涉及照明系统的改进的制作方法

专利名称：涉及照明系统的改进的制作方法
涉及照明系统的改进
本发明涉及照明系统，并且具体地涉及用于固态光源的功率适配器。
近来，诸如发光二极管(LED )之类的固态光源已被结合到传统照明 系统中，尤其是在家用设置中发现的那些照明系统。LED是电流驱动的 器件，其亮M本上与它们的正向电流成比例。因此在传统上，固态光源 会由功率适配器驱动，该功率适配器通常^^用脉宽调制(PWM)来调节 通过光源的电流，并且调整电流以《更控制光输出的强度。具体地，如WO 2006/018604中描述的那样，包括多个固态光源的固态照明单元已在家用 设置中变得流行，以便提供所谓的"情绪"照明。通过提供三种不同颜色 的发光二极管(通常为红、绿和蓝)，并且通过独立地改变来自每个不同 颜色组的光输出的强度，可以改变LED照明单元的光输出的总体颜色。
一种调节LED电流的传统方法是用恒流电源驱动LED。具体地，恒 流电源通常调节电流感测电阻器两端的电压，4吏得驱动LED的恒定电流 由电源的参考电压和电流感测电阻器的值来确定。然而，由于温度和制造 偏差，LED通常具有公差范围之内的在器件之间变化的正向电位差。因 此使用恒流电源的缺点在于，不同LED的光输出的总功率并从而其强度 很可能不同。这可能导致照明单元之间不均匀的光输出。
在WO 2006/018604中，对于具有白炽和固态照明单元两者的照明系 统，描述了若干功率适配器和调光控制器。这些现有的功率适配器能够4吏 用传统的脉宽调制(PWM)或者4吏用如WO 2007/026170所述的平方幂 律锯齿技术通过产生用于LED的驱动信号来控制光输出的强度和/或颜色 特性，使得LED驱动电流的占空比(或接通持续时间)的变化引起经由 功率适配器可用于LED的平均电流量的相应变化。这个电流调节级通常 是处理器控制的闭环，其由开关式电源馈送以降低主电源的电压。然而， 这样的功率适配器可以造成从主电源汲取谐波电流，这可能违反了 IEC 标准，IEC标准对可以从主电源汲取的电流谐波的范围幅度施加了限制。
现在已设计了改进的功率适配器，其克服了或显著减轻了与现有技术 相关联的上述缺点和/或其它缺点。
根据本发明的第 一方面，提供了 一种用于 有固态光源的照明单元的功率适配器，所述功率适配器包括输入端，用于连接到主电源；功率传 送模块，其耦合到所述输入端，并且提供适合于驱动所述固态光源的输出； 以及控制器，其从所述输入端接收电压信号，并且能够将控制信号递送到 所述功率传送模块以便减少从所述输入端汲取的功率，其中，所述功率适 配器从所述输入端汲取作为所述输入端处的电压的函数的电流，以便所述 功率适配器对于所述主电源表现为可变电阻器。
根据本发明的功率适配器大体上是有利的，因为功率适配器和连接的 固态光源对于主电源会表现为可变电阻器，所以固态光源会4象传统的灯丝 灯泡一样起作用。来自固态光源的光输出的强度因此可以由外部功率减少 装置控制。代替地，来自固态光源的光输出的强度可以由外部功率减少装 置和能够减少从功率适配器的输入端汲取的功率的内部控制器的组合来 控制。例如，内部控制器可以适合于当最大功率量可用时4吏从功率适配器 的输入端汲取的功率减少，然后随着可用的功率量下降而减轻该减少，从 而使固态光源遵循非线性调光曲线。
根据本发明的功率适配器的进一步优点在于，典型地为发光二极管 (LED)的固态光源可以被提供以预定平均功率，以便实现期望的光输出 强度。功率适配器因此使得能够实现具体的光输出强度，而不管LED的 正向电位差。最优选地，提供给LED的平均功率基本上等于在功率适配 器的输入端处汲取的平均功率。功率适配器和连接的LED因此会在以下 方面〗象连接到功率减少装置时的传统钨丝灯泡一样起作用其光输出的强 度会随着从输入端汲取的功率减少而固有地减少，因此功率适配器并不调 节对LED的恒定输出。
功率适配器从输入端汲取作为输入端处的电压的函数的电流，以便功 率适配器对于主电源表现为可变电阻器。这优选地通过以下实现(i)使 功率适配器的输入端处的电容最小化；(ii)从输入端汲取正弦电流波形， 其与输入端处的正弦电压波形基本上同相；以及(iii)汲取与电压成比例 的电流，使得电流随着电压下降而下降。这些特征减少了从主电源汲取的 谐波电流和电流失真，并且通过去除出现在主电源的电容性负载而增加了 功率适配器的功率因数和效率。事实上，这些特征使得功率适配器和连接 的固态光源能够作为传统的灯而出现在主电源。
固态光源优选地是发光二极管(LED)或者一连串的两个或更多个 LED。由于LED或者一连串的两个或更多个LED两端的电位差基本上 恒定，所以功率适配器优选地控制从输入端汲取的电流，以4更维持从输入端汲取的平均功率基本上恒定在预定值。预定平均功率优选地至少部分地 由参考信号确定，所述参考信号可以包括由控制器提供的控制信号。
功率适配器优选地适合于从输入端汲取电流，该电流与输入端处的电 压基本上成比例。特别地，功率传送模块优选地适合于从输入端汲取正弦 电流波形，该正弦电流波形与输入端处的正弦电压波形基本上同相，并且 功率传送模块和/或控制器优选地包括倍增器，该倍增器确定了会导致从 输入端汲取的预定平均功率的电流和电压之间的比例关系。功率传送模块 和/或控制器优选地适合于感测功率适配器的输入端处的电压波形，并且 基于该电压波形确定将要从输入端汲取的所需电流。功率适配器优选地包 括电压监视器，该电压监视器提供功率适配器的输入端处的电压的减少的 幅度表示。
功率传送模块可以包括功率因数校正电路。然而，功率传送模块的功
率因数校正电路优选地不同于传统的功率因数校正电5Mi处在于，它不包
括来自LED的反馈环，并因此相对于LED的控制是开环电路。在这种情 况下，功率因数校正电路优选地包括倍增器，该倍增器确定了会导致从输 入端汲取的预定平均功率的电流和电压之间的比例关系。预定平均功率作 为输出功率被传送到LED，使得LED由从输入端汲取的功率而不是供应 给LED的电流来控制。预定平均功率优选地至少部分地由参考信号确定， 所述参考信号可以包括控制器的控制信号，并且优选地还由电流感测电阻 器确定。从输入端汲取的电流优选地由诸如MOSFET之类的电子开关控 制，所述电子开关优选地与电流感测电阻器串联。
代替地，功率传送模块可以包括LCL串并联谐振电路，该LCL串 并联谐振电路适合于从输入端汲取正弦电流波形，该正弦电流波形与输入 端处的正弦电压波形基本上同相。然而，在这种情况下，功率适配器的控 制器优选地确定会导致从输入端汲取的预定平均功率的电流和电压之间 的比例关系，并因此充当上面讨论的倍增器。
功率传i^块优选地在其输出端包括变压器和一个或多个二极管，由 此将输出的功率信号递送到光源。变压器将光源与主电源隔离，并且一个 或多个二极管确保不会有破坏光源的反向电流出现。
功率传送模块和/或控制器的控制电路可以由集成电源供电，或者由 与功率传送模块的输出端的连接端供电。
在功率传送模块和/或控制器的控制电路由集成电源供电的情况下，这个电源优选地直接从主电源汲取功率，最优选地经由功率适配器的输入 端汲取功率。特别地，电源优选地是恒流电源如开关式恒流调节器，其优 选地不造成过度的浪涌并且成本低廉。控制电路优选地适合于在电源周期
的断开时期期间、例如当功率适配器连接到TRIAC或类似器件时自动停 止运转，以便恒流装置可以功率低并从而效率高。
在控制电路由与功率传送模块的输出端的连接端供电的情况下，所述 连接端优选地借助于功率传送模块的输出端处的变压器上的辅助绕组产 生。在这种情况下，功率适配器优选地包括可变电阻电路，其在功率传送 模块的输出端处，使得即使当固态光源已被充分调暗时，在功率传送模块 的输出端处也能够有足够的功率可用，以对控制电路进行供电。特别地， 可变电阻电路优选地随着向固态光源供应的功率减少而电阻增加。可变电 阻电路因此优选地被提供以控制信号，该控制信号优选地来源于由控制器 向功率传iH^块供应的控制信号。最优选地，用于这个控制信号的路径包
括隔离部件如光隔离器，以^更将固态光源与主电源相隔离。
功率传送模块优选地还包括故障检测电路，其在例如可能由光源的故 障或断开造成的负载被去除的情况下禁用该模块。故障检测电路优选地包 括光隔离器，以便维持光源与主电源的隔离。这个故障检测电路A^馈电 路，但是优选地在正常操作期间不从功率传送模块的输出端汲取功率，因 此不应当与调节功率输出的有源反馈电路相混淆。故障检测电路只会在故 障状况期间有效，并且对于在正常使用期间控制输出功率而言不是必须 的。
功率传送模块可以适合于驱动单个LED或一连串的LED。功率适配 器优选地包括生成分开的输出的多个功率传送模块。最优选地，从输入端 可用的功率对于功率传送模块中的每一个是等同的，并且输出端驱动分开 的LED和/或一连串的LED.应当注意的是，在没有来自控制器的任何 控制信号的情况下，输出功率会随着输入功率减少而减少，并且因此使得 LED看起来^象^1传统的灯丝灯泡。
控制器优选地适合于提供控制信号，该控制信号改变提供给功率传送 模块的参考信号，并从而改变从输入端汲取的预定平均功率。在功率适配 器包括多个功率传送模块的情况下，控制器优选地能够独立地改变提供给 这些功率传送模块的参考信号。这个特征使得由特定的LED和/或一连串 的LED发出的光强度能够独立地变化。特别地，控制器优选地适合于接 收来自用户接口的命令，该用户接口可以采取与功率适配器串联的功率减少装置的形式；经由硬接线的控制器或无线控制器的串行数据；或者在 功率适配器自身上提供的控制。控制器优选地用一个或多个照明简档编 程，所述一个或多个照明简档确定了提供给功率传送模块的参考信号响应 于来自用户接口的命令而变化的方式。控制器优选地通过输出控制信号来 改变参考信号，所述控制信号优选地使参考信号偏移某一直流电压。
受控制器的控制信号影响的提供给功率传送模块的参考信号的任何 变化优选地在输入功率信号的零交叉点处产生，或者代替地以低于输入功 率信号频率的频率产生，以便功率适配器所汲取的电流基本上保持与输入 端处的电压同相的正弦波，并且电流谐波失真被最小化。进:步的可能性
允许的大的振幅来施加失真，优选地是直流电平调整的锯齿波形。如WO 2007/026170所述，这个锯齿波形利用了平方幂律以便以低电平提供精确 的电流控制。锯齿波形优选地允许随着直流电平朝向控制更高功率移动而 振幅减小，以使特定通道的谐波失真最小化。
由于每个功率传送模块不是功率调节器，所以如果功率减少装置减少 了对于功率适配器的输入端可用的功率，则输出功率会按比例减少。随着 从功率适配器的输入端可用的功率减少，每个功率传送模块会从输入端正 常汲取减少的平均功率，并从而在输出端提供减少的平均功率。然而，每 个功率传送模块可以设计成当最大功率量从功率适配器的输入端可用时， 以比相关LED的最大光输出所需的增加的值维持从输入端汲取的电流， 然后依次通过控制器减少，以仅提供最大输出所需的就此为止的功率。随 着外部功率减少装置降低可用的输入功率，控制器然后可以改变提供^ 个功率传送模块的参考信号，以便从输入端汲取的电流增加，并且输出端 的平均功率因此停留在等于LED针对最大亮度所需的功率。这允许LED 即使当从功率适配器的输入端可用的功率已被减少时也具有最大亮度，直 到从功率适配器的输入端可用的功率会正常等于LED针对最大亮度所需 的功率。这个阚值之下的对于功率传送模块可用的功率的任何减少都必定 会导致LED变暗。
控制器优选地适合于检测主电源的平均电压如均方根(rms)电压， 并且选择在功率适配器的输入端处汲取的电流和功率适配器的输入端处 的电压之间的适当比例关系，以便为主电源的两个或更多个不同平均电压 维持相同的预定平均功率。在功率传送模块和/或控制器包括确定会导致 预定平均功率的电流和电压之间的比例关系的倍增器的情况下，控制器优选地向倍增器提供参考信号，这取决于主电源的平均电压。最优选地，控
制器适合于检测主电源是具有近似110V的rms电压还是具有近似230V 的rms电压，并且向倍增器提供适当的参考信号。特别地，用于llOVrms 电压的参考信号可以是用于230V rms 电压的参考信号的近似200%。
传统上，向LED供应的电流必须由与LED串联的电阻器限制，以便 防止对LED造成破坏。然而，由于根据本发明的功率适配器可以适合于 向LED提供预定平均功率，并且LED的电位差基本上恒定，所以电流会 被调节，而没有对串联电阻器或输出端处的电流感测调节的任何需要。
功率适配器可以在其输入端包括滤波器，用于减少从主电源汲取的谐 波电流。滤波器可以包括小的非电解电容器电感器网络。功率适配器优选 地还在其输入端包括整流器，其将输入的波形转换成恒定极性之一。最优 选地，整流器是全波整流器，其反转交变电流波形的负(或正)部分。尽 管如此，不需要功率适配器在功率传送模块的输入端处提供稳定的直流信 号，并从而优选地不在功率传送模块和功率适配器的输入端之间提供大容 量电容器(也被称为储存电容器或平滑电容器)。事实上，功率适配器优 选地基本上没有电解电容器。这使得电源能够相对于现有技术的用于固态 照明系统的功率适配器以最小的电抗、最小的浪涌电流以及具有减少的尺 寸和成本的长寿命来设计。大容量电容器可以提供在功率传送模块的输出 端，但i^)"于具有传统固态光源的功率适配器的功能不是必须的。
才艮据本发明的功率适配器适合于在利用了任何功率减少装置的照明 系统中^^用，所述功率减少装置用于确定在功率适配器的输入端可用的功 率。特别地，功率减少装置可以是可变电阻器如自耦变压器或变阻器。功 率适配器还能够在这样的照明系统中起作用，所述照明系统包括利用半导 体可控整流器(SCR)相位控制的调光控制器，以^^减少在功率适配器的 输入端可用的功率。然而，在这种情况下，功率传送模块可以适合于从主 电源汲取最小电流，以便在全电源周期期间保持SCR稳定，除非照明单 元被关断，以确保调光控制器的连续起作用。
在当前优选的实施例中，功率传送模块适合于一旦在功率适配器的输 入端存在电压就立刻汲取功率，使得功率传送模块能够进行充分连续和平 滑的传导，以维持在剩余的电源周期期间亂t的TRIAC器件。功率传送 模块的任何集成电路因此当在功率适配器的输入端不存在电压时，例如当 TRIAC器件造成电源周期的断开时期时，优选地维持在备用模式下，并 且适合于一旦存在电压就立刻并连续地汲取功率。最优选地，控制器适合于检测在功率适配器的输入端是否存在电压，并且当在输入端没有检测到 电压时，发送控制信号给功率传送模块的集成电路以将该集成电路切换到 备用模式，并且当在输入端检测到电压时切换到操作模式。"备用模式，， 指的是集成电路被供应以足够的功率来操作，但是功率传送模块不从主电 源汲取足够的功率以驱动固态光源。"操作模式"指的是功率传送模块从 主电源汲取足够的功率以驱动固态光源。
因此，在功率减少装置适合于使功率适配器的输入端的电压每个周期
接通和断开至少一次的情况下，例如使用三端双向可控硅开关(TRIAC )， 控制器优选地适合于无论何时在输入端没有检测到电压时将功率传送模 块的集成电路切换到备用模式，并且无论何时在输入端检测到电压时切换 到操作模式。功率传送模块的集成电路因此可以在备用模式和操作模式之 间每秒切换i午多次，例如对于50Hz的主电源每秒切换100次。这种布置 在来自主电源的全部TRIAC激发时间以低成本维持高效率。
在功率适配器适合于驱动多个固态光源并从而包括多个输出通道的 情况下，控制器优选地能够独立地将多个功率传送模块的集成电路切换到 备用模式。特别地，控制器优选地适合于通过将相关联的功率传送模块的 集成电路切换到备用模式来去激活固态光源。
功率适配器因此可以包括用于高效光源如白光源以及一个或多个较 低效率的光源如彩色光源的输出端。在这个实施例中，功率适配器可以适
合于将一个或多个较低效率的输出端(例如彩色光源)切换到备用模式， 同时以预定功率电平如最大功率电平向高效输出端(例如白光源)揭_供功 率。该布置会导致最大功率电平的非常高的效率。
这种布置还使得这样的照明系统成为可能，在所述照明系统中，照明 单元以最大功率电平提供白光，并且以较低的功率电平提供彩色光效果如 较温暖的白光。特别地，高效光源优选地是高色温白光源，并且一个或多 个较低效率的光源优选地包括彩色光源如琥珀色光源，用于与白光源混和 以产生更加希望的例如较温暖的"白"光。这种布置因此可以鼓励利用较 低的功率电平，这因此可以节省能量而没有最大功率电平的任何效率损 失。
在功率适配器的控制电路由集成的恒流电源供应的情况下，这个电源 优选地包括切断特征，使得不供应不必要的功率，同时较低效率的输出端 无效。根据本发明的进一步的方面，提供了一种照明系统，其包括如上所述 的功率适配器以及包括至少一个固态光源的照明单元。
照明单元通常会提供有多个固态光源。为了实现不同颜色的光输出， 照明单元优选地包括发出不同颜色光的固态光源，并且最优选地包括发出
红色、绿色和蓝色光的LED。进而，照明单元也可以包括琥珀色、青色 和白色的LED，以^更提高彩色再现指数。
功率适配器和照明单元可以具有共同的壳体，也可以分开容纳。事实 上，功率适配器可以适合于提供功率给多个照明单元，每个照明单元包括 多个固态光源。进而，照明系统可以包括多个这样的功率适配器。照明系 统还可以包括功率减少装置如可变电阻器、变阻器或利用SCR相位控制 的调光控制器。
现在参考附图，仅作为图示来更加详细地描述本发明的优选实施例， 其中
图l是根据本发明的第一实施例的照明系统的示意图2是形成

图1的照明系统的一部分的功率适配器的示意图3是才艮据本发明的第二实施例的形成照明系统的一部分的功率传 送模块的示意图；以及
图4是根据本发明的第三实施例的形成照明系统的一部分的功率传 送模块的示意图。
图1示出了根据本发明的第一实施例的照明系统。照明系统连接到包 括主电源L、 N和功率减少装置IO如变阻器的电源电路，并且包括功率 适配器20和固态照明单元50。固态照明单元50包括呈彩色阵列的三个 彩色发射器50a、 50b、 50c，红色、绿色和蓝色LED每种各一个。功率 适配器20被供应以来自电源电路的电功率，并且适合于控制供应给固态 照明单元50的电功率。功率适配器20和固态照明单元50可以*^分开 的壳体之内，或者^^如WO 2006/018604所述类型的共同壳体之内。
现在参考图2,功率适配器20包括输入端22,用于从电源电路汲 取电功率；以及三个功率传送模块40a、 40b、 40c，用于提供电功率给固 态照明单元30中的三个LED50a、 50b、 50c中的每一个。每个功率传送 模块40a、 40b、 40c经由滤波器24和整流器26连接到输入端22，以便 从电源电路汲取的正弦电压波形被供应给每个功率传送模块40a、 40b、 40c作为全波整流波形。电压监视电路32经由滤波器24和整流器26连接到输入端32，并且起作用以监*输入端22可用的平均功率。在这个实施例中，电压监视电路32简单地为分压器，其提供通过滤波器24和整流器26汲取的信号的减少振幅表示。
功率适配器20还提供有控制器30,其包括可编程接口芯片(PIC)。控制器30具有输入端，其接收来自电压监视电路32的信号；以及三个输出端，用于经由相应的串联电阻器向功率传送模块40a、 40b、 40c中的每一个供应分开的控制信号。使用从电压监视电路32接收的信号并从而使用在功率适配器10的输入端22处可用的平均功率来计算每个控制信号。( 一个或多个)控制信号确定了由功率传送模块40a、 40b、 40c向LED50a、 50b、 50c供应的功率，并从而确定了由固态照明单元30发出的光的颜色和/或强度。
每个功率传送模块40a、 40b、 40c包括功率因数校正电路42a、 42b、42c，其包括由ST Microelectronics of 39 Chemin du Champ des Filles， C.P. 21， CH 1228 Plan誦Les-Ouates, Geneva, Switzerland制造的在功率转移模式下操作的集成电路L6562。功率因数校正电路42a、 42b、 42c适合于汲取基本上与输入功率信号的电压同相的电流，并且提供具有基本上与电压同相的电流的恒定平均功率的输出功率信号。功率因数校正电路42a、42b、 42c因此包括倍增器，其针对给定的输入电压确定将要汲取的电流，以便维持具有基本上彼此同相的电流和电压波形的恒定平均功率输出。功率因数校正电路42a、 42b、 42c还起作用以减少从主电源汲取的电流的谐波失真。
功率因数校正电路42a、 42b、 42c不同于标准的功率因数校正电i2ML处在于，不需要从输出端到集成电路的反馈回路。功率因数校正电路42a、42b、 42c的效率因此相对于传统的功率因数校正电路增加。
使用电源电压和提供给集成电路L6561引脚的参考电压之间的差，功率因数校正电路42a、 42b、 42c确定将要在输入端汲取的电流。为了改变功率适配器20的功率输出，控制器30因此适合于控制提供给功率因数校正电路42a、 42b、 42c的参考电压。
特别地，控制器30适合于输出控制信号，该控制信号是在输入端22当前可用的功率和控制器30的存储器中存储的照明简档的函数。存储器存储一系列的照明简档，其中之一被控制器选择作为在输入端22历史上可用的功率的函数。如WO 2006/018604所述，这使得用户能够通过以特别的方式操作功率减少装置来选择特别的照明简档。
每个功率传送模块40a、 40b、 40c的参考电压等于来自电压监视器32的信号，该信号经由相应的串联电阻器供应，由控制器30所^^应的控制信号偏置，所述控制信号经由相应的串联电阻器供应。
控制器30因此能够通过改变向每个功率传送模块40a、 40b、 40c发送的控制信号来改变功率因数校正电路42a、 42b、 42c的参考电压，并从而改变从电源电路汲取的电流。
每个功率传送模块40a、 40b、 40c通常会随着在其输入端可用的功率减少而减少供应给相关联的LED 30a、 30b、 30c的功率，并且因此从电源电路可用的功率减少。然而，每个功率传送模块40a、 40b、 40c配置成当功率减少装置IO使得最大功率能够从电源电路汲取时，试图提供比最大光输出所需的功率更大的功率给LED 50a、 50b、 50c，并且控制器30配置成降低通过功率传送模块40a、 40b、 40c从输入端22汲取的功率，以便功率传送模块40a、 40b、 40c的输出实际上等于LED50a、 50b、 50c针对最大亮度所需的功率。
在照明简档要求LED 50a、 50b、 50c具有最大亮度的情况下，即使当功率减少装置10已减少了从电源电路可用的功率时，控制器30输出使功率传送模块40a、 40b、 40c所汲取的功率增加的控制信号，以便功率传送模块40a、 40b、 40c的输出保持等于LED 50a、 50b、 50c针对最大亮度所需的功率。以这种方式，控制器30能够4吏LED50a、 50b、 50c维持在最大亮度，直到从电源电路可用的功率等于LED 50a、 50b、 50c针对最大亮度所需的功率。这个阈值之下的对于功率传送模块40a、 40b、 40c可用的功率的任何减少都会导致LED50a、 50b、 50c变暗。
控制器30适合于检测主电源的rms电压，并且选择在功率适配器(20)的输入端(22)处汲取的电流和功率适配器(20)的输入端(22)处的电压之间的适当比例关系，以便为两个不同rms电压维持相同的预定平均功率。特别地，控制器(30)适合于检测主电源是具有近似110V的rms电压还是具有近似230V的rms电压，并且向功率因数校正电路42a、 42b、 42c的倍增器提供适当的参考信号。特别地，用于110V rms电压的参考信号是用于230V rms电压的参考信号的近似200%。
功率因数校正电路42a、 42b、 42c中的每一个的输出穿过变压器和二极管，所述变压器将LED 50a、 50b、 50c与电源电路相隔离，并且所述二极管确保了没有负电流流过LED50a、 50b、 50c。大容量电容器被示出与LED50a、 50b、 50c相并联，其减少了供应给LED 50a、 50b、 50c的电压的变化。然而，这个大容量电容器不是功率适配器20的必要部件，并且只用于降低峰值电流和紋波，并从而允许当它到达DC时通过LED的较高效率。
控制器30确定通过每个功率传送模块40a、40b、40c向其对应的LED50a、 50b、 50c递送的平均功率。LED 50a、 50b、 50c两端的电位差将会通过LED 50a、 50b、 50c的特性祐^调节到特定的平均值，并且平均电流必然会被功率传送模块40a、 40b、 40c确定，以便将所需的功率递送到LED50a、 50b、 50c。特别地，每个LED50a、 50b、 50c会具有特定的正向电位差，其可能由于温度或制造偏差而落在公差范围之内的任何地方。每个LED50a、 50b、 50c因此会将来自相关联的功率传ilM^块40a、 40b、40c的输出端的电压调节到其特定的正向电位差。每个功率传送模块40a、40b、 40c会将平均电流提供给连接的LED 50a、 50b、 50c，其按需要被确定以实现控制器所"没置的期望功率。
受控制器30的控制信号影响的功率传送模块40a、 40b、 40c的参考信号的任何变化都在从电源电路汲取的功率的零交叉点处产生，或者代替地以小于电源频率的频率产生，以便功率适配器20所汲取的电流基本上保持与电源电路的电压同相，并且电流谐波失真被最小化。代替地，利用直流电平调整的锯齿波形，其具有足够低而不造成从输入端22汲取的电流失真并且比相关谐波标准所允许的大的振幅。如WO 2007/026170所述，这个锯齿波形利用了平方M以便以低电平提供精确的电流控制。
直流电源28经由滤波器24和整流器26连接到功率适配器20的输入端22，并且布置成提供功率给每个功率传送模块40a、 40b、 40c以及控制器30。这向功率因数校正电路42a、 42b、 42c和控制器30的集成电路提供了稳定了电源，以确保这些电路的稳定工作。
控制器30适合于检测在功率适配器的输入端22是否存在电压，并且当在输入端没有检测到电压时，发送控制信号给功率因数校正电路42a、42b、 42c的集成电路以将这些集成电路切换到备用模式，并且当在输入端检测到电压时切换到操作模式。功率因数校正电路42a、 42b、 42c中的每一个因此适合于一旦在功率适配器的输入端存在电压就立刻汲取功率。
每个功率传送模块40a、 40b、 40c优选地还包括故障检测电路50a、50b、 50c，其连接在变压器和二极管装置的输出端 功率因数校正电路42a、 42b、 42c的集成电路上的禁用引脚之间。故障检测电路48a、 48b、48c在正常操作状况期间并不汲取任何功率。然而，在LED 50a、 50b、50c停止导电的情况下，相关联的故障检测电路50a、 50b、 50c使该功率传送模块40a、 40b、 40c关断。故障检测电路48a、 48b、 48c包括光隔离器，以l更LED50a、 50b、 50c与电源电路相隔离。
图3示出了一般指示为140a的根据本发明的第二实施例的形成照明系统的一部分的功率传送模块。除了对功率传送模块140a之一的修改之夕卜，根据本发明的这个实施例的照明系统等同于第一实施例，所述修改是为了去除对第一实施例的低压直流电源28的需要，该低压直流电源28在第一实施例中提供功率^个功率传送模块40a、 40b、 40c以及控制器30。修改后的功率传送模块140a因此包括功率因数校正电路142a和故障检测电路148a,它们呈现与关于第一实施例描述的相应功率传送模块40a类似的布置。
修改后的功率传送模块140a不同于第一实施例的相应功率传送模块40a之处在于，变压器包括辅助绕组144，该辅助绕组144经由整流二极管和大容量电容器沿着路径245向修改后的功率传送模块140a的功率因数校正电路142a以及其它功率传送模块40b、 40c的功率因数校正电路42b、 42c和控制器30供电。
在这个布置中，如果修改后的功率传送模块140a的功率因数校正电路142a的输出减少到零，以便充賴暗连接到输出5M圣150a的LED，则用于对功率因数校正电路142a、 42b、 42c和控制器30供电的从辅助绕组144可用的功率也会减少到零。为此，修改后的功率传送模块140a包括可变电阻电路147，该可变电阻电路147使得连接到输出路径150a的LED能够被充分调暗，同时在辅助绕组144处维持足够的功率，以便对功率因数校正电路142a、 42b、 42c和控制器30供电。特别地，可变电阻电路147适合于随着功率因数校正电路142a向相关联的LED供应的功率减少而具有增加的电阻，使得即使当在功率传送模块142a的输出端处保留有足够的功率以对功率因数校正电路142a、 42b、 42c和控制器30供电时，LED也被充分调暗。可变电阻电路147还适合于当供应给LED的功率增加到中等功率至高功率时具有忽略不计的电阻。这种布置因此并不影响其中效率很重要的中等功率至高功率下的功率适配器的效率，并且这种布置还去除了对额外电源的需要。
可变电阻电路147被提供有控制信号，该控制信号是从由控制器30沿着输入路径130a向功率因数校正电路142a供应的控制信号导出的，以便以上面描述的方式控制可变电阻电路147的电阻。用于可变电阻电路147的控制信号的路径包括光隔离器146，以^f更相关联的LED 50a与电源电i^相隔离。
只需要一个修改后的功率传送模块140a以便对功率适配器的三个功率因数校正电路142a、 42b、 42c和控制器30供电，所以其它两个功率传送模块40b、 40c与第一实施例中的等同。第二实施例的控制器30适合于估计当相关联的LED被充分调暗时修改后的功率传送模块140a所需的增加的功率，以便维持对功率适配器的功率因数校正电路142a、 42b、 42c和控制器30供电。
图4示出了根据本发明的照明系统的第三实施例的一部分，并且具体地示出了代替图l和2的照明系统的功率传送模块40a、 40b、 40c中的每一个来使用的替换功率传送模块240。这个功率传送模块240使用LCL技术来代替图1和2的照明系统的包括集成电路L6562的功率因数校正电路42a、 42b、 42c。特别地，功率传送模块240包括利用了 LCL串并联谐振电路的谐振电源，所述LCL串并联谐振电路具有以下独特特征在谐振频率下，Xs-Xp-Xl，其中Xs-串联电感的电抗，Xp-与变压器并联的电容的电抗，并且Xt是包含变压器和负载的支线的电抗。在这些特定的状况下，电路对于驱动诸如LED 250之类的恒定功率负载是理想的。对LED 250的功率的值可以随着输入电源电压的变化而变化，这使得它适合于与功率减少装置10 —起使用。
可能的话使用控制器30，通过在每半个谐振周期之内改变谐振电源的开关的占空比，可以进一步调制递送到LED 250的功率。LCL电路的正常特性是汲取直接与输入电压相关的功率。随着输入端22处的电压正弦变化，从输入端22汲取的交流电流遵循方形形状。然而，可以使用开关的按时调制，以便随着交流电压减少到每个零交叉而减少从输入端22汲取的功率，并从而改善输入电流谐波。4吏用这种控制，从交流电源汲取的功率具有sinS皮形，因为电流和电压两者都是正弦。在整流器的输出端添加电容器可以平滑递送给LED的功率，使得光输出会包含较少波动。
使用筒档化的切换时间控制，可以将从输入端22汲取的电流控制为任何期望的形状和幅度以匹配需要的照明特性。电路可以以交流输入电压波的方式具有开环控制简档，以便实现最佳谐波输入电流内容，以及随着功率减少装置变化，在谐波控制策略上叠加需要的照明特性。
权利要求
1.一种用于具有固态光源的照明单元的功率适配器，所述功率适配器包括输入端，用于连接到主电源；功率传送模块，其耦合到所述输入端，并且提供适合于驱动所述固态光源的输出；以及控制器，其从所述输入端接收电压信号，并且能够将控制信号递送到所述功率传送模块以便减少从所述输入端汲取的功率，其中，所述功率适配器从所述输入端汲取作为所述输入端处的电压的函数的电流，以便所述功率适配器对于所述主电源表现为可变电阻器。
2. 如权利要求1所述的功率适配器，其中，来自所述固态光源的光输出的强度可以由外部功率减少装置和能够减少从所述功率适配器的所述输入端汲取的功率的所述控制器的组合来控制。
3. 如权利要求2所述的功率适配器，其中，所述控制器适合于当最大功率量可用时使从所述功率适配器的所述输入端汲取的功率减少，然后随着可用的功率量下降而减轻该减少，从而使所述固态光源遵循非线性调光曲线。
4. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述固态光源被提供以预定平均功率。
5. 如权利要求4所述的功率适配器，其中，提供给所述固态光源的所述预定平均功率基本上等于在所述功率适配器的所述输入端处汲取的平均功率。
6. 如权利要求5所述的功率适配器，其中，来自所述固态光源的光输出的强度随着从所述输入端汲取的功率减少而固有地减少，因此所述功率适配器并不调节对所述固态光源的恒定输出。
7. 如权利要求4至6中任何一项所述的功率适配器，其中，所述预定平均功率至少部分地由参考信号确定。
8. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率适配器适合于从所述输入端汲取电流，该电流与所述输入端处的电压基本上成比例。
9. 如权利要求8所述的功率适配器，其中，所述功率传送模块适合 于从所述输入端汲取正弦电流波形，该正弦电流波形与所述输入端处的正 弦电压波形基本上同相。
10. 如权利要求9所述的功率适配器，其中，所述功率传送模块和/ 或所述控制器包括倍增器，该倍增器确定了会导致从所述输入端汲取的预 定平均功率的电流和电压之间的比例关系。
11. 如权利要求10所述的功率适配器，其中，所述功率传送模块和/ 或所述控制器适合于感测所述功率适配器的所述输入端处的电压波形，并 且基于该电压波形确定将要从所述输入端汲取的所需电流。
12. 如权利要求8至10中任何一项所述的功率适配器，其中，所述 控制器适合于检测所述主电源的平均电压，并且选择在所述功率适配器的 所述输入端处汲取的电流和所述功率适配器的所述输入端处的电压之间 的适当比例关系，以便为所述主电源的两个或更多个不同平均电压维持相 同的预定平均功率。
13. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率传送模 块包括功率因数校正电路。
14. 如权利要求13所述的功率适配器，其中，所述功率因数校正电 路不包括来自所述功率传送模块的输出端的反馈环。
15. 如权利要求14所述的功率适配器，其中，所述功率因数校正电 路包括倍增器，该倍增器确定了会导致从所述输入端汲取的预定平均功率 的电流和电压之间的比例关系。
16. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率传送模 块包括LCL串并联谐振电路,该LCL串并联谐振电路适合于从所述输入 端汲取正弦电流波形，该正弦电流波形与所述输入端处的正弦电压波形基 本上同相。
17. 如权利要求16所述的功率适配器，其中，所述功率适配器的所 述控制器确定会导致从所述输入端汲取的预定平均功率的电流和电压之 间的比例关系，并因此充当倍增器。
18. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率传送模 块在其输出端包括变压器和一个或多个二极管，由此将输出的功率信号递 送到所述固态光源。
19. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率传送模 块和/或所述控制器的控制电路由与所述功率传送模块的输出端的连接端 供电。
20. 如权利要求19所述的功率适配器，其中，与所述功率传送模块 的输出端的所述连接端借助于所述功率传送模块的输出端处的变压器上 的辅助绕组产生。
21. 如权利要求20所述的功率适配器，其中，所述功率适配器包括 可变电阻电路，其在所述功率传送模块的输出端处，使得即使当所述固态 光源已被充分调暗时，在所述功率传送模块的输出端处也能够有足够的功 率可用，以对所述控制电路进行供电。
22. 如权利要求20所述的功率适配器，其中，所述可变电阻电路随 着向所述固态光源供应的功率减少而电阻增加。
23. 如权利要求22所述的功率适配器，其中，所述可变电阻电路被 提供以控制信号，该控制信号来源于由所述控制器向所述功率传送模块供 应的控制信号。
24. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率适配器 包括生成分开的输出的多个功率传送模块。
25. 如权利要求24所述的功率适配器，其中，从所述输入端可用的功率对于所述功率传送模块中的每一个是等同的，并且输出端驱动分开的 LED和/或一连串的LED。
26. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述固态光源被 提供以至少部分地由参考信号确定的预定平均功率，并且所述控制器适合 于提供控制信号，该控制信号改变换 映给所述功率传送模块的参考信号， 并从而改变从所述输入端汲取的预定平均功率。
27. 如权利要求26所述的功率适配器，其中，所述功率适配器包括 多个功率传送模块，并且所述控制器能够独立地改变提供给这些功率传送 模块的参考信号。
28. 如权利要求27所述的功率适配器，其中，所述控制器适合于接 收来自用户接口的命令，并且所述控制器用一个或多个照明简档编程，所 述一个或多个照明简档确定了提供给所述功率传送模块的参考信号响应 于来自所述用户接口的命令而变化的方式。
29. 如权利要求26至28中任何一项所述的功率适配器，其中，受所 述控制器的控制信号影响的提供给所述功率传送模块的参考信号的任何 变化都在输入功率信号的零交叉点处产生，或者代替地以小于输入功率信 号频率的频率产生。
30. 如权利要求26至28中任何一项所述的功率适配器，其中，以比 相关谐波标准所允许的大的、不造成从所述输入端汲取的电流失真的、足 够低的振幅的方式向所述参考信号施加失真。
31. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率传送模 块适合于当最大功率量从所述功率适配器的所述输入端可用时，以比相关 固态光源的最大光输出所需的增加的值维持从所述输入端汲取的电流，然 后依次通过所述控制器减少，以仅提供最大输出所需的就此为止的功率。
32. 如权利要求31所述的功率适配器，其中，所述控制器适合于随 着外部功率减少装置降低可用的输入功率而改变提供给所述功率传送模块的参考信号，以便输出端的平均功率停留在等于所述固态光源针对最大 亮度所需的功率，直到从所述功率适配器的所述输入端可用的功率被减少 到它等于所述固态光源针对最大亮度所需的功率的阈值之下，这必定导致 所述固态光源变暗。
33. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率适配器 在其输入端包括滤波器，用于减少从所述主电源汲取的谐波电流。
34. 如权利要求33所述的功率适配器，其中，所述功率适配器不在 所述功率传送模块和所述功率适配器的输入端之间包括大容量电容器。
35. 如权利要求34所述的功率适配器，其中，所述功率适配器基本 上没有电解电容器。
36. 如任何在先权利要求所述的功率适配器，其中，所述功率传送模 块适合于一旦在所述功率适配器的所述输入端存在电压就立刻汲取功率。
37. 如权利要求36所述的功率适配器，其中，所述功率传送模块的 集成电路当在所述功率适配器的所述输入端不存在电压时维持在备用模 式下，并且适合于一旦存在电压就立刻汲取功率。
38. 如权利要求37所述的功率适配器，其中，所述控制器适合于检 测在所述功率适配器的所述输入端是否存在电压，并且当在所述输入端没 有检测到电压时，发送控制信号给所述功率传送模块的集成电路以将该集 成电路切换到备用模式，并且当在所述输入端检测到电压时切换到操作模式。
39. —种照明系统，其包括如任何在先权利要求所述的功率适配器以 及包括至少 一个固态光源的照明单元。
40. 如权利要求39所述的照明系统，其中，所述照明单元提供有多 个固态光源。
41. 如权利要求40所述的照明系统，其中，所述照明单元包括发出 不同颜色光的固态光源。
42. 如权利要求39至41中任何一项所述的照明系统，其中，所述照 明系统包括功率减少装置如可变电阻器、变阻器或利用SCR相位控制的 调光控制器。
全文摘要
公开了一种用于具有固态光源(50a，50b，50c)的照明单元(50)的功率适配器(20)。所述功率适配器(20)包括输入端(22)，用于连接到主电源；功率传送模块(40a，40b，40c，140a)，其耦合到所述输入端(22)，并且提供适合于驱动所述固态光源(50a，50b，50c)的输出；以及控制器(30)，其从所述输入端(22)接收电压信号，并且能够将控制信号递送到所述功率传送模块(40a，40b，40c，140a)以便减少从所述输入端(22)汲取的功率。所述功率适配器(20)从所述输入端(22)汲取作为所述输入端(22)处的电压的函数的电流，以便所述功率适配器(20)对于所述主电源表现为可变电阻器。
文档编号H05B33/08GK101682950SQ200880014283
公开日2010年3月24日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年3月30日
发明者大卫·托马斯·萨默兰德, 查尔斯·波洛克, 海伦·波洛克 申请人:霍尔迪普有限公司