CN113366920A - 照明驱动器和驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种照明驱动器，具有开关模式功率转换器，以及检测装置，用于检测驱动器是处于单模式并单独跨接在外部电源上，还是处于双模式并与另一驱动器串联跨接在外部电源上。在功率输入与开关模式功率转换器之间提供填谷电路。填谷电路在单模式下启用，并且在双模式下禁用。

Description

照明驱动器和驱动方法

技术领域

本发明涉及照明驱动器，并且尤其涉及LED照明驱动器和方法。

背景技术

固态照明单元，并且尤其是基于LED的(改装)灯，越来越多地用于家庭建筑和办公室。除了高效率之外，它们还由于新的设计特征、不同的色温、调光能力等吸引消费者。

为了使LED照明适于现有的电源照明灯具，每个LED照明单元使用转换器电路，用于将交流电源转换为直流驱动信号，并且还用于降低电压电平。

转换器电路通常包括整流器和开关模式功率转换器。

开关模式功率转换器有各种可能的设计。低成本开关模式功率转换器是单级转换器，诸如降压转换器或降压-升压转换器。在这两种情况下，都存在主电感器，该主电感器控制来自输入的能量的存储和所存储的能量到负载的递送。主功率开关控制从输入到主电感器的能量供应。主电源开关的操作定时，尤其是占空比，控制能量转移。

该定时可以由反馈控制信号，尤其是表示通过LED负载的电流的信号来控制。为此，许多转换器通过电流感测电阻器进行电流感测，该电流感测电阻器放置在要感测的电流的路径中。

通过电流感测电阻器的电流产生电压，并且一旦电压已经达到期望的值，主电源开关就会关断。这是峰值电流控制模式。主电源开关导通的时间是直到达到峰值电流的时间。这种类型的电流模式控制开关依赖于直流总线电压，因为总线电压越高，它就越快达到峰值电流。可选地，电流感测电阻器可以用于感测到负载的平均电流，并且根据平均电流控制主功率开关的占空比。这是平均电流控制模式。这些模式在本领域是公知的。

单灯或双灯与电磁、EM、镇流器输入串联连接是常见的。因此，要求基于LED的改装灯可以作为单个灯或作为两个灯的串联连接而连接，并且仅具有单灯设计，使得成本可以保持较低并且产品设计的较低库存是可能的。

LED替换灯的关键性能要求是功率因数超过0.7(尤其对于单灯连接)，并且调制深度或纹波电流低于10％。

常规低功率因数电路不能满足大于0.7的功率因数的要求，而高功率因数电路通常不能满足低于10％的调制深度的要求。填谷电路已知用于提高功率因数，但是这种电路可能不适用于串联的双灯，因为谷电压太低，这可能引起照明负载的闪烁。

US7911149B2公开了一种具有填谷电路的灯。

WO 2013/039366公开了一种具有填谷电路的灯，该填谷电路可以根据输入是来自电子镇流器还是其他来选择性地启用或禁用。

发明内容

本发明的概念是提供一种具有用于增加功率因数的填谷电路的照明驱动器，并且根据是否存在由外部电源驱动的单个照明负载或串联的两个照明负载来启用或禁用填谷功能。以这种方式，对于单个灯或双串联灯可以实现期望的功率因数和电流调制深度。本发明的进一步概念是在双串联安装中禁用填谷电路，因为当处于双模式时，由于两个灯分路电源电压，到灯的输入电压相对较低，并且涉及填谷电路可能进一步降低电压，并且使驱动器不能正常操作。因此，提出在双模下禁用填谷电路。

本发明由权利要求限定。

根据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于驱动照明负载的驱动器，包括：

开关模式功率转换器，适于在功率输入处接收来自外部电源的输入电压，并且在功率输出处向照明负载提供能量；

检测装置，适于检测驱动器是处于单模式并单独跨接在外部电源上，还是处于双模式并与另一驱动器串联跨接在外部电源上；

填谷电路，在功率输入与开关模式功率转换器之间；以及

控制输入，根据检测装置所检测到的，适于针对单模式启用填谷电路，并且针对双模式禁用填谷电路。

在该驱动器中，可切换谷值电路用于在需要时提高功率因数。因此，可以另外使用低功率因数电路，从而提供低成本和简单的驱动器架构。填谷电路根据是检测到单模式(使得外部电源的所有电压都存在于驱动器上)还是检测到双模式(使得外部电源的一半电压存在于驱动器上)来被启用或禁用。以这种方式，可以由驱动器针对两种模式并且通过自动检测存在哪种模式来实现期望的功率因数和调制深度。

填谷电路的启用或禁用例如通过操作短路开关来实现。

控制输入优选地适于针对单模式启用填谷电路并且针对双模式禁用填谷电路，并且检测装置包括电压感测装置，以感测输入电压，从而检测驱动器是处于单模式还是处于双模式。通常，当处于单模式时，输入电压相对较高，而当处于双模式时，输入电压相对较低，因为两个灯对电源电压进行分压。

以这种方式，填谷电路用于获得用于较高电压单模式的期望功率因数，而低功率因数电路能够在处于双模式时实现期望的电流调制，并且避免在低输入电压下使用填谷电路所引起的问题。检测基于输入电压，因为这取决于外部电源是跨单个照明负载还是跨串联的两个照明负载。由于针对双模式关闭填谷，因此到每个灯的总线电压和输出电压足够高以满足所需的负载电压(例如，LED正向电压)。

优选地，当针对单模式启用填谷电路时，开关模式功率转换器适于以峰值输出电流反馈控制操作。

以这种方式，通过反馈控制来调节输出电流。填谷电路的使用意味着低成本、低功率因数的控制器是合适的。输入电压很高(因为它不是共享的)，所以即使有填谷功能，输出电压对于负载(诸如LED照明)也是足够的。

优选地，当针对双模式禁用填谷电路时，开关模式功率转换器适于在开环控制模式下操作。

以这种方式，输出电流根据输入电压在开环中控制，从而使两个灯之间的平衡成为可能。

驱动器例如包括控制器和电流感测装置，以感测流过开关模式功率转换器的主开关的电流并反馈给控制器。检测装置于是可以包括第一开关装置，用于配置电流感测装置，从而使得控制器能够将开关模式功率转换器配置处于闭环模式或开环模式。

通过调整电流感测装置，可以调整控制器的行为。这提供了一种简单的方法来将单一设计的控制器配置为两种不同的操作模式，而无需改变控制器的内部结构。可选地，可以使用具有用于闭环控制和用于开环控制的专用控制引脚的逻辑电路和IC。

对于单灯连接，输入电压高。闭环控制用于提供峰值电流控制模式，具有填谷功能。对于双灯连接，输入电压低。使用开环控制，在此期间控制器旨在递送更多的电流。输出电流与输入电压成比例，从而实现双灯的平衡。

第一开关装置例如适于增加电流感测装置的电阻以实现闭环模式，并且减小电流感测装置的电阻以使控制器饱和从而实现开环模式。

填谷电路例如包括：

第一电容器和第二电容器，其中，第一电容器和第二电容器：

用于串联连接以由超过第一阈值的输入电压充电；并且

用于在输入电压低于第二阈值时并联连接以向开关模式电源放电。

这定义了当启用填谷功能时发生的填谷功能。

填谷电路可以进一步包括第二开关装置，用于在双模式下旁路第二电容器而在单模式下不旁路第二电容器。

这定义了当检测到双模式时禁用整个填谷电路功能的方式。旁路有效地禁用填谷电路。

例如，第一电容器和第二电容器的电容各自在1μF至100μF范围内。这使得能够实现期望的填谷功能。

第二开关装置例如包括晶体管。这提供了一种实现填谷电路的禁用功能的简单且低成本的方式。

优选地，第二开关装置的控制端子和第一开关装置的控制端子连接在一起。因此，填谷电路和闭环/开环可以由单个控制信号控制，从而以同步的方式被控制。

填谷电路可以包括：

第一电容器，在功率输入与第一节点之间，其中，开关装置在第一节点与基准之间；

第一二极管和第一电阻器，串联并且在从第一节点到第二节点的正向偏置方向上；

第二电容器，在第二节点与基准之间；以及

第二二极管，在从第二节点到功率输入的正向偏置方向上。

这定义了填谷电路的一个基本设计，其本身是公知的，并且可以应用开关装置来提供使能和禁用功能。当然，可以通过提供使能或禁用功能来使用其他填谷电路设计。第一电阻器的电阻例如在100Ω到1kΩ的范围内。

驱动器可以进一步包括平滑电容器，用于与照明负载并联连接，其中，平滑电容器具有1μF以上的电容。因此，当不需要填谷电路时，它以低功率因数模式操作。

开关模式功率转换器例如包括降压转换器。

本发明还提供一种照明电路，包括：

根据以上定义的驱动器；以及

照明负载，连接到驱动器的功率输出。

本发明还提供了一种用于驱动照明负载的驱动方法，包括：

在开关模式功率转换器的功率输入处接收来自外部电源的输入电压；

检测驱动器是处于单模式并单独跨接在外部电源上，还是处于双模式并与另一驱动器串联跨接在外部电源上；并且

根据驱动器是处于单模式还是双模式来启用或禁用填谷电路，并且向照明负载提供能量。

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例中变得显而易见，并且参考下文描述的实施例来阐明。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例。

图1示出了降压转换器电路的示例，其中，平滑电容器的大小决定了该电路是高功率因数电路还是低功率因数电路；

图2示出了可选降压转换器电路；

图3示出了图1所示类型的两个降压转换器串联跨接在系统电压V1上；

图4示出了填谷电路；

图5示出了可切换填谷电路；

图6示出了针对单灯模式的低功率因数电路、高功率因数电路和填谷电路的电压波形；

图7示出了低功率因数、高功率因数和填谷电路的电流波形；

图8示出了针对双灯模式的低功率因数电路、高功率因数电路和填谷电路的电压波形；

图9示出了根据本发明的驱动器电路的第一示例；

图10示出了根据本发明的驱动器电路的第二示例；

图11示出了根据本发明的驱动器电路的第三示例；

图12示出了根据本发明的驱动器电路的第四示例；以及

图13示出了可能的电流与电压特性。

具体实施例

将参考附图描述本发明。

应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了设备、系统和方法的示例性实施例，但仅旨在用于说明目的而不旨在限制本发明的范围。本发明的设备、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图更好地理解。应当理解，附图仅是示意性的并且不是按比例绘制的。还应当理解，贯穿附图使用相同的参考数字来指示相同或相似的部件。

本发明提供一种照明驱动器，其具有开关模式功率转换器，以及检测装置，用于检测驱动器是处于单模式并单独跨接在外部电源上，还是处于双模式并与另一驱动器串联跨接在外部电源上。在功率输入与开关模式功率转换器之间提供填谷电路。填谷电路的启用或禁用取决于驱动程序器是处于单模式还是双模式。开关模式功率转换器例如是降压转换器。

图1示出了降压转换器电路的示例。直流总线Vbus提供全部串联的负载(简单地表示为电阻器R2，但是可以是线性或非线性负载)、电感器L1、主功率开关M0和电流感测电阻器R1。回扫二极管D1跨接在负载和电感器上。平滑电容器C2与负载并联。在该示例中，电流感测发生在主功率开关的底侧。

平滑电容器C2的大小决定了电路的功率因数。较小的电容器产生较大的功率因数。例如，低功率因数电路可以使用4.7μF的平滑电容器，而高功率因数电路可以使用0.1μF的平滑电容器。

主功率开关M0的占空比被控制以调整电路从输入到电感器和从电感器到负载的功率转移比。该功率转移例如根据所感测的电流来控制。

图2示出了具有高侧切换和感测的可选降压转换器电路。直流总线提供全部串联的主功率开关M0、电流感测电阻器R1、电感器L1和负载R2。回扫二极管D1跨接在负载、电感器和感测电阻器上，并且还存在与负载R2并联的平滑电容器C2。在这种情况下，电容器C1决定功率因数，而C2决定负载纹波电流。

在这些电路中，每次主开关M0导通时，感测通过电流感测电阻器R1的电流。通过电流感测电阻器R1的电流跨电阻器R1生成电压，并且一旦跨R1的电压已经达到期望值，主开关M0将被关断。这被称为峰值电流模式控制开关，并且用于最基本的降压转换器。开关频率取决于直流总线电压。

只要降压转换器的输出负载R2不改变，就存在系统的闭环控制，其中，主开关M0的开启时间由所感测的电流控制，而与直流总线电压无关。

图3示出了跨系统电压V1串联连接的两个降压转换器30、32，每个降压转换器的类型如图1所示。每个转换器另外具有二极管桥式整流器34和输入电容器C10。

在串联配置中，每个降压转换器的输入电压应处于同一电平以防止不平衡和不稳定。然而，如果降压转换器以上述反馈模式操作，则难以确保输入电压相等。

需要可以单独放置或与另一灯串联组合放置的灯。如果以闭环控制操作的灯以串联连接方式操作，则电压可能不均匀地发展。WO2016/008943公开了一种灯，该灯对于单个安装可以处于闭环模式，而对于双灯安装可以处于开环模式。PCT/CN2018/112467和EP18213961.8及其同族申请也公开了具体实施方式。

此外，在这两种可能的连接配置中都需要满足功率因数要求以及电流纹波要求。LED更换的关键性能要求是功率因数大于0.7，并且调制深度(或纹波电流)低于10％。常规低功率因数电路不能满足0.7以上的高功率因数的需要，而常规高功率因数电路不能满足10％以下的调制深度的需要。

用于提高低功率因数电路的功率因数的一种已知电路是填谷电路。

图4示出了连接在整流器34(其递送整流的电源信号)与负载R2之间的基本填谷电路。

填谷电路包括串联在整流的电源信号端子之间的第一电容器C1和第二电容器C4。在两个电容器之间，串联连接的是二极管D4和电阻器R4。

第二电容器C4与二极管D2在整流的电源信号端子之间串联(二极管D2在朝向正整流的电源端子的正向方向上并连接到正端子)。类似地，第一电容器C1与二极管D2'在整流的电源信号端子之间串联(二极管D2'在朝向正整流的电源端子的正向方向上但是连接到负端子)。因此，存在两个并联支路，每一个支路为电容器和二极管。支路在它们的中间节点通过电阻器R4和二极管D4耦接在一起。

当施加交流电压V1并且达到C1和C4上的电压之和(加上D4的正向电压)时，跨电容器C1和C4两者施加整流的线电压，因为电容器C1和C4两者都通过D4和R4充电，直到C1和C4各自被充电到峰值线电压的大约一半。当整流的电源电压通过峰值线电压并且因此进入“谷”相时，Vout开始朝着峰值线电压的一半下降。此时，电容器C1和C4开始通过D2和D2'在Vout处向负载放电。电阻器R4防止大的涌浪电流和电磁干扰(EMI)。

因此，第一电容器和第二电容器串联连接以由超过第一阈值的输入电压充电，并且并联连接(因为二极管D4在此期间不导通)以在输入电压低于第二阈值时向负载放电。注意，当填谷电路连接到开关模式功率转换器的上游时(如以下示例)，放电到开关模式功率转换器，然后该开关模式功率转换器充当填谷电路的负载。

这两个阈值基本上相同，并且仅在跨电阻器R4和二极管D4的电压降方面不同。

图5示出了可切换填谷电路。二极管D2'被晶体管M1代替。当晶体管关断时，晶体管M1的体二极管用作回扫二极管D2'，因此该电路执行与图4的电路相同的填谷功能。可选地，它可以被导通(关断)以实现禁用功能。对于禁用功能，晶体管M1被操作为短路，使得全输入电压跨C1并且因此跨负载R2。D4不导电并且C4被禁用。C4和D2的支路未激活。

填谷电路的问题是不适合串联的双灯，因为谷电压太低。

图6示出了用于整流的230Vac电源电压的不同电路的操作。顶部曲线图示出了高功率因数电路(图2中具有小输入电容器C1)的输出电压，中间曲线图示出了低功率因数电路(图2中具有大输入电容器C1)的输出电压，并且底部曲线图示出了基于低功率因数电路的填谷电路的输出电压。

底部曲线图示出了通过使用填谷电路获得的改进(与顶部曲线图相比)。

图7示出了顶部曲线图中的高功率因数电路、中间曲线图中的低功率因数电路以及底部曲线图中的填谷电路(应用于低功率因数电路)的输入电流。

结果表明，填谷电路能使低功率因数电路实现更好的(更正弦的)电流波形。115V和230V两者的波形是等效的。

图8示出了对应于两个负载串联时的情况的用于整流的115Vac电源电压的不同电路的操作。顶部曲线图示出了高功率因数电路(图2中具有小输入电容器C1)的输出电压，中间曲线图示出了低功率因数电路(图2中具有大输入电容器C1)的输出电压，并且底部曲线图示出了基于低功率因数电路的填谷电路的输出电压。

对于这样的双模式操作，填谷电路的问题是谷电压(尤其是在输出处达到的最低电压)低于没有填谷功能的情况。如果电压下降到LED串的导通电压以下，这可能引起闪烁。

本发明基于采用对于双模式的无填谷功能的低功率因数模式(图8的中间曲线图)以及对于单模式的填谷功能(图6的底部曲线图)。

图9示出了用于驱动照明负载的驱动器的第一示例。这基于具有控制器U1的驱动器，该控制器U1是低功率因数降压转换器集成电路。

该电路包括开关模式功率转换器90，该开关模式功率转换器90包括电感器L1、回扫二极管D1、输出电容器C2。开关模式功率转换器驱动照明负载LED。开关模式功率转换器90包括控制器U1，该控制器U1包括功率转换器的主开关(即，图1或图2的晶体管M0是控制器U1的一部分)。

控制器具有电流感测输入CS、漏极端子DRAIN和电源电压端子VCC。主电感器电流通过漏极端子流入控制器U1并且通过电流感测输入(因为引脚上的电压被控制器取回而被称为输入)流出，并且主电感器电流流过引脚CS与GND之间的电阻。跨电阻的电压被控制器取回。

在电源输入处对外部电源L、N进行整流之后接收输入电压Vbus，并且驱动器在电源输出V+、V-处向照明负载LED提供能量。

检测装置92适于检测驱动器是处于单模式并单独跨接在外部电源上，还是处于双模式并与另一驱动器串联跨接在外部电源上。

填谷电路94设置在功率输入(即，所接收的整流电源Vbus)与开关模式功率转换器90之间。填谷电路具有控制输入Ctrl，用于根据驱动器是处于单模式还是双模式来启用或禁用填谷电路94。

检测装置92包括用于检测输入电压Vbus的电压检测器。输入电压Vbus提供给电阻分压器R3、R3'、R11。分压通过齐纳二极管D1提供给晶体管Q1的基极。晶体管由输入电压Vbus通过电源电阻器R7、R7'供电。

在图10所示的替代方案中，晶体管Q1由控制器U1通过电阻器R7生成的电压VCC供电。

当电压Vbus足够高时，达到齐纳二极管D1的阈值电压，并且使晶体管Q1导通。这下拉控制线Ctrl。

填谷电路的类型如图5所示。因此，该填谷电路包括第一电容器C1和第二电容器C4，该第一电容器C1和第二电容器C4串联连接以由超过第一阈值的输入电压充电，并且当输入电压低于第二阈值时并联连接以放电至开关模式电源。第二开关装置M1用于在双模式下旁路第二电容器C4而在单模式下不旁路第二电容器C4。

更详细地，第一电容器C1在功率输入Vbus与第一节点N1之间，并且第二开关装置M1在第一节点N1与地之间。第一二极管D4和第一电阻器R4串联并且在从第一节点N1到第二节点N2的正向偏置方向上。第二电容器C4在第二节点N2与地之间，并且第二二极管在从第二节点N2到功率输入Vbus的正向偏置方向上。

当控制线Ctrl被下拉时，第一开关装置即第一晶体管M1被关断。这意味着填谷电路94的填谷功能是可操作的。晶体管M1的体二极管用作回扫二极管D2'，因此电路以上述方式操作。

以这种方式，仅当电压Vbus足够高时，尤其是在对应于跨输入的单个驱动器的连接的电平上，才使用可切换谷电路来提高功率因数。因此，可以使用低功率因数电路，从而提供低成本且简单的驱动器架构。

如果电压Vbus不足以使图9中的晶体管Q1导通，或者电压VCC不足以使图10中的晶体管Q1导通，则控制线Ctrl通过电阻器R7、R7'被拉高。这使晶体管M1导通，从而旁路二极管功能并禁用填谷功能，如上所述。

因此，控制线Ctrl被拉低以针对单模式启用填谷电路94，并且被拉高以针对双模式禁用填谷电路94。检测装置92包括电压感测装置，以感测输入电压Vbus，从而检测驱动器是处于单模式还是处于双模式。填谷电路用于获得针对较高电压的单模式的期望的功率因数，而低功率因数电路能够在处于双模式时实现期望的电流调制。

在优选的实施方式中，控制器还根据检测到的是单模式还是双模式而具有不同的操作模式。

对于图9和图10的示例，控制器实现电流感测以提供峰值电流控制。为此，电流感测输入CS接收电流感测电压，并且当达到最大电流时关断开关模式功率转换器(在U1中)的主晶体管。

在图9和图10的电路中，电流感测电压由与第一开关装置即第二晶体管M2串联的第一电阻器R5和并联电阻器R8的电流感测装置生成。当晶体管关断时，输入CS看到的电流感测装置的电阻是R8的电阻。当晶体管导通时，输入CS看到的电流感测装置的电阻是R5和R8两者的并联组合，因此电阻较低。

当电阻高时，控制器认为有高电流流动。

该高电阻用于单模式，因为控制器仍然可以调整其占空比来调节(减小)输出电流，以便获得跨高电阻的适当电压。此外，晶体管M2与晶体管M1同步切换。在单模式下，晶体管M2和晶体管M1两者都是关断的，因此启用填谷功能，并且高电阻用于电流感测。结果表明，该控制器以峰值输出电流反馈控制操作。因此，通过反馈控制来调节输出电流。

当针对双模式禁用填谷电路94时，通过控制线Ctrl上的高信号，在电流感测装置中也设置较低的电阻。当电阻低时，控制器认为有小电流在流动，因此该控制器努力通过增加其占空比来增加电流。然而，许多控制器具有最大占空比(Ton，max)，并且控制器将一直保持在该占空比。因此，开关模式功率转换器以开环控制模式操作，并且以恒定的导通时间(Ton，max)工作。根据输入电压在开环中控制输出电流，使得两个灯之间的平衡成为可能。由于填谷电路被关断，因此输出电压足够高以满足期望的负载电压(例如，LED正向电压)。

以这种方式，第二晶体管M2增加电流感测装置的电阻以实现闭环模式，并且减小电流感测装置的电阻以使控制器U1饱和，从而实现开环模式。

开环控制涉及饱和操作模式，其中，使用固定的最大导通时间。闭环控制涉及非饱和操作模式，其中，使用根据感测电流而变化的导通时间，从而进入电流反馈控制模式。

注意，在PCT/CN2018/112467和EP18213961.8(尚未公布)及其同族申请中描述了用于设置控制器的操作模式的这种方法。例如，参考上述WO 2016/008943，存在用于在开环控制与闭环控制之间改变的其他可能的方法。本领域技术人员将知道存在更多的替代方案使转换器在开环模式和闭环模式下可切换。可以在闭环控制与开环控制之间改变转换器的任何解决方案都是适用的。因此，本申请将不提供进一步的细节。

例如，第一电容器C1和第二电容器C4的电容各自在1μF至100μF的范围内，填谷电路中的第一电阻器R4的电阻例如在100Ω至1kΩ的范围内，并且与照明负载并联的平滑电容器C2具有1μF以上的电容。

在开环模式下使用的IC的最大导通时间不应太大(例如低于10μs)以防止当处于双模模式时操作频率太低。当开关模式功率转换器的主开关在最大导通时间操作时，开关频率应足够高以防止听到声学噪声。

对于图5的可切换填谷电路(如图9的电路中所使用的)，开关模式功率转换器的主开关晶体管的导通时间可以通过以下用于降压转换器的公式来计算：

Ton＝Lp*Ip/(Vbus-Vo)

Lp是功率电感器L1的电感，Ip是电感器的峰值电流，Vbus是总线电压，Vo是LED串电压。

在单模式下，输出电流(Iout)可以计算为：

Ip＝Vcs(max)/Rcs

Iout＝Ip/2

Vcs(max)是IC的限流阈值，1.5V为典型值，Rcs是电流感测装置的有效电阻。

在双灯模式下，总线电压是电源电压的整流电压的一半，如图8的中间曲线图所示。电压Vbus低，并且由于晶体管M1和M2导通，D2、D4和C4被禁用，因此填谷电路被禁用并且转换器以低PF模式操作。

在填谷模式下，谷电压较低并且可能下降到导通照明负载所需的输出电压以下，这可能引起闪烁。此外，总线电压上的高电压纹波将引起高输出纹波电流。因此，对于双灯应用，低PF模式比填谷模式更好。

在双模式下，输出电流(Iout)可以计算为：

Ip＝(Vdc-Vout)*Ton(max)/Lp

Iout＝K*Ip

其中，Vdc是总线电压，Ton(max)是IC的最大导通时间，K约为0.3至0.4，并取决于纹波总线电压。

图11示出了基于高功率因数IC U2的实施方式。

控制器具有以与上述相同的方式使用的电流感测输入CS、反馈输入FB、漏极端子DRAIN和电源电压端子VDD以及比较输入COMP。

二极管D6用于检测电感器退磁信号，并且设置环路补偿电容器C8。该控制器同样具有例如5μs的最大导通时间。

二极管D6连接到反馈引脚FB，并且C8连接到COMP引脚，并且它们用于(电压)反馈和IC的功率因数校正。

图12示出了对具有不同反馈检测布置并且还具有由电源电压VDD通过电阻器R7供电的晶体管Q1的图11的电路的修改。

该检测使用电阻分压器，该电阻分压器由来自耦接到功率转换器电感器(现在称为L1a)的辅助电感器线圈L1b的电流供电。

使用高功率因数电路是受关注的，因为具有小值Ton(max)(例如，5μs)的IC是可商购的，这有利于双模式设计。如果/当可用时，将使用Ton(max)值小于10μs的低功率因数IC，并且将给出更低的成本。

图13示出了可能的电流与电压特性。

当输入电压低于阈值电平Vb时，开关模式功率转换器以开环模式操作，并且在低于阈值电平Vb的第一操作电压Vr/2处递送第一输出电流Io_rated。当输入电压高于阈值电平Vb(或者直接高于Vb，或者从略高于Vb的电压开始)时，开关模式功率转换器以闭环开关模式操作。在优选实施方式中(如在EP2018213961.8中所解释的)，闭环模式在阈值电平Vb或高于阈值电平Vb的第二操作电压Vr处递送基本相同的所述第一电流输出Io_rated。

第一操作电压Vr/2是第二操作电压Vr的一半，并且是当驱动器与另一驱动器串联连接到电压电源时的标称输入电压。第二操作电压Vr是当驱动器单独连接到电压电源时的标称输入电压。

在图13中，存在大于第一阈值电平Vb且小于第二操作电压Vr的第二阈值电平Va。

在闭环反馈控制的输入电压Vb处存在变化。在输入电压从Vb增加到Va的初始时期，电流可以保持恒定。然而，可选地，在两个模式之间的转换处仅存在一个电压Va＝Vb。于是，存在当电压从第二阈值Va增加到仍然小于第二操作电压Vr的第三阈值电平Vc时的功率曲线。当输入电压在阈值Vb与Vc之间时，以反馈方式首先用固定电流设置并且然后用可变电流设置控制电流。一旦电压达到第三阈值Vc，输出电流再次下降到期望的电流Io_rated，并且然后保持恒定。

例如，Vb被设置为高于150V，Va被设置为低于190V，并且可以与上面提到的Vb相同。在双灯模式下，Vin<Vb、M1和M2导通，并且电路以最大导通时间(开环)控制操作，因此输出电流几乎与(Vdc-Vout)成比例。在单灯模式下，Vin>Vc，并且电路以峰值电流控制(闭环)模式操作，因此输出电流是恒定的。

这仅是可能的操作特性的一个示例。

以上示例利用电压检测来识别模式。然而，可以使用任何合适的信号分析。以降压转换器为例，但是也可以使用其他转换器类型，诸如升压和降压-升压。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求，在实践要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述的某些措施的唯一事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考标志都不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于驱动照明负载的驱动器，包括：

开关模式功率转换器(90)，适于在功率输入处接收来自外部电源(V1)的输入电压(Vbus)，并且在功率输出处向所述照明负载(LED)提供能量；

检测装置(92)，适于检测所述驱动器是处于单模式并且单独跨接在所述外部电源上，还是处于双模式并且与另一驱动器串联跨接在所述外部电源上；

填谷电路(94)，在所述功率输入与所述开关模式功率转换器(90)之间；以及

控制输入(Ctrl)，根据所述检测装置(92)所检测的，适于针对所述单模式启用所述填谷电路(94)，并且适于针对所述双模式禁用所述填谷电路(94)。

2.根据权利要求1所述的驱动器，其中所述检测装置(92)包括电压感测装置，以感测所述输入电压(Vbus)，从而检测所述驱动器是处于所述单模式还是处于所述双模式。

3.根据权利要求1或2所述的驱动器，其中当针对所述单模式，所述填谷电路(94)被启用时，所述开关模式功率转换器适于在具有峰值输出电流反馈控制的闭环控制模式下操作。

4.根据权利要求3所述的驱动器，其中当针对所述双模式，所述填谷电路(94)被禁用时，所述开关模式功率转换器适于在开环控制模式下操作。

5.根据权利要求4所述的驱动器，包括控制器(U1)和电流感测装置(R5、R8)，所述电流感测装置(R5、R8)适于感测流过所述开关模式功率转换器的主开关的电流，并且反馈给所述控制器(U1)，

其中所述检测装置包括第一开关装置(M2)，用于配置所述电流感测装置，从而使得所述控制器(U1)能够将所述开关模式功率转换器配置处于所述闭环模式或所述开环模式。

6.根据权利要求5所述的驱动器，其中所述第一开关装置(M2)适于增加所述电流感测装置的电阻以实现所述闭环模式，并且适于减小所述电流感测装置的所述电阻以使所述控制器(U1)饱和，从而实现所述开环模式。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的驱动器，其中所述填谷电路(94)包括：

第一电容器(C1)和第二电容器(C4)，其中所述第一电容器和所述第二电容器：

用于串联连接以由超过第一阈值的输入电压充电；以及

用于在所述输入电压低于第二阈值时并联连接，以向所述开关模式电源放电。

8.根据权利要求7所述的驱动器，其中所述填谷电路进一步包括第二开关装置(M1)，用于在所述双模式下旁路所述第二电容器(C4)，并且在所述单模式下不旁路所述第二电容器(C4)。

9.根据权利要求8所述的驱动器，其中所述第一电容器(C1)和所述第二电容器(C4)的电容各自在1μF至100μF的范围内。

10.根据权利要求8或9所述的驱动器，其中所述第二开关装置(M1)包括晶体管，并且所述第二开关装置(M1)的控制端子和所述第一开关装置(M2)的控制端子被连接在一起。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的驱动器，其中所述填谷电路包括：

所述第一电容器(C1)，在所述功率输入(Vbus)与第一节点(N1)之间，其中所述开关装置(M1)在所述第一节点(N1)与基准(GND)之间；

第一二极管(D4)和第一电阻器(R4)，串联并且在从所述第一节点(N1)到第二节点(N2)的正向偏置方向上；

所述第二电容器(C4)，在所述第二节点(N2)与所述基准(GND)之间；以及

第二二极管(D2)，在从所述第二节点(N2)到所述功率输入(Vbus)的所述正向偏置方向上。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的驱动器，包括平滑电容器(C2)，用于与所述照明负载(LED)并联连接，其中所述平滑电容器具有1μF以上的电容。

13.根据1至12中任一项所述的驱动器，其中所述开关模式功率转换器包括降压转换器。

14.一种照明电路，包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的驱动器；以及

照明负载(LED)，被连接到所述驱动器的所述功率输出。

15.一种用于驱动照明负载的驱动方法，包括：

在开关模式功率转换器(90)的功率输入处，接收来自外部电源(V1)的输入电压(Vbus)；

检测所述驱动器是处于单模式并且单独跨接在所述外部电源上，还是处于双模式并且与另一驱动器串联跨接在所述外部电源上；以及

针对所述单模式启用填谷电路(94)，并且针对所述双模式禁用所述填谷电路(94)，并且向所述照明负载(LED)提供能量。

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