LED驱动器和控制方法技术

一种DC‑DC变换器具有产生具有导通时间、断开时间和切换频率的脉冲的序列的脉冲宽度控制电路。导通时间和切换频率二者根据调光设置而变化。

【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特别是使用调光控制函数来驱动LED的LED驱动器以及控制方法。
技术介绍
LED通常使用DC-DC变换器来驱动。变换器接受DC输入电压并且提供DC输出电压。对于很多应用，DC-DC变换器被配置成基于未调节的DC输入电压来向负载提供调节后的DC输出电压。DC-DC变换器可以用于将由各种DC功率源中的任何功率源提供的未调节电压变换成用于驱动给定负载的更适当的调节后的电压。未调节的DC输入电压通常从市电AC功率源来得到，其通过桥式整流器/滤波电路布置被整流和滤波。图1示出了被配置成基于更高的未调节DC输入电压30(Vin)向负载40提供调节后的DC输出电压32(Vout)的传统的降电压(step-down)DC-DC变换器50的电路图。图1的降电压变换器通常也称为“降压(buck)”变换器。从功能的角度来看，图1的降压变换器通常代表其他类型的DC-DC变换器。DC-DC变换器(如图1的降压变换器)采用晶体管或等效器件20，晶体管或等效器件20被配置成用作有选择地使得能量被存储在能量存储设备22中的饱和开关。能量存储设备22在图1中被示出为电感器L。虽然图1将这样的晶体管开关图示为双极结晶体管(BJT)，但是在各种DC-DC变换器实现中也可以采用场效应晶体管(FET)作为开关。通过采用这样的晶体管开关，DC-DC变换器由于其通用功能通常也称为“开关调节器”。图1的电路中的晶体管开关20操作以周期性地在相对较短的时间间隔期间在电感器22(L)两端施加未调节的DC输入电压30(Vin)(在图1中，描绘单个电感器以示意性地表示布置成各种串联/并联配置中的任何配置以提供期望电感的一个或多个实际电感器)。在晶体管开关“导通”或闭合并且从而向电感器传递输入电压Vin的间隔期间，电流基于所施加的电压流过电感器并且电感器在其磁场中存储能量。当开关“断开”或关断使得DC输入电压从电感器被去除时，电感器中存储的能量被传递给滤波电容器34，滤波电容器34用以向负载40提供相对平滑的DC输出电压Vout。当晶体管开关20导通时，在电感器22两端施加电压VL＝Vout-Vin。所施加的这一电压引起线性增加的电流IL基于关系式VL＝LdIL/dt而流过电感器(并且流至负载和电容器)。当晶体管开关20断开时，通过电感器的电流IL继续在相同的方向上流动，其中二极管24(D1)现在导通以完成电路。只要电流流过二极管24，则电感器两端的电压VL固定在Vout-Vdiode，引起电感器电流IL随着能量从电感器的磁场向电容器和负载提供而线性减小。图2是图示在以上描述的开关操作期间图1的电路的各种信号波形的图。传统的DC-DC变换器可以被配置成在不同模式(通常称为“连续”模式、“断续模式”或“临界”模式)下操作。在连续模式操作中，电感器电流IL在晶体管开关的连续切换循环期间保持在零以上。在临界模式下，电感器电流在给定切换循环的开始处以零开始并且在切换循环的结束处返回零。在断续模式下，电感器电流在给定切换循环的开始处以零开始并且在切换循环的结束之前返回零。图3示出了连续模式的波形，其中假定在开关导通(即，传导)时晶体管开关的两端没有电压降并且在二极管D1传导电流时二极管的两端有可忽略的电压降。图3中示出了持续两个连续切换循环的、叠加在图1所示的点VX处的电压上的、在连续循环上电感器电流的变化，其基于晶体管开关20的操作以及通过电感器IL的电流。水平轴表示时间t，完整的切换循环用时间周期T表示，其中晶体管开关“导通”时间表示为ton并且开关“断开”时间表示为toff(即T＝ton+toff)。对于稳态操作，在切换循环的开始和结束时的电感器电流IL基本上相同，如通过图3中的指示IP可见。因此，根据关系式VL＝LdIL/dt，在一个切换循环上的电流变化为零，并且可以由下式给出：其简化为(Vin-Vout)ton-(Vout)(T-ton)＝0或者 V o u t V i n = t o n T = D , ]]>D定义为晶体管开关的“占空比”、或者每个切换循环开关导通并且使得能量被存储在电感器中的时间的比例。可见，输出电压与输入电压之比与D成比例；即，通过改变图1的电路中的开关的占空比D，可以关于输入电压Vin改变输出电压Vout，但是输出电压Vout不能超过输入电压，因为最大占空比D为1。图1的传统降压变换器特别地被配置成向负载40提供低于输入电压Vin的调节后的输出电压Vout。为了确保输出电压Vout的稳定性，降压变换器采用反馈控制回路46控制晶体管开关20的操作。通常，如图1中用连接47表示的，反馈控制回路46的各个部件的功率可以从DC输入电压Vin得到或者替选地可以从另一独立的功率源得到。DC输出电压Vout的缩小后的样本电压Vsample作为输入被提供给反馈控制回路46(经由电阻器R2和R3)并且由误差放大器28将其与参考电压Vref相比较。参考电压是期望的调节后的输出电压Vout的稳定的缩小后的表示。误差放大器28基于Vsample和Vref的比较生成误差信号38，并且这一误差信号的幅度最终控制晶体管开关20的操作，晶体管开关20的操作又经由对开关占空比的调节来调节输出电压Vout。以这一方式，反馈控制回路维持稳定的调节后的输出电压Vout。特别地，误差信号38用作脉冲宽度调制器36的控制电压，脉冲宽度调制器36还接收由振荡器26提供的频率/＝1/T的脉冲流42。在传统的DC-DC变换器中，脉冲流的示例性频率在大致50kHz到100kHz的范围内。脉冲宽度调制器36被配置成使用脉冲流42和误差信号38二者提供控制晶体管开关20的占空比的开关控制信号44。实际上，脉冲流42的脉冲用作“触发器”以引起脉冲宽度调制器导通晶体管开关20，并且误差信号38确定晶体管开关保持导通多久并且因此确定占空比D。以上描述连续模式。“断续”或“突发”模式用于改善功率变换器的轻负载效率，以帮助节省能量并且延长设备的电池寿命。也可以通过减小这些轻负载条件下的切换频率来减小切换损失。当负载电流很高时，优选的是在固定频率连续模式下操作功率变换器，因为这实现了快的过渡响应、更高的效率和更窄范围的噪声频谱。当负载电流很低时，控制开关在几个连续的循环期间导通并且保持断开直到输出电压降低到阈值以下。然而，这一突发模式操作在一些情况下不理想，因为轻负载下的突发模式可以引起切换噪声频谱扩展至宽的范围，从而强加EMI问题并且在驱动LED时导致视觉闪烁。需要控制不同模式之间的过渡。US7 755 342公开了一种用于在固定频率模式与断续模式之间过渡的电路。然而，在模式之间的过渡时电路响应存在突发变化。另外，这一方法利用突发模式，这可能产生闪烁。专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED驱动器，包括：DC‑DC变换器(70)，具有产生具有导通时间、断开时间和切换频率的脉冲的序列的脉冲宽度控制电路；以及控制电路(78，80，82)，具有用于接收调光设置的输入，其中所述控制电路用于根据所述调光设置控制所述脉冲宽度控制电路以改变所述导通时间和所述切换频率，其中对于至少一个范围的调光设置，所述控制电路被适配成根据所述调光设置改变所述导通时间和所述切换频率二者，切换频率变化和导通时间变化的相对主导取决于所述调光设置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.25 EP 14166025.8;2014.01.17 CN PCT/CN2014/1.一种LED驱动器，包括：DC-DC变换器(70)，具有产生具有导通时间、断开时间和切换频率的脉冲的序列的脉冲宽度控制电路；以及控制电路(78，80，82)，具有用于接收调光设置的输入，其中所述控制电路用于根据所述调光设置控制所述脉冲宽度控制电路以改变所述导通时间和所述切换频率，其中对于至少一个范围的调光设置，所述控制电路被适配成根据所述调光设置改变所述导通时间和所述切换频率二者，切换频率变化和导通时间变化的相对主导取决于所述调光设置。2.根据权利要求1所述的驱动器，其中所述DC-DC变换器具有突发模式，并且所述控制电路(78，80，82)被适配成针对低调光设置改变所述切换频率以防止所述变换器进入所述突发模式。3.根据任一前述权利要求所述的驱动器，其中最小导通时间的值在切换周期的0.2％到2％的范围内。4.根据任一前述权利要求所述的驱动器，其中最小切换频率在最大切换频率的0.2％到5％的范围内。5.根据任一前述权利要求所述的驱动器，其中在10％的调光设置处，所述切换频率在最大切换频率的30％到60％的范围内。6.根据任一前述权利要求所述的驱动器，其中在10％的调光设置处，所述导通时间在切换周期的0.5％到2％的范围内。7.根据任一前述权利要求所述的驱动器，其中最大切换频率在10kHz与1M...

【专利技术属性】
技术研发人员：周利文，张琪，庄舒金，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL