CN103380659A - 用来改变光输出水平的自适应频率控制 - Google Patents

Abstract

本发明提供了使用自适应频率控制来改变光输出水平的系统和方法。一种开关式电源转换器被配置成以开关频率将输出电流切换至发光二极管(LED)模块，其包括LED照明元件。控制电路被配置成接收与所述LED模块的期望光输出水平相对应的调光控制输入。所述控制电路还被配置成提供被配置成对所述输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，所述PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期。所述控制电路还被配置成响应于所述调光控制输入的改变来调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个，使得所述LED模块的光输出水平被适当地改变。

Description

用来改变光输出水平的自适应频率控制

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年2月24日提交并且标题为“ADAPTIVE FREQUENCY CONTROL TO CHANGE A LIGHT OUTPUT LEVEL”的美国专利申请序号13/033,644的优先权，其整个内容通过引用从而结合。

技术领域

本公开涉及照明，并且更特别地，涉及对固态光源进行调光。

背景技术

典型地，诸如但不限于发光二极管(LED)之类的固态光源使用脉宽调制(PWM)被调光。当在诸如低于总光输出的15%之类的低光水平下调光时，LED的光输出可能不总是稳定的。这样的不稳定输出的效果可能是如此显著突出以致对于人眼而言将是可感知的，无论是在向下减弱还是在向上转变到总光输出的约0至15%的光输出期间。

此外，以相对低的改变速率，不稳定输出可以在大于来自LED的总光输出的15%的不同光水平之间的改变期间蠕变。在这里，这样的不稳定输出可能是由于与PWM调光信号相比电源转换器/LED驱动器的相对大的粒状步长而导致的。

发明内容

本文中所描述的实施例适配开关电源转换器的开关频率和/或PWM(脉宽调制)调光信号的频率以在相对低的光输出水平和/或调光控制输入的相对低的改变速率下抑制(例如减少、最小化或者消除)光输出的不稳定性。例如，当PWM调光信号的脉冲宽度是开关电源转换器的开关周期的整数倍和/或PWM调光信号与开关电源转换器的开关同步时光输出的不稳定性可以被抑制。实施例可以调整PWM调光信号的周期和电源转换器的开关周期(与开关频率相对应)中的至少一个。可以响应于调光控制输入的改变和/或在光输出水平是相对低的例如小于最大光输出的20%时调整所述(一个或多个)周期。

例如，在一些实施例中，开关频率可以被提高以便使得PWM脉冲宽度对应于结果得到的开关周期的整数倍(即，整数倍)。在其他实施例中，开关频率可以被提高以便使得结果得到的开关周期对应于PWM调光输入的最小非零脉冲宽度。在其他实施例中，开关频率可以被提高以便使得结果得到的开关周期对应于PWM调光输入的脉冲宽度的最小增量(即，改变)。在其他实施例中，PWM调光信号的频率可以被降低(从而提高PWM调光信号周期)。为了实现与调光控制输入相对应的光输出水平，脉冲宽度可以被维持并且结果得到的占空比(即，ON时间(即，脉冲宽度)与PWM周期的比值)然后可以对应于调光控制输入。例如，PWM调光信号的频率可以被降低同时将脉冲宽度维持为开关周期的整数倍。电源转换器的开关可以与PWM脉冲同步，以便使得PWM信号的循环的启动对应于电源转换器的开关的循环的启动。

LED驱动器典型地包括直流电(DC)电源，其可以使用开关式电源转换技术(例如，“开关转换器”)而不是线性驱动方法以得到提高的效率。开关转换器可以接收DC输入电压并且将所接收到的DC输入电压转换为不同于DC输入电压的DC输出电压。开关电源转换器可以在相对高的开关频率(例如，约80 kHz)下操作，以在DC输出电压下输送恒定电流。例如，450 VDC的DC输入电压可以被转换为具有350 mA的恒定输出电流的107 VDC的DC输出电压。

对LED光源进行调光可以通过对由例如开关电源转换器供应给LED光源的电流进行脉宽调制来实现。PWM电流的占空比(即，脉冲宽度与PWM周期的比值)是变化的以便改变光输出。例如，PWM调光频率可以为约200 Hz或更高。在调光下，开关电源转换器的操作可以在PWM调光频率例如200 Hz下被中断。结果，输出电流作为相对高频信号(例如，80 kHz)出现在相对低频调光信号(例如，200 Hz)上。

当PWM调光信号中断开关转换器在开关转换器的高频开关循环中间的操作时，开关转换器的操作可以不被立即终止。例如，开关转换器可以等待直到其开关循环的结束为止以减少其输出电流。取决于PWM调光信号(200 Hz)的ON时间(即，脉冲宽度)，开关转换器可以在第n次循环或第n+1次循环时终止其循环。例如，一些开关电源转换器的开关被控制使得不可以中期停止开关。在小于例如15%的低暗淡水平下，这可以引起不稳定光输出，其比在例如大于15%的较高光输出下可能是更加可觉察的。

在两个相对低的光水平之间的转变期间，不稳定光输出可以可由人眼觉察到。在所述转变期间，因为PWM调光信号的ON时间(脉冲宽度)以相对小的步长改变，所以能够存在其中PWM脉冲的ON至OFF转变落入第n个电源转换器循环内从而导致没有光输出改变(例如，因为转换器完成了开关循环)的PWM调光信号的多次循环。

在实施例中，提供了光输出控制装置。所述光控制装置包括：开关式电源转换器，其被配置成以开关频率将输出电流切换至发光二极管(LED)模块，所述开关频率具有对应的开关周期，所述LED模块包括至少一个LED照明元件；以及控制电路，其中所述控制电路被配置成接收调光控制输入，所述调光控制输入对应于所述LED模块的期望光输出水平，以提供被配置成对所述输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，其中PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期，并且被配置成响应于调光控制输入的改变来调整PWM周期和开关周期中的至少一个，使得LED模块的光输出水平被适当地改变。

在相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成响应于调光控制输入的改变来提高开关频率。在另外的相关实施例中，最大开关频率可以对应于最小PWM脉冲宽度。在另一相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成响应于调光控制输入来提高PWM周期。在又一相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成使PWM输出和电源转换器的开关同步。在再一相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成在所期望的光输出水平低于阈值时调整PWM周期和开关周期中的至少一个。在再一相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成调整PWM周期和开关周期中的至少一个以便使得PWM脉冲宽度是开关周期的整数倍。

在另一实施例中，提供了系统。所述系统包括：发光二极管(LED)模块，其包括至少一个LED照明元件；开关式电源转换器，其被配置成以开关频率将输出电流切换至LED模块，所述开关频率具有对应的开关周期；以及控制电路，其被配置成接收调光控制输入，所述调光控制输入对应于LED模块的期望光输出水平，以提供被配置成对输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，其中PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期，并且被配置成响应于调光控制输入的改变来调整PWM周期和开关周期中的至少一个。

在相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成响应于调光控制输入的改变来提高开关频率。在另外的相关实施例中，最大开关频率可以对应于最小PWM脉冲宽度。在再一相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成调整PWM周期和开关周期中的至少一个以便使得PWM脉冲宽度是开关周期的整数倍。

在另一相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成响应于调光控制输入来提高PWM周期。在又一相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成使PWM输出和电源转换器的开关同步。在再一相关实施例中，所述控制电路可以被进一步配置成在所期望的光输出水平低于阈值时调整PWM周期和开关周期中的至少一个。

在另一实施例中，提供了改变发光二极管(LED)模块的光输出水平的方法。所述方法包括：以开关频率将输出电流切换至所述LED模块，所述开关频率具有对应的开关周期；接收与所述LED模块的期望光输出水平相对应的调光控制输入；提供被配置成对所述输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，其中PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期；以及响应于调光控制输入的改变来调整PWM周期和开关周期中的至少一个，使得LED模块的光输出水平被适当地改变。

在相关实施例中，调整可以包括响应于调光控制输入的改变来提高开关频率。在另外的相关实施例中，提供可以包括：提供被配置成对输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，其中PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期，并且其中最大开关频率对应于最小PWM脉冲宽度。

在另一相关实施例中，调整可以包括：响应于调光控制输入来提高PWM周期。在又一相关实施例中，所述方法可以进一步包括：使PWM输出和连接到LED模块的电源转换器的开关同步。在再一相关实施例中，所述方法可以进一步包括：确定所期望的光输出水平低于阈值；并且作为响应，调整PWM周期和开关周期中的至少一个。

附图说明

本文中所公开的前述和其他目的、特征以及优点从如附图中所举例说明的本文中所公开的特定实施例的以下描述将是显而易见的，在附图中相同的附图标记在不同的视图中自始至终指代相同的部分。图未必按比例绘制，重点替代地被放在举例说明本文中所公开的原理之上。

图1示出了没有自适应频率控制并且其可以被理解成引起不稳定光输出的输出电流的代表性波形的示意图。

图1B示出了没有自适应频率控制并且其可以被理解成引起不稳定光输出、特别在非常低的稳态光输出下的输出电流的另一代表性波形的示意图。

图2示出了根据本文中所描述的实施例、具有可以在衰弱/调光期间输送稳定光输出的开关转换器的自适应频率控制的输出电流的代表性波形的示意图。

图3示出了根据本文中所描述的实施例、具有可以在衰弱/调光期间输送稳定光输出的PWM调光信号的自适应频率控制的输出电流的代表性波形的示意图。

图4示出了根据本文中所描述的实施例的具有自适应频率控制的电源转换器的框图。

图5示出了具有自适应频率控制的电源转换器的另一实施例的示意电路图。

图6示出了具有自适应频率控制的电源转换器的另一实施例的示意电路图。

图7是根据本文中所描述的实施例的改变LED模块的光输出水平的方法的块流程图。

具体实施方式

如本文所用的术语“调光”指的是减少和/或提高诸如但不限于固态光源(例如，LED)之类的光源的光输出水平两者。因此，在不背离本文中所描述的实施例的范围的情况下可以自始至终使用“改变”代替“调光”。

图1A示出了针对没有自适应频率控制的系统的开关电源转换器输出电流波形105和PWM调光信号110的图。图被简化并且仅意在供图示使用。图1A包括三个区：先前稳态区115、衰弱(调光)区120以及新稳态区125。先前稳态区115对应于例如诸如但不限于一个或多个LED之类的固态光源的初始光输出水平，所述LED可以或者可以不为LED模块的一部分。在先前稳态区115中，光输出水平可以通常为恒定的，以及因此调光输入信号在先前稳态区115中不改变。在衰减(调光)区120中，调光输入信号正与例如LED模块的期望光输出水平的改变相对应地改变。在新稳态区125中，光输出水平可以通常为恒定的并且对应于LED模块的期望输出水平。换句话说，新稳态区125对应于最后的光输出水平。

PWM调光信号110在图1A中被示出成包括一系列PWM脉冲10A、10B、10C、10D、10E，在PWM频率(f_PWM)下的每个脉冲都对应于PWM周期，T_PWM (即，f_PWM = 1/T_PWM)。每个PWM脉冲10A、10B、10C、10D、10E都具有对应的脉冲宽度τ (即，ON时间)。PWM调光信号110的占空比对应于脉冲宽度除以PWM周期(即，(τ/T_PWM)*100%)。100%的占空比对应于“全开”，即，没有调光，并且因此对应于最大光输出水平。相对低的光输出水平对应于小于20%的占空比。例如，PWM脉冲10A具有脉冲宽度τ₁，PWM脉冲10B具有脉冲宽度τ₂，PWM脉冲10C具有脉冲宽度τ₃，而PWM脉冲10D和10E具有脉冲宽度τ₄。在这个示例中，τ₁大于τ₂，τ₂大于τ₃，并且τ₃大于τ₄。换句话说，与τ₁相对应的光输出水平大于与τ₂相对应的光输出水平，所述与τ₂相对应的光输出水平大于与τ₃相对应的光输出水平，所述与τ₃相对应的光输出水平大于与τ₄相对应的光输出水平。τ₁对应于在调光之前的初始光输出水平而τ₄对应于在调光之后的最后光输出水平。

电源转换器输出电流波形105包括在PWM频率f_PWM下的一系列输出脉冲15A、15B、15C、15D、15E。每个输出脉冲15A、15B、15C、15D、15E分别包括在与电源转换器的开关频率(f_{sw_nom})相对应的频率下的脉动（ripple），例如脉动1A、1B、1C、1D、1E。每个脉动1A、1B、1C、1D、1E包括在电源转换器的开关频率下的整数倍个周期(T_{sw_nom})。因此，每个输出脉冲的脉动的持续时间大于或等于关联的PWM脉冲的脉冲宽度τ，如本文中所描述的那样。例如，输出脉冲15A (在先前稳态区115中)的脉动1A的持续时间基本上等于(即，在控制电路的容差内)所关联的PWM脉冲10A的脉冲宽度τ₁。脉动1A包括整数倍m个开关周期T_{sw_nom}，即，脉动的持续时间是m*T_{sw_nom}。因此，τ₁基本上等于m*T_{sw_nom}。

在衰减(调光)区120中，脉动1B和1C的持续时间可以保持在m*T_{sw_nom}并且大于它们关联的PWM脉冲10B和10C的ON时间(τ₂和τ₃)。例如，开关电源转换器可以被配置成响应于PWM脉冲的ON至OFF转变(即，下降沿)在关闭其输出电流之前完成开关循环，如本文中所描述的那样。换句话说，当PWM脉冲宽度τ不等于开关转换器的开关周期的整数倍时，该脉动在关联的输出脉冲上的持续时间可以大于PWM脉冲宽度。这可以导致LED或LED模块的光输出水平的可觉察闪烁。随着调光的量被改变，光输出水平可以以离散而不是连续的方式改变。

在新稳态区125中，输出脉冲15D和15E的脉动1D和1E的持续时间可以基本上等于(即，在控制电路的容差内)所关联的PWM脉冲10D和10E的脉冲宽度τ₄。脉动1D和1E可以包括整数倍例如m-1个开关周期T_{sw_nom} (即，脉动的持续时间是(m-1)*T_{sw_nom})。因此，τ₄可以基本上等于(m-1)*T_{sw_nom}。取决于调光的总量，新稳态区125中的PWM脉冲宽度可以小于(m-1)*T_{sw_nom}。例如，调光的量可以对应于约几十或几百倍于开关周期T_{sw_nom}的脉动持续时间的减少。在这里，(m-1)被示出仅用于说明性目的，并且另外是非限制性的。

图1B示出了针对没有自适应频率控制的另一系统的开关电源转换器输出电流波形135和PWM调光信号140的图。与图1A类似，图被简化并且仅意在供图示使用。图1B包括一个区：稳态区145。稳态区145对应于可以通常为恒定的非常低的光输出水平。PWM调光信号140被示出成包括在与PWM周期T_PWM相对应的PWM频率(f_PWM)下的一系列PWM脉冲12A、12B、12C、12D、12E。每个PWM脉冲12A、12B、12C、12D、12E都具有对应的脉冲宽度τ₅。电源转换器输出电流波形135包括在PWM频率f_PWM下的一系列输出脉冲17A、17B、17C、17D、17E。每个输出脉冲分别包括在与电源转换器的开关频率(f_{sw_nom})相对应的频率下的脉动11A、11B、11C、11D、11E。每个脉动11A、11B、11C、11D、11E包括在电源转换器的开关频率下的整数倍个开关周期(T_{sw_nom})。因此，每个输出脉冲中的脉动的持续时间可以大于或者等于关联的PWM脉冲的脉冲宽度τ₅。

在非常低的输出水平(例如，占空比≤ 3%)下，光输出中的闪烁可能甚至在稳态下即在调光水平不在改变时是可觉察的。当PWM脉冲在接近电源转换器的开关周期末期从高向低(“下降沿”)转变时，电源转换器可以保持通电持续附加的开关周期。例如，PWM脉冲的下降沿中的延迟和/或电源转换器开关周期的相对过早的终止以便使得下一个开关周期在PWM调光信号是低的之前开始可以导致附加的开关周期。因此，输出脉冲17C相对于输出脉冲17A、17B、17D、17E可以包括附加的开关周期。这个附加的开关周期可以发生持续一个或多个PWM调光循环并且可以导致振荡和/或不稳定光输出，尤其在非常低的光输出水平下。尽管这个振荡和/或不稳定光输出还可以发生在相对高的光输出水平(例如，75%的占空比)下，但是它不是可容易觉察的。

因此，如图1A和1B中所示，对于没有自适应频率控制的系统，在非常低的光输出水平下和/或对于调光控制输入的相对低的改变速率，光输出水平可以至少部分由于开关电源转换器的属性而包括可觉察闪烁，如本文中所描述的那样。这个不稳定光输出可以被缓和。例如，提高电源转换器开关频率以便使得开关周期对应于PWM调光信号的ON时间的最小改变可以减少和/或消除这个不稳定光输出。这可以使得开关转换器能够更准确地遵循PWM调光信号的ON时间中的离散、相对低的改变并且从而在光输出中提供平滑转变。在另一示例中，例如，在非常低的稳态光水平下，使电源转换器开关循环与调光信号PWM脉冲同步并且使PWM脉冲宽度成为电源转换器开关周期的整数倍可以减少和/或消除感知到的光输出中的所关联的振荡/不稳定性。

提高开关频率可以增加转换器中的损失。因此，可以单独在衰减(调光)期间，例如在图1A的衰减(调光)区120和/或非常低的光输出水平中使用较高的转换器开关频率。这可以使得能实现较高质量深调光和/或衰减性能，同时在电源转换器和/或LED驱动器中维持相对高的频率和相对低的损失。

图2示出了针对如本文中所公开的实施例的开关电源转换器输出电流波形205和PWM调光信号110的图。与图1A和1B类似，图被简化并且仅意在供图示使用。进一步地，具有与图1A中的元素相同的附图标记的图2中的元素对应于相同的元素。例如，先前稳态区115中的输出脉冲15A和PWM脉冲10A在图1A和图2中是相同的。类似地，新稳态区125中的输出脉冲15D、15E以及PWM脉冲10D、10E在图1A和图2中是相同的。衰减(调光)区120中的PWM脉冲10B、10C在图1A和图2中是相同的。

在衰减(调光)区120中，使用与本公开一致的控制电路，可以提高电源转换器的开关频率。在先前稳态区115和新稳态区125中，开关频率可以为具有对应标称开关周期T_{sw_nom}的标称开关频率f_{sw_nom}。在衰减(调光)区120中，开关频率可以被提高至具有对应调光开关周期T_{sw_dim}的调光开关频率f_{sw_dim}。例如，标称开关频率可以为80 kHz而调光开关频率可以为250 kHz或更大。可以响应于检测到调光控制输入的改变来提高开关频率，如本文中所描述的那样。开关频率可以被提高以便整数倍个调光开关周期(T_{sw_dim})对应于PWM脉冲宽度。例如，开关频率可以被提高以便使得调光开关周期T_{sw_dim}的整数倍对应于PWM脉冲宽度的最小改变(Δτ_min)。例如，在衰减(调光)区120中，PWM脉冲10B的脉冲宽度τ₂可以对应于输出脉冲25B的脉动2B持续时间而PWM脉冲10C的脉冲宽度τ₃可以对应于输出脉冲25C的脉动2C持续时间。脉动2B持续时间可以为n*T_{sw_dim}而脉动2C持续时间可以为(n-r)*T_{sw_dim}，其中r是整数并且小于n。换句话说，通过提高开关频率并且相应地将开关周期从T_{sw_nom}降低至T_{sw_dim}，PWM脉冲10B和10C两者的脉冲宽度τ₂和τ₃可以为调光开关周期T_{sw_dim}的整数倍。结果，LED模块在调光的量被改变时候的光输出水平中的可觉察闪烁可以被消除以便使得光输出水平可以以连续的方式改变。

在新稳态区125中，开关频率可以被返回到标称开关频率f_{sw_nom}。如本文中所描述的那样，f_{sw_nom}对于电源转换器来说可能是比调光开关频率f_{sw_dim}更低和更有效的开关频率。在新稳态区125中，输出脉冲15D、15E的脉动1D、1E的持续时间可以对应于比先前稳态区115的整数倍(例如，m)较低的标称开关周期T_{sw_nom}的整数倍(例如，m-1)。

在一些实施例中，在调光(即，衰减)期间的不稳定光输出可以通过自适应地减少WPM调光信号的频率，例如通过将PWM频率f_PWM从200 Hz降低至150 Hz而被缓和。降低PWM频率提高PWM周期。脉冲宽度可以对应于电源转换器的整数个开关周期。PWM频率可以被降低以便使得占空比对应于调光控制输入。

图3示出了开关电源转换器输出电流波形305和PWM调光信号310的图。与图1A、1B以及图2类似，图被简化并且仅意在供图示使用。进一步地，具有与图1A中的元素相同的附图标记的图3中的元素对应于相同的元素。例如，输出脉冲15A、15B、15C、15D、15E在图1A和图3中是相同的。类似地，先前稳态区115中的PWM脉冲10A和新稳态区125中的PWM脉冲10D、10E在图1A和图3中是相同的。输出脉冲周期(即，各输出脉冲的上升沿之间的时间)在图3中可以不同于图1A的输出脉冲周期。图1A中的输出脉冲周期可以在先前稳态区115、衰减(调光)区120以及新稳态区125中不改变，而图3中的输出脉冲周期可以在先前稳态区115、衰减(调光)区120以及新稳态区125上改变。

在衰减(调光)区120中，使用与本公开一致的控制电路，可以提高PWM周期。在先前稳态区115和新稳态区125中，PWM周期可以对应于标称PWM周期T_PWM1。在衰减(调光)区120中，PWM周期的持续时间可以响应于调光控制输入的改变而被提高(即，PWM频率可以被降低)。PWM脉冲宽度τ可以被维持在与在先前稳态区115中相同的脉冲宽度τ₁。PWM脉冲宽度τ₁可以对应于电源转换器的标称开关周期T_{sw_nom}的整数倍。为了响应于改变调光控制输入来调整光输出水平(例如，以减少光输出水平)，PWM周期T_PWM可以被提高以便使得占空比(τ/T_PWM)对应于改变调光控制输入。例如，PWM调光周期可以在衰减(调光)区120中被从T_PWM1提高到T_PWM2然后从T_PWM2到T_PWM3，其中T_PWM3大于T_PWM2而T_PWM2大于T_PWM1。例如，标称PWM周期可以对应于200 Hz的PWM频率。PWM周期可以被提高到对应于150 Hz的PWM频率。在衰减(调光)周期120末期，为了改进的稳态光输出，PWM频率可以被提高以便新稳态区125的PWM周期对应于先前稳态区的PWM周期，即，T_PWM1。PWM脉冲宽度可以被相应地降低以维持新稳态区125的最后光输出水平。PWM脉冲宽度可以对应于整数个开关周期，例如，(m-1)*T_{sw_nom}。

连同图2和图3所描述的实施例被配置成缓和对于人眼而言可能是可觉察的不稳定性。电源转换器的开关频率可以被提高和/或PWM频率可以被降低。结果，PWM调光信号的脉冲宽度可以对应于在调光转变之前、期间以及之后的开关转换器的整数个开关周期。在一些实施例中，该开关频率可以与PWM频率同步以便使得PWM脉冲的上升沿和/或下降沿对应于开关波形的循环的开始和/或结束。

图4示出了被配置成适配开关电源转换器的开关频率和/或PWM调光信号的频率以在相对低的光输出水平和/或调光控制输入的相对低的改变速率下最小化和/或消除光输出的不稳定性的系统400。系统400包括调光装置405和LED模块410。LED模块410可以包括至少一个固态光源(未示出)，诸如但不限于LED。调光装置405包括控制电路415、电源转换器420以及电流感测电路425。在一些实施例中，电源转换器420可以为但不限于被配置成接收输入电压V_IN并且将输入电压V_IN转换为输出电压的开关转换器。电源转换器420因此可以被配置成将输出电流切换至LED模块以给LED模块内的至少一个固态光源供电并且使所述至少一个固态光源发射光。例如，输入电压可以为450 VDC而输出电压可以为具有350 mA的恒定电流的107 VDC。电流感测电路425将电流反馈提供给电源转换器420和/或控制电路415。电流反馈在一些实施例中可以表示LED模块中的电流。电源转换器420和/或控制电路415至少部分地基于来自电流感测电路425的电流反馈来调节电源转换器420的输出电流，例如以将恒定电流供应提供给LED模块410。

控制电路415操作电源转换器420来以恒定电流生成输出电压。控制电路415在一些实施例中可以被配置成接收调光控制输入并且响应于所接收到的调光控制输入控制电源转换器。控制电路415在一些实施例中可以被配置成响应于调光控制输入的改变来调整PWM周期和开关周期中的至少一个。例如，调光控制输入可以表示LED模块410的期望调光水平。换句话说，调光控制输入可以表示LED模块410的期望光输出水平。控制电路415然后可以提供具有与所期望的光输出水平相对应的占空比的PWM调光信号，并且可以控制电源转换器420调整电源转换器的开关频率以便使得PWM调光信号的脉冲宽度是开关周期的整数倍，如本文中所描述的那样。控制电路415可以使电源转换器的开关频率与PWM调光信号的PWM频率同步。

在一些实施例中，控制电路415单独地或者以任何组合的方式包括例如但不限于硬连线电路、可编程电路、状态机电路和/或存储由可编程电路所执行的指令的固件。控制电路415因此可以包括可能是应用特定的和/或现成的分立部件和/或集成电路。进一步地，控制电路415在一些实施例中可以包括微控制器、微处理器、处理器或为单独的并且不同于但以其他的方式直接地或者间接地使用任何已知类型的连接(例如，但不限于有线、无线、经由网络等)连接到存储器和/或存储器设备的其他处理元件。

图5是图示了被配置成像本文中所描述的那样调整电源转换器的PWM周期和开关周期中的至少一个的系统400a的示意电路图。系统400a包括LED模块410a和调光装置，所述调光装置包括电源转换器420a、电流感测电路425a以及控制电路415a。LED模块410a包括串联耦合的多个LED，但是在其他实施例中，可以使用其它固态光源代替LED中的一些或全部。例如，在一些实施例中，LED模块410a可以包括三十三个串联连接的LED。电源转换器420a是被配置成使输入电压V_IN降压到小于输入电压的输出电压的降压转换器。例如，降压转换器420a可以包括电容器C1、二极管DI、电感器LI以及晶体管Q1。晶体管Q1可以为但不限于MOSFET (金属氧化物场效应晶体管)，诸如增强模式n沟道MOSFET，并且可以被配置成以多达600 VDC的电压而且以多达5至8A的电流进行操作。

电源转换器420a提供恒定输出电流。在一些实施例中，电源转换器420a可以接收450 VDC的输入电压并且可以以350 mA的恒定电流提供107 VDC的输出电压。电流感测电路425a例如感测电阻器R1被配置成将电流反馈提供给控制电路415a以便于维持期望的输出电流，即，以便于电流调节。在一些实施例中，电流可以使用电感器L1来感测。控制电路415a可以包括控制器620、微控制器625以及晶体管Q2。控制器620可以为但不限于用于开关电源转换器的常规控制器。控制器620可以在开关频率下驱动电源转换器420的晶体管Q1以生成所期望的输出电压和输出电流。控制器620可以从微控制器625接收振荡器频率控制输入。与该振荡器频率控制输入相对应的微控制器625的输出可以通过晶体管Q2而被变换为与控制器620相容的电流和/或电压。例如，晶体管Q2可以为双极结晶体管(BJT)。振荡器频率控制输入可以对应于电源转换器420(和晶体管Q1)的期望开关频率。控制器620可以被配置成至少部分地基于该振荡器频率控制输入来控制开关频率。

控制器620可以被配置成使用感测电阻器R1来感测输出电流并且对于电流调节使用所感测的电流。控制器620被配置成从微控制器625接收与调光控制输入相对应的PWM调光信号。该调光控制输入对应于期望的光输出水平。微控制器625可以被配置成接收调光控制输入并且配置成将与振荡器频率控制相对应的PWM调光信号和/或输出提供给控制器620。微控制器625可以被配置成检测调光控制输入的改变。响应于所述改变，微控制器625可以被配置成调整PWM调光信号和振荡器频率控制中的至少一个。例如，PWM调光信号可以在PWM脉冲(ON时间)期间启用控制器620并且可以在OFF时间期间禁用控制器620以停止切换(当电流切换循环完成时，如本文中所描述的那样)。在调光期间，微控制器可以调整PWM调光信号的占空比和/或调整振荡器频率控制以使控制器620调整电源转换器的开关频率，如本文中所描述的那样。

图6是图示了像本文中所描述的那样调整电源转换器的PWM周期和开关周期中的至少一个的系统400b的示意电路图。系统400b包括如上所述的LED模块410a，以及包括电源转换器420a、电流感测电路425a以及控制电路415b的调光装置。控制电路415b接收调光控制输入并且至少部分地基于该调光控制输入来控制电源转换器(例如，开关频率和/或PWM周期)。控制电路415b在一些实施例中可以包括门驱动器630和微控制器625a，如图6中所示。门驱动器630可以被配置成基于来自微控制器625a的输入来驱动晶体管Q1。微控制器625a可以被配置成感测在电流感测电路即图6中的电阻器R1中的电流，并且配置成至少部分地基于所感测的电流来调节电源转换器420a的输出电流。微控制器625a可以被配置成接收调光控制输入并且例如使用数字信号处理(DSP)电路至少部分地基于该调光控制输入来控制门驱动器630。一般而言，DSP电路涉及使用被配置成例如直接地和/或在软件指令的控制下执行特定指令序列的一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或专用处理器来处理信号。门驱动器630可以被配置成至少部分地基于来自微控制器625a的输入来驱动晶体管Q1。微控制器625a然后可以通过控制门驱动器630来控制电源转换器420a的开关频率、PWM脉冲宽度(例如，开关转换器420a的ON时间)和/或PWM周期(例如，开关转换器420的OFF时间)。

使用具有DSP电路的微控制器(即，图6中的微控制器625a)可以在调光期间提供电源转换器420a的更高效和/或更有效的控制。例如，电源转换器和PWM调光信号(在微控制器625a中内部创建)的开关频率可以被更准确地同步。还可以使用分立部件的组合代替具有DSP电路的微控制器以实现自适应频率控制，而不背离如本文中所公开的本发明的范围。

对LED模块的光输出水平进行调光的方法700的流程图在图7中被图示。矩形元素在本文中被表示为“处理块”并且表示指令或指令组。可替换地，处理块表示由诸如但不限于数字信号处理器电路、专用集成电路(ASIC)或微控制器之类的功能上等效的电路所执行的步骤。流程图未描绘任何特定程序设计语言的语法。相反地，流程图举例说明了本领域的普通技术人员要求制作电路或者生成指令以执行依照本发明所要求的处理的功能信息。应该注意的是，并未示出许多例行程序元素，诸如循环和变量的初始化和临时变量的使用。本领域的普通技术人员将了解，除非在本文中另外指示，否则所描述的步骤的特定顺序仅仅是说明性的并且在不背离本发明的精神的情况下可能是变化的。因此，除非另外陈述，否则在下面所描述的步骤是无序的，意味着如果可能，可以以任何方便的或所希望的顺序来执行各步骤。此外，方法700可以并且在一些实施例中包括图7中所描绘的步骤和/或本文中所描述的附加操作的子组合。

输出电流被以开关频率切换至LED模块，步骤705。开关频率例如使用开关模式电源转换器而具有对应的开关周期。然后，调光控制输入被接收，步骤710。调光控制输入对应于LED模块的期望光输出水平。接下来，脉宽调制(PWM)输出被提供，步骤715。PWM输出被配置成对输出电流进行脉宽调制。PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与PWM频率相对应的PWM周期。最后，PWM周期和开关周期中的至少一个响应于调光控制输入的改变而被调整，步骤720。

本文中所描述的方法和系统不限于特定硬件或软件配置，并且可以在许多计算或处理环境中发现适用性。方法和系统可以用硬件或软件、或硬件和软件的组合加以实现。方法和系统可以用一个或多个计算机程序加以实现，其中计算机程序可以被理解成包括一个或多个处理器可执行指令。(一个或多个)计算机程序可以在一个或多个可编程处理器上执行，并且可以被存储在可由处理器、一个或多个输入设备和/或一个或多个输出设备读取的一个或多个存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)上。处理器因此可以访问一个或多个输入设备以获得输入数据，并且可以访问一个或多个输出设备以传送输出数据。输入和/或输出设备可以包括下列中的一个或多个：随机存取存储器(RAM)、独立磁盘冗余阵列(RAID)、软驱、CD、DVD、磁盘、内部硬盘驱动器、外部硬盘驱动器、记忆棒或能够被如本文中所提供的处理器存取的其他存储设备，其中这样的前述示例是非详尽的，并且是用于图示而不是限制。

(一个或多个)计算机程序可以使用一个或多个高级过程或面向对象程序设计语言来实现以与计算机系统进行通信；然而，视需要，(一个或多个)程序可以用汇编或机器语言加以实现。语言可以被编译或者解释。

如本文中所提供的那样，(一个或多个)处理器因此可以被嵌入在可以在联网环境中被独立地或者共同操作的一个或多个设备中，其中网络可以包括例如局域网(LAN)、广域网(WAN)和/或可以包括内部网和/或互联网和/或另一网络。(一个或多个)网络可以为有线的或无线的或其组合，并且可以使用一个或多个通信协议来促进不同处理器之间的通信。处理器可以被配置用于分布式处理，并且可以根据需要在一些实施例中利用客户端-服务器模型。因此，方法和系统可以利用多个处理器和/或处理器设备，并且处理器指令可以被分在在这样的单或多处理器/设备之中。

与(一个或多个)处理器集成的(一个或多个)设备或计算机系统可以包括例如(一个或多个)个人计算机、(一个或多个)工作站(例如，Sun、HP)、(一个或多个)个人数字助理(PDA)、(一个或多个)手持式设备或能够与可以像本文中所提供的那样操作的(一个或多个)处理器集成的(一个或多个)另一设备，所述(一个或多个)手持式设备诸如(一个或多个)蜂窝电话或(一个或多个)智能电话、(一个或多个)膝上型电脑、(一个或多个)手持式计算机。因此，本文中所提供的设备是非详尽的并且被提供用于图示而不是限制。

对“微处理器”和“处理器”或“该微处理器”和“该处理器”的参考可以被理解为包括可以在(一个或多个)独立和/或分布式环境中通信的一个或多个微处理器，并且因此可以被配置成经由有线或无线通信与其他处理器进行通信，其中这样的一个或多个处理器可以被配置成在可能是相似的或不同的设备的一个或多个处理器控制的设备上操作。这样的“微处理器”或“处理器”术语的使用因此还可以被理解为包括中央处理单元、算术逻辑单元、专用集成电路(IC)和/或任务引擎，其中这样的示例被提供用于图示而不是限制。

此外，除非另外规定，否则对存储器的参考可以包括一个或多个处理器可读和可访问存储器元件和/或部件，所述存储器元件和/或部件可以在处理器控制的设备内部、在处理器控制的设备外部和/或可以经由有线或无线网络使用各种通信协议被访问，并且除非另外规定，否则可以被布置成包括外部和内部存储器设备的组合，其中这样的存储器可能是连续的和/或基于应用而被分区。因此，对数据库的参考可以被理解为包括一个或多个存储器关联，其中这样的参考可以包括商业上可用的数据库产品(例如，SQL、Informix、Oracle)以及专用数据库，并且还可以包括用于将诸如链路、队列、图形、树之类的存储器与针对图示而不是限制所提供的此类结构相关联的其他结构。

除非另外提供，否则对网络的参考可以包括一个或多个内部网和/或互联网。依照上文，在本文中对微处理器指令或微处理器可执行指令的参考可以被理解为包括可编程硬件。

除非另外说明，否则单词“基本上”的使用可以被解释为包括精确关系、条件、布置、定向和/或其他特性，以及如由本领域的普遍技术人员所理解的其偏离，在这种程度上这样的偏离不会显著地影响所公开的方法和系统。

遍及本公开的全部，除非另外具体地陈述，否则使用冠词“一”和/或“一个”和/或“该”来修饰名词可以被理解为用于方便并且以包括所修饰名词的一个或一个以上。术语“含有”、“包括有”以及“具有”是旨在为包括，并且意味着可以存在除所列举的元素以外的附加的元素。

除非在本文中另外规定，否则在所有图中被描述和/或以其他的方式描写成与...进行通信、与...相关联和/或基于等的元素、部件、模块和/或其部分可以被理解成如此以直接的和/或间接的方式通信、与...相关联和/或基于。

尽管方法和系统已经相对于其特定实施例被描述，但是它们并不受此限制。显然考虑到上述教导许多修改和变化可以变得显而易见。在本文中描述和举例说明的细节、材料以及各部分的布置中的许多附加的改变可以由本领域的技术人员来做出。 

Claims (20)

1.一种光输出控制装置，包括：

开关式电源转换器，其被配置成以开关频率将输出电流切换至发光二极管(LED)模块，所述开关频率具有对应的开关周期，所述LED模块包括至少一个LED照明元件；以及

控制电路，其中所述控制电路被配置成接收调光控制输入，所述调光控制输入对应于所述LED模块的期望光输出水平，以提供被配置成对所述输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，其中所述PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期，并且被配置成响应于所述调光控制输入的改变来调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个，使得所述LED模块的光输出水平被适当地改变。

2.根据权利要求1所述的光输出控制装置，其中，所述控制电路被进一步配置成响应于所述调光控制输入的所述改变来提高所述开关频率。

3.根据权利要求2所述的光输出控制装置，其中，最大开关频率对应于最小PWM脉冲宽度。

4.根据权利要求1所述的光输出控制装置，其中，所述控制电路被进一步配置成响应于所述调光控制输入来提高所述PWM周期。

5.根据权利要求1所述的光输出控制装置，其中，所述控制电路被进一步配置成使所述PWM输出和所述电源转换器的开关同步。

6.根据权利要求1所述的光输出控制装置，其中，所述控制电路被进一步配置成当所述期望光输出水平低于阈值时调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的光输出控制装置，其中，所述控制电路被进一步配置成调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个，以便使得所述PWM脉冲宽度是所述开关周期的整数倍。

8.一种系统，包括：

发光二极管(LED)模块，其包括至少一个LED照明元件；

开关式电源转换器，其被配置成以开关频率将输出电流切换至所述LED模块，所述开关频率具有对应的开关周期；以及

控制电路，其被配置成接收与所述LED模块的期望光输出水平相对应的调光控制输入，以提供被配置成对所述输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，其中所述PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期，并且被配置成响应于所述调光控制输入的改变来调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制电路被进一步配置成响应于所述调光控制输入的所述改变来提高所述开关频率。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，最大开关频率对应于最小PWM脉冲宽度。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制电路被进一步配置成调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个，以便使得所述PWM脉冲宽度是所述开关周期的整数倍。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制电路被进一步配置成响应于所述调光控制输入来提高所述PWM周期。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制电路被进一步配置成使所述PWM输出和所述电源转换器的所述开关同步。

14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制电路被进一步配置成在所述期望光输出水平低于阈值时调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个。

15.一种改变发光二极管(LED)模块的光输出水平的方法，所述方法包括：

以开关频率将输出电流切换至所述LED模块，所述开关频率具有对应的开关周期；

接收与所述LED模块的期望光输出水平相对应的调光控制输入；

提供被配置成对所述输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，其中，所述PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期；以及

响应于所述调光控制输入的改变来调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个，使得所述LED模块的所述光输出水平被适当地改变。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，调整包括：

响应于所述调光控制输入的所述改变来提高所述开关频率。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，提供包括：

提供被配置成对所述输出电流进行脉宽调制的脉宽调制(PWM)输出，其中，所述PWM输出具有脉冲宽度、PWM频率以及与所述PWM频率相对应的PWM周期，并且其中最大开关频率对应于最小PWM脉冲宽度。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，调整包括：

响应于所述调光控制输入来提高所述PWM周期。

19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

使所述PWM输出和连接到所述LED模块的电源转换器的所述开关同步。

20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

确定所述期望光输出水平低于阈值；并且

作为响应，调整所述PWM周期和所述开关周期中的至少一个。

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