CN111800913A - 控制电路、用于照明的系统和用于操作电路的方法 - Google Patents

控制电路、用于照明的系统和用于操作电路的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种控制电路、用于照明的系统和用于操作电路的方法。根据一个实施方式，该控制电路包括：被配置成接收电源电压的电源引脚；用于存储一个或更多个参数的非易失性存储器；以及被配置成接收表示一个或更多个参数的数据的近场通信(NFC)收发器。该控制电路被配置成响应于在电源引脚处接收到电源电压而停用NFC收发器。

Description

控制电路、用于照明的系统和用于操作电路的方法
技术领域
本公开内容涉及在照明应用中使用的控制器，特别地涉及在使用LED装置的照明应用中使用的控制器。
背景技术
LED(发光二极管)通常在受控的负载电流下工作。负载电流控制通常使用可以被配置成调节通过LED模块(通常是多个LED的串联电路)的负载电流以与给定的设定点匹配的专用的LED驱动器电路来实现。设定点可以是可配置的。例如，可以根据模拟输入电压来设定设定点，该模拟输入电压表示关于期望的设定点(并且因此关于期望的输出功率)的信息。在低成本应用中，可以使用被提供有恒定电流的电阻器来设定设定点，使得确定设定点的电压与电阻器的电阻成比例。在某些应用中，使用DIP开关来选择电阻器网络的电阻器，从而调整确定上述设定点的电阻器网络的有效电阻。
在输入电压(电源电压)可以在相当宽的范围(例如25至40伏)内变化的应用中，LED驱动器电路中可以包含功率限制以确保提供给LED装置的电功率不超过最大值。类似地，提供给LED装置的电功率不应低于最小值。这些功率限制也可以是可配置的以符合特定应用的要求。在某些应用中，使用简单但昂贵的分立模拟电路来实现上述功率限制。
在(就灵活性而言)更复杂的应用中，可以将微控制器与LED驱动器电路结合使用，其中，可以对微控制器进行编程来感测电压和负载电流(使用模数转换器感测)并控制上述设定点以使LED装置在规定的限度内操作。这样的解决方案提供了一些改进的灵活性，但是在处理方面仍然存在一些缺陷，因为需要在制造过程结束时将与应用有关和与客户有关的配置参数(例如，标称电流设定点、功率限制等)写入微控制器的非易失性存储器中。
发明内容
根据一个实施方式，一种电路包括：被配置成接收电源电压的电源引脚；用于存储一个或更多个参数的非易失性存储器；以及被配置成接收表示一个或更多个参数的数据的近场通信(NFC)收发器。该电路被配置成响应于在电源引脚处接收到电源电压而停用NFC收发器。
此外，本文描述了一种用于操作电路的方法，该电路包括电源引脚、非易失性存储器和NFC收发器。根据一个实施方式，该方法包括：在电源引脚处未接收到电源电压的第二工作模式下，由NFC收发器接收表示一个或更多个参数的数据并且将所述一个或更多个参数存储在非易失性存储器中；以及在电源引脚处接收到电源电压的第一工作模式下，停用NFC收发器。
附图说明
参照以下附图和描述可以更好地理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制；相反，重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记表示对应的部分。在附图中：
图1示出了连接至驱动器电路的LED装置的通用示例；
图2示出了具有用于控制连接至LED装置的LED驱动器电路的集成NFC模块的集成控制电路的应用的一个示例；
图3示出了在图2的示例中使用的控制电路的一个实施方式；
图4示出了根据一个实施例的用于操作控制电路的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了包括通常由多个LED的串联电路(LED链)组成的LED装置20和与LED链相连的LED驱动器电路10的系统的通用示例。LED驱动器电路10可以被实现在一个集成电路中，但也可以使用分立电路部件和集成电路的组合来实现。通常，LED驱动器电路10被配置成向LED装置20提供负载电流iOUT并控制负载电流iOUT，使得其电流值(至少近似地)与设定点(期望的电流值)匹配。应当理解，图1的系统或类似系统可以被用于例如制造包括LED装置20和驱动LED装置20所需的所有电路的照明模块。
在图1的示例中，LED装置20连接在LED驱动器电路10的输出端OUT与向其施加输入电压VIN的电源端子PWR之间。也可以在LED驱动器电路10的端子VIN处接收输入电压VIN。此外，LED驱动器电路10连接至接地端子GND。输入电压VIN可以在相当宽的范围内变化。在本示例中，输入电压可以在25伏至40伏之间变化。然而，在其他应用中，此范围可能不同。由于LED生成的光通量基本上取决于通过LED的负载电流，因此需要根据上述设定点来调节负载电流。此外，LED驱动器电路10可以被配置成操作LED装置20使得电功率(负载电流乘以输入电压)不超过指定的最大功率。在一些应用中，电功率不应低于指定的最小功率。
特别是当使用集成驱动器电路时，客户/用户需要能够设定用于负载电流调节的上文提到的设定点。在图1的示例中，设定点由在模拟输入端子SET处接收的电压VSET确定。电压VSET可以使用外部电压源或通过在模拟输入端子SET与例如接地端子GND之间连接的电阻器RSET来施加。在这种情况下，LED驱动器电路可以被配置成在端子SET处提供限定的恒定电流iSET，从而在电阻器RSET两端产生电压VSET＝iSET·RSET(其中，RSET还指代相应电阻器的电阻)。用于负载电流的调节的电流设定点可以与电压VSET成比例。
使用连接至集成LED驱动器电路的分立电阻器RSET实现了用于电流调节的上述设定点的配置。然而，这样的解决方案增加了材料清单，并且甚至更重要地是几乎不提供灵活性，因为不同的LED装置20将通常需要不同的电阻器来选择不同的设定点。如果要使用外部部件选择(除设定点外的)其他参数，例如上述最大功率，则复杂性和相关成本将进一步增加。
另一已知方法包括使用可编程微控制器来生成电压VSET，其确定了负载电流调节的设定点。微控制器可以使用(包括在通用标准微控制器中的)模数转换器来获得表示输入电压VIN和负载电流iOUT的测量值，其中，数模转换器可以用于生成期望的电压VSET，该电压例如可以根据由微控制器基于上述测量值计算的电功率值来调整。尽管使用微控制器可以一定程度上提高灵活性，但是仍然需要在每个产品制造结束时例如使用有线系统内编程(ISP)接口、例如通过将其编程到微控制器的非易失性存储器(NVM)中来设定负载电流设定点。此外，使用微控制器的方法需要承担微控制器的巨大成本，而在大多数情况下，对于像现在这样简单的应用而言微控制器具有过高的性能能力。
图2示出了可以显著提高灵活性同时保持较小的材料清单和制造成本的新方法。图2的示例包括控制电路5、LED驱动器电路10以及与其连接的LED装置20。LED驱动器电路10和LED装置20与图1的先前示例中基本相同，并且参照上面的相应描述。与图1不同的是，电流感测电阻器RS串联耦接至LED装置20以实现对负载电流的测量。在本示例中，电阻器RS连接在LED装置20与PWR端子之间，在该PWR端子处提供输入电压VIN。应当理解，可以替代地使用用于电流感测的其他方法。在其他实施方式中，可以将分流电阻器或其他电流感测电路集成在LED装置20中，并且可以在LED装置20的专用感测端子处分接电流信息。
控制电路5被配置成在输出端子DOUT(数字输出端)处提供指示设定点的输出电压VPWM，该输出电压VPWM由LED驱动器电路用于输出电流调节。在本示例中，输出电压VPWM是脉冲宽度调制(PWM)信号，该信号利用例如低通而被转换成模拟电压VSET。取决于应用，由一个电阻器R1和一个电容器C1组成的简单R-C低通可能足以从PWM信号中生成电压VSET。电阻器R1和电容器C1可以被集成到控制电路5中或者在外部连接至集成电路(IC)。应当理解，脉冲宽度调制仅仅是一个示例，并且可以替代地采用其他类型的调制，例如sigma-delta调制。本质上，低通可以被认为是被配置成将(二进制)PWM信号转换成模拟电压VSET的数模转换器。应当理解，可以替代地使用用于数模转换的其他方法。
在本示例中，控制电路5具有两个模拟输入AIN1和AIN2，它们在分流电阻器RS的公共电路节点和LED装置20处接收输入电压VIN和电压VS。在该示例中，电压VS等于VIN-RS·iOUT，并且控制电路可以根据等式iOUT＝(VIN-VS)/RS来确定负载电流。控制电路5可以包括模数转换器以将电压VIN和VS数字化；在这种情况下，控制电路5可以定期地数字地计算负载电流值并且根据给定的控制特性调整设定点。如上所述，在本示例中，设定点信息被输出为PWM信号VPWM。
为了使诸如用于负载电流调节的标称设定点这样的参数的编程更容易且更灵活，控制电路可以包括近场通信(NFC)收发器电路以及与其连接的NFC天线4。在制造结束时(或在控制电路或照明模块的制造过程中的任何时候)，可以使用NFC耦合装置(例如NFC写入器)来容易地对标称设定点和其他参数编程，NFC耦合装置被配置成将关于参数的信息发送到包括在控制电路5中的NFC收发器电路，然后NFC收发器电路将接收到的信息存储在例如可以被集成在控制电路5中的非易失性存储器(NVM)中。应当理解，上述标称设定点和其他参数是客户或应用指定的并且是针对诸如具有指定LED装置的指定照明模块这样的指定应用而被选择的。
图3示出了在图2的示例中使用的控制电路5的一个示例性实施方式。控制电路5可以在单个集成电路例如专用集成电路(ASIC)中实现。根据图3，控制电路5包括电力管理单元50(PMU)、一个或更多个模数转换器52、上述NFC收发器53以及基本上形成有限状态机(FSM)的控制逻辑51。控制电路5还包括NVM 54、算术逻辑单元56(ALU)和被配置成生成PWM输出信号VPMW(见图2)的调制器55。振荡器57生成用于逻辑电路51、ALU 56、调制器55和需要时钟信号来工作的其他电路的时钟信号。如图3所示，ALU 56可以被认为是逻辑电路51的一部分，然而，这是与整个控制电路5的功能无关的实现细节。
电力管理单元50在相应的电源引脚处接收第一电源电压VCC(例如5伏)和参考电势VGND例如地电势。作为电源电压VCC的替代，当NFC收发器53经由NFC天线4从外部NFC耦合装置(未示出)接收能量时，PMU可以从NFC收发器53接收电源电压VNFC。然而，NFC收发器53及其功能将在下文详细讨论。尽管在图3中未明确示出所有电源线，但是PMU 50被配置成向包括在控制电路5中的所有电路提供电压电源。
模数转换器(ADC)52在相应的模拟输入引脚(见图2，端子AIN1、AIN2)上接收承载关于输入电压VIN和通过LED装置20的负载电流iOUT的信息的电压信号VIN和VS。上文已经参照图2讨论了用于感测负载电流的各种选择，因此这里不再重复。ADC可以具有能够对电压信号VIN和VS同时采样的两个通道或者可以使用多路复用器来使用一个ADC通道以交替方式对信号VIN和VS二者采样。
控制逻辑51被配置成控制控制电路5的工作，特别是控制电路5内的信号流。NVM54和ALU 56连接至控制逻辑51，控制逻辑51被配置成基于存储在NVM 54中的参数(例如，标称设定点的值)和从ADC 52接收的采样值来(借助于ALU 56)确定用于电流调节的设定点。控制逻辑51还被配置成将(例如，以数字字的形式的)设定点信息提供至调制器55。调制器55被配置成例如在数字输出引脚DOUT处输出具有表示设定点信息的占空比的PWM信号VOUT。例如，如果输入电压VIN增加到使得总电功率(输入电压VIN乘以负载电流iOUT，见图2)超过指定最大值的程度，则控制逻辑51将相应地减小设定点，并且因此输出至LED驱动器电路10的PWM信号将指示较低的设定点，并且LED驱动器电路10中包括的电流调节器将减小负载电流。如上所述，调制器55不必一定被配置成执行脉宽调制(PWM)，其他类型的调制诸如例如sigma-delta调制(脉冲密度调制)也适用。
如上所述，NFC收发器53可以从外部NFC耦合装置(图中未示出)接收诸如标称电流设定点的参数并将其存储在NVM 54中。在一个实施方式中，控制电路5、特别是其中包括的控制逻辑51被配置成在两种不同模式下工作。第一模式——可以称为编程模式——的特征在于，控制电路5未在相应的电源引脚处被供应有电源电压VCC，而是从由外部NFC装置生成的有源NFC场接收电功率。在该第一模式下，NFC收发器将生成电源电压VNFC，该电源电压VNFC可以(例如，经由PMU 50)被分配到控制逻辑51和NVM 54，以使得能够将经由NFC通信信道从NFC耦合装置接收到的参数存储在NVM 54中。第二模式——可以称为正常工作模式——的特征在于，控制电路5在相应的电源引脚处被供应有电源电压VCC。在第二模式下，NFC收发器例如通过响应于PMU 50检测到电源引脚处存在电源电压VCC而从PMU 50接收相应的模式信号(禁用信号)而被禁用。可替选地，可以由控制逻辑51或包括在控制电路5中的其他电路生成禁用信号。NFC收发器53被禁用意味着NFC收发器53既不能生成NFC场也不能经由天线4发送任何RF信号。
可以以各种方式来实现禁用NFC收发器53。例如，可以使用电子开关防止NFC收发器53从(例如，由NFC耦合装置)在外部生成的NFC场中生成电源电压VNFC。电子开关(例如，耗尽型MOS晶体管)可以例如断开或短路用于在相应的电源引脚处存在电源电压VCC时缓冲电压VNFC的电容器。可替选地，电子开关可以被用于例如断开NFC天线4或者以其他方式(例如，通过使用电子开关短路两个天线端)禁用NFC天线4。
在一个指定实施方式中，一旦已经经由NFC通信信道成功接收到参数集并将其存储在NVM 54中，就可以永久停用NFC收发器53。该永久停用可以以各种方式来实现。例如，NFC收发器可以包括一旦参数集组已经被成功接收并存储就进行设定的电可编程熔丝位(fuse bit)。基于熔丝位的状态，可以以与上述类似的方式来停用NFC收发器53。
确保在正常工作模式期间即在控制电路5被供应有电源电压VCC时NFC收发器是无效的，具有包括控制电路5的芯片在各种规范中不会被认为是RF装置的优点。因此，在这些规范中将不需要RF装置的认证。此外，可以确保NFC收发器中包括的RF电路不会在其他电子部件或器件中引起任何电磁干扰(EMI)和相关干扰。
应当注意，控制逻辑51以及ALU 56(其也可以被认为是控制逻辑51的一部分)由硬接线电路部件组成，并且不需要软件。换句话说，控制逻辑51不包括被配置成执行软件指令的处理器。此外，控制电路51、PMU 50、ADC 52以及NFC收发器53被集成在单个芯片或单个芯片封装中。集成在公用芯片中使得在正常工作模式下在相应的电源引脚处接收到电源电压VCC时能够比较简单地停用NFC收发器53。
图4是示出根据一个实施方式的方法的流程图。该方法可以基本上(而非排他地)由上述控制电路5的控制逻辑51执行。根据图4，电路能够以第一模式或第二模式工作。当在电源引脚处接收到电源电压VCC时(图4，步骤S1，“是”分支)，电路以第一模式工作。当在电源引脚处未接收到电源电压VCC时(图4，步骤S1，“否”分支)并且存在NFC场使得NFC收发器能够从NFC场生成替代的电源电压VNFC时(图4，步骤S2，“是”分支)，该电路以第二模式工作。如果既未接收到电源电压VCC，也不存在NFC场，则电路无源且不工作。在第一工作模式下，确保NFC收发器被停用(图4，步骤S11)。在上文已经讨论了在第一模式下提供的其他功能(例如，生成调制信号VPWM等)，在此不再重复。在第二工作模式下，NFC场是电路的唯一能量源，并且NFC收发器生成替代的电源电压VNFC以供应其他电路，例如控制逻辑51和NVM 54(见图3)，使得可以经由NFC通信信道来接收数据(图4，步骤S21)，并且所接收到的数据(即上面讨论的一个或更多个参数，例如用于电流调节的标称电流设定点)可以被存储在NVM 54中(图4，步骤S22)。在利用上述熔丝位电路的一个特定实施方式中，仅当熔丝位状态指示尚未对NVM54编程时才可以开始以第二模式工作。一旦熔丝位被熔断(置位)，就阻止NFC收发器53从外部NFC场生成替代的电源电压VNFC，并且因此电路不通电。
尽管已经关于一个或更多个实现方式示出和描述了本发明，但是可以在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下对示出的示例进行变更和/或修改。特别地，关于由上面描述的部件或结构(单元、程序集、装置、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有指示，否则用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)意在与执行所描述的部件的指定功能的(例如，在功能上等同的)任何部件或结构相对应，即使在执行本发明在本文中所示出的示例性实现方式中的功能的在结构上不等同于所公开结构的情况下也是如此。

Claims (15)

1.一种控制电路，包括：
被配置成接收电源电压(VCC)的电源引脚；
用于存储一个或更多个参数的非易失性存储器(54)；
被配置成接收表示所述一个或更多个参数的数据的近场通信NFC收发器(53)；
其中，所述控制电路被配置成响应于在所述电源引脚处接收到所述电源电压(VCC)而停用所述NFC收发器(53)。
2.根据权利要求1所述的控制电路，还包括：
调制器(55)，其被配置成生成调制输出信号(VPWM)，所述调制输出信号(VPWM)取决于存储在所述非易失性存储器(54)中的所述一个或更多个参数中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的控制电路，还包括：
模数转换器(52)，其被配置成接收第一信号(VIN)和第二信号(VS)并且对所述第一信号(VIN)和所述第二信号(VS)进行数字化。
4.根据权利要求3所述的控制电路，还包括：
调制器(55)，其被配置成生成调制输出信号(VPWM)，所述调制输出信号(VPWM)取决于存储在所述非易失性存储器(54)中的所述一个或更多个参数中的至少一个以及所述第一信号(VIN)和所述第二信号(VS)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制电路，还包括：
控制逻辑(51)，其被配置成：
在所述电源引脚处接收到所述电源电压(VCC)的情况下以第一模式工作，以及
在所述电源引脚处未接收到所述电源电压(VCC)并且由所述NFC收发器(53)生成另一电源电压(VNFC)的情况下以第二模式工作。
6.根据权利要求5所述的控制电路，
其中，所述NFC收发器(53)能够操作地耦接至NFC天线(4)并且被配置成从由所述NFC天线(4)接收到的有源NFC场中生成所述另一电源电压(VNFC)。
7.根据权利要求4所述的控制电路，还包括控制逻辑(51)，所述控制逻辑被配置成：
在所述电源引脚处接收到所述电源电压(VCC)的情况下以第一模式工作，以及
在所述电源引脚处未接收到所述电源电压(VCC)并且由所述NFC收发器(53)生成另一电源电压(VNFC)的情况下以第二模式工作，
其中，所述第一信号(VIN)指示被提供至负载的电压，并且所述第二信号(VS)指示通过所述负载的负载电流(iOUT)；
其中，所述控制逻辑(51)被配置成根据被数字化的所述第一信号(VIN)和被数字化的所述第二信号(VS)来确定指示电功率的值；并且
其中，在所述第一模式下，所述调制输出信号(VPWM)具有取决于存储在所述非易失性存储器(54)中的所述一个或更多个参数中的至少一个以及所确定的指示所述电功率的值的占空比。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制电路，还包括：
电力管理单元PMU(50)，其被耦接至所述电源引脚并且被配置成检测是否在所述电源引脚处接收到所述电源电压(VCC)。
9.根据权利要求8所述的控制电路，
其中，所述PMU(50)还被配置成在所述PMU(50)检测到在所述电源引脚处未接收到所述电源电压(VCC)的情况下生成使所述NFC收发器(53)被停用的信号。
10.根据权利要求5所述的控制电路，还包括：
熔丝位电路，
其中，所述控制电路被配置成响应于所述熔丝位电路的状态而停用所述NFC收发器(53)；所述熔丝位电路的状态指示在所述第二模式下工作时所述一个或更多个参数是否先前已经被存储在所述非易失性存储器(54)中。
11.一种用于照明的系统，包括：
照明装置(20)，其包括至少一个发光二极管；
驱动器电路(10)，其被连接至所述照明装置(20)并且被配置成向所述照明装置(20)提供根据设定点值而被调节的负载电流(iOUT)，所述设定点值通过在所述驱动器电路(10)的输入引脚处接收的设定信号(VSET)来确定；
根据权利要求2或4所述的控制电路(5)，
其中，所述调制输出信号(VPWM)指示所述设定点值，并且其中，所述设定信号(VSET)由所述调制输出信号(VPWM)来确定。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括：
低通滤波器(R1，C1)，其被耦接在所述控制电路(5)与所述驱动器电路(10)之间，并且被配置成接收所述调制输出信号(VPWM)并且根据所述调制输出信号(VPWM)而生成所述设定信号(VSET)。
13.一种用于操作电路的方法，所述电路包括电源引脚、非易失性存储器(54)和近场通信NFC收发器(53)，所述方法包括：
在所述电源引脚处未接收到电源电压(VCC)的第二工作模式下：由所述NFC收发器(53)接收表示一个或更多个参数的数据并且将所述一个或更多个参数存储在所述非易失性存储器中；
在所述电源引脚处接收到所述电源电压(VCC)的第一工作模式下：停用所述NFC收发器(53)。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在所述第一工作模式下，根据存储在所述非易失性存储器中的所述一个或更多个参数中的至少一个而生成调制输出信号(VPWM)。
15.根据权利要求14所述的方法，
其中，所述调制输出信号(VPWM)表示由LED驱动器(10)的电流调节器使用的电流设定点，所述LED驱动器(10)向LED装置(20)提供经调节的输出电流。
CN202010235954.6A 2019-04-01 2020-03-30 控制电路、用于照明的系统和用于操作电路的方法 Active CN111800913B (zh)

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