CN109548228B

CN109548228B - 调光的方法和低调光电路

Info

Publication number: CN109548228B
Application number: CN201811114195.7A
Authority: CN
Inventors: 卢卡斯·安德鲁·米尔纳; 约书亚·威廉·考德威尔; 希西结·达金·兰道夫
Original assignee: Linear Technology Holding LLC
Current assignee: Analog equipment International Co.,Ltd.
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: JP2019061955A; KR102161889B1; JP6682590B2; DE102018007410A1; DE102018007410B4; KR20190034105A; CN109548228A; US10123384B1

Abstract

提供了用于发光二极管(LED)负载的低或深度调光的技术。在一个示例中，用于深度调暗发光二极管(LED)负载的方法可以包括：当脉冲宽度调制(PWM)开关周期的导通时间结束时，电感器的电流没有达到目标电流，并且在PWM开关周期的初始导通时间内，允许电感器的电流在PWM开关周期的下一个“断开”时间间隔内达到目标电流，其中电感器通过PWM开关耦合到LED，并且响应于电感器的电流在随后的PWM开关周期的导通时间结束之前达到目标电流，从而在PWM开关周期的导通时间结束时中断电感器的激励。

Description

调光的方法和低调光电路

技术领域

该应用适用于LED照明技术，包括LED照明的深度调光。

背景技术

发光二极管(LED)技术已经从提供电子操作的小视觉指示器发展成为适用于各种一般照明应用的技术，包括住宅、商业和户外照明应用。在一般照明应用中，LED可以使用一小部分能量消耗来执行或优于现有照明解决方案。然而，用于将LED照明有效调暗到非常低的调光设置的技术是难以捉摸的。

附图说明

在附图中，不一定按比例绘制，相同的附图标记可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式示出了本文件中讨论的各种实施例。

图1总体上示出了可用于一个或多个LED的扩展电荷转移或补充电荷转移调光的系统的示例的框图。

图2总体上示出了扩展电荷转移方法的示例的状态图。

图3总体上示出了用于提供LED负载的受控的低PWM调光的系统的示例。

图4一般性地示出了与脉冲宽度调制(PWM)周期期间操作诸如图3 所示的系统相关联的波形，其具有短的“接通”间隔(例如，非常低的调光)并且在随后的PWM周期期间具有更长的“接通”间隔。

图5总体上示出了扩展电荷转移方法的示例的状态图。

图6A总体上示出了用于提供LED负载的受控的低PWM调光的系统的示例。

图6B总体上示出了用于提供LED负载的受控的低PWM调光的系统的峰值电流检测器的逻辑的示例。

图7一般性地示出了与在PWM周期期间操作诸如图6A和6B所示的系统相关的波形，其具有短的“接通”间隔(例如，非常低的调光)和随后具有更长的“接通”间隔的PWM周期。

图8总体上示出了组合系统的示例的方法的状态图。

具体实施方式

通过开关模式DC功率调节来调暗照明系统的某些方法也可以应用于 LED照明系统。然而，随着调光设定点降低，一些方法可能变得低效，可能导致LED的不期望的闪烁或者可能导致LED随着调光设定点变低而看起来关闭。开关调节器电路可用于提供电功率，与脉冲宽度调制(PWM) 控制开关结合，以将开关调节器电路提供的功率传递到一个或多个LED。这可以提供LED的有效调光-降低到一定水平。在电感开关调节器电路中，电感器可以用作能量存储元件，其可以通过调节器开关以调节器开关频率与电源电压连接和断开。电感器可用于提供LED使用的电流。PWM开关可用于将一个或多个LED与可以耦合到开关调节器电路的输出的节点连接和断开。

在一种方法中，开关调节器电路与PWM开关的循环一起被启用和禁用。通常，调节器的开关频率远高于PWM频率，这允许对LED进行广泛的调光控制。然而，当PWM控制器的导通时间或占空比变低时，LED系统的电流控制可能会丢失，并且因为PWM控制器的导通时间不能允许将足够的电荷转移到中间节点以供LED使用，所以还能够进一步调暗LED。当电流控制丢失时，例如由于PWM开关周期的占空比较短，LED可能看起来关闭或未通电。在某些情况下，当调光水平非常低时，电流误差会累积。然后，在接收到更高的调光设定点时，实际调光可能太高而控制环处理累积的误差。

本发明人已经开发了这样的技术，其可以允许使用PWM控制以及感应开关调节器在LED系统中进行深度调光，而不会失去电流控制或引起 LED灯的闪烁。在第一种技术(“延长电荷转移调光”)中，在调节器的第一开关周期期间，如果电感器电流在PWM导通时间到期之前没有达到目标电流，那么电感器与电压源的连接可以保持直到达到目标电流。在第二种技术(“补充电荷转移调光”)中，在调节器的第一个开关周期期间，如果电感器电流在PWM导通时间到期之前没有达到目标电流，则在PWM 关断时间期间可以启用电感器的第二或部分开关周期。这两种技术可以单独使用，也可以相互组合使用。

图1总体上示出了LED驱动器系统100的示例。系统100可以包括控制器电路，例如PWM控制器101、功率级102电路、PWM开关106、输出电容器108和电流传感器111，并且可以包括或耦合到LED负载110。 PWM控制器101可以接收LED调光设定点。PWM控制器101可以提供具有占空比或“接通”时间的PWM信号，该PWM信号可以被调节以对应于调光设定点。功率级102可以接收PWM信号和电源电压(V_IN)。功率级102可以包括开关模式或其他功率调节器，例如可以包括一个或多个开关。功率级开关可以被计时，例如调节功率级102的输出电流或电压 (V_OUT)，例如向LED负载110提供偏置电压和偏置电流，这样可以建立提供给LED负载100的平均电流以与调光设定点相称。功率级102的开关调节器可以包括或耦合到时钟(CLK)131。时钟131可以向开关调节器提供时钟信号，该时钟信号可以用于提供功率级(I_PS)的输出电流，其可以使用开关调节器中的峰值电流的目标值来调节。对于更长的PWM“接通”时间，PWM开关106可以提供对LED负载110的平均电流的实质控制。输出电容器108可以平滑功率级102的输出电压，并且可以与功率级 102的低调光电路160协作提供能量存储，例如允许LED负载110的非常低的调光，同时避免闪烁。功率级102可以使用电流传感器111来设置峰值电流的目标值，如本文所述。

图2总体上示出了扩展电荷转移的示例方法的状态图。该方法可以从功率级102的开关调节器电路的功率级开关的第一“断开”状态201开始解释。在接收PWM输入转换到PWM周期(PWM＝1)的“接通”时间时控制开关(图1、106)到LED，开关调节器电路的功率级开关(例如，图3、303)的时钟可以开始，例如图2中通过第一转换202指示到功率级开关的第一“接通”状态203。在该“接通”状态203中，功率级开关可以闭合或激励，例如，功率级的电感器。在某些示例中，功率级可以包括降压转换器电路、升压转换器电路、降压-升压转换器电路或其他开关模式功率转换器。

在第一“接通”状态203期间，功率级可以开始在LED电路的中间节点处向电容器108供应电荷，该LED电路又可以用于将PWM开关106馈送到LED负载110。功率级电流(I_PS)可以提供输出电容器108，并且当 PWM开关106“接通”时，也可以提供LED负载110。从功率级开关的第一“断开”状态201中的零电流值，在转换到第一“接通”状态203时，功率级电流(I_PS)增加。可以继续第一“接通”状态203，直到满足目标电流阈值(I_PEAK)-无论PWM周期“接通”时间是否已经到期。

当功率级102的实际电流(I_PS)满足电流阈值(I_PEAK)时，这种情况可以触发功率级开关的第二转换204到第二“断开”状态205。在功率级开关的第二“断开”状态205期间，可以中断到功率级102的供电路径。然而，存储在功率级102的开关调节器的电感器中的能量仍然可以向输出电容器108提供(减小)电流，并且当PWM开关106“接通”时，提供给LED负载110。

在功率级开关的第二“断开”状态205之外的第三转换206可以将操作返回到第一“断开”状态201，例如当PWM输入指示PWM周期的“断开”时间时(PWM＝0)。或者，从第二“断开”状态205退出可以跟随功率级开关的第四转换207到第二“接通”状态208，例如当PWM输入继续指示PWM周期的“接通”部分时(PWM＝1)，并且当接收到第二时钟信号时(CLK＝1)。在功率级开关的第二“接通”状态208中，功率级可以向输出电容器108和输出LED负载110两者提供电荷。功率级102输出电流(I_PS)在功率级开关的第二个”接通”状态208的开始处不需要为零。

当功率级电流(I_PS)达到电流阈值(I_PEAK)时，可以发生功率级开关的第二“接通”状态208的退出-其可以是或可以不是与先前的当前阈值相同的值，从而导致第五过渡209到功率级开关的第二“断开”状态205。或者，从功率级开关的第二“接通”状态208退出可以跟随第六转换210 到功率级开关的第一“断开”状态201，例如当PWM输入指示PWM周期的“断开”时间时(PWM＝0)。在示例中，第六转换210不需要取决于功率级电流(I_PS)是否已达到电流阈值(I_PEAK)。

图3总体上示出了用于允许LED负载110的受控的低PWM深度调光的示例系统100的一部分。系统100可包括控制器电路101、功率级电路 102、输出电容器108和LED负载110。可以操作系统100以根据控制器 101的调光设定点向LED负载110提供平均电流。可以通过向LED负载 110施加脉冲宽度调制(PWM)电流来提供平均电流。通过在每个PWM 周期期间提供PWM开关106的更长的“接通”时间，可以实现更亮的LED 输出。相反，可以通过在PWM周期期间提供PWM开关106的较短“接通”时间来实现调光器输出。PWM周期的频率可以足够快，使得普通观察者的眼睛不能辨别LED负载110的开/关PWM循环。

功率级102可以包括开关调节器，其可以包括一个或多个功率级开关 303、304，以及诸如电感器314的能量存储元件。在某些示例中，二极管可以代替开关304，例如如图3所示。可以包括电流反馈回路330以用于操作开关调节器。一个或多个功率级开关303、304可以激励和去激励电感器314。输出电容器108可以帮助平滑输出电压，因为PWM电流被提供给LED负载110。PWM开关106可以由控制器101中的PWM控制电路控制。控制器101可以接收调光水平设定点，并且作为响应，可以改变 PWM开关106的“接通”时间以控制提供给LED负载110的电流。控制器101可以包括低调光电路160，例如即使当PWM导通时间变得非常短时，也可以帮助允许LED负载110的适当电荷转移和电流控制。

对于标称调光或不调光，PWM周期的“接通”时间可以相对较长，在这种情况下，功率级开关303和PWM开关106都可以与来自时钟131 的时钟信号协调或同步地闭合。反馈回路330可以包括误差放大器320，以帮助调整通过电感器314的电流的峰值电流阈值。误差放大器320可以将LED负载110的实际电流与期望的LED电流进行比较。期望的LED电流可以由固定或可调节的电流参考源322建立。电流参考源322的电流输出值可以被指定或固定，例如处于或接近系统100的一个或多个部件的额定极限。误差放大器320的输出可用于设定电感器电流的峰值电流阈值。峰值阈值电容器332可以保持表示峰值电流阈值电平的电压，并且当PWM 周期通过开关324处于“断开”状态时，峰值阈值电容器332可以与误差放大器320断开。反馈回路330可包括峰值电流检测器340，其可进一步包括峰值电流比较器326，以将表示实际电感器电流的信号与表示峰值电流阈值的信号进行比较。对于更长的PWM“接通”时间，电感器电流可以增加到峰值电流阈值，并且诸如峰值检测锁存器328的逻辑栅极可以重置功率级开关303，使得功率级102的电流开始下降。如果PWM周期的“接通”时间保持有效，则在接收到另一个时钟脉冲时，可以再次设置功率级开关303，并且当电感器314通电时，经由电感器314的电流可以再次增加。电感器314的开关周期可以继续重复，直到PWM周期的“断开”时间开始。

当PWM周期的初始“接通”时间非常短时，低调光电路160可以改变功率级开关303的操作方式。例如，在接收到指示PWM“接通”时间的信号时，功率级开关303可以被计时以激励电感器314，从而增加通过电感器314的电流。设置峰值检测锁存器328的输出，并设置低调光电路 160的输出349。对于每个PWM开关周期，低调光电路160指示电感器电流是否已达到峰值电流阈值。例如，低调光电路160的输出349在每个 PWM“接通”时间的开始时最初变为“高”，以指示在该PWM周期期间电感器电流尚未达到峰值电流阈值(I_PEAK)。由于峰值电流锁存器328的输出为高并且低调光电路160的输出为高，所以系统的AND栅极350的输出可以操作以命令功率级开关303被关闭，或者为该示例系统100设置。

最初，低调光电路160可以操作以忽略PWM信号转换到PWM周期的“断开”状态，直到电感器电流(I_PS)至少第一次达到峰值电流阈值 (I_PEAK)。因此，在PWM周期的短“接通”时间周期内-对于非常低的调光间隔-即使在PWM周期的“断开”时间期间，额外的电流也可以向输出电容器108提供额外的电荷，例如以允许由调光设定点建立的期望平均电流被传递到LED负载110。通过允许功率级102在PWM周期的非常短的“接通”时间之外对输出电容器108充电，可以建立该期望的平均电流。

在示例中，低调光电路160可以包括锁存器348、包括第一反相器342 的第二锁存器、第一NAND栅极344、第二NAND栅极346和第二反相器352。调光电路160可以包括用于接收PWM信号和峰值电流比较器326 的输出的输入。在PWM信号的“接通”间隔期间，低调光电路160的输出349被设置为“高”。锁存器348可以在复位输入端接收峰值电流比较器 326的输出。锁存器348的输出通常保持“高”，直到峰值电流比较器326 的输出指示电感器电流(I_PS)已达到峰值电流阈值(I_PEAK)。在接收到电感器(I_PS)的电流已满足峰值电流阈值(I_PEAK)的指示时，低调光电路160 的输出的锁存器348被释放到“低”状态。第一NAND栅极344和第二NAND栅极346的组合形成另一个锁存器，其当PWM信号为“高”时，允许PWM信号使第一NAND栅极344的输出和控制栅极350的输入“高”，但是当PWM信号为“低”时，禁止PWM信号使第一NAND栅极344的输出和控制栅极350的输入“低”，除非低调光电路160的输出已经处于低状态。

图4总体上示出了与在具有短“接通”间隔(例如，非常低调光)的 PWM周期期间以及在具有较长“接通”间隔的后续PWM周期期间操作图3的系统相关联的波形的概念性示例。图4中所示的波形示出了功率级电流431、PWM信号432、开关模式功率调节器时钟信号433和输出电容器108两端的电压434的概念化示例。对于短PWM“接通”间隔(例如，图4中的t₀→t₁)，允许电感器通电超过短PWM“接通”间隔的持续时间，例如以允许足够的能量传递到输出电容器108和LED负载110。该能量传递可包括短PWM“接通”时间内的能量传递和PWM“断开”时间期间的额外能量传递。在短PWM“接通”时间结束之后，可以操作功率级开关以允许继续传送电荷直到达到峰值功率级电流。PWM”断开”时间期间的额外电流可以对电容器108两端的电压充电，使得如果下一个PWM“接通”时间短，则电容器108的初始电压可以处于足以允许向LED负载110提供与调光设定点相称的平均电流。

对于更长的PWM“接通”间隔(t₂→t₃)，每当功率级电流达到峰值电流阈值并且遇到下一个时钟信号转换(t₄)时，可以循环功率级开关。一旦功率级开关被操作使得功率级电流第一次达到峰值电流阈值，则功率级电感器不再被允许在PWM“接通”时间结束之后被激励。这可以通过打开功率级电感器和电源电压之间的功率级开关来实现。即使在功率级开关打开之后，功率级电感器也可以继续向输出电容器108提供电流，以将功率级电感器与电源电压隔离。

图5总体上示出了扩展或补充电荷转移的方法500的示例的状态图。可以从功率级开关的第一“断开”状态501开始解释方法500。指示转换到PWM周期(PWM＝1)的“接通”时间的PWM输入可以触发第一状态转换502，例如操作功率级开关的第一“接通”状态503。除了通过转换到PWM周期的“接通”状态而触发之外，第一状态转换502可以与开关功率转换器的时钟同步。例如，PWM“接通”周期(PWM＝1)的上升沿可以与开关调节器时钟信号的上升沿同步，以触发第一状态转换502到操作功率级开关的第一“接通”状态503。电源开关可以包括或布置在降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器或可以包括在功率级102中的其他开关调节器配置中。在第一“接通”状态503期间，功率级调节器可以向中间节点提供充电电流(I_PS)，例如可以位于输出电容器108的端子处。在第一“接通”状态503中，当PWM开关106闭合时，功率级调节器可以向输出电容器108和LED负载110提供能量。最初，在第一“断开”状态501，功率级电感器电流(I_PS)可以为零，并且在第一状态转换502到第一“接通”状态503时，功率级电感器电流可以开始增加。第一“接通”状态503可以继续，直到满足固定或可调节的目标或第一峰值功率级电流阈值(I_PEAK1)。

在功率级电流(I_PS)满足第一峰值阈值(I_PEAK1)时，连同PWM周期”接通”时间保持有效(PWM＝1)，可以发生第二状态转换504，例如从第一”接通”状态503转换回第一“断开”状态501。只要PWM周期“接通”时间保持有效(PWM＝1)，就可以发生第一“断开”状态501和第一“接通”状态503之间的进一步类似的第一和第二转换502、504。

当PWM周期的“接通”时间结束(PWM＝0)时，可以从第一“断开”状态501发生第三转变505，或者可以从第一“接通”状态502使第四转变506可以发生到第二“断开”状态507。在第二“断开”状态507期间，功率级电感器电流(I_PS)可以随着其电荷被转储到输出电容器108而减小。当功率级电流下降并到达阈值(例如，I_PS＜＝0)时，可以发生第五转变508，例如从第二“断开”状态507到第二”接通”状态509。在功率级开关的第二“接通”状态509期间，功率级电流(I_PS)可以再次增加，因为功率级电感器通过功率级调节器的功率级开关(例如，图6A或6B，303)被激励。然后，当增加的功率级电流(I_PS)达到次级峰值阈值(I_PEAK2)时，可以发生第六状态转换510，例如从第二“接通”状态509到第一“断开”状态501，其中功率级调节器的切换操作被中断和空转。在接收到指示转换到下一个PWM周期“接通”时间(PWM＝1)的下一个PWM输入时，可以触发从第一“断开”状态到第一个“接通”状态的另一个第一转换502。

使用图5的状态图描述的方法500可以允许LED负载110的非常低的调光，例如通过在下一个PWM“断开”时间间隔期间提供额外的电荷转移来补充非常短的PWM“接通”周期时间间隔的电荷转移。对于非常短的PWM“接通”时间，在PWM“接通”时间期间传送的电荷可能不足以满足期望的调光设定点，使得LED负载110可以看起来闪烁或关闭而不是在期望的PWM调暗水平。然而，在PWM“断开”时间间隔期间提供补充电荷转移的方法500虽然没有直接提供给LED负载110，但是可以用于将输出电容器108充电到可以允许平均电流满足所需调光水平的电压水平，例如包括在下一个PWM“接通”循环期间。

图6A总体上示出了用于提供LED负载110的受控低PWM调光的系统100的部分的示例。系统100可包括控制器101、功率级102、输出电容器108，并且可包括或耦合到LED负载110。可以操作系统100以向LED 负载110提供与控制器101的调光设定点相称的平均电流。可以通过向 LED负载110施加脉冲宽度调制(PWM)电流来提供期望的平均电流。通过在每个PWM周期期间提供PWM开关106的更长的PWM周期“接通”时间，可以提供更亮的LED光输出。相反，可以在PWM周期期间使用PWM开关106的较短PWM周期“接通”时间来提供调光器LED光输出设置。PWM周期的频率可以处于足够高的频率，使得平均观察者的眼睛不需要检测LED负载110的PWM开/关循环。

功率级102可以包括开关调节器，例如可以包括一个或多个功率级开关303、304和电感器314。电感器可用于向LED负载110提供电荷并对输出电容器108充电。功率级102可包括电流反馈回路330，以帮助控制开关调节器的切换。输出电容器108可以帮助平滑施加到LED负载110 的输出电压和电流。系统100还可以包括PWM开关106，以便允许LED 负载110的调光，并且控制器101可以包括PWM控制电路。控制器101 可以接收调光水平设定点并且可以改变PWM开关106的“接通”时间，以便控制提供给LED负载110的电流。控制器101可以包括低调光电路 160，例如即使当PWM导通时间非常短时，也允许LED负载110的适当电荷转移和电流控制。

对于标称调光或不调光，PWM周期“接通”时间可以相对较长，并且功率级开关303的闭合和PWM开关106的闭合以启动PWM“接通”状态可以是协调的或同步的，例如可以包括使用时钟信号，例如来自时钟 131。反馈回路330可以包括误差放大器320，例如可以用于调整电感器 314的峰值电流阈值。误差放大器320可以将LED负载110的实际电流与期望的LED电流进行比较。可以使用固定或可调节的电流参考源322来建立期望的LED电流。可以建立电流参考源322的输出，使得LED负载电流可以处于或接近系统100的一个或多个部件的最大额定电流限制。误差放大器320的输出可以为电感器电流建立峰值电流阈值。峰值阈值电容器 332可以用于保持表示目标峰值电流阈值电平的电压，并且当PWM周期通过开关324处于“断开”状态时可以与误差放大器320断开。反馈回路 330还可以包括峰值电流检测器340，例如可以包括第一峰值电流比较器 326和第二峰值电流比较器626。第二峰值电流比较器626可以接收表示系统100的功率传输部件的额定电流限制的比较阈值(V_RATED)，例如电感器314的最大额定电流限制或功率级开关303的最大额定电流限制。第一峰值电流比较器326可以将实际电感器电流(I_PS)与目标峰值电流阈值 (I_PEAK)进行比较，例如可以通过误差放大器320调整其阈值并将其存储在峰值阈值电容器332上。

在图6A中，可以操作系统100，使得电感器电流(I_PS)可以增加到以下值中的较低者：(1)额定峰值阈值(V_RATED)或(2)目标峰值电流阈值(I_PEAK)。逻辑栅极，例如峰值检测锁存器328，可以复位功率级开关 303的接通/断开操作状态，使得功率级102的电流(I_PS)在重置到功率级开关“断开”状态时开始减小。如果PWM周期“接通”时间保持有效，则在接收到另一个时钟脉冲时，功率级开关303可以再次设置到功率级开关“接通”级，并且电感器214可以再次通电，从而增加电感器电流(I_PS)。即使在电感器中使用存储的能量，即使在电感器通过在功率级开关“接通”阶段切换功率级开关303而重新通电之前，通过电感器214的功率级电流 (I_PS)即使在功率级开关“断开”状态下也可以继续流动。

当PWM周期的“接通”时间结束，并且PWM周期的”断开”时间开始时，低调光电路160可以在PWM周期的”断开”时间期间提供功率级开关303的二次操作循环。在功率级开关303的二次操作循环期间，低调光电路160的第一锁存器663的输出可以使用电压源665激活比较，电压源 665可以选择性地耦合在峰值阈值电容器332和第一峰值电流比较器326 的反相输入之间。电压源665在未被激活时，例如，通过低调光电路160 的触发器666的输出，可以提供由峰值阈值电容器332上的存储电压表示的目标峰值阈值(I_PEAK)的零伏偏移。当电压源665被激活时，偏移电压源665可以从目标峰值阈值(I_PEAK)中减去额定峰值阈值(V_RATED)，以便为功率级开关303的二次循环提供代表第二峰值阈值(I_PEAK2)的电压。对于目标峰值阈值(I_PEAK)等于或小于额定峰值阈值(V_RATED)的二次循环，可以将第二峰值阈值(I_PEAK2)设置为最小默认值。可以建立初始初级功率级开关周期提供的电荷和次级功率级开关周期的电荷之和，以便在完整的 PWM周期内提供与深度调光设定点的电平相称的平均电流，并具有非常短的PWM周期”接通”时间。

在PWM“接通”时间结束之后，低调光电路160可以监视提供给输出电容器108的功率级电流(I_PS)。当功率级电流(I_PS)下降到达低电流阈值时，低调光电路160的电流谷比较器662可以触发功率级开关303的二次循环。例如，当PWM“接通”时间结束时，反馈回路330中的栅极 350的输出可以“低”，允许功率级开关303停止激励电感器以增加功率级 102的功率级电流(I_PS)。谷电流检测器662可以将电感器314的功率级电流(I_PS)与谷阈值进行比较。当电感器314的功率级电流下降到或低于谷值阈值时，谷值电流比较器662的输出响应地变为“高”。低调光电路160 的第一锁存器663可以接收谷值电流比较器662的输出，例如通过低调光电路160的第二栅极664。谷值电流比较器662的输出可以用于触发功率级开关303以关闭辅助循环。在二次循环期间，第一锁存器663的输出可以激活偏移电压电路665以修改跨越峰值阈值电容器232保持的目标峰值阈值(I_PEAK)，例如，减去偏移量以建立较低的值，以建立第二个峰值阈值(I_PEAK2)。当功率级电流(I_PS)增加到足以满足第二峰值阈值(I_PEAK2)时，低调光电路160的第一锁存器663可以打开功率级开关303，并且停用偏移电压电路665。当下一个PWM周期的“接通”时间开始时，电感器314的周期可以恢复。

图6B通常示出了峰值电流检测器340的逻辑的另一示例。图6B的示例可包括第一峰值检测器627，第二峰值电流检测器626，逻辑栅极328 和多路复用器629。第二峰值电流比较器626可以接收比较阈值，该比较阈值可以表示系统600的功率传输部件的额定电流限制，例如电感器314 的最大额定电流限制或功率级开关303的最大额定电流限制，并且可以将功率级102的实际电流与阈值进行比较。第一峰值电流比较器627可以将输入值与两个阈值之和进行比较。在这两个阈值中，第一阈值可以是目标峰值电流阈值，由误差放大器320调整并存储在峰值阈值电容器332上，并且第二阈值可以由多路复用器629提供。在功率级开关30的第一“接通”时间期间-在PWM周期的“接通”时间期间，多路复用器629可以向第一峰值电流比较器626提供零偏移作为第二阈值。在电源开关203的第二“接通”时间期间-在PWM周期的”断开”时间期间-多路复用器629可以提供代表系统100的功率传输部件的额定电流限制的阈值作为第一峰值电流比较器626的第二阈值。第二触发器的输出可用于控制多路复用器629。

图7总体上示出了与操作图6A或6B的系统相关联的特定波形的示例，例如在具有短“接通”间隔(例如，非常低调光)的PWM周期期间以及具有更长“接通”间隔的后续PWM周期期间。所示波形包括功率级电流731、PWM信号732、用于功率级102的开关调节器的时钟信号733、以及输出电容器108两端的电压734。对于短PWM“接通”间隔，可以允许电感器在短PWM”接通”间隔的持续时间内通电。对于非常短的PWM“接通”时间，功率级102可能在非常短的PWM“接通”时间期间不能传输足够的电荷以满足LED负载110的期望光强度调光所需的能量。因此，在短PWM之后“接通”时间结束，调光控制逻辑可以等待功率级电流下降并达到谷值阈值，并且可以在PWM“断开”时间内控制电源开关的第二个周期。例如，可以基于一个或多个先前PWM”接通”时间的长度或者基于实际调光设定点来确定第二电源开关循环的次级峰值阈值的大小。功率级电感器可以使用功率级开关通电，直到通过电感器的功率级电流增加到并达到次级峰值阈值。该第二周期的额外电流可以帮助对输出电容器108 充电，使得在下一个PWM“接通”时间输出电容器108两端的电压可以处于足够的水平，以允许LED负载110提供与调光设定点相称的平均电流。

对于较长的PWM“接通”间隔，每当功率级电流达到峰值电流阈值时，可以循环功率级开关。在这种较长的PWM“接通”时间结束时，功率级电感器断电，而功率级电流可以继续向输出电容器108提供电流。在这种较长的PWM“接通”时间结束后，调光控制逻辑可以等待功率级电流下降并达到谷值阈值。然后，调光控制逻辑可以控制电源开关的分数或其他第二周期，例如在PWM“断开”时间期间的短暂默认持续时间。对于更长的PWM“接通”时间，PWM“断开”时间期间电源开关的第二个周期可能不是所希望的，或者可能提供可忽略的影响。可以可选地包括附加的调光逻辑，例如在较长的PWM“接通”时间之后禁止电源开关的第二周期。

图8总体上示出了使用图3的调光电路160和图6A和6B的低调光电路160的组合来操作系统的方法的示例的状态图。该方法可以从功率级开关的第一“断开”状态801开始解释。从功率级开关的第一“断开”状态 801到第一“接通”状态803的第一状态转换802可以在接收到指示转换到PWM周期的PWM“接通”时间(PWM＝1)的PWM输入时发生，例如与功率级的开关调节器的时钟(CLK＝1)的上升沿同步。功率级的开关和开关调节器可以配置为降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器或其他配置。在电源状态开关的第一“接通”状态803期间，开关调节器可以将电荷提供给LED电路的中间节点，例如在输出电容器108处，该输出电容器108又可以通过PWM开关106耦合到LED负载110。当PWM开关闭合时，开关调节器可以提供输出电容器108和LED负载110。最初，在功率级开关的第一“断开”状态801，通过功率级的电感器的电流(I_PS) 可以从零开始然后可以增加。操作可以在功率级开关的第一“接通”状态 803处继续，直到功率等级电流(I_PS)满足目标电流阈值(I_PEAK1)，例如，不管PWM周期的PWM“接通”时间是否已过期。

在804，可以从功率级开关的第一“接通”状态803到功率级开关的第二“断开”状态发生第二状态转换，例如当实际功率级电流(I_PS)满足电流阈值(I_PEAK1)时。在功率级开关的第二“断开”状态805期间，可以中断功率级的供电路径。然而，存储在功率级电感器内的能量仍然可以提供电流以对输出电容器108充电，并且可能经由PWM开关106对LED负载110充电。在第二“断开”状态805操作时的电流通常减小。

在807处，可以发生从功率级开关的第二“断开”状态805到第二“接通”状态808的第三状态转换，例如当PWM输入继续指示PWM周期的 PWM“接通”时间时(PWM＝1)，并且接收第二时钟信号(CLK＝1)。在功率级开关的第二“接通”状态808，功率级的开关调节器可以通过PWM 开关106向输出电容器108和输出LED负载110提供电荷。来自功率级的输出的电流在功率级开关的第二“接通”状态808的开始处不需要为零。

在814处，如果PWM周期的PWM“接通”时间保持有效，并且功率级电流满足峰值阈值(I_PEAK1)，则可以发生第四状态转换814，将操作返回到第二“断开”状态805。只要PWM周期的“接通”时间保持有效 (PWM＝1)，操作就可以在第二“断开”状态805和第二“接通”状态808之间循环。

在功率级开关的第二“断开”状态805或第二“接通”状态808，操作可以分别跟随第五状态转换806或第六状态转换809到第三“断开”状态810，例如，当PWM周期进入PWM“断开”状态(PWM＝0)时。在功率级开关的第三“断开”状态810期间，功率级电流(I_PS)可以随着电荷从功率级电感器转储到输出电容器108而减小。

在812处，当功率级电感器电流下降到并达到谷值阈值(例如，诸如零)时，方法800可以经历功率级开关的第七状态转换812到第三“接通”状态811。在功率级开关的第三“接通”状态811期间，功率级电感器可以再次通电。

在813，当功率级电感器电流增加到并达到次级峰值阈值(I_PEAK2)时，可以发生第八状态转换813，从功率级开关的第三“接通”状态812到功率级开关的第一“断开”状态801。在接收到指示转换到后续PWM周期的PWM“接通”时间的另一个PWM输入(PWM＝1)时，方法800可以继续，例如通过以上述方式重复。

以上详细描述包括对附图的参考，附图形成详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。这些示例可以包括除了所示出或描述的那些之外的元件。然而，本发明人还考虑了仅提供所示出或描述的那些元件的实例。此外，本发明人还考虑使用所示或所述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例、关于特定示例(或其一个或多个方面)、或关于本文示出或描述的其他示例(或其一个或多个方面)。

如果本文档与通过引用并入的任何文档之间的使用不一致，则以本文档中的用法为准。

在该文献中，术语“一”或“一个”在专利文献中是常见的，包括一个或多于一个、独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文件中，术语“或”用于表示非排他性的，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”，除非另有说明表示。在本文件中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的等同词。此外，术语“包括”和“包含”是开放式的，即包括除了在该术语之后列出的元素之外的元素的系统、装置、物品、组合物、制剂或过程仍然被认为落入所讨论的主题的范围内。此外，例如可以在权利要求中出现的术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求。

这里描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子设备以执行如以上示例中描述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、更高级语言代码等。此类代码可包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在一个例子中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如压缩盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。

以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。提供摘要允许读者快速确定技术公开的性质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在以上详细描述中，各种特征可以组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图无人认领的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。以下方面作为示例或实施例结合到具体实施方式中，每个方面作为单独的实施例独立存在，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。

Claims

1.一种驱动发光二极管LED以允许调光同时减少或避免闪烁的脉冲宽度调制方法，包括使用第一信号来控制开关以通过LED使中间节点放电，以及使用第二信号来控制开关以对所述中间节点充电，该方法包括：

反复执行以下步骤：

(a)当所述第一信号开始通过LED使所述中间节点放电的周期时，触发所述第二信号以开始第一开关周期来对所述中间节点充电，直到满足充电参数第一目标值为止；

(b)然后，当满足所述充电参数第一目标值时，触发所述第二信号结束所述第一开关周期以对所述中间节点充电，而不管用于使所述中间节点放电的相同周期是否已经结束；和

(c)然后，允许第二和进一步的开关周期用于在所述中间节点放电的相同周期内对所述中间节点充电，直到用于使所述中间节点放电的相同周期已经结束，然后触发返回执行步骤(a)。

2.权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)中，当用于使所述中间节点放电的相同周期已经结束时，触发所述第二信号以开始分数开关周期以对所述中间节点充电，直到满足充电参数第二目标值，然后触发返回执行步骤(a)。

3.权利要求2所述的方法，其中所述充电参数第二目标值的幅度低于所述充电参数第一目标值。

4.权利要求1所述的方法，其中所述充电参数第一目标值是用于通过由所述第二信号控制的开关对所述中间节点充电的电感器的电感器电流。

5.权利要求1所述的方法，其中所述中间节点耦合到电容器。

6.一种使用脉冲宽度调制对发光二极管LED进行调光的方法，该方法包括：

当电感器的电流在脉冲宽度调制开关周期的导通时间结束时没有达到目标电流时，并且在脉冲宽度调制开关周期的初始导通时间内，允许所述电感器的电流在脉冲宽度调制开关周期的下一个“断开”时间间隔期间达到目标电流，其中所述电感器通过脉冲宽度调制开关耦合到LED；和

当电感器的电流在随后的脉冲宽度调制开关周期的导通时间结束之前到达目标电流时，在脉冲宽度调制开关周期的导通时间结束时中断所述电感器的激励。

7.权利要求6所述的方法，其中所述电感器被包括在调节器中，所述调节器还包括电感器激励开关，并且其中该方法包括：

使用所述激励开关与时钟同步地激励所述电感器。

8.权利要求7所述的方法，其中LED通过脉冲宽度调制开关耦合到所述调节器的输出，并且该方法包括：

在脉冲宽度调制开关周期的导通时间期间，通过脉冲宽度调制开关向LED提供电流。

9.权利要求8所述的方法，包括同步脉冲宽度调制开关周期的导通时间的开始和关闭所述激励开关的时钟。

10.一种脉冲宽度调制驱动器，用于允许发光二极管LED负载的深度调光，所述脉冲宽度调制驱动器包括：

控制功率级开关的第一输出，所述功率级开关被配置为将功率级的能量存储部件与电源电压耦合和去耦；

控制脉冲宽度调制开关的第二输出，所述脉冲宽度调制开关被配置为将所述功率级的输出与LED负载耦合和去耦；

脉冲宽度调制控制电路，被配置为接收调光控制参数，并根据所述调光控制参数调制所述脉冲宽度调制开关的导通时间；和

低调光电路，被配置为通过所述第一输出维持所述功率级开关的闭合状态，直到在进入初始脉冲宽度调制周期的导通时间之后满足所述功率级的目标电流；和

其中所述低调光电路包括：第一锁存器，所述第一锁存器被配置为在所述初始脉冲宽度调制周期的导通时间期间在第一状态下提供第一锁存器输出，并且在转换到所述初始脉冲宽度调制周期的关闭状态期间初始抑制所述第一锁存器输出转换到第二状态。

11.权利要求10所述的脉冲宽度调制驱动器，包括比较器，该比较器被配置为提供所述目标电流与所述功率级的电流的比较的指示；和

其中所述第一输出是AND栅极的输出，具有被配置为接收所述低调光电路的比较和输出的指示。

12.权利要求10所述的脉冲宽度调制驱动器，其中所述低调光电路包括第二锁存器，所述第二锁存器被配置为接收所述第一锁存器的比较和反相输出的指示，并且在转换到所述初始脉冲宽度调制周期的关闭状态期间释放抑制所述第一锁存器输出转换到第二状态。

13.权利要求10所述的脉冲宽度调制驱动器，包括所述功率级，并且其中所述能量存储部件包括电感器。

14.权利要求13所述的脉冲宽度调制驱动器，包括耦合到所述电感器的输出电容器，并且其中所述输出电容器被配置为经由所述脉冲宽度调制开关耦合到所述LED负载。

15.权利要求13所述的脉冲宽度调制驱动器，包括功率级开关，所述功率级开关被配置为在所述功率级的电压源和所述电感器之间耦合。

16.权利要求10所述的脉冲宽度调制驱动器，包括脉冲宽度调制开关。

17.低调光电路，用于当脉冲宽度调制周期的导通时间不允许足够的电荷转移到发光二极管LED负载以满足LED负载的低调光设定点时，保持LED负载的电流控制，所述低调光电路包括：

第一输入端，被配置为接收脉冲宽度调制开关控制信息；

第二输入端，被配置为接收功率级的峰值电流信息，该功率级被配置为经由脉冲宽度调制开关向LED负载供电；

用于控制所述功率级的电源开关的输出；和

控制电路，被配置为使用脉冲宽度调制开关控制信息和峰值电流信息，使电源开关的第一开关周期与到所述电源开关的第一状态的转换和脉冲宽度调制开关的转换同步到脉冲宽度调制周期的导通状态，并且在所述脉冲宽度调制周期期间保持所述电源开关的第一状态，无论所述脉冲宽度调制开关控制信息如何，并且直到所述峰值电流信息指示所述功率级的电流已经满足峰值电流阈值，并且在电源开关的后续开关周期期间，在脉冲宽度调制周期期间，当所述脉冲宽度调制周期的导通状态结束时，将所述电源开关从所述第一状态转换到第二状态。

18.权利要求17所述的低调光电路，其中所述输出是逻辑栅极的输出，所述逻辑栅极具有被配置为接收峰值电流信息的第一输入。

19.权利要求18所述的低调光电路，其中所述控制电路包括第一锁存器，所述第一锁存器被配置为当脉冲宽度调制开关控制信息指示脉冲宽度调制周期的导通状态时在第一状态下提供第一锁存器输出，并且当所述脉冲宽度调制控制信号指示脉冲宽度调制周期的关闭状态时，初始抑制所述第一锁存器输出转换到第二状态。

20.权利要求19所述的低调光电路，其中所述控制电路包括第二锁存器，所述第二锁存器被配置为接收所述第一锁存器的峰值电流信息和反相输出，并且当脉冲宽度调制控制信号指示脉冲宽度调制周期的关闭状态期间释放抑制所述第一锁存器输出转换到第二状态。