CN105247957B - 用于改进led灯具的性能和一致性的电流反馈 - Google Patents

用于改进led灯具的性能和一致性的电流反馈 Download PDF

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Abstract

一种照明系统，包括功率转换器，连接到干线电压并且配置为响应于控制信号提供驱动电流。电压测量电路，配置为提供指示干线电压的振幅的电压感测信号。发光二极管(LED)模块，包括响应于驱动电流发射光的至少一个LED串，并且配置为探测通过至少一个串的LED电流并且输出指示所探测的LED电流的电流反馈信号。驱动器控制器，配置为响应于电压感测信号以及电流反馈信号输出控制信号。

Description

用于改进LED灯具的性能和一致性的电流反馈
技术领域
本发明大体上设计控制固态照明设备。更具体地，这里所公开的各种发明装置和方法涉及实施反馈控制从而改善固态照明设备的性能和一致性。
背景技术
现有的包括发光二极管(LED)的固态灯具通常地包括利用离线功率转换器拓扑结构并且以开放环路的方式进行操作的功率电源。该功率电源可以包括存储了功率曲线并且输出作为控制信号的脉冲宽度调制(PWM)信号到功率因子控制(PFC)芯片的微控制器(μC)，其在从90伏特AC到480伏特AC的通用输入电压范围对降压功率转换器的瓦特数进行调整。PFC芯片可以典型地具有相对于增益而言的高达约12％的容差。此外，LED的前向电压降同样依照装箱(bin)和驱动电流而变化。结果是，通常在完成用于装货或顾客使用的产品之前需要返工并且/或者改变现有的固态灯具在制造期间的功率电源内的电阻器从而调整电源/灯具的额定功率以满足所期望的规范，使得电源/灯具被校准从而发射具有符合期望规范的亮度的光。这种返工可能是耗时的且无效率的过程，并且当AC输入电压高于或低于其标称值或者位于电气低压(ELV)调光器的低端时可能会导致问题，而驱动电流的不一致性可能从灯具到灯具在视觉上显示出来。对于这些问题典型的解决方案包括限制低端调光从而使驱动电流中的低端不一致性模糊。然而这将导致靠近调光器的低端处的调节失效。
由此，将期望提供一种固态照明系统，其随时间保持了一致的照明电流以及亮度，降低或消除了在制造期间对电源/灯具进行返工的需要，实现了级联灯具的一致性低端调光，改善了调光器的兼容性和/或设置了照明电流的硬上限。
发明内容
大体上，在一方面，一种照明系统，包括连接到市电电压并且配置为响应于控制信号提供驱动电流的功率转换器；配置为提供指示着市电电压的振幅的电压感测信号的电压测量电路；包括响应于驱动电流发射光的至少一个LED串的发光二极管(LED)模块，并且配置为探测通过至少一个串的LED电流并且输出指示着探测到的LED电流的电流反馈信号；以及驱动器控制器，配置为响应于电压感测信号以及电流反馈信号输出控制信号。
在另一方面，一种照明驱动器，包括连接到市电电压的功率转换器并且配置为响应于控制信号提供驱动电流到固态照明负载；配置为提供指示着市电电压的振幅的电压感测信号的电压测量电路；以及驱动器控制器，配置为响应于电压感测信号以及指示着通过固态照明负载的照明电流的电流反馈信号输出控制信号，其中功率转换器提供驱动电流从而将照明电流维持在选择的恒定水平而无视市电电压的振幅。
在另一方面，一种控制固态发光负载的方法包括转换市电电压从而提供驱动电流到固态照明负载；生成指示着通过固态照明负载的照明电流的电流反馈信号；并且探测市电电压的振幅，其中所述转换包括响应于所探测到的市电电压的振幅和电流反馈信号而提供驱动电流从而将从固态照明负载发射的光维持在选择的恒定亮度。
如在这里用于本公开的目的，术语“LED”应当被理解为包括任何电致发光二极管或其他类型的能够响应于电信号生成辐射的基于载流子注入/结的系统。由此，术语LED包括但不限于各种响应于电流发射光的基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带以及类似。特别地，术语LED指的是可以配置为生成在红外光谱、紫外光谱以及可见光谱的各个部分(通常包括从接近400纳米到接近700纳米的辐射波长)中的一个或多个中的辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体以及有机发光二极管)。LED的一些例子包括但不限于各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀LED、橙色LED、以及白色LED(在下面进一步讨论)。还应当理解的是LED可以配置为并且/或者被控制为针对给定的频谱(例如，窄带宽、宽带宽)生成具有各种带宽(例如，半高全宽，或者FWHM)的辐射，以及各种在给定的通用颜色分类之内的主波长。
例如，配置为基本上生成白光的LED的一个实施方式(例如，白色LED)可以包括多个管芯，其分别发射不同频谱的电致发光，这些电致发光组合以混合形成基本上白色的光。在另一个实施方式中，白光LED可以与将具有第一频谱的电致发光转换为不同的第二频谱的电致发光的磷光体材料相关联。在这种实施方式的一个例子中，具有相对短的波长以及窄的带宽频谱的电致发光对磷光体材料进行“泵浦”，其反过来辐射具有稍微宽泛的频谱的更长的波长辐射。
术语“光源”应当被理解为指代各种辐射源中的任一个或多个，所述辐射源包括但不限于基于LED的源(包括如上面所限定的一个或多个LED)、白炽源(例如，热丝灯，卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如，钠蒸汽、水银蒸汽和金属卤化物灯)、激光器、其他类型的电致发光源以及其他。
给定的光源可以配置为生成在可见频谱内、可见频谱外或者二者的组合的电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在此互换地使用。此外，光源可以包括作为整体组件的一个或多个滤波器(例如，颜色滤波器)、透镜、或其他光学组件。同样，应当理解的是光源可以针对包括但不限于指示、显示以及/或者照明的各种应用进行配置。“照明源”是特别配置为生成具有充分的强度从而有效地照明内部或外部空间的辐射的光源。在本上下文中，“充分的强度”指的是在空间或环境中生成的可见频谱中的充分的辐射功率(就辐射功率或“照明通量”而言，通常采用单位“流明”来表述来自光源的在所有方向上的总光输出，)从而提供环境照明(即，可以直接感知的光以及可以例如在被全部或部分感知之前从多个中间表面中的一个或多个进行反射的光)。
术语“频谱”应当被理解为指的是由一个或多个光源产生的辐射的一个或多个频率(或波长)。相应地，术语“频谱”指的不仅是在可见范围内的频率(或波长)，而且还有在红外、紫外以及全部电磁频谱的其他区域中的频率(或波长)。同样，给定的频谱可以具有相对窄的带宽(例如，具有基本上很少的频率或波长分量的FWHM)或者相对宽的带宽(具有各种相对强度的多个频率或波长分量)。应当理解的是给定的频谱可以是两个或多个其他频谱的混合结果(例如，混合分别从多个光源发射的辐射)。
术语“照明灯具”在这里用来指代以特定外形规格、构件或封装的一个或多个照明单元的实施方式或布置。术语“照明单元”在这里用来指代包括一个或多个相同类型或不同类型的光源的装置。给定的照明单元可以具有多种用于光源的安装布置、壳体/外壳布置和形状以及/或电气和机械连接配置中的任一个。此外，给定的照明单元可选地可以与各种其他与光源的操作相关的组件(例如，控制电路)相关联(例如，包括、耦合到并且/或者封装在一起)。“基于LED的照明单元”指的是包括一个或多个诸如上面所讨论过的一个或多个LED串的基于LED的光源的照明单元，其单独地存在或者与其他非基于LED的光源相组合。“多通道”照明单元指的是基于LED或者非基于LED的照明单元，其包括至少两个配置为分别生成不同辐射频谱的光源，其中每个不同的源频谱可以被称为多通道照明单元的“通道”。
术语“控制器”在此大体上用于描述与一个或多个光源的操作相关的各种装置。控制器可以用多种方式(例如通过专用的硬件)来实施从而执行这里所讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个例子，其采用了一个或多个可以利用软件(例如，微编码)进行编程从而执行这里所讨论的各种功能的微处理器。控制器可以通过或者不通过采用处理器来实施，并且还可以实施为执行一些功能的专用硬件以及执行其他的功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关的电路)的组合。在本公开的各种实施例中所采用的控制器组件的例子包括但不限于传统的微处理器、特定应用集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施中，处理器或者控制器可以与一个或多个存储介质(在此一般地称为“存储器”，例如，诸如RAM、PROM、EPROM以及EEPROM、软盘、高密度盘、光盘、磁带等的易失和非易失计算机存储器)相关联。在一些实施方式中，存储介质可以利用一个或多个程序进行编码，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行所述程序时，执行这里所讨论的至少一些功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器之内或者可以为可移植的，从而存储在其上的一个或多个程序可以被加载进处理器或控制器以便实施这里讨论的本发明的各个方面。在这里用作一般意义上的术语“程序”或“计算机程序”指代可以用来对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机编码(例如，软件或微代码)。
这里所使用的术语“可寻址的”指的是配置为接收目标在于包括其本身的多个的设备的信息(例如，数据)并且选择性地对目标在于其的特定信息进行响应的设备(例如，普通的光源、照明单元或灯具、与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其他非照明相关的设备等)。术语“可寻址的”通常与联网环境(或者“网络”，在下面进一步讨论)相关使用，其中经由某一通信介质或某些通信介质将多个设备耦合在一起。
在一种网络实施中，耦合到网络的一个或多个设备可以用作耦合到网络的一个或多个其他设备的控制器(例如，处于主机/从机关系)。在另一个实施中，联网环境可以包括一个或多个配置用于控制耦合到网络的一个或多个设备的专用控制器。大体上，多个设备可以耦合到某一网络并且每一个可以对呈现在通信介质或多个介质上的数据进行访问；然而，给定的设备可以是“可寻址的”在于其配置为基于例如分配给其的一个或多个特定标识符(例如，“地址”)选择性地与网络交换数据(即，从该处接收数据并且/或者传输数据到该处)。
这里所使用的术语“网络”指代两个或多个设备(包括控制器或处理器)中的任何互连，其有助于在耦合到网络的任何两个或多个设备之间以及/或在多个设备之间传送信息(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等)。正如很容易理解的，适于将多个设备进行互连的网络的各种实施可以包括多种网络拓扑结构中的任一个并且采用多个通信协议中的任一个。此外，在根据本公开的各种网络中，在两个设备之间的任何一个连接可以代表在两个系统之间的专用连接，或者可代替地为非专用连接。除了承载其目标在于两个设备的信息，这种非专用连接可以承载并非必然目标在于两个设备中的任何一个的信息(例如，开放网络连接)。进一步，应当容易理解的是这里所讨论的设备的各种网络可以采用一个或多个无线、有线/线缆以及/或光纤链路从而有助于贯穿网络的信息传输。
应当理解的是下面更为详细地讨论的前述概念和附加概念的所有组合(前提是这些概念彼此并非相悖)被构思为这里所公开的发明主题的部分。特别地，在本公开的结束处的所要求权利的主题的所有组合被构思为这里所公开的发明主题的部分。还应当理解的是这里所明确采用的并且还出现在通过参考而并入的任何公开中的术语应当被赋予与这里所公开的特定概念最为一致的含义。
附图说明
在附图中，相同的参考符号贯穿不同的视图大体上指代相同的部分。同样，附图并不必然按照比例，而是通常将重点放在图示本发明的原理。
图1图示了根据代表性的实施例的包括了照明驱动器和发光二极管(LED)模块的照明系统。
图2图示了示出了根据代表性实施例生成控制信号的过程的流程图。
图3A图示了根据代表性实施例的照明驱动器。
图3B图示了根据代表性实施例的可与图3A的照明驱动器使用的LED模块。
图4图示了根据代表性实施例的可与图1的照明驱动器使用的LED模块。
图5图示了根据代表性实施例的可与图1的照明驱动器使用的LED模块。
具体实施方式
在下面的详细描述中，为了阐释而非限制的目的，列举出了公开特定细节的代表性实施例从而提供对于本教导的透彻理解。然而，对于已经从本公开受益的本领域的技术人员来说明显的是根据所提出的教导的、偏离了这里所公开的特定细节的其他实施例保持在所附权利要求的范围内。此外，对于公知的装置和方法的描述可能省略从而不会模糊代表性实施例的描述。这些方法和装置很明显地在所提出的教导的范围之内。
大体上，期望来自诸如发光二极管(LED)模块的固态照明负载的光例如在选择的恒定亮度或流明进行发射。期望的是在LED模块的寿命内，通过LED模块的LED电流维持在选择的恒定水平从而具有选择的亮度的光可以由LED模块进行发射，而不管对照明系统进行供电的市电电压的振幅，以及尽管有LED模块的老化和/或温度变化和功率电源和/或照明驱动器的容差。同样一般还期望当每个都设计为发射具有选择的亮度的光的LED模块放置得彼此接近时，其一致地发射具有相对而言相同亮度的光。仍然进一步期望的是这种具有相同设计并且放置得彼此接近的各个LED模块可以由相同的调光设备进行控制从而发射具有相对而言相同亮度的光。在各种实施例中，这些目标以及其他目标可以通过控制响应于市电电压的振幅以及指示通过LED模块的探测到的LED电流的电流反馈信号而提供到LED模块的驱动电流来实现。
图1图示了根据代表性实施例的照明系统10，其包括照明驱动器100和发光二极管(LED)模块200。照明驱动器100可以包括市电电压源110、调光器120、功率转换器130、电压测量电路140、调光器测量电路150、驱动器控制器160以及功率控制器170。
在一些实施例中，市电电压源110可以提供120伏特AC、220伏特AC、277伏特AC、480伏特AC、或任何其他AC电压的AC市电电压，取决于连接到照明系统10的功率电源。市电电压源110可以是特征在于提供在例如约90伏特AC到480伏特AC的范围内的任何市电电压的通用AC市电电压源。照明系统10因此设计为响应于各种不同的AC市电电压而可操作。在一些实施例中，调光器120可以是电子低压(ELV)调光器、双向可控硅(triac)调光器、或者其他类型的切割或修改提供到功率转换器130的市电电压的相位的调光器，从而可调整地将由LED模块200发射的光调光到期望的调光水平。调光器120可以响应于墙壁安装的开关或者由系统用户操纵的电位计。
如图1所示出的电压测量电路140连接到市电电压源110，并且配置为测量市电电压的振幅，并且输出指示着市电电压的振幅的电压感测信号到驱动器控制器160。由于对市电电压的整流可以典型地为功率转换器130的功能，提供到电压测量电路140的市电电压可以或者可以不被整流。电压测量电路140因此可以或者可以不在测量之前对市电电压进行整流。电压感测信号指示由市电电压源110提供的AC市电电压是否为例如120伏特AC、277伏特AC或480伏特AC。在一些实施例中，电压测量电路140可以包括用于对AC市电电压进行整流的二极管。电压感测信号可以是模拟信号。
如图1所示出的调光器测量电路150连接到来自调光器120的市电电压输出，并且配置为探测来自调光器120的市电电压输出的相位是否被切割或修改并且响应于探测到的市电电压的切割或修改后的相位输出调光器感测信号到驱动器控制器160。在一些实施例中，调光器测量电路150可以例如包括滤波器和模拟到数字转换器，并且可以将来自调光器120的市电电压输出转换成为方波并且将方波作为调光器感测信号输出。该方波可以具有对应于调光器120从市电电压切割的相位量的占空比。例如，在一些实施例中调光器测量电路150可以将没有任何相位切割的市电电压转换成具有指示最大期望照明水平(没有调光)的50％占空比的方波，并且可以将具有最大量的相位切割的市电电压转换成具有指示最小期望照明水平(最大调光)的最小占空比的方波。
功率转换器130连接到从调光器120提供的市电电压，并且由功率控制器170响应于提供自驱动器控制器160的控制信号进行控制从而提供驱动电流到LED模块200。正如接下来将进一步详细描述的，功率转换器130可以是特征化为配置为提供驱动电流到LED模块200的恒定功率源，从而将通过LED 211、212、213、214、215，…21n的LED电流维持在选择的恒定水平，从而因此将发射自LED模块200的光维持在选择的恒定亮度。在图1所示出的代表性实施例中，功率转换器130包括降压功率转换器。在一些代表性的实施例中，功率转换器130可以代之以包括回扫功率转换器。功率控制器170可以包括配置为响应于从驱动器控制器160通过电阻器180输出的控制信号控制功率转换器130的功率因数校正(PFC)芯片。在一些代表性的实施例中，控制信号可以是脉冲宽度调制(PWM)信号，以及/或者功率控制器170可以集成在功率转换器130内。电阻器180如所示出地包括连接到驱动器控制器160的第一端子端，以及连接到功率控制器170的第二端子端。如进一步示出的，电容器190包括连接到电阻器180的第二端子端的第一端子端，以及连接到地的第二端子端。功率转换器130的操作和结构是公知的并且对其的进一步描述被省略从而不会模糊本描述，功率转换器130在特定的代表性的实施例中如上面所注意到的可能是降压功率转换器、回扫功率转换器或其他类型的功率转换器的。类似地，功率控制器170的操作和结构是公知的并且对其的进一步描述被省略，功率控制器170在特定的代表性的实施例中如上面所注意到的可能是PFC芯片等。
如图1所示出的LED模块200包括串联连接的LED211、212、213、214、215，…21n的串。虽然该串被示出为包括多个LED，在一些代表性的实施例中，该串可以包括单一LED。线缆300将照明驱动器100和LED模块200进行互连。线缆300包括连接在功率转换器130和串在LED211的阳极处的第一端之间的第一线路，以及经由电阻器220连接在功率转换器130和串在LED21n的阴极处的第二端之间的第二线路。
如图1所示出的LED模块200进一步包括放大器240，其具有连接到串的LED21n和电阻器220之间的节点的输入。放大器240可以为运算放大器(op-amp)，并且配置为对已经穿过或者流动通过在LED21n和电阻器220之间的节点处的串的LED电流(照明电流)进行放大，并且将放大的LED电流作为探测到的LED电流提供到模拟到数字(A/D)转换器250。A/D转换器250配置为将探测到的LED电流转换为数字信号。来自A/D转换器250的数字信号输出可以是特征在于指示着探测到的通过串的LED电流的电流反馈信号。光学隔离器(光学耦合器)260连接到A/D转换器250的输出，并且配置为经由线缆300将来自LED模块200的电流反馈信号传输到在照明设备100之内的驱动器控制器160。在代表性的实施例中，A/D转换器250可以包括N-比特模拟到数字转换器，其中N为大于或等于2的实数。例如，A/D转换器250可以包括12比特模拟到数字转换器。光学隔离器260可以包括数字I2C光学耦合器，或者任何其他充分快速的数字光学耦合器，并且配置为经由线缆300的两个附加线路将电流反馈信号提供到照明驱动器100。光学隔离器260可以放置在LED模块200的外部。
如上面所注意到的，在图1的代表性实施例中的功率转换器130包括降压功率转换器，并且由此连接到与驱动器控制器160不同的接地。也就是说，功率转换器130和驱动器控制器160具有隔离的接地参考。由于LED模块200的接地相对于驱动器控制器160的接地而言为浮置的，LED模块200进一步包括连接到功率转换器130的本地电压源230。本地电压源230配置为提供本地电压到功率放大器240、A/D转换器250和光学隔离器260。在代表性的实施例中，本地电压源230可以包括一个或多个齐纳二极管或DC-DC开关，并且可以提供例如5伏特DC的本地电压。在其中功率转换器130包括回扫功率转换器而不是降压功率转换器的代表性实施例中，如果连接到回扫功率转换器的接地可以与连接到驱动器控制器160的接地相同，本地电压源230和光学隔离器260可以从LED模块200中排除出来，A/D转换器250和放大器240可以从与驱动器控制器160相同的源来功能，即，经由来自功率转换器130的辅助轨(未示出)，并且电流反馈信号可以作为来自A/D转换器250的数字信号或者当A/D转换器250被进一步从LED模块200中排除的情况下作为模拟信号而直接提供到驱动器控制器160。大体上，当功率转换器130和驱动器控制器160共享共同的接地参考并且因此具有非隔离的接地参考时，本地电压源230和光学隔离器260可以从LED模块200中排除。在A/D转换器250被进一步排除的情况下，驱动器控制器160可以配置为包括用于将接收到的电流反馈信号转换为模拟形式的A/D转换器。
在代表性的实施例中个，在照明驱动器100之内的驱动器控制器160连接到电压测量电路140、调光器测量电路150以及线缆300，并且配置为响应于电压感测信号、调光器感测信号和电流反馈信号输出控制信号。在一些代表性实施例中，照明驱动器100可以实施为不具有调光特性，并且由此调光器120和调光器测量电路150可以被排除并且来自市电电压源的市电电压可以直接提供到功率转换器130。在这种情况下，驱动器控制器160可以配置为响应于电压感测信号和电流反馈信号输出控制信号。
如之前所描述的，在代表性的实施例中，控制信号可以是PWM信号，或者在驱动器控制器配置为包括数字到模拟转换器的情况下为模拟信号，并且功率控制器170可以配置为响应于PWM信号来控制功率转换器130从而调整驱动电流因此通过串的LED电流(照明电流)维持在选择的恒定水平。在代表性的实施例中，驱动器控制器160可以是微处理器或微控制器，并且可以包括存储器以及/或者连接到存储器。驱动器控制器160的功能性可以通过一个或多个处理器或控制器来实施。在任一种情况下，驱动器控制器160可以利用软件或固件(例如，存储在存储器中)进行编程从而执行所描述的相对应的功能，或者可以实施为执行一些功能的专用硬件以及执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。可以在各种代表性的实施例中采用的控制器组件的例子包括但不限于传统的微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程栅极阵列(FPGA)。
图2图示了示出根据代表性实施例的生成参照图1所描述的控制信号的过程的流程图。在这个代表性的实施例中，控制信号被理解为PWM信号，虽然在其他代表性实施例中控制信号可以具有不同格式。在响应于照明驱动器100的市电电压源110的开启从而将市电电压提供用于对照明系统10的LED模块200进行供电而开始该过程时，驱动器控制器160在步骤S1输出PWM信号到功率控制器170，该PWM信号具有基于最后保存的PWM值的占空比。之后驱动器控制器160在步骤S2根据例如存储在存储器中的配置信息或者响应于指示着诸如调光器120的调光器已经被启用或放置在照明驱动器100的电路中的市电电压的相位改变来确定照明系统10是否被配置为包括诸如调光器120的调光器。在驱动器控制器160在步骤S2中确定照明系统10配置为包括调光器的情况下，驱动器控制器160接着在步骤S3中设置最低的调光水平限制。在步骤S3中设置最低的调光水平的目的在于因此驱动器控制器160在调光器120能够达到接近零的水平的情况下没有掉电或者是失去对于照明系统10的控制。因此，最小调光水平用来将功率转换器130一直保持在功率转换器130的辅助轨(未示出)可以提供足够的功率到驱动器控制器160的程度上。在驱动器控制器160在步骤S2确定照明系统10并未配置为包括调光器的情况下，过程进行到步骤S4，在该步骤S4中驱动器控制器160根据电流反馈信号确定LED电流。之后驱动器控制器160在步骤S5中在照明系统10包括调光器的情况下根据电压感测信号和调光器感测信号的任一个或者在照明系统10不包括调光器的情况下根据电压感测信号确定LED电流是否处于所要求的水平。当在步骤S5确定LED电流处于所要求的水平时，驱动器控制器160在步骤S6维持PWM信号的占空比。当在步骤S5确定LED没有处于所要求的水平时，驱动器控制器6在步骤S7调整PWM信号的占空比，因此由功率转换器130提供的驱动电流可以因此调整驱动电流，从而通过LED模块200的串的LED电流可以返回到所选择的恒定水平。该过程接着循环通过步骤S4-S7从而将通过LED模块200中的串的LED电流维持在选择的恒定水平。
根据参照图1和图2描述的代表性实施例，指示通过串的LED电流的电流反馈信号用来调整从驱动器控制器160输出的控制信号(PWM信号)，从而补偿在功率控制器170和/或功率转换器130中的任何固有设计/制造容差，并且因此确保合适的驱动电流被提供到LED模块200。相应地，通过串的LED电流(照明电流)可以维持在选择的恒定水平，并且因此由LED模块发射的光可以维持在选择的恒定亮度，虽然有这种容差。同样，通过LED模块200的LED电流可以在LED模块200的寿命内维持在选择的恒定电流上，而无视对照明系统进行供电的市电电压的振幅和/或变形，并且尽管有LED模块200内的LED211、212、213、214、215、…21n的老化和/或温度变化。此外，功率转换器130可以响应于电流反馈信号被控制从而降低并且/或者消除在较低调光水平的闪烁，因此照明系统10可以与不同调光器的宽泛范围进行兼容。同样，在串内的短路的LED的情况下，电流可以响应于电流反馈信号而被维持为恒定。附加地，在系统的故障的情况下可以设置最大串电流。
图3A图示了根据代表性实施例的照明驱动器400并且图3B描述了可以和图3A的照明驱动器400一起使用的LED模块500。照明驱动器400和照明模块500包括如图1所示出的照明驱动器100和LED模块200相同的组件，其可以用相似的参考标号来指代。对于相似组件的详细描述之后将被省略从而不会对代表性的实施例的描述产生模糊。
如图3B所示出的，LED模块500配置为包括连接到由照明驱动器400之内的功率转换器131、132、...13m分别提供的不同驱动电流的多个串。通过照明模块500之内的串中的每一个串的LED电流(照明电流)由此可以独立地被控制从而维持在相同的选择的恒定水平，因此从串发射的光可以因此维持在选择的恒定亮度。
如图3A所示出的照明驱动器400包括市电电压源110、调光器120、电压测量电路140以及具有如参照图1描述的相似功能和互连的调光器测量电路150。调光器120配置为如之前所描述地输出市电电压，其可以或者可以不切割或修改到功率转换器131、132、…13m中的每一个的相位。
图3A所示出的驱动器控制器360配置为通过电阻器181提供第一控制信号到功率控制器。电阻器181包括连接到驱动器控制器360的第一端端子，以及连接到功率控制器171的第二端端子。电容器191包括连接到电阻器181的第二端端子的第一端端子，以及连接到接地的第二端端子。功率控制器171控制功率转换器131来经由接线对w1提供第一驱动电流到照明模块500。驱动器控制器360进一步配置为通过电阻器182提供第二控制信号到功率控制器172。电阻器182包括连接到驱动器控制器的第一端端子，以及连接到功率控制器172的第二端端子。电容器192包括连接到电阻器182的第二端端子的第一端端子，以及连接到接地的第二端端子。功率控制器172控制功率转换器132来经由接线对w2提供第二驱动电流到照明模块500。驱动器控制器360仍然进一步配置为通过电阻器18m提供第m个控制信号到功率控制器17m。电阻器18m包括连接到驱动器控制器360的第一端端子，以及连接到功率控制器17m的第二端端子。电容器19m包括连接到电阻器18m的第二端端子的第一端端子，以及连接到接地的第二端端子。功率控制器17m控制功率转换器wm来经由接线对wm提供第m驱动电流到照明模块500。
如图3B所示出的照明模块500包括具有与参照图1描述的相似的功能和互连的本地电压源230、A/D转换器250以及光学隔离器260。在这个代表性实施例中，本地电压源230连接到接线对w1的第一线路，但是可以可代替地连接到接线对w2的第一线路或接线对wm的第一线路。
图3B所示出的照明模块500包括串联连接的第一串LED 211、212、213、214、215、…21n。LED211的阳极连接到接线对w1的第一线路并且LED21n的阴极通过电阻器271连接到接线对w1的第二线路。第一串LED 211、212、213、214、215、…21n响应于第一驱动电流被驱动从而发射光。放大器241具有连接到第一串的LED21n和电阻器271之间的第一节点处的输入，并且配置为放大在第一节点处流过第一串的LED电流并且提供作为第一探测到的LED电流的第一放大LED电流到多路复用器280。照明模块500进一步包括串联连接的第二串LED221、222、223、224、225、…22n。LED221的阳极连接到接线对w2的第一线路并且LED22n的阴极通过电阻器272连接到接线对w2的第二线路。第一串LED 221、222、223、224、225、…22n响应于第二驱动电流被驱动从而发射光。放大器242具有连接到第二串的LED22n和电阻器272之间的第二节点处的输入，并且配置为放大在第二节点处流过第二串的LED电流并且提供作为第二探测到的LED电流的第二放大LED电流到多路复用器280。照明模块500仍然进一步包括串联连接的第m串LED 2m1、2m2、2m3、2m4、2m5、…2mn。LED2m1的阳极连接到接线对wm的第一线路并且LED2mn的阴极通过电阻器27m连接到接线对wm的第二线路。第m串LED 2m1、2m2、2m3、2m4、2m5、…2mn响应于第m驱动电流被驱动从而发射光。放大器24m具有连接到第m串的LED2mn和电阻器27m之间的第m个节点处的输入，并且配置为放大在第m节点处流过第m串的LED电流并且提供作为第m探测到的LED电流的第m放大LED电流到多路复用器280。
多路复用器280配置为响应于多路复用控制信号mux_ctrl而选择性地按照顺序输出第一、第二和第m探测到的LED电流到A/D转换器250。在代表性的实施例中，多路复用器280可以为在分别连接到第一、第二和第m探测到的LED电流的三个输入端子之间切换的开关从而经由输出端子选择性地提供探测到的LED电流到A/D转换器250。A/D转换器250将选择性地提供自多路复用器280的第一、第二和第m探测到的LED电流按照顺序地转换为各自的数字信号，其可以表征为经由接线对wfb顺序地传输到照明驱动器400内的驱动器控制器360的相对应的第一、第二和第m电流反馈信号。驱动器控制器360配置为响应于各个第一、第二和第m电流反馈信号并且进一步响应于电压感测信号和调光器感测信号输出第一、第二和第m控制信号从而独立地控制通过照明模块500内部的串的每一个的LED电流(照明电流)以维持在相同的选择的恒定水平，因此从串发射的光可以维持在选择的恒定亮度。多路复用控制信号mux_ctrl可以是时钟信号或在LED模块500内生成的类似信号，并且驱动器控制器360可以配置为与类似地提供或者生成的时钟同步可操作从而响应于各个第一、第二以及第m电流反馈信号输出第一、第二以及第m控制信号。在代表性实施例中，驱动器控制器360可以配置为生成并且通过光耦合器发送mux_ctrl信号到照明模块500，或者在照明驱动器400和照明模块500共享公共接地参考时直接发送mux_ctrl信号到照明模块500。根据这个代表性实施例，具有不同数目的LED和/或不同颜色的LED的串同样可以独立被控制。
图4图示了根据代表性实施例的可以与图1的照明驱动器100一起使用的LED模块600。照明模块600包括与图1所示出的LED模块200相似的组件，其可以采用相似的参考标号来指代。对于相似组件的详细描述之后将被省略从而不会对代表性的实施例的描述产生模糊。
如图4所示出的，LED模块600包括串联连接的LED 211、212、213、214、215、…21n的串。线缆300互连照明驱动器100和LED模块600。线缆300包括连接在功率转换器130和串在LED211的阳极处的第一端之间的第一线路，以及经由电阻器220连接在功率转换器130和串在LED21n的阴极处的第二端之间的第二线路。LED 211、212、213、214、215、…21n响应于从功率转换器130经由线缆300的第一线路提供到串的驱动电流被驱动从而发射光。如参照图1所示出和描述的，LED模块700进一步包括本地电压源230和光学隔离器(光学耦合器)260。
如图4所进一步示出的，在LED21n和电阻器220之间节点处已经通过或者流过串的LED电流(照明电流)被提供到微控制器410。正如进一步所示出的，电阻器422包括连接到线缆300的第一线路的第一端的端子。电阻器424包括连接到电阻器422的第二端的端子的第一端的端子，以及连接到线缆300的第二线路的第二端的端子，第二线路连接到电阻器220，其为微控制器410侧接地。指示着跨越LED串的电压的感测的电压水平被从在电阻器422和424之间的节点提供到微控制器410。温度感测器420配置为感测LED 211、212、213、214、215、…21n的温度并且将指示探测的温度的温度感测信号提供到微控制器410。微控制器410配置为输出数字信号，该数字信号包括响应于在LED 21n和电阻器220之间的节点处的LED电流的电流反馈信号、响应于在电阻器422和424之间的节点处的电压水平的LED电压反馈信号、以及响应于由温度感测器420提供的温度感测信号的LED温度反馈信号。光学隔离器(光学耦合器)260连接到微控制器410的输出并且配置为经由线缆300将数字信号从微控制器410传输到图1所示出的照明驱动器100之内的驱动器控制器160。在这个代表性实施例中，驱动器控制器160配置为响应于除了从电压测量电路140输出的电压感测信号和从调光器测量电路150输出的调光器感测信号之外，还响应于电流反馈信号、LED电压反馈信号和LED温度反馈信号来输出控制信号到功率控制器170，从而控制从功率转换器130输出到LED模块600的驱动电流。
图5图示了根据代表性实施例的可以与图1的照明驱动器100一起使用的LED模块700。照明模块700包括与图4所示出的LED模块600相似的组件，其可以采用相似的参考标号来指代。对于相似组件的详细描述之后将被省略从而不会对代表性的实施例的描述产生模糊。在这个代表性实施例中，功率转换器130可以包括例如回扫功率转换器，并且该回扫功率转换器的接地可以与连接到驱动器控制器160的接地相同。相应地，响应于在LED21n和电阻器220之间的节点处的LED电流的电流反馈信号、响应于在电阻器422和424之间的节点处的电压水平的LED电压反馈信号以及由温度感测器420提供的LED温度反馈信号可以经由线缆300直接传输到照明驱动器100的驱动器控制器160。
虽然在这里描述并且阐释了几个发明实施例，本领域的技术人员将会轻易地构思出各种其他的方法和/或结构来执行这里所描述的功能以及/或获得效果以及/或一个或多个优势，并且这种变形和/或修改中的每一个被视为在这里所描述的发明实施例的范围内。更普遍地，本领域的技术人员将轻易地理解这里所描述的所有参数、尺度、材料以及配置意味着是示例性的并且实际的参数、尺度、材料及/或配置将取决于本发明的教导所应用到的一个或多个特定应用。仅使用常规实验，本领域技术人员将认识并且能够确认本文描述的特定发明实施例的许多等效物。因此，应当理解的是前述的实施例仅仅作为示例而呈现，并且其处于权利要求及其等同物的范围内，可以与特别地所描述和要求权利要求的不同地来实践发明实施例。本公开的发明实施例涉及这里所描述的每个独立的特征、系统、工件、材料、工具套件以及/或方法。此外，这些特征、系统、工件、材料、工具套件以及/或方法中的任何两个或多个的组合在这些特征、系统、工件、材料、工具套件以及/或方法彼此之间不相悖的情况下被包括在本公开的发明性范围内。
如这里所限定并且使用的所有的定义应当被理解为在字典定义、通过参考并入的文献中的定义以及/所限定的术语的通常含义之上进行掌握。
如这里使用在说明书和权利要求中的不定冠词“一”、“一个”，除非明确相反地指出，应当被理解为意味着“至少一个”。
如这里使用在说明书和权利要求中的短语“以及/或”应当被理解为意味着所共同连接的元素中的“其一或二者”，即在一些情况下结合地出现而在其他的情况下分离地出现。采用“以及/或”列举的多个元素应当以相同的方式进行解释，即所共同连接的元素中的“一个或多个”。由“以及/或”短语所特别标识的元素之外的其他元素可以可选地出现，无论与这些特别地标识出的元素相关或者不相关。由此，作为非限制性的例子，当与诸如“包括”的开放式语句相结合使用“A以及/或B”的指代时，可能在一个实施例中仅指代A(可选地包括B之外的元素)；在另一个实施例中，仅指代B(可选地包括A之外的元素)；在另一个实施例中，仅指代B(可选地包括A之外的元素)；而在又一个实施例中，指代A和B二者(可选地包括其他元素)等。
正如在这里使用在说明书和权利要求中的，“或”应当被理解为具有与上面所定义的“以及/或”相同的含义。例如，当在列表中分离项目时，“或”或者“以及/或”应当被解释为囊括性的，即包括至少一个元素，但是还包括多个元素或元素列表以及可选地附加的未列举项目中多于一个的元素。当使用在权利要求中时，仅当术语明确地进行了相反指示，例如“其中的仅一个”或“其中的恰好一个”，“包括”将指代多个元素或元素列表中的恰好一个元素。大体上，这里所使用的术语“或”当前面有诸如“其一”、“其中之一”或者“恰好一个”的排除性的术语时，其仅仅被解释为指示着排除性的替代(即，“一个或另一个但是非二者”)。
正如在这里使用在说明书和权利要求中的，指代一个或多个元素中的列表的短语“至少一个”应当被理解为意味着从元素列表中的任一个或多个元素中选择出来的至少一个元素，但是并不必然地包括在元素列表内特别地列举出的逐个元素中的至少一个并且并不排除在元素列表中的元素的任何组合。这个定义同样允许在短语“至少一个”所指代的元素列表之内所特别地标识出的元素之外的元素可选地出现，无论与特别地标识出的这些元素相关或无关。
应当理解的是除非明确地相反地指出，在这里所要求权利的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序并不必然地限制于所记载的方法的步骤或动作的顺序。同样，任何显示在权利要求中的参考标号仅仅出于方便而提供并且并应当被解释为以任何方式限制权利要求。
在权利要求中，以及在上面的说明书中，所有的过渡性词语诸如“包含”、“包括”、“承载”、“具有”、“包含有”、“涉及”、“保有”、“包括有”以及类似应当被理解为开放式的，即，意味着包括但不限于此。仅仅过渡性短语“由…组成”以及“基本上由…组成”应当分别为关闭或者半关闭的过渡性词语，正如在美国专利局专利审查规程手册，2111.03节所列举的。

Claims (13)

1.一种照明系统，包括：
至少一个功率转换器(130,132,171,13m)，连接到市电电压(110)并且配置为响应于控制信号提供驱动电流；
电压测量电路(140)，配置为提供指示在调光器(120)之前的所述市电电压的振幅的电压感测信号，所述市电电压为90V AC到480V AC范围内的任何市电电压；
调光器测量电路(150)，被连接到所述调光器(120)，并且被配置为响应于所检测的所述市电电压的修改的相位而输出调光器感测信号；
发光二极管(LED)模块(200)，包括响应于所述驱动电流发射光的至少一个LED串(211,…21n,222,…22n,2m1,…2mn)，并且配置为探测通过所述至少一个LED串的LED电流并且输出指示探测到的所述LED电流的电流反馈信号；以及
驱动器控制器(360)，配置为响应于所述电压感测信号以及所述电流反馈信号而输出所述控制信号，
其中所述至少一个功率转换器(130,132,13m)被配置为响应于所述电压感测信号、所检测的所述市电电压的修改的相位和指示探测到的所述LED电流的所述电流反馈信号而向所述串输出相应的驱动电流，并且被配置为无论所述市电电压的振幅如何都提供所述驱动电流从而将照明电流维持在所选择的恒定水平。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述LED模块包括：
放大器，其连接到所述至少一个串，并且配置为放大所述LED电流并且将放大的所述LED电流作为探测到的LED电流而提供；以及
模拟到数字转换器，配置为将探测到的所述LED电流转换为数字信号并且输出所述数字信号作为所述电流反馈信号。
3.根据权利要求2所述的照明系统，其中所述LED模块进一步包括：
光学隔离器，连接在所述模拟到数字转换器和所述驱动器控制器之间，并且配置为实现从所述模拟到数字转换器到所述驱动器控制器的作为所述电流反馈信号的所述数字信号的传输；以及
本地电压源，连接到所述功率转换器，并且配置为将本地电压提供到所述放大器、所述模拟到数字转换器以及所述光学隔离器。
4.根据权利要求3所述的照明系统，其中所述功率转换器包括降压功率转换器。
5.根据权利要求3所述的照明系统，其中所述模拟到数字转换器包括12-比特模拟到数字转换器，并且所述光学隔离器包括数字I2C光学耦合器。
6.根据权利要求2所述的照明系统，其中所述功率转换器和所述驱动器控制器具有非隔离的接地参考，并且来自所述模拟到数字转换器的所述数字信号直接从所述LED模块作为所述电流反馈信号输出到所述驱动器控制器。
7.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述控制信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号或模拟信号，所述照明系统进一步包括：
功率控制器，连接到所述驱动器控制器，并且配置为响应于所述控制信号对所述功率转换器进行控制以输出所述驱动电流，从而将所述LED电流维持在选择的恒定水平。
8.根据权利要求7所述的照明系统，其中所述功率控制器包括放置在所述功率转换器之内的功率因子校正芯片。
9.根据权利要求1所述的照明系统，进一步包括：
调光器，连接到所述市电电压，并且配置为对提供给所述功率转换器的所述市电电压的相位进行修改从而可调整地对由所述LED模块发射的光进行调光。
10.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述LED模块进一步包括：
微控制器，配置为输出数字信号，所述数字信号包括所述电流反馈信号、指示所述至少一个串两端的电压的LED电压反馈信号以及指示在所述至少一个串内的所述LED的温度的LED温度反馈信号，
其中所述驱动器控制器配置为进一步响应于所述LED电压反馈信号和所述LED温度反馈信号而输出所述控制信号。
11.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述驱动器控制器配置为提供所述控制信号从而将所述LED电流维持在选择的恒定水平。
12.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述LED模块包括多串LED，并且被配置为检测通过所述多串LED中的每串LED的相应LED电流并且输出指示所检测的相应LED电流的电流反馈信号；以及
其中所述功率转换器被配置为响应于所述电压感测信号和指示所检测的相应LED电流的所述反馈信号，向所述多串LED输出相应的驱动电流。
13.一种照明驱动器，其用于与根据权利要求1-12中任一项所述的照明系统一起使用。
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