用于对固态照明模块实施基于市电信号的调光的系统和方法
【专利摘要】一种用于实施对固态照明模块的基于市电电压的调光的系统包括：变压器、市电感测电路和处理电路。变压器包括连接到初级侧电路的初级侧和连接到次级侧电路的次级侧，初级侧电路和次级侧电路被隔离屏障分隔开。市电感测电路从初级侧电路接收经整流的市电电压并且生成指示经整流的市电电压的幅度的市电感测信号。处理电路跨过隔离屏障从市电感测电路接收市电感测信号，并且响应于市电感测信号向次级侧电路输出调光参考信号。响应于处理电路输出的调光参考信号，被连接到次级侧电路的固态照明模块输出的光被调节。
【专利说明】用于对固态照明模块实施基于市电信号的调光的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明总地针对于对固态照明设备的控制。尤其是，本文所公开的各种发明方法和装置涉及实施对固态照明模块的基于市电信号的调光。
【背景技术】
[0002]诸如发光二极管(LED)之类的数字照明技术(即基于半导体光源的照明)提供了对传统的荧光灯、HID灯和白炽灯的一种可行的替代。LED的功能优势和好处包括高能量转换和光学效率、耐久性、低操作成本等等。LED技术上的最新进展已经提供了能够在很多应用中有各种照明效果的高效且稳固的全光谱照明源。
[0003]为了传统户外灯具中的改型LED模块应用，传统的市电可调光电感镇流器必须例如利用被连接在市电电压源与LED模块之间的LED驱动器来替换。为了能够基于市电电压对LED的光输出的进行调光(如传统磁调光应用中所使用的)，LED驱动器感测市电电压并基于所感测的电压而减小输出电流。LED驱动器可以包括具有被隔离屏障分隔开的初级侧和次级侧电路的电源变压器。因此，关于隔离屏障的初级侧上的经调光的市电电压的信息必须越过隔离屏障被发送给隔离屏障的次级侧上的控制器。
[0004]因而，本领域中需要一种市电调光技术，其使用简单电路装置而用于市电电压感测并将市电调光信息跨过隔离屏障传送到控制器。
【发明内容】
[0005]本公开针对于用于利用电路装置进行市电调光的发明装置和方法，所述电路装置用于感测LED驱动器的初级侧上的经调光的市电电压并且准确地将经调光的市电电压信息跨过隔离屏障传送至LED驱动器的次级侧上的控制器。使用经调光的市电电压信息，可以实施各种用于对LED模块电流进行调光的方案。
[0006]总地来说,在一个方面，一种用于实施对固态照明模块的基于市电电压的调光的系统包括变压器、市电感测电路和处理电路。变压器包括被连接到初级侧电路的初级侧和被连接到次级侧电路的次级侧，初级侧电路和次级侧电路通过隔离屏障被隔开。市电感测电路从初级侧电路接收经整流的市电电压并且生成指示经整流的市电电压的幅度的市电感测信号。处理电路跨过隔离屏障接收来自市电感测电路的市电感测信号，并且响应于市电感测信号向次级侧电路输出调光参考信号。被连接到次级侧电路的固态照明模块输出的光响应于处理电路输出的调光参考信号而被调节。
[0007]在另一方面,一种提供对发光二极管(LED)模块的基于市电信号的调光的方法包括:生成指示来自被连接到电源变压器的初级侧的初级侧电路的经整流的市电电压的幅度的市电感测信号；跨过与电源变压器相对应的隔离屏障传送市电感测信号；至少部分基于被传送的市电感测信号，在被连接到电源变压器的次级侧的次级侧电路中生成调光反馈信号。调光反馈信号跨过所述隔离屏障从次级侧电路被传送至初级侧电路。然后，次级侧电路所输出的LED模块的驱动电流基于被传送至初级侧电路的调光反馈信号而被调节。
[0008]在另一方面，一种用于对LED模块进行调光的基于市电信号的驱动器包括:具有初级侧和次级侧的变压器、被连接到变压器的初级侧的初级侧电路、被连接到变压器的次级侧的次级侧电路以及调光控制电路。初级侧电路包括被配置为对经调光的市电电压进行整流的电压整流器。次级侧电路被配置为输出用于驱动LED模块的驱动电流，并且包括输出电流控制。次级侧电路通过隔离屏障与初级侧电路隔开。调光控制电路包括被配置为生成指示经整流的市电电压的幅度的市电感测信号的市电感测电路；被配置为跨过隔离屏障提供电耦合的光隔离器；以及微处理器，该微处理器被配置为经由光隔离器接收来自市电感测电路的市电感测信号，响应于市电感测信号生成电流参考信号并将电流参考信号输出到输出电流控制。输出电流控制基于电流参考信号与驱动电流的比较而生成调光反馈信号，并将调光反馈信号跨过隔离屏障传送给初级侧电路。初级侧电路响应于调光反馈信号而调节变压器的输入，从而调节次级侧电路中的驱动电流。
[0009]如本文为了本公开的目的，术语“LED”应当被理解为包括任何电致发光二极管或者能够响应于电信号而生成辐射的其它类型的基于载流子注入/结的系统。因而，术语LED包括但不局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指可以被配置为生成在以下光谱中的一个或多个光谱中的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)，所述光谱为红外光谱、紫外光谱和可见光谱的各个部分(通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)。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、桔色LED和白色LED。
[0010]例如，被配置为生成实质上的白光的LED(例如白光LED)的一种实施方式可以包括多个裸片，这些裸片分别发射不同的电致发光光谱，这些光谱组合起来混合形成实质上的白光。在另一种实施方式中，白光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换为不同的第二光谱的磷光材料相关联。在这种实施方式的一个示例中，具有相对较短波长和较窄带宽的光谱的电致发光“泵浦”磷光材料，磷光材料进而辐射出具有更宽的光谱的较长波长的辐射。
[0011]还应当理解术语LED不限制LED的物理和/或电封装类型。例如，如上所述，LED可以指具有被配置为分别发射不同辐射光谱(例如可以单独控制或者不可以单独控制的)的多个裸片的单个发光器件。此外，LED可以与被考虑作为LED (例如一些类型的白色LED)的一体部分的磷光体相关联。总地来说，术语LED可以指被封装的LED、未被封装的LED、表面安装的LED、板上芯片型LED、T封装安装的LED、径向封装的LED、电源封装的LED、包括某种类型的外壳和/或光学元件(例如扩散透镜)的LED等。
[0012]术语“光源”应当被理解为指各种辐射源中的任何一个或多个辐射源，包括但不限于基于LED的源(包括以上所定义的一个或多个LED)。
[0013]给定的光源可以被配置为生成在可见光谱内、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”在本文可互换地被使用。此外，光源可以包括作为一体组件的一个或多个滤光片(例如彩色滤光片)、透镜、或其他光学组件。此外，应当理解光源可以被配置用于各种应用，包括但不限于指示、显示和/或照明。“照明源”是被具体配置为生成具有足够强度的辐射以有效地照明内部或外部空间的光源。在该上下文中，“足够强度”指在空间或环境中生成的可见光谱中的用于提供周围环境照明(即可以间接地被传感的光以及可以例如在整体或部分被传感之前被反射离开各种干涉表面中的一个或多个表面的光)的足够的辐射功率(就辐射功率或“光通量”而言，单位“流明”通常被用于表示在所有方向上从光源输出的总光量)。
[0014]术语“照明灯具“在本文被用于指一个或多个照明单元按特定形式因素、组装或封装的实施方式或布置。术语“照明单元”在本文被用于指包括相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定的照明单元可以具有各种针对光源的安装布置、包封/外壳布置和形状和/或电和机械连接配置中的任意一种。此外，给定的照明单元可以可任选地与涉及光源的操作的各种其它组件(例如控制电路)相关联(例如包括、被耦合到各种其它组件和/或与各种其它组件封装在一起)。“基于LED的照明单元”指包括单独的或者与其它不基于LED的光源相组合的如上所述的一个或多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元指包括被配置为分别生成不同光谱的辐射的至少两个光源的基于LED或者不基于LED的照明单元，其中每个不同的源光谱可以被称为多通道照明单元的“通道”。
[0015]术语“控制器“在本文一般被用于描述与一个或多个光源的操作相关的不同装置。控制器可以按多种方式(例如利用专用硬件)来实施以执行本文所讨论的各种功能。“处理器”是利用可以用软件(例如微代码)来编程以执行本文所讨论的各种功能的一个或多个微处理器的控制器的一个示例。控制器可以利用或者不利用处理器来实施，并且也可以作为执行一些功能的专用硬件和执行其它功能的处理器(例如，一个或多个被编程的微处理器和相关联的电路)的组合来实施。可以被用在本公开的各个实施例中的控制器组件的示例包括但不限于传统的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
[0016]在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(在本文被总地称为“存储器“，例如诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM之类的易失性和非易失性计算机存储器、软盘、紧致磁盘、光盘、磁带等)相关联。在一些实施方式中，存储介质可以被编码有一个或多个程序，这些程序在一个或多个处理器和/或控制器上被执行时执行本文所讨论的功能中的至少一些功能。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器内或者可以是可运送的，使得存储在存储介质上的一个或多个程序可以被载入处理器或控制器中以便实施本文所讨论的本发明的各个方面。术语”程序“或”计算机程序“一般意义上来讲在本文被用于指可以被用来对一个或多个处理器或控制器编程的任意类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。
[0017]应当理解前述概念以及下面要更详细地讨论的附加概念(假设这些概念不是相互矛盾的)的所有组合被考虑作为本文所公开的发明主题的一部分。具体而言，出现在本公开的结尾处的被要求保护的主题的所有组合被考虑作为本文所公开的发明主题的一部分。还应当理解也可能出现在通过引用所合并的任何公开中的本文所明确使用的术语应当被赋予与本文所公开的具体概念最一致的意思。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]在附图中，相似的附图标记一般指代不同视图中的相同部件。此外，附图不必是按比例的，反而重点在于图示本发明的原理。
[0019]图1是示出了根据代表性实施例的用于基于市电信号的可调光固态照明系统的驱动器的简化框图。
[0020]图2是根据代表性实施例的被配置为生成PWM信号的说明性市电感测电路的简化框图。
[0021]图3是示出了根据代表性实施例的用于基于市电信号的可调光固态照明系统的驱动器的简化框图。
[0022]图4是示出了根据代表性实施例的基于市电信号的对固态照明负载进行调光的过程的流程图。
[0023]图5是示出了根据代表性实施例的用于基于市电信号的可调光固态照明系统的驱动器的仿真结果的一组图。
【具体实施方式】
[0024]在下面的详细描述中，为了说明而非限制的目的，公开具体细节的代表性实施例被给出以提供对本教导的全面理解。然而，考虑了本公开的优点的本领域普通技术人员将很清楚，偏离本文所公开的特定细节的根据本教导的其它实施例也在所附权利要求的范围内。此外，对公知装置和方法的描述可以被省略以使对代表性实施例的描述不会模糊。这样的方法和装置明显地在本教导的范围内。
[0025] 申请人:意识和理解到提供一种能够感测LED驱动器的初级侧上的经调光的市电电压并将关于所感测的经调光的市电电压的信息经过隔离屏障传送给LED驱动器的次级侧上的处理器或控制器的电路是有益的。
[0026]基于市电电压的调光方案例如被用在传统照明应用的电感镇流器中。当改型LED模块被用于替换电感镇流器时，也希望继续利用市电电压来执行调光。根据基于市电电压的调光方案，光输出的量例如通过调光控制器随着市电电压的降低而降低。对于LED而言，调光通过以下方式实现，即例如通过调光控制器响应于市电电压的变化来改变被提供给LED的输出电流。不同的市电电压调光方案可以被实施，例如双级调光，其中光输出根据市电电压的水平在两个水平之间切换；以及线性调光，其中光输出随着市电电压的水平的降低而线性降低。
[0027]图1是示出了根据代表性实施例的用于可调光照明系统的驱动器的简化框图。
[0028]参考图1，用于实施对固态照明模块(被指示为LED模块160)的基于市电电压的调光的驱动器100包括:隔离变压器120，其具有被连接到初级侧电路110的初级侧和被连接到次级侧电路140的次级侧。例如，变压器120可以是高频/高电源变压器，使得当LED模块160被实施为高亮度LED模块时可以实现上述隔离。初级侧电路110通过调光控制器105从市电电压源101接收经调光的市电电压，调光控制器105例如可以是正弦波调光控制器。如下面所详细讨论的，初级侧电路110包括用于接收经调光的市电电压并提供经整流的市电电压\的电压整流器(图1中未被示出)。次级侧电路140被连接到LED模块160，并基于变压器120的初级侧电流和感应的次级侧电流Ise。向LED模块160输出可调节的驱动电流Id。
[0029]驱动器100还包括被连接到隔离屏障125两边的初级侧电路110和次级侧电路140的调光控制电路130，隔离屏障125对应于变压器120。调光控制电路130包括市电感测电路132、隔离器134和处理电路136。市电感测电路132被配置为从初级侧电路110中的电压整流器接收经整流的市电电压Vk，并生成指示经整流的市电电压Vk的幅度的市电感测信号MSS。市电感测电路132通过隔离器134跨过隔离屏障125将市电感测信号MSS传送至处理电路136。隔离器134例如可以是光隔离器，该光隔离器使得信息(例如市电感测信号MSS)能够利用光信号被交换，同时保持隔离屏障125两边的电隔离。因而，隔离器134例如可以利用低成本的双级光电隔离器来准确地实施。在替代实施例中，隔离屏障125两边的耦合可以利用诸如变压器之类的其它类型的隔离来获得，而不脱离本教导的范围。
[0030]处理设备136相对于初级侧电路110位于隔离屏障125的另一例，因为处理设备136感测来自LED模块160以及其它调光控制器(未示出)的信号并向次级电路140提供管理参考命令，如下面将讨论的。例如，在所示出的配置中，处理电路136接收来自市电感测电路132的市电感测信号MSS并向次级侧电路140输出至少部分基于市电感测信号MSS确定的一个或多个调光参考信号。调光参考信号例如可以包括电流参考信号和/或电压参考信号VMf，如下面将讨论的。处理电路136还可以从LED模块160接收指示所设置的调光水平的调光控制信号以及一个或多个LED反馈信号，包括光水平、温度等。调光参考信号由处理电路136至少响应于市电感测信号MSS并且在不同的实施例中还响应于调光控制信号和/或LED反馈信号而生成。
[0031]次级侧电路140接收调光参考信号，并将调光参考信号与相应的电学状况进行比较。次级侧电路140基于比较的结果而生成调光反馈信号DFS，并例如通过另一隔离器(图1中未被示出)跨过隔离屏障125将调光反馈信号DFS传送至初级侧电路110。例如，当调光控制信号包括电流参考信号IMf时，次级侧电路140的输出电流控制(未被示出)将电流参考信号IMf与被提供给LED模块160的驱动电流Id进行比较。然后，次级侧电路140生成指示参考信号IMf与驱动电流Id之间的差异的调光反馈信号DFS。
[0032]调光反馈信号DFS通过另一隔离器(图1中未被示出)跨过隔离屏障125被传送至初级侧电路110。响应于调光反馈信号DFS，初级侧电路110按需要调节被输入到变压器120的初级侧的初级侧电压Vph，进而通过变压器120的次级侧调节次级电压Vse。并且从而调节由次级电路140输出至LED模块160的驱动电流ID。因此，驱动电流Id驱动LED模块160以提供与调光控制器105的设置相对应的光量。在实施例中，处理电路136还可以通过另一隔离器(图1中未被示出)跨过隔离屏障125将功率控制信号PCS提供给初级侧电路110，其选择性地控制对初级侧电路110和次级侧电路140的功率施加，如下面参考图4所讨论的。
[0033]在各种实施例中，处理电路136可以被实施为利用软件、固件、硬连线逻辑电路或者它们的组合的控制器或者微控制器，例如包括处理器或中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者它们的组合。当使用处理器或者CPU时，存储器(未被示出)被包括以用于存储控制处理电路136的操作的可执行软件/固件和/或可执行代码。存储可以是任意数目、类型和组合的非易失性只读存储器(ROM)和易失性随机访问存储器(RAM)，并且可以存储各种类型的信息，例如处理器或CPU可执行的计算机程序和软件算法。存储器可以包括任意数目、类型和组合的有形计算机可读存储介质，例如磁盘驱动器、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、⑶、DVD、通用串行总线(USB)驱动器等。
[0034]在实施例中，市电感测电路132所输出的市电感测信号MSS是脉冲宽度调制(PWM)信号，该信号通过隔离器134被传送至处理电路136。市电感测电路132可以按多种方式生成PWM信号。例如，图2是根据代表性实施例的被配置为生成PWM信号的市电感测电路的简化框图。
[0035]参考图2，市电感测电路132包括电阻分压器236、时钟237和脉冲信号发生器238。电阻分压器236被配置为从初级侧电路110中的电压整流器接收经整流的市电电压Ve,并将经分压的市电电压提供给脉冲信号发生器238。时钟237被配置为生成时钟信号Clk，该时钟信号也被提供给脉冲信号发生器238。脉冲信号发生器238因而基于经分压的市电电压和时钟信号Clk而生成PWM信号作为市电感测信号MSS，使得PWM信号的每个脉冲的宽度由经整流的市电电压Vr的幅度调制。在说明性配置中，时钟237包括第一 555计时器并且脉冲信号发生器238包括第二 555计时器,例如用于生成PWM信号。
[0036]当然，市电感测电路132的其它配置和/或其各种组件可以被包括而不脱离本教导的范围。例如，在替代实施例中，市电感测电路132可以被实施为被配置为生成PWM信号的微控制器。微控制器可以包括模数转换器(ADC)，该模数转换器被配置为从初级侧电路110的电压整流器接收经整流的市电电压VK，并且作为响应而提供PWM信号。微控制器还可以利用某种形式的数字通信协议(例如12C或UART)与次级侧电路140通信。微控制器可以是例如来自于ST的STM8S，但是在不脱离本教导的范围的情况下，其它类型的微控制器可以并入。
[0037]图3是示出了根据代表性实施例的利用市电调光对固态照明负载进行调光的过程的流程图。图3的说明性步骤例如可以由图1的驱动器100实施，但是这些步骤也可以由具有类似功能的任意系统实施，而不脱离本教导的范围。
[0038]参考图1和图3，在步骤S311处，来自初级侧电路110的经整流的市电电压Vk被市电感测电路132接收。在步骤S312处，市电感测电路132生成市电感测信号MSS，指示经整流的市电电压Vk的幅度。市电感测信号MSS可以是例如PWM信号，其中脉冲宽度被改变以对应于经整流的市电电压Vk的幅度。在步骤S313处，市电感测信号MSS例如通过隔离器134跨过隔离屏障被传送至处理电路136。
[0039]在步骤S314处，处理电路136至少部分基于从市电感测电路132接收的市电感测信号MSS而生成一个或多个调光参考信号。在步骤S315处，调光参考信号被提供给次级侧电路140。例如，调光参考信号可以包括分别被提供给次级侧电路140的输出电流控制和输出电压控制的电流参考信号IMf和/或电压参考信号Vref。在步骤S316处，调光参考信号与次级侧电路140的相应的电学状况相比较，并且在步骤S317处指示比较结果的调光反馈信号DFS被生成。例如，电流参考信号Iref将与驱动电流Id相比较，电压参考信号VMf将与驱动LED模块160的驱动电压Vd相比较。在步骤S318处，调光反馈信号DFS例如通过另一隔离器跨过隔离屏障125被传送至初级侧电路110。作为响应，在步骤S319处，初级侧电路110能够对变压器120的初级侧的输入(例如初级侧电压Vph和/或初级电流Iph)进行适当的调节，导致对由次级侧电路140输出到LED模块160的驱动电流Id和/或驱动电压Vd被相应地调节。因此，LED模块160被驱动以提供与调光控制器105的设置相对应的适当的光量。
[0040]图4是示出了根据代表性实施例的用于可调光照明系统的更详细的驱动器的简化框图。[0041]参考图4，用于实施对固态照明模块(被指示为说明性LED模块460)的基于市电电压的调光的驱动器400包括具有被连接到初级侧电路410的初级侧和被连接到次级例电路440的次级侧的隔离变压器420。初级侧电路410通过调光控制器405从市电电压源401接收经调光的市电电压，调光控制器405例如可以是正弦波调光控制器。次级侧电路440被连接到LED模块460，并基于变压器420的初级侧电流ΙρΗ向LED模块460输出可调节的驱动电流ID，如下面所讨论的。驱动器400还包括被连接到隔离屏障425两边的初级侧电路410和次级侧电路440的调光控制电路430，隔离屏障425对应于变压器420。调光控制电路430包括市电感测电路432、第一光隔离器434和微处理器436，如下面所讨论的。
[0042]初级侧电路410包括电压整流器411、升压功率因子纠正(PFC)电路412、升压控制电路413、PWM半桥转换器414以及PWM半桥控制级415。电压整流器411以及EMI滤波器被连接到调光控制器405。因此，电压整流器411从市电电压源401接收经调光的市电电压，并且输出经整流的市电电压VK(以及相应的经整流的市电电流Ικ)，从而将AC市电电压转换为经整流的正弦波形。整流对于通过升压PFC电路412来产生恒定的DC电压而言是需要的，下面将会讨论。EMI滤波器可以包括电感器和电容器的网络(未被示出)以限制被注入到线路中的高频组分。
[0043]经整流的市电电压Vk被提供给升压PFC电路412，该电路将经整流的市电电压Vk的经整流的正弦波形转换成固定的经调整的DC电压，被指示为经升压的电压Vb (以及相应的经整流且升高的电流Ib)。此外，升压PFC电路412确保从电压整流器411提取出并输入至IJ升压PFC电路412的经整流的市电电流Ik与经整流的市电电压Vk同相。这确保了驱动器400接近于单位功率因子进行操作。升压控制电路413相应地控制升压PFC电路412中的升压转换器的开关。
[0044]在PWM半桥控制级415的控制下，PWM半桥转换器414将从升压PFC电路412接收的经升压的DC电压Vb转换为高频脉动信号，初级侧电压Vph (和相应的脉冲初级侧电流Ipri)。初级侧电压Vph可以是例如具有通过PWM半桥转换器414中的开关(未示出)的操作而设置的脉冲宽度的PWM信号。初级侧电压Vph被应用于变压器420的初级侧(初级绕组)。PWM半桥控制级415基于从次级电路440的输出电流控制444和输出电压控制446中的至少一个接收的调光反馈信号DFS，确定要由PWM半桥转换器414实施的初级侧电压VpH的脉冲宽度。
[0045]次级侧电压Nsec (以及相应的次级侧电流IsJ通过初级侧电压Vph被感应在变压器420的次级侧(次级绕组)中。次级侧电压Vsee被次级侧电路440中所包括的输出整流器/滤波器电路442整流和高频滤波，以得到用于驱动LED模块360的期望驱动电压Vd和相应的驱动电流ID。驱动电流Id的幅度具体指示LED模块460中的一个或多个LED的照明水平。
[0046]次级侧电路440还包括输出电流控制444和输出电压控制446。输出电流控制444将驱动电流Id与微处理器436所输出的电流参考信号IMf进行比较以得到电流差Λ I，并且输出电压控制446将驱动电压Vd与同样由微处理器436输出的电压参考信号Vraf进行比较以得到电压差Λ V。驱动补偿器(未被示出)基于电流差Λ I和电压差AV中的至少一个确定调光反馈信号DFS。微处理器436基于下面要讨论的从市电感测电路432接收的市电感测信号MSS，而确定电流和电压参考信号IMf和VMf的值，所述市电感测信号MSS又基于在调光控制器405处所设置的调光水平。
[0047]输出电流控制444还可以从微处理器436接收软启动信号(短脉冲)，该软启动信号通过输出电流控制444使电流控制回路饱和。在软启动信号变低之后，来自微处理器436的电流参考信号IMf被逐渐提高以避免输出LED电流中的闪烁。在启动期间，电流差△ I可以被确定为电流参考/[目号Iraf减去驱动电流Id和软启动/[目号，并且电压差Δν可以被确定为电压参考信号减去驱动电压Vd和软启动信号。
[0048]如以上所提到的，调光反馈信号DFS指示分别由输出电流控制444和输出电压控制446提供的电流差Λ I和电压差AV。在实施例中，只有电流回路(利用电流差Λ I)通常是有效的。如果输出电压超过预定的限值，电压回路(利用电压差AV)可以被用于通过调光反馈信号DFS来减小输出电流。调光反馈信号DFS通过第二光隔离器424 (可以与第一光隔离器434相同或不同)跨过隔离屏障425从次级侧电路440被提供给PWM半桥控制级415。调光反馈信号DFS从而控制PWM半桥转换器414以基于调光反馈信号DFS来调节初级侧电压Vltti的脉冲宽度。例如，如果驱动电流Id超过电流参考信号IMf，如调光反馈信号DFS所指示的，则PWM半桥控制级415将控制PWM半桥转换器414以例如通过减小其脉冲宽度来减小初级侧电压并且从而也减小初级电流IpH。初级侧电压的变化被反映在次级电压Vse。以及用于驱动LED模块460的由驱动器400输出的驱动电压Vd和驱动电流Id的相应的变化中。因而，PWM半桥控制级415能够将驱动器400的驱动电压Vd和/或驱动电流Id调节为特定值。在正常的稳态操作下，来自微处理器436的电流参考信号Iref取决于期望的调光水平，如市电感测信号MSS所指示的。
[0049]升压PFC电路412输出的经升压的电压Vb也被提供给电源427，电源427可以是降压DC-DC转换器，例如Viper电源。电源427可以将经升压的电压Vb降至更低的电压，例如18V。电源427的初级侧被配置为在开关417的控制下选择性地将经调节的电压提供给初级侧电路410的各个组件(例如电压整流器411、升压PFC电路412、升压控制电路413、PWM半桥转换器414、PWM半桥控制级415)。开关417(开/关)的操作和定时由功率控制信号PCS确定，所述功率控制信号PCS由微处理器436输出并且通过第三光隔离器428 (可以与第一和第二光隔离器434，424相同或不同)跨过隔离屏障425被开关417接收。电源427的次级侧被配置为将经调节的电压提供给次级侧电路440的各个组件(例如输出整流器/滤波器电路442、输出电流控制444、输出电压控制446)。在说明性配置中，电源427可以是具有两个被隔离的输出的反激式转换器:一个输出用于初级侧并且一个输出用于次级侧。
[0050]驱动器400还包括被连接到隔离屏障425两边的初级侧电路410和次级侧电路440的调光控制电路430，隔离屏障425对应于变压器420。调光控制电路430包括市电感测电路432、第一光隔离器434和微处理器436。如以上所讨论的，市电感测电路432被配置为从电压整流器411接收经整流的市电电压\，并生成指示经整流的市电电压Vr的幅度的市电感测信号MSS。市电感测电路432通过第一光隔离器434跨过隔离屏障425将市电感测信号MSS传送至微处理器436。市电感测电路432可以按各种配置被实施，包括脉冲信号发生器(例如以上参考图2所讨论的)或者微控制器。
[0051 ] 微处理器436被配置为从市电感测电路432接收市电感测信号MSS并且作为响应而确定电流参考信号IMf和电压参考信号Vraf。此外,微处理器436被配置为通过调光控制接口 455从调光输入454接收调光信号，其中调光信号指示例如由用户设置的期望调光水平。例如，调光输入454可以提供从IV到IOV的调光标尺，其中IV指示最大调光(输出光的最低水平)而IOV指示最小或者没有调光(输出光的最高水平)。微处理器436可以接收多个调光水平输入，包括调光输入454和调光控制器405，并且作为响应而设置电流参考信号Iref和/或电压参考信号Vref。在实施例中，微处理器436例如线性地转换市电感测信号MSS以得到电流参考信号IMf，但是该转换也可以是双级的、对数的、任意预定的表值集合等。微处理器436还例如通过负温度系数(NTC)感测电路451和RSET感测电路452来接收来自LED模块460的反馈。
[0052]此外，微处理器436生成功率控制信号PCS，该功率控制信号PCS是被用于开启/关断初级侧电源以及LED驱动器400的低电平开关信号。例如，当从外部输入接收到待机命令时，功率控制信号PCS可以被用于关断LED驱动器400。市电感测信号MSS的特定值也可以表示待机命令。功率控制信号PCS由微处理器436通过第三光隔离器428跨过隔离屏障425被发送至初级侧电路410以对开关417进行操作，如以上所讨论的。
[0053]图5是示出了根据代表性实施例的用于可调光固态照明系统的驱动器的仿真结果的一组图。具体而言，图5(c)显示初级侧电路中的电压整流器(例如电压整流器411)输出的经整流的市电电压VK。图5(a)和5(b)分别示出了作为响应于经整流的市电电压Vk的市电感测信号MSS的由市电感测电路(例如市电感测电路432)输出的所感测的信号和相应的PWM信号。市电感测信号MSS跨过隔离屏障(例如隔离屏障425)被提供给处理电路(例如微处理器436)以用于确定调光反馈信号DFS。如图5中所示，经整流的市电电压Ve通过隔离屏障被准确地传送。
[0054]以上所讨论的基于市电信号的可调光固态照明系统驱动器可以被应用于改型LED应用，在这些应用中期望基于市电电压信号来控制光输出。例如，基于市电信号的可调光固态照明系统驱动器可以被用于其中LED模块替换传统的电感镇流器的应用。
[0055]虽然本文已经描述并图示了几个发明的实施例，但是本领域普通技术人员将很自然地设想出用于执行本文所描述的功能并且/或者得到本文所描述的结果和/或一个或多个优点的各种其它手段和/或结构，并且每个这样的改变和/或修改都被认为是在本文所描述的发明实施例的范围内。更一般地说，本领域技术人员将很容易理解本文所描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于发明教导被用于的特定应用。本领域技术人员将意识到或者只是使用常规实验就能够确定很多针对本文所描述的特定发明实施例的等同方案。因此，应当理解提出前述实施例只是作为示例，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，发明实施例可以按照不同于所描述和要求保护的具体方式的其它方式被实施。本公开的发明实施例针对于本文所描述的每个独立的特征、系统、物体、材料、套件和/或方法。此外，两个或多个这样的特征、系统、物体、材料、套件和/或方法的任意组合被包括在本公开的发明范围内，只要这些特征、系统、物体、套件和/或方法不是相互矛盾的。
[0056]本文所定义和使用的所有定义应当被理解为有权超越(control over)字典的定义、在通过引用被合并的文档中的定义以及/或者所定义的术语的普通含义。
[0057]本文用在说明书和权利要求中的不定冠词“一个”应当被理解为表示“至少一个”，除非明确被指明为相反情况。[0058]本文用在说明书和权利要求中的短语“和/或”应当被理解为被这样连接的元素中的“一个或两者”，所述元素即在一些情况下联合出现而在其它情况下不联合出现的元素。用“和/或”列出的多个元素应当按相同的方式被理解，即被这样连接的元素中的“一个或多个”。除由“和/或”短语特别指定的元素以外的其它元素可以可选地出现，不管这些元素与那些被特别指定的元素有关还是无关。本文用在说明书和权利要求中的“或”应当被理解为具有与上述“和/或”相同的意思。
[0059]本文在说明书和权利要求所使用的关于一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当被理解为指从该元素列表中的元素中的任意一个或多个元素中选出的至少一个元素，但是不必一定包括该元素列表内具体被列出的每个元素中的至少一个并且不排除该元素列表中的元素的任意组合。这种定义还允许除了短语“至少一个”所指的所述元素列表内的被具体标识的元素以外的其它元素可以可选地出现，不管这些其它元素是否与被具体标识的那些元素有关还是无关。因而，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或者，等同地，“A或B中的至少一个”，或者，等同地，“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指至少一个(可选地包括多于一个)A，没有B出现(并且可选地包括B以外的元素)；在另一实施例中，可以指至少一个(可选地包括多于一个)B，没有A出现(并且可选地包括A以外的元素)；在另一实施例中，可以指至少一个(可选地包括多于一个)A和至少一个(可选地包括多于一个)B(并且可选地包括其它元素)；等等。
[0060]还应当理解除非明确指明为相反的意思，在包括不止一个步骤或动作的本文所要求保护的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不必一定限于该方法的这些步骤或动作被描述的顺序。此外，在权利要求中如果出现附图标记的话，这些附图标记仅仅是为了方便而提供的，不应被诠释为以任何方式限制权利要求。
[0061]在权利要求以及以上的说明书中，诸如“包括”、“承载”、“具有”、“包含”、“涉及”、
“保持”等之类的所有过渡短语应被理解为开放式的，即表示包括但不限于。只有过渡短语“由...构成”和“实质上由...构成”应当是封闭式或半封闭式过渡短语。
【权利要求】
1.一种用于对固态照明模块实施基于市电电压的调光的系统，所述系统包括: 变压器，包括被连接到初级侧电路的初级侧和被连接到次级侧电路的次级侧，所述初级侧电路通过隔离屏障与所述次级侧电路分隔开； 市电感测电路，被配置为从所述初级侧电路接收经整流的市电电压并且生成指示所述经整流的市电电压的幅度的市电感测信号；以及 处理电路，被配置为跨过所述隔离屏障从所述市电感测电路接收所述市电感测信号，并且响应于所述市电感测信号向所述次级侧电路输出调光参考信号， 其中被连接到所述次级侧电路的所述固态照明模块输出的光响应于所述处理电路所输出的调光参考信号而被调节。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括第一光隔离器，其被配置为使所述处理电路跨过所述隔离屏障与所述市电感测电路相耦合。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括所述次级侧电路中的输出电流控制，所述输出电流控制被配置为接收所述调光参考信号，将所述调光参考信号与所述固态照明模块的驱动电流相比较，并且基于所述比较的结果生成调光反馈信号。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括: 第二光隔离器，被配置为将所述输出电流控制与所述初级侧电路耦合以使所述调光反馈信号能够传送至所述初级侧电路，其中所述固态照明模块输出的光响应于所述调光反馈信号而被调节。
5.根据权利要求4所述的系统，其中固态照明模块包括多个发光二极管(LED)。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述市电感测信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号，并且所述市电感测电路通过所述第一光隔离器将所述PWM信号传送到所述处理电路。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述市电感测电路包括被配置为生成所述PWM信号的微控制器，所述微控制器包括被配置为接收所述经整流的市电电压的模数转换器(ADC)。
8.根据权利要求3所述的系统，其中所述市电感测电路包括: 电阻分压器，被配置为从所述电压整流器接收所述经整流的市电电压并提供经分压的市电电压； 被配置为生成时钟信号的时钟；以及 脉冲信号发生器，被配置为基于所述经分压的市电电压和所述时钟信号生成所述PWM信号，其中所述PWM信号的每个脉冲的宽度由所述经整流的市电电压的幅度调制。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述时钟包括第一555计时器并且所述脉冲信号发生器包括第二 555计时器。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述固态照明模块输出的光量直接随所述经整流的市电电压的幅度而变化。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述固态照明模块包括被配置为替代传统的电感镇流器的改型发光二极管(LED)模块。
12.—种提供对发光二极管(LED)模块的基于市电信号的调光的方法,所述方法包括: 生成指示来自初级侧电路的经整流的市电电压的幅度的市电感测信号，所述初级侧电路被连接到电源变压器的初级侧；跨过与所述电源变压器相对应的隔离屏障传送所述市电感测信号； 至少部分基于被传送的市电感测信号，在被连接到所述电源变压器的次级侧的次级侧电路中生成调光反馈信号； 跨过所述隔离屏障将所述调光反馈信号从所述次级侧电路传送至所述初级侧电路；以及 基于被传送至所述初级侧电路的所述调光反馈信号，调节所述次级侧电路所输出的所述LED模块的驱动电流。
13.根据权利要求12所述的方法，其中生成所述调光反馈信号包括: 至少部分基于所述被传送的市电感测信号来生成调光参考信号； 将所述调光参考信号提供给所述次级侧电路； 将所述调光参考信号与所述次级侧电路中的至少一个电学状况相比较；以及 生成所述调光反馈信号以指示所述比较的结果。
14.根据权利要求12所述的方法，其中调节所述LED模块的驱动电流包括: 基于所述调光反馈信号来调节被输入到所述电源变压器的初级侧的初级侧电压和初级侧电流中的至少一个，这 导致对所述电源变压器的次级侧的次级侧电压和次级侧电流中的至少一个的相应的调节，其中所述驱动电流基于所述次级侧电流。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述市电感测信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述LED模块包括被配置为替代电感镇流器的改型LED模块。
17.一种用于对发光二极管(LED)模块进行调光的基于市电信号的驱动器，所述驱动器包括: 具有初级侧和次级侧的变压器； 被连接到所述变压器的初级侧的初级侧电路，所述初级侧电路包括被配置为对经调光的市电电压进行整流的电压整流器； 次级侧电路，其被连接到所述变压器的次级侧并且被配置为输出用于驱动所述LED模块的驱动电流，所述次级侧电路包括输出电流控制，其中所述次级侧电路通过隔离屏障与所述初级侧电路分隔开；以及 调光控制电路，其包括被配置为生成指示所述经整流的市电电压的幅度的市电感测信号的市电感测电路；被配置为提供跨过所述隔离屏障的电耦合的光隔离器；以及微处理器，所述微处理器被配置为经由所述光隔离器接收来自所述市电感测电路的市电感测信号，以响应于所述市电感测信号生成电流参考信号并将所述电流参考信号输出到所述输出电流控制， 其中所述输出电流控制基于所述电流参考信号与所述驱动电流的比较而生成调光反馈信号，并将所述调光反馈信号跨过所述隔离屏障传送到所述初级侧电路，并且 其中所述初级侧电路响应于所述调光反馈信号来调节所述变压器的输入，从而调节所述次级侧电路中的所述驱动电流。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述市电感测信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号，并且所述市电感测电路通过所述第一光隔离器将所述PWM信号传送到所述处理电路。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述市电感测电路包括: 电阻分压器，被配置为从所述经整流的市电电压提供经分压的市电电压； 被配置为生成时钟信号的时钟；以及 脉冲信号发生器，被配置为基于所述经分压的市电电压和所述时钟信号来生成所述PWM信号，其中所述PWM信号的每个脉冲的宽度由所述经整流的市电电压的幅度调制。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述市电感测电路包括被配置为生成所述PWM信号的微控制器，所述微控制器包括被配置为接收所述经整流的市电电压的模数转换器(ADC)。
【文档编号】H05B33/08GK103718647SQ201280036714
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2011年7月25日
【发明者】R·N·哈里施戈帕拉皮莱, K·阿查亚, A·特里帕西 申请人:皇家飞利浦有限公司