CN102132628A

CN102132628A - 固态照明装置中的功率因数校正和固态照明装置的调光

Info

Publication number: CN102132628A
Application number: CN2009801335211A
Authority: CN
Inventors: S·哈里哈兰
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: CN102132628B; US20100045210A1; US8629629B2; WO2010027817A2; WO2010027817A3; DE112009002082T5; US9814110B1

Abstract

一种设备和提供驱动电路的方法，所述驱动电路提供功率因数校正(PFC)给如固态照明(SSL)装置的负载，例如，发光二极管(LED)或者LED阵列或群集。可编程参考在所述电路中被提供来操作于固定频率峰值电流模式控制(FFPCMC)中或固定频率平均电流模式控制(FFACMC)中。驱动电路被采用以使用从主电源获得的电力来操作所述SSL装置，所述主电源可以是DC或AC。在FFPCMC实施方案中，可编程的电源参考被编程为固定的DC电压。在FFACMC实施方案中，到达所述电路的电源输入电流可以被编程为经桥式整流器后与该整流AC电压成比例。

Description

固态照明装置中的功率因数校正和固态照明装置的调光

相关专利申请的交叉引用：本申请要求2008年8月25日递交的题为“固态照明装置中的功率因数校正”的美国临时申请No.61/091,715以及2009年3月19日递交的题为“与电子变压器兼容的LED驱动器”的美国临时申请No.61/161,724的优先权，这两个临时申请通过引用被整体并入本文。

技术领域

本发明涉及用于在电子系统中控制电流的控制系统。更具体地，本发明涉及用于在针对固态照明(SSL)装置，例如，发光二极管(LED)或者发光二极管(LEDs)阵列或群集的驱动器中控制电流的控制系统，该控制系统具有与电子变压器兼容并且支持调光功能的驱动电路。本发明还应用于不具有直接进行断开AC电源操作的电子变压器的固态照明。

背景技术

固态照明(SSL)涉及利用发光二极管(LEDs)而不是电丝或气体作为发光源的照明类型。存在普遍地使用于固态照明(SSL)的数种LED。第一种LED，也是最常用的一种LED是半导体LED。半导体LED由包含或掺杂杂质以创建p-n结的半导体材料的芯片组成。适用于SSL的其他类型的LED包括有机LED或发光聚合物(LEP)。在这些LED中，发射的电致发光层由有机化合物膜构成。所述层通常包含允许适合的能够发光的有机化合物沉积的聚合物质。如在本发明中所使用的，术语“发光二极管(LED)”包括任何类型的这样的固态照明装置，包括半导体LED、有机LED或LEPs。

LED在当今照明系统中的益处和广泛的适用性现已被本领域技术人员实现并意识到。多年来，基于卤素的灯是实施于照明系统的主要光源。这几年，随着LED技术的发展，LED优于卤素灯的益处已逐渐明显。与卤素灯相比时，LED相对更小，并且具有更长的操作寿命。卤素灯泡与LED间的另一重要区别是LED所需要的用来操作的功率的量是显著更小的。例如，卤素灯可以在20-50瓦特的范围内工作，而LED在约5-15瓦特。

术语“固态”涉及这样的事实，LED中的光是从固态物体发射(例如，一批半导体或者有机层或材料)而不是如传统的白炽灯泡和荧光灯的实例那样从真空或气体管发射。与传统照明不同，SSL以减少的热生成或寄生能量耗散创建可视光。另外，其固态本质提供更大的耐冲击性、耐振动性和耐磨性，从而显著地提高其寿命。SSL的瓦特每流明(Watts-per-lumen)输出也比白炽灯泡和荧光灯更高。这些优势使SSL出于商业和家庭照明目的尤具吸引力，并因此正逐渐替代基于灯丝或气体的照明应用。

LED用于照明应用时，LED群集或阵列用以实现必要亮度和其他期望的照明特性。不论颜色、类型、颜色、尺寸或功率，所有LED当被恒定电流驱动时起效最佳。LED制造者以指定的电流值指定其装置的特性(如流明、波束图形、颜色)。一个或更多个LED驱动器被用来有效地控制LED阵列的电学特性以适于照明。LED驱动器是具有与LED群集的电学特性相匹配的输出的自备(self-contained)电源供应。大多数LED驱动器被设计为提供用来操作LED阵列的恒定电流。

SSL以与其他照明应用相同的方式被供电，即，起始于且使用交流(AC)电源。取决于地理位置或应用，该AC电源可以在110V与240V之间的范围内。这些AC电源的频率在50赫兹与60赫兹之间的范围内。当AC电源被用于SSL中，存在对功率因数校正(PFC)的需要来最小化AC电源中的损耗。PFC是实际负载功率与由电气负载(例如LED驱动器)引入的表观负载(apparent load)之间的比率。PFC是电流正被转化为有用输出功的有效程度的测量，并且更具体地，是负载电流对电力供应系统的有效性作用的良好指标。

在现有技术的方法中，具有PFC的LED驱动器包括至少两个普遍的处理阶段。第一阶段是功率因数校正阶段，该阶段生成调节的高电压。第二阶段包括DC/DC/LED驱动阶段，该阶段传送DC电流至LED阵列。该方法需要跨接LED阵列的高值电容器来实现负载传送。虽然该方法使能SSL中的PFC，其具有数种劣势。这些劣势包括使用更高数目的总组件来驱动LED驱动器，以及LED驱动电路的成本的相应提高。由于要求输入AC电源在应用于LED阵列之前被转化为DC，该方法还包括低效率操作。现有技术的方法还要求LED电流被测量和监控以实现PFC，这进一步导致低效率操作。

模拟调光器是与白炽和荧光照明应用共同使用来控制光输出强度或量值的梯度(gradient)开关。由于白炽和荧光照明应用正被SSL所替代，使LED驱动器利用现有模拟调光器操作是有益的和有效的。

发明内容

用来在固态照明应用中提供功率因数校正的方法和系统被提供。在一个实施方案中，本发明提供用于提供固态照明(SSL)的设备。该设备包括用于给SSL驱动器供应AC或DC电源的主电源。该设备还包括数个SSL装置，如LED群集或LED阵列，来提供照明输出。该设备还包括用以操作LED阵列的LED驱动器。在一个实施方案中，该LED驱动器，例如，经二极管桥式整流器后，使用固定频率平均电流模式控制(FFACMC)来控制所引入的输入电流，该电流遵循(follow)在驱动芯片的控制引脚上被编程的波形。该驱动电路不控制负载电流。在这种情况中，使用固定频率平均电流模式控制，取决于在该驱动电路的REFI处或控制引脚处被编程的内容，经过(beyond)桥式整流器的输入电流可以被编程为DC电流或整流的正弦曲线电压，即，REFI是对输入信号起作用的驱动电路中的可编程参考。该驱动器的控制电路控制到达该LED驱动器的输入电流与该电压同相。通过配置到达LED驱动器的电流与主电源输入电压同相，该LED驱动器表现为允许功率因数校正(PFC)的跨接该主电源的基本上是阻性的负载。在使用该固定频率平均电流模式控制(FFACMC)中，基于电流检测电阻(sense resistor)，R_S，输入电流I_IN等于在REFI引脚上的控制电压V_REF的值。

对于多数应用，REFI参考可以被编程为固定DC电压。固定频率平均电流模式控制(FFACMC)可以被采用以使输入电流可以被编程为与经所述桥式整流器后的整流AC电压成比例或与在REFI引脚上被编程的DC电压成比例。在每一情况中，功率因数将会非常高，如大于0.90。同样地，该LED驱动电路将与调光器一起操作来调整SSL装置的光强度。

在一个实施方案中，所述控制电路被配置以使能该LED驱动器来给LED阵列提供开关电流或改变电流(altering current)。在本实施方案中，基本上是小的电容器被跨接该LED阵列负载连接。由于二阶段现有技术的方法所需的大电容被省略。

本发明还提供用于在固态照明应用中实现功率因数校正(PFC)的方法。在一个实施方案中，该方法提出采用主电源作为电子电路。该电子电路包括以LED阵列排列的数个LED，并且还包括用于操作和驱动该LED阵列的LED驱动器。该方法还包括使用控制电路配置该LED驱动器来使得到达该LED驱动器的输入电流能够与主电源同相。本方法还提供配置所述LED驱动器以使其表现为跨接所述主电源的基本上是阻性的负载。在一个实施方案中，该方法提供使用由模拟调光器供应的外部电压来控制该LED阵列的输出。在另一实施方案中，电源包括调光器和平均电流模式控制的LED驱动电路。在本实施方案中，变压器可以被用于隔离。

在低电压MR16应用的情况中，其中卤素灯被兼容的LED灯替代，这种类型的应用通常采用从电子变压器获得的12V AC。本发明的驱动电路利用后沿类型的调光器与大部分电子变压器共同操作。唯一需要满足的要求是，被编程的DC输入电流具有充足的值来保持该电子变压器是可操作的。在这方面，一些电子变压器将需要比被编程的DC值更高的从驱动器的输入中得到的电流。

附图说明

本发明的实施方案将被参考，其一些方面的实施例可以在附图中被图示说明。这些附图意图为示例性的，不是限制性的。虽然本发明在这些实施方案中被一般地描述，应该理解的是，本发明的范围不限于本发明中公开的具体的实施方案。

图1图示说明用于在固态照明(SSL)应用中实现功率因数校正(PFC)的整体控制系统的实施方案；

图2是图示说明示出阻性负载的等效整体框图的框图；

图3提供本发明的实施方案的电路图，其中该电路图示说明采用固定频率峰值电流模式控制的简化DC输入升压LED驱动器；

图4图示说明本发明的实施方案的电路图，其中升压LED驱动电路被设计用于针对AC输入的功率因数校正(PFC)；

图5图示说明具有功率因数校正(PFC)的升降压型的LED驱动器的实施方案的电路图；以及

图6图示说明通过使用变压器设置在AC输入和LED阵列之间提供隔离的本发明的实施方案的电路图。

图7是示出使用卤素灯的照明系统的组合概要图和存在于来自电子变压器的输出信号包络上的削割部分(clipping)的图示性说明。

图8是具有调光器的照明系统的概要图和对来自电子变压器的输出信号包络的调光作用的图示性说明。

图9是根据本发明的各种实施方案的具有LED、LED驱动电路、调光器以及电子变压器的照明系统的概要系统图。

图10是根据本发明的各种实施方案的第一升降压模式的电路图。

图11是根据本发明的各种实施方案的第二升降压模式的电路图。

图12是根据本发明的各种实施方案的平均电流模式控制的LED升压模式的第二实施例的电路图。

具体实施方式

以下描述中，出于说明的目的，为提供对本发明的理解，具体的细节被阐述。然而，对本领域技术人员将会是显而易见的是，本发明可以在没有选定这些细节的情况下被实践。本领域技术人员将意识到，本发明的实施方案(其中一些随后被描述)可以有利地被结合于若干不同的装置和系统。框图中所示的结构和装置是本发明示例性实施方案的图示性说明且被包括来避免模糊本发明。此外，附图中组件之间的连接不是意图被限制为直接连接。恰恰相反，组件之间这样的连接可以被修饰、重新配置或由中间组件以其他方式改变。

本发明中提及的“一个实施方案”或“实施方案”是指结合该实施方案被描述的具体的特征、结构、特性或功能被包括于本发明的至少一个实施方案中。在说明书中不同位置使用的措辞“在一个实施方案中”未必都是参考本发明的单一实施方案。

图1图示说明用于在固态照明(SSL)应用中实现功率因数校正(PFC)的整体控制系统的实施方案。在这个实例中，主电源101给LED控制系统提供电力。在一个实施方案中，主电源是直流(DC)电源103，提供为该控制系统供电的DC电流。在另一实施方案中，主电源是交流(AC)电源102，提供为该控制系统供电的AC电流。一个实施例是具有正弦曲线波形形状的AC电流。另一实施例波形是矩形波形。这些电源可以通过数种方式被实施，其中每一种对于本领域技术人员都将是显而易见的。

电源101给LED驱动器105提供电力，LED驱动器105是用来调节LED阵列110的输出的驱动机制。存在数种在市场上可购买的LED驱动器，它们可以在本实施方案中被采用对于本领域技术人员是显而易见的。在本实施方案中，任何允许输入电流被编程的LED驱动器可以被采用。

在一个实施方案中，用于LED阵列110的LED驱动器105被控制电路块112控制以进行功率因数校正(PFC)。驱动电路105接收来自电源101的电力。控制电路块112包括使得到达LED驱动器105的输入电流能够被测量和控制的电子电路。该控制电路块112包括至少一个开关装置(图1中未示)，所述开关装置使得电流的交变形式能够以具体频率被施加到LED阵列110，无论主电源101是DC还是AC电源。控制电路块112的功能和控制电路块112中的各种组件将被更加详细地说明，如被施加到以下所讨论的附加的实施方案。

LED阵列110包括固态发光装置。如名字显示的，LED阵列110包括被安排来提供期望的SSL结构的发光二极管(LEDs)阵列或者群集。LED器件的例子包括半导体LED、有机LED、聚合物LED等等。用于SSL应用中的其他类型的LED或其他材料对于本领域技术人员将是显而易见的，且任何这些器件可以被容易地应用于本发明。

在图1所示的一个实施方案中，控制块112被这样配置从而使得到达LED驱动器105的输入电流能够被测量和控制。与现有方法相反，LED驱动器105不测量LED阵列110中用以调节该固态照明应用的任何电流。取而代之地，LED驱动器105测量和控制该输入电流以使到达LED驱动器105的输入电流与主电源101的电流同相来实现PFC。由于到达LED驱动器105的输入电流与主电源101同相，LED驱动器105表现为跨接主电源101的阻性负载并且因此导致PFC。

图2是图示说明图1的等效电路图的框图，到达LED驱动器105的输入电流在被测量和控制后与主电源101同相。在这个实例中，LED驱动器105等效地表现为跨接主电源101的完全阻性负载120。

除PFC之外，控制电流块112被这样配置以使通过LED阵列110的电流的量值可以采用外部电压来控制。这种外部电压可以通过控制电路块112或通过LED驱动器105或通过本领域技术人员已知的任何其他方式被调节。这种允许外部控制电压控制通过LED阵列的电流的量值的特征被称为“模拟调光”。

以下更具体地提供用于实现所述控制系统的具体实施方案的一些实施例。应注意的是，每个实施方式中的组件和电路的安排是示例性的并且是出于说明在本公开中图示说明的实施方案的目的被提供的。本领域技术人员将能够设计其他的组合或安排来通过控制到达LED的输入电流来实现PFC，即通过测量和控制输入电流LED驱动器105以使该输入电流与主电源101同相并且LED驱动器105表现为跨接主电源101的阻性负载120。

图3图示说明本发明的一个实施方案的电路300，其中所述电路图示说明采用固定频率峰值电流模式控制(FFPCMC)的简化DC输入升压LED驱动器。该实施方案是可以被用于DC输入应用的LED驱动器的实施例。图3中的电路300包括为DC电源的主电源301。DC电源301给LED驱动器305提供电力。LED驱动器305配置有输入电子组件的结合来控制到达LED驱动器305的输入电流。在本实施方案中，LED驱动器305出于图示说明目的被采用。应该理解的是，该具体的LED驱动器可以由可以给该LED负载提供可编程电流的任何其他LED驱动器替代。

LED驱动器305上的NDRV引脚被连接到例如可以是MOSFET 306的开关器件306。LED驱动器305的VCC引脚处的调节电压驱动Q1的开关频率。这又由LED驱动器305的VIN引脚处的输入电压供电。LED驱动器305的CS引脚处的跨电阻R_S的电压被用于LED驱动器305中逐周期的(cycle by cycle)电流模式控制功能。这种检测到的电流信号被采用来控制MOSFET Q1的开关。

在图3中被说明的该实施方案图示说明两个控制回路的存在。第一内部控制回路，具体地，内部峰值电流模式控制回路，控制开关MOSFETQ1的占空比。在一些实施方案中，补偿被内部地加入检测到的电流信号来避免内部控制回路中的次谐波振荡。斜坡补偿(slope compensation)信号的量值由驱动器305的SC引脚处的电容器C_S控制。附加地，跨电阻R_LED的电压用于检测该LED电流。该测量的电压出现在驱动器305的SENSE+引脚处。

第二外部控制回路，具体地，外部LED电流调节回路，控制到达LED阵列310的输入电流。该外部回路采用误差放大器来调节到达LED阵列310的输入电流。在一个实施方案中，该误差放大器可以是，例如，跨导放大器。附加地，COMP引脚上的补偿组件R_C和C_C是用以传送稳定控制回路的反馈补偿组件。

除上述控制之外，到达该LED阵列的输入电流的量值可以通过控制LED驱动器305的REFI可编程参考引脚处的电压而变化。因此，在主电源301是DC电源的本实施方案中，到达该LED阵列的输入电流的调节(测量和控制)，连同该电流的可调性特征(借助REFI引脚)一起形成阵列(array)。因此，在该具体的实施方案中，由LED驱动器305控制的电流不是通过一个或更多个LED阵列的电流，而是该输入电流本身。附加地，该实施方案使得到达LED阵列310的输入电流能够与该输入电压成比例。

图4图示说明本发明的实施方案，其中升压LED驱动电路400被设计用于针对AC输入应用的PFC。在该实施方案中，主电源401是AC电源。该AC输入电流采用在402处的整流器桥DB1整流。本领域技术人员将可以理解的是，关于AC电流的整流器桥402的采用提供了包括具有峰值电压，V_p的正半正弦波形的整流输入。整流器桥DB1的输出被提供给电感器L₁。加入电感器L2用于在经整流器桥402后立即进行EMI滤波以在由L1和C_IN形成的回路中保持开关电流。电容器C_IN被置于电感器L2之后来消除信号中的任何信号纹波。

在本实施方案中，只要到达整流器桥DB1的输入是AC正弦波形，来自整流器桥DB1的整流电压是整流正弦波电压。LED驱动器405的SENSE₊引脚和CS引脚被连接到LED阵列410的负极411。输出电容器C_OUT和LED阵列410的负极411的连接如图4所示地被实施。电容器C_OUT和LED阵列410的负极411被连接到开关MOSFET Q1的电源。当以这种方式连接时，电阻R_S中的电流遵循电感器L1中的电流。

在图4的实施方案中，可编程的REFI引脚被连接到起于整流AC输入401的电阻分压器(divider)，R₁和R₂。这将到达LED驱动器405的输入电流编程为与在整流器桥DB1处获得的输入电压成比例。如果REFI引脚上的电压与CS引脚的电压的比率被表示为G，输入电流，I_IN，由以下等式(1)给出：

I_{IN} \times R_{S} \times G = \frac{V_{IN} \times R_{2}}{(R_{1} + R_{2})} - - - (1)

在上述等式中，V_IN是整流器桥DB1处的输入电压。应注意二极管桥中的任何压降是可忽略的并且，因此，已在上述等式(1)中被忽略。从到达LED驱动器405的输入电流得到的功率，以及因此在该LED阵列处可得的功率由LED驱动器405控制。出现在LED驱动器405的输入处的等效阻抗由阻抗，R_eq，经由以下等式(2)给出：

R_{eq} = \frac{(R_{1} + R_{2}) \times R_{S} \times G}{R_{1}} - - - (2)

所描述的电路可以用于这样的应用，其中跨该LED阵列的总电压降超过在该电路输入处的峰值电压。

如在上述图4中图示说明的，所述升压LED驱动电路的实施方案具体地在这样的照明应用中是有用的，其中跨接该LED阵列的总电压降大于，或者被要求大于该输入电压的峰值。然而，下述在图5中描述的实施方案可以用于这样的照明应用，其中跨该LED阵列的电压小于或者可以小于该输入电压的峰值。

图5图示说明升降压类型的具有PFC的LED驱动电路500的实施方案。此处，在开关MOSFET Q1中流动的、先前被图3中所描述的内部峰值电流模式控制回路采用的脉动电流同样被外部电流输入控制回路采用。在MOSFET Q1中流动的电流以由电阻R_T设定的开关频率脉动。到达桥502的AC输入501通常在更低的频率，低于能够用于器件306的内部的开关频率。

在图5中，电阻R_f和电容器C_f形成RC滤波电路来滤掉跨开关电流检测电阻R_S的电压中的高频分量。该低频信号于是通过SENSE₊引脚被馈送至LED驱动器505。LED驱动器505的外部控制回路控制出现在SENSE₊引脚上的电压以使其与在可编程的REFI引脚上的电压成比例。因此，SENSE₊引脚上的电压现在将与到达LED驱动器505的输入电流成比例。由于REFI引脚处的电压与到达驱动器505的输入电压成比例，该输入电流与该输入电压成比例。以这种方式，图5的电路500提供实现用于LED驱动器的PFC的一个实施方案，其中跨LED阵列510的电压比该输入电压的峰值更低。

图5中图示说明的实施方案同样可以被用于这样的脱机(offline)LED驱动电路中，所述脱机LED驱动电路在AC输入和LED阵列之间(例如，图1中的电源101和LED阵列110之间)需要隔离。在这样的实例中，变压器被采用来实现这两个电路之间所需的隔离，并且整流的次级电压(secondary voltage)被采用来为LED阵列供电。以下讨论的图6呈现实现与AC输入隔离的PFC LED驱动电路的实施方案。

图6图示说明这样的本发明实施方案，所述实施方案通过在606处输出到LED阵列610的输入的驱动电路中采用变压器设置T1，来在AC输入601经由桥602和LED阵列610之间提供隔离。在本实施方案中，电阻R_BIAS和电容器C_BIAS提供初始启动电压来为LED驱动器605供电。然而，一旦LED驱动电路605，与开关MOSFET Q1一起，开始开关功能，变压器绕组，P2，将提供引导(bootstrapped)电压来经由VIN供电控制LED驱动器605。绕组P1和P2之间没有隔离。耦合到阵列610的次级绕组SEC与变压器T1的绕组P1和P2二者隔离。在一些情况中，为供电控制驱动电路所需要的功率可以是从包括Rbias和Cbias的电路或可以省略绕组P2的一些其他电路被持续地提供。

如在图4-6中图示说明的，在参考AC输入所图示说明的实施方案中，到达LED阵列的输入电流不是以DC电流水平被调节。如果原始的AC输入波形是正弦曲线，到达该LED阵列的输入电流可以看上去更像是整流正弦曲线。如果AC输入具有频率f，通过该LED阵列的电流将具有频率为2f的整流正弦曲线波形。

现有技术的方法提供DC电流以控制LED阵列中的电流，并且需要跨接LED负载的大电容器来实现传送。然而，在本发明中，脉动电流被施加且该LED驱动电路表现为基本上是阻性的负载。因此，具有最小值的电容器，C_OUT，被采用跨接该LED阵列负载。这使得外部电压能够被采用来提高或降低通过LED阵列提供的电流的量值，并且因此，改变该LED阵列的光输出。在一个实施方案中，由模拟调光器提供的外部电压被采用来控制该LED阵列的光输出，该模拟调光器通常被用于常规的照明装置，例如，卤素灯、基于其他灯丝的灯等等。

因此，本发明的各种实施方案现被图示说明来提供可以使用电子变压器和调光功能单元被整合到照明系统中的LED驱动电路。例如，本发明的实施方案可以用于利用LED改进现有的卤素灯系统。固定频率平均电流模式控制的LED驱动器在老式照明系统内的整合允许这些传统上传送约20W至50W到卤素灯的照明系统被改造，以使约5-15W被传送至LED器件。附加地，平均电流模式控制的LED驱动电路使得调光功能在该LED负载处能够被实现。

图7图示说明示例性照明系统，其中卤素灯被采用。在该实施例中，120V AC信号710被传送到将该信号转化为12VAC信号730的电子变压器720。该12VAC信号730被提供给卤素灯740用以发光。AC信号通过电子变压器720从120V信号到12V信号的转化导致在12V输出信号包络上的截割部分(chopping)或削割部分。如所示的，输入正弦曲线信号750被输入电子变压器720并生成具有相关联的信号包络760的输出信号。电子变压器720具有有效的导通电流，该导通电流导致在该波形信号包络的正向部分和负向部分两者的前沿和后沿两者上的削割部分764、765、769和770。直到输入信号750电流达到最小电流阈值时，电子变压器720才有效地处于“断开”状态，产生这种被削割的输出波形。

这种转化的AC信号被提供给具有这样的光强度的卤素灯740，该光强度至少部分地取决于在其操作期间传送到卤素灯740的平均功率。在特定照明系统中，被传送到卤素灯740的该平均功率可以被调整来导致调光。图8图示说明整合了调光器的示例性照明系统。在这个实施例中，调光器810被整合到先前所描述的照明系统中。调光器810调整被提供给电子变压器720的输入AC信号710的平均电压，该平均电压又导致传送到卤素灯740的平均功率的改变。

在当今市场上可购买不同种类的调光器，包括后沿调光器和前沿调光器二者。图8图示说明后沿调光器的操作。在该实施例中，输入正弦曲线信号730由调光器810和电子变压器720二者改变，以使输出信号包络上的平均功率通过波形包络840的后沿的进一步削割而被进一步减小。输出信号包络840被示出，其中该输出波形包络的正向部分的后沿以量值855被进一步形成削割部分850，而该输出波形包络的负向部分的后沿以量值865被进一步形成削割部分860。作为结果，传送到灯740的平均功率被减少，并且又导致灯740的光输出强度被调暗。

LED在卤素灯照明系统内的整合是困难的。特定现有技术的LED驱动器使用滞后或固定频率降压LED来控制被传送到LED或者LED阵列或群集的功率的量。然而，这些驱动器不与现有的电子变压器兼容且使用现有的标准电子壁调光器是不可调的。

图9是根据本公开的各种实施方案的LED照明系统900的框图。如在图9中所示的，120V AC信号910与来自调光器920的输入一起被电子变压器930接收来调整提供给变压器930的组合平均电压。电子变压器930将高压，120VAC信号910转化为低压，12VAC信号940。12VAC信号940作为输入功率被提供给平均电流模式控制的LED驱动器950，该驱动器950生成给LED 960提供相应的恰当功率量的信号。该信号输出上的功率水平可以被调光器920调整来有效地改变从LED 960发射的光输出强度。从电子变压器930到恰当的LED功率水平的这种功率转化由这样的驱动电路实现，该驱动电路相对于12V AC信号310上的电压水平调整被施加于LED节点962和964的电流水平。如以下将被更加详细地讨论的，该驱动电路相对于12V AC信号310上的与电压参考进行比较的电压水平导通和断开内部的开关，所述电压参考又界定被传送到LED 960的功率的量或功率水平。

本领域技术人员将意识到其他组件和特征可以被插入该LED照明系统，全部这些被意图落入本发明的范围。附加地，本领域技术人员将意识到输入AC信号910上的电压水平、电子变压器930的输出和平均电流模式控制的LED驱动器950的输出可以被调整或者根据本申请以及本申请所应用的系统而不同。在一些实施方案中，平均电流模式控制的LED驱动器950可以是从12VAC信号940获得的优选的DC电流的电源。该DC电流应该在与给定的电子变压器930相关联的阈值水平以上。

图10是根据本发明的各种实施方案的平均电流模式控制的LED驱动器1000的概要框图。如在图10中所示的，AC信号1010被桥式整流器1020接收，该桥式整流器1020提供全波整流且通过将该正弦曲线信号的正向摆动和负向摆动两者转化为重复的正半周期而将AC信号1010转化为正信号。输入滤波器1030平滑该整流DC信号。本领域技术人员将意识到LC滤波器、RC滤波器以及LC滤波器可以被容易地应用于这种平滑处理。

输入滤波器1030被耦合到界定要被施加于LED或者LED阵列的功率的固定频率平均电流模式控制(FFACMC)电路1040。在本发明的特定实施方案中，该固定频率平均电流模式控制(FFACMC)具有参考，电压、电流或者二者的组合，该参考控制来自输入滤波器1030的电流的量。在一个实施例中，所述固定频率平均电流模式控制(FFACMC)包括开关，该开关通过快速导通和断开该开关有效地界定来自输入滤波器1030的电流，所述电流又界定跨LED节点1080、1085传送的功率的量。这样的开关在本领域中是公知的并且可以是，例如，晶体管或其他这样的开关器件。

平滑(smoothing)电容器1070可以在LED节点1080、1085之间被提供来消除传送到LED或者LED阵列的信号中的纹波。本领域技术人员将意识到以上描述的各种组件可以使用不同的电路和电路拓扑来实现。附加地，其他组件可以被包括于该系统来提供与光强度调节不同的其他功能。

固定频率平均电流模式控制(FFACMC)电路1040能够有效地检测(detect)AC信号1010上的电压降或者电压缺乏并且导致传送到该LED或者LED阵列的功率的量的减少。如果调光器已在先前减少AC信号1010上的平均电压，那么这种减少将会导致传送到该LED或者LED阵列的功率的量的减少并且从该LED或者阵列发射的光的量将会被调暗。作为结果，该LED驱动电路能够有效地在包括那些具有调光功能的组件的预先存在的卤素照明系统中起作用。

图11图示说明根据本发明的各种实施方案的平均电流模式控制的LED驱动器的第一驱动电路1100。如图11中所示的，AC信号1110被桥式整流器1120接收并且转化为DC信号。LC滤波器1122被包括于整流器1120的输出中并且包括第一电感器1125和第一电容器1160。LC滤波器1122去除来自桥式整流器1120的DC输出的开关频率噪声。

控制电路1175控制从LC滤波器1122得到的电流并且界定要跨LED-和+节点(跨接LED负载连接的1145、1150)被传送的功率的量。控制电路1175通过相对于一个或更多个被内部地提供的参考电流或电压分析来自LC滤波器1122的输出而控制该电流。在这个具体的实例中，电压参考(VREF)1165和电流参考(IREF)1170由电路1175提供。响应于该分析，开关1180被控制电路1165控制来控制从LC滤波器1122得到的电流的量。

跨LED节点1145、1150还提供平滑电容器1135来平滑被提供给该节点的信号。

图12图示说明根据本发明的各种实施方案的平均电流模式控制的LED驱动电路1200的另一实施例。在这个实施例中，负向LED节点1220被直接连接到开关1180以使其耦合到控制电路1175。平滑电容器1210跨LED+和-节点1210、1220被耦合。这种结构允许比图11的先前结构中可能的功率更多的功率跨节点1210、1220被传送，并且进一步便利对于更大的LED阵列或LED群集的更大的功率量的部署。

本领域技术人员将意识到其他组件和功能单元可以被插入图11和12中所示的具体的实施例。附加地，这些实施例可以被修饰来处理LED、LED串以及电子变压器和调光器的不同功率特性。

本领域技术人员将理解的是，前述的实施例和实施方案是示例性的且是出于清楚和理解的目的而不是对本发明的范围的限制。意图的是，通过对本说明书的阅读和对附图的学习，对于本领域技术人员是显而易见的对本发明的全部排列、增加、等同、组合和改进被包括在本发明的真正的精神和范围内。因此，意图的是，以下所附权利要求书包括全部这样的落入本发明的真正精神和范围内的修饰、排列和等同物。

Claims

1.一种设备，包括：

固定频率平均模式控制(FFACMC)电路，所述电路耦合到使输入信号到达所述电路的输入接口；以及

所述电路中的可编程参考；

所述FFACMC相对于所述输入信号上的电压控制开关并且所述FFACMC是可编程的，以使相对于参考电压的所述输入信号上的电压降导致施加于所述电路的输出电压的功率因数校正(PFC)。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述输出电压被维持与所述输入信号同相，以使所述电路表现为跨接所述输入接口的阻性负载。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述电路的所述输出电压被施加为跨接固态照明(SSL)装置。

4.如权利要求3所述的设备，其中所述固态照明(SSL)装置包括发光二极管(LED)或者发光二极管(LEDs)阵列或群集。

5.如权利要求3所述的设备，还包括与所述输入接口相关联的调光器，以改变所述固态照明(SSL)装置的光强度输出。

6.如权利要求3所述的设备，还包括连接至所述FFACMC和所述固态照明(SSL)装置的开关装置，以与前沿和后沿调光器协作来提供所述固态照明(SSL)装置的光调节。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述开关装置包括晶体管器件。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述晶体管器件是MOSFET。

9.如权利要求6所述的设备，其中所述开关装置的频率大于所述接口输入的频率。

10.如权利要求1所述的设备，还包括误差放大器，以遍历地调节所述LED阵列。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述误差放大器包括跨导放大器。

12.一种设备，包括：

固定频率峰值电流模式控制(FFPCMC)电路，所述电路耦合到使输入信号到达所述电路的输入接口；以及

所述电路中的可编程参考；

所述FFPCMC借助经由所述可编程参考的电流调整相对于参考电压控制所述输入信号，所述控制导致对于所述电路的输出电压的功率因数校正(PFC)。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述输入信号是DC信号。

14.如权利要求12所述的设备，其中所述电路的所述输出电压被施加为跨接固态照明(SSL)装置。

15.如权利要求12所述的设备，其中所述固态照明(SSL)装置包括发光二极管(LED)或者发光二极管(LEDs)阵列或群集。

16.一种用于在驱动电路中提供功率因数校正(PFC)的方法，所述方法包括以下步骤：

使输入接口提供输入信号至所述驱动电路；

提供所述驱动电路中的可编程参考；

相对于所述输入信号控制所述驱动电路中的开关，以使相对于参考电压的所述输入信号上的电压降导致施加于所述驱动电路的输出电压的功率因数校正(PFC)。

17.如权利要求16所述的方法，其中在执行所述控制步骤中，由所述驱动电路提供的所述第二输入信号不被确定和控制。

18.如权利要求16所述的方法，还包括提供所述输出电压至固态照明(SSL)装置的步骤。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述SSL装置包括发光二极管或者发光二极管阵列。

20.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

提供具有与到达所述驱动电路的所述输入信号结合的可变电压输出的调光器；以及

通过调整所述调光器电路的所述可变电压输出来调整所述SSL装置的功率。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述电源包括降压变压器，在所述降压变压器中到达所述驱动电路的所述输入信号是低压AC信号。

22.如权利要求16所述的方法，其中所述控制步骤包括调整所述输入信号以维持所述输出电压与所述输入信号同相的步骤。

23.如权利要求16所述的方法，还包括部署开关装置的步骤，以通/断切换在高于所述输入信号上的频率的频率上的所述输出电压。

24.一种用于对固态照明(SSL)装置的强度输出进行调光的设备，所述设备包括：

驱动电路，所述驱动电路耦合到所述固态照明(SSL)装置，以基于到达所述电路的输入电流提供被编程的平均电流输出至所述固态照明装置；

开关装置，所述开关装置耦合到所述驱动电路的输出和所述SSL装置；以及

所述驱动电路提供所述被编程的平均功率输出，以使对所述输入电流执行的调光操作转化为在所述被编程的平均功率输出内的功率变化。

25.如权利要求24所述的设备，其中到达所述驱动电路的所述输入电流是整流AC信号。

26.如权利要求24所述的设备，还包括耦合在所述电源和所述驱动电路之间的LC滤波器，以去除在到达所述驱动电路的所述整流输入电流中的输出噪声。

27.如权利要求24所述的设备，还包括耦合在所述电路输入电流和所述驱动电路之间的电压降压变压器。

28.如权利要求27所述的设备，还包括用以改变所述电路输入电流的调光器电路，以调整提供给用以改变所述SSL装置强度输出的所述降压变压器的交变输入电流中的组合平均电压。