CN102017795B

CN102017795B - 用于将信息编码在ac线路电压上的方法和装置

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Publication number: CN102017795B
Application number: CN200980115579.3A
Authority: CN
Inventors: S·约翰斯顿; M·K·布拉克韦尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: JP2011519468A; CN102017795A; WO2009133489A1; EP2277357A1; RU2010148801A; KR20100135329A; RU2515609C2; KR101727093B1; US20110043124A1; US8957595B2; EP2277357B1; JP5777509B2

Abstract

可以使用控制信息，例如从常规调光器的输出信号中得到的调光信息，对AC线路电压进行编码，从而提供经编码的AC功率信号。一个或多个照明单元，包括基于LED的照明单元，可以基于所述经编码的功率信号而被提供以操作功率并且受到控制(例如，被调光)。在一种实施中，信息可通过反转所述AC线路电压的某些半周期而被编码在所述AC线路电压上，以产生经编码的AC功率信号，并且正半周期与负半周期的比率代表所述被编码的信息。在其他方面，所述被编码的信息可以涉及由所述基于LED的照明单元所产生的光的一个或多个参数(例如，强度、颜色、色温等)。

Description

用于将信息编码在AC线路电压上的方法和装置

技术领域

本公开内容总体上针对用于将信息编码在AC线路电压上的创造性方法和装置。更具体地，在此公开的各种创造性方法和装置涉及经由经编码的AC功率信号对照明设备进行控制。

背景技术

在各种照明应用中，常常期望对由一个或多个光源所产生的光的强度进行调节。这通常是经由用户操作的设备而完成的，这类设备通常被称为“调光器”，其对输送给光源的功率进行调节。已知多种类型的常规调光器允许用户经由某些类型的用户界面(例如，通过旋转和移动常被安装在接近期望对光级进行调节的区域的墙壁上的旋钮、滑块，等等)对一个或多个光源的光输出进行调节。某些调光器的用户界面还可以配备有开关/调节机构，其使一个或多个光源能够被瞬间地关闭和开启，并且在开启时使它们的光输出逐渐地变化。

许多用于一般室内或室外照明的照明系统常由交流(“AC”)电源供电，这类电源通常被称为“线路电压”(例如，120(RMS，有效)伏60Hz、220(RMS，有效)伏50Hz)。AC调光器通常接收AC线路电压作为输入，并且某些常规调光器提供具有一个或多个可变参数的AC信号输出，这些参数具有响应于用户对调光器的操作而对输出信号的平均电压(并且因此对AC输出信号输送功率的能力)做出调节的效果。这一调光器输出信号一般应用于，例如，安装在与调光器输出端相耦合的常规插座或固定装置(这样的插座或固定装置有时被称为在“调光器电路”上)中的一个或多个光源。

常规AC调光器可被配置用于以多种不同的方式控制输送到一个或多个光源的功率。例如，用户界面的调节可致使调光器增大或减小AC调光器输出信号的电压振幅。在其他配置中，用户界面的调节可致使调光器(例如，通过“削减”部分AC电压周期)对AC调光器输出信号的占空比进行调节。这一技术有时被称为(基于输出信号的可调相位角度的)“相位调制”。这种类型的最常用的调光器也许会采用TRIAC(双向晶闸管)设备，其被选择性地操作，以通过斩掉AC电压半周期的上升部分(即，在零交叉点之后和峰值之前)对调光器输出信号的占空比进行调节(即，对相位角度进行调节)。其他类型的调节占空比的调光器可采用栅极关断晶闸管(gate turn-off(GTO)thyristor)或绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistors(IGBT))，其被选择性地操作，以斩掉AC电压半周期的下降部分(即，在峰值之后和零交叉点之前)。

图1概括地示例说明了一些常规的AC调光器实施。特别是，图1示出了可以向一个或多个常规光源提供功率的AC电压波形302的范例(例如，代表标准线路电压)。图1还示出了响应于用户界面305的通用AC调光器304。在上面所讨论的第一实施中，调光器304被配置用以输出波形308，其中调光器输出信号的振幅307可经由用户界面305进行调节。在上面所讨论的第二实施中，调光器304被配置用以输出波形309，其中波形309的占空比306可经由用户界面305进行调节。

两种前述技术都具有调节施加在光源上的平均功率的效果，其转而对光源所产生的光的强度进行调节。白炽光源特别适合于这种类型的操作，因为当有电流以任意方向流经灯丝时它们都产生光；伴随着施加到光源上的AC信号的RMS电压受到调节(例如，无论是通过对电压振幅还是占空比的调节)，输送到光源的功率也被改变，并且相应的光输出亦发生改变。对于占空比技术而言，白炽光源的灯丝具有热惰性并且在短期的电压中断中不会完全停止发光。相应地，由人眼所感觉到的所产生的光在电压被“斩断”时看起来不会闪烁，而是看起来逐渐变化的。

其他类型的常规调光器提供0-10伏的模拟信号作为输出，其中输出信号的电压与所期望的调光程度成比例。在操作中，这样的调光器通常在调光器输出电压为10伏时提供0％的调光(即，光输出“全开”)，而在调光器输出电压为0伏时提供100％的调光(即，光输出“关闭”)。一方面，这些调光器可被配置用以提供不同的线性或非线性的输出电压曲线(即，输出电压与调光率之间的关系)。

还有其他类型的常规调光器，例如那些采用了在其中数据分组可经由一条或多条数据电缆(例如，DMX512电缆)传输到一个或多个照明单元的DMX512控制协议的调光器。DMX512数据使用RS-485电压电平和“串级链”布线惯例进行发送。在典型的DMX512协议中，数据以250kbit/s串行传输并且被分组为被称为“帧”的上至513字节的包。第一字节总是“起始码”字节，其将正在发送的数据的类型告知所相连的照明单元。例如，对于常规调光器而言，通常使用零起始码。

而其他类型的常规调光器则输出对应于期望的调光程度的各种类型的数字信号。例如，某些常规调光器可以实施数字信号接口(digital signal interface，DSI)协议或者数字可寻址照明接口(digitaladdressable lighting interface，DALI)协议。当被配置为DALI控制器时，调光器可以寻址和设置DALI网络中的每个照明单元的调光状态。这可以通过对网络中的照明单元分别地进行寻址或者通过向多个照明单元广播数字消息以调节其照明属性而完成。

数字照明技术，即，基于半导体光源，例如发光二极管(“LED”)的照明，提供对传统荧光灯、HID灯，以及白炽灯的可行的替代选择。LED的功能性优势和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、较低的操作成本以及其他许多。LED技术中的最新进展提供出高效而耐用的全光谱光源，其使得多种照明效果在许多应用中得以实现。实施这些光源的某些固定装置的特征在于照明模块，包括一个或多个能够产生例如红色、绿色，和蓝色之类的不同颜色的LED，以及用于独立地控制LED的输出以产生多种颜色和颜色变化照明效果的处理器，例如，在以引用的方式并入本文中的美国专利第6,016,038和第6,211,626中所详述的那些。另外，在美国专利第7,038,399中公开的一些用于经由AC电源向设备供电、并且用于促进在AC电源电路上使用提供了与标准线路电压不同的信号的基于LED的光源的方法，在此也以引用的方式并入本文。

因此，在本领域中，需要实现将与由例如基于LED的照明单元所产生的光的一个或多个参数相关的信息有效地编码在AC线路电压上，从而提供经编码的功率信号以用于控制照明单元并向其供能。

发明内容

本公开涉及一种利用信息对AC线路电压进行编码的创造性的方法和装置。例如，可使用控制信息对AC线路电压进行编码，例如来自常规调光器的输出信号的调光信息，从而提供经编码的AC功率信号。在各种实施方式中，一个或多个照明单元，包括基于LED的照明单元，可以基于经编码的功率信号而被提供以操作功率并且同时受到控制(例如，被调光)。在一种实施中，信息可通过反转AC线路电压的某些半周期而被编码在AC线路电压上，以产生经编码的AC功率信号，而正半周期与负半周期的比率代表编码信息。经编码的信息可涉及由基于LED的照明单元所产生的光的一个或多个参数(例如，强度、颜色、色温等等)。

本发明的一种实施方式针对一种方法，其包括从调光器的输出信号得到调光信息、利用调光信息对AC线路电压进行编码从而产生具有基本上与AC线路电压相类似的RMS值的经编码的AC功率信号，以及至少部分地基于经编码的AC功率信号对至少一个光源进行控制并向其提供操作功率。

另一实施方式涉及一种装置，其包括：用于接收AC线路电压的第一输入；用于接收调光器的输出信号的第二输入；用于产生经编码的AC功率信号的输出；以及与第一输入、第二输入和输出相耦合的控制器，用于从调光器的输出信号得到调光信息并且利用该调光信息对AC线路电压进行编码从而产生经编码的AC功率信号。

又一实施方式涉及一种将信息编码在AC线路电压上的方法。该方法包括控制多个与AC线路电压相连的开关用以反转AC线路电压的至少一些半周期，从而产生经编码的AC功率信号，其中经编码的AC功率信号的正半周期与负半周期的比率代表所述信息。

另一实施方式涉及一种装置，其包括多个与AC线路电压相耦合的开关以及用于接收信息并且基于所接收的信息对多个开关进行控制的控制器，以反转AC线路电压的至少一些半周期，从而产生经编码的AC功率信号，其中经编码的AC功率信号的正半周期与负半周期的比率代表所接收的信息。

在此为了本公开而使用的术语“LED”应当被理解为包括任何电致发光二极管或者其他类型的能够对电信号作出响应从而产生辐射的载流子注入/基于结的系统。因此，术语“LED”包括但不限于：各种对电流作出响应从而发光的基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)、电致发光带，等等。特别地，术语“LED”指能够被配置用以在红外光谱、紫外光谱，以及可见光谱(一般包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)的各个部分中的一个或多个中产生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的一些范例包括但不限于：各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED，以及白色LED(下文将进一步讨论)。还应当明白，LED可被配置和/或被控制用以产生具有对于给定光谱的各种带宽(例如，半高全宽(full widths at halfmaximum)，或FWHM)(例如，窄带、宽带)，以及在给定的总体颜色分类之内的多种主波长的辐射。

例如，被配置用以主要产生白光的LED(例如，白色LED)的一种实施可包括若干管芯，这些管芯相应地发射不同的光致发光光谱，这些光谱结合起来，混合在一起形成基本上为白色的光。在另一实施中，白光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换为不同的第二光谱的荧光剂材料相关。在这一实施的一个范例中，具有相对较短的波长和较窄带宽的光谱的电致发光会“激励”荧光剂材料，其转而辐射出具有稍微更宽的光谱的、波长更长的辐射。

还应当理解，术语“LED”不对LED的物理和/或电气封装类型作出限制。例如，如上文所讨论，LED可以指具有(能够或不能够被单独控制的)多个被配置用以相应地发出不同的光谱辐射的管芯的单个发光设备。另外，LED可以与被视为LED(例如，某些类型的白色LED)的整体部分的荧光剂相关。一般而言，术语“LED”可以指封装LED、非封装LED、表面安装LED、板载芯片LED、T形封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED、包含某些类型的包装和/或光学元件(例如，漫射透镜)的LED，等等。

术语“光源”应当被理解为指代多种辐射源中的任何一个或多个，辐射源包括但不限于：基于LED的光源(包括一个或多个如上文所定义的LED)、白炽光源(例如，灯丝灯、卤素灯)、荧光光源、荧光光源、高强度放电光源(例如，钠蒸汽灯、汞蒸汽灯以及金属卤化物灯)、激光、其他类型的电致发光光源、热致发光光源(例如，火焰)、烛光发光光源(例如，气罩灯、碳弧辐射源)、光致发光光源(例如，气体放电光源)、使用电子饱和的阴极发光光源、电流发光光源、晶体发光光源、显像管发光光源、热发光光源、摩擦发光光源、声致发光光源、辐射发光光源，以及发光聚合物。

给定的光源可被配置用以产生在可见光谱以内、可见光谱以外或者两者的组合中产生电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在此可以互换使用。此外，光源可以包括一个或多个滤镜(例如，滤色镜)、透镜或其他光学部件作为其整体部件。另外，应当理解，光源可被配置用于多种应用，包括但不限于：指示、显示和/或照明。“照明源”是被特别配置用以产生具有足够的强度来有效地照亮室内或室外空间的辐射的光源。就此而论，“足够的强度”指的是产生于空间或环境中用以提供环境照明(即，可能被间接地感觉到并且可能在被整体地或部分地感觉到之前在多个介于中间的表面中的一个或多个上反射的光)的在可见光谱内的足够的辐射功率(在辐射功率或“光通量”方面，常常采用单位“流明”来代表在所有方向中来自光源的总光输出)。

术语“光谱”应当被理解为指由一个或多个光源所产生的辐射的任何一个或多个频率(或波长)。相应地，术语“光谱”不仅指在可见光范围内的频率(或波长)，而且还指在红外、紫外以及整个电磁光谱的其他区域中的频率(或波长)。另外，给定的光谱可具有相对较窄的带宽(例如，具有基本上很少的频率或波长成分的FWHM)或者相对较宽的带宽(具有各种相对强度的几个频率或波长成分)。还应当明白，给定的光谱可能是两个或多个其他光谱相混合(例如，对分别从多个光源发出的辐射进行混合)的结果。

就本公开而言，术语“颜色”可以与术语“光谱”互换使用。但是，术语“颜色”一般主要用于指辐射的可由观察者所感知的属性(尽管这种用法无意对这一术语的范围进行限制)。相应地，术语“不同的颜色”隐指具有不同波长成分和/或带宽的多个光谱。还应当明白，术语“颜色”可以与白光和非白光相关地使用。

术语“色温”在此一般与白光相关地使用，尽管这种用法无意对这一术语的范围进行限制。色温主要指白光的特定色彩构成或色彩渐变(例如，泛红、泛蓝)。给定的辐射样本的色温常规上用根据基本上辐射出与所讨论的辐射样本相同的光谱的黑体辐射体的以开氏度(degrees Kelvin(K))进行度量的温度来表征。黑体辐射体色温一般在从(通常被认为是人眼所首先可见的)大约700K度到10000K度以上的范围内；一般在1500K-2000K度的色温上可以感觉到白光。

较低的色温一般表示白光具有更多的红色成分或者“较暖的感觉”，而较高的色温一般表示白光具有更多的蓝色成分或者“较冷的感觉”。举例来说，火具有大约1800K度的色温，常规白炽灯泡具有大约2848K度的色温，清晨的日光具有大约3000K度的色温，而阴沉的正午天空具有大约10000K度的色温。彩色图像在具有大约3000K度色温的白光下看时其具有相对泛红的色调，而同一彩色图像在具有大约10000K度色温的白光下看时其具有相对泛蓝的色调。

术语“照明固定装置”在此用来指一个或多个照明单元在特定的形式因子、装配或封装中的实施或布置。术语“照明单元”在此用来指包含有一个或多个相同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、外壳/壳体布置和形状以及/或者电气与机械连接配置中的任意一种。相应地，给定的照明单元可选地可以与关系到光源的操作的各种其他部件(例如，控制电路)相关联(例如，包括与其相耦合和/或与其一同封装)。“基于LED的照明单元”指的是包括独立的或者与不基于LED的光源相结合的如上文所讨论的一个或多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元指的是包括至少两个被配置用以相应地产生不同的辐射光谱的光源的基于LED或不基于LED的照明单元，其中每个不同的光源光谱可被称为多通道照明单元的“通道”。

术语“控制器”在此一般用来描述与一个或多个光源的操作相关的各种装置。控制器能够以多种方式来实施(例如使用专用硬件)，以执行在此所讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个范例，其采用一个或多个可使用软件(例如，微代码)进行编程的微处理器，用以执行在此所讨论的各种功能。控制器可以使用或不使用处理器来进行实施，并且还可以实施为执行某些功能的专用硬件与执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器以及相关电路)的组合。可用于本公开内容的各种实施方式中的控制器部件的范例包括但不限于：常规微处理器、专用集成电路(applicationspecific integrated circuit(ASIC))以及现场可编程门阵列(field-programmable gate array(FPGA))。

在各种实施中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(在此统称为“存储器”，例如，如RAM、PROM、EPROM和EEPROM的易失性或非易失性的计算机存储器，软盘，高密度磁盘，光盘，磁带，等等)相关联。在某些实施中，存储介质能够被编码有一个或多个程序，当这些程序在一个或多个处理器和/或控制器上运行时，执行至少一些在此所讨论的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者是可移动式的，使得存储于其上的一个或多个程序能够被载入处理器或控制器中，从而实施在此所讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在此以通用意义使用，用来指任何类型的可用于对一个或多个处理器或控制器进行编程的计算机代码(即，软件或微代码)。

术语“可寻址”在此用来指被配置用以接收用于包括其本身在内的多个设备的信息(例如，数据)、并且选择性地对用于其的特定信息作出响应的设备(例如，一般而言，光源、照明单元或固定装置、与一个或多个光源或照明单元相关的控制器或处理器、其他非照明相关设备，等等)。术语“可寻址”常常与网络环境(或“网络”，下文将进一步讨论)相关地使用，在其中多个设备经由某些通信介质或媒介相互耦合。

在一种网络实施中，与网络相耦合的一个或多个设备可以为一个或多个与该网络相耦合的其他设备充当控制器(例如，以主/从关系)。在另一实施中，联网环境可以包括一个或多个被配置用以控制一个或多个与网络相耦合的设备的专用控制器。一般而言，与网络相耦合的多个设备中的每一个可以访问存在于通信介质或媒介上的数据；然而，给定的设备能够为“可寻址的”，是由于其被配置用以基于例如一个或多个为其分配的特定标识符(例如，“地址”)而选择性地与网络交换数据(即，从网络接收数据和/或向网络传输数据)。

在此所使用的术语“网络”指的是促进与网络相耦合的任意两个或多个设备之间以及/或者多个设备之间的信息传输(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换，等等)的两个或多个设备(包括控制器或处理器)的任何互连。如应当很容易地明白的那样，适用于互连多个设备的各种网络实施可以包括多种网络拓扑中的任意一种并且采用多种通信协议中的任意一种。此外，在根据本公开内容的各种网络中，两个设备之间的任何连接都可以代表两个系统之间的专用连接，或者，备选地，非专用连接。除携带用于所述两个设备的信息以外，这样的非专用连接可以携带不一定是用于所述两个设备中的任何一个的信息(例如，开放式网络连接)。另外，应当很容易地明白，在此所讨论的设备的各种网络可以采用一条或多条无线、有线/电缆。以及/或者光纤链路，以促进贯穿整个网络的信息传输。

在此所使用的术语“用户界面”指的是在人类用户或操作者与一个或多个设备之间的、使得用户与所述设备之间能够进行通信的界面。可用于本公开内容的各种实施中的用户界面的范例包括但不限于：开关、电位计、按钮、转盘、滑块、鼠标、键盘、小键盘、各种类型的游戏控制器(例如，操纵杆)、轨迹球、显示屏、各种类型的图形用户界面(graphical user interface，GUI)、触摸屏、麦克风以及其他类型的能够接收由人类所产生的某些形式的刺激并对其作出响应从而产生信号的传感器。

应当明白，前述概念与在下文中更为详细地讨论的额外的概念的全部组合(只要这样的概念不是互不一致的)都被考虑为在此所公开的创造性主题的一部分。特别是，出现在这一公开内容的末尾的所提出的主题的全部组合都被考虑为在此所公开的创造性主题的一部分。还应当明白，在此被明确地采用并且可能在以引用的方式并入本文之中的任何公开内容中出现的术语，应当被给予和在此所公开的特定概念最为相符的意义。

附图说明

在附图中，相似参考符号一般涉及在各不同视角中的同一部件。另外，附图不一定是按比例的，其起强调作用而一般不是示例说明本发明的原理。

图1示例说明常规AC调光设备的示例性操作；

图2示例说明根据本发明的一种实施方式的信息编码装置；

图3为示出图2的根据本发明的一种实施方式的信息编码装置的各种元件的框图；

图4示例说明图3的信息编码装置的一部分，其示出根据本发明的一种实施方式的采样电路的细节；

图5示例说明图3的信息编码装置的一部分，其示出根据本发明的另一实施方式的采样电路的细节；

图6是根据本发明的一种实施方式的编码电路的示意图；

图7A、图7B、图7C和图7D示例说明根据本发明的各种实施方式的、由图6的编码电路所产生的范例信号；以及

图8示例说明与本发明的各种实施方式一同使用的照明系统。

具体实施方式

基于LED的光源由于其相对于常规白炽光源或荧光光源而言相对较高的效率、较高的强度、较低的成本以及较高水平的可控性，而受到欢迎。虽然有各种类型的常规AC调光器常常被用来控制常规光源，例如使用AC电源的白炽灯，在某些情况下，常规调光器还可以被用来控制特别配置的基于LED的照明单元，如在例如美国专利第7,038,399中所讨论的单元。

如上文中联系图1所讨论的，常见的廉价调光器不一定提供具有与可用AC线路电压相同或基本上相同的RMS值的AC功率信号。申请人意识到并且明白，在某些情况下这可能使得同时向与同一调光电路相耦合的多个基于LED的照明单元/固定装置提供操作功率和调光信息具有挑战性。申请人还意识到并且明白，由于市场上随处可见的廉价常规调光器的众多种类，具有能够促进各种类型的调光器与被配置用以从AC线路电压接收操作功率的一个或多个照明单元之间的兼容性的接口将会是有益的。

更普遍地，申请人意识到并且明白，将各种类型的信息编码在AC线路电压上以产生可用于向各种电气装置同时提供全操作功率和控制信息的经编码的AC功率信号将会是有益的。

鉴于上述情况，本发明的某些实施方式针对用来自常规调光器的输出信号的调光信息对AC线路电压进行编码从而产生编码有调光信息的AC功率信号的方法和装置，其中经编码的AC功率信号具有与AC线路电压基本上类似的RMS值。

图2示例说明了根据本发明的一种实施方式的信息编码装置50。该装置包括控制器100、用于接收AC线路电压105的第一输入122以及用于接收产生自信息源110的输出信号112的第二输入124。在一方面，可以通过将第一输入122与标准墙壁插座相耦合(例如，第一输入122可被实施为标准墙壁插头)而提供AC线路电压105。装置50还包括用以提供经编码的AC输出功率信号130的输出126。在一方面，经编码的AC功率信号130可具有与AC线路电压105基本上类似的RMS值。

在某些实施方式中，信息源110可以是如那些在以上(结合图1)所述的常规调光器。相应地，应当明白，在各种实施方式中，可能的输出信号112的范例包括但不限于：振幅调制的AC信号、占空比(相位角)调制的AC信号、0伏-10伏的DC模拟信号、根据DMX512协议的控制数据分组或者例如DSI或DALI信号之类的数字信号，用以向控制器100提供调光信息。更普遍地，应当明白，根据其他实施方式的信息源110可以经由输出信号112向控制器100提供除调光信息以外的各种类型的信息(例如，光色或色温信息)，或者包括调光信息与其他信息的组合的信息。

根据本发明的某些实施方式，控制器100可被配置用以与单一类型的输出信号112对接。在本发明的其他实施方式中，控制器100可被配置用以与一个或多个相同或不同的信息源110对接，这些信息源可以提供各种类型/格式的输出信号112，例如那些上述的或其他的信号。在一种实施方式中，多个不同的信息源可以提供相应的基本上不同的输出信号，而控制器100可被配置用以在任意给定时刻中在几个可能的输出信号间选择任何一个用以促进特定类型的信息以及/或者特定类型/格式的输出信号的编码。例如，控制器100可以与输出占空比调制的AC信号的第一调光器以及/或者输出基于DALI协议的数字信号的第二调光器相连。在一种范例实施中，如图2中所示，多个信息源/输出信号间的选择可经由与控制器100相连的可选的用户界面220而做出。

如图3中所示，根据一种实施方式，控制器100可包括被设计用以促进由输出信号112所提供的调光和/或其他信息在AC线路电压105上的编码的各种部件。例如，控制器100可包括用于对输出信号112进行采样的采样电路200以及用于将输入AC线路电压105与输出的经编码的AC功率信号130隔离并且用于将调光和/或其他信息编码在AC功率信号上的编码电路210。

在一种实施中，采样电路200可包括虚负载150。一般而言，虚负载150可以是功率电阻器或者任何其他合适的电阻性设备，包括但不限于无源电阻性设备和有源电阻性设备。在一种实施中，虚负载150可具有固定的电阻值并且可被选择使得由负载150所消耗的功率小于例如8瓦。在其他实施中，可以调节虚负载150的电阻值以降低由虚负载150所消耗的功率量，同时仍维持信息源110的正常运行。例如，某些常规调光器需要至少具有最低电阻值的负载与调光器输出相耦合，以产生准确反映由调光器所提供的调光信息的输出信号。在这样的实施中，可调电阻值通过调节提供在控制器100上的旋钮、开关或者任何其他合适的用户界面(例如，用户界面220)，可以由用户进行配置。合适的虚负载150的一个范例包括但不限于：可从位于Coopersburg，PA的Lutron Electronics Company，Inc.购得的LUT-LBX合成最低负载设备。

在本发明的某些实施方式中，控制器100可以额外包括与采样电路200相耦合的微处理器170，其向编码电路210提供经处理的信息信号175。在一种实施中，微处理器170可被实施为集成电路的一部分，其中该集成电路还包括支持该微处理器的其他部件，例如至少一个存储器设备用以存储一个或多个当在微处理器170上执行时对控制器100的各种部件的运作进行控制的计算机程序。在图4中所示的另一实施中，采样电路200可包括带有具有通用异步接收器/发送器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)510和处理模块520的微处理器170的集成电路，用于向编码电路210提供经处理的信息信号175。

对于其中输出信号112为模拟信号的实施，采样电路可以额外地包括A/D转换器160用于对输出信号(例如，跨过虚负载150两端的电压)进行采样。例如，如图5中所示，虚负载150可以是有输出信号112施加于其上的分压器电路。分压器电路可包括至少两个串行布置的电阻性部件，而A/D转换器160可被布置用以对跨过一个或全部两个电阻性部件两端的电压进行采样。在一种实施方式中，微处理器170与相关的存储部件(未示出)可计算采样的电压的时间均值，以作为输入提供给编码电路210，其中时间均值电压代表要在AC线路电压105上编码的信息。在一种备选实施中，输出信号112本身的电压波形可以直接由A/D转换器160进行采样(例如，无需介于中间的虚负载)并且由微处理器170及相关的存储部件进行处理。由微处理器170对电压波形做出的分析可以揭示电压波形特性中的变化。在这一备选实施中，在特性中所检测到的变化的一个或多个方面可以代表要进行编码的信息并且可由微处理器170提供给编码电路210。应当明白，电阻性元件与由A/D转换器160所做出的测量的任何其他合适的组合都可被采用，并且本发明的实施方式不限于这些方面。

而在另一实施中，A/D转换器160可不(直接地或间接地)对上述输出信号112进行采样，但可以替代地包括阈值检测电路。该阈值检测电路可包括比较器电路以及/或者其他电路元件用以促进输出信号112的阈值检测。例如，输出信号112可作为第一输入提供给比较器电路，其在输出信号112电压的绝对值大于作为第二输入提供给比较器电路的阈值电压(例如，2伏)时输出特定的逻辑状态(例如，二进制值1)。用于阈值检测电路的期望的阈值电压可基于AC线路电压105的已知峰间电压进行确定。由于AC线路电压的频率也是已知的，基于来自阈值检测电路的数字信号输出的产生的定时信息可作为经处理的信息信号175提供给编码电路210。例如，该定时信息可通过对阈值检测电路的数字输出进行采样而得出。备选地，阈值检测电路的输出可被用作微控制器上的定时器的控制输入，所述微控制器将经处理的信息信号175提供给编码电路210。应当明白，任何合适的电路元件组合都可以被用于输出信号112的阈值检测以及用于定时信息的产生，并且本发明的实施方式不限于这些方面。

根据在其中输出信号112为数字信号(例如，DSI或DALI信号)的其他实施方式，参考图4，UART 510可以对数字输出信号112进行采样并将采样的数字输出信号提供给处理模块520。处理模块可在随后对采样的数字输出信号进行处理，以产生信息信号175。采样的数字输出信号与信息信号175之间的映射可以是线性或非线性的，并且本发明的实施方式不限于这一方面。

在本发明的一种实施方式中，微处理器170可被配置用以执行一个或多个计算机程序。所述一个或多个计算机程序可包括一连串指令，当其在微处理器170上执行时对来自A/D转换器160的采样输出或者对采样的输出信号112本身进行处理以提供信息信号175，其转而可由编码电路210进行编码。输入到微处理器170的信号与由微处理器170所输出的信息信号175之间的关系可以是线性或非线性的，并且本发明的实施方式不限于此方面。例如，常规白炽调光的一种典型特性是，从白炽光源产生的光随着光源被调暗而在色温中变得更暖(即，更红)。在一种实施中，输入微处理器170的信号与信息信号175之间的关系可被特别配置，因此通过基于由输出信号112所提供的调光信息，将强度和颜色/色温信息提供在信息信号175中，从而在基于LED的照明单元中模拟这种效果。在其他范例中，输出信号112的采样的参数与信息信号175之间的非线性关系可被用以实现各种定制的照明条件/效果。

在另一实施方式中，微处理器170可被配置用以执行一个或多个计算机程序来执行校准方法，用以修正常规调光器在设置为“全开”或“全关”位置时的至少一些精度误差。例如，如果信息源110为常规调光器，并且输出信号112为0伏-10伏DC模拟信号，那么调光器间的制造误差可造成给定的调光器无法在设置为“全关”时提供精确的0伏，或者在设置为“全开”时提供精确的10伏。通过对输出信号112进行校准，经由经编码的AC输出功率信号130而实现的实际调光的动态范围可被扩大，并且调光器的低端和/或高端准确度可以得到提高。

而在又一实施方式中，微处理器170可被配置用以执行一个或多个计算机程序，这些程序促进采样的调光程度之间的插值(即，平滑化)，并且特别是在来自输出信号112的调光信息指示着调光程度中的一个或多个较大跳变时。例如，信息信号175可以至少部分地基于提供给微处理器170的之前的调光信息，从而在由编码AC功率信号130所规定的调光程度之间提供平滑的过渡。在其他实施方式中，可以通过并入一个或多个额外的电路元件，例如与虚负载150相耦合的电容器，来提供调光程度之间的平滑化。

在如图3所示的本发明的一种实施方式中，编码电路210可包括：隔离电路180，用于将输入AC线路电压105与输出的经编码的AC功率信号130隔离；以及编码设备140，用于接收来自微处理器170的信息信号175并且将信息编码在线路电压105上，以提供经编码的功率信号130。在本发明的一种实施方式中，隔离电路180包括变压器用以在输入线路电压105与输出的经编码的AC功率信号130之间提供电磁隔离。然而，应当明白，虽然上述隔离电路180包括电磁隔离装置，本发明的各种实施方式可以包括任何合适的隔离装置，包括但不限于：光学和/或电容性隔离装置，并且本发明不限于此方面。

可以使用任何合适的协议将信息编码在线路电压上。在本发明的某些实施方式中，信息编码可以使用基于电力线载波(power linecarrier，PLC)的协议来实施。PLC协议常用于控制家用设备，并且通过将信息以20kHz到200kHz的载波调制进家用的现有电气接线(即，供应标准AC线路电压的接线)中而操作。这样的控制协议的一个范例由X10通信语言给出。在典型的X10实施中，将受到控制的电器(例如，灯、恒温器、浴池/浴缸，等等)插入到X10接收器中，该接收器转而插入到与AC线路电压相耦合的常规墙壁插座之中。将受到控制的电器被分配以特定的地址。X10发送器/控制器插入到与所述线路电压相耦合的另一墙壁插座，并且至少部分地基于所分配的地址，经由提供线路电压的同一接线，向一个或多个X10接收器传送控制命令(例如，开启或关闭电器)。

在常规X10协议中，寻址和控制命令信息被编码为在120Hz载波上的数字数据，其在AC线路电压的零交叉点期间(或与其接近)作为脉冲串传输，在每个零交叉点上传递一个比特。为了控制X10兼容设备的操作，X10发送器/控制器向设备传输寻址信息，然后在随后的传输中，发送对应当由设备所执行的指令作出定义的控制命令信息。在一个范例中，用户可能希望打开被赋予地址A25的X10兼容照明单元。为打开照明单元，X10控制器将传输一条消息，例如“选择A25”，跟随以一条消息“打开”。由于数据只在零交叉点处传输，使用X10协议的数据传输速率在20比特/秒左右。相应地，设备地址和命令的传输可能需要大约0.75秒。

另外，在X10通信中所使用的相对较高的载波频率不能够有效地跨越(例如，在隔离电路180中的)电力变压器传输，这样，连同隔离电路180，X10编码使得AC线路电压105得以有效地与经编码的AC功率信号130隔离。因此，根据一种实施方式，本发明的方法和装置有助于各种基于LED的光源以及与AC线路电压相关地传送控制信息的X10和其他PLC通信协议的照明单元的兼容性。

应当明白，作为用于将信息编码在AC线路电压上的基于PLC的协议的一个范例，X10的具体范例主要被提供用以示例说明一种类型的PLC编码协议，并且本发明的实施方式不限于这一方面。例如，其他PLC控制协议包括但不限于：KNX、INSTEON、BACnet，以及LonWorks，或者任何其它用于将信息编码在AC线路电压上的合适的协议都可以被使用。

在图6中示出了根据本发明的一种实施方式的编码电路210的一种备选实施。在这一实施方式中，输入线路电压与经编码的AC输出功率信号之间的隔离以及信息的编码都是通过使用多个开关190、192、194和196完成的，这些开关的操作由微处理器170进行控制。根据本发明的一种实施方式，所述开关形成如图6中所示的H-桥接(亦称为“全桥接”)电路。常规输入AC线路电压105的两条线路向H桥接电路的顶部分支和底部分支供应电流，而经编码的AC输出功率信号130取决于开关190、开关192、开关194以及开关196的状态。

为了使用输入AC线路电压105产生H桥接电路的经编码的AC输出功率信号130输出，所述开关以交替对的形式受到控制。在任何一个时刻有哪一对开关是关闭的，以及输入AC线路电压105的相位，决定了经编码的AC输出功率信号130的极性。例如，为了再现如图7A中所示的(即，与AC线路电压105相同的)正弦的经编码的AC输出功率信号，需要关闭开关对190-192或开关对194-196，同时需要打开另一开关对。备选地，如果开关对190-192和开关对194-196在输入AC线路电压波形的每个零交叉点期间(即，每个半周期)中被交替地切换，那么H桥接电路将基本上作为全波整流器操作，以产生图7B中所示的波形。

在本发明的一种实施方式中，微处理器170至少部分地基于来自输出信号112的信息来控制开关对190-192和开关对194-196的切换定时。假设图7C中所示的波形是期望的经编码的AC输出功率信号130。在T₃时刻，微处理器170可以“翻转”输入线路电压105的半周期。为了做到这一点，微处理器170可以在T₃时刻向H桥接电路发送控制命令，以切换关闭的对(例如，从190-192切换到194-196)，并且随后在T₄时刻发送控制命令以再次将对切换(即，从194-196切换到190-192)。类似地，为了提供对应于图7D中所示的波形的经编码的AC功率信号130，微处理器170可以在T₃、T₄、T₅，和T₆时刻向H桥接电路发送控制命令，以切换关闭的对。

在本发明的一种实施方式中，信息可在AC线路电压上被编码为与输出AC功率信号130的正半周与负半周在一段时期内的比率成比例。例如，图7A中所示的经编码的AC功率信号具有1∶1的正半周与负半周比率。在其中编码信息为调光信息的某些实施方式中，这一比例可表示100％的调光程度。与此相反，图7C中所示的经编码的AC功率信号具有1∶2的比率，并且因此，可对应于50％的调光程度。以类似方式，图7D中所示的经编码的AC功率信号具有1∶5的比率，而这可以对应于20％的调光程度。

图7A-图7D中所示的范例波形只示出了正半周期与负半周期的比率在其上得以确定的经编码的AC功率信号130的三个周期。应当明白，可于其上执行编码的任意数量的周期都是可以的，并且较多的可于其上执行编码的周期使得经编码的信息能够具有较高的解析度(例如，可指定更多的调光程度)。然而，选择较大数量的可于其上执行编码的周期也会造成较低的编码速率。在本发明的某些范例实施方式中，在编码的相对较低的速率与为了向实际应用提供有用的调光而具有足够数量的调光程度之间进行平衡是可取的。因此，在某些示例性的实施方式中，编码可在5-10个周期之间的范围上执行，以对应地提供5-10个不同的调光程度。

应当明白，在本发明的各种实施方式中，图6中所示的H桥接电路中的开关可实施为任何合适类型的开关，包括但不限于：双极结晶体管(bipolar junction transistor，BJT)、金属氧化物场效应晶体管(metal-oxide field effect transistor，MOSFET)、IGBT以及可控硅整流器(silicon-controlled rectifier，SCR)。

图8示例说明了，根据本发明的某些实施方式，一个或多个基于LED的照明单元/固定装置800、810、820可以与控制器100相连，用以接收由经编码的AC输出信号130所提供的操作功率和信息，从而调节所述一个或多个照明单元/固定装置的生光性能。为了对其生光性能进行有效的调制，每个照明单元可包括至少一个解码器(例如，解码器802、812和822)用以对经编码的AC输出功率信号130进行解码。根据用于对功率信号130进行编码的编码方法/协议，解码能够以几种方式中的任意一种完成，并且本发明的实施方式不限于此方面。

在某些实施方式中，如上文中所讨论的，可以使用PLC协议，例如X10协议，将信息编码在AC线路电压上。与每个照明单元800、810和820相关联的解码器802、812、822可被配置作为X10接收器，用以对来自经编码的AC输出功率信号130的X10信息进行解码，以及用以向照明单元提供所述信息，以如所期待的那样改变其生光性能。

在其他实施方式中，信息可在AC线路电压上编码为正半周期与负半周期的比率，如以上联系图6和图7所述的，而照明单元可以通过计算在预定时间间隔中正半周期与负半周期的比率来对经编码的AC输出功率信号130上的信息进行解码。在一种实施方式中，解码器(例如，解码器802、解码器812、解码器822)可以监测经编码的AC输出功率信号130中的零交叉点，以确定紧接着在每个零交叉点之前或紧随其后的信号的极性。通过在预定数量的周期上进行集成，照明单元可以确定期望的调光程度(即，如果信息为调光信息)。在一种备选实施方式中，解码器可以通过以比信号的频率更快的采样率(例如，快于60Hz)对经编码的AC输出功率信号130进行采样来确定正与负半周的比率，并且检测所述AC信号的一个或多个特性中的变化。例如，典型的采样率可以是120Hz。

实际上，编码和解码能够以任意方式执行，只要耦合到功率信号130的编码电路210与照明单元二者都知晓用于确定需要在几个半周期上计算比率以向LED提供适当的驱动信号的共同协议。应当明白，任何其他的用于确定经编码的AC输出功率信号中的正与负半周期比率的合适的方法都可被使用，并且前面所提及的具体范例仅为了示例说明的目的而提供，而不是限制性的。

在其他实施方式中，可以响应于接收编码在AC线路电压上的信息而改变一个或多个基于LED的照明单元的多种生光性能。例如，在一种实施方式中，由于照明单元经由经编码的AC输出功率信号130而被提供以调光信息，因此与控制器100相耦合的一个或多个基于LED的照明单元可被配置用以基本上重现常规白炽灯的照明特性。在这一实施方式的一个方面中，这可以通过同时改变由基于LED的照明单元所产生的光的强度和颜色/色温而完成。

更具体地，在常规白炽光源中，随着由光源所发散的功率的降低，所发出的光的色温一般会降低(例如，在较低的强度水平上，所产生的光的相关色温可能接近2000K，而光在较高强度上的相关色温可能接近3200K)。这就是为什么随着到光源的功率的降低，白炽灯趋向于看起来更红。相应地，在一种实施方式中，基于LED的照明单元可被配置使得单一的调光器调节可被用以同时改变光源的强度和颜色，从而在较高强度下(例如，当调光器提供基本上为“全开”的功率时)产生相对较高的相关色温，并且在较低强度下产生较低的相关色温，从而模拟白炽光源。

虽然在此描述和示例说明了几种创造性实施方式，本领域中的技术人员将能够很容易地想象到用于执行在此所描述的功能并且/或者获得在此所描述的结果以及/或者一种或多种优点的多种其他途径和/或结构，并且每个这样的变型和/或修改均被视为在此处所述的创造性实施方式的范围内。更普遍地，本领域中的技术人员将会很容易地明白，在此所述的所有参数、尺寸、材料和配置都是范例性的，而实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于具体的应用或者创造性教义所适用的应用。本领域中的技术人员将会意识到，或者使用不超出常规的试验能够探知到在此所述的具体的创造性实施方式的许多等效实施方式。因此，应当理解，前述实施方式仅通过举例的方式进行了展示，并且在所附权利要求及其等效条款的范围内，创造性实施方式能够以不同于具体描述和提出的方式进行实践。本公开内容的创造性实施方式针对在此所述的各个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，两个或多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的组合，在这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾的情况下，都包括在本公开内容的创造性范围内。

所有的定义，如在此所定义和使用的，都应当被理解为支配字典定义、通过引用的方式并入的文件中的定义以及/或者所定义项目的普通意义。

此处在说明书与权利要求中所使用的量词“一个”、“一条”等，除非有相反指示，否则应当理解为是指“至少一个”、“至少一条”等。

此处在说明书与权利要求中所使用的短语“和/或”、“以及/或者”等，应当理解为是指这样结合的元件，即，在某些情况下结合地出现而在其他情况下分离地出现的元件中“之一或全部两者”。以“和/或”、“以及/或者”等列举的多个元件应以同样的方式解释，即，“一个或多个”这样结合的元件。除了由“和/或”、“以及/或者”等条款所具体指定的元件以外，可选地可以存在其他元件，无论其与这些具体指定的元件相关与否。因此，作为非限制性范例，对“A和/或B”的参考，在与例如“包括”之类的开放式语言一同使用时，在一种实施方式中可以仅指A(可选地包括除B以外的元件)；在另一实施方式中可以仅指B(可选地包括除A以外的元件)；而在又一实施方式中可以指A和B两者(可选地包括其他元件)；等等。

如此处在说明书与权利要求中所使用的，“或者”应当理解为具有与以上所定义的“以及/或者”相同的意义。例如，当在列表中分离项目时，“或者”或“以及/或者”应解释为包含性，即，包括一些或一系列元件中的至少一个，但也包括一个以上，并且，可选地，包括额外的未列出的项目。只有被明确地相反指示的项目，例如“只有一个...”或者“确切地有一个...”，或者在权利要求中使用时，“由...构成”，将指确切地包括一些或一系列元件中的一个。一般而言，当在此所使用的术语“或者”在其前面加有排他性术语，如“要么”、“...之一”、“...的唯一一个”，或者“确切地一个...”时，应当仅解释为表示排他性选择(即，一个或另一个，但不是两者)。当用于权利要求中时，“基本上包括”应当具有其如在专利法领域中所使用的普通意义。

如此处在说明书与权利要求中所使用的，关于一系列一个或多个元件，短语“至少一个”应理解为指从元件列表中的任意一个或多个元件中所选取的至少一个元件，但不一定至少包括具体列举于元件列表内的每个元件的至少一个或者每个元件，并且不排除元件列表中的元件的任何组合。这一定义还允许可选地在“至少一个”所涉及的元件列表中所具体指定的元件以外的元件的存在，无论其与这些具体指定的元件相关与否。因此，作为非限制性范例，“A和B中的至少一个”(或者，等效地，“A或B中的至少一个”，或者，等效地，“A和/或B中的至少一个”)，在一种实施方式中，可以指至少一个，可选地一个以上的A，而不存在B(并且可选地包括除B以外的元件)；在另一实施方式中，可以指至少一个，可选地一个以上的B，而不存在A(并且可选地包括除A以外的元件)；而在又一实施方式中，指至少一个，可选地包括一个以上的A，以及至少一个，可选地包括一个以上的B(并且可选地包括其他元件)；等等。

应当理解，除非明确地相反指示，在任何包括一个以上步骤或行动的在此所提出的方法中，步骤或行动的顺序不一定限定为方法的步骤或行动的所叙述的顺序。

在权利要求及以上的说明书中，所有过渡短语如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“拥有”、“由...组成”等应理解为是开放式的，即是指包括但不限于。只有过渡短语“由...构成”及“主要由...构成”应当相应地为封闭性或半封闭性短语，如美国专利局专利审查程序手册2111.03部分中所述。

Claims

1.一种用于将信息编码在AC线路电压上的方法，其包括：

接收AC线路电压；

接收经调光的AC线路电压，所述经调光的AC线路电压具有针对所述AC线路电压而调整的振幅和占空比之一；

从所述经调光的AC线路电压提取调光信息；

利用所述提取的调光信息对所述接收的AC线路电压进行编码，从而产生具有与所述AC线路电压基本上类似的RMS值的经编码的AC功率信号；以及

至少部分地基于所述经编码的AC功率信号对至少一个基于LED的照明单元进行控制并向其提供操作功率。

2.根据权利要求1的方法，其中对至少一个基于LED的照明单元进行控制并向其提供操作功率包括改变由所述至少一个基于LED的照明单元所产生的光的强度、颜色和/或色温中的至少一个。

3.根据权利要求1的方法，还包括将所述AC线路电压与所述经编码的AC功率信号电隔离。

4.根据权利要求1的方法，其中提取所述调光信息包括对所述经调光的AC线路电压进行数字地采样，以获取所述调光信息。

5.根据权利要求4的方法，其中提取所述调光信息包括使用电阻器分压器电路对所述调光器的所述经调光的AC线路电压进行采样。

6.根据权利要求1的方法，其中提取所述调光信息包括提供与所述经调光的AC线路电压相连的虚负载。

7.根据权利要求1的方法，其中利用所述提取的调光信息对所述接收的AC线路电压进行编码包括周期性地对所述AC线路电压进行频率调制。

8.根据权利要求1的方法，其中利用所述提取的调光信息对所述接收的AC线路电压进行编码包括使用X10协议对所述AC线路电压进行编码。

9.根据权利要求1的方法，其中利用所述提取的调光信息对所述接收的AC线路电压进行编码包括控制多个与所述AC线路电压相连的开关，以反转所述AC线路电压的至少某些半周期，从而产生所述经编码的AC功率信号，其中所述经编码的AC功率信号的正半周期与负半周期的比率代表所述调光信息。

10.一种用于将信息编码在AC线路电压上的装置，其包括：

第一输入，其用于接收AC线路电压；

第二输入，其用于接收调光器经调光的AC线路电压，所述经调光的AC线路电压具有针对所述AC线路电压而调整的振幅和占空比之一；

编码器，其用于接收所述AC线路电压和从所述经调光的AC线路电压提取的调光信息，并且响应于此利用所述调光信息对所述AC线路电压进行编码，从而产生经编码的AC功率信号；以及

至少一个光源，其至少部分地基于所述经编码的AC功率信号而受到控制。

11.根据权利要求10的装置，还包括隔离电路，用于将所述AC线路电压与所述经编码的AC功率信号隔离。

12.根据权利要求10的装置，还包括微处理器，用于对所述经调光的AC线路电压进行采样，以得到所述调光信息。

13.根据权利要求10的装置，还包括转换电路，用于利用所述调光信息对所述AC线路电压进行编码。

14.根据权利要求10的装置，其还包括与所述经调光的AC线路电压相连的虚负载。

15.根据权利要求10的装置，其中，用于接收所述经调光的AC线路电压和从所述经调光的AC线路电压提取调光信息的设备包括：

采样器，用于对所述经调光的AC线路电压采样；以及

微处理器，用于从所述采样的经调光的AC线路电压提取所述调光信息。