电源转换器可包括功率开关，该功率开关与该电感串联和当该功率开关处于导通状态时用于启用流过电感的电感电流。特别地，可使该功率开关(其可包括例如金属氧化物MOS晶体管)进入导通状态，以将能量存储在该电感，以及可使该功率开关进入断开状态，以将能量释放到该SSL装置。通过示例的方式，该电源转换器可包括反激式电源转换器。

在输入端的能量从具有市电频率的AC市电电压获取。特别地，电源转换器的输入电压可从AC(交流)市电电压的整流版本(也称为整流的输入电压)获取。该输入电压可根据周期频率变化(该周期频率是市电电压频率的两倍，即该周期频率可以是市电频率的两倍)。该市电频率可对应于50Hz或60Hz。该AC市电电压可展现出或可包括包含全波序列的波形。该全波可以以市电频率在该波形中重复。每个全波可再划分成两个半波。

控制器用于确定用于SSL装置的调光水平。可根据包含在AC市电电压的波形的信息(例如根据波形的调制和/或根据切相角)获得该调光水平。可选地或另外，可根据已经在单独的通信通道(例如通过蓝牙或通过无线LAN)接收的信息确定该调光水平。

如果调光水平大于预定的调光水平阈值，该控制器可用于执行模拟调光。为此目的，如果调光水平大于预定调光水平阈值，控制器用于在第一操作模式连续操作该电源转换器，以给SSL装置提供在第一能量水平的能量。能量的第一能量水平可足够高，从而该SSL装置发射可见光。该第一操作模式也可称为线性操作模式。

为了在第一操作模式操作电源转换器，控制器用于反复地取决于检测到电感的续流，令功率开关进入导通状态，和取决于检测到电感电流已经达到预定的峰值电流，令功率开关进入断开状态。在第一操作模式过程中，电源转换器的功率开关可以以换向周期率在导通状态和断开状态之间换向。该换向周期率可在100kHz范围。该预定的峰值电流可取决于调光水平。具体地，如果该调光水平增加，该预定峰值电流可增加(反之亦然)。这样，当处于第一操作模式时，可以将电源转换器操作在边界传导模式(BCM)。该第一操作模式可使得SSL装置具有大体恒定的SSL电流，从而发出具有大体恒定的照明水平的光。第一操作模式可有利于提供具有相对高的调光水平的，即具有相对高的照明水平的，无闪烁的光。

控制器用于执行PWM调光。为此目的，如果调光水平小于预定调光水平阈值，控制器用于在第一操作模式在具有PWM频率的PWM脉冲的序列中操作该电源转换器，以及在第二操作模式在PWM脉冲之间的持续时间操作该电源转换器。换句话说，控制器可用于在第一操作模式在PWM脉冲的瞬间或持续时间操作该电源转换器，以及在第二操作模式在PWM脉冲之间的持续时间操作该电源转换器。在第二操作模式中，操作电源转换器以给SSL装置提供在第二能量水平的能量。该能量的第二能量水平小于该能量的第一能量水平。特别地，能量的第二能量水平使得该SSL装置不发射可见光。该第二操作模式可以是保持模式，在该保持模式过程中能量被提供给控制器。为了PWM调光，电源转换器可在第一操作模式和第二操作模式之间交替。第一操作模式的相对持续时间(相对于第二操作模式)可由PWM脉冲的宽度和/或PWM频率控制。

PWM脉冲序列通常包括具有PWM频率的PWM脉冲。该PWM脉冲具有恒定的脉冲宽度或脉冲持续时间(如果调光水平保持不变)。该PWM脉冲序列或该脉冲可与AC市电电压同步。换句话说，该PWM脉冲可出现在半波或AC市电电压的全波的相同部分。通过这样做，确保从一个半波到下一个半波和/或从一个全波到下一个全波，在驱动电路的输入端可用的用于不同PWM脉冲的能量保持不变。这确保了在不同的PWM脉冲中提供给SSL装置的能量也保持不变。因此，确保了SSL装置的无闪烁操作，在相对低的调光水平也是如此(即SSL装置的相对低的照明水平)。

通过以PWM频率交替第一操作模式和第二操作模式，可操作该SSL装置以产生具有PWM频率的光脉冲。该PWM频率可足够高(如100Hz或更高)，以确保人眼见不到该光脉冲。通过这样做，平均照明水平可进一步降低，即可实施相对低的调光水平。

应当注意的是，该PWM脉冲的PWM频率不同于上述的功率开关的换向周期率。该PWM频率定义PWM脉冲的重复率，其中在该PWM脉冲过程中该电源转换器被操作于第一操作模式。换句话说，在以PWM频率发生的PWM脉冲过程中，该电源转换器的功率开关可以以换向周期率在导通状态和断开状态之间切换。因此，PWM频率(在100Hz范围)通常大体小于换向周期率(在100kHz范围)。

控制器可用于根据整流的AC市电电压确定同步脉冲序列。为此目的，该整流的AC市电电源(在这里也称为整流的输入电压)可与预定的电压阈值比较。进一步，控制器可用于根据同步脉冲序列确定PWM脉冲序列。可确定PWM脉冲序列，从而从一个半波到下一个半波或从一个全波到下一个全波，他们相对于同步脉冲的相对位置保持不变。

特别地，该控制器可用于确定单个同步脉冲每全波。这是有利的，因为事实上AC市电电压的波形可在全波中展现出不对称。另一方面，通常以相对精确的方式保持AC市电电压的市电频率。通过仅确定单个同步脉冲每全波，可消除内波不对称。控制器可用于确定至少一个PWM脉冲每半波(根据单个同步脉冲每全波)。这确保PWM频率足够高，以避免SSL装置的闪烁。特别地，这允许PWM频率大于人眼可感知的光强度变化的感知频率。

如上面指出的，该AC市电电压展现出包含全波序列的波形。所谓的全波的相位与全波的振幅关联。换句话说，沿全波的时间线该全波可包括不同的相位。控制器用于确定PWM脉冲序列，从而该PWM脉冲序列与该全波序列的每个全波的同样的一个或多个相位一致。通过这样做，确保了对于不同的全波的相应的PWM脉冲，在驱动电路的输入端的能量保持不变。这确保了SSL装置的无闪烁操作。

如上面指出的，全波通常包括两个半波。该PWM脉冲序列包括整数个PWM脉冲序列每半波。换句话说，该PWM频率可以是周期频率的整数倍。因此，可实现AC电源电压和PWM脉冲序列之间的同步。

整数的PWM脉冲可居中于半波的顶点(如半波的最高振幅)。因此，可将在PWM脉冲过程中的能量摄入最大化，这有利于SSL装置的无闪烁的操作。

该控制器可用于确定用于设置调光水平的调光器的类型。进一步，根据所确定的调光器的类型，该控制器可用于将该PWM脉冲与该AC市电电压同步。特别地，PWM脉冲放置的AC市电电压的全波的相位可取决于调光器的类型。通过这样做，能够确保在PWM脉冲的过程中从驱动电路的输入端摄取能量(即使是切相调光器的情况下)。

PMW脉冲的宽度可取决于调光水平。换句话说，当调光水平改变时，PWM脉冲的宽度可改变。特别地，如果调光水平降低，PWM脉冲的宽度减少(反之亦然)。此外，PMW脉冲的宽度可取决于PMW频率。通常，如果PWM频率增加，PWM脉冲的宽度减少(反之亦然)。

为了在第二操作模式操作电源转换器，控制器用于周期性地令功率开关进入预定的导通持续时间的导通状态，和令功率开关进入预定的断开持续时间的断开状态。导通状态和断开状态可交替。导通持续时间和断开持续时间可使传递的在第二能量水平的能量足够保持控制器工作。另一个方面，传递的在第二能量水平的能量不足以引起SSL装置发出可见光。这样，第二操作模式可用于确保驱动电路的连续工作，即使在低调光水平也是如此。

一旦进入第二操作模式(并来自第一操作模式)，该控制器令功率开关进入断开状态。进一步，功率开关保持在断开状态，直到检测到电感的续流的瞬间。通过这样做，确保了第一操作模式(以及该SSL装置的照明)终止于预定时间点，以及该SSL装置以无闪烁的方式工作。

一旦进入第一操作模式(并来自第二操作模式)，该控制器令功率开关进入或保持断开状态。进一步，控制器可用于将功率开关保持在断开状态，保持时间至少是以功率开关的上一个导通状态周期为起点的预定恢复时间(通常发生在将电源转换器操作于第二操作模式的时候)。通过这样做，确保了第一操作模式以电源转换器的定义状态开始，以及该SSL装置以无闪烁的方式工作。

根据又一个方面，描述了一种用于SSL装置的驱动电路。驱动电路包括电源转换器。进一步，驱动电路包括控制器。控制器可包括描述于本发明的任何特征。

根据又一方面，描述了一种灯泡组件。该灯泡组件包括电连接模块，该电连接模块用于与市电电源电连接，从而提供输入电压。进一步，该灯泡组件包括本发明描述的驱动电路，该驱动电路用于将输入电压转换成用于固态发光(SSL)装置的驱动信号。此外，该灯泡组件包括SSL装置，该SSL装置用于根据驱动信号发光。

根据另一个方面，描述了一种操作本发明列出的控制器和/或驱动电路的方法。该方法可包括多个步骤，该多个步骤对应于本发明描述的控制器和/驱动电路的多个特征。特别地，该方法可针对使用驱动电路操作固态发光(SSL)装置的方法。该驱动电路包括：电源转换器，该电源转换器用于将能量从驱动电路的输入端传递到SSL装置。在输入端的能量从具有市电频率的AC市电电压获取。

该方法包括确定SSL装置的调光水平。此外，该方法包括：如果调光水平大于预定调光水平阈值，在第一操作模式连续操作该电源转换器，以给SSL装置提供在第一能量水平的能量。该方法包括：如果调光水平小于预定调光水平阈值，在第一操作模式在具有PWM频率的PWM脉冲的序列中操作该电源转换器，以及在第二操作模式在PWM脉冲之间操作该电源转换器。在第二操作模式中，电源转换器被操作以给SSL装置提供在第二能量水平的能量。该第二能量水平通常小于该第一能量水平。该PWM脉冲序列可与AC市电电压同步。

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2a示出了用于SSL装置的驱动电路的示例元件的方块图；

图2b示出了用于驱动电路的控制器的示例元件的方块图；

图3示出了用于SSL装置的示例驱动电路的电路图；

图4示出了用于SSL装置的驱动电路的示例元件的方块图；

图5a，5b和6示出了用于操作驱动信号的示例信号；以及

图7示出了以无闪烁的方式操作SSL装置的示例的方法的流程图。

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(本文档中)，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，供电电压为50Hz的230-240V的交流电，而在北美为60Hz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1是灯泡组件的示意图，组件1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。进一步，光源6(也称为SSL装置)设置在壳体2中。光源6的例子是固态光源或SSL装置6，如发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)。光源6可由单个发光装置或多个LED实现。通常SSL装置包括多个串联设置的LED，因此SSL装置开启电压V_on由各个LED的开启电压的总和产生。通SSL装置的开启电压的典型值为10-150V范围。

通常，SSL装置6的电压降大体保持不变(处在SSL装置6的开启电压V_on)，不管SSL装置6发出的光的强度是多少。SSL装置6发出的光的强度通常由流过SSL装置6的驱动电流控制。

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2a示出了SSL装置6，250的驱动电路8，200的示例元件。驱动电路200包括整流器210，该整流器从市电电压接收交流(AC)供电，并在其输出端提供整流的电流(DC)。该DC电源被电源转换器230接收，该电源转换器用于将受控的DC驱动电压和/或受控的驱动电流输出到SSL装置250。驱动信号(包括驱动电压和驱动电流)的电压和电流特性由应用于光源6(即SSL装置250)中的LED数量和类型确定。提供给SSL装置250的电力根据SSL装置205的所需的操作条件进行控制。在一个例子中，该SSL装置250包括多个串联的LED，和需要具有50V或更高的输入电压的驱动信号。通常，根据包含于SSL装置250的LED的数量驱动电压可在10V到超过100V的范围。

该驱动电路200可进一步包括控制220，该控制器用于控制电源转换器230产生适当的作为整流的市电电压的函数的驱动信号(即适当的驱动电压和适当的驱动电流)。特别地，该控制器220可用于根据整流器210提供的整流的(但是变化的)电压调整电源转换器230的电压转换率。进一步，控制器220可用于控制该转换器230提供适当的驱动电流给SSL装置250，从而控制SSL装置250发出的光的强度。

电源转换器230可包括电感式储能装置(如电感或变压器)和开关装置。开关装置(也称为功率开关)可由控制器220控制，并可由金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)装置，或其他适于切换高电压(例如数十伏)的装置实现。但是，应当注意的是，控制器220自身可包括开关元件，从而直接控制提供用于SSL装置250的适当的驱动电压。该电源转换器230可包括不同的电路拓扑结构。例如，电源转换器230可包括降压转换器电路，升压转换器电路，降压/升压转换器电路，SEPIC(单端初级电感转换器)电路，或反激式转换器电路。

图2b示出了控制器220的示例方块图。控制器220包括：事件检测单元42，用于输出控制信号C的输出控制器43，用于整体控制系统的处理单元44，以及用于存储处理单元使用的数据的数据存储单元46，该事件检测单元42被连接以接收传感器/反馈信号S(例如，用于接收由整流器210提供的整流电压)。可提供通信输入/输出单元48以启用处理单元44例如使用合适的有线或无线通信协议与其他装置通信。控制器220也整合了电源稳压器50，该电源稳压器提供电源给控制器220中的装置，和用于提供参考时钟信号给处理单元44的时钟信号发生器52(如振荡电路)。时钟信号发生器52可用于从传感器/反馈信号S(例如从整流器210提供的整流的电压)产生时钟信号，从而启用驱动电路200与市电频率的同步。换句话说，时钟信号发生器52可利用市电周期的周期性，以使驱动电路200与市电周期同步。

处理单元44工作以产生控制信号C，以控制开关装置或电源转换器230中的装置。通常，控制信号是脉冲宽度调制(PWM)信号，该脉冲宽度调制信号控制电源转换器230中的开关装置的占空比(也就是说，功率开关的导通状态的长度和包括开启阶段和随后的断开阶段的整个换向周期的长度之间的比率)，因此以控制输出驱动电压。在实施例中，控制器实施为微控制器或集成电路。

图3示出了灯泡组件1的示例驱动电路300，200，8的电路图。驱动电路300可用于提供电源给负载309，250，6(负载可以是例如发光二极管，LED，或LED阵列)。驱动电路300包括电磁干扰(EMI)滤波单元301和整流器302，210，以从市电电源330在电容341产生整流的输入电压229。进一步，驱动电路300可包括控制器306，该控制器用于控制驱动电路300的电源转换器。控制器306可包括上面描述的控制器220。控制器306可用一个或多个启动电阻315进行启动。进一步，控制器306可与供电电容(未示出)连接，以提供供电电压Vcc给控制器306(控制器可实施为例如集成电路IC)。在示出的例子中，驱动电路300包括一级电源转换器305，该一级电源转换器包括反激式转换器305。但是，应当注意的是，驱动电路300可包括多级电源转换器。进一步，应当注意的是电源转换器305可包括其他类型的转换器，尤其是隔离或非隔离的转换器。图3的反激式转换器305包括变压器307，变压器具有初级线圈320和次级线圈321，和具有附加的辅助线圈322，例如用于测量目的。辅助线圈322可用于提供关于驱动电路300的输出电压231(也称为驱动电压)的信息给控制器306。此外，驱动电路300可包括输出电容(或存储电容)308，输出电容存储提供给光源309的电源。反激式转换器305包括二极管204，二极管用于防止在反激式转换器305的断开状态期间从反激式转换器305的输出到反激式转换器305的输入的反向能量流。

电源转换器的输入电压对应于整流的输入电压229。输入电压229可采用装置208，209进行感应，从而提供感应的电压信号234给控制器306。在示出的例子中，输入电压感应装置208，209使用包括电阻208，209的电压驱动器来实现。进一步，感应的电流信号233使用电流感应装置203来确定，并提供给控制器306。感应的电流信号233表示流过反激式转换器305的功率开关202的电流或表示流过变压器307的初级绕组320的电流。在示出的例子中，电流感应装置用分流电阻实现，该分流电阻与功率开关202串联。

一旦流过开关202的电流Is达到预定的峰值电流Ip，控制器306可用于确定栅极控制信号232，以使第二转换器级305的开关202进入断开状态。可根据感应的电流信号233和/或根据续流信号确定栅极控制信号232，续流信号可例如由变压器307的辅助绕组322提供。特别地，一旦感应的电流信号233已经到达预定的阈值(该阈值通常取决于预定的峰值电流)，可设置该栅极控制信号232以使开关202进入断开状态。进一步，一旦检测到反激式转换器305的续流，可设置该栅极控制信号232以使开关202进入导通状态。

驱动电路300可用于提供负载电流或SSL电流403给SSL装置309以产生无闪烁的光。此外，驱动电路300用于包括高功率因数和谐波失真。在SSL装置调光的情况，即当SSL装置的调光水平改变的情况下，这应当也能实现。

SSL装置309发出的照明的水平通常由流过SSL装置309的驱动电流改变。流过SSL装置309的平均电流可以以模拟的方式改变，其中流过SSL装置309的大体连续的电流403的水平被改变。这可称为模拟或线性调光。可选地或另外，流过SSL装置309的平均电流可通过提供脉冲宽度调制(PWM)的大体连续的电流403给SSL装置309进行改变。后者称为PWM调光。在PWM调光中，SSL电流403的水平通常基于脉冲宽度和PWM信号的周期，而在模拟调光中，SSL电流403的水平通常基于模拟信号的振幅。

SSL装置309的调光水平可使用市电电源网络中的调光器进行设置。调光器可包括切相调光器和/或数字调光器。驱动电路300可用于根据整流的输入电压209的波形确定调光水平。可选地或另外，使用专用的通信路径(例如通过蓝牙或通过无线LAN)，调光水平可以与驱动电路300通信。驱动电路300可用于根据调光水平控制电源转换器305。特别地，该驱动电路300可用于产生脉冲宽度调制SSL电流403，以降低SSL电流403的平均水平和降低SSL装置309的调光水平。

以间歇的方式操作SSL装置309的可能的方法可以是：根据控制器306，220的时钟信号发生器52的参考时钟信号产生脉冲宽度调制SSL电流403。脉冲宽度调制SSL电流403的占空比可用于定义SSL装置309的调光水平。这是有利的，因为在具有PFC(功率因数控制)功能的单级电源转换器305的情况下，整流的AC市电电压229直接反馈给转换器级305的输入。因此，电源转换器305的输入电压229对应于半波AC信号229。因为参考时钟信号通常相对于市电电压330是异步的，这就导致了可根据整流的AC市电电压229的不同相位确定脉冲宽度调制SSL电流403的情况。这样的相移导致传送到SSL装置309的能量的量的任意变化。提供给SSL装置309的能量的量的任意变化可导致可见的闪烁效果。

本发明描述了一种用于消除在电源转换器306的输入端的输入电压229(即整流的AC市电电压229)和提供给SSL装置309的脉冲宽度调制SSL电流403之间的干扰的方法和相应的控制器306，220。特别地，其目的在于将脉冲宽度调制SSL电流403的产生与市电频率同步。因此，在市电电压330的不同周期，能量传递保持恒定。通过这样做，可以避免SSL装置309的闪烁效果。此外，可以将PWM频率减少到，例如市电频率或周期频率。由此产生更稳定的光，尤其是具有相对低的调光水平的稳定光。

此外，本发明描述了一种方法，该方法用于在电源转换器202的栅极执行选通功能以产生脉冲宽度调制SSL电流403和提供用于操作驱动电路300的能量给驱动电路300(尤其是控制器306)。

如上面指出的，SSL装置309的光水平可根据流过SSL装置309的脉冲宽度调制SSL电流403的PWM脉冲宽度(如占空比)进行设置。在本发明中，提出了将PWM操作的启动与市电电源330的相位同步。脉冲宽度调制SSL电流403的PWM脉冲的PWM频率可根据市电电源330获得。特别地，该PWM频率可从市电频率乘以乘法系数获得，即该PWM频率可与市电频率或周期频率成正比，其中比例系数可以是整数。

为了控制SSL装置309的PWM操作，可使用PWM控制信号。PWM控制信号可包括PWM脉冲序列，其中PWM脉冲表示驱动电路300要产生的SSL电流403的脉冲的时间间隔。如上面指出的，PWM脉冲的PWM频率可从市电频率或周期频率获得。PWM脉冲的宽度可用于控制SSL装置309的调光水平。

PWM信号可用于对反激栅极驱动信号232(也称为栅极控制信号232)执行选通功能。PWM选通的起点可与反激栅极驱动信号232同步，但可限定到允许的最大频率。PWM信号变低之后，在驱动电路300以预定的保持周期启动以提供用于驱动电路300工作的能量之前，反激栅极驱动232可断开和等待过零。通过将PWM信号与市电电源300的周期同步，可以避免SSL装置309的闪烁，尤其是避免在低调光水平的SSL装置309的闪烁。

如上面指出的，平均正向SSL电流确定SSL装置309的亮度。平均SSL电流可使用两种方法调光：使用通过直接改变平均SSL电流403的线性调光方法和使用通过以相对高的PWM频率将SSL电流403交替接通或断开的PWM调光方法，从而减少平均SSL电流403。PWM控制信号的PWM频率应当足够高以避免人眼能够察觉的可见闪烁。

图4示出了示例的调光控制概念。特别地，图4示出了驱动电路300和控制器306的节选，可用于控制SSL装置309的照明水平。驱动电路300包括续流检测装置401，402，332，续流检测装置用于检测变压器307的初级绕组320能量释放的瞬间。在示出的例子中，续流检测装置包括分压器401，402，分压器用于提供在辅助绕组322的电压水平的表示425。在辅助绕组322的电压水平的表示425可称为续流表示425。使用第一比较器411将在辅助绕组322的电压水平的表示425与续流参考电压422比较。在示例的例子中，第一比较器411的输出端与SR锁存器413的S输入端连接，其中栅极控制信号232根据SR锁存器413的Q输出获得。因此，栅极控制信号232可设置成高电平以接通功率开关202(即，以使功率开关202进入导通状态)。

此外，该驱动电路300包括电流传感装置203(包括例如分流电阻)，该电流传感装置提供流过功率开关的电流(也称为开关电流或电感电流)的表示233。开关电流的表示233提供给第二比较器412，其中该表示233与峰值电流电压423比较。峰值电流电压423表示流过功率开关202的预定的峰值电流。预定的峰值电流通常取决于调光水平。第二比较器412的输出端与SR锁存器413的R输入端连接。因此，栅极控制信号232可设置成低电平以断开功率开关202(即，以使功率开关202进入断开状态)。

因此，提供给SSL装置309的SSL电流可根据续流表示425和根据关于电感电流的表示233进行稳压。特别地，可以控制电源转换器305的功率开关202，从而当电感电流达到预定的峰值电流时功率202断开，和/或从而当变压器307的初级绕组320中存储的能量已经完全传递到SSL装置309时功率开关接通。通过修改峰值电流，即通过修改峰值电流电压423，可修改SSL装置309的照明水平。这可以用于提供所谓的SSL装置309的模拟或线性调光。

当将调光水平降低到小于预定的调光水平阈值，峰值电流下降到小于预定的峰值电流阈值。这可导致SSL电流403和/或驱动电压231不再足够高，不能确保SSL装置309的可靠照明的情况。驱动电路300可因此用于提供用于调光水平的PWM调光，否则会导致峰值电流下降到小于预定的峰值电流阈值。换句话说，驱动电路300可用于使用模拟或线性调光以等于或大于预定调光阈值(和利用等于或大于预定的峰值电流阈值的峰值电流)的调光水平操作该SSL装置309。此外，驱动电路30可用于使用PWM调光以低于预定的调光水平阈值的调光水平操作该SSL装置309。峰值电流可固定到预定的值，该预定的值等于或大于预定的峰值电流阈值。通过这样做，确保在第一能量水平的能量传递到电源转换器305的输出端，即传递到SSL装置309。特别地，可确保传递足够的能量从而SSL装置309在PWM脉冲期间发光。在PWM脉冲期间，SSL电流403可在第一电流水平。

PWM调光模式可使用PWM控制信号421进行控制。PWM控制信号421可控制多路复用器414从而如果PWM控制信号421在第一电平(如在高电平)，电源转换器305使用(如上面概括的)表示233和425稳压。这样，照明脉冲由SSL装置309产生。电源转换器的操作模式可称为线性操作模式(或称为第一操作模式)。

另一方面，如果PWM控制信号在第二电平(如在低电平)，可控制电源转换器305从而在第二能量水平的能量传递到电源转换器305的输出。该第二能量水平通常小于该第一能量水平。第二能量水平使得该SSL装置不发射任何光。特别地，可操作电源转换器305从而该电源转换器305提供在第二能量水平的能量，该能量足够用于操作驱动电路300，尤其用于操作控制器306，但是不足够引起SSL装置309发可见光。这个操作模式可称为保持模式(或称为第二操作模式)。该保持模式可根据保持模式控制信号424执行。保持模式控制信号424可表示在保持模式过程中的功率开关202的导通状态的持续时间和/或功率开关202的断开状态的持续时间。

这样，驱动电路300(特别是控制器306)可用于根据PWM控制信号421以线性操作模式和/或保持模式操作该电源转换器305。换句话说，根据PWM控制信号，可以以线性模式或保持模式控制功率开关202。如上文概述的，在线性调光模式，通常根据峰值电流电压423控制SSL电流403。另一方面，在PWM调光模式，电源转换器305的操作可在线性模式和保持模式之间切换。可根据PWM控制信号421执行操作模式之间的切换，其中PWM控制信号421可从市电电源330的市电频率获得。特别地，PWM控制信号的PWM频率可与市电频率同步。PWM控制信号的占空比或脉冲宽度可取决于调光水平。这在图5a和5b中示出。

在PWM调光模式中，占空比可定义PWM时间窗口，在该PWM时间窗口期间PWM控制信号421在第一电平(如高电平)以在第一操作模式操作电源转换器305。PWM频率对应于PWM脉冲发生的频率，即电源转换器在线性操作模式中操作的频率。PWM频率可根据半波和/或根据全波市电频率获得。特别地，该PWM频率可对应于多个半波和/或全波市电频率，如PWM频率＝100Hz*N或PWM频率＝50Hz*N，其中N是正整数，N>0。

驱动电路300的控制器306可用于根据整流的输入电压229确定同步信号和/或同步脉冲512。为此目的，该整流的输入电压可与预定的电压阈值511比较。每当整流的输入电压229在一个或多个方向(从小于预定的电压阈值511到高于预定的电压阈值511和/或反之亦然)越过预定的电压阈值511，可产生同步脉冲512。这在图5a和5b中示出。图5a和5b示出了整流的输入电压229关于时间501的波形和示出了关于时间501的同步脉冲序列512。

可使用例如具有预定的最大计数值的计数器确定整流的输入电压229的相位，其中在两连续的同步脉冲512之间，计数器可从0数到预定的最大计数值。这样，计数器值的曲线514表示整流的输入电压229的相位。

PWM控制信号421的PWM脉冲517可设置在整流的输入电压229的每个全波或每个半波的一个或多个特定地相位值。在图5的示出的例子中，PWM脉冲517居中于整流的输入电压229的每个半波的中间相位。这是特别有利的，因为通过这样做，在电源转换器305的输入端的可用的能量被最大化。

应当注意的是，PWM脉冲517可设置在整流的输入电压229的半波中的不同相位。特别地，PWM脉冲517可根据用于设置调光水平的调光器的类型进行设置。通过示例方式，在一种调光器使用的情况下，该调光器不会显著影响整流的输入电压229的波形(例如在数字调光器的情况下)，PWM脉冲517可居中于整流的输入电压229的半波。通过示例方式，在一种调光器使用的情况下，该调光器影响整流的输入电压229的半波的第一半(例如在前沿切相调光器的情况下)，PWM脉冲517设置在半波的第二半中(即在下降的一半)。此外，在一种调光器使用的情况下，该调光器影响整流的输入电压229的半波的第二半(例如在后沿切相调光器的情况下)，PWM脉冲517设置在半波的第一半中(即在上升的一半)。这样，控制器306可用于检测调光器的类型和根据检测的调光器的类型设置PWM脉冲517，以确保能量在电源转换器305的输入端可用以供给SSL装置309。

每个PWM脉冲517可具有脉冲宽度516。脉冲宽度516通常取决于调光水平。特别地，如果调光水平降低，脉冲宽度516减少(反之亦然)。

通过将PWM脉冲设置在半波序列的半波(或全波序列的全波)的同一个或多个相位，可确保用于驱动SSL装置309的能量在整流的输入电压229的每个半波或全波中不变。因此，可以避免SSL装置309的可见的闪烁。此外，PWM脉冲517与整流的输入电压229的同步允许PWM频率减少。

如上面指出的，半波市电阶段或半波市电频率(即周期频率)的测量可从市电电源330的单个半波或全波阶段的测量获得。在市电电源330的波形不对称的情况下，根据全波测量确定半波同步脉冲512的有利的。特别地，驱动电路300的输入电压可包括不完全对称的半波。这样，如果根据整流的输入电压229的每个半波来确定，脉冲序列512的相邻的脉冲512可能不是等距的。这可产生PWM控制信号421的脉冲序列517的相应的相位误差或相位变化，这可导致可见的闪烁。另一方面，市电电源330的总市电频率通常是稳定的。因此，等距的同步脉冲序列512可根据驱动电路300的输入电压的全波来确定。

如上面指出的，相位513表示整流的输入电压229或市电电源330的相位。在8位计数器的情况下，100Hz的半波的分辨率0.7°(10ms/256＝39us)。在图5a中，相位515确定PWM脉冲517的终点和/或半波的中点。PWM时间窗口可以是对称的和可从中点515开始向左和右延伸。对于50Hz的市电频率和8位计数器，PWM时间窗口516(当电源转换器305工作于线性操作模式时)可等于t_on(pwm_ctrl＝1)＝dcyc*10ms/256。在PWM控制信号421的断开状态(pwm_ctrl＝0)，电源转换器305工作于具有固定的开/关次数的保持模式。

图5b示出了一种情况，PWM频率是半波市电频率(周期频率)的数倍。这样，整流的输入电压229的每个半波包括多个PWM脉冲517。多个PWM脉冲517的相位515从一个半波到下一个半波保持不变，即多个PWM脉冲517与驱动电路300的输入电压的半波或全波同步。

图6示出了从保持模式过渡到线性模式，反之亦然。如上面指出的，PWM控制信号421表示电源转换器305的操作模式。在保持模式期间，栅极控制信号232可包括保持脉冲603，该保持脉冲具有导通持续时间612，该导通持续时间足够用于提供能量给控制器306，但是不足以引起SSL装置309发出可见光。特别地，在保持模式期间，栅极控制信号232可包括带保持脉冲序列603，保持脉冲序列被固定的断开持续时间613隔开。另一方面，在线性操作模式期间，导通脉冲602的持续时间可根据峰值电流电压423和根据续流表示425进行控制或稳压。图6展示了用信号表示续流的续流表示425的峰值序列601。

控制器306可用于确保：一旦进入线性操作模式，在最后的保持脉冲603之后，以预定的恢复时间间隔611产生第一导通脉冲602。这可能是有益的，以确保用处于定义状态的电源转换器305启动线性操作模式(特别是电源转换器305的电感307)。恢复时间间隔611可足够长，以确保电源转换器305的电感307在保持脉冲603之后大体无能量。

另一方面，PWM控制信号521从第一水平过渡到第二水平可引起电源转换器305立即终止该线性操作模式。该保持模式可在(根据续流指示425)检测到续流之后开始。换句话说，在进入保持模式之后，一旦检测到续流，产生第一保持脉冲603。通过这样做，可以确保SSL装置309的照度在整流的输入电压229的每个半波中的固定的时间点终止。此外，可以确保控制器306的可靠电源供应。

图7示出了使用驱动电路300操作SSL装置309的示例方法的流程图。该驱动电路300包括：电源转换器305，该电源转换器用于将能量从驱动电路300的输入端传递到SSL装置309。驱动电路300用于从具有市电频率的AC市电电压获取在输入端的能量。该方法700包括步骤701：确定SSL装置309的调光水平。此外，该方法700包括：如果调光水平大于预定调光水平阈值，在第一操作模式连续操作该电源转换器，以给SSL装置提供在第一能量水平的能量。第一能量水平可足够高，从而该SSL装置发射可见光。这样，如果调光水平大于预定的调光水平阈值，该方法700可包括步骤702：执行模拟或线性调光。

此外，该方法包括步骤703：如果调光水平小于预定调光水平阈值，在第一操作模式在具有PWM频率的PWM脉冲517序列中操作该电源转换器305，以及在第二操作模式在PWM脉冲517之间操作该电源转换器305。在第二操作模式中，电源转换器305被操作以给SSL装置309提供在第二能量水平的能量；其中该第二能量水平小于该第一能量水平。第二能量水平可使得该SSL装置不发射可见光。这样，该方法700可包括步骤703：如果调光水平大于预定的调光水平阈值，执行PWM调光。该用于PWM调光的PWM脉冲序列与AC市电电压同步。因此，可以避免SSL装置309的闪烁。

在本发明中，已经描述了SSL装置的驱动电路和相应的方法，该SSL装置的驱动电路和相应的方法允许SSL装置无闪烁运行，即使在相对低的调光水平也是如此。

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)

1.一种用于固态发光装置(309)的驱动电路(300)的控制器(306)，固态发光简称为SSL，其中驱动电路(300)包括：电源转换器(305)，该电源转换器用于将能量从驱动电路(300)的输入端传递到SSL装置(309)；其中在输入端的能量从具有市电频率的AC市电电压获取；其中控制器(306)用于：

确定用于SSL装置(309)的调光水平；

如果调光水平大于预定调光水平阈值，在第一操作模式连续操作该电源转换器(305)，以给SSL装置(309)提供在第一能量水平的能量；

如果调光水平小于预定调光水平阈值，在第一操作模式在PWM脉冲(517)的持续时间操作该电源转换器(305)，以及在第二操作模式在PWM脉冲(517)之间的持续时间操作该电源转换器(305)；其中在第二操作模式中，电源转换器(305)被操作以给SSL装置(309)提供在第二能量水平的能量；其中该第二能量水平小于该第一能量水平；以及其中该PWM脉冲(517)与AC市电电压同步。

2.如权利要求1所述的控制器(306)，其中该控制器(306)用于：

根据整流的AC市电电压(229)确定同步脉冲序列(512)；以及

根据所确定的同步脉冲序列(512)确定PWM脉冲序列(517)。

3.如前述权利要求任一项所述的控制器(306)，其中：

该AC市电电压展现出包含全波序列的波形；

全波的相位(513)与全波的振幅关联；以及

控制器(306)用于确定PWM脉冲序列(517)，从而该PWM脉冲序列(517)与该全波序列的每个全波的同样的一个或多个相位(515)一致。

4.如权利要求3所述的控制器(306)，其中：

全波包括两个半波；以及

该PWM脉冲序列(517)包括整数个PWM脉冲序列(517)每半波。

5.如权利要求4所述的控制器(306)，其中该整数个PWM脉冲序列(517)居中于该半波的顶点。

6.如引用权利要求2的权利要求3-5任一项所述的控制器(306)，其中该控制器(306)用于：

确定单个同步脉冲(512)每全波；以及

确定至少一个PWM脉冲(517)每半波

7.如前述权利要求任一项所述的控制器(306)，其中控制器(306)用于：

确定用于设置调光水平的调光器的类型；以及

根据所确定的调光器的类型，将该PWM脉冲(517)与该AC市电电压同步。

8.如前述权利要求任一项所述的控制器(306)，其中PWM脉冲(517)的宽度取决于调光水平。

9.如前述权利要求任一项所述的控制器(306)，其中电源转换器(305)包括：

电感(307)，该电感用于存储来自驱动电路(300)的输入端的能量和将所存储的能量释放到SSL装置309；以及

功率开关(202)，该功率开关与该电感(307)串联和当处于导通状态时用于启用流过电感(307)的电感电流。

10.如述权利要求9所述的控制器(306)，其中为了在第一操作模式操作电源转换器(305)，控制器(306)用于反复地：

取决于检测到电感(307)的续流，令功率开关(202)进入导通状态；

取决于检测到电感电流已经达到预定的峰值电流，令功率开关(203)进入断开状态，其中该预定的峰值电流取决于调光水平。

11.如述权利要求6到7任一项所述的控制器(306)，其中为了在第二操作模式操作电源转换器(305)，控制器(306)用于周期性地：

令功率开关(202)进入预定的导通持续时间(612)的导通状态；以及

令功率开关(203)进入预定的断开持续时间(613)的断开状态；其中导通持续时间(612)和断开持续时间(613)使得传递的在第二能量水平的能量足够保持该控制(306)工作。

12.如权利要求11所述的控制器(306)，其中该控制器(306)用于：

一旦进入第二操作模式，令功率开关(203)进入断开状态；以及

将功率开关(203)保持在断开状态，直到检测到电感(307)的续流。

13.如权利要求11到12任一项所述的控制器(306)，其中控制器(306)用于：

一旦进入第一操作模式，令功率开关(202)进入断开状态或将功率开关(203)保持在断开状态；以及

将功率开关(202)保持在断开状态，保持时间至少是以功率开关(202)的上一个导通状态周期为起点的预定恢复时间(611)。

14.如前述权利要求任一项所述的控制器(306)，其中该PWM脉冲以PWM频率重复以及其中该PWM频率大于人眼可感知的光强度变化的感知频率。

15.一种使用驱动电路(300)操作固态发光装置(309)的方法(700)，固态发光简称为SSL，其中驱动电路(300)包括：电源转换器(305)，该电源转换器用于将能量从驱动电路(300)的输入端传递到SSL装置(309)；其中在输入端的能量从具有市电频率的AC市电电压获取；其中方法(700)包括：

确定用于SSL装置(309)的调光水平；

如果调光水平大于预定调光水平阈值，在第一操作的模式连续操作该电源转换器(305)，以给SSL装置(309)提供在第一能量水平的能量；以及

如果调光水平小于预定调光水平阈值，在第一操作模式在PWM脉冲(517)的持续时间操作该电源转换器(305)，以及在第二操作模式在PWM脉冲(517)之间的持续时间操作该电源转换器(305)；其中在第二操作模式中，电源转换器(305)被操作以给SSL装置(309)提供在第二能量水平的能量；其中该第二能量水平小于该第一能量水平；以及其中该PWM脉冲(517)与AC市电电压同步。