CN104685969A

CN104685969A - 无功耗泄流器

Info

Publication number: CN104685969A
Application number: CN201380050796.5A
Authority: CN
Inventors: 里波莎·吉拉卡
Original assignee: Dialog Semiconductor GmbH
Current assignee: Dialog Semiconductor GmbH
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: EP2731405A1; CN104685969B; US20150237695A1; US9949324B2; WO2014072084A1

Abstract

本发明涉及照明体统。特别是，本发明涉及用于确保与固态照明装置，例如LED或OLED组件，相结合的调光器的可靠操作的节能方法和***。描述了用于固态灯泡组件(1)的驱动电路(310)的控制器(325)。固态灯泡组件(1)包括固态光源(6)。驱动器电路(310)包括开关电源转换器(326)。控制器(325)用于：接收表示呈递给调光器(302)的市电供电(301)的输入电压(330)；根据该输入电压(330)确定调光器(302)处于断开阶段；以及若确定该调光器(302)处于断开阶段，产生用于开关电源转换器(326)的控制信号(336)，以用开关模式操作该开关电源转换器(326)，以对一个或多个在开关电源转换器(326)的输入端的电容进行放电。

Description

无功耗泄流器

技术领域

本发明涉及照明***，特别是，本发明涉及用于确保与固态照明装置，例如LED或OLED组件，相结合的调光器的可靠操作的节能方法和***。

背景技术

几十年来，GLS(普通照明服务)或白炽灯已经称为住宅照明应用的首选。这些光源可以很容易地使用所谓的切相调光器进行调光。这导致了这样的调光器的大量的用户数。这些调光器设计成工作于具有相当大的功耗的相对高的负载。

由于EMI(电磁干扰)滤波网络的存在，新类型的光源如CFL(紧凑型荧光灯)或LED灯具有与高的非线性特性和大的容性阻抗结合的非常小(通常比等效的GLS灯少10倍)的负载。由于这些方面，LED基的灯具和CFL组件不能天生使用现有的相位调光器进行调光。凭借先进的电子设备，可以模仿调光功能。但是，由于技术的/物理的限制，调光范围以及支持的调光器的范围和与特定调光器工作的并联的灯在数量上和混合方面的配置是有限制的。此外，附加的电路通常导致成本增加，而且在大多数情况下，导致灯组件的额外的功率损耗。

本发明解决了上面提及的问题。特别是，本发明描述了一种允许与常规调光器相结合的固态发光(SSL)装置的可靠和节能操作的方法和***。

发明内容

根据一方面，描述了一种用于固态灯泡组件的驱动电路的控制器。该固态灯泡组件包括例如一个或多个LED或OLED。该驱动电路通常包括开关电源转换器，其中开关电源转换器可包括使电源转换器在第一状态和第二状态之间切换的开关。在第一状态，该电源转换器从电源转换器的输入端抽拉功率(如电流)，以及在第二状态，该电源转换器可将该功率(如电流)转移到该电源转换器的输出端。开关电源转换器的例子是单端初级电感转换器，降压转换器，升压转换器，降压-升压转换器和/或反激式转换器。

通常控制器以稳态模式操作驱动电路(即开关电源转换器和尤其是开关电源转换器的开关)。在这样的稳态模式中，驱动电路可***作从而驱动电路的输出电压被调节到预定电压水平(如光源的开启电压)。换句话说，在稳态模式(这里也称为常规调光器导通操作状态)，开关电源转换器可***作从而开关电源转换器的输出电压被调节到预定电压水平。为此目的，控制器可用于接收表示输出电压的信号。此外，控制器可用于根据该表示输出电压的信号产生用于驱动电路的控制信号(例如开关电源转换器的开关的栅极的栅极控制电压)。该控制信号可用于调整换向周期速率和/或占空比(即开关处于导通阶段的时间间隔期间和完整的换向周期的时间间隔的比率)，以使得输出电压被调节到预定的电压水平。

通常，该开关电源转换器包括DC-DC转换器，该DC-DC转换器用于将整流的DC输入电压转换成DC输出电压。驱动电路通常包括整流器(如全波整流器)，以将该AC输入电压转换成整流的DC输入电压。此外，驱动电路通常包括输入电容，以例如降低整流的DC输入电压(在此也称为整流输入电压)的波纹。此外，驱动电路可包括在驱动电路的输入端的电磁干扰(EMI)电路，以将由开关电源转换器引起的高频失真与市电电源屏蔽开。

希望能够结合调光器如切相调光器操作固态灯泡组件。然而，由于该固态灯泡组件拉出的功率量低，调光器不能正确的操作。通过示例方式，由于事实上灯泡组件拉出的电流下降到低于TRIAC的保持电流，包含于调光器的TRIAC(用于交流电的三极管)可点火多次。描述于本发明的控制器可用于控制驱动电路，从而固态灯泡组件使与其连接的调光器能够稳定操作，而同时保持固态灯泡组件的功效。

为此目的，控制器可用于接收表示已经呈递给调光器的市电供电的输入电压(或输入信号)。通过示例的方式，该驱动电路可包括输入电压感应装置，该输入电压感应装置用于提供输入电压，该输入电压表示由市电供电提供的电压的波形。该输入电压感应装置可包括例如在驱动电路的输入端的分压器(在适于与市电连接的电连接模块和驱动电路的整流器之间)。该输入电压(或输入信号)可表示由市电提供的波形的一个或多个半周期。因为市电已经呈递给调光器，波形通常包括零电压段(当调光器处于断开阶段)和正弦段(当调光器处于导通阶段)。该输入电压可表示由市电提供的波形的绝对值。

可替代地或另外，控制器可用于接收流过电源转换器的开关的电流的表示。为此目的，该驱动电路可包括电流感应装置，该电流感应装置用于提供流过电源转换器的开关的电流的表示。

控制器可用于例如根据输入电压或根据流过电源转换器的开关的电流的表示确定调光器处于断开阶段。通过示例的方式，控制器可用于将输入电压与基准电压(如40V-50V)比较，以确定调光器是处于断开阶段还是导通阶段。特别是，若输入电压小于基准电压，控制器可确定调光器处于断开阶段。可替代地或另外，若输入电压等于或大于基准电压，控制器可确定调光器处于导通阶段。

可替代地或另外，控制器可用于根据流过开关电源转换器的开关(也称为电源转换器开关)的电流，确定调光器处于断开阶段。使用包括例如与电源转换器串联的分流电阻的电流感应单元可确定流过电源转换器的开关的电流。控制器可用于确定电源转换器的开关的导通时期的时间长度等于或大于预定导通时间间隔。特别地，控制器可用于确定流过电源转换器开关的电流在预定导通时间间隔内没有达到预定峰值电流。如果是这种情况，控制器可得出调光器处于断开阶段的结论。换句话说，控制器可用于根据流过电源转换器开关的感应电流和根据预定峰值电流和预定导通时间间隔，确定调光器处于断开阶段。这项观察是因为事实上没有更多的能量从市电供电提供给灯泡组件。

此外，控制器可用于根据流过电源转换器开关的感应电流，确定调光器处于导通阶段。如果已经确定调光器处于断开阶段，控制器可以得出结论：根据观察到流过电源转换器开关的感应电流已经达到预定峰值电流，调光器已经进入导通阶段。这是由于事实上能量再次从市电供电提供给灯泡组件。因此，控制器可用于根据观察到流过电源转换器开关的电流已经达到预定峰值电流(确定的调光器的断开阶段后持续第一时间)，确定调光器处于导通阶段。

这样，控制器可用于接收流过电源转换器开关的电流的表示(例如使用电流感应装置)。此外，控制器可用于确定流过电源转换器开关的电流在预定导通时间间隔内是否达到预定峰值电流。

应当注意的是，控制器可用于根据输入电压和根据流过电源转换器开关的感应电流(结合)确定调光器的导通阶段和/或断开阶段。

若确定该调光器处于断开阶段，控制器用于产生用于开关电源转换器的控制信号，以用开关模式操作该开关电源转换器。当调光器处于断开阶段时电源转换器***作所处的开关模式也称为调光器断开操作状态。该开关模式可例如包括边界导通模式。换句话说，控制器可用于以开关模式操作该开关电源转换器，以对在驱动电路的输入端或电源转换器的输入端的一个或更多电容进行放电(例如，调光器中的电容，EMI电路中的电容和/或输入电容)，和将电荷从驱动电路/电源转换器的输入端转移到驱动电路/电源转换器的输出端(例如，转移到在驱动电路的输出端的输出电容)。通过这样做，可以确保在驱动电路的输入端的电容含有的能量不会浪费。另外，它确保了驱动电路用于为调光器的即将到来的点火准备，从而减少调光器多次点火的风险。因为在驱动电路的输入端的电容完全放电，可以确保调光器的点火导致输入电压中的明显边缘，可以可靠地检测到，由此允许可靠地控制电源转换器。此外，在驱动电路的输入端的电容的完全放电导致准备调光器的即将到来的点火的调光器的定义状态。因为使调光器进入定义(放电)状态，可以减小调光器中的不受控制的震荡和调光器的不受控制的点火的风险。此外，电容的受控放电使驱动电路能够表示调光器在点火过程的低阻抗。

控制器可以用于操作开关电源转换器，从而流过电源转换器(输入端)的第一电感的电流不超过预定的峰值电流(例如I_p1)。在这种情况下，控制器可用于确定流过开关电源转换器的开关的电流是否等于或大于预定峰值电流。为此目的，驱动电路可包括电流感应装置(例如，在开关的分流电阻)，电流感应装置用于提供表示流过开关电源转换器的开关的电流的信号。此外，若确定流过开关的电流等于或大于预定峰值电流，控制器可用于生成控制信号以使开关进入断开状态。换句话说，只要流过开关的电流达到预定峰值电流，控制器可用于断开开关。这样，第一电感耦合到电源转换器的输出端和能量从第一电感传送到电源转换器的输出端。

只要流过开关的电流比预定峰值电流小，控制器可用于将开关保持在导通状态。这意味着如果流过开关的电流没有达到预定峰值电流(例如，因为在驱动电路输入端的电容已被完全放电)，开关保持在导通状态，从而给调光器提供低阻抗，并从而确保调光器的可靠点火。

控制器可用于确定开关电源转换器的开关处于断开状态的第一时间间隔是否等于或大于预定第一断开时间间隔。如果确定第一时间间隔等于或大于预定第一断开时间间隔，控制器可用于生成控制信号以使开关进入导通状态。换句话说，控制器可用于保持开关处于截止状态，保持时间等于第一断开时间间隔，在第一断开时间间隔后开关被再次接通。通过适当选择第一断开时间间隔，可以确保开关处于断开状态时流过第一电感的电流确实下降到零。特别是，可选择第一断开时间间隔，从而电源转换器操作于边界传导模式或者以连续传导模式进行操作。

总体而言，控制器可用于产生以开关模式操作开关电源转换器的控制信号，即使当调光器处于断开阶段也是如此。但是，在调光器的断开阶段，电源转换器没有***作，以调节驱动电路的输出电压，电源转换器而是用于确保在驱动电路的输入端的电容的受控放电和到驱动电路的输出端的存储的能量的受控转移。此外，电源转换器***作，以给调光器提供低阻抗，从而确保调光器的可靠点火。为了确保受控放电和能量转移，以及低阻抗，通过根据预定峰值电流(以断开开关)和根据预定第一断开时间间隔(以接通开关)确定电源转换器的开关的切换时刻，可以控制该电源转换器。特别地，开关可以不根据驱动电路的输出电压(或根据表示输出电压的信号)进行控制。

根据输入电压(如通过确定输入电压超过基准电压)，控制器可用于确定调光器处于导通阶段。若确定调光器处于导通阶段，控制器可用于生成用于开关电源转换器的控制信号，以用拉电流模式即具有增加的电感电流的模式操作开关电源转换器。换句话说，一旦控制器确定所述调光器已经被点火，控制器可根据初始调光器导通操作状态开始操作电源转换器，以避免调光器的多次点火。如上面指出的，开关电源转换器通常包括在所述开关电源转换器的输入端的第一电感。控制器可用于生成控制信号以操作开关电源转换器，从而流过第一电感的电流超过调光器的保持电流(即超过预定阈值电流，其中，例如使用最坏情况假定，预定阈值电流可根据调光器的保持电流进行确定)。通过这样做，可以避免调光器的多次点火。

电源转换器在具有增加的电感电流的模式的操作通常仅在有限的时间间隔(在此被称为预定的初始调光器导通时间间隔)内实施。初始调光器导通时间间隔之后，通常没有更多的多次点火的风险。这样，控制器可用于确定开关电源转换器操作于具有增加的电感器电流的方式的第二时间间隔是否等于或大于预定的初始调光器导通时间间隔。如果确定该第二时间间隔等于或大于预定的初始调光器导通时间间隔，控制器可用于生成控制信号以在稳态模式(即驱动电路的输出电压被调节的模式)操作开关电源转换器。换句话说，在初始调光器导通时间间隔之后，控制器可以以稳态模式操作电源转换器。

这样，直接在调光器点火和持续对应于初始调光器接通时间间隔的时间间隔之后，控制器可用于以确保灯泡组件的拉出的电流不会下降到低于调光器的保持电流的模式操作电源转换器，从而防止调光器的多次点火。控制器可根据流过开关的电流，如根据预定第二峰值电流I_P2(以断开开关)和根据第二断开时间间隔(以接通开关)，确定用于控制电源转换器的开关的切换时刻。可根据第一电感的电感值确定第二断开时间间隔，以确保流过第一电感的电流不会下降到低于调光器的保持电流。

这样，在初始调光器导通阶段(具有对应于初始调光器导通时间间隔的持续时间)，控制器可用于将超过在随后的调光器导通阶段拉出的电流的电流拉出。该电流偏移，即额外的电流，应该足够高，以便转移在调光器点火时的负电流峰值振荡和避免调光器断开。在初始调光器导通阶段，电源转换器操作于连续导通模式(CCM)或边界导通模式(BCM)或不连续导通模式(DCM)，例如：具有相对高的峰值电流。

总体而言，可以指出控制器用于在调光器的导通阶段和断开阶段以开关模式操作开关电源转换器的开关，从而确保没有能量浪费(例如，在调光器的断开阶段提供泄流电流的浪费)。如上面指出的，控制信号通常包括施加到开关电源转换器的开关的栅极的栅极控制电压。

根据进一方面，描述了一种用于固态灯泡组件的驱动电路。该驱动电路可包括开关电源转换器，开关电源转换器可用于根据接收的控制信号输出用于固态光源的DC输出电压。此外，该驱动电路可包括本发明描述的任一方面的控制器。该驱动电路可用于提供控制信号给开关电源转换器。

该驱动电路可还包括在开关电源转换器的输入端的输入电容。该输入电容可用于存储在调光器的导通阶段的电荷。可替代地或另外，该输入电容可用于将来自开关电源转换器的高频纹波与市电隔离。此外，该驱动电路可包括在开关电源转换器的输出端的输出电容。该输出电容可用于存储提供给固态光源的电荷。驱动电路可用于在调光器的断开阶段将输入电容的一些或全部电荷转移到输出电容。能量的转移可根据本发明描述的调光器导通操作状态来实施。

根据又一方面，描述了一种灯泡组件。该灯泡组件包括壳体和位于壳体中的固态发光装置。此外，该灯泡组件可包括电连接模块，电连接模块与壳体连接，并适于连接到市电电源。此外，该灯泡组件可包括本发明列出的任一方面的驱动电路，该驱动电路位于壳体中，并用于提供输出电压给发光装置。

根据另一方面，描述了一种用于操作本发明列出的控制器和/或驱动电路的方法。该方法可包括对应于本发明描述的控制器和/或驱动电路的特征的步骤。特别地，该方法可包括确定固态灯泡组件的市电供电的调光器处于断开阶段。此外，该方法可包括若确定该调光器处于断开阶段，产生用于固态灯泡组件的开关电源转换器的控制信号，以用开关模式操作该开关电源转换器，以对一个或多个在开关电源转换器的输入端的电容进行放电。

根据又一个方面，描述了一种软件程序。该软件程序可适于在处理器中执行且当在处理器中实施时，执行本发明列出的方法步骤。特别地，该软件程序可在本发明描述的控制器上执行。

根据另一个方面，描述了一种存储介质。该存储介质可包括软件程序，该软件程序适于在处理器中执行且当在处理器中实施时，执行本发明列出的方法步骤。

根据又一个方面，描述了一种计算机程序产品。该计算机程序可包括可执行的指令，当该可执行的指令在计算机执行时，该可执行的指令执行本发明列出的方法步骤。

应当注意的是，包括本发明列出的优选实施例的方法和***可以单独使用或结合本发明揭露的其他方法和***使用。另外，***的上下文中列出的特征也适用于对应的方法。进一步，本发明列出的方法和***的所有方面可任意结合。特别地，多个权利要求中的多个特征可以以任意的方式结合。

在本发明中，术语“连接”或“连接的”是指元件相互之间电连通，不论是例如通过电线直接连接，或是以其他方式连接。

附图说明

本发明结合附图以示例的方式在下面进行说明，其中

图1示出了示例的灯泡组件的方块图；

图2a示出了用于LED灯的示例的电源设置或驱动电路；

图2b、2c、2d、2e、2f和2g示出了示例的输入电压波形；

图3示出了用于结合调光器的SSL装置的驱动电路；

图4示出了检测切相角的示例方案；

图5a和5b示出了用于图3的驱动电路的示例实验测量；以及

图6示出了用于操作灯泡组件的示例方法的流程图。

具体实施方式

在本发明中，灯泡“组件”，包括替换传统白炽灯丝基灯泡特别是连接到标准电力供应的灯泡所需要的所有元件。在英式英语(和本发明中)，该电力供应是指市电(mains)，而在美式英语，该电力供应通常是指电源线。其他术语包括AC电源、线电源、家庭电源和电网电源。应当理解，可很容易替换这些术语，和这些术语具有同样的意思。

通常，在欧洲，供电电压为50Hz的230-240V的交流电，而在北美为60Hz的110-120V的交流电。本发明设置的原理应用于任何合适的供电，包括提及的市电/电源线，DC电源和经整流的AC电源。

图1是灯泡组件的示意图，组件1灯泡壳体2和电连接模块4。该电连接模块4可以是螺旋式或卡扣式，或其他适合连接到灯泡插座的连接件。电连接模块4的通常的例子是欧洲的E11，E14和E27螺旋式和北美的E12，E17和E26螺旋式。此外，光源6(也称为照明体)设置在壳体2中。光源6的例子是CFL管或固态发光源6，如发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)(后面的技术称为固态发光，SSL)。光源6可由单个发光装置或多个LED实现。

驱动电路8设置在灯泡壳体2中，并用于将通过电连接模块4接收的供电转换成光源6的受控的驱动电压和电流。如果是固态光源6，该驱动电路8用于给光源6提供受控的直接驱动电流。

壳体2给光源和驱动元件提供了合适强度的外壳，并包括需要的光学元件以从组件提供所需的输出光。壳体2也可提供散热能力，因为光源的温度管理对光输出最大化和光源寿命十分重要。相应地，通常将壳体设计成能够将灯泡产生的热进行传导远离光源，并离开整个组件。

为了使SSL基的灯具与切相调光器兼容，用于该SSL基灯1的电源装置8可提供例如以下功能：

1.从由调光器设置的市电电压获取能量。

2.过滤在市电电源中的任何电压波动，以保持光输出无闪烁。

3.将SSL灯电流/功率(以及因此发射的光的强度)调整到所请求的调光水平。

本发明描述了能够实施一个或多个上面描述的功能的方法和***。下面，该方法和***将在LED灯的情况下进行描述。然而，应当注意的是，这里描述的方法和***也同样适用于控制提供给其他类型的照明技术，诸如其他类型的SSL基灯具(例如OLED)的功率。

图2a示出了电源装置100(或驱动电路)的方块图，电源装置可用于根据市电电源提供的电源控制用于照亮LED104的电源。电源装置100可从市电电源接收输入电源111。输入电源11已经采用调光器进行调整。存在不同的调光器，但最经常使用的调光器的类型是所谓的可控硅调光器或切相调光器。每个交变电流的半周期开始后，可控硅调光器在可调的时间(相位角)打开，由此改变施加到灯上的电压波形和由此改变它的均方根(RMS)有效电压值。因为可控硅调光器切换(而不是吸收)所提供的电压的一部分，调光器浪费的功率很少。调光可以是几乎瞬间进行的，很容易被远程电子设备控制。通常，TRIAC(交流电三极管)被用作在家庭照明应用中的调光器内的晶闸管。调光器的变体是前缘切相调光器，后缘切相调光器或用于在前缘和/或后缘切相之间切换的智能调光器。本发明所描述的方法和***可应用于上述任何调光器的变体。

这样，切相调光器通常用于去除正弦市电电压的特定相位。这导致供给到常规白炽灯的RMS电压减少，从而减少由白炽灯发出的光的强度。另一方面，高效节能的照明技术，如LED或OLED需要预定的直流(DC)电压的水平，使得调光器所执行的正弦市电电压的修改不能直接用于修改所发射的光的强度。因此，用于这种高效节能灯的电源装置或驱动电路通常包括将切相输入电压转换成用于光源(例如，LED或OLED)的适当降低的电源的装置。

现在返回到图2a的示例电源装置或驱动电路100。示例的电源装置100包括切相角检测单元102，该切相角检测单元感应输入电压112和估算在原始正弦市电电压的已被调光器切除的角度。估算角113表示期望的调光级，并转移给LED控制单元103，该LED控制单元通过控制信号114控制LED电源101，以提供输出电源115给LED 104(称为图1中的光源6)，驱动LED104提供处于所需调光级的光116。

图2b，2c和2d中示出了输入电压波形112的示例波形201，202和203。当与前缘切相调光器一起使用时，示出的波形201，202和203是典型的用于白炽灯泡的电压波形。调光器的各个“导通角”211，212和213是用于控制输送到白炽灯泡的平均功率的分压计转角的函数。由于典型白炽灯泡的大功率负载，调光器在每一个市电周期内点火。所述切相角211(也称为“导通角”，因为它表示相切调光器进入导通模式即开始导通的角度)表示具有输送到灯泡的最大功率的100％的角度设置，切相角212表示具有输送到灯泡的中间功率的50％的角度设置以及切相角213表示具有输送到灯泡的最小功率的0％的角度设置。

当使用低功率的负载，如SSL灯泡组件时是不同的。典型的切相调光器仅具有与其连接的阻性负载时才会正常工作，阻性负载消耗预定的最小功率(如为至少40W的常规的白炽灯)和/或拉出预定的最小电流。当用于调光高效节能的LED灯(在功率水平在2～10W的范围内)时，由典型切相调光器产生的输入电压波形112可显著失真。输入电压波形的失真可能是因为以下原因如多次点火，容性相移，以及调光器的不连续操作。驱动电路的输入电压的示例波形231，232，233示于图2e，2f和2g。波形231对应于最高功率被转移到光源6，104的100％的角度设置，波形232对应于中间功率被转移到光源6，104的50％的角度设置和波形233对应于最小功率被转移到光源6，104的0％角度设置。可以看出，在100％的角度设置，调光器执行多次点火，在50％的角度设置，调光器随机点火并且在0％的角度设置，调光器根本不工作。

因此，从低负载的SSL设备104的驱动电路233的输入电压的波形231，232可能无法很容易地推导切相调光器的设置(和相应的期望的照度级)。为了确保切相调光器的正确操作，灯泡组件1，特别是电源装置100可以利用所谓的泄流电路(例如电阻器或电流源)，泄流电路代表给切相调光器的负载。然而，这样的泄流电路导致灯泡组件1的额外的功率损耗，从而部分地毁坏了低负载SSL设备104的优点。此外，这种泄流电路往往体积大，价格昂贵，从而增加灯泡组件的总成本。因此，本发明提出有效和可靠的泄流电路的技术问题。特别地，本文件描述了一种确保以节能有效的方式正确操作切相换调光器的方法和***。该方法和***利用灯泡组件1的市电端子的容性电压水平的放电，从而在切相调光器处于断开模式的阶段复位该输入电压。该方法和***可用于确定切相角。所确定的切相角可用于设置光源6，104的照度。

如上面概述的，电流控制可在SSL基的灯泡组件1内实现，以结合切相调光器适当地操作灯泡组件1。这种方法的一个缺点是，与设计用于(或用于)固定操作(即无调光器)的灯泡组件和驱动电路相比，用于这种电流控制的泄流电路会产生附加损耗，该附加损耗导致较低的***效率。此外，所需的泄流电路(例如电阻)往往是体积大和价格昂贵的。

本发明描述了如何使用开关模式技术产生泄流电流，以减少由调光引起的功率损耗，并为了避免使用额外的元件(用于专用的泄流电路)。

为了保持TRIAC的稳定操作，在调光器的断开阶段和/或调光器点火后预定的时间间隔，电灯泡组件1的电源转换器101的输入电流可增加到大于给定值。在调光器的断开时间，转换器可操作于切换模式如BCM(边界传导模式)，BCM具有恒定的峰值电流I_p1和无限制的驱动导通时间。在调光器的断开时间(即调光器的断开阶段)，其他的操作模式也是可能的。TRIAC点火后在预定的(相对短的时间间隔)期间，功率转换器101可操作于恒定连续传导模式(CCM)，恒定连续传导模式具有恒定的峰值电流I_P2(可以等于I_P1)。TRIAC点火后(即在初始调光器导通阶段)，其他的操作模式也是可能的。这个时间间隔期间由电源转换器101消耗的能量可以被转移到在电源转换器101的输出端(例如，在图3的DC链电压333)的大容量电容323。因此，电源没有浪费而是转移到LED 6，104。这减少了泄流电流产生引起的电源浪费，并增加***效率。

应当注意的是，电源转换器101的参数可以由数字控制***进行控制，以及设置(例如峰值电流I_p1和I_p2或基准电压401(参照图4))可以被调整并使用存储单元(如一次性可编程(OTP)，存储设备)进行存储。这允许电源装置100(即驱动电路)的快速而简单的优化。

现在参考图3进行进一步的细节描述。一种可能的泄流概念是将阻性负载或电流源添加至驱动电路310，其中该阻性负载或电流源用于在调光器断开阶段拉出足够的电流，从而释放存储在在驱动电路310的输入端电容的能量。在驱动电路310的输入端的电容可包括输入电容314的电容，包含于EMI电路311的电容和/或包含于调光器302的电容。然而，这种泄流概念增加了发热形式的额外的功率损耗和灯泡组件1的额外成本。在本发明中，描述了一种泄流概念，该泄流概念在具有改进的效率和低功率损耗的切换模式中工作。

图3示出示例的驱动电路310(也称为电源装置100)的方块图，用于提供电源给SSL装置6，104。驱动电路310经由调光器302(例如，切相调光器)从市电电源301接收电力。驱动电路310可以包括朝向市电电源的接口的电磁干扰(EMI)电路311，以防止驱动电路310到市电电源的反馈。

驱动电路310包括输入电压感应装置312，输入电压感应装置用于感应在驱动电路310(整流之前)的输入端的输入电压V_mains 330。这样，输入电压330表示由市电电源301和调光器302提供的市电电压的波形。在图示的例子中，输入电压感应装置312包括电阻R4，R5和R6，这些电阻被设置使得输入电压330表示电压的绝对半周期。输入电压330的典型的例子示于图4。在图4的例子中，输入电压330由已经呈递给前沿切相调光器302的市电电压产生。

此外，图3的驱动器电路310包括整流器313(例如全波整流器)和输入电容C1314。输入电容器314可用于平滑由整流器313提供的电压，从而降低由整流器313提供的电压的纹波。输入电容314两端的电压可以被称为整流输入电压。此外，驱动电路310包括电源转换器326。在图示的例子中，电源转换器326是开关电源转换器，特别是单端初级电感转换器，即SEPIC电源转换器。应当注意的是，本发明中描述的泄流概念适用于各种各样的开关电源转换器，特别是降压转换器，升压转换器，降压-升压转换器等等。此外，泄流概念也适用于包括多个电源转换器级的多级电源转换器。

图3的SEPIC转换器326包括第一电感，L1315，开关316(例如，MOSFET，金属氧化物半导体场效应晶体管，如N型MOS)电容C2318，第二电感L2319，和二极管D5320。开关316通常根据预定的占空比以预定换向周期率操作于二进制导通/断开切换模式，从而将来自市电电源301的电力转移到驱动电路310的输出端(即转移到光源6)。开关316通常通过施加到开关316的栅极的栅极控制信号331(例如，栅极控制电压)进行控制。

驱动电路310还包括电流感应装置317(例如，分流电阻Rl 317)，电流感应装置用于确定流过开关316的漏极-源极电流。在图示的例子中，电流感应装置317包括分流电阻317，从而提供与流过开关316的漏极-源极电流成正比的电阻电压V_os 332。换言之，电阻332的电压表示流过开关316的电流。

电源转换器326或驱动电路310可以还包括输出电容C3323，输出电容通常与驱动电路310的输出端并联(例如，并联于耦合到驱动电路310的光源6)。输出电容器323可用于存储提供给光源6的能量。输出电容323两端的电压可以被称为输出电压333(或DC链电压)。示出的驱动电路310利用包括电阻R2322和R3321的分压器，从而提供表示输出电压333的电压334(称为Vdc_link)。

该驱动电路310可以包括用于使用控制信号336控制电源转换器326(特别是电源转换器326的开关316)的控制器325。由控制器325产生的控制信号336可对应于(例如可正比于或等于)栅极控制信号331。控制信号336可以例如是施加到开关316的栅极的脉冲宽度调制(P WD)信号，以使开关316在开关316的导通状态和断开状态之间交替。所述控制器可用于根据一个或多个控制器输入信号335确定控制信号336。该控制器输入信号335可包括如：输入电压330，表示开关电流(即，流过开关316的电流)的电压332，和/或电压334(表示输出电压333)。

控制器325可根据多个不同的状态操作电源转换器326(特别是开关316)。该多个不同的状态可以包括固定的状态，其中当驱动电路310直接耦合到电源301而没有使用调光器302时可以使用该固定的状态。可替代地或另外，多个不同的状态可以包括调光器断开操作状态，其中，当调光器302处于断开模式(即调光器302点火之前)可以使用调光器断开操作状态。可替代地或另外，多个不同的状态可以包括初始调光器导通操作状态，其中调光器302点火后，可以直接使用初始调光器导通操作状态。可替代地或另外，多个不同的状态可以包括常规调光器接通操作状态，其中，调光器302处于导通模式时(即调光器302点火之后和可能受到其他条件影响)，可以使用常规调光器接通操作状态。

控制器325可用于根据一个或多个控制器输入信号335选择多个不同的状态中的一个状态，以操作电源转换器326。具体地，控制器325可以包括状态机，状态机包括多个不同的状态(例如，固定的状态，调光器断开操作状态，初始调光器导通操作状态和/或常规调光器导通操作状态)。多个不同的状态的每个指定电源转换器326的各个操作模式。状态机可定义该多个不同的状态的至少一些状态之间的可能的过渡。该过渡可根据各个的事件的检测来执行。事件可根据与该控制器输入信号335相关的一个或多个条件来定义。通过示例的方式，事件可以包括输入电压330越过预定基准电压(例如图4的基准电压Vref 401)的情况和/或开关电流达到预定的峰值电流的情况。

这样，控制器325可用于根据状态序列操作电源转换器326，其中，可以使用状态机从当前状态确定目标状态。通过示例的方式，如果确定驱动电路310直接连接到市电电源301(无调光器302)，控制器325可以在固定的状态操作转换器326。可替代地或另外，控制器可以在调光器的断开操作状态中操作转换器326(检测到输入电压330下降到低于基准电压401的事件)。可替代地或另外，控制器可以在初始调光器导通操作状态中操作转换器326(检测到输入电压330上升到高于基准电压401的事件)。可替代地或另外，控制器可以在常规调光器导通操作状态中操作转换器326(检测到控制器已经在初始调光器导通操作状态下操作了预定时间间隔如100μs的事件)。

不同的状态可以用于将驱动电路310的操作适配到不同条件：市电电源(无调光器)，调光器处于导通模式(即调光器已点火)，调光器处于断开模式(即调光器被阻塞)，从而能够结合调光器302稳定和节能地操作包括驱动电路310的灯泡组件1。

驱动电路310的电源转换器326通常用于调节输出电压333(即DC链电压)，输出电压与电压334(即Vdc_link)成正比。特别是，当电源转换器326根据常规调光器导通状态操作时，电源转换器326可***作，使得电源转换器326的输出电压333被调节为目标电压(例如，调节为光源6的导通电压)。此外，在调光器断开阶段(即当调光器302处于断开模式)，电源转换器326可用于泄流操作。

如上面概述的，市电电压可由分压器组合312R4，R5，R6测量，由此产生输入电压330，输入电压包括关于市电电压的相位(即导通角)和电压水平的信息。示例的输入电压330示于图4。输入电压330可以与基准电压401比较。基准电压可以是可变的，并可设置为约40-50V。当输入电压330开始超过基准电压401，控制器325可用于检测泄流开启事件411，和当输入电压330下降到低于基准电压401，控制器325可用于检测泄流关闭事件412。根据市电频率，事件411，412在每一个半周期再次发生。事件411，412分别给控制器325指示调光器302的导通阶段402的开始和调光器302的断开阶段403的开始。

图4的数字信号的下降沿，即在泄流关闭事件412，给控制器325发出需要泄流操作的信号。控制逻辑(即，控制器325)可用于从调节模式(即从常规调光器导通操作状态)切换到具有恒定电感峰值电流的模式(即调光器断开操作状态)。换句话说，一旦检测到调光器断开事件412，控制器325可用于执行从常规调光器导通操作状态转换到调光器断开操作状态的过渡。

在调光器断开操作状态期间，控制器325可用于根据流过开关316的感应电流(即根据感应电压332)控制开关316。可控制开关316，使得流过开关316的电流不超过预定峰值电流I_P1。为此目的，开关316可保持在导通状态，直到电压332(表示流过开关316的电流)达到预定阈值水平。因此，只要流过开关316的电流达到峰值电流I_P1，该电流被中断。随后，开关316可保持在断开状态如保持预定断开时间间隔T_off和/或直到流过第一电感315的电流下降到零。在断开时间间隔T_off和/或电感电流下降到零之后，开关316可再次进入导通状态，从而允许电流流过开关316。因此，电源转换器326操作于边界导通模式(BCM)。由于第一电感315，流过开关316的电流斜向上升，直到达到预定峰值电流I _P1，在此期间开关316进入断开状态。导通状态和断开状态交替反复进行，直至在驱动电路310的输入端的电容(例如，第一电容314，EMI的电路311和/或调光器302的电容)被放电。最大栅极导通时间可设置为无限值。这意味着，如果输入电容被放电，从而流过开关316的电流不再达到预定峰值电流I_pl，开关316保持在导通状态。因此，在驱动电路310呈现朝向市电电源的低阻抗。

在调光器断开操作状态由于电源转换器326的切换操作，存储在输入电容314和EMI滤波器311的能量被转移到输出电容323。这可在图5a中观察到，图5a示出了电源转换器326在调光器断开操作状态的操作。图5a的上半部分示出了电源转换器326在多个半周期的操作。特别是，图5a示出了输入电压330，栅极控制电压331，该电压334(其表示输出电压333)和整流输入电压501(即输入电容314两端的电压)。图5a的下部示出了图5a的上部的放大节选510。节选510对应于调光器302的断开阶段403的开始，即调光器断开事件412之后的时间间隔。

如上面概括的，一旦检测到调光器断开事件412，控制器325根据调光器断开操作状态操作电源转换器326。从图5a的下部可以看出，栅极控制电压331在高低之间振荡，其中，高电压阶段的长度增加。这是因为事实上在同一时间，因为存储在输入电容314的能量降低，整流输入电压501减小。此外，可以看出，一旦输入电容314完全放电，栅极控制电压331保持为高电压。与此同时，电压334(表示存储在输出电容323的能量)增加，从而示出了存储在输入电容314中的能量被转移到输出电容器323的事实。因此，输入电压330下降到零。

与使用阻性负载或电流源放电从而以热形式失去存储在输入电容314中的能量的其他泄流概念相比，上述调光断开操作状态是不同的。因为事实上在该时间段期间，当电源转换器326根据调光器断开操作状态操作时，调光器断开，没有来自输入端的额外的能量来维持能量转移的过程，以及泄流***不能达到峰值电流。这导致了开关316的无限导通时间(其保持不间断接通)和用于调光器302的低负载阻抗。通过这样做，在调光器302的断开阶段调光器302的稳定操作能够得到保证。

这种情况保持不变，直到调光器302再次点火，即直到检测到调光器导通事件411。一旦调光器302处于其导通阶段402，额外的能量被转移以及电感器电流增加。当电感电流达到峰值阈值I _P1，开关316可进入断开状态。调光器导通事件411的检测(例如，与流过开关316的电流达到预定峰值电流I _P1事件的检测结合)可以由控制器325采用作为触发器，将控制器操作状态改变为初始调光器导通操作状态。

初始调光器导通操作状态包括根据CCM(连续导通模式)的电源转换器326的操作。在初始调光器导通阶段，其他的操作模式也是可能的。在CCM期间，功率转换器326被控制，使得驱动电路310拉出所谓的泄流电流，以避免TRIAC不点火，并在同一时间将能量转移到输出。特别是，CCM可使得流过第一电感315的电流不会下降到小于最小电流阈值，其中最小电流阈值确保调光器302不会不点火。以示例的方式，最小电流阈值可以根据调光器302的保持电流确定。初始调光器导通操作状态可以相对较短。在初始调光器导通状态，电源转换器拉出的电流应当足够高，以确保流过调光器的电流保持高于调光器的保持电流。

在调光器导通阶段期间，输入电容314的电压通常保持几乎恒定。输入电容314的电压应比市电电压高，以避免来自调光器的拉电流，拉电流可比调光器的保持电流低。CCM操作时间可以是几百μs的范围。通常，调光器302包括各种寄生电感，电阻和/或电容。这些元件可以导致在调光器302点火期间的振荡。初始调光器导通状态的时间间隔的长度可根据调光器302内的，例如，电感，电阻和/或电容，如根据由调光器302内的电感，电阻和/或电容定义的时间常数确定。

鉴于事实上在初始调光器导通操作状态期间，能量从驱动电路310的输入端传送到输出端，与使用的阻性或电流源泄流器的驱动电路相比，驱动器电路310的效率提高。初始调光器导通操作状态(也称为泄流操作)之后，可根据常规调光器操作状态(也称为正常调节模式或稳态模式)操作电源转换器。

初始调光器导通操作状态示于图5b。图5b的上部对应于图5a的上部。图5b的下部展示了对应于调光器导通阶段402的起点的放大节选520。可以看出，在调光器302的导通阶段402的起点，由于市电电源提供的电源，整流的输入电压501缓慢上升。只要流过开关316的电流达到预定峰值电流I _P1，栅极控制电压331进入低电压。由于这一结果，控制器325进入初始调光器导通操作状态，在此期间电源转换器326操作于连续传导模式，确保了流过电感315的电流(即由驱动电路310拉出的电流)不会下降到低于避免调光器302不点火的最小电流。这可以通过设置用于开关316的相对短的断开时间间隔T_off(其比在调光器断开操作状态中使用的边界导通模式的断开时间间隔T_off短)进行保证。可替代地或另外，可以选择该预定峰值电流I_p1，从而流过电感315的电流(即由驱动电路310拉出的电流)不会下降到低于避免调光器302不点火的最小电流。

可以在图5b看出，当操作于CCM，栅极控制电压331快速在高电平和低电平之间交替。此外，可以看出，时间间隔(和/或后续的整流输入电压501)达到预定最小水平之后，电源转换器326进入正常调节模式(其中，在所示的例子中，具有减少的换向周期率)。

应当指出的是，控制器325还可以用于根据一个或一个以上控制器输入信号335确定由调光器302设置的导通角。这示于图4。控制器325可用于将输入电压330与基准电压401进行比较，由此确定与半周期的长度T_period相比的导通阶段402的长度T_on。长度T_on和T_period表示导通角。控制器325可用于根据所确定的长度T_on和T_period设置光源6的驱动电流。

图6示出了用于操作固态灯泡组件的示例方法600。方法600包括确定固态灯泡组件1的市电供电301的调光器302处于断开阶段的步骤601。若确定该调光器302处于断开阶段，该方法进行产生用于固态灯泡组件1的开关电源转换器326的控制信号336，以用开关模式操作该开关电源转换器326，以对一个或多个在开关电源转换器326的输入端的电容进行放电的步骤602。

在本发明中，描述了用于驱动电路的控制器，驱动电路以及用于控制驱动器电路的方法。控制器/驱动电路使SSL基的灯泡组件能够结合调光器以节能和稳定的方式工作。

应当注意的是说明书和附图仅仅用于说明提议的方法和***的原理。尽管在这里没有明确被描述或显示，本领域的技术人员能够实施不同的体现本发明的原理的装置，该装置被包括在其精神和范围之内。进一步，本发明概述的所有例子和实施例主要明确地旨在仅用于说明目的，以帮助读者理解所提议的方法和***的原理。进一步，这里提供本发明的原理，方面和实施例以及其中的具体实例的所有陈述旨在涵盖其等价物。

Claims

1.一种用于固态灯泡组件(1)的驱动电路(310)的控制器(325)，其中该固态灯泡组件(1)包括固态光源(6)；其中该驱动器电路(310)包括开关电源转换器(326)；其中控制器(325)用于：

确定固态灯泡组件(1)的市电供电(301)的调光器(302)处于断开阶段；以及

若确定该调光器(302)处于断开阶段，产生用于开关电源转换器(326)的控制信号(336)，以用开关模式操作该开关电源转换器(326)，以对一个或多个在开关电源转换器(326)的输入端的电容进行放电。

2.如权利要求1所述的控制器(325)，其中控制器(325)还用于：

确定流过开关电源转换器(326)的开关(316)的电流是否等于或大于预定峰值电流；以及

若流过开关电源转换器(326)的开关(316)的电流等于或大于预定峰值电流，产生控制信号(336)，以使开关(336)进入断开状态。

3.如权利要求2所述的控制器(325)，其中只要流过开关(316)的电流小于峰值电流，控制器用于将开关(316)保持在导通阶段。

4.如前述权利要求任一项所述的控制器(325)，其中控制器还用于：

确定开关电源转换器(326)的开关(316)处于断开状态的第一时间间隔是否等于或大于预定第一断开时间间隔；以及

若该第一时间间隔等于或大于该预定第一断开时间间隔，产生使开关(316)进入导通阶段的控制信号(336)。

5.如前述权利要求任一项所述的控制器(325)，其中控制器(325)用于：

确定调光器(302)处于导通阶段；

若确定调光器(302)处于导通阶段，产生用于开关电源转换器(326)的控制信号(336)，以用拉电流模式操作该开关电源转换器(326)，从而由开关电源转换器(326)拉出的电流大于调光器(302)的保持电流。

6.如前述权利要求5所述的控制器(325)，其中：

开关电源转换器(326)包括在开关电源转换器(326)的输入端的第一电感(315)；

控制器(325)用于产生控制信号(336)以用拉电流模式操作该开关电源转换器(326)，从而流过第一电感(315)的电流大于调光器(302)的保持电流。

7.如权利要求5-6任一项所述的控制器(325)，其中控制器用于：

确定开关电源转换器操作于拉电流模式的第二时间间隔是否等于或大于预定的初始调光器导通时间间隔；以及

若第二时间间隔等于或大于预定的初始调光器导通时间间隔，产生控制信号(336)以在稳态模式操作开关电源转换器(326)；其中在稳态模式中，开关电源转换器(326)***作使得开关电源转换器(326)的输出电压(333，334)被调节。

8.如前述权利要求任一项所述的控制器(325)，其中开关电源转换器(326)包括一个或多个：单端初级电感转换器、降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器、反激式转换器。

9.如前述权利要求任一项所述的控制器(325)，其中控制器(325)用于在调光器(302)的导通阶段和断开阶段以开关模式操作开关电源转换器(326)的开关。

10.如前述权利要求任一项所述的控制器(325)，其中控制器用于：

接收表示呈递给调光器(302)的市电供电(301)的输入电压(330)；以及

将输入电压(330)与基准电压(401)比较，以确定调光器(302)是处于导通阶段还是处于断开阶段；和/或

接收表示流过开关电源转换器(326)的开关(316)的电流；以及

确定流过开关电源转换器(326)的开关(316)的电流在预定的导通时间间隔内是否达到预定峰值电流，以确定调光器(302)是处于断开阶段还是导通阶段。

11.一种用于操作固态灯泡组件(1)的方法(600)，该方法包括：

确定固态灯泡组件(1)的市电供电(301)的调光器(302)处于断开阶段的步骤(601)；

若确定该调光器(302)处于断开阶段，产生用于固态灯泡组件(1)的开关电源转换器(326)的控制信号(336)，以用开关模式操作该开关电源转换器(326)，以对一个或多个在开关电源转换器(326)的输入端的电容进行放电的步骤(602)。

12.一种用于固态灯泡组件(1)的驱动电路(310)，该驱动电路(310)包括：

用于根据接收的控制信号(336)给固态光源(6)输出DC输出电压(333，334)的开关电源转换器(326)；以及

如权利要求1-10所述的用于将控制信号(336)提供给开关电源转换器(326)的控制器。

13.如权利要求12所述的驱动电路(310)，还包括：

输入电压感应装置(312)，该输入电压感应装置用于提供输入电压(330)，该输入电压表示由市电供电提供的电压的波形；和/或

电流感应装置，该电流感应装置用于提供信号(332)，该信号表示流过开关电源转换器(326)的电流。

14.如权利要求12-13任一项所述的驱动电路(310)，还包括：

在开关电源转换器(326)的输入端的输入电容(314)，该输入电容用于在调光器(302)的导通阶段存储电荷；

在开关电源转换器(326)的输出端的输出电容(323)，该输出电容用于存储提供给固态光源(6)的电荷；其中驱动电路(310)用于在调光器(302)的断开阶段将输入电容(314)的电荷转移到输出电容(323)。

15.一种灯泡组件，包括：

壳体(2)；

位于壳体(2)中的固态发光装置(6)；

电连接模块(4)，与壳体(2)连接，并适于连接到市电电源；以及

权利要求12-14任一项所述的驱动电路(310)，该驱动电路位于壳体(2)中，被连接以接收来自电连接模块(4)的供电信号，并用于提供输出电压(333，334)给发光装置(6)。