CN107172737B - 用于开关模式电源的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于开关模式电源的系统和方法。根据实施例，一种方法，包括：接收电源的变化的负载条件或电压特性的指示，该电源在第一模式中经由电源的输出端口向负载提供电力；以及响应于接收到变化的负载条件或电压特性的指示来将电源的调节从在第一模式中向负载提供电流切换到在第二模式中从负载吸收电流。在第二模式中从负载吸收电流包括控制电源将从电源的输出端口向电源的输入端口传送能量。

Description

用于开关模式电源的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及功率器件，并且在特定实施例中涉及用于开关模式电源的系统和方法。
背景技术
直流(DC)到DC(DC到DC)变换器可以用作针对具有特定的电流和/或电压要求的负载(诸如发光二极管(LED)的链)的驱动器。LED链的光强度由流过其的电流的量控制，因此，传统的LED驱动器通常依赖于电流控制回路来调节流过LED链的电流。当负载为静态时，这些调节器相对有效地调节功率，但是当负载突然改变时，诸如当一个或多个LED被动态地旁路/短路时，这些调节器可能难以维持恒定的电流。更具体地，动态地使LED链中的LED短路瞬间减少LED链的正向电压偏置，这引起与LED链并联耦合的输出电容器放电。输出电容器的放电产生通过LED链的电流尖峰，其具有损坏其余LED的可能性。电流尖峰可能对于电流控制回路来说难以调节，因为电流尖峰相对快速地发生并且主要由输出电容器而不是由稳压电源驱动。
发明内容
根据实施例，一种方法包括：接收电源的变化的负载条件或电压特性的指示，该电源在第一模式中经由电源的输出端口向负载提供电力；以及响应于接收到变化的负载条件或电压特性的指示来将电源的调节从在第一模式中向负载提供电流切换到在第二模式中从负载吸收电流。在第二模式中从负载吸收电流包括控制电源从电源的输出端口向电源的输入端口传送能量。
附图说明
为了更加完整地理解本公开及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1示出了传统的LED驱动器架构的图；
图2示出了经历动态负载减小的传统的LED驱动器的输出上的电流尖峰的曲线图；
图3a和图3b示出了根据各种实施例的电源架构的图；
图4示出了实施例LED驱动器架构的图；
图5示出了可以用于实现实施例能量回收电路的SEPIC变换器的图；
图6示出了可以用于实现实施例双向电源电路的H桥变换器；
图7示出了实施例处理系统的图；以及
图8示出了实施例方法的流程图。
除非另有说明，否则不同的附图中的相应的数字和符号通常指代相应的部分。绘制附图以清楚地示出实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
下面详细讨论本公开的实施例的做出和使用。然而，应当理解，本文公开的构思可以在各种各样的具体上下文中实施，并且本文中讨论的具体实施例仅仅是说明性的，而不用于限制权利要求的范围。此外，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。尽管在LED驱动器的上下文中描述本公开的很多内容，但是应当理解，本文种提供的构思适用于其他电源电路。
在实施例中，LED电源从输入节点向一个或多个LED传送电力。在正常操作期间，电源使用电流调节回路来调节流向LED的电流。然而，在改变所提供的LED的数目之前，将输出电容器放电到与LED的组合正向电压相对应的电压。在一些实施例中，这可以通过在负载条件改变之前将电源的调节从电流控制回路切换到电压控制回路来完成。因此，电压控制回路将功率驱动器的电压降低到目标电压，之后可以改变负载条件而不触发输出电容器的放电。
在一些实施例中，存储在输出电容器中的能量通过将能量从耦合至电源的输出的电容器传送回到电源的输入来回收。在一些情况下，该能量可以被传送到耦合至LED电源的输入的输入电容器和/或电池。例如，可以使用与LED电源并联耦合的回收电路(诸如第二功率变换器电路)或者经由以反向操作模式操作的LED电源本身来实现这种能量传送。下面更详细地描述这些和其它方面。
图1示出了包括适于对LED链120供电的传统的LED驱动器110的LED驱动器架构100。如图所示，传统的LED驱动器110包括耦合至LED链120的输出112。电流测量电路114测量提供给LED链120的电流，并且提供电流反馈信号115，电流反馈信号115由LED驱动器110使用用于调节提供给LED链120的电流.。LED链112的光强度主要取决于流过LED链112的电流。因此，传统的LED驱动器110使用电流反馈信号115来维持输出112上的电流电平以调节LED的亮度。
在传统的LED驱动器110的操作期间，可以动态地改变LED链120中的LED的数目。例如，可以动态地旁路LED链120中的一个或多个LED以缩短LED链120，从而瞬时减少LED链120上的正向电压偏置。这引起输出电容器116至少部分地放电并且产生通过LED链120的电流尖峰。从LED驱动器110的电流控制回路的角度来看，电流尖峰难以削减，因为电流尖峰相对快速地发生，并且主要由输出电容器116的放电来驱动，而不是由传统的LED驱动器110提供的功率来驱动。
图2示出了当LED链120从四个LED缩短到三个LED时，在传统的LED驱动器110的输出112上发生的电流尖峰206的曲线图。从图2中可见，LED驱动器110的输出电压Vout从启动电压202转变到最终电压204。启动电压202等于大约四个LED正向电压，最终电压206等于大约三个LED正向电压。由于电容器116的放电，在从起始电压202到最终电压204的转变期间发生输出电流Iout中的电流尖峰206。类似的问题可能存在于驱动动态可切换负载的其他类型的电源中。
本发明的实施例通过使用电压控制回路在动态负载事件之前调节电源的输出来减轻在动态地缩短串联连接的电路元件的链时的电流尖峰。例如，电压控制回路可以将电源的输出电压从与当前连接的LED 120的正向电压之和相对应的第一电压平滑地转变到与在链被缩短之后的LED的正向电压之和相对应的第二电压。在该电压转变期间，存储在电容器116中的能量被传送到功率变换系统的输入，从而回收能量。
图3a示出了包括适于驱动串联连接的电路元件320的链的双向电源310的实施例电源系统300。串联连接的电路元件320的链可以包括串联耦合的任何类型的电路元件(例如，二极管、电阻器、电容器等)，并且可以适于在动态负载事件期间被动态地缩短和/或延长。在一些实施例中，串联连接的电路元件320可以包括可选择的串联连接的LED。在替代实施例中，串联连接的电路元件320可以被包括非串联连接的元件的可切换负载代替。
控制电路330可以确定与串联连接的电路元件320的链相关联的负载条件何时将被动态地改变，然后将电源310的操作从其中电流控制器314用于调节输出电流Icharge的第一模式转变到其中电压控制器315用于调节输出电压Vout的第二模式。如图所示，电流控制器314从测量双向电源310的输出电流的电流测量电路114接收反馈信号，并且电压控制器通过监测双向电源310的输出电压Vout来接收信号。输出电压Vout可以被电压控制器315直接地监测，或者经由包括例如分压器、光耦合器的反馈电路或其它合适的反馈电路来监测。在一些实施例中，电压控制器315可以使用间接方法来确定输出电压Vout。
电流控制与电压控制之间的操作变化由选择开关313来表示，选择开关313可以恰好在负载条件改变之前切换。然而，应当理解，任何合适的电路或系统可以用于在使用电流控制器314与使用电压控制器315之间转变操作。
在各种实施例中，电流控制器314、双向电源310及其相关联的反馈路径形成电流控制回路，并且电压控制器315、双向电源310及其相关联的反馈路径形成电压控制回路。电流控制器314和电压控制器315可以实现为本领域已知的电源控制电路，并且可以使用模拟和/或数字电路来构造。在一些实施例中，电流控制器314和电压控制器315可以使用微控制器或其他处理器来实现。在一个实施例中，电流控制器314和电压控制器315可以实现比例-积分-微分(PID)控制器或控制算法。可替代地，可以使用其他控制器算法。还应当理解，虽然电流控制器314和电压控制器315被示出为分离的块，但是在一些实现中，电流控制器314和电压控制器315可以共享电路。
在第二模式期间，电压控制器315可以将输出电压Vout从初始电压调节到目标电压。目标电压可以根据与串联连接的电路元件320的链相关联的未来的负载条件来确定。例如，当负载条件减小时，目标电压可以低于初始电压。相反，当负载条件增加时，目标电压可以高于初始电压。其他条件也可以控制目标电压的设置。一旦电源310的输出在目标电压的阈值内，则串联连接的电路元件320的链可以被动态地延长/缩短，以及/或者负载可以被改变。此后，控制电路330可以将电源系统300的操作从电压控制改变回电流控制。控制电路330还可以控制串联连接的电路元件320的重新配置。在各种实施例中，各种串联连接的电路元件320的控制、初始和目标电压的确定、各种模式何时被激活的确定、以及模式和功率控制电路的可能的电路实现可以如在2014年12月18日提交的共同未决的美国专利申请号14/575,125中所描述地来实现，该申请通过引用整体并入本文。
在各种实施例中，当目标电压小于初始电压时，输出电容器116在电压控制回路被激活时放电。为了减少由于电容器116的放电而导致的能量损失，双向电源在相反方向上操作。也就是说，能量从节点Vout处的双向电源310的输出传送至节点Vin2处的双向电源的输入。所传送的能量可以存储在例如耦合至电源节点Vin2的电容器322中。可替代地，能量可以从电容器116传送至电池或其它能量存储装置。
图3b示出了根据替代实施例的电源系统340，其在串联连接的电路元件320中的元件数目改变之前使用受控反向电流将电容器116放电到新的目标电压。在操作期间，电流控制器314控制至串联连接的电路元件320的电流Icharge。在串联连接的电路元件的数目改变之前，电流控制器控制反向电流Idischarge以便使电容器116放电并且减小输出电压Vout。在各种实施例中，该反向电流可以是恒定或可编程电流。在双向电源310产生反向电流310的时间期间，电压监测器342监测输出电压Vout并且在达到目标电压时通知双向电源310。一旦达到目标电压，双向电源310恢复向串联连接的电路元件320提供恒定的正向电流Icharge。
在各种实施例中，可以使用本领域中已知的电压监测电路和方法来实现电压监测器342。例如，在一些实施例中，可以使用耦合至参考电压的比较器、A/D变换器或者诸如放大器等用以监测输出电压Vout的其它合适的电路来实现电压监测器342。
上述技术可以用于调节被配置成驱动各种负载配置的各种电源架构，包括例如适于驱动LED链的LED驱动器。例如，图4示出了实施例LED照明系统400，其包括耦合至可选择的LED负载电路406的双向功率变换器310。
在实施例中，双向功率变换器310包括被配置成从节点Vin到节点Vout传送能量的功率变换器402和与功率变换器402并联耦合的回收电路404，回收电路404被配置成在从节点Vout到节点Vin的相反方向上传送能量。在操作期间，当双向功率变换器310在电流控制模式中提供受控电流时，被配置成在正向方向上传送电力的功率变换器402进行操作，而当双向功率变换器310在电压控制模式中提供受控电压时，回收电路404进行操作。功率变换器402可以使用各种功率变换器和拓扑来实现。例如，功率变换器402可以使用线性电流调节器或开关模式电源拓扑来实现，包括但不限于降压变换器、升压变换器或降压升压变换器。
负责从输出电容器Cout向双向功率变换器310的输入传送能量的回收电路404可以使用开关模式功率变换器来实现，诸如单端初级电感变换器(SEPIC)、降压升压变换器或其他变换器类型。在操作期间，回收块的并行路径可以用于使输出电容器Cout放电，直到达到新的安全的目标输出电压。一旦达到目标值，当双向功率变换器310被重新激活时，回收电路404可以被关闭。从输出电容器Cout回收的能量可以存储在耦合至输入节点Vin的输入电容器Cin、电池(未示出)或另一类型的能量存储装置中。在一些实施例中，功率变换器402和回收电路404的功能可以一起合并于可以以双向方式操作的单个功率变换器，诸如H桥或降压升压变换器。
在各种实施例中，电容器Cout具有在约10μF到约100μF之间的电容。可替代地，取决于具体实施例及其规定，可以使用该范围之外的电容。
LED负载电路406包括多个串联连接的LED 410，其可以通过由多浮动开关驱动器408驱动的相应的多个开关409来被短路。在一些实施例中，开关设置对于每个LED设置是静态的，使得由双向功率变换器310产生的调节后的电流的量确定由LED 410产生的光强度。在其他实施例中，代替或除了经由调节后的电流控制光强度，可以通过向开关409施加PWM信号来进一步调节LED 410的亮度。多浮动开关驱动器408可以使用本领域已知的浮动开关驱动器电路和系统来实现。例如，开关驱动器408可以是与控制器412分离的独立装置。在这样的实施例中，开关驱动器408可以经由诸如SPI总线等数字总线与控制器412通信，以及/或者可以经由总线414与控制器412通信。在其他实施例中，开关驱动器和/或开关409可以设置在与控制器412相同的半导体基底上，以及/或者可以设置在提供实施例电源系统的电流控制、电压控制和/或电压监测功能的同一半导体基底上。
在各种实施例中，控制器控制LED负载电路406的开关配置、由双向功率变换器310使用的各种反馈控制算法和双向功率变换器310的操作模式。控制器412还可以产生用于双向功率变换器310的开关信号。在一些实施例中，控制器412经由串行接口416连接至总线414，串行接口416可以例如使用SPI接口和I2C接口、MIPI/RFFE或本领域已知的其它串行接口来实现。在本发明的替代实施例中，串行接口416也可以使用并行接口来实现。
在操作期间，控制器412可以从总线414接收改变LED 410的光强度的请求。响应于该请求，控制器412可以针对LED负载电路406确定新的开关配置、与开关配置的变化相对应的相应的初始和最终电压。例如，如果LED的数目要从串联连接的五个LED变化到串联连接的四个LED，则控制器412以如下方式来控制双向功率变换器从调节其输出电流转变到调节其输出电压：该方式使得能够从与五个LED的正向电压相对应的输出电压平滑地转变到四个LED的正向电压。这种平滑转变可以具有线性电压分布，其实现将电压从初始电压以斜坡转变到最终电压。在一些实施例中，该转变周期可以在约100μs的量级；然而，取决于特定系统及其规定，其它转变时间可以用于将电压从初始电压以斜坡转变到最终电压。可替代地，可以使用其它电压转变曲线，包括但不限于指数和分段线性曲线。
在一些实施例中，控制器412在仅在目标电压小于初始电压时在改变开关配置之前在电压控制模式中操作双向功率变换器310，并且使得双向功率变换器310能够在目标电压超过初始电压时保持在电流控制模式。换句话说，当输出电压中将存在预期减小时，激活电压控制回路。例如，这样的控制方案可以在例如增加电容器Cout上的增加的电压不引起电流尖峰和/或能量损失的情况下使用。
一旦输出电压Vout已经从初始电压转变到最终电压，则控制器412向LED负载电路406提供命令或控制信号以改变开关409的开关配置。在开关配置改变之后，双向功率从电压控制模式改变回电流控制模式。在PWM信号经由多浮动开关驱动器408施加到开关409的实施例中，控制器412在开关409的开关配置的每次改变之前将双向功率变换器310的模式从电流控制模式改变为电压控制模式，然后在开关配置改变之后回到电流模式。
图5示出了可以用于实现图4所示的回收电路404的SEPIC变换器500。如图所示，SEPIC变换器500包括耦合在电源输入端口502与电源输出端口504之间的两个开关S1和S2、两个电感器L1和L2以及电容器C1和C2。当SEPIC变换器500被实现为能量回收电路时，电源输入端口502连接至功率变换器402的输出，并且电源输出端口504连接至功率变换器402的输入，如图4所示。SEPIC变换器500可以被视为与降压升压变换器级联的升压变换器。在操作期间，开关S1导通，并且电感器L1和L2通过开关S1被磁化，而开关S2断开。接下来，开关S1断开，并且用作同步整流器的开关S2导通。通过电感器L1和L2的电流IL1和IL2经由开关S2被重定向到输出端口。
在一些实施例中，开关S2可以被二极管代替。在不需要完全DC隔离的替代实施例中，可以省略C2并且用直接连接来代替。应当理解，SEPIC变换器500仅是可以用于实现实施例能量回收电路的功率变换电路的一个示例。
图6示出了使用H桥实现的双向降压升压变换器510，其执行图4所示的双向功率变换器310的正向变换器和能量回收功能二者。如图所示，双向降压升压变换器510包括耦合至由开关S1、S2、S3和S4组成的H桥的电感器L。在正向操作期间，开关S1和S4闭合，开关S2和S3断开，使得电感器L被磁化。接下来，开关S1和S4闭合，开关S2和S3断开，以允许电感器L退磁并且向输出电容器Cout提供电流。另一方面，在反向操作期间，开关S2和S3闭合，开关S1和S4断开，使得电感器L通过存储在输出电容器Cout中的能量被磁化。接下来，开关S2和S3断开，开关S1和S4闭合，以允许电感器L退磁并且向输入电容器Cin或耦合至输入电容器Cin的另一能量存储电路提供电流。应当理解，图6所示的基于H桥的双向降压升压变换器510仅是可以用于实现双向功率变换器的功率变换电路的一个示例。
在本发明的实施例中，图5的开关S1和S2、以及图6的开关S1、S2、S3和S4可以使用晶体管来实现，包括但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、功率MOSFET、结型场效应晶体管(JFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)(诸如氮化镓(GaN)HEMT)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。可以根据所设计的特定功率变换器的规格和电压电平来选择使用哪个晶体管。
图7示出了可以用于实现本文中所公开的设备和方法的处理系统700的框图。处理系统700可以包括处理器704、存储器706和多个接口710-714，其可以(或可以不)如图7所示地布置。处理器704可以是能够执行计算和/或其他处理相关任务的任何部件，并且存储器706可以是能够存储用于处理器704的编程和/或指令的任何部件。接口710-714可以是允许处理系统700与其他系统和/或装置通信的任何部件或部件的集合。接口710-714可以包括串行接口(例如，串行外围接口(SPI)、通用串行总线(USB)等)、并行接口或其组合。
本公开的各方面提供了用于使电源适应变化的负载条件的方法。图8示出了可以由控制器执行的用于使电源适应变化的负载条件和用于回收的方法800。如图所示，方法800开始于步骤802，在步骤802中，控制器接收电源的变化的负载条件或电压特性的指示，该电源在第一模式中经由电源的输出端口向负载提供电力。这可以例如作为确定电源的负载条件将在未来的某个点发生变化的结果而发生。此后，方法800进行到步骤804，在步骤804中，响应于接收到变化的负载条件或电压特性的指示，控制器将电源的调节从向负载提供电流切换到从负载吸收电流。在一些实施例中，向负载提供电流包括使用电流控制回路，并且从负载吸收电流包括使用电压控制回路。可替代地，电流控制回路可以用于向负载提供电流和从负载吸收电流二者。在这样的实施例中，监测电源的输出电压，使得电源从负载吸收电流，直到输出电压达到阈值，并且再次向负载提供电流。在步骤806中，当系统处于第二模式时，电源被控制为从电源的输出端口向电源的输入端口传送能量。
本文总结了本发明的实施例。其他实施例也可以从说明书和本文中所提交的权利要求的整体来理解。一个一般方面包括一种方法，其包括：接收电源的变化的负载条件或电压特性的指示，该电源在第一模式中经由电源的输出端口向负载提供电力；以及响应于接收到变化的负载条件或电压特性的指示来将电源的调节从在第一模式中向负载提供电流切换到在第二模式中从负载吸收电流。在第二模式中从负载吸收电流包括控制电源从电源的输出端口向电源的输入端口传送能量。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。在该方法中，负载包括在第一周期期间具有第一数目的电路元件的串联连接的元件的链；并且在串联连接的电路元件的链的长度在第二周期的开始处从第一数目的电路元件改变为第二数目的电路元件之前接收变化的负载条件或电压特性的指示。串联连接的电路元件的链可以包括发光二极管(LED)的链，其在第二周期的开始时从第一数目的LED缩短到第二数目的LED。在一些实施例中，该方法还包括在串联连接的电路元件的链的长度已经从第一数目的电路元件改变为第二数目的电路元件之后，将电源的调节切换回到在第一模式中向负载提供电流。
在一些实施例中，在第二模式中从负载吸收电流包括将电源的输出从初始电压改变为目标电压。目标电压可以小于初始电压，并且该方法还可以包括：当将电源的输出从初始电压改变为目标电压时，使耦合至电源的输出端口的电容器放电。
电源可以包括双向电源，使得在第一模式中向负载提供电流包括在第一方向上操作双向电源，并且在第二模式中从负载吸收电流包括在与第一方向相反的第二方向上操作双向电源。在一些实施例中，双向电源包括与第二功率变换器并联耦合的第一功率变换器，在第一方向上操作双向电源包括在第一方向上操作第一功率变换器，并且在第二方向上操作双向电源包括在第二方向上操作第二功率变换器。在实施例中，第二功率变换器包括单端初级电感变换器(SEPIC)。
在实施例中，在第一模式中向负载提供电流包括使用电流控制回路在第一方向上调节电流；并且从负载吸收电流包括监测电源的输出端口的电压，将所监测的电压与阈值相比较，以及使用电流控制回路在与第一方向相反的第二方向上调节电流，直到所监测的电压达到阈值。在第一模式中向负载提供电流可以包括使用电流控制回路在第一方向上调节电流，并且从负载吸收电流可以包括使用电压控制回路控制电源的输出端口的电压。
另一一般方面包括一种设备，其包括被配置成接收电源的变化的负载条件或电压特性的指示的端口，该电源在第一模式中经由电源的输出端口向负载提供电力；以及被配置成响应于接收到变化的负载条件或电压特性的指示来将电源的调节从在第一模式中向负载提供电流切换到在第二模式中从负载吸收电流。在第二模式中从负载吸收电流包括控制电源从电源的输出端口向电源的输入端口传送电力。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。在该设备中，负载包括在第一周期期间具有第一数目的电路元件的串联连接的元件的链，并且在串联连接的电路元件的链的长度在第二周期的开始处从第一数目的电路元件变为第二数目的电路元件之前接收变化的负载条件或电压特性的指示。在一些实施例中，串联连接的电路元件的链包括发光二极管(LED)的链，其在第二周期的开始时从第一数目的LED缩短到第二数目的LED。控制器还可以被配置成在串联连接的电路元件链的长度已经从第一数目的电路元件改变为第二数目的电路元件之后，将电源的调节切换回到在第一模式中向负载提供电流。
在一些实施例中，从负载吸收电流被配置成在第二模式中将电源的输出从初始电压充电到目标电压。电源可以包括双向电源，在第一模式中向负载提供电流可以包括在第一方向上操作双向电源，并且在第二模式中从负载吸收电流可以包括在与第一方向相反的第二方向上操作双向电源。在另一实施例中，双向电源包括与第二功率变换器并联耦合的第一功率变换器；在第一方向上操作双向电源包括在第一方向上操作第一功率变换器；以及在第二方向上操作双向电源包括在第二方向上操作第二功率变换器。第二功率变换器可以包括单端初级电感变换器(SEPIC)。
在实施例中，控制器包括耦合至电源的输出端口的电压监测电路。电压监测电路被配置成监测电源的输出端口处的电压，并且将监测电压与阈值相比较。控制器还包括电流控制器，其被配置成在第一模式中调节电流到负载并且被配置成在第二模式中调节从负载吸收电流，其中控制器被配置成当监测电压达到阈值时从第二模式转变到第一模式。在一些实施例中，控制器包括被配置成在第一模式中调节电流到负载的电流控制器以及被配置成在第二模式中调节电源的输出端口的电压的电压控制器。
另一一般方面包括一种电源系统，其包括：具有被配置成耦合至串联连接的发光二极管(LED)的输出端口的双向功率变换器和耦合至双向功率变换器的控制器。控制器包括被配置成在电流控制操作模式期间调节双向功率变换器的输出端口处的电流的电流控制回路以及被配置成在电压控制操作模式期间调节双向功率变换器的输出端口处的电压的电压控制回路。在各种实施例中，控制器被配置成在接收到串联连接的LED的数目从第一数目的串联连接的LED改变为第二数目的串联连接的LED的指示时，将操作模式从电流控制操作模式切换到电压控制操作模式；在电流控制操作模式期间使双向功率变换器在从双向功率变换器的输入端口到双向功率变换器的输出端口的第一方向上传送电力；并且在电压控制操作模式期间使双向功率变换器在从双向功率变换器的输出端口到双向功率变换器的输入端口的第二方向上传送电力。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。在该电源系统中，串联连接的LED的第一数目大于串联连接的LED的第二数目。在一些实施例中，系统还包括串联连接的LED和与串联连接的LED并联耦合的电容器。
在一些实施例中，双向功率变换器包括H桥变换器。在其他实施例中，双向功率变换器包括被配置成从双向功率变换器的输入端口向双向功率变换器的输出端口传送电力的第一功率变换器以及与第一功率变换器并联耦合的第二功率变换器，第二功率变换器被配置成从双向功率变换器的输出端口向双向功率变换器的输入端口传送电力。第二功率变换器可以使用例如单端初级电感变换器(SEPIC)来实现。
实施例的优点包括LED电源以防止可感知的电流尖峰的方式动态地改变多个串联连接的LED区段的能力。另一优点包括当电源在输出电压之间转变时从电源的输出电容器回收能量的能力。
尽管已经详细描述了本说明，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。此外，本公开的范围并不旨在限于本文中所描述的具体实施方案，本领域普通技术人员将从本公开容易地理解，当前存在或以后开发的处理、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤可以执行与本文中所描述的相应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果。因此，所附权利要求旨在将这些处理、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (27)

1.一种用于电源的方法，包括：
接收电源的变化的负载条件或电压特性的指示，所述电源在第一模式中经由所述电源的输出端口向负载提供电力；以及
响应于接收到所述变化的负载条件或电压特性的所述指示来将所述电源的调节从在所述第一模式中向所述负载提供电流切换到在第二模式中从所述负载吸收电流，其中在所述第二模式中从所述负载吸收电流包括控制所述电源从所述电源的所述输出端口向所述电源的输入端口传送能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述负载包括在第一周期期间具有第一数目的电路元件的串联连接的电路元件的链；以及
在串联连接的电路元件的所述链的长度在第二周期的开始处从所述第一数目的电路元件改变为第二数目的电路元件之前接收所述变化的负载条件或电压特性的所述指示。
3.根据权利要求2所述的方法，其中串联连接的电路元件的所述链包括发光二极管(LED)的链，其在所述第二周期的开始处从第一数目的发光二极管缩短到第二数目的发光二极管。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
在串联连接的电路元件的所述链的长度已经从所述第一数目的电路元件改变为所述第二数目的电路元件之后，将所述电源的调节切换回在所述第一模式中向所述负载提供电流。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二模式中从所述负载吸收电流包括将所述电源的输出从初始电压改变为目标电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述目标电压小于所述初始电压；以及
所述方法还包括当将所述电源的输出从所述初始电压改变为所述目标电压时使耦合至所述电源的所述输出端口的电容器放电。
7.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述电源包括双向电源；
在所述第一模式中向所述负载提供电流包括在第一方向上操作所述双向电源；以及
在所述第二模式中从所述负载吸收电流包括在与所述第一方向相反的第二方向上操作所述双向电源。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述双向电源包括与第二功率变换器并联耦合的第一功率变换器；
在所述第一方向上操作所述双向电源包括在所述第一方向上操作所述第一功率变换器；以及
在所述第二方向上操作所述双向电源包括在所述第二方向上操作所述第二功率变换器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二功率变换器包括单端初级电感变换器(SEPIC)。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：
在所述第一模式中向所述负载提供电流包括使用电流控制回路在第一方向上调节所述电流；以及
从所述负载吸收电流包括：
监测所述电源的所述输出端口的电压，
将所监测的电压与阈值相比较，以及
使用电流控制回路在与所述第一方向相反的第二方向上调节所述电流直到所监测的电压达到所述阈值。
11.根据权利要求1所述的方法，其中
在所述第一模式中向所述负载提供电流包括使用电流控制回路在第一方向上调节所述电流；以及
从所述负载吸收电流包括使用电压控制回路控制所述电源的所述输出端口的电压。
12.一种用于电源的设备，包括：
端口，其被配置成接收电源的变化的负载条件或电压特性的指示，所述电源在第一模式中经由所述电源的输出端口向负载提供电力；以及
控制器，其被配置成响应于接收到所述变化的负载条件或电压特性的所述指示来将所述电源的调节从在所述第一模式中向所述负载提供电流切换到在第二模式中从所述负载吸收电流，其中在所述第二模式中从所述负载吸收电流包括控制所述电源从所述电源的所述输出端口向所述电源的输入端口传送电力。
13.根据权利要求12所述的设备，其中
所述负载包括在第一周期期间具有第一数目的电路元件的串联连接的电路元件的链；以及
在串联连接的电路元件的所述链的长度在第二周期的开始处从所述第一数目的电路元件改变为第二数目的电路元件之前接收所述变化的负载条件或电压特性的所述指示。
14.根据权利要求13所述的设备，其中串联连接的电路元件的所述链包括发光二极管(LED)的链，其在所述第二周期的开始处从第一数目的发光二极管缩短到第二数目的发光二极管。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述控制器还被配置成在串联连接的电路元件的所述链的长度已经从所述第一数目的电路元件改变为所述第二数目的电路元件之后，将所述电源的调节切换回在所述第一模式中向所述负载提供电流。
16.根据权利要求13所述的设备，其中从所述负载吸收电流被配置成在所述第二模式中将所述电源的输出从初始电压充电到目标电压。
17.根据权利要求12所述的设备，其中：
所述电源包括双向电源；
在所述第一模式中向所述负载提供电流包括在第一方向上操作所述双向电源；以及
在所述第二模式中从所述负载吸收电流包括在与所述第一方向相反的第二方向上操作所述双向电源。
18.根据权利要求17所述的设备，其中：
所述双向电源包括与第二功率变换器并联耦合的第一功率变换器；
在所述第一方向上操作所述双向电源包括在所述第一方向上操作所述第一功率变换器；以及
在所述第二方向上操作所述双向电源包括在所述第二方向上操作所述第二功率变换器。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述第二功率变换器包括单端初级电感变换器(SEPIC)。
20.根据权利要求12所述的设备，其中所述控制器包括：
电压监测电路，其耦合至所述电源的所述输出端口，所述电压监测电路被配置成监测所述电源的所述输出端口处的电压并且将所监测的电压与阈值相比较；以及
电流控制器，其被配置成在所述第一模式中调节电流到所述负载并且被配置成在所述第二模式中调节从所述负载吸收电流，其中所述控制器被配置成当所监测的电压达到所述阈值时从所述第二模式转变到所述第一模式。
21.根据权利要求12所述的设备，其中所述控制器包括：
电流控制器，其被配置成在所述第一模式中调节电流到所述负载；以及
电压控制器，其被配置成在所述第二模式中调节所述电源的所述输出端口的电压。
22.一种电源系统，包括：
双向功率变换器，其具有被配置成耦合至串联连接的发光二极管(LED)的输出端口；以及
控制器，其耦合至所述双向功率变换器，所述控制器包括：
电流控制回路，其被配置成在电流控制操作模式期间调节所述双向功率变换器的所述输出端口处的电流，以及
电压控制回路，其被配置成在电压控制操作模式期间调节所述双向功率变换器的所述输出端口处的电压；其中所述控制器被配置成：
在接收到所述串联连接的发光二极管的数目从第一数目的串联连接的发光二极管变为第二数目的串联连接的发光二极管的指示时，将操作模式从所述电流控制操作模式切换到所述电压控制操作模式，
在所述电流控制操作模式期间使所述双向功率变换器在从所述双向功率变换器的输入端口到所述双向功率变换器的输出端口的第一方向上传送电力，以及
在所述电压控制操作模式期间使所述双向功率变换器在从所述双向功率变换器的所述输出端口到所述双向功率变换器的所述输入端口的第二方向上传送电力。
23.根据权利要求22所述的电源系统，其中串联连接的发光二极管的所述第一数目大于串联连接的发光二极管的所述第二数目。
24.根据权利要求22所述的电源系统，还包括：
所述串联连接的发光二极管；以及
电容器，其与所述串联连接的发光二极管并联耦合。
25.根据权利要求22所述的电源系统，其中所述双向功率变换器包括H桥变换器。
26.根据权利要求22所述的电源系统，其中所述双向功率变换器包括：
第一功率变换器，其被配置成从所述双向功率变换器的所述输入端口向所述双向功率变换器的所述输出端口传送电力；以及
第二功率变换器，其与所述第一功率变换器并联耦合，所述第二功率变换器被配置成从所述双向功率变换器的所述输出端口向所述双向功率变换器的所述输入端口传送电力。
27.根据权利要求26所述的电源系统，其中所述第二功率变换器包括单端初级电感变换器(SEPIC)。
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