i.技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)領(lǐng)域一般涉及具有功率供應(yīng)裝置的系統(tǒng)（例如，具有發(fā)光二極管（led）照明驅(qū)動器或功率供應(yīng)的室內(nèi)照明系統(tǒng)）。具體而言，本發(fā)明涉及控制高功率因數(shù)（pf）和總諧波失真（thd）led照明驅(qū)動器或功率供應(yīng)。

ii.

背景技術(shù)：

熱管理在室內(nèi)照明系統(tǒng)中起到重要的作用。因此，借助于室內(nèi)照明系統(tǒng)中的led，調(diào)光已變得普遍。

pf是實際輸出功率和從功率源汲取的功率的比率。通常預(yù)期為“1”的pf。一種用于在低功率應(yīng)用中實現(xiàn)pfc的當(dāng)前方法是過渡模式（tm）控制。

一些集成電路（ic）可包含用于諸如具有寬輸入電壓的固定負(fù)載的特定類型負(fù)載的良好pf比率和低thd。在其它ic中，在負(fù)載更改到寬范圍時，pf和thd變得更差。例如，從完全功率到完全功率負(fù)載的低百分比（例如，3%）。

此外，pf和thd在深度調(diào)光模式期間也變得更差，特別是對于高線路輸入。升壓電路通常在調(diào)光電路中使用，并且受到控制以在tm采用峰值電流控制操作以便節(jié)省成本。功率供應(yīng)在高線路輸入處工作并且處在深度調(diào)光模式中時，流過升壓電路的電流可能是最小的，在高線路輸入中的電容也可存儲大量的能量。因此，在調(diào)光操作期間，存儲的能量可未被完全釋放，造成差的thd和pf。

iii.

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的各種實施例配置成提供控制zcd電壓以便在深度調(diào)光范圍切換模式操作，例如以便實現(xiàn)在pf中的增益和低thd的方法和功率轉(zhuǎn)換電路。

在一個示范實施例中，提供了用于功率供應(yīng)裝置的功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路。功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路包含ac/dc轉(zhuǎn)換器和dc/dc轉(zhuǎn)換器，其連接在一起并且配置成將接收的輸入功率轉(zhuǎn)換成輸出功率，dc/dc轉(zhuǎn)換器包括與輸入電耦合的轉(zhuǎn)換開關(guān)。還包含的是配置用于接收如由用戶選擇的感測信號，并且將感測信號轉(zhuǎn)換成與輸出功率成比例的控制信號，并且比較控制信號和閾值信號，以及控制切換模式的電路。

在一個示范實施例中，提供了一種方法。方法包含選擇感測信號，并且將感測信號轉(zhuǎn)換成與照明驅(qū)動器的輸出功率成比例的控制信號。方法還包含比較控制信號和閾值裝置的閾值信號，并且控制切換模式。

前面所述廣義上概述了各種實施例的一些方面和特征，這些實施例應(yīng)被視為只是說明本公開的各種潛在應(yīng)用。通過以不同方式應(yīng)用公開的信息，或者通過組合公開的實施例的各種方面，能夠獲得其它有益結(jié)果。相應(yīng)地，除由權(quán)利要求定義的范圍外，通過參考結(jié)合附圖進(jìn)行的示范實施例的詳細(xì)描述，可獲得其它方面和更全面的理解。

iv.附圖說明

圖1是圖示用于能夠在本發(fā)明的一個或更多實施例內(nèi)實現(xiàn)的室內(nèi)照明系統(tǒng)的功率供應(yīng)裝置（例如，照明驅(qū)動器）的功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路的框圖。

圖2是能夠在本發(fā)明的一個或更多實施例內(nèi)實現(xiàn)的圖1中示出的示范功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路的電路示意圖。

圖3是能夠在本發(fā)明的一個或更多實施例內(nèi)實現(xiàn)的圖2中示出的功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路的模式切換電路的電路示意圖。

圖4是圖示實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的示范方法的流程圖。

圖5a和5b是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于切換控制模式的切換點的說明。

圖形只用于圖示優(yōu)選實施例，并且不要視為限制本公開的目的。給定圖形的下面使能(enabling)描述，本公開的新穎方面對于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)變得顯然。此詳細(xì)描述使用數(shù)字和字母標(biāo)示來參考圖形中的特征。圖形和描述中相似或類似的標(biāo)示用來參考本發(fā)明的實施例的相似或類似部分。

v.具體實施方式

如所要求的，本文中公開詳細(xì)實施例。必須理解的是，公開的實施例只是各種形式和備選形式的示范。如在本文中所使用的，單詞“示范”可擴(kuò)展地用來參考用作說明、標(biāo)本、模型或圖案的實施例。圖形不一定是按比例的，并且一些特征可被夸大或最小化以示出特定組件的細(xì)節(jié)。在其它實例中，未詳細(xì)描述本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的眾所周知的組件、系統(tǒng)、材料或方法，以免混淆本公開。因此，不要將本文中公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)理解為限制，而只是作為用于權(quán)利要求的基礎(chǔ)和作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員的代表性基礎(chǔ)。

本發(fā)明的示范實施例提供用于通過實時選擇要用來感測要供應(yīng)到照明系統(tǒng)的照明元件的輸出功率的感測電壓，確定在電壓點的電壓是否大于閾值電壓，基于第一控制模式（例如，固定導(dǎo)通時間模式（ton））來控制在電壓點的電壓來控制在室內(nèi)照明系統(tǒng)內(nèi)照明驅(qū)動器的電壓的方法。控制在電壓大于閾值電壓時發(fā)生。在電壓小于閾值電壓時，通過執(zhí)行切換操作，基于第二控制模式（例如，固定關(guān)斷時間模式（toff））而在電壓點控制電壓。

圖1是圖示用于能夠在本發(fā)明的一個或更多實施例內(nèi)實現(xiàn)的室內(nèi)照明系統(tǒng)的功率供應(yīng)裝置（例如，照明驅(qū)動器）的功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路的框圖。

如圖1中所示，功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100執(zhí)行功率因數(shù)校正（pfc），并且控制在led照明系統(tǒng)中的輸出功率。功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路不限于在led照明系統(tǒng)的任何特定操作中執(zhí)行pfc和控制功率，并且能夠適用于其的幾個操作。

功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100包含濾波器20和交流到直流（ac/dc）轉(zhuǎn)換器50、具有直流到直流（dc/dc）轉(zhuǎn)換器60的升壓轉(zhuǎn)換器及輸出功率采樣電路70。功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100在例如led照明系統(tǒng)的例如調(diào)光操作的各種操作的執(zhí)行期間提供感測電壓。功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100也切換升壓轉(zhuǎn)換器的工作模式。

到led照明系統(tǒng)的輸入功率是交流（ac）功率，并且被輸入到濾波器20中用于過濾。濾波器20可以是用于過濾輸入到led照明驅(qū)動器的輸入功率的電磁干擾（emi）類型濾波器。濾波器20包含用于過濾不合需要的emi噪聲的多個扼流圈、電容器和電感器。

在過濾時，ac功率隨后被輸入到ac/dc轉(zhuǎn)換器50中。在調(diào)光期間，電壓被改變以降低流過ac/dc轉(zhuǎn)換器50的電流。來自ac/dc轉(zhuǎn)換器50的dc電壓被傳送到dc/dc轉(zhuǎn)換器60，并且隨后被輸出到照明系統(tǒng)的led。

根據(jù)實施例，從例如dc/dc轉(zhuǎn)換器60的選擇點選擇感測電壓vsense，并且將其轉(zhuǎn)換成控制電壓vcontrol，以及輸入到輸出功率采樣電路70（由箭頭82指示）。

感測電壓vsense可以是來自微控制器或在由智能信號控制的其它裝置的信號。

功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100線性感測led驅(qū)動器的驅(qū)動器功率，以便將升壓轉(zhuǎn)換器（即，ac/dc轉(zhuǎn)換器50）的操作從第一控制模式90（例如，固定導(dǎo)通時間（ton））切換到在低功率（調(diào)暗）應(yīng)用的第二控制模式92（例如，固定關(guān)斷時間（toff））。因此，升壓pfc工作模式被更改以實現(xiàn)在控制電壓低于閾值電壓時升壓轉(zhuǎn)換器的更長接通時間，此過程根據(jù)需要導(dǎo)致更低的電流失真和高pf。作為示例，在線性反映輸出功率的控制電壓低于閾值電壓時，ac/dc轉(zhuǎn)換器50可從固定ton控制被更改到固定toff控制。

本發(fā)明不限于適用于led照明系統(tǒng)的調(diào)光操作的功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100。此外，本發(fā)明的實施例能夠?qū)崿F(xiàn)模式的任何組合，例如，固定toff到固定ton和固定ton到固定toff。實施例也能夠?qū)崿F(xiàn)邊界傳導(dǎo)模式（bcm）到持續(xù)傳導(dǎo)模式（ccm），且反之亦然。

此外，現(xiàn)在將參照功率轉(zhuǎn)換和功率校正電路100，在圖2中討論本發(fā)明的一個或更多實施例。作為示例，功率轉(zhuǎn)換和功率校正電路100是雙模式電路，然而，本發(fā)明不限于此。

圖2是在圖1中示出的示范功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100的電路示意圖。功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100包含升壓轉(zhuǎn)換器（即，dc/dc轉(zhuǎn)換器電路60）。dc/dc轉(zhuǎn)換器電路60能夠是降壓轉(zhuǎn)換器、丘克（cuk）轉(zhuǎn)換器和適合于本文中陳述的目的的其它類型的轉(zhuǎn)換器的形式。

電路100也包含橋式整流器電路110，其包含用于輸送整流電壓vrect到電路100中的多個二極管。dc/dc轉(zhuǎn)換器60將整流電壓vrect轉(zhuǎn)換成在用于到負(fù)載的輸出的輸出端子out處的輸出功率。dc/dc轉(zhuǎn)換器60也包含變壓器115，其包括一次繞組116和二次繞組118。

另外，dc/dc轉(zhuǎn)換器60具有是一次繞組116的第一電感器120、二極管122、轉(zhuǎn)換開關(guān)124及多個輸出電容器126和128。轉(zhuǎn)換開關(guān)124耦合到輸出端子out。轉(zhuǎn)換開關(guān)124能夠包含金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管（mosfet）、絕緣柵雙極晶體管（igbt）或其它適合的開關(guān)電路。

電路100也包含用于對在電路100的輸入處的輸入正弦電流整形，以便與輸入正弦電壓同相，并且調(diào)節(jié)在輸出端子out處的輸出功率的功率因數(shù)校正（pfc）控制電路150。

根據(jù)實施例，pfc控制電路150包含模式切換電路130和開關(guān)控制器140。下面將參照圖3，討論有關(guān)模式切換電路130的細(xì)節(jié)。

如圖2中所描繪，開關(guān)控制器140包含集成電路（ic），并且在其多個輸入引腳處接收來自dc/dc轉(zhuǎn)換器60的多個電信號。開關(guān)控制器140也提供開關(guān)信號到轉(zhuǎn)換開關(guān)124。輸入引腳包含例如inv引腳1、comp引腳2、mult引腳3、cs引腳4、zcd引腳5、接地gnd引腳6、柵極驅(qū)動（gd）引腳7及vcc引腳8。開關(guān)控制器140不限于特定類型的開關(guān)控制器，并且因此包含適合于本文中陳述的目的的任何開關(guān)控制器。

在電路100的操作期間，輸入正弦電壓跨橋式整流器電路110（即，ac/dc轉(zhuǎn)換器50）應(yīng)用，由電容器160過濾，并且跨電壓分壓器162應(yīng)用?？刂破鞴?yīng)電壓vcc被應(yīng)用到開關(guān)控制器140在vcc引腳8處，并且用來為開關(guān)控制器140供電。

轉(zhuǎn)換開關(guān)124耦合在第一電感器120之間，并且在轉(zhuǎn)換開關(guān)124被閉合時，第一電感器120經(jīng)由電阻器125a、125b、125c和125d連接到接地，形成用于第一電感器120的充電和放電的受控功率開關(guān)路徑。轉(zhuǎn)換開關(guān)124的柵極由開關(guān)控制器140的輸出gd引腳7控制。柵極控制是在包含例如zcd引腳5、comp引腳2、inv引腳1及mult引腳3的開關(guān)控制器140的多個輸入引腳處的輸入信號的函數(shù)。

zcd引腳5經(jīng)由模式切換電路130耦合到第二電感器121，用于執(zhí)行零電流檢測和模式切換操作。開關(guān)控制器140在gd引腳7處生成接通轉(zhuǎn)換開關(guān)104的啟動信號。inv引腳1和comp引腳2耦合到在兩個電阻器166與168之間的中間節(jié)點。反饋電容器170被提供用于頻率補(bǔ)償。開關(guān)控制器140比較在輸出端子out處的感測信號和內(nèi)部參考電壓。比較通過轉(zhuǎn)換開關(guān)124的開啟和關(guān)閉來保持在輸出端子out處的輸出電壓恒定。跨電阻器125a、125b、125c和125d的電壓被應(yīng)用到cs引腳4，以確定在轉(zhuǎn)換開關(guān)124被關(guān)閉時的時間。此外，mult引腳3耦合在電壓分壓器162的電阻器之間，以接收來自整流功率線的功率信號（即，vrect的一部分）。功率信號用來設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)104的峰值電流。此外，電容器172與mult引腳3耦合用于過濾目的。

如圖2中所示，模式切換電路130與開關(guān)控制器140耦合，并且與開關(guān)控制器140協(xié)作工作以保持用于寬輸入范圍和寬輸出范圍的高pf和低thd。模式切換電路130與第二電感器121和開關(guān)控制器140的zcd引腳5耦合。模式切換電路130接收來自第二電感器121的線性反映輸出功率的感測電壓（vsense）。模式切換電路130還接收選擇的感測電壓vsense，并且將感測電壓vsense轉(zhuǎn)換成控制電壓vcontrol，以及執(zhí)行控制電壓vcontrol和閾值電壓的比較以確定用于在兩種切換模式之間切換的切換點。下面將參照圖3，討論有關(guān)模式切換電路130的附加細(xì)節(jié)。

圖3是能夠在本發(fā)明的一個或更多實施例內(nèi)實現(xiàn)的圖2中示出的功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路100的模式切換電路130的電路示意圖。模式切換電路130包括模式判定單元180和外部單元200。

根據(jù)一個或更多實施例，模式判定單元180包含耦合到具有多個電阻器186和188的電壓分壓器184的整流器二極管182、確定閾值信號的閾值裝置（例如，齊納二級管190）、耦合在電壓分壓器184與閾值裝置190之間用于過濾的多個電容器191和192。模式判定單元180也包含開關(guān)193和耦合在閾值裝置190的陽極與開關(guān)193的柵極之間的電容器194和電阻器195。

模式判定單元180配置成接收來自zcd電路系統(tǒng)的第二電感器121的感測電壓vsense。感測電壓vsense在感測跨第二電感器121的電壓更改。此電壓在輸出功率減小時減小，因為更少的電流流過第一電感器120的一次繞組116。因此，電壓通過在輸出功率減小時減小來線性反映功率，提供何時功率供應(yīng)裝置（例如，照明驅(qū)動器）在調(diào)光的指示。基于感測電壓，從圖1中描繪的輸出采樣電路70確定控制電壓vcontrol，如由用戶所確定的。感測電壓vsense經(jīng)由整流器二極管182被整流，并且轉(zhuǎn)換成控制電壓vcontrol。控制電壓vcontrol隨感測電壓vsense而更改。也就是說，控制電壓vcontrol線性反映感測電壓vsense。因此，感測電壓vsensing和控制電壓vcontrol均與輸出功率成比例。由于輸出電壓被保持恒定，因此，輸出功率與輸出電流或流過變壓器115的第一電感器120或第二電感器121的電流成比例。因此，在一個或更多實施例中，功率傳感器或電流傳感器可與第一或第二電感器120和121耦合，以直接感測輸出功率和輸出感測電壓vsense。

模式判定單元180隨后供應(yīng)控制電壓vcontrol到在電壓分壓器184的電阻器186與188之間的閾值裝置190。閾值信號在閾值裝置190處生成，并且是可選擇的?？刂齐妷簐control因此可調(diào)諧到任何選擇的閾值信號。根據(jù)一個實施例，可基于閾值裝置190的反向擊穿電壓，確定閾值信號。電阻器186和188配置成限制流過閾值裝置190的電流，以保護(hù)閾值裝置190并且提供與控制電壓vcontrol成比例的電壓到閾值裝置190。

在控制電壓vcontrol大于閾值信號時，跨閾值裝置190的電壓保持恒定值（例如，6v）。隨后將流過閾值裝置190的電流傳送到開關(guān)193，并且跨開關(guān)193供應(yīng)電壓，并且接通開關(guān)。隨后，將功率供應(yīng)到與模式判定單元180耦合的外部電路200。

根據(jù)一個或更多實施例，外部電路200包含具有與zcd引腳5耦合的陰極和與開關(guān)193的漏極耦合的陽極的二極管202。二極管202的陽極也在中間節(jié)點處與電阻器204耦合。在開關(guān)193被接通時，在二極管202的陽極處的電壓電平為零。因此，外部電路200被阻塞，沒有來自轉(zhuǎn)換開頭104（在圖2中描繪）的柵極的電信號流到zcd引腳5（也在圖2中描繪）中，并且升壓轉(zhuǎn)換器在控制模式1（固定導(dǎo)通時間（ton）控制模式）中操作。

外部電路200還包含在中間節(jié)點處與二極管202的陰極耦合的電阻器204。外部電路200也包含多個電容器206和207、電阻器210和與開關(guān)控制器140的gd引腳7耦合的二極管212。

備選地，當(dāng)在閾值裝置處確定控制電壓vcontrol小于閾值信號時，阻塞閾值裝置190，并且關(guān)閉開關(guān)193。電阻器195和開關(guān)193或閾值裝置190、電阻器188及開關(guān)193形成用于在開關(guān)193中耗散功率的電路路徑。在轉(zhuǎn)換開關(guān)124的柵極處的驅(qū)動電壓作為zcd信號被供應(yīng)到zcd引腳5。開關(guān)控制器140配置成生成到轉(zhuǎn)換開關(guān)124的第二開關(guān)信號，并且切換到控制模式2（固定關(guān)斷時間（toff）控制模式）。也就是說，在開關(guān)193打開（即，關(guān)閉）時，外部電路200因此能夠直接電供應(yīng)zcd引腳5。外部電路200基于開關(guān)控制器的固定關(guān)斷時間模式（toff）（控制模式2）。由于電路200通過二極管202電供應(yīng)zcd引腳5，因此，pfc控制電路被變更成為toff。

由于感測電壓vsense反映輸出功率的調(diào)光，因此，杰出的實施例實現(xiàn)根據(jù)需要選擇特定感測電壓vsense。因此，輸出功率能夠由在減小的控制電壓vcontrol感測，以由此控制模式的切換點從控制模式1到控制模式2，且反之亦然。

圖4是圖示實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的示范方法400的流程圖。方法400在操作410開始，其中感測電壓被選擇并且轉(zhuǎn)換成與輸出功率成比例的控制電壓。從操作410中，過程繼續(xù)到操作420。在操作420中，做出有關(guān)在模式判定單元180中的控制電壓是大于還是小于在閾值裝置處的閾值電壓的確定。在操作430中，連同基于確定的結(jié)果的控制模式的切換一起執(zhí)行開關(guān)193的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。

圖5a和5b是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于切換控制模式的切換點的說明。

在圖5a中，如由線條a所示，用于標(biāo)準(zhǔn)照明驅(qū)動器的pf數(shù)據(jù)描繪在輸出功率為大約20.34瓦（w）時在0.6的pf水平。用于pf改進(jìn)的照明驅(qū)動器的pf數(shù)據(jù)由線條b描繪，并且示出在輸出功率處于大約20.34w時在0.85的pf水平。

另外，pf改進(jìn)的照明驅(qū)動器的pf水平由線條c描繪，并且示出改進(jìn)的pf和在切換模式點后在pf方面的持續(xù)改進(jìn)。線條c示出在最低調(diào)光范圍用來改進(jìn)pf和thd的增加的固定導(dǎo)通時間（ton）控制模式。

如圖5b中所示，thd標(biāo)繪圖在大約20.34w示出，并且在線條a1的標(biāo)準(zhǔn)照明驅(qū)動器具有大約40%的thd水平。thd標(biāo)繪圖也示出在線條b1的pf改進(jìn)的照明驅(qū)動器，具有在大約30%的thd水平，并且pfc采用zcd電壓感測，成功啟動（initiated）到固定導(dǎo)通時間（ton）控制模式。大約22%的thd改進(jìn)由線條c1描繪。

此書面描述使用包含最佳模式的示例公開了本發(fā)明，并且也使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包含制作和使用任何裝置或系統(tǒng)并執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得的專利范圍由權(quán)利要求定義，并且可包含本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其他示例具有與權(quán)利要求的文字語言完全相同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包含具有與權(quán)利要求的文字語言的非實質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)孕檢，則預(yù)計它們處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。

部件列表

圖1

100–功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路

20-濾波器

50–ac/dc轉(zhuǎn)換器

60-dc/dc轉(zhuǎn)換器

70-采樣電路

82-箭頭

90-控制模式1

92-控制模式2

圖2

100-功率轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正電路

50-ac/dc轉(zhuǎn)換器

110-橋式整流器電路

115-變壓器

116-一次繞組

118-二次繞組

120-第一電感器

121-第二電感器

122-二極管

124-轉(zhuǎn)換開關(guān)

125a,b,c,d-電阻器

126-輸出電容器

128-輸出電容器

130-模式切換電路

140-開關(guān)控制器

150-pfc控制電路

160-電容器

162-電壓分壓器

166-電阻器

168-電阻器

170-反饋電容器

172-電容器

圖3

130-模式切換電路

182-整流器二極管

184-電壓分壓器

186-電阻器

188-電阻器

190-閾值裝置

191-電容器

192-電容器

193-開關(guān)

194-電容器

195-電阻器

200-外部電路

202-二極管

204-電阻器

206-電容器

207-電容器

210-電阻器

212-二極管

圖4

400-示范方法

410,420,430-步驟