CN102860134A - 用于检测调光器的存在并且控制向固态照明负载传送的功率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种控制由功率转换器(220)向固态照明负载(240)传送的功率的量的系统和方法。基于来自电压源的整流输入电压来确定在所述电压源(201)和所述功率转换器(220)之间是否存在调光器(204)。当确定存在调光器时，调整所述功率转换器的运行点以将由所述功率转换器向所述固态照明负载传送的功率的量增加补偿量，使得所增加的功率量等于当调光器不存在时由所述功率转换器所传送的功率的量。

Description

用于检测调光器的存在并且控制向固态照明负载传送的功率的方法和装置

技术领域

本发明总体上针对固态照明器材的控制。更具体而言，本文公开的各种创造性方法和装置涉及在固态照明系统中数字地检测调光器的存在，并且当调光器存在时对功率损耗进行校正。

背景技术

数字或者固态照明技术(即基于诸如发光二级管(LED)之类的半导体光源的照明)提供了对于传统荧光灯、HID和白炽灯的可行替代方案。LED的功能上的优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、低运行成本等。LED技术的近来的进步已经提供了在许多应用中使得能够进行各种照明效果的高效并且健壮的全光谱照明源。实施这些源的一些器材的特征在于这样的照明模块：该照明模块包括一个或多个LED，其能够产生不同的颜色(例如，红、绿和蓝)；以及处理器，其用于独立地控制LED的输出，以便产生各种颜色和颜色改变的照明效果，例如，如在美国专利No.6,016,038和6,211,626中所详细讨论的，通过引用将上述专利并入本文。LED技术包括线电压供电的白色照明器材，例如可从Philips Color Kinetics获得的ESSENTIALWHITE系列。使用诸如用于120VAC线电压的电低压(ELV；electric low voltage)类型的调光器的后沿调光器技术，这些器材可以是可调光的。

很多照明系统中使用调光器。传统调光器与白炽(灯泡和卤素)灯一起很好地工作。然而，当与包括紧凑型荧光灯(CFL)、使用电子变压器和固态照明(SSL)灯的低电压卤素灯(例如LED和OLED)之类的其他类型的电子灯一起工作时，则出现问题。特别地，可以使用诸如ELV类型的调光器或者电阻-电容(RC)调光器之类的专门的调光器来对使用电子变压器的低电压卤素灯调光，该专门的调光器足以与在输入处具有功率因子校正(PFC)电路的负载一起工作。

传统的调光器通常斩波(chop)输入电源电压信号的每个波形的一部分，并且将波形的剩余部分传递到照明器材。前沿或者前相调光器斩波电压信号波形的前沿。后沿或者反相调光器斩波电压信号波形的后沿。诸如LED驱动器之类的电子负载通常与后沿调光器一起更好地运作。

与白炽灯和对由舍相(phase-cutting)调光器所产生的斩波正弦波进行自然响应而不产生误差的其他电阻照明设备不同，LED和其他固态照明负载当被放置在诸如低档退出、三端双向可控硅失效、最小负载问题、高端闪烁和大步进光输出之类的相位斩波调光器上时将引入许多问题。此外，即使当将相斩波调光器设置为它的最高设置以便最小化调光的量，相位斩波调光器仍然不能允许至功率转换器的输入的完整的输入电源电压信号波形，该功率转换器被配置成相应于输入电源负载向LED或者其他固态照明负载传送DC功率。

例如，图1A描绘了当将调光器连接在电压电源和功率转换器之间时由功率转换器所接收的整流输入电源电压的波形，其中调光器被设置在其最高设置。图1B描绘了当将功率转换器直接连接到电压电源而无调光器(由穿过相邻的调光器开关的“X”表示)时所接收的整流输入电压电源的波形。如图1A和图1B所示，在输入处至功率转换器的均方根(RMS)电压与直接连接到的功率转换器相比略低于具有调光器的电压。换句话说，在可调光的照明系统中，功率转换器以使用较少的RMS输入电压传送较少的功率的方式运行。结果，向固态照明负载传送的功率(即使具有在它的最高(无调光)设置的调光器)略低于向无调光器的固态照明负载传送的功率。

发明内容

本公开内容针对这样的创造性方法和设备，其用于通过检测调光器何时出现来校正通过固态照明负载的功率损耗，并且选择性地调整功率转换器的运行点以补偿由调光器所引起的功率损耗。

一般地，在一个方面，一种控制由控制功率转换器向固态照明负载传送的功率的量的方法包括：基于来自电压源的整流输入电压来确定在所述电压源和所述功率转换器之间是否存在调光器。当确定存在调光器时，调整所述功率转换器的运行点以将由所述功率转换器向所述固态照明负载传送的功率的量增加补偿量，使得所增加的功率量等于当调光器不存在时由所述功率转换器所传送的功率的量。

在另一方面，一种用于控制向固态照明负载传送的功率的系统包括：功率转换器和调光器存在检测电路。所述功率转换器被配置成响应于源自电压电源的整流的输入电压向所述固态照明负载传送预定的额定功率。所述调光器存在检测电路被配置成确定在所述电压电源和所述功率转换器之间是否连接有调光器，以生成功率控制信号并且向所述功率转换器提供所述功率控制信号，所述功率控制信号当存在所述调光器时具有第一值，当不存在所述调光器时具有第二值。所述功率转换器响应于所述功率控制信号的所述第一值将输出功率增加补偿量，所述增加的输出功率等于所述额定功率。

在另一方面，提供一种用于控制功率转换器以向对应于来自电压电源的输入电压的LED光源传送预定的额定功率的方法，不管在所述电压电源和所述功率转换器之间的电路中是否存在调光器。所述方法包括：基于整流输入电压的信号波形来检测相位角，以及将所述检测的相位角与预定的阈值进行比较。当所述检测的相位角低于所述预定的阈值时，将所述功率控制信号设置到调光器值，并且提供至所述功率转换器，使得所述功率转换器将输出功率增加到所述预定的额定功率并且使得所述功率转换器向所述LED光源传送所述增加的输出功率。当所述检测的相位角不低于所述预定的阈值时，将所述功率控制信号设置到非调光器值，并且提供至所述功率转换器，使得所述功率转换器向所述LED光源传送输出功率而不增加所述输出功率，其中所述输出功率等于所述预定的额定功率。

如这里为了本公开的目的所使用的，术语“LED”应当理解为包括能够响应于电信号产生辐射的任何电致发光二极管或其它类型的载流子注入/基于结的系统。由此，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)、电致发光条带等。具体地，术语LED指代可以配置为在红外光谱、紫外光谱和各种部分的可见光谱(一般包括从近似400纳米到近似700纳米的辐射波长)的一个或多个中产生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LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED(下面进一步讨论)。还应当领会的是，LED可以被配置和/或控制以产生这样的辐射：其对于给定光谱(例如，窄带宽、宽带宽)具有各种带宽(例如，一半最大处的完全宽度或FWHM)，以及给定的通常颜色分类内的各种主波长(dominant wavelength)。

例如，配置为产生本质上白光的LED的一种实现(例如，白色LED照明器材)可以包括数个管芯，其分别发出组合地混合以形成本质上的白光的电致发光的不同光谱。在另一实现中，白光LED照明器材可以与转换具有第一光谱到不同的第二光谱的电致发光的磷光体材料相关联。在此实现的一个示例中，具有相对短波长和窄带宽的电致发光“泵激”磷光体材料，其继而辐射具有某种程度上更宽光谱的更长波长辐射。

还应当理解，术语LED不限于LED的物理和/或电气封装类型。例如，如上面讨论的，LED可以指代具有多个管芯的单个照明器件，所述多个管芯被配置为分别发出辐射的不同光谱(例如，其可以或者不可以单独地可控)。此外，LED可以与被视为LED(例如，一些类型的白色LED)的整合部分的磷光体相关联。一般地，术语LED可以指代封装的LED、未封装的LED、表面安装的LED、板上芯片的LED、T封装安装的LED、径向封装的LED、功率封装的LED、包括一些类型的装箱(encasement)和/或光学元件(例如，漫射透镜)的LED等。

术语“光源”应当理解为指代各种辐射源中的任何一个或多个，所述辐射源包括但不限于基于LED的源(包括如上面定义的一个或多个LED)、白炽源(如，钨丝灯、卤素灯)、荧光灯源、磷光源、高强度气体放电源(例如，钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤化物灯)、激光、其它类型的电致发光源、火发光源(如，火焰)、蜡烛发光源(例如，气罩、碳弧辐射源)、光致发光源(例如，气体放电源)、使用电子饱和(electronic satiation)的阴极发光源、电流发光源(galvano-luminescent source)、晶体发光源、电视显像管发光源、热发光源、摩擦发光源、超音波发光源、辐射发光源、发光聚合物。

给定的光源可以配置为产生可见光谱内、可见光谱外或者两者的组合的电磁辐射。因而，术语“光”和“辐射”在此可互换地使用。另外，光源可以包括作为集成组件的一个或多个滤波器(例如，滤色器)、透镜或其它的光学组件。此外，应当理解，光源可以配置用于各种应用，包括但不限于指示、显示和/或照明。“照明源”是具体配置为产生具有充足强度的辐射以有效地照亮内部或外部空间的光源。在此上下文中，“充足强度”指代在空间或环境中产生的用以提供环境亮度的可见光谱中的充足辐射功率(单位“流明”经常用于在辐射功率或者“光通量”方面表示从所有方向上的光源输出的全部光)(即，可能被间接地察觉到的光，以及例如在全部或者部分被察觉到之前可能从各种干预表面的一个或多个反射的光)。

术语“照明器材”在此用于指代一个或多个照明单元按照特定形状因素、装配或封装的实施或设置。术语“照明单元”在此用于指代包括相同或不同类型的一个或多个光源的设备。给定的照明单元可以具有各种用于光源的安装设置、包围/容纳设置和形状、和/或电气和机械连接配置中的任何一个。另外地，可选择地，给定的照明单元可以与关于光源的操作的各种其它组件(例如，控制电子线路)相关联(例如包括：所述照明单元与所述其它组件耦接和/或与所述其它组件封装在一起)。“基于LED的照明单元”指代包括如上面讨论的、单独的或者与其它不基于LED的光源组合的一个或多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元指代这样的基于LED或者不基于LED的照明单元：其包括被配置为分别产生辐射的不同光谱的至少两个光源，其中每个不同的源光谱可以称为多通道照明单元的“通道”。

术语“控制器”在此通常用于描述与一个或多个光源的操作有关的各种设备。控制器可以以多种方式加以实施(例如，利用专用硬件)以进行在此讨论的各种功能。“处理器”是采用可以使用软件(例如，微代码)来编程的一个或多个微处理器来执行本文讨论的各种功能的控制器的示例。控制器可以通过或不通过采用处理器加以实施，并且还可以实施为用以执行一些功能的专用硬件和用以进行其它功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电子线路)的组合。本公开的各种实施例中可以采用的控制器组件的示例包括但不限于传统的微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在一个网络实现中，耦合到网络的一个或多个设备可以用作用于耦合到网络一个或多个设备的控制器(例如，在主/从关系中)。在另一实现中，网络化的环境可以包括一个或多个专用控制器，器被配置成控制耦合到网络的设备的一个或多个。一般地，耦合到网络的多个设备各自具有到呈现在通信介质或者媒体上的数据的访问权；然而，给定的设备可以是“可寻址的”，因为它被配置成例如基于分配给它的一个或多个特定标识符(例如，地址)来选择性地与网络交换数据(即，从网络接收数据和/或发送数据)。

本文使用的术语“网络”指代两个或多个设备(包括控制器或处理器)的任何互联，该两个或多个设备促进耦合到网络的任意两个或多个设备之间和/或在多个设备间的信息传输(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等)。如将容易理解的，适合于互联多个设备的网络的各种实现可以包括多中网络拓扑的任何一个并且利用多种通信协议的任何一个。此外，在根据本公开的各种网络中，两个设备间的任何一个连接可以表示两个系统间的专用连接，或者可替换地，非专用连接。此外，除了承载意图用于的两个设备的信息，这种非专用连接可以承载并非意图用于的两个设备的任一个的信息(例如，开放网络互连)。此外，应当易于理解本文所讨论的各种设备网络可以使用一种或多种无线、有线/线缆、和/或光纤链路以促进贯穿网络的信息传输。

应当理解到的是，前述概念和下面更详细讨论的另外概念(假设这些概念并非相互不一致)的所有组合可以考虑为在此讨论的本创造性主题的一部分。具体地，将此公开的末尾出现的所要求保护主题的所有组合考虑为在此公开的本创造性主题的一部分。还应当理解的是，这里明确采用的、也可以出现在通过引用的方式所并入的任何公开中的专业术语应当被给予与在此公开的特定概念最一致的意义。

附图说明

在附图中，同样的参考符号贯穿不同的视图通常指代相同或相似的部分。此外，附图不一定按比例，而是通常将重点置于图示本发明的原理。

图1A-图1B示出了在照明系统中存在和不存在调光器的波形。

图2是示出根据代表性实施例的可调光的照明系统的框图。

图3是示出根据代表性实施例的用于照明系统的控制电路的电路图。

图4A-图4C示出根据代表性实施例的调光器的采样波形和相应的数字脉冲。

图5是示出根据代表性实施例的检测相位角的处理的流程图。

图6示出根据代表性实施例的具有和不具有调光器的照明系统的采样波形和相应的数字脉冲。

图7是示出根据代表性实施例的控制由功率转换器向固态照明负载传送的功率的量的处理的流程图。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开特定细节的代表性实施例，从而提供对本教导的透彻理解。然而，对于已经受益于本公开的本领域的普通技术人员而言明显的是，根据本教导、偏离在此公开的特定细节的其他实施例仍然在所附权利要求的范围内。而且，可以省略公知装置和方法的描述，以便不使代表性实施例的描述模糊。这样的方法和装置显然在本教导的范围内。

申请人已经认识和领会到，提供能够在照明系统中检测调光器的存在以及当调光器存在时补偿功率损耗的电路将是有益的。一般地，期望自固态照明负载的输出光量相同，而不管固态照明负载直接连接到没有调光器存在的电压电源上，还是连接到设置在它的最高设置的调光器。另外，用户可以测量或者以其他方式察觉到自具有调光器的电路的固态照明负载输出的光始终低于指定的量和/或低于自不包括调光器的电路的固态照明负载输出的光。同样地，当调光器存在时，它的调光范围(即在最高和最低调光器设置之间输出的光量的差)当在最高调光器设置处的光输出量被校正以补偿调光器的存在时增加。

图2是示出根据代表性实施例的可调光的照明系统的框图，该可调光的照明系统包括调光器存在检测电路、功率转换器和固态照明器材。参照图2，照明系统200包括调光器204和整流电路205，整流电路205提供来自电压电源201的(调光的)整流电压Urect。根据不同的实现，电压电源201可以提供不同的未整流的输入电源电压，例如100VAC、120VAC、230VAC和277VAC。例如，调光器204是相位斩波调光器，其提供响应于它的滑块204a的垂直操作通过对来自电压电源201的电压信号波形的后沿(后沿调光器)或者前沿(前沿调光器)进行斩波来调光的能力。一般地，整流电压Urect的大小与调光器204所设置的相位角成比例，使得较低的相位角(对应于较低的调光器设置)导致较低的整流电压Urect。在描绘的示例中，可以假定滑块204a向下移动以减小相位角，降低由固态照明负载240所输出的光量，以及向上移动以增大相位角，增加由固态照明负载240所输出的光量。因此，如图2所示，当滑块204在它的最大设置处时，相位角最大。

照明系统200还包括调光器存在检测电路210和功率转换器220。调光器存在检测电路210被配置成基于整流电压Urect来确定电路中是否存在(或者不存在)调光器(例如，代表性的调光器204)。功率转换器220从整流电路205接收整流电压Urect，并输出相应的DC电压，以便为固态照明负载240供电。功率转换器220至少基于整流电压Urect的大小和从调光器存在检测电路210接收的功率控制信号来在整流电压Urect和DC电压之间转换，这将在下面讨论。由功率转换器220所输出的DC电压从而反映整流电压Urect和由调光器204所应用的相位角(即，调光电平)。在多种实施例中，功率转换器220以开环或前向反馈的方式工作，例如如在Lys的美国专利No.7,256,554中所描述的，通过引用将该专利结合于此。

如上所述，当调光器204存在于电路中时，总是存在有调光器204引起的某种程度的相位斩波，即使当调光器204处于其最高调光器设置(对应于没有调光或者在连接了调光器时的最高等级的光输出)。因此，当存在调光器204时，存在在输入处看到的至功率转换器220的RMS电压降低。在不存在补偿的情况下，降低的RMS电压将降低由功率转换器220向固态照明负载240传送的功率的量，导致降低的最大光输出。因此，调光器存在检测电路210被配置成控制功率转换器220以向向固态照明负载240传送的功率添加补偿量，使得在存在调光器204时由固态照明负载240输出的最大光与在不存在调光器204时输出的相同。

换句话说，如果不存在调光器204，则电压电源201将直接连接到整流电路205，并且向功率转换器220供应的整流电压Urect将是全整流输入电源电压。此外，功率转换器220的运行点将被设置成输出对应于输入电源电压的额定功率。相较之下，当存在调光器204时，调光器存在检测电路210检测调光器204并且调整功率转换器220的运行点，使得将补偿量添加到输出功率，以补偿由调光器所引入的功率损耗。因此，如果不存在调光器204，则向固态照明负载240传送的功率的量等于将要由功率转换器220所输出的额定功率。

在多种实施例中，调光器存在检测电路210基于整流电压Urect检测(调光器204的)相位角，并且将所检测的相位角与预定的上阈值进行比较。一般地，如下面将详细讨论的，当检测的相位角低于阈值时，调光器存在检测电路210确定存在调光器，并且当检测的相位角大于阈值时，调光器存在检测电路210确定不存在调光器。当然，调光器存在检测电路210可以通过各种可替换的方式来检测调光器的存在(或不存在)，而不偏离本教导的范围。

如上所讨论的，调光器存在检测电路210例如经由控制线路229向功率转换器220输出功率控制信号，功率转换器220动态地调整功率转换器220的运行点。例如，功率转换器220可以将功率控制信号设置到两个电平中的一个。第一电平(例如，电压低)可以表示没有调光器存在，在该情形下，功率转换器220输出基于输入电源电压的额定功率。第二电平(例如，电压高)可以表示存在调光器(例如，调光器204)，在该情形下，功率转换器220输出基于输入电源电压的功率加上具有以下值的补偿量，该值补偿由调光器204的存在所在电路中引入的、对固态照明负载240的功率损耗。因此，向固态照明负载240传送的功率由RMS输入电压和功率控制信号确定。

在多种实施例中，功率控制信号例如可以是脉冲宽度调制(PWM)信号，而不仅仅是连续的高或低的数字信号。PWM信号基于调光器的存在根据预定的占空比在高电平和低电平之间交替。例如，功率控制信号可以具有表示没有调光器存在的第一占空比，在该情形下，功率转换器220输出基于输入电源电压的额定功率。例如，如上所述，第一占空比可以是百分之零的占空比，其是连续的电压低信号。功率控制信号可以具有表示存在调光器的第二占空比，在该情形下，功率转换器220输出基于输入电源电压的功率加上补偿量。例如，如上所述，第二占空比可以是百分之100的占空比，其是连续的电压高信号。

此外，当调光器204处于电路中并且调光器204被设置为低于高设置时，调光器存在检测电路210可以进一步确定特别地对应于实际检测的调光器相位角的功率控制信号的占空比，进一步控制功率转换器220的输出功率。占空比例如可以从百分之零到百分之100，包括期间的任意百分比，以便适当地调整功率转换器220的功率设置以控制由固态照明负载240所发出的光等级。

图3是示出根据代表性实施例的用于照明系统的控制电路的电路图，该照明系统包括调光器存在检测电路、功率转换器和固态照明器材。根据说明性配置，图3中的总体组件类似于图2中的组件，但是相对于各种代表性元件提供了更多细节。当然，可以实现其他的配置而不偏离本教导的范围。参照图3，控制电路300包括整流电路305和调光器存在检测电路(虚线框)。如上面相对于整流电路205所讨论的，整流电路305直接连接到电压电源，或者连接到连接在整流电路305和电压电源之间的调光器以接收未整流电压(由热输入(hot input)和中性输入所示)。在所描绘的配置中，整流电路305包括连接在整流电压节点N2和接地之间的四个二极管D301-D304。整流电压节点N2接收整流电压Urect，并通过与整流电路305并联连接的输入滤波电容器C315连接到接地。

调光器存在检测电路310基于整流电压Urect执行相位角检测处理。当存在调光器时，基于在整流电压Urect的信号波形中存在的相位斩波的程度(例如，如图1A所示)，检测到对应于由调光器所设置的调光电平的相位角。当不存在调光器时，如所检测的相位角所表示的，在信号波形中没有相位斩波(例如，如图1B中所示)。

调光器存在检测电路310然后基于所检测的相位角来确定是否存在调光器，并从数字输出319向功率转换器320输出功率控制信号，功率转换器320的值取决于是否存在调光器和/或调光器的相位角。功率转换器320基于整流电压Urect和由调光器存在检测电路310所提供的功率控制信号来控制LED负载340的操作，该LED负载包括串联连接的代表性的LED 341和342。这使得调光器存在检测电路310能够基于所检测的相位角和/或是否存在调光器的确定来选择性地调整从输入电源向LED负载340传送的功率的量。在多种实施例中，功率转换器320以开环或前向反馈的方式工作，例如如在Lys的美国专利No.7,256,554中所描述的，通过引用将该专利结合于此。

在所描述的有代表性的实施例中，调光器存在检测电路310包括微控制器315，微控制器315使用整流电压Urect的信号波形来确定相位角。微控制器315包括连接在第一二极管D311和第二二极管D312之间的数字输入318。第一二极管D311的阳极连接到数字输入318，阴极连接到电压源Vcc，并且第二二极管112的阳极连接到接地，阴极连接到数字输入318。微控制器315还包括数字输出319。

在多种实施例中，例如，微控制器315可以是PIC 12F683器件，其可从微芯科技公司(Microchip Technology，inc.)获得，功率转换器320可以是L6562，其可从ST Microelectronics获得，但是也可以包括其他类型的微控制器、功率转换器、或其他处理器和/或控制器而不脱离本教导的范围。例如，微控制器315的功能可以通过一个或多个处理器和/或控制器来实现，如上所述，其被连接以接收第一二极管D311和第二二极管D312之间的数字输入，并且可以利用软件或固件(例如存储在存储器中)来编程微控制器以执行本文所描述的各种功能，或者其可以被实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关的电路)的组合。如上所述，可以在多种实施例中使用的控制器元件的示例包括但不限于传统的微处理器、微控制器、ASIC和FPGA。

调光器存在检测电路310还包括多种无源电子元件，例如第一电容器C313和第二电容器C314，以及由代表性的第一电阻R311和第二电阻R312所表示的电阻。第一电容器C313连接在微控制器315的数字输入318和检测节点N1之间。第二电容器C314连接在检测节点N1和接地之间。第一电阻R311和第二电阻R312在整流电压节点N2和检测节点N1之间串联连接。在所描绘的实施例中，例如，第一电容器C313可具有约为560pF的值，并且第二电容器C314可具有约10pF的值。此外，例如，第一电阻R311可具有约1兆欧姆的值，第二电阻R312可具有约1兆欧姆的值。但是，第一电容器C313和第二电容器C314、以及第一电阻R311和第二电阻R312的相应值可以变化以以便对于任何特定的场合提供独特的益处，或者满足各种实现的特定应用的设计需求，这对本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。

整流电压Urect是耦合到微控制器315的数字输入318的AC。第一电阻R311和第二电阻R312将电流限制到数字输入318。当整流电压Urect的信号波形变高时，第一电容器C313通过第一电阻R311和第二电阻R312在上升沿充电。例如，在第一电容器C313充电时，第一二极管D311将数字输入318钳位到电压源Vcc之上一个二极管压降。只要信号波形非零，第一电容器C313保持充电。在整流电压Urect的信号波形的下降沿，第一电容器C313通过第二电容器C314放电，并且数字输入318被第二二极管D312钳位到接地之下一个二极管压降。当使用后沿调光器时，信号波形的下降沿对应波形的斩波部分的开始。只要信号波形是零，第一电容器C313保持放电。因此，如图4A-图4C中的示例，在数字输入318处所得到的逻辑电平数字脉冲紧跟斩波的整流电压Urect的运动。

更具体地说，图4A-4C示出了根据代表性的实施例的在数字输入318处的采样波形和相应的数字脉冲。在每幅图中，顶部波形描绘了斩波的整流电压Urect，其中斩波量反映了调光电平。例如，波形可以描绘完整的170V(或对欧洲而言是340V)峰的一部分，在调光器的输出出现的整流正弦波。底部的方波描绘在微控制器315的数字输入318看到的相应的数字脉冲。值得注意的是，每个数字脉冲的长度对应于斩波的波形，并且从而等于调光器的内部开关“打开”的时间量。通过经由数字输入318接收数字脉冲，微控制器315能够确定调光器已经设置的电平。

图4A示出了当调光器处于它的最高设置(由波形旁边示出的调光器滑块的顶部位置所示)时整流电压Urect的采用波形和相应的数字脉冲。图4B示出了当调光器处于中间设置(由波形旁边示出的调光器滑块的中间位置所示)时整流电压Urect的采用波形和相应的数字脉冲。图4C示出了当调光器处于它的最低设置(由波形旁边示出的调光器滑块的底部位置所示)时整流电压Urect的采用波形和相应的数字脉冲。

图5是示出根据代表性实施例的用于检测调光器的相位角的处理的流程图。该处理例如可以通过由图3中所示的微控制器315执行的、或者更一般地由处理器或者控制器(例如，图2中所示的调光器存在检测电路210)执行的固件和/或软件来实现。

在图5的块S521中，例如通过第一电容器C313的初始充电来检测输入信号的数字脉冲的上升沿(例如，由图4A-图4C中的底部波形的上升沿所示)。例如，在块S522，开始在微控制器315的数字输入318处进行采样。在所描绘的实施例中，以等于略低于电源半周期的预定时间数字地对信号进行采样。每次对信号进行采样，在块S523确定采样具有高电平(例如，数字“1”)还是低电平(例如，数字“0”)。在所描绘的实施例中，在块S523进行比较以确定采样是否是数字“1”。当采样为数字“1”时(块S523：是)，计数器在块S524递增，以及当采样不是数字“1”时(块S523：否)，在块S525插入小的延迟。插入延迟以使得(例如，微控制器315的)时钟周期的数目相等，而不管采样确定为数字“1”还是数字“0”。

在块S526中，确定是否已经采样了整个电源半周期。当电源半周期没有完成时(块S526：否)，则处理返回到块S522以再次在数字输入318处对信号进行采样。当电源半周期完成时(块S526：是)，停止采样，并且在块S527中，将在块S524中累积的计数器值确定为当前的相位角，并且将计数器重置到零。如上述所述的示例，计数器的值可被存储在存储器中。微控制器315然后可以等待下一个上升沿，以再次开始采样。

例如，可以假定微控制器315在电源半周期期间进行了255个采样。当通过滑块将调光电平或相位角设置为在或者靠近它的范围的顶部(例如，如图4A和图6所示)，则在图5的块S524，计数器将递增到约255。当通过滑块将调光电平设置为靠近它的范围的底部(例如，如图4C所示)，则在块S524，计数器将递增到仅约10或20。当将调光电平设置为在它的范围的中间某处时(例如，如图4B所示)，则在块S524，计数器将递增到仅约128。计数器的值从而给出调光器已经设置的或者调光器的相位角的电平或者调光器的相位角的精确指示。在多种实施例中，可以使用计数器值的预定函数例如通过微控制器315来计算相位角，其中该函数可以变化，以便对于任何特定的场合提供独特的益处，或者满足各种实现的特定应用的设计需求，这对本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。

因此，可以使用最小无源元件或者微控制器的数字输入结构(或者其他的处理器或控制器电路)来电子地检测相位角。在一个实施例中，使用AC耦合电路、二极管钳位的数字输入的结构的微控制器、和执行以确定调光器设置电平的算法(例如，以固件、软件和/或硬件实现)来实现相位角检测。此外，可以使用最小元件计数并利用微控制器的数字输入结构来测量调光器的条件。

图6示出了根据代表性实施例的采样波形和具有和不具有调光器的照明系统的的相应数字脉冲。参照图6，波形的顶部设置示出了整流输入电源电压和连接了调光器(由相邻的调光器开关所示)的相应的检测的逻辑电平数字脉冲。图6中所描绘的波形的顶部设置类似于图4A中所描绘的波形的设置，其中调光器在它的最高设置。图6的波形的底部设置示出了整流输入电源电压和不具有连接的调光器(由穿过相邻调光器开关的“X”所示)的相应的逻辑电平数字脉冲。虚线601表示对应于调光器存在的代表性上电平阈值。上电平阈值可以以各种方式确定，包括在它的最高设置处凭经验来测量调光器的“打开”时间，从制造商数据库获得“打开”时间等。

如上所述，如在波形的顶部设置中所示，相位斩波调光器即使在它的最高设置也并不允许全整流的电源电压正弦波通过，而是斩波每个波形的一部分。相比较而言，没有连接调光器的情形，如在波形的底部设置中所示，全整流的电源电压正弦波能够通过。例如，如果根据调光器存在检测电路310所确定的数字脉冲不会延伸超出上电平阈值(如波形顶部设置所示)，则确定调光器存在。如果数字脉冲延伸超出上电平阈值(如波形底部设置所示)，则确定调光器不存在。

图7是示出根据代表性实施例控制由功率转换器向固态照明负载传送的功率的量的处理的流程图。该处理例如可以通过由图3中的微控制器315执行的、或者更一般地由处理器或者控制器(例如，图2中所示的调光器存在检测电路210)执行的固件和/或软件来实现。

在块S721中，确定相位角。例如，根据图5中所示的算法检测相位角，或者从存储器获得(例如，其中的相位角信息在块S527中被存储)相位角。在块S722中，确定相位角(例如，数字脉冲的长度)是否小于预定阈值(例如，上电平阈值501)。当然，在可替换的实施例中，可以确定检索到的相角是否大于(与小于相反)上电平阈值，而不脱离本教导的范围。

在所描绘的实施例中，当确定相位角不小于(例如，大于)上电平阈值(块S722：否)，这表明在电路中不存在调光器。因此，向功率转换器320的电压输入与(整流的)电源输入电压相同。因此，在块S723，调光器存在检测电路310将功率控制信号设置到预定的额定值，并且在块S725，向功率转换器320发送功率控制信号。作为响应，设置功率转换器320的运行点使得功率转换器320向LED负载340传送对应于电源输入电压的额定功率。

当确定相位角小于上电平阈值(块S722：是)，这表明在电路中存在调光器。因此，若无补偿，向功率转换器320的电压输入将小于(整流的)电源输入电压。因此，在块S724，调光器存在检测电路310将功率控制信号设置到预定的调整值，并且在块S725，向功率转换器320发送功率控制信号。作为响应，调整功率转换器320的运行点使得功率转换器320向对应于功率转换器320的输入电压的功率添加补偿量。功率补偿量补偿功率转换器320看到的由于调光器的电源输入电压的降低所引起的功率损耗。因此，功率转换器320向LED负载340传送增加的功率，其与对应于电源输入电压的额定功率相同，以使得向LED负载340传送的功率与当不存在调光器时所传送的功率相同。

功率控制信号的补偿量和调整值可以在设计和/或制造阶段凭经验确定。例如，可以测量在电路中具有和不具有调光器而至LED负载340的功率，其中调光器被设置到最高设置(即，最少的调光量，并且从而最高的光输出电平)。补偿量是具有和不具有调光器而测量的至LED负载340的功率的差。当检测到调光器时，微控制器315然后可以被编程来产生功率控制信号来控制功率转换器320的运行点，以传送额外的补偿量。可替换地，如对本领域普通技术而言所显而易见的，可以从理论上来确定功率控制信号的补偿量和调整值，而不脱离本教导的范围。

因此，可以使用最小无源元件或者微控制器的数字输入结构(或者其他的处理器或处理电路)来电子地检测到调光器的存在或不存在。在一个实施例中，使用AC耦合电路、二极管钳位的数字输入结构的微控制器、和执行以二元确定调光器存在的算法(例如，以固件、软件和/或硬件实现)来实现调光器检测。

调光器存在检测电路和关联的算法例如可以用于期望获知电子变压器是否连接以作为相位斩波调光器的负载的多种场合。在确定了存在或不存在调光器之后，可以改善固态照明器材(例如LED)相对于调光器的兼容性。这种改善的示例包括如果不存在调光器，则补偿由于调光器的完全“打开”的相位斩波的高端功率损耗，通过关断不必要的功能来提高效率，以及如果存在调光器，则在排放负载(bleeding load)中切换以辅助调光器的最小负载需求。

在多种实施例中，调光器存在检测电路和关联的算法例如还可以用于还期望获知相位斩波调光器的精确相位角的场合(即，在已经确定了存在调光器之后)。例如，至相位斩波调光器的作为负载运行的电子变压器可以使用这种电路和方法以确定相位角。在获知了相位角之后，可以改善调光范围以及固态照明器材(例如LED)相对于调光器的兼容性。这种改善的示例包括使用调光器设置来控制灯的色温、调光器可以就地处理的最小负载、确定调光器何时不规律地就地运行、增加光输出的最大和最小范围、创建至滑块位置曲线的定制的调光。

一般地，根据各种实施例的高端功率损耗校正和算法可以用于可调光的电子镇流器或者连接到调光器或者直接连接到电压电源的场合，并且期望在调光器的高端具有与当将镇流器直接连接到电压电源而无调光器时的光输出相同的光输出。在多种实施例中，例如微控制器315的功能可以通过一个或多个处理电路来实现，由硬件、固件或软件结构的任意组合来构造，并且可以包括用于存储可执行软件/固件可执行代码的存储器(例如，非易失性存储器)，该可执行软件/固件可执行代码使得其能够执行各种功能。例如，可以使用ASIC、FPGA等来实现该功能。

虽然在此已经描述和说明了若干创造性实施例，但是本领域将会容易地想到用于执行所述功能和/或获得所述结果和/或本文描述的一个或多个优点的各种其他的部件和/或结构，并且这些变型和/或修改中的每一个均被认为是在本文描述的创造性实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将会容易地领会到的是，本文描述的所有参数、尺度、材料和配置都意为示例性的，并且实际的参数、尺度、材料和/或配置都将取决于本创造性教导所用于的特定应用。

本领域技术人员将认识到或者能够确信把只不过是常规的实验、许多等效物用于本文描述的特定创造性实施例。因此，要理解的是，前述实施例只是通过示例的方式给出，并且在所附权利要求和其等效物的范围内，可以用不同于特别描述和要求保护的实施例来实施创造性的实施例。本公开的创造性实施例针对于本文描述的每个单独的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法。另外，两个或更多个这种特征、系统、制品、材料、套件和/或方法的任何组合(如果这些特征、系统、制品、材料、套件和/或方法不是相互不一致)包括在本公开的创造性范围内。

本文定义和使用的所有定义应当理解为通过字典定义、利用引用并入的文献中的定义和/或所定义的术语的普通意义进行控制。

除非相反地清楚指出，否则本文在说明书和在权利要求中使用的不定冠词“一”和“一个”应当理解为意思是“至少一个”。

说明书中和权利要求书中使用的措辞“和/或”应当理解为意思是如此联合的元件(即：在一些情况下联合地出现的和在其它情况下可分离地出现的元件)中的“任何一个或两者”。用“和/或”列出的多个元件应当以相同的形式解释，即，如此联合的元件中的“一个或多个”。除了由“和/或”子句特别标识的元件之外，其它的元件可以可选择地出现，而不管与特别标识出的那些元件有关还是无关。

如本文在说明书中和权利要求中使用的，对于一个或多个元件的列表的引用中的措辞“至少一个”应当理解为意思是从元件列表中的任何一个或多个元件中选择出的至少一个元件，而不一定包括元件列表内特别列出的每一个元件中的至少一个，并且不排除元件列表中元件的任何组合。此定义还允许除了在措辞“至少一个”指代的元件的列表内特别标识的元件之外，元件可以可选择地出现，而不管与特别标识出的那些元件有关还是无关。由此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或者，等效地，“A或B中的至少一个”，或者，等效地，“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指代至少一个(可选择地，包括多于一个)A，而B不出现(并且可选择地包括除了B以外的元件)；在另一实施例中，指代至少一个(可选择地包括多于一个)B，而A不出现(并且可选择地包括除了A以外的元件)；在又一实施例中，指代至少一个(可选择地包括多于一个)A和至少一个(可选择地包括多于一个)B(并且可选择地包括其它的元件)；等等。

还应当理解，除非相反地清楚指出，否则在这里要求保护的包括超过一个的步骤或动作的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序不一定限于方法的步骤或动作被叙述的顺序。此外，附图标记(若有的话)仅是为了方便而提供在权利要求中，而并非要以任何方式解释为限制权利要求。

在权利要求以及上述说明中，诸如“包括”、“包含”、“承载”、“具有”、“含有”“涉及”、“持有”、“组成”等所有的过渡措辞被理解为是开放式的，即意图包括但不限于。仅过渡措辞“由……组成”和“实质上由……组成”分别是封闭式的或半封闭式的过渡措辞。

Claims (17)

1.一种控制由功率转换器(220)向固态照明负载(240)传送的功率的量的方法，所述方法包括：

基于来自电压源(201)的整流输入电压来确定在所述电压源和所述功率转换器(220)之间是否存在调光器(204)；以及

当确定存在调光器(204)时，调整所述功率转换器(220)的运行点以向由所述功率转换器向所述固态照明负载(240)传送的功率的量增加补偿量，使得所增加的功率的量等于当调光器不存在时由所述功率转换器所传送的功率的量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否存在调光器包括：

基于所述整流输入电压的信号波形来检测相位角；

将所述检测的相位角与预定的阈值进行比较；以及

当所述检测的相位角小于所述阈值时确定存在调光器。

3.根据权利要求2所述的方法，其中检测相位角包括：

对相应于所述信号波形的数字脉冲进行采样；以及

确定所述采样的数字脉冲的长度，如果调光器存在，所述长度对应于所述调光器的调光电平。

4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述检测的相位角与所述阈值进行比较包括将至少一个数字脉冲的长度与所述阈值进行比较。

5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述检测的相位角小于所述阈值时确定存在所述调光器包括确定所述至少一个数字脉冲的长度小于所述阈值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述功率转换器的运行点包括于将功率控制信号设置到相应于将由所述功率转换器传送的功率的增加量的预定的调整值，其中所述调整值包括具有第一占空比的脉冲宽度调制(PWM)信号。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括当确定不存在所述调光器时保持所述功率转换器的额定运行点。

8.根据权利要求7所述的方法，其中保持所述功率转换器的运行点包括：

当不存在调光器时，将所述功率控制信号设置到相应于将由所述功率转换器传送的功率的量的预定的额定值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述额定值包括具有第二占空比的PWM信号。

10.一种用于控制向固态照明负载传送的功率的系统，所述系统包括：

功率转换器，其被配置成响应于源自电压电源的整流输入电压向所述固态照明负载传送预定的额定功率；以及

调光器存在检测电路，其被配置成确定在所述电压电源和所述功率转换器之间是否连接有调光器，以生成功率控制信号并且向所述功率转换器提供所述功率控制信号，所述功率控制信号当存在所述调光器时具有第一值，当不存在所述调光器时具有第二值，

其中，所述功率转换器响应于所述功率控制信号的所述第一值将输出功率增加补偿量，所述增加的输出功率等于所述额定功率。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述功率转换器响应于所述功率控制信号的所述第二值不增加所述输出功率，所述输出功率等于所述额定功率。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述功率控制信号的所述第一值包括具有第一占空比的脉冲宽度调制(PWM)信号，以及所述功率控制信号的所述第二值包括具有第二占空比的PWM信号，所述第二占空比不同于所述第一占空比。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一占空比包括百分之100的占空比，以及所述第二占空比包括百分之0的占空比。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述调光器存在检测电路通过基于所述整流输入电压的信号波形来检测相位角来确定是否连接有调光器，将所述检测的相位角与预定的阈值进行比较，以及当所述检测的相位角小于所述阈值时确定存在所述调光器。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述调光器存在检测电路包括：

包括数字输入的处理器；

连接在所述数字输入和电压源之间的第一二极管；

连接在所述数字输入和接地之间的第二二极管；

连接在所述数字输入和检测节点之间的第一电容器；

连接在所述检测节点和接地之间的第二电容器；以及

连接在所述检测接点和整流电压节点之间的电阻，所述整流电压节点接收所述整流输入电压，

其中所述处理器被配置成在所述数字输入处基于所述整流输入电压对数字脉冲进行采样，并且基于所述采样的数字脉冲的长度来识别所述相位角。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述第一电容器通过所述电阻在所述整流输入电压的信号波形的上升沿上充电，并且在所述第一电容器充电时，所述第一二极管将所述数字输入pin钳位到所述电压源之上一个二极管压降，提供具有对应于所述信号波形的长度的数字脉冲，并且其中所述第一电容器通过所述第二电容器在所述信号波形的下降沿放电，并且在所述第一电容器放电时，所述第二二极管将所述数字输入pin钳位到接地之下一个二极管压降。

17.一种控制功率转换器以向对应于来自电压电源的输入电压的发光二极管(LED)光源传送预定的额定功率的方法，不管在所述电压电源和所述功率转换器之间的电路中是否存在调光器，所述方法包括：

基于整流输入电压的信号波形来检测相位角；

将所述检测的相位角与预定的阈值进行比较；

当所述检测的相位角低于所述预定的阈值时，将所述功率控制信号设置到调光器值，并且向所述功率转换器提供所述功率控制信号，使得所述功率转换器将输出功率增加到所述预定的额定功率并且使得所述功率转换器向所述LED光源传送所述增加的输出功率；以及

当所述检测的相位角不低于所述预定的阈值时，将所述功率控制信号设置到非调光器值，并且向所述功率转换器提供所述功率控制信号，使得所述功率转换器向所述LED光源传送输出功率而不增加所述输出功率，所述输出功率等于所述预定的额定功率。

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