用于具有PWM调光控制的LED系统或其它负载的具有电感器预充电的驱动系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201110137756.7

申请日:

2011.05.25

公开号:

CN102264180A

公开日:

2011.11.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H05B 37/02申请日:20110525|||公开

IPC分类号:

H05B37/02

主分类号:

H05B37/02

申请人:

国家半导体公司

发明人:

里克金·王; 兹考·曼

地址:

美国加利福尼亚州

优先权:

2010.05.25 US 12/800,875

专利代理机构:

上海胜康律师事务所 31263

代理人:

周文强;李献忠

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内容摘要

一种方法,包括接收与负载相关联的控制信号,其中所述控制信号导致从开关模式电力供应的角度的负载变化。所述方法还包括使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过所述电力供应的电感器的电流。所述方法进一步包括延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时间,其中流过所述电感器的所述电流在所述延迟过程中增加。所述控制信号可以包括打开一个或更多LED的请求。所述负载可包括整流器。所述方法可进一步包括在所述延迟后提供所述请求至所述整流器,比如在流过所述电感器的所述电流达到规定水平后。耦合于所述电力供应的输出的电容器中的电压尖脉冲和声频噪声可被最小化。

权利要求书

1.一种方法,包含:
接收与负载相关联的控制信号,所述控制信号使得从开
关模式电力供应的角度的负载变化;
使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过所述
电力供应的电感器的电流;以及
延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时间,
其中流过所述电感器的所述电流在所述延迟过程中增加。
2.根据权利要求1所述的方法,其中:
所述控制信号包含打开一个或更多发光二极管(LED)的
请求;
所述负载包含整流器;以及
所述方法进一步包含在所述延迟后提供所述请求至所述
整流器。
3.根据权利要求2所述的方法,其中在所述延迟后提供所述请求
至所述整流器包含:
等到流过所述电感器的所述电流达到规定水平才提供所
述请求至所述整流器。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述规定水平基于所述电力
供应的至少一个参数。
5.根据权利要求4所述的方法,进一步包含:
适应性地确定所述电流的所述规定水平。
6.根据权利要求2所述的方法,其中:
接收打开所述一个或更多LED的所述请求包含接收脉冲
宽度调制(PWM)控制信号中的脉冲;以及
在所述延迟后提供所述请求至所述整流器包含延迟所述
PWM控制信号中的所述脉冲并提供延迟后的脉冲至所述整
流器。
7.根据权利要求1所述的方法,其中:
所述控制信号包含关闭一个或更多发光二极管(LED)的
请求;
所述负载包含整流器;以及
所述方法进一步包含在所述延迟后提供所述请求至所述
整流器。
8.根据权利要求1所述的方法,进一步包含以下至少一项:
最小化耦合于所述电力供应的输出的电容器中的电压尖
脉冲;以及
最小化来自所述电容器的声频噪声。
9.一种装置,包含:
控制器,所述控制器被配置为:
接收与负载相关联的控制信号,所述控制信号使得
从开关模式电力供应的角度的负载变化;
使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过
所述电力供应的电感器的电流;以及
延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时
间,以允许流过所述电感器的所述电流在所述延迟过程中增
加。
10.根据权利要求9所述的装置,其中:
所述控制信号包含打开一个或更多发光二极管(LED)的
请求;
所述负载包含整流器;以及
所述控制器被配置为在所述延迟后提供所述请求至所述
整流器。
11.根据权利要求10所述的装置,其中所述控制器被配置为等到
流过所述电感器的所述电流达到规定水平才提供所述请求至
所述整流器。
12.根据权利要求11所述的装置,其中所述控制器被配置为根据
所述电力供应的至少一个参数适应性地确定所述规定水平。
13.根据权利要求10所述的装置,其中:
所述控制器被配置为通过接收脉冲宽度调制(PWM)控
制信号中的脉冲而接收打开所述一个或更多LED的所述请
求;以及
所述控制器被配置为延迟所述脉冲宽度调制控制信号中
的所述脉冲并提供延迟后的脉冲至所述整流器。
14.根据权利要求9所述的装置,其中所述控制器被配置为最小化
耦合于所述电力供应的输出的电容器的电压尖脉冲并最小化
来自所述电容器的声频噪声。
15.一种系统,包含:
一个或更多发光二极管(LED);
开关模式电力供应,所述电力供应被配置为为所述一个
或更多LED产生整流后的电压,所述电力供应包含电感器;
整流器,所述整流器被配置为控制流过所述一个或更多
LED的电流,所述电流基于所述整流后的电压;以及
控制器,所述控制器被配置为(i)接收打开所述一个或
更多LED的请求;(ii)使得所述电力供应在延迟时间段过程
中响应于所述请求而增加流过所述电感器的电流,以及(iii)
使得所述整流器在所述延迟时间段后响应于所述请求而打开
所述一个或更多LED。
16.根据权利要求15所述的系统,其中所述控制器被配置为等到
流过所述电感器的所述电流达到规定水平才提供控制信号至
所述整流器。
17.根据权利要求16所述的系统,其中所述控制器被配置为最小
化电压尖脉冲以及最小化耦合于所述电力供应的输出的电容
器中的声频噪声。
18.根据权利要求16所述的系统,其中所述控制器被配置为根据
所述电力供应的至少一个参数适应性地确定所述规定水平。
19.根据权利要求15所述的系统,其中:
所述控制器被配置为通过接收脉冲宽度调制(PWM)控
制信号中的脉冲而接收打开所述一个或更多LED的所述请
求;以及
所述控制器被配置为延迟所述脉冲宽度调制控制信号中
的所述脉冲并提供延迟后的脉冲至所述整流器。
20.根据权利要求15所述的系统,其中所述开关模式电力供应包
含升压变换器。

说明书

用于具有PWM调光控制的LED系统或其它负载的具有电感器预充电的驱动系统

技术领域

本披露大体针对驱动系统。更具体地说,本披露涉及用于具有脉冲宽度调制(PWM)调光(dimming)控制的发光二极管(LED)系统或其它负载的电感器预充电。 

背景技术

许多系统使用发光二极管(LED)产生光。这些系统经常包括LED控制器,该LED控制器控制流过一个或更多LED的电流,从而控制LED的亮度。LED驱动器还能接收用于控制LED的调光的脉冲宽度调制(PWM)信号。 

许多LED驱动器使用陶瓷电容器过滤电力供应(power supply)产生的输出电压。然而,PWM调光能在电力供应的输出电压中产生电压尖脉冲(spike)。当使用陶瓷电容器时,这些电压尖脉冲可能在该陶瓷电容器中产生声频噪声。传统系统经常试图使用前馈控制回路(其具有可靠性问题)或快速瞬态控制器(其仍可能产生声频噪声)解决此问题。 

发明内容

为解决上述问题及其它问题,根据本发明的一个实施方式,提供一种方法。该方法包含:接收与负载相关联的控制信号,所述控 制信号使得从开关模式电力供应的角度的负载变化;使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过所述电力供应的电感器的电流;以及延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时间,其中流过所述电感器的所述电流在所述延迟过程中增加。 

根据本发明的另一个实施方式,提供一种装置。该装置包含控制器。该控制器被配置为:接收与负载相关联的控制信号,所述控制信号使得从开关模式电力供应的角度的负载变化;使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过所述电力供应的电感器的电流;以及延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时间,以允许流过所述电感器的所述电流在所述延迟过程中增加。 

根据本发明的又一个实施方式,提供一种系统。该系统包含:一个或更多发光二极管(LED);开关模式电力供应,所述电力供应被配置为为所述一个或更多LED产生整流后的电压,所述电力供应包含电感器;整流器,所述整流器被配置为控制流过所述一个或更多LED的电流,所述电流基于所述整流后的电压;以及控制器,所述控制器被配置为(i)接收打开所述一个或更多LED的请求;(ii)使得所述电力供应在延迟时间段过程中响应于所述请求而增加流过所述电感器的电流,以及(iii)使得所述整流器在所述延迟时间段后响应于所述请求而打开所述一个或更多LED。 

附图说明

为了更完整地理解本披露及其特征,现在结合附图,参考下面的描述,在附图中:

图1描绘了根据本披露,用于发光二极管(LED)或其它负载的具有电感器预充电的示例驱动系统; 

图2描绘了根据本披露,与图1的驱动系统相关联的示例波形; 

图3描绘了根据此披露,用于使用电感器预充电驱动LED或其它负载的示例方法。 

具体实施方式

下面讨论的图1到图3和本专利文献中用于描述本发明的原理的各实施方式仅仅是示意性的,不应当以任何方式被解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员将会理解,本发明的原理可以任何类型的适当布置的装置或系统实现。 

图1描绘了根据本披露,用于发光二极管(LED)或其它负载的具有电感器预充电的示例驱动系统100。在此示例中,驱动系统100包括开关模式的电力供应102和由一个或更多LED串104a-104n和整流器106形成的负载。电力供应102通常接收输入电压VIN并产生整流后的(regulated)输出电压VOUT。电力供应102包括用于产生整流后的输出电压的任何合适的结构,比如降压(buck)、升压(boost)、降压-升压(buck-boost)、SEPIC或反激变换器。输入电压VIN可由任何合适的源(比如电池)提供。 

在此示例中,电力供应102代表产生比输入电压VIN大的输出电压VOUT的升压(boost)变换器。在此特定实现中,电力供应102包括耦合于开关110和二极管112的电感器108,二极管112耦合于输出电容器114。电感器108包括具有任何合适的电感的、任何合适的电感式结构。开关110代表任何合适的开关装置,比如功率晶体管。二极管112代表用于基本限制电流流向一个方向的任何合适的结构。注意,二极管112可以被允许双向电流的开关取代。输出电容器114包括具有任何合适电容的、任何合适的电容式结构,比如陶 瓷电容器。电力供应102通常通过使用门驱动信号打开和关闭开关110而工作,其中门驱动信号的工作周期可被调整以提供期望的输出电压VOUT。 

每个LED串104a-104n包括一个或更多个LED 116。每个LED116包括用于产生光的任何合适的半导体结构。在此示例中,LED116串联耦合以形成串,且多个串104a-104n并联耦合。然而,可以使用涉及LED 116的串联和/或并联连接的任何其它配置。 

整流器106整流流过LED 116的电流I。在一些实施方式中,整流器106整流该电流以确保等量电流流过每个串104a-104n(尽管不需要使用相等的电流)。整流器106包括用于整流流过一个或更多LED的电流的任何合适的结构,比如线性整流器。 

在此示例中,整流器106支持使用脉冲宽度调制(PWM)调光控制。PWM调光控制信号118可用于调整LED 116的亮度。例如,整流器106可以开关流过LED 116的电流,调整流过LED 116的平均电流(并因此调整LED的亮度)。这是基于PWM控制信号118的工作周期完成的。 

LED 116的亮度的变化有效地作为对电力供应102的负载的变化而出现。因此电压尖脉冲会出现在电力供应102的输出电压VOUT中。这些电压尖脉冲可以在输出电容器114中产生声频噪声(audible noise)。当使用陶瓷输出电容器114时,这个问题特别值得注意。 

声频噪声可能是由于开关模式电力供应102的瞬态状态产生的。当LED 116关闭时流过电感器108的电流IL可以近乎是0A,而当LED 116打开时流过电感器108的电流IL要高得多。当电感器电流IL从约0A快速增加到稳定状态值ILED时瞬态状态出现。在瞬态状态过 程中,至少部分LED电流I是通过对输出电容器114放电提供的。这导致输出电容器114中大量电压尖脉冲的产生,从而带来声频噪声。 

根据此披露,通过减少或最小化电力供应102的瞬态状态过程中输出电容器114的放电,驱动系统100能够减少或最小化在输出电容器114中产生的声频噪声。例如,这可以通过延迟LED被打开的时间完成,延迟LED被打开的时间延迟了LED电流I的增加。这允许电感器电流IL增加而不需要输出电容器114的很多(如果有的话)放电,从而减小或消除声频噪声。图2中显示了此操作的示例细节。 

图2描绘了根据此披露,与图1的驱动系统100相关联的示例波形200。在图2中,波形202代表PWM调光控制信号118,而波形204代表LED电流I。而且,波形206代表电感器电流IL,而波形208代表电容器114两端的电压。 

如图2中所示,波形202在时刻t1走高。正常情况下,这会打开LED 116,使得LED电流I立刻增加。然而,在此情况中,驱动系统100提供短的延迟并在时刻t2打开LED 116,而不是立即打开LED116。在时刻t2,LED电流I快速增加到稳定状态水平ILED并使得LED116产生光。 

打开LED 116中的延迟可大致或精确对应于开关模式电力供应102的瞬态状态。在瞬态状态过程中,电感器电流II从约0A快速增加到近似或处于稳定状态值,其在理想情况下被标示为ILED/(1-d)(注意,功率损失可能影响此表达式)。在该瞬态状态过程中,输出电容器114稍微放电,然而不像LED 116在时刻t1被打开时那么多。结果是,输出电容器114的放电可被减小或最小化,这也会减小输出电容器的电压中电压尖脉冲的严重程度。 

在该瞬态状态后,开关模式电力供应102进入稳定状态,在稳定状态电感器电流IL在理想情况下在值ILED/(1-d)左右脉动。在此时间过程中,输出电容器114上的电压也会在某个点周围脉动,但是这些脉动很小且频率很高并因此带来很少或没有声频噪声。 

用这种方式,驱动系统100可减少输出电压VOUT中电压尖脉冲的数量和/或严重程度。因为这些电压尖脉冲与输出电容器114中的声频噪声有关,这可以减少甚至消除输出电容器114引起的声频噪声。例如,当陶瓷电容器被用作输出电容器114时,这特别有用。 

在一些实施方式中,ILED的值经常是提前知道的,而LED/(1-d)中d的值经常是输入和输出电压VIN和VOUT和/或电力供应的参数的函数。输入和输出电压VIN和VOUT通常可以在线测量,意味着ILED/(1-d)的值经常是系统100中自适应决定的。 

为了支撑打开LED 116之后的延迟,驱动系统100包括控制器120。控制器120可以执行各种选项以帮助减少或最小化开关模式电力供应102的瞬态状态过程中输出电容器114的放电。例如,控制器120可以测量输入和输出电压并计算ILED/(1-d)的值。控制器120还可以接收控制信号118。响应于检测到控制信号118走高(如图2中),控制器120可以使得电力供应102开始增加电感器电流IL。一旦电感器电流IL达到阈值点(比如稳定状态值ILED/(1-d)),控制器120可以在控制信号118中提供高脉冲至整流器106。这使得整流器106打开LED 116。控制器120有效延迟控制信号118并因此延迟整流器106打开LED的时刻,从而允许电感器电流IL增加并减少输出电容器114的放电。 

注意,打开LED 116中的延迟可以只是几微秒,当调光频率在比较时相对较慢(比如约200Hz到约1kHz),其可以是无关重要的。 还要注意,此手段在调光周期的全范围上是非常可靠的。另外,注意,减少输出电容器114的电容在正常情况下会影响系统100的瞬态和稳定状态响应两者。然而,此处,减少输出电容器114的电容只会显著影响系统100的稳定状态响应。瞬态状态过程中的电压降可被减小或最小化,从而导致较小的电压负尖锋。结果是,电力供应102的额定输出电压可被设定得更低,可以获得更高的效率,并可以使用更小或更便宜的输出电容器114。 

尽管上面的描述已将控制器120描述为确定ILED/(1-d)的值,这不需要是该情况。例如,控制器120可以响应于PWM调光控制信号118中的脉冲而使得电力供应102开始增加电感器电流IL,然后在固定或可变延迟后控制器120可提供PWM调光控制信号118至整流器106。固定延迟代表基于预计的VIN和VOUT值估算的短延期。可变延迟可以基于任何其它特征。 

控制器120包括用于控制驱动系统以减少或最小化电力供应的输出电压中的尖脉冲的任何合适的结构。例如,控制器120可以代表微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。 

在图1中所示的示例中,由电力供应102驱动的负载包括LED116和整流器106。而且,声频噪声也通过延迟整流器106的控制信号118而被减小或最小化,其(从电力供应102的角度)有效延迟负载变化,直到电感器电流IL增加。然而,允许电感器电流IL增加的这种延迟负载变化的技术可与任何合适的负载一起使用而不限于仅与LED一起使用。而且,尽管在此处使用延迟整流器106的控制信号118而延迟负载变化,然而任何合适技术可用于延迟负载变化。另外,上面的描述已描述了如何延迟负载变化以允许电感器电流IL增加。为了允许电感器电流IL减小(比如当LED 116被关闭时),控 制器120可以停止开关110的开关以允许LED电流I在关闭LED 116之前下降到0A。 

尽管图1描绘了具有电感器预充电的驱动系统100的一个示例,然而可以对图1进行各种改变。例如,系统100可包括任何数量的电力供应、LED、LED串、整流器和控制器。而且,图1中所示的功能划分只是示意性的。图1中的各元件可被结合、进一步细分,或省略的或附加的元件可根据特定需要增加。作为特别示例,尽管图1中显示了升压转变器,电力供应102可以使用(implement)其它开关变换器。作为另一特别示例,控制器120可被结合入整流器106或电力供应102中。尽管图2描绘了与图1的LED驱动系统100相关联的波形202-208的示例,然而可以对图2进行各种改变。例如,图2仅仅描绘了可能出现在驱动系统100中的波形。在驱动系统100的工作过程中,波形202-208代表的信号可以变化并具有其它特征。 

图3描绘了根据此披露,使用电感器预充电驱动LED或其它负载的示例方法300。如图3中所示,在步骤302接收调整负载的控制信号。这可以包括,例如,系统100中的控制器120接收PWM调光控制信号118。当LED 116将要被打开时,控制信号118可被脉冲到高(pulse high)。然而,注意,控制信号可与任何其它负载变化相关联。 

在响应中,在步骤304,操作电力供应以开始改变电感器电流。这可包括例如控制器120产生用于控制开关110的门驱动信号。门驱动信号可以使得开关110打开和关闭以开始产生必要的输出电压VOUT,这增加了电感器电流IL。 

控制信号到负载的输送在步骤306被改变。这可包括例如控制器120在发送PWM调光控制信号118中的脉冲至整流器106之前等待 电感器电流IL增加到一定门限值。门限值可以适应性地确定。例如,每次LED驱动系统100接收到PWM调光控制信号118的新数值,控制器120都可测量输入和输出电压VIN和VOUT,然后确定保持输出电压VOUT所需的工作周期d。工作周期d可用于针对PWM调光控制信号118的新数值计算ILED/(1-d)的值。下次PWM调光控制信号118的值被接收时,控制器120可索取(retrieve)计算出的门限值ILED/(1-d)。 

在步骤308,控制信号被提供至该负载,且在步骤310,操作该系统以提供流过该负载的电流。这可包括例如控制器120提供PWM调光控制信号118中的高脉冲至整流器106。然后整流器106可工作以允许LED电流I流经LED 116,从而打开LED 116。然而,LED 116在该延迟后被打开,这允许电感器电流IL增加而不对输出电容器114进行显著放电。这有助于避免否则可能在输出电容器114中形成声频噪声的大的电压尖脉冲。 

尽管图3描绘了用于使用电感器预充电驱动LED的方法300的示例,然而可以对图3进行各种改变。例如,尽管显示为一连串的步骤,然而图3中的各步骤可重叠、并行进行、以不同顺序进行或在多个时刻进行。作为特定示例,当LED 116被打开时控制器120可延迟控制信号118以允许电感器电流IL增加。控制器120还可进行步骤以在关闭LED 116之前允许电感器电流IL减小。在任一情况中,控制器120调整控制信号118到整流器106的输送以减小或最小化输出电容器114中的电压尖脉冲。 

阐明此专利文献中使用的某些词汇和短语的定义是有利的。术语“耦合”及其派生词指的是两个或多个元件之间任何直接或间接的联通,无论那些元件是否彼此实际接触。术语“包括”和“包含”及其派生词意味着包括而不限于。术语“或”是包括性的,意味着和/或。短语“与......相关联”和“与其相关联”及其派生词可意味 着包括、被包括于、与其互联、容纳、容纳于、连接至或与其连接、耦合于或与其耦合、与其可通信、与其协作、交错、并置、逼近于、固定于或与其固定、具有、具有其属性、相关于或与其具有关系之类。 

尽管此披露已描述了某些实施方式及大致相关方法,然而对这些实施方式和方法的变更和置换对本领域技术人员而言显而易见。相应地,示例性实施方式的上述描述不限定或约束本发明。其它变化、替代或变更也是可能的而不违背如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。 

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1、(10)申请公布号 CN 102264180 A (43)申请公布日 2011.11.30 CN 102264180 A *CN102264180A* (21)申请号 201110137756.7 (22)申请日 2011.05.25 12/800,875 2010.05.25 US H05B 37/02(2006.01) (71)申请人 国家半导体公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 里克金王 兹考曼 (74)专利代理机构 上海胜康律师事务所 31263 代理人 周文强 李献忠 (54) 发明名称 用于具有 PWM 调光控制的 LED 系统或其它负 载的具有电感器预充电的驱动系统 (。

2、57) 摘要 一种方法, 包括接收与负载相关联的控制信 号, 其中所述控制信号导致从开关模式电力供应 的角度的负载变化。所述方法还包括使得所述电 力供应响应于所述控制信号而调整流过所述电力 供应的电感器的电流。所述方法进一步包括延 迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时 间, 其中流过所述电感器的所述电流在所述延迟 过程中增加。所述控制信号可以包括打开一个或 更多 LED 的请求。所述负载可包括整流器。所述 方法可进一步包括在所述延迟后提供所述请求至 所述整流器, 比如在流过所述电感器的所述电流 达到规定水平后。耦合于所述电力供应的输出的 电容器中的电压尖脉冲和声频噪声可被最小化。 (30。

3、)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 CN 102264186 A1/2 页 2 1. 一种方法, 包含 : 接收与负载相关联的控制信号, 所述控制信号使得从开关模式电力供应的角度的负载 变化 ; 使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过所述电力供应的电感器的电流 ; 以 及 延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时间, 其中流过所述电感器的所述电 流在所述延迟过程中增加。 2. 根据权利要求 1 所述的方法, 其中 : 所述控制信号包含打开一个或更多发光二极管 (LED) 的。

4、请求 ; 所述负载包含整流器 ; 以及 所述方法进一步包含在所述延迟后提供所述请求至所述整流器。 3. 根据权利要求 2 所述的方法, 其中在所述延迟后提供所述请求至所述整流器包含 : 等到流过所述电感器的所述电流达到规定水平才提供所述请求至所述整流器。 4. 根据权利要求 3 所述的方法, 其中所述规定水平基于所述电力供应的至少一个参 数。 5. 根据权利要求 4 所述的方法, 进一步包含 : 适应性地确定所述电流的所述规定水平。 6. 根据权利要求 2 所述的方法, 其中 : 接收打开所述一个或更多LED的所述请求包含接收脉冲宽度调制(PWM)控制信号中的 脉冲 ; 以及 在所述延迟后提供。

5、所述请求至所述整流器包含延迟所述 PWM 控制信号中的所述脉冲 并提供延迟后的脉冲至所述整流器。 7. 根据权利要求 1 所述的方法, 其中 : 所述控制信号包含关闭一个或更多发光二极管 (LED) 的请求 ; 所述负载包含整流器 ; 以及 所述方法进一步包含在所述延迟后提供所述请求至所述整流器。 8. 根据权利要求 1 所述的方法, 进一步包含以下至少一项 : 最小化耦合于所述电力供应的输出的电容器中的电压尖脉冲 ; 以及 最小化来自所述电容器的声频噪声。 9. 一种装置, 包含 : 控制器, 所述控制器被配置为 : 接收与负载相关联的控制信号, 所述控制信号使得从开关模式电力供应的角度的负。

6、载 变化 ; 使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过所述电力供应的电感器的电流 ; 以 及 延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时间, 以允许流过所述电感器的所述 电流在所述延迟过程中增加。 10. 根据权利要求 9 所述的装置, 其中 : 所述控制信号包含打开一个或更多发光二极管 (LED) 的请求 ; 权 利 要 求 书 CN 102264180 A CN 102264186 A2/2 页 3 所述负载包含整流器 ; 以及 所述控制器被配置为在所述延迟后提供所述请求至所述整流器。 11. 根据权利要求 10 所述的装置, 其中所述控制器被配置为等到流过所述电感器的所 述电流达到。

7、规定水平才提供所述请求至所述整流器。 12. 根据权利要求 11 所述的装置, 其中所述控制器被配置为根据所述电力供应的至少 一个参数适应性地确定所述规定水平。 13. 根据权利要求 10 所述的装置, 其中 : 所述控制器被配置为通过接收脉冲宽度调制 (PWM) 控制信号中的脉冲而接收打开所 述一个或更多 LED 的所述请求 ; 以及 所述控制器被配置为延迟所述脉冲宽度调制控制信号中的所述脉冲并提供延迟后的 脉冲至所述整流器。 14. 根据权利要求 9 所述的装置, 其中所述控制器被配置为最小化耦合于所述电力供 应的输出的电容器的电压尖脉冲并最小化来自所述电容器的声频噪声。 15. 一种系统。

8、, 包含 : 一个或更多发光二极管 (LED) ; 开关模式电力供应, 所述电力供应被配置为为所述一个或更多 LED 产生整流后的电 压, 所述电力供应包含电感器 ; 整流器, 所述整流器被配置为控制流过所述一个或更多 LED 的电流, 所述电流基于所 述整流后的电压 ; 以及 控制器, 所述控制器被配置为 (i) 接收打开所述一个或更多 LED 的请求 ; (ii) 使得 所述电力供应在延迟时间段过程中响应于所述请求而增加流过所述电感器的电流, 以及 (iii) 使得所述整流器在所述延迟时间段后响应于所述请求而打开所述一个或更多 LED。 16. 根据权利要求 15 所述的系统, 其中所述控。

9、制器被配置为等到流过所述电感器的所 述电流达到规定水平才提供控制信号至所述整流器。 17. 根据权利要求 16 所述的系统, 其中所述控制器被配置为最小化电压尖脉冲以及最 小化耦合于所述电力供应的输出的电容器中的声频噪声。 18. 根据权利要求 16 所述的系统, 其中所述控制器被配置为根据所述电力供应的至少 一个参数适应性地确定所述规定水平。 19. 根据权利要求 15 所述的系统, 其中 : 所述控制器被配置为通过接收脉冲宽度调制 (PWM) 控制信号中的脉冲而接收打开所 述一个或更多 LED 的所述请求 ; 以及 所述控制器被配置为延迟所述脉冲宽度调制控制信号中的所述脉冲并提供延迟后的 。

10、脉冲至所述整流器。 20. 根据权利要求 15 所述的系统, 其中所述开关模式电力供应包含升压变换器。 权 利 要 求 书 CN 102264180 A CN 102264186 A1/5 页 4 用于具有 PWM 调光控制的 LED 系统或其它负载的具有电感 器预充电的驱动系统 技术领域 0001 本披露大体针对驱动系统。 更具体地说, 本披露涉及用于具有脉冲宽度调制(PWM) 调光 (dimming) 控制的发光二极管 (LED) 系统或其它负载的电感器预充电。 背景技术 0002 许多系统使用发光二极管 (LED) 产生光。这些系统经常包括 LED 控制器, 该 LED 控制器控制流过一。

11、个或更多LED的电流, 从而控制LED的亮度。 LED驱动器还能接收用于控 制 LED 的调光的脉冲宽度调制 (PWM) 信号。 0003 许多LED驱动器使用陶瓷电容器过滤电力供应(power supply)产生的输出电压。 然而, PWM 调光能在电力供应的输出电压中产生电压尖脉冲 (spike)。当使用陶瓷电容器 时, 这些电压尖脉冲可能在该陶瓷电容器中产生声频噪声。传统系统经常试图使用前馈控 制回路 ( 其具有可靠性问题 ) 或快速瞬态控制器 ( 其仍可能产生声频噪声 ) 解决此问题。 发明内容 0004 为解决上述问题及其它问题, 根据本发明的一个实施方式, 提供一种方法。该方 法包。

12、含 : 接收与负载相关联的控制信号, 所述控 制信号使得从开关模式电力供应的角度的 负载变化 ; 使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过所述电力供应的电感器的电 流 ; 以及延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时间, 其中流过所述电感器的所 述电流在所述延迟过程中增加。 0005 根据本发明的另一个实施方式, 提供一种装置。该装置包含控制器。该控制器被 配置为 : 接收与负载相关联的控制信号, 所述控制信号使得从开关模式电力供应的角度的 负载变化 ; 使得所述电力供应响应于所述控制信号而调整流过所述电力供应的电感器的电 流 ; 以及延迟所述控制信号的输送以延迟所述负载变化的时间, 。

13、以允许流过所述电感器的 所述电流在所述延迟过程中增加。 0006 根据本发明的又一个实施方式, 提供一种系统。该系统包含 : 一个或更多发光二 极管 (LED) ; 开关模式电力供应, 所述电力供应被配置为为所述一个或更多 LED 产生整流后 的电压, 所述电力供应包含电感器 ; 整流器, 所述整流器被配置为控制流过所述一个或更多 LED 的电流, 所述电流基于所述整流后的电压 ; 以及控制器, 所述控制器被配置为 (i) 接收 打开所述一个或更多 LED 的请求 ; (ii) 使得所述电力供应在延迟时间段过程中响应于所述 请求而增加流过所述电感器的电流, 以及 (iii) 使得所述整流器在所。

14、述延迟时间段后响应 于所述请求而打开所述一个或更多 LED。 附图说明 0007 为了更完整地理解本披露及其特征, 现在结合附图, 参考下面的描述, 在附图中 : 0008 图 1 描绘了根据本披露, 用于发光二极管 (LED) 或其它负载的具有电感器预充电 说 明 书 CN 102264180 A CN 102264186 A2/5 页 5 的示例驱动系统 ; 0009 图 2 描绘了根据本披露, 与图 1 的驱动系统相关联的示例波形 ; 0010 图3描绘了根据此披露, 用于使用电感器预充电驱动LED或其它负载的示例方法。 具体实施方式 0011 下面讨论的图1到图3和本专利文献中用于描述。

15、本发明的原理的各实施方式仅仅 是示意性的, 不应当以任何方式被解释为限制本发明的范围。 本领域的技术人员将会理解, 本发明的原理可以任何类型的适当布置的装置或系统实现。 0012 图 1 描绘了根据本披露, 用于发光二极管 (LED) 或其它负载的具有电感器预充电 的示例驱动系统100。 在此示例中, 驱动系统100包括开关模式的电力供应102和由一个或 更多 LED 串 104a-104n 和整流器 106 形成的负载。电力供应 102 通常接收输入电压 VIN并 产生整流后的 (regulated) 输出电压 VOUT。电力供应 102 包括用于产生整流后的输出电压 的任何合适的结构, 比。

16、如降压 (buck)、 升压 (boost)、 降压 - 升压 (buck-boost)、 SEPIC 或反 激变换器。输入电压 VIN可由任何合适的源 ( 比如电池 ) 提供。 0013 在此示例中, 电力供应 102 代表产生比输入电压 VIN大的输出电压 VOUT的升压 (boost) 变换器。在此特定实现中, 电力供应 102 包括耦合于开关 110 和二极管 112 的电感 器 108, 二极管 112 耦合于输出电容器 114。电感器 108 包括具有任何合适的电感的、 任何 合适的电感式结构。开关 110 代表任何合适的开关装置, 比如功率晶体管。二极管 112 代 表用于基本限。

17、制电流流向一个方向的任何合适的结构。注意, 二极管 112 可以被允许双向 电流的开关取代。输出电容器 114 包括具有任何合适电容的、 任何合适的电容式结构, 比如 陶 瓷电容器。电力供应 102 通常通过使用门驱动信号打开和关闭开关 110 而工作, 其中门 驱动信号的工作周期可被调整以提供期望的输出电压 VOUT。 0014 每个 LED 串 104a-104n 包括一个或更多个 LED 116。每个 LED116 包括用于产生 光的任何合适的半导体结构。在此示例中, LED116 串联耦合以形成串, 且多个串 104a-104n 并联耦合。然而, 可以使用涉及 LED 116 的串联和。

18、 / 或并联连接的任何其它配置。 0015 整流器 106 整流流过 LED 116 的电流 I。在一些实施方式中, 整流器 106 整流该电 流以确保等量电流流过每个串104a-104n(尽管不需要使用相等的电流)。 整流器106包括 用于整流流过一个或更多 LED 的电流的任何合适的结构, 比如线性整流器。 0016 在此示例中, 整流器106支持使用脉冲宽度调制(PWM)调光控制。 PWM调光控制信 号 118 可用于调整 LED 116 的亮度。例如, 整流器 106 可以开关流过 LED 116 的电流, 调整 流过 LED 116 的平均电流 ( 并因此调整 LED 的亮度 )。这。

19、是基于 PWM 控制信号 118 的工作 周期完成的。 0017 LED 116 的亮度的变化有效地作为对电力供应 102 的负载的变化而出现。因此电 压尖脉冲会出现在电力供应102的输出电压VOUT中。 这些电压尖脉冲可以在输出电容器114 中产生声频噪声 (audible noise)。当使用陶瓷输出电容器 114 时, 这个问题特别值得注 意。 0018 声频噪声可能是由于开关模式电力供应 102 的瞬态状态产生的。当 LED 116 关闭 时流过电感器 108 的电流 IL可以近乎是 0A, 而当 LED 116 打开时流过电感器 108 的电流 IL 要高得多。当电感器电流 IL从约。

20、 0A 快速增加到稳定状态值 ILED时瞬态状态出现。在瞬态 说 明 书 CN 102264180 A CN 102264186 A3/5 页 6 状态过 程中, 至少部分 LED 电流 I 是通过对输出电容器 114 放电提供的。这导致输出电容 器 114 中大量电压尖脉冲的产生, 从而带来声频噪声。 0019 根据此披露, 通过减少或最小化电力供应 102 的瞬态状态过程中输出电容器 114 的放电, 驱动系统 100 能够减少或最小化在输出电容器 114 中产生的声频噪声。例如, 这可 以通过延迟 LED 被打开的时间完成, 延迟 LED 被打开的时间延迟了 LED 电流 I 的增加。这。

21、 允许电感器电流 IL增加而不需要输出电容器 114 的很多 ( 如果有的话 ) 放电, 从而减小或 消除声频噪声。图 2 中显示了此操作的示例细节。 0020 图 2 描绘了根据此披露, 与图 1 的驱动系统 100 相关联的示例波形 200。在图 2 中, 波形 202 代表 PWM 调光控制信号 118, 而波形 204 代表 LED 电流 I。而且, 波形 206 代表 电感器电流 IL, 而波形 208 代表电容器 114 两端的电压。 0021 如图 2 中所示, 波形 202 在时刻 t1走高。正常情况下, 这会打开 LED 116, 使得 LED 电流I立刻增加。 然而, 在此。

22、情况中, 驱动系统100提供短的延迟并在时刻t2打开LED 116, 而不是立即打开LED116。 在时刻t2, LED电流I快速增加到稳定状态水平ILED并使得LED116 产生光。 0022 打开 LED 116 中的延迟可大致或精确对应于开关模式电力供应 102 的瞬态状态。 在瞬态状态过程中, 电感器电流II从约0A快速增加到近似或处于稳定状态值, 其在理想情 况下被标示为ILED/(1-d)(注意, 功率损失可能影响此表达式)。 在该瞬态状态过程中, 输出 电容器 114 稍微放电, 然而不像 LED 116 在时刻 t1被打开时那么多。结果是, 输出电容器 114 的放电可被减小或。

23、最小化, 这也会减小输出电容器的电压中电压尖脉冲的严重程度。 0023 在该瞬态状态后, 开关模式电力供应102进入稳定状态, 在稳定状态电感器电流IL 在理想情况下在值 ILED/(1-d) 左右脉动。在此时间过程中, 输出电容器 114 上的电压也会 在某个点周围脉动, 但是这些脉动很小且频率很高并因此带来很少或没有声频噪声。 0024 用这种方式, 驱动系统100可减少输出电压VOUT中电压尖脉冲的数量和/或严重程 度。因为这些电压尖脉冲与输出电容器 114 中的声频噪声有关, 这可以减少甚至消除输出 电容器 114 引起的声频噪声。例如, 当陶瓷电容器被用作输出电容器 114 时, 这。

24、特别有用。 0025 在一些实施方式中, ILED的值经常是提前知道的, 而 LED/(1-d) 中 d 的值经常是输 入和输出电压 VIN和 VOUT和 / 或电力供应的参数的函数。输入和输出电压 VIN和 VOUT通常可 以在线测量, 意味着 ILED/(1-d) 的值经常是系统 100 中自适应决定的。 0026 为了支撑打开 LED 116 之后的延迟, 驱动系统 100 包括控制器 120。控制器 120 可 以执行各种选项以帮助减少或最小化开关模式电力供应 102 的瞬态状态过程中输出电容 器 114 的放电。例如, 控制器 120 可以测量输入和输出电压并计算 ILED/(1-d。

25、) 的值。控制器 120 还可以接收控制信号 118。响应于检测到控制信号 118 走高 ( 如图 2 中 ), 控制器 120 可以使得电力供应 102 开始增加电感器电流 IL。一旦电感器电流 IL达到阈值点 ( 比如稳 定状态值 ILED/(1-d), 控制器 120 可以在控制信号 118 中提供高脉冲至整流器 106。这使 得整流器 106 打开 LED 116。控制器 120 有效延迟控制信号 118 并因此延迟整流器 106 打 开 LED 的时刻, 从而允许电感器电流 IL增加并减少输出电容器 114 的放电。 0027 注意, 打开LED 116中的延迟可以只是几微秒, 当调。

26、光频率在比较时相对较慢(比 如约 200Hz 到约 1kHz), 其可以是无关重要的。 还要注意, 此手段在调光周期的全范围上 是非常可靠的。另外, 注意, 减少输出电容器 114 的电容在正常情况下会影响系统 100 的瞬 说 明 书 CN 102264180 A CN 102264186 A4/5 页 7 态和稳定状态响应两者。然而, 此处, 减少输出电容器 114 的电容只会显著影响系统 100 的 稳定状态响应。 瞬态状态过程中的电压降可被减小或最小化, 从而导致较小的电压负尖锋。 结果是, 电力供应 102 的额定输出电压可被设定得更低, 可以获得更高的效率, 并可以使用 更小或更便。

27、宜的输出电容器 114。 0028 尽管上面的描述已将控制器 120 描述为确定 ILED/(1-d) 的值, 这不需要是该情况。 例如, 控制器 120 可以响应于 PWM 调光控制信号 118 中的脉冲而使得电力供应 102 开始增 加电感器电流 IL, 然后在固定或可变延迟后控制器 120 可提供 PWM 调光控制信号 118 至整 流器 106。固定延迟代表基于预计的 VIN和 VOUT值估算的短延期。可变延迟可以基于任何其 它特征。 0029 控制器 120 包括用于控制驱动系统以减少或最小化电力供应的输出电压中的尖 脉冲的任何合适的结构。例如, 控制器 120 可以代表微处理器、 。

28、微控制器、 数字信号处理器、 现场可编程门阵列或专用集成电路。 0030 在图 1 中所示的示例中, 由电力供应 102 驱动的负载包括 LED116 和整流器 106。 而且, 声频噪声也通过延迟整流器 106 的控制信号 118 而被减小或最小化, 其 ( 从电力供应 102 的角度 ) 有效延迟负载变化, 直到电感器电流 IL增加。然而, 允许电感器电流 IL增加 的这种延迟负载变化的技术可与任何合适的负载一起使用而不限于仅与 LED 一起使用。而 且, 尽管在此处使用延迟整流器106的控制信号118而延迟负载变化, 然而任何合适技术可 用于延迟负载变化。另外, 上面的描述已描述了如何延。

29、迟负载变化以允许电感器电流 IL增 加。为了允许电感器电流 IL减小 ( 比如当 LED 116 被关闭时 ), 控 制器 120 可以停止开关 110 的开关以允许 LED 电流 I 在关闭 LED 116 之前下降到 0A。 0031 尽管图 1 描绘了具有电感器预充电的驱动系统 100 的一个示例, 然而可以对图 1 进行各种改变。例如, 系统 100 可包括任何数量的电力供应、 LED、 LED 串、 整流器和控制器。 而且, 图 1 中所示的功能划分只是示意性的。图 1 中的各元件可被结合、 进一步细分, 或省 略的或附加的元件可根据特定需要增加。作为特别示例, 尽管图 1 中显示了。

30、升压转变器, 电 力供应 102 可以使用 (implement) 其它开关变换器。作为另一特别示例, 控制器 120 可被 结合入整流器 106 或电力供应 102 中。尽管图 2 描绘了与图 1 的 LED 驱动系统 100 相关联 的波形 202-208 的示例, 然而可以对图 2 进行各种改变。例如, 图 2 仅仅描绘了可能出现在 驱动系统 100 中的波形。在驱动系统 100 的工作过程中, 波形 202-208 代表的信号可以变 化并具有其它特征。 0032 图 3 描绘了根据此披露, 使用电感器预充电驱动 LED 或其它负载的示例方法 300。 如图 3 中所示, 在步骤 302。

31、 接收调整负载的控制信号。这可以包括, 例如, 系统 100 中的控 制器 120 接收 PWM 调光控制信号 118。当 LED 116 将要被打开时, 控制信号 118 可被脉冲到 高 (pulse high)。然而, 注意, 控制信号可与任何其它负载变化相关联。 0033 在响应中, 在步骤 304, 操作电力供应以开始改变电感器电流。这可包括例如控制 器 120 产生用于控制开关 110 的门驱动信号。门驱动信号可以使得开关 110 打开和关闭以 开始产生必要的输出电压 VOUT, 这增加了电感器电流 IL。 0034 控制信号到负载的输送在步骤 306 被改变。这可包括例如控制器 1。

32、20 在发送 PWM 调光控制信号 118 中的脉冲至整流器 106 之前等待 电感器电流 IL增加到一定门限值。门 限值可以适应性地确定。例如, 每次 LED 驱动系统 100 接收到 PWM 调光控制信号 118 的新 说 明 书 CN 102264180 A CN 102264186 A5/5 页 8 数值, 控制器 120 都可测量输入和输出电压 VIN和 VOUT, 然后确定保持输出电压 VOUT所需的工 作周期 d。工作周期 d 可用于针对 PWM 调光控制信号 118 的新数值计算 ILED/(1-d) 的值。 下次 PWM 调光控制信号 118 的值被接收时, 控制器 120 。

33、可索取 (retrieve) 计算出的门限值 ILED/(1-d)。 0035 在步骤 308, 控制信号被提供至该负载, 且在步骤 310, 操作该系统以提供流过该 负载的电流。这可包括例如控制器 120 提供 PWM 调光控制信号 118 中的高脉冲至整流器 106。然后整流器 106 可工作以允许 LED 电流 I 流经 LED 116, 从而打开 LED 116。然而, LED 116 在该延迟后被打开, 这允许电感器电流 IL增加而不对输出电容器 114 进行显著放 电。这有助于避免否则可能在输出电容器 114 中形成声频噪声的大的电压尖脉冲。 0036 尽管图 3 描绘了用于使用电。

34、感器预充电驱动 LED 的方法 300 的示例, 然而可以对 图 3 进行各种改变。例如, 尽管显示为一连串的步骤, 然而图 3 中的各步骤可重叠、 并行进 行、 以不同顺序进行或在多个时刻进行。作为特定示例, 当 LED 116 被打开时控制器 120 可 延迟控制信号 118 以允许电感器电流 IL增加。控制器 120 还可进行步骤以在关闭 LED 116 之前允许电感器电流 IL减小。在任一情况中, 控制器 120 调整控制信号 118 到整流器 106 的输送以减小或最小化输出电容器 114 中的电压尖脉冲。 0037 阐明此专利文献中使用的某些词汇和短语的定义是有利的。 术语 “耦合。

35、” 及其派生 词指的是两个或多个元件之间任何直接或间接的联通, 无论那些元件是否彼此实际接触。 术语 “包括” 和 “包含” 及其派生词意味着包括而不限于。术语 “或” 是包括性的, 意味着和 / 或。短语 “与 相关联” 和 “与其相关联” 及其派生词可意味 着包括、 被包括于、 与其 互联、 容纳、 容纳于、 连接至或与其连接、 耦合于或与其耦合、 与其可通信、 与其协作、 交错、 并置、 逼近于、 固定于或与其固定、 具有、 具有其属性、 相关于或与其具有关系之类。 0038 尽管此披露已描述了某些实施方式及大致相关方法, 然而对这些实施方式和方法 的变更和置换对本领域技术人员而言显而易见。相应地, 示例性实施方式的上述描述不限 定或约束本发明。其它变化、 替代或变更也是可能的而不违背如所附权利要求限定的本发 明的精神和范围。 说 明 书 CN 102264180 A CN 102264186 A1/3 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 102264180 A CN 102264186 A2/3 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 102264180 A CN 102264186 A3/3 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 102264180 A 。

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