CN102404899B

CN102404899B - 对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法和装置

Info

Publication number: CN102404899B
Application number: CN201010280160.8A
Authority: CN
Inventors: 戴雪维
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: Osram GmbH; PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN102404899A; WO2012031901A3; WO2012031901A2

Abstract

本发明涉及对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法和装置。其中，该方法包括：利用至少一个在前输入电压周期确定输入电压低于预定参考电压的第一时段；在之后的输入电压周期中在所述第一时段期间打开泄流器；在第二时段期间关闭泄流器，其中所述第二时段等于输入电压周期减去更新的第一时段，其中更新的第一时段等于第一时段和预定的提前时段之和；以及利用更新的第一时段重复打开泄流器和关闭泄流器的步骤。本发明能够在不区分前切相调光和后切相调光的情况下对连接至切相调光器的泄流器进行控制，从而简化处理过程和减小计算量。

Description

对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法和装置

技术领域

本申请涉及照明领域，尤其涉及对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法和对连接至切相调光器的泄流器进行控制的装置。

背景技术

随着照明技术的发展，调光器的应用越来越广泛。图1示出了典型调光系统的结构框图。如图1所示，该典型的调光器系统包括照明装置、驱动器和调光器。其中，驱动器中设置有调光控制电路。调光器可以切断输入电压的相位。理想的波形和所检测到的正确波形如图3所示。调光控制电路如微控制器(microcontroller，简称MCU)的可以具有比较器，比较器对相位检测信号和固定电压V_ref进行比较并生成比较结果。例如，当相位检测信号高于固定电压时，比较结果为1，而当相位检测信号低于固定电压时，比较结果为0。基于该结果，MCU可以测量相位检测信号的高电平电压的持续时间，并计算切掉的相位。图4中的(1)示出了在调光器进行后切相(trail)的情况下的理想相位检测信号，图4中的(3)示出了在调光器进行前切相(triac)的情况下的理想相位检测信号，相位检测信号的高电平电压持续时间还代表该循环中的调光器相位。这些也是期望得到的目标波形。利用这些波形，可以精确地测量调光器的相位。

然而，在调光器中包括输出电容器，该输出电容器会防止电压突然改变。因此，当给该驱动器的电流没有大到足以使该电容器迅速放电时，后切相波形会劣化。在大多数驱动器的电路中，存在输入电容器，该输入电容器平滑了电桥之后的电压。该电容器会引起这样的问题，当输入电压低于电容器的电压时，电容器不能被充电，从而在该时间内输入电流比较小。因此，调光器中的电容器不能迅速放电。图4中的(2)示出了在调光器进行后切相的情况下的劣化的相位检测信号，图4中的(4)示出了在调光器进行前切相的情况下的劣化的相位检测信号。可见，在图4(2)和(4)所示的情况下所检测到的相位比理想情况中的相位长，这会导致调光范围的改变。因此，需避免这种情况的出现。通常，泄流电阻器用于对调光器中的电容器进行放电，如图2所示。当相位检测信号低于固定电压V_ref时，MCU将作为控制信号的高电压输入至泄流器(bleeder)以打开(open)MOS泄流器(简称“打开泄流器”)。该电流使电容器迅速放电。包括该泄流器电路的调光系统具有如图5(1)和(2)所示的波形。

接下来，可以看到在前切相的情况下的问题被解决，但是在后切相的情况下的问题还未被解决。我们必须使泄流器控制信号高电平提前(图5(3)中的点1所示)，从而调光器中的电容器可被迅速放电，使得相位检测信号类似于理想情况下的相位检测信号。

因此需要找到需要打开泄流器的时刻(即，使泄流器控制器信号为高电平的时刻)。在传统的方法中，首先，确定调光类型是前切相还是后切相。如果电压突然上升，则可以确定调光类型是前切相。如果电压突然下降，则可以确定调光类型是后切相。可以通过计算输入电压V_in的斜率来进行所述判断。然后，在后切相的情况下，当突然改变的点到来时，如图5中的点1所示，则打开泄流器。该方法具有缺点。首先，处理过程复杂。需要确定调光类型是前切相还是后切相，并有区别地打开泄流器。需要做大量计算来得到斜率。所有这些都将增大MCU的代码区域要求和速度要求以减小采样时间间隔。这将增大选择适当的MCU的难度并增加MCU的成本。其次，MCU不能在所有的时间对电压进行采样。MCU还需要时间来运行代码，即，在采样时间间隔期间运行代码。因此，采样时间间隔不可太短。一般地，代码运行时间是200μs到300μs。因此，采样时间间隔将比该代码运行时间长，这将对采样精度造成限制。泄流器可能稍微晚点打开，从而所检测到的相位较长，从而影响了调光精度。

可以看出，在上述的技术中，存在处理过程复杂、计算量大和精度较低的技术问题。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于提供一种对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法和对连接至切相调光器的泄流器进行控制的装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法。以下将切相调光器的输入电压的波形变化周期称为输入电压周期。该方法包括：利用至少一个在前输入电压周期确定输入电压低于预定参考电压的第一时段；在之后的输入电压周期中在第一时段期间打开泄流器；在第二时段期间关闭泄流器，其中第二时段等于输入电压周期减去更新的第一时段，其中更新的第一时段等于第一时段和预定的提前时段之和；以及利用更新的第一时段重复打开泄流器和关闭泄流器的步骤。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种对连接至切相调光器的泄流器进行控制的装置。以下将输入电压的波形变化周期称为输入电压周期。该装置包括：第一时段确定模块，用于利用至少一个在前输入电压周期确定输入电压低于预定参考电压的第一时段；第一泄流器控制模块，用于在之后的输入电压周期中的第一时段期间打开泄流器；第二泄流器控制模块，用于在第二时段期间关闭泄流器，其中第二时段等于输入电压周期减去更新的第一时段，其中更新的第一时段等于第一时段和预定的提前时段之和；以及第三泄流器控制模块用于利用更新的第一时段重复打开泄流器和关闭泄流器的步骤。

此外，本发明的实施例还提供了至少计算机可读介质形式的计算机程序产品，其上记录有用于实现上述对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法的计算机程序代码。

本发明能够在不区分前切相调光和后切相调光的情况下对连接至切相调光器的泄流器进行控制，从而简化处理过程和减小计算量。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1是示出典型的调光系统的框图；

图2是示出典型的泄流器电路图；

图3是示出前切相和后切相的理想的电压波形图；

图4是示出没有使用泄流器进行泄流的电压波形图和相位检测信号的波形图；

图5是示出使用泄流器进行泄流的电压波形图和相位检测信号的波形图；

图6是示出根据本发明的一个实施例的对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法的流程图；

图7是示出根据本发明的实施例的对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法的实例的流程图；

图8是示出执行根据本发明的实施例的对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法时的电压波形图和相位检测信号的波形图；

图9是示出电压波形达到稳定所需要的时间的示意图；以及

图10是示出根据本发明的另一个实施例的对连接至切相调光器的泄流器进行控制的装置的框图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

首先，参照图6来描述根据本发明的一个实施例的对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法。其中，在切相调光器中设置有电容。以下将切相调光器的输入电压的波形变化周期称为输入电压周期。

如图6所示，在步骤602中，利用至少一个在前输入电压周期确定输入电压低于预定参考电压的第一时段。在步骤604中，在之后的输入电压周期中从输入电压变得低于预定参考电压的时刻起的第一时段期间打开泄流器。在步骤606中，在从输入电压变得高于预定参考电压的时刻起的第二时段期间关闭泄流器。其中，第二时段等于输入电压周期减去更新的第一时段，其中更新的第一时段等于第一时段和预定的提前时段之和。在步骤608中，利用更新的第一时段重复打开泄流器和关闭泄流器的步骤。

其中，可以根据电容放电所需的时间来确定提前时段。其中，该电容可以是调光器中的输出电容器或或驱动器电路中的输入电容，或输出电容和输入电容两者。输出电容会防止电压突然改变。输入电容器平滑了电桥之后的电压。但是，确定提前时段的方式不局限于此，也可以通过其他适当的方式来确定提前时段。

上述更新第一时段和利用更新的第一时段重复打开和关闭泄流器的步骤不一定针对连续的输入电压周期连续进行。相反，在第一时段的两次更新之间，可以在至少一个周期中所述第一时段保持不变，并利用不变的第一时段来重复打开和关闭泄流器的步骤。也就是说，在第一时段的相继两次更新之间间隔N个输入电压周期，其中N为大于等于1的整数。其中，根据切相调光器的输出电压达到稳定所需的时间、输入电压的频率、以及泄流器处于打开状态的时间来确定N。

以下参照图7、图8进行描述。其中，图7示出了根据本发明的实施例的对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法的一个实例的流程图，图8示出了执行根据本发明的实施例的对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法时的电压波形图和相位检测信号的波形图。

第一，当输入电压V_in低于参考电压V_ref时(在图7的步骤718中，“相位检测信号从1变为0”)，在步骤720中，调光控制电路(例如，MCU)正常打开泄流器，即，将泄流器控制信号设置为1。然后，调光控制电路可以记录图8(1)中的时间T_phase0，如图7中的步骤718-722。第二，当相位检测信号变为高电平时，调光控制电路等待T_{open_bleeder}的持续时间，该时间等于T_{phase0-Tealier}，然后打开泄流器，如图7中的步骤712-716和图8(2)。T_phase1将相应改变，并小于T_phase0。第三，可以等待若干循环。在这段时间内，泄流器仅在相位检测信号为高电平时才打开，如图7中的步骤702-710和图5(2)。T_phase时间可能很难改变。因此等待若干循环可以使功率降低，这将在稍后进行描述。第四，重复步骤718-722和步骤712-716。T_phase将继续变短，直到理想的调光器相位，如图8(3)所示。现在，处于T_phaseN等于T_phaseN-1的平衡，即使当泄流器早些打开，T_phase也不会变短。现在，得到了希望的电压波形，即，理想电压波形。现在可以将T_phase用作图4(1)中的理想的调光器相位。

在图8(4)中，可以看到当泄流器早打开T_ealier时，电压将不会改变，这是因为调光器未对电压进行切断。因此该波形是稳定的，类似于图4(3)中的理想波形。因此，利用前切相和后切相的方法得到了期望的目标波形。

但是该方法仍存在问题。在图8(3)和(4)中，T_phase不会改变，而是达到稳定。在部分A期间，泄流器控制信号没有电压，因此没有电流流过泄流器R_bleeder，因此没有泄流器消耗。在部分B期间，没有输入电压V_in，因此没有泄流器消耗。在部分C期间，输入电压V_in和泄流器控制信号都具有电压。假设V_ref为12V。在泄流器的瞬时功率P_{bleeder instant}、输入电压V_in和流过泄流器的电流I_Rbleeder满足以下关系的情况下打开泄流器则泄流器没有消耗：

P_{bleeder instant}＝(V_in-12V)＊I_Rbleeder＝(V_in-12)＊12/R_bleeder (1)

在后切相的情况下，输入电压V_in可能很高，因此消耗大。根据能量转换得到该值，这是因为能量被用于对调光器中的电容器进行放电。

假设对电容器放电时间是T_discharge。通过以下关系式：

1/2＊C＊(V_in-12V)²＝P_{bleeder instant}＊T_discharge＝(V_in-12)＊12/R_bleeder＊T_discharge

可以得到T_discharge＝1/24＊C＊(V_in-12V)＊R_bleeder (2)

其中，C为调光器中的电容器的电容。

当输入电压V_in接近于12V时，根据上述公式(1)，泄流器的瞬时功率P_{bleeder instant}较小。如图8(4)所示。但是在后切相的情况下，泄流器消耗大。在后切相的情况下，典型的电容值为150nf。假设V_in为350V，Rbleeder为240Ω(Rbleeder的电流为50mA)。打开泄流器的频率f_{openingbleeder}为120Hz(模拟输入电压为60Hz)。因此在根据公式(2)，在后切相的部分C期间，存在以下结果：

T_discharge＝1/24＊150nf＊(350-12V)＊240Ω＝507μs (3)

P_{bleeder instant}＝(350-12V)＊12V/240Ω＝16.9W (4)

P_bleeder＝P_{bleeder instant}＊T_discharge＊f_{opening bleeder}＝16.9W＊507μs＊120Hz＝1.028W (5)

可以看到，如果按照循环打开泄流器，则泄流器的功率P_bleeder较大，这进一步降低了效率。典型地，如果驱动器的功率为10W，则P_bleeder消耗10％的效率。但是我们可以通过降低提前打开泄流器(不正常打开泄流器)的频繁程度来降低该值。这是我们上面讨论的第三步骤。然而，通过以较低的频繁程度来提前打开泄流器将导致波长达到稳定状态直到相位固定需较长时间。假设达到稳定状态所需的时间为T_change，则截止相位最大，如图9所示。

当切相调光器所切相位最大时，总的放电时间T_{total discharge}接近于循环周期T_cycle，如图9所示。假设每次打开泄流器的时间为T_discharge，因此，可以根据以下的关系式来确定一共需要提前打开泄流器的次数N_earlier：

N_earlier＝T_{total-discharge}/T_discharge＝T_cycle/T_discharge

其中，T_{total-discharge}表示电容的总共放电时间，以及T_cycle表示一个周期的时间。

如前所述，我们每N个周期提前打开一次泄流器，那么我们打开N_earlier次泄流器的时间为：

Tstable＝N_earlier＊N＊T_cycle＝T_cycle＊T_cycle/T_discharge＊N

N＝Tstable＊T_discharge/(T_cycle＊T_cycle)

由于LED驱动器在调光时需要时间来稳定，假定Tstable是1秒，那么人们就感觉不出逐渐恢复相位的过程。

典型的，当输入电源为60HZ时，

N＝Tstable＊T_discharge/(T_cycle＊T_cycle)＝1s＊507us/(8.3ms＊8.3ms)＝7.3，可以取N＝8。

以下参照图10来描述根据本发明的另一个实施例的对连接至切相调光器的泄流器进行控制的装置1000。

如图10所示，对连接至切相调光器的泄流器进行控制的装置1000包括：第一时段确定模块1002，用于利用至少一个在前输入电压周期确定输入电压低于预定参考电压的第一时段；第一泄流器控制模块1004，用于在之后的输入电压周期中从输入电压变得低于预定参考电压的时刻起的第一时段期间打开泄流器；第二泄流器控制模块1006，用于在从输入电压变得高于预定参考电压的时刻起的第二时段期间关闭泄流器，其中第二时段等于输入电压周期减去更新的第一时段，其中更新的第一时段等于第一时段和预定的提前时段之和；以及第三泄流器控制模块1008，用于利用更新的第一时段重复打开泄流器和关闭泄流器的操作。

装置1000还可以包括提前时段确定模块(未示出)，用于电容器放电所需的时间来确定提前时段。

其中，第三泄流器控制模块1008还可以被配置为在第一时段的相继两次更新之间间隔N个输入电压周期，其中N，为大于等于1的整数。

装置1000还可以包括次数确定模块，次数确定模块用于根据切相调光器的输出电压达到稳定所需的时间、输入电压的频率、以及泄流器处于打开状态的时间来确定N。

根据本发明的实施例，不需要区别调光类型。同时，在选择调光控制器时(例如，MCU)时，对代码区域和速度没有高要求，这降低了成本。不需要所有时间都进行计算。只需要3个时刻，如图7所示。其中，这3个时刻分别是比较器相位检测信号0到1的时刻，相位检测信号1到0的时刻，以及提前打开泄流器的时刻。这些时刻由MCU的中断(interrupt)触发，可以在该中断期间立即运行相关代码。

根据本发明的实施例，将适用于前切相和后切相。并且通过本发明的实施例，可以简化相位测量的过程，改善精确性，以及降低调光控制器电路(例如，MCU)的成本。

基于上述理解，本发明的目的还可以通过在任何信息处理设备上运行一个程序或者一组程序来实现。所述信息处理设备可以是公知的通用设备。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者设备的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储或者传输这样的程序产品的介质也构成本发明。显然，所述存储或者传输介质可以是本领域技术人员已知的，或者将来所开发出来的任何类型的存储或者传输介质，因此也没有必要在此对各种存储或者传输介质一一列举。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims

1.一种对连接至切相调光器的泄流器进行控制的方法，其中，所述切相调光器的输入电压的波形变化周期称为输入电压周期，所述方法包括：

利用至少一个在前输入电压周期确定所述输入电压低于预定参考电压的第一时段；

在之后的输入电压周期中的整个所述第一时段期间使得所述泄流器打开；

在整个第二时段期间使得所述泄流器关闭，其中所述第二时段等于所述输入电压周期减去更新的第一时段，其中更新的第一时段等于所述第一时段和预定的提前时段之和，其中所述预定的提前时段根据所述切相调光器的输出电容器和与所述调光器连接的驱动器电路的输入电容器中的至少一个放电所需的时间来确定；以及

利用所述更新的第一时段重复打开所述泄流器和关闭所述泄流器的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述切相调光器中设置有阻止电流迅速变化的电容，该方法还包括：

所述提前时段大于等于所述电容放电所需的时间。

3.根据权利要求1所述的方法，在所述第一时段的相继两次更新之间间隔N个输入电压周期，其中N为大于等于1的整数。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述切相调光器的输出电压达到稳定所需的时间、所述输入电压的频率、以及泄流器处于打开状态的时间来确定N。

5.一种对连接至切相调光器的泄流器进行控制的装置，其中，所述切相调光器的输入电压的波形变化周期称为输入电压周期，所述装置包括：

第一时段确定模块，用于利用至少一个在前输入电压周期确定所述输入电压低于预定参考电压的第一时段；

第一泄流器控制模块，用于在之后的输入电压周期中从所述输入电压变得低于所述预定参考电压的时刻起的整个所述第一时段期间使得所述泄流器打开；

第二泄流器控制模块，用于在从所述输入电压变得高于所述预定参考电压的时刻起的整个第二时段期间使得所述泄流器关闭，其中所述第二时段等于所述输入电压周期减去更新的第一时段，其中更新的第一时段等于所述第一时段和预定的提前时段之和，其中所述预定的提前时段根据所述切相调光器的输出电容器和与所述调光器连接的驱动器电路的输入电容器中的至少一个放电所需的时间来确定；以及

第三泄流器控制模块，用于利用所述更新的第一时段重复打开所述泄流器和关闭所述泄流器的操作。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述切相调光器中设置有阻止电流迅速变化的电容，所述提前时段大于等于所述电容放电所需的时间。

7.根据权利要求5所述的装置，所述第三泄流器控制模块还被配置为在所述第一时段的相继两次更新之间间隔N个输入电压周期，其中N为大于等于1的整数。

8.根据权利要求7所述的装置，还包括：次数确定模块，用于根据所述切相调光器的输出电压达到稳定所需的时间、所述输入电压的频率、以及泄流器处于打开状态的时间来确定N。