[发明专利]用于控制LED的调暗水平的方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及控制发光二极管(LED)的调暗水平。更具体而言，这里公开的各种发明方法和装置涉及在阈值水平以上和以下控制驱动电流。

背景技术

数字发光技术(即基于半导体光源(比如发光二极管(LED))的照明)提供传统荧光、HID和白炽灯的可行替代。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐久性、更低操作成本以及许多其它优点和益处。LED技术的近来发展已经提供在许多应用中实现多种发光效果的高效和健壮的全光谱发光源。例如如在通过引用并入于此的第6,016,038和6,211,626号美国专利中具体讨论的那样，体现这些源的一些灯具具有如下发光模块，该发光模块包括能够产生不同颜色(例如红、绿和蓝)的一个或者多个LED以及用于独立控制LED的输出以便生成多种颜色和变色发光效果的处理器。

已经在制造发射白光的LED方面取得显著发展。目前，每瓦特生成多于100流明的白光LED在商业上可用。这可与荧光和HID灯的性能相当。此外，这些LED由于它们的尺寸小而提供比如更长操作寿命、抗冲击/振动和设计灵活性这样的其它优点。因而白光LED正在变得被接受为用于照明应用(比如标志、重点以及小路照亮、射灯、停车场和道路照亮)的传统白炽源、小型荧光和HID的替代。可以独自或者与有色LED结合使用白色LED以获得特定效果。

LED的电特性使得向LED灯施加的电压的少量改变将引起明显电流改变。此外，环境温度改变也将通过改变在LED两端的正向压降来造成LED电流改变。另外，LED的流明输出依赖于LED电流。LED光源的现有电源被设计为精确调节LED电流以防止由于输入AC电压变化和环境温度所致的流明强度变化。LED灯在过量正向电流下的长时段操作可能引起不可接受的流明强度变化并且甚至引起致命故障。此外，当前电源未使功率消耗最小以使节能最多。

经常希望向LED和采用LED的发光灯具提供调暗能力。已知的调暗LED的方式包括电流波形的脉宽调制(PWM)“斩波”和电流波形的幅度的模拟减少。遗憾的是，使用已知的模拟幅度减少和PWM调暗难以在0％光输出(无光输出)到100％光输出(全光输出)的整个调暗范围上获得良好效率和良好性能。许多已知的高效率LED驱动器使用开关模式转换器来调节到LED的电流。为了实现“深度调暗”(例如调暗到少于5％和高至30％)，LED电流的PWM脉冲通常用来保证LED的恰当操作。利用电流源输出，PWM调暗需要在PWM周期的“关断”脉冲期间分流LED电流的分流开关。这样，在主转换器和分流开关中实现相对高损耗，因为到LED的电流处于相对高水平，虽然只有该电流的一部分被递送。因而已知的分流开关及其使用方法在涉及到调暗的LED应用中比较低效率。此外，LED的效率(1m/W)在驱动电流更低时比较高，因而已知的PWM调暗方法比已知的模拟调暗方法效率低。然而模拟调暗在调暗水平低时也具有一些缺点。例如，如果LED电流少于全输出额定值的近似5％和大到30％，则光水平可能在不同LED之间不均匀，可能出现色移，并且LED的效率在电流水平很低时也比较差。此外，驱动器电子电路变得更困难，因为电流水平降至1％以下、在电流感测电路中的偏移电压和电噪声变成主要考虑。这些问题在0.1％以下的暗水平时使模拟调暗不符合期望。

因此本领域中需要提供如下LED调暗，该LED调暗至少克服上文描述的已知调暗方法的缺点。

发明内容

本公开内容针对用于控制调暗水平的发明方法和装置。申请人已经认识和了解，以克服模拟和脉宽调制(PWM)调暗中的某些缺点这样的方式在0％到100％调暗的整个调暗范围上提供更高效的LED调暗将是有益的。申请人已经进一步认识和了解，提供至某一调暗水平的模拟调暗、并且为调暗至某一调暗水平以下而提供PWM调暗将是有益的。

根据一个方面，本公开内容关注一种用于LED的调暗电路，该调暗电路包括：电流控制器，配置成接收调暗输入、提供脉宽调制信号(PWM)和参考电压。调暗电路也包括：电流转换器，配置成提供输出电流；以及分流开关，连接到控制器和电流转换器并且连接于电流控制器与LED之间，其中分流开关在调暗输入高于阈值水平时不导通。

根据另一方面，本公开内容关注一种用于LED的调暗电路，该调暗电路包括：控制器，配置成接收调暗输入、提供脉宽调制信号(PWM)和参考电压。调暗电路也包括：电流转换器，配置成提供输出电流；以及降压转换器(buck converter)，连接于LED与电流转换器之间，其中降压转换器包括在调暗输入少于阈值水平时不导通的分流开关。