CN105874881A - 多模控制器电路 - Google Patents

Abstract

提供用于提供发光二极管（LED）照明兼容调光器的机构。该机构包括：检测器，其配置成从整流输出功率接收的电流中的改变；和增压控制器，其响应于检测到操作模式信号并且根据此将操作模式信号提供给增压设备。如果检测到电流改变，增压设备基于操作模式信号（其包括恒定电流模式）向负载提供电力或如果未检测到电流改变则进入功率因数控制（PFC）模式。

Description

多模控制器电路

技术领域

本发明大体上涉及用于照明的调光器技术。更特定地，本发明涉及与发光二极管（LED）照明设备兼容的调光器技术。

背景技术

LED日益用作比传统白炽灯更加能量高效的照明源。LED的一个劣势是通过传统的相位控制照明调光器来控制它们要困难得多，因为它们在低功率会非常不稳定。特别地，对LED供电在某些功率水平可能困难或不可靠并且在一些情况下，在调光器控制设置处于低水平（或低导通角）时，用标准调光器是根本不可能的。为了在基于LED的照明系统中实现最佳性能和可靠性，必须谨慎控制功率。

常规的调光器系统可以基于交流（TRIAC）三极管技术。TRIAC是用于控制由电负载从交流（AC）电力线摄取的电力的半导体器件。在许多常见应用中发现它们，包括调光器和对于电动工具的马达速度控制器。如本领域内技术人员所理解的，TRIAC基本上是开路，直到它接收进入“栅极”端子的电流脉冲。在接收电流脉冲时，它实际上变成短路，直到在它的“主端子”之间流动的电流达到零。在达到零时，它则恢复回到开路并且保持断开直到出现栅电流的另一个脉冲。

相位控制调光器电路（也称为调光电路或简单地调光器）用于控制从例如主电力等电源提供给负载（例如灯或电动马达）的电力。这些电路通常使用称为相位控制调光的技术。这允许通过改变开关（其使负载连接到电源）在指定周期期间导通的时间量来控制提供给负载的电力。控制该过程的电路在本领域内称为功率因数控制电路。

大部分功率因数控制电路从电压源拉动与电压成比例的电流使得它们表现得像电阻器。因此功率因数控制电路趋于遵循输入线路的功率曲线，其提供非常高的功率因数但可变的电流。遗憾地是，这与LED照明技术不兼容。

大部分LED照明设备更偏好恒定的高功率电流。因此，理想地对于控制LED负载的调光器技术，方波电流是可取的，使得在电压上升和下降时，将相同量的电流供应给LED负载。

发明内容

考虑到前面提到的不足，需要有通过交付恒定功率流同时还提供高功率因数而与TRIAC和LED照明技术更加兼容的调光器控制技术。本发明的实施例对与LED设备兼容的调光器开关提供功率控制电路。

在某些情况下，本发明的实施例提供用于提供发光二极管（LED）照明兼容调光器的机构。该机构包括：检测器，其配置成检测从整流输出功率接收的电流中的改变；和增压控制器，其响应于检测到操作模式信号并且根据此来向增压设备提供操作模式信号。如果检测到电流改变，增压设备基于操作模式信号（其包括恒定电流模式）向负载提供电力，或如果未检测到电流改变则进入功率因数控制（PFC）模式。

在突出的实施例中，提供相切检测器逻辑电路，其连同与AC功率整流器电连接的可调功率输入源以及增压控制器电路一起操作。相切检测器逻辑电路检测输入电源中的间隙，例如电压和电流中的中断。这样的改变的检测促进相切检测器逻辑电路向增压控制器电路发送信号用于指示增压控制器电路在正常功率因数校正模式与恒定电流模式之间切换。该过程使增压电路能够向具有高功率因数且符合总谐波失真调节要求的输出负载供应电力。

本发明的另外的特征和优势以及本发明的各种实施例的结构和操作在下文参考附图详细描述。注意本发明不限于本文描述的具体实施例。这样的实施例在本文仅仅是为了说明目的呈现。额外实施例基于本文所包含的教导而对于相关领域内技术人员将显而易见。

附图说明

附图（其包含在本文中并且形成说明书的部分）图示本发明并且与说明书一起进一步起到解释本发明的原理并且使相关领域内技术人员能够制作和使用本发明的作用。

图1是根据本发明的实施例构造的多模增压控制器电路的框图的图示。

图2是根据实施例构造的多模增压控制器逻辑的示意图示。

图3是根据实施例构造的相切检测器逻辑电路的图示。

图4是实践本发明的实施例的示范性方法的流程图。

具体实施方式

尽管在本文用对于特定应用的说明性实施例描述本发明，应理解本发明不限于此。可得到本文提供的教导的本领域内技术人员将认识到在其范围以及本发明将具有显著效用所在的附加领域内的附加修改、应用和实施例。

图1是根据实施例的多模增压控制器逻辑电路100的框图图示。如上文指出的，本发明的实施例公开多模控制器逻辑模块100，其提供LED兼容调光器控制电路。多模增压控制器逻辑100包括功率输入源105、功率整流器110、增压电路120、相切检测器逻辑130、增压控制器140和LED输出设备150。

输入电源105可以是任何AC或直流（DC）电源，然而在优选实施例中，预期AC电力线输入源。在实施例中，功率输入源105可以是用户相切调光器电路，如本领域内技术人员将理解的。常规的调光器包括TRIAC，其是基于AC的双向设备、能够一旦被触发则在任一方向上传导电流。

图1的功率输入源105向整流器110提供电力。整流器110使输入AC线路变成整流DC线路。整流器在本领域内是众所周知的、具有许多用途并且可采用许多形式获得。对于从非常低到非常高电流的功率整流，广泛使用各种类型的半导体二极管（结型二极管、Schotty二极管等）。

整流器110（其在反馈回路内包括增压电路120、相切检测器逻辑130和增压控制器140）用功率输入对增压电路120和相切检测器逻辑130供电。增压控制器140确定增压电路120激发传导所在的角度（激发或导通角），从而允许电流流到LED输出负载150。增压电路120的输出驱动LED输出负载150。

最终，增压电路120的输出被用户可选功率输入源105驱动并且被包括相切检测器逻辑130的反馈回路驱动。因此，来自增压电路120的该控制信号的值可通过操作功率输入源105的用户而变化。

如果输出负载是LED，例如LED输出负载150，如果用户将功率输入源105设置得太低则控制负载亮度是困难的。这将导致LED变得不稳定并且可能闪速，或可能根本不运作。提供增压电路120用于“强力启动”LED输出负载150来防止该不稳定性。此外，增压控制器140产生合适的增压信号，其进而确保来自增压电路120、高到足以防止该不稳定性的控制信号输出。

在另一个实施例中，被相切检测器逻辑130触发的增压控制器140配置成根据它是否感测到输出电流中的调光器电压标志和/或浪涌来改变模式。在正常线路输出模式中，增压控制器140作为高功率因数和低电流谐波失真控制器操作。该模式对于满足低THD能量折扣要求和较高功率应用是可取的。如果在输入线路上感测到调光器（通过电流中的浪涌），增压控制器140切换到滞后恒定输入电流模式。该模式具有近似0.90的PF和35%的THD，因此它未满足折扣项目要求。然而，它因为恒定输入电流抽取而确实提供与相切调光器的最大兼容性。

在图1中描绘的突出实施例中，相切检测器逻辑130充当感测电路-帮助增压控制器140循环通过功率因数（PFC）和恒定电流模式。采用该方式，相切检测器逻辑电路130、增压控制器140和增压电路120协作地运行以提供功率因数校正。

如本领域内技术人员所理解的，常规功率因数校正电路从电压源拉动与电压成正比的电流。它们表现得与电阻器相似，循着输入线路，其提供非常高的功率因数。然而，该过程并不与使用恒定电流实现最佳性能的调光器兼容。在理想情景中，例如，电流将是方波电流，因此在电压上升和下降时，电流将相似地上升和下降。

本发明的实施例提供校正电路，其可以在与TRIAC交互时实现最佳性能以及满足高功率因数的要求。

在多模控制器逻辑100中，相切检测器逻辑130解释增压控制器电路140的恒定电流模式与常规PFC模式之间的改变。相切检测器逻辑130能够确定在输入线路上是否存在TRIAC。这样的确定因为TRIAC持续每个周期的一部分地中断电压和电流而是可能的。从而，相切检测器逻辑130感测电压和电流中这样的中断（例如，输入电压源中的间隙或输入电流中的浪涌）。

在实施例中，在AC周期中处于受控相角的触发脉冲允许控制通过TRIAC流到负载（相位控制）的电流的百分比，这通常例如在控制照明设备（调光器开关）的亮度中使用。该触发脉冲促使激发TRIAC的前向象限，这释放来自图2的电容器C1的电流中的浪涌。

该电流中的浪涌对于相切检测器逻辑130是TRIAC在控制功率输入线路上的电流的指示。在确定TRIAC处于功率输入线路上时，增压控制器140切换到方波电流模式（或恒定电流模式）；其中方波电流用作功率输入而不管输入线路上的电压水平如何。

更具体地，如果在提供的输入电流或功率中存在间隙，检测器逻辑130切换到TRIAC兼容模式。即，增压控制器140在TRIAC激发时切换到恒定电流模式（其与方波电流类似）并且然后在TRIAC不再激发时回到PFC模式（随着电压增加，电流成比例的增加）。该过程允许多模增压控制器逻辑100在正常线路输入模式期间以高功率因数和低电流谐波失真操作。该模式对于满足低的总谐波失真（THD）或低纹波能量折扣要求以及较高功率应用是可取的。

图2是与上文描述的增压控制器140关联的多模增压控制器逻辑的示意表示200。多模增压控制器的正常操作是处于功率因数校正（PFC）模式。在示意图200中，电阻器R6和R11用于使输出电流成型为整流输入电压的函数。在这里，电容器C1是整流线路上的滤波电容器，其经由T1A和T1B所代表的电位器从输入电源105接收用户调整的电流或功率。

在调整功率时，RV1所代表的TRIAC通过试图抽取比正常通过电容器C1还多的电流而作出响应。MOSFET晶体管M1B与电阻器R16、R14和晶体管Q1协调地同步工作以在TRIAC事件期间作为限流电路运行。限流电路在连接点J5处与相切检测器逻辑电路130电连接。

相切检测器逻辑130感测来自电容器C1的电流中的浪涌。该电流中的浪涌对相切检测器逻辑130指示在从输入电源105的线路上存在TRIAC。作为响应，增压控制器140切换到方波电流模式。该方波电流模式用作功率输入而不管输入线路上的电压水平如何，以便向负载150提供恒定的平滑电流。

现在转向图3，图示相切检测器逻辑电路130的示意表示300。简单的比较器电路302可以代表相切检测器逻辑电路130。在这里，比较器302在连接点J5处从上文提到的限流电路接收可调输入电压并且将它与来自简单分压器电路（由电阻器R18和R21表示）并且在电压连接点V_CC处被接收的参考信号比较。

对应地，相切检测器逻辑电路130确定在J5点处存在的电流是否被限流电路拉低。如果未出现TRIAC事件，电容器C8允许比较器输入缓慢地再次上升，以返回正常操作。比较器302的输出1驱动晶体管Q2（其连接到低值电阻器R17（例如，大约10K欧姆））从比较器输出到V_CC，使得较小输入被过度供电并且增压控制器逻辑140被迫驱动增压电路120进入恒定电流模式。

从而，上文公开的实施例允许有滞后增压控制器140，其允许有从增压电路120到LED输出负载150的恒定电流输出。这允许增压控制器140根据是否感测到输入电流中的中断而在高功率因数PFC模式与恒定输入电流模式之间切换。这些中断将在相切调光器或TRIAC（在输入电源105处）插入电路时发生。

图4是实践本发明的实施例的示范性方法400的流程图。在图4中，例如在步骤402处在调光器电路处施加电力。在步骤404中，施加的电力可以通过调整对调光器或TRIAC的控制而调整。在步骤406中，机构（例如上文论述的相切检测器逻辑130）确定是否发生电流中的改变或浪涌。如果发生改变，增压控制器140切换到恒定电流模式，其中向负载408提供恒定方波电流，如上文描述的。如果未发生电流改变，如在框406中确定的，增压控制器140切换到常规PFC模式。

结论

本发明在上文借助图示简化功能及其关系的实现的功能构建块来描述。这些功能构建块的边界为了便于描述而在本文任意限定。可以限定备选边界，只要适当执行规定的功能及其关系即可。

例如，本发明的各种步骤可以由软件、固件、硬件（或由软件代表的硬件，例如Verilog或硬件描述语言指令）或其组合实现。在阅读该描述时，如何使用其他计算机系统和/或计算机架构来实现本发明，这对于相关领域内技术人员将变得显而易见。

要意识到具体实施方式段而不是发明内容和摘要段意在在解释权利要求中使用。发明内容和摘要段可阐述如发明者所预期的本发明的一个或多个而不是所有示范性实施例，并且从而，不意在以任何方式限制本发明和附上的权利要求。

Claims (20)

1.一种用于提供发光二极管（LED）照明兼容调光器的机构，其包括：

检测器，其配置成检测从整流输出功率接收的电流中的改变；以及

增压控制器，其响应于检测操作模式信号并且根据此来向增压设备提供操作模式信号；

其中如果检测到电流改变，所述增压设备基于操作模式信号向负载提供电力，所述操作模式信号包括恒定电流模式；并且

其中如果未检测到所述电流改变则所述增压设备进入功率因数控制（PFC）模式。

2.如权利要求1所述的机构，其中所述检测器电路是相切检测器逻辑电路。

3.如权利要求2所述的机构，其中所述相切检测器逻辑电路包括比较器。

4.如权利要求3所述的机构，其中所述比较器将整流输入电流与参考信号比较。

5.如权利要求2所述的机构，其中所述相切检测器逻辑包括与电容器电连接以用于如果未检测到电流中的改变则允许比较器输入电压缓慢上升的比较器。

6.如权利要求2所述的机构，其中所述相切检测器逻辑指示所述增压控制器以小于约百分之20的总谐波失真（THD）以高功率因数操作。

7.如权利要求2所述的机构，其中所述增压控制器是反激式控制电路。

8.如权利要求2所述的机构，其中所述整流器包括TRIAC。

9.如权利要求1所述的机构，其中所述增压控制器电路调整所述恒定电流模式与所述PFC模式之间的输出电流。

10.如权利要求1所述的机构，其中增压电路驱动发光二极管（LED）电负载。

11.一种机构，其配置成感测输入线路上调光器电路的输出以用于驱动负载，所述调光器电路配置成调整来自整流输入电力线的输出，所述机构包括：

检测器逻辑，其配置成感测来自所述调光器电路输出的电流中的改变；以及

增压控制器，其响应于来自所述检测器逻辑的输出以用于调整增压电路的操作模式信号用于驱动所述负载。

12.如权利要求11所述的机构，其中所述操作模式信号包括如果感测到所述电流改变则是恒定电流模式或如果未感测到电流改变则是功率因数控制（PFC）模式中的一个。

13.如权利要求12所述的机构，其中所述检测器逻辑是相切检测器逻辑电路。

14.如权利要求13所述的机构，其中所述相切检测器逻辑电路包括比较器。

15.如权利要求14所述的机构，其中所述比较器将整流输入电压与参考信号比较。

16.一种用于检测来自调光器电路的输出电流中的改变的方法，所述方法包括：

调整整流输入线路上的输出电流；

检测所述整流输入线路中的电流改变并且基于电流中的改变确定TRIAC是否在所述整流输入线路上激发；以及

基于所述确定调整到所述增压电路的操作模式信号；

其中所述操作模式信号包括如果所述TRIAC已激发则是恒定电流模式或如果所述TRIAC未激发则是功率因数控制（PFC）模式中的至少一个。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述检测使用相切检测器逻辑电路来执行。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述相切检测器逻辑电路包括比较器。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述比较器将整流输入电流与参考电流比较。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述比较器将整流输入电压与参考电压比较。