[发明专利]发光二极管驱动及调光的方法和装置、以及照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其涉及对发光二极管进行驱动的方法和装置、对发光二极管进行调光的方法和装置、包括对发光二极管进行驱动的装置的照明系统、以及包括对发光二极管进行调光的装置的照明系统。 

背景技术

随着利用发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)芯片和封装进行照明的流明效率不断提高，包括用于通用照明的LED的固态照明(Solid-State Lighting，简称SSL)成为重要的应用。因为标准的1W发光二极管通常在约3.3V和约350mA下工作，所以对于大多数应用，需要电子驱动器来对发光二极管电流进行调制。诸如降压转换器(buckconverter)、回扫转换器或其他步降拓扑(stepping down topology)的转换器的高频功率电子转换器常用于这些电子驱动器中。 

对于功率电子转换器，脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)是一种可以调节功率开关(例如，功率半导体器件)的传导脉宽从而控制发送到负载的功率大小的技术。可以用指定的控制器集成电路(integrated circuit，简称IC)芯片或用某些微控制器来实现脉宽调制控制。在大多数具有脉宽调制控制的电子转换器中，开关频率是固定的。使用固定开关频率的一个问题是，基频的整数倍处的功率谱的高谐波干扰。 

由于从外部源发射的电磁传导或电磁辐射，电磁干扰(Electromagnetic interference，简称EMI)，即所谓的射频干扰(radiofrequency interference，简称RFI)，是影响其他电路的干扰。对于所有商用/家用照明产品的包括电磁干扰的电子产品，都有各自的技术要求。不同的国家或区域对电磁干扰有其自己的规定，这意味着这些电子产品产生的频率的谐波应当不高于特定频率范围中所需要的高频谐波。为了限制电磁干扰对环境或对交流线(AC line)的影响，在一些应用中需要输入滤波器电路来降低高频谐波，这将增加系统成本并增大系统尺寸。 

脉宽调制控制可以用在固态照明中，用于调制发光二极管的电流和/ 或进行调光控制(dimming control)。具体地，可以有两个级别的脉宽调制控制。第一级别是通过对功率半导体器件的开关进行控制以获得恒定发光二极管驱动电流，其中开关频率可以从40kHz到大于1MHz。第二级别脉宽调制控制是通过接通或断开整个转换器和发光二极管来调光，其中频率通常从150Hz到大约400Hz。第二级别脉宽调制控制的频率范围可以有助于消除人眼的闪烁印象。固定频率的第二级别的脉宽调制控制的一个问题是引起高谐波干扰，另一问题是，对于一些具有固定记录频率的摄像机而言，固定频率调整将导致所记录的视频中的闪烁。 

通过滤波器电路(例如，串联连接的电感器或并联连接的电容器)可以抑制电磁传导干扰。对于具有集成电子驱动器的光源来说，这是最常用的解决方案。然而，输入滤波器电路将增加系统成本并增大电路尺寸。对于一些具有脉宽调制控制的功率电子应用，诸如电子机器驱动器或开关模式电源，使用随机脉宽调制(Random Pulse Width Modulation，简称RPWM)以将电磁干扰能量分布到较宽的频带，以减小谐波幅度和噪声(Analysis and synthesis of randomized modulation schemes for powerconverters.Stankovic，A.M.；Verghese，G.E.；Perreault，D.J.；PowerElectronics，IEEE transactions on Volume 10，Issue 6，Nov.1995Page(s)：680-693)。对于发光二极管照明，由于大多数现有技术的设计没有使用微控制器来实现这种复杂的控制算法，因此驱动器仍在固定开关频率下工作。随着发光二极管照明系统的瓦特数增加并随着调光功能的集成，对于电子设计来说，噪声和电磁干扰变得越来越重要。但在目前的技术中，存在电路尺寸较大、电磁干扰高以及发光二极管的闪烁的问题。