光源驱动装置、方法以及光源设备与流程

1.本申请实施例涉及半导体技术领域。


背景技术：

2.近年来，半导体发光元件作为光源已经越来越普及，这些光源例如包括发光二极管(led，light emitting diode)、有机电致发光(el，electro luminescence)元件等等。目前已经出现了具有调光功能的照明器具，通过开关元件向光源提供电力，并且通过控制开关元件的导通(或接通、开启等，on)时间，能够进行调光控制。
3.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

4.发明人发现：在某些调光区域(例如小于1％的深度调光区域)无法避免振铃现象的影响，难以对开关元件的电流进行检测，因此在这些情况下存在难以对光源驱动进行控制的问题。
5.针对上述问题的至少之一，本申请实施例提供一种光源驱动装置、方法以及光源设备。
6.根据本申请实施例的一个方面，提供一种光源驱动装置，其将输入电流转换成输出电流并提供给光源，所述光源驱动装置包括：
7.开关元件，其进行导通/关闭以控制所述光源；以及
8.控制电路，其基于调光信号驱动所述开关元件的导通/关闭，
9.所述控制电路包括：
10.计算部：其根据与所述调光信号对应的第1信息和与所述输出电流对应的第2信息，计算所述开关元件的驱动参数；以及
11.驱动部，其根据计算出的所述驱动参数对所述开关元件进行驱动；
12.其中，所述计算部在所述调光信号指示的所述光源的亮度在阈值以下时，根据所述调光信号计算所述开关元件的电流，以对所述开关元件的驱动参数进行计算。
13.根据本申请实施例的另一个方面，提供一种光源驱动方法，其将输入电流转换成输出电流并提供给光源，所述光源驱动方法包括：
14.根据与调光信号对应的第1信息和与所述输出电流对应的第2信息，计算开关元件的驱动参数；以及
15.根据计算出的所述驱动参数对所述开关元件进行驱动；
16.其中，在所述调光信号指示的所述光源的亮度在阈值以下时，根据所述调光信号计算所述开关元件的电流，以对所述开关元件的驱动参数进行计算。
17.根据本申请实施例的又一个方面，提供一种光源设备，包括：如上所述的光源驱动
装置；以及从该光源驱动装置被供给电力的光源。
18.本申请实施例的有益效果之一在于：根据与调光信号对应的第1信息和与输出电流对应的第2信息，计算开关元件的驱动参数；以及根据计算出的驱动参数对开关元件进行驱动；其中，在调光信号指示的光源的亮度在阈值以下时，根据调光信号计算开关元件的电流。由此，开关元件的电流可以被计算而得到，从而即使难以对开关元件的电流进行检测，也能够对光源驱动进行控制。
19.参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
20.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
21.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
22.在本申请实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。
23.图1是本申请实施例的光源驱动装置的一示意图；
24.图2是本申请实施例的反馈控制的一示例图；
25.图3是本申请实施例的各个信号的一示例图；
26.图4是本申请实施例的电流波形的一示例图；
27.图5是本申请实施例的电流波形的另一示例图；
28.图6是本申请实施例的电流波形的另一示例图；
29.图7是本申请实施例的电流波形的另一示例图；
30.图8是本申请实施例的光源驱动方法的一示意图。
具体实施方式
31.参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
32.在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。
33.在本申请实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括
复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据
……”
，术语“基于”应理解为“至少部分基于
……”
，除非上下文另外明确指出。
34.在本申请实施例中，以前馈控制为例进行说明，但本申请不限于此，还可以与反馈控制方式、主动虚拟方式等结合起来。另外，本申请实施例可以使用不连续电流模式(dcm，discontinuous current mode)，使用临界导通模式(crm，critical conduction mode)和准共振模式(qr，quasi resonance)中的一种或多种，还可以包括基于突发振荡的不连续电流模式。
35.第一方面的实施例
36.本申请实施例提供一种光源驱动装置，其将输入电流i
in
转换成输出电流i
out
并提供给光源。图1是本申请实施例的光源驱动装置的一示意图，以初级侧调整(psr，primary side regulation)的反激式(flyback)电源电路为例进行说明。
37.如图1所示，光源驱动装置100包括：
38.开关元件101，其进行导通(on)/关闭(off)以控制光源200；以及
39.控制电路，其基于调光信号ds驱动开关元件(q1)101的导通/关闭。
40.如图1所示，控制电路包括：
41.计算部102：其根据与调光信号ds对应的第1信息和与输出电流i
out
对应的第2信息，计算开关元件101的驱动参数(例如可以包括导通时间和/或开关频率)；以及驱动部，其根据计算出的驱动参数对开关元件101进行驱动。
42.在本申请实施例中，计算部102在调光信号指示的光源的亮度在阈值以下(例如调光比或负载小于5％，或者在1％左右，但本申请不限于此)时，根据调光信号计算开关元件的电流，以对开关元件的驱动参数进行计算。以下以计算开关元件的电流的峰值i
peak
为例进行说明。
43.值得注意的是，以上图1以psr的反激式电源电路为例，对本申请实施例的光源驱动装置进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以使用其他的控制方式，可以适当地调整各个模块或部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些模块或部件，或者减少其中的某些模块或部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图1的记载。
44.在一些实施例中，控制电路还包括：电流检测部(图中未示出)，其检测所述输出电流；计算部102可以根据调光信号(以i
ref
表示)和检测出的输出电流i
out
，计算前馈控制时的开关元件的电流(例如i
peak
)。关于i
out
和i
peak
之间的关系，如后面所述。
45.在一些实施例中，计算部102可以根据调光信号(以i
ref
表示)和反馈控制时计算出的输出电流i
out
或者与输出电流相关的参数，计算前馈控制时的开关元件的电流(例如i
peak
)。
46.例如，与输出电流相关的参数包括如下至少之一：开关元件的导通时间t
on
，开关元件的关闭时间t
off
，整流二极管的导通时间t
demag
，自由振动时间t
skip
，开关元件的开关频率f；但本申请不限于此。
47.以下先以i
out
为例，对反馈控制的各个参数之间的关系进行说明。
48.如图1所示，作为照明器具的电路还可以包括交流电源ac、滤波器lf、二极管bd，功率因子校正(pfc)电路等。上述控制电路中可以包括一些辅助或支持部件，例如电阻r3、电
容c2、二极管d1、电容c3等；上述驱动部可以包括电阻r4等。
49.如图1所示，光源驱动装置100还包括具有初级侧和次级侧的变压器(t1)103，所述初级侧具有开关元件101，所述次级侧具有整流二极管d2。如图1所示，变压器103还可以具有辅助侧以及相应的元件例如电阻r5、r6和ldo等。
50.如图1所示，作为照明器具的电路还可以具有调光器104，该调光器104向计算部102输出调光信号ds。该调光信号ds例如可以包括：模拟电压0－10v、或脉冲宽度调制(pwm，pulse width modulation)信号、dali等的数字调光信号等，本申请不对此进行限定。
51.在本申请中，计算部102可以是中央处理器(cpu)，也可以是微处理器(micro processor)，还可以是数字信号处理器(dsp)，本申请不限于此，可以是其他形式的数字计算器。
52.在一些实施例中，计算部102还用于根据检测到的开关元件101的电流和整流二极管d2的导通时间计算输出电流i
out
。
53.例如，计算部102使用如下公式：
[0054][0055][0056]
其中，i
out
为输出电流，i
peak
为开关元件的电流的峰值，t
demag
为整流二极管的导通时间，k
coupling
为变压器的耦合系数，n
p
是变压器的所述初级侧的绕组数，n
s
是变压器的次级侧的绕组数，t
on
为开关元件的导通时间，t
skip
为自由振动时间，t
sw,fb
为反馈电源的开关周期。
[0057]
图2是本申请实施例的反馈控制的一示例图，如图2所示，可以基于调光信号ds(对应第1信息，以下以i
ref
表示)和输出电流(对应第2信息，以下以i
out
表示)进行反馈控制，例如数字补偿控制或比例积分(pi，proportional integral)控制，计算开关元件101的导通时间t
on
和开关频率f(与t
skip
相关)，从而进行on/off控制。
[0058]
以开关元件101的电流的峰值i
peak
为例，开关元件101的电流能够通过ad变流器等检测出来，t
demag
也能够通过计时器模块被检测出来。因此，根据与调光信号ds对应的第1信息和与输出电流i
out
对应的第2信息，能够计算出开关元件101的导通时间和开关频率。
[0059]
以下示例性说明i
out
能够通过t
on
和t
skip
这2个参数进行控制的机制。n
p
、n
s
、k
coupling
是由变压器决定的参数，即变压器确定后上述参数为常数。因此，在对i
out
进行控制后，i
peak
、t
demag
、t
sw,fb
成为变量。
[0060]
图3是本申请实施例的各个信号的一示例图，示出了初级侧调整(psr)时的初级侧电流i
d
、次级侧di电流i
do
、辅助绕组电压v
d
的时序。初级侧电流i
d
的峰值为i
peak
，次级侧di电流i
do
的峰值为i
dopk
。
[0061]
值得注意的是，以上示例性示出了反激式(flyback)电源的初级侧调整(psr)的控制公式，但也适用于以反激式的临界模式/不连续电流模式进行动作的升压、降压、升降压的绝缘/非绝缘电路。
[0062]
例如，在绝缘电路的情况下，可以按照上述公式(1)(2)。在非绝缘电路的情况下，
np/ns＝k
coupling
＝1。升压、降压、升降压的感应器也是电流的形状相同，因此可以应用。在ton期间输出中不发送能量时，公式(1)的最后项的分子ton期间输出中不发送能量时，公式(1)的最后项的分子此时公式(2)仍然可以适用。
[0063]
i
peak
可以通过ad变流器进行检测，也可以表示为如下所示。
[0064][0065]
在前一段的pfc电路中，v
pfc_out
为一定值，另外l
prim
也固定，因此i
peak
和t
on
可以相关，即i
peak
∝
t
on
。再例如，i
peak
的电流可以通过电流检测器直接进行检测，也可以根据感应器的l值、施加的电压
⊿
v以及t
on
，按照如下公式(4)进行计算。
[0066][0067]
t
demag
与其他参数的关系可以表示如下：
[0068]
v
led
＝l
sec
*i
peak
*(n
p
/n
s
)/t
demag
ꢀꢀ
(5)
[0069]
l
prim
/l
sec
＝(np/ns)^2
ꢀꢀ
(6)
[0070]
根据(3)(5)(6)，
[0071]
t
demag
＝(v
pfc_out
/v
led
)*(l
sec
/l
prim
)*(n
p
/n
s
)*t
on
＝(v
pfc_out
/v
led
)*(ns/np)*t
on
[0072]
在v
pfc_out
、v
led
、n
s
/n
p
固定的情况下，t
demag
和t
on
可以相关，即t
demag
∝
t
on
。
[0073]
可以直接观察t
demag
在从t
on
的结束时刻起到通过辅助绕组和电流检测器检测的感应器电流变为0的时刻为止的时间差，也可以根据感应器的l值、施加的电压
⊿
v、以及其峰值电流值i
peak
，按照如下公式(7)进行计算。
[0074][0075]
或者，也可以针对t
demag
，根据绝缘型/非绝缘型的升压、降压、升降压的各电路，一边考虑变压器的绕组数比，一边使用感应器的一个端子电压va、另一个端子电压vb以及t
on
进行计算。
[0076]
例如非绝缘的降压电路可以使用如下公式：
[0077][0078]
t
sw,fb
可以表示如下。
[0079]
t
sw,fb
＝t
on
+t
off
＝t
on
+t
demag
+t
skip
[0080]
因此，i
out
能够通过t
on
和t
skip
这2个参数进行控制。
[0081]
值得注意的是，图2仅示例性进行了说明，本申请不限于此。例如进入反馈循环的参数可以只是t
on
，也可以只是t
skip
，还可以二者都进入反馈循环。t
on
和t
skip
的值的更新周期可以根据需要进行设定。以上对于各参数如何计算进行了示例性说明，本申请不限于此。
[0082]
在反馈控制中，还可以对开关元件的导通时间和/或开关频率进行调整。
[0083]
例如，在第一模式(例如负载为100％)下，可以使t
on
处于最大(max)，t
skip
处于最小(min)的状态。在第二模式(例如负载为30％～100％)下，可以将t
skip
处于最小(min)的状态并调整t
on
。在第三模式(例如负载为10％～30％)下，可以使t
on
和t
skip
独立地(或者相互无关
地)进行调整。在第四模式(例如10％以下)下，可以将t
on
固定为最小值(t
on_min
)，对t
skip
进行调整。
[0084]
但是，在调光信号指示的光源的亮度在阈值以下(例如调光比或负载小于5％，或者在1％左右这样的超深度调光区域)的情况下，电流峰值会一直下降到在开启浪涌(turn-on surge)之后立即产生振铃现象的区域内。
[0085]
图4是本申请实施例的电流波形的一示例图，示出了调光比在4％时的电流波形；
[0086]
图5是本申请实施例的电流波形的另一示例图，示出了调光比在1.3％时的电流波形。如图4的401以及图5的501所示，调光时在开启浪涌之后立即产生振铃现象，因此检测电流峰值i
peak
是十分困难的。
[0087]
在本申请实施例中，在调光信号指示的光源的亮度在阈值以下时，例如在超深度调光区域的反馈控制中，例如是如上第四模式那样、固定t
skip
并对t
on
进行调整。可以将控制电路从反馈(fb)控制切换到前馈(ff)控制，并且对反馈控制时(例如最近的)的i
peak
的值、t
on
的值进行保持，并以此为基础，根据以上公式求出使t
on
改变时的i
peak
。
[0088]
例如，i
peak
＝t
on
*v
pfc_out
/l
prim
；该值也可以根据系统等进行适当修正。
[0089]
图6是本申请实施例的电流波形的另一示例图，示出了调光比在0.8％时进行前馈控制的电流波形；图7是本申请实施例的电流波形的另一示例图，示出了调光比在0.45％时进行前馈控制的电流波形。如图6和7所示，即使i
peak
难以被检测，但本申请实施例使用前馈控制，能够根据计算出的i
peak
进行调光，也能够对光源驱动进行控制。
[0090]
此外，即使在调光比小于1％的超深度调光区域内，可以不从外部获取s/n比恶化的i
peak
信号，而根据内部运算就能够实现基于前馈模式的恒电流控制。由此，与例如对电流进行斩波等现有方案不同，本申请实施例通过向光源提供连续直流电流，还能够抑制眼睛看不见的闪烁，能够降低对人体的不良影响。
[0091]
以上以i
out
为例进行了说明，但本申请不限于此。例如i
peak
与以下参数之间存在一定关系，就能够以反馈控制时的数据为基础使用上述关系式进行前馈控制。这些与输出电流相关的参数包括如下至少之一：开关元件的导通时间t
on
，开关元件的关闭时间t
off
，整流二极管的导通时间t
demag
，自由振动时间t
skip
，开关元件的开关频率f；但本申请不限于此。
[0092]
以上各个实施例仅对本申请实施例进行了示例性说明，但本申请不限于此，还可以在以上各个实施例的基础上进行适当的变型。例如，可以单独使用上述各个实施例，也可以将以上各个实施例中的一种或多种结合起来。
[0093]
由上述实施例可知，根据与调光信号对应的第1信息和与输出电流对应的第2信息，计算开关元件的驱动参数；以及根据计算出的驱动参数对开关元件进行驱动；其中，在调光信号指示的光源的亮度在阈值以下时，根据调光信号计算开关元件的电流。由此，开关元件的电流可以被计算而得到，从而即使难以对开关元件的电流进行检测，也能够对光源驱动进行控制。
[0094]
第二方面的实施例
[0095]
本申请实施例提供一种光源设备，包括如第一方面实施例所述的光源驱动装置以及从该光源驱动装置被供给电力的光源。由于在上述实施例中，已经对该光源驱动装置的结构等进行了详细说明，其内容被包含于此，在此不再赘述。
[0096]
在本申请实施例中，光源例如可以是led，但本申请不限于此，还可以是任意的其
他半导体光源。
[0097]
第三方面的实施例
[0098]
本申请实施例还提供一种光源驱动方法，其将输入电流转换成输出电流并提供给光源。由于第一方面实施例已经对光源驱动装置进行了详细说明，其内容被包含于此，在此不再赘述。
[0099]
图8是本申请实施例的光源驱动方法的一示意图，如图8所示，光源驱动方法包括：
[0100]
801，根据与调光信号对应的第1信息和与输出电流对应的第2信息，计算开关元件的驱动参数；其中，在调光信号指示的光源的亮度在阈值以下时，根据调光信号计算开关元件的电流；以及
[0101]
802，根据计算出的驱动参数对开关元件进行驱动。
[0102]
值得注意的是，以上图8仅对本申请实施例进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个操作之间的执行顺序，此外还可以增加其他的一些操作，或者减少其中的某些操作。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图8的记载。
[0103]
本申请以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本申请涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本申请还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、dvd、flash存储器等。
[0104]
结合本申请实施例描述的方法/装置可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图中所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图中所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(fpga)将这些软件模块固化而实现。
[0105]
软件模块可以位于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、cd-rom或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。可以将一种存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息；或者该存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。该软件模块可以存储在移动终端的存储器中，也可以存储在可插入移动终端的存储卡中。例如，若设备(如移动终端)采用的是较大容量的mega-sim卡或者大容量的闪存装置，则该软件模块可存储在该mega-sim卡或者大容量的闪存装置中。
[0106]
针对附图中描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。针对附图描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，还可以实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp通信结合的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。
[0107]
以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。