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，本文公开的各种发明性方法和装置涉及使用泄放电路选择性地增加固态照明灯具的调光范围。
背景技术：
数字或固态照明技术即基于半导体光源(如发光二级管(LED))的照明对于传统荧光、HID和白炽灯提供了可行的替换。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、持久、低操作成本等等。LED技术中的最近的进展已经提供了有效并且鲁棒的全谱光源，其在许多应用中支持各种各样的照明效果。体现这些光源的一些灯具的特征在于这样一种照明模块，该照明模块包括一个或多个能够产生不同的颜色(例如红色、绿色和蓝色)的LED以及用于独立控制LED的输出以便生成各种各样的颜色和变色照明效果的处理器，例如，通过引用的方式并入本文的美国专利号6，016, 038和6，211，626中所详述的。LED技术包括线路电压供电的白光照明灯具,诸如从Philips Color Kinetics可获得的ESSENTIALWHITE系列。这些灯具可以使用后沿调光器技术(诸如用于120VAC线路电压的电子低压(ELV)类型调光器)调光。许多照明应用利用调光器。常规调光器在白炽(灯泡和卤素)灯中工作良好。但是在包括紧凑型荧光灯(CFL)、使用电子变压器的低压卤素灯以及固态照明(SSL)灯(诸如LED和0LED)的其他类型的电子灯中出现问题。具体而言，可以使用特殊调光器(诸如电低压(ELV)型调光器或阻抗电容(RC)调光器)来调光使用电子变压器的低压卤素灯，该调光器对于在输入端具有功率因子修正(PFC)电路的负载工作是足够的。常规调光器典型而言对于市电电压信号的每个波形的一部分进行斩波，并且向照明灯具传递该波形的剩余部分。前沿或正相调光器对电压信号波形的前沿进行斩波。后沿或反向调光器对电压信号波形的后沿进行斩波。电子负载(诸如LED驱动器)典型而言利用后沿调光器操作得更好。白炽灯和其他常规阻抗性照明设备自然无差错地响应由相位斩波调光器所产生的斩波正弦波。相反，当LED和其他固态照明负载被放置在该相位斩波调光器上时，LED和其他固态照明负载可以招致大量问题，诸如低端压降、三端双向可控硅开关失败，最小负载问题、高端闪烁和光输出的大步幅。另外，当调光器处于它的最低设置时，固态照明负载所输出的最小光相对高。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%，在低设置上这是不希望的高光输出。该高光输出进一步被人眼响应在低光水平时非常敏感的事实加剧，使得光输出显得甚至更高。并且，常规相位斩波调光器可能具有最小负载要求，因而不能从电路简单地去除LED负载。因此，存在如下需求，即当对应的调光器被设置为低设置时降低由固态照明负载输出的光，同时满足相位斩波调光器的任意最小负载要求
发明内容
本公开涉及用于当调光器的相位角或调光水平被设置为低设置时降低固态照明负载所输出的光的发明方法和设备。通常，在一个方面，一种用于控制由处于低调光水平的固态照明负载所输出的光水平的设备，包括与该固态照明负载并联连接的泄放电路。该泄放电路包括串联连接的电阻器和晶体管，该晶体管被配置为当由调光器设置的调光水平低于预定第一阈值时根据数字控制信号的占空比而接通或断开，从而随着该调光水平降低而减小该泄放电路的有效阻 抗。在另一方面,一种设备,包括具有响应于调光器的相位角的光输出的LED负载、检测电路、开环功率转换器和泄放电路。该检测电路被配置为检测该调光器相位角并且从脉冲宽度调制(PWM)输出端口输出PWM控制信号，该PWM控制信号具有基于检测的调光器相位角确定的占空比。该开环功率转换器被配置为从该调光器接收整流电压并且向该LED负载提供与该整流电压相对应的输出电压。该泄放电路与该LED负载并联连接并且包括电阻器以及具有连接到该PWM输出端口以接收该PWM控制信号的栅极的晶体管。该晶体管响应于该PWM控制信号的该占空比而接通或断开，其中，该占空比的百分比随着该检测的调光器相位角减小到低于预定低调光阈值而增加，从而导致随着该检测的调光器相位角减小，该泄放电路的有效阻抗减小并且经过该泄放电路的泄放电流增加。在又一个方面，提供了一种用于控制由调光器控制的固态照明负载输出的光水平的方法，该固态照明负载与泄放电路并联连接。该方法包括检测该调光器的相位角；基于检测的相位角确定数字控制信号的占空比百分比；并且使用该数字控制信号控制并联泄放电路中的开关，该开关响应于该数字控制信号的该占空比百分比而打开或闭合，以调整该并联泄放电路的阻抗，该并联泄放电路的该阻抗与该数字控制信号的该占空比百分比成反t匕。确定该占空比百分比包括当该检测的相位角高于预定低调光阈值时确定该占空比百分比是百分之零；并且当该检测的相位角低于该预定低调光阈值时根据预定函数计算该占空比百分比。该预定函数响应于该检测的相位角的减小而增加该占空比百分比。如这里为了本公开的目的而使用的，应该将术语“LED”理解为包括任意电致发光二极管或能够响应于电信号来生成辐射的其他类型的基于载子注入/结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流来发射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)、电致发光带等等。具体而言，术语LED涉及可以被配置为在红外频谱、紫外频谱和可见光频谱的各个部分的一个或多个中生成辐射(通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)的所有类型的发光二级管(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(下文进一步讨论)。还应该认识到LED可以被配置为和/或控制为生成用于给定频谱(例如，窄带、宽带)的具有各种带宽(例如，半高全宽(或FWHM))的辐射，以及给定通用色彩分类中的各种主波长。例如，被配置为生成基本上白色的光的LED的一个实现(例如，LED白色照明灯具)可以包括多个裸片，这些裸片分别发射不同的电致发光频谱，不同的电致发光频谱组合起来混合形成基本上白色的光。在另一个实现中，LED白色照明灯具可以与将具有第一频谱的电致发光转换到不同的第二频谱的磷光体材料相关联。在该实现的一个示例中，具有相对短的波长和窄带宽频谱的电致发光“泵浦(pump) ”该磷光体材料，该磷光体材料转而辐射具有更宽一些的频谱的更长波长辐射。应该理解，术语LED不限制LED的物理的和/或电气的封装类型。例如，如以上讨论的，LED可以涉及具有多个裸片的单个发光器件，该多个裸片被配置为分别发射不同的辐射频谱(例如，它们可以或可以不独立可控制)。并且，LED可以与被视为LED(例如，一些类型的白色光LED)的组成部分的磷光体相关联。通常，术语LED可以涉及封装LED、未封装LED、表面装贴LED、板上芯片LED、T型装贴LED、径向封装LED、功率封装LED、包括一些类型的包装物和/或光学元件(例如，扩散透镜)的LED等。应该将术语“光源”理解为涉及各种辐射源中的任意一个或多个，包括但不限于基于LED的源(包括如上文所定义的一个或多个LED)、白炽源(例如，白炽灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高压放电源(例如，钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤化物灯)、激光、其他类型的电致光源、火光源(例如，火焰)、烛火光源(例如，汽灯罩、碳弧辐射源)、光致光源(例如，气体放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、化学电流发光源、结晶发光源、显像管发光源、热发光源、摩擦发光源、声发光源、辐射发光源和发光聚合物。给定光源可以被配置为生成可见频谱之中、可见频谱之外或其二者的结合的电磁辐射。因此，这里可互换地使用术语“光”和“辐射”。另外，光源可以包括一个或多个滤波器(例如，彩色滤波器)、透镜或其他光学组件作为整体组件。并且，应该理解，光源可以被配置用于各种应用，包括但不限于指示、显示和/照明。“照明源”是具体被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。在本上下文中，“足够强度”涉及在空间或环境中生成的在可视频谱中的足够的辐射功率(通常用单位“流明”来以辐射功率或“光通量”的形式表示在全部方向中来自光源的总光输出)以提供周围环境照明(即可以直接被观察到并且在完全或部分被观察到之前可以被一个或多个各种各样的介入表面反射的光)。在这里所使用的术语“照明灯具”涉及一个或多个照明单元以特定规格、组装或封装的实现或布置。在这里所使用的术语“照明单元”涉及包括一个或多个相同类型或不同类型的光源的装置。给定照明单元可以具有用于光源的各种装配布置、装箱/外壳布置和形状和/或电气和机械连接配置中的任意一个。另外，给定照明单元可以可选择地与涉及该光源的操作的各种其他组件(例如，控制电路)相关联(例如，包括、耦合到并且/或者与该其他组件封装在一起)。“基于LED的照明单元”涉及单独地或者与其他非基于LED的光源一起组合的包括一个或多个如上所述的基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元涉及基于LED或非基于LED的照明单元，其包括至少两个被配置为分别生成不同频谱的辐射的光源，其中每个不同的源频谱可以被称为该多通道照明单元的一个“通道”。在这里使用的术语“控制器”来总体描述涉及一个或多个光源的操作的各种装置。 可以用多种方式(例如，与专用硬件一起)实现控制器以执行本文所述各种功能。“处理器”是应用一个或多个可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行本文所述的各种功能的微处理器的控制器的一个示例。可以利用或不利用处理器实现控制器，并且也可以将控制器实现为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程微处理器和相关联的电路)的组合。在本文公开的各种实施方式中可以应用的控制器组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)。
在各种实现中，处理器和/或控制器可以与一个或多个存储器介质(在本文总体被称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储介质，诸如随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、通用串行总线(USB)驱动器、软盘、压缩盘、光盘、磁带等等)相关联。在一些实现中，可以用一个或多个程序来编码该存储介质，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行该程序时，该程序执行至少一些本文所讨论的功能。各种存储介质可以被安装在处理器或控制中或者是可传输的，从而使得可以将存储在其上的一个或多个程序加载到处理器或控制器中从而实现本文所讨论的本发明的各种方面。在本文在通用的意义上使用术语“程序”或“计算机程序”涉及可用于编程一个或多个处理器或控制器的任意类型的计算机代码(例如，软件或微码)。在一个网络实现中，耦合到网络的一个或多个设备可以作为用于耦合到该网络的一个或多个其他设备的控制器(例如，处于主/从关系)。在另一个实现中，联网环境可以包括一个或多个被配置为控制耦合到该网络的一个或多个设备的专用控制器。大体上，多个耦合到该网络的设备中的每个设备可以访问出现在一个或多个通信介质上的数据；然而， 给定的设备可能是“可寻址的”，因为其被配置为基于例如一个或多个分配给它的具体的标识符(例如，“地址”)选择性地与网络交换数据(例如，从网络接收数据和/或向网络传输数据)。如本文所使用的术语“网络”涉及用于有助于在耦合到该网络的任意两个或更多设备和/或多个设备之间的(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等等)信息的传输的两个或更多设备(包括控制器和处理器)的任意互联。如应该易于认识到的，适用于互联多个设备的网络的各种实现可以包括多种网络拓扑中的任意网络拓扑并且应用多种通信协议中的任意通信协议。另外，在根据本文公开的各种网络中，两个设备之间的任意一个连接可以表示两个系统之间的专用连接或者备选地非专用连接。除了携带旨在用于两个设备的信息之外，该非专用连接可以携带没有必要旨在用于该两个设备中的任意一个的信息(例如，开放式网络连接)。此外，应该易于认识到，如本文所讨论的各种设备的网络可以应用一个或多个无线、有线/线缆和/或光纤链路来有助于遍及该网络的信息传输。应该认识到，前文的概念和下文更加详述的附加概念(只要该概念不相互不一致)的全部组合视为本文公开的发明性的主题的一部分。具体而言，将出现在本文的公开中的所要求的主题的全部组合视为本文公开的发明性的主题的一部分。还应该认识到，也有可能出现在通过参考的方式合并的任意公开中的明确使用的术语应符合与本文公开的具体概念的最一致的含义。
在附图中，相同的附图标记在全部不同的视图中通常指代相同的或相似的部分。并且，附图并非必定按比例，而是通常将重点放置在阐明本发明的原理图I是示出根据一个代表性实施方式的包括固态照明灯具和泄放电路的可调光照明系统的方框图。图2是示出根据一个代表性实施方式的包括固态照明灯具和泄放电路的可调光控制系统的方框图。
图3是示出根据一个代表性实施方式的泄放电路相对于调光器相位角的有效阻抗的图表。图4是示出根据一个代表性实施方式的用于控制泄放电路的有效阻抗的占空比设置过程的流程图。图5A-图5C示出根据一个代表性实施方式的调光器的采样波形和对应的数字脉冲。图6是示出根据一个代表性实施方式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的详细描述中，出于说明而非限制的目的阐述了用于公开具体细节的代表性实施方式，以便提供对本文教导的透彻理解。然而，对于受益于本文的公开的本领域的普通技术人员而言，根据本文的教导的与本文所公开的具体细节不同的其他实施方式仍然落入所附权利要求的范围中。此外，可以省略对公知的装置和方法的描述，以免模糊对代表性 实施方式的描述。该方法和装置清楚地落入本文教导的范围中。申请人:认识到并且理解特别是当满足相位斩波调光器的最小负载要求时，提供一种用于降低最小输出光水平的装置和方法将会是有益的，该最小输出光水平否则可以通过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是示出根据一个代表性实施方式的包括固态照明灯具和泄放电路的可调光照明系统的方框图。参考图1，在一些实施方式中，可调光照明系统100包括调光器104和整流电路105，整流电路105提供来自市电电压101的(调光)整流电压Urect。调光器104是相位斩波调光器，例如，该相位斩波调光器通过它的滑动器的操作对来自市电电压101的电压信号波形的前沿进行斩波(前沿调光器)或后沿进行斩波(后沿调光器)，提供调光能力。根据各种实现，市电电压101可以提供不同的未整流输入AC线路电压，诸如100VACU20VAC、230VAC 和 277VAC。可调光照明系统100还包括调光器相位角检测器110、功率转换器120、固态照明负载130和泄放电路140。通常，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电压以用于对固态照明负载130供电。用于在整流电压Urect和DC电压之间转换的功能取决于各种因素，包括在市电电压101处的电压、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的其他应用和设计要求，如对本领域的普通技术人员而言显而易见的。由于功率转换器120在调光器104的调光动作之后紧接着接收整流电压Urect，所以功率转换器120的DC电压输出反映由调光器104应用的调光器相位角(即调光水平)。泄放电路140与固态照明负载130和功率转换器120并联连接，并且泄放电路140包括串联连接的电阻器141和开关145。因此，可以例如如上所述的由调光器相位角检测器110通过开关145的操作控制泄放电路140的有效阻抗。转而，泄放电路140的有效阻抗直接影响流经泄放电路140的泄放电流Ib的量并且同时影响流经并联固态照明负载130的负载电流k的量，因此控制由固态照明负载130发射的光量。调光器相位角检测器110基于整流电压Urect检测调光器相位角，并且经由控制线路149向泄放电路140输出数字控制信号以控制开关145的操作。该数字控制信号可以例如是脉冲编码调制(PCM)信号。在一个实施方式中，数字控制信号的高电平(例如，数字“I”)激活(或者关闭)开关145并且数字控制信号的低电平(例如，数字“O”)去激活(或者打开)开关145。并且，数字控制信号可以根据由调光器相位角检测器110基于检测的相位角所确定的占空比，在高电平和低电平之间交替。该占空比的范围从百分之百(例如，连续处于高电平)到百分之零(例如，连续处于低电平)，并且包括之间的任意百分比以便适当地调整泄放电路140的有效阻抗以控制由固态照明负载130发射的光水平。例如，百分之七十的占空比指示对于波形周期的百分之七十，数字控制信号的方波处于高电平并且对于波形周期的百分之三十处于低电平。例如，当调光器相位角检测器110操作开关145以保持处于打开位置(百分之零占空比)时，泄放电路140的有效阻抗是无限大(开路)，从而泄放电流Ib是零并且负载电流込不受泄放电流Ib影响。可以响应于高调光水平(例如，高于如下所述的第一低调光阈值)应用该操作，从而使得电流L仅响应于功率转换器120的输出。当调光器相位角检测器110操作开关145以保持处于闭合位置(百分之百占空比)时，泄放电路140的有效阻抗等于电阻器141的相对低的阻抗，因此泄放电流Ib处于它的最高可能水平并且负载电流Il处于它的最低可能水平(例如，接近零)，同时如果存在任何最小负载要求则仍然维持最 小负载要求。可以响应于极低调光水平(例如，低于如下所述的第二低调光阈值)来应用该操作，从而使得负载电流k足够低以至于几乎没有光从固态照明负载130输出。当调光器相位角检测器110操作开关145以交替打开和闭合时，泄放电路140的有效阻抗取决于该占空比的百分比位于电阻器141的低阻抗与无限大之间。因此，泄放电流Ib与负载电流込在低调光水平上彼此互补地改变(例如，在第一低调光阈值和第二低调光阈值之间)。因此，固态照明负载130所输出的光类似地即使在低调光水平上也继续调光，而这原本对常规系统输出的光没有影响。图2是示出根据一个代表性实施方式的包括固态照明灯具和泄放电路的调光控制系统的电路图。图2的大部分组件与图I的类似，尽管根据说明性的配置对于各种组件提供了更多细节。当然，在不脱离本文教导的范围的前提下可以实施其他的配置。参考图2，在一些实施方式中，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、LED负载230和泄放电路240 (虚线框)。如以上关于整流电路105所讨论的，整流电路205连接到由热调和中调输入所指示的调光器(未显示)以接收来自市电电压(未显示)的(调光)未整流电压。在所描绘的配置中，整流电路205包括连接在整流电压节点N2与接地电压之间的四个二极管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被连接到地。功率转换器220接收在整流电压节点N2处的整流电压Urect并且将整流电压Urect转换到对应的DC电压以用于对LED负载230供电。功率转换器220可以操作在例如Lys在美国专利号7，256，554中所述的开环或前向反馈形式中，该专利通过引用并入本文。在各种实施方式中，功率转换器220可以例如是从ST微电子可获得的L6562，但是在不脱离本文教导范围的前提下可以包括其他类型的功率转换器或其他电子变压器和/或处理器。LED负载230包括在功率转换器220的输出与地之间由代表性的LED 231和LED232所指示的串联连接的一串LED。由泄放电路240的阻抗和对应的泄放电流Ib的水平确定在低调光器相位角上经过LED负载230的负载电流L的量。如下文所述的，由调光器相位角检测电路210基于调光器的检测的相位角(调光水平)，控制泄放电路240的阻抗水平。在所描绘的实施方式中，泄放电路240包括晶体管245和电阻器R241，晶体管245是在图I中的开关145的示例性实施。晶体管245可以例如是场效应晶体管(FET)，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或砷化镓场效应晶体管(GaAsFET)。当然，在不脱离本文教导的范围的前提下可以实施为各种其他类型的晶体管和/或开关。出于说明的目的假设晶体管245是例如M0SFET，则晶体管245包括连接到电阻器R241的漏极、连接到地的源级和经由控制线路249连接到调光器相位角检测电路210中的微控制器215的PWM输出219的栅极。因此，晶体管245从调光器相位角检测电路210接收PWM控制信号，并且响应于对应的占空比而“打开”和“关闭”，从而如以上关于开关145的操作所述的，控制泄放电路240的有效阻抗。
泄放电路240的电阻器R241具有固定阻抗，如果有相位斩波调光器的最小负载要求，则该阻抗的值必须在最大化从LED负载130转移的负载电流k的量与提供足够的负载以满足相位斩波调光器的最小负载要求之间平衡。S卩，当晶体管245的占空比是百分之百(例如，晶体管245保持完全“打开”)时，电阻器R241的值足够小，使得最大量的负载电流込被从LED负载130转移，从而最小化光输出，同时仍然足够大以满足最小负载要求。例如，电阻器R241可以具有约1000欧的值，但是阻抗值可以改变以对任意具体情况提供独特的益处或者以满足各种实施的专用设计要求，如对于本领域普通技术人员显而易见的。调光器相位角检测器210基于下述的整流电压Urect检测调光器相位角，并且经由控制线路249向泄放电路240输出PWM控制信号以控制晶体管245的操作。更具体而言，在所述代表性实施方式中，调光器相位角检测电路210包括微控制器215,微控制器215使用整流电压Urect的波形来确定调光器相位角并且经过下文详述的PWM输出219来输出PWM控制信号。例如，PWM控制信号的高电平(例如，数字“I”)“打开”晶体管245并且PWM控制信号的低电平(例如，数字“O”)“闭合”晶体管245。因此，当PWM控制信号连续高(百分之百占空比)时，晶体管245保持“打开”，当PWM控制信号连续低(百分之零占空比)时，晶体管245保持“闭合”，并且当PWM控制信号在高和低之间调制时，晶体管245以与PWM控制信号占空比相对应的速率在“打开”与“闭合”之间循环。图3是示出根据一个代表性实施方式的泄放电路相对于调光器相位角的有效阻抗的图表。参考图3，垂直轴描述泄放电路(例如，泄放电路240)的从零到无限大的有效阻抗，并且水平轴描述了从低或最小调光水平增加的调光器相位角(例如，由调光器相位角检测电路210检测)。当调光器相位角检测电路210确定调光器相位角高于由第一相位角Θ i所指示的预定第一低调光阈值时，将PWM控制信号的占空比设置为百分之零。作为响应，将晶体管245“断开”，即处于它的不导电状态，使得泄放电路240的有效阻抗无限大。换句话说，泄放电流Ib变为零并且没有从LED负载230转移负载电流L。在各种实施方式中，第一相位角Θ !是这样一种调光器相位角，在该调光器相位角上调光器的调光水平的进一步降低将不会以其他方式降低由LED负载230输出的光，其可以是例如最大设置光输出的约15-30%。当调光器相位角检测电路210确定调光器相位角低于第一相位角Θ i时，其通过从百分之零向上调整PWM控制信号的占空比百分比，开始脉冲宽度调制晶体管245，以便降低与LED负载230和功率转换器220并联连接的泄放电路240的有效阻抗。如上所述，响应于泄放电路240的有效阻抗被降低，更多部分的负载电流k被从LED负载230转移并且作为泄放电流Ib传递到泄放电路240。在功率转换器220运行在开环中的各种实施方式中，仅仅相位斩波调光器调制经由整流电路205被传递到功率转换器220的输出的功率。因此，将泄放电路240连接到该输出不会改变在该输出处的总功率量，而是根据PWM信号的占空比百分比在LED负载230和泄放电路240之间有效地分割。因为功率(和电流)被分割成两路，所以LED负载230接收更少的功率并且因此产生更低的光水平。当调光器相位角检测电路210确定调光器相位角已经降低到低于由第二相位角θ2所指示的预定第二低调光阈值时，将PWM控制信号的占空比设置为百分之百。作为响应，晶体管245“接通”，即处于它的完全导电状态，使得泄放电路240的有效阻抗实质上等于电 阻器R241的阻抗(加上可忽略的线路阻抗和来自晶体管245的阻抗的量)。换句话说，由于从LED负载230转移了最大量的负载电流Iy泄放电流Ib变成最大值。在各种实施方式中，第二相位角θ2是这样一种调光器相位角，其中在该调光器相位角上，泄放路径240的阻抗的进一步降低将导致负载下降到调光器的最小负载要求之下。因此，泄放电路240的有效阻抗恒定(例如，电阻器R241的阻抗)低于第二相位角Θ 2。因此，泄放路径240即使在非常低的调光器相位角也汲取电流，其中电流被传递至“哑负载”而非LED 231和232。当然，R241的值越低，则经过LED负载230的负载电流Il越接近零，因为响应于百分之百的占空比使得晶体管245导通。可以选择R141的值以平衡效率的损失与LED负载230的希望的低端光水平性能。注意到，图3中的代表性曲线示出了由线性斜坡所指示的从百分之百到百分之零的线性脉冲宽度调制。然而，在不脱离本文教导的范围的前提下，可以包括非线性斜坡。例如，在各种实施方式中，为了对应于调光器的滑动器的操作创建由LED负载230输出的光的线性感觉，PWM控制信号的非线性函数可能是必要的。图4是示出根据一个代表性实施方式的用于控制泄放电路的有效阻抗的占空比设置过程的流程图。可以例如由微控制器215实施图4中示出的过程，但是在不脱离本文教导的范围的前提下，可以使用其他类型的处理器和控制器。在方框S421中，由调光器相位角检测电路210确定调光器相位角Θ。在方框S422中，确定检测的调光器相位角是否大于或等于与预定的第一低调光阈值相对应的第一相位角θ10当检测的调光器相位角大于或等于第一相位角91时(方框S422:是)，则在方框S423处将PWM控制信号的占空比设置为百分之零，即“断开”晶体管245。这有效地去除泄放电路240并且响应于调光器支持LED负载230的正常操作。当检测的调光器相位角不大于或等于第一相位角Θ i时(方框S422 :否)，则在方框S424中确定PWM控制信号的占空比百分比。可以例如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)，计算占空比百分比。该预定函数可以是提供与降低的调光水平相对应的线性增加的占空比百分比的线性函数。备选地，该预定函数可以是提供与降低的调光水平相对应的非线性增加的占空比百分比的非线性函数。在方框S425中将PWM控制信号的占空比设置为确定的百分比。该过程继而可以返回到方框S421以再次确定调光器相位角Θ。在一个实施方式中，该预定函数导致占空比百分比在与预定第二低调光阈值相对应的第二相位角92处被设置为百分之百。然而，在各种备选实施方式中，在紧随方框S422之后可以做出关于检测的调光器相位角是否小于或等于第二相位角92的独立的确定。当检测的调光器相位角小于或等于第二相位角92时，将PWM控制信号的占空比设置为百分之百，而无需执行关于占空比百分比和检测的调光器相位角的任何计算(例如，在方框S424 中)。再次参考图2，在所述代表性实施方式中，调光器相位角检测电路210包括微控制器215，微控制器215使用整流电压Urect的波形来确定调光器相位角。微控制器215包括连接在顶二极管D211与底二极管D212之间的数字输入引脚218。顶二极管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，并且底二极管D212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还包括数字输出，诸如PWM输出219。 在各种实施方式中，微控制器215可以是例如可从微芯片技术公司获得的PIC12F683，但是在不脱离本文教导的范围的前提下可以包括其他类型的微控制器或其他处理器。例如，可以由一个或多个处理器和/或控制器和可以使用软件或固件编程以执行各种功能的对应的存储器来实现微控制器215的功能，或者可以将微控制器215的功能实现为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程微处理器和相关联的电路)的组合。如上所讨论的，可以在各种实施方式中应用的控制器组件的示例包括但不限于常规的微处理器、微控制器、ASIC和FPGA。调光器相位角检测电路210还包括各种无源电子组件，诸如第一电容器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连接在微控制器215的数字输入引脚218与检测节点NI之间。第二电容器C214连接在检测节点NI与地之间。第一电阻器R211和第二电阻器R212串联连接在整流电压节点N2和检测节点NI之间。在所述实施方式中，第一电容器C213可以例如具有大约560pF的值并且第二电容器C214可以具有大约IOpF的值。而且，第一电阻器R211可以例如具有大约I兆欧的值并且第二电阻器R212可以具有大约I兆欧的值。然而，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的各自的值可以改变以对任意具体情况提供独特益处或者以满足各种实现的专用设计要求，如对于本领域普通技术人员显而易见的。(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的信号波形走高时，在上升沿上通过第一电阻器R211和第二电阻器R212对第一电容器C213充电。微控制器215内部的顶二极管D211例如将数字输入引脚218钳位到高于Ncc 一个二极管压降。在整流电压Urect的信号波形的下降沿上，第一电容器C213放电并且通过底二极管D212将数字输入引脚218钳位到低于地一个二极管压降。因此，在微控制器215的数字输入引脚218处的所得逻辑水平数字脉冲紧紧跟随斩波整流电压Urect的移动，在图5A-图5C中示出它的示例。更具体而言，图5A-图5C示出根据代表性实施方式的在数字输入引脚218处的采样波形和对应的数字脉冲。每个图中的顶波形描绘斩波整流电压Urect，其中，斩波的量反映了调光水平。例如，该波形可以描绘呈现在调光器的输出的完全的峰值170V(或用于欧盟的340V)、整流的正弦波的一部分。底部方波描绘在微控制器215的数字输入引脚218处看到的对应的数字脉冲。显然，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能够确定调光器已被设置的水平。图5A示出了当调光器处于它的最高设置时(由紧邻波形示出的调光器滑动器的顶部位置所指示)，整流电压Urect和对应的数字脉冲的采样波形。图5B示出了当调光器处于中间设置时(由紧邻波形示出的调光器滑动器的中间位置所指示)，整流电压Urect和对应的数字脉冲的采样波形。图5C示出了当调光器处于它的最低设置时(由紧邻波形示出的调光器滑动器的底部位置所指示)，整流电压Urect和对应的数字脉冲的采样波形。图6是示出根据一个代表性实施方式的检测调光器的调光器相位角的过程的流程图。可以例如由图2中所示的微控制器215执行的固件和/或软件或者更通常地由图I 中所示的调光器相位角检测器110来实现该过程。在图6的方框S621中,检测输入信号的数字脉冲的上升沿(例如，由图5A-图5C中的底部波形的上升沿所指示)，并且在方框S622中开始例如在微控制器215的数字输入引脚218处的采样。在所述实施方式中，以等于仅低于市电半周期的预定时间对信号进行数字采样。每当采样信号时，在方框S623中确定采样是否具有高电平(例如，数字“I”)或低电平(例如，数字“O”)。在所述实施方式中，在方框S623中做出比较以确定该采样是否是数字“I”。当采样是数字“I”时(方框S623:是)，在方框S624中计数器递增，并且当采样不是数字“I”时(方框S623:否)，在方框S625中插入小的延迟。插入该延迟以使得(例如微控制器215的)时钟周期的数目是相等的而不管采样是否被确定为数字“I”或数字 “O，，。在方框S626中，确定是否采样了完整的市电半周期。当市电半周期未完成时(方框S626 :否)，该过程返回到方框S622以再次在数字输入引脚218处采样信号。当市电半周期完成时(方框S626 :是)，该采样停止并且将计数器值(在方框S624中累加的)标识为当前调光器相位角或调光水平，它被存储在例如存储器中，在上文讨论了它的示例。将计数器复位为零，并且微控制器215等待下一个上升沿以再次开始采样。例如，假设在市电半周期期间微控制器取255个采样。当将调光器水平设置为处于它的范围的顶部时(例如，如图5A中所示的)，在图6的方框S624中计数器将递增到大约255。当将调光器水平设置为处于它的范围的底部时(例如，如图5C中所示的)，在方框S624中计数器将仅递增到大约10或20。当将调光器水平设置为处于它的范围的中部时(例如，如图5B中所示)，在方框S624中计数器将递增到大约128。计数器的值因此提供用于微控制器215的量化的值，以具有对调光器已被设置到的水平或者调光器的相位角的精确指示。在各种实施方式中，可以例如由微控制器215使用计数器值的预定函数来计算调光器相位角，其中该函数可以改变以对任意具体情况提供独特的益处或者以满足各种实施的专用设计要求，如对于本领域普通技术人员显而易见的。因此，可以使用最少的无源组件和微控制器(或其他处理器或处理电路)的数字输入结构电子地检测调光器的相位角。在一个实施方式中，使用AC耦合电路、微控制器二极管钳位的数字输入结构和执行用于确定调光器设置水平的算法(例如，由固件、软件和/或硬件实现)来实现相位角检测。另外，可以利用最少组件数量并且利用微控制器的数字输入结构来测量调光器的条件。另外，可以在希望在相位斩波调光器的低调光器相位角上控制调光的各种情况中使用包括调光器相位角检测电路和泄放电路以及相关联的算法的调光控制系统，其中在该低调光器相位角上常规系统将停止。该调光控制系统增加调光范围并且可以与具有连接到相位斩波调光器的LED负载的电子变压器一起使用，特别是在例如要求低端调光水平比最大光输出少5个百分比的情况中。根据各种实施方式，可以在从Philips Color Kinetics (Burlington, MA)可获得的各种照明产品中实施该调光控制系统，这些产品包括eW Blast PowerCore、eW BurstPowerCore>eff Cove MX PowerCore和eW PAR 38等等。此外，可以将其用作对各种产品的“智能”改进的构造块以使得它们的调光更加友好。 在各种实施方式中，调光器相位角检测器110、调光器相位角检测电路210或微控制器215的功能可以由硬件、固件或软件架构的任意组合构造的一个或多个处理电路实现，并且可以包括它自己的存储器(例如，非易失性存储器)以用于存储允许其执行各种功能的可执行软件/固件的可执行代码。例如，可以使用ASIC、FPGA等等来实现各自的功能。而且，在各种实施方式中，不由例如微控制器215改变功率转换器220的操作点，以便影响由LED负载230输出的光水平。结果，输出光的最小水平由于到泄放电路240的功率和电流分流而改变，并且不由于降低由功率转换器220处理的功率量。这是有用的，因为如果由功率转换器220处理的功率变得太低，则可能不满足相位斩波调光器的任何最小负载要求。在各种实施方式中，在不脱离本文教导的范围的前提下，可以将泄放路径中的开关与降低功率转换器220的操作点相结合。本领域的熟练技术人员将容易明白，本文描述的全部参数、尺寸、材料和配置意味着示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于具体应用或使用该发明教导的应用。使用不超过常规实验，本领域的熟练技术人员将认识到或有能力确定本文所示的具体发明实施方式的许多等效物。因此，要理解，前面的实施方式仅通过示例的方式呈现并且在所附权利要求和它们等效物的范围中，可以与具体描述和要求不同的方式实施发明实施方式。本公开内容的发明实施方式涉及这里描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互不一致，则两个或多个该特征、系统、物品、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中。这里所定义和使用的所有定义应理解为控制词典定义、通过参考合并的文献中的定义和/或所定义术语的普通含义。应该将在说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”和“一个”理解为意味着“至少一个”，除非明确作出了相反的指示。应该将在说明书和权利要求中使用的短语“和/或”理解为意味着如此联合的元素中的“任意一个或两个”，即在一些情况中联合出现在并且在其他情况中不联合出现的元素。应该将利用“和/或”罗列的多个元素理解为是以相同的形式构成的，即“一个或多个”如此联合的元素。除了由“和/或”句子具体标识的元素之外可以可选择地出现其他元素，不管是否与该具体标识的那些元素相关联还是无关联。因此，作为非限制的示例，当结合开放式语言如“包括”来使用时，对于“A和/或B”的引用可以在一个实施方式中仅涉及A(可选择地包括除了 B之外的元素)；在另一个实施方式中仅涉及B (可选择地包括除了 A之外的元素)；在又一个实施方式在包括A和B两个(可选择地包括其他元素)。如在本文的说明书和权利要求中所使用的，应该将一个或多个元素的列表所涉及的短语“至少一个”理解为意味着从该元素列表中的任意一个或多个元素中选择的至少一个元素，而无需包括该列表元素中具体罗列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。该定义还允许可选择地出现除了该“至少一个”短语所涉及的该元素列表所具体标识的元素之外的元素，不管是否与那些具体标识的元素相关联还是不相关联。在权利要求中仅仅为了方便起见提供附图标记(如果存在)并且该附图标记不应该被理解为以任何方式进行限制。在权利要求中以及在上面的说明书中，要将全部过渡短语如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“涵盖”等等理解为开放式，即意味着包括但不限于。仅有过渡短语“由……组成”和“本质上由……组成”应该分别是封闭的或半封闭的过渡短 语。
权利要求
1.一种用于控制由处于低调光水平的固态照明负载所输出的光水平的设备，所述设备包括 与所述固态照明负载并联连接的泄放电路，所述泄放电路包括串联连接的电阻器和晶体管，所述晶体管被配置为当由调光器设置的调光水平低于预定第一阈值时根据数字控制信号的占空比而接通或断开，从而随着所述调光水平降低而减小所述泄放电路的有效阻抗。
2.如权利要求I所述的设备，其中，当由所述调光器设置的所述调光水平大于所述预定第一阈值时，所述数字控制信号的所述占空比是百分之零，从而保持所述晶体管恒定断开，从而使得所述泄放电路的所述有效阻抗无限大。
3.如权利要求2所述的设备，其中，当由所述调光器设置的所述调光水平处于低于所述预定第一阈值的预定第二阈值时，所述数字控制信号的所述占空比是百分之百，从而保持所述晶体管恒定接通，从而使得所述泄放电路的所述有效阻抗基本上等于所述泄放电路中的所述电阻器的阻抗。
4.如权利要求3所述的设备，其中，当所述数字控制信号的所述占空比是百分之百时，经过所述泄放电路的泄放电流处于最大值并且经过所述固态照明负载的负载电流处于最小值。
5.如权利要求3所述的设备，其中，当由所述调光器设置的所述调光水平位于所述预定第一阈值与所述预定第二阈值之间时，将所述数字控制信号的所述占空比设置为处于百分之零和百分之百之间的计算的百分比，从而使得所述泄放电路的所述有效阻抗随着所述调光水平降低而减小。
6.如权利要求5所述的设备，其中，根据至少部分地基于由所述调光器设置的所述调光水平的预定函数确定所述计算的百分比。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述预定函数是提供与降低的调光水平相对应的增加的计算的百分比的线性函数。
8.如权利要求6所述的设备，其中，所述预定函数是提供与降低的调光水平相对应的增加的计算的百分比的非线性函数。
9.如权利要求I所述的设备，还包括 检测电路，其被配置为检测由所述调光器设置的所述调光水平，以基于所述检测的调光水平确定所述数字控制信号的所述占空比，并且以所述占空比向所述泄放电路中的所述晶体管输出所述数字控制信号。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述检测电路包括 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，连接在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，连接在所述检测节点与地之间；以及 至少一个电阻器，连接在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。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述微控制器执行这样一种算法，所述算法包括采样在所述数字输入处接收的与所述整流电压节点处的所述整流电压的波形相对应的数字脉冲，并且确定采样数字脉冲的长度以标识所述调光器的所述调光水平。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述微控制器还包括用于输出所述数字控制信号的脉冲宽度调制(PWM)输出。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述晶体管包括场效应晶体管(FET)，其具有连接到所述微控制器的所述PWM输出以接收所述数字控制信号的栅极。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述固态照明负载包括串联连接的一串LED。
15.如权利要求9所述的设备，还包括 开环功率转换器，配置用于从所述调光器接收整流电压并且向所述固态照明负载提供与所述整流电压对应的的输出电压。
16.—种设备,包括 具有响应于调光器的相位角的光输出的发光二极管(LED)负载； 检测电路，其被配置为检测所述调光器相位角并且从脉冲宽度调制(PWM)输出端口输出脉冲宽度调制控制信号，所述PWM控制信号具有基于检测的调光器相位角确定的占空比； 开环功率转换器，其被配置用于从所述调光器接收整流电压并且向所述LED负载提供与所述整流电压相对应的输出电压；以及 与所述LED负载并联连接的泄放电路，所述泄放电路包括电阻器和晶体管，所述晶体管包括连接到所述PWM输出端口以接收所述PWM控制信号的栅极，所述晶体管响应于所述PWM控制信号的所述占空比而接通和断开，其中，所述占空比的百分比随着所述检测的调光器相位角减小到低于预定低调光阈值而增加，从而导致随着所述检测的调光器相位角减小，所述泄放电路的有效阻抗减小并且经过所述泄放电路的泄放电流增加。
17.如权利要求16所述的设备，其中，经过所述LED负载的LED电流随着经过所述泄放电路的所述泄放电流的增加而减小，从而降低所述LED负载的所述光输出。
18.如权利要求17所述的设备，其中，当所述调光器相位角大于所述预定低调光阈值时，所述PWM控制信号的所述占空比百分比是百分之零，从而使得所述晶体管断开并且经过所述泄放电路的所述泄放电流是零。
19.一种用于控制由调光器控制的固态照明负载输出的光水平的方法，所述固态照明负载与泄放电路并联连接，所述方法包括 检测所述调光器的相位角； 基于检测的相位角确定数字控制信号的占空比百分比；并且 使用所述数字控制信号控制并联泄放电路中的开关，所述开关响应于所述数字控制信号的所述占空比百分比而打开或闭合，以调整所述并联泄放电路的阻抗，所述并联泄放电路的所述阻抗与所述数字控制信号的所述占空比百分比成反比， 其中，确定所述占空比百分比包括 当所述检测的相位角高于预定低调光阈值时，确定所述占空比百分比是百分之零；并且 当所述检测的相位角低于所述预定低调光阈值时，根据预定函数计算所述占空比百分t匕，所述预定函数响应于所述检测的相位角的减小而增加所述占空比百分比。
20.如权利要求19所述的方法，其中，确定所述占空比百分比还包括 当所述检测的相位角低于小于所述预定低调光阈值的另一预定调光阈值时，确定所述占空比百分比是百分之百，所述百分 之百的占空比导致所述开关保持闭合，从而导致所述并联泄放电路的所述阻抗具有最小值。
全文摘要
一种用于控制由处于低调光水平的固态照明负载输出的光水平的设备，包括与固态照明负载并联连接的泄放电路。该泄放电路包括串联连接的电阻器和晶体管，该晶体管被配置为当由调光器设置的调光水平低于预定第一阈值时根据数字控制信号的占空比而接通或断开，从而随着该调光水平降低而减小该泄放电路的有效阻抗。
文档编号H05B33/08GK102870497SQ201180014418
公开日2013年1月9日 申请日期2011年3月1日 优先权日2010年3月18日
发明者M·戴塔, G·坎普贝尔, M·雷宾纳 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司