CN103260303A

CN103260303A - 便携式照明装置、控制给负载供电的方法及控制器

Info

Publication number: CN103260303A
Application number: CN2013100350814A
Authority: CN
Inventors: 林永霖; 李胜泰
Original assignee: O2Micro International Ltd
Current assignee: O2Micro International Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-08-21
Also published as: TWI507082B; TW201336344A

Abstract

本发明提供了一种便携式照明装置、控制给负载供电的方法及控制器。便携式照明装置包括：电源和控制器。电源用于提供电压。控制器用于接收电压，并根据指示电源的电压的感测信号调节流经负载的电流。其中，当感测信号的感测电压大于第一电压阈值时，控制器调节流经负载的电流至第一电流；当感测信号的感测电压小于第二电压阈值时，控制器调节流经负载的电流至第二电流；当感测信号的感测电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，控制器调节流经负载的电流跟随感测信号的感测电压变化。本发明的便携式照明装置、给负载供电的方法及控制给负载供电的控制器，可以提高电路设计与应用的灵活性，且可延长便携式照明装置的使用寿命。

Description

便携式照明装置、控制给负载供电的方法及控制器

技术领域

本发明涉及一种照明装置，特别是涉及一种便携式照明装置、控制给负载供电的方法和控制器。

背景技术

图1所示为现有技术的一种电源***100的框图。电源***100包括第一电源（例如，适配器102）和第二电源（例如，电池110）。电源***100还包括直流-直流（direct-current to direct current，简称DC-DC）转换器104、充电器106、开关103、开关105以及负载（例如，发光二极管，Light Emitting Diode，简称LED108）。适配器102耦合于交流电源（例如，220V市电电压），并将交流电源输出的交流电压转换为直流电压V_AD。

在操作中，当开关103接通且开关105断开时，电源***100工作在电池充电过程中。适配器102以直流电压V_AD对电池110充电，并同时对LED108供电。充电器106向电池110提供合适的充电电能。DC-DC转换器104接收直流电压V_AD，并向LED108提供调整后的电能。当开关105闭合，且开关103断开时，电池110经由DC/DC转换器104向LED108供电。

然而，在电源***100中存在两条电源链。一条电源链包括充电器106，另一条电源链包括DC-DC转换器104。这两条电源链增加了电源***100的功耗，进而降低了***的功率效率。两条电源链也增加了电源***100的复杂性。此外，由于同时使用了充电器106和DC/DC转换器104，使印制电路版（print circuit board，简称PCB）的尺寸增加，进而增加了电源***100的成本。

传统的便携式照明装置，例如，家用手电筒，一般采用白炽灯来照明。近年来，发光二极管（light emitting diode，简称LED）逐渐发展为液晶显示器（Liquid Crystal Display，简称LCD）背光、家用照明灯具及街灯的光源。由于LED相较于白炽灯具有较佳的发光效率及较长的使用寿命，故使用LED作为手电筒的光源亦逐渐普遍。

传统的手电筒需要电池供电。然而，在打开手电筒的瞬间，施加至灯的突波将会损害灯，进而降低灯的使用寿命。最常见的解决方式是在灯与电池间加入限流电阻。然而，新增电阻所增加的功耗会缩短电池寿命。

LED在导通发光时，通常会有一介于3.2V至4.0V的正向电压。一个家用碱性电池通常提供1.5V电压。因此，需要至少3个碱性电池才能对LED供电。图7A所示为现有技术的一种手电筒的驱动电路700的结构示意图。驱动电路700使用3个串联的碱性电池所形成的电池组710作为驱动电路700的电源。每个碱性电池提供1.5V电压。电池组710通过开关720提供能量以驱动LED730。LED730在导通发光时具有3.2V的正向电压和100mA的导通电流。驱动电路700包括设于LED730与电池组710之间的限流电阻740（例如，13欧姆）。

在操作中，限流电阻740的功耗约为0.13瓦特，而在LED730的功耗约为0.32W。由此可知，LED730的功耗仅为电池组710提供功率的71%。换言之，电池组710提供的部分能量浪费在了限流电阻740上。因此，电池组710需要供应更多的能量，以维持LED730的亮度，这将缩短电池组710的使用寿命。

若LED730受制造过程或其他因素影响，在导通时具有4.0V的正向电压，则流经LED730的电流约为38.5mA，约等于额定电流（例如，100mA）的38.5%。相应地，LED730的亮度降为预期亮度（亦即流经LED730的电流等于额定电流）的38.5%。若将该限流电阻740的阻值由13欧姆改为5欧姆，虽然可使正向电压为4.0V的LED730的亮度达到预期亮度（即流经LED730的电流为100mA），但对于其他正向电压较低（例如，3.2V）的LED，则可能产生过流现象，使得流经这些LED的电流增加（例如，约为260mA），由此，缩短了这些LED的使用寿命。

图7B所示为图7A所示现有技术的驱动电路700的性能图750。现有技术的驱动电路700利用三个1.5V碱性电池配合限流电阻以驱动额定电流为100mA的LED。如性能图750所示，使用现有技术的驱动电路700的电池寿命约为100分钟。

此外，若使用者更换不同功率的LED，则现有技术的驱动电路700在实际应用时有局限性。例如，若使用者希望获得更大的功率，而将额定电流为100mA的LED更换为额定电流为1A的LED。然而由于限流电阻是预先设计且固定的，流经LED的电流将不变，故无法符合使用者的期望。同时，由于电池数目通常由手电筒的结构决定，且无法自行随意变化。总而言之，现有技术中这种采用了限流电阻的驱动电路功效低、缺乏灵活性且适用性低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种便携式照明装置、控制给负载供电的方法和控制器，可以提高电路设计与应用的灵活性，且可延长便携式照明装置的使用寿命。

为解决上述问题，本发明提供了一种便携式照明装置，该便携式照明装置包括电源、负载和控制器。电源用于提供电压。负载，包括发光二极管（LED）光源；控制器，用于接收电压，并根据指示电源的电压的感测信号调节流经LED光源的电流。其中，当感测信号指示电源的电压大于第一电压阈值时，控制器将流经LED光源的电流调节至第一电流；当感测信号指示电源的电压小于第二电压阈值时，控制器将流经LED光源的电流调节至第二电流；当感测信号指示电源的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，控制器调节流经LED光源的电流跟随感测信号的感测电压变化。

本发明还提供一种控制给LED光源供电的方法。该方法包括：在控制器的控制下，电源向LED光源供电；控制器接收指示电源的电压的感测信号；根据感测信号调节流经LED光源的电流，其中，当感测信号指示电源的电压大于第一电压阈值时，控制器将流经LED光源的电流调节至第一电流；当感测信号指示电源的电压小于第二电压阈值时，控制器将流经LED光源的电流调节至第二电流；以及当感测信号指示电源的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，控制器调节流经LED光源的电流跟随感测信号的感测电压线性变化。

本发明还提供了一种控制给LED光源供电的控制器，该控制器包括电源输入端口、感测端口以及反馈端口。电源输入端与电源耦合，用于接收来自电源的电压。感测端口，与电源耦合，用于接收指示电源的电压的感测信号。反馈端口用于接收指示流经所述LED光源的瞬时电流的反馈信号，其中，控制器根据反馈信号和感测信号产生指示流经LED光源的目标电流值的参考信号，并根据反馈信号和参考信号调节流经LED光源的电流，当感测信号指示电源的电压大于第一电压阈值时，参考信号的参考电压处于第一电压；当感测信号指示电源的电压小于第二电压阈值时，参考信号的电压处于第二电压；当感测信号指示电源的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，参考信号的参考电压跟随感测信号的感测电压线性变化。

本发明提供的便携式照明装置、控制给负载供电的方法及控制器，可以延长电池的寿命，从而延长发光元件的寿命。

附图说明

以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

图1所示为现有技术的一种电源***的框图；

图2A所示为根据本发明一个实施例的电源***的结构示意图；

图2B所示为根据图2A所示实施例的电源***中的可调节参考电压V_ADJ和电压V_UVLS之间的关系示意图；

图3A所示为根据图2A所示实施例的电源***在充电模式下的控制信号的时序图；

图3B所示为根据图2A所示实施例的电源***在负载供电模式下的控制信号的时序图；

图4所示为根据图2A所示实施例的电源***中的控制电路220的结构示意图；

图5所示为根据图4所示实施例的控制电路220中的触发器相关的信号的时序图；

图6所示为根据本发明一个实施例的电源***的操作流程图；

图7A所示为现有技术的一种手电筒的驱动电路的结构示意图；

图7B所示为图7A所示现有技术的驱动电路的性能图；

图8所示为根据本发明一个实施例的便携式照明装置的驱动电路的结构示意图；

图9所示为根据本发明另一个实施例的便携式照明装置的驱动电路的结构示意图；

图10A所示为根据图9所示实施例的控制器950的结构示意图；

图10B所示为根据图10A所示实施例的驱动电路900中的信号的时序图；

图11所示为根据本发明又一个实施例的便携式照明装置的驱动电路的结构示意图；

图12所示为根据本发明再一个实施例的便携式照明装置的驱动电路的结构示意图；

图13所示为根据图12所示实施例的控制器1250的结构示意图；

图14所示为根据图10A所示实施例的驱动电路900的性能图；

图15所示为根据本发明又另一个实施例的便携式照明装置的驱动电路的结构示意图；

图16所示为根据图15所示实施例的控制器1550的结构示意图；

图17所示为根据图16所示实施例的参考电压VADJ和感测电压VSEN之间的关系示意图；

图18所示为根据图16所示实施例的参考信号发生单元的结构示意图；

图19所示为根据本发明又一个实施例的便携式照明装置的驱动电路的结构示意图；

图20所示为根据图19所示实施例的控制器1950的结构示意图；

图21所示为根据本发明一个实施例的给光源供电的方法流程图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。

另外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实施例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图2A所示为根据本发明一个实施例的电源***200的结构示意图。在图2A所示的实施例中，电源***200包含第一电源（例如，适配器202）、第二电源（例如，电池210）、开关203、开关205和开关207、控制器206以及负载（例如，LED光源208）。适配器202接收交流电压或者直流电压并输出直流电压V_AD。在一个实施例中，电源***200可以选择性地工作于充电模式或者负载供电模式。控制器206与适配器202和电池210相耦合，并将适配器202输出的直流电压V_AD与电池210的电池电压V_BAT进行比较。当适配器202输出的直流电压VAD大于电池210的电池电压V_BAT时，控制器206控制适配器202在充电模式下经由开关203和开关207对电池210进行充电。具体而言，在充电模式下，控制器206断开开关205，并且交替闭合开关203和开关207，从而使得适配器202对电池210进行充电。适配器202可以根据电池210的状态，例如，电池电压，对电池210进行恒流充电或者恒压充电。当电池210的电池电压V_BAT大于当适配器202输出的直流电压V_AD时，控制器206控制电池210在负载供电模式下经由开关205和开关207给LED光源208供电。具体而言，在负载供电模式下，控制器206断开开关203，并且交替闭合开关205和开关207，从而使得电池210给LED光源208供电。在一个实施例中，控制器206可以与开关203、开关205和开关207一起集成于集成电路芯片（即本实施例中的控制电路220）。本领域技术人员可以理解的是，虽然在本发明的实施例中将电源***200与适配器202、电池210和LED光源208结合进行描述，但是本发明并不局限于此。适配器202和电池210可以由其它类型的电源所替代；LED光源208也可以由多个LED光源或者其它类型和数目的光源或者负载所替代。

在一个实施例中，控制器206包含有输出端口CTR1、输出端口CTR2和输出端口CTR3。输出端口CTR1用于控制开关203的闭合或断开；输出端口CTR2用于控制开关205的闭合或断开；输出端口CTR3用于控制开关207的闭合或断开。在一个实施例中，开关203、开关205和开关207可以是N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET）。当输出端口CTR1、输出端口CTR2或者输出端口CTR3的输出控制信号为逻辑高电平时，对应的开关203、开关205或者开关207闭合；当输出端口CTR1、输出端口CTR2或者输出端口CTR3的输出控制信号为逻辑低电平时，对应的开关203、开关205或者开关207断开。控制器206还包括输入端口VAD、输入端口VBAT、输入端口ICHG、端口VLED、端口ILED以及端口UVLS。输入端口VAD用于检测适配器202输出的直流电压V_AD；输入端口VBAT用于检测电池210的电池电压V_BAT；在输入端口VBAT的配合下，输入端口ICHG通过监测感应电阻216的电压V₂₁₆来检测电池210的充电电流I_CHG。端口VLED接收指示LED光源208的阳极电压V_LED的信号；在端口VLED的配合下，端口ILED通过监测感应电阻212的电压V₂₁₂来检测流经LED光源208的电流I_LED；端口UVLS与分压电阻230耦合，并接收指示电池电压V_BAT的电压V_UVLS，例如，电压V_UVLS与电池电压V_BAT成比例。在一个实施例中，控制器206基于电压V_UVLS调节可调节参考电压V_ADJ。控制器206根据可调节参考电压V_ADJ调节流经LED光源208的电流I_LED。控制器206还包括用于指示电池210状态（例如，电池210是否充满）的端口STATUS。

当适配器202与电源（例如，220V市电电压）相连接时，适配器202将该电源电压转换成直流电压V_AD。控制器206将适配器202输出的直流电压V_AD与电池电压V_BAT进行比较。在一个实施例中，当适配器202输出的直流电压V_AD大于电池电压V_BAT并且电池210尚未充满（例如，电池电压V_BAT小于一个阈值）时，电源***200工作于充电模式。图3A所示为图2A所示实施例的电源***200工作在充电模式下，控制器206的输出端口CTR1、输出端口CTR2和输出端口CTR3的输出控制信号的示例性时序图。如图3A所示，输出端口CTR1和输出端口CTR3的输出控制信号是非叠加的脉冲信号，例如，脉冲宽度调制（pulse-width modulation，简称PWM）信号，用以交替闭合开关203和开关207。输出端口CTR2输出的控制信号为逻辑低电平，从而断开开关205。

再参考图2A所示，在充电模式下，开关203、开关207、耦合于开关203和开关207之间的电感214以及电容213作为降压转换器为电池210充电。具体而言，当开关203闭合且开关207断开时，适配器202经由电感214对电池210充电。同时，电感214储存能量。当开关203断开且开关207闭合时，电感214放电以对电池210提供电能。

在一个实施例中，控制器206检测电池电压V_BAT和电池210的充电电流I_CHG来控制电池210的充电过程。具体而言，在充电模式下，控制器206将电池电压V_BAT与预设阈值V_TH进行比较，通过控制开关203的占空比来调节适配器202提供给电池210的充电电能。当电池电压V_BAT小于预设阈值V_TH时，控制器206控制开关203和开关207从而在恒流阶段对电池210充电，即以基本恒定的电流对电池210进行充电。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例中的“基本恒定”指充电电流I_CHG可以由于电路组件的非理想性等原因偏离恒定值，但是，偏离的值处于可以忽略的范围内。例如，当感应电阻216的电压V₂₁₆大于参考电压V_BATREF时，即充电电流I_CHG大于预设充电电流I_BATREF时，控制器206通过减小开关203的占空比来减小充电电流I_CHG；当感应电阻216的电压V₂₁₆小于参考电压V_BATREF时，即充电电流I_CHG小于预设充电电流I_BATREF时，控制器206通过增大开关203的占空比来增大充电电流I_CHG。然而，当电池电压V_BAT增加至预设阈值V_TH时，控制器206控制开关203和开关207，从而在恒压阶段对电池210充电，即在一个实施例中，充电电压可以保持为预设阈值V_TH。

控制器206还可以检测电池210的参数，例如，电压、温度以及电流等，从而确定是否发生了异常或者非期望的情况。在一个实施例中，控制器206将所检测到的电池电压V_BAT与过电压阈值V_OV进行比较以确定是否发生了过压的情况。如果检测到的电池电压V_BAT大于过电压阈值V_OV，控制器206断开开关203和开关207，从而结束对电池210的充电。

控制器206还可以将指示电池210的充电电流I_CHG的信号（例如，感应电阻216的电压V₂₁₆）与表示过充电电流I_OC的预设阈值V_OC进行比较，从而确定是否发生了过流的情况。如果感应电阻216的电压V₂₁₆大于表示过充电电流I_OC的预设阈值V_OC，控制器206断开开关203和开关207，从而结束对电池210的充电。

控制器206还可以将来自热敏电阻（未在图2A中示出）的检测信号与过度阈值V_OT进行比较，从而确定是否发生了过度的情况。如果检测信号大于过度阈值V_OT，控制器206断开开关203和开关207，从而结束对电池210的充电。

在充电模式下，控制器206还可以根据电池电压V_BAT和充电电流I_CHG检测电池电阻R_BAT，如等式（1）所示：

R_BAT＝V_BAT/I_CHG （1）

由此，控制器206可以根据电池电阻R_BAT来确定电池类型。如果控制器206确定的电池类型为非可再充电电池（例如，碱性电池），控制器206结束对电池210的充电从而保护电池210和电源***200。

此外，电源***200还可以工作于负载供电模式。图3B所示为图2A所示实施例的电源***200工作在负载供电模式下，控制器206的输出端口CTR1、输出端口CTR2和输出端口CTR3的输出控制信号的示例性时序图。如图3B所示，输出端口CTR2和输出端口CTR3的输出控制信号是非叠加的脉冲信号，例如，PWM信号，用以交替闭合开关205和开关207。输出端口CTR1输出的控制信号为逻辑低电平从而断开开关203。

在负载供电模式下，开关205、开关207，耦合于开关205和开关207之间的电感214、电容211和电容213作为降压-升压转换器为LED光源208供电。具体而言，当开关207闭合且开关205断开时，电池210对电感214充电；当开关207断开且开关205闭合时，电池210以及电感214一起给LED光源208供电。在本实施例中，通过可调节的占空比交替地闭合开关205和开关207，在LED光源208的一端产生大于电池电压V_BAT的电压V₃。这样，LED光源208的电压V₂₀₈就等于电压V₃与电池电压V_BAT的差值。在一个实施例中，通过降压-升压转换器的操作，LED光源208的电压V₂₀₈可以大于或者小于电池电压V_BAT。这样，电源***200可以对不同类型以及不同数目的负载供电，从而提高了***的灵活性。

在一个实施例中，控制器206通过端口VLED和端口ILED检测流经LED光源208的电流I_LED，并且根据可调节参考电压V_ADJ来控制开关207的占空比从而调节电流I_LED。图2B所示为图2A所示实施例的电源***200中的可调节参考电压V_ADJ和电压V_UVLS之间的关系示意图。如图2B所示，当电压V_UVLS大于第一阈值V1时，控制器206将可调节参考电压V_ADJ调节至第一恒定电压值V_LED1。这样，控制器206将流经LED光源208的电流I_LED调节至第一预设电流I_LEDREF1。当电压V_UVLs小于第二阈值V2（第一阈值V1大于第二阈值V2）时，控制器206将可调节参考电压V_ADJ调节至第二恒定电压值V_LED2。这样，控制器206将流经LED光源208的电流I_LED调节至第二预设电流I_LEDREF2。当电压V_UVLS小于第一阈值V1但是大于第二阈值V2时，控制器206根据电压V_UVLS调节可调节参考电压V_ADJ。在一个实施例中，可调节参考电压V_ADJ根据电压V_UVLS线性变化。由于电压V_UVLS与电池电压V_BAT成比例，因此可调节参考电压V_ADJ根据电池电压V_BAT线性变化。这样，控制器206根据电池电压V_BAT调节电流I_LED，使电流I_LED根据电池电压V_BAT线性变化。有利的是，电池210的工作时长得以延长，因此，LED光源208的工作时长也得以延长。

再参考图2A所示，控制器206将指示电流I_LED的信号（例如，感应电阻212的电压V₂₁₂）与可调节参考电压V_ADJ进行比较，并根据比较结果控制开关205和开关207。如果电压V₂₁₂大于可调节参考电压V_ADJ（例如，电流I_LED增大），控制器206减小开关207的占空比，从而减小电流I_LED。如果电压V₂₁₂小于可调节参考电压V_ADJ（例如，电流I_LED减小），控制器206增大开关207的占空比，从而增大电流I_LED。这样，根据图2B所示实施例的可调节参考电压V_ADJ调节流经LED光源208的电流I_LED。

有利的是，在充电模式下，开关203、开关207、电感214以及电容213可以作为降压转换器，而在负载供电模式下，开关205、开关207、电感214、电容211和电容213可以作为降压-升压转换器，因此电源***200的灵活性得以提高。电源***200可以支持各种不同类型的负载和电源。在电源***200中，由一条电源链（例如，包括控制电路220的转换器）代替现有技术的电源***100中的两条电源链（例如，充电器106和转换器104）。因此，电源***200的功耗降低。而且，电源***200的复杂性降低，从而增强了***的可靠性。此外，电源***200的PCB尺寸和成本也相应减少。

图4所示为根据图2A所示实施例的电源***200中的控制电路220的结构示意图。图4将结合图2A进行描述。如图4所示，控制电路220包括振荡器411、比较器413、比较器417、误差放大器415、误差放大器416、误差放大器419、选择器414、触发器412、与门421、与门422、开关203、开关205、开关207、加法器431、放大器432、斜坡信号发生器433、减法器434、减法器436、电压调节器440以及电流源446。

在一个实施例中，比较器413将输入端口VBAT处的电池电压V_BAT与输入端口VAD处的直流电压V_AD进行比较，并产生比较信号以使能或者禁用误差放大器415、误差放大器416和误差放大器419。在一个实施例中，电流源446的负极、误差放大器415的输出端和误差放大器419的输出端耦合于共用端点。在图4所示的实施例中，误差放大器415和误差放大器419或连接。在一个实施例中，当直流电压V_AD大于电池电压V_BAT时，电源***200工作在充电模式下，比较器413使能误差放大器415和误差放大器419；当直流电压V_AD小于电池电压V_BAT时，电源***200工作在负载供电模式下，比较器413使能误差放大器416。当误差放大器415被使能时，误差放大器415将指示电池210的充电电流的信号（例如，由减法器434输出的表示感应电阻216的电压V₂₁₆）与参考电压V_BATREF进行比较，并根据比较结果控制共用端点处的输出电压V_CMP1。当误差放大器419被使能时，误差放大器419将电池电压V_BAT与预设阈值V_TH进行比较，并根据比较结果控制共用端点处的输出电压V_CMP1。当误差放大器416被使能时，误差放大器416将指示流经LED光源208的电流的信号（例如，由减法器436输出的表示感应电阻212的电压V₂₁₂）与可调节参考电压信号V_ADJ进行比较，并根据比较结果控制输出电压V_CMP2。在一个实施例中，选择器414耦合于误差放大器415、误差放大器416和误差放大器419，选择输出电压V_CMP1或者输出电压V_CMP2，并将所选的输出电压作为选择器414的输出电压V_TOP。具体而言，当直流电压V_AD大于电池电压V_BAT，比较器413使能误差放大器415和误差放大器419时，选择器414选择输出电压V_CMP1作为输出电压V_TOP；当直流电压V_AD小于电池电压V_BAT，比较器413使能误差放大器416时，选择器414选择输出电压V_CMP2作为输出电压V_TOP。比较器417接收输出电压V_TOP。

在一个实施例中，加法器431的一端耦合于放大器432以接收电压V_SEN，电压V_SEN指示流经电感214的电流I_SW；加法器431的另一端耦合于斜坡信号发生器433以接收斜坡信号RAMP。由此，加法器431的输出电压V_SW即为电压V_SEN和斜坡信号RAMP的电压的总和。比较器417将加法器431的输出电压V_SW与选择器414的输出电压V_TOP进行比较，并提供输出至触发器412的R端以控制开关203、开关205和开关207。触发器412的S端耦合于振荡器411以接收时钟信号CLK。例如，时钟信号CLK的频率为1M赫兹。触发器412的反相输出端QB控制开关207。此外，触发器412的同相输出端Q在比较器417的配合下，通过与门421和与门422来分别控制开关203和开关205。

在操作中，当直流电压V_AD大于电池电压V_BAT时，比较器413的输出具有第一状态（例如，逻辑高电平），从而使电源***200工作于充电模式。在充电模式下，误差放大器415和误差放大器419被使能，而误差放大器416被禁用；与门422控制开关205断开。触发器412以及与门421交替地闭合开关203和开关207。触发器412还根据输出电压V_SW与选择器414的输出电压V_TOP的比较结果来控制开关203和开关207的占空比，进而控制提供给电池210的充电电能。

图5所示为根据如图4所示的触发器412相关信号的示例性时序图。如图5所示，在充电模式下，当开关203闭合且开关207断开时，适配器202经由开关203和电感214对电池210充电，同时电感214储存能量。而随着电感电流I_SW增大，会导致加法器431的输出电压V_SW（即指示电感电流I_SW的电压V_SEN和信号RAMP的电压的总和）达到选择器414的输出电压V_TOP的值，此时，触发器412的R端输入为逻辑高电平。当触发器412的S端输入的时钟信号CLK为逻辑低电平时，触发器412的同相输出端Q为逻辑低电平，经由与门421控制开关203断开；触发器412的反相输出端QB为逻辑高电平，从而控制开关207闭合。当开关203断开且开关207闭合时，电感214放电以对电池210提供电能，指示流经电感电流I_SW的电压V_SEN减小为接近于0，加法器431的输出电压V_SW近似于斜坡信号RAMP的电压且小于选择器414的输出电压V_TOP的值，如图5所示。当触发器412的S端接收到的时钟信号CLK为逻辑高电平时，触发器412的同相输出端Q为逻辑高电平，触发器412的反相输出端QB为逻辑低电平，从而控制开关207断开且开关203闭合。由此，在充电模式下，触发器412交替地闭合开关203和开关207。

具体而言，在充电模式下，当电池电压V_BAT小于预设阈值V_TH时，控制电路220控制开关203和开关207，从而对电池210进行恒流充电。误差放大器415将指示电池210的充电电流的信号（例如，电阻216的电压V₂₁₆）与参考电压V_BATREF进行比较，并控制输出电压V_CMP1。选择器414选择输出电压V_CMP1作为选择器414的输出电压V_TOP。由此，触发器412根据输出电压V_TOP与输出电压信号V_SW的比较结果控制开关203和开关207的占空比。当电压V₂₁₆小于参考电压V_BATREF时，即充电电流I_CHG小于预设充电电流I_BATREF时，输出电压V_CMP1增大，由此，输出电压V_TOP增大。如图5所示，当开关203闭合且开关207断开时，随着输出电压V_TOP的增大，输出电压V_SW需要较长的时间才能达到输出电压V_TOP的值，以使触发器412的输入端R输入逻辑高电平从而触发同相输出端Q输出逻辑低电平。这样，触发器421的同相输出端Q能够在较长的时间段内持续输出逻辑高电平，即开关203的占空比增大，从而相应地增大电池210的充电电流I_CHG。当电压V₂₁₆大于参考电压V_BATREF时，即充电电流I_CHG大于预设充电电流I_BATREF时，输出电压V_CMP1减小，由此输出电压V_TOP减小。如图5所示，当开关203闭合且开关207断开，随着输出电压V_TOP的减小，输出电压V_SW能够在较短时间段达到输出电压V_TOP的值，以使触发器412的输入端R输入逻辑高电平从而触发同相输出端Q输出逻辑低电平。这样，触发器421的同相输出端Q在较短的时间段内输出逻辑高电平，即开关203的占空比减小，从而相应地减小电池210的充电电流I_CHG。由此，在恒流充电阶段，充电电流I_CHG被调节至预设充电电流I_BATREF。

当电池电压V_BAT达到预设阈值V_TH时，控制电路220控制开关203和开关207，从而对电池210进行恒压充电。在恒压充电阶段，误差放大器419将电池电压V_BAT与预设阈值V_TH进行比较，并控制输出电压V_CMP1。例如，当电池电压V_BAT大于预设阈值V_TH时，输出电压V_CMP1减小。相应地，输出电压V_TOP也减小。如上文所述，开关203的占空比相应地减小，从而相应地减小电池210的充电电压。由此，在恒压充电阶段，充电电压被调节至预设阈值V_TH。

当直流电压V_AD小于电池电压V_BAT时，比较器413的输出具有第二状态（例如，逻辑低电平），从而使电源***200工作于负载供电模式。在负载供电模式下，禁用误差放大器415和误差放大器419，而使能误差放大器416。在负载供电模式下，开关203被与门421断开。触发器412在与门422的配合作用下，交替地闭合开关205和开关207。根据输出电压V_SW与选择器414的输出电压V_TOP的比较结果，触发器412还控制开关205和开关207的占空比从而控制流经LED光源208的电流。如图5所示，在负载供电模式下，当开关207断开且开关205闭合时，电池210以及电感214一起向LED光源208供电，流经电感214的电流I_SW增大，电压V_SEN增大，因此加法器431的输出电压V_SW相应地增大，直到输出电压V_SW增大到选择器414的输出电压V_TOP的值。此时，触发器412的输入端R为逻辑高电平，当触发器412的输入端S输入的时钟信号CLK为逻辑低电平时，触发器412的同相输出端Q为逻辑低电平，经由与门422控制开关205断开；此时，触发器412的反相输出端QB输出逻辑高电平，控制开关207闭合。如图5所示，当开关207闭合且开关205断开时，电池210对电感214充电，此时指示电感电流I_SW的电压V_SEN接近于0，加法器431的输出电压V_SW近似于斜坡信号RAMP且小于选择器414的输出电压V_TOP的值。当触发器412的输入端S接收到的时钟信号CLK为逻辑高电平时，触发器412的同相输出端Q为逻辑高电平，触发器412的反相输出端QB为逻辑低电平，从而控制开关207断开且开关205闭合。由此，在负载供电模式下，触发器412交替地闭合开关205和207。根据输出电压V_SW与选择器414的输出电压V_TOP的比较结果，触发器412控制开关205和开关207的占空比，进而控制流经LED光源208的电流I_LED。

具体而言，在负载供电模式下，误差放大器416将指示流经LED光源208的电流的信号（例如，电阻212的电压V₂₁₂）与可调节参考电压V_ADJ进行比较。电压调节器440根据电压V_UVLS调节可调节参考电压V_ADJ。在一个实施例中，电压V_UVLS指示电池电压V_BAT，例如电压V_UVLS与电池电压V_BAT成比例。当电压V_UVLS大于第一阈值V1时，电压调节器440将可调节参考电压V_ADJ调节至第一恒定电压值V_LED1。当电压V_UVLS小于第二阈值V2时，电压调节器440将可调节参考电压V_ADJ调节至第二恒定电压值V_LED2。当电压V_UVLS小于第一阈值V1且大于第二阈值V2时，电压调节器440调节可调节参考电压V_ADJ随电压V_UVLS线性变化。由于电压V_UVLS与电池电压V_BAT成比例，因此可调节参考电压V_ADJ随电池电压V_BAT线性变化。

根据电阻212的电压V₂₁₂与可调节参考电压V_ADJ的比较结果，误差放大器416控制输出电压V_CMP2。选择器414选择输出电压V_CMP2作为其输出电压V_TOP。由此，触发器412根据输出电压V_TOP与输出电压V_SW的比较结果来控制开关205和开关207的占空比。图5所示为图4中的控制电路220中的触发器412相关信号的时序图。当电压V₂₁₂小于可调节参考电压V_ADJ时，即流经LED光源208的电流I_LED减小时，输出电压V_CMP2减小，输出电压V_TOP也相应地减小。因此，开关207的占空比增大，从而相应地增大电流I_LED。当电压V₂₁₂大于可调节参考电压V_ADJ时，即流经LED光源208的电流I_LED增大时，输出电压V_CMP2增大，输出电压V_TOP也相应地增大。因此，开关207的占空比减小，从而相应地减小电流I_LED。由此，根据可调节参考电压V_ADJ对流经LED光源208的电流I_LED进行调节。因此，当电压V_UVLS大于第一阈值V1时，将电流I_LED调节至第一预设电流I_LEDREF1；当电压V_UVLS小于第二阈值V2时，将电流I_LED调节至第二预设电流I_LEDREF2；当电压V_UVLS小于第一阈值V1且大于第二阈值V2时，电流I_LED被调节为随电池电压V_BAT而线性变化。

当发生了异常或者非期望情况（例如，过流、过压或者过温）时，控制电路220还可以通过结束对电池210的充电来保护电源***200。在一个实施例中，控制电路220可以包括比较器（未在图4中示出），用于将电池电压V_BAT与过电压阈值V_OV进行比较，从而确定是否有过电压情况发生。控制电路220可以包括比较器（未在图4中示出），用于将电阻216的电压V₂₁₆与指示过充电电流I_OC的预设阈值V_OC进行比较，从而确定是否发生了过流情况。控制电路220可以包括比较器（未在图4中示出），用于将来自热敏电阻（未在图4中示出）的信号与过温阈值V_OT进行比较，从而确定是否发生了过温情况。当发生了任一异常情况时，控制电路220通过断开开关203和开关207来结束对电池210的充电以保护电源***200。

控制电路220还可以检测电池210的类型，当电池210是非可再充电电池（例如，碱性电池）时，结束对电池210的充电。由此，控制电路220可以保护电池210和电源***200。

图6所示为根据本发明一个实施例的电源***的操作流程图600。以下将结合图2A和图4对图6进行说明。

在步骤602中，电源***（例如，电源***200）将第一电源(例如，适配器202)的电压与第二电源（例如，电池210）的电压进行比较。当第一电源的电压大于第二电源的电压时，电源***200工作于第一模式，例如，充电模式。当第一电源的电压小于第二电源的电压时，电源***200工作于第二模式，例如，负载供电模式。

当电源***200工作于充电模式时，进入步骤604。在步骤604中，电源***200通过交替地闭合第一开关（例如，开关203）和第二开关（例如，开关207）并断开第三开关（例如，开关205）来对第二电源（例如，电池210）进行充电。

在步骤606中，电源***200通过调节第一开关（例如，开关203）和第二开关（例如，开关207）的占空比来调节第一电源对第二电源的充电电能。具体而言，当第二电源的电压（例如，电池电压V_BAT）小于预设阈值V_TH时，电源***200对第二电源进行恒流充电。在恒流充电阶段，电源***200将充电电流I_CHG与预设充电电流I_BATREF进行比较。当充电电流I_CHG大于预设充电电流I_BATREF时，电源***200减小开关203的占空比从而减小充电电流I_CHG；当充电电流I_CHG小于预设充电电流I_BATREF时，电源***200增大开关203的占空比从而增大充电电流I_CHG。因此，将充电电流I_CHG调节至预设充电电流I_BATREF。

当第二电源的电压（例如，电池电压V_BAT）达到预设阈值V_TH时，电源***200对第二电源进行恒压充电。在恒压充电阶段，电源***200将电池电压V_BAT与预设阈值V_TH进行比较，并控制开关203和开关207的占空比从而将充电电压调节至预设阈值V_TH。因此，在恒压阶段对第二电源进行充电。

当电源***200工作于负载供电模式时，进入步骤603。在步骤603中，电源***200断开第一开关（例如，开关203），并交替地闭合第二开关（例如，开关207）和第三开关（例如，开关205），以向负载（例如，LED光源208）供电。

在步骤605中，电源***200根据流经LED光源208的电流I_LED与可调节参考电流I_ADJ的比较结果来调节开关207和开关205的占空比。在一个实施例中，电源***200将指示流经LED光源208的电流I_LED的信号（例如，电阻212的电压V₂₁₂）与可调节参考电压V_ADJ进行比较，以调节开关207和开关205的占空比。在一个实施例中，根据与电池电压V_BAT成比例的电压V_UVLS来调节可调节参考电流I_ADJ。当电压V_UVLS大于第一阈值V1时，将可调节参考电流I_ADJ调节至第一预设电流I_LEDREF1；当电压V_UVLS小于第二阈值V2时，将可调节参考电流I_ADJ调节至第二预设电流I_LEDREF2；当电压V_UVLS小于第一阈值V1且大于第二阈值V2时，可调节参考电流I_ADJ被调节为随电压V_UVLS和电池电压V_BAT而线性变化。

当流经LED光源208的电流I_LED大于可调节参考电流I_ADJ时，电源***200减小开关207的占空比以减小电流I_LED；当流经LED光源208的电流I_LED小于可调节参考电流I_ADJ时，电源***200增大开关207的占空比以增大电流I_LED。因此，根据可调节参考电流I_ADJ调节电流I_LED。这样，当电压V_UVLS大于第一阈值V1时，将可调节参考电流I_ADJ调节至第一预设电流I_LEDREF1；当电压V_UVLS小于第二阈值V2时，将可调节参考电流I_ADJ调节至第二预设电流I_LEDREF2；当电压V_UVLS小于第一阈值V1且大于第二阈值V2时，可调节参考电流I_ADJ被调节为随电压V_UVLS和电池电压V_BAT而线性变化。

图8所示为根据本发明一个实施例的便携式照明装置的驱动电路800的结构示意图。在一个实施例中，便携式照明装置为手电筒。驱动电路800包括用于提供电源电压Vbatt的电池电源810、开关820、负载（例如，光源830）、感测元件840、控制器850以及电感L1。在一个实施例中，电池电源810是一个或多个碱性电池。在一个实施例中，光源830为LED。在一个实施例中，控制器850为集成电路（IC）。在一个实施例中，控制器850包括电源输入端口VIN、电源输出端口OUT、感测端口ISENSE、端口GND、切换输出端口SW；其中，电源输入端口VIN用于接收来自电池电源810的输入电压，电源输出端口OUT用于提供输出电压，感测端口ISENSE用于接收反馈信号，端口GND接地，切换输出端口SW经由电感L1与电源输入端口VIN耦接。

在一个实施例中，控制器850的电源输入端口VIN经由开关820耦接至电池电源810。控制器850的电源输出端口OUT耦接至光源830。感测元件840与光源830串联，用于提供指示光源830电特性的反馈信号。在一个实施例中，前述反馈信号包括流经光源830的电流。反馈信号被传送至控制器850的感测端口ISENSE。

在一个实施例中，电感L1作为升压转换器的储能元件。当开关820闭合时，控制器850的电源输入端口VIN耦接至电池电源810，接收电池电源810所提供的电能。光源830可经由控制器850的电源输出端口OUT接收电能。当开关820断开时，电池电源810停止给控制器850和光源830供电。在一个实施例中，控制器850根据开关820的状态（例如，闭合或断开）以及感测端口ISENSE接收到的反馈信号，调整提供给光源830的电能。

图9所示为根据本发明另一个实施例的便携式照明装置的驱动电路900的结构示意图。驱动电路900包括电池电源810、开关820、光源830、感测元件840、控制器950和电感L1。图9与图8中标号相同的元件具有相同或类似的功能，为简明起见，在此将不再赘述。

在一个实施例中，控制器950为集成电路。在一个实施例中，驱动电路900还包括耦合于电池电源810和控制器950的电源输入端口VIN之间的电容C1。在一个实施例中，驱动电路900还包括耦合于光源830与控制器950的电源输出端口OUT之间的电容C2。在一个实施例中，控制器950包括与开关820耦合的端口DIM，用于检测开关820的闭合或断开状态。

在一个实施例中，控制器950根据端口DIM的输入信号调节提供给光源830的电能，进而调节光源830的亮度。在一个实施例中，当开关820闭合时，控制器950调节提供给光源830的电能。

图10A所示为图9所示实施例中的控制器950的结构示意图。图10A与图9中标号相同的元件具有相同或类似的功能，为简明起见，在此将不再赘述。

在一个实施例中，控制器950包括低电压锁定器1051、触发电路1052、时钟脉冲产生器1053、参考信号选择器1054、调节器1055、驱动器1056以及开关1057和开关1058。以下将配合图10B所示的信号时序图，说明一个实施例中控制器950的调光控制操作。

当开关820闭合时，电池电源810的电能施加至控制器950的电源输入端口VIN。此时以额定电流给光源830供电供。在一个实施例中，参考信号选择器1054产生低频脉宽调制（Low frequency pulse width modulation，简称LPWM）参考信号。在一个实施例中，LPWM参考信号有不同的电压等级，例如，最高参考电压Vmax、第一参考电压V1、第二参考电压V2等，其中最高参考电压Vmax>第一参考电压V1>第二参考电压V2。LPWM参考信号的不同电压等级对应光源830的不同亮度。调节器1055根据LPWM参考信号的电压等级调节光源830的亮度。在一个实施例中，在初始状态时，参考信号选择器1054设置LPWM参考信号为最高参考电压Vmax，相应地，在初始状态时，调节器1055调节光源830达到最大亮度（例如，亮度为100%）。

当开关820断开时，切断电池电源810施加至控制器950的电能。相应地，触发电路1052产生具有第一下降沿的触发信号。控制器950由存储在电容C1中的电能供电。因此，在开关820断开之后的一段时间内，在电源输入端口VIN上的电压降至低于低电压锁定（under voltage lockout，UVLO）阈值。若在电源输入端口VIN上的电压降到UVLO阈值之前开关820又闭合，则触发电路1052产生具有第一上升沿的触发信号。相应地，时钟脉冲产生器1053响应于触发信号的第一上升沿，产生第一时钟脉冲信号。第一时钟脉冲信号提供给参考开关选择器1054，以产生具有第一参考电压V1的LPWM参考信号。在一个实施例中，第一参考电压V1低于最高参考电压Vmax。例如，当LPWM参考信号为第一参考电压V1时，光源830的亮度为75%。第一参考电压V1可根据不同的应用需求而设置。

在一个实施例中，开关820再次断开，则触发电路1052产生具有第二下降沿的触发信号。在电源输入端口VIN上的电压降到UVLO阈值之前的一段时间内，若开关820又被闭合，则触发电路1052产生具有第二上升沿的触发信号。相应地，时钟脉冲产生器1053响应于触发信号的第二上升沿，产生第二时钟脉冲信号。该第二时钟脉冲信号提供给参考信号选择器1054，以产生具有第二参考电压V2的LPWM信号。在一个实施例中，第二参考电压V2低于第一参考电压V1。例如，当LPWM参考信号为第一参考电压V2时，光源830的亮度为50%。在另一个实施例中，第二参考电压V2高于第一参考电压V1且低于最高参考电压Vmax，例如，当LPWM参考信号为第一参考电压V2时，光源830的亮度为80%。

当开关820重复断开和闭合时，重复执行前述调整光源830亮度的操作。参考电压（例如，最高参考电压V_max、第一参考电压V1、第二参考电压V2…等）可根据不同的应用需求预先设置并配置。在一个实施例中，例如，响应于时钟脉冲产生器1053产生的四个连续时钟脉冲信号，LPWM参考信号的参考电压的电压等级可由高依次降低，例如，从100%到75%到50%再到25%；在另一个实施例中，LPWM参考信号的参考电压的电压等级也可以由低依次升高，例如，从25%到50%到75%再到100%。在一个实施例中，LPWM参考信号的参考电压的改变可使光源830的亮度线性变化，例如，从25%到50%到75%再到100%；在另一个实施例中，LPWM参考信号的参考电压的改变也可以使光源830的亮度呈非线性变化，例如，从20%到30%到80%再到100%。在又一个实施例中，LPWM参考信号的参考电压可设置为使光源830的亮度从100%变为50%再变为100%，以表示SOS的求救信号。

在一个实施例中，调节器1055根据LPWM参考信号的电压和感测元件840所产生的指示光源830电能的反馈信号产生调节信号，以通过调节电源输出端口OUT的输出电能控制流经光源830的电流，由此相应地调节光源830的亮度。在一个实施例中，感测元件840为电阻。在另一个实施例中，感测元件840为电阻和电容的组合（图10A中未示出）。

在一个实施例中，调节器1055的输出由驱动器1056放大。在一个实施例中，驱动器1056的输出与开关1057耦合，以控制开关1057，从而选择性地将电池电源810上或电容C1上的电能提供至控制器950的电源输出端口OUT。在一个实施例中，调节器1055是脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM）电路。在另一个实施例中，调节器1055是脉冲频率调制（pulse frequency modulation，PFM）电路。

在一个实施例中，开关1057、开关1058与电容C2、电感L1形成升压转换器，可将电源输出端口OUT上的电压提高至足以驱动光源830的电压。在一个实施例中，切换输出端口SW经由电感L1与电源输入端口VIN耦合、经由开关1057接地、经由开关1058耦合至电源输出端口OUT，且电源输出端口OUT与电容C2耦合。因此，即使电池电源810所提供的电压较低（例如，仅为1V），但经由该升压转换器提高电源输出端口OUT的电压，控制器950仍可驱动光源830，并调节提供给光源830的电能，进而延长电池电源810的使用寿命。

在一个实施例中，开关1057和开关1058为金属氧化物半导体场效应晶体管（metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET）。在一个实施例中，开关1058与开关1057状态互补。换言之，开关1057和开关1058交替地导通或关断。在一个实施例中，开关1057为N沟道 MOSFET。在一个实施例中，开关1058为P沟道MOSFET。在另一个实施例中，开关1058为二极管。

当开关820持续断开一段时间，直到电源输入端口VIN上的电压低于预定值（例如，低电压锁定（UVLO）阈值），则低电压锁定器1051将产生ULVO信号（例如，重置（reset）信号）。此重置信号会重置时钟脉冲产生器1053，并切断光源830。光源830保持切断状态，直到开关820再次闭合。

图11所示为根据本发明又一个实施例的便携式照明装置的驱动电路1100的结构示意图。驱动电路1100包括电池电源1110、开关820、光源830、感测元件840、控制器1150及电感L2。在一个实施例中，电池电源1110是一个或多个碱性电池。在一个实施例中，光源830为LED。在一个实施例中，控制器1150为集成电路。图11与图8标号相同的元件具有相同或类似的功能，为简明起见，在此将不再赘述。

在一个实施例中，电感L2作为降压转换器的储能元件。当开关820闭合时，控制器1150的电源输入端口VIN耦合至电池电源1110，光源830经由控制器1150的电源输出端口OUT接收电能。当开关820断开时，电池电源1110停止对控制器1150供电。在一个实施例中，控制器1150根据开关820的闭合与断开状态以及感测端口ISENSE所接收到的反馈信号，调节提供给光源830的电能。

图12所示为根据本发明再一个实施例的便携式照明装置的驱动电路1200的结构示意图。驱动电路1200包括电池电源1110、开关820、光源830、感测元件840、控制器1250、电感L2以及电容C1和C2。图12与图11标号相同的元件具有相同或类似的功能，为简明起见，在此将不再赘述。

图13所示为图12所示实施例的控制器1250的结构示意图。控制器1250包括低电压锁定器1051、触发电路1052、时钟脉冲产生器1053、参考信号选择器1054、调节器1055、驱动器1056、开关1357及开关1358。图13与图10A标号相同的元件具有相同或类似的功能，为简明起见，在此将不再赘述。控制器1250的调光控制与图10B所示的调光控制类似，在此将不再赘述。

在一个实施例中，开关1357、开关1358与电容C2、电感L2形成降压转换器，能够将电源输出端口OUT上的电压降低，从而以较低的电压驱动光源830。在一个实施例中，切换输出端口SW经由开关1357与电源输入端口VIN耦合、经由开关1358接地，且经由电感L2及电容C2接地。电源输出端口OUT耦接至电感L2与电容C2之间的节点。因此，即使电池电源1110所提供的电压高于驱动光源830所需的电压（例如，6V），但经由降压转换器降低电源输出端口OUT上的电压，控制器1250仍可输出符合光源830规格的较低电压以驱动光源830，并调节提供给光源830的电能，进而延长电池电源1110的使用寿命。

在一个实施例中，开关1357和开关1358为金属氧化物半导体场效应晶体管（metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET）。在一个实施例中，开关1358与开关1357状态互补。换言之，开关1358和开关1357交替地导通或关断。在一个实施例中，开关1357为N沟道MOSFET。在一个实施例中，开关1358为P沟道MOSFET。在另一个实施例中，开关1358为二极管。

图14所示为根据如图10A所示实施例的驱动电路900的性能图，其显示了利用两个1.5V碱性电池驱动额定电流为100mA的LED的实验结果。图14中曲线指示流经LED的电流。将图14和现有技术图7B相比较可知，在流经LED电流相同（即发光亮度相同）的情况下，使用现有技术的电池寿命仅为100分钟（如图7B所示），而使用本发明的驱动电路900的电池寿命延长至约205分钟。因此，使用本发明不但可节省电池数量，亦可延长电池寿命。

图15所示为根据本发明又另一个实施例的便携式照明装置中的驱动电路1500的结构示意图。驱动电路1500包括电池电源810、开关820、负载（例如，光源830）、感测元件840、控制器1550和电感L1。图15与图8、图9标号相同的元件具有相同或类似的功能，为简明起见，在此将不再赘述。

在一个实施例中，控制器1550包括电源输入端口VIN、感测端口V_SENSE、电源输出端口OUT、反馈端口I_SENSE、端口GND、切换输出端口SW及指示端口BATLO。电源输入端口VIN经由开关820与电池电源810耦合。感测端口V_SENSE经由分压器1502和开关820与电池电源810耦合。电源输出端口OUT与光源830耦合。反馈端口I_SENSE与感测元件840耦合。端口GND接地。切换输出端口SW经由电感L1与电源输入端口VIN耦合。指示端口BATLO与指示器1504耦合。在一个实施例中，驱动电路1500还包括耦合于电池电源810和控制器1550的电源输入端口 VIN之间的电容C1。在一个实施例中，驱动电路1500还包括耦合于发光元件830和控制器1550的电源输出端口OUT之间的电容C2。

在操作中，若开关820闭合，电源输入端口VIN接收来自电池电源810的电能，感测端口V_SENSE接收指示电池电源810的电压的感测信号SEN。电源输出端口OUT给光源830提供输出电能。反馈端口I_SENSE接收指示流经光源830的瞬时电流的反馈信号FB。控制器1550根据反馈信号FB和感测信号SEN调节流经光源830的电流。具体而言，若感测信号SEN指示电池电源810的电压大于第一电压阈值，控制器1550将流经光源830的电流调节至第一电流。若感测信号SEN指示电池电源810的电压小于第二电压阈值，控制器1550将流经光源830的电流调节至第二电流。其中，第二电流低于第一电流。若感测信号SEN指示电池电源810的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间，控制器1550根据感测信号SEN变化调节流经光源830的电流。因此，控制器1550可调节光源830的亮度。

图16所示为图15所示实施例的控制器1550的结构示意图。图16与图10A标号相同的元件具有相同或类似的功能，为简明起见，在此将不再赘述。图17所示为图16所示实施例中参考信号ADJ和感测信号SEN的关系示意图。图16结合图17进行描述。

如图16所示，在一个实施例中，控制器1550包括低电压锁定器1651、参考信号发生单元1654、调节器1055、驱动器1056、开关1057和开关1058。低电压锁定器1651与电源输入端口VIN耦合。参考信号发生单元1654与感测端口V_SENSE耦合。调节器1055与参考信号发生单元1654耦合。驱动器1056与调节器1055耦合，开关1057和开关1058与驱动器1056耦合。

若开关820闭合，电源输入端口VIN接收电池电源810的电能。参考信号发生单元1654根据感测信号SEN产生参考信号ADJ。参考信号ADJ指示光源830的目标电流。感测信号SEN的感测电压V_SEN与电池电源810的电压成比例。当感测信号SEN的感测电压V_SEN大于第一电压阈值V_TH1时（即指示电池电源810的电压大于第一电压），控制器1550将参考信号ADJ的参考电压V_ADJ调节至第一电压V_ADJ1。当感测信号SEN的感测电压V_SEN小于第二电压阈值V_TH2时（即指示电池电源810的电压小于第二电压），控制器1550将参考信号ADJ的参考电压V_ADJ调节至第二电压V_ADJ2。当感测信号SEN的感测电压V_SEN大于第二电压阈值V_TH2 但小于第一电压阈值V_TH1时（即指示电池电源810的电压大于第二电压但小于第一电压），控制器1550调节参考信号ADJ的参考电压V_ADJ跟随感测信号SEN的感测电压V_SEN线性变化，因此流经光源830的电流也跟随电池电源810的电压线性变化。

调节器1055根据参考信号ADJ和反馈信号FB产生调光信号DRV，以调节流经光源830的电流。如图16所示的实施例中，开关1057、开关1058、电容C2和电感L1组成升压转换器，以将电源输出端口OUT的电压提升至足以驱动发光元件830。切换输出端口SW经由电感L1与电源输入端VIN耦合、经由开关1057接地、也经由开关1058与电源输出端口OUT耦合。电源输出端口OUT与电容C2耦合。如此，即使电池电源810提供较低的电压（例如，1V），但经由升压转换器升高电源输出端口OUT上的电压，控制器1550仍可以驱动发光元件830。驱动器1056根据调光信号DRV控制开关1057和开关1058。在一个实施例中，开关1057和开关1058状态互补。换句话说，开关1057和开关1058交替地导通或关断。因此，将流经光源830的电流调节至由参考信号ADJ确定的目标电流。此外，参考信号发生单元1654还根据感测信号SEN产生指示信号IDC。若指示电池电源810的电压的感测电压V_SEN小于第二电压阈值，指示信号IDC处于第一状态（例如，逻辑高）。若指示电池电源810的电压的感测电压V_SEN大于第二电压阈值，指示信号IDC处于第二状态（例如，逻辑低）。因此，在一个实施例中，若指示信号IDC处于第一状态，指示器1504打开以指示电池电源810的电压小于第二电压。若指示信号IDC处于第二状态，指示器1504关闭以指示电池电源810的电压大于第二电压。当电源输入端口VIN的电压低于关闭阈值时，低电压锁定器1651关闭控制器1550；当电源输入端口VIN的电压高于打开阈值时，低电压锁定器1651打开控制器1550。

图18所示为图16所示实施例中的参考信号发生单元1654的结构示意图。参考信号发生单元1654包括第一比较器1808、第二比较器1810、第一多路复用器1804、第二多路复用器1806、感测信号处理单元1802、第三比较器1812和开关1858。感测信号处理单元1802根据感测信号SEN提供处理后的信号SEN’。处理后的信号SEN’与感测信号SEN成比例。

在操作中，第一比较器1808将感测信号SEN的感测电压V_SEN与第一电压阈值V_TH1进行比较，以产生第一选择信号SEL1。第二比较器1810将感测信号SEN的感测电压V_SEN与第二电压阈值V_TH2进行比较，以产生第二选择信号SEL2。第一多路复用器1804根据第一选择信号SEL1选择性地输出处理后的信号SEN’或第一电压信号ADJ1。第二多路复用器1806根据第二选择信号SEL2选择性地输出第一多路复用器1804的输出信号或第二电压信号ADJ2。具体而言，若感测信号SEN的感测电压V_SEN大于第一电压阈值V_TH1，第一多路复用器1804输出第一电压信号ADJ1，第二多路复用器1806输出第一多路复用器1804的输出信号（例如，第一电压信号ADJ1）作为参考信号ADJ。若感测信号SEN的感测电压V_SEN小于第二电压阈值V_TH2，第二多路复用器1806输出第二电压信号ADJ2作为参考信号。若感测信号的感测电压V_SEN大于第二电压阈值V_TH2且小于第一电压阈值V_TH1，第一多路复用器1804输出处理后的信号SEN’，第二多路复用器1806输出第一多路复用器1804的输出信号（例如，处理后的信号SEN’）。由此，参考信号ADJ的参考电压V_ADJ与感测信号SEN的感测电压V_SEN成比例，也即参考信号ADJ的参考电压V_ADJ与电池电源810的电压成比例。

若感测信号SEN的感测电压V_SEN小于第二电压阈值V_TH2，指示电池电源810的电压小于第二电压，第三比较器1812断开开关1858以产生具有第一状态（例如，逻辑高）的指示信号，从而接通指示器1504。若感测信号SEN的感测电压V_SEN大于第一电压阈值V_TH1，指示电池电源810的电压大于第一电压，第三比较器1812接通开关1858以产生具有第二状态（例如，逻辑低）的指示信号，从而断开指示器1504。

图19所示为本发明又再一个实施例的便携式照明装置的驱动电路1900的结构示意图。驱动电路1900包括电池电源1110、开关820、负载（例如，光源830）、感测元件840、控制器1950、电感L2、电容C1以及电容C2。图19与图12和图15中标号相同的元件具有相同或类似的功能，为简明起见，在此将不再赘述。

图20所示为图19所示实施例中的控制器1950的结构示意图。图20与图10A、图13和图16中标号相同的元件具有相同或类似的功能。在一个实施例中，控制器1950包括低电压锁定器1651、参考信号发生单元1654、调节器1055、驱动器1056、开关1357和开关1358。其中低电压锁定器1651与电源输入端口VIN耦合。参考信号发生单元1654与感测端口V_SENSE耦合。调节器1055与参考信号发生单元1654耦合。驱动器1056与调光器1055耦合。开关1357和开关1358与驱动器1056耦合。在图20所示的实施例中，开关1357、开关1358和电容C2和电感L2组成降压转换器，以将控制器1950的电源输出端口OUT的电压降至可驱动光源830的较低电压。在一个实施例中，开关1357和开关1358状态互补。换言之，开关1357和开关1358交替地闭合或断开。在图20所示的实施例中，切换输出端口SW经由开关1357与电源输入端口VIN耦合、经由开关1358接地、经由电感L2和电容C2接地。因此，即使电池电源1110提供的电压高于驱动光源830的合适电压（例如，6V），控制器1950可以通过降压转换器以较低的电压驱动光源830。

图21所示为根据本发明一个实施例的给光源供电的方法流程图2100。在步骤2102中，在控制器的控制下，电池电源给光源供电。在步骤2104中，给控制器提供指示电池电源的电压的感测信号。在步骤2106中，控制器根据感测信号调节流经光源的电流。具体而言，当感测信号指示电池电源的电压大于第一电压阈值（即电池电源的电压大于第一电压）时，将流经光源的电流调节至第一电流；当感测信号指示电池电源的电压小于第二电压阈值（即电池电源的电压小于第二电压）时，将流经光源的电流调节至第二电流。第二电压阈值小于第一电压阈值。当感测信号指示电池电源的电压在第二电压阈值和第一电压阈值之间（即电池电源的电压在第二电压和第一电压之间，其中第二电压小于第一电压）时，调节流经光源的电流跟随感测信号的电压线性变化。

给光源供电的方法还包括控制器根据感测信号产生参考信号。参考信号指示流经光源的目标电流值。当感测信号指示电池电源的电压大于第一电压阈值时，将参考信号的参考电压调节至第一电压；当感测信号指示电池电源的电压小于第二电压阈值时，将参考信号的参考电压调节至第二电压；当感测信号指示电池电源的电压在第二电压阈值和第一电压阈值之间时，调节参考信号的参考电压跟随感测电压线性变化。

给光源供电的方法还包括控制器根据感测信号产生指示信号以控制指示器。当感测信号指示电池电源的电压小于第二电压阈值时，指示信号处于第一状态；当感测信号指示电池电源的电压大于第二电压阈值时，指示信号处于第二状态。

有利的是，本发明提供了一种便携式照明装置、控制给光源供电的方法和控制器。控制器感测电池电源的电压，根据指示电池电源的电压的感测电压调节参考信号。根据指示光源的目标电流值的参考信号调节流经光源的电流。若电池电源的电压较低，则将流经光源的电流调节至较低值。因此，电池的寿命延长，从而延长发光元件的寿命。

本领域普通技术人员可以理解，本发明的“电池”或“电池组”并不限于干电池或碱性电池，其可包括不同类型的电池（例如，锂电池或其他类型的电池）。此外，虽然本发明的实施例只示出了一个发光元件，本领域技术人员可以理解的是，本发明并不限于发光元件的数量，而是可以采用任意数量的发光元件。此处为便于说明以发光二极管（LED）为实施例，但本发明并不以此为限，可将LED替换为其他类型的发光元件。本发明虽以手电筒为例加以说明，但并不限于家用或小型手电筒，其亦包括不同尺寸、不同用途的便携式照明装置，例如但不限于：登山、探测所用的头灯，或自行车的车灯等等。

上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims

1.一种便携式照明装置，其特征在于，所述便携式照明装置至少包括：

电源，用于提供电压；

负载，包括发光二极管光源；以及

控制器，用于接收所述电压，并根据指示所述电源的所述电压的感测信号调节流经所述发光二极管光源的电流，

其中，当所述感测信号指示所述电源的所述电压大于第一电压阈值时，所述控制器将流经所述发光二极管光源的所述电流调节至第一电流；当所述感测信号指示所述电源的所述电压低小于第二电压阈值时，所述控制器将流经所述发光二极管光源的所述电流调节至第二电流；当所述感测信号指示所述电源的所述电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，所述控制器调节流经所述发光二极管光源的所述电流跟随所述感测信号的感测电压变化。

2.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于，当所述感测信号指示所述电源的所述电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，所述控制器根据所述感测信号和反馈信号调节流经所述发光二极管光源的所述电流跟随所述电源的所述电压线性变化，其中，所述反馈信号指示流经所述发光二极管光源的瞬时电流。

3.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于，所述控制器包括参考信号发生单元，用于根据所述感测信号产生指示流经所述发光二极管光源的目标电流值的参考信号，其中，当所述感测信号指示所述电源的所述电压大于所述第一电压阈值时，所述参考信号的参考电压处于第一电压；当所述感测信号指示所述电源的所述电压小于所述第二电压阈值时，所述参考信号的所述参考电压处于第二电压；当所述感测信号指示所述电源的所述电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，所述参考信号的所述参考电压跟随所述感测信号的电压线性变化。

4.根据权利要求3所述的便携式照明装置，其特征在于，所述参考信号发生单元至少包括：

第一比较器，用于将所述感测信号与所述第一电压阈值进行比较；

第二比较器，用于将所述感测信号与所述第二电压阈值进行比较；

感测信号处理单元，用于根据所述感测信号提供处理后的信号；

第一多路复用器，用于根据所述第一比较器的输出选择性地输出所述处理后的信号或第一电压信号；以及

第二多路复用器，用于根据所述第二比较器的输出选择性的输出所述第一多路复用器的输出信号或第二电压信号，以产生所述参考信号。

5.根据权利要求4所述的便携式照明装置，其特征在于，所述处理后的信号与所述感测信号成比例。

6.根据权利要求3所述的便携式照明装置，其特征在于，所述控制器包括调节器，用于根据所述参考信号和反馈信号产生调光信号，以调节流经所述发光二极管光源的所述电流，其中，所述反馈信号指示流经所述发光二极管光源的瞬时电流。

7.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于，所述控制器根据所述感测信号产生指示信号，其中，当所述感测信号指示所述电源的所述电压小于所述第二电压阈值时，所述指示信号处于第一状态；当所述感测信号指示所述电源的所述电压大于所述第二电压阈值时，所述指示信号处于第二状态。

8.根据权利要求7所述的便携式照明装置，其特征在于，所述便携式照明装置还包括指示器，其中，当所述指示信号处于所述第一状态时，所述指示器接通；当所述指示信号处于所述第二状态时，所述指示器断开。

9.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于，所述控制器包括感测端口，与所述电源耦合，用于接收指示所述电源的所述电压的所述感测信号。

10.根据权利要求1所述的便携式照明装置，其特征在于，所述控制器包括电源输入端口，用于接收所述电源的所述电压。

11.根据权利要求10所述的便携式照明装置，其特征在于，所述控制器包括切换输出端口，所述切换输出端口经由电感与所述电源输入端口耦合。

12.一种控制给发光二极管光源供电的方法，其特征在于，所述方法包括：

在控制器的控制下，电源向所述发光二极管光源供电；

所述控制器接收指示所述电源的电压的感测信号；以及

根据所述感测信号调节流经所述发光二极管光源的电流，其中，

当所述感测信号指示所述电源的所述电压于第一电压阈值时，所述控制器将流经所述发光二极管光源的所述电流调节至第一电流；

当所述感测信号指示所述电源的所述电压小于第二电压阈值时，所述控制器将流经所述发光二极管光源的所述电流调节至第二电流；以及

当所述感测信号指示所述电源的所述电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，所述控制器调节流经所述发光二极管光源的所述电流跟随所述感测信号的电压线性变化。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当所述感测信号指示所述电源的所述电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，根据所述感测信号和反馈信号调节流经所述发光二极管光源的所述电流跟随所述电源的所述电压线性变化，其中，所述反馈信号指示流经所述发光二极管光源的瞬时电流。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述控制器根据所述感测信号产生参考信号；

当所述感测信号指示所述电源的所述电压大于所述第一电压阈值时，调节所述参考信号的参考电压至第一电压；

当所述感测信号指示所述电源的所述电压小于所述第二电压阈值时，调节所述参考信号的所述参考电压至第二电压；以及

当所述感测信号指示所述电源的所述电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，调节所述参考信号的所述参考电压跟随所述感测信号的所述感测电压线性变化。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述控制器根据所述感测信号产生指示信号，以控制指示器；

当所述感测信号指示所述电源的所述电压小于所述第二电压阈值时，控制所述指示信号处于第一状态；以及

当所述感测信号指示所述电源的所述电压大于所述第二电压阈值时，控制所述指示信号处于第二状态。

16.一种控制器，用于控制给发光二极管光源供电，其特征在于，所述控制器包括：

电源输入端口，与电源耦合，用于接收来自所述电源的电压；

感测端口，与所述电源耦合，用于接收指示所述电源的所述电压的感测信号；以及

反馈端口，用于接收指示流经所述发光二极管光源的瞬时电流的反馈信号，

其中，所述控制器根据所述反馈信号和所述感测信号产生指示流经所述发光二极管光源的目标电流值的参考信号，并根据反馈信号和所述参考信号调节流经所述发光二极管光源的电流，当所述感测信号指示所述电源的所述电压大于第一电压阈值时，所述参考信号的参考电压处于第一电压；当所述感测信号指示所述电源的所述电压小于第二电压阈值时，所述参考信号的所述参考电压处于第二电压；当所述感测信号指示所述电源的所述电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，所述参考信号的所述参考电压跟随所述感测信号的所述电压线性变化。

17.根据权利要求16所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：

第一比较器，用于将所述感测信号的感测电压与第一电压阈值进行比较；

第二比较器，用于将所述感测信号的感测电压与第二电压阈值进行比较；

第二多路复用器，用于根据所述第二比较器的输出选择性地输出所述第一多路复用器的输出信号或第二电压信号。

18.根据权利要求17所述的控制器，其特征在于，所述处理后的信号与所述感测信号成比例。

19.根据权利要求16所述的控制器，其特征在于，所述控制器根据所述感测信号产生指示信号，其中，当所述感测信号指示所述电源的所述电压小于所述第二电压阈值时，所述指示信号处于第一状态；当所述感测信号指示所述电源的所述电压大于所述第二电压阈值时，所述指示信号处于第二状态。

20.根据权利要求16所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：

指示端口，与指示器耦合，其中，当所述感测信号指示所述电源的所述电压小于所述第二电压阈值时，所述指示器接通；当所述感测信号指示所述电源的所述电压大于所述第二电压阈值时，所述指示器断开。