CN105301342A

CN105301342A - 采用电流镜对led电源电压的测试

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Publication number: CN105301342A
Application number: CN201510323987.5A
Authority: CN
Inventors: 霍斯特·克内德根; 朱利安·泰利尔; 小林秀典
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor GmbH; Dialog; Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-06-12
Also published as: EP2961246B1; EP2961246A1; US20150382429A1; US9693417B2; CN105301342B

Abstract

本发明文本涉及用在例如固态照明(SSL)装置中的测试电路。特别地，本发明文本涉及配置为测量SSL装置的驱动电路的输入电压宽度范围的测试电路。描述了一种配置成提供表示输入电压(229)的感测输入电压(434)的测量电路(306)。该测量电路(306)包括第一电阻(208)，其配置为在第一侧耦合至该输入电压(229)。该测量电路还包括在输入端耦合至第一电阻的第二侧的电流镜电路(411、412、413、415、422、423、425)，其中该第一电阻的第二侧是与该第一电阻的第一侧相反的侧，以及该电流镜电路配置为将电流镜电路的输入处的输入电流转换为电流镜电路的输出处的输出电流，以致于该输出电流是与输入电流关于电流镜像系数成比例的。此外，该测量电路包括第二电阻(409)，其耦合至该电流镜电路的输出电压(229)且配置为当输入电压耦合至第一电阻的第一侧时提供感测输入电压(434)。

Description

采用电流镜对LED电源电压的测试

技术领域

本发明文本涉及用在例如固态照明(SSL)装置中的测试电路。特别是，本发明文本涉及配置为测量SSL装置的驱动电路的输入电压宽度范围的测试电路。

背景技术

固态照明(SSL)灯泡组件，例如基于照明灯泡组件的发光二极管(LED)，正广泛地取代GLS(通用照明服务)或白炽灯。SSL装置一般包括驱动电路和/或电源转换器以将电力供电从市电供电转为适用于包含在SSL装置内的SSL光源的电力供电(例如LED阵列)。

用于SSL装置的驱动电路可用于将交流(AC)电源电压转换为可能的恒负载电压以及可能的恒负载电压。特别地，该驱动电路可配置为控制负载电压(也称之为驱动电压)和负载电流(也称之为SSL电流)，以致于SSL装置不会发射闪烁光。

SSL装置可与具有不同级别(例如110V或230V)的电源电压结合使用。这样有利于对这些不同电源电压级别采用相同的驱动电路。此外，还有利于提供准确的数字版电源电压波形，例如为了能够可靠地解调可能被调制为电源电压波形的信息(例如，为了降低亮度的目的)。

本发明文本解决了提供测试电路的技术问题，特别是为SSL装置的驱动电路，其使得对跨越很宽范围电压值的输入电压进行精确的测量(特别是驱动电路的输入电压)。

发明内容

在本发明的一方面，描述了一种测量电路，将该测量电路配置成提供表示输入电压的检测输入电压。该测量电路实现为固态发光(SSL)装置的驱动电路的一部分，以向驱动电路提供输入电压的精确测量(特别是以数字的方式)。这种精确测量例如有利于从该输入电压获得亮度等级控制信息(特别是调制成输入电压波形的亮度等级控制信息)。

该测量电路包括第一电阻，其配置为在第一侧耦合至该输入电压。此外，该测量电路包括电流镜电路，在电流镜电路的输入处耦合第一电阻的第二侧，其中该第一电阻的第二侧是与该第一电阻的第一侧相反的侧。如此，该第一电阻和该电流镜电路可实现为相对于彼此串联。在示例结构中，该电流镜电路的输入可直接耦合至第一电阻的第二侧。该第一电阻可对应于电压分压器的上电阻。

该电流镜电路配置为转换电流镜电路的输入处的输入电流为电流镜电路的输出处的输出电流，以致于该输出电流是与输入电流关于电流镜像系数成比例的。如果电流镜像系数大于1，该电流镜电路配置为放大该输入电流以提供一比该输入电流大对应该电流镜像系数的因子倍数的输出电流。另一方面，如果电流镜像系数小于1，该电流镜电路配置为减弱该输入电流以提供一比该输入电流小对应该电流镜像系数因子倍数的输出电流。在示例结构中，该电流镜电路的输入电流对应于流经该第一电阻的电流。

该测量电路包括第二电阻，其耦合至该电流镜电路的输出电压。该第二电阻配置为提供感测输入电压，当输入电压耦合至第一电阻的第一侧时。特别地，该感测输入电压取决于(或可对应于)该第二电阻上的压降。为了这个目的，流经该第二电阻的电流可对应于该电流镜电路的输出电压。

如此，该测量电路包括一修整的电压分压器，其利用电流镜电路来调节电压分压比。为了提供各种电压分压比，该电流镜像系数是可调节的。利用该电流镜电路，该测量电路可适应于不同等级的输入电压。特别地，该电流镜电路(特别是该电流镜像系数)可被调节以致该感测输入电压保持在预定范围内(例如由模拟-到-数字转换器，ADC，给出的)。通过示例的方式，如果该输入电压变化至高于/低于先前范围的K倍(例如2倍)的范围，则该电流镜像系数以相同的因子K(增加或降低)被调节，以确保该感测输入电压的范围保持不变。

该测量电路包括配置为确定输入电压等级或范围的控制电路。该控制电路随之可配置为适应于该电流镜像系数，不依赖于所确定的该输入电压的等级或范围。特别地，该控制电路配置为可调节该电流镜像系数以致于该感测输入电压的等级或范围被维持在预定的等级或范围，而不论该输入电压的等级或范围如何。

该电流镜电路包括具有输入晶体管、输出晶体管、辅助晶体管和辅助开关的电流镜。该辅助晶体管与该辅助开关串联排列。该辅助开关与该辅助晶体管的串联排列可是平行于该输入晶体管或该输出晶体管的排列。该测量电路(特别是该测量电路的控制电路)可构造为控制该辅助开关以调节该电流镜像系数。因此，通过采用一个或多个与电流镜的输入晶体管或输出晶体管平行排列的辅助晶体管，该电流镜电路的电流镜像系数可以灵活而成本效率的方式来调节。特别地，这样为调节电流镜像系数的配置可实现在集成电路内。

该测量电路进一步包括一配置为提供补偿电流的补偿电流源。在电流镜像电路的输入端的输入电流依赖于流经第一电阻的电流以及该补偿电流。特别地，流经第一电阻的电流(其是输入电压指示)可被该补偿电流补偿。通过示例的方式，电流镜电路的输入电流可对应于该补偿电流和流经第一电阻的电流之和。结果，补偿了该感测输入电压。这将有利于将要被测的输入电压的范围调节(特别是补偿)至该感测输入电压的预定范围(例如可采用模拟-到-数字转换器将其数字化)。

该电流镜电路包括第一电流镜，其配置为使用第一系数将输入电流转换为中间电流。此外，该电流镜电路包括第二电流镜，其配置为使用第二系数将中间电流转换为输出电流。如上述所强调的，第一和或第二电流镜是通过一个或多个辅助晶体管可分别调节的。该电流镜像系数依赖于该第一系数和该第二系数，例如依赖于该第一系数和该第二系数的乘积。该第一电流镜包括n型金属氧化物半导体(MOS)晶体管，以及该第二电流镜包括p型金属氧化物半导体晶体管。

使用两个串联排列的电流镜有利于在第二电阻处提供感测输入电流，该第二电阻与大地连接。该第二电阻的第二侧(直接)耦合至大地以及该第二电阻的第一侧(直接)耦合至该电流镜电路的输出。结果，流经该第二电阻的电流对应于该电流镜电路的输出电流。随之提供该感测输入电压为该第二电阻(接地)的第一侧处的电压等级。

该测量电路还包括用于在第一电阻的第二侧和电流镜电路之间的源跟随电路。该源跟随电路配置为将第一电阻的第二侧的电压等级设定为预定的参考电压。这将有利于稳定该测量电路(例如，遭受输入电压的瞬变/闪烁)。

该源跟随电路包括源跟随晶体管(例如p型MOS晶体管)，其排列在第一电阻的第二侧和电流镜电路的输入之间。该源跟随晶体管的源漏电流对应于流经该第一电阻的电流。此外，该源跟随电路包括运算放大器，其配置为根据源跟随晶体管的源极或漏极电压等级以及参考电压来控制源跟随晶体管的栅极电压等级。该源跟随晶体管的源极或漏极电压等级对应于第一电阻的第二侧处的电压等级。通过这样做，该第一电阻的第二侧处的电压等级可被固定为参考电压。结果，流经该第一电阻的电流与输入电压和固定的参考电压的差成比例。

该测量电路还包括电流校正电路，其配置为提供电流镜电路输入处的压降指示。如上所述，该电流镜电路在输出处包括一输入晶体管。该晶体管用作晶体管型二极管。在这种情况下，该电流镜电路的输入压降对应于该晶体管型二极管的栅源电压。

电流镜电路的输入处的电压等级可导致对该输入电压的精确测量。换而言之，由于电流镜电路的输入处的电压等级导致该感测输入电压包括一系统错误。该测量电路包括根据该电流镜电路的输入处的压降指示来补偿该感测输入电压的方法。结果，提高了该感测输入电压的精度。

电流校正电路包括运算放大器，其具有耦合至第一电阻的第二侧的第一输入。此外，该电流校正电路包括校正晶体管，其具有受运算放大器的输出控制的栅极。此外，该电流校正电路包括校正电阻，其耦合至该校正晶体管的源极(或漏极)并耦合至该运算放大器的输入。结果，流经该校正晶体管的漏源电流提供了该电流镜电路的输入端的压降指示。

如上所述，该测量电路还包括模拟-到-数字转换器(ADC)，其配置为将感测输入电压转换为数字信号。该ADC表现为预定转换范围以及该测量电路(特别是该测量电路的控制电路)可配置为适应该电流镜像系数，以将不同范围的输入电压镜像至该ADC的预定转换范围。

该电流镜电路的和该第二电阻可实施为集成电路，且(仅)第一电阻在该集成电路外面。如此，该测量电路可以成本效率的方式实现。特别地，该电流镜像系数的调整可以成本效率的方式实现。

该电流镜电路包括第一晶体管，其配置为将第一电阻的第二侧耦合至大地，以及第二晶体管，其配置为将第二电阻耦合至大地。此外，该电流镜电路包括运算放大器，其配置为根据参考电压和第一电阻的第二侧的电压水平来控制第一晶体管和第二晶体管的栅极。这种电流镜电路的使用有利于例如将第一电阻的第二侧设置为固定的参考电压。通过设置第一电阻的第二侧(也称之为输入节点)为固定参考电压，第一电阻的第二侧的电压水平被保持不变，即使遭受输入电压水平的变化也不会变。结果，消除了该测量电路的输入端电容影响，从而增加了该测量电路的检测速度。

该电流镜电路包括上电流镜，其在输入端耦合至第一电阻的第二侧。该上电流镜相对于该测量电路的供电电压而工作。如此，该上电流镜被用于测量负向输入电压。此外，该电流镜电路包括下电流镜，其在输入端耦合至第一电阻的第二侧。该下电流镜相对于大地电压而工作。如此，该下电流镜被用于测量正向输入电压。因此，该测量电路被配置为测量正向和负向输入电压。

根据其它方面，描述了用于固态发光(SSL)装置的分压电路的控制器。该SSL装置包括一个或多个发光二极管(LED)。该驱动电路包括配置为将能量从该驱动电路的输入转至该SSL装置的功率转换器。该功率转换器包括隔离或非隔离的功率转换器。替换地或除此之外地，该功率转换器包括线性调整器。通过示例的方式，该功率转换器包括回扫功率转换器。

该驱动电路的输入端的能量源于电源频率的交流(AC)电源电压。特别地，该功率转换器的输入电压源于AC(交流)电源电压的整流版(也称之为(整流的)输入电压)。该输入电压根据电源电压的周期频率而变化(其可是电源电压频率的两倍，例如该周期频率是电源频率的两倍)。电源频率对应为50Hz或60Hz。该AC电源电压可表现出或可具有包括全波时序的波形。该全波在电源频率波形内重复。每个全波可分成两个半波。

该控制器被配置为确定该SSL装置的亮度级别。该亮度级别根据AC电源电压波形内的组成信息(例如根据波形的调制和或根据切相角)来获得。替换地或除此之外地，亮度级别可根据由分别的信道(例如通过蓝牙或通过无线网)接收的信息来确定。

该控制器包括本申请文件中描述的该测量电路(或至少其中部分)。特别地，该电流镜电路和该第二电阻可实现为该控制器的一部分。该控制器(例如该测量电路的控制器电路)可配置为根据(例如依据)该电源频率来改变电流镜像系数。因此，该电源电压的半波或全波的不同截取会被映像成测量电路的ADC的预定转换范围，从而增加转换精度和或降低ADC成本。特别地，这使得能够提供高精度的该输入电压的半波/全波数字版，当采用具有只对应输入电压的半波/全波范围因数的转换范围的ADC时。通过示例的方式，输入电压的半波/全波可分为Q(Q大于1)部分，且电流镜像系数在每个半波/全波内被修整Q倍，以将该测量电路适应于输入电压半波/全波的特定截取。

根据其它方面，描述了用于SSL装置的驱动电路，其包括本申请文件中描述的控制器和/或测量电路。

根据其它方面，描述了SSL装置，其包括本申请文件中描述的控制器和/或测量电路。

根据其它方面，描述了一种提供用于表示输入电压的感测输入电压的方法。该方法包括耦合第一电阻的第一侧至输入电压。此外，该方法包括提供在输入处耦合至第一电阻的第二侧的电流镜电路，其中第二侧是第一电阻的第一侧相对的侧，以及其配置为将电流镜电路输入端的输入电流转换为电流镜电路输出端的输出电流，以致于该输出电流是与输入电流关于电流镜像系数成比例的。此外，该方法包括通过耦合至电流镜电路的输出的第二电阻来提供该感测输入电压。

应当注意，本申请文件中概述的包括其优选实施例的该方法和系统可单独使用或与本文件中纰漏的其它方法和系统结合使用。此外，上下文中概述的系统的特征也是应用于相应的方法的。此外，本文中描述的该方法和系统的所有方面可是任意的组合。特别是，权利要求的特征是以任意方式与另一个进行结合的。

在本发明文本中，术语“耦合”或“被耦合”指元件彼此电连接，无论直接连接例如通过导线，或其它一些方式。

附图说明

下面将参考附图，以示例的形式对本发明进行详细描述，其中：

图1为示例性灯泡装置的框图；

图2a示出用于SSL装置的驱动电路的示例性组成部分的框图；

图2b示出驱动电路的控制器的示例性组成部分的框图；

图3示出用于SSL装置的示例性驱动电路的电路图；

图4示出配置为测量驱动电路输入电压等级的控制器的示例性组成部分的框图；

图5示出另一配置为测量驱动电路输入电压等级的控制器的示例性组成部分的框图；

图6示出另一配置为测量驱动电路输入电压等级的控制器的示例性组成部分的框图；

图7示出另一配置为测量驱动电路输入电压等级的控制器的示例性组成部分的框图；

图8示出测量驱动电路输入电压等级的示例性方法的流程图；以及

图9示出另一配置为测量驱动电路输入电压等级的控制器的示例性组成部分的框图；

具体实施方式

在本发明中，灯泡“装置”包括所有用于代替传统基于白炽灯丝灯泡的组件，特别是用于连接到标准供电电源的灯泡。在英式英语(以及本发明文件)中，该供电电源指的是“电源”电力，而在美式英语中，该电源一般指的是电源线路。其它术语包括AC电源、线路功率、家用电力以及电网电力。应当理解，这些术语是可以互换的，具有相同的意义。

通常地，欧洲电力为230-240VAC、电源频率为50Hz，在北美为110-120VAC、60Hz。本发明中的原理可适用于任何合适的电力电源，包括所述的电源/供电线路，以及整流的AC供电电源。

图1为灯泡装置的示意图。所述装置1包括灯泡外壳2以及电连接模块4。所述电连接模块4可以为螺旋式或卡口式、或任何其它合适的可连接到灯泡插座的类型。电连接模块4的典型示例有欧洲的E11、E14以及E27螺旋式电连接模块以及北美的E12、E17以及E26螺旋式电连接模块。进一步地，光源6(也可以称作SSL装置)提供在外壳2中。该光源6的示例有固态照明光源或SSL装置6，例如发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)。光源6可以通过单一光发射装置来提供，或通过多个LED来提供。典型的SSL装置6包括串联设置的多个LED，这样，SSL装置的开电压Von为单个LED开电压的总和。SSL装置开电压的典型值介于100V–150V的范围内。

一般情况下，不论SSL装置6发射光的密度大小，流经SSL装置6的电压降几乎保持为一恒量(为SSL装置6的开电压Von)。通常地，SSL装置6发射光的密度大小可由流经SSL装置6的驱动电流来控制。

驱动电路8位于灯泡外壳2中，用于将通过电连接模块4接收的电源电力(即：市电电源)转换为用于光源6的受控驱动电压和驱动电流。当光源6为固态光源时，驱动电路8配置为用于向光源6提供受控的直流驱动电流。

外壳2为光源和驱动组件提供了合适的坚固的空间，包括有光学元件，以从灯泡装置提供期望的光输出。由于光源温度管理在最大光输出和光源寿命上具有重要地位，因此，外壳2还可以提供散热的功能。因此，通常地，外壳被设计成能够将光源产生的热量传导出光源以及传导出整个装置的设计。

图2a示出了SSL装置6、250的驱动电路8、200的示例性组成部分。该驱动电路200包括整流器210，整流器210可接收来自所述市电电源的交流(AC)电源电力，并在其输出端输出整流后电流(DC)。该DC电源被电源转换器230接收，电源转换器230用于输出控制的DC驱动电压和/或控制的驱动电流至SSL装置250。驱动信号(包括驱动电压和驱动电流)的电压和电流特征取决于光源6(即SSL装置250)中使用的LED灯的数量和类型。而向SSL装置250提供的电源可以根据SSL装置250的期望运行条件进行控制。在一实施例中，SSL装置250包括串联的多个LED灯，此时则需要具有驱动电压为50V甚至更高的驱动信号。一般情况下，驱动电压可以位于10V到超过100V的范围，这取决于包括在SSL装置250中的LED的数量。

驱动电路200可以进一步包括控制器220，该控制器220可用于控制电源转换器230以产生合适的、具有整流后电源电压功能的驱动信号(即：合适的驱动电压和合适的驱动电流)。具体地，控制器220可用于在整流器210整流后(但是变化的)电压的基础上调整电源转换器230的电压转换比。控制器220可包括本发明文件中描述的测量电路，以提供关于电压的精确信息，该电压由整流器210提供。进一步地，控制器220可用于控制电源转换器230，以向SSL装置250提供合适的驱动电流，从而控制由SSL装置250发射的光的密度。

电源转换器230可以包括电感储能装置(例如，电感器或变压器)以及开关装置。开关装置(也称之为电源开关)可由控制器220进行控制。该开关装置可以为一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)装置或其它适用于开关高电压(例如，十几个伏特)的装置。尽管如此，应注意，控制器220可包括开关装置本身，以直接控制向SSL装置250的合适的驱动电压的提供。电源转换器230可包括不同的电路结构。例如，电源转换器230可包括降压变换器电路、升压变换器电路、降/升压变换器电路、SEPIC(单端初级电感变换器)电路和/或回扫电路。

图2b示出了控制器220的示例框图。控制器220包括一被连接用于接收传感器/反馈信号S的事件检测单元42(例如，用于接收整流器210提供的整流电压)、用于(例如，向电源转换器230)输出控制信号C的输出控制器43、用于对系统进行全局控制的处理单元44以及用于存储数据的数据存储单元46，所述数据用于供处理装置使用。通信输入/输出单元48用来使得处理单元44可与其它装置进行通信，例如，使用合适的有线或无线通信协议。控制器220还包括用于向控制器220内的装置提供电源的供电电源调节器50以及用于向处理单元44提供参考时间信号的时钟信号生成器52。时钟信号生成器52配置为根据传感器/反馈信号S(例如，来自整流器210提供的整流电压信号)生成时钟信号，从而使得驱动电路200与电源频率同步。换句话说，为了使驱动电路200与电源周期同步，时钟信号生成器52可以利用电源周期的周期。

处理单元44的运行可生成控制信号C，以控制开关装置或电源转换器230中的装置。通常地，控制信号可为脉宽调制(PWM)信号，以控制电源转换器230中开关装置的占空比(即：开关“开状态”的长度与完整通信周期长度的比值，所述完整通信周期包括开状态阶段以及随后的关状态阶段)，并因此控制输出的驱动电压。在一实施例中，控制器220可作制成微控制器或集成电路。控制器220还可包括本发明文本中描述的测量电路。

图3示出了发光灯泡装置1的驱动电路300、200、8的示例电路框图。该驱动电路300用于向负载309、250、6(其可是发光二极管、LED或LED阵列)提供供电电源。驱动电路300包括电磁干扰(EMI)过滤单元301和整流器302、210，以自供电电源330在电容器341上产生整流输入电压229。进一步，驱动电路300包括配置为控制驱动电路300的电源转换器的控制器306。控制器306包括上述控制器220和/或本申请文件中描述的测量电路。控制器306通过一个或多个上电阻315启动。此外，控制器306可耦合至配置为向控制器306(其可实现为例如像集成电路，IC)提供电源电压Vcc的电源电压电容器(未示出)。在所述示例中，驱动电路300包括包含回扫转换器305的单相电源转换器305。应当注意，尽管如此，驱动电路300可包括多相电源转换器。此外，应当注意电源转换器305可包括其它类型的转换器，特别是隔离或非隔离转换器。图3的回扫转换器305包括变压器307，该变压器307具有初级线圈320和次级线圈321以及例如为了测量目的的附加辅助线圈322。附加辅助线圈322用于向控制器306提供关于驱动电路300的输出电压231(也称之为驱动电压)的信息。此外，驱动电路300可包括输出电容器(或存储电容器)308，其用于存储用于供给光源309的电力电源。回扫转换器305包括二极管204，其配置为在回扫转换器305的开关202的关状态期间防止反相电能从回扫转换器305的输出流至回扫转换器305的输入。

电源转换器305的输入电压对应整流的输入电压229。该输入电压229可采用输入电压敏感器件208、209来感测，从而向控制器306提供感测电压信号234。在说明性示例中，输入电压敏感器件208、209可采用包括电阻器208、209的分压器来实施。此外，感测电流信号233由电流敏感元件203决定。感测电流信号233表示流过回扫转换器305的电源开关202的电流或流过变压器307的初级线圈320的电感器电流。在说明性示例中，电流敏感元件采用与电源开关202串联排布的分流电阻203来实现。

控制器306配置为决定栅控信号232，一旦流经开关202的电流到达预定峰值电流Ip该栅控信号将第二转换阶段305的开关202切换为闭合状态。该栅控信号232可基于感测电流信号233和/或基于例如可由变压器307的辅助线圈322提供的惯性信号来确定。特别是，栅控信号232可设置为将电源开关202置于关态，一旦感测电流信号233到达预定阈值(该阈值一般依赖于预定峰值电流Ip)。此外，栅控信号232可设置为将电源开关202置于开态，一旦检测出回扫转换器305的初级线圈320的惯性电流。

驱动电路300可配置为向SSL装置309提供负载电流或SSL电流403以产生不闪烁的光。此外，驱动电路300可配置为覆盖高功率因子和谐波畸变。这在SSL装置降低亮度的情况下，例如当修改SSL装置的亮度降低等级的情况下，也可以获得。

SSL装置309发射的光的等级可通过修改流经SSL装置309的平均电流来修改。该流经SSL装置309的平均电流可以模拟的方式进行修改，其中实质上修改了流经SSL装置309的连续电流403的等级。这也称之为模拟或线性降低亮度。可替换地或额外地，流经SSL装置309的平均电流可通过向SSL装置309提供实质上不连续的脉宽调制(PWM)电流403来修改。后者也称之为PWM降低亮度。在PWM降低亮度中，SSL电流403的等级一般是基于PWM信号的脉冲宽度和周期，而在模拟或线性降低亮度中SSL电流403的等级是基于模拟信号的放大。

可采用供电电源网络中的调光器来设置SSL装置309的亮度等级。该调光器包括切相调光器和/或数字调光器。驱动电路300可配置为基于整流的输入电压229的波形(例如，基于被调制成输入电压229的波形的信息)来确定亮度等级。可替换地或额外地，亮度等级可利用专用通讯路径(例如通过蓝牙或无线网)与驱动电路300进行通讯。驱动电路300可配置为基于该亮度等级控制电源转换器305。特别是，驱动电路300可配置为产生脉冲宽度的调制SSL电流403以降低SSL电流403的平均等级以及降低SSL装置309的亮度等级。

如图3所示，电压分压器208、209可用于测量驱动电路300的(整流)输入电压229的等级或波形。这种电压分压器208、209一般具有固定的分压比。如果采用ADC(模拟-到-数字转换器)测得由电压分压器208、209提供的感测电压信号234，需要高分辨率转换以为输入电压229等级的宽范围和/或输入电压229的完整波形提供合理的精确度。通过示例的方法，如果驱动电路300用于230V和110V输入电压，则需要具有相对高分辨率的ADC，因而实质上增加了驱动电路300的成本。在本发明文本中，所描述的成本效率方法是为了以高精确度来测量输入电压229的不同等级和/或完整波形。

特别地，希望提供电压分压器，其中在电压分压器的上电阻208和下电阻209之间具有可调电流镜。结果，可根据输入电压229的实际等级的需要来自由改变分压比。导致增加了ADC对输入电压229宽范围的分辨率。此外，可调电流镜的使用使得上电阻208能够表现出一增加的容值范围，从而消除了整个系统设计的限制。此外，所述结构增加对外部电压尖峰脉冲和高能脉冲的抵抗强度。

可调电流镜的使用很好地适应了IC(集成电路)技术，其中下电阻209可在IC内(例如控制器306内)实现。下电阻209表现为固定、修整值。此外，电流镜可在IC内以有效的方式实现，特别是当采用CMOS工艺时，具有相对高的匹配精度。

图4示出控制器306的示例性组成部件的框图。在这里使用该控制器306作为集成电路的一个示例。用于测量输入电压229的该部件可在集成电路内与控制器306分开实现。如上所述，上电阻208可位于控制器的外部并通过管脚400耦合至控制器306(或测量电路)。上电阻208的一侧可耦合至输入电压229以及上电阻208的相对另一侧可耦合至管脚400。下电阻409可实现在控制器306内。上电阻208和下电阻409可通过电流镜结构(本文也称之为电流镜电路)彼此相互耦合。

图4的电流镜结构包括第一可调电流镜411、412、413、415，其包括第一输入晶体管411(例如NMOS晶体管)和第一输出晶体管412。第一电流镜的第一镜像系数可通过提供一个或多个由各自的辅助开关415激活的辅助输出晶体管413来调节。如此，可修改第一电流镜的镜像系数。

图4的电流镜结构包括第二可调电流镜421、422、423、425，其配置为将第一电流镜的输出电流转换为朝向地的电流。对应于第一电流镜的类似方式，第二电流镜包括输入晶体管421和输出晶体管422。此外，第二电流镜可包括一个或多个辅助输出晶体管423，其通过各自的一个或多个辅助开关425而与输出晶体管422平行排布。

第二电流镜的输出电流(例如该电流镜电路的输出电流)可被提供至下电阻409，以致下电阻409的压降提供了感测输入电压434。该感测输入电压434可被提供至ADC406以提供该感测输入电压434的数字表示。

如果Vin是输入电压229以及Vs是被感测的输入电压434，上电阻208和下电阻209分别具有阻值R1和R2，以及第一电流镜具有镜像系数K1以及第二电流镜具有镜像系数K2，则感测输入电压434可近似为Vs＝Vin*k1*k2*R2/(R1+k1*k2*R2)。因此，应当明白通过适应性改变镜像系数K1和/或K2，在不同等级或范围的输入电压Vin229情况下，该感测输入电压434可保持在预定范围内。

图4的电路还包括启动二极管401，其用于向控制器306提供电源电压Vcc以启动驱动电路300。特别地，启动二极管401可耦合至驱动电路300的电源电压电容器402(其可耦合至控制器306的电源电压管脚402)。因此，上电阻208也用作启动电阻，从而去除对启动电阻315的需求。此外，可减少控制器306的管脚数量。

此外，该电路可包括配置为提供补偿电流的电流源404。使用该补偿电流，第一电流镜411、412、413、415的输入电流可根据电流补偿而获得补偿，进而降感测输入电压434的等级移至不同的范围。这将有利于适应性改变感测输入电压434的范围至ADC406的可获得的变换范围。

因此，电流镜电路可代替固定电阻使用，以为测量输入电压229而形成电压分压器。该电流镜电路与提供电流限制的外部电阻208一起自动地将输入电压229钳位至二极管的压降(跨过形成晶体管型二极管的输入晶体管411)。换而言之，通过使用电流镜电路，跨过上电阻208的压降被设置位输入电压229和电流镜电路的输入电压之间的压差(例如第一输入晶体管411的栅源电压)。上电阻208的阻值可选择为相对较高。结果，加强了保护以免受电压峰值脉冲，甚至是提供电泳脉冲(2kV量级)的情况。

如图4所示，在启动期间外部电阻208可用于提供Vcc电压以启动控制器306和/或SSL装置。一旦运行，测量开关405将关闭以使能够对输入电压229测量。该输入镜器件422可用于产生流经上电阻208的电流，该电流可调节以适应外部电阻值和/或输入电压等级的宽范围。调节器件的数量(例如辅助晶体管413的数量)和相关的开关415可用于设定可获得的外部电阻值和/或输入电压等级的范围和精度。

第一电流镜411、412、413、415的输出电流(也称之为中间电流)可通过第二电流镜421、422、423、425被镜像回修整的内部电阻409，其形成部分分压器(也称之为潜在分压器)的输出。可通过一个或多个辅助晶体管423和相关的开关425获得第二电流镜的增益设置。该第二电流镜可包括PMOS晶体管。增益设置的数量取决于装置的规模和数量。

该固定内部电阻409可被修整为一个固定的绝对值并可被设计为具有公知的温度特性。如此，当确定输入电压229的等级时考虑温度，以增加电压测量的精度。电阻409的压降可提供为感测输入电压434以数字化至ADC406。

通过向测量施加固定电压/电流补偿，电流源404可用于为感测输入电压434生成一“缩放”区域。当测量电路/控制器306关闭时，该电流源404也可用于给任何外部电容(例如电容341)放电。

图5示出采用例如控制器306测量输入电压229的另一电路框图。类似于图4电路的方式，该电路包括包含输入晶体管502和输出晶体管503的电流镜，其在电流镜502、503的输出提供电流504。感测输入电压434的确定是基于电流504(例如使用第二电阻409)。电流镜502、503可对应于图4的第一电流镜411、412、413、415。该电路还包括用于在管脚400处设定预定参考电压522的电压等级的源跟随电路501、521。该源跟随电路包括源跟随晶体管501和运算放大器521。

因此，电流镜502、503可通过受运算放大器521和参考电压522控制的该源跟随电路501、521获得缓冲。该源跟随电路501、521保持装置的管脚400处于恒定电压而无关于电流镜502、503的输入晶体管502的栅源电压Vgs。结果，提高了测量的稳定性。

图5的电路还包括提供参考电流的电路，采用受运算放大器521和参考电压522控制的与第二源跟随器511串联排布的电流源512来提供该参考电流，。由电流源512提供的该电流可指示参考电压522。如此，由电流源512提供的该电流可用于补偿参考电压522对感测输入电压434的影响。

通过固定管脚400至参考电压Vref，该感测输入电压可给出为：Vs＝(Vin-Vref)*k1*k2*R2/R1。应当明白电流镜像系数K1和或K2是如何将维持感测输入电压Vs434的等级维持固定为与输入电压Vin229不同的等级。如上所述，由电流源512提供的电流可用于补偿参考电压522对感测输入电压434的影响，进而提供输入电压229的精确表示。

图6示出测量输入电压229的另一电路，其与为校正管脚400处的输入电流的校正电路相结合使用。该测量电路包括包含输入晶体管602和输出晶体管603的电流镜602、603。该电流镜602、603可对应于图4的输入电流镜411、412、413、415。该电流镜602、603在晶体管603的输出提供输出电流604。

此外，图6的电路包括电流校正电路，其包括由运算放大器621和管脚400的电压等级控制的源跟随器611。使用校正电路611、621的结果是，电阻609的电压与管脚400的电压对应。结果，流经源跟随器611的电流614取决于管脚400的电压，例如取决于电流镜602、603的输入晶体管602上的电压(例如取决于电流镜电路的输入电压)。该电阻609可被修整为公知的绝对值(类似于下电阻409)。

电流镜602、603的输出电流604可给出为：I1＝(Vin-Vgs_N1)/R1，其中Vin是输入电压229以及其中Vgs_N1是输入晶体管602的栅源电压(当假设一个的镜像系数为1时)。该栅源电压Vgs_N1一般基本上小于输入电压229Vin。晶体管611的电流614给出为：I2＝Vgs_N1/R3，其中R3为电阻609的阻值。

I2可用于补偿输入电压Vin的测量精度的(更小)错误，其由栅源电压Vgs_N1引起。为了该目的，电流I2被校正为电流I1，通过电流镜像系数调节R3的值以更接近R1。然后两个电流I1和I2可加在一起。从上述公式中可知，如果R1＝R3，两个电流I1和I2之和提供输入电压Vin的精确指示。

图7示出另一测量电路的框图。在该所述示例中，晶体管701、711的排列以及运算放大器721的排列被用作上电阻208(也称之为第一电阻)和下电阻709(也称之为第二电阻)之间的电流镜。运算放大器721确保管脚400的电压固定在参考电压Vref712，从而提供对应于(Vin-Vref)/R1的流经上电阻208的电流。该电流通过运算放大器721被镜像至第二晶体管711。镜像系数将由第一晶体管701和第二晶体管711的尺寸比给出。感测输入电压734(也称之为输入电压229的指示734)提供在下电阻709(相对于控制器306的预定电源电压Vcc)。

图7的测量电路是有利的，由于其可因运算放大器721而提供准确的参考。特别是，通过调节输入节电400，可消除输入电容的影响，因为输入节电400不会改变它的电压等级(即使遭受输入电压229的等级变化)。结果，增加了输入电压229的等级检测速度。

该测量电路可用于正向和或负向输入电压229。图9示出的测量电路被配置为在正和负输入电压229下工作。为了测量输入电压229，第一电阻208的管脚900(直接地)耦合至输入节电400。此外，输入节电400可通过包括晶体管701、711的下电流镜耦合至大地。下电流镜在晶体管11的漏极为正向输入电压229的情况下被激活。下电流镜相对于大地工作。

此外，测量电路包括由晶体管901、911形成的上电流镜。晶体管901、911的源极耦合至电源电压Vcc。如此，上电流镜相对于测量电路的电源电压Vcc工作。输入电压229的指示934提供在晶体管911的漏极(当输入电压229为负时)。一个电阻耦合至晶体管911的漏极以及输入电压229的指示934对应于或依赖于该电阻的压降。

使用本发明文件描述的该测量电路，在相当大的电压范围内测量输入电压229。通过调节输入节点400的电压等级至预定参考电压722，该输入节点400不会调制，即使遭受输入电压229的变化。结果，测量电路的输入电容不再对电压测量动态产生影响。

图8示出示例性方法800的流程图，用于提供输入电压229的指示的感测输入电压434。该方法800包括801耦合第一电阻208(本文也称之为上电阻)的第一侧至输入电压229。此外，该方法800包括802提供在输入处耦合至第一电阻的第二侧的电流镜电路411、412、413、415、422、423、425，其中第二侧是第一电阻的第一侧相对的侧。该电流镜电路配置为转换电流镜电路的输入处的输入电流为电流镜电路的输出处的输出电流，以致于该输出电流是与输入电流关于电流镜像系数成比例的。此外，该方法800包括803通过耦合至电流镜电路的输出的第二电阻409(本文也称之为下电阻)来提供感测输入电压434。

本发明文件描述的该测量电路提供各种优点。所描述的测量电路使得外部电阻值适应于很宽的范围值，与单一的温度补偿可调节的内部电阻优化值相比。该测量电路允许启动电流和测量范围之间存在适当的差异。该内部可调节电阻409可在IC布图中为了温度稳定性而进行优化。第一和/或第二电流镜的增益改变可自由的获得，例如在230V至110V之间的调整和/或AC电源电压的波形之间的调整。此外，该电压测量电路可用于数字地调节器数据提取，由于它们允许精确的峰值电源电压测量。

此外，所述电路能够在高压瞬态期间将输入电压229限定在低值。该测量电路的输出处的该感测输入电压434可很好地被保护，以及可直接连接至控制器306的内部电路，例如至ADC406和/或和样本和保持电路。该测量电路极大地增强了ESD或IC的输入管脚400处的瞬态电压峰值和寄生电容。电流源404可用于生成附加缩放区域和/或生成对寄生电容放电的下拉电路。该电流源404相对于测试电路是可调节的电流源，为了校正输入管脚400处的电压错误(由于该电流镜的输入晶体管411的栅源电压)。

应该注意，尽管该电路是采用CMOS技术描述的，但是该电路也可以结合诸如双极、BCD等其它技术来提供。

应该注意，本发明的描述和附图仅用于示例性地说明本发明提出的方法和系统的原理。尽管没有在本申请文件中清楚地描述，但本领域技术人员可根据本发明原理实现属于本申请精神和范畴内的其它实施例。进一步地，以上所述仅用于原理性地描述、说明本发明以帮助读者更好地理解本发明提供的方法和系统的原理。进一步地，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种测量电路(306)，将该测量电路配置成提供表示输入电压(229)的感测输入电压(434)，其特征在于，该测量电路(306)包括：

-第一电阻(208)，其配置为在第一侧耦合至该输入电压(229)；

-电流镜电路(411、412、413、415、422、423、425)，在输入端耦合至第一电阻的第二侧，其中该第一电阻的第二侧是与该第一电阻的第一侧相反的侧，以及该电流镜电路配置为将电流镜电路的输入处的输入电流转换为电流镜电路的输出处的输出电流，以致于该输出电流是与输入电流关于电流镜像系数成比例的；以及

-第二电阻(409)，其耦合至该电流镜电路的输出电压且配置为当输入电压耦合至第一电阻的第一侧时提供感测输入电压。

2.如权利要求1所述测量电路(306)，其特征在于，该电流镜像系数是可调节的。

3.如前述权利要求所述的测量电路(306)，其特征在于，电流镜电路(411、412、413、415、422、423、425)包括具有输入晶体管(411)、输出晶体管(412)、辅助晶体管(413)和辅助开关(415)的电流镜；其中

-该辅助晶体管(413)与该辅助开关(415)串联排列；

-当关闭该辅助开关(415)时，该辅助开关(415)与该辅助晶体管(413)的串联排列可是平行于该输入晶体管(411)或该输出晶体管(412)的排列；以及

-该测量电路(306)可配置为控制该辅助开关(415)以调节该电流镜像系数。

4.如前述权利要求所述的测量电路(306)，还包括配置为提供补偿电流的补偿电流源(404)；其特征在于，在电流镜电路的输入端的输入电流依赖于流经第一电阻的电流以及该补偿电流。

5.如前述权利要求所述测量电路(306)，其特征在于，电流镜电路(411、412、413、415、422、423、425)包括：

-第一电流镜(411、412、413、415)，其配置为使用第一系数将输入电流转换为中间电流；以及

-第二电流镜(421、422、423、425)，其配置为使用第二系数将中间电流转换为输出电流；

其中该电流镜像系数依赖于该第一系数和该第二系数。

6.如前述权利要求所述的测量电路(306)，其特征在于，电流镜电路包括：

-上电流镜，其在输入端耦合至第一电阻的第二侧；其中该上电流镜相对于该测量电路的供电电压而工作；以及

-下电流镜，其在输入端耦合至第一电阻的第二侧；其中该下电流镜相对于大地电压而工作。

7.如前述权利要求所述的测量电路(306)，其特征在于，

-该测量电路(306)还包括用于在第一电阻的第二侧和电流镜电路之间的源跟随电路(501、521)；以及

-该源跟随电路配置为将第一电阻的第二侧的电压等级设定为预定的参考电压(522)。

8.如权利要求7所述的测量电路(306)，其特征在于，该该源跟随电路包括：

-源跟随晶体管(501)，其排列在第一电阻的第二侧和电流镜电路的输入之间；以及

-运算放大器，其配置为根据源跟随晶体管的源极或漏极电压等级以及参考电压来控制源跟随晶体管的栅极电压等级。

9.如前述权利要求所述的测量电路(306)，还包括电流校正电路(609、611、621)，其配置为提供电流镜电路输入处的压降指示(614)。

10.如权利要求9所述的测量电路(306)，其特征在于，该电流校正电路包括

-运算放大器(621)，其具有耦合至第一电阻的第二侧的第一输入；

-校正晶体管(611)，其具有受运算放大器(621)的输出控制的栅极；

-校正电阻(609)，其耦合至该校正晶体管(611)的源极并耦合至该运算放大器(621)的第二输入；

其中，流经该校正晶体管(611)的漏源电流(614)提供了该电流镜电路的输入端的压降指示。

11.如权利要求9至10所述的测量电路(306)，其特征在于，还包括根据该电流镜电路的输入端压降的指示(614)对该感测输入电压(434)进行补偿的设备。

12.如前述权利要求所述的测量电路(306)，其特征在于，还包括模拟-到-数字转换器(406)，其配置为将感测输入电压转换为数字信号。

13.如前述权利要求所述的测量电路(306)，其特征在于，该电流镜电路和该第二电阻可实施为集成电路，且其中该第一电阻在该集成电路外。

14.如前述权利要求所述的测量电路(306)，其特征在于，该电流镜电路包括：

-第一晶体管(701)，其配置为将第一电阻的第二侧耦合至大地；

-第二晶体管(711)，其配置为将第二电阻耦合至大地；

-运算放大器(721)，其配置为根据参考电压(722)和第一电阻的第二侧的电压水平来控制第一晶体管(701)和第二晶体管(711)的栅极。

15.一种提供用于表示输入电压(229)的感测输入电压(434)的方法(800)，其特征在于，该方法(800)包括：

-耦合(801)第一电阻(208)的第一侧至输入电压(229)；

-提供(802)在输入处耦合至第一电阻的第二侧的电流镜电路(411,412,413,415,421,422,423,425)，其中第二侧是第一电阻的第一侧相对的侧，以及其配置为将电流镜电路输入端的输入电流转换为电流镜电路输出端的输出电流，以致于该输出电流是与输入电流关于电流镜像系数成比例的；以及

-提供(803)该感测输入电压(434)，通过耦合至电流镜电路的输出的第二电阻(409)。