使用模拟和数字调光的组合的调光接口制造技术

本公开涉及使用模拟和数字调光的组合的调光接口。LED照明系统包括可调节地驱动LED串并由参考电流和使能信号控制的切换电路装置。控制器基于PWM信号来生成参考电流和使能信号，以使得切换电路装置：当PWM信号的占空比大于阈值占空比时，向LED串供给与占空比成正比的第一LED电流，从而执行模拟调光；当PWM信号的占空比小于阈值占空比时，向LED串供给第二LED电流，该第二LED电流的占空比与PWM信号的占空比成正比，以使得被递送到LED串的平均LED电流与PWM信号的占空比成正比，从而执行数字调光。调光。调光。

【技术实现步骤摘要】
使用模拟和数字调光的组合的调光接口


[0001]本公开涉及可调光LED照明系统的领域，更具体地涉及一种用于通过在阈值强度水平下使用从模拟调光控制到数字调光控制的切换来实现将LED照明从最大光强度调光到低光强度的电路，该电路由单个脉宽调制(PWM)信号控制。

技术介绍

[0002]目前，发光二极管(LED)阵列通常在今天被用来制造灯泡、灯条和其他照明解决方案。基于LED的照明与其他类型的照明(诸如基于荧光灯的照明和基于白炽灯的照明)相比具有两个主要优势，即对于给定的光输出具有更低的功耗和更长的使用寿命。
[0003]示例LED照明系统1在图1A中被示出，并且包括功率因数校正(PFC)电路2，其对输入AC电流进行整形以实现单位功率因数并将储能电容器C充电至输入电压Vin。调节器3接受输入电压Vin，并驱动一串串联连接的LED 4。
[0004]电压调节器3可以是反向降压调节器，如图1B中所示。在这样的布置中，LED 4被示为串联耦接的二极管D2
‑
Dn，其中二极管D2的阳极耦接到输入电压Vin并且D2的阴极耦接到二极管D3的阳极，并且D3的阴极D3耦接到二极管Dn的阳极。输出电容器Cout与LED 4并联耦接以减少高频纹波。同样在这里，电压调节器3包括二极管D1，其阴极耦接到输入电压Vin并且其阳极通过电感L1耦接到二极管Dn的阴极。注意，此处在二极管Dn的上下文中的“n”标示可以有任意数量的二极管D2
‑
Dn，其中n为任意整数。
[0005]n沟道晶体管MN1的漏极耦接到D1的阳极，其源极通过电阻器R1耦接到地，并且其栅极由栅极驱动器控制。电流感测电路接收R1两端的电压。
[0006]在操作中，栅极驱动器时段性地导通和截止n沟道晶体管MN1，示例导通时段在图1C中被示为Ton_sw并且示例介质时段被示为Toff_sw，其中时间Ts表示每个时段的总时间。作为示例，切换频率Fsw＝1/Ts可以在50kHz至300kHz的范围内。
[0007]电感电流Il在导通时段Ton_sw期间增加，并且在截止时段Toff_sw期间减小，结果是通过LED 4的电流Iled是电感电流Il随时间的平均值。应该了解，图1C中所示的操作模式是连续导通模式，因为电感电流Il在操作期间不会下降到零。
[0008]LED照明系统1可能希望允许对LED 4进行调光，并因此允许将LED 4设置为期望的强度水平。由LED产生的光的强度与流过LED的平均电流相关。一般来说，流过LED的平均电流越高，由LED产生的光的强度就越高。因此，通常希望使用电流驱动器来驱动LED，以准确地控制流过LED的平均电流。因此，可以通过控制流过LED 4的平均电流来对LED 4进行调光。例如，可以通过降低流过LED 4的平均电流来实现降低由LED 4产生的光的强度。
[0009]执行这种调光的一种方式是修改调节器3的操作，使得通过LED 4的电流Iled的幅度减小，从而以模拟的方式实现调光。为了实现这一点，电压调节器3可以在不连续导通模式下操作，如图1D中所示。在不连续导通模式中，电感电流Il在下降时段Tfw期间被允许下降到零，然后在保持在零时段Tr期间保持为零，其中Tfw和Tr共同定义了固定截止时段Toff_sw。通过调整由电感电流Il所达到的峰值，和/或通过调整固定截止时段Toff_sw，可
以修改平均电感电流Il，即LED电流Iled。如所示，在图1E中，这允许将LED电流Iled设置为期望的水平，从而通过模拟调光控制实现期望的强度水平。
[0010]执行调光的另一种方式是执行数字调光控制。为了进行数字调光控制，允许LED电流Iled自身下降为零，并且因此调整LED电流Iled的占空比，以改变平均LED电流Iled_avg，从而达到期望的强度水平。数字调光控制如图1F中所示，其中可以看出平均LED电流Iled_avg由来LED电流Iled的导通时间Ton_pwm与LED电流Iled的截止时间Toff_pwm的比值来定义，其中Tpwm标示每个PWM时段的总时间。例如，PWM频率Fpwm＝1/Tpwm可以在500Hz到5kHz的范围内。
[0011]模拟调光控制和数字调光控制各有缺点。模拟调光控制在流明每瓦功耗方面效率低下，并且在较低强度水平下，所产生的光的颜色可能会发生偏移。此外，用模拟调光控制通常无法调光到非常低的强度水平(例如，低于10％)。数字调光控制会产生闪烁(可感知的和不可感知的)，这可能对用户产生生理影响，诸如引起头痛。数字调光控制也可能会生成电磁干扰，并且在被用来照亮视频中捕获的场景时可能会产生不希望的弯曲效果。
[0012]模拟调光控制和数字调光控制也各有好处。模拟调光控制不会产生闪烁或弯曲效果。数字调光控制不影响效率，不产生色移，可能比模拟调光控制更容易实现，并且允许调光到非常低的强度水平(例如，0.1％)。
[0013]因此，有必要进一步开发LED调光，以生产能够兼具模拟和数字调光优势的调光电路，同时避免模拟和数字调光的缺点。

技术实现思路

[0014]本文公开了一种LED照明系统，包括：被配置为可调节地驱动LED串的切换电路装置，该切换电路装置由参考电流和使能信号控制；以及控制器。控制器被配置为基于PWM信号来生成参考电流和使能信号，以使得切换电路装置在参考电流和使能信号的控制下：当PWM信号的占空比大于阈值占空比时，向LED串供给与占空比成正比的第一LED电流；并且当PWM信号的占空比小于阈值占空比时，向LED串供给第二LED电流，该第二LED电流具有与PWM信号的占空比成正比的占空比，以使得当PWM信号的占空比小于阈值占空比时，被递送给LED串的平均LED电流的幅度与PWM信号的占空比成正比。
[0015]电阻器可以耦接在控制器的输入端子和地之间，控制器被配置为基于电阻器的电阻来确定阈值占空比。
[0016]控制器可以包括：模拟调光电路，其被配置为基于电阻器的电阻和PWM信号来生成模拟调光电压；参考电流生成电路，其被配置为基于模拟调光电压来生成参考电流；以及使能电压生成电路，其被配置为基于PWM信号、第一内部电压和第二内部电压来生成使能信号。
[0017]第一比较电路可以被配置为生成与PWM信号具有相同频率和占空比的中间PWM信号，其中模拟调光电路基于电阻器的电阻和中间PWM信号来生成模拟调光电压。
[0018]使能电压生成电路可以包括：单稳态电路，其被配置为从中间PWM信号生成开关控制电压；具有反相端子和非反相端子的比较器；耦接在比较器的反相端子和地之间的内部参考电容器，在内部参考电容器两端生成第一内部电压；内部参考电流源，其被配置为向比较器的反相端子供给内部参考电流；第四开关，其被配置为在开关控制电压被断言时选择
性地将比较器的反相端子耦接到地；耦接在比较器的非反相端子和地之间的第一内部电容器，在第一内部电容器两端生成第二内部电压；耦接在内部节点和地之间的第二内部电容器；与模拟调光电压成正比的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LED照明系统，包括：切换电路装置，被配置为可调节地驱动LED串，所述切换电路装置由参考电流和使能信号控制；以及控制器，被配置为基于PWM信号来生成所述参考电流和所述使能信号，以使得在所述参考电流和所述使能信号的控制下，所述切换电路装置：当所述PWM信号的占空比大于阈值占空比时，向所述LED串供给与所述PWM信号的占空比成正比的第一LED电流；以及当所述PWM信号的占空比小于所述阈值占空比时，向所述LED串供给第二LED电流，所述第二LED电流具有的占空比与所述PWM信号的占空比成正比，以使得当所述PWM信号的占空比小于所述阈值占空比时，被递送给所述LED串的平均LED电流的幅度与所述PWM信号的占空比成正比。2.根据权利要求1所述的LED照明系统，还包括耦接在所述控制器的输入端子与地之间的电阻器，所述控制器被配置为基于所述电阻器的电阻来确定所述阈值占空比。3.根据权利要求2所述的LED照明系统，其中所述控制器包括：模拟调光电路，被配置为基于所述电阻器的电阻和所述PWM信号来生成模拟调光电压；参考电流生成电路，被配置为基于所述模拟调光电压来生成所述参考电流；以及使能电压生成电路，被配置为基于所述PWM信号、第一内部电压和第二内部电压来生成所述使能信号。4.根据权利要求3所述的LED照明系统，还包括第一比较电路，所述第一比较电路被配置为生成与所述PWM信号具有相同频率和相同占空比的中间PWM信号，其中所述模拟调光电路基于所述电阻器的电阻和所述中间PWM信号来生成所述模拟调光电压。5.根据权利要求4所述的LED照明系统，其中所述使能电压生成电路包括：单稳态电路，被配置为从所述中间PWM信号生成开关控制电压；比较器，具有反相端子和非反相端子；内部参考电容器，耦接在所述比较器的所述反相端子与地之间，所述第一内部电压跨所述内部参考电容器被生成；内部参考电流源，被配置为向所述比较器的所述反相端子供给内部参考电流；第四开关，被配置为在所述开关控制电压被断言时选择性地将所述比较器的所述反相端子耦接到地；第一内部电容器，耦接在所述比较器的所述非反相端子与地之间，所述第二内部电压跨所述第一内部电容器被生成；第二内部电容器，耦接在所述内部节点与地之间；内部电流源，与所述模拟调光电压成正比，被配置为向所述内部节点供给内部电流；第三开关，被配置为当所述开关控制电压被断言时选择性地将所述比较器的所述非反相端子耦接到所述内部节点；以及第二开关，被配置为当所述开关控制电压的延迟版本被断言时选择性地将所述内部节点耦接到地。6.根据权利要求3所述的LED照明系统，其中所述模拟调光电路包括：阈值电流源，耦接在所述控制器的所述输入端子与第一开关之间；
其中所述第一开关耦接在所述阈值电流源与地之间，所述第一开关响应于所述PWM信号的断言而闭合并且响应于所述PWM信号的解除断言而断开。7.根据权利要求3所述的LED照明系统，其中所述参考电流生成电路包括：第一电流镜，具有耦接到第一输入电路的输入并且具有耦接以供应第一电流的输出；第二电流镜，具有耦接到第二输入电路的输入并且具有耦接以供应基极参考电流的输出；以及电流加法器节点，被配置为将所述第一电流与所述基极参考电流相加，从而生成所述参考电流。8.根据权利要求7所述的LED照明系统，其中所述第一输入电路包括：第一NPN型晶体管，具有通过第一电阻器耦接到阈值电压源的发射极、耦接到所述第一电流镜的所述输入的集电极、和基极；以及运算放大器，具有耦接以接收所述模拟调光电压的非反相端子、耦接到所述第一NPN型晶体管的发射极的反相端子、以及耦接到所述第一NPN型晶体管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：