专利名称：用于控制led的调暗水平的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及控制发光二极管(LED)的调暗水平。更具体而言，这里公开的各种发明方法和装置涉及在阈值水平以上和以下控制驱动电流。
背景技术：
数字发光技术(即基于半导体光源(比如发光二极管(LED))的照明)提供传统荧光、HID和白炽灯的可行替代。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐久性、 更低操作成本以及许多其它优点和益处。LED技术的近来发展已经提供在许多应用中实现多种发光效果的高效和健壮的全光谱发光源。例如如在通过引用并入于此的第6，016，038 和6，211，626号美国专利中具体讨论的那样，体现这些源的一些灯具具有如下发光模块， 该发光模块包括能够产生不同颜色(例如红、绿和蓝)的一个或者多个LED以及用于独立控制LED的输出以便生成多种颜色和变色发光效果的处理器。已经在制造发射白光的LED方面取得显著发展。目前，每瓦特生成多于100流明的白光LED在商业上可用。这可与荧光和HID灯的性能相当。此外，这些LED由于它们的尺寸小而提供比如更长操作寿命、抗冲击/振动和设计灵活性这样的其它优点。因而白光 LED正在变得被接受为用于照明应用(比如标志、重点以及小路照亮、射灯、停车场和道路照亮)的传统白炽源、小型荧光和HID的替代。可以独自或者与有色LED结合使用白色LED 以获得特定效果。LED的电特性使得向LED灯施加的电压的少量改变将引起明显电流改变。此外，环境温度改变也将通过改变在LED两端的正向压降来造成LED电流改变。另外，LED的流明输出依赖于LED电流。LED光源的现有电源被设计为精确调节LED电流以防止由于输入AC 电压变化和环境温度所致的流明强度变化。LED灯在过量正向电流下的长时段操作可能引起不可接受的流明强度变化并且甚至引起致命故障。此外，当前电源未使功率消耗最小以使节能最多。经常希望向LED和采用LED的发光灯具提供调暗能力。已知的调暗LED的方式包括电流波形的脉宽调制(PWM) “斩波”和电流波形的幅度的模拟减少。遗憾的是，使用已知的模拟幅度减少和PWM调暗难以在0%光输出(无光输出)到100%光输出(全光输出) 的整个调暗范围上获得良好效率和良好性能。许多已知的高效率LED驱动器使用开关模式转换器来调节到LED的电流。为了实现“深度调暗”(例如调暗到少于5%和高至30% )， LED电流的PWM脉冲通常用来保证LED的恰当操作。利用电流源输出，PWM调暗需要在PWM 周期的“关断”脉冲期间分流LED电流的分流开关。这样，在主转换器和分流开关中实现相对高损耗，因为到LED的电流处于相对高水平，虽然只有该电流的一部分被递送。因而已知的分流开关及其使用方法在涉及到调暗的LED应用中比较低效率。此外，LED的效率(lm/ W)在驱动电流更低时比较高，因而已知的PWM调暗方法比已知的模拟调暗方法效率低。然而模拟调暗在调暗水平低时也具有一些缺点。例如，如果LED电流少于全输出额定值的近似5%和大到30%，则光水平可能在不同LED之间不均勻，可能出现色移，并且LED的效率在电流水平很低时也比较差。此外，驱动器电子电路变得更困难，因为电流水平降至以下、在电流感测电路中的偏移电压和电噪声变成主要考虑。这些问题在0. 以下的暗水平时使模拟调暗不符合期望。因此本领域中需要提供如下LED调暗，该LED调暗至少克服上文描述的已知调暗方法的缺点。
发明内容
本公开内容针对用于控制调暗水平的发明方法和装置。申请人已经认识和了解， 以克服模拟和脉宽调制(PWM)调暗中的某些缺点这样的方式在0%到100%调暗的整个调暗范围上提供更高效的LED调暗将是有益的。申请人已经进一步认识和了解，提供至某一调暗水平的模拟调暗、并且为调暗至某一调暗水平以下而提供PWM调暗将是有益的。根据一个方面，本公开内容关注一种用于LED的调暗电路，该调暗电路包括电流控制器，配置成接收调暗输入、提供脉宽调制信号(PWM)和参考电压。调暗电路也包括电流转换器，配置成提供输出电流；以及分流开关，连接到控制器和电流转换器并且连接于电流控制器与LED之间，其中分流开关在调暗输入高于阈值水平时不导通。根据另一方面，本公开内容关注一种用于LED的调暗电路，该调暗电路包括控制器，配置成接收调暗输入、提供脉宽调制信号(PWM)和参考电压。调暗电路也包括电流转换器，配置成提供输出电流；以及降压转换器(buck converter)，连接于LED与电流转换器之间，其中降压转换器包括在调暗输入少于阈值水平时不导通的分流开关。如这里出于本公开内容的目的而使用的那样，术语“LED”应当理解为包括能够响应于电信号生成辐射的任何电致发光二极管或者其它类型的基于载流子注入/结的系统。 因此，术语LED包括但不限于各种响应于电流发光的基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光条等。具体而言，术语LED指所有类型的如下发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)，这些发光二极管可以被配置成在红外光谱、紫外光谱以及可见光谱的各部分(一般包括从近似400纳米到近似700纳米的辐射波长)中的一个或者多个中生成辐射。LED的一些例子包括但不限于各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED (下文进一步讨论)。也应当了解LED可以被配置和/或控制成生成如下辐射，该辐射具有针对给定光谱的各种带宽(例如半高全宽或者FWHM)(例如窄的带宽、宽的带宽)以及在给定的一般色分类内的多种主导波长。例如被配置成生成基本上白光的LED (例如白色LED)的一种实施方式可以包括分别发射不同电致发光光谱的多个管芯(die)，这些光谱组合混合以形成基本上白光。在另一实施方式中，白光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换成不同的第二光谱的磷光体材料关联。在该实施方式的一个例子中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“抽运” 磷光体材料，该材料又辐射具有某种程度更宽的光谱的更长波长的辐射。也应当理解术语LED不限制LED的物理和/或电封装类型。例如，如上文讨论的那样，LED可以指具有多个如下管芯的单个发光器件，这些管芯被配置成分别发射不同辐射光谱(例如可以单独可控或者可以不这样)。LED也可以与被视为LED(例如一些类型的白色LED)整体一部分的磷光体关联。一般而言，术语LED可以指封装的LED、未封装的LED、表面装配LED、板上芯片LED、T封装装配LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某类型的包壳和/或光学元件(例如扩散透镜)的LED等。术语“光源”应当理解为指多种辐射源中的任何一个或者多个辐射源，所述多种辐射源包括但不限于基于LED的源(包括如上文定义的一个或者多个LED)、白炽源(例如灯丝灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如钠蒸汽、汞蒸气和金属卤化物灯)、激光、其它类型的电致发光源、火致发光源(例如火焰)、烛致发光源(例如汽灯罩、碳弧辐射源)、光致发光源(例如气体放电源)、使用电子饱和(electronic satiation)的阴极发光源、电流发光源、晶体发光源、运动发光源、热致发光源、摩擦发光源、声纳发光源、辐射发光源和发光聚合物。给定的光源可以被配置成生成在可见光谱内、在可见光谱以外的电磁辐射或者二者的组合。因此，术语“光”和“辐射”这里可互换使用。此外，光源可以包括作为整体部件的一个或者多个滤光器(例如滤色器)、透镜或者其它光学部件。也应当理解光源可以被配置用于多种应用(包括但不限于指示、显示和/或照明)。“照明源”是具体配置成生成如下辐射的光源，该辐射具有充分强度以有效照亮内部或者外部空间。在本文中，“充分强度”是指为了提供环境照明而在空间或者环境中生成的在可见光谱中的充分辐射功率(经常采用单位“流明”来在辐射功率或者“流明通量”方面代表在所有方向上从光源输出的全部光)(即可以被间接感知并且可以例如在被全部或者部分感知之前从多种中介表面中的一个或者多个表面反射的光)。术语“光谱”应当理解为指一个或者多个光源产生的任何一个或者多个辐射频率 (波长)。因而术语“光谱”不仅指在可见范围中的频率(或者波长)，而且也指在整个电磁光谱的红外、紫外和其它区域中的频率(或者波长)。给定的光谱也可以具有相对窄的带宽(例如具有基本上很少频率或者波长成分的FWHM)或者相对宽的带宽(具有各种相对强度的若干频率或者波长成分)。也应当了解给定的光谱可以是混合两个或者更多其它光谱 (例如混合分别从多个光源发射的辐射)的结果。对于本公开内容的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互换使用。然而术语“颜色” 一般用来主要指观察者可感知的辐射性质(但是该用法并非旨在于限制该术语的范围)。 因而术语“不同颜色”隐含地指波长成分和/或带宽不同的多个光谱。也应当了解术语“颜色”可以与白光和非白光两者结合使用。术语“色温”这里一般与白光结合使用，但是该用法并非旨在于限制该术语的范围。色温基本上指白光的特定颜色内容或者色调(例如泛红、泛蓝)。传统上根据辐射与所考虑的辐射样本基本上相同光谱的黑体辐射体的以开尔文度数(K)为单位的温度来表征给定辐射样本的色温。黑体辐射体色温一般落在从近似700度K(通常被视为首先对人眼可见)到10，000度K以上的范围内；一般在1500-2000度K以上的色温感知白光。术语“发光灯具”这里用来指一个或者多个发光单元在特定形状因子、总成或者封装中的实施方式或者布置。术语“发光单元”这里用来指包括相同或者不同类型的一个或者多个光源的装置。给定的发光单元可以具有多种用于光源的装配布置、罩/壳布置和形状和/或电和机械连接配置中的任一种。此外，给定的发光单元可选地可以与涉及光源操作的多种其它部件(例如控制电路)关联(例如包括这些部件、耦合到这些部件和/或与这些部件封装在一起)。“基于LED的发光单元”指如下发光单元，该发光单元独自或者与
6其它非基于LED的光源组合而包括如上文讨论的一个或者多个基于LED的光源。“多通道” 发光单元指如下基于LED或者非基于LED的发光单元，该发光单元包括配置成分别生成不同辐射光谱的至少两个光源，其中每个不同源光谱可以称为多通道发光单元的“通道”。术语“控制器”这里一般用来描述涉及一个或者多个光源的操作的各种装置。可以用许多方式(如例如用专用硬件)实施控制器以执行这里讨论的各种功能。“处理器”是如下控制器的一个例子，该控制器采用一个或者多个如下微处理器，该微处理器可以使用软件(微代码)来编程以执行这里讨论的各种功能。控制器可以采用或者不采用处理器来实施并且也可以实施为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其它功能的处理器的组合(例如一个或者多个编程的微处理器和关联电路)。可以在本公开内容的各种实施例中采用的控制器部件的例子包括但不限于传统微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。如这里使用的术语“用户接口”指实现用户与设备之间的通信的人类用户或者操作者与一个或多个设备之间的接口。可以在本公开内容的各种实施方式中采用的用户接口的例子包括但不限于开关、电位计、按钮、刻度盘、滑块、鼠标、键盘、键区、各种类型的游戏控制器(例如操纵杆)、跟踪球、显示屏、各种类型的图形用户界面(GUI)、触屏、麦克风以及可以接收某种形式的人类生成的刺激并且响应于该刺激来生成信号的其它类型的传感器。应当了解前述概念和下文更具体讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念并未互不一致)被设想为这里公开的发明主题的部分。具体而言，本公开内容所附的要求保护的主题的所有组合被设想为这里公开的发明主题内容的部分。也应当了解这里明确采用的、也可以在通过引用并入的任何公开内容中出现的术语应当被赋予与这里公开的特定概念最一致的含义。
在附图中，相似标号在所有不同视图中一般指相同部分。并且，附图未必按比例， 相反一般着重于图示本发明的原理。图1图示了根据一个代表实施例的发光灯具的简化框图。图2图示了根据一个代表实施例的调暗电路的简化示意图。图3图示了根据另一代表实施例的调暗电路的简化示意图。
具体实施例方式在下文具体实施方式
中，出于说明而非限制的目的，阐述公开具体细节的代表实施例以便提供对本教导的透彻理解。可以省略对已知设备、材料和制造方法的描述以免使对示例实施例的描述难以理解。尽管如此，可以根据代表实施例使用在本领域普通技术人员的知识范围内的这样的设备、材料和方法。图1图示了根据本发明各种实施例的发光装置100的简化框图。发光装置包括接收输入电压(比如线电压)的调暗电路101。基于所需的调暗器设置，调暗电路101向LED 102提供特定驱动电流。在一个代表实施例中，可以在壳中提供发光装置而调暗电路和LED 在共同或者单独封装中。图2图示了根据一个代表实施例的调暗电路200的简化示意图。设想调暗电路200用作图1中的发光灯具100的调暗电路101。调暗电路200包括恒定电流转换器(‘转换器’)201和控制器202。控制器102接收调暗输入，并且转换器101接收输入电压。在一个代表实施例中，转换器201是配置成从多种已知功率源(例如AC电压(线电压)、DC电压或者低电压AC源)之一接收输入的已知电源。转换器201基于输入电压提供输出电流。 如这里更完全描述的那样，向分流开关(例如场效应晶体管(FET)UlO(Ql)提供PWM信号 203。在一个代表实施例中，控制器202包括已知的微处理器(该微处理器包括存储器和逻辑)并且配置成接收调暗输入并且提供PWM信号203和参考电压(V,ef)204。微处理器的使用仅为示例，并且也设想使用可编程逻辑器件(PLD)(比如现场可编程门阵列(FPGA) 或者专用集成电路(ASIC))或者分立电子部件以用于在控制器202中使用。参考电压(U 204向误差放大器电路205提供一个输入。到LED的电流流过感测电阻器(Rl)211，该感测电阻器产生作为另一输入向误差放大器电路205提供的感测电压。误差放大器电路205比较感测电压信号与参考电压(V,ef)204。向转换器201提供反馈信号206，该反馈信号基于误差放大器电路205的输出。响应于反馈信号206的值，转换器 201增加或者减少到LED的电流直至在感测电阻器(Rl)211处的所感测的电压与参考电压 (Vref) 204基本上相同。在操作中，转换器201向第一电感器207 (Li)提供比较恒定的电流。来自转换器 201的电流又流向第二电感器(L2)208。第二电感器(L2)208与电容器(Cl)209结合有益地减少电流纹波(ripple)并且向LED(在图2中未示出)或者向分流开关(Ql)210提供基本上恒定的DC电流。电容器(Cl)209和第二电感器(L2) 208具有如下相应值，这些值被选择成使得分流开关210 (Ql)的切换不明显变更在电容器209(C1)处的电压，因而在第二电感器(L2) 208中的电流保持基本上恒定。该接近恒定的电流然后直接或者经过分流开关 (Ql) 210 而流向 LED。直接流向LED或者流向分流开关210 (Ql)的电流依赖于在控制器202的调暗输入处提供的调暗水平。经常为了避免色水平移位并且提供基本效率水平而指定最小电流幅度。经常按照经过LED结的最大电流水平或者幅度的百分比表达该最小电流幅度。例如 LED制造商或者灯制造商可以将LED所需最小电流幅度指定为可以向LED递送的最大电流幅度的百分比。出于示例目的，假设该最小电流为发光灯具100中所用LED的最大电流幅度的近似10%。强调最大电流幅度的百分比可以少于或者大于10%，并且仅为了容易说明而选择该值。根据结合图2描述的代表实施例，当向控制器202的调暗输入在该最大电流水平的 100 %到最大电流水平的10 %之间时，从控制器202输出的PWM信号203处于反向偏置分流开关210(Q1)的电压，从而它不导通而是“关断”，并且参考电压(Vref) 204处于与调暗输入成比例的水平。参考电压(Vref) 204被输入给误差放大器电路205并且向转换器201提供与在所需电流设置点(参考电压(Vref) 204)与在感测电阻器(Rl) 211两端感测的实际 LED电流之间的误差信号成比例的反馈206。向转换器201输入反馈206，并且来自转换器 201的输出是向LED提供所需电流水平的模拟输出。对照而言并且沿用示例值，当向控制器202的调暗输入为近似10%或者更少(到近似0% )时，控制器202提供最大值的10% (或根据选择更少)的参考电压(Vref) 104。到分流开关(Ql)210的PWM信号203按照设置的占空比有选择地将分流开关(Ql)210偏置为接通。在阈值水平为最大LED驱动电流的10%的本代表实施例中，PWM信号203具有与所需调暗水平除以10基本上匹配的关断占空比(因为平均电流已经减少至10% )。例如的P丽关断占空比对应于0. 的调暗水平。有益地，由于仅在经过第一电感器(Li) 207和第二电感器(L2) 208的电流减少至处于最大电流水平的所选分数(例如10%或者更少)或者其以下的水平时，分流开关 (Ql)210正向偏置(“接通”)，所以在分流(Ql)210中的损耗被最小化。此外，电路200允许分流开关(Ql)210具有比较高的电阻并且继而具有比较低的电容。这在希望比较高的PWM 频率的情况下减少了切换损耗的可能性。为此，在一个示例实施例中，分流开关(Ql)210是电压额定值为600V的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(假设LED系统为高电压输出)、具有近似1. 2 Ω的电阻和近似IOOpF的输出电容。如果本例的分流开关(Ql) 210 (即 M0SFET)将导通来自转换器101的全部电流(例如1Α)，则在分流开关(Ql) 210的接通时间接近100%的点仅导通损耗就将已经为1W。如可以了解的那样，这样的损耗不符合期望。对照而言并且根据代表例子，如果经过分流开关(Ql)210的电流限于最大电流水平的10%或者更少，则相同MOSFET的导通损耗明显更低；例如在相同条件和参数之下为0. 012W。由于导通损耗的该明显减少，可以将分流开关(Ql)210的电阻选择为更大。以相同例子继续，如果分流开关210 (Ql)为电阻更高(例如10 Ω )的M0SFET，则输出电容将明显下降(例如在本例中以因子10下降)。有益地，导通损耗和切换损耗明显减少(在本例中以因子10下降)，并且切换时间也由于电容减少而减少。注意减少分流开关(Ql) 210的切换时间可以尤其有益，因为比较精确的调暗控制受益于比较快的切换转变，该比较快的切换转变在代表实施例中通过提供电容比较低的开关(例如分流开关210 (Ql))而实现。此外，接通电阻为 10倍的MOSFET比更低电阻的FET成本低得多。注意可以选择向分流开关(Ql) 210提供的PWM信号203的频率以优化电路200的性能。在实践中，希望在分流开关(Ql)IlO响应于PWM信号203按照固定占空比接通和关断之时具有在第一电感器(Li) 207中的基本上恒定的电流和在电容器(Cl) 109两端的基本上恒定的电压。这保证LED中的电流与分流开关的占空比或者与反占空比成比例。根据一个代表实施例，通过为分流开关(Ql) 210选择充分高的PWM频率来实现这些条件。在一个代表实施例中，隔离电源，并且有益地，提供隔离的转换器101从不停止切换、因此向驱动电流反馈放大器所需要的任何辅助供应绕组和调暗接口控制器提供充分功率，因为最小转换器输出电流固定于非零最小水平(例如在上例中为最大值的10%或者更少)。通常选择用于LED的PWM信号203的频率为200Hz到5kHz的量级。然而为了减少第二电感器 L2(209)和电容器(Cl)210的尺寸，有可能在甚至更高频率操作分流开关(Ql)210。当分流开关(Ql)210是允许快速切换转变的相对高电阻、低电容器件时尤其如此。图3图示了根据另一代表实施例的调暗电路300的简化示意图。设想调暗电路 300用作图1中的发光灯具100的调暗电路101。结合图2中所示调暗电路200的实施例描述的部件的许多细节对于调暗电路300的实施例是共同的。未重复这些共同细节中的许多细节以免使对当前描述的实施例的描述难以理解。另外，类似于结合图2描述的实施例， 调暗电路300在近似0%到近似100%的整个调暗范围上提供高效的LED调暗。类似于调暗电路200，调暗电路300提供来自转换器201的模拟调暗至如下阈值水平，该阈值水平保证色移最小的恰当LED操作。调暗电路300包括转换器201和控制器202。控制器202接收调暗输入，并且转换器201接收输入电压(比如AC线电压)。在一个代表实施例中，控制器202包括已知的微处理器(该微处理器包括存储器和逻辑)并且配置成接收调暗输入并且提供PWM信号203 和参考电压(V,ef)204。微处理器的使用仅为示例，并且也设想使用可编程逻辑器件(PLD) (比如现场可编程门阵列(FPGA)或者专用集成电路(ASIC))以在控制器202中使用。参考电压(Vref) 204构成到放大器电路205的一个输入。调暗电路300包括降压转换器301，该降压转换器将输出电流从阈值水平(例如到LED的最大电流幅度的10% )脉宽调制成0%电流或者100%调暗。降压转换器301包括与第二开关(Q2) 303、电感器304和电阻器305并联的第一开关(Ql) 302。在第二开关
303(Q2)的输出与到误差放大器电路205的输入之间提供二极管(Dl)306。降压转换器301 可以如在 Lys 等人的、标题为 “HIGH POWER FACTOR LED-BASED LIGHTING APPARATUS AND METHODS”的共有美国专利申请出版物20080278092中描述的那样。该专利申请出版物通过引用具体并入于此。根据代表实施例，降压转换器301可以在与频率PWM信号203相比的高频操作并且使用已知的控制方法或者使用滞后(hysteretic)或者峰电流控制方法来获得比较快并且比较精确的电流控制。降压转换器301的切换频率例如范围为近似IOOkHz 到近似500kHz。如果第二开关(Q2) 303和二极管(Dl) 306的电容比较小(为IO1pF量级)， 则切换损耗低。如果选择第二开关(Q2)303的接通电阻为足够高而选择二极管(Dl) 306的电流额定值为足够低，则可以实现该点。这样，根据代表实施例，经过降压转换器301的电流首先维持于比较低的幅度(例如LED的最大电流的10%或者更少)，这允许选择第二开关(Q2)303的接通电阻为比较高并且允许在二极管(Dl)306两端的比较低的电流而无明显导通损耗。例如电流额定值为IA的二极管可以具有20pF-50pF的结电容；而电流额定值为 0. IA的二极管(例如二极管(Dl) 306)可以具有范围为近似IpF到近似5pF的比较低的结电容。切换损耗与频率成比例，因而电容的因子10的减少转化为切换损耗的因子10的减少，这在IOOkHz到500kHz的操作频率可以非常明显。根据代表实施例，在比较高的切换频率操作降压转换器301以允许在电感器
304(L2)的值为小的情况下低输出电流纹波进入LED中(即基本上恒定的LED电流)。注意并入电感器304 (L2)中的较小值的电感将确定电感器304 (L2)可以在“关断"PWM周期期间多快地放电。基本上，电感器304 (L2)确定PWM周期的切换速度并且因此确定PWM信号 203的最大频率以及PWM信号203的上升时间和下降时间。这样，降压转换器301的电感器 304(L2)确定可在调暗电路300中实现的调暗分辨率和最小调暗水平。然而注意不能选择PWM信号203的频率为任意小。在近似IOOHz量级的PWM频率可能造成可见闪烁，并且甚至低达500Hz的PWM频率可能对摄影造成问题。这样，根据代表实施例，为了避免可检测闪烁并且提供LED的更佳输出光质量，将PWM信号的频率设置在阈值水平以上。在实践中，降压转换器301在比PWM频率高至少100倍的频率操作以实现准确性可接受的近似5%的PWM占空比。对于更低调暗水平，甚至更高降压频率是必需的。沿用上文描述的示例，可以根据从近似0%调暗(即无调暗和到LED的最大电流幅度的100% )至90%调暗(即到LED的最大电流幅度的10% )的调暗实施模拟调暗。在 90%调暗以下，高频降压转换器301用来将输出电流从10%脉宽调制成0%。然而注意降压转换器201允许阈值水平被设置成到LED的最大电流幅度的近似5%。如上文所言，降压转换器201可以在与PWM频率相比非常高的频率操作并且使用标准控制方法或者使用滞后或者峰电流控制方法来获得非常快并且精确的电流控制。可以在模拟调暗部分(其中初级电流控制用来使在全输出时的任何附加损耗最小)期间用开关(FET或者别的开关)旁路降压转换器201。作为旁路开关的第一开关(Ql) 302可以是多种可控开关(例如FET)中的一种，而在本实施例中可以是比较慢的切换器件，因为它仅需在(例如)10%调暗以上接通而在该水平以下关断。第一开关(Ql)302可以具有比较低的接通电阻。第一开关(Ql)302的电容在电路设计中为次要考虑，因为在第一开关(Ql) 302中有低切换损耗。具体而言，在代表实施例中，调暗命令相对固定而仅在用户改变设置点时改变。例如并且以相同例子继续， 如果给出最大电流的11%的调暗命令，则第一开关(Ql)302 “接通”并且转换器201向LED 提供11%的恒定电流。注意第一开关(Ql) 201在该条件下从不关断而第二开关(Q2)303从不接通，因而无切换损耗。对照而言，例如如果给出最大电流的9%的调暗命令，则第一开关 (Ql)302 “关断”并且降压转换器301提供恒定电流控制。在该操作范围中，第一开关(Ql) 不切换而是“关断”。再一次地，无第一开关(Ql)302贡献的切换损耗。在操作中，基于调暗输入，控制器201提供参考电压(Vref) 204和PWM信号203。 当参考电压(Vref) 204在调暗阈值(例如到LED的最大电流幅度的10% )以上时，降压转换器301的作为分流开关来工作的第一开关(Ql) 302由转换器201偏置为导通(即“接通”)。因此对于0%调暗(即到LED的最大电流幅度)到最小模拟调暗设置(作为例子，最大电流幅度的10%)的向控制器202的调暗输入，降压转换器301经由第一开关(Ql)302 产生到LED的调节的输出电流。降压转换器301的其余部件(即第二开关(Q2) 203、电感器 (L2) 304、电阻器(R3) 305和二极管(Dl) 306)都被旁路以使损耗最小。对于少于阈值(例如少于到LED的最大幅度电流的10% )的到控制器101的调暗输入，第一开关(Ql)302不导通，并且转换器201将在电容器(Cl)307两端的电压调节成比接通LED电压更大的电压。 因而使能降压转换器301在10%模拟水平调节LED电流。此外，第二开关(Q2)203由PWM 103接通和关断，因此降压转换器301然后由控制器101在相当低的PWM频率(例如IOOHz 到1000Hz)接通和关断。然后以与在电路200中基本上相同的方式基于PWM信号调整降压转换器301的占空比，以在LED中给出与调暗命令成比例的PWM电流(在低调暗时接通时间较小而在关断时间较大)。在一个代表实施例中，为了避免任何控制回路响应问题，可以在接通时间期间经由滞后电流控制来控制降压转换器301，以给出比较快的响应时间而在LED中基本上无电流过冲。然而可以根据所需规格使用替代电流控制方法(比如峰电流控制、标准电流模式控制或者临界导通电流控制)。由于降压转换器301电路仅在深度调暗(例如在10%以下) 期间激活，所以第二开关(Q2)303、二极管(Dl)306和电感器(L2) 304只需要被设计为处理 10%电流水平而并非全输出电流。这也允许选择电容比较小的开关(例如M0SFET)和二极管，这允许降压转换器301的快速切换频率而无过多损耗。最后，降压转换器301可以如图所示放置于正LED电流连接中或者放置于负侧中以使FET的驱动更简单(以地为参考)。 设想在本领域普通技术人员的知识范围内的其它配置。尽管这里已经描述和图示若干发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易设想用于执行这里描述的功能和/或获得这里描述的结果和/或一个或者多个优点的多种其
11它手段和/或结构，并且每个这样的变化和/或修改视为在这里描述的发明实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易了解这里描述的所有参数、尺度、材料和配置意图举例，并且实际参数、尺度、材料和/或配置将依赖于发明教导的使用所针对的一个或者多个具体应用。本领域技术人员将认识或者能够仅使用例行实验来确立这里描述的具体发明实施例的许多等效实施例。因此将理解仅通过示例的方式呈现前述实施例，并且在所附权利要求及其等效物的范围内，可以用除了具体描述和要求保护的方式之外的方式实现发明实施例。本公开内容的发明实施例针对这里描述的每个个别特征、系统、物品、材料、套件和 /或方法。此外，如果两个或者更多这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法未互不一致，则在本公开内容的发明范围内包括这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合。如这里定义和使用的所有定义应当理解为支配词典定义、在通过引用并入的文档中的定义和/或定义的术语的普通含义。除非相反明示，如这里在说明书中和在权利要求中使用的不定冠词“一”应当理解为意味着“至少一个”。如在说明书中和在权利要求中使用的短语“和/或”应当理解为这样相接的要素中的“任一个或者两者”、即在一些情况下共同存在而在其它情况下分开存在的要素。应当以相同方式理解用“和/或”列举的多个要素、即这样相接的要素中的“一个或者多个”。除了通过“和/或”项具体标识的要素之外的其它要素无论是与具体标识的那些要素有关还是无关都可以可选地存在。如这里在说明书中和在权利要求中使用的那样，“或者”应当理解为具有与上文定义的“和/或”相同的含义。例如当在列举中分隔项目时，“或者”或者“和/或”应当解释为包含性、即包括多个要素或者要素的列举中的至少一个要素、但是也包括多于一个要素并且可选地包括附加未列举项目。仅有相反明示的术语(比如“……中的仅一个”或者“…… 中的确切一个”或者在使用于权利要求中时的“由……构成”)将指包括多个要素或者要素的列举中的确切一个要素。一般而言，如这里使用的术语“或者”应当在前有排他性的术语 (比如“任一个”、“……之一”、“……中的仅一个”或者“……中的确切一个”)时仅解释为表明排他性的替代(即“一个或者另一个、但是并非两者”)。“基本上由……构成”在使用于权利要求中时应当具有它的如在使用于专利法领域中时的普通含义。在权利要求中出现于括号之间的任何标号或者其它字符是出于方便而提供的、而并非旨在于以任何方式限制权利要求。也应当理解，除非相反明示，在这里要求保护的包括多于一个步骤或者动作的方法中，该方法的步骤或者动作的顺序未必限于该方法的步骤或者动作被记载的顺序。在权利要求中以及在上文说明书中，诸如“包括”、“带有”、“具有”、“包含”、“涉及”、 “保持”、“由……组成”等所有连接词将理解为开放式、即意味着包括但不限于。仅有连接词 “由……构成”和“基本上由……构成”应当分别为封闭或者半封闭连接词。
权利要求
1.一种用于LED的调暗电路，包括电流控制器，配置成接收调暗输入并且输出脉宽调制信号PWM和参考电压；电流转换器，配置成提供输出电流；以及分流开关，连接到所述控制器和所述电流转换器并且连接于所述电流控制器与所述 LED之间，其中所述分流开关在所述调暗输入超过阈值水平时不导通。
2.如权利要求1所述的调暗电路，其中所述分流开关在所述调暗输入少于所述阈值水平时导通。
3.如权利要求1所述的调暗电路，还包括连接于所述电流转换器与所述分流开关之间的第一电感器，其中经过所述第一电感器的电流在所述分流开关不导通时与所述阈值水平成比例。
4.如权利要求1所述的调暗电路，其中所述控制器包括配置成接收调暗输入并且输出所述PWM信号和所述参考电压的电路。
5.如权利要求4所述的调暗电路，其中所述控制器包括存储器，所述存储器包括所述调暗输入与所述PWM信号和所述参考电压的相关性。
6.如权利要求1所述的调暗电路，其中所述控制器包括配置成接收调暗输入并且输出所述PWM信号和所述参考电压的可编程逻辑器件PLD。
7.如权利要求1所述的调暗电路，其中所述阈值水平为如下值，该值代表到所述LED的最大驱动电流的百分比。
8.如权利要求7所述的调暗电路，其中所述值在最大电流水平的近似0%到最大电流水平的近似10%的范围中。
9.一种用于LED的调暗电路，包括控制器，配置成接收调暗输入并且提供脉宽调制信号PWM和参考电压；电流转换器，配置成提供输出电流；以及降压转换器，连接于所述LED与电流转换器之间，其中所述降压转换器包括在所述调暗输入少于阈值水平时不导通的分流开关。
10.如权利要求9所述的调暗电路，其中所述分流开关在所述调暗输入大于所述阈值水平时导通。
11.如权利要求9所述的调暗电路，还包括连接于所述电流转换器与所述降压转换器之间的第一电感器，其中经过所述第一电感器的电流在所述分流开关导通时与所述阈值水平成比例。
12.如权利要求9所述的调暗电路，其中所述控制器包括配置成接收调暗输入并且输出所述PWM信号和所述参考电压的微处理器。
13.如权利要求12所述的调暗电路，其中所述控制器包括存储器，所述存储器包括所述调暗输入与所述PWM信号和所述参考电压的相关性。
14.如权利要求9所述的调暗电路，其中所述控制器包括配置成接收调暗输入并且输出所述PWM信号和所述参考电压的可编程逻辑器件PLD。
15.如权利要求9所述的调暗电路，其中所述阈值水平包括如下值，该值代表到所述 LED的最大驱动电流的百分比。
16.如权利要求9所述的调暗电路，其中所述值在最大电流水平的近似0%到最大电流水平的近似10%的范围中。
全文摘要
描述了在基于调暗控制输入来实现LED的高效电流控制时有用的电路。电路使用PWM调暗与模拟调暗的组合以在从接近0％到100％光输出的宽调暗范围内实现高度高效的LED驱动器。
文档编号H05B33/08GK102484918SQ201080038004
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月18日 优先权日2009年8月26日
发明者A·施罗特里雅, B·克劳伯格, R·格瑞斯查 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司