[發明專利]具有數字控制器的LED鎮流器電源

有效

• 申請號: 201010281106.5
• 申請日: 2010-09-09
• 公開（公告）號: CN102026444A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 馬克·尤特拉;馬克·馬塞拉;斯科特·摩爾
• 申請（專利權）人: 百富(澳門離岸商業服務)有限公司
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

技術領域

本發明涉及用于用于區域照明的相對大功率的LED燈的電源或鎮流器領域。

背景技術

代替更傳統的白熾型或熒光型等燈具，逐漸使用大功率發光二極管(LED)構造用于區域照明的照明燈具或燈。基于LED的照明可以提供幾個優點，包括提高燈具效率，更好地控制燈具的物理包裝和光輸出特性。由于來自給定LED的光通常是有限的，LED燈通常采用一起工作的多個LED來實現期望的光輸出。在一種結構中，LED串聯在一起，并采用相對高的燈壓(一般與串聯的LED的數量成比例)。該燈的光輸出可以由燈電源控制，該燈電源將燈電流調節到對應于該燈的正常工作光輸出的期望水平。

發明內容

一般慣例是為LED燈提供變暗功能，例如通過以受控占空比施加固定振幅的電流脈沖，以將平均燈電流降低至對應于燈亮度的期望變暗水平的值。在典型的應用中，脈沖頻率可以設置為在100Hz和1KHz之間，占空比從10％變化至100％。在一些變暗應用中，可能希望以比1％更小的增量來控制該占空比。

在一種類型的實施方式中，電流脈沖通過使用與LED燈串聯的可控電源開關(如功率FET器件)實現。接通和斷開該開關使施加在該燈上的電壓突然斷開和重新接合。這種開關的使用允許脈沖電流至該燈的快速傳送，但存在其它設計考慮。當該開關斷開時，該燈與功率輸出電路斷開而沒有燈電流流動。這會使燈電流調節電路臨時將燈電壓驅動到很高，試圖將燈電流增到回到被調節的水平。當變暗開關后來接通回去時，高的燈電壓產生并不希望的大的燈電流水平，直到調節電路使它恢復至被調節值。這種暫時大的燈電流水平可以稱為″過沖″。明顯的過沖存在時，可能會明顯限制采用變暗可以將該燈的光輸出控制到的精度和清晰度。雖然可以采用某些電路技術(如常規箝位電路)來防止燈壓過大的偏移，但這種電路會消耗功率，導致效率較低。

根據本發明的實施方式，公開了一種用于具有多個串聯的大功率發光二極管類型的LED燈的電源。該電源以鉗位和類似的電路的方式在不犧牲效率的情況下提供了精確的變暗。

該電源采用隔離的功率耦合裝置，如變壓器或一組耦合線圈。初級側功率電路包括與初級側線圈串聯的轉換器電源開關，用于基于提供至轉換器電源開關的轉換器控制信號傳導輸入功率，并且次級側功率電路包括與LED燈串聯的變暗電源開關和感應地耦合至第一線圈的第二線圈，用于基于提供至變暗電源開關的變暗控制信號向LED燈提供輸出功率。功率控制電路包括轉換器控制電路，其具有正常操作，它通過正常操作產生轉換器控制信號，以在LED燈處于燈電壓的正常運行值下時在LED燈中維持期望未變暗水平的燈電流。變暗控制電路產生變暗控制信號，以對應于LED燈的期望變暗的占空比對燈電流進行脈沖調制。在變暗控制信號的接通至斷開轉變時，修正轉換器控制電路的操作，以防止燈電壓響應于燈電流降低而自動增大，并且在變暗控制信號的斷開至接通轉變時，恢復轉換器控制電路的正常操作。通過這種控制模式，避免了斷開至接通轉變時的不期望的過沖，提供了對變暗操作更精確和有效的控制。

在一種類型的實施方式中，產生轉換器控制信號，以建立燈電壓的接通值，該接通值(a)在非變暗操作期間在LED燈中維持期望非變暗水平的燈電流，并且(b)小于由電壓參考信號的第一值表示的預定最大燈電壓。脈寬調制包括(i)在變暗控制信號的接通時間期間，感應和存儲燈電壓的接通值，(ii)剛好在變暗控制信號的接通至斷開轉變之前，將電壓參考信號設置為表示存儲的燈電壓接通值的第二值，以及(iii)剛好在變暗控制信號的斷開至接通轉變之前，使電壓參考信號回到所述第一值

在這種類型的實施方式中，控制電路可以以數字控制器實現，該數字控制器包括模數轉換器、處理器和PWM輸出端。模數轉換器可以用來將表示燈電壓和燈電流的模擬輸入轉換成對應的用于由處理器處理的數字值，PWM輸出端可以載送具有與由控制電路設定的電壓參考信號的值相對應的占空比的參考PWM信號。

在另一種類型的實施方式中，功率控制電路可以基本上實現為集成數字控制器，采用對應的控制例行程序對該集成數字控制器編程，以實現轉換器控制電路和變暗控制電路。變暗控制例行程序可以包括(1)在變暗控制信號的接通至斷開轉變時，(a)根據需要等待，直到轉換器控制信號變為斷開，以及(b)鎖存轉換器控制信號，以防止它在變暗控制信號隨后的斷開期間變為接通；和(2)在變暗控制信號的斷開至接通轉變時，釋放轉換器控制信號，以允許恢復轉換器控制電路的正常操作。后一種類型的這種實施方式可以提供甚至更大的精度，因為它避免了對控制參考值和相關的模擬電路的有限的響應時間的依賴。

附圖說明