本公開要求2014年4月17日提交的美國第61/980,789號臨時專利申請和2014年9月24日提交的美國第14/495,564號非臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，此處以引證的方式將兩個申請的全文并入。

技術(shù)領域

本公開總體涉及電子器件領域，更具體地涉及用于切換功率轉(zhuǎn)換器中的波谷切換的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

許多電子系統(tǒng)包括電路，諸如與調(diào)光器接口連接的切換功率轉(zhuǎn)換器或變壓器。接口連接電路根據(jù)由調(diào)光器設置的調(diào)光等級向負載遞送功率。例如，在照明系統(tǒng)中，調(diào)光器向照明系統(tǒng)提供輸入信號。輸入信號代表使得照明系統(tǒng)調(diào)節(jié)向燈遞送的功率的調(diào)光等級，由此根據(jù)調(diào)光等級增加或減少燈的亮度。存在許多不同類型的調(diào)光器。通常，調(diào)光器生成去除或歸零交流電(“AC”)輸入信號的一部分的輸出信號。例如，一些基于模擬的調(diào)光器使用用于交流電設備的三極管(“可控硅”)來調(diào)制交流電電源電壓的各周期的相位角。電源電壓的相位角的該調(diào)制還通常稱為“相位切割”電源電壓。相位切割電源電壓降低向負載(諸如照明系統(tǒng))供給的平均功率，從而控制向負載提供的能量。

特定類型的基于可控硅的相位切割調(diào)光器稱為前緣調(diào)光器。前緣調(diào)光器相位從AC周期的開始切割，使得在相位切割角期間，調(diào)光器“關(guān)閉”，并且沒有向它的負載供給輸出電壓，然后在相位切割角之后“開啟”并向它的負載傳遞相位切割輸入信號。為了確保適當操作，負載必須向前緣調(diào)光器提供足以將涌入電流維持在打開可控硅需要的電流以上的負載電流。由于調(diào)光器所提供的電壓的突然增大以及調(diào)光器中電容器的存在，必須提供的電流通常大幅高于可控硅導通需要的穩(wěn)態(tài)電流。另外，在穩(wěn)態(tài)操作中，負載必須向調(diào)光器提供負載電流以保持在防止可控硅的過早斷開所需的稱為“保持電流”的另一個閾值以上。

圖1描繪了包括基于可控硅的前緣調(diào)光器102和燈142的照明系統(tǒng)100。圖2描繪了與照明系統(tǒng)100關(guān)聯(lián)的示例電壓和電流曲線圖。參照圖1和圖2，照明系統(tǒng)100從電壓源104接收AC電源電壓V_電源。由電壓波形200指示的電源電壓V_電源可以為例如美國的標稱60Hz/110V線路電壓或歐洲的標稱50Hz/220V線路電壓。可控硅106充當電壓驅(qū)動開關(guān)，并且可控硅106的柵極端子108控制第一端子110與第二端子112之間的電流流動。在點火閾值電壓值V_F以上的、柵極端子108上的柵極電壓V_G將使得可控硅106導通(ON)，轉(zhuǎn)而使得電容器121短路并允許電流流過可控硅106和調(diào)光器102，以生成輸出電流i_DIM。

假定燈142的電阻負載，由電壓波形206指示的調(diào)光器輸出電壓V_{Φ_DIM}可以在各時間t₀和t₂時從各個半周期202和204開始為零伏，直到柵極電壓V_G達到點火閾值電壓值V_F為止。調(diào)光器輸出電壓V_{Φ_DIM}代表調(diào)光器102的輸出電壓。在時間段T_{關(guān)閉}期間，調(diào)光器102斬或切割電源電壓V_電源，使得調(diào)光器輸出電壓V_{Φ_DIM}在時間段T_{關(guān)閉}期間保持為零伏。在時間t₁時，柵極電壓V_G達到點火閾值V_F，并且可控硅106開始導通。一旦可控硅106打開(ON)，則調(diào)光器電壓V_{Φ_DIM}在時間段t_打開期間追蹤電源電壓V_電源。

一旦可控硅106打開(ON)，則從可控硅106汲取的電流i_DIM必須超過附著電流i_ATT，以便將穿過可控硅106的涌入電流保持在打開可控硅106需要的閾值電流以上。另外，一旦可控硅106打開(ON)，則只要電流i_DIM保持在保持電流值i_HC之上，可控硅106就繼續(xù)傳導電流i_DIM，而不管柵極電壓V_G的值如何。附著電流值i_ATT和保持電流值i_HC為可控硅106的物理特性的函數(shù)。一旦電流i_{調(diào)光}降至保持電流值i_HC以下(即，i_DIM<i_HC)，則可控硅106關(guān)閉(OFF)(即，停止導通)，直到柵極電壓V_G再次達到點火閾值V_F為止。在許多傳統(tǒng)應用中，保持電流值i_HC通常足夠低，使得理想地電流i_DIM在電源電壓V_電源在時間t₂靠近半周期202末尾近似為零伏時降至保持電流值i_HC以下。

可變電阻器114與并聯(lián)連接的電阻器116和電容器118串聯(lián)形成定時電路115以控制柵極電壓V_G達到點火閾值V_F的時間t₁。增大可變電阻器114的電阻增加時間T_{關(guān)閉}，并且減小可變電阻器114的電阻減少時間T_{關(guān)閉}?？勺冸娮杵?14的電阻值有效地設置燈142的調(diào)光值。雙向開關(guān)二極管119將電流流動提供到可控硅106的柵極端子108中。調(diào)光器102還包括電感器扼流線圈120以使調(diào)光器輸出電壓V_{Φ_DIM}平滑?；诳煽毓璧恼{(diào)光器102還包括跨可控硅106和電感器扼流線圈120連接的電容器121以降低電磁干擾。

理想地，調(diào)制調(diào)光器輸出電壓V_{Φ_DIM}的相位角在時間段T_{關(guān)閉}期間有效地關(guān)閉(OFF)燈142且在時間段T_打開期間有效地開啟(ON)燈142達電源電壓V_電源的各半周期。由此，理想地，調(diào)光器102根據(jù)調(diào)光器輸出電壓V_{Φ_DIM}有效地控制供給至燈142的平均能量。

另一特定類型的相位切割調(diào)光器稱為后緣調(diào)光器。后緣調(diào)光器相位從AC周期的末尾切割，使得在相位切割角期間，調(diào)光器“關(guān)閉”且不向它的負載供給輸出電壓，但在相位切割角之前“開啟”且在理想狀況下向它的負載傳遞與它的輸入電壓成比例的波形。

圖3描繪了包括后緣相位切割調(diào)光器302和燈342的照明系統(tǒng)300。圖4描繪了與照明系統(tǒng)300關(guān)聯(lián)的示例電壓和電流曲線圖。參照圖3和圖4，照明系統(tǒng)300從電壓源304接收AC電源電壓V_電源。由電壓波形400指示的電源電壓V_電源為例如美國的標稱60Hz/110V線路電壓或歐洲的標稱50Hz/220V線路電壓。后緣調(diào)光器302相位切割電源電壓V_電源的各半周期的后緣(諸如后緣402和404)。因為電源電壓V_電源的各半周期為電源電壓V_電源的180度，所以后緣調(diào)光器302以大于0度并小于180度的角度相位切割電源電壓V_電源。到燈342的相位切割輸入電壓V_{Φ_DIM}代表使得照明系統(tǒng)300調(diào)節(jié)遞送到燈342的功率的調(diào)光等級，并由此根據(jù)調(diào)光等級增加或減小燈342的亮度。

調(diào)光器302包括生成控制開關(guān)312的占空比的調(diào)光器控制信號DCS的定時器控制器310。開關(guān)312的占空比為對于調(diào)光器控制信號DCS的各周期由調(diào)光器控制信號的周期(例如，時間t₃-t₀)分割的脈寬(例如，時間t₁-t₀)。定時器控制器310將期望的調(diào)光水平轉(zhuǎn)換為開關(guān)312的占空比。調(diào)光器控制信號DCS的占空比對于更低調(diào)光水平(即，燈342的更高亮度)降低且對于更高的調(diào)光等級增大。在調(diào)光器控制信號DCS的脈沖(例如，脈沖406和脈沖408)期間，開關(guān)312導通(即，“打開”)，并且調(diào)光器302進入低電阻狀態(tài)。在調(diào)光器302的低電阻狀態(tài)下，開關(guān)312的電阻例如小于或等于10歐姆。在開關(guān)312的低電阻狀態(tài)期間，相位切割輸入電壓V_{Φ_DIM}追蹤輸入電源電壓V_電源，并且調(diào)光器302向燈342傳送調(diào)光器電流i_DIM。

當定時器控制器310使得調(diào)光器控制信號DCS的脈沖406結(jié)束時，調(diào)光器控制信號DCS關(guān)閉開關(guān)312，這使得調(diào)光器302進入高電阻狀態(tài)(即，關(guān)閉)。在調(diào)光器302的高電阻狀態(tài)下，開關(guān)312的電阻例如大于1千歐。調(diào)光器302包括電容器314，該電容器314在調(diào)光器控制信號DCS的各脈沖期間充電至電源電壓V_電源。在調(diào)光器302的高電阻和低電阻狀態(tài)這兩者下，電容器314保持跨開關(guān)312連接。當開關(guān)312關(guān)閉且調(diào)光器302進入高電阻狀態(tài)，跨電容器314的電壓V_C增大(例如，在時間t₁與時間t₂之間以及在時間t₄與時間t₅之間)。增大率為電容器314的電容C和燈342的輸入阻抗的量的函數(shù)。如果燈342的有效輸入電阻足夠低，則允許調(diào)光器電流i_DIM的足夠高值，以允許相位切割輸入電壓V_{Φ_DIM}以在調(diào)光器控制信號DCS的下一脈沖之前衰減至過零(例如，在時間t₂和t₅時)。

在一些照明應用中，調(diào)光器可以不直接耦合到燈。例如，在燈包括低功率燈(例如，鹵素或發(fā)光二極管(LED)燈)的應用中，切換功率轉(zhuǎn)換器可以接口連接在調(diào)光器和燈之間，以將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成要遞送到燈的直流(DC)電壓。圖5描繪了如本領域中已知的、包括燈組件542的照明系統(tǒng)500，該燈組件542具有橋式整流器534和功率轉(zhuǎn)換器536，該功率轉(zhuǎn)換器536用于將AC電壓輸入轉(zhuǎn)換成用于遞送到包括LED 532的低功率燈的DC電壓。如圖5所示，照明系統(tǒng)500可以包括電壓源504、調(diào)光器502以及燈組件542。電壓源504可以生成電源電壓V_電源，該電源電壓V_電源為例如美國的標稱60Hz/110V線路電壓或歐洲的標稱50Hz/220V線路電壓。

調(diào)光器502可以包括用于向照明系統(tǒng)500的其他元件生成調(diào)光信號的任意系統(tǒng)、設備或裝置，調(diào)光信號代表使得照明系統(tǒng)500調(diào)節(jié)遞送到燈的功率的調(diào)光等級，并由此根據(jù)調(diào)光等級增大或減小LED 532的亮度。由此，調(diào)光器502可以包括類似于圖1中描繪的前緣調(diào)光器、類似于圖3中描繪的后緣調(diào)光器或任意其他合適的調(diào)光器。

燈組件542可以包括用于將電能(例如，由調(diào)光器502遞送的電能)轉(zhuǎn)換成光子能(例如，在LED 532處)的任意系統(tǒng)、設備或裝置。例如，燈組件542可以包括具有包括LED 532的燈的多面反射器形狀因數(shù)(例如，MR16形狀因數(shù))。如圖5所示，燈組件542可以包括橋式整流器534、功率轉(zhuǎn)換器536以及開關(guān)狀態(tài)控制器512。

橋式整流器534可以包括如本領域中已知的任意合適的電氣或電子設備以用于將整個交流電壓信號V_{Φ_DIM}轉(zhuǎn)換成僅具有一個極性的被整流電壓信號v_REC。

功率轉(zhuǎn)換器536可以包括被配置為將輸入電壓(例如，v_REC)轉(zhuǎn)換成不同的輸出電壓(例如，v_輸出)的任意系統(tǒng)、設備或裝置，其中，轉(zhuǎn)換基于控制信號(例如，從開關(guān)狀態(tài)控制器512傳送的脈寬調(diào)制控制信號)。因此，功率轉(zhuǎn)換器536可以包括升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器、升降壓轉(zhuǎn)換器或其他合適的功率轉(zhuǎn)換器。

LED 532可以包括被配置為發(fā)出基于跨LED 532的電壓v_輸出的量的光子能的一個或更多個發(fā)光二極管。

開關(guān)狀態(tài)控制器512可以包括被配置為確定存在于功率轉(zhuǎn)換器536的輸入處的電壓v_REC的一個或更多個特性且基于電壓v_REC的這種一個或更多個特性控制由功率轉(zhuǎn)換器536汲取的電流i_REC的量的任意系統(tǒng)、設備或裝置。

在一些實施例中，功率轉(zhuǎn)換器536可以如圖6所示包括切換功率轉(zhuǎn)換器(諸如降壓轉(zhuǎn)換器536A)。如圖6所示，降壓式功率轉(zhuǎn)換器536A可以包括開關(guān)608，該開關(guān)608可以響應于控制信號C_S操作以調(diào)節(jié)從被整流的時變輸入電壓V_REC經(jīng)過電感器610到電容器606的能量傳輸。功率轉(zhuǎn)換器536A還可以包括防止從電容器606到電感器610中的反向電流流動的二極管611。通過電感器610傳輸?shù)哪芰靠梢杂呻娙萜?06來存儲。電容器606可以在向LED 532提供電流的同時具有維持近似恒定電壓V_輸出(例如，小于輸入電壓V_REC的峰值)的充足電容。

在操作中，電感器電流i_L可以隨著時間而變化，峰值輸入電流與開關(guān)608的“打開時間”成比例，并且傳送給電容器606的能量與“打開時間”的平方成比例。如圖6所示，在一些實施方式中，開關(guān)608可以包括n溝道場效應晶體管(FET)，并且控制信號C_S為使得開關(guān)608在控制信號C_S高時導通的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號。由此，在這種實施方式中，開關(guān)608的“打開時間”可以由控制信號C_S的脈寬來確定，并且從V_REC向電容器606傳送的能量可以與控制信號C_S的脈寬的平方成比例。

控制信號C_S可以由開關(guān)狀態(tài)控制器512來生成，目標是使得切換功率轉(zhuǎn)換器536A將期望數(shù)量的能量傳送到電容器606并由此傳送到LED 532。能量的期望量可以取決于LED 532的電壓和電流要求。為了提供接近一的功率因數(shù)校正，開關(guān)狀態(tài)控制器512通?？梢粤D控制輸入電流i_REC，使得輸入電流i_REC在保持電容器電壓V_輸出恒定的同時追蹤輸入電壓V_REC。因此，輸入電流i_REC和峰值電感器電流i_L可以各與調(diào)光器502的導通周期(例如，調(diào)光器502開啟且傳導電流的時間段)成比例。

在開關(guān)608用FET來實施的實施方式中，一個已知問題是在使電感器610中的輸入電流消磁之后FET的固有電容與電感器610不期望地共振。使這種共振最小化且降低伴隨切換損耗的已知技術(shù)有時稱為“波谷切換”，在該波谷切換中，控制信號C_S被控制為在開關(guān)608的漏極至源極電壓V_DS達到它的最小值時打開開關(guān)608。

現(xiàn)在參照圖7，描繪了圖示了如本領域中已知的波谷切換的概念的時間圖。在沒有波谷切換時，開關(guān)狀態(tài)控制器512可以操作為維持目標切換周期TT，以用于特定的調(diào)光器控制設置。周期TT可以等于間隔T1、T2以及T3的和，其中，T1為開關(guān)608被激活且傳導電流的時間間隔，T2為停用開關(guān)608且電流i_L在電感器610被消磁的同時流動的時間間隔，并且T3為沒有電流i_L流動的、可以稱為波谷間隔的時間間隔。然而，當實施波谷切換時，漏極至源極電壓V_DS的波谷可以出現(xiàn)在目標切換周期TT結(jié)束之前或之后。因此，為了實施波谷切換，開關(guān)狀態(tài)控制器512可以假設控制信號C_S在目標切換周期TT結(jié)束之前或之后激活開關(guān)608，由此將期望的切換周期修改誤差TT_err，由此縮短或延長切換周期以獲得實際切換周期TT’。因此，傳統(tǒng)波谷切換技術(shù)導致供給至LED 532的平均電流的從預期量的減小或增加。由此，如果切換周期可能變得被量化為具體波谷，則在執(zhí)行波谷切換的同時維持負載(例如，LED 532)的恒定電壓調(diào)節(jié)是一個挑戰(zhàn)。另一個挑戰(zhàn)是在維持期望的輸出調(diào)節(jié)的同時貫穿調(diào)光器的整個相位角范圍維持波谷切換。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的技術(shù)，可以減少或消除與切換功率轉(zhuǎn)換器的波谷切換的功率效率關(guān)聯(lián)的某些缺點和問題。

根據(jù)本公開的實施例，一種裝置可以包括切換功率轉(zhuǎn)換器和控制器。切換功率轉(zhuǎn)換器可以被配置為與被調(diào)節(jié)電流一致地從所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入向耦合到所述功率轉(zhuǎn)換器的負載傳送能量，所述切換功率轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)和能量存儲設備，其中，所述被調(diào)節(jié)電流為所述切換功率轉(zhuǎn)換器的切換周期和所述切換周期期間所述能量存儲設備的峰值電流的函數(shù)。控制器可以被配置為生成激活和停用所述開關(guān)的控制信號以便控制所述切換周期和所述峰值電流以將所述被調(diào)節(jié)電流維持在期望的電流電平而使得：如果所述切換周期降至最小切換周期以下，則所述控制器將所述切換周期增加所述開關(guān)的電壓的振蕩周期，并且增大所述峰電流以補償所述切換周期的所述增加以便維持所述被調(diào)節(jié)電流而；并且如果所述峰值電流增大至最大峰值電流以上，則所述控制器將所述切換周期減少所述開關(guān)的所述電壓的振蕩周期，并且減小所述峰值電流以補償所述切換周期的所述減少以便維持所述被調(diào)節(jié)電流。

根據(jù)本公開的這些和其他實施例，一種方法可以包括以下步驟：激活和停用所述切換功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)以便控制切換功率轉(zhuǎn)換器的切換周期和峰值電流以便將所述切換功率轉(zhuǎn)換器的被調(diào)節(jié)電流維持在期望的電流水平，使得：如果所述切換周期降至最小切換周期以下，則將所述切換周期增加所述開關(guān)的電壓的振蕩周期，并且增大所述峰值電流以補償所述切換周期的所述增加以便維持所述被調(diào)節(jié)電流；以及如果所述峰值電流增大至最大峰值電流以上，則將所述切換周期減少所述開關(guān)的所述電壓的振蕩周期，并且減小所述峰值電流以補償所述切換周期的所述減少以便維持所述被調(diào)節(jié)電流。

本公開的技術(shù)優(yōu)點可以從這里所包括的附圖、說明書以及權(quán)利要求而對領域中的普通技術(shù)人員來說容易清楚。實施例的目的和優(yōu)點將至少由權(quán)利要求中特別指出的元件、特征以及組合來實現(xiàn)并獲得。

要理解，前述一般描述和以下詳細描述這兩者為示例且是說明性的，并且不限制本公開中闡述的權(quán)利要求。

附圖說明

本實施例及其優(yōu)點的更完全理解可以通過參照連同附圖一起采用的以下描述來獲取，在附圖中，同樣的附圖標記指示同樣的特征，并且附圖中：

圖1圖示了如本領域中已知的、包括基于可控硅的前緣調(diào)光器的照明系統(tǒng)；

圖2圖示了如本領域中已知的、與圖1中描繪的照明系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的示例電壓和電流曲線圖；

圖3圖示了如本領域中已知的、包括相位切割后緣調(diào)光器的照明系統(tǒng)；

圖4圖示了如本領域中已知的、與圖3中描繪的照明系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的示例電壓和電流曲線圖；

圖5圖示了如本領域中已知的、包括功率轉(zhuǎn)換器的示例照明系統(tǒng)；

圖6圖示了如本領域中已知的、用于圖5的照明系統(tǒng)中的示例切換功率；

圖7圖示了如本領域中已知的、與圖6中描繪的切換功率轉(zhuǎn)換器關(guān)聯(lián)的示例電壓和電流曲線圖；

圖8圖示了根據(jù)本公開的實施例的、包括功率轉(zhuǎn)換器的示例照明系統(tǒng)；

圖9圖示了根據(jù)本公開的實施例的、描繪了用于減小調(diào)光器相位角的峰值電感器電流、切換頻率、負載電流以及偏移電流對調(diào)光器相位角的曲線的示例曲線圖；

圖10圖示了根據(jù)本公開的實施例的、描繪了用于增大調(diào)光器相位角的峰值電感器電流、切換頻率、負載電流以及偏移電流對調(diào)光器相位角的曲線的示例曲線圖；以及

圖11圖示了根據(jù)本公開的實施例的、用于調(diào)節(jié)圖8的照明系統(tǒng)中的負載電流的算法的框圖。

具體實施方式

圖8描繪了根據(jù)本公開的實施例的、具有改進波谷切換技術(shù)的照明系統(tǒng)800。如圖8所示，照明系統(tǒng)800可以包括電壓源804、調(diào)光器802以及燈組件842。電壓源804可以生成電源電壓V_電源，該電源電壓V_電源為例如美國的標稱60Hz/110V線路電壓或歐洲的標稱50Hz/220V線路電壓。

調(diào)光器802可以包括用于向照明系統(tǒng)800的其他元件生成調(diào)光信號的任意系統(tǒng)、設備或裝置，調(diào)光信號代表使得照明系統(tǒng)800調(diào)節(jié)遞送到燈的功率的調(diào)光等級，并由此根據(jù)調(diào)光等級增加或減小LED 832的亮度。由此，調(diào)光器802可以包括類似于圖1中描繪的前緣調(diào)光器、類似于圖3中描繪的后緣調(diào)光器或任意其他合適的調(diào)光器。

燈組件842可以包括用于將電能(例如，由調(diào)光器802遞送的電能)轉(zhuǎn)換成光子能(例如，在LED 832處)的任意系統(tǒng)、設備或裝置。例如，燈組件842可以包括具有包括LED 832的燈的多面反射器形狀因數(shù)(例如，MR16形狀因數(shù))。如圖8所示，燈組件842可以包括橋式整流器834、功率轉(zhuǎn)換器836以及開關(guān)狀態(tài)控制器812。

橋式整流器834可以包括如本領域中已知的任意合適的電氣或電子設備以用于將整個交流電壓信號V_{Φ_DIM}轉(zhuǎn)換成僅具有一個極性的被整流電壓信號v_REC。

功率轉(zhuǎn)換器836可以包括被配置為將輸入電壓(例如，v_REC)轉(zhuǎn)換成不同的輸出電壓(例如，v_輸出)的任意系統(tǒng)、設備或裝置，其中，轉(zhuǎn)換基于控制信號(例如，從開關(guān)狀態(tài)控制器812傳達的脈寬調(diào)制控制信號)。雖然功率轉(zhuǎn)換器836在圖8中被描繪為降壓轉(zhuǎn)換器，但功率轉(zhuǎn)換器836可以包括升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器、升降壓轉(zhuǎn)換器或其他合適的功率轉(zhuǎn)換器。在降壓式實施方式中，如圖8所示，功率轉(zhuǎn)換器836可以包括開關(guān)808(例如，n溝道場效應晶體管)，該開關(guān)808可以響應于從開關(guān)狀態(tài)控制器812接收的控制信號C_S(例如，脈寬調(diào)制控制信號)操作以調(diào)節(jié)從被整流的時變輸入電壓V_REC經(jīng)過電感器810到電容器806的能量傳輸。功率轉(zhuǎn)換器836還可以包括防止從電容器806到電感器810中的反向電流流動的二極管811。通過電感器810傳送的能量可以由電容器806來存儲。電容器806可以在向LED 832提供電流的同時具有維持近似恒定電壓V_輸出(例如，小于輸入電壓V_REC的峰值)的充足電容。

LED 832可以包括被配置為發(fā)出基于跨LED 832的電壓v_輸出的量的光子能的一個或更多個發(fā)光二極管。

開關(guān)狀態(tài)控制器812可以包括被配置為確定存在于功率轉(zhuǎn)換器836的輸入處的電壓v_REC的一個或更多個特性且基于電壓v_REC的這種一個或更多個特性控制由功率轉(zhuǎn)換器836汲取的電流i_REC的量的任意系統(tǒng)、設備或裝置。下面更詳細地闡述開關(guān)狀態(tài)控制器812的功能。

在操作中，開關(guān)狀態(tài)控制器812可以生成控制信號C_S，目標是使得切換功率轉(zhuǎn)換器836將期望數(shù)量的能量傳送到電容器806并由此傳送到LED 832。因此，電感器電流i_L可以隨著時間而變化，峰值輸入電流與開關(guān)808的“打開時間”成比例，并且傳送給電容器806的能量與“打開時間”的平方成比例。能量的期望量可以取決于LED 832的電壓和電流要求。為了提供接近一的功率因數(shù)校正，開關(guān)狀態(tài)控制器812通常可以力圖控制輸入電流i_REC，使得輸入電流i_REC在保持電容器電壓V_輸出恒定的同時追蹤輸入電壓V_REC。由此，輸入電流i_REC和峰值電感器電流i_L可以各與調(diào)光器802的導通周期(例如，調(diào)光器802開啟且傳導電流的時間段)成比例。

被調(diào)節(jié)的LED電流為直接饋送到負載的電感器電流的平均值。對于降壓轉(zhuǎn)換器，這種LED電流i_輸出由I_輸出＝dim*I_全尺度＝0.5*I_pk*(TT_crit/TT’)給出，其中，dim為被歸一化為1的調(diào)光器相位角(例如，具有0至1之間的值)，I_全尺度為LED 832的全尺度輸出電流，I_pk為電感器電流i_L的峰值，TT_crit為臨界導通切換周期(例如，圖7中的間隔T1和T2)，并且TT’為整個實際切換周期(例如，圖7中的間隔T1、T2以及T3)。

為了調(diào)節(jié)調(diào)光器802的給定相位角的輸出電流，控制器812可以縮放峰值電感器電流I_pk和實際切換周期TT’。峰值電感器電流由此可以被給出為：I_pk＝(I_全尺度/Dim_全尺度)*dim+i_pk-偏移，其中，Dim_全尺度為dim的全尺度值(在一些情況下可以為1)，并且i_pk-偏移為電流誤差項，該電流誤差項將目標切換周期TT期間的期望平均電流I_輸出與實際切換周期TT’期間I_輸出的實際電流之間的差考慮在內(nèi)，以補償被量化為波谷的實際切換周期TT’的效應，以便提供準確的負載調(diào)節(jié)。

由此，控制器812可以使得峰值電感器電流I_pk隨著調(diào)光器相位角dim線性縮放，控制器812還可以使得臨界導通周期TT_crit也隨著調(diào)光器相位角dim線性變化。因此，實際切換周期TT’也可以在固定波谷間隔T3內(nèi)隨著調(diào)光器相位角dim線性縮放。因此，實際切換周期TT’可以在縮放峰值電感器電流I_pk的同時被量化為固定波谷間隔T3，以實現(xiàn)負載調(diào)節(jié)。

例如，在減小調(diào)光器相位角dim的情況下，控制器812可以使得峰值電流I_pk隨著調(diào)光器相位角dim線性縮小。隨著實際切換周期TT’在固定波谷間隔T3內(nèi)隨著dim線性縮小，可以使實際切換周期TT’降至最小切換周期TT_min(或最大切換頻率值)，該最小切換周期TT_min可以為將波谷的現(xiàn)有數(shù)量增大一的準則。在這樣做時，實際切換周期TT’可以增大漏極-源極電壓V_DS的一個電感器寄生電容器(LC)振蕩周期，并且可以轉(zhuǎn)而引起負載電流i_輸出的減小。控制器812可以通過增大峰值電感器電流I_pk來補償該瞬態(tài)效應以便維持恒定輸出電流調(diào)節(jié)。作為調(diào)光器相位角dim的函數(shù)的相同的線性峰值電流曲線可以具有新峰值電感器電流I_pk來進行，直到再次滿足可以促進控制器812尋找下一波谷的最小切換周期為止。圖9圖示了描繪了峰值電感器電流I_pk、切換頻率(例如，1/TT’)、負載電流i_輸出以及電流誤差i_pk-偏移對調(diào)光器相位角dim的曲線的示例曲線圖。在圖9中，N代表波谷切換發(fā)生(例如，實際切換周期TT’在此結(jié)束且新周期在此開始)的LC振蕩谷。

作為另一個示例，在增大調(diào)光器相位角dim的情況下，控制器812可以使得峰值電流I_pk隨著調(diào)光器相位角dim線性放大，使得切換周期TT’在固定波谷間隔T3內(nèi)隨著dim線性增加。在這樣做時，可以使峰值電流I_pk增至最大電感器峰值電流極限，該最大電感器峰值電流極限變?yōu)閷⒉ü鹊臄?shù)量減少一的準則。由此，在達到準則時，實際切換周期TT’可以減少漏極-源極電壓V_DS的一個LC振蕩周期，并且可以轉(zhuǎn)而引起負載電流i_輸出的增大?？刂破?12可以通過減小峰值電感器電流I_pk來補償該瞬態(tài)效應以便維持恒定輸出電流調(diào)節(jié)。作為調(diào)光器相位角dim的函數(shù)的相同的線性峰值電流曲線可以具有新峰值電感器電流I_pk來進行，直到再次滿足可以促進控制器812尋找下一波谷的最大電感器峰值電流極限為止。圖10圖示了描繪了峰值電感器電流I_pk、切換頻率(例如，1/TT’)、負載電流i_輸出以及電流誤差i_pk-偏移對調(diào)光器相位角dim的曲線的示例曲線圖。在圖10中，N代表波谷切換發(fā)生處(例如，實際切換周期TT’在此結(jié)束且新周期在此開始)的LC振蕩谷。

圖11圖示了根據(jù)本公開的實施例的、用于調(diào)節(jié)圖8的照明系統(tǒng)中的負載電流的方法1100的框圖。方法1100可以由控制器812來實施。如圖11所示，控制器812可以實施用于調(diào)節(jié)負載電流i_輸出的反饋回路1102和用于確定要切換哪個LC振蕩谷的波谷切換塊1104。反饋回路1102可以通過調(diào)節(jié)基于調(diào)光器相位角dim和全尺度輸出電流I_全尺度的峰值電感器電流I_pk(調(diào)光器相位角dim和全面輸出電流I_全尺度可以由乘法器1106一起相乘來生成目標峰值電感器電流)和電流誤差I_pk-偏移(該電流誤差I_pk-偏移可以由組合器1108從目標峰值電感器電流減去)來調(diào)節(jié)負載電流i_輸出。電流誤差I_pk-偏移可以通過用積分器1112積分由組合器1110生成的切換周期誤差TT_err(該切換周期誤差TT_err等于(由波谷切換控制塊1104確定的)實際切換周期TT’與目標切換周期TT之間的差)并將該積分后的切換周期誤差乘以具有增益K的增益塊1114(這有效地將所積分的切換周期誤差轉(zhuǎn)換成對應的電流誤差I_pk-偏移)來計算。

控制器812可以基于調(diào)光器相位角dim和峰值電感器電流I_pk來確定目標切換周期TT。例如，基于切換功率轉(zhuǎn)換器836的拓撲結(jié)構(gòu)，多路轉(zhuǎn)換器1122可以輸出間隔T2或臨界導通周期TT_crit的間隔中的一個。例如，如果切換功率轉(zhuǎn)換器836的拓撲結(jié)構(gòu)為降壓轉(zhuǎn)換器(如圖8所示)，則多路轉(zhuǎn)換器1122可以輸出臨界導通周期TT_crit的間隔。另一方面，如果切換功率轉(zhuǎn)換器836采用回掃拓撲結(jié)構(gòu)，則多路轉(zhuǎn)換器1122可以輸出間隔T2。由多路轉(zhuǎn)換器1122輸出的值可以在乘法器1116處乘以峰值電感器電流I_pk，并且在乘法器1118處乘以調(diào)光器相位角dim的倒數(shù)，這生成中間結(jié)果。該中間結(jié)果的值然后可以在塊1120處乘以常數(shù)G_TT，以生成目標切換周期TT。常數(shù)G_TT為可以提供給用戶或電路設計者選擇波谷間隔T3的可編程性的常數(shù)。例如，對于降壓拓撲結(jié)構(gòu)，G_TT可以等于TT/(T1+T2)。

在波谷切換控制塊1104中，比較器1124可以將實際切換周期TT’與最小切換周期TT_min進行比較，并且生成指示比較的信號。同樣地，比較器1126可以將峰值電感器電流I_pk與最大峰電感器電流I_pk-max進行比較并生成指示比較的信號。比較器1126所生成的信號可以由增益塊1128乘以-1。因此，如果實際切換周期TT’小于最小切換周期TT_min，則累加器1130可以增加1，并且如果峰值電感器電流I_pk超過最大峰電感器電流I_pk-min，則可以減小1，以便確定切換應發(fā)生處的振蕩谷N。值N可以由增益塊1132乘以漏極-源極電壓V_DS的LC振蕩周期，結(jié)果由組合器1134加到間隔T1和T2，以生成實際切換周期TT’?？刂破?12然后可以生成適當?shù)目刂菩盘朇_s，以便使得切換功率轉(zhuǎn)換器836以通過波谷切換控制塊1104利用峰值電感器電流I_pk計算的實際切換周期TT’來操作，其中峰值電感器電流I_pk由反饋回路1102計算。

由此，在從一個波谷切換到另一個波谷的過渡時間，閉合反饋回路1102可以適當?shù)卦龃蠡驕p小峰值電感器電流I_pk，以在控制信號C_s的一些切換周期內(nèi)維持負載調(diào)節(jié)(例如，如由積分器1112的帶寬限制的)。

這里所闡述的方法和系統(tǒng)的優(yōu)點是它們可以提供一種簡單魯棒的控制方案，其中僅基于調(diào)光器相位角來限定電感器電流曲線。另外，根據(jù)這些方法和系統(tǒng)，因為由反饋回路1102進行的補償在一些切換周期內(nèi)可以通過增大或減小峰值電感器電流I_pk來采取立即行動以維持負載調(diào)節(jié)，所以在控制器812使得切換從一個波谷變?yōu)榱硪粋€波谷時具有輸出電流i_輸出中觀察到的最小瞬時閃爍。此外，這些方法和系統(tǒng)所采用的方法與現(xiàn)有方法相比可以引起開關(guān)808的功耗降低。

如這里所用的，當兩個或更多個元件被稱為“耦合”到彼此時，這種術(shù)語指示這兩個或更多個元件在有或沒有介于中間的元件的情況下電子通信，而不管是間接還是直接連接。

本公開包含對這里本領域普通技術(shù)人員將理解的示例實施例的全部變更、替換、變動、改動以及修改。類似地，在適當?shù)那闆r下，所附權(quán)利要求包含對這里本領域普通技術(shù)人員將理解的示例實施例的全部變更、替換、變動、改動以及修改。而且，所附權(quán)利要求中對適于、被布置為、能夠、被配置為、被使得能夠、可操作為或操作為執(zhí)行特定功能的裝置或系統(tǒng)或裝置或系統(tǒng)的組件的參考包含該裝置、系統(tǒng)或組件，而不管是啟動、打開或開啟該裝置、系統(tǒng)或組件還是該特定功能，只要該裝置、系統(tǒng)或組件是被如此適應、被如此布置、如此能夠、被如此配置、被如此使得能夠、如此可操作或操作的即可。

這里所列舉的全部示例和條件語言旨在用于教育目的，以幫助讀者理解發(fā)明人為促進本領域而貢獻的公開和概念，并且這里所列舉的全部示例和條件語言被解釋為不對這種具體列舉的示例和條件限制。雖然已經(jīng)詳細描述了本公開的實施例，但應理解，可以在不偏離公開精神和范圍的情況下對本公開進行各種變更、替換以及改動。