CN110536509B - 调光控制方法和调光控制电路及应用其的功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种调光控制方法、调光控制电路和应用其的功率变换器。本发明实施例的技术方案通过调光信号调节功率变换器的开关周期的长度，同时根据功率级变换器的输出信号控制功率级电路的功率开关的开关状态，或者根据调光信号控制功率开关的开关状态，避免了在调光信号设定值较小时由于电路系统内部放大器的有限响应时间、电流基准信号和调光信号之间的非线性关系等导致输出电流精度差的问题，提高了电流精度，同时实现了组合调光以提高调光深度，并展宽了调光范围。

Description

调光控制方法和调光控制电路及应用其的功率变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及发光二极管照明技术，更具体地，涉及一种调光控制电路，调光控制方法和功率变换器。
背景技术
在照明应用中，LED负载因具有低功耗、频闪速度快等优点而得到了广泛的应用。在现有的LED负载照明系统中，功率变换器通过脉宽调制方式控制功率级电路向LED负载提供输出电流以点亮LED负载。同时功率变换器根据调光信号的设定值(例如占空比)调节LED负载的亮度，从而实现调光。
但是，在这种LED负载照明系统中，当调光信号的设定值较小时，即调光深度较深时，功率变换器对LED负载调暗，输出电流不再随调光信号变化，通常称为“调光死区”，同时功率级电路可能无法及时向LED负载提供足够的能量，导致输出电流的精度变差，出现灯闪等问题。因此在低调光应用中，由于调光信号的设定值较小，调光深度较深，电流误差积累，从而限制了调光深度。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种调光控制电路和调光控制方法，根据调光信号调节功率变换器的开关周期的长度，以在调光信号的设定值较小时，以有效地提高电流精度，提高调光深度，实现宽范围调光。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种调光控制方法，用于控制功率变换器对LED负载进行调光控制，根据调光信号调节所述功率变换器的开关周期的长度，以使所述功率变换器产生与所述调光信号相对应的驱动电流。
优选地，根据与所述调光信号相关的第一调节信号调节所述功率变换器的电感电流为零值的时间区间的长度来改变所述开关周期的长度。
优选地，述开关周期包括第一时间区间和第二时间区间；在所述第一时间区间内，根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间的误差的第一补偿信号控制所述功率变换器的功率级电路的功率开关的开关状态；在所述第二时间区间，根据第二补偿信号调节所述功率开关的开关状态。
优选地，所述第二补偿信号被配置为与在所述第一时间区间的结束时刻的所述第一补偿信号相一致。
优选地，在所述第二时间区间，所述电流基准信号不参与对所述功率开关的占空比的调节。
优选地，根据与所述调光信号相关的第一调节信号调节所述第二时间区间的长度。
优选地，所述第一调节信号被配置为表征所述调光信号的调光深度。
优选地，所述电流基准信号被配置为与期望的驱动电流相对应。
优选地，基于所述调光信号和所述第一调节信号，生成第二调节信号；
根据所述第二调节信号调节所述电流基准信号；以及
根据所述第一调节信号调节所述开关周期的长度，以获得与所述调光信号相对应的驱动电流。
优选地，所述第一调节信号和所述第二调节信号的占空比的乘积与所述调光信号的调光深度所对应的占空比成正比例关系。
优选地，根据所述第二调节信号和与所述调光信号相对应的期望驱动电流生成所述电流基准信号。
优选地，所述第一时间区间的长度由所述调光信号最大设定值确定。
优选地，根据所述第一调节信号调节所述功率开关的关断时间来调节所述第二时间区间的长度。
优选地，根据第一斜坡信号和第二斜坡信号的比较，来确定所述功率开关的导通时刻；其中，
所述第一斜坡信号在所述第一时间区间内按照第一斜率上升，在所述第二时间区间内维持在所述第一时间区间的结束时刻的数值；
所述第二斜坡信号，在所述第一时间区间和第二时间区间内按照第二斜率上升。
优选地，所述调光信号为模拟信号或脉宽调制信号。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种调光控制电路，用于控制功率变换器对LED负载进行调光控制，根据调光信号调节所述功率变换器的开关周期的长度，以使所述功率变换器产生与所述调光信号相对应的驱动电流。
优选地，所述调光控制电路包括第一控制电路，用以根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间的误差控制所述功率变换器的功率级电路的功率开关。
优选地，所述调光控制电路包括第一控制电路，用以在所述开关周期的第一时间区间内根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间的误差的第一补偿信号来控制所述功率变换器的功率开关，在所述开关周期的第二时间区间，根据第二补偿信号控制所述功率开关。
优选地，所述第一时间区间的长度由一时钟信号进行控制。
优选地，所述第一时间区间的长度由所述调光信号的最大设定值确定。
优选地，所述第二补偿信号被配置为与在所述第一时间区间的结束时刻的所述第一补偿信号相一致。
优选地，所述调光控制电路还包括第二控制电路，用以根据所述调光信号调节所述开关周期的长度。
优选地，根据所述调光信号产生第一调节信号和第二调节信号；
根据所述第二调节信号调节所述电流基准信号；
根据所述第一调节信号调节所述开关周期的长度，以获得与所述调光信号相对应的驱动电流。
优选地，所述第一调节信号和所述第二调节信号的占空比的乘积与所述调光信号的调光深度所对应的占空比呈正比例关系。
优选地，所述第一控制电路包括：
电流基准信号产生电路，接收所述第二调节信号，以产生与所述第二调节信号相关的所述电流基准信号；
电流模式控制电路，根据补偿信号和所述采样信号产生第一控制信号以调节所述功率开关的占空比，其中所述补偿信号表征在所述第一时间区间内所述采样信号和所述电流基准信号之间的误差。
优选地，所述电流模式控制电路在所述第一时间区间内，采样所述补偿信号；在所述第二时间区间内，保持所述补偿信号。
优选地，所述电流模式控制电路包括：
误差放大器，接收所述采样信号和所述电流基准信号以产生所述补偿信号；
第一开关，其第一端耦接至所述误差放大器的输出端，控制端接收时钟信号；
比较电路，其第一输入端接收所述采样信号，第二输入端耦接至所述第一开关的第二端，输出端产生所述第一控制信号。
优选地，所述第二控制电路包括：
第一斜坡信号产生电路，用于在所述第一时间区间内按照第一斜率产生第一斜坡信号；
第二斜坡信号产生电路，在所述第一时间区间和第二时间区间按照第二斜率产生第二斜坡信号，其中所述第二斜率和与所述调光信号相关的第一调节信号的占空比呈正比；
比较电路，当所述第二斜坡信号达到所述第一斜坡信号，产生脉冲信号，以调节所述功率变换器的开关周期。
优选地，时钟信号控制所述第一斜坡信号在所述第一时间区间内上升至最大值，在所述第二时间区间内维持在所述第一时间区间的结束时刻的数值，其中所述时钟信号的周期与所述功率变换器的开关周期相等。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种功率变换器，包括：
输入端，接收直流输入信号；
输出端，产生与所述调光信号相对应的驱动电流以驱动LED负载；和
如第二方面所述的任一项调光控制电路。
本发明实施例的技术方案通过调光信号调节功率变换器的开关周期的长度，同时根据功率级变换器的输出信号控制功率级电路的功率开关的开关状态，或者根据调光信号控制功率开关的开关状态，避免了在调光信号设定值较小时由于电路系统内部放大器的有限响应时间、电流基准信号和调光信号之间的非线性关系等导致输出电流精度差的问题，提高了电流精度，同时实现了组合调光以提高调光深度，并展宽了调光范围。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的带有调光控制电路的功率变换器的电路图；
图2是本发明实施例的调光控制电路的电路图；
图3是本发明实施例的调光控制电路的工作波形图；
图4是本发明实施例的调光控制方法流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明提供了一种调光控制方法，用于控制功率变换器对LED负载进行调光。本发明的各种实施方式用于根据调光信号调节功率变换器的开关周期的长度，以使得所述功率变换器产生与所述调光信号相对应的驱动电流。所述驱动电流用于为光源提供能源，本实施例中的光源为发光二极管(LED)。
在本实施例中，所述开关周期包括第一时间区间和第二时间区间。在所述第一时间区间内，所述功率开关的开关状态根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间的误差的第一补偿信号进行调节；在所述第二时间区间内，所述功率开关的开关状态根据第二补偿信号进行调节，以控制功率级电路的功率开关的导通时间，其中所述电流基准信号与期望的驱动电流相对应。根据多种实现方式，所述第二补偿信号可以为与在所述第一时间区间的结束时刻的所述第一补偿信号相一致，并且所述电流基准信号在所述第二时间区间内不参与对所述功率开关的调节。所述功率变换器根据与所述调光信号相关的第一调节信号调节所述第二时间区间的长度以实现对开关周期的调节，其中所述第一调节信号可以表征所述调光信号的调光深度。在本实施例中，所述第一时间区间的长度由一时钟信号进行控制，第二时间区间长度根据调光信号进行调节。所述时钟信号的有效电平区间对应第一时间区间，例如时钟信号的有效电平为高电平。作为一个优选的实施例，所述第一时间区间的长度由所述调光信号的最大设定值确定。
在另一种实现方式中，根据调光信号和第一调节信号，产生第二调节信号。功率变换器根据第一调节信号调节开关周期的长度，根据第二调节信号调节所述电流基准信号，根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间的误差调节功率开关的导通时间，以获得与调光信号相对应的驱动电流，从而实现组合调光，提高调高深度。
在本发明中，当所述调光信号的设定值为最大值时，所述功率级变换器对应工作在最小开关周期，并且所述最小开关周期的长度等于所述第一时间区间的长度，此时驱动电流与最大的调光深度对应，LED负载调至最亮；当所述调光信号的设定值由最大值减小时，所述功率级变换器根据所述调光信号的设定值调节开关周期的第二时间区间的长度，以获得与不同调光深度相对应的驱动电流，满足LED负载的亮度与所述调光信号的设定值相对应。
在本发明中所述调光信号为模拟信号或脉宽调制(PWM)信号。调光器将接收到的PWM调光信号或模拟调光信号均处理成具有相应占空比的脉宽调制信号，以对LED负载进行调光，当调光信号为模拟信号时，调光器会将模拟信号转换成固定频率的、占空比随着模拟信号变化的调节信号。其中调节信号的占空比表示调光信号的设定值，例如100％占空比，即表示100％的亮度；10％占空比表示10％的亮度等等。
图1是本发明第一实施例的带有调光控制电路的功率变换器的电路图。如图1所示，本实施例的功率变换器包括功率级电路，所述功率级电路为BUCK拓扑，具体包括第一功率开关QM，其第一功率端与所述功率变换器的输入端连接；电感L1，其第一端与所述第一功率开关QM的第二功率端连接，第二端与所述功率变换器的输出端连接；第二功率开关QR，其第一功率端与电感Lf的第一端连接，第二功率端与所述功率变换器2的参考地连接，其中第一功率开关QM和第二功率开关QR互补导通。输入电容Cin与功率变换器的输入端连接，用于平滑输入电流或输入电压Vin。输出电容Co与所述功率变换器的输出端连接，用以平滑输出电流或输出电压Vout，并且与LED负载并联连接以提供能量存储。所述调光控制电路10根据调光信号调节功率变换器1的开关周期的长度，以获得与所述调光信号的调光深度相对应的驱动电流,从而对LED负载进行调光。
所述开关周期包括第一时间区间和第二时间区间，调光控制电路10在不同时间区间实现分时控制。调光控制电路10接收时钟信号fs，用以控制所述第一时间区间的长度。第二时间区间的长度根据调光信号进行调节。在本实施例中，第一时间区间长度为时钟信号fs的有效电平区间长度，例如高电平区间。作为一个优选的实施例，所述第一时间区间的长度由所述调光信号的最大设定值确定。
所述调光控制电路10包括调光器101，第一控制电路102和第二控制电路103。调光器101接收所述调光信号并产生与所述调光信号相关的第一调节信号Vdim1。在本实施例中，第一调节信号Vdim1可以表征所述调光信号的调光深度，其占空比与调光信号的设定值相对应，即第一调节信号Vdim1与PWM调光信号的占空比或模拟调光信号的电压设定值变化趋势相同。调光器101可以通过MCU来实现，通过检测外部PWM调光信号或模拟调光信号获得调光信号的设定值，并产生相应占空比的调节信号。应理解，调光器101也可以通过数字电路或是他方式实现上述功能，在此不再赘述。
第一控制电路102与功率变换器1的输出端耦合以采样驱动电流，并根据表征驱动电流的采样信号和电流基准信号产生第一控制信号End_ton以调节功率级电路的功率开关的开关状态。第二控制电路103根据第一调节信号Vdim1产生第二控制信号End_toff以调节所述第二时间区间的长度，从而实现对开关周期的调节。在本实施中，调光控制电路10还包括驱动电路104。驱动电路104根据第一控制信号End_ton和第二控制信号End_toff产生驱动信号HG和LG以分别控制第一功率开关QM和第二功率开关QL的导通和关断。
在一种实现方式中，第一控制电路102根据所述电流基准信号控制功率开关，从而使得功率级电路从输入端给LED负载提供能量，其中所述电流基准信号维持不变，并且与期望的驱动电流相对应。例如，第一控制电路102可以采用峰值电流模式控制，通过比较所述采样信号和表征所述采样信号与电流基准信号之间误差的补偿信号调节第一功率开关QM的导通时间。应理解，第一控制电路也可以采用恒定导通时间模式控制或其他方式，以实现对功率开关的导通时间的调节。
在另一种实现方式中，第一控制电路102在所述第一时间区间内，根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间误差的第一补偿信号控制所述功率开关的开关状态；在所述第二时间区间，根据第二补偿信号调节所述功率开关的开关状态，其中所述电流基准信号与期望的驱动电流相对应。本实施例中，所述第二补偿信号被配置为与所述第一时间区间的结束时刻的所述第一补偿信号相一致，例如在所述第一时间区间内，第一控制电路102采样所述第一补偿信号，在所述第二时间区间内保持所述第一补偿信号，并作为所述第二补偿信号用于控制第一功率开关QM的导通时间。
在本实施例中，第二控制电路103根据与所述调光信号相关的第一调节信号Vdim1调节所述开关周期的第二时间区间的长度，以使所述功率变换器产生与所述调光信号相对应的驱动电流，实现对LED负载的调光控制。在另一种实现方式中，功率变换器工作在非连续模式，电感电流在所述开关周期的第一时间区间内可能下降至零，在第二时间区间内，电感电流保持为零，第二控制电路103根据第一调节信号Vdim1调节电感电流为零值的时间区间的长度来改变所述开关周期的长度。
在本实施例中，开关周期的第一时间区间的长度对应调光信号的最大设定值，第二时间区间的长度根据调光信号变化。为了便于理解，本实施例以较大的调光信号设定值对应较大的第一调节信号的占空比为例进行说明。在某些应用场景下，也可以使得调光信号与第一调节信号的占空比成反比。由此，通过以相反的方式调节所述开关周期的第二时间区间，可以调节开关周期的长度
在另一个实施例中，所述功率变换器的功率级电路可以为BOOST、FLYBACK等用其它符合该条件的拓扑结构，而不限于所列举的BUCK拓扑。
图2是本发明第二实施例的带有调光控制电路的功率变换器的电路图。本实施例中功率变换器包括功率级电路，所述功率级电路为BUCK拓扑，与第一实施例中功率级电路结构相同，在此不再详述,并且与图1中电路结构相同的元件具有相同的附图标记。与第一实施例不同之处在于，本实施例中调光控制电路20根据调光信号分别调节功率级电路的功率开关的导通时间和开关周期的长度，从而产生与所述调光信号相对应的驱动电流，以对LED负载进行调光。调光器201根据调光信号产生第一调节信号Vdim1和第二调节信号Vdim2。应理解，第一调节信号和第二调节信号的占空比可以相等，也可以不相等，当第一调节信号和第二调节信号的占空比不相等时，分别对应不同的调光深度。
调光控制电路20包括第一控制电路202和第二控制电路203。第一控制电路202和第二控制电路203均接收时钟信号fs，用以控制开关周期的第一时间区间的长度。第一控制电路202在所述第一时间区间内，根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间误差的第一补偿信号控制所述功率开关的开关状态；在所述第二时间区间，根据第二补偿信号调节所述功率开关的开关状态，其中所述电流基准信号可以根据第二调节信号Vdim2和与所述调光信号相对应的期望驱动电流产生。本实施例中，所述第二补偿信号被配置为与所述第一时间区间的结束时刻的所述第一补偿信号相一致，例如在所述第一时间区间内，第一控制电路202采样所述第一补偿信号，在所述第二时间区间内保持所述第一补偿信号，并作为所述第二补偿信号用于控制所述功率开关的导通时间，从而在所述开关周期的第二时间区间内功率变换器的输出信号不再影响所述补偿信号，电流基准信号不参与对功率开关的开关状态的调节，因此在所述第二时间区间内避免了由于电路系统内部放大器的有限响应时间、电流基准信号和调光信号之间的非线性关系等导致输出电流精度差的问题，提高了电流精度
第二控制电路203接收第一调节信号Vdim1，并根据第一调节信号Vdim1调节所述功率开关的开关状态以调节所述第二时间区间的长度，从而实现对开关周期的调节。在本实施例中，功率变换器的开关周期具有根据应用环境设定的第一时间区间，第二控制电路203可以通过比较第一斜坡电压和第二斜坡电压调节第二时间区间的长度，其中所述第一斜坡电压可以根据第一时间区间的长度设定，所述第二斜坡电压可以根据第一调节信号Vdim1的占空比设定。随着电路设置方式的不同，第一时间区间的长度的设定条件也可以不同，例如采样信号在第一时间区间内可以表征整个开关周期内电感电流的变化范围。作为一个优选的实施例，第一时间区间的长度根据调光信号的最大设定值设定。
在本实施例中，第二调节信号Vdim2的设定值可以根据调光信号和第一调节信号Vdim1的设定值产生。作为一个优选的实施例，第一调节信号Vdim1和第二调节信号Vdim2的占空比的乘积与所述调光信号的调光深度相对应的占空比呈正比例关系。例如当调光信号的设定值为0.1，即调光信号对应的调光深度为0.1，第一调节信号和第二调节信号可以设置为不同占空比，例如第一调节信号Vdim1的占空比为0.2，则第二调节信号Vdim2的占空比可以为0.5。应理解，第一调节信号和第二调节信号的设定值均可以表示调光信号的调光深度，可以根据调光信号的调光深度分别设置第一调节信号和第二调节信号的占空比。本实施例根据调光信号的调光深度产生两个调节信号，以分别调节功率级电路的功率开关的开关周期和占空比，从而实现组合调光，提高了调光深度。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案通过第二控制电路根据调光信号调节功率变换器的开关周期长度，同时第一控制电路可以根据功率级变换器的输出信号控制功率开关的开关状态，或者根据调光信号控制功率开关的开关状态，避免了在调光信号设定值较小时由于电路系统内部放大器的有限响应时间、电流基准信号和调光信号之间的非线性关系等导致输出电流精度差的问题，提高了电流精度，同时实现了组合调光以提高调光深度，并展宽了调光范围。
图3是本发明实施例的调光控制电路的电路图。如图3所示，本实施例调光控制电路20包括第一控制电路202和第二控制电路203。第一控制电路202根据第二调节信号Vdim2调节电流基准信号VREF1以控制功率开关的开关状态。第二控制电路203根据第一调节信号Vdim1调节功率变换器的开关周期的长度，以使得流过LED负载的驱动电流与调光信号的调光深度相对应，从而实现组合调光，提高调光深度。
第一控制电路202包括电流基准信号产生电路30和电流模式控制电路31。基准信号产生电路30接收参考信号VREF0和第二调节信号Vdim2，并产生电流基准信号VREF1。在本实施例中，电流基准信号VREF1与第二调节信号Vdim2的占空比相关，并呈正比关系。例如电流基准信号VREF1为参考信号VREF0和第二调节信号Vdim2占空比的乘积，具体可以表示为：VREF1＝VREF0*Vd2，其中Vd2表示第二调节信号Vdim2的占空比。应理解，本实施例中电流基准信号产生电路30采用乘法器以提供与第二调节信号Vdim2的占空比相关的电流基准信号，其他能够实现上述功能的电路结构均可用于本实施例中。
电流模式控制电路31包括跨导运算放大器310，第一开关K1，第一电容C1和比较电路311。跨导运算放大器310的第一输入端(例如正相输入端)接收电流基准信号VREF1，第二输入端(例如反相输入端)接收表征驱动电流的采样信号Vs，通过比较电流基准信号VREF1和采样信号Vs之间的误差产生补偿信号Vc。第一开关K1的第一端连接至跨导运算放大器310的输出端，第二端连接至比较电路311，控制端接收时钟信号fs。第一电容C1连接至第一开关K1的第二端和参考地之间。比较电路311的第一输入端(例如同相输入端)接收采样信号Vs，第二输入端(例如反向输入端)连接至第一开关的第二端，通过比较采样信号Vs和第二输入端的输入信号产生第一控制信号End_Ton。
在所述开关周期的第一时间区间内，例如当时钟信号fs为高电平时，第一开关K1闭合，第一电容C1采样补偿信号Vc，并将补偿信号Vc输入至比较器电路311的第二输入端，比较电路311通过比较采样信号Vs和补偿信号Vc产生第一控制信号End_ton，以调节第一功率开关QM的导通时间和第二功率开关QR的关断时间；在所述开关周期的第二时间区间内，例如当时钟信号fs为低电平时，第一开关K1断开，第一电容C1保持在所述开关周期的第一时间区间结束时刻的补偿信号Vc，并将补偿信号Vc的采样值输入至比较电路311的第二输入端，比较电路311通过比较采样信号Vs和补偿信号Vc的采样值产生第一控制信号End_ton，因此在所述开关周期的第二时间区间内功率变换器的输出信号不再影响补偿信号Vc，同时电流基准信号VREF1不参与对所述功率开关的调节，避免了在调光信号的设定值较小时由于电路系统内部放大器的有限响应时间、电流基准信号和占空比之间的非线性关系导致的输出电流精度差的问题，从而减小了电流误差积累，提高了电流精度。
第二控制电路203包括占空比检测电路32和控制信号产生电路33。占空比检测电路32接收第一调节信号Vdim1，并检测第一调节信号Vdim1的占空比以产生占空比信号Vd1。控制信号产生电路33接收占空比信号Vd1和时钟信号fs，并产生第二控制信号End_toff以控制第一功率开关QM的关断时间和第二功率开关QR的导通时间来调节开关周期的长度。
在一种实现方式中，占空比检测电路32包括串联连接在直流电压Vdd和参考地之间的开关K5和K6，以及由电阻R1和电容C4组成的滤波电路。开关K5直接由第一调节信号Vdim1控制导通或关断，开关K6由第一调节信号Vdim1的反向信号控制导通或关断，因此开关K5和K6的开关状态互补。例如，将第一调节信号Vdim1通过一非门连接至开关K6的控制端。当第一调节信号Vdim1为高电平时，开关K5导通，此时，直流电压Vdd对电容C4进行充电；当第一调节信号Vdim1为低电平时，开关K6导通，电容C4对参考地进行放电。滤波电路连接至开关K5和开关K6的公共节点，用以对开关K5和开关K6的公共节点的输出信号进行滤波以生成较为稳定的占空比信号Vd。具体地，滤波电路包括串联连接的电阻R2和电容C1，并在电阻R2和电容C1的公共节点处生成占空比信号Vd1。应理解，占空比检测电路32也可以仅采用滤波电路得到占空比信号Vd1，在这种实现方式中，占空比信号Vd1也可以跟随第一调节信号Vdim1的占空比变化。
控制信号产生电路33包括第一斜坡信号产生电路331，第二斜坡信号产生电路332，比较电路333。第一斜坡信号产生电路331接收时钟信号fs，并在开关周期的第一时间区间内控制第一斜坡信号V1以第一斜率上升，在开关周期的第二时间区间内维持第一斜坡信号V1在所述第一时间区间结束时刻的数值。第二斜坡信号产生电路332接收占空比信号Vd1，并控制第二斜坡信号V2在开关周期的第一时间区间和第二时间区间内以第二斜率上升。比较电路333的第一输入端(例如反相输入端)接收第一斜坡信号V1，第二输入端(例如同相输入端)接收第二斜坡信号V2，当第二斜坡信号V2由零上升至第一斜坡信号V1，比较电路333产生脉冲信号Vpulse。控制信号产生电路33根据脉冲信号Vpulse和时钟信号fs产生第二控制信号End_toff。在本实施例中，控制信号产生电路33包括与门334。与门334将脉冲信号Vpulse和时钟信号fs的反向信号作与运算产生第二控制信号End_toff。
在一种实现方式中，第一斜坡信号产生电路331包括电流源S1，电容C2，开关K2和单脉冲电路a。电容C2，开关K2并联连接在比较电路333的第一输入端和参考地之间。电流源S1通过开关K4和电容C2，开关K2并联连接，并产生固定的电流I。第二斜坡信号产生电路332包括压控电流源S2，电容C3，开关K3和单脉冲电路b。压控电流源S2，电容C3和开关K3并联连接在比较电路233的第二输入端和参考地之间。压控电流源S2的第一控制端接收占空比信号Vd1，第二控制端连接至参考地，以在输出端产生跟随占空比信号Vd1变化的电流Id。
当第一控制信号End_ton控制驱动信号HG变为有效电平时(例如高电平)，单脉冲电路a被触发产生一个持续预定时间宽度的脉冲，使得开关K2在预定时间后关断。在开关周期的第一时间区间，时钟信号fs为有效电平，开关K4导通，电流I在第一时间区间内对电容C2充电产生以第一斜率上升的第一斜坡信号V1。当时钟信号fs切换为无效电平，开关K4关断，第一斜坡信号V1维持在第一时间区间结束时刻的数值并保持不变。因此，第一斜坡信号V1的大小与所述第一时间区间的长度呈正比。同理当第一控制信号End_ton控制驱动信号HG变为有效电平时(例如高电平)，单脉冲电路b被触发产生一个持续预定时间宽度的脉冲，使得开关K3在预定时间后关断。在开关周期的第一时间区间和第二时间区间内，电流Id对电容C3充电产生以第二斜率上升的第二斜坡信号V2。因此，第二斜坡信号V2的斜率与占空比信号Vd1呈正比。当第二斜坡信号V2由零上升至第一斜坡信号V1时，比较电路333产生有效的脉冲信号Vpulse。当所述脉冲信号Vpulse和时钟信号的反相信号均有效时，与门334产生有效的第二控制信号End_Toff，以控制第一功率开关QM导通。
在本实施例中，调光控制电路20还包括驱动电路204。驱动电路204根据第一控制信号End_ton和第二控制信号End_toff产生驱动信号HG和LG以分别控制第一功率开关QM和第二功率开关QR导通和关断。在一种实现方式中，驱动电路204包括RS触发器。RS触发器的复位端接收第一控制信号End_Ton，置位端接收第二控制信号End_Toff，以在输出端产生驱动信号HG和LG。应理解，为了增强驱动能力，驱动电路204还可以在RS触发器的输出端和功率变换器中功率管的控制端之间增加驱动器或其他形式电路，以更好地控制功率级电路。
在本实施例中，调光控制电路20还包括时钟信号产生电路335，用于产生时钟信号fs。时钟信号fs具有预定时间的有效电平用以控制功率变换器的开关周期的第一时间区间的长度，例如有效电平为高电平。时钟信号fs的无效电平和功率变换器开关周期的第二时间区间保持一致，例如无效电平为低电平。作为一个优先的实施例，时钟信号fs的有效电平的长度根据调光信号的最大设定值确定，也即开关周期的第一时间区间的长度由调光信号的最大设定值确定，时钟信号fs的无效电平长度和开关周期的第二时间区间长度相等，因此时钟信号fs的周期和功率变换器的开关周期相等。在本实施例中，时钟信号产生电路335接收驱动信号HG，用以控制时钟信号fs的周期和功率变换器的开关周期相等。应理解，时钟信号产生电路可以采用模拟电路，或模拟电路和数字电路结合的方式产生时钟信号fs。
在本实施例中，第一控制电路根据第二调节信号Vdim2调节电流基准信号，从而实现对功率开关导通时间的调节。第二控制电路根据第一调节信号Vdim1调节第二时间区间的长度，从而实现对功率开关的开关周期的长度的调节。因此本实施例通过与调光信号相关的第一调节信号Vdim1和第二调节信号Vdim2实现了组合调光，提高了调光深度，展宽了调光范围。
图4是本发明实施例的调光控制电路的工作波形图。如图4所示，功率变换器的开关周期T包括第一时间区间t0-t1和第二时间区间t1-t2，其中第一时间区间的长度由时钟信号fs控制。在第一时间区间t0-t1，时钟信号fs为高电平，第一控制电路根据补偿信号Vc和表征驱动电流的采样信号Vs控制功率级电路的功率开关，其中补偿信号Vc表征电流基准信号VREF1和采样信号Vs之间的误差。第一斜坡信号V1在第一时间区间t0-t1以第一斜率由零开始上升。第二斜坡信号V2在第一时间区间t0-t1和第二时间区间t1-t2以第二斜率由零开始上升，其中第一斜率与第一时间区间t0-t1的长度相关，第二斜率与第一调节信号的占空比相关。在t0-t01时间段，第一功率开关QM导通，功率变换器中电感电流IL上升。在时刻t01，采样信号Vs上升至补偿信号Vc，第一控制电路产生第一控制信号End_ton以控制第一功率开关QM关断，第二功率开关QR导通，电感电流IL开始下降。电感电流IL逐渐下降至零，在时刻t1时钟信号fs由高电平切换为低电平，第一时间区间t0-t1结束，第一斜坡信号V1上升至最大值。
在第二时间区间t1-t2内，第一斜坡信号V1维持在第一时间区间t0-t1结束时刻的数值，第二控制电路根据第一调节信号Vdim1调节第一功率开关QM的关断时间以调节第二时间区间t1-t2的长度。当第二斜坡信号V2上升至第一斜坡信号V1，第二控制电路产生脉冲信号Vpulse，并根据脉冲信号Vpulse产生第二控制信号End_toff以控制第一功率开关QM导通，同时控制时钟信号fs由低电平切换为高电平，第二时间区间t1-t2结束，新的周期开始，依次循环。
本发明实施例的技术方案通过第二控制电路根据调光信号调节功率变换器的开关周期长度，同时第一控制电路可以根据功率级变换器的输出信号控制功率级电路的功率开关的开关状态，或者根据调光信号控制功率开关的开关状态，避免了在调光信号设定值较小时由于电路系统内部放大器的有限响应时间、电流基准信号和调光信号之间的非线性关系等导致输出电流精度差的问题，提高了电流精度，同时实现了组合调光以提高调光深度，并展宽了调光范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (28)

1.一种调光控制方法，用于控制功率变换器对LED负载进行调光控制，其特征在于，根据调光信号调节所述功率变换器的电感电流为零值的时间区间的长度来改变所述功率变换器的开关周期的长度，以使所述功率变换器产生与所述调光信号相对应的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的调光控制方法，其特征在于，根据表征所述调光信号的调光深度的第一调节信号调节所述功率变换器的电感电流为零值的时间区间的长度来改变所述开关周期的长度。
3.根据权利要求2所述的调光控制方法，其特征在于，所述开关周期包括第一时间区间和第二时间区间；在所述第一时间区间内，根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间的误差的第一补偿信号控制所述功率变换器的功率级电路的功率开关的开关状态；在所述第二时间区间内，根据所述第一调节信号调节所述第二时间区间的长度。
4.根据权利要求3所述的调光控制方法，其特征在于，在所述第二时间区间内，根据第二补偿信号调节所述功率开关的开关状态，所述第二补偿信号被配置为与在所述第一时间区间的结束时刻的所述第一补偿信号相一致。
5.根据权利要求3所述的调光控制方法，其特征在于，在所述第二时间区间，所述电流基准信号不参与对所述功率开关的占空比的调节。
6.根据权利要求3所述的调光控制方法，其特征在于，所述电流基准信号被配置为与期望的驱动电流相对应。
7.根据权利要求3所述的调光控制方法，其特征在于，基于所述调光信号和所述第一调节信号，生成第二调节信号；
根据所述第二调节信号调节所述电流基准信号；以及
根据所述第一调节信号调节所述开关周期的长度，以获得与所述调光信号相对应的驱动电流。
8.根据权利要求7所述的调光控制方法，其特征在于，所述第一调节信号和所述第二调节信号的占空比的乘积与所述调光信号的调光深度所对应的占空比呈正比例关系。
9.根据权利要求7所述的调光控制方法，其特征在于，根据所述第二调节信号和与所述调光信号相对应的驱动电流生成所述电流基准信号。
10.根据权利要求3所述的调光控制方法，其特征在于，所述第一时间区间的长度由所述调光信号最大设定值确定。
11.根据权利要求3所述的调光控制方法，其特征在于，根据所述第一调节信号调节所述功率开关的关断时间来调节所述第二时间区间的长度。
12.根据权利要求11所述的调光控制方法，其特征在于，根据第一斜坡信号和第二斜坡信号的比较，来确定所述功率开关的导通时刻；其中，
所述第一斜坡信号在所述第一时间区间内按照第一斜率上升，在所述第二时间区间内维持在所述第一时间区间的结束时刻的数值；
所述第二斜坡信号，在所述第一时间区间和第二时间区间内按照第二斜率上升。
13.根据权利要求1所述的调光控制方法，其特征在于，所述调光信号为模拟信号或脉宽调制信号。
14.一种调光控制电路，用于控制功率变换器对LED负载进行调光控制，其特征在于，根据调光信号调节所述功率变换器的电感电流为零值的时间区间的长度来改变所述功率变换器的开关周期的长度，以使所述功率变换器产生与所述调光信号相对应的驱动电流。
15.根据权利要求14所述的调光控制电路，其特征在于，所述调光控制电路包括第一控制电路，用以根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间的误差控制所述功率变换器的功率级电路的功率开关。
16.根据权利要求14所述的调光控制电路，其特征在于，所述调光控制电路包括第一控制电路，用以在所述开关周期的第一时间区间内根据表征所述驱动电流的采样信号和电流基准信号之间的误差的第一补偿信号来控制所述功率变换器的功率开关，在所述开关周期的第二时间区间，根据表征所述调光信号的调光深度的第一调节信号调节所述第二时间区间的长度。
17.根据权利要求16所述的调光控制电路，其特征在于，所述第一时间区间的长度由一时钟信号进行控制。
18.根据权利要求16所述的调光控制电路，其特征在于，所述第一时间区间的长度由所述调光信号的最大设定值确定。
19.根据权利要求16所述的调光控制电路，其特征在于，在所述第二时间区间内，根据第二补偿信号调节所述功率开关的开关状态，所述第二补偿信号被配置为与在所述第一时间区间的结束时刻的所述第一补偿信号相一致。
20.根据权利要求16所述的调光控制电路，其特征在于，所述调光控制电路还包括第二控制电路，用以根据所述调光信号调节所述开关周期的长度。
21.根据权利要求16所述的调光控制电路，其特征在于，根据所述调光信号产生第一调节信号和第二调节信号；
根据所述第二调节信号调节所述电流基准信号；
根据所述第一调节信号调节所述开关周期的长度，以获得与所述调光信号相对应的驱动电流。
22.根据权利要求21所述的调光控制电路，其特征在于，所述第一调节信号和所述第二调节信号的占空比的乘积与所述调光信号的调光深度所对应的占空比呈正比例关系。
23.根据权利要求21所述的调光控制电路，其特征在于，所述第一控制电路包括：
电流基准信号产生电路，接收所述第二调节信号，以产生与所述第二调节信号相关的所述电流基准信号；
电流模式控制电路，根据补偿信号和所述采样信号产生第一控制信号以控制所述功率开关，其中所述补偿信号表征在所述第一时间区间内所述采样信号和所述电流基准信号之间的误差。
24.根据权利要求23所述的调光控制电路，其特征在于，所述电流模式控制电路在所述第一时间区间内，采样所述补偿信号；在所述第二时间区间内，保持所述补偿信号。
25.根据权利要求23所述的调光控制电路，其特征在于，所述电流模式控制电路包括：
误差放大器，接收所述采样信号和所述电流基准信号以产生所述补偿信号；
第一开关，其第一端耦接至所述误差放大器的输出端，控制端接收时钟信号；
比较电路，其第一输入端接收所述采样信号，第二输入端耦接至所述第一开关的第二端，输出端产生所述第一控制信号。
26.根据权利要求20所述的调光控制电路，其特征在于，所述第二控制电路包括：
第一斜坡信号产生电路，用于在所述第一时间区间内按照
第一斜率产生第一斜坡信号；
第二斜坡信号产生电路，用于在所述第一时间区间和第二时间区间按照第二斜率产生第二斜坡信号，其中所述第二斜率和与所述调光信号相关的第一调节信号的占空比呈正比；以及
比较电路，当所述第二斜坡信号达到所述第一斜坡信号，产生脉冲信号，以调节所述开关周期的长度。
27.根据权利要求26所述的调光控制电路，其特征在于，时钟信号控制所述第一斜坡信号在所述第一时间区间内上升至最大值，在所述第二时间区间内维持在所述第一时间区间的结束时刻的数值，其中所述时钟信号的周期与所述功率变换器的开关周期相等。
28.一种功率变换器，包括：
输入端，接收直流输入信号；
输出端，产生与所述调光信号相对应的驱动电流以驱动LED负载；和
权利要求14-27任一项所述的调光控制电路。
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