專利名稱：驅動發(fā)光二極管光源的電路、方法及控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種驅動電路，尤其涉及一種驅動發(fā)光二極管光源的電路、方法及控制器。
背景技術：
圖1所示為一種傳統(tǒng)的光源驅動電路100的方框圖。該驅動電路100用于驅動光源如發(fā)光二極管鏈108。電源102提供輸入電壓VIN為驅動電路100供電。驅動電路100 包含降壓變換器，該降壓變換器在控制器104的控制下為發(fā)光二極管鏈108提供變換后的電壓V0UT。該降壓變換器包含二極管114、電感112、電容116和開關106。電阻110與開關106串聯(lián)。當開關106接通，電阻110與電感112以及發(fā)光二極管鏈108耦合，產生指示流經電感112的電流的反饋信號。當開關106斷開，電阻110與電感112以及發(fā)光二極管鏈108斷開，因而沒有電流流經電阻110。
開關106由控制器104控制。當開關106接通，電流流經發(fā)光二極管鏈108、電感 112、開關106、電阻110到地。在電感112的作用下電流逐漸增大。當電流增至預設的最大電流值時，控制器104斷開開關106。當開關106斷開，電流流經發(fā)光二極管鏈108、電感 112和二極管114。控制器104在一段時間后再次接通開關106。因此，控制器104根據所述預設的最大電流值控制降壓變換器。然而，流經電感112和發(fā)光二極管鏈108的平均電流會受到電感112的電感值、輸入電壓Vin以及發(fā)光二極管鏈108兩端的電壓VOUT的影響， 因此難以對流經電感112的平均電流(也即流經發(fā)光二極管鏈108的平均電流)進行精確控制。發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種驅動電路、方法及控制器，以提高該驅動電路的輸出電流的精確性，且使該驅動電路具有更高的功率因數。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種驅動電路，該驅動電路包含變換器、與所述變換器耦合的鋸齒波信號產生器以及與所述變換器和所述鋸齒波信號產生器耦合的控制器。所述變換器接收輸入電壓和輸入電流，并為所述負載提供能量。所述變換器還提供表示流經所述負載的電流的第一感應信號。所述變換器包括由驅動信號控制的開關。所述鋸齒波信號產生器根據所述驅動信號產生鋸齒波信號。所述控制器根據所述鋸齒波信號和所述第一感應信號產生所述驅動信號，以調節(jié)流經所述負載的電流至目標值，并通過控制輸入電流的平均電流與輸入電壓實質同相校正所述驅動電路的功率因數。
本發(fā)明還提供了一種控制電力變換器的控制器，所述電力變換器接收輸入電壓和輸入電流，并為負載提供電能，該控制器包括驅動端口、第一感應端口、監(jiān)測端口和信號端口。所述驅動端口生成驅動信號，以控制流經所述電力變換器中的儲能單元的電流，從而調節(jié)流經所述負載的電流。第一感應端口接收感應信號，所述感應信號表示流經所述負載的電流。監(jiān)測端口，接收表示所述儲能單元的狀況的監(jiān)測信號。信號端口，接收根據所述驅動信號產生的鋸齒波信號。所述控制器根據所述感應信號、所述監(jiān)測信號和所述鋸齒波信號產生所述驅動信號，以調節(jié)流經所述負載的電流至目標電流值，并控制所述輸入電流的平均電流與所述輸入電壓實質同相。
本發(fā)明還提供了一種為負載提供電能的方法，該方法包括接收輸入電壓和輸入電流；將所述輸入電壓轉換為輸出電壓，以驅動所述負載；根據驅動信號控制流經儲能單元的電流，以調節(jié)流經所述負載的電流；接收表示流經所述負載的電流的第一感應信號； 根據所述驅動信號，產生鋸齒波信號；及根據所述鋸齒波信號和所述第一感應信號，控制所述驅動信號，以調節(jié)流經所述負載的電流至目標電流值，并控制所述輸入電流的平均電流與所述輸入電壓實質同相。
本發(fā)明提供的驅動電路、方法及控制器，不僅將流經負載的電流穩(wěn)定在目標電流值，提高了電流控制精度，且校正了驅動電路的功率因數，提高了供電質量。


以下通過對本發(fā)明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、具體結構特征和優(yōu)點。
圖1所示為一種傳統(tǒng)光源驅動電路的方框圖2所示為根據本發(fā)明一個實施例的光源驅動電路的方框圖3所示為根據本發(fā)明一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖4所示為圖3中控制器的結構示意圖5所示為圖4中控制器的波形圖6所示為圖3中控制器的另一種結構示意圖7所示為圖6中控制器生成或接收的信號波形圖8所示為根據本發(fā)明另一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖9A所示為根據本發(fā)明另一個實施例的光源驅動電路的方框圖9B所示為圖9A中驅動電路生成或接收的信號波形圖10所示為根據本發(fā)明再一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖11所示為圖9A中控制器的結構示意圖12所示為根據本發(fā)明一個實施例的光源驅動電路生成或接收的信號波形圖13所示為根據本發(fā)明一個實施例的驅動負載的方法流程圖。
具體實施方式
以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。盡管本發(fā)明通過這些實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，本發(fā)明涵蓋后附權利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內的所有替代物、變體和等同物。
另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的具體實施方式
中給出了眾多的具體細節(jié)。 本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的方法、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
本發(fā)明提供了一種控制電力變換器以對各種負載(比如光源)進行供電的電路和方法。該電路包含用于監(jiān)測流經儲能單元(比如電感)的電流的電流監(jiān)測器，以及控制器。該控制器用于控制與所述電感耦合的開關，從而使得流經所述光源的平均電流等于目標電流值。不論該開關接通或斷開，該電流監(jiān)測器均能監(jiān)測流經所述電感的電流。
圖2所示為根據本發(fā)明一個實施例的光源驅動電路200的方框圖。光源驅動電路200包含整流器204。整流器204接收來自電源202的輸入電壓并為電力變換器206提供調整后的電壓。電力變換器206接收調整后的電壓并為負載288提供輸出電力。電力變換器206可以是降壓變換器或者升壓變換器。在一個實施例中，電力變換器206包含儲能單元214和用于監(jiān)測儲能單元214狀況的電流監(jiān)測器278(比如一個電阻)。電流監(jiān)測器 278為控制器210提供第一信號ISEN。該第一信號ISEN指示流經儲能單元214的瞬時電流。光源驅動電路200還包含濾波器212，用于根據第一信號ISEN產生第二信號IAVG。第二信號IAVG指示流經儲能單元214的平均電流?？刂破?10接收第一信號ISEN和第二信號IAVG，并控制流經儲能單元214的平均電流，使得該平均電流與目標電流值相等。
圖3所示為根據本發(fā)明一個實施例的光源驅動電路300的電路示意圖。圖3中與圖2編號相同的部件具有類似的功能。在圖3的例子中，光源驅動電路300包含整流器 204、電力變換器206、濾波器212和控制器210。整流器204可以是包含二極管D1-D4的橋式整流器。整流器204調整來自電源202的電壓。電力變換器206接收整流器204輸出的調整后的電壓并產生輸出電力為負載(如發(fā)光二極管鏈208)供電。
在圖3的例子中，電力變換器206是降壓變換器。該降壓變換器包含電容308、開關316、二極管314、電流監(jiān)測器278(比如電阻218)，相互耦合的電感302和電感304以及電容324。二極管314位于開關316和光源驅動電路300的地之間。電容3M與發(fā)光二極管鏈208并聯(lián)。在一個實施例中，電感302和電感304彼此電磁耦合。電感302和電感304 都連接至一個共同節(jié)點333。在圖3的例子中，共同節(jié)點333位于電阻218和電感302之間。然而本發(fā)明并不限于此結構，共同節(jié)點333也可以位于開關316和電阻218之間。共同節(jié)點333為控制器210提供參考地。在一個實施例中，控制器210的參考地和光源驅動電路300的地不同。通過接通和斷開開關316，流經電感302的電流可以得到調整，從而調節(jié)發(fā)光二極管鏈208的電力。電感304監(jiān)測電感302的狀況，比如，監(jiān)測流經電感302的電流是否減小到預設的電流值。
電阻218的一端與開關316和二極管314陰極之間的節(jié)點相連，另一端與電感302 相連。電阻218提供第一信號ISEN，當開關316接通和斷開時，該第一信號ISEN均能指示流經電感302的瞬時電流。換言之，不管開關316接通還是斷開時，電阻218均能監(jiān)測流經電感302的瞬時電流。濾波器212與電阻218耦合并提供第二信號IAVG，該第二信號IAVG 指示流經電感302的平均電流。在一個實施例中，濾波器212包含電阻320和電容322。
控制器210接收第一信號ISEN和第二信號IAVG，并通過接通或斷開開關316使得流經電感302的平均電流等于目標電流值。電容3M濾除流經發(fā)光二極管鏈208的電流的波紋，從而使流經發(fā)光二極管鏈208的電流相對平穩(wěn)并等于流經電感302的平均電流。因此使得流經發(fā)光二極管鏈208的電流與目標電流值相等。此處“與目標電流值相等”是在不考慮電路元件的不理想情況和忽略從電感304傳送至控制器210的電力的情況下。
圖3的例子中，控制器210的端口包括ZCD、GND、DRV、VDD、CS、COMP和FB0端口 Z⑶與電感304耦合，用于接收指示電感302狀況(比如，流經電感302的電流是否減小到預設的電流值“0”)的監(jiān)測信號AUX。監(jiān)測信號AUX也能指示發(fā)光二極管鏈208是否處于開路狀態(tài)。端口 DRV與開關316耦合并產生驅動信號(如脈沖寬度調制信號PWM1)接通或斷開開關316。端口 VDD與電感304耦合并接收來自電感304的電力。端口 CS與電阻218 耦合并接收指示流經電感302的瞬時電流的第一信號ISEN。端口 COMP通過電容318與控制器210的參考地耦合。端口 FB通過濾波器212與電阻218耦合并接收指示流經電感302 的平均電流的第二信號IAVG。在圖3的例子中，端口 GND(也即控制器210的參考地)連接至電阻218、電感302、電感304之間的共同節(jié)點333。
開關316可以是N型金屬氧化物半導體場效應晶體管(N型M0SFET)。開關316 的導通狀態(tài)由開關316的柵極電壓與端口 GND的電壓(即共同節(jié)點333的電壓)之間的電壓差決定。因此，端口 DRV輸出的脈沖寬度調制信號PWMl決定了開關316的狀態(tài)。當開關 316接通，控制器210的參考地高于光源驅動電路300的地，使得本發(fā)明的電路可以適用于具有較高電壓的電源。
當開關316接通，電流流經開關316、電阻218、電感302、發(fā)光二極管鏈208到光源驅動電路300的地。當開關316斷開，電流流經電阻218、電感302、發(fā)光二極管鏈208和二極管314。電感304與電感302耦合且能夠監(jiān)測電感302的狀況，比如，監(jiān)測流經電感302 的電流是否減小到預設電流值。控制器210根據信號AUX、ISENJP IAVG監(jiān)測流經電感302 的電流，并通過脈沖寬度調制信號PWMl控制開關316，使得流經電感302的平均電流等于預設電流值。所以經過電容3M濾波后，流經發(fā)光二極管鏈208的電流也等于預設電流值。
在一個實施例中，控制器210根據信號AUX判斷發(fā)光二極管鏈208是否處于開路狀態(tài)。如果發(fā)光二極管鏈208開路，則電容3M上的電壓增加。當開關316處于斷開狀態(tài)時，電感302兩端的電壓增大，信號AUX的電壓也隨之增大。其結果是，通過端口 ZCD流入控制器210的電流增大。因此，控制器210通過在開關316處于斷開狀態(tài)時監(jiān)測信號AUX 以及流入控制器210的電流是否超過一個電流門限值來判斷發(fā)光二極管鏈208是否處于開路狀態(tài)。
控制器210根據端口 VDD的電壓判斷發(fā)光二極管鏈208是否處于短路狀態(tài)。如果發(fā)光二極管鏈208短路，當開關316處于斷開狀態(tài)時，因為電感302兩端均與光源驅動電路 300的地耦合，所以電感302兩端的電壓減小。電感304兩端的電壓和端口 VDD的電壓隨之減小。如果當開關316處于斷開狀態(tài)時端口 VDD的電壓小于一個電壓門限值，控制器210 判斷發(fā)光二極管鏈208處于短路狀態(tài)。
圖4所示為圖3中控制器210的結構示意圖。圖5所示為圖4中控制器210的波形圖。圖4將結合圖3和圖5進行描述。
在圖4的例子中，控制器210包含誤差放大器402、比較器404和脈沖寬度調制信號產生器408。誤差放大器402根據參考信號SET和信號IAVG之間的電壓差產生誤差信號 VEA。參考信號SET指示目標電流值。信號IAVG通過端口 FB接收，指示流經電感302的平均電流。通過誤差信號VEA的作用使得流經電感302的平均電流等于目標電流值。比較器 404與誤差放大器402耦合，將誤差信號VEA和信號ISEN進行比較。信號ISEN通過端口 CS接收，指示流經電感302的瞬時電流。信號AUX通過端口 Z⑶接收，指示流經電感302的電流是否減小到預設電流值(比如減小到0)。脈沖寬度調制信號產生器408與比較器404 以及端口 Z⑶耦合，根據比較器404的輸出和信號AUX產生脈沖寬度調制信號PWMl。脈沖寬度調制信號PWMl通過端口 DRV控制開關316的導通狀態(tài)。CN
脈沖寬度調制信號產生器408產生具有第一狀態(tài)(如邏輯1)的脈沖寬度調制信號PWMl以接通開關316。當開關316接通，電流流經開關6、電阻218、電感302、發(fā)光二極管鏈208到光源驅動電路300的地。流經電感302的電流逐漸增大，使得信號ISEN的電壓逐漸增大。在一個實施例中，當開關316接通時，信號AUX的電壓為負值。在控制器210 內部，比較器404將誤差信號VEA與信號ISEN進行比較。當信號ISEN的電壓超過誤差信號VEA的電壓，比較器404的輸出為邏輯0，否則比較器404的輸出為邏輯1。換言之，比較器404的輸出為一系列的脈沖。在比較器404輸出的下降沿的作用下，脈沖寬度調制信號產生器408產生具有第二狀態(tài)(如邏輯0)的脈沖寬度調制信號PWMl以斷開開關316。當開關316斷開，信號AUX的電壓變?yōu)檎?。當開關316斷開，電流流經電阻218、電感302、 發(fā)光二極管鏈208和二極管314。流經電感302的電流逐漸減小，因此信號ISEN的電壓逐漸減小。當流經電感302的電流減小到預設電流值(如減小到0)，信號AUX的電壓會產生一個下降沿。在信號AUX下降沿的作用下，脈沖寬度調制信號產生器408產生具有第一狀態(tài)(如邏輯1)的脈沖寬度調制信號PWMl以接通開關316。
在一個實施例中，脈沖寬度調制信號PWMl的占空比由誤差信號VEA決定。如果信號IAVG的電壓小于信號SET的電壓，則誤差放大器402增大誤差信號VEA的電壓以增大脈沖寬度調制信號PWMl的占空比，從而使得流經電感302的平均電流增大，直到信號IAVG 的電壓增大到信號SET的電壓。如果信號IAVG的電壓大于信號SET的電壓，則誤差放大器 402減小誤差信號VEA的電壓以減小脈沖寬度調制信號PWMl的占空比，從而使得流經電感 302的平均電流減小，直到信號IAVG的電壓減小到信號SET的電壓。這樣，流經電感302的平均電流能夠被調整到與目標電流值相等。
圖6所示為圖3中控制器210的另一種結構示意圖。圖7所示為圖6中控制器 210的波形圖。圖6將結合圖3和圖7進行描述。
在圖6的例子中，控制器210包含誤差放大器602、比較器604、鋸齒波信號產生器 606、復位信號產生器608和脈沖寬度調制信號產生器610。誤差放大器602根據參考信號 SET和信號IAVG之間的電壓差產生誤差信號VEA。參考信號SET指示目標電流值。信號 IAVG通過端口 FB接收，指示流經電感302的平均電流。通過誤差信號VEA的作用使得流經電感302的平均電流等于目標電流值。鋸齒波信號產生器606產生鋸齒波信號SAW。比較器604與誤差放大器602以及鋸齒波信號產生器606耦合，并將誤差信號VEA與鋸齒波信號SAW進行比較。復位信號產生器608產生復位信號RESET。復位信號RESET作用于鋸齒波信號產生器606和脈沖寬度調制信號產生器610。在復位信號RESET的作用下可以使得開關316接通。脈沖寬度調制信號產生器610與比較器604以及復位信號產生器608耦合，并根據比較器604的輸出和復位信號RESET產生脈沖寬度調制信號PWMl。脈沖寬度調制信號PWMl通過端口 DRV控制開關316的導通狀態(tài)。
在一個實施例中，復位信號RESET是具有固定頻率的脈沖信號。在另一個實施例中，復位信號RESET是使得開關316處于斷開狀態(tài)的時間為常數的脈沖信號。比如，在圖7 中，復位信號RESET使得脈沖寬度調制信號PWMl為邏輯0的時間為常數。
在復位信號RESET的脈沖的作用下，脈沖寬度調制信號產生器610產生具有第一狀態(tài)(如邏輯1)的脈沖寬度調制信號PWMl以接通開關316。當開關316接通，電流流經開關316、電阻218、電感302、發(fā)光二極管鏈208到光源驅動電路300的地。在復位信號RESET的脈沖的作用下，鋸齒波信號產生器606產生的鋸齒波信號SAW的電壓從初始值INI開始增大。當鋸齒波信號SAW的電壓增大到誤差信號VEA的電壓，脈沖寬度調制信號產生器610 產生具有第二狀態(tài)(如邏輯0)的脈沖寬度調制信號PWMl以斷開開關316，并且鋸齒波信號SAW的電壓被復位到初始值INI。直到復位信號RESET的下一個脈沖到來時，鋸齒波信號 SAff的電壓才從初始值INI又開始增大。
在一個實施例中，脈沖寬度調制信號PWMl的占空比由誤差信號VEA決定。如果信號IAVG的電壓小于信號SET的電壓，則誤差放大器602增大誤差信號VEA的電壓以增大脈沖寬度調制信號PWMl的占空比，從而使得流經電感302的平均電流增大，直到信號IAVG 的電壓增大到信號SET的電壓。如果信號IAVG的電壓大于信號SET的電壓，則誤差放大器 602減小誤差信號VEA的電壓以減小脈沖寬度調制信號P^l的占空比，從而使得流經電感 302的平均電流減小，直到信號IAVG的電壓減小到信號SET的電壓。這樣，流經電感302的平均電流能夠被調整到與目標電流值相等。
圖8所示為根據本發(fā)明另一個實施例的光源驅動電路光源驅動電路800的電路示意圖。圖8中與圖2、圖2編號相同的部件具有類似的功能。
控制器210的端口 VDD通過開關804接收整流器204輸出的調整后的電壓。位于開關804和控制器210參考地之間的齊納二極管802保持端口 VDD的電壓基本恒定。圖8 的例子中，控制器210的端口 ZCD與電感302耦合，接收指示電感302狀況的信號AUX。信號AUX可以指示流經電感302的電流是否減小到預設電流值(比如是否減小到0)。共同節(jié)點333為控制器210提供參考地。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種控制電力變換器以對負載供電的電路。在一個實施例中，電力變換器為負載(比如發(fā)光二極管鏈)提供直流電流。在另外一個實施例中，電力變換器為電池提供直流的充電電流。與圖1中的傳統(tǒng)電路相比，本發(fā)明的電路提供給負載或電池的電流可以得到更精確的控制。而且本發(fā)明的電路可以適用于具有較高電壓的電壓源。
圖9A所示為根據本發(fā)明另一個實施例的光源驅動電路900的方框圖。圖9A中與圖2、圖3編號相同的部件具有類似的功能。在一個實施例中，光源驅動電路900包括與電源202耦合的濾波器920、整流器204、電力變換器906、負載觀8、鋸齒波信號產生器902和控制器910。電源202產生交流輸入電壓VAC(比如，Vac具有正弦波信號)和交流輸入電流 IAC。交流輸入電流Iac流入濾波器920。電流IAC’從濾波器920流出，并流入整流器204。 整流器204通過濾波器920接收交流輸入電壓Vac，并在電源線912上提供整流電壓Vin和整流電流IIN。電源線912耦合于整流器204和電力變換器906之間。電力變換器906將整流電壓Vin轉換成輸出電壓VOT，為負載288提供電能。控制器910與電力變換器906耦合，用于控制電力變換器906，以調節(jié)流過負載288的電流Iqut，并校正驅動電路900的功率因數。
控制器910產生驅動信號962。在一個實施例中，電力變換器906包括開關316。 驅動信號962控制開關316，從而調節(jié)流經負載觀8的電流IQUT。電力變換器906還生成指示流經負載觀8的電流Iqut的感應信號IAVG。
在一個實施例中，與控制器910耦合的鋸齒波信號產生器902，根據驅動信號962 生成鋸齒波信號960。例如，驅動信號962可以是脈沖寬度調制信號。在一個實施例中，當驅動信號962為邏輯高電平時，鋸齒波信號960增加；當驅動信號962為邏輯低電平時，鋸齒波信號960降低到預設電壓值(比如降低到0V)。
有利的是，控制器910根據鋸齒波信號960和感應信號IAVG產生驅動信號962。 驅動信號962控制開關316，使流經負載觀8的電流Iot保持在目標電流值，以提高電流控制的精確性。另外，驅動信號962控制開關316，調節(jié)整流電流Iin的平均電流Iin Ave與整流電壓Vin實質同相，以校正驅動電路900的功率因數。本申請中，實質同相指兩波形理論上同相位，然而在實際應用中，由于電路中電容的存在，造成兩波形存在細微的相差。驅動電路900的工作原理將在圖9B中進一步描述。
圖9B所示為根據本發(fā)明的一個實施例圖9A中的驅動電路900中的信號的波形圖，圖9B將結合圖9A描述。圖9B描述了輸入交流電壓Vac、整流電壓Vin、整流電流Iin、整流電流的平均電流IIN—Ave、電流IAC’和輸入交流電流Iac的波形。
為了描述的方便，輸入交流電壓Vac為(不局限于)正弦波形。整流器204整流輸入交流電壓\c。在圖9B的實施例中，整流電壓Vin具有整流后的正弦波形，即，輸入交流電壓VAe的正向波形保留，其負向波形轉換成對應的正向波形。
在一個實施例中，控制器910產生的驅動信號962控制整流電流IIN。整流電流Iin 從一個預設值(如0安培)開始增加。當整流電流Iin達到與整流電壓Vin成比例的一個值之后，整流電流Iin降到預設值。如圖9B所示，整流電流Iin的平均電流Iin Ave的波形與整流電壓Vin的波形實質同相。
整流電流Iin從整流器204流出并流入電力變換器906。整流電流Iin是流入整流器204的電流Iac’整流后的電流。如圖9B所示，當輸入交流電壓Vac為正值時，電流IAC’的正向波形與整流電流Iin的正向波形類似；當輸入電流電壓Vac為負值時，電流IAC’的負向波形與整流電流Iin的波形對應。
在一個實施例中，通過采用耦合于電源202和整流器204之間的濾波器920，輸入交流電流Iac與電流IAC’的平均值相等或成比例。因此，如圖9B所示，輸入交流電流Iac的波形與輸入交流電壓Vac的波形實質同相。理論上，輸入交流電流Iac與輸入交流電壓Vac同相。然而，在實際應用中，由于濾波器920和電力變換器906中存在電容，輸入交流電流Iac 與輸入交流電壓\c之間可能存在細微的相差。此外，輸入交流電流Iac與輸入交流電壓Vac 波形也大致相似。因此，驅動電路900的功率因數得到了校正，從而提高了驅動電路900的供電質量。
圖10所示為根據本發(fā)明的再一個實施例的光源驅動電路1000的電路示意圖。圖 10中與圖2、圖3和圖9A編號相同的部件具有類似的功能。圖10將結合圖4、圖5和圖9A 進行描述。
在圖10的例子中，驅動電路1000包含耦合于電源202的濾波器920、整流器204、 電力變換器906、負載觀8、鋸齒波信號產生器902和控制器910。在一個實施例中，負載288 包含發(fā)光二極管光源208 (如發(fā)光二極管鏈)。本發(fā)明并不局限于此，負載288可以包含其他類型的光源或者其他類型的負載(如電池組)。濾波器920可以是(不局限于)包含一對電感和一對電容的電感-電容濾波器。在一個實施例中，控制器910包含多個端口，比如 ZCD 端口、GND 端口、DRV 端口、VDD 端口、FB 端口、COMP 端口和 CS 端口。
在一個實施例中，電力變換器906包含耦合于電源線912的輸入電容1008。輸入電容1008減少整流電壓Vin的紋波，以平滑整流電壓Vin的波形。在一個實施例中，電容1008 具有相對較小的電容值(例如，小于0.5微法拉)，以幫助消除或減小整流電壓Vin波形的畸變。另夕卜，在一個實施例中，由于電容1008較小，流經電容1008的電流可以忽略。因此，當開關316接通時，流經開關316的電流I214與從整流器204流出的整流電流Iin大致相等。
電力變換器906與圖3中的電力變換器206的操作類似。在一個實施例中，儲能單元214包含電感302和電感304，電感302電磁耦合于電感304。電感302與開關316和發(fā)光二極管光源208耦合。因此，根據開關316的導通狀態(tài)，電流I214流經電感302。更具體的，在一個實施例中，控制器910在DRV端口上產生驅動信號962(如脈沖寬度調制信號)， 以控制開關316接通或斷開。當開關316閉合，電流I214從電源線912流出，流經開關316 和電感302，并且不斷增加。電流I214可以由公式(1)得出
Δ I214 = (Vin-Vout) * T0N/L302， (1)
其中，Tm表示開關316導通的時間，Δ I214表示電流I214的變化量，L3tl2表示電感 302的電感值。在一個實施例中，控制器910控制驅動信號962，使得1 為一個恒定值。所以，若輸出電壓Vott基本恒定，在Tw時間間隔內，電流I214的變化量Δ I214與整流電壓Vin成比例。在一個實施例中，當電流I214降低到預設值(如0安培)時，開關316閉合。因此， 電流I214的峰值與整流電壓Vin成比例。
當開關316斷開時，電流I214從地流出，并流經二極管314和電感302，流進發(fā)光二極管光源208。相應的，電流I214根據公式O)降低
Δ I214 = (-Vout) * T。ff/L3(12。 (2)
其中，Tqff表示開關316的關斷時間。
在一個實施例中，當開關316導通時，電流Iin與電流I214相等，當開關管316斷開時，電流Iin等于0安培。
電感304感應電感302的狀況，例如，流經電感302的電流是否下降到預設電流值，例如零安培。結合圖5所述，在一個實施例中，在開關316閉合時，監(jiān)測信號AUX為低電平，當開關316斷開時，監(jiān)測信號AUX為高電平。當流經電感302的電流I214降低到預設電流值，監(jiān)測信號AUX的電壓產生一個下降沿?？刂破?10的Z⑶端口耦合于電感304，用來接收監(jiān)測信號AUX。
在一個實施例中，電力變換器906包含輸出濾波器1024。輸出濾波器IOM可以是具有相對較大容值的電容(比如，大于400微法拉)。所以，流經發(fā)光二極管光源208的電流Itm表示電流I214的平均值。
電流監(jiān)測器218產生指示流經電感302的電流的電流感應信號ISEN。在一個實施例中，濾波器212為包含電阻320和電容322的電阻-電容濾波器。濾波器212去除電流感應信號ISEN中的紋波，以產生電流感應信號ISEN的平均電流感應信號IAVG。所以，在圖 10的實施例中，平均電流感應信號IAVG表示流經發(fā)光二極管光源208的電流I·?？刂破?910的端口 FB用于接收平均電流感應信號IAVG。
鋸齒波信號產生器902耦合于DRV端口和CS端口。鋸齒波信號產生器902根據 DRV端口的驅動信號962在CS端口上產生鋸齒波信號960。例如，鋸齒波信號產生器902包含耦合于DRV端口和CS端口之間且相互并聯(lián)的電阻1016和二極管1018，還包含耦合于CS 端口和地之間且相互并聯(lián)的電阻1012和電容1014。工作時，鋸齒波信號960根據驅動信號962而變化。更具體的，在一個實施例中，驅動信號962為脈沖寬度調制信號。當驅動信號 962為邏輯高電平時，電流Il從DRV端口流出，經過電阻1016，流入電容1014。因此，電容 1014被充電，鋸齒波信號960的電壓V96tl增加。當驅動信號962為邏輯低電平時，電流12 從電容1014流出，經過二極管1018，并流入DRV端口。因此，電容1014放電，電壓V96tl降低到0伏特。鋸齒波信號產生器902還可以包含其他組件，并不局限于圖10所示的實施例。
在一個實施例中，控制器910集成在一個集成電路芯片上。電阻1016和1012、二極管1018以及電容1014為該集成電路芯片的外圍電路組件。在另一個實施例中，鋸齒波信號產生器902和控制器910也可以集成在一個集成電路芯片上。在該實施例中，可以省略CS端口，從而減小了驅動電路1000的尺寸和成本。電力變換器906還可以具有其他結構，并不局限于圖10所示的實施例。
圖11所示為根據本發(fā)明的實施例的圖9A中控制器910的結構示意圖。圖11中與圖4和圖9A編號相同的部件具有類似的功能。圖11將結合圖4、圖5、圖9A和圖10進行描述。
在一個實施例中，控制器910與圖4中的控制器210有相似的結構，不同之處在于，CS端口接收鋸齒波信號960而不是電流感應信號ISEN。控制器910根據鋸齒波信號 960、平均電流感應信號IAVG和監(jiān)測信號AUX產生驅動信號962。控制器910包括誤差放大器402、比較器404和脈寬調制信號產生器408。誤差放大器402根據平均電流感應信號 IAVG和表示目標電流值的參考信號SET之間的差值，產生誤差信號VEA。比較器404比較鋸齒波信號960和誤差信號VEA，以產生比較信號S。脈沖寬度調制信號產生器408根據比較信號S和監(jiān)測信號AUX產生驅動信號962。
在一個實施例中，當監(jiān)測信號AUX表示流經電感302的電流I214降到預設值(如0 安培)時，驅動信號962切換至第一電平(如邏輯高電平)，以閉合開關316。當鋸齒波信號960達到誤差信號VEA時，驅動信號962切換至第二電平(如邏輯低電平)，以斷開開關 316。有利的是，由于CS端口接收鋸齒波信號960而不是電流感應信號ISEN，流經電感302 的電流I214的峰值不會受限于誤差信號VEA。因此，如公式(1)所述，流經電感302的電流 I214根據整流電壓Vin改變。例如，電流I214的峰值與整流電壓Vin成比例而不是與誤差信號 VEA成比例。
控制器910控制驅動信號962，以使電流Iqut保持在由參考信號SET表示的目標電流值。例如，如果電流Iot大于目標電流值(如由于整流電壓Vin的變化)，誤差放大器402 減小誤差信號VEA，以縮短開關316閉合的時間Tw。所以，電流I214的平均電流降低，以減小電流IQUT。同樣的，如果電流Iqut小于目標電流值，控制器910延長開關316閉合的時間 Ton,以增大電流Ι。υτ。
圖12所示為根據本發(fā)明的實施例的光源驅動電路(如驅動電路900或1000)生成或接收的信號波形圖。圖12將結合圖4、圖9Α、圖9Β和圖10進行描述。圖12描述了整流電壓Vin、整流電流Iin、整流電流Iin的平均電流Iin avc；、流經發(fā)光二極管光源208的電流 Iqut、表示流經電感302的電流I214的感應信號ISEN、誤差信號VEA、鋸齒波信號960和驅動信號962。
如圖12所示，整流電壓Vin是整流后的正弦波信號。在tl時刻，驅動信號962變?yōu)檫壿嫺唠娖?。因此，開關316閉合，表示流經電感302的電流I214的感應信號ISEN增加。同時，鋸齒波信號960根據驅動信號962增加。
在t2時刻，鋸齒波信號960增加到誤差信號VEA。相應的，控制器910調節(jié)驅動信號962為邏輯低電平，鋸齒波信號960降到0伏特。驅動信號962斷開開關316，因此，感應信號ISEN下降。換言之，鋸齒波信號960和誤差信號VEA決定了驅動信號962邏輯高電平的時間T,
在t3時亥lj，電流I214降低到預設電流值(如0安培)，由此，控制器910調節(jié)驅動信號962為邏輯高電平，以閉合開關316。
在一個實施例中，在整流電壓Vin的一個周期內，流經發(fā)光二極管光源208的電流 Itm與電流I214的平均值相等或成比例。結合圖11的描述，控制器910調節(jié)電流Iot至由參考信號SET表示的目標電流值。另外，如圖12所示，表示電流I214的感應信號ISEN在tl至 t4期間與t5至t6期間具有相同的波形。所以，電流I214在tl至t4期間的平均值與在t5 至t6期間的平均值相等。因此，電流Iot保持在目標電流值。在一個實施例中，Tw由鋸齒波信號960和誤差信號VEA決定。由于在驅動信號962的每個周期內，鋸齒波信號960從 0伏特上升到誤差信號VEA的時間都是相等的，所以Tw是恒定的。根據公式(1)，在Tw時間內，電流I214的變化量Δ I214與整流電壓Vin成比例。所以，如圖12所示，感應信號ISEN 的峰值與輸入電壓Vin成比例。
在一個實施例中，當開關316閉合時，電流Iin的波形與電流I214的波形相類似，當開關316斷開時，電流Iin等于0安培。在tl至t6時間段內，整流電流Iin的平均電流Iin Avg與整流電壓Vin實質同相。結合圖9B所描述的，輸入電流Iac與輸入電壓Vac實質同相， 從而校正了驅動電路900的功率因數，進而提高了供電質量。
圖13所示為根據本發(fā)明的實施例的用于驅動負載的驅動電路(例如，用于驅動發(fā)光二極管光源208的驅動電路900或1000)的方法流程圖1300。圖13將結合圖9A至圖 12進行描述。圖13所涵蓋的具體步驟僅作為示例。也就是說，本發(fā)明也適用于執(zhí)行其他合理的步驟或對圖13進行改進的步驟。
在步驟1302中，接收輸入電壓(例如，整流電壓Vin)和輸入電流(例如，整流電流 ΙΙΝ) ο在方框1304中，輸入電壓被轉換成輸出電壓，為負載(例如，發(fā)光二極管光源)提供電能。在方框1306中，根據驅動信號(例如，驅動信號96 控制流經儲能單元(例如，儲能單元214)的電流，以調節(jié)流經負載的電流。
在方框1308中，接收表示流經負載的電流的第一感應信號(例如，平均電流感應信號IAVG)。在一個實施例中，第一感應信號由表示流經儲能單元電流的第二感應信號濾波而得到。在方框1310中，根據驅動信號產生鋸齒波信號。
在方框1312中，由鋸齒波信號和第一感應信號控制驅動信號，以調節(jié)流經負載的電流至目標電流值，并通過控制輸入電流的平均電流與輸入電壓實質同相，以校正驅動電路的功率因數。在一個實施例中，根據第一感應信號和參考信號的差值產生誤差信號，參考信號表示流經發(fā)光二極管光源的目標電流值。比較鋸齒波信號和誤差信號，并接收指示儲能單元狀況的監(jiān)測信號。若監(jiān)測信號指示流經儲能單元的電流降低到預設值時，切換驅動信號到第一狀態(tài)，并根據鋸齒波信號和誤差信號的比較值，切換驅動信號到第二狀態(tài)。當驅動信號處于第一狀態(tài)，增加流經儲能單元的電流，驅動信號處于第二狀態(tài)時，減小流經儲能單元的電流。在一個實施例中，若流經發(fā)光二極管光源的電流保持在目標電流值，則鋸齒波信號從預設值增加到誤差信號的時間是恒定的。
本發(fā)明的實施例提供了驅動負載(例如，發(fā)光二極管光源)的驅動電路。驅動電路包含電力轉換器和控制器。電力轉換器將輸入電壓轉換成輸出電壓，以為負載提供電能。 電力變換器提供表示流經負載電流的感應信號。驅動電路還包含鋸齒波信號產生器，用于根據驅動信號產生鋸齒波信號。有利的是，控制器根據感應信號和鋸齒波信號產生驅動信號。驅動信號控制流經儲能單元的電流，以調節(jié)流經負載的電流至目標電流值，并通過控制輸入電流的平均電流和輸入電壓實質同相，以校正驅動電路的功率因數。
上文具體實施方式
和附圖僅為本發(fā)明的常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發(fā)明精神和發(fā)明范圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發(fā)明在實際應用中可根據具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準則的前提下在形式、結構、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此，在此披露的實施例僅用于說明而非限制，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
權利要求
1.一種驅動電路，其特征在于，包括變換器，接收輸入電壓和輸入電流，并為負載提供能量，所述變換器還提供表示流經所述負載的電流的第一感應信號，所述變換器包括由驅動信號控制的開關；與所述變換器耦合的鋸齒波信號產生器，根據所述驅動信號產生鋸齒波信號；及與所述變換器和所述鋸齒波信號產生器耦合的控制器，根據所述鋸齒波信號和所述第一感應信號產生所述驅動信號，以調節(jié)流經所述負載的電流至目標電流值，并通過控制所述輸入電流的平均電流與所述輸入電壓實質同相以校正所述驅動電路的功率因數。
2.根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述變換器還包括儲能單元，所述儲能單元的電流由所述開關控制。
3.根據權利要求2所述的驅動電路，其特征在于，所述控制器還包括誤差放大器，根據所述第一感應信號和指示所述目標電流值的參考信號產生誤差信號；及與所述誤差放大器耦合的比較器，比較所述鋸齒波信號和所述誤差信號，以控制所述驅動信號，其中，所述驅動信號具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，當所述驅動信號處于第一狀態(tài)時，流經所述儲能單元的所述電流增加；當所述驅動信號處于第二狀態(tài)時，流經所述儲能單元的所述電流下降。
4.根據權利要求3所述的驅動電路，其特征在于，當所述驅動信號處于第一狀態(tài)時，所述鋸齒波信號增加；當所述鋸齒波信號達到所述誤差信號時，所述驅動信號切換至第二狀態(tài)。
5.根據權利要求3所述的驅動電路，其特征在于，如果流經所述負載的電流保持在所述目標電流值，則所述鋸齒波信號從預設值增加到所述誤差信號的時間間隔是恒定的。
6.根據權利要求2所述的驅動電路，其特征在于，所述控制器接收表示所述儲能單元的狀況的監(jiān)測信號，其中，所述驅動信號具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，當所述驅動信號處于所述第一狀態(tài)時，流經所述儲能單元的所述電流增加；當所述驅動信號處于所述第二狀態(tài)時， 流經所述儲能單元的所述電流降低；其中，當所述監(jiān)測信號指示流經所述儲能單元的所述電流減小到預設值時，將所述驅動信號從所述第二狀態(tài)切換至所述第一狀態(tài)。
7.根據權利要求2所述的驅動電路，其特征在于，所述儲能單元包括與所述開關和所述負載耦合的第一電感，其中，所述儲能單元的所述電流流經所述第一電感；及與所述第一電感電磁耦合的第二電感，產生指示所述第一電感的狀態(tài)的監(jiān)測信號。
8.根據權利要求7所述的驅動電路，其特征在于，所述第一電感和所述第二電感連接至一個共同節(jié)點，所述共同節(jié)點位于所述開關和所述第一電感之間，其中，所述共同節(jié)點為所述控制器提供參考地，所述控制器的參考地與所述驅動電路的地不同。
9.根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述鋸齒波信號產生器包括并聯(lián)連接在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的二極管和第一電阻；及并聯(lián)連接在所述第二節(jié)點和所述控制器的參考地之間的電容和第二電阻，其中，所述第一節(jié)點接收所述驅動信號，所述第二節(jié)點提供所述鋸齒波信號。
10.根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述驅動電路還包括整流器，接收輸入交流電流和輸入交流電壓，并提供所述輸入電流，其中，所述輸入交流電流和所述輸入交流電壓實質同相。
11.根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述負載包括發(fā)光二極管光源。
12.—種控制電力變換器的控制器，所述電力變換器接收輸入電壓和輸入電流，并為負載提供電能，其特征在于，所述控制器包括驅動端口，生成驅動信號以控制流經所述電力變換器中的儲能單元的電流，從而調節(jié)流經所述負載的電流；第一感應端口，接收感應信號，所述感應信號表示流經所述負載的電流； 監(jiān)測端口，接收表示所述儲能單元的狀況的監(jiān)測信號；及信號端口，接收根據所述驅動信號產生的鋸齒波信號；其中，所述控制器根據所述感應信號、所述監(jiān)測信號和所述鋸齒波信號產生所述驅動信號，以調節(jié)流經所述負載的電流至目標電流值，并控制所述輸入電流的平均電流與所述輸入電壓實質同相。
13.根據權利要求12所述的控制器，其特征在于，所述控制器還包括 電壓端口，用于提供誤差信號；其中，所述驅動信號具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，當所述驅動信號處于第一狀態(tài)時，流經所述儲能單元的所述電流增加；當所述驅動信號處于第二狀態(tài)時，流經所述儲能單元的所述電流降低，所述控制器根據所述誤差信號和所述鋸齒波信號的比較結果，將所述驅動信號從所述第一狀態(tài)切換至所述第二狀態(tài)。
14.根據權利要求13所述的控制器，其特征在于，所述控制器還包括誤差放大器，根據所述感應信號和指示所述目標電流值的參考信號在所述電壓端口產生所述誤差信號。
15.根據權利要求12所述的控制器，其特征在于，所述驅動信號具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，當所述驅動信號處于所述第一狀態(tài)時，流經所述儲能單元的所述電流增加；當所述驅動信號處于所述第二狀態(tài)時，流經所述儲能單元的所述電流降低；當所述監(jiān)測信號指示流經所述儲能單元的所述電流減小到預設值時，將所述驅動信號從所述第二狀態(tài)切換至所述第一狀態(tài)。
16.根據權利要求12所述的控制器，其特征在于，流經所述儲能單元的所述電流的峰值與所述輸入電壓成比例。
17.根據權利要求12所述的控制器，其特征在于，所述儲能單元包括與所述負載耦合的第一電感，其中所述儲能單元的所述電流流經所述第一電感；及與所述第一電感電磁耦合的第二電感，用于產生所述監(jiān)測信號。
18.一種為負載提供電能的方法，其特征在于，所述方法包括 接收輸入電壓和輸入電流；將所述輸入電壓轉換為輸出電壓，以驅動所述負載； 根據驅動信號控制流經儲能單元的電流，以調節(jié)流經所述負載的電流； 接收表示流經所述負載的電流的第一感應信號； 根據所述驅動信號，產生鋸齒波信號；及根據所述鋸齒波信號和所述第一感應信號，控制所述驅動信號，以調節(jié)流經所述負載的電流至目標電流值，并控制所述輸入電流的平均電流與所述輸入電壓實質同相。
19.根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 接收表示流經所述儲能單元的所述電流的第二感應信號；過濾所述第二感應信號，以產生所述第一感應信號。
20.根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括比較所述第一感應信號和參考信號，以產生誤差信號，其中，所述參考信號表示所述目標電流值；比較所述鋸齒波信號和所述誤差信號； 接收指示所述儲能單元的所述電流的監(jiān)測信號；如果所述監(jiān)測信號指示流經所述儲能單元的所述電流降到預設值，切換所述驅動信號到第一狀態(tài)；根據所述鋸齒波信號和所述誤差信號的比較結果切換所述驅動信號到第二狀態(tài)； 當所述驅動信號處于所述第一狀態(tài)時，增加流經所述儲能單元的所述電流；及當所述驅動信號處于所述第二狀態(tài)時，降低流經所述儲能單元的所述電流。
21.根據權利要求20所述的方法，其特征在于，如果流經所述負載的電流保持在所述目標電流值，所述鋸齒波信號從預設值增加到所述誤差信號的時間間隔是恒定的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種驅動發(fā)光二極管光源的電路、方法及控制器。該驅動電路包含變換器、鋸齒波信號產生器和控制器。變換器包含由驅動信號控制的開關。變換器接收輸入電壓和輸入電流，并提供表示流經負載的電流的第一感應信號。鋸齒波信號產生器根據驅動信號產生鋸齒波信號。該控制器根據鋸齒波信號和第一感應信號產生驅動信號，以調節(jié)流經負載的電流至目標電流值，并通過控制輸入電流的平均電流與輸入電壓實質同相以校正驅動電路的功率因數。本發(fā)明的負載驅動電路、方法及控制器，不僅將流經負載的電流穩(wěn)定在目標電流值，提高了電流控制精度，且校正了驅動電路的功率因數，提高了供電質量。
文檔編號H05B37/02GK102523661SQ201110453588
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者林風, 許建平, 郭清泉, 閻鐵生 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司