用於增加固態照明燈具的調光範圍的方法和裝置的製作方法

2023-05-17 07:05:51 1

專利名稱：用於增加固態照明燈具的調光範圍的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及固態照明燈具的控制。更具體而言，本文公開的各種發明性方法和裝置涉及使用洩放電路選擇性地增加固態照明燈具的調光範圍。
背景技術：
數字或固態照明技術即基於半導體光源(如發光二級管(LED))的照明對於傳統螢光、HID和白熾燈提供了可行的替換。LED的功能優點和益處包括高能量轉換和光學效率、持久、低操作成本等等。LED技術中的最近的進展已經提供了有效並且魯棒的全譜光源，其在許多應用中支持各種各樣的照明效果。體現這些光源的一些燈具的特徵在於這樣一種照明模塊，該照明模塊包括一個或多個能夠產生不同的顏色(例如紅色、綠色和藍色)的LED以及用於獨立控制LED的輸出以便生成各種各樣的顏色和變色照明效果的處理器，例如，通過引用的方式併入本文的美國專利號6，016, 038和6，211，626中所詳述的。LED技術包括線路電壓供電的白光照明燈具,諸如從Philips Color Kinetics可獲得的ESSENTIALWHITE系列。這些燈具可以使用後沿調光器技術(諸如用於120VAC線路電壓的電子低壓(ELV)類型調光器)調光。許多照明應用利用調光器。常規調光器在白熾(燈泡和滷素)燈中工作良好。但是在包括緊湊型螢光燈(CFL)、使用電子變壓器的低壓滷素燈以及固態照明(SSL)燈(諸如LED和0LED)的其他類型的電子燈中出現問題。具體而言，可以使用特殊調光器(諸如電低壓(ELV)型調光器或阻抗電容(RC)調光器)來調光使用電子變壓器的低壓滷素燈，該調光器對於在輸入端具有功率因子修正(PFC)電路的負載工作是足夠的。常規調光器典型而言對於市電電壓信號的每個波形的一部分進行斬波，並且向照明燈具傳遞該波形的剩餘部分。前沿或正相調光器對電壓信號波形的前沿進行斬波。後沿或反向調光器對電壓信號波形的後沿進行斬波。電子負載(諸如LED驅動器)典型而言利用後沿調光器操作得更好。白熾燈和其他常規阻抗性照明設備自然無差錯地響應由相位斬波調光器所產生的斬波正弦波。相反，當LED和其他固態照明負載被放置在該相位斬波調光器上時，LED和其他固態照明負載可以招致大量問題，諸如低端壓降、三端雙向可控矽開關失敗，最小負載問題、高端閃爍和光輸出的大步幅。另外，當調光器處於它的最低設置時，固態照明負載所輸出的最小光相對高。例如，LED的低調光器設置光輸出可以是最大設置光輸出的15-30%，在低設置上這是不希望的高光輸出。該高光輸出進一步被人眼響應在低光水平時非常敏感的事實加劇，使得光輸出顯得甚至更高。並且，常規相位斬波調光器可能具有最小負載要求，因而不能從電路簡單地去除LED負載。因此，存在如下需求，即當對應的調光器被設置為低設置時降低由固態照明負載輸出的光，同時滿足相位斬波調光器的任意最小負載要求
發明內容
本公開涉及用於當調光器的相位角或調光水平被設置為低設置時降低固態照明負載所輸出的光的發明方法和設備。通常，在一個方面，一種用於控制由處於低調光水平的固態照明負載所輸出的光水平的設備，包括與該固態照明負載並聯連接的洩放電路。該洩放電路包括串聯連接的電阻器和電晶體，該電晶體被配置為當由調光器設置的調光水平低於預定第一閾值時根據數字控制信號的佔空比而接通或斷開，從而隨著該調光水平降低而減小該洩放電路的有效阻 抗。在另一方面,一種設備,包括具有響應於調光器的相位角的光輸出的LED負載、檢測電路、開環功率轉換器和洩放電路。該檢測電路被配置為檢測該調光器相位角並且從脈衝寬度調製(PWM)輸出埠輸出PWM控制信號，該PWM控制信號具有基於檢測的調光器相位角確定的佔空比。該開環功率轉換器被配置為從該調光器接收整流電壓並且向該LED負載提供與該整流電壓相對應的輸出電壓。該洩放電路與該LED負載並聯連接並且包括電阻器以及具有連接到該PWM輸出埠以接收該PWM控制信號的柵極的電晶體。該電晶體響應於該PWM控制信號的該佔空比而接通或斷開，其中，該佔空比的百分比隨著該檢測的調光器相位角減小到低於預定低調光閾值而增加，從而導致隨著該檢測的調光器相位角減小，該洩放電路的有效阻抗減小並且經過該洩放電路的洩放電流增加。在又一個方面，提供了一種用於控制由調光器控制的固態照明負載輸出的光水平的方法，該固態照明負載與洩放電路並聯連接。該方法包括檢測該調光器的相位角；基於檢測的相位角確定數字控制信號的佔空比百分比；並且使用該數字控制信號控制並聯洩放電路中的開關，該開關響應於該數字控制信號的該佔空比百分比而打開或閉合，以調整該並聯洩放電路的阻抗，該並聯洩放電路的該阻抗與該數字控制信號的該佔空比百分比成反t匕。確定該佔空比百分比包括當該檢測的相位角高於預定低調光閾值時確定該佔空比百分比是百分之零；並且當該檢測的相位角低於該預定低調光閾值時根據預定函數計算該佔空比百分比。該預定函數響應於該檢測的相位角的減小而增加該佔空比百分比。如這裡為了本公開的目的而使用的，應該將術語「LED」理解為包括任意電致發光二極體或能夠響應於電信號來生成輻射的其他類型的基於載子注入/結的系統。因此，術語LED包括但不限於響應於電流來發射光的各種基於半導體的結構、發光聚合物、有機發光二極體(OLED)、電致發光帶等等。具體而言，術語LED涉及可以被配置為在紅外頻譜、紫外頻譜和可見光頻譜的各個部分的一個或多個中生成輻射(通常包括從大約400納米到大約700納米的輻射波長)的所有類型的發光二級管(包括半導體和有機發光二極體)。LED的一些示例包括但不限於各種類型的紅外LED、紫外LED、紅色LED、藍色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED(下文進一步討論)。還應該認識到LED可以被配置為和/或控制為生成用於給定頻譜(例如，窄帶、寬帶)的具有各種帶寬(例如，半高全寬(或FWHM))的輻射，以及給定通用色彩分類中的各種主波長。例如，被配置為生成基本上白色的光的LED的一個實現(例如，LED白色照明燈具)可以包括多個裸片，這些裸片分別發射不同的電致發光頻譜，不同的電致發光頻譜組合起來混合形成基本上白色的光。在另一個實現中，LED白色照明燈具可以與將具有第一頻譜的電致發光轉換到不同的第二頻譜的磷光體材料相關聯。在該實現的一個示例中，具有相對短的波長和窄帶寬頻譜的電致發光「泵浦(pump) 」該磷光體材料，該磷光體材料轉而輻射具有更寬一些的頻譜的更長波長輻射。應該理解，術語LED不限制LED的物理的和/或電氣的封裝類型。例如，如以上討論的，LED可以涉及具有多個裸片的單個發光器件，該多個裸片被配置為分別發射不同的輻射頻譜(例如，它們可以或可以不獨立可控制)。並且，LED可以與被視為LED(例如，一些類型的白色光LED)的組成部分的磷光體相關聯。通常，術語LED可以涉及封裝LED、未封裝LED、表面裝貼LED、板上晶片LED、T型裝貼LED、徑向封裝LED、功率封裝LED、包括一些類型的包裝物和/或光學元件(例如，擴散透鏡)的LED等。應該將術語「光源」理解為涉及各種輻射源中的任意一個或多個，包括但不限於基於LED的源(包括如上文所定義的一個或多個LED)、白熾源(例如，白熾燈、滷素燈)、螢光源、磷光源、高壓放電源(例如，鈉蒸汽、汞蒸汽和金屬滷化物燈)、雷射、其他類型的電致光源、火光源(例如，火焰)、燭火光源(例如，汽燈罩、碳弧輻射源)、光致光源(例如，氣體放電源)、使用電子飽和的陰極發光源、化學電流發光源、結晶發光源、顯像管發光源、熱發光源、摩擦發光源、聲發光源、輻射發光源和發光聚合物。給定光源可以被配置為生成可見頻譜之中、可見頻譜之外或其二者的結合的電磁輻射。因此，這裡可互換地使用術語「光」和「輻射」。另外，光源可以包括一個或多個濾波器(例如，彩色濾波器)、透鏡或其他光學組件作為整體組件。並且，應該理解，光源可以被配置用於各種應用，包括但不限於指示、顯示和/照明。「照明源」是具體被配置為生成具有足夠強度的輻射以有效地照明內部或外部空間的光源。在本上下文中，「足夠強度」涉及在空間或環境中生成的在可視頻譜中的足夠的輻射功率(通常用單位「流明」來以輻射功率或「光通量」的形式表示在全部方向中來自光源的總光輸出)以提供周圍環境照明(即可以直接被觀察到並且在完全或部分被觀察到之前可以被一個或多個各種各樣的介入表面反射的光)。在這裡所使用的術語「照明燈具」涉及一個或多個照明單元以特定規格、組裝或封裝的實現或布置。在這裡所使用的術語「照明單元」涉及包括一個或多個相同類型或不同類型的光源的裝置。給定照明單元可以具有用於光源的各種裝配布置、裝箱/外殼布置和形狀和/或電氣和機械連接配置中的任意一個。另外，給定照明單元可以可選擇地與涉及該光源的操作的各種其他組件(例如，控制電路)相關聯(例如，包括、耦合到並且/或者與該其他組件封裝在一起)。「基於LED的照明單元」涉及單獨地或者與其他非基於LED的光源一起組合的包括一個或多個如上所述的基於LED的光源的照明單元。「多通道」照明單元涉及基於LED或非基於LED的照明單元，其包括至少兩個被配置為分別生成不同頻譜的輻射的光源，其中每個不同的源頻譜可以被稱為該多通道照明單元的一個「通道」。在這裡使用的術語「控制器」來總體描述涉及一個或多個光源的操作的各種裝置。 可以用多種方式(例如，與專用硬體一起)實現控制器以執行本文所述各種功能。「處理器」是應用一個或多個可以使用軟體(例如，微代碼)來編程以執行本文所述的各種功能的微處理器的控制器的一個示例。可以利用或不利用處理器實現控制器，並且也可以將控制器實現為用於執行一些功能的專用硬體與用於執行其他功能的處理器(例如，一個或多個編程微處理器和相關聯的電路)的組合。在本文公開的各種實施方式中可以應用的控制器組件的示例包括但不限於常規微處理器、微控制器、專用集成電路(ASIC)和現場可編程門陣列(FPGA)。
在各種實現中，處理器和/或控制器可以與一個或多個存儲器介質(在本文總體被稱為「存儲器」，例如，易失性和非易失性計算機存儲介質，諸如隨機訪問存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、電可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦寫可編程只讀存儲器(EEPROM)、通用串行總線(USB)驅動器、軟盤、壓縮盤、光碟、磁帶等等)相關聯。在一些實現中，可以用一個或多個程序來編碼該存儲介質，當在一個或多個處理器和/或控制器上執行該程序時，該程序執行至少一些本文所討論的功能。各種存儲介質可以被安裝在處理器或控制中或者是可傳輸的，從而使得可以將存儲在其上的一個或多個程序加載到處理器或控制器中從而實現本文所討論的本發明的各種方面。在本文在通用的意義上使用術語「程序」或「電腦程式」涉及可用於編程一個或多個處理器或控制器的任意類型的計算機代碼(例如，軟體或微碼)。在一個網絡實現中，耦合到網絡的一個或多個設備可以作為用於耦合到該網絡的一個或多個其他設備的控制器(例如，處於主/從關係)。在另一個實現中，聯網環境可以包括一個或多個被配置為控制耦合到該網絡的一個或多個設備的專用控制器。大體上，多個耦合到該網絡的設備中的每個設備可以訪問出現在一個或多個通信介質上的數據；然而， 給定的設備可能是「可尋址的」，因為其被配置為基於例如一個或多個分配給它的具體的標識符(例如，「地址」)選擇性地與網絡交換數據(例如，從網絡接收數據和/或向網絡傳輸數據)。如本文所使用的術語「網絡」涉及用於有助於在耦合到該網絡的任意兩個或更多設備和/或多個設備之間的(例如，用於設備控制、數據存儲、數據交換等等)信息的傳輸的兩個或更多設備(包括控制器和處理器)的任意互聯。如應該易於認識到的，適用於互聯多個設備的網絡的各種實現可以包括多種網絡拓撲中的任意網絡拓撲並且應用多種通信協議中的任意通信協議。另外，在根據本文公開的各種網絡中，兩個設備之間的任意一個連接可以表示兩個系統之間的專用連接或者備選地非專用連接。除了攜帶旨在用於兩個設備的信息之外，該非專用連接可以攜帶沒有必要旨在用於該兩個設備中的任意一個的信息(例如，開放式網絡連接)。此外，應該易於認識到，如本文所討論的各種設備的網絡可以應用一個或多個無線、有線/線纜和/或光纖鏈路來有助於遍及該網絡的信息傳輸。應該認識到，前文的概念和下文更加詳述的附加概念(只要該概念不相互不一致)的全部組合視為本文公開的發明性的主題的一部分。具體而言，將出現在本文的公開中的所要求的主題的全部組合視為本文公開的發明性的主題的一部分。還應該認識到，也有可能出現在通過參考的方式合併的任意公開中的明確使用的術語應符合與本文公開的具體概念的最一致的含義。


在附圖中，相同的附圖標記在全部不同的視圖中通常指代相同的或相似的部分。並且，附圖並非必定按比例，而是通常將重點放置在闡明本發明的原理圖I是示出根據一個代表性實施方式的包括固態照明燈具和洩放電路的可調光照明系統的方框圖。圖2是示出根據一個代表性實施方式的包括固態照明燈具和洩放電路的可調光控制系統的方框圖。
圖3是示出根據一個代表性實施方式的洩放電路相對於調光器相位角的有效阻抗的圖表。圖4是示出根據一個代表性實施方式的用於控制洩放電路的有效阻抗的佔空比設置過程的流程圖。圖5A-圖5C示出根據一個代表性實施方式的調光器的採樣波形和對應的數字脈衝。圖6是示出根據一個代表性實施方式的檢測調光器的相位角的過程的流程圖。
具體實施例方式在下文的詳細描述中，出於說明而非限制的目的闡述了用於公開具體細節的代表性實施方式，以便提供對本文教導的透徹理解。然而，對於受益於本文的公開的本領域的普通技術人員而言，根據本文的教導的與本文所公開的具體細節不同的其他實施方式仍然落入所附權利要求的範圍中。此外，可以省略對公知的裝置和方法的描述，以免模糊對代表性 實施方式的描述。該方法和裝置清楚地落入本文教導的範圍中。申請人:認識到並且理解特別是當滿足相位斬波調光器的最小負載要求時，提供一種用於降低最小輸出光水平的裝置和方法將會是有益的，該最小輸出光水平否則可以通過具有連接到相位斬波調光器的固態照明負載的電子變壓器來實現。圖I是示出根據一個代表性實施方式的包括固態照明燈具和洩放電路的可調光照明系統的方框圖。參考圖1，在一些實施方式中，可調光照明系統100包括調光器104和整流電路105，整流電路105提供來自市電電壓101的(調光)整流電壓Urect。調光器104是相位斬波調光器，例如，該相位斬波調光器通過它的滑動器的操作對來自市電電壓101的電壓信號波形的前沿進行斬波(前沿調光器)或後沿進行斬波(後沿調光器)，提供調光能力。根據各種實現，市電電壓101可以提供不同的未整流輸入AC線路電壓，諸如100VACU20VAC、230VAC 和 277VAC。可調光照明系統100還包括調光器相位角檢測器110、功率轉換器120、固態照明負載130和洩放電路140。通常，功率轉換器120從整流電路105接收整流電壓Urect，並且輸出對應的DC電壓以用於對固態照明負載130供電。用於在整流電壓Urect和DC電壓之間轉換的功能取決於各種因素，包括在市電電壓101處的電壓、功率轉換器120的屬性、固態照明負載130的類型和配置以及各種實現的其他應用和設計要求，如對本領域的普通技術人員而言顯而易見的。由於功率轉換器120在調光器104的調光動作之後緊接著接收整流電壓Urect，所以功率轉換器120的DC電壓輸出反映由調光器104應用的調光器相位角(即調光水平)。洩放電路140與固態照明負載130和功率轉換器120並聯連接，並且洩放電路140包括串聯連接的電阻器141和開關145。因此，可以例如如上所述的由調光器相位角檢測器110通過開關145的操作控制洩放電路140的有效阻抗。轉而，洩放電路140的有效阻抗直接影響流經洩放電路140的洩放電流Ib的量並且同時影響流經並聯固態照明負載130的負載電流k的量，因此控制由固態照明負載130發射的光量。調光器相位角檢測器110基於整流電壓Urect檢測調光器相位角，並且經由控制線路149向洩放電路140輸出數字控制信號以控制開關145的操作。該數字控制信號可以例如是脈衝編碼調製(PCM)信號。在一個實施方式中，數字控制信號的高電平(例如，數字「I」)激活(或者關閉)開關145並且數字控制信號的低電平(例如，數字「O」)去激活(或者打開)開關145。並且，數字控制信號可以根據由調光器相位角檢測器110基於檢測的相位角所確定的佔空比，在高電平和低電平之間交替。該佔空比的範圍從百分之百(例如，連續處於高電平)到百分之零(例如，連續處於低電平)，並且包括之間的任意百分比以便適當地調整洩放電路140的有效阻抗以控制由固態照明負載130發射的光水平。例如，百分之七十的佔空比指示對于波形周期的百分之七十，數字控制信號的方波處於高電平並且對于波形周期的百分之三十處於低電平。例如，當調光器相位角檢測器110操作開關145以保持處於打開位置(百分之零佔空比)時，洩放電路140的有效阻抗是無限大(開路)，從而洩放電流Ib是零並且負載電流込不受洩放電流Ib影響。可以響應於高調光水平(例如，高於如下所述的第一低調光閾值)應用該操作，從而使得電流L僅響應於功率轉換器120的輸出。當調光器相位角檢測器110操作開關145以保持處於閉合位置(百分之百佔空比)時，洩放電路140的有效阻抗等於電阻器141的相對低的阻抗，因此洩放電流Ib處於它的最高可能水平並且負載電流Il處於它的最低可能水平(例如，接近零)，同時如果存在任何最小負載要求則仍然維持最 小負載要求。可以響應於極低調光水平(例如，低於如下所述的第二低調光閾值)來應用該操作，從而使得負載電流k足夠低以至於幾乎沒有光從固態照明負載130輸出。當調光器相位角檢測器110操作開關145以交替打開和閉合時，洩放電路140的有效阻抗取決於該佔空比的百分比位於電阻器141的低阻抗與無限大之間。因此，洩放電流Ib與負載電流込在低調光水平上彼此互補地改變(例如，在第一低調光閾值和第二低調光閾值之間)。因此，固態照明負載130所輸出的光類似地即使在低調光水平上也繼續調光，而這原本對常規系統輸出的光沒有影響。圖2是示出根據一個代表性實施方式的包括固態照明燈具和洩放電路的調光控制系統的電路圖。圖2的大部分組件與圖I的類似，儘管根據說明性的配置對於各種組件提供了更多細節。當然，在不脫離本文教導的範圍的前提下可以實施其他的配置。參考圖2，在一些實施方式中，調光控制系統200包括整流電路205、調光器相位角檢測電路210(虛線框)、功率轉換器220、LED負載230和洩放電路240 (虛線框)。如以上關於整流電路105所討論的，整流電路205連接到由熱調和中調輸入所指示的調光器(未顯示)以接收來自市電電壓(未顯示)的(調光)未整流電壓。在所描繪的配置中，整流電路205包括連接在整流電壓節點N2與接地電壓之間的四個二極體D201-D204。整流電壓節點N2接收(調光)整流電壓Urect並且通過與整流電路205並聯連接的輸入濾波電容器C215被連接到地。功率轉換器220接收在整流電壓節點N2處的整流電壓Urect並且將整流電壓Urect轉換到對應的DC電壓以用於對LED負載230供電。功率轉換器220可以操作在例如Lys在美國專利號7，256，554中所述的開環或前向反饋形式中，該專利通過引用併入本文。在各種實施方式中，功率轉換器220可以例如是從ST微電子可獲得的L6562，但是在不脫離本文教導範圍的前提下可以包括其他類型的功率轉換器或其他電子變壓器和/或處理器。LED負載230包括在功率轉換器220的輸出與地之間由代表性的LED 231和LED232所指示的串聯連接的一串LED。由洩放電路240的阻抗和對應的洩放電流Ib的水平確定在低調光器相位角上經過LED負載230的負載電流L的量。如下文所述的，由調光器相位角檢測電路210基於調光器的檢測的相位角(調光水平)，控制洩放電路240的阻抗水平。在所描繪的實施方式中，洩放電路240包括電晶體245和電阻器R241，電晶體245是在圖I中的開關145的示例性實施。電晶體245可以例如是場效應電晶體(FET)，諸如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或砷化鎵場效應電晶體(GaAsFET)。當然，在不脫離本文教導的範圍的前提下可以實施為各種其他類型的電晶體和/或開關。出於說明的目的假設電晶體245是例如M0SFET，則電晶體245包括連接到電阻器R241的漏極、連接到地的源級和經由控制線路249連接到調光器相位角檢測電路210中的微控制器215的PWM輸出219的柵極。因此，電晶體245從調光器相位角檢測電路210接收PWM控制信號，並且響應於對應的佔空比而「打開」和「關閉」，從而如以上關於開關145的操作所述的，控制洩放電路240的有效阻抗。
洩放電路240的電阻器R241具有固定阻抗，如果有相位斬波調光器的最小負載要求，則該阻抗的值必須在最大化從LED負載130轉移的負載電流k的量與提供足夠的負載以滿足相位斬波調光器的最小負載要求之間平衡。S卩，當電晶體245的佔空比是百分之百(例如，電晶體245保持完全「打開」)時，電阻器R241的值足夠小，使得最大量的負載電流込被從LED負載130轉移，從而最小化光輸出，同時仍然足夠大以滿足最小負載要求。例如，電阻器R241可以具有約1000歐的值，但是阻抗值可以改變以對任意具體情況提供獨特的益處或者以滿足各種實施的專用設計要求，如對於本領域普通技術人員顯而易見的。調光器相位角檢測器210基於下述的整流電壓Urect檢測調光器相位角，並且經由控制線路249向洩放電路240輸出PWM控制信號以控制電晶體245的操作。更具體而言，在所述代表性實施方式中，調光器相位角檢測電路210包括微控制器215,微控制器215使用整流電壓Urect的波形來確定調光器相位角並且經過下文詳述的PWM輸出219來輸出PWM控制信號。例如，PWM控制信號的高電平(例如，數字「I」)「打開」電晶體245並且PWM控制信號的低電平(例如，數字「O」)「閉合」電晶體245。因此，當PWM控制信號連續高(百分之百佔空比)時，電晶體245保持「打開」，當PWM控制信號連續低(百分之零佔空比)時，電晶體245保持「閉合」，並且當PWM控制信號在高和低之間調製時，電晶體245以與PWM控制信號佔空比相對應的速率在「打開」與「閉合」之間循環。圖3是示出根據一個代表性實施方式的洩放電路相對於調光器相位角的有效阻抗的圖表。參考圖3，垂直軸描述洩放電路(例如，洩放電路240)的從零到無限大的有效阻抗，並且水平軸描述了從低或最小調光水平增加的調光器相位角(例如，由調光器相位角檢測電路210檢測)。當調光器相位角檢測電路210確定調光器相位角高於由第一相位角Θ i所指示的預定第一低調光閾值時，將PWM控制信號的佔空比設置為百分之零。作為響應，將電晶體245「斷開」，即處於它的不導電狀態，使得洩放電路240的有效阻抗無限大。換句話說，洩放電流Ib變為零並且沒有從LED負載230轉移負載電流L。在各種實施方式中，第一相位角Θ !是這樣一種調光器相位角，在該調光器相位角上調光器的調光水平的進一步降低將不會以其他方式降低由LED負載230輸出的光，其可以是例如最大設置光輸出的約15-30%。當調光器相位角檢測電路210確定調光器相位角低於第一相位角Θ i時，其通過從百分之零向上調整PWM控制信號的佔空比百分比，開始脈衝寬度調製電晶體245，以便降低與LED負載230和功率轉換器220並聯連接的洩放電路240的有效阻抗。如上所述，響應於洩放電路240的有效阻抗被降低，更多部分的負載電流k被從LED負載230轉移並且作為洩放電流Ib傳遞到洩放電路240。在功率轉換器220運行在開環中的各種實施方式中，僅僅相位斬波調光器調製經由整流電路205被傳遞到功率轉換器220的輸出的功率。因此，將洩放電路240連接到該輸出不會改變在該輸出處的總功率量，而是根據PWM信號的佔空比百分比在LED負載230和洩放電路240之間有效地分割。因為功率(和電流)被分割成兩路，所以LED負載230接收更少的功率並且因此產生更低的光水平。當調光器相位角檢測電路210確定調光器相位角已經降低到低於由第二相位角θ2所指示的預定第二低調光閾值時，將PWM控制信號的佔空比設置為百分之百。作為響應，電晶體245「接通」，即處於它的完全導電狀態，使得洩放電路240的有效阻抗實質上等於電 阻器R241的阻抗(加上可忽略的線路阻抗和來自電晶體245的阻抗的量)。換句話說，由於從LED負載230轉移了最大量的負載電流Iy洩放電流Ib變成最大值。在各種實施方式中，第二相位角θ2是這樣一種調光器相位角，其中在該調光器相位角上，洩放路徑240的阻抗的進一步降低將導致負載下降到調光器的最小負載要求之下。因此，洩放電路240的有效阻抗恆定(例如，電阻器R241的阻抗)低於第二相位角Θ 2。因此，洩放路徑240即使在非常低的調光器相位角也汲取電流，其中電流被傳遞至「啞負載」而非LED 231和232。當然，R241的值越低，則經過LED負載230的負載電流Il越接近零，因為響應於百分之百的佔空比使得電晶體245導通。可以選擇R141的值以平衡效率的損失與LED負載230的希望的低端光水平性能。注意到，圖3中的代表性曲線示出了由線性斜坡所指示的從百分之百到百分之零的線性脈衝寬度調製。然而，在不脫離本文教導的範圍的前提下，可以包括非線性斜坡。例如，在各種實施方式中，為了對應於調光器的滑動器的操作創建由LED負載230輸出的光的線性感覺，PWM控制信號的非線性函數可能是必要的。圖4是示出根據一個代表性實施方式的用於控制洩放電路的有效阻抗的佔空比設置過程的流程圖。可以例如由微控制器215實施圖4中示出的過程，但是在不脫離本文教導的範圍的前提下，可以使用其他類型的處理器和控制器。在方框S421中，由調光器相位角檢測電路210確定調光器相位角Θ。在方框S422中，確定檢測的調光器相位角是否大於或等於與預定的第一低調光閾值相對應的第一相位角θ10當檢測的調光器相位角大於或等於第一相位角91時(方框S422:是)，則在方框S423處將PWM控制信號的佔空比設置為百分之零，即「斷開」電晶體245。這有效地去除洩放電路240並且響應於調光器支持LED負載230的正常操作。當檢測的調光器相位角不大於或等於第一相位角Θ i時(方框S422 :否)，則在方框S424中確定PWM控制信號的佔空比百分比。可以例如根據檢測的調光器相位角的預定函數(例如，實施為由微控制器215執行的軟體和/或固件算法)，計算佔空比百分比。該預定函數可以是提供與降低的調光水平相對應的線性增加的佔空比百分比的線性函數。備選地，該預定函數可以是提供與降低的調光水平相對應的非線性增加的佔空比百分比的非線性函數。在方框S425中將PWM控制信號的佔空比設置為確定的百分比。該過程繼而可以返回到方框S421以再次確定調光器相位角Θ。在一個實施方式中，該預定函數導致佔空比百分比在與預定第二低調光閾值相對應的第二相位角92處被設置為百分之百。然而，在各種備選實施方式中，在緊隨方框S422之後可以做出關於檢測的調光器相位角是否小於或等於第二相位角92的獨立的確定。當檢測的調光器相位角小於或等於第二相位角92時，將PWM控制信號的佔空比設置為百分之百，而無需執行關於佔空比百分比和檢測的調光器相位角的任何計算(例如，在方框S424 中)。再次參考圖2，在所述代表性實施方式中，調光器相位角檢測電路210包括微控制器215，微控制器215使用整流電壓Urect的波形來確定調光器相位角。微控制器215包括連接在頂二極體D211與底二極體D212之間的數字輸入引腳218。頂二極體D211具有連接到數字輸入引腳218的陽極和連接到電壓源Vcc的陰極，並且底二極體D212具有連接到地的陽極和連接到數字輸入引腳218的陰極。微控制器215還包括數字輸出，諸如PWM輸出219。 在各種實施方式中，微控制器215可以是例如可從微晶片技術公司獲得的PIC12F683，但是在不脫離本文教導的範圍的前提下可以包括其他類型的微控制器或其他處理器。例如，可以由一個或多個處理器和/或控制器和可以使用軟體或固件編程以執行各種功能的對應的存儲器來實現微控制器215的功能，或者可以將微控制器215的功能實現為用於執行一些功能的專用硬體與用於執行其他功能的處理器(例如，一個或多個編程微處理器和相關聯的電路)的組合。如上所討論的，可以在各種實施方式中應用的控制器組件的示例包括但不限於常規的微處理器、微控制器、ASIC和FPGA。調光器相位角檢測電路210還包括各種無源電子組件，諸如第一電容器C213和第二電容器C214以及第一電阻器R211和第二電阻器R212。第一電容器C213連接在微控制器215的數字輸入引腳218與檢測節點NI之間。第二電容器C214連接在檢測節點NI與地之間。第一電阻器R211和第二電阻器R212串聯連接在整流電壓節點N2和檢測節點NI之間。在所述實施方式中，第一電容器C213可以例如具有大約560pF的值並且第二電容器C214可以具有大約IOpF的值。而且，第一電阻器R211可以例如具有大約I兆歐的值並且第二電阻器R212可以具有大約I兆歐的值。然而，第一電容器C213和第二電容器C214以及第一電阻器R211和第二電阻器R212的各自的值可以改變以對任意具體情況提供獨特益處或者以滿足各種實現的專用設計要求，如對於本領域普通技術人員顯而易見的。(調光)整流電壓Urect被AC耦合到微控制器215的數字輸入引腳218。第一電阻器R211和第二電阻器R212限制進入數字輸入引腳218的電流。當整流電壓Urect的信號波形走高時，在上升沿上通過第一電阻器R211和第二電阻器R212對第一電容器C213充電。微控制器215內部的頂二極體D211例如將數字輸入引腳218鉗位到高於Ncc 一個二極體壓降。在整流電壓Urect的信號波形的下降沿上，第一電容器C213放電並且通過底二極體D212將數字輸入引腳218鉗位到低於地一個二極體壓降。因此，在微控制器215的數字輸入引腳218處的所得邏輯水平數字脈衝緊緊跟隨斬波整流電壓Urect的移動，在圖5A-圖5C中示出它的示例。更具體而言，圖5A-圖5C示出根據代表性實施方式的在數字輸入引腳218處的採樣波形和對應的數字脈衝。每個圖中的頂波形描繪斬波整流電壓Urect，其中，斬波的量反映了調光水平。例如，該波形可以描繪呈現在調光器的輸出的完全的峰值170V(或用於歐盟的340V)、整流的正弦波的一部分。底部方波描繪在微控制器215的數字輸入引腳218處看到的對應的數字脈衝。顯然，每個數字脈衝的長度對應於斬波波形，並且因此等於調光器的內部開關「接通」的時間量。通過經由數字輸入引腳218接收數字脈衝，微控制器215能夠確定調光器已被設置的水平。圖5A示出了當調光器處於它的最高設置時(由緊鄰波形示出的調光器滑動器的頂部位置所指示)，整流電壓Urect和對應的數字脈衝的採樣波形。圖5B示出了當調光器處於中間設置時(由緊鄰波形示出的調光器滑動器的中間位置所指示)，整流電壓Urect和對應的數字脈衝的採樣波形。圖5C示出了當調光器處於它的最低設置時(由緊鄰波形示出的調光器滑動器的底部位置所指示)，整流電壓Urect和對應的數字脈衝的採樣波形。圖6是示出根據一個代表性實施方式的檢測調光器的調光器相位角的過程的流程圖。可以例如由圖2中所示的微控制器215執行的固件和/或軟體或者更通常地由圖I 中所示的調光器相位角檢測器110來實現該過程。在圖6的方框S621中,檢測輸入信號的數字脈衝的上升沿(例如，由圖5A-圖5C中的底部波形的上升沿所指示)，並且在方框S622中開始例如在微控制器215的數字輸入引腳218處的採樣。在所述實施方式中，以等於僅低於市電半周期的預定時間對信號進行數字採樣。每當採樣信號時，在方框S623中確定採樣是否具有高電平(例如，數字「I」)或低電平(例如，數字「O」)。在所述實施方式中，在方框S623中做出比較以確定該採樣是否是數字「I」。當採樣是數字「I」時(方框S623:是)，在方框S624中計數器遞增，並且當採樣不是數字「I」時(方框S623:否)，在方框S625中插入小的延遲。插入該延遲以使得(例如微控制器215的)時鐘周期的數目是相等的而不管採樣是否被確定為數字「I」或數字 「O，，。在方框S626中，確定是否採樣了完整的市電半周期。當市電半周期未完成時(方框S626 :否)，該過程返回到方框S622以再次在數字輸入引腳218處採樣信號。當市電半周期完成時(方框S626 :是)，該採樣停止並且將計數器值(在方框S624中累加的)標識為當前調光器相位角或調光水平，它被存儲在例如存儲器中，在上文討論了它的示例。將計數器復位為零，並且微控制器215等待下一個上升沿以再次開始採樣。例如，假設在市電半周期期間微控制器取255個採樣。當將調光器水平設置為處於它的範圍的頂部時(例如，如圖5A中所示的)，在圖6的方框S624中計數器將遞增到大約255。當將調光器水平設置為處於它的範圍的底部時(例如，如圖5C中所示的)，在方框S624中計數器將僅遞增到大約10或20。當將調光器水平設置為處於它的範圍的中部時(例如，如圖5B中所示)，在方框S624中計數器將遞增到大約128。計數器的值因此提供用於微控制器215的量化的值，以具有對調光器已被設置到的水平或者調光器的相位角的精確指示。在各種實施方式中，可以例如由微控制器215使用計數器值的預定函數來計算調光器相位角，其中該函數可以改變以對任意具體情況提供獨特的益處或者以滿足各種實施的專用設計要求，如對於本領域普通技術人員顯而易見的。因此，可以使用最少的無源組件和微控制器(或其他處理器或處理電路)的數字輸入結構電子地檢測調光器的相位角。在一個實施方式中，使用AC耦合電路、微控制器二極體鉗位的數字輸入結構和執行用於確定調光器設置水平的算法(例如，由固件、軟體和/或硬體實現)來實現相位角檢測。另外，可以利用最少組件數量並且利用微控制器的數字輸入結構來測量調光器的條件。另外，可以在希望在相位斬波調光器的低調光器相位角上控制調光的各種情況中使用包括調光器相位角檢測電路和洩放電路以及相關聯的算法的調光控制系統，其中在該低調光器相位角上常規系統將停止。該調光控制系統增加調光範圍並且可以與具有連接到相位斬波調光器的LED負載的電子變壓器一起使用，特別是在例如要求低端調光水平比最大光輸出少5個百分比的情況中。根據各種實施方式，可以在從Philips Color Kinetics (Burlington, MA)可獲得的各種照明產品中實施該調光控制系統，這些產品包括eW Blast PowerCore、eW BurstPowerCore>eff Cove MX PowerCore和eW PAR 38等等。此外，可以將其用作對各種產品的「智能」改進的構造塊以使得它們的調光更加友好。 在各種實施方式中，調光器相位角檢測器110、調光器相位角檢測電路210或微控制器215的功能可以由硬體、固件或軟體架構的任意組合構造的一個或多個處理電路實現，並且可以包括它自己的存儲器(例如，非易失性存儲器)以用於存儲允許其執行各種功能的可執行軟體/固件的可執行代碼。例如，可以使用ASIC、FPGA等等來實現各自的功能。而且，在各種實施方式中，不由例如微控制器215改變功率轉換器220的操作點，以便影響由LED負載230輸出的光水平。結果，輸出光的最小水平由於到洩放電路240的功率和電流分流而改變，並且不由於降低由功率轉換器220處理的功率量。這是有用的，因為如果由功率轉換器220處理的功率變得太低，則可能不滿足相位斬波調光器的任何最小負載要求。在各種實施方式中，在不脫離本文教導的範圍的前提下，可以將洩放路徑中的開關與降低功率轉換器220的操作點相結合。本領域的熟練技術人員將容易明白，本文描述的全部參數、尺寸、材料和配置意味著示例性的，並且實際的參數、尺寸、材料和/或配置將取決於具體應用或使用該發明教導的應用。使用不超過常規實驗，本領域的熟練技術人員將認識到或有能力確定本文所示的具體發明實施方式的許多等效物。因此，要理解，前面的實施方式僅通過示例的方式呈現並且在所附權利要求和它們等效物的範圍中，可以與具體描述和要求不同的方式實施發明實施方式。本公開內容的發明實施方式涉及這裡描述的每個單獨的特徵、系統、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果特徵、系統、物品、材料、套件和/或方法不相互不一致，則兩個或多個該特徵、系統、物品、材料、套件和/或方法的任意組合被包括在本公開的發明範圍中。這裡所定義和使用的所有定義應理解為控制詞典定義、通過參考合併的文獻中的定義和/或所定義術語的普通含義。應該將在說明書和權利要求中使用的不定冠詞「一」和「一個」理解為意味著「至少一個」，除非明確作出了相反的指示。應該將在說明書和權利要求中使用的短語「和/或」理解為意味著如此聯合的元素中的「任意一個或兩個」，即在一些情況中聯合出現在並且在其他情況中不聯合出現的元素。應該將利用「和/或」羅列的多個元素理解為是以相同的形式構成的，即「一個或多個」如此聯合的元素。除了由「和/或」句子具體標識的元素之外可以可選擇地出現其他元素，不管是否與該具體標識的那些元素相關聯還是無關聯。因此，作為非限制的示例，當結合開放式語言如「包括」來使用時，對於「A和/或B」的引用可以在一個實施方式中僅涉及A(可選擇地包括除了 B之外的元素)；在另一個實施方式中僅涉及B (可選擇地包括除了 A之外的元素)；在又一個實施方式在包括A和B兩個(可選擇地包括其他元素)。如在本文的說明書和權利要求中所使用的，應該將一個或多個元素的列表所涉及的短語「至少一個」理解為意味著從該元素列表中的任意一個或多個元素中選擇的至少一個元素，而無需包括該列表元素中具體羅列的每個元素中的至少一個，並且不排除該元素列表中的元素的任意組合。該定義還允許可選擇地出現除了該「至少一個」短語所涉及的該元素列表所具體標識的元素之外的元素，不管是否與那些具體標識的元素相關聯還是不相關聯。在權利要求中僅僅為了方便起見提供附圖標記(如果存在)並且該附圖標記不應該被理解為以任何方式進行限制。在權利要求中以及在上面的說明書中，要將全部過渡短語如「包括」、「包含」、「攜帶」、「具有」、「含有」、「涉及」、「持有」、「涵蓋」等等理解為開放式，即意味著包括但不限於。僅有過渡短語「由……組成」和「本質上由……組成」應該分別是封閉的或半封閉的過渡短 語。
權利要求
1.一種用於控制由處於低調光水平的固態照明負載所輸出的光水平的設備，所述設備包括 與所述固態照明負載並聯連接的洩放電路，所述洩放電路包括串聯連接的電阻器和電晶體，所述電晶體被配置為當由調光器設置的調光水平低於預定第一閾值時根據數字控制信號的佔空比而接通或斷開，從而隨著所述調光水平降低而減小所述洩放電路的有效阻抗。
2.如權利要求I所述的設備，其中，當由所述調光器設置的所述調光水平大於所述預定第一閾值時，所述數字控制信號的所述佔空比是百分之零，從而保持所述電晶體恆定斷開，從而使得所述洩放電路的所述有效阻抗無限大。
3.如權利要求2所述的設備，其中，當由所述調光器設置的所述調光水平處於低於所述預定第一閾值的預定第二閾值時，所述數字控制信號的所述佔空比是百分之百，從而保持所述電晶體恆定接通，從而使得所述洩放電路的所述有效阻抗基本上等於所述洩放電路中的所述電阻器的阻抗。
4.如權利要求3所述的設備，其中，當所述數字控制信號的所述佔空比是百分之百時，經過所述洩放電路的洩放電流處於最大值並且經過所述固態照明負載的負載電流處於最小值。
5.如權利要求3所述的設備，其中，當由所述調光器設置的所述調光水平位於所述預定第一閾值與所述預定第二閾值之間時，將所述數字控制信號的所述佔空比設置為處於百分之零和百分之百之間的計算的百分比，從而使得所述洩放電路的所述有效阻抗隨著所述調光水平降低而減小。
6.如權利要求5所述的設備，其中，根據至少部分地基於由所述調光器設置的所述調光水平的預定函數確定所述計算的百分比。
7.如權利要求6所述的設備，其中，所述預定函數是提供與降低的調光水平相對應的增加的計算的百分比的線性函數。
8.如權利要求6所述的設備，其中，所述預定函數是提供與降低的調光水平相對應的增加的計算的百分比的非線性函數。
9.如權利要求I所述的設備，還包括 檢測電路，其被配置為檢測由所述調光器設置的所述調光水平，以基於所述檢測的調光水平確定所述數字控制信號的所述佔空比，並且以所述佔空比向所述洩放電路中的所述電晶體輸出所述數字控制信號。
10.如權利要求9所述的設備，其中所述檢測電路包括 微控制器，包括數字輸入和將所述數字輸入鉗位到電壓源的至少一個二極體； 第一電容器，連接在所述微控制器的所述數字輸入與檢測節點之間； 第二電容器，連接在所述檢測節點與地之間；以及 至少一個電阻器，連接在所述檢測節點與從所述調光器接收整流電壓的整流電壓節點之間。
11.如權利要求10所述的設備，其中，所述微控制器執行這樣一種算法，所述算法包括採樣在所述數字輸入處接收的與所述整流電壓節點處的所述整流電壓的波形相對應的數字脈衝，並且確定採樣數字脈衝的長度以標識所述調光器的所述調光水平。
12.如權利要求11所述的設備，其中，所述微控制器還包括用於輸出所述數字控制信號的脈衝寬度調製(PWM)輸出。
13.如權利要求12所述的設備，其中，所述電晶體包括場效應電晶體(FET)，其具有連接到所述微控制器的所述PWM輸出以接收所述數字控制信號的柵極。
14.如權利要求13所述的設備，其中，所述固態照明負載包括串聯連接的一串LED。
15.如權利要求9所述的設備，還包括 開環功率轉換器，配置用於從所述調光器接收整流電壓並且向所述固態照明負載提供與所述整流電壓對應的的輸出電壓。
16.—種設備,包括 具有響應於調光器的相位角的光輸出的發光二極體(LED)負載； 檢測電路，其被配置為檢測所述調光器相位角並且從脈衝寬度調製(PWM)輸出埠輸出脈衝寬度調製控制信號，所述PWM控制信號具有基於檢測的調光器相位角確定的佔空比； 開環功率轉換器，其被配置用於從所述調光器接收整流電壓並且向所述LED負載提供與所述整流電壓相對應的輸出電壓；以及 與所述LED負載並聯連接的洩放電路，所述洩放電路包括電阻器和電晶體，所述電晶體包括連接到所述PWM輸出埠以接收所述PWM控制信號的柵極，所述電晶體響應於所述PWM控制信號的所述佔空比而接通和斷開，其中，所述佔空比的百分比隨著所述檢測的調光器相位角減小到低於預定低調光閾值而增加，從而導致隨著所述檢測的調光器相位角減小，所述洩放電路的有效阻抗減小並且經過所述洩放電路的洩放電流增加。
17.如權利要求16所述的設備，其中，經過所述LED負載的LED電流隨著經過所述洩放電路的所述洩放電流的增加而減小，從而降低所述LED負載的所述光輸出。
18.如權利要求17所述的設備，其中，當所述調光器相位角大於所述預定低調光閾值時，所述PWM控制信號的所述佔空比百分比是百分之零，從而使得所述電晶體斷開並且經過所述洩放電路的所述洩放電流是零。
19.一種用於控制由調光器控制的固態照明負載輸出的光水平的方法，所述固態照明負載與洩放電路並聯連接，所述方法包括 檢測所述調光器的相位角； 基於檢測的相位角確定數字控制信號的佔空比百分比；並且 使用所述數字控制信號控制並聯洩放電路中的開關，所述開關響應於所述數字控制信號的所述佔空比百分比而打開或閉合，以調整所述並聯洩放電路的阻抗，所述並聯洩放電路的所述阻抗與所述數字控制信號的所述佔空比百分比成反比， 其中，確定所述佔空比百分比包括 當所述檢測的相位角高於預定低調光閾值時，確定所述佔空比百分比是百分之零；並且 當所述檢測的相位角低於所述預定低調光閾值時，根據預定函數計算所述佔空比百分t匕，所述預定函數響應於所述檢測的相位角的減小而增加所述佔空比百分比。
20.如權利要求19所述的方法，其中，確定所述佔空比百分比還包括 當所述檢測的相位角低於小於所述預定低調光閾值的另一預定調光閾值時，確定所述佔空比百分比是百分之百，所述百分 之百的佔空比導致所述開關保持閉合，從而導致所述並聯洩放電路的所述阻抗具有最小值。
全文摘要
一種用於控制由處於低調光水平的固態照明負載輸出的光水平的設備，包括與固態照明負載並聯連接的洩放電路。該洩放電路包括串聯連接的電阻器和電晶體，該電晶體被配置為當由調光器設置的調光水平低於預定第一閾值時根據數字控制信號的佔空比而接通或斷開，從而隨著該調光水平降低而減小該洩放電路的有效阻抗。
文檔編號H05B33/08GK102870497SQ201180014418
公開日2013年1月9日 申請日期2011年3月1日 優先權日2010年3月18日
發明者M·戴塔, G·坎普貝爾, M·雷賓納 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司