CN102076158B

CN102076158B - 用于向至少一个光源供电的电路及其控制方法

Info

Publication number: CN102076158B
Application number: CN2010105578467A
Authority: CN
Inventors: 菲利波·布兰凯蒂; 马可·法钦; 贾恩卡洛·佩利扎里
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: Osram GmbH; PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: EP2337431A1; CN102076158A

Abstract

一种用于向至少一个光源(L)供电的电路(10)及其控制方法，其中该光源(L)具有光强水平能够在最小值与最大值之间的范围内选择性地改变的灯丝，通过检测(S4，S1)该电源电路(10)的达到上阈值的输出功率，并且在达到该阈值时通过以突发模式控制该电路来保护该电路不受异常运行状态的影响，该突发模式包括有源间隔和无源间隔的交替序列，其中在有源间隔内，电路(10)进行操作以向所述至少一个光源(L)供电。有源间隔的持续时间以与期望光强水平互补的方式改变，使得在期望光强水平处于最大值时所述有源间隔具有最小持续时间值，而在期望光强水平处于最小值时所述有源间隔具有最大持续时间值。

Description

用于向至少一个光源供电的电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及光源的控制电路。

本发明的设计特别专注于其在用于诸如卤素灯的具有灯丝的光源的电子控制装置(ECG)中的可能的应用。

背景技术

在用于设置有光强控制(所谓的“调光”功能，其可通过不同的方式来实现，例如作为模拟控制信号的函数，其中该模拟控制信号的值例如可在1至10伏特的范围内变化，或者借助于被称为DALI的控制协议，其中DALI为数字可寻址照明接口的缩写)的卤素灯的电子变压器中，需要能够识别诸如短路的异常运行状态。这必须在调光功能的整个可能的控制范围内(例如，DALI协议中1-254的取值范围内)得以实现。

在存在DALI协议的情况下，有这种需要是因为在异常状态的情况下将从镇流器提供反馈。然而，在一般情况下也有同样的需要，以便能够保护设备不受通常在这种情形下出现的过电流和过热的影响。

在这方面，出现多种问题。

第一个问题是对与内部过电流监视相关的异常状态的识别。可以通过分流电阻器或类似装置来执行这种功能。例如，可以借助耗散系统，诸如与镇流器的内部功率部件(例如，功率晶体管和/或去耦电容器)串联连接的电阻器，从而检测从其流过的电流并识别异常状态。

然而，该解决方案具有功率消耗过多的缺点，在控制电路必须在中至高功率水平(例如，高于100瓦特)下运行时，该缺点尤为明显。

另一个问题将归因于当光源为卤素灯，或一般而言，为具有灯丝的光源时可能出现的情形。在这种情况下，可能难以区分施加到输出的短路或超载(其为异常状态)与低阻抗下的正常运行状态，其原因可能为灯的光强受到较大程度的调暗；通过在其整个光强容量的很低百分比(例如，低于10％)下运行，灯丝的温度要比额定状态下的温度低很多，因此具有相当于短路的等效电阻。

再一个问题出现在由突发模式下运行的负载或镇流器造成的异常状态的情况下，其中突发模式的特征在于有源间隔Ton和暂停间隔Toff的交替，其中在有源间隔中试图点亮灯。尤其在未消除该异常状态的情况下可出现此问题。

为了将例如由于灯刚被点亮或者在低光强水平下工作的灯丝较冷的情况与真实短路加以区分，镇流器必须以时间间隔Ton尝试将灯点亮，此时间间隔Ton的长度足以加热灯丝，使得能够识别异常状态是已被消除(或从未出现)还是仍然存在。因此，在异常状态的情况下，镇流器能够以突发模式运行，其中突发模式的特征在于固定的Ton间隔以及足够长的间隔Toff，在Ton间隔内，镇流器试图点亮灯，而间隔Toff的长度足以允许内部有源元件冷却。

另一方面，延长的Ton间隔对应于对镇流器的内部功率部件的更高的热应力和电流应力，当要求接近最大额定值的高照明水平时尤其如此。在这种情况下，为了以延长的时间间隔承受这种应力，与足以确保正常运行的尺寸相比，功率部件需要是超大尺寸的。如前所述，在需要减小的光强(例如，DALI低于100)时，Ton间隔的长度必须足以加热冷的灯。几秒钟的值允许识别是否已消除短路或超载。尽管如此，若根据此标准确定Ton间隔，在存在较高的光强水平(例如，DALI高于200)的情况下，内部有源部件和/或耗散系统必须为超大尺寸的，以便使其能够在此延长的时间间隔内接受额外电流(其值高达额定值的十倍)。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点。

根据本发明，此目的是通过具有所附权利要求中所提出的特点的方法来实现的。本发明还涉及相关的设备及计算机程序产品，其可装载于计算机(例如微控制器)的存储器中并且包含适合于当在计算机上运行该产品时执行该方法步骤的软件代码部分。如本文中所使用的，短语“计算机程序产品”意欲还表示含有用于控制处理系统的指令的计算机可读介质，以配合本发明的方法的实施。

权利要求为本文所提供的本发明的技术教导的主要部分。

本发明的一个实施例是一种对用于向至少一个光源供电的电路进行控制的方法，其中该光源具有光强水平能够在最小值与最大值之间的范围内选择性地改变的灯丝，该方法包括：检测该电路的达到上阈值的输出功率；在达到所述阈值时，以突发模式控制该电路，突发模式包括有源间隔和无源间隔的交替序列，其中在有源间隔内，电路进行操作以对至少一个光源供电，以加热其灯丝；以及以与光强水平互补的方式使有源间隔的持续时间在最小持续时间与最大持续时间之间的持续时间范围内选择性地改变，由此当光强水平处于所述最大值时有源间隔具有最小持续时间，而当光强水平处于最小值时有源间隔具有最大持续时间。

本发明的另一个实施例是一种用于向至少一个光源供电的电路，其中该光源具有光强水平能够在最小值与最大值之间的范围内选择性地改变的灯丝，该电路包括：检测模块，用于检测该电路的输出功率；控制模块，其连接到检测模块以检测该电路的达到上阈值的输出功率；驱动模块，其能够在控制模块的控制下运行以在达到阈值时以突发模式操作该电路，突发模式包括有源间隔和无源间隔的交替序列，其中在有源间隔内，电路进行操作以对至少一个光源供电，以加热其灯丝；并且控制模块被配置成以与光强水平互补的方式使有源间隔的持续时间在最小持续时间与最大持续时间之间的持续时间范围内选择性地改变，由此当光强水平处于最大值时有源间隔具有最小持续时间，而当光强水平处于最小值时有源间隔具有最大持续时间。

本发明的又一个实施例是一种计算机程序产品，其能够被装载于计算机的存储器内，并且包括在计算机上运行该产品时执行上述方法的步骤的软件代码部分。

附图说明

下文将参照附图仅通过举例的方式对本发明进行描述，在附图中：

图1为一个实施例的流程图；以及

图2为详细说明一个实施例的一些方面的流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，给出许多具体细节以提供对实施例的全面理解。可以在没有一个或更多个这些具体细节的情况下，或者通过其它的方法、部件、材料等实施这些实施例。在其它实例中，将不会详细地示出或描述熟知的结构、材料或操作，以避免混淆实施例的方面。

在整个说明书中，对“一个实施例”或“一实施例”的引用表示结合该实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，本说明书中各处出现的用语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不必然都表示同一个实施例。此外，在一个或更多个实施例中，可以以任意适当方式对具体的特征、结构或特性进行组合。

这里提供的标题仅用于提供方便，而不应被解释为实施例的范围或意义。

在图1和图2中，附图标记10表示形成所谓电子控制装置(ECG)的电子电路的整体，其中该电子控制装置用于向包含一个或若干个具有灯丝的光源i(诸如一个或若干个卤素灯)的负载L馈电。

通过变压器TR的次级绕组向负载L(其自身不会构成当前所考虑的设备的一部分，但是为清楚起见，将其展示在附图中)馈电。从电源电压V对变压器TR的初级绕组馈电，电源电压V流经线路滤波器S6和整流器S5，通过一对电子开关(诸如两个双极功率晶体管T1和T2)达到变压器TR的初级绕组。两个开关T1和T2以交替的顺序交替地接通(至导通状态)或断开(至非导通状态)。此过程基于来自开始/停止模块S2的驱动信号而进行，开始/停止模块S2还基于驱动开始/停止电路S2并作为期望的调光水平的函数的信号(将在下文中更好的理解)，根据PWM类型的调制法则，通过改变用于驱动晶体管T1和T2的占空比来执行调光功能(光强变化)。

两个晶体管T1和T2具有级联设置，即，其各自的发射极-集电极线在整流器S5的输出与地G之间彼此串联连接。附图标记Rka和Rkb表示与晶体管T1和T2相关联的偏压电阻器。

变压器TR的初级绕组通过电阻器Rk连接到晶体管T1和T2(T1发射极和T2集电极)之间的中间点。将来自开始/停止模块S2的接通/断开切换的驱动信号(其占空比作为期望调光水平的函数选择性地变化)施加到晶体管T2的基极。

此外，变压器TR的初级绕组在相对于连接到晶体管T1和T2的一端的相对端连接到桥整流单元，该桥整流单元包含与相应的电容器C1和C2相关联的两个二极管D1和D2。具体地，将二极管D1和电容器C1的并联连接电连接在整流器S5的输出与变压器TR的初级绕组之间，而使二极管D2和电容器C2的并联连介于变压器TR的初级绕组与地G之间。因此，在变压器TR的初级绕组可检测到电压电平Vp，这是由于二极管D1、D2和去耦电容器C1、C2所执行的整流和调平作用。如下文将更为清楚地说明的，信号Vp(具体为其纹波分量)表示电路负载状态，即，实质上为变压器TR的次级绕组所承受的负载。

就其实质特征而言，上述电路对应于允许经济地实现电子变压器的当前采用的解决方案，其具有包含两个由变流器控制的电源变压器的自振荡半桥的形式，该电子变压器用于具有灯丝的灯，诸如卤素灯。

本领域技术人员将理解，图1和2所示的电路设置表示所描述的功能的诸多可能的实施例之一。替代的修改和解决方案例如可包括(但非局限于)对以下结构或方式的使用：不同于双极晶体管T1和T2的电子开关、不同结构的相关偏压和驱动电路、不同的获得电源电压V方式、不同的检测对电路负载状态进行识别的信号的方式。尽管本文未明确地陈述，但是替代的修改和解决方案在本领域中是众所周知的并且适合于包含在本说明书中。

参照本说明书，值得强调的是，通过电路向至少一个具有灯丝的光源供电，其中该灯丝具有可在介于光强的最小值与最大值之间的范围内选择性改变的期望光强，该电路具有(例如通过信号Vp)检测电源电路的输出功率是否达到上阈值的能力。

开始/停止模块S2在微控制器S1的控制下运行，微控制器S1在整体以附图标记12表示的线路上接收能够对光源L的期望调光水平进行识别的控制信号。这是通过控制接口S3发生的，其中通过熟知的标准将调节信号Vc施加到控制接口S3。线路12被展示为双向线路，这是考虑到控制器S1可以向接口S3，即外部控制器(未示出)供应对镇流器状态的可能的指示的这一实事。

如前所述，块S4检测(感测)两个去耦电容器C1、C2之间的中间位置处的电压Vp，并且供应实质上为直流电压的输出电压Vo，其适合于被微控制器S1读取，微控制器S1在以14表示的输入处接收输出电压Vo。

至S4的输入电压，即在两个去耦电容器C1、C2之间的中间位置处检测到的以Vp表示的电压包含直流分量，即具有较低变化频率的分量，具有处于较高频率的叠加纹波，其宽度取决于输出功率。模块S4的输出电压Vo与此宽度成比例，从而微控制器S1所读取的直流信号直接取决于镇流器所供应的输出功率。

因此，微控制器S1适合于以非消耗模式识别输出负载的状态并(以已知的方式)检测通过信号Vo“感测”的输出功率何时达到阈限值。随后，微控制器S1能够通过块S2采取行动，以使电路在上述突发模式(Ton，Toff)下运行。

因为输出功率不仅取决于所施加的负载，而且取决于期望光强，所以微控制器S1适合于检测(并通过存储来保持)当将最大允许负载施加到输出时在其整个变化范围内供应到接口S3的输入的电压Vo与控制信号Vc之间的关系。这组值识别电压Vo的界限，超出该界限则出现异常状态且必须被确认，并且必须激活内部保护。

此外，能够(例如通过软件)配置块S1以实现特定的功能，当发现异常状态并且镇流器开始以突发模式运行时将激活该功能。

这种功能使有源间隔Ton的持续时间与所需光强水平的宽度动态地相关。

若Vc表示控制信号，则该关系可被表示为：

Ton(Vc)＝Ton_max-F(Vc)

其中：

Ton为所述有源间隔的持续时间，使其为可变的；

Ton_max为所述有源间隔的最大持续时间值；

Vc为表示所述期望光强水平的信号；并且

F(Vc)为当所述期望光强值处于最低水平时具有零值的正函数。

这样，当光强水平为所要求的最小值时，有源间隔Ton具有最大持续时间，并且其的长度足以加热灯L的灯丝，使得允许区分“冷”灯运行与真实短路。

可以以这种方式执行函数F(Vc)：当处于最大期望光强时(例如，当Vc处于最大值时)，间隔Ton的长度短得足以避免高电流的出现，从而避免在过长的时段对内部功率部件施加高热应力的需要。

当信号Vc指示期望的高光强时，将发生对灯L的很快加热，因此较短的时间间隔(例如，两位数个毫秒)足以使得能够对实际超载或短路状态与冷灯运行加以区分。

因此，能够根据任何适当的已知解决方案，例如WO-A-2009/122232(PCT/IB/2008/000801)中所描述的解决方案，例如通过模块S1来执行相关的检测操作，即，对实际超载或者短路状态的识别。

图2的图示更为详细地示出了块S4和S2的可能的实施例的特征。

具体地，参照模块S4，包含电容器Cd和电阻分压器R1、R2的网络对表示负载的信号Vp的直流分量进行去耦合，并且在宽度上使其向可接受的值偏移。包含电阻器Rc、二极管Db、电阻器Rb和电容器Cb的网络为准峰值检测器，其适合于向发射极跟踪器提供直流电压，该发射极跟踪器包含晶体管T3和电阻器Re，用于隔离输入和输出阻抗。

输入纹波宽度越大，电容器C末端的电压越高。

图2还示出了开始-停止模块的一个可能的实施例，其适合于由微控制器S1通过分别以P1和P2表示的两个信号来进行驱动。

驱动信号P1为很短的脉冲，其用于通过作用于晶体管T2的基极并经由电阻器R6对电容器C6进行放电来触发(激励)包含晶体管T1和T2的半桥。在交流电流的情况下，此动作是在电流的各个零交叉之后的一时间间隔之后执行的。此外，以此方式执行调光功能。

电容器C6通过电阻器Rs连接到直流电压Vc电源。电阻器R6连接到晶体管T6的集电极，而晶体管T6的发射极继而连接到晶体管T2的基极，电阻器Rb6介于晶体管T6的基极与发射极之间。晶体管T6的同一基极通过电阻器R7接收信号P1。因为晶体管T6的发射极在半桥正常运行期间变为负，输出P1被保持浮动(根据自由状态配置)以避免不期望地激励晶体管T6，否则晶体管T6将干扰半桥正常振荡。

通过电阻器R5将驱动信号P2施加到晶体管T5的基极，晶体管T5的集电极继而连接到晶体管T2的基极，并且在晶体管T5的基极与地G之间还连接有电阻器RB5，晶体管T5的发射极连接到地G。在从电源直接提供调光的情况下或当检测到异常状态时，使用驱动信号P2停止半桥。

所描述的解决方案可参考，例如，工业发明TO2009A00255和TO2009A00476的专利申请中的前述解决方案。

当然，在不损害本发明的基础原理的情况下，可相对于上文仅通过举例描述的内容甚至明显地改变所述细节和实施例，而不脱离如所附的权利要求所定义的本发明的范围。

Claims

1.一种对用于向至少一个光源(L)供电的电路(10)进行控制的方法，其中所述光源(L)具有光强水平能够在最小值与最大值之间的范围内选择性地改变的灯丝，所述方法包括：

检测(S4，S1)所述电路(10)的达到上阈值的输出功率；

在达到所述阈值时，以突发模式控制(S1，S2)所述电路(10)，所述突发模式包括有源间隔和无源间隔的交替序列，其中在所述有源间隔内，所述电路(10)进行操作以对所述至少一个光源(L)供电，以加热其灯丝；以及

以与所述光强水平互补的方式使所述有源间隔的持续时间在最小持续时间与最大持续时间之间的持续时间范围内选择性地改变，由此当所述光强水平处于所述最大值时所述有源间隔具有最小持续时间，而当所述光强水平处于所述最小值时所述有源间隔具有最大持续时间。

2.根据权利要求1所述的方法，包括使所述有源间隔的持续时间根据以下类型的关系选择性地改变：

Ton(Vc)＝Ton_max-F(Vc)

其中：

Ton为所述有源间隔的持续时间；

Ton_max为所述有源间隔的所述最大持续时间；

Vc为表示所述光强水平的信号；以及

F(Vc)为当所述光强水平处于所述最小值时具有零值的正函数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，包括：将所述有源间隔的最小持续时间选择为两位数个毫秒的值。

4.根据权利要求1或2所述的方法，包括：在所述电路(10)中设置包括两个电子开关(T1，T2)的振荡半桥，所述两个电子开关(T1，T2)将被交替地接通和断开以使电流在变压器(TR)的初级绕组中流动以通过所述变压器的次级绕组向所述至少一个光源馈电，所述振荡半桥包括二极管(D1，D2)的半桥装置，所述二极管耦合有各自的去耦电容器(C1，C2)，所述方法包括通过检测所述去耦电容器(C1，C2)的中间连接点处的纹波来检测所述电路(10)的输出功率。

5.一种用于向至少一个光源(L)供电的电路(10)，其中所述光源(L)具有光强水平能够在最小值与最大值之间的范围内选择性地改变的灯丝，所述电路包括：

检测模块(S4)，用于检测所述电路(10)的输出功率；

控制模块(S1)，其连接(14)到所述检测模块(S4)以检测所述电路(10)的达到上阈值的输出功率；

驱动模块(S2)，其能够在所述控制模块(S1)的控制下运行以在达到所述阈值时以突发模式操作所述电路(10)，所述突发模式包括有源间隔和无源间隔的交替序列，其中在所述有源间隔内，所述电路(10)进行操作以对所述至少一个光源(L)供电，以加热其灯丝；并且

所述控制模块(S1)被配置成以与所述光强水平互补的方式使所述有源间隔的持续时间在最小持续时间与最大持续时间之间的持续时间范围内选择性地改变，由此当所述光强水平处于所述最大值时所述有源间隔具有最小持续时间，而当所述光强水平处于所述最小值时所述有源间隔具有最大持续时间。

6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述控制模块(S1)被配置成用于根据以下类型的关系选择性地改变所述有源间隔的持续时间：

Ton(Vc)＝Ton_max-F(Vc)

其中：

Ton为所述有源间隔的持续时间；

Ton_max为所述有源间隔的最大持续时间；

Vc为表示所述光强水平的信号；以及

7.根据权利要求5或6所述的电路，其中，所述控制模块(S1)被配置成将所述有源间隔的最小持续时间调整为两位数个毫秒的值。

8.根据权利要求5或6所述的电路，包括振荡半桥，所述振荡半桥包括两个电子开关(T1，T2)，其中所述两个电子开关(T1，T2)将被交替地接通和断开以使电流在变压器(TR)的初级绕组中流动以通过所述变压器的次级绕组向所述至少一个光源馈电，所述振荡半桥包括二极管(D1，D2)的半桥装置，所述二极管耦合有各自的去耦电容器(C1，C2)，所述检测模块(S4)通过检测所述去耦电容器(C1，C2)的中间连接点处的纹波来检测所述电路(10)的输出功率。