用于电源的步进调光电路和驱动器电路的制作方法

本申请要求于2013年8月9日提交的题为“DRIVER FOR SOLID STATE LIGHT SOURCES”的美国临时专利申请No.61/864,319的优先权，该临时申请的整个内容被通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及照明，并且更具体地说，涉及用于固态光源的驱动器。

背景技术：

固态光源（诸如，但不限制于，发光二极管（LED）和其它基于半导体的光源）要求恒定直流（DC）电压或电流以最佳地操作。在操作期间，光源必须被保护以免受线路电压波动的影响。由于固态光源光输出与电流成比例并且对于电流范围是额定的，因此电压的改变可能产生不成比例的电流上的改变，这进而可能引起光输出变化。如果电流超过制造商推荐，则固态光源的输出可以变得更亮，但该输出可能归因于设备内的更高的温度而以更快的速率劣化，这导致更短的有用寿命。

因此，固态光源要求一种把到来的交流（AC）电力转换为恰当的DC电压并且在操作期间对流过光源的电流进行调节的驱动器（又被提及为驱动器电路和/或电源）。驱动器将120V（或其它电压）60Hz AC电力转换为光源所要求的DC电力，并且保护光源免受线路电压波动的影响。

驱动器可以使得能够经由例如预设命令、占据存在性（occupant presence）或其它控制来对固态光源进行调光。具有调光能力的驱动器可以在从百分之一百到百分之零的整个范围上对光输出进行调光。调光驱动器可以通过例如减少前向电流、经由数字控制的脉宽调制（PWM）或更复杂的方法来对固态光源进行调光。大多数调光驱动器使用PWM方法而操作。利用该方法，频率可以为范围从每秒一百次调制到每秒高达几十万次调制，从而固态光源对人眼呈现连续发光而无闪烁。PWM调光方法的好处在于，其使得能够以光源输出的最小色移（color shift）来进行调光。调光不造成效率的损失。在调光期间，固态光源仍以与在完全光输出期间相同的电压和电流被操作。此外，包括固态光源的照明设备的寿命不受调光影响，虽然有时频繁调光的荧光灯的寿命受调光影响。因为调光可以减少光源内部的操作温度，所以对固态光源进行调光反而可能延长它们的有用寿命。

技术实现要素：

实施例提供一种用于固态光源的双电平电流可配置驱动器。用户具有用以经由隔离的外部电阻器来设置输出电流的选项。驱动器可以并且在一些实施例中也被用于当在步进调光模式配置中运行时将固态光源调光到小于完全负载驱动电流,例如但不限制于其完全负载驱动电流的50%。这对于在其中单个硬件版本可以用于要求不同操作电流的多个配置的设计和领域中提供灵活性的有用的。

在实施例中，提供了一种双电平电流可配置驱动器。所述双电平电流可配置驱动器包括：驱动器电路；调节器电路；反馈电路；电阻器分压器，包括上电阻器和下电阻器，所述电阻器分压器确定所述调节器电路所提供的基准电流，其中，所述上电阻器具有连接到电压的第一引线以及连接到所述调节器电路的第一输入的第二引线，并且其中，所述下电阻器具有连接到大地的第一引线以及连接到所述上电阻器的所述第二引线和所述反馈电路的第一输入的第二引线；以及外部电阻器，并联耦接到所述调节器电路的所述第一输入，其中，改变所述外部电阻器的值使得所述基准电流的值改变。

在有关实施例中，所述外部电阻器可以与所述下电阻器并联连接。在另一有关实施例中，所述外部电阻器可以与所述上电阻器并联连接。在又一有关实施例中，所述驱动器电路可以包括恒流恒压（CCCV）调节器。在进一步的有关实施例中，所述双电平电流可配置驱动器可以还包括：步进调光电路，耦接在所述调节器电路与包括一个或更多个固态光源的负载之间。在进一步的有关实施例中，所述步进调光电路可以包括：第一电阻器，串联连接在所述负载与所述调节器电路的第二输入之间；第二电阻器，具有连接到所述调节器电路的所述第二输入的第一端；晶体管，具有连接到所述第二电阻器的第二端的源极、连接到大地的漏极以及连接到前馈光耦合器的输出的栅极，其中，当所述晶体管断开时，所述调节器电路的所述第二输入可以查看到（see）完全感测电压，并且所述驱动器电路可以在输出处提供完全电流，并且其中，当所述晶体管导通时，所述调节器电路的所述第二输入可以查看到所述感测电压的一半，并且可以在输出处提供减少量的电流。在另一进一步的有关实施例中，调节器电路的输出可以将反馈提供给所述驱动器电路的初级侧。

在另一实施例中，提供了一种用于电源的步进调光电路。所述用于电源的步进调光电路包括：反馈电路，耦接到所述电源的输出；驱动器电路，接收所述反馈电路的输出，所述驱动器电路将驱动器信号提供给所述电源的半桥逆变器；步进调光接口，耦接到将电压提供给所述电源的第一交流（AC）输入线路、第二AC输入线路以及中性线路；以及第一前馈电路，耦接到所述步进调光接口，其中，所述第一前馈电路基于所述第一AC输入线路、所述第二AC输入线路和所述中性线路的状态而从所述步进调光接口接收第一信号，并且其中，所述第一前馈电路将第二信号提供给所述反馈电路，所述反馈电路将反馈信号提供给所述驱动器电路，其中，当所述反馈信号处于第一状态下时，所述电源将完全电流提供给负载，并且当所述反馈信号处于第二状态下时，所述电源将小于完全电流提供给所述负载。

在有关实施例中，当所述第一AC输入线路、所述第二AC输入线路和所述中性线路都导通时，所述电源可以将完全电流提供给所述负载。在另一有关实施例中，当所述第一AC输入线路断开，所述第二AC输入线路导通，并且所述中性线路导通时，所述电源可以将第二电流量提供给所述负载，所述第二电流量小于所述完全电流量。在又一有关实施例中，当所述第一AC输入线路导通，所述第二AC输入线路断开，并且所述中性线路导通时，所述电源可以将第二电流量提供给所述负载，所述第二电流量小于所述完全电流量。在再一有关实施例中，当所述第一AC输入线路、所述第二AC输入线路和所述中性线路都断开时，所述电源可以不将电流提供给所述负载。

在再一又一有关实施例中，所述用于电源的步进调光电路可以还包括：第二前馈电路，耦接到所述步进调光接口，其中，所述第二前馈电路可以基于所述第一AC输入线路、所述第二AC输入线路和所述中性线路的状态而从所述步进调光接口接收第一信号，并且其中，所述第二前馈电路可以将第三信号提供给所述反馈电路。在进一步的有关实施例中，当所述第一AC输入线路、所述第二AC输入线路和所述中性都导通时，所述电源可以将完全电流提供给所述负载。在另一进一步的有关实施例中，当所述第一AC输入线路断开，所述第二AC输入线路导通，并且所述中性线路导通时，所述电源可以将第二电流量提供给所述负载，所述第二电流量小于所述完全电流量。在又一进一步的有关实施例中，当所述第一AC输入线路导通，所述第二AC输入线路断开，并且所述中性线路导通时，所述电源可以将第三电流量提供给所述负载，所述第三电流量小于所述第二电流量。在再一进一步的有关实施例中，当所述第一AC输入线路、所述第二AC输入线路和所述中性线路都断开时，所述电源可以不将电流提供给所述负载。

在另一实施例中，提供了一种驱动器电路。所述驱动器电路包括：EMI前端，耦接到到第一交流（AC）线路、第二AC线路和中性线路，所述EMI前端提供被整流的直流（DC）电压；升压PFC电路，耦接到所述EMI前端，所述升压PFC提供升压的电压；逆变器，耦接到所述升压PFC电路；隔离变压器，具有耦接到所述逆变器的初级侧；整流器，耦接到所述隔离变压器的次级侧；输出滤波器，耦接到所述整流器，所述整流器的输出能够驱动负载；反馈电路，耦接到所述负载，并且提供所述驱动器电路的输出；步进调光接口，耦接到第一AC线路、第二AC线路和中性线路；以及第一前馈驱动器，从所述步进调光接口接收输出，并且将信号提供给所述反馈电路。

在有关实施例中，当所述第一AC线路、所述第二AC线路和所述中性线路都导通时，所述驱动器电路可以将完全电流提供给所述负载，并且其中，当所述第一AC线路断开，所述第二AC线路导通，并且所述中性线路导通时，所述驱动器电路可以将第二电流量提供给所述负载，所述第二电流量小于所述完全电流量，并且其中，当所述第一AC线路导通，所述第二AC线路断开，并且所述中性线路导通时，所述驱动器电路可以将第二电流量提供给所述负载，所述第二电流量小于所述完全电流量，并且其中，当所述第一AC线路、所述第二AC输入线路和所述中性线路都断开时，所述驱动器电路可以不将电流提供给所述负载。在另一有关实施例中，所述驱动器电路可以还包括：第二前馈电路，耦接到所述步进调光接口，其中，所述第二前馈电路可以基于所述第一AC线路、所述第二AC线路和所述中性线路的状态而从所述步进调光接口接收第一信号，其中，所述第二前馈电路可以将第三信号提供给所述反馈电路，并且其中，当所述第一AC线路、所述第二AC线路和所述中性线路都导通时，所述驱动器电路可以将完全电流提供给所述负载，其中，当所述第一AC线路断开、所述第二AC线路导通并且所述中性线路导通时，所述驱动器电路可以将第二电流量提供给所述负载，所述第二电流量小于所述完全电流量，其中，当所述第一AC线路导通、所述第二AC线路断开并且所述中性线路导通时，所述驱动器电路可以将第三电流量提供给所述负载，所述第三电流量小于所述第二电流量，并且其中，当所述第一AC线路、所述第二AC线路和所述中性线路都断开时，所述驱动器电路可以不将电流提供给所述负载。

附图说明

如在随附附图中图解的那样，根据在此所公开的特定实施例的以下描述，前述以及在此所公开的其它目的、特征和优点将是明显的，在附图中，相同参考标号贯穿不同视图提及相同部分。附图并不一定按比例，相反重点被放在图解在此公开的原理。

图1描绘根据在此公开的实施例的用于通过外部电阻器的方式设置电源的输出电流的第一电路的示意图。

图2描绘根据在此公开的实施例的用于提供用于电源的步进调光接口的第一电路的示意图。

图3描绘根据在此公开的实施例的用于提供用于电源的步进调光接口的第二电路的示意图。

图4描绘根据在此公开的实施例的用于电源的电流对于电阻的曲线图。

具体实施方式

在此所提出的实施例是以基于电感器电容器电容器（LCC）的谐振转换器拓扑的为基础的。通过LCC槽路（tank）的频率调制来实现电流的调节。参照图1，示出驱动器10的部分。LCC槽路（未示出）的输出提供给隔离变压器T₁的初级侧。隔离变压器T₁用于隔离，并且可以提供步进上升电压、步进下降电压，或以相同电平来反映输入电压。隔离变压器T₁的输出后随整流器，其包括二极管D₁和二极管D₂，整流器后随LC滤波器，其包括电感器L_f和电容器C_f。来自LC滤波器的电流然后提供给LED负载18，LED负载18包括一个或更多个固态光源（不一定限制于发光二级管）。

外部电阻器Rset用于在所指定的电流范围内设置驱动器10的电流。这用于提供单个硬件版本可以用于需要不同操作电流的多个配置的设计和领域方面的灵活性。恒压恒流（CCCV）调节器20具有用于电流回路的可调整基准。在使用“Rset”接口中利用该事实。电阻性分压器确定用于电流的基准。通过电阻器Rupper和Rlower来确定标称值。外部电阻器Rset与电阻器Rlower（或者交替地与电阻器Rupper）并联连接，由此改变电流基准的值。外部电阻器Rset的值由此确定CCCV调节器20所提供的恒定电流。外部电阻器Rset的不同值造成提供给LED负载18的不同电流，由此允许单个电路设计为多种不同情况和/或负载提供各种电流值。

在一些实施例中，图1的电路进一步用于提供步进调光功能。为了利用用于电流减少的“导通”信号，已经修改电流回路中的感测网络。两个相等值电阻器（例如每个为25k欧姆）RS1和RS2跨低值感测电阻器Rsense串联连接。电阻器RS1和RS2的公共点连接CCCV调节器20的反馈管脚（CC-）。电阻器RS1的另一端连接到感测电阻器Rsense，而电阻器RS2的另一端连接到晶体管Qstep的源极。晶体管Qstep的栅极连接到大地，晶体管Qstep的漏极亦然。当晶体管Qstep断开时，CCCV调节器20查看到完全感测电压。当晶体管Qstep导通时，提供通过晶体管Qstep到达大地的路径。当晶体管Qstep导通时，电阻器RS1和RS2充当电压分压器，并且作为反馈，CCCV调节器20仅查看到感测电压的一半。换句话说，对于相同电流基准而言，实际电流当晶体管Qstep导通时比当其断开时加倍。

现参照图2，示出步进调光驱动器100的实施例。步进调光接口的实质功能是：在传送并且利用关于在实际电流控制回路驻留的位置处的次级侧的该信息的同时，基于线路上的选择性输入配置来将输出电流减少一半。输入侧上的步进调光接口通过检测两条热线路之间的差分信号而工作。如果仅连接它们之一，则步进调光接口产生“高”信号。

步进调光驱动器100包括两条交流（AC）输入线路L₁和L₂以及中性线路N。在AC输入线路L₁和L₂都导通并且中性线路N导通的情况下，百分之一百光输出提供给LED负载118（其与图1的LED负载18相似，不一定限制于发光二级管，而在一些实施例中可以并且确实包括任何类型的（多个）固态光源）。如果AC输入线路L₁断开并且AC输入线路L₂导通，则LED负载118提供减少量的光输出（例如百分之五十）。如果AC输入线路L₂断开并且AC输入线路L₁导通，则LED负载118提供减少量的光输出。在AC输入线路L₁和L₂两者都断开并且中性线路N也断开的情况下，LED负载118提供百分之零光输出。

来自AC输入线路L₁和L₂连同中性线路N的AC电压提供给EMI滤波器和前端以及整流器112，整流器112提供被整流的DC电压V_REC。该被整流的DC电压V_REC提供给升压PFC电路114，其输出升压的电压（例如450伏特DC）。该升压的DC电压馈送到逆变器116中，逆变器116包括具有LCC槽路电路的谐振网络。逆变器116的输出然后提供给隔离变压器T₁的初级侧。隔离变压器T₁用于隔离，并且可以提供步进上升电压、步进下降电压，或以相同电平来反映输入电压。

隔离变压器T₁的输出后随包括二极管D₁和D₂的整流器，其后随输出滤波器119。来自输出滤波器119的电流然后提供给LED负载118。所有上述电路被应用专用集成电路（ASIC）122（在此又提及为驱动器电路122）驱动。驱动器电路122包括恒流恒压（CCCV）调节器，并且用于将电流设置为特定值并且将输出电压设置为特定值。驱动器电路122提供用于升压PFC电路114的栅极驱动以及用于逆变器116的栅极驱动。驱动器电路122还提供附加功能，诸如但不限制于保护。

来自变压器T₁的次级侧上的光耦合器120的反馈被使用。光耦合器120提供隔离，并且比附加变压器更便宜。驱动器电路122的恒流恒压调节器用于调制并且通过光耦合器120提供反馈。驱动器电路122在恒定电流模式下正常地操作，并且电压回路出现，以限制异常/故障情况下的输出电压。对于步进调光功能，在一些实施例中，电路100初始地以百分之一百而运行。步进调光接口126在其输入上连接到AC输入线路L₁和L₂以及中性线路N。步进调光接口126将输出提供给前馈光耦合器124。前馈光耦合器124具有连接到反馈光耦合器120的输出。当步进调光接口126确定存在提供调光功能的需要时，前馈光耦合器124将信号提供给反馈光耦合器120，以将电流减少特定量（例如一半）。反馈光耦合器120将添加并联到设置电阻器R_set的另一电阻器（未示出），这将把电流配置为其初始值的百分之五十。驱动器电路122对半桥逆变器116所提供的频率将因此增高。到半桥逆变器116的频率越高，到LED负载118的电流就越低。相应地，当AC输入线路L₁和L₂两者都导通时，步进调光驱动器100以最大电流来操作。当AC输入线路L₁或L₂之一（但非二者都）导通时，步进调光驱动器100以减少的电流（例如百分之五十）来操作。当AC输入线路L₁和L₂都断开时，步进调光驱动器100产生零电流。

现参照图3，示出步进调光电路200的进一步的实施例。在该实施例中，替代一个前馈电路（如图2所示），使用两个前馈电路224和228。输入侧上的步进调光接口226通过检测两条AC输入线路L₁与L₂之间的差分信号而工作，并且取决于哪些AC输入线路L₁和L₂导通而将信号提供给前馈电路224和228。

对于步进调光功能，假设步进调光电路200初始地运行在100%。步进调光接口226连接在AC输入线路L₁和L₂以及中性线路N与第一前馈光耦合器224和第二前馈光耦合器228之间。这两个前馈光耦合器224和228具有连接到反馈电路220的输出。当步进调光接口226确定存在提供调光功能的需要时，前馈光耦合器224和/或226将信号提供给反馈电路220，以将电流减少特定量。反馈电路220将添加到与设置电阻器R_set并联的电阻，这将把电流配置为其初始值的特定百分比。驱动器电路222对半桥逆变器216所提供的频率将增高。到半桥逆变器216的频率越高，到LED负载218（其类似于图2的LED负载118，不一定限制于发光二级管）的电流就越低。相应地，当AC输入线路L₁和L₂两者都导通时，步进调光电路200以最大电流来操作。当AC输入线路L₁导通并且AC输入线路L2断开时，步进调光电路200以减少的电流（例如百分之六十）来操作。当AC输入线路L₁断开并且AC输入线路L2导通时，步进调光电路200以另一减少的电流（例如百分之三十）而操作。当AC输入线路L₁和L₂两者都断开时，步进调光电路200产生零电流。

图4示出曲线图300，其中，水平轴示出用于图2和图3的设置电阻器Rset的值的以千欧姆为单位的电阻，并且垂直轴示出用于驱动器电路的输出的以安培为单位的电流。第一线条302示出取决于Rset电阻的标称电流（完全值）的关系。还示出的是取决于Rset电阻的步进调光电流的关系。步进调光电流通常是用于Rset的各个电阻的标称电流的值的一半。

在此所描述的方法和系统不限制于特定硬件或软件配置，并且可以在很多计算或处理环境中发现可应用性。可以在硬件或软件或硬件和软件的组合中实现方法和系统。可以在一个或更多个计算机程序中实现方法和系统，其中，计算机程序可以理解为包括一条或更多条处理器可执行指令。（多个）计算机程序可以在一个或更多个可编程处理器上执行，并且可以存储在处理器、一个或更多个输入设备和/或一个或更多个输出设备可读的一个或更多个存储介质（包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件）上。处理器因此可以存取一个或更多个输入设备以获得输入数据，并且可以存取一个或更多个输出设备以通信输出数据。输入和/或输出设备可以包括以下中的一个或更多个：随机存取存储器（RAM）、独立盘冗余阵列（RAID）、软盘驱动器、CD、DVD、磁盘、内部硬盘驱动器、外部硬盘驱动器、存储棒或能够由在此所提供的处理器存取的其它存储设备，其中，这样的前述示例并非是穷举的，并且用于图解而非限制。

可以使用一个或更多个高级过程或面向对象的编程语言来实现（多个）计算机程序以与计算机系统进行通信；然而，如果想要的话，则可以通过汇编或机器语言来实现（多个）程序。语言可以被编译或解释。

如在此所提供的那样，（多个）处理器可以因此嵌入在可以在连网环境中独立地或一起地操作的一个或更多个设备中，其中，网络可以包括例如局域网（LAN）、广域网（WAN），和/或可以包括内联网和/或互联网和/或另外的网络。（多个）网络可以是有线或无线或其组合，并且可以使用一个或更多个通信协议来促进不同处理器之间的通信。处理器可以被配置用于分布式处理，并且可以在一些实施例中按需要而利用客户机-服务器模型。相应地，方法和系统可以利用多个处理器和/或处理器设备，并且处理器指令可以在这样的单个或多个处理器/设备当中被划分。

集成有（多个）处理器的（多个）设备或计算机系统可以包括例如（多个）个人计算机、（多个）工作站（例如Sun、HP）、（多个）个人数字助理（（多个）PDA）、（多个）手持设备（诸如（多个）蜂窝电话或（多个）智能电话）、（多个）膝上型设备、（多个）手持计算机或能够集成有可以如在此所提供的那样操作的（多个）处理器的（多个）另外的设备。相应地，在此所提供的设备并非是穷举的，并且被提供用于图解而非限制。

对于‌“微处理器‌”和‌“处理器‌”或‌“所述微处理器‌”以及‌“所述处理器‌”的提及可以理解为包括可以通过单机和/或在（多个）分布式环境中通信的一个或更多个微处理器，并且可以因此被配置为与其它处理器经由有线通信或无线通信来进行通信，其中，这样的一个或更多个处理器可以被配置为在可以是相似或不同的设备的一个或更多个处理器控制的设备上操作。在为了图解而非限制而提供的这样的示例的情况下，使用这样的‌“微处理器‌”或‌“处理器‌”术语因此也可以理解为包括中央处理单元、算术逻辑单元、应用专用集成电路（IC）和/或任务引擎。

此外，除非另外表明，对存储器的提及可以包括一个或更多个处理器可读和可存取存储器元件和/或可以在处理器控制的设备内部、在处理器控制的设备外部并且/或者可以使用各种通信协议经由有线或无线网络来存取的组件，并且除非另外表明，可以被布置为包括外部存储器设备和内部存储器设备的组合，其中，这样的存储器可以是相邻的和/或基于应用而分隔。相应地，对数据库的提及可以理解为包括一个或更多个存储器关联，其中，这样的提及可以包括商业上可获得数据库产品（例如SQL、Informix、Oracle）并且还有私有数据库，并且可以还包括用于关联存储器的其它结构（诸如链表、队列、图、树），其中这样的结构是为了图解而非限制而提供的。

除非另外提供，否则对网络的提及可以包括一个或更多个内联网和/或互联网。根据以上，在此对微处理器指令或微处理器可执行指令的提及可以理解为包括可编程硬件。

除非另外声明，否则使用词语‌“基本上‌”可以理解为包括精确关系、条件、布置、定向和/或其它特性以及本领域技术人员所理解的所述这些的偏差，这样的偏差的程度并不重大地影响所公开的方法和系统。

贯穿本公开的整体，使用数量词和代词‌“一个‌”和/或‌“某个‌”和/或‌“这个‌”来修饰名词可以理解为为了方便而使用，并且包括所修饰的名词的一个或多于一个，除非另外具体地声明。术语‌“包括‌”、‌“包含‌”和‌“具有‌”意图是包括型的，并且意味着可以存在除了所列出的要素之外的附加要素。

所描述的和/或通过各图另外地绘制以与其它事物通信、关联和/或基于其它事物的元件、组件、模块和/或其部分可以理解为以直接和/或间接方式来这样与其它事物通信、关联和或基于其它事物，除非在此另外地规定。

虽然方法和系统已经相对于其特定实施例被描述，但它们不限制于此。按照以上教导，显而易见地很多修改和变化可以变得明显。本领域技术人员可以作出在此所描述并且图解的部分的细节、材料和布置的很多附加改变。