[发明专利]用于LED照明的效率调节

说明书

技术领域

本发明涉及开关模式调节器，并且更具体地，涉及使用开关模式调节器来调节LED电流以提高总的系统功效并抑制可调光发光二极管（以下，“LED”）照明系统的功耗的系统、设备和方法。该开关模式调节器也可以用于LED照明系统以外的应用中。

背景技术

随着基于半导体的固态照明（SSL）方案与其它照明技术相比持续改进，直到最近主要与电子设备和玩具中的简单指示器灯联系在一起的SSL已经变得更普遍。特别是，在过去的那些年，已经对发光二极管（LED）实现了巨大的技术改进。LED已经可用于各种波长，并适合于白光照明。LED的寿命也延长到超过100千小时，并且能够在高达许多瓦的输入功率工作。

当与常规灯比较时，LED是相对较小的，需要显著较低的功率量，并且具有较长的操作寿命。LED通常串联连接为LED串用于照明应用中。用于照明的LED串中的每个功率LED需要在35-1400mA的范围中的标称LED电流、3V的正向电压降、以及大的制造公差。LED操作的功率量比典型卤素灯操作的功率量要小得多。卤素灯可操作在20-50瓦的范围内，而LED在约5-10瓦足以提供类似的亮度水平。然而，总是存在进一步增强LED照明系统的能量效率的需求。

图1A示例了标准LED照明系统100和该系统中的功率耗散。LED照明系统100包括LED驱动器102和LED灯模块104。LED驱动器102耦合为从DC源106接收DC供应电压VSUP，并且VSUP电压还由LED驱动器102转换为驱动电压VT和LED电流108。LED灯模块104由此驱动电压VT和LED电流108驱动。模块104中的LED二极管的照明功率P_LED，即亮度，直接与通过LED二极管的LED电流108相关联。

在LED照明系统100中，由源106提供的输入功率P_IN未被完全转换为LED灯模块104的照明功率。LED驱动器102和LED灯模块104在用于电压转换和LED照明的它们各自的过程中以热和可见辐射的形式耗散一些能量。特别是，LED驱动器102典型地基于线性或开关模式调节器。线性调节器在其负载范围上呈现差的效率特性。开关模式调节器比线性调节器呈现更好的效率，但是由于开关模式调节器内的固有切换和静态偏置损失，当其加载于最大效率操作点以下时，其仍然可以受到减小的效率的影响。

LED系统功效E_SYS指LED照明系统100的总的照明效率。因为必需考虑LED驱动过程中的任何能量损失，所以LED系统功效E_SYS是驱动器效率η_DRV和LED模块104中的LED的功效E_LED的组合。因此，LED系统功效、LED的功效以及驱动器效率可以分别表示为：

其中，P_OUT为来自LED驱动器120的输出功率。

图1B示例了指示与LED电流108相关的LED的功效E_LED和驱动器效率η_DRV的两个范例性曲线152和154的图150。LED的功效E_LED和驱动器效率η_DRV分别在不同的LED电流I_SMAX和I_DMAX达到它们的峰值水平E_LOPT和η_DOPT。在典型的LED照明系统100中，优选的LED电流I_DMAX确定于I_MIN与最大LED电流I_MAX之间，使得最大驱动器效率η_DOPT保持在I_MIN与I_DMAX之间。因此，与通过LED的DC调光电流组合，在整个调光范围I_MIN至I_MAX上最大化了最大系统功效E_SYS。