用于无闪烁led驱动器的线路波纹补偿的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及电源，并且更具体地，涉及用于电源的控制电路。
【背景技术】
[0002]LED照明由于该技术提供的许多优点已经在行业中变得普及。例如，与其他照明技术一一诸如紧凑型荧光灯(CFL)或白炽灯照明技术一一相比，LED灯通常具有较长的寿命、引起较小危险并且提供增加的视觉感染力。LED照明提供的优点已经使得LED被纳入各种照明技术、电视、显示屏和其他应用中。
[0003]通常期望实施具有调光功能的LED灯以提供可变的光输出。用于模拟LED调光的一种已知技术是通过前沿或后沿控制的相角调光。在一个已知实例中，可以使用通过将交流(ac)电的每个半循环的开始延迟而运行的三端双向可控硅(Triac)电路，这种运行方式已知为“相位控制”。通过延迟每个半循环的开始，递送至负载(例如，灯)的功率的量减少，在灯的光输出中产生调光效果。在大部分应用中，每个半循环的开始中的延迟是人眼察觉不到的，这是因为相位受控的线路电压中的变化和递送至灯的功率中的变化发生得非常快。例如，三端双向可控硅调光电路在用于对白炽灯泡调光时工作特别好，这是由于具有变化的交流线路电压的相角中的变化对于这些类型的灯泡是不重要的。然而，当三端双向可控硅电路被用于对LED灯进行调光时，可观察到闪变。
[0004]LED灯中的闪变会发生是因为这些设备通常由具有稳压电源的LED驱动器驱动，该稳压电源从交流功率线路向LED灯提供经调节的电流和电压。除非驱动LED灯的稳压电源被设计为以合意的方式识别并响应于来自三端双向可控硅调光电路的电压信号，否则三端双向可控硅调光电路很可能会产生不理想的结果，诸如LED灯中的有限调光范围、闪变、闪烁、闪动和/或色移。
[0005]对于LED灯使用三端双向可控硅开关电路的这些不理想结果的一些原因是部分由于三端双向可控硅开关自身的特性。例如，三端双向可控硅开关是表现为受控的交流开关的半导体部件。因此，三端双向可控硅开关对于交流电压表现为断开的开关，直到它在控制端子处接收到一个触发信号，该触发信号导致开关闭合。然而，许多三端双向可控硅开关调光电路包括循环之间相角和传导角中的固有失衡。相角和传导角在连续的循环中的这些变化可以导致功率转换器的输入处的电压幅度变化以及输出处的输出电流变化(即，波纹)。输出电流波纹可以呈现为LED负载中的光波动和闪烁。
【附图说明】
[0006]参考以下附图描述本公开内容的非限制性且非穷举性的实施方案，其中在各个视图中相同的参考数字指示相同的部分。
[0007]图1是包括一个具有线路波纹补偿单元的控制器的一个示例功率转换器的框图。
[0008]图2A例示了在禁用线路波纹补偿单元的情况下的一个功率转换器的输出电流信号和输入电压信号。
[0009]图2B例示了在使能线路波纹补偿单元的情况下的一个功率转换器的输出电流信号和输入电压信号。
[0010]图3是具有一个LED负载、一个切换调节器和一个具有线路波纹补偿控制单元的控制器的设备的示意图。
[0011]图4A是一个具有线路波纹补偿单元的控制器的框图。
[0012]图4B是一个频率调制器的功能框图。
[0013]图4C进一步例示一个频率调制器的逻辑部件。
[0014]图5A是例示了检测和使能线路波纹补偿的过程的流程图。
[0015]图5B是例示了控制和改变切换频率以补偿线路波纹的过程的流程图。
[0016]图6A-6C例示了输入电压信号、具有波纹补偿和不具有波纹补偿时的输入电流信号，以及具有波纹补偿和不具有波纹补偿时的输出电流信号。
[0017]在附图的所有多个视图中，对应的参考字符可以指示对应的部件。技术人员应理解，图中的元件是为了简化和清楚的目的而示出的，并且未必按比例绘制。为了便于更好地理解各种实施方案，通常未描绘在商业可行的实施方案中有用或必需的那些常见但是众所周知的元件。
【具体实施方式】
[0018]在下文的描述中，阐明了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将明了，实施本发明无需采用这些具体细节。在其他情况下，为了避免使本发明模糊，没有详细描述众所周知的材料或方法。
[0019]在此说明书全文中提到的“ 一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指，关于该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在该说明书全文中多个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。再者，所述具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合结合。具体特征、结构或特性可被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件内。
[0020]图1是包括具有线路波纹补偿单元的控制器150的一个示例功率转换器100的框图。在所例示的实施例中，功率转换器100是用于提供电力至负载175 (例如，LED负载178)的一个LED驱动器。功率转换器100包括一个切换调节器140和一个调光器电路104 (其在一个实施例中可以是三端双向可控硅开关调光器)。如所示出的，调光器电路104被耦合以在功率转换器100的输入处接收全正弦(S卩，随时间变化的)波形102 (ac线路信号Vac)。调光器电路104可以通过延迟输入ac线路信号VAe的每个半循环的开始(前沿控制)或通过切除输入ac线路信号VAe的每个半循环的末尾部分(后沿控制)来经由易熔保护设备103施加相控电压，以产生相控调光器信号105。通过消除输入ac线路信号VAe 102的每个半循环的一部分，递送给负载175 (例如，LED灯阵列178)的功率的量被减少并且LED的光输出看起来变暗。功率转换器100还可以包括输入整流器电桥110，该输入整流器电桥110被耦合以通过电磁干扰(EMI)滤波器108接收调光器信号105。如在所描绘的实施例中示出的，由整流器电桥110产生的经整流的电压112 (由符号波形115代表)在由调光器电路104控制的每个半线循环中具有一个传导相角。
[0021]经整流的相控电压112通过输入电路系统单元120在切换调节器140的输入端子处提供经整流的输入电压Vin 130。在一个实施例中，输入电路系统单元120可以包括电路和部件/单元，诸如输入感测、电感性和电容性滤波器、分压器、阻尼器和取决于应用的其他需要的或可选的接口电路/部件。功率转换器100可以是一个隔离的或非隔离的转换器，具有相同的或移位的输入/输出参考接地(例如，参考接地101和191可以被直接耦合或相对于彼此移位)。隔离的转换器的非限制性实施例包括反激式转换器和正激式转换器，并且非隔离的转换器的非限制性实施例包括降压转换器、降压-升压转换器和抽头降压转换器。由控制器150控制所述切换调节器140的开关元件141的高频率切换，控制器150基于本发明的教导包括一个线路波纹补偿单元。
[0022]不受或大体上不受输入电路系统120的影响，经整流的电压112被施加到切换调节器140的输入端子130并且还可以被提供到控制器150。在一个实施例中，控制器150可以参考输入接地101 (初级控制)。切换调节器140的经调节的输出在通过一些输出电路单元160之后可以被施加到大容量电容器168两端，然后作为输出电压V。170和输出电流10171被施加至负载175，在一个实施例中，该负载175可以是LED灯阵列178。
[0023]图2A和图2B例示与具有一个三端双向可控硅开关相控调光器的LED驱动器相关联的多种波形。图2A例示了对于未激活线路波纹补偿单元的一个示例LED驱动器而言的输出电流Iciut 221和输入相控经整流的电压Vin 231，而图2B例示了对于激活线路波纹补偿单元的一个示例LED驱动器而言的输出电流Iciut 241和输入相控经整流的电压Vin 251。
[0024]如图2A中示出的，输出电流221包括一个由于半线循环的正弦变化引起的低频率(例如，120Hz)波纹。输出电流还包括由于三端双向可控硅开关调光器电路的固有不对称引起的存在于连续的半线循环212和216中的电压相角(Φ1和Φ3)和传导角(Φ2和Φ4)中的失衡(即，峰值变化)。相角中的这些变化导致输出电流中的电压幅度失衡(变化)。例如，图2A的线图230示出用于前沿三端双向可控硅开关调光器的经整流的相控输入电压Vin 251的若干个线循环，其中三端双向可控硅开关控制相角Φ1和传导角Φ2(Φ1+Φ2 =JO。在第一半线循环212中且在相角Φ 1211期间，三端双向可控硅开关是断开的且因此不传导，而在传导角Φ2213期间，三端双向可控硅开关是导通的且传导。在第二连续的半线循环216中且在相角Φ3215期间，三端双向可控硅开关再次是断开的，而在传导角Φ4217期间，三端双向可控硅开关再次是导通的且传导。由于三端双向可控硅开关在正半线循环和负半线循环中的内在非对称传导，传导角Φ2213和Φ4217可以是不同的，导致连续的半线循环中的峰值差236。也就是说，线图230例示输入电压Vin 231为在第一半线循环212中具有第一峰值232以及在下一个连续的半线循环216中具有第二较低峰值234。如上文提及的，相角和传导角中的此变化是由于三端双向可控硅开关在输入电压的正半线循环相对于负半线循环中的固有不对称引起的，而不是由于三端双向可控硅开关的控制中所接收的改变引起的。换句话说，三端双向可控硅开关的控制端子/信号可以保持恒定，但是会出现连续的半线循环之间的相角和传导角中的变化。
[0025]图2Α中的线图220示出了在未激活波纹补偿特征的情况下的输出电流Iciut221(例如，在图1中的输出端子处的171)的若干个线循环的波形。如上文所描述的，线图220例示了在连续的半循环内输入电压Vin具有峰值差226。线图220例示了输出电流Iciut221除了具有60Hz幅度波动外，还由于半线循环的低频时间变化而具有低频120Hz波纹。如所示出的，输出电流221包括平均峰间波纹值228。所述60Hz幅度波动是在第一半线循环中的第一峰值222与下一个连续的半线循环中的第二较低峰值224之间。输出电流中的波纹是由于半线循环的时间变化(例如，正弦的)以及输入电压峰值差226引起的，这些会导致输出处的LED