TW201417626A - 用以控制發光裝置之方法及其裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容提供一種方法。該方法包含決定負載之功率調整、決定脈波寬度調變(PWM)信號之切換頻率是否在特定範圍內，以及基於功率調整來調節脈波寬度調變信號之切換頻率以控制負載之功率轉移。切換頻率被調整以保持在該特定範圍內。

Description

用以控制發光裝置之方法及其裝置 【相關申請案之交叉參考】
本文主張2012年8月31號申請之美國臨時專利申請案第61/695,542號“LED驅動器的控制演算法及閉迴路調節方法”之優先權，其以引用之方式併入本文中。
本文揭示一種用以控制發光裝置之方法及其裝置。
此文所提供的背景技術說明以對本揭示內容作一般性說明為目的。發明人的某些工作(即已在此背景技術部分中作出描述的工作)以及說明書中關於某些尚未成為申請日之前的現有技術的內容，無論是以明確或隱含的方式均不被視為相對於本案的現有技術。
發光二極體(LED)照明設備提供了低功耗以及使用壽命長的優點。因此，發光二極體照明設備可以用來取代一般的照明設備，例如螢光燈、燈泡及鹵素燈等。
本揭示內容一方面提供一種方法。該方法包含決定負載之功率調整、決定脈波寬度調變(PWM)信號之切換頻率是否在特定範圍內，以及基於功率調整來調節脈波寬度調變信號之切換頻率以控制負載之功率轉 移。切換頻率被調整以保持在該特定範圍內。
根據本揭示內容之另一方面，為了決定負載之功率調整，該 方法包含接收電源供應器之調光特性、決定對應於調光特性之參考功率、估算利用脈波寬度調變信號控制之轉移功率，以及基於參考功率及轉移功率決定功率調整。
進一步而言，在一實施例中，該方法包含估算洩流器電路所消耗的洩流功率；以及基於參考功率、轉移功率及洩流功率決定功率調整。
於一實例中，該方法包含產生具有在每個交流週期為恆定的脈波寬度之脈波寬度調變信號；以及當切換頻率處於特定範圍之邊界時，調整脈波寬度調變信號之脈波寬度。
根據本揭示內容之另一方面，該方法包含產生具有在每個交流週期為恆定的脈波寬度之脈波寬度調變信號；以及調整脈波寬度調變信號的脈波寬度以塑形交流週期的電流曲線。
在一實施例中，該方法包含產生脈波寬度調變信號之峰值電流，該峰值電流係為在磁性元件一次繞組之第一數值；以及當切換頻率處於特定範圍之邊界時，調整交流週期的時間窗格以允許峰值電流為磁性元件之一次繞組之第二數值。
再者，於一實例中，該方法包含調整交流週期的時間窗格以開啟洩流器電路，當切換頻率處於特定頻率之邊界時，洩流器電路消耗功率以洩流掉轉移功率的一部分。
根據本揭示內容之另一方面提供一種電路，該電路包含控制器。控制器配置成決定負載之功率調整、決定脈波寬度調變信號之切換頻 率是否在特定範圍內，以及基於功率調整來調節脈波寬度調變信號之切換頻率以控制負載之功率轉移。切換頻率被調整以保持在該特定範圍內。
本揭示內容之另一方面提供一種裝置，該裝置包含磁性元 件，配置成從電源供應源轉移功率至負載；一開關，連接於磁性元件，用以控制功率轉移；以及一控制器，配置成決定負載之功率調整，決定脈波寬度調變信號之切換頻率是否在特定範圍內，以及基於功率調整來調節脈波寬度調變信號之切換頻率。切換頻率被調整以保持在該特定範圍內。
100‧‧‧電子系統
101‧‧‧交流電源供應器
102‧‧‧調光器
103‧‧‧整流器
110‧‧‧控制電路
111‧‧‧檢測電路
120‧‧‧能源轉換模組
122‧‧‧變壓器
130‧‧‧充電電路
140‧‧‧洩流器電路
150‧‧‧控制器
160‧‧‧輸出電路
169‧‧‧負載裝置
170‧‧‧第一控制模組
180‧‧‧第二控制模組
370‧‧‧控制模組
371‧‧‧低通濾波器
372‧‧‧LED電流決定模組
373‧‧‧一次電流檢測模組
374‧‧‧洩流器電流預估模組
375‧‧‧電流調節決定模組
376‧‧‧脈波寬度調變產生模組
377‧‧‧洩流器控制模組
378‧‧‧週期控制模組
390‧‧‧狀態機
490‧‧‧狀態機
491‧‧‧第一狀態
492‧‧‧第二狀態
493‧‧‧第三狀態
C1~C3‧‧‧電容器
D1~D8‧‧‧二極體
R1~R6‧‧‧電阻
B‧‧‧偏置繞組
HV‧‧‧輸入針腳
P‧‧‧一次繞組
PSVR‧‧‧電力系統電壓調節器
PWM‧‧‧脈波寬度調變
S‧‧‧二次繞組
S1~S2‧‧‧開關
TRIAC‧‧‧交流矽控整流器
VAC‧‧‧交流電壓
VRECT‧‧‧整流電壓
VR3‧‧‧電阻R3的壓降
WB‧‧‧洩流器窗格大小
WC‧‧‧第二OCP窗格大小
參考圖式詳細說明本案作為實例之各種實施例，其中類似參考符號表示類似元件，且其中：圖1係為根據本揭示內容之一實施例中一電子系統100之電路圖。
圖2係為根據本揭示內容之一實施例中一流程範例200之流程圖。
圖3係為根據本揭示內容之一實施例中一控制模組370之方塊圖。
圖4係為根據本揭示內容之一實施例中一狀態機範例490之示意圖。
圖5A-5C係為根據本揭示內容之一實施例之波形圖。
圖6係為根據本揭示內容之一實施例中一流程範例600之流程圖。
圖1係為根據本揭示內容之一實施例中一電子系統100之電路圖。電子系統100是基於由具有或不具有調光器102之交流電源供應器101所提供的交流電壓VAC而運作。交流電源供應器101可以是任何合適的交流電源供應器，例如60Hz-110V的交流電源供應器、50Hz-220V的交流電源供應器等。
電子系統100配置成對變異具有耐受性，例如電源供應器變 異、元件變異、環境變異等。在一實施例中，電子系統100是一種發光系統，例如一種可與或不與有調光器102作用的發光二極體(LED)裝置。當調光器102不存在時，電子系統100配置成滿足發光二極體的電流需求條件、功率因數校正(PFC)需求條件以及對於耐受性的總諧波失真(THD)降低的需求條件，例如電源供應器的電壓變異、磁性元件的電感變異及時脈產生電路的時脈頻率變異等。當調光器102存在時，電子系統100配置成滿足調光需求條件以及對於耐受性的使用者經驗需求條件(例如：沒有閃爍及沒有弱光)，例如電源供應器的電壓變異、磁性元件的電感變異及時脈產生電路的時脈頻率變異等。
根據本揭示內容之另一方面，電子系統100可根據電源供應 器不同的調光特性而運作。舉例而言，電源供應器可具有預裝之相切調光器102，例如具有可調整之調光角度α之交流矽控整流器(TRIAC)型調光器。 在調光器102中之交流矽控整流器關閉期間，調光角度α定義相切範圍的大小。超出相切範圍的相位範圍可視為導通角度，且交流矽控整流器在導通角度中是被打開的。
在一交流週期中，當交流電壓VAC之相位在相切範圍內時， 交流矽控整流器是被關閉的。因此，調光器102之輸出電壓大約為零。當交流電壓VAC的相位超出相切範圍(例如：在導通角度內)時，交流矽控整流器是被打開的。因此，調光器102之輸出電壓大約等於交流電壓VAC。相切調光器102可以是前緣式交流矽控整流器、後緣式交流矽控整流器或其他類型的調光器。
一般而言，交流矽控整流器型調光器102需要一維持電流， 例如在8至40mA範圍內等，以在導通角度中保持電流導通。舉例來說，當電流在導通角度中從交流矽控整流器型調光器102所消耗時，該電流是低於維持電流的，例如在深度調光狀態，調光器102內的交流矽控整流器可能過早地被關閉，可能會導致由調光器102所控制的發光裝置產生弱光或閃爍現象，並且會導致使用者不愉快的經驗。根據本揭示內容之另一實施例，當交流矽控整流器型調光器102存在時，電子系統100配置成維持從交流矽控整流器型調光器102所消耗的電流在維持電流之上，以避免過早關閉，如此一來能改進使用者經驗。
更進一步，根據本揭示內容之另一方面，當電源供應器及電 子系統100不具有任何調光器時，電子系統100配置成增進能源效率。舉例來說，電子系統100配置成執行功率因數校正(PFC)及減低總諧波失真(THD)以增進能源效率。
具體而言，在圖1的範例中，電子系統100包含整流器103、 控制電路110、能源轉換模組120、電流感測器107、充電電路130、洩流器電路140、二極體D8以及輸出電路160。這些元件如圖1所示的耦接。
整流器103整流交流電壓為固定極性，例如為正極。在圖1的範例中，整流器103為一種橋式整流器。橋式整流器103接收交流電壓或調光器102的輸出電壓，並且整流接收到的電壓為固定極性，例如為正極。在圖1的範例中，電子系統100包含電容器C1用以消除在整流電壓VRECT中的高頻雜訊。整流電壓VRECT係提供於以下電路，如電子系統100中的控制電路110、能源轉換模組120等。
能源轉換模組120轉換由整流電壓VRECT所提供的電力能源 給複數個電路，例如在控制電路110控制下的輸出電路160、充電電路130及洩流器電路140等。在一實施例中，能源轉換模組120配置成利用磁性元件，例如變壓器、電感器等，來轉換電力能源。能源轉換模組120可以有任何合適的拓撲型態，例如返馳式拓撲、昇降壓式拓撲等。在圖1的範例中，能源轉換模組120包含變壓器122及開關S1。變壓器122包含耦合於開關S1的一次繞組(P)以接收整流電壓VRECT，耦合至輸出電路160的第一二次繞組(S)以驅動輸出電路160，以及耦合於充電電路103及洩流器電路140的第二二次繞組(偏置繞組B)。值得注意的是，該能源轉換模組120可以被適當地修正為使用一或多個二次繞組以轉換電力能源。
電流感測器107配置成感測流經一次繞組的電流IP，以及提 供感測電流至控制電路110。在一實施例中，電流感測器107包含電阻R3，電阻R3具有相對小的阻抗使得電阻的電壓降小於整流電壓VRECT。電壓降式表示電流IP。在一實施例中，電壓降提供於控制電路110以當作感測電流。
輸出電路160包含二極體D5、電容器C2及負載裝置169。這 些元件如圖1所示的耦接。負載裝置169可以是任何合適的裝置，例如發光裝置、風扇及其他類似的裝置。在一實施例中，負載裝置169包含複數個發光二極體(LEDs)。負載裝置169及電子系統100的其他元件組裝於封裝中以形成LED發光裝置，用以取代如螢光燈、鹵素燈及其他類似的裝置。
充電電路130包含二極體D6、電阻R1及電容器C3，並如圖1 所示的耦接。在一實施例中，電容器C3是相對大的，例如10μF或以上。電容器C3配置成貯存充電能源，並提供一供應電壓如VDD給控制電路110。
洩流器電路140包含二極體D7、電阻R2及開關S2，並如圖1 中所示的耦接。洩流器電路140可以被打開或關閉。在圖1的範例中，開關S2是用電晶體來實現。當S2被打開以導通電流，洩流器電路140是被打開的，並且電流流經電阻R2以消耗電力能源，例如將電能轉換為熱能。當電晶體被關閉停止導通電流，洩流器電路140是被關閉的。
在圖1的範例中，二極體D8將洩流器電路140的節點A耦合於 充電電路130的節點C。在另一實施例中，二極體D8將洩流器電路140的節點B耦合於充電電路130的節點C。
根據本揭示內容之一實施例，控制電路110包含任何合適的 電路，例如檢測電路111、控制器150及其他類似的裝置。在一實施例中，檢測電路111包含不同的信號處理電路，例如類比信號處理電路、數位信號處理電路等，用以檢測不同的參數，例如整流電壓VRECT、調光特性、調光角度、流經開關S1的電流IP、二次繞組的電壓等。
在一實施例中，控制電路110包含輸入針腳HV，其配置成可 接收相對高電壓，例如通過電阻R6的整流電壓VRECT。在另一實施例中，控制電路110包含輸入針腳TRIAC，其配置成接收通過電壓調整(voltage scaling)電路經調整的整流電壓。電壓調整電路可以被形成為兩個電阻R4和R5串連。檢測電路111監控輸入電壓，例如整流電壓VRECT、經調整的整流電壓等，檢測當調光器102的TRIAC被關閉時，在交流半週期的持續時間；以及計算交流半週期持續時間的百分比。百分比被視為調光比例並且可用來表示電源供應器的調光特性。
控制器150產生不同的控制信號來控制電子系統100中的操 作。在一實施例中，控制器150提供具有相對高切換頻率的脈波寬度調變(PWM)信號，例如100KHz等，來控制開關S1以達到在變壓器122中，將電力能源從一次繞組轉移至二次繞組。
特別的是，在一實施例中，當開關S1被打開時，電流IP流過 變壓器122的一次繞組以及開關S1。變壓器122的極性以及該等二極體D5、D6及D7的方向可被設定，以至於當開關S1被打開時，在二次繞組S和B中是沒有電流的。因此，接收到的電力能源被貯存在變壓器122中。
當開關S1被關閉時，電流IP變為零。變壓器122的極性以及 該等二極體D5、D6及D7的方向能夠讓二次繞組S和B將貯存的電力能源傳遞至輸出電路160、充電電路130以及洩流器電路140。
進一步而言，在一實施例中，控制器150提供洩流控制信號 至開關S2，用以控制開關S2的操作來打開或關閉洩流器電路140。
根據本揭示內容之一實施例，控制器150基於電源供應器之 調光特性產生洩流控制信號以打開或關閉洩流控制電路140。在一實施例中，當電源供應器具有零調光或低調光的特性時，控制器150產生洩流控制信號以關閉洩流器電路140。當電源供應器的調光角度增加時，能源轉換模組120降低從電源供應器到輸出電路160的能源轉換，並且導致從電源供應器抽取的電流降低對調光功能的響應。當電源供應器於深度調光特性時，負載裝置的功率降低會導致從電源供應器所抽取的電流比調光器102的維持電流還低。因此，控制器150產生洩流控制信號以適當地打開洩流器電路140，例如在一時間窗格期間，消耗功率並因此從電源供應器抽取額外的電流，然後從電源供應器所抽取的總電流能滿足調光器102在導通角期間維持 電流的需求，以避免TRIAC過早關閉。
根據本揭示內容之一實施例，控制器150配置成使用閉迴路 調節技術來調節控制信號產生以滿足不同變異耐受性的不同需求。在一實施例中，電子系統100對於有沒有調光器102的需求是不同的，因此，控制器150配置成針對有沒有調光器102而使用不同的閉迴路調節技術。
特別的是，在圖1的範例中，控制器150包含第一控制模組 170，其配置成當調光器102存在時執行第一閉迴路調節；以及第二控制模組180，其配置成當調光器102不存在時執行第二閉迴路調節。值得注意的是，第一控制模組170及第二控制模組180可以分別用不同的技術實現。在一實施例中，第一控制模組170及第二控制模組180利用積體電路來實現；以及在另一實施例中，第一控制模組170及第二控制模組180被當作軟體指令來實現，可令一處理器執行閉迴路調節。
特別的是，第一控制模組170配置成基於一第一演算法而執 行第一閉迴路調節，第一演算法是當調光器102的TRIAC被打開時，用以維持在一次繞組中之相對恆定峰值電流。在一實施例中，當調光器102的TRIAC被打開時，第一演算法令控制電路110提供脈波寬度調變信號至開關S1，以分別打開或關閉開關S1以維持相對恆定峰值電流。舉例來說，在一時間，控制電路110改變脈波寬度調變信號從0到1以打開開關S1。當開關S1被打開時，電流IP開始增加。電流感測器107例如以電阻壓降的形式感測電流IP，以及提供感應電壓降給控制電路110。基於感應電壓降，當感應電壓降大致等於閥值時，例如0.4V等，控制電路110改變脈波寬度調變信號從1到0以關閉開關S1。
進一步而言，第一控制模組170調節第一演算法的參數以滿 足需求，例如調光需求、使用者經驗需求及其他對不同變異有耐受性的需求。在一實施例中，第一控制模組170基於監測之參數(例如開啟時間等)決定輸出電路160之功率調節，例如對輸出電路160之電流調節的形式。一般而言，功率調節可以藉由第一演算法之不同的參數調整而達成。在一實施例中，脈波寬度調變信號之頻率調整(或週期調整)以達到功率調節比其他參數調整而言具有許多的優點，例如更好的控制、簡單實現等等。因此，在本實施例中，只要頻率調整維持切換頻率在特定範圍內，例如在70KHz至200KHz之間，第一控制模組170執行功率調節的頻率調整。當頻率調整不能將切換頻率維持在特定範圍內時，第一控制模組170調整其他參數。在一實施例中，當頻率調整將導致切換頻率高於最大頻率時，第一控制模組170調整峰值電流曲線以增加輸出電路160的轉移功率；以及當頻率調整將導致切換頻率低於最小頻率時，第一控制模組170控制洩流器電路140消耗功率，以降低輸出電路160的轉移功率。
第二控制模組180配置成基於第二演算法而執行第二閉迴路 調節，第二演算法控制第一開關S1之相對恆定開啟時間。在一實施例中，根據第二演算法，控制電路110維持脈波寬度調變信號之脈波以使在交流週期內有相同的脈波寬度，如此在交流週期中，開關S1在切換週期的開啟時間大致上會相同。值得注意的是，根據本揭示內容之一實施例，不同交流週期的開啟時間可以是不同的。在一實施例中，開啟時間及切換頻率在交流週期內是固定的，但隨著時間會有適應性的改變。
進一步而言，在一實施例中，第二控制模組180使用準諧振 控制方法。根據準諧振控制方法，脈波寬度調變信號之切換頻率是不固定的，並且和電子系統100中電感及電容所控制的諧振頻率同步。在此實施例中，變壓器122之二次繞組B之兩端電壓被感應並透過電力系統電壓調節器(PSVR)提供給控制電路110。當開關S1被關閉時，二次繞組兩端電壓產生諧振。當二次繞組兩端電壓處於波谷位置時，第二控制模組180改變脈波寬度調變信號從0到1。
進一步而言，第二控制模組180調節第二演算法的參數以滿 足需求，例如功率因數校正(PFC)需求、總諧波失真(THD)需求等，對不同的變異具有耐受性。在一實施例中，第二控制模組180基於監測參數(例如在一次繞組之峰值電流曲線等)決定輸出電路160之功率調節，例如輸出電路160之電流調節。一般而言，功率調節可以藉由第二演算法之不同的參數調整而達成，例如頻率調整、開啟時間調整。因此，在此實施例中，第二控制模組180決定適當的參數調節以達到功率調節，並滿足功率因數校正(PFC)需求及總諧波失真(PFC)需求。
值得注意的是，電子系統100可以用一或更多積體電路(IC) 晶片來實現。在一實施例中，控制電路110實施為單積體電路晶片，開關S1及S2可以實施在其他積體電路晶片，或是可以實施為離散元件。在另一實施例中，開關S1及S2可以與控制電路110整合在相同積體電路晶片上。
圖2係為根據本揭示內容之一實施例中流程範例200之流程 圖。在一實施例中，流程200係在電子系統100功率啟動時由控制器執行，例如控制器150。流程開始於步驟S201且前進至步驟S210。
在步驟S210中，控制器在功率提升時進入初始模式。在一 實施例中，在初始模式中，控制器150配置成產生控制信號以使電子系統100能在任何狀態下運作，即使在最壞的情況之下。舉例來說，在初始模式中，控制信號讓電子系統100成為可運作的(例如沒有負面影響的使用者經驗)即使電源供應器具有深度調光的特性，以及電子系統100的元件具有對電子系統100負面影響最鉅的角值。在一實施例中，在初始模式中，脈波寬度調變信號被生成以維持在一次繞組中，IP之相對恆定峰值電流，以及洩流器控制信號被生成以維持相對大的洩流器窗格。如此，電子系統100的參數被監測用以決定適當的控制演算法及適當的功率調節。
在步驟S220中，控制器決定調光器是否存在。在一實施例 中，檢測電路111檢測調光特性，例如調光角度、調光比例等。如此，調光特性被用來決定調光器的存在性。舉例來說，當調光比例大約為零的時候，控制器150決定調光器102不存在；以及當調光比例大於閾值時，例如5%等，控制器150決定調光器102存在。當調光器102存在時，流程前進至步驟S230；否則流程前進至步驟S240。
在步驟S230中，當調光器102存在時，控制器進入第一閉迴 路調節模式。在圖1例中，當調光器102存在時，第一控制模組170基於維持相對恆定峰值電流的第一演算法而被啟動以產生控制信號。如此，第一控制模組170從檢測電路111接收訊息、決定功率調節，以及根據第一閉迴路調節來調節第一演算法之參數。第一閉迴路調節使電子系統100能滿足調光需求，例如調光曲線需求、使用者經驗需求，對不同變異具有耐受性，例如電感變異、時脈頻率變異等。第一閉迴路調節將配合圖3至圖5有詳細說明。
在步驟S240中，當調光器102不存在時，控制器進入第二閉 迴路調節模式。在圖1例中，當調光器102不存在時，第二控制模組180基於維持在每交流半週期中相對恆定脈波寬度(開啟時間)的第二演算法而被啟動以產生控制信號。如此，第二控制模組180從檢測電路111接收訊息、決定功率調節，以及根據第二閉迴路調節來調節第二演算法之參數。第二閉迴路調節使電子系統100能滿足LED電流額定、總諧波失真及功率因數修正對不同變異具有耐受性，例如電感變異、時脈頻率變異等。第二閉迴路調節將配合圖6有詳細說明。
圖3係為根據本揭示內容之一實施例中控制模組370之方塊 圖。在一實施例中，控制模組370可用在電子系統100以作為第一控制模組170。控制模組370配置成產生控制信號，例如脈波寬度調變信號、洩流器控制信號等，基於維持相對恆定峰值電流之第一演算法。
控制模組370包含低通濾波器(LPF)371、LED電流決定模組 372、電流調節決定模組375、狀態機390、脈波寬度調變產生模組376、洩流器控制模組377、週期控制模組378、一次電流檢測模組373，以及洩流器電流預估模組374。這些元件如圖3所示的耦接。
低通濾波器(LPF)371接收檢測導通角、移除雜訊以平滑導 通角，以及提供濾波後的導通角至LED電流決定模組372。LED電流決定模組372根據導通角決定參考功率。在一實施例中，參考功率是以LED參考電流的形式表示。根據本揭示內容之一實施例，LED電流決定模組372根據調光曲線規格決定LED參考電流。在一實施例中，調光曲線規格是被預先決定的，舉例來說，係根據美國電器製造協會(NEMA)的標準。調光曲線規格 規範了具有相對LED電流之導通角的關係。相對LED電流係為具有調光之LED電流到不具調光之完整的LED電流之百分比。因此，以導通角而言，對應導通角之LED電流可基於調光曲線規格及完整LED電流來決定。根據導通角而被決定的LED電流隨後被提供給電流調節決定模組375以作為LED參考電流。
一次電流檢測模組373以及洩流器電流預估模組374分別決 定從一次繞組所提供的功率及就由洩流器電路提供的洩流功率，如洩流器電路140。在一實施例中，一次電流檢測模組373決定以所提供的電流以一種提供LED電流的形式給負載裝置169，負載裝置169係對應從一次繞組所提供的功率。舉例來說，提供的功率可以被決定為在一次繞組受測電流IP的一種功能，以及開關S1在交流週期已被開啟的時間。洩流器電流預估模組374決定洩流功率以一種LED洩流器電流的形式給負載裝置169，負載裝置169係對應洩流器電路140的洩流功率。舉例來說，LED洩流器電流可以被決定為在負載裝置169的電壓的一種功能、電組R2上的電壓、電組R2上的阻抗，以及洩流器窗格的大小。
電流調節決定模組375接收LED參考電流、提供的LED電流 與洩流的LED電流，以及決定功率調節，例如電流調節。舉例來說，電流調節決定模組375自提供的LED電流減去洩流的LED電流，以估算負載裝置169中的實際LED電流。當實際LED電流大於LED參考電流時，電流調節決定模組375減小LED電流；並且當實際LED電流小於LED參考電流時，電流調節決定模組375增大LED電流。決定的電流調節被提供給狀態機390。
狀態機390配置成基於功率調節(例如電流調節)決定控制參 數。狀態機390之一實施例將在圖4中揭示並有詳細敘述。狀態機390包含多種狀態並且能在不同狀態下調整不同的參數。
脈波寬度調變產生模組376配置成基於狀態機390的控制參 數來產生脈波。舉例來說，峰值電流就是其中一種控制參數。在一實施例中，在脈波寬度調變產生模組376產生脈波的前緣後，電阻R3的壓降是被追蹤的。當壓降到達極限時，例如0.4V，脈波寬度調變產生模組376產生脈波的後緣。
週期控制模組378配置成基於狀態機390的參數來控制切換 週期。舉例來說，對應於切換週期的切換頻率就是一種控制參數。在一實施例中，週期控制模組378控制脈波之間的關閉時間。在另一實施例中，脈波寬度調變信號之切換頻率係基於包含環式振盪器的時脈產生電路而被控制。週期控制模組378控制提供給環式振盪器的電壓而調整環式振盪器之震盪頻率，以控制脈波寬度調變信號之切換頻率。
洩流器控制模組377配置成產生洩流器控制信號以定義洩流 器窗格。舉例來說，洩流器窗格大小係為其中一種控制參數。在一實施例中，洩流器控制模組377控制洩流器控制信號，以使開關S2已被打開一持續時間時，會相當於當調光器102的TRIAC被打開時洩流器窗格的大小。
圖4係為根據本揭示內容之一實施例中狀態機範例490之示 意圖。在一實施例中，狀態機490被用在控制模組370，如同狀態機390。狀態機490包含第一狀態491、第二狀態492及第三狀態493。
在圖4例中，當切換頻率(f)小於最大切換頻率(f max)且大於最 小切換頻率(f min)時，狀態機490具有第一狀態491。當切換頻率處於最大切 換頻率時，狀態機490具有第二狀態492。當切換頻率處於最小切換頻率時，狀態機490具有第三狀態493。
在第一狀態491中，電流調節係藉由調整切換頻率(或切換週 期)而執行，並且只要切換頻率(f)保持在特定範圍內則狀態機維持在第一狀態491中，例如小於最大切換頻率及大於最小切換頻率，如圖4中所示之箭頭(f)。舉例來說，在第一狀態491中，當電流調節是增大電流時，只要增加的切換頻率低於最大切換頻率，則切換頻率增加；並且當電流調節是減小電流時，只要減小的切換頻率高於最小切換頻率，則切換頻率減小。
在第一狀態491中，當切換頻率溢位時，狀態機490進入第二 狀態492如圖4所示之箭頭(a)；且當切換頻率虧位時，狀態機490進入第三狀態493如圖4所示之箭頭(c)。
在第二狀態492中，切換頻率處於最大切換頻率，且峰值電 流曲線是針對電流調節而調整。在一實施例中，峰值電流曲線規範了當TRIAC被打開時間內之窗格(稱為第二OCP窗格)。在第二OCP窗格中，峰值電流允許大於恆定峰值電流。在圖1例中，根據第一演算法，一般來說，當一次電流IP增加至恆定峰值電流時(例如電阻R3上的壓降達到極限，如0.4V)，第一開關S1關閉。在第二OCP窗格期間，為了從開關S1每一切換週期的一次繞組到二次繞組轉移更多的能量，電阻R3上的壓降允許高於極限。在一實施例中，在第二OCP窗格期間，壓降極限允許逐漸地增加，從0.4V到0.6V、停在0.6V一段時間，然後再逐漸地從0.6V降至0.4V。
在一實施例中，在第二狀態492中，只要第二OCP窗格大小 不為零，電流調節可藉由調整第二OCP窗格大小(WC)而執行，如圖4中所示 之箭頭(e)。舉例來說，在第二狀態492中，當電流調節是增大電流時，第二OCP窗格大小增大；以及當電流調節是減小電流時，只要減小的第二OCP窗格大小大於零時，第二OCP窗格大小減小。
在第二狀態492中，當電流調節是減小電流且第二OCP窗格大小為零時，狀態機490進入第一狀態491，如圖4中所示之箭頭(b)。
在第三狀態493中，電流調節係藉由針對洩流器電路控制洩流器窗格大小而執行。在一實施例中，洩流器窗格大小規範了，在洩流器電路140被打開以消耗從一次繞組到二次繞組轉移之一部份功率期間的持續時間。洩流器窗格大小可以針對LED電流調節而調整。
在一實施例中，在第三狀態493中，電流調節係藉由調整洩流器窗格大小(WB)而執行，只要洩流器窗格大小不為零，如圖4中所示之箭頭(g)。在一實施例中，在第三狀態493中，當電流調節是增大電流時，洩流器窗格大小就減小，只要減小的洩流器窗格大小大於零；以及當電流調節是減小電流時，洩流器窗格大小增大。
在第三狀態493中，當電流調節是增大電流且洩流器窗格大小為零時，狀態機490進入第一狀態491，如圖4中所示之箭頭(d)。
圖5A係為針對狀態機490處於第一狀態491時，電阻(R3)的壓降(VR3)以及洩流器控制信號之波形圖。壓降可表示電流流經圖1例中一次繞組P。在第一狀態491中，脈波寬度調變信號之脈波寬度被調整以維持相對恆定峰值電流。進一步而言，在第一狀態491中，在第二OCP窗格大小及洩流器窗格大小為零，且LED電流調節藉由調節脈波寬度調變信號之切換頻率而執行。
圖5B係為針對狀態機490處於第二狀態492時，電阻(R3)的壓 降(VR3)以及洩流器控制信號之波形圖。在第二狀態492中，切換頻率處於最大切換頻率、洩流器窗格大小為零，且LED電流調節藉由調節第二OCP窗格大小(WC)而執行。在第二OCP窗格期間，在圖5B例中，脈波寬度調變信號之脈波寬度被調節以允許較高的峰值電流流經一次繞組P。
圖5C係為針對狀態機490處於第三狀態493時，電阻(R3)的壓 降(VR3)以及洩流器控制信號之波形圖。在第三狀態493中，脈波寬度調變信號之脈波寬度被調整以維持相對恆定峰值電流。進一步而言，在第三狀態493中，切換頻率處於最小切換頻率、第二OCP窗格大小為零，且LED電流調節藉由調節洩流器窗格大小(WB)而執行。
圖6係為根據本揭示內容之一實施例中流程範例600之流程 圖。在一實施例中，流程600係藉由第二控制模組180執行，以執行閉迴路調節。在一實施例中，當調光器102不存在時，流程600係執行於步驟S240。 一般來說，第二控制模組180產生具有相對恆定脈波寬度之脈波寬度調變信號，以滿足例如：功率因數修正需求、總諧波失真需求等。流程開始於步驟S601並且前進至步驟S610。
在步驟S610中，開啟時間及切換週期(或切換頻率)被初始 化。在一實施例中，第二控制模組180初始化開啟時間(脈波寬度)及切換週期，並且基於開啟時間及切換週期提供脈波寬度調變信號。根據本揭示內容之一方面，第二控制模組180使用準諧振控制方法。根據準諧振控制方法，脈波寬度調變信號的頻率是不固定的，並且和電子系統100中電感及電容所抑制的諧振頻率同步。在此實施例中，變壓器122之二次繞組B之兩端 電壓被感應並透過電力系統電壓調節器(PSVR)提供給控制電路110。當二次繞組兩端電壓處於波谷位置時，第二控制模組180改變脈波寬度調變信號從0到1。
在步驟S615中，決定電流調節。在一實施例中，第二控制 模組180基於不同的監測參數而決定電流調節。舉例而言，第二控制模組180接收在一次繞組中的監測峰值電流(例如電阻R3上的壓降)，量測峰值電流達到極限的持續時間(例如壓降達到0.6V)，並且計算交流半週期持續時間的比例。比例被稱為平頂比例。在一實施例中，平頂比例較佳為停留在預先決定的範位內，例如從1/8到1/4。當平頂超出範圍，第二控制模組180決定電流調節以改變平頂比例。舉例來說，當平頂比例大於1/4時，第二控制模組180決定減小電流。當平頂比例小於1/8時，第二控制模組180決定增大電流。
在步驟S620中，第二控制模組180決定電流調節是否增大電 流。當電流調節增大電流時，流程前進至步驟S630；否則流程前進至步驟S625。
在步驟S625中，第二控制模組180決定電流調節是否減小電 流。當電流調節減小電流時，流程前進至步驟S650；否則流程前進至步驟S615。
在步驟S630中，第二控制模組180決定平頂比例是否低於預 先決定的範圍，例如低於範圍下限(1/8)。當平頂比例低於下限時，流程前進至步驟S645；否則，流程前進至步驟S635。
在步驟S635中，第二控制模組180決定切換頻率是否在最大 切換頻率。當切換頻率處於最大切換頻率時，流程前進至步驟S645；否則， 流程前進至步驟S640。
在步驟S640中，第二控制模組180減小切換週期(增加切換頻率)。然後，流程前進至步驟S615。
在步驟S645中，第二控制模組180增加開啟時間(脈波寬度)。然後，流程回到步驟S615。
在步驟S650中，第二控制模組180決定平頂比例是否高於預先決定的範圍，例如高於範圍上限(1/4)。當平頂比例高於上限時，流程前進至步驟S665；否則，流程前進至步驟S655。
在步驟S655中，第二控制模組180決定切換頻率是否在最小切換頻率。當切換頻率處於最小切換頻率時，流程前進至步驟S665；否則，流程前進至步驟S660。
在步驟S660中，第二控制模組180增大切換週期(減低切換頻率)。流程回到步驟S615。
在步驟S665中，第二控制模組180減小開啟時間(脈波寬度)。然後，流程回到步驟S615。
雖然本揭示內容已描述可以結合具體實施例以實施替代、變化或不同的實施例。然而，該等實施例僅作為說明但不以此為限。在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視所附申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電子系統
101‧‧‧交流電源供應器
102‧‧‧調光器
103‧‧‧整流器
110‧‧‧控制電路
111‧‧‧檢測電路
120‧‧‧能源轉換模組
122‧‧‧變壓器
130‧‧‧充電電路
140‧‧‧洩流器電路
150‧‧‧控制器
160‧‧‧輸出電路
169‧‧‧負載裝置
170‧‧‧第一控制模組
180‧‧‧第二控制模組
B‧‧‧偏置繞組
C1~C3‧‧‧電容器
D1~D8‧‧‧二極體
HV‧‧‧輸入針腳
P‧‧‧一次繞組
PSVR‧‧‧電力系統電壓調節器
PWM‧‧‧脈波寬度調變
R1~R6‧‧‧電阻
S‧‧‧二次繞組
S1~S2‧‧‧開關
TRIAC‧‧‧交流矽控整流器
VAC‧‧‧交流電壓
VRECT‧‧‧整流電壓

Claims (20)

  1. 一種方法，包含：決定一負載之一功率調整；決定一脈波寬度調變信號之一切換頻率是否在一特定範圍內；以及基於該功率調整來調節該脈波寬度調變信號之該切換頻率以控制該負載之功率轉移，該切換頻率被調整以保持在該特定範圍內。
  2. 如請求項1所述之方法，其中決定該負載的該功率調整進一步包含：接收一電源供應器之一調光特性；決定對應於該調光特性之一參考功率；估算利用該脈波寬度調變信號控制之一轉移功率；以及基於該參考功率及該轉移功率決定該功率調整。
  3. 如請求項2所述之方法，更包含：估算一洩流器電路所消耗的洩流功率；以及基於該參考功率、該轉移功率及該洩流功率決定該功率調整。
  4. 如請求項1所述之方法，更包含：產生具有在每個交流週期為恆定的脈波寬度之該脈波寬度調變信號；以及當該切換頻率處於該特定範圍之邊界時，調整該脈波寬度調變信號之該脈波寬度。
  5. 如請求項1所述之方法，更包含：產生具有在每個交流週期為恆定的脈波寬度之該脈波寬度調變信號；以及調整該脈波寬度調變信號的脈波寬度以塑形一交流週期的電流曲線。
  6. 如請求項1所述之方法，更包含： 產生該脈波寬度調變信號之一峰值電流，該峰值電流係為在磁性元件一次繞組之一第一數值；以及當該切換頻率處於該特定範圍之邊界時，調整一交流週期的時間窗格以允許該峰值電流為該磁性元件之該一次繞組之一第二數值。
  7. 如請求項1所述之方法，更包含：調整一交流週期的時間窗格以開啟一洩流器電路，當該切換頻率處於該特定頻率之邊界時，該洩流器電路消耗功率以洩流掉該轉移功率的一部分。
  8. 一種電路，包含控制器，該控制器配置成：決定一負載之一功率調整；決定一脈波寬度調變信號之一切換頻率是否在一特定範圍內；以及基於該功率調整來調節該脈波寬度調變信號之該切換頻率以控制該負載之功率轉移，該切換頻率被調整以保持在該特定範圍內。
  9. 如請求項8所述之電路，其中該控制器配置成：接收一電源供應器之調光特性；決定對應於該調光特性之一參考功率；估算利用脈波寬度調變信號控制之一轉移功率；以及基於該參考功率及該轉移功率決定該功率調整。
  10. 如請求項9所述之電路，其中該控制器配置成：估算一洩流器電路所消耗的洩流功率；以及基於該參考功率、該轉移功率及該洩流功率決定該功率調整。
  11. 如請求項8所述之電路，其中該控制器配置成： 產生具有在每個交流週期為恆定的脈波寬度之該脈波寬度調變信號；以及當該切換頻率處於該特定範圍之邊界時，調整該脈波寬度調變信號之該脈波寬度。
  12. 如請求項8所述之電路，其中該控制器配置成：產生具有在每個交流週期為恆定的脈波寬度之該脈波寬度調變信號；以及調整該脈波寬度調變信號之該脈波寬度以塑形一交流週期的電流曲線。
  13. 如請求項8所述之電路，其中該控制器配置成：產生該脈波寬度調變信號之一峰值電流，該峰值電流係為在磁性元件一次繞組之一第一數值；以及當該切換頻率處於該特定範圍之邊界時，調整一交流週期的時間窗格以允許該峰值電流為該磁性元件之該一次繞組之一第二數值。
  14. 如請求項8所述之電路，其中該控制器配置成：調整一交流週期的時間窗格以開啟一洩流器電路，當該切換頻率處於該特定頻率之邊界時，該洩流器電路消耗功率以洩流掉轉移功率的一部分。
  15. 一種裝置，包含：一磁性元件，配置成從一電源供應源轉移功率至一負載；一開關，連接於該磁性元件，用以控制該功率轉移；以及一控制器，配置成決定該負載之一功率調整，決定一脈波寬度調變信號之一切換頻率是否在一特定範圍內，以及基於該功率調整來調節該脈波寬度調變信號之該切換頻率，該切換頻率被調整以保持在該特定範圍內。
  16. 如請求項15所述之裝置，其中一檢測電路配置成用來檢測該電源供應器之一調光特性；以及該控制器配置成決定對應於該調光特性之一參考功率；估算利用該脈波寬度調變信號控制之一轉移功率；以及基於該參考功率及該轉移功率決定該功率調整。
  17. 如請求項16所述之裝置，其中該控制器配置成估算一洩流器電路所消耗的洩流功率；以及基於該參考功率、該轉移功率及該洩流功率決定該功率調整。
  18. 如請求項15所述之裝置，其中該控制器配置成：產生具有在每個交流週期為恆定的脈波寬度之該脈波寬度調變信號；以及當該切換頻率處於該特定範圍之邊界時，調整該脈波寬度調變信號之該脈波寬度。
  19. 如請求項15所述之裝置，其中該控制器配置成：產生該脈波寬度調變信號之一峰值電流，該峰值電流係為在該磁性元件一次繞組之一第一數值；以及當該切換頻率處於該特定範圍之邊界時，調整一交流週期的時間窗格以允許該峰值電流為該磁性元件之該一次繞組之一第二數值。
  20. 如請求項15所述之裝置，其中該控制器配置成：調整一交流週期的時間窗格以開啟一洩流器電路，當該切換頻率處於該特定頻率之邊界時，該洩流器電路消耗功率以洩流掉轉移功率的一部分。
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