本公開內(nèi)容涉及驅(qū)動(dòng)LED(發(fā)光二極管)燈，并且更具體地涉及生成指示跨LED燈的電感器的電壓的反饋信號(hào)。

背景技術(shù)：

在諸如建筑照明、汽車頭燈和尾燈、用于液晶顯示裝置的背光和閃光燈的廣泛的多種電子應(yīng)用中正在采用LED。與傳統(tǒng)照明光源如白熾燈和熒光燈相比，LED具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，包括高效率、良好的方向性、顏色穩(wěn)定性、高可靠性、長(zhǎng)壽命、小尺寸和環(huán)境安全。

由于LED在功率效率(每瓦流明)和光譜質(zhì)量方面提供了優(yōu)于白熾燈(燈泡)的顯著優(yōu)勢(shì)，所以LED在照明應(yīng)用中的使用有望被擴(kuò)展。此外，與可能會(huì)由于熒光燈廢物處理而導(dǎo)致汞污染的熒光燈照明系統(tǒng)(與熒光燈結(jié)合的熒光鎮(zhèn)流器)相比，LED燈表現(xiàn)出更低的環(huán)境影響。

然而，在不修改已在白熾燈泡周圍構(gòu)造的當(dāng)前布線和部件設(shè)施的情況下，傳統(tǒng)LED燈不能直接代替白熾燈和可調(diào)光熒光系統(tǒng)。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)白熾燈是電壓驅(qū)動(dòng)裝置，而LED是電流驅(qū)動(dòng)裝置，因此需要不同的技術(shù)來(lái)控制其各自的光輸出的強(qiáng)度。

許多調(diào)光器開關(guān)通過控制施加于白熾燈的AC輸入電力的相位角來(lái)調(diào)整燈輸入電壓的RMS電壓值，以對(duì)白熾燈進(jìn)行調(diào)光?？刂葡辔唤鞘怯靡哉{(diào)整供給白熾燈泡的RMS電壓并且提供調(diào)光能力的有效且簡(jiǎn)單的方法。然而，由于LED為電流驅(qū)動(dòng)裝置并且因此LED燈為電流驅(qū)動(dòng)裝置，所以控制輸入電壓的相位角的常規(guī)調(diào)光器開關(guān)與傳統(tǒng)LED燈不兼容。

解決該兼容性問題的一種方案使用以下LED驅(qū)動(dòng)器，該LED驅(qū)動(dòng)器感測(cè)燈輸入電壓以確定調(diào)光器開關(guān)的工作占空周期，并且在調(diào)光器開關(guān)的工作占空周期降低時(shí)減小通過LED燈的經(jīng)調(diào)節(jié)的正向電流。在一些情況下，LED驅(qū)動(dòng)器向跨變壓器的LED燈遞送電力，將LED燈的輸出與輸入隔離。為了調(diào)節(jié)通過LED的電流，LED驅(qū)動(dòng)器接收關(guān)于輸出電壓或 通過LED的電流的反饋。許多LED驅(qū)動(dòng)器使用變壓器的初級(jí)側(cè)的輔助繞組來(lái)感測(cè)輸出。然而，經(jīng)由輔助繞組感測(cè)輸出電壓增添了LED驅(qū)動(dòng)器的復(fù)雜性，使LED驅(qū)動(dòng)器的成本和尺寸二者增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了降低LED燈的成本和復(fù)雜性，在不依賴于輔助變壓器繞組的情況下生成指示跨電感器的輸出的電壓的反饋信號(hào)。根據(jù)各種實(shí)施方式的LED燈包括一個(gè)或更多個(gè)LED以及耦接至輸入電壓源和一個(gè)或更多個(gè)LED的電感性元件(例如，電感器或變壓器的初級(jí)繞組)。開關(guān)耦接至電感性元件，使得響應(yīng)于開關(guān)接通而在電感器中生成電流以及響應(yīng)于開關(guān)斷開而不在電感器中生成電流。第一電流檢測(cè)器耦接在輸入電壓源與LED燈的接地節(jié)點(diǎn)之間，以及第二電流檢測(cè)器耦接在電感性元件與接地節(jié)點(diǎn)之間。由第一電流檢測(cè)器檢測(cè)到的電流與跨輸入電壓源的體電壓成比例，而由第二電流檢測(cè)器檢測(cè)到的電流與跨開關(guān)的漏極電壓成比例。

在一個(gè)實(shí)施方式中，比較器確定由第二電流檢測(cè)器檢測(cè)到的電流與由第一電流檢測(cè)器檢測(cè)到的電流之間的差。該電流差被轉(zhuǎn)換成電壓(例如，基于第一電流檢測(cè)器的電阻和第二電流檢測(cè)器的電阻)，并且輸入至開關(guān)控制器作為指示跨電感性元件的電壓的反饋信號(hào)。當(dāng)電感性元件中的電流不為零時(shí)，該電壓等于跨LED的電壓。當(dāng)電流為零時(shí)，該電壓會(huì)由于電感性元件的電感和電容而振蕩，這可以用于谷模式檢測(cè)以提高LED驅(qū)動(dòng)器的效率。開關(guān)控制器基于反饋信號(hào)來(lái)控制開關(guān)的切換，以調(diào)節(jié)通過一個(gè)或更多個(gè)LED的輸出電流。

在說明書中描述的特征和優(yōu)點(diǎn)并非是無(wú)遺漏的，并且具體地，借鑒附圖、說明書和權(quán)利要求書，許多另外的特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說將是明顯的。此外，應(yīng)當(dāng)指出的是，說明書中所使用的語(yǔ)言主要是為了易讀和指導(dǎo)的目的而選擇的，而非被選擇成描繪或限制本發(fā)明的主題。

附圖說明

通過結(jié)合附圖來(lái)考慮以下詳細(xì)描述，可以容易地理解本發(fā)明的實(shí)施方式的教導(dǎo)。

圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的LED燈電路。

圖2A至圖2B是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的LED燈的部件的框圖。

圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的體電壓和漏極電壓的示例波形。

圖4示出了展示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的體電壓、體電流、漏極電壓與漏極電流之間的關(guān)系的示例波形。

具體實(shí)施方式

附圖和以下描述僅通過說明的方式涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出的是，根據(jù)以下討論，將容易認(rèn)識(shí)到本文所公開的結(jié)構(gòu)和方法的替選實(shí)施方式，作為在不背離要求保護(hù)的本發(fā)明的原理的情況下可以采用的可行替選方案。

現(xiàn)在將詳細(xì)地參照在附圖中示出其示例的本發(fā)明的若干實(shí)施方式。要指出的是，在任何可實(shí)踐的情況下，可以在附圖中使用相似或相同的附圖標(biāo)記，并且其可以表示相似或相同的功能。附圖僅出于說明的目的描繪了本發(fā)明的實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以下描述將容易認(rèn)識(shí)到，在不背離本文所描述的本發(fā)明的原理的情況下可以采用本文所示的結(jié)構(gòu)和方法的替選實(shí)施方式。

如下面將參照附圖更詳細(xì)說明的，利用電壓反饋信號(hào)來(lái)提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的開關(guān)電源不需要輔助繞組。例如，根據(jù)各種實(shí)施方式的LED燈系統(tǒng)和方法在不使用輔助變壓器繞組的情況下生成指示耦接至一個(gè)或更多個(gè)LED裝置的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓的反饋信號(hào)。由于輔助繞組增添了成本和復(fù)雜性，因而不依賴于輔助繞組而生成反饋信號(hào)降低了LED燈系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

圖1示出了包括與常規(guī)調(diào)光器開關(guān)120一起使用的LED燈130的LED燈系統(tǒng)。根據(jù)各種實(shí)施方式的LED燈130是常規(guī)調(diào)光器開關(guān)設(shè)定中的白熾燈的直接替代。調(diào)光器開關(guān)120與AC輸入電壓源110和LED燈130串聯(lián)地放置。調(diào)光器開關(guān)120接收調(diào)光輸入信號(hào)125，并且使用該輸入信號(hào)125來(lái)設(shè)定LED燈130的期望光輸出強(qiáng)度。調(diào)光器開關(guān)120接收AC輸入電壓信號(hào)115，并且響應(yīng)于調(diào)光輸入信號(hào)125來(lái)調(diào)整燈輸入電壓135的V-RMS值。換言之，通過調(diào)節(jié)施加于LED燈130的燈輸入電壓135的RMS值來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光器開關(guān)120對(duì)由LED燈130輸出的光強(qiáng)度的控制。LED燈130控制LED燈130的光輸出強(qiáng)度，以與燈輸入電壓135成比例地改變，盡管LED為電流驅(qū)動(dòng)裝置而不是電壓驅(qū)動(dòng)裝置，但也呈現(xiàn) 出與白熾燈相類似的行為。調(diào)光輸入信號(hào)125可以手動(dòng)地(經(jīng)由在本文中未示出的旋鈕或滑塊開關(guān))提供或者經(jīng)由自動(dòng)化照明控制系統(tǒng)(在本文中未示出)提供。

調(diào)光器開關(guān)120通過控制AC輸入電壓信號(hào)115的相位角來(lái)調(diào)整燈輸入電壓135的V-RMS。特別地，調(diào)光器開關(guān)120通過消除AC輸入信號(hào)115的每個(gè)半周期的一部分來(lái)減小輸入電壓135的V-RMS。一般地，調(diào)光器開關(guān)120通過增加每個(gè)半周期的被消除的部分并且從而減小調(diào)光器接通時(shí)間來(lái)增加調(diào)光效果(即，降低光強(qiáng)度)。

圖2A至圖2B是示出LED燈130的部件的框圖。在一個(gè)實(shí)施方式中，LED燈130包括橋式整流器DB1、輸入電容器C1、電感性元件L1、輸出電容器C2、開關(guān)S1和開關(guān)控制器U1。LED燈130的其他實(shí)施方式可以包括不同的或另外的部件。

橋式整流器DB1對(duì)通過調(diào)光器開關(guān)120輸入至LED燈130的電壓信號(hào)135進(jìn)行整流，并且提供跨輸入電容器C1的經(jīng)整流的電壓。電感性元件L1、二極管D1、電容器C2和開關(guān)S1形成降壓升壓型電力變換器，該降壓升壓型電力變換器提供輸出至一個(gè)或更多個(gè)LED如圖2所示的LED1的經(jīng)調(diào)節(jié)的電流?？刂破鱑1控制開關(guān)S1的接通和斷開周期，以向LED1提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流。當(dāng)開關(guān)S1接通時(shí)，由于二極管D1反向偏置，所以輸入至LED燈130的電力被存儲(chǔ)在電感性元件L1中。在開關(guān)S1的斷開周期期間，電流被提供至跨電容器C2的LED1。在一個(gè)實(shí)施方式中，如圖2A所示，電感性元件L1包括變壓器的初級(jí)繞組。在另一個(gè)實(shí)施方式中，如圖2B所示，電感性元件L1為電感器。此外，LED燈130的其他實(shí)施方式可以具有下述電力變換器，該電力變換器具有除了降壓升壓以外的拓?fù)?，例如反激式拓?fù)洹?/p>

控制器U1控制開關(guān)S1的切換，使得保持基本上恒定的電流通過LED1。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器U1接收指示跨L1的輸出電壓的反饋電壓V_sense，并且響應(yīng)于該反饋來(lái)控制開關(guān)S1的切換。此外，在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器U1從調(diào)光器開關(guān)120接收指示用于LED燈130的調(diào)光量的調(diào)光信號(hào)。在該情況下，控制器U1控制通過LED1的電流，使得來(lái)自LED1的輸出光強(qiáng)度與用于LED燈130的調(diào)光量基本上相對(duì)應(yīng)?？刂破鱑1可以采用許多調(diào)制技術(shù)如脈沖寬度調(diào)制(PWM)或脈沖頻率調(diào)制(PFM)來(lái)控制開關(guān)S1的接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)以及占空周期。PWM和PFM為下述技術(shù)：所述技術(shù)用于分別通過控制由控制器U1生成的用 于驅(qū)動(dòng)開關(guān)S1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的寬度和頻率來(lái)控制開關(guān)電力變換器以實(shí)現(xiàn)輸出電力調(diào)節(jié)。

如圖2A至圖2B所示，LED1跨電感性元件L1進(jìn)行耦接，并且因此為浮動(dòng)輸出(即，不以地為參考)。此外，去往電感性元件L1的經(jīng)整流電壓輸入為高電壓輸入，所以難以直接測(cè)量輸入電壓。為了測(cè)量跨L1的輸出電壓，LED燈130包括兩個(gè)電流檢測(cè)器R1和R2，如圖2A至2B所示，在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)電流檢測(cè)器包括一個(gè)或更多個(gè)電阻器。第一電流檢測(cè)器R1耦接在輸入電壓源與LED燈130的接地節(jié)點(diǎn)之間，而第二電流檢測(cè)器R2耦接在電感性元件L1與接地節(jié)點(diǎn)之間。由第一電流檢測(cè)器R1檢測(cè)到的電流I1與跨輸入電容器C1的體電壓V_bulk(即，由橋式整流器DB1整流的輸入至LED燈130的信號(hào)的電壓)成比例。由第二電流檢測(cè)器R2檢測(cè)到的電流I2與跨開關(guān)S1的漏極電壓V_drain成比例。

在一個(gè)實(shí)施方式中，(例如通過安培計(jì)202A和202B)感測(cè)電流I1和I2，并且將其輸入至比較器204。比較器204生成表示電流I2與電流I1之間的差的信號(hào)ΔI。電流電壓轉(zhuǎn)換器206接收由比較器204生成的ΔI信號(hào)，并且基于ΔI來(lái)確定跨LED1的電壓。例如，如果電流檢測(cè)器均為電阻器，則電流電壓轉(zhuǎn)換器206基于ΔI以及電阻器R1和電阻器R2的電阻來(lái)確定跨LED1的電壓。所確定的跨LED1的電壓輸出至控制器U1作為電壓反饋信號(hào)V_sense。在另一個(gè)實(shí)施方式中，電流電壓轉(zhuǎn)換器206接收或檢測(cè)電流I1和I2，將所述電流轉(zhuǎn)換成等效電壓V_bulk和V_drain，并且確定等效電壓之間的差。在該情況下，所確定的電壓差等效于跨電感性元件L1的電壓Vo，并且所確定的電壓差輸出至控制器U1作為反饋信號(hào)V_sense。在又一實(shí)施方式中，控制器U1被配置成接收表示電流I2與I1之間的差的信號(hào)，基于該電流差來(lái)確定跨L1的電壓Vo，以及響應(yīng)于所確定的電壓來(lái)控制通過LED1的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出。

圖3示出了由電流電壓轉(zhuǎn)換器206測(cè)量到的體電壓V_bulk和漏極電壓V_drain的示例波形。圖3中所示出的是AC輸入信號(hào)V_in的周期的一部分以及在該周期期間開關(guān)S1的切換，V_bulk和V_drain的測(cè)量值，以及通過從V_drain中減去V_bulk而生成的ΔV信號(hào)。如圖3所示，由電流電壓轉(zhuǎn)換器206測(cè)量的V_bulk受AC輸入電壓的幅度的影響，在開關(guān)S1的斷開周期期間與AC輸入電壓的幅度的增加成比例增加。V_drain類似地受AC輸入電壓的幅度的影響，并且還在開關(guān)S1的斷開周期期間 呈現(xiàn)由于電感性元件L1和輸出電容器C2的諧振引起的高頻電壓振蕩。通過從V_drain中減去V_bulk，電流電壓轉(zhuǎn)換器206移除由于AC輸入電壓而引起的V_drain中的低頻電壓改變，并且生成信號(hào)ΔV。

圖4示出了展示體電壓V_bulk與由第一電流檢測(cè)器R1檢測(cè)到的電流之間的關(guān)系以及漏極電壓V_drain與由第二電流檢測(cè)器R2檢測(cè)到的電流之間的關(guān)系的示例波形。如圖4所示，由第一電流檢測(cè)器R1檢測(cè)到的電流I1與V_bulk成比例，以及由第二電流檢測(cè)器R2檢測(cè)到的電流I2與V_drain成比例。因此，通過從由第二電流檢測(cè)器檢測(cè)到的電流中減去由第一電流檢測(cè)器檢測(cè)到的電流而生成的信號(hào)ΔI與表示漏極電壓與體電壓之間的差的信號(hào)ΔV(V_out)成比例。因此，通過測(cè)量電流差ΔI，電流電壓轉(zhuǎn)換器間接地測(cè)量跨LED1的電壓。

當(dāng)在使用V_bulk和V_drain來(lái)提供電壓反饋信號(hào)的上述示例的情況下時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓的幅度的較大差將趨于增加所得到的電壓反饋信號(hào)的不準(zhǔn)確度。例如，在電感性元件L1的匝數(shù)比為1的降壓升壓轉(zhuǎn)換器的情況下：

I1＝V_bulk/R1和I2＝V_drain/R2，或者V_drain＝V_bulk+Vo。

因此：

I2＝(V_bulk+Vo)/R2

以及

ΔI＝I2-I1＝(V_bulk+Vo)/R2–V_bulk/R1。

如果R1＝R2，則上式簡(jiǎn)化為Vo/R1，但當(dāng)R2不等于R1時(shí)，則ΔI為

ΔI＝V_bulk/R2–V_bulk/R1+Vo/R2。

由于前兩項(xiàng)未抵消并且考慮到V_bulk>>Vo，這存在于上述示例中，所以它以隨V_bulk增加而變得嚴(yán)重的方式使輸出電壓(Vo)的測(cè)量劣化。該問題可以通過將所述項(xiàng)中之一乘以歸一化因子(k)來(lái)解決，其中，

ΔI＝I2*k-I1或ΔI＝I2-k*I1。

控制器U1在開關(guān)的復(fù)位時(shí)段之后的死區(qū)時(shí)，即在V_drain＝V_bulk時(shí)能夠容易地校準(zhǔn)變量k?？梢哉{(diào)整歸一化因子“k”，以校準(zhǔn)由共模電壓引入的偏移。在一個(gè)實(shí)施方式中，歸一化因子“k”被校準(zhǔn)成使得差輸出(電壓反饋)導(dǎo)致0V。

根據(jù)本公開內(nèi)容的各種實(shí)施方式的LED燈具有以下優(yōu)點(diǎn)：LED燈可以直接代替在住宅和商業(yè)照明應(yīng)用中找到的典型布線配置中的常規(guī)白熾燈，以及LED燈可以與通過改變?nèi)ネ鶡舻妮斎腚妷簛?lái)執(zhí)行調(diào)光的常規(guī)調(diào)光器開關(guān)一起使用。此外，在不依賴于輔助繞組的情況下生成指示跨LED的電壓的反饋信號(hào)，減小了LED燈的成本和復(fù)雜性。

在閱讀本公開內(nèi)容時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解仍存在用于LED燈的附加替選設(shè)計(jì)。因此，盡管已經(jīng)示出了并描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方式和應(yīng)用，但要理解的是，本發(fā)明不限于本文所公開的確切的構(gòu)造和部件，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在本文所公開的本發(fā)明的方法和裝置的布置、操作和細(xì)節(jié)中做出對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說將是明顯的各種修改、改變和變型。