线路频率检测器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种线路频率检测器，其接收表示电源输入信号，并且基于输入信号来检测电源的线路频率。线路频率检测器包括：第一带通滤波器，具有中心在电源的预期频率范围的上端的通带；以及第二带通滤波器，具有中心在预期频率范围的下端的通带。由第一带通滤波器和第二带通滤波器对所述输入信号滤波，生成第一特性信号和第二特性信号。线路频率检测器确定第一特性信号和第二特性信号之间的特征比率，并且将特性比率映射到电源的线路频率。
【专利说明】线路频率检测器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年2月25日提交的美国临时申请第61/769，122号和2014年2月24日提交的第14/188，610号的权益，这些申请被全部作为参考并入此处。
【背景技术】
[0003]本公开涉及线路频率检测器，并且具体地涉及检测用于可调光的固态照明设备的电源的线路频率。
[0004]固态照明设备可以连接到壁式调光器以为用户提供一种改变照明设备的亮度的方法。壁式调光器通常接收为正弦波形的电力(例如50Hz或60Hz线路频率的AC电源)，并且对波形执行相位切割以生成用于照明设备的输入电压。在固态照明设备中的控制器测量相位切割的相位角，并且使驱动器电路生成在照明设备中的固态光源(例如发光二极管)的对应功率水平下的输出电流。
[0005]这些类型的可调光固态照明设备的一个缺点是，其对线路频率的改变敏感。如果控制器不能检测到频率的改变并且在生成输出电压时做出相应的调整，那么线路频率的改变可能在照明设备中导致明显的故障。
【发明内容】
[0006]一种线路频率检测器，其接收表示电源的输入信号，并且确定电源的线路频率。输入信号被发送通过并联布置的两个带通滤波器。第一滤波器的通带中心大约在输入信号预期频率范围的高端。第二滤波器的通带中心大约预期频率范围的下端。此外，两个通带都足够窄，从而输入信号的任何更高阶谐波都被显著衰减。因此，两个滤波器的输出是在输入信号频率下的正弦信号。
[0007]经滤波信号被整流并且被发送经过低通滤波器以产生都具有基本恒定的值的两个特性信号。两个带通滤波器的频率响应被配置成使得两个特性信号之间的比率表示线路频率。线路频率检测器计算比率并且使用比率以确定电源的线路频率。
[0008]在一个实施例中，线路频率检测器是用于固态照明设备的控制器的一部分，并且控制器包括监测线路频率检测器输出并且生成用于照明设备中的固态光源的驱动电路的控制信号的其它部件。
[0009]说明书中所述的特征和优点并不无所不包，并且特别地，对于本领域普通技术人员而言，通过阅读附图、说明书和权利要求，很多附加的特性和优点将是显而易见的。此外应注意到，在说明中所使用的语言被选择主要是为了可读性和指导的目的，而不是被选择用于描绘或限制本发明的主题。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]通过结合附图考虑以下详细说明，可以容易理解本发明的实施例的教导。
[0011]图1是根据一个实施例的示出线路频率检测器的方框图。[0012]图2A示出根据一个实施例的针对线路频率检测器中的两个带通滤波器的示例频率响应。
[0013]图2B-2C示出根据一个实施例的线路频率检测器内的信号的示例。
[0014]图2D示出根据一个实施例的从特性比率到线路频率的一个示例映射函数。
[0015]图3是根据一个实施例的示出用于检测线路频率的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0016]附图和以下描述仅以说明的方式涉及本发明的优选实施例。应注意到，由以下论述将容易认识到，本文所公开的结构和方法的备选实施例是可以在不背离所要求权利的发明的原理的情况下实施的可行的备选方案。
[0017]现在将详细参考本发明的数个实施例，其示例在附图中示出。注意到，可以在附图中的任何可应用的地方使用相似或相同的附图标记并且这些附图标记指示相似或相同的功能。仅出于图示的目的描绘了本发明的实施例。本领域技术人员将由以下说明容易认识至IJ，本文所公开的结构和方法的备选实施例可以在不背离本文描述的发明的原理的情况下实施。
[0018]图1是根据一个实施例的示出线路频率检测器100的方框图。在所图示的实施例中，线路频率检测器100包括模拟数字转换器(ADC) 104、抽取器108、带通滤波器112、整流器116、低通滤波器120、特性比率计算器124和映射模块128。在高水平下，线路频率检测器100是固态照明设备中的控制器的部件。检测器100接收表示电源的模拟输入信号102和输出电源的线路频率。线路频率然后可以由控制器的其他部件使用。
[0019]电源是以线路频率振荡的电力的源。例如，如果电源是来自通常的电网中的交流源，那么电源将具有在50Hz和60Hz之间的线路频率和在100V和240V之间的线路电压。在其它实施例中，电源可以是引擎发电机(engine-generator)或者其它形式致动的发电机。在这些实施例中，电源可以具有与电网不同的线路频率。
[0020]在作为模拟输入信号102发送到线路频率检测器100之前，电源可以以不同的方式被转换和失真。在一个实施例中，电源被整流(例如用桥式整流器)，并且因此模拟输入信号102是电源的经整流的版本。电源还可以被降低到更低的电压(例如用变压器)。此外，电源可以经由壁式调光器来耦合到照明设备。在该情况下，模拟输入信号102可以包括由于调光器多重触发(mult1-firing)或者由于调光器所引入的相位切割所造成的失真。
[0021]在一个实施例中，带通滤波器112和低通滤波器120是数字滤波器。在该情况下，模拟数字转换器(ADC) 104和抽取器108 —起操作，以将模拟输入信号102转换为适合用于线路频率检测器100的剩余部件112到128的数字输入信号110。然而，在另一个实施例中，带通滤波器112和低通滤波器120是模拟滤波器。在该情况下，省略线路频率检测器100中的ADC104和抽取器108。
[0022]ADC104采样模拟输入信号102以将模拟输入信号102转换为数字输出106。执行模拟数字转换的各种方法在本领域中被广泛知晓，并且为简明起见将省略对其的详细描述。
[0023]在一些实施例中，ADC104被配置用于以更高采样率来采样模拟输入信号102，并且线路频率检测器100包括通过下采样ADC104的数字输出106来生成输入信号110的抽取器108。抽取器108包括输出连接到下采样器的低通滤波器(例如为了避免混叠)。
[0024]在其中线路频率检测器是照明控制器集成电路的一部分的实施例中，包括ADC104和抽取器108两者的装置是有益的，但不是必须的，因为可以将ADC104的数字输出以更高的采样率发送到在照明控制器上的其它数字逻辑(例如用于检测调光器开启时间的逻辑)。同时，(更低采样率的)输入信号110被用于线路频率检测器100的数字逻辑112到128，这就减少了滤波器112AU12B的系数，并且允许滤波器112AU12B占用更少的物理空间。
[0025]在其它实施例中，省略线路频率检测器100中的抽取器108以节省空间，并且ADC104的数字输出被作为数字逻辑112到128的输入信号110。例如如果线路频率检测器100被实施为分立的集成电路，那么该配置特别有用。然而，该配置还可以被用于其中线路频率检测器100是照明控制器的一部分的实施例中，或者用于其中线路频率检测器100被用作其它系统的一部分的实施例中。
[0026]在ADC104和(可选地)抽取器108生成数字输入信号110之后，线路频率检测器的剩余部件112到128 —起操作以确定相应电源的线路频率130。为了便于说明，将结合图2A-2D中图示的绘图来描述该剩余部件。
[0027]带通滤波器112A、112B对输入信号110执行带通滤波以生成经滤波的信号114A、114B。在图1中图示的实施例中，带通滤波器112AU12B用数字逻辑实施。例如带通滤波器112AU12B可以是无限脉冲响应(IIR)滤波器。
[0028]选择第一带通滤波器112A的中心频率和第二带通滤波器112B的通带的中心频率，使其它们分别大约处于模拟输入信号102的第一谐波频率的预期范围的上端和下端。在其中输入信号102已经被整流的实施例中，输入信号110的基波频率是线路频率的两倍(即等于模拟输入信号102的第一谐波频率)，并且带通滤波器112AU12B被大约调谐到以下频率范围的上端和下端，该频率范围是线路频率的预期范围的两倍。同时，在其中输入信号102还没有被整流的实施例中，带通滤波器112AU12B被调谐到与线路频率的预期范围匹配的频率范围的末端。
[0029]图2A示出两个带通滤波器112A、112B的示例频率响应204A、204B的绘图。在图2A的示例中，第一带通滤波器112A的频率响应204A具有中心大约在130Hz的通带，并且第二带通滤波器112B的频率响应204B具有中心大约在90Hz的通带。因此，如果输入信号102已经被整流，那么在图2A中示出的示例配置可以检测在45Hz和65Hz之间的线路频率。进一步地，滤波器112AU12B两者的通带被配置为足够窄，从而任何更高阶的谐波都被显著衰减。因此，经滤波的信号114AU14B基本上是具有与输入信号110相同的频率的正弦信号。
[0030]如在图2A中可见的，两个频率响应204A、204B在大约IlOHz的交叉点频率处相交。如果输入信号110的频率在该交叉点频率，那么两个经滤波的信号114AU14B的幅值将相同。同时，如果输入信号110的频率比交叉点更高，那么第一经滤波信号114A的幅值将比第二经滤波信号114B的幅值更大。相似地，如果输入信号110的频率比交叉点频率更低，那么第一经滤波信号114A的幅值将比第二经滤波信号114B的幅值更小。此外，可以看至Ij，对于在两个带通滤波器112AU12B的峰值之间(例如在90Hz和130Hz之间)的任何给定频率，两个经滤波信号114AU14B的幅值之间的比率将有所不同。因此，该比率可以计算并且映射到对应的线路频率,如下文所述。[0031]尽管参考图2A的绘图202描述了带通滤波器112A、112B及其各自的频率响应204A、204B，但是在该绘图202中示出的频率响应仅仅是示例性的。在其它实施例中，只要两个经滤波信号114AU14B的幅值之间的比率具有相同的特性，那么带通滤波器112A、112B就可以被配置有不同的频率响应。换句话讲，只要经滤波信号114AU14B的幅值之间的比率可以映射回输入信号110的唯一频率，那么交叉点频率(在图2A中示出为IlOHz)和中心频率(在图2A中示出为90Hz和130Hz)就可以具有不同的值。
[0032]每个经滤波信号114A、114B经过整流器116A、116B和低通滤波器120A、120B，以生成对应的特性信号122A、122B。同时，每个整流器116和低通滤波器120使得对应的特性信号122AU22B稳定到与对应的经滤波信号112AU12B的幅值成比例的基本恒定的值。
[0033]在图2B的绘图206中示出两个特性信号122A、122B的一个示例。在图2B的示例中，输入信号110具有大约94Hz的频率(因为输入信号110被整流，所以这对应于电源中的47Hz的线路频率)。如在图2A中的绘图202中可见的，第一频率响应204A在94Hz的值大约是第二频率响应204B在94Hz的值的一半。因此，第一特性信号122A的稳定到大约是第二特性信号122B的值的一半的值。
[0034]特性比率计算器124计算两个特性信号122AU22B之间的特性比率126。在图2C中图示特性比率126的一个示例绘图208。在图2C的实施例中，通过将第一特性信号122A除以第二特性信号122B来计算比率126。因此，在示例绘图208中示出的比率126稳定到大约为0.5的值。在其它实施例中，可以通过将第二特性信号122B除以第一特性信号122A，或者使用包括两个特性信号122AU22B之间的比率的其它一些公式，来计算特性比率126。
[0035]如上所述，经滤波的信号114AU14B幅值之间的比率对应于在由带通滤波器112AU12B的中心频率所限定的预期范围内的唯一的线路频率。因为每个特性信号122A、122B与对应的经滤波信号114AU14B的幅值成比例，所以特性比率126也对应于在预期线路频率范围内的唯一的线路频率。作为结果，特性比率126将响应于线路频率的任何显著改变而改变为不同的值。例如，如果线路频率改变为与经整流输入信号110中的IlOHz频率(即在图2A中的交叉点频率)相对应的55Hz，那么在示例绘图208中的特性比率126将改变为大约1.0。
[0036]映射模块128确定对应于特性比率126的线路频率。在一个实施例中，映射模块128使用预定的映射函数以确定线路频率。在图2D中示出在特性比率126和线路频率之间的映射函数212的一个示例绘图210。在一个实施例中，通过在将校准信号(例如具有已知频率的正弦信号)作为输入提供到线路频率检测器100中以及记录为每个频率的校准信号而生成的特性比率，而生成映射函数212。然后可以执行回归分析以找到表示特性比率和线路频率之间关系的映射函数。例如，映射函数212可以是三阶多项式函数，其系数通过执行三阶多项式回归而计算。在另一个实施例中，可以通过计算两个带通滤波器在输入信号110的预期频率范围内的多个频率中的每个频率处的频率响应之间的比率，来解析地计算映射函数。
[0037]如果特性比率计算器124被实施为数字逻辑块，那么特性比率126是一系列离散数字值。在一些实施例中，映射模块128并不将特性比率126的每个离散值映射到线路频率。相反，在这些实施例中的映射模块128被配置用于周期地采样特性比率126并且将特性比率126的每个采样值映射到线路频率130。例如，映射可以被配置为映射比率126的每第10个值或者每第100个值。备选地，映射可以被配置用于以预定时间间隔(例如每0.5秒或每1.0秒)来将比率126映射到线路频率130。
[0038]在映射模块128确定线路频率130之后，线路频率130可以用作照明控制器的其它部分的输入。例如，在控制器上的调光因子电路可以结合其它输入使用线路频率130，以确定期望的调光程度并且生成对应的用于为发光二极管供电的驱动器电路的控制信号。
[0039]在一个备选实施例中，省略ADC104和抽取器108，并且线路频率检测器100的其余部件112到128被实施为模拟部件。在另一个备选实施例中，部件112到128的部分被实施为模拟部件，并且其余部件是数字逻辑。例如，带通滤波器112AU12B、整流器116AU16B、和低通滤波器120AU20B被实施为模拟部件，特性比率122AU22B被用ADC数字化，并且其余部件124、128被实施为数字逻辑。
[0040]图3是根据一个实施例的示出用于使用线路频率检测器100来检测线路频率的过程300的流程图。线路频率检测器100接收302模拟输入信号102，并且ADC104和抽取器108数字化并抽样(decimate) 304模拟输入信号102以产生数字输入信号110。
[0041 ] 数字输入信号110被发送到两个带通滤波器112A、112B。第一带通滤波器112A执行306A高带通滤波306A，并且第二带通滤波器112B执行306B低带通滤波，以产生经滤波输入信号114AU14B。如上所述，经滤波信号114AU14B两者将都基本上为具有与数字输入信号110相同的频率的正弦信号，并且两个经滤波信号114AU14B的幅值之间的比率将基于输入信号频率而变化。
[0042]整流器1164、1168整流308八、3088经滤波信号114A、114B以产生经整流信号118A、118B,并且低通滤波器120A、120B对经整流信号118A、118B执行310A、310B低通滤波以产生两个特性信号112A、112B。整流和低通滤波的组合导致两个特性信号118AU18B稳定到与对应的经滤波信号114AU14B的幅值成比例的基本上恒定值。
[0043]特性比率计算器124接收特性信号112AU12B，并且计算312特性比率126。例如，特性比率计算器124可以将第一特性信号112A除以第二特性信号112B。因为特性比率126对应于在检测器100的频率范围内的唯一的线路频率，所以映射函数128可以然后将特性比率126映射回线路频率130。然后检测到的线路频率130可以由在固态照明控制器上其它数字逻辑使用。
[0044]本文所述的线路频率检测器100和对应的方法300提供了数个优点。首先，由于带通滤波器112AU12B通过基波频率而衰减输入信号110的更高阶谐波，从而在输入信号110中的多数形式的失真对特性比率126或检测到的线路频率130不具有任何显著影响。因此，即便输入信号102经受多重触发(mult1-firing)，或者在壁式调光单元将相位切割引入信号102的情况下，线路频率检测器100还是可以可靠地检测电源的线路频率。此外，线路频率检测器100不受在输入信号104的幅值的变化的影响，因为特性信号122AU22B彼此相除以计算特性比率126。作为结果，线路频率检测器100可以在没有任何显著修改的情况下，与在各种线路电压下的电源一起使用。
[0045]上述在实施例中的线路频率检测器100被实施为在可调光固态照明设备中的控制器的一部分。然而，在其它实施例中，线路频率检测器100可以是不同的系统或设备的一部分，其中监听信号频率是有益的。线路频率检测器100还可以被实施为在一个或多个外部引脚接收模拟输入信号102并且在一个或多个外部引脚输出线路频率130的独立集成电路。备选地，线路频率检测器100的部件104到128中的一些或全部可以被实施为以图1中的方式相互连接的分立电子元件。
[0046]通过阅读本公开内容，本领域技术人员将理解线路频率检测器的其它附加备选设计。因此，虽然已经图示并描述了本发明的具体实施例和应用，但是应理解本发明并不局限于本文所述的确切结构和部件，并且对于本领域技术人员而言将是显而易见的各种修改、改变和变体可以在本文所述的本发明的方法和装置的布置、操作和细节中实现。
【权利要求】
1.一种线路频率检测器，用于接收表示电源的输入信号，并且用于基于所述输入信号来检测所述电源的线路频率，所述线路频率检测器包括: 第一带通滤波器，适配于对所述输入信号滤波以生成第一特性信号，所述第一带通滤波器具有中心大约在所述输入信号的预期频率范围的上端的通带； 第二带通滤波器，适配于对所述输入信号滤波以生成第二特性信号，所述第二带通滤波器具有中心大约在所述输入信号的预期频率范围的下端的通带； 特性比率计算器，适配于确定所述第一特性信号和所述第二特性信号之间的特性比率；以及 映射模块，适配于将所述特性比率映射到所述电源的所述线路频率。
2.根据权利要求1所述的线路频率检测器，还包括: 整流器，适配于整流所述第一特性信号和所述第二特性信号；以及 低通滤波器，适配于对经整流的信号滤波，以生成第一经滤波的信号和第二经滤波的信号; 其中所述特性比率计算器适配于确定所述第一经滤波的信号和所述第二经滤波的信号之间的所述特性比率。
3.根据权利要求1所述的线路频率检测器，其中所述映射模块适配于通过以下方式将所述特性比率映射到所述电源的所述线路频率: 将所述特性比率应用到映射函数，所述映射函数表示所述特性比率和所述电源的所述线路频率之间的关系。
4.根据权利要求1所述的线路频率检测器，其中所述映射模块适配于通过以下方式将所述特性比率映射到所述电源的所述线路频率: 确定在多个频率中的每个频率下，所述第一带通滤波器的频率响应和所述第二带通滤波器的频率响应之间的比率；并且 基于所确定的比率来将所述特性比率映射到所述线路频率。
5.根据权利要求1所述的线路频率检测器，其中所述输入信号是数字信号并且所述第一带通滤波器和所述第二带通滤波器是数字滤波器，所述线路频率检测器还包括: 模拟数字转换器，适配于接收表示所述电源的模拟信号并且将所述模拟信号转换为数字输入信号。
6.根据权利要求5所述的线路频率检测器，还包括: 抽取器，适配于下采样所述模拟数字转换器的数字输出以生成所述数字输入信号。
7.根据权利要求1所述的线路频率检测器，其中所述第一带通滤波器的所述通带和所述第二带通滤波器的所述通带衰减所述输入信号的谐波。
8.根据权利要求1所述的线路频率检测器，其中所述第一带通滤波器的所述通带是所述输入信号的所述预期频率范围的上端以上的第一百分比，并且所述第二带通滤波器的通带是所述输入信号的所述预期频率范围的下端以下的第二百分比。
9.一种方法，用于检测电源的线路频率，所述方法包括: 接收表不所述电源的输入信号； 通过使用第一带通滤波器对所述输入信号滤波来生成第一特性信号，所述第一带通滤波器具有中心大约在所述输入信号的预期频率范围的上端的通带；通过使用第二带通滤波器对所述输入信号滤波来生成第二特性信号，所述第二带通滤波器具有中心大约在所述输入信号的所述预期频率范围的下端的通带； 确定所述第一特性信号和所述第二特性信号之间的特性比率；并且 将所述特性比率映射到所述电源的所述线路频率。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括: 整流所述第一特性信号和所述第二特性信号；并且 对经整流的信号低通滤波，以生成第一经滤波的信号和第二经滤波的信号； 其中确定所述第一经滤波的信号和所述第二经滤波的信号之间的所述特性比率包括确定所述第一经滤波的信号和所述第二经滤波的信号之间的比率。
11.根据权利要求9所述的方法，其中将所述特性比率映射到所述线路频率包括: 将所述特性比率应用到映射函数，所述映射函数表示所述特性比率和所述线路频率之间的关系。
12.根据权利要求9所述的方法，其中将所述特性比率映射到所述线路频率包括: 确定在多个频率中的每个频率下，所述第一带通滤波器的频率响应和所述第二带通滤波器的频率响应之间的比 率；并且 基于所确定的比率来将所述特性比率映射到所述线路频率。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述输入信号是数字信号，所述方法还包括: 接收表示所述电源的模拟信号；并且 使用模拟数字转换器从所述模拟信号生成所述输入信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中生成所述输入信号包括: 下采样所述模拟数字转换器的数字输出。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一带通滤波器的所述通带是所述输入信号的所述预期频率范围的上端以上的第一百分比，并且所述第二带通滤波器的通带是所述输入信号的所述预期频率范围的下端以下的第二百分比。
【文档编号】G01R23/02GK104020348SQ201410064765
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2013年2月25日
【发明者】J·W·科斯特森 申请人:戴乐格半导体公司