Led電源的檢測和控制的制作方法
【專利摘要】一種通過分析從電源接收的信號而檢測驅(qū)動LED的電源的類型的電路。該電路基于所確定的類型控制LED的行為，諸如對調(diào)光器或熱條件的反應。另一實施例基于引入的功率信號中檢測到的占空比而調(diào)暗LED。一種熱管理電路，檢測LED的功率，獲得LED的熱工作范圍并據(jù)此產(chǎn)生控制信號。
【專利說明】LED電源的檢測和控制
[0001]本申請是2010年11月17日提交的申請?zhí)枮?01080061558.1的名稱為“LED電源的檢測和控制”的申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本申請要求2009年11月17日提交的美國臨時專利申請N0.61/261，991的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其內(nèi)容通過引用全部包括在本申請中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明的實施例總的涉及LED光源，尤其是使用不同類型電源的光源，還涉及LED光源的調(diào)光器控制以及LED光源的熱管理。

【背景技術(shù)】
[0005]相對于傳統(tǒng)類型的光源，LED光源(即LED燈或更具體的LED “燈泡”)能夠提供更高的能效，但是通常需要專門的電路以對光源中的LED進行適合的供電。此處使用的術(shù)語LED光源、燈和/或燈泡是指包括LED驅(qū)動器和支持電路("LED模塊〃)以及真正的LED的系統(tǒng)。為了使LED光源能夠廣泛地應用于傳統(tǒng)光源所應用的位置，其支持電路必須盡可能地與現(xiàn)有的多種類型的照明系統(tǒng)相兼容。例如，白熾燈可直接連接到AC電網(wǎng)電壓，鹵素燈系統(tǒng)可使用磁或電子變壓器以向鹵素燈泡提供12或24伏AC，以及其他光源可由DC電流或電壓供電。另外，各國之間的AC電網(wǎng)電壓是不同的(例如，美國為60Hz，歐洲為50Hz)。
[0006]目前的LED光源只能夠與上述類型的照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的一部分相兼容，即使是兼容，它們也可能不會提供給用戶類似于傳統(tǒng)燈泡的體驗。例如，代替燈泡的LED可能不會以類似于響應傳統(tǒng)燈泡的方式而響應調(diào)光器的控制。設計中、尤其是替換鹵素光源的LED光源的設計中的一個難點是，與原來被用于向鹵素燈泡供電的那兩種類型的變壓器(即磁的和電子的)的兼容性。磁變壓器包括一對耦合的感應器，其基于每個感應器的繞組數(shù)量而將輸入電壓升高或降低，而電子變壓器是一種復雜的電路，其能夠產(chǎn)生高頻(即10kHz或更高)AC電壓，該頻率接近磁變壓器的低頻(60Hz)輸出。圖1為電子變壓器的輸出102的曲線圖100，輸出102的包絡線104接近諸如由磁變壓器所產(chǎn)生的信號的低頻信號。圖2為由電子變壓器產(chǎn)生的另一種類型的輸出202的曲線圖200。該示例中，在半個60Hz周期206內(nèi)，輸出202相對于虛擬接地204并不保持恒定的極性。因此，磁和電子變壓器的工作方式不同，被設計為與其中一種一起工作的電路可能不能適用于另一種。
[0007]例如，磁變壓器對于任何等級的負載均產(chǎn)生規(guī)律的AC波形，而電子變壓器具有最小負載需求，在該需求下，其一部分脈沖序列輸出為間歇性的或被完全截止。圖3中示出的曲線圖300示出了電子變壓器對輕負載302和沒有負載304時的輸出。在每種情況下，輸出中的一部分306被截斷-這些部分306此處指負載不足死時間(“ULDT”)。LED模塊消耗的功率可能小于變壓器為鹵素燈泡設計的允許功率，如果沒有進一步的改進，則可能導致變壓器工作在ULDT區(qū)域306中。
[0008]為了避免這個問題，一些LED光源使用“泄放器”電路，其從鹵素燈變壓器中消耗掉額外的功率，從而使其不會出現(xiàn)ULDT行為。利用泄放器電路，任何截斷可被認為是由調(diào)光器引起的，而不是ULDT。然而，因為泄放器電路不會產(chǎn)生光，僅僅是浪費功率，因此不適用于低功率應用。LED光源因其較小的功率需要而在某些方面優(yōu)于傳統(tǒng)的光源，但是泄放器電路的使用與該優(yōu)點背道而馳。另外，如果LED光源還與磁變壓器一起使用，泄放器電路不再必要，但仍消耗功率。
[0009]調(diào)光器電路是磁和電子變壓器之間的另一不相容的區(qū)域。調(diào)光器電路通常由公知的相位調(diào)光(phase dimming)法來工作,其中一部分調(diào)光器-輸入波形被截止，以產(chǎn)生截斷形式的波形。圖4中示出的曲線圖400示出了通過截止前沿點404而調(diào)整磁變壓器輸出的結(jié)果402，以及通過截止后沿點408而調(diào)整電子變壓器的輸出的結(jié)果406。截斷的持續(xù)時間(即占空比)對應于所需調(diào)光的等級一越多的截斷產(chǎn)生越暗的光。因此，與白熾燈的調(diào)光器電路不同，截斷的輸入波形直接為燈提供功率(用截斷的程度確定所提供功率的量，從而確定燈的亮度)，在LED系統(tǒng)中，所接收到的輸入波形可被用于為穩(wěn)壓電源供電，并反過來為LED供電。因此，可研究輸入波形以推斷調(diào)光器設置，且基于此而調(diào)節(jié)穩(wěn)壓LED電源的輸出，以提供所需的調(diào)光等級。
[0010]磁變壓器調(diào)光器電路的一個實施方式測試了時間的量，輸入波形在零交點410上或附近，并產(chǎn)生與該時間成比例函數(shù)的控制信號?？刂菩盘柗催^來調(diào)節(jié)提供給LED的功率。因為磁變壓器的輸出(諸如輸出402)只在半循環(huán)的開始或末尾位于零交點410上或其附近，因此這種類型的調(diào)光器電路產(chǎn)生所需的結(jié)果。然而，由于電子變壓器的輸出(諸如輸出406)的高頻脈沖序列行為，其在波形的非截斷部分期間多次接近零點。因此，零交點探測方案必須過濾掉這些短暫的零交點，同時仍對所需調(diào)光等級期間的微小的改變足夠敏感而做出反應。
[0011]然而，因為電子變壓器通常使用ULDT防護電路(例如泄放器電路)，所以簡單的基于調(diào)光探測的零交點法并不奏效。如果調(diào)光電路截斷部分輸入波形，則LED模塊做出反應而降低對LED的供能。相應地，電子變壓器對較輕負載做出反應，截斷更多的AC波形，LED模塊將此作為進一步調(diào)光的請求并進一步降低LED的功率。然后變壓器的ULDT截斷更多，這個循環(huán)重復多次直到燈完全熄滅。
[0012]由于電子變壓器的ULDT行為，使用具有電子變壓器的調(diào)光器會導致另外一個問題。在一種情形下，調(diào)節(jié)調(diào)光器以降低LED燈的亮度。相應地，恒流驅(qū)動器降低LED燈中的電流，并由此降低變壓器的負載。當負載降低到某一所需最小值以下時，變壓器處于ULDT行為中，從而降低提供到LED光源的功率。相應地，LED驅(qū)動器再次降低光的亮度，使變壓器的負載進一步降低，這使得變壓器又進一步降低其功率輸出。這個循環(huán)最終使LED燈完全熄滅。
[0013]此外，電子變壓器被設計為以大致等同于磁變壓器的方式為電阻性負載，諸如鹵素燈泡供能。然而，LED光源對電子變壓器而言為較小的、非線性的負載，可導致非常不同的行為。鹵素燈泡的亮度大致上與其輸入功率成比例，然而，LED的非線性屬性意味著其亮度與其輸入功率并不成比例。通常，LED光源需要恒流驅(qū)動器以提供線性響應。因此，當為鹵素燈泡而設計的調(diào)光器與給LED光源供能的電子變壓器一起使用時，該相應不是所期望的線性、漸變響應，而是非線性和/或突變的變亮和變暗。
[0014]另外，現(xiàn)有的用于LED熱管理的類似方法涉及線性響應或電熱調(diào)節(jié)器的響應特性。盡管類似的熱管理電路可被設置為絕不超過制造極限，線性/電熱調(diào)節(jié)器的響應不太可能會產(chǎn)生理想的響應(例如，LED不會總是像其以其他方式那樣的亮)。此外，用于熱和調(diào)光等級參數(shù)并合(merging)的現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行的是加法或乘法；這種方法的缺點是終端用戶可對發(fā)熱的燈調(diào)暗，但是當燈隨著調(diào)光而冷卻時，燈的熱極限增加，且調(diào)光等級與熱極限的加法和乘法導致燈變得比所需的等級更亮。
[0015]因此，需要一種高能效、非相關(guān)供應的LED光源，無論被用于供能和/或控制現(xiàn)有燈泡的變壓器和/或調(diào)光器的類型，都能夠替換不同類型的現(xiàn)有燈泡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]大體上，本發(fā)明的實施例包括用于控制LED驅(qū)動器電路，使其不考慮所用電源類型而工作的系統(tǒng)和方法。通過分析驅(qū)動LED的電源的類型，控制電路能夠修改LED驅(qū)動電路的行為，以與所檢測到的電源類型相協(xié)調(diào)。例如，可分析變壓器輸出波形以檢測其頻率成分。高頻成分的存在例如表示變壓器為電子的，沒有高頻成分則表示磁變壓器的存在。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的實施例的調(diào)光器適配器允許LED燈可與現(xiàn)有的調(diào)光系統(tǒng)直接替換。通過評估輸入功率信號的占空比并從中推導出調(diào)光等級，調(diào)光器適配器可相應地產(chǎn)生調(diào)光信號。根據(jù)檢測到的變壓器類型，調(diào)光信號可調(diào)節(jié)調(diào)光的范圍，從而例如使電子變壓器不會欠電流。
[0018]熱管理電路確定LED的當前熱工作點。通過參照存儲的對于該類型和種類的LED特定的熱工作范圍數(shù)據(jù)，該電路能夠相應地調(diào)節(jié)傳送到LED的功率。存儲的熱工作范圍數(shù)據(jù)比例如通過使用電熱調(diào)節(jié)器評估的數(shù)據(jù)更精確，因此該電路能夠使LED比其他方式更売。
[0019]因此在一個方面，用于根據(jù)檢測到的電源類型修改LED驅(qū)動器行為的電路包括分析器和發(fā)生器。分析器至少部分地基于從所述電源接收的信號而檢測電源的類型。發(fā)生器至少部分地基于確定的所述電源的類型而產(chǎn)生用于控制所述LED驅(qū)動器的行為的控制信號。
[0020]在各個實施例中，電源類型包括DC電源、磁變壓器電源或者電子變壓器電源和/或電源的制造商或型號。分析器可包括數(shù)字邏輯。LED驅(qū)動器的行為可包括電壓或電流輸出等級。輸入/輸出端口可與所述分析器和所述發(fā)生器中的至少一個相通信。分析器可包括頻率分析器，用于確定所述功率信號的頻率。調(diào)光控制電路可通過根據(jù)調(diào)光器設置修改所述控制信號而對LED驅(qū)動器的輸出進行調(diào)光。
[0021]泄放器控制電路可通過選擇性地接通泄放器電路以增加所述電源的負載，從而使電源保持在工作區(qū)域。熱控制電路可通過根據(jù)超溫度條件修改所述控制信號而降低LED驅(qū)動器的輸出。所產(chǎn)生的控制信號可包括電壓控制信號、電流控制信號或脈寬調(diào)制控制信號。
[0022]大體上，在其他方面，一種方法根據(jù)檢測到的電源類型修改LED驅(qū)動器電路的行為。至少部分地基于對從電源接收的信號的分析而確定電源的類型。至少部分地基于所確定的電源的類型而控制所述LED驅(qū)動器的行為。
[0023]在各個實施例中，電源類型的確定包括檢測電源信號的頻率。所述頻率可在小于一秒或小于十分之一秒的時間內(nèi)被檢測。行為的修改可包括輸出電流或電壓等級的修改?？蓹z測電源的負載，電源類型的確定還包括將所檢測到的頻率與所檢測到的負載配對?？衫盟隹刂菩盘柛淖冸娫吹呢撦d，并在改變的負載下測量所述電源信號的頻率?？蓹z測為電源提供電力的AC電網(wǎng)的國家或地區(qū)。產(chǎn)生控制信號可包括產(chǎn)生電壓控制信號、電流控制信號或脈寬調(diào)制控制信號中的至少一種。
[0024]大體上，在其他方面，調(diào)光器適配器響應于調(diào)光信號對LED進行調(diào)光。占空比評估裝置評估輸入功率信號的占空比。信號發(fā)生器響應于所評估的占空比而產(chǎn)生調(diào)光信號。
[0025]在各個實施例中，變壓器類型檢測器檢測用于產(chǎn)生輸入功率信號的變壓器的類型。占空比評估裝置可至少部分地基于所檢測到的變壓器類型而評估占空比。占空比評估裝置可包括零交點探測器，所述零交點檢測器可包括濾波器，用于過濾掉小于預定閾值的連續(xù)零交點之間的時間段內(nèi)的零交點信號。相位截斷評估裝置可評估調(diào)光信號中的相位截斷，泄放器控制電路可至少部分地基于所評估的相位截斷來控制泄放器電路。相位截斷評估裝置至少部分地基于之前觀察到的循環(huán)來確定相位截斷開始或結(jié)束的時間。泄放器控制電路可在相位截斷開始前激活泄放器電路，和/或在相位截斷結(jié)束后解除激活泄放器電路。
[0026]大體上，在另一方面，一種方法響應于調(diào)光信號對LED進行調(diào)光。評估輸入功率信號的占空比，響應于所評估的占空比而產(chǎn)生調(diào)光信號。
[0027]在各個實施例中，檢測用于產(chǎn)生輸入功率信號的變壓器的類型。占空比的評估可包括輸入功率信號的零交點檢測，高頻零交點可被過濾掉?？稍谡{(diào)光信號中評估相位截斷，在相位截斷期間可接通泄放器電路。在泄放器電路被接通的同時評估占空比。
[0028]大體上，在另一方面，用于LED的熱管理電路包括用于確定LED的當前熱工作點的電路。另外電路獲得LED的熱工作范圍。發(fā)生器產(chǎn)生控制信號，所述控制信號至少部分地基于所述當前熱工作點和熱工作范圍調(diào)節(jié)傳送到LED的功率信號。
[0029]在各個實施例中，熱傳感器測量LED的當前熱工作點。存儲裝置(例如對照表)可存儲LED的熱工作范圍。調(diào)光控制電路可根據(jù)調(diào)光器設置對LED進行調(diào)光。至少部分地基于所述調(diào)光器設置或當前熱工作點而產(chǎn)生所述控制信號。比較電路可選擇所述調(diào)光器設置和所述熱工作點中較小的一個；可至少部分地基于所述比較電路的輸出而產(chǎn)生所述控制信號。
[0030]大體上，在另一方面，LED的熱管理方法包括檢測LED的溫度。LED的熱工作范圍在所檢測的溫度處獲得。至少部分地基于所述LED的熱工作范圍調(diào)節(jié)輸送到LED的功率。
[0031]在各個實施例中，LED的熱工作范圍的獲得包括參照對照表。對照表可包括LED熱-功率數(shù)據(jù)。LED溫度的檢測可包括從熱傳感器接收輸入。輸送到LED的功率的調(diào)節(jié)包括將LED設置成其在熱工作范圍內(nèi)的最大亮度等級。還至少部分地基于調(diào)光器設置而調(diào)節(jié)輸送到LED的功率。比較所述調(diào)光器設置和所述溫度，并至少部分地基于所述調(diào)光器設置和所述溫度中較小的一個而調(diào)節(jié)輸送到所述LED的功率。所述比較可數(shù)字化地執(zhí)行。
[0032]通過參考下文中的描述、附圖和權(quán)利要求，此處公開的本發(fā)明的各種目的及其優(yōu)點和特征將變得更清晰。另外，可以理解的是此處描述的各種實施例的特征并不互相排斥，且可存在于各種組合和置換中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]在附圖中，不同附圖中相似的參考標記大致指相同的部分。下面的說明中，參考下列附圖描述本發(fā)明的各個實施例，其中:
[0034]圖1為電子變壓器的輸出的曲線圖；
[0035]圖2為電子變壓器的另一輸出的曲線圖；
[0036]圖3為電子變壓器在不同負載條件下的輸出的曲線圖；
[0037]圖4為對變壓器輸出調(diào)光的結(jié)果的曲線圖；
[0038]圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED照明電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0039]圖6為根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED模塊電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖7為根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制LED模塊的處理器的結(jié)構(gòu)圖；以及
[0041]圖8為根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制LED模塊的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0042]圖5示出了本發(fā)明的各個實施例的方框圖500。變壓器502接收變壓器輸入信號504并提供變壓器輸出信號506。變壓器502可以為磁性變壓器或電子變壓器，且輸出信號506可以為低頻(即小于或等于約120Hz)AC信號或高頻(例如大于約120Hz)AC信號。變壓器502可以例如為5:1或10:1變壓器，其提供降低的60Hz輸出信號506 (或者輸出信號包絡線，如果變壓器502為電子變壓器的話)。LED模塊508接收變壓器輸出信號506，并將該變壓器輸出信號506轉(zhuǎn)換成適于對一個或多個LED510供能的信號。根據(jù)本發(fā)明如下詳細描述的實施例，LED模塊508檢測變壓器502的類型并相應地改變其行為以向LED510提供恒定電源。
[0043]在各個實施例中，變壓器輸入信號504可以為AC電網(wǎng)信號512，或者可從調(diào)光器電路514接收。調(diào)光器電路可以例如為壁式調(diào)光器電路或者安裝于燈的調(diào)光電路?？衫脗鹘y(tǒng)的熱沉516作為LED模塊508的冷卻部分。LED模塊508和LED510可以為LED組件(還被稱為LED燈或LED “燈泡”)518的一部分，LED組件可包括裝飾性和/或功能元件，諸如透鏡520和罩522。
[0044]LED模塊508可包括適于安裝LED510、透鏡520、和/或罩520的剛性構(gòu)件。該剛性構(gòu)件可以為(或包括)其上安裝有一個或多個電路部件的印刷電路板。電路部件可包括無源部件(例如電容器、電阻器、電感器、熔絲等)、基本的半導體部件(例如二極管和晶體管)、和/或集成電路芯片(例如模擬、數(shù)字或混合信號芯片、處理器、微控制器、特定用途集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列等)。包括在LED模塊508中的電路部件結(jié)合為將變壓器輸出信號506變成適于點亮LED520的信號。
[0045]圖6不出了一種這樣的LED模塊電路600的方框圖。變壓器輸出信號506被作為輸入信號Vin而接收。使用一個或多個熔絲602保護LED模塊600的電路免受輸入信號Vin中的過電壓或過電流情況的損傷?？稍谳斎胄盘朧in的某一極中使用一個熔絲，或者如圖中所示使用兩個熔絲(每極一個)。在一個實施例中，熔絲為1.75安培熔絲。
[0046]整流器電橋604被用于對輸入信號Vin整流。整流器電橋604可以例如為全波或半波整流器，并可使用二極管或其他單向器件對輸入信號Vin進行整流。然而，本發(fā)明并不局限與任何具體類型的整流器電橋，或任何此處使用的部件的類型。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，任何能夠?qū)㈩怉C輸入信號Vin調(diào)制成更接近DC輸出信號606的電橋604都適用于本發(fā)明。
[0047]調(diào)節(jié)器IC608接收整流器輸出606并將其轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)后的輸出。在一個實施例中，調(diào)節(jié)后的輸出610為恒流信號，其被校準為以LED612的容忍極限內(nèi)的電流水平驅(qū)動LED612。在其他實施例中，調(diào)節(jié)后的輸出610為調(diào)節(jié)后的電壓供給，并可與鎮(zhèn)流器(例如電阻性、電抗性和/或電子鎮(zhèn)流器)一起使用以限制流過LED612的電流。
[0048]DC-DC轉(zhuǎn)換器可被用于調(diào)制調(diào)節(jié)后的輸出610。在一個實施例中，如圖6所示，增壓調(diào)節(jié)器614被用于增加調(diào)節(jié)后的輸出610的電壓或電流水平。在另一實施例中，可使用降壓轉(zhuǎn)換器或升壓-降壓轉(zhuǎn)換器。DC-DC轉(zhuǎn)換器614可被結(jié)合到調(diào)節(jié)器IC608中或可以為分立的部件；在一些實施例中，可以根本不需要DC-DC轉(zhuǎn)換器614。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可使用處理器616至少部分地基于從電橋604接收的信號618而調(diào)制調(diào)節(jié)IC608的行為。在其他實施例中，信號618直接連接到LED模塊600的輸入電壓Vin。處理器616可以為微處理器、微控制器、特定用途集成電路、現(xiàn)場可變成門陣列或任何其他類型的數(shù)字邏輯或混合信號電路。出于耐用性和/或使用壽命的考慮，處理器616可被選擇為低成本、低功率。輸入/輸出鏈接620允許處理器616從和/或向調(diào)節(jié)器IC608發(fā)送并接收控制和/或數(shù)據(jù)信號。如下文詳細所述，熱監(jiān)控模塊622可被用于監(jiān)控一個或多個LED612的熱特性。處理器616還可被用于追蹤LED612或其他部件的運行時間，和追蹤施加到LED612或其他部件上的電流或歷史功率水平。在一個實施例中，處理器616可被用于根據(jù)給定的輸入(諸如運行時間、功率等級、已估計的LED612壽命)預計LED612的壽命。這樣的或其他的信息和/或命令可通過輸入/輸出端口 626存取，該端口可以為串行端口、并行端口、JTAG端口、網(wǎng)絡接口或本領(lǐng)域已知的任何其他輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)。
[0050]參考圖7更加詳細地描述處理器616的工作。分析器702通過輸入總線704接收信號618。當系統(tǒng)接通電源且輸入信號618變成非零，則分析器702開始分析信號618。在一個實施例中，分析器702檢查輸入信號618的一個或多個頻率成分。如果沒有顯著的頻率成分的存在(即，任何頻率成分的功率等級小于信號的總功率等級的約5% )，則分析器確定，輸入信號618為DC信號。如果存在一個或多個頻率成分，且該頻率成分小于或等于約120Hz,則分析器確定輸入信號618源自磁變壓器的輸出。例如，由AC電網(wǎng)電壓供電的磁變壓器輸出的信號的頻率為60Hz ;處理器616接收信號，分析器檢測到其頻率小于120Hz并得出信號由磁變壓器產(chǎn)生的結(jié)論。如果輸入信號618的一個或多個頻率成分大于約120Hz，則分析器702得出輸入信號618由電子變壓器產(chǎn)生的結(jié)論。在這種情況下，信號618的頻率可遠大于120Hz (例如50或10kHz)。
[0051]分析器702可使用任何本領(lǐng)域已知的頻率檢測方案來檢測輸入信號618的頻率。例如，頻率檢測器可以為基于模擬的電路，諸如相位-頻率檢測器，或可以為數(shù)字電路，其對輸入信號618取樣并處理取樣數(shù)字數(shù)據(jù)以確定頻率。在一個實施例中，分析器702通過調(diào)節(jié)器IC608檢測出現(xiàn)的負載情況。例如，分析器702可接收表示調(diào)節(jié)器IC608的電流工作點的信號并確定其輸入負載；可選地，調(diào)節(jié)器IC608可直接報告其輸入負載。在另一實施例中，分析器702可向調(diào)節(jié)器IC608發(fā)送控制信號，要求其自身被構(gòu)成為特殊的輸入負載。在一個實施例中，處理器616可使用調(diào)光控制信號,如下文所述，以改變負載。
[0052]分析器702可使確定的輸入負載與在該負載上檢測到的頻率相關(guān)聯(lián)，以推導出關(guān)于變壓器502的進一步的信息。例如，可從該信息中檢測出變壓器502尤其是電子變壓器的制造商和/或型號。分析器702可包括存儲裝置714，其可為只讀存儲器、閃存、對照表或其他存儲裝置，并包含關(guān)于裝置、頻率和負載的數(shù)據(jù)。利用一個或多個負載-頻率數(shù)據(jù)點尋址存儲裝置，可確定變壓器502的類型。存儲裝置714可包含存儲在其中的離散數(shù)值或者數(shù)據(jù)的期望范圍；在一個實施例中，檢測到的負載和頻率信息與存儲的數(shù)值或范圍相匹配；在另一實施例中，選擇最匹配的存儲數(shù)值和范圍。
[0053]分析器702還可通過輸入信號618確定用在不同國家或地區(qū)的不同的AC電網(wǎng)標準。例如，美國使用的AC電網(wǎng)的頻率為60Hz，而歐洲的AC電網(wǎng)為50Hz。分析器702可將該結(jié)果報告給發(fā)生器704，其將產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)器IC608的適當?shù)目刂菩盘?。調(diào)節(jié)器IC608可包括用于基于檢測到的國家或地區(qū)而調(diào)節(jié)其行為的電路。因此，LED模塊600可以與國家或地區(qū)無關(guān)。
[0054]分析器702在系統(tǒng)接通電源后即可執(zhí)行分析，分析的持續(xù)時間可小于一秒(例如，足夠獲得標準AC電網(wǎng)輸入電壓的至少60次循環(huán)的時間)。在其他實施例中，分析的持續(xù)時間小于十分之一秒(例如，足夠獲得AC電網(wǎng)輸入電壓的至少5次循環(huán)的時間)。這樣的時間跨度對用戶來說是察覺不到或幾乎察覺不到的。該分析也可以在LED模塊的工作期間內(nèi)的其他時間被執(zhí)行；例如，當輸入供電電壓或頻率改變一給定閾值，或經(jīng)過一給定的時間長度后。
[0055]一旦確定電源/變壓器的類型后，發(fā)生器電路706根據(jù)檢測到的變壓器類型產(chǎn)生控制信號，并通過輸入/輸出總線708、經(jīng)由輸入/輸出鏈接620將該控制信號發(fā)送到調(diào)節(jié)器IC608。調(diào)節(jié)器IC608能夠工作在接受DC輸入電壓Vin的第一模式、接受低頻(彡120Hz)輸入電壓Vin的第二模式、以及接受高頻(> 120Hz)的輸入電壓Vin的第三模式。發(fā)生器電路706基于分析器702的確定結(jié)果指引調(diào)節(jié)器IC608進入第一、第二或第三模式。因此，LED模塊600能夠與很多種輸入電壓和變壓器類型相兼容。
[0056]處理器616還可包括調(diào)光控制電路710、泄放器控制電路712和/或熱管理控制電路716。在下面更詳細地解釋這些電路的工作。
[0057]調(diào)光器控制
[0058]分析器702和發(fā)生器706可基于調(diào)光器是否存在而修改其對調(diào)節(jié)器IC608的控制，以及如果存在調(diào)光器的話，修改調(diào)光的量?？赏ㄟ^觀察輸入電壓618的例如截斷(如上文中參考圖4所討論的那樣)來檢測上游電路中調(diào)光器的存在。通常，被設計為與磁變壓器一起工作的調(diào)光器截斷輸入信號的前沿，而被設計為與電子變壓器一起工作的調(diào)光器截斷輸入信號的后沿。分析器702可根據(jù)兩種變壓器的類型中的任何一種所輸出的信號(然而首先是要如上所述檢測變壓器的類型，并檢查輸入信號的前沿和后沿)來檢測前沿或后沿調(diào)光。
[0059]一旦檢測到調(diào)光的存在和/或類型，發(fā)生器706和/或調(diào)光器控制電路710基于檢測到的調(diào)光而產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)器IC608的控制信號。調(diào)光器電路710可包括占空比評估裝置718，用于評估輸入信號618的占空比。占空比評估裝置可包括本領(lǐng)域已知的任何占空比評估方法；在一個實施例中，占空比評估裝置包括零交點檢測器，用于檢測輸入信號618的零交點并由此推導出占空比。如上所述，如果輸入信號618由電子變壓器產(chǎn)生則其可能包括高頻成分；在這種情況下，可使用濾波器移除高頻零交點。例如，濾波器可移除任何連續(xù)的發(fā)生在小于預定閾值的時間段(例如，小于I毫秒)內(nèi)的交點。濾波器可以為模擬濾波器，或可以由調(diào)光器控制電路710中的數(shù)字邏輯來實現(xiàn)。
[0060]在一個實施例中，調(diào)光器控制電路710從輸入電壓618中確定所需調(diào)光的等級，并將該所需的調(diào)光等級轉(zhuǎn)變成輸出控制信號620。輸出控制信號620中的調(diào)光的量可根據(jù)用于為LED模塊600供電的變壓器的類型而改變。
[0061]例如，如果使用磁變壓器502，則在輸入信號618中檢測到的截斷的量(即信號的占空比)可從無截斷(即約100%的占空比)變化至完全截斷(即約0%的占空比)。另一方面，電子變壓器502需要一個最小的負載量以避免傷上述的負載不足死時間的情況，因此可能會不支持0%占空比附近范圍內(nèi)的較低調(diào)光。另外，一些調(diào)光器電路(例如10^-90%調(diào)光器電路)消耗功率，并由此阻止下游電路接收調(diào)光器可獲得的全部功率。
[0062]在一個實施例中，調(diào)光器控制電路710確定上游調(diào)光器514的最大設置(即能夠形成最小量的調(diào)光的設置)。最大調(diào)光器設置可由輸入信號618的直接測量而確定。例如，對信號618的觀察可持續(xù)一段時間，且最大調(diào)光器設置可等于觀察到輸入信號618的最大電壓、電流或占空比。在一個實施例中，輸入信號618被連續(xù)地檢測，如果其達到了高于電流最大調(diào)光器等級的功率等級，則最大調(diào)光器等級被更新為最新觀察到的輸入信號618的等級。
[0063]可替代地或另外地，可基于檢測到的上游變壓器502的類型而推導出上游調(diào)光器514的最大設置。在一個實施例中，磁和電子變壓器502具有類似的最大調(diào)光器設置。在其他實施例中，電子變壓器502比磁變壓器502具有更低的最大調(diào)光器設置。
[0064]類似地，調(diào)光器控制電路710確定上游調(diào)光器514的最小設置(即能夠形成最大量的調(diào)光的設置)。像最大調(diào)光器設置一樣，可從檢測到的變壓器514類型中推導出最小設置，和/或通過監(jiān)測輸入信號618直接觀察到最小設置。如上文所述，分析器702和/或調(diào)光器控制電路710可通過觀察一種或多種負載條件下的輸入信號618的頻率而確定電子變壓器514的制造商和/或型號，并可至少部分地基于檢測到的制造商和型號而確定最小調(diào)光器設置。例如，對于給定型號的變壓器，最小負載值是已知的，調(diào)光器控制電路710可基于最小負載值而確定最小調(diào)光器設置。
[0065]一旦推導或檢測出輸入信號618的調(diào)光器設置的整個范圍，調(diào)光器輸入值的可用范圍被映射或轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜谡{(diào)節(jié)器IC608的控制值的范圍。在一個實施例中，調(diào)光器控制電路710選擇控制值以提供給用戶最大的調(diào)光設置范圍。例如，如果調(diào)光器用到10% -90%,那么輸入信號618的值的范圍絕不會接近O %或100%，因此，在其他的調(diào)光器控制電路中，LED612不會全亮或全滅。然而，在本發(fā)明中，調(diào)光器控制電路710可將輸入信號618的90%的值作為最大調(diào)光器設置，并向調(diào)節(jié)器IC608輸出控制信號，指示其為LED612供電至滿亮度。類似地，調(diào)光器控制電路710將輸入信號618的最小值的10%轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生全滅的值。換句話說，一般來說，調(diào)光器控制電路710可將輸入信號618的調(diào)光可用范圍(在該例子中為10% -90% )映射到控制調(diào)節(jié)器IC608的0% -100%的輸出調(diào)光范圍。
[0066]在一個實施例中，由于上游調(diào)光器514被調(diào)節(jié)到其最小和最大值之間的某個點，因此調(diào)光器控制電路710將控制信號620成比例地變換到調(diào)節(jié)器IC608。在其他實施例中，在上游調(diào)光器514被調(diào)節(jié)時，調(diào)光器控制電路710會線性或?qū)?shù)地、或者根據(jù)一些其他由整個電路的行為指示的函數(shù)而改變控制信號620。因此，調(diào)光器控制電路710可移除上游調(diào)光器514的控制中的任何不兼容性或非線性。另外，如上文所述，調(diào)光器控制電路710可調(diào)節(jié)控制信號620以避免LED612由于負載不足死時間的情況所導致的閃爍。在一個實施例中，調(diào)光器控制電路710可通過當調(diào)光器514滿態(tài)工作時，將LED從其最低的非閃爍態(tài)快速地轉(zhuǎn)換到關(guān)閉態(tài)，來最小化或消除閃爍，同時仍允許調(diào)光器514完全關(guān)掉LED612。
[0067]發(fā)生器706和/或調(diào)光器控制電路710可輸出任意類型的適合調(diào)節(jié)器IC608的控制信號。例如，調(diào)節(jié)器IC可接受電壓控制信號、電流控制信號和/或脈寬調(diào)制控制信號。在一個實施例中，發(fā)生器706通過總線620發(fā)送電壓、電流和/或脈寬調(diào)制信號，該信號直接與調(diào)節(jié)器IC608的輸出信號610混合或一起使用。在其他實施例中，發(fā)生器706輸出適合于控制類型(例如電流、電壓或脈寬調(diào)制)的數(shù)字或模擬控制信號，且調(diào)節(jié)IC608根據(jù)該控制信號調(diào)制其行為。調(diào)節(jié)器IC608可通過在LED612的工作許可范圍內(nèi)降低加到LED612上的電流或電壓來實現(xiàn)調(diào)光，和/或通過使用例如脈寬調(diào)制來改變對LED612供電的信號的占空比從而實現(xiàn)調(diào)光。
[0068]用于調(diào)節(jié)器IC608的控制信號620的計算和產(chǎn)生中，發(fā)生器706和/或調(diào)光器控制電路710還可考慮相容的終端用戶體驗。例如，磁和電子調(diào)光設備在調(diào)光范圍的頂部和底部產(chǎn)生不同的占空比，因此對于每個設備可相區(qū)別地計算出成比例的調(diào)光等級。因此，例如，如果調(diào)光器514的設置在使用磁變壓器502時產(chǎn)生50%的調(diào)光，當使用電子變壓器502時同樣的設置會產(chǎn)生50%的調(diào)光
[0069]泄放器控制
[0070]如上文所述，泄放器電路可被用于阻止電子變壓器落入ULDT情況。但是，如上文進一步描述的，當泄放器電路與電子變壓器一起使用時可能是低效的，當與磁變壓器一起使用時則是低效且不必要。但是在本發(fā)明的實施例中，一旦分析器702確定所接附的變壓器502的類型，泄放器控制電路712控制泄放器電路何時以及是否消耗功率。例如，對于DC電源和/或磁變壓器，不開啟泄放器因此不會消耗功率。對于電子變壓器，盡管泄放器有時候是必要的，但可能不需要每個循環(huán)都運行。
[0071]只有當處理器616試圖確定由調(diào)光器514產(chǎn)生的相位截斷的量時才可能在循環(huán)中需要泄放器。例如，用戶可能會改變調(diào)光器514上的設置從而使LED612變暗，并因此使電子變壓器存在進入ULDT情況的風險。相位截斷評估裝置720和/或分析器702可檢測一些由調(diào)光器514引起的截斷，但是一些截斷可能是由ULDT引起的；相位截斷評估裝置720和/或分析器702可能一開始不能夠區(qū)分彼此。因此，在一個實施例中，當分析器702檢測到輸入信號618的截斷等級的改變，但在發(fā)生器706做出相應的控制信號620的改變之前時，泄放器控制電路712接通泄放器。當泄放器接通時，輸入信號618的截斷等級的任何改變僅是調(diào)光器514上的動作的結(jié)果，分析器702和/或調(diào)光器控制電路710相應地做出反應。由泄放器電路的接通而導致的延遲僅會持續(xù)輸入信號618的幾個循環(huán)，因此調(diào)光器514設置的改變與LED612亮度的相應改變之間的滯后不會被用戶察覺。
[0072]在一個實施例中，相位截斷評估裝置720監(jiān)視輸入信號618的先前的循環(huán)并預計基于ULDT的截斷會發(fā)生在循環(huán)中哪一點(如果沒有接通泄放器的話)。例如，再次參考圖3，對于輕負載302的基于ULDT的截斷306只會發(fā)生在循環(huán)的后半段；在循環(huán)的其余階段，泄放器被接通并消耗功率，但這是不需要的。因此，處理器616可只在那些其需要的時間段內(nèi)接通泄放器一在截斷開始略前(例如約100 μ s之前)、截斷結(jié)束略后(例如約100毫秒后)。
[0073]因此，根據(jù)基于ULDT的截斷的量，該泄放器每循環(huán)可僅消耗幾百毫秒的電流，其相當于占空比在0.5%以下。在該實施例中，被設計為消耗幾瓦特的泄放器形成僅幾十毫瓦的平均負載。因此，泄放器的選擇性使用可允許對所需調(diào)光的高精度評估而幾乎沒有功率損失。
[0074]在一個實施例中，只要是電子變壓器502接近ULDT條件，泄放器控制電路712就接通泄放器，從而防止由此導致的變壓器輸出信號506的失真。在另一實施例中，泄放器控制電路712以較低的頻率接通泄放器電路，從而節(jié)省額外的能量。在該實施例中，盡管泄放器控制電路712可防止電子變壓器502過早的截止，泄放器電路的低頻率接通允許暫時性的瞬時效應(例如“喀嚦聲”)出現(xiàn)在變壓器502的輸出506上。然而，分析器702可通過指示發(fā)生器706不要響應這些喀嚦聲而檢測并過濾掉這些喀嚦聲。
[0075]熱控制
[0076]具有對調(diào)節(jié)器IC608的功率控制的處理器616可對LED612執(zhí)行熱管理。LED的壽命和流明維護與LED612工作的溫度和功率有關(guān)；因此合適的LED612熱管理可延長LED612的壽命并保證亮度。在一個實施例中，處理器616從溫度傳感器622接受輸入624。存儲裝置714可包含LED612的維護數(shù)據(jù)(例如流明維護數(shù)據(jù))，熱控制電路可接收溫度傳感器輸入624并存取對應于LED612的當前熱工作點的維護數(shù)據(jù)。然后熱控制電路716可計算出使LED612最亮的最安全的工作點，并指示發(fā)生器706相應地增加或降低LED控制信號。
[0077]熱控制電路716還可與調(diào)光器控制電路710 —起結(jié)合使用。所需的調(diào)光等級可與熱管理需求相結(jié)合，產(chǎn)生單個的亮度等級設置。在一個實施例中，這兩個參數(shù)獨立地計算(在數(shù)字域中，通過例如熱控制電路716和/或調(diào)光器控制電路710)，只有兩個參數(shù)中較小的一個被用于設置亮度等級。因此，本發(fā)明的實施例可避免用戶調(diào)暗發(fā)熱的燈的情況一即燈的亮度由熱極限和調(diào)光器共同影響一結(jié)果晚些時候發(fā)現(xiàn)隨著燈冷卻亮度等級增加。在一個實施例中，熱控制電路716可將由感測到的溫度限定的值“歸一化”成100%的亮度，并指示調(diào)光控制電路710以該標準調(diào)暗。
[0078]上述所有電路或其中的一些可以圖8中所示的流程圖800中所示的方式被使用。使用處理器616自己的電源或與LED模塊600中的其他部件中的一個一起共享的電源來開啟處理器616 (步驟802)。使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)使處理器616被初始化(步驟804)，諸如通過設置或復位控制寄存器至已知值。處理器616可在離開初始化模式之前從LED模塊600上的其他部件接收應答信號。
[0079]處理器616通過觀察引入的校正AC波形618 (步驟806)的幾個循環(huán)而對其進行檢查。如上所示，分析器702可檢測輸入信號618的頻率并基于此確定電源的類型(步驟808)。如果電源為磁變壓器，則處理器616測量輸入波形的零交點占空比(步驟810)(即處理器616檢測輸入波形與零點交叉的點并基于此計算波形的占空比)。如果電源為電子變壓器，處理器616追蹤波形618并與零交點同步(步驟812)。換句話說，處理器616確定哪一個零交點是高頻電子變壓器輸出的結(jié)果，哪一個零交點是變壓器輸出包絡線改變極性的結(jié)果；處理器616忽視前者追蹤后者。在一個實施例中，處理器616剛好在檢測到的零交點(步驟814)之前接通泄放器負載以防止?jié)撛诘腢LDT條件影響占空比的計算。然后測量占空比(步驟816)并釋放泄放器負載(步驟818)。
[0080]在這點上，如果調(diào)光器存在的話，無論電源為DC電源或者磁或電子變壓器，處理器616都基于調(diào)光器而計算所需的亮度。另外，如果需要的話，可測量LED的溫度(步驟822)。基于測量到的溫度和LED制造商數(shù)據(jù)，處理器616計算出LED允許的最大功率(步驟824)。分析調(diào)光器等級和熱等級以計算凈亮度等級；在一個實施例中，選擇兩者中較小的一個(步驟826)。然后，用計算得到的亮度等級設置LED的亮度等級(步驟828)。當檢測到輸入信號816的改變時或者定時地，可核查電源類型(步驟830)，重新測量輸入的占空t匕、調(diào)光等級和溫度并設置新的LED亮度。
[0081]上文中描述了本發(fā)明的特定實施例。但是，應清楚地注意到本發(fā)明并不局限于那些實施例，而且意圖對此處詳細描述的內(nèi)容進行擴展和變型，其同樣被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，應當明白，在此所述的各個實施例的特征不是相互排斥的，并且可以以各種組合或置換存在，而不背離本發(fā)明的精神和范圍，即使這種組合和置換在此處并未描述。事實上，對此處描述的內(nèi)容的變更、修改和其他實施方式對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，并不背離本發(fā)明的精神和范圍。如此，本發(fā)明并不僅由前面示意性的描述而限定。
【權(quán)利要求】
1.一種調(diào)光器適配器，響應于調(diào)光信號，用于對LED調(diào)光，該適配器包括: 占空比評估裝置，用于評估輸入功率信號的占空比；以及 信號發(fā)生器，用于響應于所評估的占空比而產(chǎn)生調(diào)光信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光器適配器，還包括變壓器類型檢測器，用于檢測用于產(chǎn)生輸入功率信號的變壓器的類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)光器適配器，其中所述占空比評估裝置至少部分地基于所檢測到的變壓器類型而評估占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光器適配器，其中所述占空比評估裝置包括零交點檢測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)光器適配器，其中所述零交點檢測器包括濾波器，用于過濾掉小于預定閾值的連續(xù)零交點之間的時間段內(nèi)的零交點信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光器適配器，還包括: 相位截斷評估裝置，用戶評估調(diào)光信號中的相位截斷；以及 泄放器控制電路，用于至少部分地基于所評估的相位截斷來控制泄放器電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的調(diào)光器適配器，其中所述相位截斷評估裝置至少部分地基于之前觀察到的循環(huán)來確定相位截斷開始的時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)光器適配器，其中所述相位截斷評估裝置至少部分地基于之前觀察到的循環(huán)來確定相位截斷結(jié)束的時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)光器適配器，其中所述泄放器控制電路在相位截斷開始前激活泄放器電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的調(diào)光器適配器，其中所述泄放器控制電路在相位截斷結(jié)束后停用泄放器電路。
11.一種用于響應于調(diào)光信號而對LED調(diào)光的方法,該方法包括: 評估輸入功率信號的占空比；以及 響應于所評估的占空比而產(chǎn)生調(diào)光信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括檢測用于產(chǎn)生輸入功率信號的變壓器的類型。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中對占空比的評估包括檢測輸入功率信號的零交點。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括過濾掉高頻零交點。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括評估所述調(diào)光信號中的相位截斷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在所述相位截斷期間接通泄放器電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在泄放器電路被接通的同時評估占空比。
【文檔編號】H05B37/02GK104302039SQ201410405888
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2009年11月17日
【發(fā)明者】D·J·哈里森, S·S·戴維斯 申請人:特銳拉克斯有限公司