[发明专利]具有数字控制器的LED镇流器电源

说明书

技术领域

本发明涉及用于用于区域照明的相对大功率的LED灯的电源或镇流器领域。

背景技术

代替更传统的白炽型或荧光型等灯具，逐渐使用大功率发光二极管(LED)构造用于区域照明的照明灯具或灯。基于LED的照明可以提供几个优点，包括提高灯具效率，更好地控制灯具的物理包装和光输出特性。由于来自给定LED的光通常是有限的，LED灯通常采用一起工作的多个LED来实现期望的光输出。在一种结构中，LED串联在一起，并采用相对高的灯压(一般与串联的LED的数量成比例)。该灯的光输出可以由灯电源控制，该灯电源将灯电流调节到对应于该灯的正常工作光输出的期望水平。

发明内容

一般惯例是为LED灯提供变暗功能，例如通过以受控占空比施加固定振幅的电流脉冲，以将平均灯电流降低至对应于灯亮度的期望变暗水平的值。在典型的应用中，脉冲频率可以设置为在100Hz和1KHz之间，占空比从10％变化至100％。在一些变暗应用中，可能希望以比1％更小的增量来控制该占空比。

在一种类型的实施方式中，电流脉冲通过使用与LED灯串联的可控电源开关(如功率FET器件)实现。接通和断开该开关使施加在该灯上的电压突然断开和重新接合。这种开关的使用允许脉冲电流至该灯的快速传送，但存在其它设计考虑。当该开关断开时，该灯与功率输出电路断开而没有灯电流流动。这会使灯电流调节电路临时将灯电压驱动到很高，试图将灯电流增到回到被调节的水平。当变暗开关后来接通回去时，高的灯电压产生并不希望的大的灯电流水平，直到调节电路使它恢复至被调节值。这种暂时大的灯电流水平可以称为″过冲″。明显的过冲存在时，可能会明显限制采用变暗可以将该灯的光输出控制到的精度和清晰度。虽然可以采用某些电路技术(如常规箝位电路)来防止灯压过大的偏移，但这种电路会消耗功率，导致效率较低。

根据本发明的实施方式，公开了一种用于具有多个串联的大功率发光二极管类型的LED灯的电源。该电源以钳位和类似的电路的方式在不牺牲效率的情况下提供了精确的变暗。

该电源采用隔离的功率耦合装置，如变压器或一组耦合线圈。初级侧功率电路包括与初级侧线圈串联的转换器电源开关，用于基于提供至转换器电源开关的转换器控制信号传导输入功率，并且次级侧功率电路包括与LED灯串联的变暗电源开关和感应地耦合至第一线圈的第二线圈，用于基于提供至变暗电源开关的变暗控制信号向LED灯提供输出功率。功率控制电路包括转换器控制电路，其具有正常操作，它通过正常操作产生转换器控制信号，以在LED灯处于灯电压的正常运行值下时在LED灯中维持期望未变暗水平的灯电流。变暗控制电路产生变暗控制信号，以对应于LED灯的期望变暗的占空比对灯电流进行脉冲调制。在变暗控制信号的接通至断开转变时，修正转换器控制电路的操作，以防止灯电压响应于灯电流降低而自动增大，并且在变暗控制信号的断开至接通转变时，恢复转换器控制电路的正常操作。通过这种控制模式，避免了断开至接通转变时的不期望的过冲，提供了对变暗操作更精确和有效的控制。

在一种类型的实施方式中，产生转换器控制信号，以建立灯电压的接通值，该接通值(a)在非变暗操作期间在LED灯中维持期望非变暗水平的灯电流，并且(b)小于由电压参考信号的第一值表示的预定最大灯电压。脉宽调制包括(i)在变暗控制信号的接通时间期间，感应和存储灯电压的接通值，(ii)刚好在变暗控制信号的接通至断开转变之前，将电压参考信号设置为表示存储的灯电压接通值的第二值，以及(iii)刚好在变暗控制信号的断开至接通转变之前，使电压参考信号回到所述第一值

在这种类型的实施方式中，控制电路可以以数字控制器实现，该数字控制器包括模数转换器、处理器和PWM输出端。模数转换器可以用来将表示灯电压和灯电流的模拟输入转换成对应的用于由处理器处理的数字值，PWM输出端可以载送具有与由控制电路设定的电压参考信号的值相对应的占空比的参考PWM信号。

在另一种类型的实施方式中，功率控制电路可以基本上实现为集成数字控制器，采用对应的控制例行程序对该集成数字控制器编程，以实现转换器控制电路和变暗控制电路。变暗控制例行程序可以包括(1)在变暗控制信号的接通至断开转变时，(a)根据需要等待，直到转换器控制信号变为断开，以及(b)锁存转换器控制信号，以防止它在变暗控制信号随后的断开期间变为接通；和(2)在变暗控制信号的断开至接通转变时，释放转换器控制信号，以允许恢复转换器控制电路的正常操作。后一种类型的这种实施方式可以提供甚至更大的精度，因为它避免了对控制参考值和相关的模拟电路的有限的响应时间的依赖。

附图说明