具有宽输出范围的闭环负载控制电路制造技术

用于对输送至诸如LED光源的电负载的功率量进行控制的负载控制电路，诸如发光二极管（LED）驱动器，包括适于与负载串联联接的调节晶体管、以及与调节晶体管串联联接的反馈电路，从而负载控制电路能够将流过负载的负载电流的大小控制在最小负载电流与最大负载电流之间，最大负载电流比最小负载电流大至少约1000倍。反馈电路生成至少一个代表负载电流的大小的负载电流反馈信号。调节晶体管响应于根据负载电流反馈信号确定的负载电流的大小而工作在线性区，以控制流过负载的负载电流的大小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电负载的负载控制装置，更具体地涉及发光二极管(LED)驱动器，该LED驱动器具有允许LED驱动器具有宽输出电流范围的负载电流反馈电路。
技术介绍
发光二极管(LED)光源常常用于替代或替换传统的白炽灯、荧光灯、或卤素灯等。LED光源可包括安装于单个结构上并设置在合适壳体内的多个发光二极管。与白炽灯、荧光灯、或卤素灯相比，LED光源通常更加高效并具有更长的使用寿命。为了合适地照明，LED驱动器控制装置(即LED驱动器)必须联接在交流(AC)源与LED光源之间以调节供应给LED光源的功率。LED驱动器可将提供给LED光源的电压调节至具体值，或将提供给LED光源的电流调节至特定峰电流值，或可同时调节电流和电压。处理LED驱动器的现有技术是广泛的。例如，见转让给马萨诸塞州伯灵顿市的Philips Solid-State Lighting Solutions, Inc.的于2008年4月 I 日公布的第7，352，138号美国专利和转让给马萨诸塞州波士顿市的Color Kinetics, Inc.(以下称“CK”)的于2000年I月18日公布的第6，016，038号美国专利中的美国和外国专利文献和其它出版物的清单。LED驱动器是已知的。例如，转让给荷兰埃因霍温市的Koninklijke PhilipsElectronics N. V.以下称“Philips”)的于2003年7月I日公布的第6，586，890号美国专利公开了通过使用脉宽调制(PWM)向LED提供功率的LED驱动器电路。LED驱动器的其它示例为转让给Philips的于2001年9月27日公开的第6，580，309号美国专利，该专利描述了使用脉冲持续时间调制器来开启和关闭LED电源单元以控制LED的平均光输出。此夕卜，前述第6，016，038号美国专利还描述了使用PWM信号来改变LED的亮度和颜色。此外，Karel Havel的于1989年7月4日公开的第4，845，481号美国专利公开了改变供电电流的占空比以使LED具有不同颜色来改变LED的光強度从而获得连续可变的颜色混合。第6，586，890号专利还公开了用于LED的闭环电流电源。用于将功率供应至其它类型的灯的闭环电流电源也是已知的。例如，转让给宾夕法尼亚州库伯斯堡市的LutronElectronics Co.，Inc.(以下称“Lutron”)的于 1991 年 8 月 20 日公布的第 5，041，763 号美国专利描述了用于荧光灯的闭环电流电源，其能够向任何类型的灯供应功率。转让给Philips的于2003年6月10日公布的第6，577，512号美国专利公开了用于LED的电源，其使用闭环电流反馈来控制供应至LED的电流并包括保护LED的装置。类似地，转让给德克萨斯州加兰市的Precision Solar Controls Inc.的于2000年11月21日公布的第6，150,771号美国专利以及转让给Nippon Seiki Co. , Ltd.的于2001年4月6日公开的日本专利公布2001093662A描述了用于LED和其它灯的驱动器的过流保护和过压保护。可通过传统交流调光器进行调光的LED驱动器也是已知的。因此，前述转让给CK 的于2006年5月2日公布的第7，352，138号美国专利和第7，038，399号美国专利描述了由传统交流相位控制调光器控制的基于LED的光源。前述第6，016，038号美国专利公开了用作可置于Edison式安装(螺旋式)灯泡壳中的灯泡的由PWM控制的基于LED的光源。转让给Lutron的于2000年8月29日公布的第6，111，368号美国专利、于1995年3月21日公布的第5，399，940号美国专利以及于1991年5月21日公布的第5，017，837号美国专利也描述了通过相位控制信号控制灯，诸如LED灯。例如，第6，111，368号美国专利公开了由传统交流相位控制调光器控制的电子调光荧光灯镇流器。第5，399，940号美国专利公开了响应于相位控制调光电压波形而对LED阵列的光強度进行控制的由微处理器控制的“智能”调光器。第5，017，837号美国专利公开了具有指示器LED的模拟交流控制调光器，其强度响应于相位控制调光电压波形而被控制。自1977年以来由Lutron制造的已知的CREDENZA 内嵌(in-line)电灯线调光器还包括指示器LED，其光強度响应于相位控制调光电压波形而被控制。均转让给CK的于2007年12月18日公布的第7，309，965号美国专利和于2007年7月10日公布的第7，242，152号美国专利中还示出了用于LED照明系统的应用。第7，309，965号美国专利公开了智能照明装置，其具有处理器，以及包括这种智能照明装置、传感器、和信号发射器的网络。第7，242，152号美国专利公开了响应于照明控制信号而控制多个联网的照明装置的系统和方法。这种系统还用于自1996年以来由Lutron销售的RADIORA /品。此外，具有用于对输送至LED光源的电流进行控制的已知技木。LED光源常被称为“LED光引擎”。这些LED光引擎通常包括多个单独的LED半导体结构，诸如，例如，氮化镓铟(GaInN) LED。单独的LED可各自通过电子-空穴结合在蓝色可见光谱中产生可见光子，其通过黄色激发突光物质(phospher)滤光器转换为白光。已知，LED的光输出与流经该LED的电流成正比。还知道，LED经受被称为“光效下降(droop)”的现象，其中效率随着功率的增加而降低。对于GaInN型LED (用于提供照明)，在对应于约I瓦(W)额定功率的3和4伏之间的前向操作电压下，典型负载电流约为350毫安(mA)。在该额定功率下，这些LED提供约100流明/瓦。这明显比其他传统光源更有效率。例如，白炽灯通常提供10至20流明/瓦，并且荧光灯提供60至90流明/瓦。如上所述，LED光源能够在较小电流下提供流明/瓦的更大比值，因此避免了光效下降现象。此外，可以预期，随着技术的改进，即使在比当前采用的电流水平更高的电流水平下，LED光源的效率也将改善，从而在LED光引擎中提供更高的每ニ极管光输出。LED光源通常包括多个单独的LED，这些LED可以串联或并联关系布置。換言之，多个LED可以被布置为串联串并且多个串联串可以并联布置以获得期望的光输出。例如在各自具有约3伏(V)前向偏置并且各自消耗约I瓦功率(在350mA通过该串的情况下)的情况下，第一串联串中的5个LED消耗约5W。在每串均拉取350mA的情况下，串联的5个LED 构成的第二串与第一串的并联连接将产生IOW的功耗。因此，LED驱动器将需要向这两串LED供应700mA，并且由于每串均具有5个LED，LED驱动器所提供的输出电压将为约15伏。附加的LED串能够并联地放置以获得额外的光输出，但是，LED驱动器必须被操作以提供所需的电流。可替换地，更多LED能够串联地放置在每串上，因此，LED驱动器也必须被操作为提供所需的电压(例如，对串联的6个LED来说，为18伏)。LED光源通常额定为经由两种不同控制技术中的一种驱动电流负载控制技术或电压负载控制技术。针对电流负载控制技术而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.07 US 61/249,477;2010.03.31 US 61/319,530;1.一种用于对输送至电负载的功率量进行控制的负载控制电路，所述负载控制电路包括 调节晶体管，适于与所述负载串联联接以控制流过所述负载的负载电流的大小，从而控制输送至所述负载的功率量；以及 反馈电路，与所述调节晶体管串联联接并可操作为生成代表所述负载电流的大小的第一负载电流反馈信号， 其中所述调节晶体管响应于根据所述第一负载电流反馈信号确定的所述负载电流的大小而工作在线性区，使得所述负载控制电路能够将流过所述负载的所述负载电流的大小控制在最小负载电流与最大负载电流之间，所述最大负载电流比所述最小负载电流大至少约1000倍。2.如权利要求I所述的负载控制电路，还包括 控制电路，可操作地联接至所述调节晶体管以响应于所述第一负载电流反馈信号而控制所述调节晶体管工作在线性区，从而调整流过所述负载的所述负载电流的大小。3.如权利要求2所述的负载控制电路，其中，所述反馈电路生成代表所述负载电流的大小的第二负载电流反馈信号，所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号分别以应用于所述负载电流的大小的第一増益和第二増益为特征，所述第一増益不同于所述第二増益，所述控制电路可操作为响应于所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号而确定所述负载电流的大小。4.如权利要求3所述的负载控制电路，其中，当所述第二负载电流反馈信号的大小大于第一阈值电压时，所述控制电路仅使用所述第一负载电流反馈信号来确定所述负载电流的大小，并且当所述第二负载电流反馈信号的大小小于第二阈值电压时，所述控制电路仅使用所述第二负载电流反馈信号来确定所述负载电流的大小。5.如权利要求4所述的负载控制电路，其中，当所述第二负载电流反馈信号的大小位于所述第一阈值电压与所述第二阈值电压之间时，所述控制电路组合所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号来确定所述负载电流的大小。6.如权利要求5所述的负载控制电路，其中，当所述第二负载电流反馈信号的大小位于所述第一阈值电压与所述第二阈值电压之间时，所述控制电路使用所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号的加权和来确定所述负载电流的大小。7.如权利要求5所述的负载控制电路，其中，所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号的加权和的加权系数是所述第二负载电流反馈信号的大小的函数。8.如权利要求5所述的负载控制电路，其中，所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号的加权和的加权系数是自所述第二负载电流反馈信号的大小转变经过所述第一阈值电压和所述第二阈值电压中的任何ー个起所经过的时间量的函数。9.如权利要求4所述的负载控制电路，其中，所述第二增益大于所述第一増益。10.如权利要求9所述的负载控制电路，其中，所述第一増益约为I。11.如权利要求4所述的负载控制电路，其中，当所述第二负载电流反馈信号的大小位于所述第一阈值电压与所述第二阈值电压之间时，所述控制电路组合所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号来确定所述负载电流的大小。12.如权利要求2所述的负载控制电路，其中，所述反馈电路包括可调增益反馈电路，所述可调増益反馈电路与所述调节FET串联联接并可操作为生成代表所述负载电流的平均大小的负载电流反馈信号，所述可调増益反馈电路包括与所述调节FET串联联接的第一电阻器和第二电阻器、以及联接于所述第二电阻器两端的増益调整晶体管，所述控制电路联接至所述可调増益反馈电路以控制所述增益调整晶体管导通和不导通，使得当所述增益调整晶体管不导通时，所述第一电阻器和第二电阻器的串联组合与所述调节FET串联联接，并且当所述增益调整晶体管导通时，仅所述第一电阻器与所述调节FET串联联接，当所述负载电流的大小小于阈值电流时，所述控制电路使所述增益调整晶体管不导通。13.如权利要求12所述的负载控制电路，其中，所述控制电路可操作为 生成电流控制信号以控制所述调节晶体管工作在线性区，从而控制流过所述负载的所述负载电流的大小； 检测到所述负载电流的大小小于所述阈值电流； 随后响应于所述负载电流的大小而暂停对所述调节晶体管的控制； 将所述电流控制信号的大小调整预定量； 随后等待第一延迟时间；以及 在所述第一延迟时间结束时使所述增益调整晶体管不导通。14.如权利要求13所述的负载控制电路，其中，所述控制电路还可操作为在使所述增益调整晶体管不导通之后等待第二延迟时间，以及在所述第二延迟时间结束时响应于所述负载电流的大小而继续控制所述调节晶体管。15.如权利要求14所述的负载控制电路，还包括 滤波器电路，串联联接于所述控制电路与所述调节晶体管的栅极之间，所述滤波器电路可操作为从所述控制电路接收所述电流控制信号，所述滤波器电路被引用至所述调节晶体管的源扱。16.如权利要求12所述的负载控制电路，其中，所述控制电路可操作为使用脉宽调制技术控制所述调节晶体管以调整输送至所述负载的功率量，当所述负载电流的瞬时大小约为O安培时，所述控制电路使所述增益调整晶体管在脉宽调制的负载电流的波谷期间不导通和导通。17.ー种用于控制LED光源的LED驱动器，所述LED驱动器包括 功率转换器电路，可操作为接收整流的AC电压并生成DC总线电压； LED驱动电路，可操作为接收所述总线电压并控制流过所述LED光源的负载电流的大小，所述LED驱动电路包括反馈电路，所述反馈电路可操作为生成代表所述负载电流的大小的第一负载电流反馈信号；以及 控制电路，可操作地联接至所述LED驱动电路以响应于所述第一负载电流反馈信号而控制通过所述负载的所述负载电流的大小，使得所述负载控制电路能够将流过所述负载的所述负载电流的大小控制在最小负载电流与最大负载电流之间，所述最大负载电流比所述最小负载电流大至少约100倍。18.如权利要求17所述的LED驱动器，其中，所述反馈电路生成代表所述负载电流的大小的第二负载电流反馈信号，所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号分别以应用于所述负载电流的大小的第一増益和第二増益为特征，所述第一増益不同于所述第二増益，所述控制电路可操作为响应于所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号而确定所述负载电流的大小。19.如权利要求18所述的LED驱动器，其中，当所述第二负载电流反馈信号的大小大于第一阈值电压时，所述控制电路仅使用所述第一负载电流反馈信号来确定所述负载电流的大小，并且当所述第二负载电流反馈信号的大小小于第二阈值电压时，所述控制电路仅使用所述第二负载电流反馈信号来确定所述负载电流的大小。20.如权利要求19所述的LED驱动器，其中，当所述第二负载电流反馈信号的大小位于所述第一阈值电压与所述第二阈值电压之间时，所述控制电路组合所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号来确定所述负载电流的大小。21.如权利要求20所述的LED驱动器，其中，当所述第二负载电流反馈信号的大小位于所述第一阈值电压与所述第二阈值电压之间时，所述控制电路使用所述第一负载电流反馈信号和所述第ニ负载电流反馈信号的加权和来确定所述负载电流的大小。22.如权利要求21所述的LED驱动器，其中，所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号的加权和的加权系数是所述第二负载电流反馈信号的大小的函数。23.如权利要求21所述的LED驱动器，其中，所述第一负载电流反馈信号和所述第二负载电流反馈信号的加权和的加权系数是自所述第二负载电流反馈信号的大小转变经过所述第一阈值电压和所述第二阈值电压中的任何ー个起所经过的时间量的函数。24.如权利要求17所述的LED驱动器，其中，所述LED驱动电路还包括调节晶体管，所述调节晶体管适于与所述负载串联联接以控制流过所述负载的所述负载电流的大小，所述控制电路可操作地联接至所述调节晶体管以响应于所述第一负载电流反馈信号而控制所述调节晶体管工作在线性区，从而调整通过所述负载的所述负载电流的大小。25.如权利要求24所述的LED驱动器，其中，所述反馈电路包括可调增益反馈电路，所述可调増益反馈电路与所述调节FET串联联接并可操作为生成代表所述负载电流的大小的负载电流反馈信号，所述可调増益反馈电路包括与所述调节FET串联联接的第一电阻器和第二电阻器、以及联接于所述第二电阻器两端的増益调整晶体管，所述控制电路联接至所述可调増益反馈电路以控制所述增益调整晶体管导通和不导通，使得当所述增益调整晶体管不导通时，所述第一电阻器和第二电阻器的串联组合与所述调节FET串联联接，并且当所述增益调整晶体管导通时，仅所述第一电阻器与所述调节FET串联联接，当所述负载电流的大小小于阈值电流时，所述控制电路使所述增益调整晶体管不导通。26.如权利要求25所述的LED驱动器，其中，所述控制电路可操作为 生成电流控制信号以控制所述调节晶体管工作在线性区，从而控制流过所述LED光源的所述负载电流的大小； 检测到所述负载电流的大小小于所述阈值电流； 随后响应于所述负载电流的大小而暂停对所述调节晶体管的控制； 将所述电流控制信号的大小调整预定量； 随后等待第一延迟时间；以及 在所述第一延迟时间结束时使所述增益调整晶体管不导通。27.如权利要求24所述的LED驱动器，其中，所述控制电路可操作为使用脉宽调制技术控制所述调节晶体管以调整所述LED光源的強度，当所述负载电流的瞬时大小约为0安培时，所述控制电路使所述增益调整晶体管在脉宽调制的负载电流的波谷期间不导通和导通。28.如权利要求17所述的LED驱动器，其中，所述最大负载电流比所述最小负载电流大至少约1000倍。29.一种用于对输送至电负载的功率量进行控制的负载控制电路，所述负载控制电路包括 调节晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·M·希勒，马修·W·努弗，文卡特什·奇塔，卡迪克·耶尔，尼古拉斯·A·霍尔特尔，马克·S·泰贝尔，
申请(专利权)人：路创电子公司，
类型：发明
国别省市：