通過市電電壓調(diào)光的雙模式模擬和數(shù)字led的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過市電電壓控制發(fā)光組件。特別地，本發(fā)明涉及用于控制燈組件的照度的控制器。本發(fā)明的原理適用于例如固態(tài)發(fā)光(SSL)裝置(LED，OLED或PLED組件)和其他任意燈組件，如緊湊型熒光燈(CFL)。
【背景技術(shù)】
[0002]燈組件的照度可使用標(biāo)準(zhǔn)的切相調(diào)光器進(jìn)行控制，從而以導(dǎo)通角的形式向燈組件發(fā)出調(diào)光信息信號。切相調(diào)光器可工作于不同的模式如前沿調(diào)光器或后沿調(diào)光器。但是，有一些關(guān)于浪費(fèi)很少能量的穩(wěn)定調(diào)光和燈組件的照度控制的挑戰(zhàn)。例如，一些切相調(diào)光器需要最小的負(fù)載并可能表現(xiàn)出虛假激勵和閃爍，特別是在低調(diào)光水平的時候。此外，需要考慮到不同類型的調(diào)光器和燈組件的不同特性。明確區(qū)分不同的調(diào)光模式有時難以實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，還需要考慮關(guān)于不同調(diào)光曲線的不同特性(如非線性，瞬態(tài)時間等)。
[0003]由IEC 62756定義的數(shù)字負(fù)載端傳輸(DLT)發(fā)光控制規(guī)范和美國專利8，217，589B2描述了通過控制裝置(如調(diào)光開關(guān))將小振幅調(diào)制(AM)基帶信號疊加到市電電壓，以控制所連接的燈的照度。指定一個協(xié)議來控制發(fā)光源如CFULED等的亮度/強(qiáng)度、顏色、色溫等參數(shù)。用于輸送燈控制數(shù)據(jù)的有效傳輸率是200位/秒，50赫茲和240位/秒，60赫茲。用于控制燈組件的操作的其他數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制電力線通信技術(shù)也是可用的并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0004]這需要通過自動適配到一個或多個調(diào)光技術(shù)能夠在正常切相調(diào)光條件下工作和工作于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制調(diào)光的燈組件。因此，需要適于用不同的調(diào)光技術(shù)操作的單個控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在廣泛方面，本發(fā)明描述了在燈組件檢測施加到市電電壓的調(diào)光技術(shù)并切換到燈組件的相應(yīng)的操作模式的系統(tǒng)和方法。
[0006]雖然大多數(shù)的進(jìn)一步的解釋涉及LED改造燈和LED調(diào)光的領(lǐng)域，但是本發(fā)明不限于SSL設(shè)備，可以應(yīng)用于其他燈組件和燈的其他形式的控制特性。例如，當(dāng)對光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)光時，可以以類似的方式控制顏色和亮溫。
[0007]本發(fā)明旨在通過檢測市電電壓的不同的模擬和數(shù)字調(diào)光信號并能夠適當(dāng)切換到燈組件控制器的相應(yīng)的操作模式來克服上面指出的限制。下面，用于對燈組裝進(jìn)行調(diào)光的操作模式也被稱為調(diào)光模式。換句話說，與此一道描述的發(fā)明涉及檢測施加到用于燈組件的市電電壓的調(diào)光技術(shù)和切換到相應(yīng)的操作模式來控制燈組件的照度的系統(tǒng)和方法。
[0008]尤其是在廣泛方面，本發(fā)明旨在將數(shù)字調(diào)制模式與模擬切相調(diào)光模式區(qū)分開來并切換到相應(yīng)的操作模式，從而促成例如通用LED燈，該LED燈與DLT兼容并正確響應(yīng)不同類型的切相調(diào)光器。
[0009]揭露了一種用于控制燈組件的控制器。特別地，該控制器用于檢測應(yīng)用到市電電壓的調(diào)光技術(shù)并將燈組件切換到相應(yīng)的調(diào)光或操作模式。為此目的，該控制器包括:市電感應(yīng)單元，用于感應(yīng)或接收施加到燈組件的市電電壓；波形評價單元，與該市電感應(yīng)單元連接并用于例如通過評價該市電電壓的波形根據(jù)市電電壓波形產(chǎn)生光控制信號；解調(diào)單元，與市電感應(yīng)單元連接并用于解調(diào)調(diào)制到市電電壓的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。評價市電電壓的波形和從市電波形解調(diào)數(shù)據(jù)可以例如通過兩個分立單元同時操作來并行執(zhí)行，或者可以用時間多路復(fù)用的方式順序執(zhí)行。在下文中，術(shù)語“導(dǎo)通角”用于表示切相調(diào)光器已經(jīng)“切掉”電源半周期的一部分，該部分在半周期的前端(通過前沿切相調(diào)光器)或在半周期的后端(通過后沿切相調(diào)光器)。導(dǎo)通角能夠例如定義成市電電壓施加到燈組件的導(dǎo)通狀態(tài)的持續(xù)時間和完整的市電周期的持續(xù)時間之間的比率。例如，0.6(或60%)的導(dǎo)通角意味著市電電壓在60%的市電周期時間可用。其他定義可是可能的(例如根據(jù)切相信號的相關(guān)能含量)并在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在實(shí)施例中，波形評價單元可確定施加到市電電壓的切相的導(dǎo)通角并產(chǎn)生各個光控制信號。
[0010]可以提供與該解調(diào)單元連接的仲裁單元。該仲裁單元可確定控制器的操作模式。仲裁單元還可以與波形評價單元連接并用于，例如根據(jù)該波形評價單元是否已經(jīng)能夠確定切相(如確定導(dǎo)通角小于I)和/或該解調(diào)單元是否已經(jīng)能夠成功從市電電壓解碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，評價波形評價單元和解調(diào)單元的結(jié)果以確定控制器的操作模式。
[0011]該波形評價單元和解調(diào)單元可各自輸出光控制信號，在調(diào)光控制的情況下該光控制信號表示燈組件的產(chǎn)生的相對亮度。例如，該相對亮度值可在0-100%范圍(或0-1的比例)，或在其他有用的范圍如0-255 (可以在一個字節(jié)中編碼)。以類似方式，用于控制燈組裝的其他參數(shù)可以通過波形評價單元和解調(diào)單元從市電電壓解碼并提交給仲裁單元。為了便于仲裁單元確定操作模式，波形評價單元和仲裁單元提供給仲裁單元的值可以是可比較的，以相同的數(shù)據(jù)格式和/或同樣的比例表現(xiàn)。
[0012]此外或者可選地，波形評價單元和/或解調(diào)單元可輸出信號表示他們是否已經(jīng)成功確定切相或從市電電壓解調(diào)數(shù)據(jù)信號。該仲裁單元可根據(jù)至少一個這些完成的信號來確定操作模式。
[0013]仲裁單元可將所確定的操作模式傳遞給控制單元，該控制單元與該仲裁單元連接并用于產(chǎn)生驅(qū)動燈組件的光源的驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號可根據(jù)仲裁單元所確定的操作模式以及波形評價單元和解調(diào)單元的定量結(jié)果產(chǎn)生。該驅(qū)動信號可提供給電源轉(zhuǎn)換器以驅(qū)動光源。因此，該光源根據(jù)該操作模式即根據(jù)施加到電源的調(diào)光技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動。這允許能夠用于所有類型的調(diào)光技術(shù)的通用控制器以及因此通用發(fā)發(fā)光組件，該調(diào)光技術(shù)自動檢測合適的操作模式。
[0014]該操作模式可以是但不限于“完整電源模式”、“前沿模式”、“后緣模式”或“DLT模式”。根據(jù)各個調(diào)光或操作模式的示例信號在關(guān)于圖5a_5h的描述中概括。
[0015]該控制器可還包括與市電感應(yīng)單元連接的負(fù)載控制單元(負(fù)載控制器)，和燈組件的負(fù)載單元。該負(fù)載控制單元可用于根據(jù)市電相位角如市電電壓的當(dāng)前值或狀態(tài)控制該負(fù)載單元，以施加合適的負(fù)載給市電電源。負(fù)載單元，即負(fù)載元件，與燈組件的輸入端連接并用于將可設(shè)置的電負(fù)載施加到市電電壓。該負(fù)載單元可在控制器或電源轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)。用于設(shè)置負(fù)載單元的控制規(guī)則可取決于所確定的操作模式(如由仲裁單元檢測到的應(yīng)用到市電的調(diào)光器類型)。這樣，提供了控制器對每種類型的調(diào)光器的負(fù)載要求的無縫適配。此外，如同所定義的，給市電電壓提供可設(shè)置的負(fù)載(至少暫時)確保了流過系統(tǒng)的電流，從而與燈組件串聯(lián)的兩線控制單元(調(diào)光器)可以拉出電源來驅(qū)動其自身的內(nèi)部單元。
[0016]此外，該負(fù)載控制單元可包括狀態(tài)機(jī)，該狀態(tài)機(jī)例如根據(jù)操作模式控制可設(shè)置的負(fù)載。該狀態(tài)機(jī)可作為軟件，固件或硬件編碼到控制器的處理器。特別地，該狀態(tài)機(jī)定義與不同的負(fù)載參數(shù)相關(guān)的多個狀態(tài)，如施加到電源的不同調(diào)光器技術(shù)。
[0017]負(fù)載控制器可根據(jù)所確定的操作模式控制該可設(shè)置的負(fù)載。進(jìn)一步，該負(fù)載控制器可控制該可設(shè)置的負(fù)載，從而如果仲裁單元確定數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制模式，在電壓周期的數(shù)據(jù)期間沒有輸入電流從市電電壓拉出或預(yù)定的小輸入電流從市電電壓拉出。因此，從市電電源拉出的電壓引起的人工產(chǎn)物如電源轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生用于光源的供電電流不會擾亂數(shù)據(jù)傳輸。特別地，該控制單元可產(chǎn)生驅(qū)動信號以控制驅(qū)動光源的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器。當(dāng)仲裁單元確定數(shù)據(jù)調(diào)制調(diào)光模式，控制單元可產(chǎn)生驅(qū)動信號，從而在市電周期的初始調(diào)光器供應(yīng)期間和/或數(shù)據(jù)傳輸期間，開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器大體上不轉(zhuǎn)移能量。例如，用于驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換器的PWM信號可在初始調(diào)光器供應(yīng)期間和/或數(shù)據(jù)傳輸期間關(guān)閉。換句話說，能量僅在市電周期的所定義的操作期間由電源轉(zhuǎn)換器傳遞到光源，而電源轉(zhuǎn)換器在其他時間關(guān)閉。例如，雙級SEPIC/反激式轉(zhuǎn)換器的一個或多個開關(guān)元件可在初始的調(diào)光器供應(yīng)期間和/或數(shù)據(jù)傳輸期間不工作。
[0018]進(jìn)一步，該負(fù)載控制器可包括事件檢測單元，例如以第一市電電壓電平比較器的形式檢測電壓跨越事件，以有利于和輸入市電電壓的同步以及識別市電周期的不同部分。該狀態(tài)機(jī)可包括根據(jù)事件的檢測進(jìn)行觸發(fā)的多個負(fù)載狀態(tài)和狀態(tài)過渡。負(fù)載狀態(tài)可定義負(fù)載單元所施加的負(fù)載的設(shè)置，即負(fù)載元件的特性。因此，通過將市電電壓(或從市電電壓獲取的電壓)與所定義的閾值進(jìn)行比較，可提供用于所應(yīng)用的調(diào)光器技術(shù)的用于市電波形的各個部分的合適的負(fù)載條件。
[0019]負(fù)載控制單元可根據(jù)市電電壓周期的預(yù)定的時間令負(fù)載單元給市電電壓施加不同的負(fù)載。換句話說，負(fù)載控制單元能夠確定事件如單獨(dú)的超時事件和電壓越過事件或兩者的組合，從而根據(jù)不同類型的事件(如單獨(dú)的電壓/時間事件或兩者的組合)和根據(jù)不同類型的調(diào)光器技術(shù)的特性能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載單元的受控驅(qū)動。
[0020]在實(shí)施例中，當(dāng)沒有調(diào)光器技術(shù)被檢測到時，初始假設(shè)DLT調(diào)光器存在以及負(fù)載單元的相應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)的啟動過程中即在上電過程中設(shè)置在這種情況下，狀態(tài)機(jī)可用于像DLT規(guī)范中指定一樣在市電周期的不同時間將不同的負(fù)載施加到市電電壓。
[0021]更具體地說，該仲裁單元可根據(jù)切相調(diào)光器或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制是否例如通過DLT應(yīng)用到市電電壓來確定操作模式。
[0022]波形評價單元可包括第二電壓電平比較器，以將在市電電壓周期的預(yù)定時間的市電電壓(或從市電電壓獲取的電壓)與預(yù)定的電壓閾值比較以根據(jù)比較結(jié)果確定光控制信號或?qū)ń恰?br>[0023]可選地或另外，該波形評價單元可包括能量測量單元，以確定市電電壓半波的均方根(RMS)。波形評價單元之后能夠例如通過使用具有導(dǎo)通角的映射能源表/有效值從所確定的能量測量確定光控制信號或?qū)ń恰?br>[0024]波形評價單元可包括切相調(diào)光檢測單元，該切相調(diào)光檢測單元用于檢測切相調(diào)光器(如前沿或后沿切相調(diào)光器)是否應(yīng)用到市電電壓。這可通過沿市電電壓預(yù)期的正常曲線跟蹤該市電電壓和觀察市電電壓中的顯著差異，如在市電周期的初始部分缺乏市電電壓(假設(shè)是前沿調(diào)光器)或在市電周期的后段缺乏市電電壓(假設(shè)是后沿調(diào)光器)，來實(shí)現(xiàn)。
[0025]解調(diào)單元可包括數(shù)字接收器，以確定特別是通過電力線通信技術(shù)調(diào)制到市電電壓的數(shù)據(jù)信號?？蓱?yīng)用不同的解調(diào)技術(shù)以根據(jù)預(yù)期的電力線通信技術(shù)從市電電壓解碼數(shù)據(jù)信號。
[0026]該數(shù)字接收器可用于從市電電壓解調(diào)基帶信號。例如，該數(shù)字接收器可將振幅解調(diào)模式應(yīng)用到市電周期的一部分，以從市電電壓解碼DLT數(shù)據(jù)。
[0027]波形評價單元檢測到市電電壓存在切相但沒有數(shù)據(jù)信號能夠被解調(diào)單元解調(diào)時，仲裁單元可確定切相調(diào)光模式。也就是說，當(dāng)市電周期的初始部分的切相被確定時，以及因?yàn)镈LT波形的相似性，當(dāng)滿足第二條件時，也就是當(dāng)解調(diào)單元(或數(shù)字接收器)不能從市電波形解碼時，可識別前沿切相調(diào)光器。進(jìn)一步，當(dāng)波形評價單元檢測到前沿調(diào)光器存在和解調(diào)單元從市電波形成功解碼數(shù)據(jù)信號時，仲裁單元可確定數(shù)據(jù)調(diào)制調(diào)光模式，如“DLT模式”。由于波形中的不同，后沿調(diào)光器可很容易與DLT信號區(qū)分開來。因此，由波形評價單元檢測后沿調(diào)光器可用作于排除應(yīng)用于市電系統(tǒng)的DLT調(diào)光器的標(biāo)準(zhǔn)。
[0028]因此當(dāng)沒有調(diào)光器應(yīng)用到市電電壓時，所定義的仲裁單元能夠與DLT調(diào)光器，前沿切相調(diào)光器和后沿切相調(diào)光器一起工作。此外，調(diào)光模式的檢測過程可以在系統(tǒng)的啟動期間實(shí)施(如當(dāng)檢測到燈組件上電)或例如周期性地連續(xù)實(shí)施。在實(shí)施例中，在每N個電源半周期檢測調(diào)光模式，N為較小的整數(shù)如2，5或10。
[0029]進(jìn)一步，當(dāng)還沒有設(shè)置任何調(diào)光模式時，該負(fù)載控制單元可進(jìn)一步控制負(fù)載單元即負(fù)載元件首先在市電半波的早期部分期間將小負(fù)載施加到市電電壓。當(dāng)迄今為止沒有設(shè)置調(diào)光模式時，這樣的默認(rèn)設(shè)置提供合適的負(fù)載給前沿和DLT調(diào)光器并允許操作所有類型的調(diào)光器。如果沒有調(diào)光器或后沿調(diào)光器，在市電半波的早期部分施加的小負(fù)載增加燈的功率消耗但是不會引起任何刺激或調(diào)光器的故障。通常，仲裁單元能夠在幾個市電周期內(nèi)檢測正確的調(diào)光器類型，從而可以非?？斓膽?yīng)用正確的負(fù)載模式。一旦仲裁單元確定調(diào)光模式，用于所應(yīng)用的調(diào)光技術(shù)的適當(dāng)?shù)呢?fù)載模式可由負(fù)載單元進(jìn)行施加。如果仲裁