CN105814972B - 发光二极管光源的负载控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制递送到电负载的功率量的负载控制装置(100)能够在突发模式(TBURST)中操作以将递送到电负载的功率量调整到低水平。负载控制装置(100)包括:控制电路(150),在正常模式中操作以将穿过所述负载传导的负载电流(ILOAD)的平均量值(IAVE)调节到目标负载电流(ITRGT),目标负载电流(ITRGT)的范围是从最大额定电流(IMAX)到最小额定电流(IMIN)。控制电路(150)在突发模式(TBURST)中操作以将负载电流(ILOAD)的平均量值(IAVE)调节到低于最小额定电流(IMIN)。在突发模式(TBURST)期间,控制电路(150)在第一时间段(TACTIVE)期间将负载电流(ILOAD)的峰值量值调节到最小额定电流(IMIN),且在第二时间段(TINACTIVE)期间停止调节负载电流(ILOAD),以使得负载电流(ILOAD)的平均量值(IAVE)低于最小额定电流(IMIN)。

Description

发光二极管光源的负载控制装置
相关申请案的交叉引用
本申请案主张2014年8月1日申请的第62/032,229号美国临时申请以及2013年11月8日申请的第61/901,480号美国临时申请的优先权。
背景技术
发光二极管(LED)光源(即,LED光引擎)通常用于替代常规白炽灯、荧光灯或卤素灯等。LED光源可包括安装在单个结构上且设置在适当外壳中的多个发光二极管。与白炽灯、荧光灯和卤素灯相比,LED光源通常较有效,且提供较长的操作寿命。为了适当地照明,LED驱动器控制装置(即,LED驱动器)必须耦合在交流(AC)源与LED光源之间以调节供应到LED光源的电力。LED驱动器可将提供到LED光源的电压调节到特定值、将供应到LED光源的电流调节到特定峰值电流值或可调节电流与电压两者。
LED光源通常被设定额定值,以经由两种不同控制技术中的一者来驱动:电流负载控制技术或电压负载控制技术。针对电流负载控制技术而设定额定值的LED光源还通过额定电流(例如,约350毫安)来表征,其中穿过LED光源的电流的峰值量值应调节到该额定电流以确保LED光源以适当强度(intensity)和颜色照明。相比之下,针对电压负载控制技术而设定额定值的LED光源通过额定电压(例如,约15伏)来表征,其中跨越LED光源的电压应调节到该额定电压以确保LED光源的适当操作。通常,针对电压负载控制技术而设定额定值的LED光源中的每一串LED包括电流平衡调节元件以确保并联的腿中的每一个具有相同的阻抗,以使得每一并联串中汲取了相同的电流。
已知可对LED光源的光输出进行调光。对LED进行调光的不同方法包括脉宽调制(PWM)技术和恒流减小(CCR)技术。脉宽调制调光可用于以电流或电压负载控制模式/技术控制的LED光源。在脉宽调制调光中,具有变化的占空比的脉冲信号被供应到LED光源。如果正使用电流负载控制技术来控制LED光源,那么供应到LED光源的峰值电流在脉冲信号的占空比的导通时间(on time)期间保持恒定。然而,随着脉冲信号的占空比变化,供应到LED光源的平均电流也变化,因而改变LED光源的光输出的强度。如果正使用电压负载控制技术来控制LED光源,那么供应到LED光源的电压在脉冲信号的占空比的导通时间期间保持恒定以便实现期望目标电压电平,且负载电压的占空比变化以便调整光输出的强度。通常仅在正使用电流负载控制技术来控制LED光源时使用恒流减小调光。在恒流减小调光中,电流被连续提供到LED光源,然而,提供到LED光源的电流的DC量值变化以因此调整光输出的强度。LED驱动器的实例更详细地描述在共同让渡的2010年7月23日颁发的第8,492,987号美国专利以及2013年3月14日公开的第2013/0063047号美国专利申请公开中,两者皆名为“发光二极管光源的负载控制装置(LOAD CONTROL DEVICE FOR A LIGHT-EMITTING DIODE LIGHTSOURCE)”,且整个公开内容以引用方式并入本文中。
发明内容
如本文所述,一种用于控制递送到电负载的功率量的负载控制装置能够在突发模式中操作以将递送到电负载的功率量调整到低水平。负载控制装置可包括:负载调节电路,被配置成控制穿过电负载传导的负载电流的量值以控制递送到电负载的功率量。负载控制装置可包括:控制器,耦合到负载调节电路且被配置成调整负载电流的平均量值。控制器可被配置成在正常模式和突发模式中操作。在正常模式中,控制器可被配置成将负载电流的平均量值调节到目标负载电流。目标负载电流的范围可为最大额定电流到最小额定电流。在突发模式中,控制器可被配置成将负载电流的平均量值调节到低于最小额定电流。举例来说,在突发模式期间,控制器可被配置成使用控制回路在第一时间段期间将负载电流的峰值量值调节到最小额定电流,且在第二时间段期间停止调节负载电流,以使得负载电流的平均量值低于最小额定电流。控制电路可被配置成在第二时间段期间冻结控制回路。
可提供一种用于控制LED光源的强度的LED驱动器。LED驱动器可包括LED驱动电路和控制器。LED驱动电路可操作以穿过LED光源传导负载电流且控制LED光源的强度。控制器可耦合到LED驱动电路以调整负载电流的平均量值而将照明负载的强度控制为目标强度。控制器可被配置成在正常模式和突发模式中操作。在正常模式中,控制器可被配置成将负载电流的平均量值调节到目标负载电流。目标负载电流的范围可为最大额定电流到最小额定电流。在突发模式中,控制器可被配置成将负载电流的平均量值调节到低于最小额定电流。在突发模式期间,控制器可被配置成在活动状态和非活动状态中控制负载调节电路。举例来说,控制器可被配置成在第一时间段期间在活动状态中控制负载调节电路,在第一时间段期间,控制器使用控制回路将负载电流的峰值量值调节到最小额定电流。控制器可被配置成在第二时间段期间在非活动状态中控制负载调节电路,在第二时间段期间,控制器冻结控制回路以停止调节负载电流,以使得负载电流的平均量值低于最小额定电流。
可在本文中提供一种用于控制递送到电负载的功率量的负载控制装置。负载控制装置可包括负载调节电路和控制电路。负载调节电路可被配置成控制穿过电负载传导的负载电流的量值以控制递送到电负载的功率量。控制电路可耦合到负载调节电路且被配置成调整负载电流的平均量值。控制电路可被配置成在正常模式和突发模式中操作。突发模式可包括突发模式周期的第一时间段期间的活动状态以及突发模式周期的第二时间段期间的非活动状态。突发模式周期的活动状态的持续时间是基于突发占空比来确定。在正常模式期间,控制电路可被配置成通过将突发占空比保持恒定且调整目标负载电流而调节负载电流的平均量值。在突发模式期间,控制电路可被配置成通过调整突发占空比和/或目标负载电流而调节负载电流的平均量值。在突发模式期间,控制电路可被配置成基于突发占空比以及将递送到电负载的目标功率量以范围为最小电流偏移到最大电流偏移的电流偏移调整目标负载电流。
此外,一种用于控制递送到电负载的功率量的负载控制装置可包括:负载调节电路,被配置成控制穿过电负载传导的负载电流的量值以控制递送到电负载的功率量;以及控制电路,耦合到负载调节电路且被配置成调整负载电流的平均量值。控制电路可被配置成在正常模式中操作以在最大额定电流与最小额定电流之间调节负载电流的平均量值。控制电路可被进一步配置成在突发模式中操作以将负载电流的平均量值调节到低于最小额定电流。在突发模式期间,控制电路可被配置成在第一时间段期间将负载电流的峰值量值调节到目标负载电流,且在第二时间段期间停止调节负载电流,从而导致负载电流的平均量值低于最小额定电流。控制电路可被配置成在第一时间段的开始时在斜坡时间段中将负载电流的量值从初始电流增大到目标负载电流。
附图说明
图1是用于控制发光二极管(LED)光源的强度的LED驱动器的简化框图。
图2是作为目标强度的函数的图1的LED驱动器的目标负载电流的实例曲线图。
图3是作为目标强度的函数的图1的LED驱动器的突发占空比的实例曲线图。
图4是说明当在突发模式中操作时图1的LED驱动器的负载调节电路的操作的实例状态图。
图5是LED驱动器的隔离式正向转换器和电流感测电路的简化示意图。
图6是说明正向转换器的能量存储电感器的磁芯组的实例图。
图7示出说明当LED光源的强度接近高端强度时正向转换器和电流感测电路的操作的实例波形。
图8示出说明当LED光源的强度接近低端强度时正向转换器和电流感测电路的操作的实例波形。
图9是LED驱动器的偏移时间与目标强度之间的关系的实例曲线图。
图10是LED驱动器的偏移时间与目标强度之间的替代关系的实例曲线图。
图11示出说明当在突发模式中操作时LED驱动器的正向转换器的操作的实例波形。
图12A是说明当负载调节电路在突发模式中操作时负载电流ILOAD的实例波形的图式。
图12B是说明当负载调节电路在突发模式中操作时负载电流ILOAD的实例波形的图式。
图12C是说明当在突发模式期间将活动状态周期保持恒定时负载控制电路可如何确定电流偏移的实例的实例波形。
图13是光源的目标负载电流和突发占空比与目标强度之间的关系的曲线图的实例。
图14A是说明穿过光源传导的负载电流的过冲的实例波形。
图14B是说明在突发模式期间在每一活动状态周期的开始时穿过光源传导的负载电流的上升时间的控制的实例波形。
图15A、图15B、图16、图17A、图17B和图18是用于在正常模式和突发模式中操作LED驱动器的正向转换器的实例过程的简化流程图。
具体实施方式
图1是负载控制装置(例如,发光二极管(LED)驱动器100)的简化框图,其中该负载控制装置用于控制递送到电负载(例如,LED光源102(例如,LED光引擎))的功率量,且因此控制电负载的强度。LED光源102被示出为串联连接的多个LED,但可取决于特定照明系统而包括单个LED或并联连接的多个LED或其适当组合。LED光源102可包括一个或更多个有机发光二极管(OLED)。LED驱动器100可包括适于耦合到交流(AC)电源(未示出)的火线端子H和中线端子。
LED驱动器100可包括射频(RFI)滤波器电路110、整流器电路120、升压转换器130、负载调节电路140、控制电路150、电流感测电路160、存储器170、通信电路180和/或电力供应190。RFI滤波器电路110可将AC市电上所出现的噪声减到最少。整流器电路120可产生整流电压VRECT
升压转换器130可接收整流电压VRECT,且跨越母线电容器CBUS而产生升压直流(DC)母线电压VBUS。升压转换器130可包括用于产生适当母线电压的任何适当电力转换器电路,例如,反激转换器、单端初级电感器转换器(SEPIC)、Cuk转换器或其它适当电力转换器电路。升压转换器120可作为功率因数校正(PFC)电路而操作以将LED驱动器100的功率因数朝向功率因数一调整。
负载调节电路140可接收母线电压VBUS,且控制递送到LED光源102的功率量,例如,以在低端(即,最小)强度LLE(例如,约1%到5%)与高端(即,最大)强度LHE(例如,约100%)之间控制LED光源102的强度。负载调节电路140的实例可为隔离式半桥正向转换器。包括正向转换器的负载控制装置(例如,LED驱动器100)的实例更详细地描述在共同让渡的2013年7月15日申请的第13/935,799号美国专利申请中,该美国专利申请名为“发光二极管光源的负载控制装置(LOAD CONTROL DEVICE FOR A LIGHT-EMITTING DIODE LIGHT SOURCE)”,且整个公开内容以引用方式并入本文中。负载调节电路140可包括例如降压转换器、线性调节器或用于调整LED光源102的强度的任何适当LED驱动电路。
控制电路150可被配置成控制升压转换器130和/或负载调节电路140的操作。控制电路150的实例可为控制器。控制电路150可包括例如数字控制器或任何适当处理装置,例如,微控制器、可编程逻辑装置(PLC)、微处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。控制电路150可产生母线电压控制信号VBUS-CNTL,其中母线电压控制信号VBUS-CNTL可被提供到升压转换器130以调整母线电压VBUS的量值。控制电路150可从升压转换器130接收母线电压反馈控制信号VBUS-FB,其中母线电压反馈控制信号VBUS-FB可指示母线电压VBUS的量值。
控制电路150可产生驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2。驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2可被提供到负载调节电路140以调整跨越LED光源102产生的负载电压VLOAD的量值以及穿过LED光源120传导的负载电流ILOAD的量值,例如,以将LED光源120的强度控制为目标强度LTRGT。控制电路150可调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的操作频率fOP和/或占空比DCINV(例如,导通时间TON)以调整负载电压VLOAD和/或负载电流ILOAD的量值。
电流感测电路160可接收负载调节电路140所产生的感测电压VSENSE。感测电压VSENSE可指示负载电流ILOAD的量值。电流感测电路160可从控制电路150接收信号斩波器控制信号VCHOP。电流感测电路160可产生负载电流反馈信号VI-LOAD,其中负载电流反馈信号VI-LOAD可为指示负载电流ILOAD的平均量值IAVE的DC电压。控制电路150可从电流感测电路160接收负载电流反馈信号VI-LOAD,且相应地控制驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2。举例来说,控制电路150可控制驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2以将负载电流ILOAD的量值调整为目标负载电流ITRGT,以因此将LED光源102的强度控制为目标强度LTRGT(例如,使用控制回路)。
负载电流ILOAD可为穿过LED光源120传导的电流。目标负载电流ITRGT可为控制电路150在理想上想要穿过LED光源120传导的电流(例如,至少基于负载电流反馈信号VI-LOAD)。控制电路150可限于控制电路150可控制穿过LED光源120传导的电流的特定间隔(granularity)水平(例如,由于逆变器循环长度等),因此控制电路150可不是始终能够实现目标负载电流ITRGT。举例来说,图2和图13将穿过LED光源传导的电流说明为线性曲线图(至少部分),且因此说明目标负载电流ITRGT,这是因为负载电流ILOAD自身可不实际上遵循实际线性路径。此外,LED光源120的非理想反应(例如,负载电流ILOAD的过冲,例如,如图14A所示)可导致负载电流ILOAD偏离目标负载电流ITRGT。在理想情形下,负载电流ILOAD约等于目标负载电流ITRGT
控制电路150可耦合到存储器170。存储器170可存储LED驱动器100的操作特性(例如,目标强度LTRGT、低端强度LLE、高端强度LHE等)。通信电路180可耦合到(例如)有线通信链路或无线通信链路,例如射频(RF)通信链路或红外线(IR)通信链路。控制电路150可被配置成响应于经由通信电路180接收的数字消息而更新存储器170中所存储的LED光源102的目标强度LTRGT和/或操作特性。LED驱动器100可操作以从调光器开关接收相控信号以确定LED光源102的目标强度LTRGT。电力供应190可接收整流电压VRECT,且产生直流(DC)供电电压VCC以对LED驱动器100的电路供电。
图2是作为目标强度LTRGT的函数的目标负载电流ITRGT的实例曲线图。负载电流ILOAD的量值可例如由于负载调节电路140和控制电路150的硬件限制而仅调节到介于最大额定电流IMAX与最小额定电流IMIN之间的值。因此,可仅在最大额定电流IMAX与最小额定电流IMIN之间调整目标负载电流ITRGT。当目标强度LTRGT介于高端强度LHE(例如,约100%)与跃迁强度(transition intensity)LTRAN(例如,约5%)之间时,控制电路150可在正常模式中操作负载调节电路140,其中负载电流ILOAD的平均量值IAVE被控制为等于目标负载电流ITRGT。在正常模式中,控制电路150可例如使用闭合回路控制响应于负载电流反馈信号VI-LOAD而将负载电流ILOAD的平均量值IAVE调整为目标负载电流ITRGT。例如如图2所示,控制电路150可在正常模式中在最大额定电流IMAX与最小额定电流IMIN之间调整目标负载电流ITRGT
图3是作为目标强度LTRGT的函数的突发(burst)占空比DCBURST(例如,理想突发占空比DCBURST-IDEAL)的实例曲线图。当目标强度LTRGT介于高端强度LHE(例如,约100%)与跃迁强度LTRAN(例如,约5%)之间时,控制电路150可被配置成操作负载调节电路140,以将突发占空比DCBURST设置为等于最大占空比DCMAX(例如,约100%)。为了将目标强度LTRGT调整到低于跃迁强度LTRAN,控制电路150可被配置成在突发模式中操作负载调节电路140,以将负载电流ILOAD的平均量值IAVE减小到小于最小额定电流IMIN。举例来说,为了将目标强度LTRGT调整到低于跃迁强度LTRAN,控制电路150可被配置成操作负载调节电路140,以将突发占空比DCBURST减小到低于最大占空比DCMAX。举例来说,负载调节电路140可在最大占空比DCMAX(例如,约100%)与最小占空比DCMIN(例如,约20%)之间调整突发占空比DCBURST。在突发模式中,负载电流ILOAD的峰值量值IPK可等于目标电流ITRGT(例如,最小额定电流IMIN)。举例来说,负载电流ILOAD的峰值量值IPK可在突发模式的活动状态期间等于最小额定电流IMIN
参照图3,突发占空比DCBURST可指理想突发占空比DCBURST-IDEAL,其中理想突发占空比DCBURST-IDEAL可包括整数部分DCBURST-INTEGER和/或分数部分DCBURST-FRACTIONAL。整数部分DCBURST-INTEGER可通过包括完整逆变器循环(即,逆变器循环的整数值)的理想突发占空比DCBURST-IDEAL的百分比来表征。分数部分DCBURST-FRACTIONAL可通过包括逆变器循环的分数的理想突发占空比DCBURST-IDEAL的百分比来表征。如本文所述,控制电路150(例如,经由负载调节电路140)可被配置成仅以整数值(即,DCBURST-INTEGER)而不是分数量(即,DCBURST-FRACTIONAL)调整逆变器循环的数量。因此,图3的实例曲线图可说明示出当目标强度LTRGT低于跃迁强度LTRAN时理想突发占空比DCBURST-IDEAL从最大占空比DCMAX到最小占空比DCMIN的调整的理想曲线。然而,除非另有定义,否则例如,如果控制电路150未被配置成以分数量操作突发占空比DCBURST,那么突发占空比DCBURST可指理想突发占空比DCBURST-IDEAL的整数部分DCBURST-INTEGER
图4是说明在突发模式中的负载调节电路140的操作的实例状态图。在突发模式期间,控制电路150可例如取决于突发占空比DCBURST和突发模式周期TBURST(例如,约4.4毫秒)而将负载调节电路140周期性地控制为活动状态和非活动状态。举例来说,活动状态周期(TACTIVE)可等于突发占空比(DCBURST)乘以突发模式周期(TBURST),且非活动状态周期(TINACTIVE)可等于一减去突发占空比(DCBURST)的差乘以突发模式周期(TBURST)。也就是说,TACTIVE=DCBURST·TBURST且TINACTIVE=(1-DCBURST)·TBURST
在突发模式的活动状态中,控制电路150可产生(例如,活动地产生)驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2,以例如使用闭合回路控制来调整负载电流ILOAD的量值(例如,峰值量值IPK)。举例来说,在突发模式的活动状态中,控制电路150可产生驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2,以响应于负载电流反馈信号VI-LOAD而将负载电流ILOAD的量值调整为等于目标负载电流ITRGT(例如,最小额定电流IMIN)。
在突发模式的非活动状态中,控制电路150可冻结控制回路,且可不产生驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2,例如,以使得负载电流ILOAD的量值下降到约零安。在控制回路被冻结(例如,在非活动状态中)时,控制电路150可不响应于负载电流反馈信号VI-LOAD而调整操作频率fOP和/或占空比DCINV的值(例如,即使控制电路150当前不产生驱动信号VDRIVE1、VDRIVE2)。举例来说,控制电路150可在冻结控制回路之前(例如,紧接在冻结控制回路之前)将驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的当前占空比DCINV(例如,当前导通时间TON)存储在存储器170中。因此,当控制回路被解冻时(例如,当控制电路150进入活动状态时),控制电路150可继续使用来自先前活动状态的操作频率fOP和/或占空比DCINV而产生驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2
控制电路150可被配置成使用开放回路控制而调整突发占空比DCBURST。举例来说,控制电路150可被配置成例如当目标强度LTRGT低于跃迁强度LTRAN时将突发占空比DCBURST作为目标强度LTRGT的函数来调整。控制电路150可被配置成当目标负载电流ITRGT被保持恒定在最小额定电流IMIN(例如,如图2所示)时,随着目标强度LTRGT减小到低于跃迁强度LTRAN而线性地减小突发占空比DCBURST(例如,如图3所示)。因为控制电路150取决于突发占空比DCBURST和突发模式周期TBURST而在活动状态与非活动状态之间改变(例如,如图4的状态图所示),所以负载电流ILOAD的平均量值IAVE可为突发占空比DCBURST的函数(例如,IAVE=DCBURST·IMIN)。在突发模式期间,负载电流ILOAD的峰值量值IPK可等于最小额定电流IMIN,但负载电流ILOAD的平均量值IAVE可小于最小额定电流IMIN
图5是LED驱动器(例如,图1所示的LED驱动器100)的正向转换器240和电流感测电路260的简化示意图。正向转换器240可为图1所示的LED驱动器100的负载调节电路140的实例。电流感测电路260可为图1所示的LED驱动器100的电流感测电路160的实例。
正向转换器240可包括半桥逆变器电路,其中该半桥逆变器电路具有两个场效应晶体管(FET)Q210、Q212以从母线电压VBUS产生高频逆变器电压VINV。FET Q210、Q212可响应于驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2而显现为导电和不导电的。驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2可接收自控制电路150。驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2可经由栅极驱动电路214(例如,其可包括ST微电子公司所制造的部件号L6382DTR)而耦合到相应FET Q210、Q212的栅极。控制电路150可按恒定操作频率fOP(例如,约60kHz到65kHz)且因此按恒定操作周期TOP产生逆变器电压VINV。然而,操作频率fOP可在某些操作条件下调整。控制电路150可被配置成调整逆变器电压VINV的占空比DCINV以朝向目标强度LTRGT控制LED光源202的强度。
在正常操作模式中,当LED光源202的目标强度LTRGT介于高端强度LHE与跃迁强度LTRAN之间时,控制电路150可调整逆变器电压VINV的占空比DCINV以朝向目标负载电流ITRGT调整负载电流ILOAD的量值(例如,平均量值IAVE)。如前所述,负载电流ILOAD的量值可在最大额定电流IMAX与最小额定电流IMIN之间变化(例如,如图2所示)。在最小额定电流IMIN下(例如,在跃迁强度LTRAN下),逆变器电压VINV可通过跃迁操作频率fOP-T、跃迁操作周期TOP-T以及跃迁占空比DCINV-T来表征。
当LED光源202的目标强度LTRGT低于跃迁强度LTRAN时,控制电路150可被配置成在突发操作模式中操作正向转换器240。在一个或更多个实施例中,控制电路150可将功率(例如,跃迁功率)和/或电流(例如,跃迁电流)用作确定何时在突发模式中操作的阈值(例如,代替强度)。在突发操作模式中,控制电路150可被配置成在活动模式(例如,其中控制电路150活动地产生驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2以将负载电流ILOAD的峰值量值IPK调节为等于最小额定电流IMIN)与非活动模式(例如,其中控制电路150冻结控制循环且不产生驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2)之间切换正向转换器240,例如,如图4的状态图所示。在突发模式中,控制电路150可取决于突发占空比DCBURST和突发模式周期TBURST而在活动状态与非活动状态之间改变正向转换器240(例如,如图4所示),且将突发占空比DCBURST作为目标强度LTRGT(其低于跃迁强度LTRAN)的函数来调整(例如,如图3所示)。在正常模式中以及在突发模式的活动状态中,正向转换器240可通过开启时间TTURN-ON和关断时间TTURN-OFF来表征。开启时间TTURN-ON可为从驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2被驱动时开始直到相应FET Q210、Q212显现为导电的时间段。关断时间TTURN-OFF可为从驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2被驱动时开始直到相应FET Q210、Q212显现为不导电的时间段。
逆变器电压VINV经由DC阻隔电容器C216(例如,其可具有约0.047μF的电容)而耦合到变压器220的初级绕组,以使得初级电压VPRI跨越初级绕组而产生。变压器220可通过匝数比nTURNS(即,N1/N2)来表征,其中匝数比nTURNS可为约115:29。感测电压VSENSE可跨越感测电阻器R222而产生,其中感测电阻器R222可与变压器220的初级绕组串联耦合。FET Q210、Q212和变压器220的初级绕组可分别通过寄生电容CP1、CP2、CP3来表征。变压器220的次级绕组可产生次级电压。次级电压可耦合到全波二极管整流器桥224的AC端子以对跨越次级绕组产生的次级电压整流。整流器桥224的正极DC端子可经由输出能量存储电感器L226(例如,其可具有约10mH的电感)而耦合到LED光源202,以使得负载电压VLOAD可跨越输出电容器C228(例如,其可具有约3μF的电容)而产生。
电流感测电路260可包括用于产生负载电流反馈信号VI-LOAD的平均电路。平均电路可包括低通滤波器,其中低通滤波器包括电容器C230(例如,其可具有约0.066μF的电容)和电阻器R232(例如,其可具有约3.32kΩ的电阻)。低通滤波器可经由电阻器R234(例如,其可具有约1kΩ的电阻)而接收感测电压VSENSE。电流感测电路160可包括耦合在电阻器R232、R234的结与电路公共端之间的晶体管Q236(例如,如图5所示的FET)。晶体管Q236的栅极可经由电阻器R238(例如,其可具有约22kΩ的电阻)而耦合到电路公共端。晶体管Q236的栅极可从控制电路150接收信号斩波器控制信号VCHOP。电流感测电路260的实例可更详细地描述在共同让渡的2013年3月15日申请的第13/834,153号美国专利申请中,该美国专利申请名为“具有初级侧电流感测电路的正向转换器(FORWARD CONVERTER HAVING A PRIMARY-SIDECURRENT SENSE CIRCUIT)”,且整个公开内容以引用方式并入本文中。
图6是说明能量存储电感器(例如,图5所示的正向转换器240的输出能量存储电感器L226)的磁芯组290的实例图。磁芯组290可包括两个E磁芯292A、292B,且可包括TDK公司所制造的部件号PC40EE16-Z。E磁芯292A、292B可包括相应外腿294A、294B和内腿296A、296B。每一内腿296A、296B可通过宽度wLEG(例如,约4mm)来表征。第一E磁芯292A的内腿296A可包括部分间隙298A(即,磁芯组290是部分间隙式的),以使得内腿296A、296B以间隙距离dGAP(例如,约0.5mm)间隔开。部分间隙298A可延伸达间隙宽度wGAP(例如,约2.8mm),以使得部分间隙298A延伸达内腿296A的腿宽度wLEG的约70%。在一个或更多个实施例中,内腿296A、296B两者可包括部分间隙。部分间隙式磁芯组290(例如,如图6所示)可允许正向转换器240的输出能量存储电感器L226(例如,如图5所示)在低负载条件下(例如,接近低端强度LLE)维持连续电流。
图7示出说明正向转换器和电流感测电路(例如,图5所示的正向转换器240和电流感测电路260)的操作的实例波形。举例来说,当如本文所述在正常模式中以及在突发模式的活动状态中操作时,正向转换器240可产生图7所示的波形。如图7所示,控制电路(例如,控制电路150)可将相应驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2驱动为高到约供电电压VCC,以使相应FETQ210、Q212在不同时间显现为导电,持续导通时间TON(即,FET Q210、Q212在不同时间导电)。当高侧FET Q210导电时,变压器220的初级绕组可经由电容器C216和感测电阻器R222而将初级电流IPRI传导到电路公共端。在高侧FET Q210显现为导电之后(例如,紧接在高侧FETQ210显现为导电之后)(在图7中在时间t1),初级电流IPRI可由于变压器220的寄生电容CP3而传导电流的较短高量值脉冲,如图7所示。当高侧FET Q210导电时,电容器C216可充电,以使得量值是母线电压VBUS的量值的约一半的电压跨越电容器而显现。因此,跨越变压器220的初级绕组的初级电压VPRI的量值可等于母线电压VBUS的量值的约一半(即,VBUS/2)。当低侧FET Q212导电时,变压器220的初级绕组可在相反方向上传导初级电流IPRI,且电容器C216可跨越初级绕组而耦合,以使得初级电压VPRI可具有负极性,而量值等于母线电压VBUS的量值的约一半。
当高侧FET Q210和低侧FET Q212中的任一者导电时,输出电感器L226所传导的输出电感器电流IL的量值以及跨越LED光源202的负载电压VLOAD的量值可随着时间而增大。当FET Q210、Q212导电时(例如,在初始电流尖峰之后),初级电流IPRI的量值可随着时间而增大。当FET Q210、Q212不导电时,输出电感器电流IL和负载电压VLOAD的量值可随着时间而减小。输出电感器电流IL可通过峰值量值IL-PK和平均量值IL-AVG来表征,例如,如图7所示。控制电路150可增大和/或减小驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON(例如,以及逆变器电压VINV的占空比DCINV),以分别增大和减小输出电感器电流IL的平均量值IL-AVG且因此分别增大和减小LED光源202的强度。
当FET Q210、Q212显现为不导电时,初级电流IPRI的量值可朝向零安下降(例如,当高侧FET Q210显现为不导电时,如图7中在时间t2所示)。然而,磁化电流IMAG可由于变压器的磁化电感LMAG而继续流经变压器220的初级绕组。当LED光源102的目标强度LTRGT接近低端强度LLE时,初级电流IPRI的量值可例如由于FET的寄生电容CP1、CP2、变压器220的初级绕组的寄生电容CP3和/或电路的任何其它寄生电容(例如,安装了正向转换器240的印刷电路板的寄生电容)而在FET Q210、Q212中的任一者显现为不导电之后振荡。
初级电流IPRI的有功分量可指示次级电流ISEC的量值,且因此指示LED光源202的强度。然而,磁化电流IMAG(即,初级电流IPRI的无功分量)还可流经感测电阻器R222。当高侧FETQ210导电时,磁化电流IMAG可从负极性改变为正极性,当低侧FET Q212导电时,磁化电流IMAG可从正极性改变为负极性,且当初级电压VPRI的量值是零伏时,磁化电流IMAG保持恒定,例如,如图7所示。磁化电流IMAG可具有由下式定义的最大量值:
其中THC可为逆变器电压VINV的半循环周期,即,THC=TOP/2。如图7所示,区域250、252大致上相等,以使得磁化电流IMAG的量值的平均值在初级电压VPRI的量值大于约零伏的时间段期间(例如,在导通时间TON期间,如图7所示)是零。
电流感测电路260可在逆变器电压VINV的正循环期间,即,在高侧FET Q210导电时(例如,在导通时间TON期间),确定初级电流IPRI的平均值。可由电流感测电路260产生的负载电流反馈信号VI-LOAD可具有当高侧FET Q210导电时作为初级电流IPRI的平均值的DC量值。因为磁化电流IMAG的量值的平均值在高侧FET Q210导电的时间段期间(例如,在导通时间TON期间)约为零,所以由电流感测电路产生的负载电流反馈信号VI-LOAD在导通时间TON期间指示初级电流IPRI的有功分量(例如,仅指示有功分量)。
当高侧FET Q210显现为导电时,控制电路150可将信号斩波器控制信号VCHOP朝向电路公共端驱动为低,以使电流感测电路260的晶体管Q236显现为不导电,持续信号斩波器时间TCHOP。信号斩波器时间TCHOP可约等于高侧FET Q210的导通时间TON,例如,如图7所示。电容器C230可在信号斩波器控制信号VCHOP低时经由电阻器R232、R234而从感测电压VSENSE充电,以使得负载电流反馈信号VI-LOAD的量值是初级电流IPRI的平均值,且因此在高侧FETQ210导电的时间期间指示初级电流的有功分量。当高侧FET Q210不导电时,控制电路150将信号斩波器控制信号VCHOP驱动为高以使晶体管Q236显现为导电。因此,控制电路150能够从负载电流反馈信号VI-LOAD的量值准确地确定负载电流ILOAD的平均量值,这是因为磁化电流IMAG以及初级电流IPRI的振荡对负载电流反馈信号VI-LOAD的量值的影响减小或被完全消除。
随着LED光源202的目标强度LTRGT朝向低端强度LLE减小,且驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON变小,负载调节电路140的寄生电容(即,FET Q210、Q212的寄生电容CP1、CP2、变压器220的初级绕组的寄生电容CP3和/或电路的任何其它寄生电容)可导致初级电压VPRI的量值在FET Q210、Q212显现为不导电之后朝向零伏缓慢减小。
图8示出说明当目标强度LTRGT接近低端强度LLE且当正向转换器240正在正常模式中以及在突发模式的活动状态中操作时正向转换器和电流感测电路(例如,正向转换器240和电流感测电路260)的操作的实例波形。初级电压VPRI的量值的逐渐下降可允许变压器220的初级绕组继续传导初级电流IPRI,以使得变压器220可继续在FET Q210、Q212显现为不导电之后将功率递送到次级绕组,例如,如图8所示。磁化电流IMAG的量值可继续在驱动控制信号VDRIVE1(例如,和/或驱动控制信号VDRIVE2)的导通时间TON之后增大。因此,控制电路150可将信号斩波器时间TCHOP增大到大于导通时间TON。举例来说,控制电路150可在LED光源202的目标强度LTRGT接近低端强度LLE时以偏移时间TOS增大信号斩波器时间TCHOP(例如,在此期间,信号斩波器控制信号VCHOP低)。
图9是例如当目标强度LTRGT接近低端强度LLE且当正向转换器240正在正常模式中以及在突发模式的活动状态中操作时(例如,如图8所示)偏移时间TOS与LED光源202的目标强度LTRGT之间的关系的实例曲线图。控制电路150可将偏移时间TOS的值作为LED光源202的目标强度LTRGT的函数来调整。举例来说,控制电路150可在目标强度LTRGT低于阈值强度LTH(例如,约10%)且高于跃迁强度LTRAN(例如,约5%)时相对于目标强度LTRGT线性地调整偏移时间TOS的值。高于阈值强度LTH时,偏移时间TOS可保持恒定在例如约零微秒。低于跃迁强度LTRAN时,偏移时间TOS可保持恒定在例如最大偏移时间TOS-MAX,这是因为在低于跃迁强度LTRAN时,目标负载电流ITRGT可保持恒定在最小额定电流IMIN
图10是例如当目标强度LTRGT接近低端强度LLE且当正向转换器240正在正常模式中以及在突发模式的活动状态中操作时(例如,如图8所示)偏移时间TOS与LED光源202的目标强度LTRGT之间的关系(例如,替代关系)的实例曲线图。控制电路150可将偏移时间TOS的值作为LED光源202的目标强度LTRGT的函数来调整。举例来说,控制电路150可在高端强度LHE与跃迁强度LTRAN之间调整偏移时间TOS的值,例如,如图10所示。举例来说,控制电路150可使用下式:
其中,TOS-PREV可为偏移时间的先前值。KRIPPLE可为输出电感器电流IL(例如,其可为负载电流ILOAD的函数)的动态纹波比。举例来说,可根据下式来确定KRIPPLE
KRIPPLE=IL-PK/IL-AVG
且CPARASITIC可为FET Q210、Q212的结与电路公共端之间的总寄生电容。低于跃迁强度LTRAN时,偏移时间TOS可保持恒定在最大偏移时间TOS-MAX
图11示出说明当在突发模式中操作时的正向转换器(例如,图5所示的正向转换器240)的操作的实例波形。正向转换器240的逆变器电路可在活动状态期间产生逆变器电压VINV(例如,持续如图11所示的活动状态周期TACTIVE的长度),例如,以使得负载电流ILOAD的量值可被调节到最小额定电流IMIN。逆变器电压VINV可不在非活动状态期间产生,例如,持续非活动状态周期TINACTIVE。活动状态可以突发模式周期TBURST(例如,约4.4毫秒)在周期性基础上开始。活动状态周期TACTIVE和非活动状态周期TINACTIVE可通过取决于突发占空比DCBURST的持续时间来表征。举例来说,TACTIVE=DCBURST·TBURST且TINACTIVE=(1-DCBURST)·TBURST。负载电流ILOAD的平均量值IAVE可取决于突发占空比DCBURST。举例来说,负载电流ILOAD的平均量值IAVE可等于突发占空比DCBURST乘以负载电流ILOAD(例如,IAVE=DCBURST·ILOAD),其中负载电流ILOAD在一个实例中可为最小负载电流IMIN(例如,IAVE=DCBURST·IMIN)。
突发占空比DCBURST可受到控制以调整负载电流ILOAD的平均量值IAVE。举例来说,突发模式周期TBURST可保持恒定且活动状态周期TACTIVE的长度可变化以调整占空比DCBURST,而这又可改变负载电流ILOAD的平均量值IAVE。活动状态周期TACTIVE可保持恒定且突发模式周期TBURST的长度可变化以调整突发占空比DCBURST,而这又可改变负载电流ILOAD的平均量值IAVE。因此,随着突发占空比DCBURST增大,负载电流ILOAD的平均量值IAVE可增大,且随着突发占空比DCBURST减小,负载电流ILOAD的平均量值IAVE可减小。
图12A是说明例如随着光源(例如,LED光源202)的目标强度LTRGT增大(例如,从低端强度LLE增大)当负载调节电路(例如,负载调节电路140)在突发模式中操作时的负载电流ILOAD的实例波形1200的图式。控制电路(例如,图1所示的LED驱动器100的控制电路150和/或控制图5所示的正向转换器240和电流感测电路260的控制电路150)可通过调整突发占空比DCBURST来调整突发模式周期TBURST的活动状态周期TACTIVE的长度。调整活动状态周期TACTIVE的长度可调整负载电流ILOAD的平均量值IAVE,且又调整光源的强度。
负载电流ILOAD的活动状态周期TACTIVE可具有取决于负载调节电路的逆变器电路的逆变器循环的长度(即,操作周期TOP)的长度。举例来说,参照图11,活动状态周期TACTIVE可包括六个逆变器循环,且因此,具有等于六个逆变器循环的持续时间的长度。控制电路可通过调整活动状态周期TACTIVE中的逆变器循环的数量来调整(即,增大或减小)活动状态周期TACTIVE。因此,控制电路可按对应于负载调节电路的逆变器电路的逆变器循环的长度的预定时间间隔(例如,跃迁操作周期TOP-T(例如,约12.8秒))调整活动状态周期TACTIVE。因此,活动状态周期TACTIVE可通过一个或更多个逆变器循环来表征,且可通过调整每活动状态周期TACTIVE的逆变器循环的数量来调整。因此,负载电流ILOAD的平均量值IAVE可按预定增幅调整,例如,所述增幅对应于因每活动状态周期TACTIVE的逆变器循环的增大或减小所致的负载电流ILOAD的改变。
负载调节电路的一个或更多个突发模式周期TBURST可通过包括相同数量的逆变器循环的活动状态周期TACTIVE来表征。在图12A的实例中,三个突发模式周期TBURST 1202、1204、1206可通过等同的活动状态周期TACTIVE1(即,具有相同数量的逆变器循环的活动状态周期TACTIVE1)来表征。突发模式周期TBURST 1208的活动状态周期TACTIVE2可大于其它突发模式周期TBURST 1202、1204、1206的活动状态周期TACTIVE1。换句话说,突发模式周期TBURST 1208期间的活动状态周期TACTIVE2与突发模式周期TBURST 1202、1204、1206期间的活动状态周期TACTIVE1相比可增大。因此,负载电流ILOAD的平均量值IAVE可在突发模式周期TBURST 1208期间根据活动状态周期TACTIVE2的额外逆变器循环来增大。因此,控制电路可通过以一个或更多个逆变器循环的增幅调整活动状态周期TACTIVE来调整(即,增大或减小)负载电流ILOAD的平均量值IAVE
图12B是说明例如随着光源(例如,LED光源202)的目标强度LTRGT增大(例如,从低端强度LLE增大)当负载调节电路(例如,负载调节电路140)在突发模式中操作时的负载电流ILOAD的实例波形1210的图式。如本文所述,控制电路(例如,图1所示的LED驱动器100的控制电路150和/或控制图5所示的正向转换器240和电流感测电路260的控制电路150)可通过调整活动状态周期TACTIVE(即,每活动状态周期TACTIVE的逆变器循环的数量)来调整负载电流ILOAD的平均量值IAVE。当接近低端强度LLE而仅调整活动状态周期TACTIVE(例如,且又调整突发占空比DCBURST)时,负载电流ILOAD的平均量值IAVE的调整可导致用户在视觉上可察觉的照明负载的强度的改变(例如,如图12A所示)。
当在突发模式中时,控制电路还可在活动状态周期TACTIVE的调整之间和/或在此期间调整(即,增大或减小)负载电流ILOAD的量值,例如,从而与仅调整活动状态周期TACTIVE相比,以较精细的间隔调整负载电流ILOAD的平均量值IAVE(例如,以提供照明负载的强度的较精细的调谐)。控制电路可通过调整目标负载电流ITRGT且通过控制逆变器电路在活动状态周期TACTIVE期间将负载电流ILOAD调节到目标负载电流ITRGT来调整(即,增大或减小)负载电流ILOAD的量值,例如,如本文所述。控制电路可线性地调整负载电流ILOAD、将负载电流ILOAD作为负载电流ILOAD的平均量值IAVE的函数来可变地调整,和/或以预定量调整负载电流ILOAD。因此,控制电路可通过调整负载电流ILOAD而使活动状态周期TACTIVE的调整之间的过渡变得容易。
控制电路可例如在活动状态周期TACTIVE的调整之间和/或在调整活动状态周期TACTIVE时以电流偏移IOS调整目标负载电流ITRGT。例如基于突发占空比DCBURST,电流偏移IOS的范围可介于最小电流偏移IOS-MIN与最大电流偏移IOS-MAX之间(即,电流偏移IOS在最小电流偏移IOS-MIN与最大电流偏移IOS-MAX之间变化)。电流偏移IOS的值可基于最小额定电流IMIN、目标电流ITRGT、目标强度LTRGT、突发占空比DCBURST和/或活动状态周期TACTIVE来确定。电流偏移IOS可在具有相同活动状态周期TACTIVE的突发模式周期TBURST之间和/或具有不同活动状态周期TACTIVE的突发模式周期TBURST之间变化。
参照图12B,控制电路可按恒定速率增大光源的强度。控制电路可将两个或更多个突发模式周期TBURST的活动状态周期TACTIVE保持恒定,且可例如以一致或变化的电流偏移IOS调整两个或更多个突发模式周期TBURST的活动状态周期TACTIVE的负载电流ILOAD。举例来说,控制电路可将突发模式周期TBURST 1212、1214、1216的活动状态周期TACTIVE1(即,活动状态周期TACTIVE1的逆变器循环的数量)保持恒定,如图12B所示。控制电路可在突发模式周期TBURST1212的活动状态周期TACTIVE1期间将负载电流ILOAD设置为最小额定电流IMIN。控制电路可在将突发模式周期TBURST 1214的活动状态周期TACTIVE1保持恒定的同时,按电流偏移IOS-1增大活动状态周期TACTIVE1的负载电流ILOAD。控制电路可接着在将突发模式周期TBURST 1216的活动状态周期TACTIVE1保持恒定的同时,按电流偏移IOS-2增大活动状态周期TACTIVE1的负载电流ILOAD。电流偏移IOS-2可大于电流偏移IOS-1。电流偏移IOS-2可等于、大于或小于两倍的电流偏移IOS-1。举例来说,如果光源的强度正以恒定速率增大,那么电流偏移IOS-2可等于两倍的电流偏移IOS-1。控制电路可在将活动状态周期TACTIVE1保持恒定的同时,在突发模式周期TBURST1212、1214、1216期间增大负载电流ILOAD的平均量值IAVE
控制电路可调整后续突发模式周期TBURST的活动状态周期TACTIVE和负载电流ILOAD。举例来说,控制电路可增大突发模式周期TBURST 1218的活动状态周期TACTIVE2,且减小突发模式周期TBURST 1218的活动状态周期TACTIVE2的负载电流ILOAD。控制电路可将突发模式周期TBURST1218的活动状态周期TACTIVE2增大一个逆变器循环,且可将突发模式周期TBURST 1218的活动状态周期TACTIVE2的负载电流ILOAD设置为最小额定电流IMIN。虽然突发模式周期TBURST1218的活动状态周期TACTIVE2的负载电流ILOAD减小,但负载电流ILOAD的平均量值IAVE由于活动状态周期TACTIVE2的增大而增大。因此,控制电路可通过在突发模式期间调整负载电流ILOAD与活动状态周期TACTIVE两者来以较精细的间隔控制(例如,增大或减小)负载电流ILOAD的平均量值IAVE
当增大活动状态周期TACTIVE时,负载电流ILOAD的平均量值IAVE可由于施加负载电流ILOAD持续突发模式周期TBURST的较大持续时间而增大。举例来说,这可在图12B中通过1250来说明。当在具有相同活动状态周期TACTIVE的突发模式周期TBURST期间增大负载电流ILOAD时,负载电流ILOAD可增大到超过最小负载电流IMIN达电流偏移IOS(例如,其可在最小电流偏移IOS-MIN与最大电流偏移IOS-MAX之间变化)。因此,负载电流ILOAD的平均量值IAVE可由于施加超过最小负载电流IMIN的电流偏移IOS持续活动状态周期TACTIVE而增大,例如,如图12B中的1230和1240所说明。
当确定特定突发模式周期TBURST的电流偏移IOS的值时,控制电路可确保由于施加电流偏移IOS而引起的负载电流ILOAD的平均量值IAVE的改变(例如,增大或减小)不超过由于在突发模式周期TBURST期间施加负载电流ILOAD持续较大持续时间(即,活动状态周期TACTIVE的增大)而引起的负载电流ILOAD的平均量值IAVE的改变(例如,增大或减小)。举例来说,参照图12B,控制电路可确定电流偏移IOS-1以使得因电流偏移IOS-1所致的负载电流ILOAD的平均量值IAVE的改变1230小于因电流偏移IOS-2所致的负载电流ILOAD的平均量值IAVE的改变1240。类似地,控制电路可确定电流偏移IOS-2以使得因电流偏移IOS-2所致的负载电流ILOAD的平均量值IAVE的改变1240大于因电流偏移IOS-1所致的负载电流ILOAD的平均量值IAVE的改变1230且小于由于施加负载电流ILOAD持续突发模式周期TBURST期间的较大持续时间(即,活动状态周期TACTIVE1与活动状态周期TACTIVE2之间的差)而引起的负载电流ILOAD的平均量值IAVE的增大1250。这可使得,控制电路可通过以电流偏移IOS调整负载电流ILOAD而使活动状态周期TACTIVE的调整之间的过渡(例如,从活动状态周期TACTIVE1到活动状态周期TACTIVE2)变得容易。
图12C示出例如说明随着光源(例如,LED光源202)的目标强度LTRGT从低端强度LLE增大,负载控制电路(例如,图1所示的LED驱动器100的控制电路150和/或控制图5所示的正向转换器240和电流感测电路260的控制电路150)可如何在突发模式期间将活动状态周期TACTIVE保持恒定时确定电流偏移IOS的实例的实例波形1260、1280。如本文所述,突发占空比DCBURST(即,DCBURST-INTEGER),且继而,活动状态周期TACTIVE可通过一个或更多个逆变器循环来表征。
参照实例波形1260,突发模式周期TBURST 1262的活动状态周期TACTIVE1可通过两个逆变器循环1266来表征。在后续突发模式周期TBURST 1264中,控制电路可确定例如根据目标强度ITRGT来调整负载电流ILOAD的平均量值IAVE。举例来说,控制电路可确定以不到一个逆变器循环增大突发模式周期TBURST 1264的活动状态周期TACTIVE3以实现负载电流ILOAD的平均量值IAVE的增大。因此,突发模式周期TBURST 1264的活动状态周期TACTIVE3可通过两个逆变器循环1266和第三逆变器循环1266的分数部分1268来表征,其中例如,突发模式周期TBURST 1264期间的负载电流ILOAD的平均量值IAVE的增大可因第三逆变器循环1266的分数部分1268所致。
如本文所述,突发模式周期TBURST的理想突发占空比DCBURST-IDEAL可通过整数部分DCBURST-INTEGER和/或分数部分DCBURST-FRACTIONAL来表征。举例来说,理想突发占空比DCBURST-IDEAL可遵循图3所示的理想曲线(例如,理想突发占空比DCBURST-IDEAL可导致活动状态周期TACTIVE3)。整数部分DCBURST-INTEGER可通过包括完整逆变器循环的理想突发占空比DCBURST-IDEAL的百分比来表征。分数部分DCBURST-FRACTIONAL可通过包括逆变器循环的分数的理想突发占空比DCBURST-IDEAL的百分比来表征。举例来说,如图12C所示,突发模式周期TBURST 1262的理想突发占空比DCBURST-IDEAL可包括整数部分DCBURST-INTEGER 1270(其可通过两个逆变器循环1266来表征),但不包括分数部分DCBURST-FRACTIONAL。突发模式周期TBURST 1264的理想突发占空比DCBURST-IDEAL可包括整数部分DCBURST-INTEGER 1270(其可通过两个逆变器循环1266来表征)和分数部分DCBURST-FRACTIONAL(其可通过第三逆变器循环1266的分数部分1268来表征)。
然而,控制电路可被配置成仅以整数值(即,完整逆变器循环)而不是分数量调整逆变器循环的数量。因此,控制电路可不能够以分数部分1268增大突发模式周期TBURST 1264的活动状态周期TACTIVE3且继而以分数部分DCBURST-FRACTIONAL 1272增大突发模式周期TBURST1264的突发占空比DCBURST以增大负载电流ILOAD的平均量值IAVE。控制电路可按电流偏移IOS调整负载电流ILOAD的量值,以对不能够以分数量调整逆变器循环的数量进行补偿,例如,如参照图15所述。
如上所述,在突发模式期间,控制电路可按电流偏移IOS增大活动状态周期TACTIVE的负载电流ILOAD,以便增大负载电流ILOAD的平均量值IAVE以实现目标强度LTRGT。例如,假设控制电路可实际上以分数量调整逆变器循环的数量,控制电路可基于突发模式周期TBURST的理想突发占空比DCBURST-IDEAL的分数部分DCBURST-FRACTIONAL来确定电流偏移IOS。举例来说,参照波形1280,控制电路可从波形1260基于突发模式周期TBURST 1264的理想突发占空比DCBURST-IDEAL的分数部分DCBURST-FRACTIONAL 1272来确定电流偏移IOS-1。也就是说,控制电路可确定电流偏移IOS-1以使得因电流偏移IOS-1所致的活动状态周期TACTIVE的负载电流ILOAD的增大1274可等于分数部分DCBURST-FRACTIONAL 1272(即,导致对负载电流ILOAD的平均量值IAVE的相同调整)。因此,控制电路可按电流偏移IOS(例如,电流偏移IOS-1)调整负载电流ILOAD的量值,以对不能够以分数量(例如,分数部分DCBURST-FRACTIONAL 1272)调整逆变器循环的数量进行补偿。
图13是例如当负载调节电路(例如,负载调节电路140)在突发模式中操作时且当光源的负载电流ILOAD接近低端强度LLE时光源(例如,LED光源202)的目标负载电流ITRGT和突发占空比DCBURST与目标强度LTRGT之间的关系的曲线图的实例。曲线图1300是光源的目标负载电流ITRGT与目标强度LTRGT之间的关系的实例曲线图。曲线图1310是光源的突发占空比DCBURST(例如,理想突发占空比的整数部分DCBURST-INTEGER)与目标强度LTRGT之间的关系的实例曲线图。在曲线图1300和1310中,目标强度的范围可为跃迁强度LTRAN到低端强度LLE
控制电路(例如,图1所示的LED驱动器100的控制电路150和/或控制图5所示的正向转换器240和电流感测电路260的控制电路150)可例如基于目标强度LTRGT而在突发模式期间确定目标负载电流ITRGT的量值和/或突发占空比DCBURST。控制电路可例如经由通过通信电路180而接收的数字消息、经由从调光器开关接收的相控信号等来确定目标强度LTRGT。目标强度LTRGT可为恒定的,或可从一个强度水平改变(例如,衰退)到另一强度水平。控制电路可基于目标强度LTRGT来确定突发占空比DCBURST。在确定突发占空比DCBURST之后,控制电路可确定可与突发模式周期TBURST一起使用的目标负载电流ITRGT以使得光源被驱动到目标强度LTRGT。控制电路可通过如下方式来确定突发占空比DCBURST和/或目标负载电流ITRGT:实时地计算值(例如,如参照图15所述)和/或从存储器检索值(例如,经由查找表等)。
控制电路可针对一定范围的目标强度LTRGT而应用特定突发占空比DCBURST(即,DCBURST-INTEGER)。控制电路可例如根据目标负载电流ITRGT分布,跨越特定突发占空比DCBURST的该范围的目标强度LTRGT而确定目标负载电流ITRGT。目标负载电流ITRGT分布可跨越特定突发占空比DCBURST的该范围的目标强度LTRGT而线性地变化。可跨越与突发占空比DCBURST相关联的该范围的目标强度LTRGT而施加的目标负载电流ITRGT分布对于不同突发占空比DCBURST来说可不同。举例来说,目标负载电流ITRGT可从最小额定电流IMIN调整到最小额定电流IMIN加上电流偏移IOS,且电流偏移IOS的范围基于突发占空比DCBURST可为最小电流偏移IOS-MIN到最大电流偏移IOS-MAX。举例来说,突发占空比DCBURST越大,可用于目标负载电流ITRGT分布中的电流偏移IOS的范围越小,且反之亦然。这是因为在较小突发占空比DCBURST值的情况下,最小额定电流IMIN除以突发占空比DCBURST所得的结果(即,IMIN/DCBURST)可较大。此外,这是因为用户对光源的强度的改变的敏感性可在较低光照水平下增大,且照明负载的强度的较细粒的调整可在下端处是期望的。
参照图13,如果控制电路确定目标强度LTRGT落入范围1301内,那么控制电路可确定将突发占空比DCBURST(即,DCBURST-INTEGER)设置为DCMAX,且控制电路可确定根据目标负载电流ILOAD分布1321来设置目标负载电流ILOAD。目标负载电流ILOAD分布1321的范围基于目标强度LTRGT可为最小额定电流IMIN加上最小电流偏移IOS-MIN到最小额定电流IMIN。如上所述,控制电路可通过如下方式来确定突发占空比DCBURST和/或目标负载电流ITRGT:实时地计算值和/或从存储器检索值。
如果控制电路确定目标强度LTRGT落入范围1302内,那么控制电路可确定将突发占空比DCBURST设置为1312(例如,其可小于DCMAX),且控制电路可确定根据目标负载电流ILOAD分布1322来设置目标负载电流ILOAD。类似地,如果控制电路确定目标强度LTRGT落入范围1303到1307中的一者内,那么控制电路可确定将突发占空比DCBURST设置为1313到1317中的一者,且确定分别根据目标负载电流ILOAD分布1323到1327中的一者来设置目标负载电流ILOAD。连续目标负载电流ILOAD分布的最大目标电流可改变恒定量(例如,如图13所示),或可改变变化量(例如,随着目标强度范围变小而增大)。此外,多于或少于七个的突发占空比DCBURST(即,DCMAX到DCMIN)可被提供在跃迁强度LTRAN与低端强度LLE之间。
当LED驱动器正驱动高功率LED光源时,LED光源可穿过LED驱动器传导较大量的电流,这可在调光到低端强度LLE(例如,约1%)时影响LED驱动器的操作。举例来说,高功率LED光源所传导的较大电流可导致负载电流ILOAD在每一活动状态周期TACTIVE的开始时使最小额定电流IMIN过冲。
图14A示出说明例如当LED驱动器正控制高功率LED光源时的负载电流ILOAD的过冲1402的实例波形1400。过冲1402可为超过目标负载电流ITRGT的额外电流。举例来说,在图14B中,目标负载电流ITRGT是最小额定电流IMIN。换句话说,过冲1402可通过在活动状态周期TACTIVE的开始时高于目标负载电流ITRGT的负载电流ILOAD的量值的上升来表征。因为LED驱动器使用开放回路控制来确定突发占空比DCBURST(例如,且因此确定活动状态周期TACTIVE的长度),所以过冲(例如,过冲1402)可导致LED驱动器将比预期多的功率递送到LED光源。继而,过冲1402可导致平均负载电流IAVG增大而超过预期,且因此,LED驱动器的强度可大于预期(例如,大于约1%)。此外,在活动状态周期TACTIVE的开始时的负载电流ILOAD的量值的急剧上升(即,过冲1402)可在LED驱动器的负载调节电路的磁性组件中(例如,在图5所示的负载调节电路240的变压器220和/或电感器L226中)导致听得到的噪声(例如,蜂鸣声)。
因此,LED驱动器的控制电路可被配置成在每一活动状态周期TACTIVE的开始时控制负载电流ILOAD的上升时间。图14B示出说明在每一活动状态周期TACTIVE的开始时的负载电流ILOAD的上升时间的控制的实例波形1450。控制电路150可例如基于如负载检测电路所确定的负载电流ILOAD、基于感测电压VSENSE、基于负载电流反馈信号VI-LOAD等而检测负载电流ILOAD的过冲。控制电路150可确定在每一活动状态周期TACTIVE的开始时控制负载电流ILOAD的上升时间。举例来说,控制电路150可确定控制负载电流ILOAD的上升时间以防止继续发生过冲。在一个或更多个实施例中,控制电路150可确定在操作期间的任何时间和/或出于任何原因控制负载电流ILOAD的上升时间,例如,控制电路150可被预先配置成在每一活动状态周期TACTIVE的开始时控制负载电流ILOAD的上升时间。控制电路150可确定用于控制正向转换器240的逆变器电路的驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON(例如,使用负载电流反馈信号VI-LOAD)。控制电路150可被配置成在斜坡时间段TRAMP上将负载电流ILOAD从初始电流IINIT增大(例如,坡升)到目标负载电流ITRGT(例如,最小额定电流IMIN或最小额定电流IMIN加上电流偏移IOS),例如,如图14B所示。举例来说,斜坡时间段TRAMP可为约200微秒。此外,初始电流IINIT可为额定最小电流IMIN的约40%,但范围可为零安到略小于额定最小电流IMIN
因为负载电流ILOAD的量值在斜坡时间段TRAMP期间小于最小额定电流IMIN,所以控制电路150不在斜坡时间段TRAMP期间响应于负载电流反馈信号VI-LOAD而调节负载电流ILOAD的量值。在非活动状态周期TINACTIVE期间冻结控制回路之后,控制电路150可在控制电路调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON的同时将控制回路维持在冻结状态,以在斜坡时间段TRAMP期间将负载电流ILOAD坡升到目标负载电流ITRGT。在斜坡时间段TRAMP之后,控制电路在开始在调节时间段TREG期间调节负载电流的量值之前等待达等待时间段TWAIT(例如,约200微秒)。因此,控制回路可被冻结持续非活动状态周期TINACTIVE、斜坡时间段TRAMP以及等待时间段TWAIT的持续时间,且控制回路可在调节时间段TREG期间解冻(活动)。在突发模式的活动状态TACTIVE期间使负载电流ILOAD坡升可防止负载电流ILOAD在每一活动状态周期TACTIVE的开始时使最小额定电流IMIN过冲。等待时间段TWAIT可用于使负载电流ILOAD稳定。在一个或更多个实施例中,等待时间段TWAIT可被省略。
图14B可并未按比例绘制。举例来说,在一个或更多个实施例中,斜坡时间段TRAMP可为脉冲宽度(例如,约200微秒)的约四分之一,等待时间段TWAIT可为脉冲宽度(例如,约200微秒)的约四分之一,且调节时间段TREG可为脉冲宽度(例如,约200微秒)的约一半。本发明不限于此,且斜坡时间段TRAMP、等待时间段TWAIT以及调节时间段TREG可呈脉冲宽度的不同比例。
目标强度LTRGT可与递送到电负载的目标功率量相关联。举例来说,虽然图2和图3所说明的实例是关于目标强度LTRGT,但控制电路(例如,控制电路150)可被配置成调整目标负载电流ITRGT以控制递送到电负载的目标功率量,和/或控制电路可被配置成当在突发模式中操作时响应于目标功率量而调整突发占空比DCBURST。举例来说,控制电路可被配置成当在突发模式中操作时相对于目标功率量线性地调整突发占空比DCBURST。此外,控制电路可被配置成当目标功率量小于跃迁功率量时在突发模式中操作。跃迁功率量可为当电负载被控制为跃迁强度LTRAN时递送到电负载的功率。
图15A、图15B、图16、图17A、图17B和图18是用于在正常模式和突发模式中操作正向转换器的实例过程的简化流程图。图15A、图15B、图16、图17A、图17B和图18的过程可由负载控制装置的控制电路(例如,例如,图1所示的LED驱动器100的控制电路150和/或控制图5所示的正向转换器240和电流感测电路260的控制电路150)执行。
图15A是可在1510处调整目标强度LTRGT(例如,响应于经由通信电路180接收的数字消息)时执行的实例目标强度过程1500的简化流程图。控制电路可在1512处确定是否正在突发模式中操作正向转换器(例如,目标强度LTRGT是否介于高端强度LHE与跃迁强度LTRAN之间,即,LTRAN≤LTRGT≤LHE)。如果控制电路在1512处确定不在突发模式中操作正向转换器(例如,而是在正常模式中操作正向转换器),那么控制电路可在1514处将目标负载电流ITRGT作为目标强度LTRGT的函数来确定和设置(例如,如图2所示)。控制电路可接着在1516处将突发占空比DCBURST设置为等于最大占空比DCMAX(例如,约100%)(例如,如图3所示),且控制电路可退出目标强度过程1500。
如果控制电路在1512处确定正在突发模式中操作正向转换器(例如,目标强度LTRGT低于跃迁强度LTRAN,即,LTRGT<LTRAN),那么控制电路可在1518处将目标负载电流ITRGT设置为最小值(例如,最小额定电流IMIN)(例如,如图2所示)。控制电路可接着在1520处将突发占空比DCBURST作为目标强度LTRGT的函数来确定和设置(例如,使用如图3所示的开放回路控制),且控制电路可退出目标强度过程1500。
图15B是可在1560处调整目标强度LTRGT(例如,响应于经由通信电路180接收的数字消息)时执行的实例目标强度过程1550的简化流程图。控制电路可在1562处确定是否正在突发模式中操作正向转换器(例如,目标强度LTRGT是否介于高端强度LHE与跃迁强度LTRAN之间,即,LTRAN≤LTRGT≤LHE)。如果控制电路确定不在突发模式中操作正向转换器(例如,而是在正常模式中操作正向转换器),那么控制电路可在1564处将目标负载电流ITRGT作为目标强度LTRGT的函数来确定和设置(例如,如图2所示)。控制电路可接着在1566处将突发占空比DCBURST设置为等于最大占空比DCMAX(例如,约100%)(例如,如图3所示),且控制电路可退出目标强度过程1550。
如果控制电路在1562处确定正在突发模式中操作正向转换器(例如,目标强度LTRGT低于跃迁强度LTRAN,即,LTRGT<LTRAN),那么控制电路可在1568处确定一个或更多个突发模式周期TBURST的突发占空比DCBURST和目标负载电流ITRGT(例如,使用开放回路控制)。举例来说,控制电路可通过如下方式来确定突发占空比DCBURST和/或目标负载电流ITRGT:实时地计算值(例如,如参照图16所述)和/或从存储器检索值(例如,经由查找表等)。控制电路可确定可在将照明负载的强度调整到目标强度LTRGT时使用的多个突发模式周期TBURST的突发占空比DCBURST和目标负载电流ITRGT,例如,如参照图12B和图13所述。控制电路可接着在1570处设置多个突发模式周期TBURST中的每一者的突发占空比DCBURST和目标负载电流ITRGT,例如,直到照明负载的强度等于目标强度LTRGT为止,且控制电路可退出目标强度过程1550。
图16是实例目标负载电流ITRGT过程1600的简化流程图。可周期性地(例如,每66微秒)执行目标负载电流ITRGT过程1600。在一个或更多个实施例中,可在目标强度过程1550的1568期间执行目标负载电流ITRGT过程1600。控制电路可例如使用目标负载电流ITRGT过程1600来确定用于在每一突发模式周期TBURST的开始时控制照明负载的突发占空比DCBURST(例如,理想突发占空比DCBURST-IDEAL、理想突发占空比的整数部分DCBURST-INTEGER和/或理想突发占空比的分数部分DCBURST-FRACTIONAL)、电流偏移IOS和目标负载电流ITRGT。目标负载电流ITRGT过程1600可始于1602,其中控制电路可确定目标强度LTRGT。控制电路可例如经由通过通信电路180而接收的数字消息、经由从调光器开关接收的相控信号等来确定目标强度LTRGT。目标强度LTRGT可为恒定的,或可从一个强度水平改变到另一强度水平。
在确定目标强度LTRGT之后,控制电路可在1604处确定理想突发占空比DCBURST-IDEAL。随着在低端强度LLE与跃迁强度LTRAN之间调整目标强度LTRGT,可线性地调整理想突发占空比DCBURST-IDEAL。举例来说,控制电路可使用图3的曲线图基于目标强度LTRGT而确定理想突发占空比DCBURST-IDEAL。理想突发占空比DCBURST-IDEAL可包括整数部分DCBURST-INTEGER和/或分数部分DCBURST-FRACTIONAL,例如,如参照图12C所述。
控制电路可在1606处确定理想突发占空比的整数部分DCBURST-INTEGER。举例来说,控制电路可使用下式通过将理想突发占空比DCBURST-IDEAL下舍入(Round-Down)到下一最近整数值来确定理想突发占空比的整数部分DCBURST-INTEGER
DCBURST-INTEGER=Round-Down(DCBURST-IDEAL)
控制电路可在1608处确定理想突发占空比的分数部分DCBURST-FRACTIONAL。举例来说,控制电路可例如使用下式通过将理想突发占空比的整数部分DCBURST-INTEGER从理想突发占空比DCBURST-IDEAL减去而确定理想突发占空比的分数部分DCBURST-FRACTIONAL
DCBURST-FRACTIONAL=DCBURST-IDEAL-DCBURST-INTEGER
如本文所述,理想突发占空比的分数部分DCBURST-FRACTIONAL可通过包括逆变器循环的分数的理想突发占空比DCBURST-IDEAL的百分比来表征。且因为控制电路可被配置成仅以整数值而不是分数量(即,DCBURST-FRACTIONAL)调整逆变器循环的数量,所以控制电路可确定突发模式周期TBURST的电流偏移IOS,以使得因电流偏移IOS所致的负载电流ILOAD的增大可等于分数部分DCBURST-FRACTIONAL(即,导致对负载电流ILOAD的平均量值IAVE的相同调整)。
控制电路可在1610处使用最小额定电流IMIN而确定在具有包括一个逆变器循环的突发占空比DCBURST-CYCLE的突发模式周期TBURST期间产生的平均电流IDUTY。当目标强度LTRGT小于跃迁强度LTRAN时,最小额定电流IMIN可为峰值电流,例如,如图2所示。控制电路可例如根据下式而确定在具有包括一个逆变器循环的突发占空比DCBURST-CYCLE的突发模式周期TBURST期间产生的平均电流IDUTY
IDUTY=IMIN/DCBURST-CYCLE
控制电路可在1612处根据在包括一个逆变器循环的突发占空比DCBURST-CYCLE期间产生的平均电流IDUTY的量以及理想突发占空比的分数部分DCBURST-FRACTIONAL而确定电流偏移IOS。举例来说,控制电路可例如根据下式而将理想突发占空比的分数部分DCBURST-FRACTIONAL乘以在具有包括一个逆变器循环的突发占空比DCBURST-CYCLE的突发模式周期TBURST期间产生的平均电流IDUTY以确定电流偏移IOS
IOS=IDUTY·DCBURST-FRACTIONAL
在确定电流偏移IOS之后,控制电路可在1614处将电流偏移IOS与最小额定电流IMIN相加以确定目标强度LTRGT的目标电流ITRGT,且控制电路可退出目标负载电流ITRGT过程1600。因为控制电路可被配置成以整数值而不是分数量调整逆变器循环的数量,所以控制电路可通过使用突发占空比的整数部分DCBURST-INTEGER且通过使用电流偏移IOS代替理想突发占空比的分数部分DCBURST-FRACTIONAL而在突发模式中操作。因此,控制电路可控制负载电流ILOAD以实现目标强度,但可不能够在理想突发占空比DCBURST-IDEAL下操作。
在一个或更多个实施例中,控制电路可确定经缩放的目标强度LSCALED,且当在目标负载电流ITRGT过程1600期间确定理想突发占空比DCBURST-IDEAL时,使用经缩放的目标强度LSCALED来代替目标强度LTRGT。举例来说,当低端强度LLE和/或最小突发占空比DCMIN并非零时(例如,当低端强度LLE大致上处于0.1%到1%的范围中时),可确定且使用经缩放的目标强度LSCALED。经缩放的目标强度LSCALED可基于目标强度LTRGT、最小突发占空比DCMIN和最大突发占空比DCMAX。举例来说,控制电路可使用下式来确定经缩放的目标强度LSCALED
在确定经缩放的目标强度LSCALED之后,控制电路可例如在1604处基于经缩放的目标强度LSCALED而确定理想突发占空比DCBURST-IDEAL,且目标负载电流ITRGT过程1600可如本文所述而进行。举例来说,控制电路可使用下式基于经缩放的目标强度LSCALED而确定理想突发占空比DCBURST-IDEAL
DCBURST=(LSCALED/LTRAN)*TBURST
图17A是例如可周期性地(例如,每66微秒)执行的实例控制回路过程1700的简化流程图。控制回路过程1700可始于1710。举例来说,控制电路可执行控制回路过程1700以响应于从接收自电流感测电路的负载电流反馈信号VI-LOAD确定的负载电流ILOAD的量值而调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON(例如,且因此调整逆变器电压VINV的占空比DCINV)。控制电路可在1712处确定是否正在正常模式中操作正向转换器。如果不在正常模式中操作正向转换器,那么控制电路可在1714处确定是否正在突发模式的活动状态中操作正向转换器。如果控制电路正在正常模式中或在突发模式的活动状态中操作正向转换器,那么控制电路可响应于负载电流反馈信号VI-LOAD而调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON。举例来说,控制电路可在1716处确定负载电流ILOAD的量值是否过高(例如,ILOAD>ITRGT)。如果负载电流ILOAD的量值过高,那么控制电路可在1718处减小驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON。举例来说,在1718处,控制电路可将导通时间TON减小预定量或取决于目标负载电流ITRGT与负载电流ILOAD的量值之间的误差的量值的量。在减小驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON之后,控制电路可退出控制回路过程1700。
如果控制电路在1716处确定负载电流ILOAD的量值并不过高,那么控制电路可在1720处确定负载电流ILOAD的量值是否过低(例如,ILOAD<ITRGT)。如果控制电路确定负载电流ILOAD的量值过低,那么控制电路可在1722处增大驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON。举例来说,在1722处,控制电路可将导通时间TON增大预定量或取决于目标负载电流ITRGT与负载电流ILOAD的量值之间的误差的量值的量。在增大驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON之后,控制电路可退出控制回路过程1700。如果控制电路在1716处确定负载电流ILOAD的量值并不过高且在1720处确定并不过低,那么控制电路可退出控制回路过程1700。
如果控制电路正在突发模式的非活动状态中操作正向转换器,那么控制电路可退出控制回路过程1700而不调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON。因此,当在突发模式的非活动状态中时,控制电路可通过不响应于负载电流ILOAD的平均量值IAVE调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON来冻结控制回路。如果负载电流ILOAD的量值在非活动状态期间是约零安,那么控制电路可将驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON(例如,如存储器170中所存储)维持为等于来自先前活动状态的导通时间的最近值。控制电路可在下一活动状态期间将负载电流的量值控制为最小额定电流IMIN
图17B是例如可周期性地(例如,每66微秒)执行的实例控制回路过程1750的简化流程图。举例来说,控制回路过程1750可由控制电路执行以通过使负载电流ILOAD坡升而在每一活动状态周期TACTIVE的开始时避免负载电流ILOAD的过冲。控制回路过程1750可始于1760。控制电路可在1762处确定是否正在正常模式中操作正向转换器。如果不在正常模式中操作正向转换器,那么控制电路可在1764处确定是否正在突发模式的活动状态中操作正向转换器。如果控制电路正在1764处在突发模式的活动状态中操作正向转换器,那么控制电路可接着在1765处确定当前是否应调节负载电流(例如,是否正在如图14B所示的调节时间段TREG中操作)。
如果控制电路正在正常模式中或在突发模式的活动状态的调节时间段TREG中操作正向转换器,那么控制电路可响应于负载电流反馈信号VI-LOAD而调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON。举例来说,控制电路可在1766处确定负载电流ILOAD的量值是否过高(例如,ILOAD>ITRGT)。如果负载电流ILOAD的量值过高,那么控制电路可在1768处减小驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON。举例来说,在1768处,控制电路可将导通时间TON减小预定量或取决于目标负载电流ITRGT与负载电流ILOAD的量值之间的误差的量值的量。在减小驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON之后,控制电路可退出控制回路过程1750。
如果控制电路在1766处确定负载电流ILOAD的量值并不过高,那么控制电路可在1770处确定负载电流ILOAD的量值是否过低(例如,ILOAD<ITRGT)。如果控制电路确定负载电流ILOAD的量值过低,那么控制电路可在1772处增大驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON。举例来说,在1772处,控制电路可将导通时间TON增大预定量或取决于目标负载电流ITRGT与负载电流ILOAD的量值之间的误差的量值的量。在增大驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON之后,控制电路可退出控制回路过程1750。如果控制电路在1766处确定负载电流ILOAD的量值并不过高且在1770处确定并不过低,那么控制电路可退出控制回路过程1750。
如果控制电路正在1764处在突发模式的非活动状态中操作正向转换器,那么控制电路可退出控制回路过程1750而不调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON。因此,当在突发模式的非活动状态中时,控制电路可通过不响应于负载电流ILOAD的平均量值IAVE调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON来冻结控制回路。如果负载电流ILOAD的量值在非活动状态期间是约零安,那么控制电路可将驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON(例如,如存储器170中所存储)维持为等于来自先前活动状态的导通时间的最近值。
如果控制电路正在1764处在突发模式的活动状态中操作正向转换器,而不是在1765处在调节时间段TREG中操作正向转换器,那么控制电路可在1774处使用开放回路控制来调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON以在每一活动状态周期TACTIVE的开始时(例如,在如图14B所示的斜坡时间段TRAMP期间)使负载电流ILOAD坡升。控制电路也可在再次开始在下一调节时间段TREG期间响应于负载电流ILOAD的平均量值IAVE而调整驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2的导通时间TON之前等待达等待时间段TWAIT。因此,当不处于突发模式的活动状态中的调节时间段TREG中时,控制电路可将控制回路维持冻结。控制电路可在下一调节时间段TREG期间将负载电流的量值控制为最小额定电流IMIN
图18是例如可周期性地执行的实例驱动信号过程1800的简化流程图。驱动信号过程1800可始于1810。驱动信号过程1800可根据正向转换器240的逆变器电压VINV的操作周期TOP来周期性地执行。举例来说,控制电路可执行驱动信号过程1800以使用在图17A的控制回路过程1700或图17B的控制回路过程1750期间确定的导通时间TON来产生驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2。控制电路可在1812处确定是否正在正常模式中操作正向转换器。如果不在正常模式中操作正向转换器,那么控制电路可在1814处确定是否正在突发模式的活动状态中操作正向转换器。如果控制电路正在正常模式中或在突发模式的活动状态中操作正向转换器,那么控制电路可在1816处确定应控制高侧FET Q210还是低侧FET Q212。如果控制电路在1816处确定应控制高侧FET Q210,那么控制电路可在1818处将第一驱动控制信号VDRIVE1驱动为高到约供电电压VCC持续导通时间TON
控制电路可从负载电流反馈信号VI-LOAD确定负载电流ILOAD的量值。控制电路可在1820处确定目标强度LTRGT是否大于或等于阈值强度LTH。如果目标强度LTRGT大于或等于阈值强度LTH,那么控制电路可在1822处将信号斩波器时间TCHOP设置为等于导通时间TON。如果控制电路在1820处确定目标强度LTRGT小于阈值强度LTH,那么控制电路可在1824处响应于目标强度LTRGT而确定偏移时间TOS(例如,使用图9和图10所示的关系中的一者或更多者)。控制信号可在1826处将信号斩波器时间TCHOP设置为等于导通时间TON与偏移时间TOS的总和。
接着,控制电路可在1828处将信号斩波器控制信号VCHOP朝向电路公共端驱动为低持续信号斩波器时间TCHOP。控制电路可在1830处对平均负载电流反馈信号VI-LOAD进行采样。控制电路可在1832处使用采样值来计算负载电流ILOAD的量值。举例来说,控制电路可使用下式在1832处计算负载电流ILOAD的量值:
其中TDELAY是因FET Q210、Q212的开启时间和关断时间所致的总延迟时间(例如,TDELAY=TTURN-ON-TTURN-OFF),可等于约200微秒。最终,控制电路可在确定负载电流ILOAD的量值之后,退出驱动信号过程1800。
如果控制电路在1816处确定应控制低侧FET Q212,那么控制电路可在1834处将第二驱动控制信号VDRIVE2驱动为高到约供电电压VCC,持续导通时间TON。控制电路可退出驱动信号过程1800,而控制电路不将信号斩波器控制信号VCHOP驱动为低且不从负载电流反馈信号VI-LOAD确定负载电流ILOAD的量值。如果控制电路在1812处确定正在突发模式中操作正向转换器以及在1814处在非活动状态中操作正向转换器,那么控制电路可退出驱动信号过程1800而不产生驱动控制信号VDRIVE1、VDRIVE2
本文所述的实施例(例如,如负载控制电路所执行)中的一者或更多者可用于减小照明负载的强度和/或增大照明负载的强度。举例来说,本文所述的一个或更多个实施例可用于将照明负载的强度从开启调整到关断,从关断调整到开启,从较高强度调整到较低强度和/或从较低强度调整到较高强度。举例来说,本文本文所述的实施例(例如,如负载控制电路所执行)中的一者或更多者可用于使光源的强度从开启衰退到关断(例如,低端强度LLE可等于0%)和/或使光源的强度从关断衰退到开启。
虽然参照LED驱动器来描述,但本文所述的一个或更多个实施例可用于其它负载控制装置。举例来说,本文所述的实施例中的一者或更多者可由各种负载控制装置执行,所述负载控制装置被配置成控制各种电负载类型,例如:用于驱动LED光源(例如,LED光引擎)的LED驱动器;包括调光器电路和白炽灯或卤素灯的旋入式照明器具;包括镇流器和紧凑型荧光灯的旋入式照明器具;包括LED驱动器和LED光源的旋入式照明器具;用于控制白炽灯、卤素灯、电子低压照明负载、磁性低压照明负载或另一类型的照明负载的强度的调光电路;用于开启和关断电负载或电器的电子开关、可控断路器或其它开关装置;用于控制一个或更多个插入式电负载(例如,咖啡壶、空间加热器等)的插入式负载控制装置、可控电插座或可控配电盘;用于控制电动机负载(例如,吊扇或排气扇)的电动机控制单元;用于控制电动卷帘或投影屏幕的驱动单元;电动内部或外部百叶窗;用于加热和/或冷却系统的恒温器;用于控制加热、通风和空调(HVAC)系统的温度控制装置;空调;压缩机;电子基板加热器控制器;可控挡板;湿度控制单元;除湿器;热水器;泳池泵;冰箱;冷冻箱;电视或计算机监视器;电力供应;音频系统或放大器;发电机;充电器,例如,电动车辆充电器;以及替代能源控制器(例如,太阳能、风能或热能控制器)。单个控制电路可在负载控制系统中耦合到多种类型的电负载和/或适于控制多种类型的电负载。

Claims (40)

1.一种用于控制递送到电负载的功率量的负载控制装置,所述负载控制装置包括:
负载调节电路,被配置成控制穿过所述电负载传导的负载电流的量值以控制递送到所述电负载的功率量;以及
控制电路,耦合到所述负载调节电路且被配置成调整所述负载电流的平均量值,其中,所述控制电路被配置成在正常模式中操作以将所述负载电流的平均量值调节到范围从最大额定电流到最小额定电流的目标负载电流,所述控制电路被进一步配置成在突发模式中操作以将所述负载电流的平均量值调节到低于所述最小额定电流;
其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成使用控制回路在第一时间段期间将所述负载电流的峰值量值调节到所述最小额定电流,且在第二时间段期间停止调节所述负载电流,从而导致所述负载电流的平均量值低于所述最小额定电流,所述控制电路被配置成在所述第二时间段期间冻结所述控制回路。
2.根据权利要求1所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成在所述第一时间段期间在活动状态中控制所述负载调节电路,在所述活动状态中,所述控制电路将所述负载电流的峰值量值调节到所述最小额定电流,所述控制电路被进一步配置成在所述第二时间段期间在非活动状态中控制所述负载调节电路,在所述非活动状态中,所述控制电路停止调节所述负载电流。
3.根据权利要求2所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成当在所述突发模式中操作时,调整定义所述负载调节电路何时在所述活动状态中以及在所述非活动状态中操作的突发占空比,以将所述负载电流的平均量值调整到低于所述最小额定电流。
4.根据权利要求3所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成调整所述负载电流的平均量值以将递送到所述电负载的功率量控制为目标功率量。
5.根据权利要求4所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成当在所述突发模式中操作时,响应于所述目标功率量而调整所述突发占空比。
6.根据权利要求5所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成当在所述突发模式中操作时,相对于所述目标功率量而线性地调整所述突发占空比。
7.根据权利要求4所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成当所述目标功率量小于跃迁功率量时在所述突发模式中操作。
8.根据权利要求4所述的负载控制装置,进一步包括:
电流感测电路,被配置成将指示所述负载电流的量值的负载电流反馈信号提供到所述控制电路;
其中,所述控制电路被配置成在所述正常模式中响应于所述负载电流反馈信号而将所述负载电流的平均量值调节到所述目标负载电流,所述控制电路被进一步配置成在所述突发模式的所述活动状态中响应于所述负载电流反馈信号而将所述负载电流的峰值量值调节到所述最小额定电流。
9.根据权利要求3所述的负载控制装置,其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成通过调整所述突发占空比和所述目标负载电流而调节所述负载电流的平均量值。
10.根据权利要求9所述的负载控制装置,其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成在第一突发模式周期中在所述第一时间段期间将所述负载电流的峰值量值调节到所述最小额定电流,且在第二突发模式周期中在所述第一时间段期间将所述负载电流的峰值量值调节为所述最小额定电流加上电流偏移。
11.根据权利要求10所述的负载控制装置,其中,基于所述突发占空比和目标强度,所述电流偏移的范围是从最小电流偏移到最大电流偏移。
12.根据权利要求11所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成在第二突发模式周期中在所述第一时间段的开始时的斜坡时间段上将所述负载电流的量值从初始电流增大为所述最小额定电流加上所述电流偏移。
13.根据权利要求1所述的负载控制装置,其中,所述负载调节电路包括LED光源的LED驱动电路。
14.根据权利要求13所述的负载控制装置,其中,所述LED驱动电路包括正向转换器。
15.根据权利要求1所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成在所述第一时间段的开始时的斜坡时间段上将所述负载电流的量值从初始电流增大到所述最小额定电流。
16.一种用于控制LED光源的强度的LED驱动器,所述LED驱动器包括:
LED驱动电路,被配置成穿过所述LED光源传导负载电流且控制所述LED光源的强度;以及
控制电路,耦合到所述LED驱动电路以调整所述负载电流的平均量值而将所述LED光源的强度控制为目标强度,其中,所述控制电路被配置成在正常模式中操作以将所述负载电流的平均量值调节到范围从最大额定电流到最小额定电流的目标负载电流,所述控制电路被进一步配置成在突发模式中操作以将所述负载电流的平均量值调节到低于所述最小额定电流;
其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成使用控制回路在第一时间段期间在活动状态中控制所述LED驱动电路,在所述第一时间段中,所述控制电路将所述负载电流的峰值量值调节到所述最小额定电流,所述控制电路被进一步配置成在第二时间段期间在非活动状态中控制所述LED驱动电路,在所述第二时间段中,所述控制电路冻结所述控制回路以停止调节所述负载电流,以使得所述负载电流的平均量值低于所述最小额定电流。
17.根据权利要求16所述的LED驱动器,其中,所述控制电路被配置成当在所述突发模式中操作时,调整定义所述LED驱动电路何时在所述活动状态中以及在所述非活动状态中操作的突发占空比,以将所述负载电流的平均量值调整到低于所述最小额定电流。
18.根据权利要求17所述的LED驱动器,其中,所述控制电路被配置成当在所述突发模式中操作时,响应于所述目标强度而调整所述突发占空比。
19.根据权利要求18所述的LED驱动器,其中,所述控制电路被配置成当在所述突发模式中操作时,相对于所述目标强度而线性地调整所述突发占空比。
20.根据权利要求17所述的LED驱动器,进一步包括:
电流感测电路,被配置成将指示所述负载电流的量值的负载电流反馈信号提供到所述控制电路;
其中,所述控制电路被配置成在所述正常模式中响应于所述负载电流反馈信号而将所述负载电流的平均量值调节到所述目标负载电流,所述控制电路被进一步配置成在所述突发模式的所述活动状态中响应于所述负载电流反馈信号而将所述负载电流的峰值量值调节到所述最小额定电流。
21.一种用于控制递送到电负载的功率量的负载控制装置,所述负载控制装置包括:
负载调节电路,被配置成控制穿过所述电负载传导的负载电流的量值以控制递送到所述电负载的功率量;以及
控制电路,耦合到所述负载调节电路且被配置成调整所述负载电流的平均量值,其中,所述控制电路被配置成在正常模式和突发模式中操作,其中所述突发模式包括突发模式周期的第一时间段期间的活动状态以及所述突发模式周期的第二时间段期间的非活动状态,且所述突发模式周期的所述活动状态的持续时间是基于突发占空比来确定;以及
其中,在所述正常模式期间,所述控制电路被配置成通过将所述突发占空比保持恒定且调整目标负载电流而调节所述负载电流的平均量值,并且其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成通过调整所述突发占空比和所述目标负载电流而调节所述负载电流的平均量值;以及
其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成基于所述突发占空比以及将递送到所述电负载的目标功率量,以范围从最小电流偏移到最大电流偏移的电流偏移调整所述目标负载电流。
22.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成通过在将所述突发占空比保持恒定的同时在连续突发模式周期期间减小所述目标负载电流,以及通过在下一突发模式周期中减小所述突发占空比且增大所述目标负载电流,来减小所述负载电流的平均量值。
23.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成通过在将所述突发占空比保持恒定的同时在连续突发模式周期期间增大所述目标负载电流,以及通过在下一突发模式周期中增大所述突发占空比且减小所述目标负载电流,来增大所述负载电流的平均量值。
24.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成基于理想突发占空比的分数部分来确定所述电流偏移。
25.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,在所述正常模式中,所述控制电路被配置成将所述负载电流的平均量值调节到范围从最大额定电流到最小额定电流的所述目标负载电流,并且其中,在所述突发模式中,所述控制电路被配置成将所述负载电流的平均量值控制到低于所述最小额定电流。
26.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,所述正常模式通过等于约100%的所述突发占空比来表征。
27.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成当在所述突发模式中操作时,响应于所述目标功率量而调整所述突发占空比。
28.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成当在所述突发模式中操作时,相对于所述目标功率量而线性地调整所述突发占空比。
29.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成在所述第二时间段期间停止调节所述负载电流。
30.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,所述负载调节电路包括LED光源的LED驱动电路。
31.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成当所述目标功率量小于跃迁功率量时在所述突发模式中操作。
32.根据权利要求21所述的负载控制装置,进一步包括:
电流感测电路,被配置成将指示所述负载电流的量值的负载电流反馈信号提供到所述控制电路;
其中,所述控制电路被配置成在所述正常模式中响应于所述负载电流反馈信号而将所述负载电流的平均量值调节到所述目标负载电流。
33.根据权利要求21所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成在所述第一时间段的开始时的斜坡时间段上将所述负载电流的量值从初始电流增大为最小额定电流加上所述电流偏移。
34.一种用于控制递送到电负载的功率量的负载控制装置,所述负载控制装置包括:
负载调节电路,被配置成控制穿过所述电负载传导的负载电流的量值以控制递送到所述电负载的功率量;以及
控制电路,耦合到所述负载调节电路且被配置成调整所述负载电流的平均量值,其中,所述控制电路被配置成在正常模式中操作以在最大额定电流与最小额定电流之间调节所述负载电流的平均量值,所述控制电路被进一步配置成在突发模式中操作以将所述负载电流的平均量值调节到低于所述最小额定电流;
其中,在所述突发模式期间,所述控制电路被配置成在第一时间段期间将所述负载电流的峰值量值调节到目标负载电流,且在第二时间段期间停止调节所述负载电流,从而导致所述负载电流的平均量值低于所述最小额定电流,所述控制电路被配置成在所述第一时间段的开始时的斜坡时间段上将所述负载电流的量值从初始电流增大到所述目标负载电流。
35.根据权利要求34所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成使用控制回路在所述第一时间段的至少一部分期间将所述负载电流的峰值量值调节到所述目标负载电流,其中,所述控制电路被配置成在所述第二时间段期间冻结所述控制回路。
36.根据权利要求35所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成在所述控制电路在所述斜坡时间段上将所述负载电流的量值从所述初始电流增大到所述目标负载电流的同时将所述控制回路维持冻结。
37.根据权利要求36所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成在所述第一时间段期间在所述斜坡时间段之后开始调节所述负载电流的峰值量值以将所述负载电流的峰值量值维持在所述目标负载电流。
38.根据权利要求37所述的负载控制装置,其中,所述控制电路被配置成在所述第一时间段期间的所述斜坡时间段之后开始调节所述负载电流的峰值量值以将所述负载电流的峰值量值维持在所述目标负载电流之前,在所述斜坡时间段之后等待一等待时间段。
39.根据权利要求34所述的负载控制装置,其中,所述目标负载电流包括所述最小额定电流与所述最小额定电流加上电流偏移中的一者。
40.根据权利要求39所述的负载控制装置,其中,基于突发占空比和将递送到所述电负载的目标功率量,所述电流偏移的范围是从最小电流偏移到最大电流偏移。
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