CN107251652B - 用于操作照明装置的开关调节器和控制开关调节器的方法 - Google Patents

用于操作照明装置的开关调节器和控制开关调节器的方法 Download PDF

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Abstract

用于操作照明装置的开关调节器和控制开关调节器的方法。本发明涉及一种用于操作照明装置的开关调节器，该开关调节器包括控制电路(4)。该控制电路(4)被设计用于通过控制与线圈耦合的开关(5)使开关调节器(3)在由照明装置(2)构成的负载高到所出现的切断阈值高于切断阈值的预定最小值时，在临界操作模式下进行操作，并且使所述开关调节器在由照明装置(2)构成的负载低到在临界操作模式下所出现的切断阈值低于切断阈值的预定最小值时，在间歇操作模式下以切断阈值的最小值进行操作。表示电流的信号在临界操作模式下以及间歇操作模式下都被提供至控制电路(4)，而无需在外部求平均值。

Description

用于操作照明装置的开关调节器和控制开关调节器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作照明装置的开关调节器和用于控制这种开关调节器的方法。本发明尤其涉及一种被用在用于为一个或更多个发光二极管供电的操作装置中的开关调节器。
背景技术
由WO2013/152368A1公开了一种用于为一个或更多个发光二极管供电的操作装置。这样的操作装置主要用于为照明装置(例如，发光二极管(LED)或多个串联和/或并联的发光二极管)提供期望的电能供应。可以在操作装置中设定附加功能，如照明装置的调光、光色的改变/调整或者输入电压的波动补偿。
发光二极管的发光取决于流过发光二极管的电流。因此为了亮度控制或亮度调节，发光二极管通常以下述模式进行操作，其中流过发光二极管的电流通过所述操作装置来控制或调节。
为了控制发光二极管，可以采用开关调节器，例如升压式变换器或降压式变换器，其在现有技术中也被称为升压转换器或降压转换器。在这样的开关调节器中，控制设备控制速动开关(schnellen Schalter)，该速动开关在接通状态下影响流过线圈(在降压转换器的情况下也流过发光二极管)的电流。在断开之后，线圈(在降压转换器的情况下)驱动电流继续流过发光二极管。
为了进行控制或调节，由开关控制器的控制电路检测许多测量参数，以便能够抵消与预定操作参数(如光色和亮度)的偏差或在不同调光级的情况下光谱中的漂移。
为了检测测量参数并产生可被供给控制电路或由其处理的相应信号，需要附加的元件/电路，这使得开关调节器的结构总体复杂且昂贵。
开关调节器根据应用的不同在连续操作模式下进行操作，此时在流过线圈的电流降至零之前开关被再次接通，或者在临界操作模式下进行操作，此时一旦线圈电流降至零或达到具有上升沿的零线则开关被再次接通，或者在间歇操作模式下进行操作，此时就算线圈电流降为零或达到具有上升沿的零线开关也不会马上被再次接通。
在连续操作模式(非间歇操作)和临界操作下，发光二极管的调光或开关调节器的输出功率的改变可以很容易通过线圈电流阈值的改变(此时开关被断开)来实现。但在低调光电平时或在输出至发光二极管的电流较低时可能会出现问题。
因此，在临界操作下的切断阈值降低通常无法任意进行，这是因为在阈值小时会出现小电流值的检测和处理方面的问题。此外对于低输出电流，连续操作模式需要大线圈，这使得转换器昂贵并且增大了其尺寸。
Sheng Liu等人的"An adaptive on-time controlled boost LED driver withhigh dimming ratio"(IECON2012-IEEE工业电子协会第38届年会，第210和214页，2012年10月25-28日)描述了一种用于发光二极管的操作装置，其中升压转换器在高负载要求或低调光情况下在连续操作模式下工作并在低负载要求或高调光情况下在间歇操作模式下利用脉频调制来工作。利用该操作装置或升压转换器，亮度的准确控制/调节即使在低负载要求时也能够实现。对于低输出电流，也不需要大线圈。
但是，对于操作模式之间的切换的控制以及在所述操作装置情况下的脉频调制的实现，需要附加的元件/电路，这使得操作装置的结构总体复杂且昂贵。
发明内容
本发明基于以下任务，给出减轻所述问题的设备和方法。任务尤其是提供一种开关调节器、一种操作装置和一种用于控制用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器的方法，它们使得能够以简单且低成本的结构进行精确的控制调节。
根据本发明，一种用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器(尤其是例如降压变换器)具有：控制电路，该控制电路控制该开关调节器的与线圈耦合的开关；用于直接或间接检测流过线圈的电流并且将表示该电流的信号提供至控制电路的装置。在此，当该信号表明电流已达到切断阈值时，开关被断开。控制电路被设计成通过控制所述开关在由照明装置构成的负载高到所出现的切断阈值高于切断阈值的预定最小值时，在临界操作模式下操作开关调节器，并且在由照明装置构成的负载低到在临界操作模式下所出现的切断阈值小于切断阈值的预定最小值时，在间歇操作模式下以切断阈值的最小值操作开关调节器，在此，该信号不仅在临界操作模式情况下、也在间歇操作模式情况下被提供至控制电路，而无需在外部求平均值。即，如此布置控制电路，使得该控制电路不仅在临界操作模式下、也在间歇模式下根据所提供的表示电流的信号来控制所述开关。
因此，开关调节器可在负载较高时在临界操作模式下进行操作，这使得能够通过切断阈值的改变来简单且精确地控制流过照明装置的电流。如果流过照明装置的电流的最大值或者说切断阈值因不同的负载要求(如调光)而降低到小到进一步减小就会导致该小电流值的检测、处理等方面的问题的值，则切换至间歇操作模式，其中，则仅电流的死区时间是调节参数。
根据本发明，一种用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器具有：控制电路，该控制电路控制开关调节器的与线圈耦合的开关；以及用于直接或间接检测流过线圈的电流并将表示该电流的信号提供至控制电路的装置，其中，当该信号表明电流已达到切断阈值时，所述开关被断开。控制电路被设计用于当由照明装置构成的负载高到所出现的切断阈值高于预定最小值时，通过控制开关在临界操作模式下操作开关调节器，并且当由照明装置构成的负载低到在临界操作模式下产生的切断阈值小于切断阈值的预定最小值时，在间歇操作模式下以切断阈值的最小值与在临界操作模式下交替地来操作开关调节器。表示电流的信号可以不仅在临界操作模式情况下、也在间歇操作模式情况下被提供至控制电路，而无需在外部求平均值。
在间歇操作模式下，当再次接通的时刻除了负载要求/调光电平预定之外也取决于开关上的电压变化过程(过零或电压最小值)时，出现延迟的再次接通，进而出现相比预期减小的电流平均值。通过间歇操作模式和临界操作模式的交替，这可以(尤其在过渡区内)通过提高后续的临界操作模式下的电流平均值来补偿。
控制电路可以设计用于，当控制电路接收到第一控制信号时或当其间控制电路接通、断开并且再次接通开关的时段TPeriod处于最大值时，从其中开关调节器在间歇操作模式下以切断阈值的最小值与在临界操作模式下交替地进行操作的操作切换至其中开关调节器在间歇操作模式下以切断阈值的最小值并且不与在临界操作模式下交替地进行操作的操作。
控制电路可以设计用于，当控制电路接收到第二控制信号时或当其间控制电路接通、断开并且再次接通开关的时段TPeriod处于最小值时，从其中开关调节器在间歇操作模式下以切断阈值的最小值并且不与在临界操作模式下交替地进行操作的操作切换至其中开关调节器在间歇操作模式下以切断阈值的最小值与在临界操作模式下交替地进行操作的操作。
照明装置可以是发光二极管。
控制电路可以具有用于将信号与代表最小值的信号进行比较的比较器。
控制电路可以布置用于在临界操作模式下按照所接收到的调光信号改变切断阈值。
控制电路可以布置用于在间歇操作模式下针对其间控制电路接通、断开并且再次接通开关的时段TPeriod按照公式：Iavg＝0.5·IPeak·TActive/TPeriod求出电流平均值Iavg，并且依据所求出的电流平均值Iavg确定开关的再次接通时刻，其中，IPeak是切断阈值的预定最小值，TActive是开关的接通持续时间Ton和断开持续时间Toff之和。因此，无需用于确定电流平均值的附加电路以及控制电路上的用于输入在外部确定的电流平均值的附加输入端(Pin)。
控制电路可以布置用于在间歇操作模式下连续求出在开关断开持续时间Toff之后直到开关再次接通时刻的电流平均值Iavg并且将所求出的电流平均值Iavg连续与对应于调光信号的值进行比较，以确定再次接通时刻。
控制电路可以布置用于检测表示开关上的电压变化过程的信号并且在间歇操作模式下依据所求出的电流平均值Iavg确定再次接通时刻。
根据本发明，一种用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器具有：控制电路，该控制电路设计用于通过控制与线圈耦合的开关在间歇操作模式下操作开关调节器；用于直接或间接检测流过线圈的电流并将表示该电流的第一信号提供至控制电路的装置；以及用于直接或间接检测由开关调节器输出并且流过照明装置的电流或输出至照明装置的电压并将表示该电流或电压的第二信号提供至控制电路的装置，其中，控制电路被设计用于当第一信号表明电流已达到切断阈值时断开开关，依据第二信号调节开关的再次接通时刻，并且在后续开关操作循环中递增的、其间开关被断开的时间段内针对再次接通时刻提高调节回路的放大倍数。
控制电路可以设计用于根据所接收到的调光信号改变开关再次接通时刻和/或切断阈值，其中，在调节回路中，所述第二信号作为调节参数与所接收到的调光信号进行比较，并且放大倍数可以针对时间段递增时的调节偏差被增大。
根据本发明，一种用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器具有：控制电路，该控制电路设计用于通过控制与线圈耦合的开关在间歇操作模式下操作开关调节器；用于直接或间接检测流过线圈的电流并将表示该电流的第一信号提供至控制电路的装置；用于直接或间接检测由开关调节器输出并且流过照明装置的电流或输出至照明装置的电压并将表示该电流或电压的第二信号提供至控制电路的装置，其中，控制电路被设计用于当第一信号表明电流已达到切断阈值时断开开关、根据接收到的调光信号改变切断阈值并且依据第二信号调节开关的再次接通时刻。
控制电路可以设计用于按照为所接收到的调光信号的每个值分配一个切断阈值的函数或表格来设定切断阈值。
控制电路可设计用于根据所接收到的调光信号改变开关的再次接通时刻。
控制电路可设计用于当所接收到的调光信号改变时，以恒定的切断阈值改变所述开关的所述再次接通时刻，直到所述接收到的调光信号的特定值，并且在低于所述特定值时，在所述开关的恒定断开时间段内或者在其间流过所述线圈的电流降至零并且所述开关再次被接通的恒定时段内改变所述切断阈值。
开关调节器可以是降压式变换器或升压式变换器。
根据本发明，一种用于发光二极管的操作装置具有上述开关调节器中的一个。
根据本发明，一种用于控制用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器的方法具有以下步骤：控制开关调节器的与线圈耦合的开关；检测流过线圈的电流并产生表示该电流的信号，其中当该信号表明该电流已达到切断阈值时断开开关。当由照明装置构成的负载高到所产生的切断阈值高于切断阈值的预定最小值时，通过控制所述开关使开关调节器在临界操作模式下进行操作，并且当由照明装置构成的负载小到在临界操作模式中所产生的切断阈值小于切断阈值的预定最小值时，使开关调节器在间歇操作模式下以切断阈值的最小值与在临界操作模式下交替地进行操作。
根据本发明，一种用于控制用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器的方法具有以下步骤：在间歇操作模式下控制开关调节器的与线圈耦合的开关；检测流过线圈的电流并产生表示该电流的第一信号；以及检测由开关调节器输出并且流过照明装置的电流或输出至照明装置的电压并产生表示该电流或电压的第二信号，其中，当第一信号表明该电流已达到切断阈值时断开开关，依据第二信号调节开关的再次接通时刻并且在后续开关操作循环中递增的、其间开关被断开的时间段内针对再次接通时刻提高调节回路的放大倍数。
根据本发明，一种用于控制用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器的方法具有以下步骤：在间歇操作模式下控制开关调节器的与线圈耦合的开关；检测流过线圈的电流并产生表示该电流的第一信号；以及检测由开关调节器输出并且流过照明装置的电流或输出至照明装置的电压并产生表示该电流或电压的第二信号，其中，当第一信号表明电流已达到切断阈值时断开开关，根据所接收到的调光信号改变切断阈值并且依据第二信号调节开关的再次接通时刻。
附图说明
以下，结合附图来详述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的第一实施方式的用于发光二极管的操作装置的电路，
图2示出了包括根据本发明的实施方式的在临界操作模式下进行操作的开关调节器的信号曲线的曲线图，
图3示出了包括根据本发明的实施方式的在间歇操作模式下进行操作的开关调节器的信号曲线的曲线图，
图4示出了根据本发明的第二实施方式的用于发光二极管的操作装置的电路，
图5以示意图示出了具有根据本发明的实施方式的操作装置的灯，
图6示出了包括如图5中所示并且在间歇操作模式下进行操作的操作装置的信号曲线的曲线图，
图7示出了图5中所示的灯的开关调节器的第一实施方式，以及
图8示出了图5中所示的灯的开关调节器的第二实施方式。
具有相同功能的部件在附图中用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方式的用于照明装置2的操作装置1的电路，该操作装置包括具有控制电路4的开关调节器3和作为转换器的降压式变换器。照明装置2可以包括一个发光二极管(LED)或更多个LED。所述LED可以是无机LED或有机LED。所述更多个LED可以是串联或并联连接。所述更多个LED也可以按照更复杂的布置形式布线连接，例如以多个相互并联的串联电路形式。虽然举例示出了三个LED，但照明装置也可以具有仅一个LED、两个LED或多于三个的LED。
操作装置1(操作电路)用于操作至少一个LED 2。给操作装置1提供供电电压Vin，该供电电压可以是直流电压或整流后的交流电压。操作装置1可以包括提供供电电压Vin的功率因数修正电路(未示出)。
可控开关5和线圈6串联连接在开关调节器3的输入端与输出端之间。当所述至少一个LED 2与开关调节器3相连时，可控开关5、线圈6以及至少一个LED 2串联连接。二极管7与所述至少一个LED 2以及线圈6并联连接。电容器8可以与输出端子9、10并联连接，使得该电容器8与所述至少一个LED 2并联连接。电容器8是所示电路的可选元件。在其它实施方式中可以省掉电容器8。
可控开关5可以是功率开关。可控开关5可以是场效晶体管或双极性晶体管。可控开关5可以是栅极绝缘的晶体管。
控制电路4可以在脉冲操作中操作开关调节器3的被设计为降压式变换器的转换器的开关5，使得总是提供呈脉冲包形式的输出电流。例如可以在调光级较小时产生脉冲包，以便调节取平均值的电流强度并进而调节肉眼感知亮度。
控制电路4可以是集成半导体电路或包含集成半导体电路。控制电路4能以处理器、微处理器、控制器、微控制器或专用特殊电路(ASIC，“专用集成电路”)或者上述单元的组合的形式构成。
在可控开关5的接通状态下，电流iL流过LED 2和线圈6，线圈由此被磁化。线圈6由此被充入能量。二极管7在此状态下截止。在可控开关5断开之后，线圈6驱动流过它的电流iL继续流过LED 2和二极管7。在线圈5的磁场中存储的能量被释放。与此同时，可以在可控开关5的接通开始时给电容器8充电。在可控开关5的断开阶段(所谓的空载阶段)期间，电容器8可以放电并促使电流流过LED 2。在适当设定电容器8尺寸的情况下，这可以实现对流过LED 2的电流的整流。
实际的线圈电流iL可以在接通阶段期间通过在测量电阻11处下降的电压来检测。实际的线圈电流iL尤其可以在断开阶段期间利用与线圈6磁耦合的另一电感12被提供至控制电路4并加以监测。另选地，也可以设有用于检测实际线圈电流iL的电流测量变压器(未示出)，该电流测量变压器被设置成与线圈6串联。
控制电路4将实际的线圈电流iL或表示线圈电流iL的在电阻11处下降的电压ISNS与上开关阈值IPeak进行比较，并且当线圈电流iL达到上开关阈值IPeak(切断阈值)时使开关5断开。为了开关3的再次接通，控制电路4将实际的线圈电流iL与下开关阈值Ilow进行比较，并且当线圈电流iL达到下开关阈值Ilow时、尤其当上升的线圈电流iL(线圈电流iL的上升沿)达到下开关阈值Ilow时(低/高过渡)使开关5接通。
上开关阈值IPeak和/或下开关阈值Ilow可以在内部通过控制电路4来产生或者可以通过外部信号源19来提供。
在一个可行的实施方式中，可以通过对另一电感12的监测来确定线圈电流iL在放电阶段(断开阶段)期间何时降低至零(并进而使线圈6去磁化)。在此情况下，下开关阈值Ilow将会等于零。控制电路4可以输出一个信号sw以控制可控开关5。
控制电路4可以在接口处接收确定调光级的指令ctrl。另选地或附加地，操作电路10可以布置用于根据至少一个传感器信号确定调光级。例如可以针对亮度调节利用传感器检测实际亮度并根据实际亮度与额定亮度的比较来确定调光级。另选地或附加地，控制电路4可以布置用于根据操作元件(未示出)(例如按钮、旋钮或开关)的操作求出调光级。
控制电路4被设计成当由LED 2构成的负载高到所出现的切断阈值高于切断阈值的预定最小值时，通过控制开关5在临界操作模式下操作降压式变换器，并且当由LED 2构成的负载低到在临界操作模式下出现的切断阈值低于切断阈值的预定最小值时，在间歇操作模式下以切断阈值的最小值操作降压式变换器。
图2示出了在临界操作模式下操作的开关调节器3的信号曲线。曲线图A1示出了通断循环的时间曲线或者其通过控制电路4的随时间的检测。曲线图A2示出了由控制电路4产生的通断脉冲和由控制电路4随后输出的用于控制可控开关5的信号sw。曲线图A3示出了信号ISNS的时间曲线，该信号表示流过LED的电流并且通过电阻11产生并被供给控制电路4。
如在图2的曲线图A2、A3中看到的，当上升的信号ISNS达到下开关阈值Ilow(低/高过渡)时(时刻t1)，控制电路4产生接通脉冲。用于控制开关的信号sw从断开信号切换至接通信号。如果信号ISNS的上升沿达到上开关阈值IPeak(时刻t2)，则控制电路4产生断开脉冲，用于控制开关的信号sw从接通信号切换至断开信号。信号ISNS的周期(TPeriod)对应于开关5的接通持续时间Ton和断开持续时间Toff之和(TActive，从t1至t3的时间段)。
在信号ISNS的锯齿形时间曲线期间出现的电流平均值是要由控制电路4控制或求出的参数。电流平均值Iavg可以按照公式：
Iavg＝0.5·IPeak (1)
来求出。控制电路4通过改变上切断阈值IPeak并依据预定理论平均值按照公式(1)控制流过LED 2的电流的期望平均值。
但上切断阈值IPeak(断开阈值)不可能任意降低，因为在小电流值的情况下会出现小电流值的检测和处理方面的问题。
根据本发明，当在所要求的切断阈值IPeak降低情况下其小于预定最小值时，控制电路4从临界操作模式切换至间歇操作模式。
图3示出了在间歇操作模式下操作的开关调节器3的信号曲线。曲线图B1示出了间歇操作的时间曲线或者其通过控制电路4的随时间的检测。曲线图B2示出了由控制电路4产生的通断脉冲和由控制电路4随后输出的用于控制可控开关5的信号sw。曲线图B3描绘了信号ISNS的时间曲线，该信号表示流过LED的电流，并且通过电阻11产生并被供给控制电路4。
曲线图B3中的切断阈值IPeak对应于预定最小值。控制电路4通过相应改变时间间隔t3至t4的长度来控制电流平均值Iavg的改变。
待控的电流平均值Iavg可以在间歇操作模式下按照公式：
Iavg＝0.5·IPeak·TActive/TPeriod (2)
来求出，其中，IPeak在这里是切断阈值的预定最小值，TActive是开关5的接通持续时间Ton和断开持续时间Toff之和(t1至t3的时间段)，TPeriod是信号ISNS的周期(t1至t4的时间段)。控制电路4通过改变时间段t3至t4的长度按照公式(2)控制流过LED2的电流的期望平均值。
如图3所示，控制电路4在时刻t1接通开关5并在信号ISNS达到上开关阈值IPeak的时刻t2断开该开关5。在时刻t1，可以启动计数器或各自一个计数器来确定TActive和TPeriod。在时刻t3的电流平均值Iavg可以由控制电路4通过公式(1)来确定。当信号ISNS的上升沿达到下开关阈值Ilow(时刻t3)时，通过计数器的读数来确定TActive。从时刻t3起，实际电流平均值Iavg可以继续利用公式(2)来确定，其中，公式(2)的项0.5·IPeak·TActive是已知的，并且TPeriod通过计数器读数来确定并被用到公式(2)中。如果达到预定电流平均值Iavg(时刻t3)，则控制电路4再次接通开关5。所述循环重新开始。另选地，可以从时刻t3起利用公式(2)确定再次接通时刻t4(对应于TPeriod)。
根据本发明，在所示实施方式中既不在临界操作模式下也不在间歇操作模式下进行外部求出电流平均值Iavg。在控制电路4上只需要一个端子/输入端(Pin)用于检测信号ISNS或用于检测流过LED 2的电流。用于检测测量参数的控制电路4的端子的数量可以减少。电流平均值Iavg由控制电路4在临界操作模式下和间歇操作模式下都通过信号ISNS来确定。为此不需要附加的元件/电路，这使得降压式变换器3的结构变得简单且成本更低。
如图3所示，在断开之后在时刻t3可能出现电流的振荡，该振荡通过由线圈6、电容器8和其它电容(未示出)所构成的谐振回路决定。流过线圈5的电流的振荡可以通过信号ISNS或通过与线圈6感应耦合的检测线圈12来检测并且被控制电路4检测到。
为了避免开关5的切换损失，在选择再次接通时刻时应该考虑这种振荡，或者应该如此选择再次接通时刻，使得在再次接通时刻在开关5处的电压振荡呈现电压最小值。但这意味着，开关5的再次接通从时刻t3起无法在任意时刻实现，而是只能按照离散的时间间隔实现，即，总是当在开关5上的电压振荡呈现电压最小值时实现。
如果开关5在由控制电路4根据公式(2)所求出的时刻因为开关5上的电压振荡而未被再次接通，而是延迟，则没有准确达到预定的电流平均值Iavg，其例如降得更低。
根据本发明，当由LED构成的负载低到在临界操作模式下所出现的切断阈值IPeak低于切断阈值IPeak的预定最小值时，实现间歇操作模式与临界操作模式的交替。
这种交替尤其可以在过渡区内实现两个周期TPeriod上的更精确的电流平均值Iavg，因为由间歇操作模式导致的过低的电流平均值Iavg能利用在随后的临界操作模式下过高的电流平均值Iavg来补偿。该间歇操作模式与临界操作模式的交替的方面本身就是本发明的一个有利方面。但是，信号ISNS不仅在临界操作模式情况下、也在间歇操作模式情况下被提供至控制电路，而无需在外部求平均值。
交替操作的结束或者说从交替操作向持续的间歇操作模式的转变的结束可以通过接收到的控制信号来触发，或者取决于时段t3至t4的长度或间歇操作模式的周期TPeriod的长度，其中，当该长度处于最大值时，实现交替操作的结束或从交替操作转变至持续的间歇操作模式的结束。在各自少量几个开关操作循环之后实现切换至混合操作。
同样，从持续的间歇操作模式向交替操作的转变可以通过接收到的控制信号来触发，或者取决于时段t3至t4的长度或间歇操作模式的周期TPeriod的长度，其中，当该长度处于最小值时，实现交替操作的启动或从持续的间歇操作模式向交替操作的转变的启动。所述最小值和最大值可以是相同的。
图4示出了根据本发明第二实施方式的用于照明装置2的操作装置1的电路，其包括具有控制电路4开关调节器3和作为转换器的升压式变换器。线圈6、开关5和测量电阻11串联设置在开关调节器3的输入端之间，以使得当开关5被控制电路4接通时电流流过线圈6、开关5和测量电阻11。实际线圈电流iL在开关5的接通阶段期间可以通过经由测量电阻11降低的电压由控制电路4来检测。控制电路4如上所述将实际线圈电流或表示线圈电流iL的在电阻11上降低的电压(信号ISNS)与上开关阈值IPeak进行比较，并且在上升的线圈电流iL达到上开关阈值IPeak时(切断阈值)将开关5断开。
在开关12断开之后，线圈此后驱动电流流过二极管7和由电容器8和发光二极管14构成的并联电路。为了再次接通开关3，控制电路4将也通过测量电阻11检测到的实际线圈电流iL与下开关阈值Ilow进行比较，并且在线圈电流iL达到下开关阈值Ilow时、尤其在具有上升沿的再次上升的线圈电流iL达到下开关阈值Ilow时(低/高过渡)将开关5接通。
另选地或附加地，流过线圈6的电流在断开阶段期间降低至零的时刻可以由控制电路4通过由与线圈6耦合的电感12产生的信号/电压来确定。
对图4所示的处于临界操作模式下、间歇操作模式下以及交替操作模式下的操作装置1的控制可以类似于对图1所示的操作装置1的控制来实现，其中，在计算流过LED的电流的平均值时要注意，在图4所示的操作装置1中，负载的馈电或电流流过二极管7只在断开阶段(断开持续时间Toff)期间实现。
图5以示意图示出了根据本发明的一个实施方式的具有照明装置2和操作装置1的灯13。
图5所示的灯13的操作装置1用于以交流电压操作照明装置2，该交流电压可以通过输入端子14、15被供给操作装置1。在操作装置1中，输入电路16中的交流电压被变换为直流电压或整流后的交流电压。输入电路16可以包括用于改善功率因数的功率因数修正电路。如果灯13以直流电压或直流电压网来操作，则不需要整流，并且输入电路6只能包含用于稳定输入电压的装置或者被省掉。
操作装置1还包括由转换器17和控制电路4构成的开关调节器3。转换器17从由输入电路16输出的电压通过蓄电器和由控制电路4控制的定期工作的电子开关产生用于照明装置2的操作电压。该蓄电器可以是线圈，其电流在接通与线圈耦合的开关之后增大并在断开之后减小。
控制电路4可以通过信号输入端子20被供给用于调节照明装置2的亮度的调光信号。控制电路4从转换器7接收表示流过照明装置2的电流或输出至照明装置2的电压的信号Sis以及表示流过开关和/或蓄电器的电流的信号ISNS。信号Sis或由操作装置1输出至照明装置2的电流可以尤其在采用降压式变换器时也由控制电路通过信号ISNS来确定。
根据本发明的一个方面，控制电路4被设计用于当信号ISNS表明流过开关的电流或流过蓄电器的电流已达到根据接收到的调光信号由控制电路4设定的切断阈值时，在间歇操作模式下断开与蓄电器相耦合的开关，并且依据该信号Sis调节开关的再次接通时刻。控制电路4可以被设计成仅在由接收到的调光信号显示的每个调光级时以上述间歇操作模式来操作变换器7，或仅针对特定的调光范围或输出负载范围。
图6示出了两个曲线图，其包括流过蓄电器的电流iL的、包含在间歇操作模式下工作的操作装置的不同的死区时间Tdead和恒定的切断阈值IPeak的时间曲线。在曲线图中，流过蓄电器的电流在接通开关后增大。当达到切断阈值IPeak时开关被断开，蓄电器放电并且电流降至零。在由控制电路4设定的死区时间Tdead到期之后，开关再次被接通。时间段Ton、Toff、TActive、Tdead是开关的接通持续时间、开关的断开持续时间、流过蓄电器的电流持续时间以及开关操作循环持续时间。值Iavg是所示的曲线中流过蓄电器的平均电流并且是由操作装置1的转换器输出至照明装置2的功率的衡量尺度。如从图6的曲线图中看到的，平均电流值Iavg在恒定的切断阈值IPeak和增大的死区时间Tdead的情况下降低。
切断阈值IPeak可以由控制电路8通过为所接收到的调光信号的每个值分配一个特定的阈值的表格或函数来设定。所述表格或函数可以由操作者和/或制造者例如按照待操作的负载和/或调光要求从许多存储的表格/函数中选择。如果控制电路4本身能够确定负载要求(例如照明装置的类型)，则所述表格或函数可以由控制电路4本身依据这种确定来自动选择。
利用设定的切断阈值IPeak，通过控制电路4在操作中通过调整死区时间Tdead(即，在蓄电器未进一步放电的时刻与开关被再次接通或蓄电器再次被充电的时刻之间的时段)实现通过信号Sis求出的转换器17的输出功率的稳定/调节。
如果因为例如温度波动或电压波动而通过信号Sis求出的输出功率在恒定的调光信号/调光值情况下降低，则控制电路4缩短死区时间Tdead以补偿功率降低或抵消功率降低。
而当输出功率随着恒定的调光信号/调光值增大时，由控制电路4延长死区时间Tdead。为了缩短或延长死区时间Tdead，在早些时刻或晚些时刻实现开关的再次接通，由此，一个开关操作循环的持续时间/周期TPeriod被缩短或延长。通过控制电路4改变/调整死区时间Tdead类似于脉频调制PFM，脉频调制的实现通常需要附加元件/电路。
在间歇操作模式下，死区时间Tdead的改变与输出功率的改变之间的关系优选地不是线性的。再次接通时刻在较短的死区时间Tdead的情况下的延迟导致比在较长的死区时间Tdead的情况下以相同的Δt的延迟时更大的输出功率的改变。即，如果在输出功率调节时，死区时间Tdead以等值步长改变，则在较长的死区时间Tdead的情况下(低输出功率)的调节响应特性变差，这是因为在较长的死区时间Tdead的情况下的一个调整步长对输出功率的改变的影响很小，并且需要很多调整步长/开关操作循环。
为了以简单的方式改善响应特性，根据本发明的另一实施方式的控制电路4可以附加地设计用于在较长的死区时间Tdead的情况下提高调节回路的放大倍数或者在后续开关操作循环中死区时间Tdead递增的情况下提高用于通过再次接通时刻的改变实现的输出功率调节的放大倍数。放大倍数的减小在后续开关操作循环中死区时间Tdead递减的情况下实现。放大倍数根据死区时间Tdead的改变可以在调节时可用的整个死区时间范围内或者只针对一个或更多个特定范围实现。该放大倍数影响到针对下一开关操作循环要设定的死区时间Tdead并且可如此选择，使得在死区时间Tdead的改变与输出功率的改变之间的关系是线性的。附加地或另选地，可以在调节控制电路4时至少在某些待设定的死区时间Tdead的情况下和/或在某些(强烈)负载波动的情况下完成切断阈值IPeak的改变/调整。采用放大倍数的目的是防止在较长的死区时间Tdead的情况下的瞬时性能的延缓。
实际的死区时间Tdead可以从由控制电路4设定的开关操作循环或开关的断开持续时间Tdead求出并通过表格或函数分配特定的放大倍数。因为死区时间Tdead影响到输出功率，所以放大倍数也通过信号Sis来确定，其中，通过一个或更多个表格或函数给具有设定的切断阈值IPeak的每个信号值分配一个放大倍数。
在上述实施方式中，控制电路4通过函数或表格根据调光信号设定切断阈值IPeak。但是，在几种应用或转换器中可能有利的是，除了切断阈值IPeak外，也根据调光信号改变死区时间Tdead或只改变死区时间Tdead。
在根据本发明的操作装置的一个实施方式中，在切断阈值IPeak尽可能恒定的情况下根据调光信号实现死区时间Tdead的改变，直至特定的调光值或直至特定的输出功率，并且若低于该调光值或输出功率，则由控制电路4在恒定的死区时间Tdead的情况下根据调光信号实现切断阈值IPeak的改变，或者如上所述，仅为了稳定输出功率，在调整或不调整调节回路的放大倍数的情况下，利用死区时间Tdead的改变实现切断阈值IPeak的改变。
图7示出了图5中所示的开关调节器3的第一实施方式，其中，转换器17是降压式变换器。可在端子21处为该转换器17提供供电电压，该供电电压可以是直流电压或经整流的交流电压。开关5、线圈6、发光二极管2和测量电阻11串联连接在端子21与转换器17的地之间。在图7所示的开关调节器3中，要由开关调节器3操作的发光二极管14直接与转换器17相连。另选地，开关调节器3可以具有输出端子，一个或更多个发光二极管可连接至该输出端子。
电容器8与发光二极管2并联布置，并且与开关5和地相连的二极管7与线圈6、电容器8和测量电阻11并联布置。
图7中所示的开关调节器3的控制电路4具有开关操作循环控制设备22、输出功率控制设备23、放大倍数输出设备24、低通滤波器25和用于将表示实际输出功率(实际值)的信号与加在信号输入端子10并且表示输出功率理论值的调光信号进行比较的比较器26。
如果开关5被开关操作循环控制设备22接通，则电流从端子21流过开关5、发光二极管2和测量电阻11。此时经由测量电阻11下降的电压被提供至开关操作循环控制设备22，作为表示流过开关5和蓄电器(线圈6)的电流的信号ISNS。
开关操作循环控制设备22将由信号ISNS表示的电流值与由输出功率控制设备23设定的切断阈值IPeak进行比较。如果电流达到阈值IPeak，则开关操作循环控制设备22断开开关5。在开关5断开之后，线圈6通过二极管7驱动电流继续流过发光二极管2。
如果信号ISNS表明电流降至零，则开关操作循环控制设备22启动时间测量并将经过的时间与由输出功率控制设备23设定的死区时间Tdead进行比较。如果预定的死区时间Tdead过期，则开关操作循环控制设备22再次接通开关5并且重新开始所述循环，同时进行监测电流升高和切断之后的时间测量。
在一个实施方式中，如上所述，输出功率控制设备23按照例如函数或表格根据加在信号输入端子10的调光信号设定切断阈值IPeak，并且利用死区时间Tdead的改变调节/稳定输出功率。为此，信号ISNS通过低通滤波器25被滤波且被提供至比较器26以与调光信号进行比较。放大倍数输出装置24依据经低通滤波器25滤波的、表示实际输出功率的信号Sis将放大倍数k输出至输出功率控制设备23，输出功率控制设备23根据调光信号、由比较器26求出的调节偏差和放大倍数k确定死区时间Tdead和阈值IPeak，并且输出至开关操作循环控制设备22。输出只能在实际由开关操作循环控制设备22采用的死区时间Tdead或实际采用的阈值IPeak为了控制开关操作循环需要改变时实现。通过开关操作循环控制设备22控制开关5或线圈电流是内回路，通过输出功率控制设备23调节转换器17的输出功率是外回路。
图8示出了图5中所示的开关调节器3的第二实施方式，其中，转换器17是升压式变换器。在图8所示的开关调节器3中，线圈6、测量电阻11和开关5串联连接在端子21与转换器17的地之间。设置用于信号ISNS产生的测量电阻11可以布置在开关5与转换器17的地之间或者在端子21与线圈6之间。
用于产生表示流过发光二极管2的电流的信号Sis的另一个测量电阻27与转换器17的地以及发光二极管2相连。通过将测量电阻27定位在电容器8与发光二极管2之间，在该示例中可以省略掉低通滤波器25。该措施也可以被用到图7中所示的开关调节器3。
输出功率的调节通过输出功率控制设备23依据调光信号、由比较器26求出的调节偏差以及放大倍数k按照上述方式来实现，并且对开关5的控制也通过开关操作循环控制设备22依据信号ISNS和由输出功率控制设备23设定的参数(死区时间Tdead和阈值IPeak)按照上述方式来实现。
在通过放大倍数k进行修正或不通过放大倍数k进行修正的情况下的输出功率的调节/稳定也可以被用在根据切断阈值实现临界操作模式与间歇操作模式之间的切换的上述实施方式中。

Claims (10)

1.一种用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器，所述开关调节器具有：
控制电路(4)，所述控制电路(4)被设计用于控制所述开关调节器(3)的与线圈耦合的开关(5)，
用于直接或间接检测流过所述线圈(6)的电流并且将表示所述电流的第一信号提供至所述控制电路(4)的装置(11)，其中，
所述控制电路(4)被布置成，使得当所述第一信号表明所述电流已达到切断阈值时，所述开关(5)被断开，并且，
所述控制电路(4)被设计用于通过控制所述开关(5)使所述开关调节器(3)
-在由所述照明装置(2)构成的负载足够高，以至于所出现的切断阈值高于预定最小值时，在临界操作模式下进行操作，并且
-在由所述照明装置(2)构成的负载足够低，以至于在临界操作模式的情况下所出现的切断阈值低于所述切断阈值的所述预定最小值时，在间歇操作模式下以所述切断阈值的所述预定最小值与在所述临界操作模式下交替地进行操作，
其中，所述控制电路(4)被布置成，使得所述控制电路(4)在所述临界操作模式下以及在所述间歇操作模式下都基于所提供的表示所述电流的第一信号来控制所述开关(5)，
其中，所述控制电路(4)被设计用于，当所述控制电路(4)接收到第一控制信号时或者当时段TPeriod处于最大值时，从其中所述开关调节器(3)在所述间歇操作模式下以所述切断阈值的所述预定最小值与在所述临界操作模式下交替地进行操作的操作切换至其中所述开关调节器(3)在所述间歇操作模式下以所述切断阈值的所述预定最小值并且没有与在所述临界操作模式下交替地进行操作的操作，其中，在所述时段TPeriod中，所述控制电路(4)接通、断开并且再次接通所述开关(5)。
2.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，
所述控制电路(4)被设计用于，当所述控制电路(4)接收到第二控制信号时或者当其间所述控制电路(4)接通、断开并且再次接通所述开关(5)的时段TPeriod处于最小值时，从其中所述开关调节器(3)在所述间歇操作模式下以所述切断阈值的所述预定最小值并且没有与在所述临界操作模式下交替地进行操作的操作切换至其中所述开关调节器(3)在所述间歇操作模式下以所述切断阈值的所述预定最小值与在所述临界操作模式下交替地进行操作的操作。
3.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，
所述控制电路(4)具有比较器，所述比较器用于将所述第一信号与代表所述预定最小值的信号进行比较。
4.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，
所述控制电路(4)能够被提供调光信号，并且所述控制电路(4)被布置成在所述临界操作模式下按照所述调光信号改变所述切断阈值。
5.根据权利要求4所述的开关调节器，其中，
所述控制电路(4)被布置成在所述间歇操作模式下针对所述时段TPeriod按照以下公式求出电流平均值Iavg，其中，在所述时段TPeriod中，所述控制电路接通、断开并且再次接通所述开关：
Iavg＝0.5·IPeak·TActive/TPeriod
其中，IPeak是所述切断阈值的所述预定最小值，TActive是所述开关(5)的接通持续时间Ton和切断持续时间Toff之和，并且所述控制电路(4)被布置成在所述间歇操作模式下依据所求出的电流平均值Iavg来确定所述开关(5)的再次接通时刻。
6.根据权利要求5所述的开关调节器，其中，
所述控制电路(4)被布置成在所述间歇操作模式下连续求出在所述开关(5)的切断持续时间Toff之后直到所述开关(5)的再次接通时刻之前的所述电流平均值Iavg，并且将所求出的电流平均值Iavg连续与对应于所述调光信号的值进行比较，以确定所述再次接通时刻。
7.根据权利要求6所述的开关调节器，其中，
所述控制电路(4)能够被提供表示所述开关(5)上的电压变化过程的信号，并且，
所述控制电路被布置成在所述间歇操作模式下依据所求出的电流平均值Iavg来确定所述再次接通时刻。
8.根据前述权利要求中任一项所述的开关调节器，其中，
所述开关调节器(3)是降压式变换器或升压式变换器。
9.一种用于发光二极管的操作装置，所述操作装置具有根据权利要求1至8中任一项所述的开关调节器(3)。
10.一种用于控制用于操作一个或更多个照明装置的开关调节器的方法，所述方法具有以下步骤：
控制所述开关调节器(3)的与线圈(6)耦合的开关(5)，
检测流过所述线圈(6)的电流并且产生表示所述电流的信号(ISNS)，其中，当所述信号(ISNS)表明所述电流已达到切断阈值时断开所述开关(5)，其中，
通过控制所述开关(5)，使所述开关调节器(3)
-在由所述照明装置(2)构成的负载足够高，以至于所出现的切断阈值高于所述切断阈值的预定最小值时，在临界操作模式下进行操作，并且
-在由所述照明装置(2)构成的负载足够低，以至于在临界操作模式的情况下出现的切断阈值低于所述切断阈值的所述预定最小值时，在间歇操作模式下以所述切断阈值的所述预定最小值与所述临界操作模式交替地进行操作，
其中，在所述临界操作模式下以及在所述间歇操作模式下都基于所提供的表示所述电流的信号(ISNS)来控制所述开关(5)，
-当控制电路(4)接收到所述信号(ISNS)时或者当所述控制电路(4)接通、断开并且再次接通所述开关(5)的时段TPeriod处于最大值时，从其中所述开关调节器(3)在所述间歇操作模式下以所述切断阈值的所述预定最小值与在所述临界操作模式下交替地进行操作的操作切换至其中所述开关调节器(3)在所述间歇操作模式下以所述切断阈值的所述预定最小值并且没有与在所述临界操作模式下交替地进行操作的操作。
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