专利名称：用于增加固态照明灯具的调光范围的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及固态照明灯具的控制。更具体而言，这里公开的各种发明方法和装置涉及使用基于调光器相位角检测确定的功率控制信号来有选择地增加固态照明灯具的调光范围。
背景技术：
数字或者固态照明技术(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和白炽灯的可行备选。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、更低操作成本和许多其它优点和益处。LED技术的近来发展已经提供了在诸多应用中实现多种照明效果的高效和稳健的全谱照明源。例如，如在通过引用而结合于此的第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以照明模块为特征，该照明模块包括能够产生不同颜色(例如，红、绿和蓝色)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照明效果的处理器。 LED技术包括线路电压供电的白色照明灯具(比如可从Philips Color Kinetics获得的ESSENTIALWHITE系列)。这些灯具可以使用后沿调光器技术(比如用于120VAC线路电压的电低电压(ELV)型调光器)来可调。许多照明应用利用调光器。常规调光器与白炽(灯泡和卤素)灯一起良好工作。然而，问题随着其它类型的电子灯(包括紧凑荧光灯(CFL)、使用电子变压器的低电压卤素灯和固态照明(SSL)灯(比如LED和OLED))出现。具体而言，可以使用与在输入具有功率因子校正(PFC)电路的负载一起充分工作的特殊调光器(比如ELV型调光器或者电阻-电容(RC)调光器)对使用电子变压器的低电压卤素灯进行调光。常规调光器通常对市电电压信号的每个波形的部分斩波并且向照明灯具传递波形的其余部分。前沿或者前向相位调光器对电压信号波形的前沿斩波。后沿或者反向相位调光器对电压信号波形的后沿斩波。电子负载(比如LED驱动器)通常与后沿调光器一起工作更好。白炽灯和其它常规电阻照明设备对由相位斩波调光器产生的斩波正弦波自然地响应而无误差。对照而言，LED和其它固态照明负载可能在放置于这样的相位斩波调光器上时引起诸多问题，比如低端压降、三端双向可控硅开关元件误激发、最小负载问题、高端闪烁和光输出的大幅步进。此外，固态照明负载在调光器处于它的最低设置时的最小光输出相对高。例如，LED的低调光器设置光输出可以是最大设置光输出的15-30%,这在低设置是不希望的高光输出。高光输出因如下事实而进一步加剧人眼响应在低光水平很敏感，从而使光输出看来甚至更高。因此，需要减少固态照明负载在对应调光器设置成低设置时的光输出。
发明内容
本公开内容涉及用于减少由固态照明负载在调光器的相位角或者调光水平设置为低设置时的光输出的发明方法和设备。一般而言，在一个方面，一种用于控制由调光器控制的固态照明负载的光输出水平的系统，包括相位角检测器和功率转换器。相位角检测器被配置成基于来自调光器的整流电压检测调光器的相位角并且基于检测的相位角与预定第一阈值的比较确定功率控制信号。功率转换器被配置成向固态照明负载提供输出电压。功率转换器在检测的相位角大于第一阈值时基于来自调光器的整流电压在开环模式中操作，而在检测的相位角小于第一阈值时基于来自调光器的整流电压和来自相位角检测器的确定的功率控制信号在闭环模式中操作。在另一方面中，一种功率节流方法通过连接到调光器的功率控制器控制固态照明负载的光输出水平。该方法包括检测调光器的与在调光器设置的调光水平对应的相位角；当检测的相位角大于第一调光阈值时，生成具有第一固定功率设置的功率控制信号，并且基于调光器的电压输出幅值调制固态照明负载的光输出水平；并且当检测的相位角小于第一调光阈值时，生成具有作为检测的相位角的函数而确定的功率设置的功率控制信号；并且基于调光器的电压输出幅值和确定的功率设置调制固态照明负载的光输出水平。在另一方面中，一种设备包括LED负载、相位角检测电路和功率转换器。LED负载 具有响应于调光器的相位角的光输出。相位角检测电路被配置成检测调光器相位角并且输出来自PWM输出的PWM功率控制信号，PWM功率控制信号具有基于检测的调光器相位角确定的占空比。功率转换器被配置成接收来自调光器的整流电压和来自相位角检测电路的PWM功率控制信号，并且向LED负载提供输出电压。相位角检测电路在检测的相位角超过高阈值时将PWM功率控制信号的占空比设置成固定高百分比，从而使功率转换器基于整流电压的幅值确定输出电压。相位角检测电路在检测的相位角小于高阈值时将PWM功率控制信号的占空比设置成作为检测的相位角的预定函数而计算的可变百分比，从而使功率转换器除了基于整流电压的幅值之外还基于PWM功率控制信号确定输出电压。如这里出于本公开内容的目的而使用的那样，术语“LED”应当被理解为包括能够响应于电信号生成辐射的任何电致发光二极管或者其它类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流发光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等。具体而言，术语LED指代可以配置成在红外线光谱、紫外线光谱和可见光谱的各种部分(一般包括从约400纳米到约700纳米的辐射波长)中的一个或者多个光谱中生成辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)。LED的一些示例包括但不限于各种类型的红外线LED、紫外线LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED (下文进一步讨论)。也应当理解，LED可以被配置和/或控制成生成如下辐射，该辐射具有给定光谱的各种带宽(例如，半高全宽(或者FWHM))和在给定的通用颜色分类内的各种主波长。例如，配置成生成实质上白光的LED(例如，LED白色照明灯具)的一个实现方式可以包括分别发射不同电致发光光谱的多个管芯，这些光谱组合混合以形成实质上白光。在另一实现方式中，LED白色照明灯具可以与将具有第一光谱的电致发光转换成不同第二光谱的磷光体材料相关联。在这一实现方式的一个示例中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料，该材料转而辐射具有些微更宽光谱的更长波长辐射。也应当理解，术语LED未限制LED的物理和/或电气封装类型。例如，如上文讨论的那样，LED可以指代具有多个裸片的单个发光器件，这些裸片被配置成分别发射不同的辐射光谱(例如，可以或可以不独立可控)。LED也可以与被视为LED (例如，一些类型的白光LED)的组成部分的磷光体相关联。一般而言，术语LED可以指代封装LED、非封装LED、表面装配LED、板上芯片LED、T封装装配LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某一类型的包装物和/或光学元件(例如，扩散透镜)的LED等。术语“光源”应当理解为指代以下各种辐射源的任意一个或多个，所述各种辐射源包括但不限于基于LED的源(包括如上文定义的一个或者多个LED)、白炽源(例如灯丝灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如，钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤素灯)、激光、其它类型的电致发光源、火致发光源(例如，火焰)、烛致发光源(例如，汽灯罩、碳电弧辐射源)、光致发光源(例如，气态放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、化学电流发光源、晶体发光源、显像管发光源、热致发光源、摩擦发光源、声纳发光源、放射发光源和发光聚合物。给定光源可以被配置成在可见光谱内、在可见光谱以外或者二者的组合生成电磁辐射。因此，这里可互换地使用术语“光”和“辐射”。此外，光源可以包括一个或者多个滤波器(例如，滤色器)、透镜或者其它光学部件作为整体部件。也应当理解，光源可以被配置用于包括但不限于指示、显示和/或照明的各种应用。“照射源”是具体配置成生成辐射的 光源，该辐射具有用于有效照明内部或者外部空间的充分强度。在本文中，“充分强度”指代在空间或者环境中生成的用于提供环境照明(即可以被直接感知并且可以例如在被整体或者部分感知之前从各种干涉表面中的一个或者多个表面反射的光)的在可见光谱中的充分辐射功率(单位“流明”常用来在辐射功率或者“发光通量”方面代表在所有方向上来自光源的总光输出)。术语“照明灯具”这里用来指代一个或者多个照明单元在具体外型规格、组件或者封装中的实现方式或者布置。术语“照明单元”这里用来指代包括相同或者不同类型的一个或者多个光源的装置。给定照明单元可以具有用于光源的各种装配布置、罩/壳布置以及形状和/或电气和机械连接配置中的任一种。此外，给定照明单元可选地可以与各种与光源的操作有关的其它部件(例如，控制电路)相关联(例如，包括这些部件、耦合到这些部件和/或与这些部件一起封装)。“基于LED的照明单元”指代单独或者与其它非基于LED的光源组合的包括如上文讨论的一个或者多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元指代包括至少两个光源的基于LED或者非基于LED的照明单元，这些光源被配置成分别生成不同辐射光谱，其中每个不同源光谱可以称为多通道照明单元的“通道”。术语“控制器”这里一般用来描述与一个或者多个光源的操作有关的各种装置。可以用多种方式(例如，比如用专用硬件)实施控制器以执行这里讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个示例，该控制器运用可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行这里讨论的各种功能的一个或者多个微处理器。控制器可以运用或者不运用处理器来实施并且也可以实施为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其它功能的处理器(例如，一个或者多个编程微处理器和相关联的电路)的组合。可以在本公开内容的各种实施例中运用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。在各种实现方式中，处理器和/或控制器可以与一个或者多个存储介质(这里通称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器(比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读储存器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)、通用串行总线(USB)驱动、软盘、紧致盘、光盘、磁带等))相关联。在一些实现方式中，存储介质可以用一个或者多个程序来编码，该程序当在一个或者多个处理器和/或控制器上执行时，执行这里讨论的功能中的至少一些功能。各种存储介质可以固定于处理器或者控制器内或者可以是可移植的，从而使得存储于其上的一个或者多个程序可以加载到处理器或者控制器中以便实施这里讨论的本发明的各种方面。术语“程序”或者“计算机程序”这里在通用意义上用来指代可以用来对一个或者多个处理器或者控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如软件，或者微编码)。在一个网络实现方式中，耦合到网络的一个或者多个设备可以充当用于耦合到网络的一个或者多个其它设备的控制器(例如，按照主/从关系)。在另一实现方式中，联网环境可以包括配置成控制耦合到网络的设备中的一个或者多个设备的一个或者多个专用控制器。一般而言，耦合到网络的多个设备每个可以访问存在于一个或者多个通信介质上的数据；然而，给定设备可以是“可寻址的”，因为它被配置成例如基于分配给它的一个或者多个特定标识符(例如，“地址”)与网络有选择地交换数据(即从网络接收数据和/向网络传输数据)。 应当理解，设想下文更具体讨论的前述概念和附加概念的所有组合(假设这样的概念未互不一致)作为这里公开的发明主题内容的部分。具体而言，在本公开内容出现的要求保护的主题内容的所有组合视为这里公开的发明主题内容的一部分。也应当理解，应当向也可以在通过引用而结合的任何公开内容中出现的这里明确运用的术语赋予与这里公开的具体概念最一致的含义。
在附图中，相似标号一般贯穿不同视图指代相同或者相似部分。附图也未必按比例，而是通常将重点放在图示本发明的原理。图I是示出了根据一个代表性实施例的包括固态照明灯具和相位检测器的可调光照明系统的框图。图2是示出了根据一个代表性实施例的包括固态照明灯具和相位检测电路的调光控制系统的电路图。图3是示出了根据一个代表性实施例的相对于调光器相位角的功率控制信号值的图表。图4是示出了根据一个代表性实施例的设置用于控制功率转换器的输出功率的功率控制信号的过程的流程图。图5是示出了根据一个代表性实施例的提供功率转换器的输出功率的过程的流程图。图6A-图6C示出了根据一个代表性实施例的调光器的采样波形和对应数字脉冲。图7是示出了根据一个代表性实施例的检测调光器的相位角的过程的流程图。
具体实施例方式在下文具体描述中，出于说明而非限制的目的，阐述公开具体细节的代表性实施例以便提供对本教导的透彻理解。然而，对已经受益于本公开内容的本领域普通技术人员显而易见的，脱离这里公开的具体细节的根据本教导的其它实施例仍然在所附权利要求的范围内。另外，可以省略对公知装置和方法的描述以免模糊对代表性实施例的描述。这样的方法和装置清楚地在本教导的范围内。申请人:已经认识和理解，提供一种用于降低最小输出光水平的装置和方法是有益的，该最小输出光水平可以以其他方式由具有连接到相位斩波调光器的固态照明负载的电子变压器来实现。图I是示出了根据一个代表性实施例的包括固态照明灯具和相位角检测器的可调光照明系统的框图。参照图1，可调光照明系统100包括提供来自市电电压101的(调光)整流电压Urect的调光器104和整流电路105。根据各种实现方式，市电电压101可以提供不同未整流的输入AC线路电压，比如100VAC、120VAC、230VAC和277VAC。调光器104例如是相位斩波调光器，该相位斩波调光器通过响应于对它的滑块104a的竖直操作对来自市电电压101的电压信号波形的前沿(前沿调光器)或者后沿(后沿调光器)斩波来提供调光能力。一般而言，整流电压Urect的幅值与由调光器104设置的调光水平成比例，从 而使得更低相位角或者调光水平造成更低整流电压Urect。在描绘的示例中，可以假设滑块下移以降低相位角从而减少固态照明负载130的光输出量，而上移以增加相位角从而增加固态照明负载130的光输出量。可调光照明系统100还包括相位角检测器110和功率转换器120。一般而言，相位角检测器Iio基于整流电压Urect检测调光器104的相位角并且经由控制线路129向功率转换器120输出功率控制信号。功率控制信号例如可以是脉冲编码调制(PCM)信号或者其它数字信号，并且可以根据由相位角检测器110基于检测的相位角确定的占空比在高电平与低电平之间交替。如下文讨论的那样，占空比的范围可以从约100% (例如，持续在高电平)到约0% (例如，持续在低电平)，并且包括在它们之间的任何百分比以便适当调整功率转换器120的功率设置以控制由固态照明负载130发射的光水平。例如，70%的占空比百分比指示功率控制信号的方波在高电平持续波周期的70%而在低电平持续波周期的30%。在各种实施例中，功率转换器120从整流电路105接收整流电压Urect，并且输出对应的DC电压以用于向固态照明负载130供电。功率转换器120基于如下两个变量中的至少一个变量在整流电压Urect与DC电压之间转换，该两个变量为(I)例如通过对滑块104a的操作来设置的经由整流电路105从调光器104输出的电压的幅值；和(2)例如根据下文讨论的预定控制函数或者算法设置的经由控制线路129由相位角检测器110生成和输出的功率控制信号的功率设置值。由功率转换器120输出的DC电压因此即使在低调光水平(在该低调光水平以下，常规调光照明系统将不再提供固态照明负载130的光输出的进一步减少)仍然反映调光器104施加的调光器相位角(即调光水平)。如本领域普通技术人员将清楚的那样，用于在整流电压Urect与DC电压之间转换的功能也可以依赖于附加因素，比如功率转换器120的属性、固态照明负载130的类型和配置，以及各种实现方式的其它应用和设计要求。在各种实施例中，可调光照明系统100提供固态照明负载130的选择性闭环功率节流(throttling)。换言之，功率转换器120根据由相位检测器110检测的调光器相位角有选择地在闭环模式或者开环模式中操作。在开环模式中，相位角检测器110将功率控制信号设置成将功率转换器120的操作点固定的恒定或者固定功率设置。功率转换器120因此仅基于接收的电压Urect的幅值在整流电压Urect与DC电压之间转换，从而从市电电压101向固态照明负载130递送指定量的功率。在闭环模式中，相位角检测器110计算功率控制信号的可变功率设置，该可变功率设置动态调整功率转换器120的操作点。功率转换器120因此基于功率控制信号的功率设置以及接收的电压Urect的幅值在整流电压Urect与DC电压之间转换。可调光照明系统100可以被配置成提供在功率转换器120的高与低开环范围之间的闭环范围。如下文參照图3具体讨论的那样，相位角检测器110可以在检测的相位角高于预定第一阈值时将功率控制信号设置成高固定功率设置，而在检测的相位角低于预定第ニ阈值时设置成低固定功率设置，并且在检测的相位角在第一阈值与第二阈值之间时设置成计算的可变功率设置。例如，当相位角检测器110检测到高于第一阈值(例如，第一低调光水平)的相位角时，它将功率控制信号设置成高占空比(例如，100% )，并且功率转换器120使它的输出功率仅基于整流电压Urect的幅值变化。类似地，当相位角检测器110检测到低于第二阈值(例如，第二低调光水平或者零光输出)的相位角时，它将功率控制信号 设置成低占空比(例如，0% )，并且功率转换器120再次使它的输出功率仅基于整流电压Urect的幅值变化。当调光器相位角检测器110检测到低于第一阈值而高于第二阈值的相位角时，它动态计算功率控制信号的占空比以反映检测的相位角，并且功率转换器120使它的输出功率基于计算的占空比和整流电压Urect的幅值变化。因而，固态照明负载130的光输出甚至在原本会对常规系统的光输出无影响的低调光水平(例如，低于第一阈值)继续调暗。图2是示出了根据ー个代表性实施例的包括固态照明灯具和调光器相位角检测电路的调光控制系统的电路图。图2的总体部件与图I的总体部件类似，但是针对根据例示性配置的各种代表性部件提供更多细节。当然，可以实施其它配置而不脱离本教导的范围。參照图2，调光控制系统200包括整流电路205、调光器相位角检测电路210 (虚线框)、功率转换器220和LED负载230。如上文关于整流电路105讨论的那样，整流电路205连接到调光器(未示出)(由热调和中调输入指示)以从市电电压(未示出)接收(调光)未整流电压。在描绘的配置中，整流电路205包括连接于整流电压节点N2与接地电压之间的四个ニ极管D201-D204。整流电压节点N2接收(调光)整流电压Urect并且通过与整流电路205并联连接的输入滤波电容器C215连接到接地。相位角检测器210基于整流电压Urect检测调光器相位角(调光水平)并且经由控制线路229从PWM输出219向功率转换器220输出功率控制信号以控制LED负载230的操作。这允许相位角检测器210基于检测的相位角有选择地调整从输入市电向LED负载230递送的功率量。在描绘的代表性实施例中，功率控制信号是PWM信号，该PWM信号具有由相位角检测器210确定的、与将向功率转换器220提供的功率设置对应的占空比。而且，在描绘的代表性实施例中，相位角检测电路210包括微控制器215，该微控制器使用整流电压Urect的波形以确定调光器相位角并且通过PWM输出219输出PWM功率控制信号(下文具体讨论)。功率转换器220在整流电压节点N2接收整流电压Urect，并且将整流电压Urect转换成用于向LED负载230供电的对应DC电压。功率转换器220根据由相位角检测电路210提供的PWM功率控制信号有选择地以开环(或者前馈)方式(例如通过引用而结合于此的Lys的第7，256，554号美国专利中描述的那样)和闭环方式操作。在各种实施例中，功率转换器220可以例如是可从ST Microelectronics获得的L6562，但是在不脱离本教导的范围的前提下，可以包括其它类型的功率转换器或者其它电子变压器和/或处理器。例如，功率转换器220可以是固定关断时间、功率因子校正、单级、反相降压转换器，但是可以利用具有标称开环控制的任何类型的功率转换器。LED负载230包括串联连接于功率转换器220的输出与地之间的LED串(由代表性的LED 231和232指示)。经过LED负载230的负载电流量并且因此由LED负载230发射的光量由功率转换器230的功率输出量直接控制。功率转换器220的功率输出量由整流电压Urect的幅值和调光器的检测的相位角(调光水平)(由相位角检测电路210检测)控制。图3是示出了根据ー个代表性实施例的关于调光器相位角的功率控制信号值的图表。參照图3，竖轴描绘了从低或者最小功率设置向上増加的功率控制信号的功率设置， 而水平轴描绘了从低或者最小调光水平由右向左増加的调光器相位角(例如，由相位角检测电路210检测)。当相位角检测电路210确定调光器相位角高于由第一相位角Θ i指示的预定第一阈值吋，PWM功率控制信号的占空比设置成它的最高功率设置(例如，100%占空比)，该功率设置固定功率转换器220的操作点。功率转换器220因此仅基于整流电压Urect的幅值确定并输出功率至LED负载230。換言之，功率转换器220在开环中运行，从而使得仅相位斩波调光器经由整流电路205调制向功率转换器220的输出递送的功率。在各种实施例中，第一相位角Θ i是如下的调光器相位角，在该调光器相位角，在调光器的调光水平的进一歩降低原本不会減少LED负载230的光输出(该光输出例如可以是最大设置光输出的约15-30% )。当相位角检测电路210确定调光器相位角低于第一相位角Θ i时，它开始从最高功率设置下调PWM功率控制信号的占空比百分比，以便降低功率转换器220的输出功率。功率转换器220因此基于整流电压Urect的幅值和例如由微控制器215调制的PWM功率控制信号的功率设置来确定并且输出功率至LED负载230。換言之，功率转换器220使用来自PWM功率控制信号的反馈在闭环中运行。响应于检测的调光器相位角減少而下调PWM功率控制信号直至检测的调光器相位角达到由第二相位角θ2指示的预定第二阈值(下文讨论)。注意，图3中的代表性曲线示出了由线性斜坡指示的从在第一相位角Θ i的最高功率设置到在第二相位角θ2的最低功率设置的线性脉宽调制。然而，在不脱离本教导的范围的前提下可以并入非线性的斜坡。例如，在各种实施例中，如本领域普通技术人员将清楚的那样，可能需要PWM功率控制信号的非线性函数来创建与对调光器的滑块的操作对应的、LED负载230的光输出的线性感觉。当相位角检测电路210确定调光器相位角已经減少至低于由第二相位角Θ 2指示的预定第二阈值吋，PWM功率控制信号的占空比设置成它的最低功率设置(例如，0%占空比)，该最低功率设置固定功率转换器220的操作点。功率转换器220因此仅基于整流电压Urect的幅值确定并且输出功率至LED负载230。换言之，功率转换器220再次在开环中运行，从而使得仅相位斩波调光器经由整流电路205调制向功率转换器220的输出递送的功率。如本领域普通技术人员将清楚的那样，第二相位角θ2的值可以变化以针对任何特定情形提供特有益处或者满足各种实现方式的专用设计要求。例如，第二相位角θ2的值可以是如下的调光器相位角，在该调光器相位角，LED负载230的功率的进ー步减少将使负载降至功率转换器220的最小负载要求以下。备选地，第二相位角θ2的值可以是与LED负载230的预定最小光输出水平对应的调光器相位角。在各种备选的实施例中，第二相位角θ2可以简单地是零，在该情况下，功率转换器220使用来自PWM功率控制信号的反馈在闭环模式中运行，直至调光器相位角減少至它的最小水平(该最小水平可以是零或者在零以上的一些预定最小水平)。图4是示出了根据ー个代表性实施例的设置用于控制功率转换器的输出功率的 功率控制信号的过程的流程图。图4中所示过程可以例如由图2中所示的微控制器215实 施，但是在不脱离本教导的范围的前提下，可以使用其它类型的处理器和控制器。在块S421中，相位角检测电路210确定调光器相位角Θ。在块422中，确定检测的调光器相位角是否大于或者等干与预定第一阈值对应的第一相位角θ1 5当检测的调光器相位角大于或者等于第一相位角Θ i (块S422 :是)时，在块S423将PWM功率控制信号设置成固定最高设置(例如，100%占空比)。在块S430中经由控制线路229向功率转换器220发送PWM功率控制信号，并且该过程返回到块S421以继续调光器相位角Θ的检测。当检测的调光器相位角不大于或者等于第一相位角Q1(块S422:否)时，在块S424中确定检测的调光器相位角是否小于或者等干与预定第二阈值对应的第二相位角θ2。当检测的调光器相位角小于或者等于第二相位角Q1(块S424:是)时，在块S425将PWM功率控制信号设置成固定最低设置(例如，0%占空比)。在块S430中经由控制线路229向功率转换器220发送PWM功率控制信号，并且该过程返回到块S421以继续调光器相位角Θ的检测。当检测的调光器相位角不小于或者等于第二相位角θ2(块S424:否)时，在块S426中计算PWM功率控制信号。例如，可以根据检测的调光器相位角的预定函数(例如，实施为由微控制器215执行的软件和/或固件算法)计算PWM功率控制信号的占空比百分比，以便提供对应功率设置。预定函数可以是提供与降低的调光水平对应的线性減少的占空比百分比的线性函数。备选地，预定函数可以是提供与降低的调光水平对应的非线性減少的占空比百分比的非线性函数。在块S427中将PWM功率控制信号的占空比设置成计算的百分比，并且在块S430中经由控制线路229向功率转换器220发送。该过程返回到块S421以继续调光器相位角Θ的检测。在描绘的实施例中，在块S422中确定检测的调光器相位角已经降至第一相位角Θ !以下之后，在块S426中根据预定函数计算PWM功率控制信号之前，在块S424中对检测的调光器相位角是否小于或者等于第二相位角θ2进行单独确定。然而，在各种备选实施例中，可以排除与第二相位角Θ 2的明确比较，从而使得一旦已经确定检测的调光器相位角Θ小于第一相位角Θ i，就在块S426中计算PWM功率控制信号(并且功率转换器在闭环模式中操作)。例如，预定函数本身可以造成占空比百分比设置成在第二相位角θ2的固定最低功率设置而无需进行在检测的调光器相位角Θ与第二相位角θ2之间的单独比较。
图5是示出了根据ー个代表性实施例的确定功率转换器的输出功率的过程的流程图。图4中所示过程可以例如由图2中所示的功率转换器220实施，但是在不脱离本教导的范围的前提下，可以使用其它类型的处理器和控制器。在块S521中，功率转换器220从整流电路205接收(调光)整流电压Urect。同时，在块S522中，功率转换器220从相位角检测器210接收PWM功率控制信号(如在图4的块S430中所示)。在块S523中确定PWM功率控制信号是否在固定最高设置。当PWM功率控制信号在固定最高设置(块S523 :是)时，固定功率转换器220的操作点，并且在块S524中仅基于在块S521中接收的整流电压的幅值确定在开环模式中的输出功率。在块S530中向LED负载230输出确定的输出功率，并且该过程返回到块S521。当PWM功率控制信号不在固定最高设置(块S523 :否)时，在块S525中确定PWM 功率控制信号是否在固定最低设置。当PWM功率控制信号在固定最低设置(块S525 :是)吋，固定功率转换器220的操作点，并且在块S524中仅基于在块S521中接收的整流电压的幅值确定在开环模式中的输出功率。在块S530中向LED负载230输出确定的输出功率，并且该过程返回到块S521。当PWM功率控制信号不在固定最低设置(块S525 :否)时，在块S526中基于在块S521中接收的整流电压的幅值和在块S522中接收的PWM功率控制信号确定在闭环模式中的输出功率。在块S530中向LED负载230输出确定的输出功率，并且该过程返回到块S521。在描绘的实施例中，在块S523中确定PWM功率控制信号不在固定最高功率设置之后，并且当在块S526中基于整流电压的幅值和PWM功率控制信号二者确定输出功率之前，在块S525中对PWM功率控制信号是否在固定最低功率设置进行単独确定。然而，在各种备选实施例中，可以排除与固定最低功率设置的明确比较，从而使得基于整流电压的幅值和在比固定最高功率设置更少的任何功率设置(由PWM功率控制信号提供)处的PWM功率控制信号二者控制输出功率信号。例如，功率转换器220可以被配置成输出与減少的功率设置对应的減少的输出功率水平，从而使得最低输出功率水平对应于最低功率设置而无需进行在PWM功率控制信号的功率设置与预定固定最低功率设置之间的单独比较。再次參照图2，在描绘的代表性实施例中，相位角检测电路210包括使用整流电压Urect的波形以确定调光器相位角的微控制器215。微控制器215包括连接于顶ニ极管D211与底ニ极管D212之间的数字输入引脚218。顶ニ极管D211具有连接到数字输入引脚218的阳极和连接到电压源Vcc的阴极，并且底ニ极管112具有连接到地的阳极和连接到数字输入引脚218的阴极。微控制器215也包括数字输出，诸如PWM输出219。在各种实施例中，微控制器215可以例如是可从Microchip Technology, Inc.获得的PIC12F683，但是在不脱离本教导的范围的前提下，可以包括其它类型的微控制器或者其它处理器。例如，微控制器215的功能可以由可以使用软件或者固件来编程以执行各种功能的一个或者多个处理器和/控制器以及对应存储器实施，或者可以实施为用于执行ー些功能的专用硬件与用于执行其它功能的处理器(例如，一个或者多个编程的微处理器或者关联电路)的组合。如上文讨论的那样，可以在各种实施例中运用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、微控制器、ASIC和FPGA。相位角检测电路210还包括各种无源电子部件，比如第一电容器C213和第二电容器C214以及第一电阻器R211和第二电阻器R212。第一电容器C213连接于微控制器215的数字输入引脚218与检测节点NI之间。第二电容器C214连接于检测节点NI与地之间。第一电阻器R211和第二电阻器R212串联连接于整流电压节点N2与检测节点NI之间。在描绘的实施例中，例如，第一电容器C213可以具有约560pF的值并且第二电容器C214可以具有约IOpF的值。而且，例如，第一电阻器R211可以具有约I兆欧姆的值并且第二电阻器R212可以具有约I兆欧姆的值。然而，如本领域普通技术人员将清楚的那样，第一电容器C213和第二电容器C214以及第一电阻器R211和第二电阻器R212的相应值可以变化以针对任何特定情形提供特有益处或者满足各种实现方式的专用设计要求。(调光)整流电压Urect被AC耦合到微控制器215的数字输入引脚218。第一电阻器R211和第二电阻器R212限制进入数字输入引脚218的电流。当整流电压Urect的信号波形变高时，第一电容器C213通过第一电阻器R211和第二电阻器R212在上升沿上被充电。在微控制器215内的顶ニ极管D211例如将数字输入引脚218钳位高于Vcc —个ニ极管压降。在整流电压Urect的信号波形的下降沿上，第一电容器C213放电，并且由底ニ极管D212将数字输入引脚218钳位至低于地ー个ニ极管压降。因而，在微控制器215的数字输入引脚218的所得逻辑电平数字脉冲紧紧跟随斩波整流电压Urect的移动(在图6A-图6C中示出了其示例)。 更具体而言，图6A-图6C示出了根据ー个代表性实施例的在数字输入引脚218的采样波形和对应数字脉冲。在每幅图中的顶部波形描绘了斩波整流电压Urect，其中斩波量反映调光水平。例如，波形可以描绘在调光器的输出呈现的完整的峰值170V(或者欧盟为340V)的整流正弦波的一部分。底部方波形描绘在微控制器215的数字输入引脚218所见的对应数字脉冲。显然地，每个数字脉冲的长度对应于斩波波形，并且因此等于调光器的内部开关“接通”的时间量。通过经由数字输入引脚218接收数字脉冲，微控制器215能够确定调光器已经设置成的水平。图6A示出了当调光器在它的最高设置(由在波形旁边示出的调光器滑块的顶部位置指示)时的整流电压Urect的采样波形和对应数字脉冲。图6B示出了当调光器在中等设置(由在波形旁边示出的调光器滑块的中间位置指示)时的整流电压Urect的采样波形和对应数字脉冲。图6C示出了当调光器在它的最低设置(由在波形旁边示出的调光器滑块的底部位置指示)时的整流电压Urect的采样波形和对应数字脉冲。图7是示出了根据ー个代表性实施例的检测调光器的相位角的过程的流程图。该过程可以由例如图2中所示的微控制215或者更通常为图I中所示的相位角检测器110执行的固件和/或软件实施。在图7的块S721中，检测输入信号的数字脉冲的上升沿(例如，由图6A-图6C中的底部波形的上升沿指示)，并且在块S722中开始例如在微控制器215的数字输入引脚218处的采样。在描绘的实施例中，对信号进行数字采样持续恰与在市电半周期以下相等的预定时间。每当对信号采样时，在块S723中确定采样是否具有高电平(例如，数字“I”)或者低电平(例如，数字“ O”)。在描绘的实施例中，在块S723中进行比较以确定采样是否为数字“ I”。当采样为数字“ I”(块S723:是)时，在块S724中递增计数器，而当采样不是数字“ I”(块S723 :否)时，在块S725中插入少量延迟。插入延迟使得(例如，微控制器215的)时钟周期数目无论确定采样为数字“ I ”还是数字“O”都相等。在块S726中，确定是否已经采样了整个市电半周期。当市电半周期未完成(块S726:否)时，该过程返回到块S722以再次采样在数字输入引脚218处的信号。当市电半周期完成(块S726 :是)时，采样停止并且在块S727中将(在块S724中积累的)计数器值标识为例如存储于存储器(上文讨论了存储器的示例)中的当前调光器相位角或者调光水平。将计数器重置为零，并且微处理器215等待下一上升沿以再次开始采样。例如，可以假设微控制器215在市电半周期期间取得255个采样。当滑块将调光水平设置于它的范围的顶部(例如，如图6A中所示)时，计数器将在图6的块S724中递增至约255。当滑块将调光水平设置于它的范围的底部(例如，如图6C中所示)时，计数器将在块S724中递增至仅约10或者20。当调光水平被设置于它的范围的中间的某处(例如，如图6B中所示)时，计数器将在块S724中递增至约128。计数器的值因此向微控制器215给出调光器已经被设置成的电平或者调光器的相位角的指示。在各种实施例中，例如，微控制器215可以使用计数器值的预定函数来计算调光器相位角，其中如本领域普通技术人员将清楚的那样，函数可以变化以便针对任何特定情形提供特有益处或者满足各种实现方式的专用设计要求。因而，可以使用微控制器(或者其它处理器或者处理电路)的最少无源部件和数 字输入结构来电子检测调光器的相位角。在一个实施例中，使用AC f禹合电路、微控制器ニ极管钳位数字输入结构和被执行用于确定调光器设置水平的(例如，由固件、软件和/或硬件实施的)算法来实现相位角检测。此外，还可以用最少部件计数并且利用微控制器的数字输入结构来测量调光器的条件。此外，还可以在希望控制在相位斩波调光器的低调光器相位角(在这些调光器相位角，调光在常规系统中原本会停止)的调光的各种情形中使用包括调光器相位角检测电路和功率控制器的调光控制系统以及关联算法。例如，尤其在要求低端调光水平在比最大光输出的约5%更少的范围内的情形中，调光控制系统增加调光范围并且可以与电子变压器(该电子变压器具有连接到相位斩波调光器的LED负载)一起使用。根据各种实施例的调光控制系统可以实施于各种白光照明体中。另外，它可以用作对各种产品的“智能”改进的构建块以使它们为更友好的调光器。在各种实施例中，调光器相位角检测器110、相位角检测电路210或者微控制器215的功能可以由ー个或者多个处理电路实施，该处理电路由硬件、固件或者软件架构的任何组合构造并且可以包括它自己的用于存储允许它执行各种功能的可执行软件/固件可执行代码的存储器(例如，非易失性存储器)。例如，可以使用ASIC、FPGA等来实施相应功倉^:。本领域技术人员将理解这里描述的所有參数、尺度、材料和配置g在于示例并且实际參数、尺度、材料和/或配置将依赖于对本发明教导进行运用的ー个或者多个具体应用。本领域技术人员将认识到或者能够仅使用例行实验来确立这里描述的具体发明实施例的许多等效实施例。因此，将理解，仅通过示例呈现前述实施例并且在所附权利要求及其等效物的范围内可以用除了具体描述并且要求保护的方式之外的方式实现本发明实施例。本公开内容的发明实施例涉及这里描述的每个个别特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法。此外，如果两个或者更多这样的特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法并且不相客，则在本公开内容的发明范围内包括这样的特征、系统、物品、材料、工具包和/或方法的任何组合。
如这里定义和使用的所有定义应当理解为支配词典定义、在通过引用而结合的文献中的定义和/或定义的术语的普通含义。如这里在说明书中和在权利要求中使用的，不定冠词“ー个/ ー种”除非清楚地相反指明则应当理解为意味着“至少ー个/ 一种”。如这里在说明书中和在权利要求中使用的，短语“至少ー个”在引用ー个或者多个要素的列表时应当理解为意味着从要素列举中的要素中的任何ー个或者多个要素中选择的至少ー个要素、但是未必包括在要素列表内具体列举的每ー个要素中的至少ー个要素并且未排除要素列表中的要素的任何组合。这一定义也允许可以可选地存在除了在短语“至少ー个”引用的要素列表内具体标识的要素之外的、无论是与具体标识的那些要素有关还是无关的要素。因此作为非限制示例，“A和B中的至少ー个”(或者等效为“A或者B中的至少ー个”或者等效为“A和/或B中的至少ー个”)可以在ー个实施例中指代至少ー个(可选地包括多个)A而无B存在(并且可选地包括除了 B之外的要素)；在另ー实施例中指代至少ー个(可选地包括多个)B而无A存在(并且可选地包括除了A之外的要素)；在又一实施例中指代至少ー个(可选地包括多个)A和至少ー个(可选地包括多个)B(并且可选地包括其它要素)；等等。
也应当理解，除非清楚地相反指示，在这里要求保护的包括多个步骤或者动作的任何方法中，方法的步骤或者动作的顺序未必限于方法的步骤或者动作的记载顺序。另外，在权利要求中提供标号(如果有)仅为了方便而不应理解为以任何方式限制。在权利要求中以及在上述说明书中，所有过渡短语(比如“包括”、“携帯”、“具有”、“包含”、“涉及”、“保持”等)将理解为开放式(即意味着包括但不限干)。仅过渡短语“由......构成”或者“实质上由......构成”应当分别是封闭或者半封闭的过渡短语。
权利要求
1.一种用于控制由调光器控制的固态照明负载的光输出水平的系统，所述系统包括 相位角检测器，配置成基于来自所述调光器的整流电压检测所述调光器的相位角并且基于所述检测的相位角与预定第一阈值的比较确定功率控制信号；以及 功率转换器，配置成向固态照明负载提供输出电压，所述功率转换器在所述检测的相位角大于所述第一阈值时基于来自所述调光器的所述整流电压在开环模式中操作，而在所述检测的相位角小于所述第一阈值时基于来自所述调光器的所述整流电压和来自所述相位角检测器的所述确定的功率控制信号在闭环模式中操作。
2.根据权利要求I所述的系统，其中所述相位角检测器在所述检测的相位角大于所述第一阈值时确定所述功率控制信号为预定第一固定值。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述相位角检测器在所述检测的相位角小于所述第一阈值时确定所述功率控制信号为作为所述检测的相位角的函数而计算的变量。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述功率控制信号包括所述相位角检测器可调的占空比。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述占空比在所述检测的相位角大于所述第一阈值时具有与所述功率控制信号的所述预定第一固定值对应的最大值。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述占空比具有100%的占空比百分比。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述占空比在所述检测的相位角小于所述第一阈值时具有与所述功率控制信号的所述预定第一固定值对应的可变值。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述占空比具有与所述检测的相位角的减少成比例减少的占空比百分比。
9.根据权利要求4所述的系统，其中所述功率控制信号包括脉宽调制(PWM)信号。
10.根据权利要求3所述的系统，其中所述相位角检测器还被配置成基于所述检测的相位角与低于所述预定第一阈值的预定第二阈值的比较确定所述功率控制信号；并且 其中所述功率转换器在所述检测的相位角小于所述第二阈值时基于来自所述调光器的所述整流电压在所述开环模式中操作。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述相位角检测器在所述检测的相位角小于所述第二阈值时确定所述功率控制信号为预定第二固定值。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述功率控制信号包括由所述相位角检测器可调的占空比，所述占空比在所述检测的相位角小于所述第二阈值时具有与所述功率控制信号的所述预定第二固定值对应的最小值。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述占空比具有0%的占空比百分比。
14.一种用于通过连接到调光器的功率控制器控制固态照明(SSL)负载的光输出水平的功率节流方法，所述方法包括 检测所述调光器的与在所述调光器设置的调光水平对应的相位角； 当所述检测的相位角大于第一调光阈值时，生成具有第一固定功率设置的功率控制信号，并且基于所述调光器的电压输出幅值调制所述SSL负载的光输出水平；并且 当所述检测的相位角小于所述第一调光阈值时，生成具有作为所述检测的相位角的函数而确定的功率设置的所述功率控制信号，并且基于所述调光器的所述电压输出幅值和所述确定的功率设置调制所述SSL负载的所述光输出水平。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括 当所述检测的相位角小于第二调光阈值时，生成具有第二固定功率设置的所述功率控制信号，并且基于所述调光器的所述电压输出幅值调制所述SSL负载的所述光输出电平，其中所述第二调光阈值小于所述第一调光阈值，并且所述第二固定功率设置小于所述第一固定功率设置。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述检测的相位角的所述函数包括线性函数。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述检测的相位角的所述函数包括非线性函数。
18.—种设备,包括 发光二极管(LED)负载,具有响应于调光器的相位角的光输出； 相位角检测电路，配置成检测所述调光器相位角并且输出来自脉宽调制(PWM)输出的PWM功率控制信号，所述PWM功率控制信号具有基于所述检测的调光器相位角确定的占空比；以及 功率转换器，配置成接收来自所述调光器的整流电压和来自所述相位角检测电路的所述PWM功率控制信号，并且向所述LED负载提供输出电压； 其中所述相位角检测电路在所述检测的相位角超过高阈值时将所述PWM功率控制信号的所述占空比设置成固定高百分比，从而使所述功率转换器基于所述整流电压的幅值确定所述输出电压，并且 其中所述相位角检测电路在所述检测的相位角小于所述高阈值时将所述PWM功率控制信号的所述占空比设置成作为所述检测的相位角的预定函数而计算的可变百分比，从而使所述功率转换器除了基于所述整流电压的所述幅值之外还基于所述PWM功率控制信号确定所述输出电压。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述相位角检测电路包括 微控制器，包括数字输入和将所述数字输入钳位到电压源的至少一个二极管； 第一电容器，连接于所述微控制器的所述数字输入与检测节点之间； 第二电容器，连接于所述检测节点与地之间；以及 至少一个电阻器，连接于所述检测节点与从所述调光器接收整流电压的整流电压节点之间。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述微控制器执行算法，所述算法包括对在所述数字输入处接收的与在所述整流电压节点的所述整流电压的波形对应的数字脉冲采样，并且确定所述采样的数字脉冲的长度以标识所述调光器的调光水平。
全文摘要
一种用于控制由调光器控制的固态照明负载的光输出水平的系统，包括相位角检测器和功率转换器。相位角检测器被配置成基于来自调光器的整流电压检测调光器的相位角并且基于检测的相位角与预定第一阈值的比较确定功率控制信号。功率转换器被配置成向固态照明负载提供输出电压，功率转换器在检测的相位角大于第一阈值时基于来自调光器的整流电压在开环模式中操作，而在检测的相位角小于第一阈值时基于来自调光器的整流电压和来自检测电路的确定的功率控制信号在闭环模式中操作。
文档编号H05B33/08GK102812781SQ201180015737
公开日2012年12月5日 申请日期2011年3月11日 优先权日2010年3月25日
发明者M·戴塔, G·坎普贝尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司