专利名称：Led的切相调光的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及使用切相调光对LED照明装置调光的领域。
背景技术：
为了节省能量，现在通常使用节能灯。随着引入高效发光二极管(LED)作为潜在的光源，还产生了对使用具有调光能力的LED的节能灯的需求。这样的系统必须提供调光接口的功能，尤其对于使用相位调光器。通常使用的调光器有几种类型。那些采用双向晶闸管装置或普通晶闸管装置的调光器操作非常相似。这两种晶闸管装置都作为高速开关且在调光器内用于控制传递到灯的电能的量。它们通过“截断”正弦的电源电压波形实现这点。触发脉冲或启动脉冲指示装置何时开始导电。装置被启动得越晚，其越晚开始导电，因此传输较少电力给负载。已经提出多种电路装置，所述多种电路装置应向基于LED的光源添加调光功能。一个示例是EP 1016062B1，其中可以通过数字总线控制LED，例如通过数字多路复用(DMX)。主要问题是通用的双向晶闸管调光器使用时与LED驱动器电路的兼容性以及根据相位调光器的控制提供调光信号。因此本发明的重点是提供解决该问题的方法和电路。WO 2009/121956A1教导了一种恒流源，该恒流源在交流供电电压的振幅低于给定阈值时被选择性地激活，在此期间如此激活虚负载。这种方法称为“泄放”，且在输入交流电压电平低于给定阈值电压时，激活虚负载以从恒流源引出额外电流的电路称为“泄放电路”。
发明内容
本发明提供一种改进方案，根据操作装置的交流供电电压的切相操作对LED调光，所述操作装置用于一个或多个LED、OLED或其它电特性相当的照明装置。该目的通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求进一步发展了本发明的中心思想。本发明的第一方面涉及一种可调光的LED模块，该模块被设计为利用调光器被调光，所述调光器控制供应给所述LED模块的交流供电电压的切相，该模块包括-泄放电路，所述泄放电路用于在所述供电电压振幅低于阈值期间选择性起作用以引出泄放电流，-控制电路，所述控制电路可以被供以指示所述泄放电路的激活的信号，所述控制电路根据所述泄放激活指示信号确定表示所述交流供电电压中出现的切相的值，并根据切相值发出控制信号，和至少一个驱动器电路，所述驱动器电路被供以所述控制信号，并调整供给相关的 LED照明装置的电力。
本发明的另一方面涉及一种可调光的LED模块，该模块被设计为利用调光器被调光，所述调光器控制供应给所述LED模块的交流供电电压的切相，该模块包括-泄放电路，所述泄放电路用于根据所述交流供电电压中出现的切相选择性地起作用以引出泄放电流，-控制电路，所述控制电路被供以指示所述泄放电路的激活的信号，所述控制电路根据所述泄放激活指示信号确定表示所述交流供电电压中出现的切相的值，并根据切相值发出控制信号，和至少一个驱动器电路，所述驱动电路被供以所述控制信号，并调整供给相关的LED 照明装置的电力。所述泄放激活指示信号可以直接或间接指示跨过所述泄放电路的电阻装置的泄放电流或电压中的一个，例如所述电阻装置为测量所述供电电压和所述泄放电路的激活的联合效应的电阻装置。所述泄放电路可以是与所述控制电路分开的电路，或是所述控制电路的集成部分的电路。 所述泄放激活指示信号可以是脉冲信号。所述控制电路可以确定所述泄放激活指示信号的脉冲宽度。所述泄放电流可以是恒定的、变化的或通过脉冲调节，尤其是通过有源脉冲宽度调制(PWM)控制的。可以在电源电压的每个周期或定期地即非全部电源电压周期，产生所述泄放激活指示信号。所述泄放电路可以包括电流源，且被动地被激活，或所述泄放电路包括主动地控制所述泄放电路的开关的时间逻辑。所述控制电路可以被设计成根据所述泄放电路指示信号获得所述交流供电电压的零交点的定时和所述交流供电电压的任一切相的定时。另一方面涉及一种LED模块，其中，LED模块包括泄放电路和驱动器电路，所述驱动器电路通过下述中的一个或多个方式控制LED照明装置的电力-低频PWM控制，PWM脉冲具有所述交流供电电压的频率的两倍级的频率，优选地具有在90Hz和140Hz之间的频率，所述PWM脉冲优选地与所述泄放激活指示信号同步，-高频PWM控制，PWM脉冲的频率大于200Hz，优选地大于500Hz，和/或-流经所述LED照明装置的直流电流的振幅的控制。可以通过例如光耦合器的隔离装置，将所述LED照明装置的供电电位与所述供电电压隔离，其中，所述控制电路可以连接所述隔离装置的初级侧或次级侧的电位。本发明还涉及一种改进的LED灯，包括如上所述的LED模块。本发明的另一方面涉及一种用于操作可调光的LED模块的方法，所述模块使用调光器被调光，所述调光器控制供应给所述LED模块的交流供电电压的相位，所述调光器例如为具有双向晶闸管的调光器，其中-所述LED模块的泄放电路在所述供电电压振幅低于阈值期间选择性地起作用以引出泄放电流，
-控制电路，所述控制电路被供以指示所述泄放电路的激活的信号，并根据所述泄放激活指示信号发出控制信号，和至少一个驱动器电路，所述驱动器电路被供以所述控制信号，并调整供给相关的 LED照明装置的电力。所述泄放激活指示信号直接或间接指示跨过所述泄放电路的电阻装置的泄放电流或电压中的一个，例如测量所述供电电压和所述泄放电路的激活的联合效应的电阻装置。所述泄放激活指示信号为脉冲信号，所述控制电路确定所述泄放激活指示信号的脉冲宽度。所述控制电路可以根据所述脉冲宽度的估计值，确定所述交流供电电压的零交点的时间。所述控制电路可以根据所述零交点的定时同步所述供电电压中出现的任一切相角度的测量。所述泄放电流可以是恒定的、变化的或通过脉冲调节的，尤其是通过有源PWM控制所述泄放电路的开关。可以在电源电压的每个周期或定期地即非全部的电源电压周期，产生所述泄放激活指示信号。所述泄放电路可以被动地被激活，或所述泄放电路例如通过开关主动地进行控制。
自如下结合附图的本发明的优选实施方式的详细描述，本发明的其他特征、优势和目的将变得明显。图I示出用于LED照明装置的可调光镇流器的第一实施方式；图2示出用于LED照明装置的可调光镇流器的第一实施方式；图3详细示出本发明的泄放电路的第一实施方式；图4详细示出本发明的第二实施方式；图5示出前沿调光器的输出信号和相应的Rshmt的泄放电流检测信号；以及图6详细示出本发明的第三实施方式。
具体实施例方式现在将参照图I描述用于LED照明装置的可调光镇流器的第一实施方式。根据该第一实施方式提出用于LED电力的次级侧控制(管理)。注意，“初级侧”和“次级侧”分别涉及隔离装置的初级侧和次级侧，该隔离装置将所述LED照明装置的电位与供电电压分离，将在后面详细解释。自图I可以看到，向镇流器的输入滤波器2供应交流供电电压1，该交流供电电压 I例如是频率为50Hz或60Hz且有效电压为120V或230V的交流电源电压。如图I示意性所示，例如通过用户手动操作的调光器，可将该交流供电电压进行切相，该调光器包括用于切相的双向晶闸管或普通晶闸管。切相的持续时间表示调光命令。
接着，将输出信号即该输入滤波器2的滤波后的交流供电电压供应给第一整流器 3和第二整流器4。提供该第一整流器3，以向该LED照明装置5传输电力。提供该第二整流器4，以供应泄放电路6和调光控制电路7。注意，也可能仅提供一个整流器用于向LED照明装置5传输电力以及用于该泄放电路6。根据本发明的泄放电路具有如下一个或多个功能，优选地具有如下全部功能i.在交流供电(例如)电源的输入端作为负载，防止当驱动器关闭时供电电压泄漏电流(流经气体放电灯等)增大驱动器电路的输入电压且导致再触发和光闪烁。ii.能够通过双向晶闸管使输入电压更准确地遵循供电电压的切相。由于平均整流电压或总线电压通常用于控制系统，这对于避免误差是很重要的。在泄放电路未激活时电压可以漂移，尤其伴随有流经调光器或开关的泄漏电流时。iii.支持双向晶闸管在切换点保持电流。iv.抑制调光器内部以及调光器和转换器的输入射频干扰(RFI)滤波器之间振荡行为。V.支持检测来自前沿调光器和后沿调光器的调光信息。该第一整流器3的输出，即滤波后且整流的交流供电电压，可以选择性供应给-填谷电路8(例如有源填谷电路、无源填谷电路或组合的有源-无源填谷电路)，-有源切换功率因数校正(PFC)电路9(其中，PFC电路的切换由接收至少一个输入信号的控制电路控制)，或-滤波器电路10，该滤波器电路10包括例如电解电容器。这样处理的整流且滤波后的供电电压接着供应给LED驱动器11，该LED驱动器11 具有直流/直流(DC/DC)转换器，该直流/直流(DC/DC)转换器例如为反激转换器12，尤其是准谐振反激转换器。注意，可以使用其它隔离的或非隔离的DC/DC转换器。隔离也可以在该DC/DC转换器之外。由于可调光的LED模块可以包括非隔离的降压转换器作为DC/DC 转换器，因此可调光的LED模块也可以是不隔离的。该LED驱动器11向LED照明装置5供应调节的(反馈控制的)电力。如图I示意性示出，该LED照明装置5可以为多个可串联和/或并联连接的 LED (或0LED，或其它电特性相当的照明装置)。将指示例如流经该LED照明装置的电流的反馈信号13反馈给该LED驱动器11。 在所示的示例中，该LED驱动器为反激转换器12，具有初级侧开关14。通过调整该开关14 的时钟，可以控制供应给该LED照明装置的电力，以便在该反馈信号13的测量值不等于额定值时，控制其接近额定值。可能通过校准设置该LED和使用开环方法以运行LED。根据来自所述泄放电路的相位调光器信号，可通过改变LED电流的振幅或仅通过脉冲操作来改变供应给该LED照明装置的电力。一般来说，该DC/DC转换器具有至少一个用于改变供应给该LED照明装置5的电力的控制输入。该LED照明装置5的电位可以与交流供电电压I电位隔离。在所示的示例中，实际上通过AC/DC转换器12的变压器15实现这种隔离。例如通过DC/DC转换器12的开关14进行电流控制，该电流控制是由调光控制电路7的输出信号6控制的。因此，该调光控制电路7通过信号16为该LED照明装置的电力提供额定值。控制电路17实际上根据测量的反馈信号13和该调光控制电路7的控制(额定值)信号16，驱动例如LED驱动器11的开关14。如通过附图标记18示意性示出，例如通过光耦合器18将该调光控制电路7与LED 照明装置5的电位隔离，而在本示例中，该调光控制电路7与交流供应电压I没有隔离。由于可以不必将该调光控制电路7与LED照明装置5的电位隔离，该调光控制电路7还可以直接连接到次级侧，例如该LED驱动器11。由于在隔离装置15的次级侧进行该LED照明装置5的电力(电流)控制，因此将图I的实施方式称为次级侧调节。图2的可选实施方式实现初级侧调节的概念。再次，将交流供电电压供应给输入滤波器2，然后供给第二整流器4和脉冲整流器3。在本实施方式中，将第一整流器3的输出同样地直接供应给LED驱动器11。优选地，该LED驱动器11也具有隔离装置15，例如示出的变压器。将第二整流器4的输出同样地传送给泄放电路6和调光控制电路/接口 7。将理解，术语“接口”实际指该电路可以接收来自总线、无线方式(例如红外线(IR))等的外部的调光信号，外部的输入示意性地指定为附图标记19。这显然也适用于图I的实施方式。在图2的实施方式中，由于进行初级侧调节，该调光控制电路/接口 7例如通过驱动该转换器11的初级侧上的开关14，来控制该LED驱动器11。对于初级侧调节(图2)或次级侧调节(图I)，可以利用不同选择来调节该LED照明装置5的电力。第一示例是调节流经该LED照明装置5的电流的DC电平。第二选择是高频脉冲宽度调制(PWM)控制，其中，“高频”将理解为产生的流经该 LED照明装置5的电流脉冲具有比整流的交流输入电压的频率高的频率。因此，在交流电源供电电压的情况下，高频PWM脉冲将具有大于120Hz的频率。第三选择是该LED照明装置5所消耗的电力的PWM控制，其中，“低频”将理解为流经LED 5的电流的低频PWM脉冲具有整流的供电电压级别的频率，例如IOOHz或120Hz。图3详细示出由滤波后的交流供电电压所供应的泄放电路6的优选实施方式，在供到该泄放电路6之前，对该滤波后的交流供电电压进行整流(二极管桥3)。根据本实施方式，该泄放电路6具有恒流源，该恒流源包括晶体管T2，该恒流源由 T2的基极-发射极的电压控制。时间逻辑单元21作为输出，优选地通过数字信号，该输出可以使晶体管Tl导通以激活流经第一电阻Rswies、晶体管Tl (导通时)和测量分流器Rshmt的泄放电流。可以通过第二晶体管T2的基极-发射极的电压Vbe控制该泄放电流的振幅，例如控制在10-50mA的范围内、优选地20-30mA范围内。该时间逻辑单元可以是例如微控制器、专用集成电路(ASIC)或其组合。该时间逻辑单元21在该时间逻辑单元21的输入引脚检测产生的泄放电流。
典型地，在该输入电压(供电电压)较低且例如具有低于30Vpk(峰值电压)的振幅期间，该时间逻辑单元激活该泄放电流。因此，该时间逻辑单元一旦与交流供电电压同步，则在这些低电压时间段(零交点附近)中启用该泄放电路，然后检测启用的泄放电路的激活。因此，将在该交流供电电压的零交点附近，在Rshunt上检测电流脉冲，此外，当手动操作的调光器中的双向晶闸管导通时，将在该时间逻辑单元的输出端通过Rshunt检测不同的泄放电流脉冲。在该交流供电电压的切相期间，该供电电压的振幅将变低，且仅流经Rshmt 的电流是静态电流，该静态电流需要供应(维持)调光器的电子器件，即在LED照明镇流器之外的手动操作的调光器中的电子器件。注意，在所示的示例中，通过测量泄放电流来检测泄放激活，尤其是通过测量泄放电流脉冲的定时和/或宽度。该宽度作为具有不同原因的脉冲的判别准则。然而，可选地或者甚至附加地，也可以在电源电压线上检测该泄放电路的激活。后文将根据图6的一个变型描述这样的示例。图4示出根据本发明的泄放电路6'的另一可能的使用说明。根据本实施方式，时间逻辑单元21'激活泄放电流，并输出PWM信号，通过RC滤波器电路(Cl，R2)对该PWM信号进行滤波，以控制例如金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)开关Ml进入导通状态。同样地，利用测量分流器Rshunt测量产生的泄放电流，并将该泄放电流供应给该时间逻辑单元21'的输入引脚。图5示出后沿调光器的输出信号(上部分图)和相应的在分流器Rshunt的脉冲电流检测的示图。 通过观察脉冲宽度或脉冲定时以计算该交流供电电压的零交点的定时和该交流供电电压的工作频率，可以将LED镇流器中的前沿或后沿检测算法分开，从电流脉冲信息获取切相的定时。较窄的电流脉冲指示切相的位置。可以通过时间逻辑单元21、21'分别对宽电流脉冲(泄放电流)和窄电流脉冲(调光器中通过双向晶闸管或普通晶闸管进行的切相技术)进行检测。因此，可以利用来自泄放电路6、6'的电流信息检测调光器的切相定时。因此，检测到的切相可以用作调光控制信息，并可以通过不同方式进行“转换”(看上面改变流经该LED照明装置的DC电流、高频PWM或低频PWM)。在最简单的方式中，例如该LED照明装置5的低频PWM控制，在检测到切相期间停止运行DC/DC转换器11。在实施后沿检测算法的情况中，存在的问题是当调光器关断其MOSFET或等效物时，通常调光器上的负载不足以使其输出遵循切相信息，因此，如果电压不降低到低于 30Vpk，泄放电流脉冲将不会出现。为了准确检测相位定时信息，可以使用有源的或自适应的方法激活泄放电流。一个示例是，在交流供电电压的一个或几个周期内持续激活泄放电流，以能够通过测量分流器Rshmt的电压(当调光器开关断开时)或通过可以在桥式整流器 3的输出端检测到的供电输入电压信号来检测定时。当调光器被改变但低至足以将泄放电路6，6'内部的消耗保持在可接受的程度上时，泄放电流激活的重复率应当足以快速检测。根据可选的实施方式，可以将高频PWM信号应用于泄放开关(图4)以限制电力损耗。这可以在电压时间段期间被追踪以检测切相位置。根据另一可选实施方式，可以在交流供电电压的一个周期激活泄放电路，且可以利用平均电压预测调光器信息。例如，可以每10个周期进行一次以限制泄放电路中的电力损耗。图6示出根据本发明的泄放电路6"的另一可能的实施方式。根据该实施方式，晶体管Q5通过分压电阻R32、R33和R34检测电源电平。该晶体管调节晶体管Q4，该晶体管Q4作为电流源具有双重角色，对于泄放电路而言用于支持双向晶闸管保持电流以及用于发信号表示泄放激活。在该晶体管Q4导通且因此泄放电路6" 激活的情况中，晶体管Q4的电压被下拉，这可以用作指示该泄放电路的激活的信号(数字 Vwt)。在晶体管Q4断开，且因此该泄放电路6"未激活的情况中，电阻R40将所述晶体管Q4 的电压拉高，这可以用作指示该泄放电路未激活的信号(数字Vrat)。如上所述，在供电电压的振幅低于阈值期间，该泄放电路6"选择性起作用以引出泄放电流。该泄放电路6"取决于在交流供电电压中所出现的切相。本示例中指示泄放电路未激活的信号(数字Vwt)是一种数字信号，只需检测信号高还是低。这样的优势是，相比类似的检测，该信号不易受噪声影响，这里噪声或干扰会导致接收的信号中有误差。泄放电路6、6'、6"的激活也可以取决于从第一整流器3的输出端所输出的电流，即流进滤波器电路10的电流。只有在进入滤波器电路10 (或有源切换PFC电路9或填谷电路8)的电流低于给定阈值时，才激活泄放电流。然而，可选地或者甚至附加地，也可以在电源电压线上检测泄放电路6"的激活。 可以在分压电阻R32、R33和R34上检测激活，在晶体管Q5的基极端上检测电源电平。
权利要求
1.一种可调光的发光二极管LED模块，所述模块被设计为利用调光器被调光，所述调光器控制供应给所述LED模块的交流供电电压的切相，所述模块包括-泄放电路，所述泄放电路用于在所述供电电压振幅低于阈值期间选择性地起作用以引出泄放电流，-控制电路，所述控制电路被供应指示所述泄放电路的激活的信号，所述控制电路根据所述泄放激活指示信号确定表示所述交流供电电压中出现的切相的值，并根据切相值发出控制信号，和-至少一个驱动器电路，所述驱动器电路被供应所述控制信号，并调整供给相关的LED 照明装置的电力。
2.如权利要求I所述的LED模块，其中，所述泄放激活指示信号直接或间接指示跨过所述泄放电路的电阻装置的泄放电流或电压中的一个，所述电阻装置例如为测量所述供电电压和所述泄放电路的激活的联合效应的电阻装置。
3.如前述任一项权利要求所述的LED模块，其中，所述泄放电路是与所述控制电路分开的电路，或是所述控制电路的集成部分的电路。
4.如前述任一项权利要求所述的LED模块，其中，所述泄放激活指示信号是脉冲信号。
5.如权利要求4所述的LED模块，其中，所述控制电路确定所述泄放激活指示信号的脉冲宽度。
6.如前述任一项权利要求所述的LED模块，其中，所述泄放电流是恒定的、变化的或通过脉冲调节的，尤其是通过有源脉冲宽度调制PWM控制的。
7.如前述任一项权利要求所述的LED模块，其中，在电源电压的每个周期或定期地即非全部的电源电压周期，产生所述泄放激活指示信号。
8.如前述任一项权利要求所述的LED模块，其中，所述泄放电路包括电流源且被动地被激活，或所述泄放电路包括主动地控制所述泄放电路的开关的定时逻辑。
9.如前述任一项权利要求所述的LED模块，其中，所述控制电路被设计成基于所述泄放电路指示信号获得所述交流供电电压的零交点的定时以及所述交流供电电压的任一切相的定时。
10.一种LED模块,优选地根据前述任一项权利要求，其中，LED模块包括泄放电路和驱动器电路，所述驱动器电路通过下述方式中的一个或多个方式控制LED照明装置的电力-低频PWM控制，PWM脉冲具有所述交流供电电压的频率的两倍量级的频率，优选地具有在90Hz和140Hz之间的频率，所述PWM脉冲优选地与所述泄放激活指示信号同步；-高频PWM控制，PWM脉冲具有大于200Hz、优选地大于500Hz的频率，和/或-流经所述LED照明装置的直流电流的振幅的控制。
11.如前述任一项权利要求所述的LED模块，其中，通过例如光耦合器的隔离装置，将所述LED照明装置的供电电位与所述供电电压隔离，其中所述控制电路连接到所述隔离装置的初级侧或次级侧的电位。
12.—种改进的LED灯，包括前述任一项权利要求所述的LED模块。
13.一种用于操作可调光的LED模块的方法，所述模块使用调光器被调光，所述调光器控制供应给所述LED模块的交流供电电压的相位，所述调光器例如为具有双向晶闸管的调光器，其中-所述LED模块的泄放电路在所述供电电压振幅低于阈值期间选择性地起作用以引出泄放电流，-控制电路被供应指示所述泄放电路的激活的信号，并根据所述泄放激活指示信号发出控制信号，和-至少一个驱动器电路被供应所述控制信号，并调整供给相关的LED照明装置的电力。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述泄放激活指示信号直接或间接指示跨过所述泄放电路的电阻装置的泄放电流或电压中的一个，所述电阻装置例如为测量所述供电电压和所述泄放电路的激活的联合效应的电阻装置。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中，所述泄放激活指示信号为脉冲信号，且所述控制电路确定所述泄放激活指示信号的脉冲宽度。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述控制电路根据所述脉冲宽度的估计值，确定所述交流供电电压的零交点的定时。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述控制电路根据所述零交点的定时使所述供电电压中出现的任一切相角度的测量同步。
18.如权利要求13到17中任一项所述的方法，其中，所述泄放电流是恒定的、变化的或通过脉冲调节的，尤其是通过有源PWM控制所述泄放电路的开关。
19.如权利要求13到18中任一项所述的方法，其中，在电源电压的每个周期或定期地即非全部的电源电压周期，产生所述泄放激活指示信号。
20.如权利要求13到18中任一项所述的方法，其中，所述泄放电路被动地被激活，或所述泄放电路例如通过开关主动地进行控制。
全文摘要
本发明涉及一种可调光的LED模块，该模块被设计为利用调光器被调光，所述调光器控制供应给所述LED模块的交流供电电压的切相，该模块包括泄放电路，用于在所述供电电压振幅低于阈值期间选择性地起作用以引出泄放电流；-控制电路，被供以指示所述泄放电路的激活的信号，所述控制电路根据泄放激活指示信号确定表示所述交流供电电压中出现的切相的值，并根据切相值发送控制信号；以及-至少一个驱动器电路，所述驱动器电路获得所述控制信号，并调整供给相关的LED照明装置的电力。
文档编号H05B33/08GK102598857SQ201080045801
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月14日 优先权日2009年10月14日
发明者伊恩·威尔逊, 弗雷德里克·史蒂文斯, 詹姆斯·弗兰克兰 申请人:特里多尼克英国有限公司