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 1.docx

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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,这里公开的各种发明方法和装置涉及使用基于调光器相位角检测确定的功率控制信号来有选择地增加固态照明灯具的调光范围。
背景技术:
数字或者固态照明技术(即基于半导体光源(比如发光二极管(LED))的照明)提供传统荧光、HID和白炽灯的可行备选。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、更低操作成本和许多其它优点和益处。LED技术的近来发展已经提供了在诸多应用中实现多种照明效果的高效和稳健的全谱照明源。例如,如在通过引用而结合于此的第6,016,038和6,211,626号美国专利中具体讨论的那样,体现这些源的一些灯具以照明模块为特征,该照明模块包括能够产生不同颜色(例如,红、绿和蓝色)的一个或者多个LED以及用于独立控制LED的输出以便生成多种颜色和变色照明效果的处理器。LED技术包括线路电压供电的白色照明灯具(比如可从PhilipsColorKinetics获得的ESSENTIALWHITE系列
)。这些灯具可以使用后沿调光器技术(比如用于120VAC线路电压的电低电压(ELV)型调光器)来可调。许多照明应用利用调光器。常规调光器与白炽(灯泡和卤素)灯一起良好工作。然而,问题随着其它类型的电子灯(包括紧凑荧光灯(CFL)、使用电子变压器的低电压卤素灯和固态照明(SSL)灯(比如LED和OLED))出现。具体而言,可以使用与在输入具有功率因子校正(PFC)电路的负载一起充分工作的特殊调光器(比如ELV型调光器或者电阻-电容(RC)调光器)对使用电子变压器的低电压卤素灯进行调光。常规调光器通常对市电电压信号的每个波形的部分斩波并且向照明灯具传递波形的其余部分。前沿或者前向相位调光器对电压信号波形的前沿斩波。后沿或者反向相位调光器对电压信号波形的后沿斩波。电子负载(比如LED驱动器)通常与后沿调光器一起工作更好。白炽灯和其它常规电阻照明设备对由相位斩波调光器产生的斩波正弦波自然地响应而无误差。对照而言,LED和其它固态照明负载可能在放置于这样的相位斩波调光器上时引起诸多问题,比如低端压降、三端双向可控硅开关元件误激发、最小负载问题、高端闪烁和光输出的大幅步进。此外,固态照明负载在调光器处于它的最低设置时的最小光输出相对高。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%,这在低设置是不希望的高光输出。高光输出因如下事实而进一步加剧人眼响应在低光水平很敏感,从而使光输出看来甚至更高。因此,需要减少固态照明负载在对应调光器设置成低设置时的光输出。
发明内容
本公开内容涉及用于减少由固态照明负载在调光器的相位角或者调光水平设置为低设置时的光输出的发明方法和设备。一般而言,在一个方面,一种用于控制由调光器控制的固态照明负载的光输出水平的系统,包括相位角检测器和功率转换器。相位角检测器被配置成基于来自调光器的整流电压检测调光器的相位角并且基于检测的相位角与预定第一阈值的比较确定功率控制信号。功率转换器被配置成向固态照明负载提供输出电压。功率转换器在检测的相位角大于第一阈值时基于来自调光器的整流电压在开环模式中操作,而在检测的相位角小于第一阈值时基于来自调光器的整流电压和来自相位角检测器的确定的功率控制信号在闭环模式中操作。在另一方面中,一种功率节流方法通过连接到调光器的功率控制器控制固态照明负载的光输出水平。该方法包括检测调光器的与在调光器设置的调光水平对应的相位角;当检测的相位角大于第一调光阈值时,生成具有第一固定功率设置的功率控制信号,并且基于调光器的电压输出幅值调制固态照明负载的光输出水平;并且当检测的相位角小于第一调光阈值时,生成具有作为检测的相位角的函数而确定的功率设置的功率控制信号;并且基于调光器的电压输出幅值和确定的功率设置调制固态照明负载的光输出水平。在另一方面中,一种设备包括
LED负载、相位角检测电路和功率转换器。LED负载具有响应于调光器的相位角的光输出。相位角检测电路被配置成检测调光器相位角并且输出来自PWM输出的PWM功率控制信号,PWM功率控制信号具有基于检测的调光器相位角确定的占空比。功率转换器被配置成接收来自调光器的整流电压和来自相位角检测电路的PWM功率控制信号,并且向LED负载提供输出电压。相位角检测电路在检测的相位角超过高阈值时将PWM功率控制信号的占空比设置成固定高百分比,从而使功率转换器基于整流电压的幅值确定输出电压。相位角检测电路在检测的相位角小于高阈值时将PWM功率控制信号的占空比设置成作为检测的相位角的预定函数而计算的可变百分比,从而使功率转换器除了基于整流电压的幅值之外还基于PWM功率控制信号确定输出电压。如这里出于本公开内容的目的而使用的那样,术语“LED”应当被理解为包括能够响应于电信号生成辐射的任何电致发光二极管或者其它类型的基于载流子注入/结的系统。因此,术语LED包括但不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指代可以配置成在红外线光谱、紫外线光谱和可见光谱的各种部分(一般包括从约400纳米到约700纳米的辐射波长)中的一个或者多个光谱中生成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)。LED的一些示例包括但不限于各种类型的红外线LED、紫外线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)。也应当理解,LED可以被配置和/或控制成生成如下辐射,该辐射具有给定光谱的各种带宽(例如,半高全宽(或者FWHM))和在给定的通用颜色分类内的各种主波长。例如,配置成生成实质上白光的LED(例如,LED白色照明灯具)的一个实现方式可以包括分别发射不同电致发光光谱的多个管芯,这些光谱组合混合以形成实质上白光。在另一实现方式中,LED白色照明灯具可以与将具有第一光谱的电致发光转换成不同第二光谱的磷光体材料相关联。在这一实现方式的一个示例中,具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料,该材料转而辐射具有些微更宽光谱的更长波长辐射。也应当理解,术语LED未限制LED的物理和/或电气封装类型。例如,如上文讨论的那样,LED可以指代具有多个裸片的单个发光器件,这些裸片被配置成分别发射不同的辐射光谱(例如,可以或可以不独立可控)。LED也可以与被视为LED(例如,一些类型的白光LED)的组成部分的磷光体相关联。一般而言,术语LED可以指代封装LED、非封装LED、表面装配LED、板上芯片LED、T封装装配LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某一类型的包装物和/或光学元件(例如,扩散透镜)的
LED等。术语“光源”应当理解为指代以下各种辐射源的任意一个或多个,所述各种辐射源包括但不限于基于LED的源(包括如上文定义的一个或者多个LED)、白炽源(例如灯丝灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如,钠蒸汽、***蒸汽和金属卤素灯)、激光、其它类型的电致发光源、火致发光源(例如,火焰)、烛致发光源(例如,汽灯罩、碳电弧辐射源)、光致发光源(例如,气态放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、化学电流发光源、晶体发光源、显像管发光源、热致发光源、摩擦发光源、声纳发光源、放射发光源和发光聚合物。给定光源可以被配置成在可见光谱内、在可见光谱以外或者二者的组合生成电磁辐射。因此,这里可互换地使用术语“光”和“辐射”。此外,光源可以包括一个或者多个滤波器(例如,滤色器)、透镜或者其它光学部件作为整体部件。也应当理解,光源可以被配置用于包括但不限于指示、显示和/或照明的各种应用。“照射源”是具体配置成生成辐射的光源,该辐射具有用于有效照明内部或者外部空间的充分强度。在本文中,“充分强度”指代在空间或者环境中生成的用于提供环境照明(即可以被直接感知并且可以例如在被整体或者部分感知之前从各种干涉表面中的一个或者多个表面反射的光)的在可见光谱中的充分辐射功率(单位“流明”常用来在辐射功率或者“发光通量”方面代表在所有方向上来自光源的总光输出)。术语“照明灯具
”这里用来指代一个或者多个照明单元在具体外型规格、组件或者封装中的实现方式或者布置。术语“照明单元”这里用来指代包括相同或者不同类型的一个或者多个光源的装置。给定照明单元可以具有用于光源的各种装配布置、罩/壳布置以及形状和/或电气和机械连接配置中的任一种。此外,给定照明单元可选地可以与各种与光源的操作有关的其它部件(例如,控制电路)相关联(例如,包括这些部件、耦合到这些部件和/或与这些部件一起封装)。“基于LED的照明单元”指代单独或者与其它非基于LED的光源组合的包括如上文讨论的一个或者多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元指代包括至少两个光源的基于LED或者非基于LED的照明单元,这些光源被配置成分别生成不同辐射光谱,其中每个不同源光谱可以称为多通道照明单元的“通道”。术语“控制器”这里一般用来描述与一个或者多个光源的操作有关的各种装置。可以用多种方式(例如,比如用专用硬件)实施控制器以执行这里讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个示例,该控制器运用可以使用软件(例如,微代码)来编程以执行这里讨论的各种功能的一个或者多个微处理器。控制器可以运用或者不运用处理器来实施并且也可以实施为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其它功能的处理器(例如,一个或者多个编程微处理器和相关联的电路)的组合。可以在本公开内容的各种实施例中运用的控制器部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)。在各种实现方式中,处理器和/或控制器可以与一个或者多个存储介质(这里通称为“存储器”,例如,易失性和非易失性计算机存储器(比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读储存器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)、通用串行总线(USB)驱动、软盘、紧致盘、光盘、磁带等))相关联。在一些实现方式中,存储介质可以用一个或者多个程序来编码,该程序当在一个或者多个处理器和/或控制器上执行时,执行这里讨论的功能中的至少一些功能。各种存储介质可以固定于处理器或者控制器内或者可以是可移植的,从而使得存储于其上的一个或者多个程序可以加载到处理器或者控制器中以便实施这里讨论的本发明的各种方面。术语“程序”或者“计算机程序”这里在通用意义上用来指代可以用来对一个或者多个处理器或者控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如软件,或者微编码)。在一个网络实现方式中,耦合到网络的一个或者多个设备可以充当用于耦合到网络的一个或者多个其它设备的控制器(例如,按照主/从关系)。在另一实现方式中,联网环境可以包括配置成控制耦合到网络的设备中的一个或者多个设备的一个或者多个专用控制器。一般而言,耦合到网络的多个设备每个可以访问存在于一个或者多个通信介质上的数据;然而,给定设备可以是
“可寻址的”,因为它被配置成例如基于分配给它的一个或者多个特定标识符(例如,“地址”)与网络有选择地交换数据(即从网络接收数据和/向网络传输数据)。应当理解,设想下文更具体讨论的前述概念和附加概念的所有组合(假设这样的概念未互不一致)作为这里公开的发明主题内容的部分。具体而言,在本公开内容出现的要求保护的主题内容的所有组合视为这里公开的发明主题内容的一部分。也应当理解,应当向也可以在通过引用而结合的任何公开内容中出现的这里明确运用的术语赋予与这里公开的具体概念最一致的含义。
在附图中,相似标号一般贯穿不同视图指代相同或者相似部分。附图也未必按比例,而是通常将重点放在图示本发明的原理。图I是示出了根据一个代表性实施例的包括固态照明灯具和相位检测器的可调光照明系统的框图。图2是示出了根据一个代表性实施例的包括固态照明灯具和相位检测电路的调光控制系统的电路图。图3是示出了根据一个代表性实施例的相对于调光器相位角的功率控制信号值的图表。图4是示出了根据一个代表性实施例的设置用于控制功率转换器的输出功率的功率控制信号的过程的流程图。图5是示出了根据一个代表性实施例的提供功率转换器的输出功率的过程的流程图。图6A-图6C示出了根据一个代表性实施例的调光器的采样波形和对应数字脉冲。图