相位控制调光兼容照明系统的制作方法

专利名称：相位控制调光兼容照明系统的制作方法
相位控制调光兼容照明系统
对相关专利申请的交叉引用
美国专利申请号11/967，沈9，标题为“使用带非线性功率转换过程模型的非线性 Δ Σ调节器的功率控制系统”，发明人为John L.Melanson，代理人档案编号为1745-CA，于 2007年12月31日递交，该申请描述了示范性方法和系统，在此通过引用将其整体纳入。以 下简称 Melanson I。
标题美国专利申请号11/967，271，标题为“带反馈消减的功率因数校正控制器”， 发明人John L.Melanson，代理人档案编号1756-CA，于2007年12月31日归档，该申请描 述了示范性方法和系统，本专利申请通过引用完整地纳入该美国临时专利申请。以下简称 Melanson II。
美国专利申请号11/967，273，标题为“通过检测开关日期充电特点来检测电感器 归零的系统和方法”，发明人John L.Melanson，代理人档案编号1758-CA，于2007年12月 31日递交的申请描述了示范性方法和系统，其通过引用被完整地纳入本专利申请。以下简 称 Melanson III。
2007年12月31日递交、发明人为John L. Melanson、代理人档案编号为1759-CA、 标题为“可编程功率控制系统”的11/967，275号美国专利申请描述了示范性方法和系统， 在此通过引用将其整体纳入。以下简称Melanson IV。
美国专利申请系列号11/967，272，标题为“带开关节点反馈的功率因数校正控制 器”，发明人John L.Melanson，代理人档案编号1757-CA，于2007年12月31日递交，该申 请描述了示范性方法和系统，在此通过引用将其整体纳入。以下简称Melanson V。
美国专利申请系列号12/347，138，标题为“具有以硅开关为基础之前沿调光器相 容性的开关功率变换器”，发明人 Michael A. Cost、Mauro L. Gaetano 及 John L. Melanson, 代理人档案编号1798-IPD，于2008年12月31日递交，该申请描述了示范性方法和系统，在 此通过引用将其整体纳入。以下简称Melanson VI。技术领域
一般来说，本发明涉及电子领域，更具体地讲，本发明涉及提供相位控制调光器与 照明系统兼容性的一种系统和方法。
背景技术：
调暗光源不仅可以节能，还能让用户将光源亮度调至要求的水平。许多设施如住 房和建筑物等，都安装有光源调节电路(以下简称“调光器”)。带有开关功率变换器的功 率控制系统用于控制光源，例如放电型电灯。放电灯包括气体放电灯，如荧光灯，和高强 度放电灯，如水银灯、金属卤化物(MH)灯、陶瓷金属卤化物灯、钠蒸汽灯以及短弧氙灯。然 而，当为无功负载(如开关功率变换器)提供原始相位调制信号时，用于抗性负载(如白炽 灯泡)的常规相位控制调光器(如硅开关调光器)通常都表现不佳。许多放电灯的镇流器 无法与相位控制调光器兼容。许多放电照明系统从提供专用调光信号的调光器获取调光信息。专用调光信号可提供独立于功率信号的调光信息。
图1描述的是功率/照明系统100，该系统通过专有调光信号获取调光信息，从而 避免通过相位控制调光器获取调光信息所带来的问题。调光器102以调光电压信号Dv形 式为电灯镇流器104提供专用调光信号。调光器102提供可靠的调光信号Dv。调光器102 将来自AC电压源106的AC输入电压Vin传递给电灯镇流器104。譬如，输入电压Vin在美 国是60Hz/110V的直流电压，而在欧洲则是50Hz/220V的直流电压。电灯镇流器104用灯 电压Vump来驱动放电灯108。灯电压Vump的值取决于调光电压信号Dv的值。
图2描述的是一个照明输出图400，表明调光电压Dv值与放电灯108的光强度水 平百分比之间的图形调光强度函数202。调光电压队在0-10￥之间，而放电灯108的光强 度水平百分比在10-100%之间。光强调节函数202显示，当调光电压Dv* IV和9V时，电灯 镇流器104饱和。当调光电压Dv值为O-IV时，电灯镇流器104使放电灯106释放出10% 的亮度。当调光电压Dv值为9-10V时，电灯镇流器104使放电灯106释放出100%的亮度， 即全“开”。光强调节函数202在调光电压Dv值1-9V之间呈线性运动，电灯106的强度在 10-100%之间变化。
相位控制调光器非常普遍，但却不能与无功负载设备(如电灯镇流器104)搭配使 用。因此，电灯镇流器104不能与现有相位控制调光器装置进行交互。故而对于已配有相 位控制调光器的照明系统，其相位控制调光器被更换或被绕过，以便使用调光器102。更换 或绕过相位控制调光器导致调光器102的安装成本增加。此外，电灯镇流器104不能为电 灯106提供全面的调光。发明内容
在本发明的一个实例中，一个设备包含一个带有接收相位控制调光信号输入接口 的控制器。控制器的配置使之能够(i)将相位控制调光信号转化为调光信息，及(ii)为 开关功率变换器生成功率因数校正(PFC)控制信号。控制器还包括提供调光信息的第一输 出接口及提供功率因数校正控制信号的第二输出接口。
在本发明的另一实例中，方法包括接收相位控制调光信号及将相位控制调节信号 转换为照明系统的调光信息。该方法还包括为开关功率变换器生成功率因数校正控制信号。
在本发明的进一步实例中，功率控制/照明系统包括一个开关功率变换器，带有 至少一个可以接收相位控制调光信号的输入接口。功率控制/照明系统还包括一个控制 器，带有一个可以接收相位控制调光信号的输入接口。控制器的配置使之能够(i)将相位 控制调光信号转化为调光信息，及(ii)为开关功率变换器生成功率因数校正控制信号。控 制器还包括提供调光信息的第一输出接口及耦合到开关功率变换器，提供功率因数校正控 制信号的第二输出接口。功率控制/照明系统还包括一个耦合到开关功率变换器和控制器 第二输出接口的电灯镇流器，并进一步包括耦合到电灯镇流器的放电型电灯。


通过参考附图，本领域内的技术人员可更容易理解本发明，更好地了解它的多种 客体，特征和优势。多幅图中相同参考数字指的是相同或相似的元素。
图1 (标为先前技术)所示为一个通过专用调光信号接收调光信息的功率/照明 系统。
图2描述的是一个光输出图，表示调光电压值与图1功率控制/照明系统光强度 水平百分比之间的线性函数关系。
图3描述的是功率控制/照明系统，内含一个将相位控制调光信号转换为调光信 息的控制器。
图4(标为先前技术)描述的是图3中功率控制/照明系统的示范性电压信号。
图5描述的是图3功率控制/照明系统的一个实例。
图6描述的是一个变换器的实例，该变换器将相位调制、整流相位控制输入电压 转换为调光信息。
图7描述的是另一个变换器的实例，该变换器使用照明输出函数，将相位调制、整 流相位控制输入电压转换为调光信息。
图8所示为图7示范性照明输出函数的图形描绘。
图9所示为图7示范性照明输出函数的另一图形描绘。
具体实施方式
功率控制/照明系统包括控制器，提供接收专用调光器信号的电灯镇流器与相位 控制调光器之间的兼容。在至少一个实例中，控制器将相位控制调光器信号转换成可被气 体放电照明系统的电灯镇流器使用的调光信息。此外，在至少一个实例中，控制器也控制功 率控制/照明系统的功率因数校正。在至少一个实例中，控制器提供基于相位控制调光器 信号的调光信息，允许电灯镇流器结合相位控制调光器一起使用。在至少一个实例中，控制 器还能让开关功率变换器在相位控制调光器的相位延迟期间，提供充分的高电抗性负载， 以抑制
相位调光器输出信号波动及遗漏斩切。在至少一个实例中，控制器可配置为将相 位控制调光信号转换成任何形式、协议或信号类型，以使调光信息与电灯镇流器的输入规 格兼容。
光强度水平指灯光的亮度。在至少一个实例中，光强度水平表示为灯光全亮度的 百分比，其中100%代表全亮度。在至少一个实例中，控制器不限于由相位控制调光信号的 导通角代表的光强度水平与由因此形成的调光信息代表的光强度水平之间的线性光强度 水平转换。在至少一个实例中，为促进非线性映射，控制器利用映射函数将由相位控制调光 信号代表的光强度水平映射为调光信息。映射函数不限于由相位控制调光信号代表的光强 度水平与调光信息代表的光强度水平之间的线性光强度水平转换，利用此函数有助于灵活 地自定义控制灯光强度水平。
图3描述的是示范性功率控制/照明系统300，内含一个将相位控制调光信号νφ 腿转换为调光信息D1的控制器302。电灯镇流器310配置为接收调光信号及调光信息D1, 控制器302提供相位控制调光器305与电灯镇流器310之间的兼容。因此，在至少一个实 例中，控制器302(包括其他功能)提供相位控制调光器305与照明系统308之间的接口， 以使照明系统308可利用从相位控制调光器305获取的调光信息进行调光。相位控制调光 器305的具体类型是设计选择上的问题。在至少一个实例中，相位控制调光器305是双向三极晶闸管(硅开关)电路。Melanson VI描述了一个示范性硅开关相位控制调光器。在 至少一个实例中，相位控制调光器305是晶体管调光器，如绝缘栅双极性晶体管(IGBT)相 位控制调光器，比方从美国加利福尼亚州赛普拉斯Strand Lighting, Inc.，拥有的IGBT相 位控制调光器。
正如参考图4所作的详细说明，相位控制调光器305从交流电压源301中引入相 应输入电压Vin导通角的相位延迟。例如，输入电压Vin在美国是60Hz/1IOV直流电压，在欧 洲是50Hz/220V直流电压。电压预调节器304从相位控制调光器305接收因此产生的相位 控制电压νΦ—DIM，并生成调节的相位控制电压νφ ωΝΙ)，以供输入开关功率变换器306。在至少 一个实例中，电压预调节器304包括一个整流器(如二极管整流器503，图幻和一个电磁干 扰滤波器(如电容器515)。因此，在至少一个实例中，相位控制电压νΦ αΜ)是一个具有减 弱高频分量的整流正弦波。开关功率变换器306将相位控制电压νφ roND转换为近似恒定的 链接电压Vunk。
图4描述的是一系列电压波形图400，代表输入电压Vin、相位控制电压νφ DIM和整 流相位控制输入电压νΦ ΚΕ。τ各自波形图的两种示范性周期。参考图3和图4，在调光时，相 位控制调光器305通过在相位控制电压νφ DIM的每半周期开始处引入相位延迟α，相位调 制供电电压VIN。“α ”代表相位控制电压νΦΜΜ每半周期开始与前缘之间的时间。(“引入 相位延迟”也称为“斩切”)。相位控制电压中νΦΜΜ具有相位延迟α的部分称为“调光部 分”。例如，电压νφ—DIM和νφ—KECT中用α 1和α 2表示的相位延迟部分称为电压νφ—DIM和νφ— ■的“调光部分”。相位控制电压νΦ ΜΜ的“导通角”为相位延迟α的角度。相位控制电压 Vojiim的具体导通角可通过手动或自动操作相位控制调光器305设置。
相位延迟α和导通角是一种反向关系，也就是说，相位延迟α增长时，导通角减 小，反之亦然。在相位控制电SVisdim的半周期中，当相位延迟α为零时，导通角为180度， 相位控制调光器305简单通过供电电压Vin至全桥式二极管整流器503。相位控制电压νΦ DIM半周期180度导通角相等于相位控制电SVis dim全周期360度导通角。如下文详述，相 位延迟α的程度和相应导通角取决于所选调光量。
在至少一个实例中，供电电压Vin是正弦波(如图所示)，具有两个示范性周期402 和404。相位控制调光器305通过斩切每半周期供电电压Vin，为半周期406和408 (Vo dim) 以及410和412(νφ KECT)生成一个前缘相位延迟α 1，来生成相位调制电压νφ DIM。相位延迟 α越长，越少功率传送至灯312。因此，相位角α变化与导通角和灯312的强度均呈反向 关系。例如，当相位延迟α增长时，灯312的光强度水平增大，导通角减小。相位延迟α 短于α 2 (因而导通角414大于导通角416)，因此周期408表示光强度水平相对周期406减 弱。
参考图3，控制器302包括一个接收相位控制信号Dis的输入装置。相位控制信号 D0代表相位控制电压νφ。_。在至少一个实例中，相位控制信号Dis是相位控制电压νφ roND。 在至少一个实例中，相位控制信号Dis是相位控制电压νφ roND的比例值。相位控制信号Dis 的导通角代表光强度水平。控制器302将相位控制信号DisR换为调光信息IV在至少一 个实例中，调光信息D1是指明灯312光强度水平的专用信号。
照明系统308包括一个电灯镇流器310，用于接收链接电压Vunk和调光信息D1。链 接电压Vuffi是由开关功率变换器306提供的功率因数校正和调节电压。在至少一个实例中，灯312是一个放电灯，比如荧光灯或高强度放电灯。电灯镇流器310可以是根据调光信 息D1显示的光强度水平控制灯312光强
度的任意类型电灯镇流器。在至少一个实例中，电灯镇流器310的零件号是 PN:B254PUNV-D，供应商为Universal Lighting ^Technologies，该公司在美国田纳西州纳 什维尔设有办事处。在至少一个实例中，电灯镇流器310包括一个集中电路(IC)处理器， 用于译解发送至灯312的调光信息D1和控制功率，以使灯312按照调光信息D1显示的光强 度水平发光。
控制器302将相位控制调光信号Dis转换成任何形式、协议或信号类型，以使调光 信息D1与电灯镇流器310的输入规格兼容。因此，调光信息可以是模拟或数字信号，并符合 任何信号类型、形式或协议，例如脉冲宽度调制信号、线性电压信号、非线性电压信号、数码 寻址照明接口(DALI)协议信号和内集成电路(I2C)协议信号。例如，在一个实例中，控制器 302将相位控制调光信号Dis转换为由0-10V电压信号代表的调光信息仏。在一个实例中， 控制器302生成调光信息D1，脉冲宽度调制信号代表值0-126，提供的光强度水平为127。
如下文详述，在至少一个实例中，控制器302不限于由相位控制调光信号Dis的导 通角代表的光强度水平与由生成的调光信息D1代表的光强度水平之间的线性转换。因此， 在至少一个实例中，控制器302不限于相位控制调光信号Dis与调光信息D1之间的一对一 强度水平关系。例如，在非线性转换的一个实例中，180°度导通角表示100%强度，90°度 导通角表示大约70%的光强度水平。在至少一个实例中，控制器302利用非线性映射函数 将由相位控制调光信号Dis代表的光强度水平映射为调光信息IV示范性非线性映射函数 已参考图8和9详述。由相位控制调光信号Dis代表的光强度水平与调光信息D1之间的非 线性转换，有助于灵活地自定义控制灯512的光强度水平。例如，在至少
一个实例中，如下文详述，控制器302基于人可感知的光强度水平而非功率水平 表现出的光强度水平，利用映射函数将相位控制调光信号Dis非线性转换为调光信息Diij此 外，不同映射函数可用于预选，这取决于灯312的具体操作环境/或位置等因素。
在至少一个实例中，控制器302还生成开关控制信号CStl,以控制开关功率变换器 306的功率因数校正和调节链接电压VUffi。开关功率变换器306可以是任何类型的开关功 率变换器，如升压型、降压型、升压-降压型变换器或Ctik型变换器。在至少一个实例中，开 关功率变换器306与开关功率变换器102相似。比如开关功率变换器306的功率因数校正 及链接电压Vunk的控制见于MelansonI、II、III、IV和V的示范性实例中。
图5描绘了功率控制/照明系统500，该系统为功率控制/照明系统300的一个 实例。如下文详述，控制器504代表控制器302的一个实例。控制器504包括将整流相位 控制输入电压八KECT转换为调光信息D1的变换器505，可提供相位控制调光器305与灯光 镇流器310之间的兼容。控制器504也控制开关功率变换器502的功率因数校正。开关 功率变换器502是升压型变换器，代表开关功率变换器306的一个实例。电压供电501提 供输入电压Vin，以作为功率控制/照明系统500的输入电压。例如，输入电压Vin在美国是 60Hz/110V直流电压，在欧洲是50Hz/220V直流电压。相位控制调光器305接收供电电压 Vin，并生成相位控制电压Visjiim，如图4相位控制电压νφ DIM。全桥式二极管整流器503整流 相位控制电压νφ DIM，以为开关功率变换器502生成整流相位控制输入电压νφ KECT。例如，滤 波电容器515提供整流输入电压νφ—KECT的高频滤波。开关功率变换器502将输入电压νΦ—EECT转换为经调节的输出电压Vunk，从而为照明系统504提供近似恒定的供电电压。照明系 统504代表照明系统308的一个实例。
开关功率变换器502根据整流相位控制输入电压νφ KECT的导通角改变平均电流 iL,以使开关功率变换器502供电的平均功率能追踪整流相位控制输入电压νφ KECT的导通 角。控制器504通过提供功率因数校正和调节输出电压Vunk，控制开关功率变换器502。控 制器504通过更改脉冲宽度调制控制信号(&的状态，控制开关507的闭合(导通)或断开 (不导通)状态。在至少一个实例中，控制信号CS。的脉冲宽度值和占空比取决于对整流相 位控制输入电压νΦ—KEeT和电容电压/输出电压Vuffi这两个信号的感应。
开关507状态的切换调节整流直流输入电压νφ KEeT通过电感器509到电容器511 的能量传递。当开关507接通时，电感器电流k骤然上升。当开关507断开时电感器电流 I骤然下降，并向电容器511提供电流I。一般将电感器电流k骤然下降的时间周期称为 “电感器回扫时间”。在电感器回扫时间内，二极管513正向偏置。二极管513防止开关507 断开时反向电流流进电感器509。在至少一个实例中，开关功率变换器502以间断电流的 模式工作，即电感器电流k的骤然上升时间加电感器回扫时间少于控制信号的时间。 当在连续导电模式下工作时，电感器电流k骤然上升时间加电感器回扫时间等于控制信号 CS0的时间。
开关507是场效应晶体管(FET)，如n_通道场效应晶体管。控制信号是开关 507的栅压，开关507在CStl脉冲宽度较高时导通。因此，开关507的‘接通时间’是由控制 信号的脉冲宽度决定的。
电容器511向照明系统508提供储能。电容器511足够大，可使控制器504所建 立起的输出电压Vunk大致保持恒定。当负载条件改变时，输出电压
Vlink将变化。控制器504对输出电压Vunk的变化作出反应，并调整控制信号CS。， 以尽可能迅速地恢复大致恒定的输出电压VUffi。功率控制/照明系统100包括一个小滤波 电容515，与开关功率变换器502并行。电容器515能通过过滤输入电压νφ KECT的高频率 信号减少电磁干扰(EMI)。
功率因数校正技术的目的是使开关功率变换器502对电压源501体现电抗性。因 此，控制器504试图控制电感器电流I使得平均电感器电流k与直流输入电压νφ KECT存在 直接线性关系。开关功率变换器502功率因数校正及链接电压Vunk的控制见于Melanson I、II、III、IV和V等示范性实例中。
变换器505将整流输入电压νφ KECT转换为调光信息仏。将整流相位控制输入电压 Vo eect转换为调光信息D1的方式是选择设计上的问题。图6描述的是一个变换器600的一 个实例，该转换器将整流相位控制输入电压八KECT转换为调光信息IV图6描述的是变换 器600，该转换器将整流相位控制输入电压νφ KECT转换为调光信息IV变换器600代表变 换器505的一个实例。变换器600通过计算截至调光器输出信号Vdim斩切点被占空比时间 变换器600检测到之前的时钟信号f。lk周期数，确定调光器输出信号Vdim的占空比。“斩切 点”指整流相位控制输入电压^，。相位延迟α的截止点(图幻。数字数据DCYCLE代表 整流相位控制输入电压νΦ—KECT的占空比。
变换器600包含相位检测器601，用于检测整流相位控制输入电压νφ KECT的相位 延迟。比较器602比较整流相位控制输入电压νφ 已知参考电压VKEF。该参考电压通常为调光器输出电压Vdim的周期交叉点电压，如家用交流电压的中性电位。占空比检测 器604计算比较器602检测到整流相位控制输入电压νφ KECT到达斩切点前时钟信号CLK的 周期数。由于已知整流相位
控制输入电压νφ KECT以及时钟信号f。lk的频率，在至少一个实例中，占空比检测器 604将利用比较器602检测到调光输出信号Vdim斩切点前出现的时钟信号f。lk周期数，根据 示范式[1]确定整流相位控制输入电压νΦ—KECT的占空比
DCYCLE=CNT.
其中，l/fva) RECT代表整流相位控制输入电压Vf的周期，CNT代表比较器602检 测到整流相位控制输入电压νΦ KECT到达斩切点前出现的时钟信号f。lk的周期数，l/f。lk代表 时钟信号CLK的周期。
编码器606将数字占空比信号DCYCLE编码至调光信息仏。编码器606的实际配 置是设计选择上的问题，并取决于电灯镇流器310接收的信号类型和协议等因素。在至少 一个实例中，编码器606是一个数字模拟变换器，其将数字占空比信号DCYCLE编码为0-10V 模拟电压。在至少一个实例中，编码器606是一个脉冲宽度调制器，其将数字占空比信号 DCYCLE编码为脉冲宽度调制信号D1，脉冲值范围介于0-127。在其他实例中，编码器606被 配置为将数字占空比信号DCYCLE编码为DALI信号D1或者I2C信号D1。变换器600可在软 件中作为控制器604的处理器(未显示)执行的指令实施，或作为硬件或软硬件组合实施。
参阅图5，照明系统508代表照明系统308 (图3)的一个实例，包括镇流器510，而 镇流器510代表镇流器310的一个实例(图3)。控制器504为镇流器510的镇流控制器 506提供调光信息IV在至少一个实例中，镇流控制
器506是接收调光信息D1并产生灯控制信号Ltl和L1的传统集成电路。灯控制信 号Ltl控制η-通道场效应晶体管512的通导性，灯控制信号L1控制η-通道场效应晶体管 514的通导性。镇流控制器506控制灯控制信号Ltl及L1的频率，以便调节电容器516及电 感器518的电流Iump至近乎恒定的值。电容器516及电感器518通导灯的电流1ΜΡ。
调光信息仏代表灯312的光强度水平。如上述讨论，在至少一个实例中，调光信息 D1代表根据控制器504决定的整流输入电压νφ KECT导通角获取的光强度水平。在至少一个 实例中，为增加灯312的强度，镇流控制器增加灯控制信号Ltl的占空比，减少灯控制信号L1 的占空比。相反，为减少灯312的强度，镇流控制器506减少灯控制信号Ltl的占空比，增加 灯控制信号L1的占空比。(“占空比”指在一次信号期间的脉冲时间比。)电容器520提供 高频率过滤。功率控制/照明系统500的组件值是设计选择上的问题，并取决于预期链接 电压Vunk以及照明系统508的电源要求等因素。
控制器504也使用整流输入电压νφ KECT和链接电压Vuffi的抽样版本，以产生开关 控制信号CS115在至少一个实例中，控制器504产生开关控制信号CS1,方式与控制器302产 生控制信号的方式相同。控制器504监控整流输入电压νφ KECT和链接电压VUNK。控制 器504产生开关控制信号CS1以控制开关506的导电性，从而提供功率因数校正并调节链 接电压VUffi。在功率因数校正模式下，控制器504在输入电压νΦ ΚΚΤ出现任何相位延迟α 后，为开关功率变换器502提供功率因数校正。(0相位延迟α表示无调光)。开关功率变 换器102功率因数校正及输出电压Vqut的控制见于Melanson I、II、III、IV、V和VI等示范性实例中。
在至少一个实例中，控制器504有两种模式控制开关功率变换器502，即功率因数 校正模式和维护模式。控制器502在整流输入电压νφ KECT每个周期内工作，以功率因数校 正模式工作以提供前述功率因数校正。在输入电压任何相位延迟α期间，控制器 504以维护模式工作。
提供无功负载时(比如开关功率变换器502)，相位控制调光器305可能不会在相 位调制信号νφ—DIM的某些周期内产生相位延迟α，但可能在延迟α中产生波动。遗漏产生 相位延迟α和相位延迟α内的波动可能引致在决定占空比信号DCYCLE数值时发生错误。 在维护模式下，控制器504促致开关功率变换器502形成输入电阻，允许相位控制调光器 305在调光期间输入电压Vis kect的每半个周期内，产生具有大量连续相位延迟α的整流输 入电压νφ KECT。在至少一个实例中，控制器504在维护模式下形成开关功率变换器502的 输入电阻，以允许相位控制调光器305相位调制供电电压Vin，从而使得整流输入电压νφ KECT 在输入电压νΦ KECT的每半个周期内具有单一连续的相位延迟。功率因数校正模式和维护模 式下，控制器504示范性操作的完整讨论详见于Melanson VI。
图7描述的是变换器700，代表变换器505的另一个实例。变换器700包含相位检 测器601，用于产生调光器输出占空比信号DCYCLE。映射模块704包含照明输出函数702， 可将整流相位控制输入电压νΦ—KE。T映射至调光信息IV
照明输出函数702的特定映射是设计选择上的问题，可为变换器700提供灵活性， 从而可将整流相位控制输入电压νΦ KECT的导通角所指示的光强度水平映射至任一光强度 水平。例如，在至少一个实例中，照明输出函数704(例如以近似线性的关系)将占空比信号 DCYCLE数值映射至人可感知的照明输出水平。照明输出函数702也可将占空比信号DCYCLE 数值映射至其他照明函
数。例如，若占空比信号DCYCLE在预定时长内并未发生变化，则照明输出函数702 可将某一特定占空比信号DCYCLE映射至会在该预定时长后灯312(图3) “关闭”的时间信号。
照明输出函数702可将由调光器输出信号值表示的调光水平，映射至几乎不限数 量的函数中。例如，照明输出函数702可将低百分比的调光水平(如90%调光)，映射至光 源闪烁函数，该函数会促使灯312在预定的调光范围内随意变换强度。在至少一个实例中， 灯312的强度导致不超过2500K的色温。控制器504能通过产生调光信息DI促致灯312 闪烁，以向电灯镇流器310提供任意调光信息。
在一个实例中，整流相位控制输入电压νφ KECT的导通角代表灯312大约在95%到 10%强度范围时对应的整流相位控制输入电压νΦ—κκτ的占空比。照明输出函数映射整流相 位控制输入电压νφ KECT的导通角，以向灯312提供大于95%和小于5%的强度范围。
映射模块704的实施和照明输出函数702属于设计选择上的问题。例如，照明输 出函数702可被预定，并内置在存储器内。存储器可将照明输出函数702保存在查询表格 中。对于每个占空比信号DCYCLE的调光器输出信号值而言，查询表格可包含一个或多个由 调光信息D1所代表的相应调光值。在至少一个实例中，照明输出函数702作为模拟函数发 生器实施，可将整流相位控制输入电压νΦ—KECT的导通角与由调光信息D1所表示的调光值进 行关联。
图8所示为示范性照明输出函数702的图表说明800。按照惯例，当实测光的百分 比由10%变为0%时，人可感知的光由32%变为0(%。示范性照明
输出函数702将占空比信号DCYCLE所指示的光强度百分比映射至调光信息D1,提 供可感知光百分比与调光水平百分比之间的线性关系。因此，当整流相位控制输入电压νΦ— EECT的导通角指示调光水平为50%时，感知光百分比也是50%，以此类推。通过提供线性关 系，示范性照明输出函数702使相位控制调光器305对于较高调光水平百分比具有更高的 敏感性。
图9描述了示范性照明输出函数浪涌电流保护模块702的图形代表900，表明相位 控制调光器305的估计正常工作状态，以防止灯312(图幻在低导通角时发生整流相位控 制输入电压νφ KECT振动或在高导通角时出现可能的错误。相位控制调光器305将整流相位 控制输入电压νΦ ΚΕ。τ的导通角映射至范围约介于8%到100%的光强度水平。就介于0到 最小通电角度阈值CA-THmin(如0° )的导通角而言，映射函数702将调光信息D1映射为等 于0V。映射0-15°的导通角可以防止灯312因相位控制调光器305的不准确而出现随意 振动。就介于15°和30°的整流相位控制输入电压Vis kect导通角而言，照明输出函数702 将整流相位控制输入电压νΦ ΚΕ。τ映射成调光信息D1等于IV。就介于30°至最大导通角阈 值CA-THmx170°之间的整流相位控制输入电压νφ KECT导通角而言，照明输出函数702将导 通角线性映射成调光信息D1的数值，范围介于IV至IOV0
参见图7，信号处理函数可应用于变换器700，以改变第一光强度水平至第二光强 度水平的转换时间。该函数可在与照明输出函数702进行映射之前或之后应用。在至少一 个实例中，该信号处理函数被嵌装在滤波器706内。当使用滤波器706时，它会在过滤占空 比信号DCYCLE传送至映射模块704前处理
占空比信号DCYCLE。整流相位控制输入电压νφ KECT的导通角可能会突然变化，比 如当相位控制调光器305迅速从90%的调光水平过渡至0%的调光水平时。此外，整流相 位控制输入电压νφ—KECT可能包含由直流电压Vin波动等引起的意外扰动。
滤波器706可代表改变占空比信号DCYCLE所指定调光水平的任一函数。比如，在 至少一个实例中，滤波器706过滤低通平均函数的占空比信号DCYCLE，以实现平稳的调光 过渡。在至少一个实施例中，需要进行由高调光水平向低调光水平的突变。滤波器706还 可被配置为由低调光水平平稳过渡至高调光水平，并同时允许由高调光水平突然或较快速 地过渡至低调光水平。滤波器706可与模拟或数字元件一起实施。在另一实例中，滤波器 会过滤调光信息D1以获取相同的结果。
因此，在至少一个实例中，功率控制/照明系统包括控制器，提供接收专用调光器 信号的电灯镇流器与相位控制调光器之间的兼容。
尽管已经对本发明作了详细描述，但应明白，在不偏离所附权利要求中定义的本 发明之范围和精神情况下仍可以进行多种变化、替代和更改。
权利要求
1.一套装置，其包括一个带有输入接口以接收相位控制调光信号的控制器，其中控制器用于(i)将相位 控制调光信号转换成调光信息，及(ii)产生功率因数校正控制信号发送给开关功率变换 器，控制器中还包括提供调光信息的第一输出和提供功率因数校正控制信号的第二输出。
2.权利要求1所述装置的控制器包括一个集成电路、输入、第一输出、第二输出以及集 成电路的管脚。
3.权利要求1所述装置的调光信息是以下信号群的其中一种脉冲宽度调制信号、线 性电压信号、非线性电压信号、数码寻址照明接口协议信号以及内集成电路(I2C)协议信号。
4.权利要求1所述装置的相位控制调光信号存在导通角，它由双向三极晶闸管(硅开 关)电路和晶体管电路组群中的其中一个所产生。
5.权利要求1所述装置的控制器除将相位控制调光信号转换成调光信息，还可用于检测相位控制调光信号的占空比；产生调光信号值来显示占空比；及将调光信号值转换成调光信息。
6.权利要求1所述装置的控制器除将相位控制调光信号转换成调光信息，还可用于检测相位控制调光信号的占空比；将相位控制调光信号的占空比转换为表示所检测的占空比的数字数据，其中该数字数 据与光强度水平相对应；及采用预定照明输出函数将数字数据映射至控制信号数值。
7.权利要求1所述装置中的相位控制调光信号是硅开关调光器产生的时变电压，该开 关功率变换器包括一个带有控制终端的开关，可接收功率因数校正控制信号来控制相位控 制调光信号的电压变换，该控制器还可用于在相位控制调光信号的调光部分建立开关功率变换器的输入电阻，调光时，输入电阻 可使硅开关调光器于每半个相位控制调光信号周期以大量连续的相位延迟产生相位控制 调光信号。
8.权利要求1所述装置的控制器除将相位控制调光信号转换成调光信息，还可用于采用预定照明输出函数将相位控制调光信号映射至调光信息。
9.权利要求8所述装置的预定照明输出函数可将相位控制调光信号映射至光强度水 平，该水平与相位控制调光信号的导通角指示的光强度水平不同。
10.权利要求1所述装置的控制器为放电型照明系统提供功率因数校正电源控制和调 光fe息。
11.一种方法包括接收相位控制调光信号；将相位控制调光信号转换成用于某一照明系统的调光信息；及产生功率因数校正控制信号给开关功率变换器。
12.权利要求11所述方法的调光信号是以下信号群的其中一种脉冲宽度调制信号、线性电压信号、非线性电压信号、数码寻址照明接口协议信号以及 内集成电路(I2C)协议信号。
13.权利要求11所述方法的相位控制调光信号存在导通角，它由双向三极晶闸管(硅 开关)电路和晶体管电路组群的其中一个所产生。
14.根据权利要求11所述，将相位控制调光信号转换为照明系统的调光信息的方法包括检测相位控制调光信号的占空比； 产生调光信号值来显示占空比；及 将调光信号值转换成调光信息。
15.根据权利要求11所述，将相位控制调光信号转换为照明系统的调光信息的方法包括检测相位控制调光信号的占空比；将相位控制调光信号的占空比转换为表示所检测的占空比的数字数据，其中该数字数 据与调光水平相对应；及采用预定照明输出函数将该数字数据映射至控制信号。
16.权利要求11所述相位控制调光信号是由硅开关调光器产生的时变电压，该方法还 包括在相位控制调光信号的调光部分建立开关功率变换器的输入电阻，调光时，输入电阻 可使硅开关调光器于每半个相位控制调光信号周期以大量连续的相位延迟产生相位控制 调光信号。
17.根据权利要求11所述，将相位控制调光信号转换为照明系统的调光信息的方法包括采用预定照明输出函数将相位控制调光信号映射至调光信息。
18.根据权利要求17所述采用预定照明输出函数将相位控制调光信号映射至调光信 息的方法，将相位控制调光信号映射至光强度水平，该水平与相位控制调光信号导通角指 示的光强度水平不同。
19.权利要求11所述的方法还包括提供功率因数校正控制信号给开关功率变换器，以控制开关功率变换器的功率因数校 正及输出电压调节。
20.权利要求11所述的方法还包括 提供调光信息给照明系统。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述提供调光信息给照明系统包括 提供调光信息给放电型照明系统。
22.—个功率控制/照明系统，其包括开关功率变换器至少拥有一个输入接口以接收相位控制调光信号； 控制器拥有一个输入接口以接收相位控制调光信号，其中控制器可用于(i)将相位 控制调光信号转换为调光信息，及(ii)产生开关功率变换器的功率因数校正控制信号，其 中的控制器还包括提供调光信息的第一输出，与第二输出连接至开关功率变换器，以提供 功率因数校正控制信号；
23.根据权利要求22所述功率控制/照明系统，其中，所述控制器包括一个集成电路、 输入、第一输出、第二输出以及集成电路的管脚。
24.根据权利要求22所述功率控制/照明系统，调光信息是以下信号群的其中一种 脉冲宽度调制信号、线性电压信号、非线性电压信号、数码寻址照明接口协议信号以及内集 成电路(I2C)协议信号。
25.权利要求22所述功率控制/照明系统，其中，所述相位控制调光信号存在导通角， 它由双向三极晶闸管(硅开关)电路和晶体管电路组群中的某个所产生。
26.权利要求22所述功率控制/照明系统将相位控制调光信号转换为调光信息，控制 器还可用于检测相位控制调光信号的占空比；产生调光信号值来显示占空比；及将调光信号值转换成调光信息。
27.权利要求22所述功率控制/照明系统将相位控制调光信号转换为调光信息，控制 器还可用于检测相位控制调光信号的占空比；将相位控制调光信号的占空比转换为表示所检测的占空比的数字数据，其中该数字数 据与光强度水平相对应；及采用预定照明输出函数将数字数据映射至控制信号数值。
28.权利要求22所述功率控制/照明系统中的相位控制调光信号是硅开关调光器产生 的时变电压，该开关功率变换器包括一个带有控制终端的开关，可接收功率因数校正控制 信号来控制相位控制调光信号的电压变换，控制器还可用于在相位控制调光信号的调光部分建立开关功率变换器的输入电阻，调光时，输入电阻 可使硅开关调光器于每半个相位控制调光信号周期以大量连续的相位延迟产生相位控制 调光信号。
29.权利要求22所述功率控制/照明系统将相位控制调光信号转换为调光信息，控制 器还可用于采用预定照明输出函数将相位控制调光信号映射至调光信息。
30.权利要求四所述功率控制/照明系统中的预定照明输出可用于将相位控制调光信 号映射至光强度水平，该水平与相位控制调光信号导通角指示的光强度水平不同。
全文摘要
本发明提供了一种相位控制调光兼容照明系统。功率控制/照明系统包括控制器，提供接收专用调光器信号的电灯镇流器与相位控制调光器之间的兼容。在至少一个实例中，控制器将相位控制调光器信号转换成可被气体放电照明系统的电灯镇流器使用的调光信息。此外，在至少一个实例中，控制器也控制功率控制/照明系统的功率因数校正。在至少一个实例中，控制器提供基于相位控制调光器信号的调光信息，允许电灯镇流器结合相位控制调光器一起使用。
文档编号H05B41/39GK102036458SQ20101029951
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者威廉·A·德雷珀, 罗伯特·格丽桑莫 申请人:塞瑞斯逻辑公司