TWI511605B - 功率切換雙極接面電晶體之動態控制 - Google Patents

Description

功率切換雙極接面電晶體之動態控制

本文中所揭示之實施例大體上係關於一種切換功率轉換器，且更具體言之，本文中所揭示之實施例係關於一切換功率轉換器中之切換電晶體之動態驅動。

通常，改進型LED燈系統經設計及製造以用與一習知切相調光器開關一起使用之一習知LED燈操作。大多數之前緣切相調光器開關使用一TRIAC電路來調整燈輸入電壓。一TRIAC係一雙向裝置，其在被觸發(即，導通)時沿任一方向傳導電流。在被觸發之後，TRIAC繼續傳導，直至電流下降至低於被稱為一保持電流臨限值之某一臨限值。為使一TRIAC調光器之內部時序適當運行且為減少功率消耗，必須在某些時間自調光器汲取具有某些位準之電流。遺憾地，習知LED燈需要多個電流控制路徑來依允許調光器之內部電路適當運行之一方式自調光器開關汲取電流且最小化功率損失。

本文中所揭示之實施例描述一切換功率轉換器在該切換功率轉換器之不同操作模式之間之動態控制。在一實施例中，該切換功率轉換器之該等操作模式包含一切換模式及一線性模式。根據一實施例，該切換功率轉換器可包含於一LED燈系統中。

一雙極接面電晶體(BJT)可用作為切換功率轉換器中之切換裝置。一功率控制器控制該BJT是否在切斷模式、飽和模式或作用中模式中操作以藉此導致該BJT基於操作模式而充當一開式電路、一閉合電路或一恆定電流槽。在一實施例中，當該BJT充當一開關時，切換功率轉換器在一「切換模式」中操作。一般而言，當該控制器在飽和模式與切斷模式之間切換該BJT時，該BJT充當一開關。在切換模式期間，切換功率轉換器將直流(DC)輸出電壓提供至一電流調節器。該電流調節器調節通過LED燈系統之LED之電流以控制LED燈系統之光輸出強度。

在一實施例中，當在作用中模式中操作BJT時，在「線性模式」中操作切換功率轉換器。當處於作用中模式時，BJT充當一電流槽。在切換功率轉換器之線性模式期間，將來自包含於LED燈系統中之一調光器開關之電流汲取至BJT以允許該調光器開關之內部電路適當運行。此外，使該調光器開關與LED燈系統中之LED燈之間之電容器放電，其係因為切換功率轉換器中之電流被導引通過充當一電流槽之BJT。藉由使該等電容器放電，切換功率轉換器允許該調光器開關之內部電路適當運行。此外，為克服調光器寄生振盪，可藉由操作BJT作為一電流槽而在調光器切相出現之後即時汲取一適當電流。

本說明書中所描述之特徵及優點並不全面，且特定言之，一般技術者將鑒於圖式及說明書而明白諸多額外特徵及優點。再者，應注意，本說明書中所使用之用語已主要出於可讀性及教示之目的而選擇，且未被選擇用於描述或限制發明標的。

10‧‧‧調光器開關

11‧‧‧調光輸入信號

20‧‧‧發光二極體(LED)燈

30‧‧‧功率控制器

40‧‧‧電流調節器

110‧‧‧燈輸入電壓

112‧‧‧整流輸入電壓

114‧‧‧DC輸出電壓

116‧‧‧控制信號

201‧‧‧模式控制器

203‧‧‧切換模式驅動器

205‧‧‧線性模式驅動器

207‧‧‧選擇信號

301‧‧‧模式選擇模組

305‧‧‧命令模組

401‧‧‧電流鏡

407‧‧‧運算放大器

409‧‧‧可調電流源

413‧‧‧電壓

415‧‧‧信號

500‧‧‧AC電壓信號

501‧‧‧部分區段

503‧‧‧切相

505‧‧‧第一電流量

507‧‧‧第二電流量

509‧‧‧第三電流量

511‧‧‧第四電流量

513‧‧‧第五電流量

515‧‧‧第六電流量

517‧‧‧第七電流量

519‧‧‧第八電流量

BR1‧‧‧橋式整流器

C_I ‧‧‧電容器

C1‧‧‧電容器

D1‧‧‧二極體

I_B ‧‧‧基極電流

I_C ‧‧‧集電極電流

L1‧‧‧電感器

LED1‧‧‧發光二極體

M1‧‧‧P型金屬氧化物半導體場效電晶體(mosfet)

M2‧‧‧P型mosfet

M3‧‧‧N型mosfet

Q1‧‧‧驅動電晶體

Rs‧‧‧感測電阻器

VAC‧‧‧AC輸入電壓信號

Vref‧‧‧電壓參考

圖1繪示根據一實施例之一LED燈系統。

圖2繪示根據一實施例之一功率控制器之一詳細視圖。

圖3繪示根據一實施例之一模式控制器之一詳細視圖。

圖4繪示根據一實施例之一切換模式驅動器之一詳細視圖。

圖5A、圖5B、圖5C及圖5D繪示根據一實施例之一驅動電晶體之燈輸入電壓波形及電流波形。

可藉由考量結合附圖之以下詳細描述而容易地明白本文中所揭示之實施例之教示。

圖式及以下描述係關於僅作為說明之各種實施例。應注意，自以下論述，本文中所揭示之結構及方法之替代實施例將易於被視為可在不背離本文中所論述之原理之情況下採用之可行替代方案。

現將詳細參考若干實施例，附圖中繪示該等實施例之實例。應注意，無論何處，適用之類似或相同元件符號可用在圖式中且可指示類似或相同功能。圖式僅出於說明之目的而描繪各種實施例。熟習技術者將易於自以下描述認識到，可在不背離本文中所描述原理之情況下採用本文中所繪示之結構及方法之替代實施例。

本文中所揭示之實施例描述一種一功率控制器之方法，該功率控制器動態地控制一切換功率轉換器在一切換模式與一線性模式之間之操作。在一實施例中，一BJT用作為一LED燈系統之該切換功率轉換器中之切換裝置(即，驅動電晶體)。一BJT在包含切斷模式、飽和模式或作用中模式之不同操作模式中操作。一BJT經組態以基於該BJT之操作模式而充當一開式電路、一閉合電路或一恆定電流槽。

在一實施例中，功率控制器控制BJT切換於飽和模式與切斷模式之間以導致BJT充當一開關。根據一實施例，當BJT充當一開關時，切換功率轉換器在一「切換模式」中操作。在切換模式期間，切換功率轉換器將電功率傳遞至諸如一串LED之一負載。控制器進一步控制BJT在作用中模式中操作以導致BJT充當一可調電流槽。根據一實施例，當BJT充當一電流槽時，切換功率轉換器在一「線性模式」中操 作。在線性模式期間，將電流汲取至BJT以藉此自LED燈系統之一調光器開關(其設定一LED燈之所要光輸出強度)汲取電流。自該調光器開關汲取電流允許該調光器開關之內部電路適當運行。此外，在線性模式期間，BJT使形成於該LED燈與該調光器開關之間之電容器放電。使該等輸入電容器放電允許該調光器開關之內部電路適當運行。

圖1繪示包含一調光器開關10及一LED燈20之一LED燈系統。電容CI形成於調光器開關10與LED燈20之間。在一實施例中，調光器開關10係一習知調光器開關且接收用於設定LED燈20之目標光輸出強度之一調光輸入信號11。調光器開關10接收一AC輸入電壓信號VAC且回應於調光輸入信號11而調整燈輸入電壓110之均方根值。換言之，藉由調整施加至LED燈20之燈輸入電壓110之均方根值而實現由調光器開關10控制LED燈20之光強度。可手動地(經由一旋鈕或滑動開關，本文中未展示)或經由一自動照明控制系統(本文中未展示)提供調光輸入信號11。

美國專利第7,936,132號中描述一調光器開關之一實例，該案之全文以引用方式併入。在一實施例中，調光器開關10採用燈輸入電壓110之相位角切換以藉由使用一TRIAC電路而調整燈輸入電壓。如上文先前所描述，一TRIAC係一雙向裝置，其可在被觸發時沿任一方向傳導電流。為使一TRIAC調光器之內部時序適當運行，必須在某些時間自調光器10汲取電流。在一實施例中，LED燈20經組態以依允許調光器10之內部電路適當運行之一方式自調光器10汲取電流。

LED燈20包含一橋式整流器BR1、一電感器L1、一二極體D1、一電容器C1、一驅動電晶體Q1、一感測電阻器Rs、一功率控制器30、一電流調節器40及一發光二極體LED1。一般而言，LED燈20採用由電感器L1、二極體D1、電容器C1及驅動電晶體Q1組成之一升壓式切換AC-DC功率轉換器，其使用驅動電晶體Q1作為由一動態開關驅動 信號驅動之切換裝置。在一實施例中，驅動電晶體Q1係一BJT。應注意，在其他實施例中，其他功率轉換器拓撲可用於諸如返馳拓撲之功率轉換器。

具體言之，橋式整流器BR1接收相位角經調整之AC電壓110且產生一整流輸入電壓112。功率控制器30接收整流輸入電壓112且控制至驅動電晶體Q1(其耦合至功率控制器30)之基極電流I_B 。一般而言，功率控制器30控制執行AC-DC電壓轉換之圖1中所展示之升壓轉換器。

電流調節器40自功率轉換器接收DC輸出電壓114。電流調節器40亦自功率控制器30接收一或多個控制信號116且在控制信號116之控制下調節通過發光二極體LED1之電流。控制信號116可例如包含整流輸入信號112中之切相之一指示。電流調節器40可採用脈寬調變(PWM)或恆定電流控制來實現發光二極體LED1之目標光輸出強度。在一實施例中，電流調節器40為使用一返馳拓撲來調節通過發光二極體LED1之電流之組件之一集合。

在一實施例中，功率控制器30基於驅動電晶體Q1之操作模式而控制功率轉換器是否在切換模式或線性模式中操作。如先前所描述，當在飽和模式中操作驅動電晶體Q1時，功率轉換器在切換模式中操作，且當在作用中模式中操作驅動電晶體Q1時，功率轉換器在線性模式中操作。在一實施例中，功率控制器30藉由選擇是否一切換模式驅動器203或一線性模式驅動器205驅動驅動電晶體Q1(如圖2中所展示)而控制驅動電晶體Q1之操作模式。

圖2繪示根據一實施例之功率控制器30之一詳細視圖。功率控制器30包括一模式控制器201、一切換模式驅動器203及一線性模式驅動器205。模式控制器201藉由將一選擇信號207發送至切換模式驅動器203或線性模式驅動器205而選擇是否切換模式驅動器203或線性模式驅動器205驅動驅動電晶體Q1之基極電流I_B 。若模式控制器201選擇切 換模式驅動器203來驅動驅動電晶體Q1，則切換模式驅動器203將一範圍之電流量供應至驅動電晶體Q1之基極以導致驅動電晶體Q1在飽和模式中操作，其中集電極-發射極電壓幾乎為零。

如先前所描述，當處於飽和模式時，驅動電晶體Q1充當一完全導通開關。切換模式驅動器203將一足夠大電流供應至驅動電晶體Q1之基極以使驅動電晶體Q1深入至飽和模式中。否則，出現一大的集電極-發射極電壓以導致切換功率轉換器之效率損失。在一實施例中，由切換模式驅動器203供應之電流量範圍在7毫安培至93毫安培之範圍內。可在不同實施例中採用其他電流範圍。在一實施例中，切換模式驅動器203亦可供應具有以1毫安培至3毫安培為步級單位之前面所提及電流範圍內之離散值之電流。不同步級可用於各種功率位準之不同LED燈系統。

當在飽和模式中操作驅動電晶體Q1(即，導通驅動電晶體Q1)時，電流自整流輸入電壓112流動通過電感器L1而至驅動電晶體Q1、至接地。流動通過電感器L1之電流導致電感器L1儲存能量。當在切斷模式中操作驅動電晶體Q1(即，關閉驅動電晶體Q1)時，儲存於電感器L1中之能量流動通過二極體D1而至調節通過發光二極體LED1之電流之電流調節器40。

若模式控制器201選擇線性模式驅動器205來驅動驅動電晶體Q1，則線性模式驅動器205將一範圍之電流量供應至驅動電晶體Q1之基極以在作用中模式中操作驅動電晶體Q1。在一實施例中，由線性模式驅動器205供應至驅動電晶體Q1之基極之電流量之範圍低於由切換模式驅動器203供應之電流範圍。根據一實施例，由線性模式驅動器205供應之電流量之範圍在0.4毫安培至28毫安培之範圍內。線性模式驅動器205亦可供應具有以比由切換模式驅動器203提供之步級小之步級為單位之前面所提及電流範圍內之離散值之電流。在一實施例 中，由線性模式驅動器205提供之電流之步級在0.2毫安培至0.8毫安培之範圍內。更小步級可用於完美地控制作用中模式中之驅動電晶體Q1且不會在驅動電晶體Q1之安全操作範圍外操作驅動電晶體Q1。可在線性模式期間增大提供至驅動電晶體Q1之電流以使驅動電晶體深入至作用中模式中，使得集電極-發射極電壓維持處於一高電壓(例如約500伏特)。可增大供應至驅動電晶體Q1之電流，直至達到驅動電晶體Q1之不安全操作極限。

當驅動電晶體Q1處於作用中模式時，驅動電晶體Q1充當一電流槽。相應地，當在線性模式中操作功率轉換器時，將來自調光器10之電流汲取至驅動電晶體Q1以允許調光器10之內部電路適當運行。此外，儲存於調光器10與LED燈20之間所形成之電容器C_I 中之電荷流動至驅動電晶體Q1以藉此使電容器C_I 放電。使電容器C_I 放電允許調光器10之內部電路適當運行。

若由線性模式驅動器205供應之基極電流I_B 過高，則驅動電晶體Q1之集電極電流I_C 會升至足夠高(即，至一臨限位準)以接近驅動電晶體Q1之不安全操作區間。作為回應，模式控制器201可指示切換模式驅動器203將電流驅動至驅動電晶體Q1以使驅動電晶體Q1進入飽和模式或降低供應至驅動電晶體Q1之基極之電流量。因此，模式控制器201藉由提供可供應至驅動電晶體Q1之基極之電流之一大範圍可調性而適應驅動電晶體Q1之傳導及熱極限。

現參考圖3，圖中繪示模式控制器201之一詳細視圖之一實施例。在一實施例中，模式控制器201包括一模式選擇模組301及一命令模組305。如此項技術中所知，術語「模組」意指用於提供特定功能之電腦程式邏輯或邏輯電路。因此，可在硬體、韌體及/或軟體中實施一模組。

在一實施例中，模式選擇模組301判定是否在切換模式或線性模 式中操作LED燈20。模式選擇模組301基於整流輸入電壓112而判定LED燈20之操作模式。整流輸入電壓112之相位及振幅指示調光器輸出狀態。若調光器輸出指示一高電壓，則該高電壓表示：調光器開關10係導通的且模式選擇模組301在切換模式中操作功率轉換器(即，在飽和模式中操作驅動電晶體Q1)。相反地，若調光器輸出指示一低電壓，則該低電壓表示：調光器開關10係關閉的且模式選擇模組301在線性模式中操作功率轉換器(即，在作用中模式中操作驅動電晶體Q1)。模式選擇模組301將選定模式傳送至命令模組305。

在一實施例中，命令模組305接收由模式選擇模組301選擇之模式且產生指示切換模式驅動器203或線性模式驅動器205驅動驅動電晶體Q1之選擇信號207。在一實施例中，選擇信號207額外地指示用於驅動驅動電晶體Q1之切換模式驅動器203或線性模式驅動器205產生之電流量。在一實施例中，由所需集電極電流I_C 判定基極電流量。例如，若所需集電極電流I_C 為200毫安培且驅動電晶體Q1增益為20，則在切換模式期間將基極驅動電流設定為高於10毫安培。相反地，當處於線性模式時，基極電流被設定為10毫安培。

圖4繪示根據一實施例之切換模式驅動器203之一詳細視圖。根據一實施例，切換模式驅動器203包括一電流鏡401、一運算放大器407、一可調電流源409及一金屬氧化物半導體場效電晶體M3(mosfet)。運算放大器407導通或關閉電流鏡401，電流鏡401產生用於驅動驅動電晶體Q1之基極之電流。運算放大器407比較一電壓參考V_ref 與包含於電流鏡401中之mosfet M1之汲極處之一電壓413。當輸入至運算放大器407之電壓413大於電壓參考V_ref 時，運算放大器407將一信號415輸出至包含於電流鏡401中之P型mosfet M1之閘極及P型mosfet M2之閘極。由運算放大器407發送之信號415導通包含於電流鏡401中之mosfet M1及mosfet M2以導致供應至驅動電晶體Q1之基極之電流之 產生。mosfet M3之閘極耦合至模式控制器201。模式控制器201關閉mosfet M3，mosfet M3為用於在關閉驅動電晶體Q1時使驅動電晶體Q1快速放電之一N型mosfet，如下文進一步所描述。

應注意，雖然電流鏡401中僅展示兩個mosfet，但任何數目之mosfet可用於調整供應至驅動電晶體Q1之基極之電流量。切換模式驅動器203基於電流鏡401之比率(即，包含於電流鏡401中之mosfet之數目)及由可調電流源409產生之電流量而調整提供至驅動電晶體Q1之基極之電流量。由可調電流源409產生之電流為電流鏡401之參考電流。電流鏡401之比率判定由可調電流源409設定之參考電流之放大因數。換言之，電流鏡401之比率及參考電流量判定提供至驅動電晶體Q1之基極之電流量。

此外，電流鏡401之比率判定提供至驅動電晶體Q1之基極之電流量之步級，其係因為電流鏡401放大由可調電流源409設定之參考電流。因此，若參考電流自一第一參考電流調整至一更大第二參考電流，則電流鏡401之比率判定供應至驅動電晶體Q1之基極之更大電流量由該第二參考電流之放大引起。此外，由切換模式驅動器203使用之電流鏡之數目判定步級是否精細或粗略，其係因為各電流鏡可與一不同放大因數相關聯。

應注意，一類似電路可用於線性模式驅動器205且為便於描述而將其省略。然而，電流鏡之比率及由線性模式驅動器205使用之參考電流可不同於切換模式驅動器203以實施與切換模式驅動器203不同之線性模式驅動器205之電流範圍及電流步級。

當由可調電流源409設定之輸入電壓小於電壓參考V_ref 時，運算放大器407發送使包含於電流鏡401中之P型mosfet M1及P型mosfet M2關閉且使N型mosfet M3導通之一信號415。因為驅動電晶體Q1之基極不再接收電流，所以驅動電晶體Q1關閉。當驅動電晶體Q1關閉時， 由模式控制器201導通N型mosfet M3以提供一放電路徑以快速關閉驅動電晶體Q1。

參考圖5A，圖中繪示輸入至調光器開關10之AC電壓。若調光器開關10被設定為最大光強度，則來自輸入電壓源之AC電壓信號500不受調光器開關10影響。因此，燈輸入電壓110類似於圖5A中所展示之AC電壓信號500。圖5B繪示燈輸入電壓110，其具有在調光器開關10消除輸入至調光器開關10中之AC電壓信號之部分區段501時之一略微調光效應。如圖5B中所展示，LED燈系統在先前所描述之線性模式與切換模式之間循環。在線性模式期間，功率控制器30藉由精確地控制至驅動電晶體Q1之基極電流I_B 而使驅動電晶體Q1在其作用中模式中操作。在切換模式期間，功率控制器30藉由接通及切斷驅動電晶體Q1而使驅動電晶體Qi在其飽和模式中操作。

線性模式與切換模式未由切相503準確劃分。相反，線性模式延伸通過切相503達一小段時間，直至功率控制器30切換至切換模式。歸因於由切相503導致之整流輸入電壓112之突然變化，若功率控制器30利用閉環回饋來操作(閉環系統更慢)，則難以回應於切相503而調整基極電流I_B 。然而，因為功率控制器30充當一開環，所以其可快速調整基極電流I_B 以應對整流輸入電壓112之任何突然變化，諸如切相503。

圖5C繪示具有略微調光效應之至LED燈20之整流輸入電壓112之一詳細視圖，及圖5D繪示在線性模式及切換模式期間供應至驅動電晶體Q1之基極之電流之一詳細視圖。特定言之，圖5D繪示功率控制器30如何調整驅動電晶體Q1之基極電流以導致驅動電晶體Q1在作用中模式或飽和模式中操作(其為LED燈20在線性模式或切換模式中操作之基礎)。應注意，圖5D中所繪示之電流量未按比例繪製。如圖5D中所展示，提供至驅動電晶體Q1之基極之電流之量值、持續時間及 步級在線性模式及切換模式期間顯著變動，然而，其等在其他實施例中可不顯著變動。

如圖5D中所展示，在線性模式期間，供應至驅動電晶體Q1之基極之變動電流量導致驅動電晶體Q1在作用中模式中操作。如上先前所描述，在作用中模式期間，驅動電晶體Q1充當一電流槽。因此，在圖5D中所展示之線性模式期間，電流自調光器開關10汲取至驅動電晶體Q1以允許調光器開關10之內部電路適當運行。

在時間t₁ 處，將供應至驅動電晶體Q1之基極之電流增大至一第一電流量505以藉此使切換功率轉換器處於線性模式，其係因為在作用中模式中操作驅動電晶體Q1。將第一電流量505提供至驅動電晶體Q1以在作用中模式中操作驅動電晶體Q1直至時間t₂ 。在切相503之後，校準供應至驅動電晶體Q1之電流以判定在下一AC循環之線性模式中供應至驅動電晶體Q1之電流。一般而言，自時間t₂ 至時間t₆ ，將不同位準值之電流量提供至驅動電晶體Q1以識別何種電流量將用於在下一AC循環之線性模式期間驅動驅動電晶體Q1。應注意，自時間t₂ 至時間t₆ 所提供之電流量導致驅動電晶體Q1繼續在作用中模式中操作。

在時間t₂ 處，將供應至BJT開關209之基極之電流增大至使驅動電晶體Q1保持處於作用中模式之一第二電流量507。在時間t₃ 處，將供應至驅動電晶體Q1之基極之電流增大至一第三電流量509，第三電流量509可對應於在線性模式期間供應至驅動電晶體Q1之峰值電流。可增大供應至驅動電晶體Q1之基極之電流，直至接近驅動電晶體Q1之安全操作極限以使驅動電晶體Q1深入至作用中模式中。在時間t₄ 處，將供應至驅動電晶體Q1之基極之電流降低至一第四電流量511，且在時間t₅ 處，將供應至驅動電極體Q1之基極之電流進一步降低至一第五電流量513。當供應至驅動電晶體Q1之基極之電流自第四電流量511調整至第五電流量513時，LED燈20仍處於線性模式。再者，調整供 應至驅動電晶體Q1之基極之電流以校準將在下一AC循環之線性模式期間供應至驅動電晶體Q1之電流。在時間t₆ 處，未將電流供應至驅動電晶體Q1之基極。

如圖5D中所展示，在切換模式期間，供應至驅動電晶體Q1之基極之變動電流量導致驅動電晶體Q1在飽和模式中操作。如上先前所描述，在飽和模式期間，驅動電晶體Q1充當一開關。因此，在圖5D中所展示之切換模式期間，將一DC輸出電壓114提供至電流調節器40以給LED1供電。

在時間t₇ 處，將供應至驅動電晶體Q1之基極之電流增大至一第六電流量515，第六電流量515對應於在切換模式期間供應至驅動電晶體Q1之基極之峰值電流。供應至驅動電晶體Q1之基極之第六電流量515導致驅動電晶體Q1在飽和模式中操作以藉此導致LED燈20在切換模式中操作。在時間t₈ 處，將供應至驅動電晶體Q1之基極之電流降低至使驅動電晶體Q1保持處於飽和模式之一第七電流量517。在時間t₉ 處，將供應至驅動電晶體Q1之基極之電流降低至導致驅動電晶體Q1在切斷(即，關閉)模式中操作之一第八電流量519。雖然驅動電晶體Q1係關閉的，但LED燈20仍在切換模式中操作。如圖5D中所展示，在功率轉換器之切換模式期間進一步調整供應至驅動電晶體Q1之電流量以將電力供應至LED1。

在閱讀本發明之後，熟習技術者將瞭解用於控制功率轉換器之操作模式之額外替代設計。因此，雖然已繪示及描述特定實施例及應用，但應瞭解，本文中所論述之實施例不受限於本文中所揭示之精確建構及組件且可在不背離本發明之精神及範疇之情況下對本文中所揭示之方法及裝置之配置、操作及細節作出將使熟習技術者明白之各種修改、改變及變動。

30‧‧‧功率控制器

112‧‧‧整流輸入電壓

114‧‧‧DC輸出電壓

201‧‧‧模式控制器

203‧‧‧切換模式驅動器

205‧‧‧線性模式驅動器

207‧‧‧選擇信號

C1‧‧‧電容器

D1‧‧‧二極體

I_B ‧‧‧基極電流

I_C ‧‧‧集電極電流

L1‧‧‧電感器

Q1‧‧‧驅動電晶體

Rs‧‧‧感測電阻器

Claims (15)

1. 一種切換功率轉換器，其包括：一磁性組件，其耦合至一輸入電壓及該切換功率轉換器之一輸出端；一雙極接面電晶體(BJT)開關，其耦合至該磁性組件，當該BJT開關在一飽和模式中操作時，產生通過該磁性組件之電流，且當該BJT開關在一切斷模式中操作時，不產生通過該磁性組件之電流；及一控制器，其經組態以產生一控制信號以在該飽和模式、該切斷模式或一作用中模式中操作該BJT開關；其中該切換功率轉換器回應於該BJT開關在該飽和模式與該切斷模式之間連續地切換操作而在一切換模式中操作，該切換功率轉換器在該切換模式期間將功率傳遞至該切換功率轉換器之該輸出端；其中該切換功率轉換器回應於該BJT開關在該作用中模式中操作而在一線性模式中操作，其中該BJT開關經組態以在該線性模式期間自耦合至該切換功率轉換器之一調光器開關(dimmer switch)汲取電流。
2. 如請求項1之切換功率轉換器，其中在該線性模式期間經由該BJT開關而使該切換功率轉換器及該調光器開關之間之輸入電容器放電。
3. 如請求項1之切換功率轉換器，其中將該切換功率轉換器併入至一發光二極體燈中。
4. 如請求項1之切換功率轉換器，其進一步包括：一切換模式驅動器，其經組態以回應於自該控制器接收該控 制信號而產生驅動該BJT開關之一基極端子之一第一範圍之電流量，該第一範圍之電流量導致該BJT開關在該飽和模式中操作；及一線性模式驅動器，其經組態以回應於自該控制器接收該控制信號而產生驅動該BJT開關之該基極端子之一第二範圍之電流量，該第二範圍之電流量導致該BJT開關在該作用中模式中操作。
5. 如請求項4之切換功率轉換器，其中該第一範圍之電流量之一較低端大於該第二範圍之電流量之至少一較低端，且該第一範圍之電流量之一較高端大於該第二範圍之電流量之至少一較高端。
6. 如請求項4之切換功率轉換器，其中該切換模式驅動器進一步經組態以在該切換模式期間將傳遞至該BJT開關之該基極端子之電流自一第一電流量增大至一第二電流量以使該BJT開關保持處於該飽和模式，且其中該線性模式驅動器進一步經組態以使傳遞至該BJT開關之該基極端子的電流維持處於一第三電流量以使該BJT開關保持處於該作用中模式。
7. 如請求項6之切換功率轉換器，其中該線性模式驅動器進一步經組態以在該線性模式期間將傳遞至該BJT開關之該基極端子之電流自該第三電流量增大至一第四電流量以在下一AC循環之該線性模式期間判定待傳遞至該BJT開關之該基極端子之一電流量以使該BJT開關保持處於該作用中模式。
8. 如請求項7之切換功率轉換器，其中該切換模式期間自該第一電流量至該第二電流量之一電流步級大於該線性模式期間自該第三電流量至該第四電流量之一電流步級。
9. 一種在一控制器中控制一切換功率轉換器之方法，該切換功率 轉換器包含耦合至一輸入電壓及該切換功率轉換器之一輸出端之一磁性組件及耦合至該磁性組件之一雙極接面電晶體(BJT)開關，當該BJT開關在一飽和模式中操作時，產生通過該磁性組件之電流，且當該BJT開關在一切斷模式中操作時，不產生通過該磁性組件之電流，該方法包括：產生一控制信號以在該飽和模式、該切斷模式或一作用中模式中操作該BJT開關；在一切換模式中操作該切換功率轉換器，其中該BJT開關在該飽和模式與該切斷模式之間連續地切換操作，該切換功率轉換器在該切換模式期間將電力傳遞至該切換功率轉換器之該輸出端；及在一線性模式中操作該切換功率轉換器，其中該BJT開關在該作用中模式中操作；其中該BJT開關經組態以在該線性模式期間自耦合至該切換功率轉換器之一調光器開關汲取電流。
10. 如請求項9之方法，其中在該線性模式期間經由該BJT開關而使該切換功率轉換器及該調光器開關之間之輸入電容器放電。
11. 如請求項9之方法，其中該控制信號控制一切換模式驅動器以回應於該切換模式驅動器接收該控制信號而產生驅動該BJT開關之一基極端子以在該飽和模式中操作該BJT開關之一第一範圍之電流量，且其中該控制信號控制一線性模式驅動器以回應於該線性模式驅動器接收該控制信號而產生驅動該BJT開關之該基極端子以在該作用中模式中操作該BJT開關之一第二範圍之電流量。
12. 如請求項11之方法，其中該第一範圍之電流量之一較低端大於該第二範圍之電流量之至少一較低端，且該第一範圍之電流量之一較高端大於該第二範圍之電流量之至少一較高端。
13. 如請求項11之方法，其中該控制信號控制該切換模式驅動器以在該切換模式期間將傳遞至該BJT開關之該基極端子之電流自一第一電流量增大至一第二電流量以使該BJT開關保持處於該飽和模式，且其中該控制信號控制該線性模式驅動器以使傳遞至該BJT開關之該基極端子之電流維持處於一第三電流量以使該BJT開關保持處於該作用中模式。
14. 如請求項13之方法，其中該控制信號進一步控制該線性模式驅動器以在該線性模式期間將傳遞至該BJT開關之該基極端子之電流自該第三電流量增大至一第四量值以在下一AC循環之該線性模式期間判定待傳遞至該BJT開關之該基極端子之一電流量以使該BJT開關保持處於該作用中模式。
15. 如請求項14之方法，其中該切換模式期間自該第一電流量至該第二電流量之一電流步級大於該線性模式期間自該第三電流量至該第四電流量之一電流步級。