固态照明器件驱动模块、开关电源电路及调光方法
阅读：865发布：2020-05-08
专利汇可以提供固态照明器件驱动模块、开关电源电路及调光方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种固态照明器件驱动模 块 、 开关 电源 电路 及调光方法。固态照明器件驱动模块控制 开关电源 电路中的开关用于驱动固态照明器件进行发光，其中所述驱动模块接收用于调节固态照明器件 亮度 的调光 信号 ，当调 光信号 表征的调光深度大于一 阈值 时，通过对开关的导通时间进行控制从而控制输出平均 电流 对固态照明器件进行调光，当调光信号表征的调光深度小于该阈值时，同时通过对开关的导通时间进行控制和对开关的 频率 进行控制对固态照明器件进行调光。该方案能在实现深度调光的同时，调光信号表征的调光率与反映视觉亮度的平均电流呈良好的线性关系，使得实际调光深度符合期望调光深度。，下面是固态照明器件驱动模块、开关电源电路及调光方法专利的具体信息内容。
1.一种固态照明器件驱动模块，控制开关电源电路中的开关用于驱动固态照明器件进行发光，其中所述驱动模块接收用于调节固态照明器件亮度的调光信号，当调光信号表征的调光深度大于一阈值时，通过对开关的导通时间进行控制对固态照明器件进行调光，当调光信号表征的调光深度小于该阈值时，同时通过对开关的导通时间进行控制和对开关的频率进行控制对固态照明器件进行调光。
2.一种开关电源电路，包括开关和控制电路，控制电路通过控制开关的导通和关断控制流过固态照明器件的电流，所述控制电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端用于接收电流采样信号，第二输入端用于接收调光信号，输出端耦接开关的控制端，其中控制电路包括：
电流基准产生电路，基于调光信号产生电流基准信号；
电流闭环控制电路，接收电流采样信号和电流基准信号，输出第一信号；
关断时间控制电路，基于调光信号输出第二信号；
触发器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中触发器的第一输入端耦接第一信号，触发器的第二输入端耦接第二信号，触发器的输出端耦接控制电路的输出端。
3.如权利要求2所述的开关电源电路，其中调光信号为PWM信号，PWM信号的占空比表征固态照明器件平均电流占满幅平均电流的期望调光率。
4.如权利要求2所述的开关电源电路，其中电流基准信号正比于调光信号的占空比。
5.如权利要求2所述的开关电源电路，其中电流闭环控制电路包括：
计算单元，基于电流采样信号获得平均电流信号；
放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中放大电路的第一输入端耦接平均电流信号，放大电路的第二输入端耦接电流基准信号；
补偿网络，具有输入端和输出端，补偿网络的输入端耦接放大电路的输出端；以及比较电路，第一输入端耦接补偿网络的输出端，第二输入端耦接锯齿波信号，比较电路的输出端提供第一信号。
6.如权利要求2所述的开关电源电路，其中当调光信号的占空比低于一阈值时，第二信号的频率随调光信号占空比降低而降低。
7.如权利要求2所述的开关电源电路，包括Buck、Boost、Buck-boost、Flyback开关电源电路中的一种。
8.如权利要求2所述的开关电源电路，其中关断时间控制电路包括：
频率控制电路，基于调光信号生成脉冲信号，当调光信号的占空比低于一阈值时，脉冲信号的频率随调光信号占空比降低而降低；以及
与门，与门的第一输入端耦接零电流信号，与门的第二输入端耦接脉冲信号，与门的输出端提供第二信号。
9.如权利要求2所述的开关电源电路，其中触发器为RS触发器，触发器的置位输入端耦接第二信号，触发器的复位输入端耦接第一信号。
10.如权利要求2-9任一项所述的开关电源电路，进一步包括电感和整流管，其中整流管的第一端耦接输入电源和固态照明器件的第一端，整流管的第二端耦接开关的第一端和电感的第一端，电感的第二端耦接固态照明器件的第二端。
11.一种固态照明器件驱动模块，控制开关电源电路中的开关用于驱动固态照明器件进行发光，其中驱动模块接收用于调节固态照明器件亮度的调光信号，驱动模块包括电流闭环控制电路，通过对电流信号的闭环控制对固态照明器件进行调光。
12.如权利要求11所述的驱动模块，对固态照明器件的调光深度可达1％以下，且调光信号表征的调光率与反映视觉亮度的平均电流呈线性关系。
13.如权利要求12所述的驱动模块，其中电流闭环控制电路对基于电流采样信号计算得的平均电流信号和基于调光信号产生的参考信号进行误差放大和补偿。
14.如权利要求11所述的驱动模块，其中调光信号表征的调光深度在第一区间时，开关工作在临界电流模式或连续电流模式；调光深度在第二区间时，开关工作在断续电流模式，其中第一区间的调光深度大于第二区间的调光深度。
15.一种固态照明器件调光方法，包括：
基于调光信号产生电流基准信号；
基于电流基准信号对输出电流进行控制并控制固态照明器件开关电源电路中开关的关断时刻；
基于调光信号产生频率信号，其中频率信号用于限制开关的频率上限；
当调光信号的占空比小于一阈值时，基于频率信号控制开关的导通时刻。
固态照明器件驱动模块、开关电源电路及调光方法
技术领域
背景技术
[0002] 对于发光二极管(LED)，具有调光的需求，即希望通过外部控制对LED灯的亮度进行调节。一种常见的LED灯调光方法是采用一脉宽调制(PWM)信号，通过调节PWM信号的占空比来控制调光深度。图1示出了一个低位Buck(直流-直流降压型开关电源电路)型LED驱动电路。一种常见的调光方案是通过接收流过低位开关Q的电流采样信号，将其与正比于PWM占空比的电流参考信号进行比较，当电流采样信号大于电流参考信号时关断开关管，实现开关导通时间的开环控制。但是，为了系统的可靠性和抗干扰性，需要设置最小导通时间，而最小导通时间的设置限制了调光深度，无法达到较低的值，通常该方案的最小调光深度在5％以上。
[0004] 一种现有技术的解决办法为通过一个低于开关频率的信号间断性的对开关信号进行斩波来实现平均电流的降低以达到深度调光。但是这种方法会引入音频噪声，同时会引起频闪，视觉效果也较差。还有一种对比技术的解决方法可在采用上述开环控制的同时，当需要深度调光时，降低开关频率，使系统工作在断续模式来实现。但是这种方式下，在深度调光时将无法对电流进行准确控制，因为此时PWM占空比与实际调光深度不能成线性关系，无法实现调光的预期，调光不准确。
发明内容
[0005] 针对背景技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的在于提供消除上述提出的至少部分缺陷的固态照明器件驱动模块、开关电源电路及调光方法。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种固态照明器件驱动模块，控制开关电源电路中的开关用于驱动固态照明器件进行发光，其中驱动模块接收用于调节固态照明器件亮度的调光信号，当调光信号表征的调光深度大于一阈值时，通过对开关的导通时间进行控制对固态照明器件进行调光，当调光信号表征的调光深度小于该阈值时，同时通过对开关的导通时间进行控制和对开关的频率进行控制对固态照明器件进行调光。
[0007] 在一个实施例中，调光信号表征的调光率与反映视觉亮度的平均电流呈线性关系。
[0008] 在一个实施例中，对开关的导通时间进行控制通过对平均电流信号和基于调光信号产生的电流基准信号进行误差放大和补偿来实现。
[0009] 根据本发明的另一个方面，提供了一种开关电源电路，包括开关和控制电路，控制电路通过控制开关的导通和关断控制流过固态照明器件的电流，所述控制电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端用于接收电流采样信号，第二输入端用于接收调光信号，输出端耦接开关的控制端，其中控制电路包括：
[0010] 电流基准产生电路，基于调光信号产生电流基准信号；
[0011] 电流闭环控制电路，接收电流采样信号和电流基准信号，输出第一信号；
[0012] 关断时间控制电路，基于调光信号输出第二信号；
[0013] 触发器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中触发器的第一输入端耦接第一信号，触发器的第二输入端耦接第二信号，触发器的输出端耦接控制电路的输出端。
[0014] 在一个实施例中，调光信号为PWM信号，PWM信号的占空比表征固态照明器件平均电流占满幅平均电流的期望调光率。
[0015] 在一个实施例中，电流基准信号正比于调光信号的占空比。
[0016] 在一个实施例中，电流闭环控制电路包括：
[0017] 计算单元，基于电流采样信号获得平均电流信号；
[0018] 放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中放大电路的第一输入端耦接平均电流信号，放大电路的第二输入端耦接电流基准信号；
[0019] 补偿网络，具有输入端和输出端，补偿网络的输入端耦接放大电路的输出端；以及[0020] 比较电路，第一输入端耦接补偿网络的输出端，第二输入端耦接锯齿波信号，比较电路的输出端提供第一信号。
[0021] 在一个实施例中，当调光信号的占空比低于一阈值时，第二信号的频率随调光信号占空比降低而降低。
[0022] 在一个实施例中，开关电源电路包括Buck、Boost、Buck-boost、Flyback开关电源电路中的一种。在一个实施例中，开关为低位晶体管。
[0023] 在一个实施例中，关断时间控制电路包括：
[0024] 频率控制电路，基于调光信号生成脉冲信号，当调光信号的占空比低于一阈值时，脉冲信号的频率随调光信号占空比降低而降低；以及
[0025] 与门，与门的第一输入端耦接零电流信号，与门的第二输入端耦接脉冲信号，与门的输出端提供第二信号。
[0026] 在一个实施例中，触发器为RS触发器，触发器的置位输入端耦接第二信号，触发器的复位输入端耦接第一信号。
[0027] 上述任一实施例所述的开关电源电路，可进一步包括电感和整流管，其中整流管的第一端耦接输入电源和固态照明器件的第一端，整流管的第二端耦接开关的第一端和电感的第一端，电感的第二端耦接固态照明器件的第二端。
[0028] 根据本发明的又一个方面，提供了一种固态照明器件驱动模块，控制开关电源电路中的开关用于驱动固态照明器件进行发光，其中驱动模块接收用于调节固态照明器件亮度的调光信号，驱动模块包括电流闭环控制电路，通过对电流信号的闭环控制对固态照明器件进行调光。
[0029] 在一个实施例中，对固态照明器件的调光深度可达1％以下，且调光信号表征的调光率与反映视觉亮度的平均电流呈线性关系。
[0030] 在一个实施例中，电流闭环控制电路对基于电流采样信号计算得的平均电流信号和基于调光信号产生的参考信号进行误差放大和补偿来进行控制。
[0031] 在一个实施例中，调光信号表征的调光深度在第一区间时，开关工作在临界电流模式或连续电流模式；调光深度在第二区间时，开关工作在断续电流模式，其中第一区间的调光深度大于第二区间的调光深度。
[0032] 根据本发明的再一个方面，提供了一种固态照明器件调光方法，包括：
[0033] 基于调光信号产生电流基准信号；
[0034] 基于电流基准信号对输出电流进行控制并控制固态照明器件开关电源电路中开关的关断时刻；
[0035] 基于调光信号产生频率信号，其中频率信号用于限制开关的频率上限；
[0036] 当调光信号的占空比小于一阈值时，基于频率信号控制开关的导通时刻。
[0037] 在一个实施例中，对输出电流进行控制通过对基于电流采样信号计算得的平均电流信号和正比于调光信号占空比的电流基准信号进行误差放大和补偿来进行控制。
[0038] 本发明提供的固态照明器件驱动模块、开关电源电路及调光方法，能在实现深度调光的同时，调光信号表征的调光率与反映视觉亮度的平均电流呈良好的线性关系，使得实际调光深度符合期望调光深度。具体实施例的其它优点和效果将结合下面的具体描述给予阐述。附图说明
[0039] 图1示出了一个低位Buck型LED驱动电路；
[0040] 图2示出了根据本发明一实施例的开关电源电路框图示意图；
[0041] 图3示出了根据本发明一实施例的开关电源电路系统示意图；
[0042] 图4分别示出了BCM和DCM模式下的电流波形示意图；
[0043] 图5示出了根据本发明一实施例的电流闭环控制中的信号波形示意图；
[0044] 图6示出了根据本发明一实施例的频率控制波形示意图；
[0045] 图7示出了根据本发明一实施例的电流基准信号及频率控制电路控制的频率上限值与调光信号占空比的关系示意图；
[0046] 图8示出了根据本发明一实施例的电感电流波形与调光深度的对应关系示意图；
[0047] 图9示出了根据本发明一实施例的固态照明器件调光方法流程示意图；
[0048] 图10示出了根据本发明实施例的平均电流与调光信号占空比的关系示意图。
[0049] 不同示意图中相同的标号代表相同或相似的部件或组成。
具体实施方式
[0051] 该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
[0052] “耦接”包含直接连接，也包含间接连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中该电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容。还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
[0053] “驱动模块”可指控制电路，或者控制电路与开关电源电路主电路的一部分，或者开关电源电路，或者开关电源电路与负载等。
[0054] 图2示出了根据本发明一实施例的开关电源电路21框图示意图。开关电源电路21包括开关Q和控制电路211。控制电路211通过控制开关Q的导通和关断控制流过固态照明器件22的电流，驱动固态照明器件22进行发光。在一个实施例中，固态照明器件22包括发光二极管(LED)。控制电路211具有第一输入端，第二输入端和输出端。其中第一输入端用于接收电流采样信号。电流采样信号可为流过开关Q的电流Io的采样信号，也可以为Io的平均电流的采样信号，还可以为采样流过开关电源电路其他部位电流如电感电流的采样信号。控制电路211的第二输入端用于接收调光信号DIM，调光信号用于调节固态照明器件的亮度。在一个实施例中，调光信号DIM为脉宽调制PWM信号，其中PWM信号的占空比表征固态照明器件期望平均亮度占满幅平均亮度的期望调光率，或者表征期望电流均值占满幅电流均值的比率，反映期望调光深度。控制电路211的输出端耦接开关Q的控制端。优选的，开关Q为晶体管。在一个实施例中，晶体管Q为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，在另一个实施例中，晶体管Q为结型场效应晶体管(JFET)，开关的控制端为MOSFET或JFET的栅极。开关Q也可以为其他类型的适于提供开关功能的器件。
[0055] 控制电路211包括电流闭环控制电路，对开关的导通时间进行控制，通过对开关的导通时间进行控制对固态照明器件进行调光，可实现调光信号表征的调光率与反映实际平均亮度的平均电流呈良好的线性关系。在一个实施例中，电流闭环控制电路通过对表征流过固态照明器件平均电流的平均电流信号和基于调光信号产生的参考信号进行误差放大和补偿来进行控制。本发明的下述多个实施例包括电流闭环控制电路，调光深度可达到1％以下。
[0056] 闭环控制，也叫反馈控制，是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较，由此产生一个偏差信号，利用此偏差信号进行调节控制，使输出值尽量接近于期望值。因此，电流闭环控制电路包括误差放大电路用于获得偏差信号。优选的，电流闭环控制电路还包括补偿电路和导通时间调制电路用于对开关的导通时间进行控制。
[0057] 开关电源电路21可包括Buck电路，Buck-boost(降压-升压型开关电源)电路，Flyback(反激式电源变换器)电路或Boost(升压型开关电源)电路中的一种。优选的，上述开关电源电路中的开关为低位开关，开关的一端耦接接地端。
[0058] 图3示出了根据本发明一实施例的开关电源电路系统示意图。开关电源电路系统包括开关电源电路和固态照明器件22。优选的，固态照明器件为LED灯22。开关电源电路包括开关Q、电感L、整流管D和控制电路30，其中整流管D的第一端耦接输入电源和LED灯22的阳极，整流管D的第二端耦接开关Q的第一端和电感L的第一端，电感L的第二端耦接LED灯22的阴极。上述实施例的整流管D采用了二极管，其中第一端为阴极，第二端为阳极。当然，上述整流管D也可以用开关管代替。在一个实施例中，开关电源电路进一步包括电容Co。在另一实施例中，电容Co为负载22的一部分。
[0059] 当开关Q导通时，整流管D关断，输入电源、负载22、电感L和开关Q组成电流通路，电感L中电流增加。当开关Q关断时，整流管D导通，负载22、电感L和整流管D组成电流通路，电感L中电流下降。
[0060] 开关电源电路可进一步包括采样电阻Rcs，用于采样流过开关Q的电流，采样信号Vs＝I*Rcs，其中I为流过开关Q的电流。当然，开关电源电路也可采用其它电流采样电路检测流过开关Q的电流或流过电感L的电流。
[0061] 控制电路30包括电流基准产生电路31，电流闭环控制电路32，关断时间控制电路33和触发器34。其中电流基准产生电路31基于调光信号DIM产生电流基准信号IREF。优选的，调光信号DIM为PWM信号，PWM信号的占空比表征固态照明器件平均亮度占满幅平均亮度的期望比率。在数值上，该比例为平均电流占满幅平均电流的比值，满幅平均电流对应调光信号DIM的占空比为100％。在一个实施例中，电流基准信号IREF正比于PWM调光信号的占空比：
[0062] IREF＝k*Duty，其中Duty为调光信号的占空比。
[0063] 电流闭环控制电路32接收电流采样信号Vs和电流基准信号IREF，输出第一信号S1，用于关断开关Q，控制开关Q的导通时间长度。关断时间控制电路33基于调光信号DIM输出第二信号S2。触发器34的第一输入端耦接第一信号S1，触发器34的第二输入端耦接第二信号S2，触发器34的输出端耦接控制电路30的输出端，用于驱动开关Q。具体的，当调光信号DIM占空比较大时，开关电源电路工作于临界电流模式，通过电流闭环控制电路32控制开关Q的导通时间控制电感L平均电流，参见图8(将在后面继续描述)；当调光信号DIM占空比过小，受最小导通时间的限制，通过控制开关Q的导通时间可能无法使平均电流跟随调光信号DIM的占空比时，通过降低第二信号S2的频率，使开关电源电路工作于断续电流模式，同时通过电流闭环控制电路32的控制，使得电感L的平均电流继续跟随调光信号的期望调光率、正比于调光信号DIM的占空比。
[0064] 在图示的实施例中，电流闭环控制电路32包括计算单元322，放大电路322，补偿网络和比较电路323。计算单元322基于电流采样信号Vs获得平均电流信号IFB。平均电流信号IFB表征流过负载的平均电流。优选的，为在一个开关周期中的平均电流。在图示的开关电源电路中，负载平均电流对应流过电感L的平均电流，也即平均电流信号IFB可用于表征流过电感L的平均电流。
[0065] 图4分别示出了临界电流模式(BCM)和断续电流模式(DCM)下的电流波形示意图，用于说明根据本发明一实施例的计算单元中平均电流信号IFB的算法。在BCM模式下，电感电流IL在电流上升时间段Ton与采样信号Vs波形相同，在电流下降阶段Tdem线性下降。平均电流信号IFB计算公式为：
[0066]
[0067] 其中Vpk为电流采样信号Vs的峰值信号，即开关Q关断瞬间的电流采样信号。k为常数。
[0068] 在DCM模式下，电感电流IL在电流上升时间段Ton与无电流阶段Tdd与采样信号Vs波形相同，在电流下降阶段Tdem线性下降。平均电流信号IFB计算公式为：
[0069]
[0070] 其中k为常量，To为开关周期。通过获得Ton，Tdem和To检测信息，可计算得平均电流信号IFB。Ton和To可通过采样电阻Rcs上的采样信号获得。Tdem可通过电感电流零值检测信号ZCD获得。通过检测开关Q关断瞬间的采样信号Vs，Vs上升时间Ton，ZCD信号和开关周期To，可获得平均电流信号IFB。当然，平均电流信号IFB也可以通过采样电感电流来进行计算得到。
[0071] 由此可以看出DCM模式下，IFB
[0072] 放大电路322的第一输入端耦接平均电流信号IFB，第二输入端耦接电流基准信号IREF，对平均电流信号IFB和电流基准信号IREF的差值进行放大。
[0073] 补偿网络的输入端耦接放大电路322的输出端。补偿网络包括电容Cp，用于对电流信号IFB和电流基准信号IREF的差值进行放大和补偿，得到补偿信号Vc。当然，补偿网络也可采用其它惯用或现有的补偿网络形式。
[0074] 比较电路323的第一输入端耦接补偿网络的输出端接收补偿信号Vc，第二输入端接收锯齿波信号，比较电路232的输出端提供第一信号S1。
[0075] 在图示的实施例中，放大电路322的第一输入端为反相输入端，放大电路322的第二输入端为同相输入端，比较电路323的第一输入端为反相输入端，比较电路323的第二输入端为同相输入端。当平均电流信号IFB降低或电流基准信号IREF增大时，补偿网络输出的信号上升，第一信号S1的有效值触发较晚，增大开关Q的导通时间，用于增大电流。当然，放大电路和比较电路的同相输入端和反相输入端的信号也可以相互调换，实现相同的功能。通过这样的闭环控制，可以实现将平均电流控制在电流基准IREF上，使得调光信号DIM的占空比与实际调光深度成良好的线性关系。
[0076] 关断时间控制电路33基于调光信号DIM输出第二信号S2。第二信号S2用于导通开关Q，从而控制开关Q的关断时间长度。在调光深度较大(DIM信号占空比较大)时，第二信号S2可受电感电流零值检测信号ZCD来控制，使得开关电源电路工作在临界电流模式。在调光深度较深时，第二信号S2可受一频率较低的脉冲信号的控制，使得开关电源电路工作在断续电流模式。这里“基于调光信号DIM输出第二信号S2”中的“基于”不排除第二信号除了基于调光信号外，还可进一步基于其它信号如ZCD信号而生成。
[0077] 在图示的实施例中，关断时间控制电路33包括频率控制电路331和与门332。频率控制电路331接收调光信号DIM，并基于调光信号DIM生成脉冲信号fm。在一个实施例中，当调光信号DIM的占空比低于一阈值时，脉冲信号fm的频率随调光信号DIM占空比降低而降低，使得开关Q的导通点受脉冲信号fm控制。与门332的第一输入端耦接零电流信号ZCD，与门332的第二输入端耦接脉冲信号fm，与门332的输出端提供第二信号S2。当然，关断时间控制电路33也可具有其它的结构，用于实现在调光信号占空比较大时，开关电源电路工作在临界电流模式。在调光信号占空比较小时，第二信号S2受一低频信号控制，使得开关电源电路工作在断续电流模式。
[0078] 触发器34具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中触发器34的第一输入端耦接闭环控制电路32的输出端接收第一信号S1，触发器34的第二输入端耦接关断时间控制电路33的输出端用于接收第二信号S2，触发器34的输出端耦接控制电路30的输出端，用于提供驱动信号Gate，耦接至开关Q的控制端。图示的触发器34为RS触发器，RS触发器34的第一输入端为复位端Q，耦接第一信号S1。RS触发器34的第二输入端为置位端S，耦接第二信号S2。当第一信号S1由低电平转为高电平时，触发器34复位，用于关断开关Q。当第二信号S2由低电平转为高电平时，触发器34置位，用于导通开关Q。当然，触发器也可以为其他类型的适合应用的触发器。
[0079] 控制电路30可进一步包括驱动电路35，用于将触发器34输出的逻辑电平转换为适于驱动开关Q的电信号，其中驱动信号Gate波形与触发器34输出的逻辑电平波形大致相同。
[0080] 图5示出了根据本发明一实施例的电流闭环控制中的信号波形示意图。其中电流基准信号IREF正比于调光信号DIM的占空比，信号IFB为将采样信号Vs计算后得到的平均电流信号，如对前一周期的采样信号Vs进行平均值计算。Vc为将电流基准信号IREF和平均电流信号IFB进行差值放大和补偿后的补偿信号。将补偿信号Vc与锯齿波信号进行比较，用于关断开关。在图示的实施例中，锯齿波在Gate信号上升沿即开关导通瞬间由零值开始上升，并保持固定的上升斜率。在时间t1，锯齿波信号碰触补偿信号Vc，开关Q关断，此时采样信号Vs由峰值降为零值。此时或之后，锯齿波信号置零，直至Gate信号上升沿再以固定斜率上升。通过该闭环控制，使平均电流信号跟随电流基准信号IREF，如当电流基准信号IREF增大时，平均电流信号也随之增大。图5仅用于示意，锯齿波等信号也可采用其它适当的形式。
[0081] 图6示出了根据本发明一实施例的频率控制波形示意图。如图所示，当调光信号DIM的占空比较大时，开关电源电路工作于临界电流模式BCM，频率控制电路输出的脉冲信号fm可为常高状态，开关的导通点受ZCD信号控制。当电感电流IL开始下降至零值时，ZCD信号输出高电平脉冲，第二信号S2也输出高电平脉冲，驱动信号Gate升高，开关Q导通，电感电流IL开始上升。开关导通时间受电流闭环电路控制。在导通时间末，开关Q关断，电感电流IL开始下降。然后重复该过程。当调光信号DIM占空比小于一阈值时，频率控制电路基于调光信号DIM对开关频率进行限制，即设置最大频率，且该最大频率随调光信号DIM占空比的降低而降低。若该最大频率大于ZCD频率，仍可由ZCD信号控制开关的导通点。若该最大频率小于或等于ZCD频率时，由频率控制电路输出的脉冲信号fm控制开关Q的导通点。当然，当调光信号DIM占空比小于一阈值时，也可立即将最大频率限制值设置的较低，由脉冲信号fm控制开关的导通点，即控制开关的关断时间长度，使得开关电源电路工作于断续电流模式(BCD)，而电感平均电流则由电流闭环控制电路控制实现。
[0082] 参看图6的BCD模式，此时脉冲信号fm的频率较低，开关的导通点由脉冲信号fm控制。在时间t1，脉冲信号fm由低电平转换成高电平，第二信号S2输出高电平脉冲，驱动信号Gate变高，开关导通。在时间t2，驱动信号Gate变低，开关关断，电感电流IL下降。在时间t3，电感电流降到零值，ZCD信号输出高电平脉冲，然而，由于此时脉冲信号fm为低电平，图3所示的与门332输出的第二信号S2依然保持低电平，无法触发开关的导通。ZCD保持连续输出高电平脉冲或为持续的高电平。直到时间t4，脉冲信号fm由低变高，第二信号S2输出高电平脉冲，驱动信号Gate变高，开关再次导通。这样，开关频率此时受脉冲信号fm的频率控制，开关工作在断续电流DCM模式。
[0083] 当开关频率设置地偏低时，控制平均电流跟随电流基准信号的开关导通时间则会延长，即使在深度调光区域，依然能突破系统最小导通时间的限制，且能同时实现线性控制。
[0084] 图7示出了根据本发明一实施例的电流基准信号IREF及频率控制电路控制的频率上限值fm_max与调光信号占空比(DutyCycle)的关系示意图。如图所示，电流基准信号IREF与调光信号的占空比DutyCycle成正比。
[0085] 频率上限值fm_max的控制波形分两部分。当占空比DutyCycle大于一阈值dref时，频率上限值fm_max控制为一较高的常数值，高于临界状态下频率的最大值。使得实际开关频率受ZCD信号控制。当占空比DutyCycle小于该阈值dref时，频率上限值fm_max随占空比的下降而下降，频率上限值fm_max的波形不限，如a1、a2、a3和a4四种波形情形均可。只要能实现在开关的导通时间大于最小导通时间的基础上，在DCM模式下，该频率上限值可通过电流闭环控制实现平均电流跟随电流基准信号。
[0086] 当频率上限值fm_max小于ZCD对应的BCM模式频率时，开关频率受图3所示的频率控制电路331输出的脉冲信号fm的频率控制，信号fm的频率等于频率上限值fm_max，信号fm频率随着占空比的下降而降低，实际开关频率也降低。
[0087] 通过上述多个实施例中的电流闭环控制，能实现实际电感平均电流(Iav)与调光信号DIM的占空比(DutyCycle)呈良好的线性关系，即实际调光深度满足预期调光深度，如图10所示。
[0088] 图8示出了根据本发明一实施例的电感电流波形IL与调光深度的对应关系示意图。在第一区间，当调光信号表征的调光深度，如调光信号PWM的占空比，大于一阈值thr时，开关工作在临界电流模式，通过电流闭环控制对开关的导通时间进行控制对固态照明器件进行调光。随着调光深度的变大(调光信号占空比变大)，开关导通时间依次增大，平均电流也增大。在另一个实施例中，在第一区间，当调光信号PWM的占空比大于一阈值thr时，开关也可以工作在连续电流模式(CCM)，可通过定频模式下对开关的导通时间进行控制对固态照明器件进行调光，使得电感平均电流或负载平均电流跟随基于占空比而产生的电流基准信号。
[0089] 在第二区间，当调光信号表征的调光深度小于该阈值thr时，开关工作在断续电流模式，系统同时通过电流闭环控制对开关的导通时间进行控制和对开关的频率进行控制对固态照明器件进行调光。随着调光深度的变大(调光信号占空比变大)，开关频率增大，平均电流增大。
[0090] 在另一个实施例中，在第二区间，当调光深度小于某较小的阈值thr时，开关也可以选择性地工作在连续电流模式，系统同时通过对开关的导通时间进行控制和对开关的频率进行控制对固态照明器件进行调光。
[0091] 在一个实施例中，阈值thr以确定的信号形式存在于电路中，如频率控制电路设置的一阈值信号。阈值thr可为如图7所示的频率上限值波形a4对应的占空比阈值dref。在这种情况下，当占空比低于dref时，频率上限值大幅降低，将系统直接拉到断续电流模式，此时开关频率即为频率上限值，阈值thr等于此时的占空比阈值dref。在另一个实施例中，阈值thr并不以确定的信号形式存在于电路中，如当临界电流模式对应的频率大于频率上限值，或者调光深度很小而临界电流模式无法满足最小导通时间要求时，开关切换至断续电流模式。
[0092] 图9示出了根据本发明一实施例的固态照明器件调光方法流程示意图。该方法包括在步骤901，基于调光信号产生电流基准信号，优选的，电流基准信号IREF正比于调光信号DIM的占空比Duty：IREF＝k*Duty，其中k为常数。
[0093] 该方法包括在步骤902，基于电流基准信号IREF对输出电流进行控制并控制固态照明器件开关电源电路中开关的关断时刻，优选的，使每开关周期的电感电流平均值跟随电流基准信号IREF。在一个实施例中，对输出电流进行控制包括将平均电流信号与电流基准信号进行误差放大、补偿，以及与锯齿波信号进行比较等步骤。
[0094] 该方法包括在步骤903基于调光信号产生频率信号fm，其中频率信号fm用于限制开关的频率上限。优选的，频率上限值fm_max受调光信号占空比Duty控制。
[0095] 该方法包括在步骤904：判断占空比大小。
[0096] 该方法包括在步骤905，当调光信号的占空比小于一阈值thr时，基于频率信号fm控制开关的导通时刻，使得开关工作于断续电流模式或；当调光信号的占空比大于该阈值thr时，在步骤906，基于电流零值信号ZCD控制开关的导通时刻，使得开关工作于临界电流模式，或者工作于连续电流模式。
[0097] 这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
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