CN102626004A - 用于为固态照明器具提供通用电压输入的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于向由AC线路电压供电的固态照明器具(140)提供通用电压输入的方法包括：将与该线路电压相对应的模拟电压信号转换成指示该线路电压的波形的数字值(S312)，并且使用该数字值的选择值来计算与该波形的上升沿相对应的斜率(S453)。基于计算的斜率确定该线路电压的值(S458)。

Description

用于为固态照明器具提供通用电压输入的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及固态照明器具的控制。更具体而言，本文公开的各种创造性的方法和装置涉及针对各种电源线路电压向固态照明器具提供通用电压输入。
背景技术
数字或固态照明技术即基于半导体光源(如发光二极管(LED))的照明为传统荧光、高强度气体放电(HID)以及白炽电灯提供了可行的替换。LED的功能性的优点和益处包括高的能量转换和光效率、持续性、低操作成本以及其他。LED技术中最近的进展已提供了有效的并且鲁棒的全谱光源，其允许多种应用中的各种光效。
包含这些源的其中一些照明器具的特征在于照明模块，包括一个或多个能够产生白光和/或不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)的光的LED以及用于独立地控制该LED的输出以便生成各种颜色和变色照明效果的控制器或处理器，例如通过参考的方式并入本文的美国专利申请号6,016,038和6,211,626中所详细讨论的。LED技术如今允许线路电压供电的白色照明器具，如可从Philips Color Kinetics获得的EssentialWhiteTM系列。这些照明器具可以使用相角后缘导通调光器技术来调光，如用于120VAC线路电压的电低压(ELV)型调光器。
但是，包括LED白色照明器具的常规固态白色照明器是输入电压相关的。因此各种类型的固态白色照明器具仅在他们被分别设计用于的具体线路电压上进行操作。取决于各种因素如用户的地理位置(例如美国市场典型地需要120VAC、60Hz的线路电压而欧洲市场典型地需要230VAC、50Hz的线路电压)和安装固态白色照明器具的物理位置(例如安装在吊顶中的照明器具典型地需要277AVC的线路电压而安装在橱柜环境中的照明器具典型地需要120VAC的线路电压)，线路电压的值和频率可能不同。
各种类型的固态白色照明器具之间的该操作差异对于制造商和用户造成困扰和实践低效。例如电气承包商典型地必须在手头上具有与具体的施工项目中可获得的大量不同的线路电压相对应的多个库存集合。在安装过程中必须始终小心地管理该库存集合，否则新LED白色照明器具可以被不正确的输入线路电压的应用毁坏。另外，尽管被设计为在不同的输入线路电压上运行的LED白色照明器具可以具有相同的印刷电路板，但是其他组件根据为了容纳例如100VAC、120VAC、230VAC或277VAC的输入线路电压上的操作所需要设计差异而不同。这在供应链和制造的角度看来是低效率的，因为每个输入线路电压需要他自己的材料清单、库存单位等等。管理这些东西无疑是麻烦的，因为难以预计需求。因此，市场营销、供应链和制造将受益于具有通用电压输入的LED白光或其他固态照明器具。
发明内容
本发明的公开涉及针对各种电源电压向固态照明器具提供通用电压输入的创造性的方法和装置。申请人已经认识并且意识到提供对于使用各种不同的输入电压(如100VAC、120VAC、230VAC或277VAC)的固态照明器具通用的电源是有益的。
整体而言，在一个方面中，提供一种向由AC线路电压供电的固态照明器具提供通用电压输入的方法。该方法包括将与该线路电压相对应的模拟电压信号转换成指示该线路电压的波形的数字值，并且使用该数字值的选择值来计算与该波形的上升沿相对应的斜率。基于所计算的斜率确定该线路电压的值。
在另一个方面中，一种设备向具有多个发光二极管(LED)的固态照明器具提供通用电压输入。该设备包括模数转换器和处理器。该模数转换器被配置为接收与具有波形的AC线路电压信号相对应的模拟电压信号并且将该模拟电压信号转换成用于指示该波形的数字值。该处理器被配置为执行算法，该算法用于读取由该模数转换器提供的与该波形的上升沿相对应的选择数字值，基于该选择数字值计算斜率并且基于计算的斜率确定该线路电压的值。
在另一个方面中，一种计算机可读介质存储可由计算机处理器执行的、用于向由AC线路电压供电的固态照明器具提供通用电压输入的程序。该计算机可读介质包括：接收代码段，用于接收指示该线路电压的波形的数字值；计算代码段，用于使用该数字值的选择值来计算与该波形的上升沿相对应的斜率；确定代码段，用于基于计算的斜率确定该线路电压的值；以及控制信号代码段，用于基于该线路电压的确定的值调整控制信号，该控制信号调整提供给该固态照明器具的功率。
如本文为了本发明的公开的目的所使用的，应该将术语“LED”理解为包括任意电发光二极管或其它类型的能够响应于电信号来生成辐射的基于注入/结型的系统。因此，术语LED包括但不限于用于响应于电流来发光的各种基于半导体的结构、发光聚合体、有机发光二极管(OLED)、电发光带等等。具体而言，术语LED涉及可被配置为在一个或多个红外光谱、紫外光谱以及各种部分的可见光谱(通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)中生成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的一些示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、棕色LED、橙色LED和白色LED(下文进一步描述)。应该意识到LED可以被配置和/或控制为对于给定频谱(如窄带、宽带)生成具有各种带宽(例如半值宽度或FWHM)的辐射以及给定的通用颜色分类中的各种主导波长。
例如，被配置为主要生成白色光的LED(例如LED白色照明器具)的一个实现方式可以包括大量裸片(die)，该裸片分别发射不同光谱的电发光，该不同光谱的电发光混合在一起形成基本上白色的光。在另一个实现方式中，LED白色照明器具可以与磷材料相关联，其用于将具有第一光谱的电发光转换成具有不同的第二光谱的电发光。在该实现方式的一个示例中，具有相对短的波长以及窄带光谱的电发光“泵浦”磷材料，磷材料又辐射具有略宽的光谱的波长更长的辐射。
还应该理解，术语LED不受LED的物理和/或电气封装类型的限制。例如，如上所述，LED可以涉及具有被配置为分别发射(例如可以或不可单独控制的)不同光谱的辐射的多个裸片的单个发光设备。同样，LED可以与被认为是LED的不可分割的一部分的磷相关联(例如一些类型的白光LED)。整体而言，术语LED可以涉及封装LED、未封装LED、表面装贴LED、板上芯片LED、T封装装贴LED、辐射封装LED、功率封装LED、包括一些类型的套装和/或光元件(例如扩散透镜)的LED等。
应该将术语“光源”理解为是指多种辐射源中的任意一个或多个，包括但不限于基于LED的源(包括如上所限定的一个或多个LED)、白炽源(例如白炽灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高压放电源(例如钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤化物灯)、激光、其他类型的电发光源、火发光源(例如火焰)、蜡烛发光源(例如汽灯罩、炭精电弧辐射源)、光发光源(如气体放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、化学发光源、结晶发光源、运动发光源、热发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射发光源以及发光聚合体。
给定光源可以被配置为在可视光谱之内、在可视光谱之外或在两者的组合中产生电磁辐射。因此在本文中可互换地使用术语“光”和“辐射”。另外，光源可以包括一个或多个滤波器(例如滤色片)、透镜或其他光组件以作为不可分割的组件。并且应该理解光源可以被配置为用于多种应用，包括但不限于指示、显示和/或照明。“照明源”是这样一种光源，其具体被配置为生成具有足够强度的辐射来有效地照亮内部或外部空间。在此上下文中，“足够强度”是指在该空间或环境中生成的可视光谱中的足够辐射功率(单位“流明”通常用来代表根据辐射功率或“光通量”的从光源到所有方向的全部光输出)以提供周围环境照明(即可以间接察觉到光并且他们例如在完全或部分被察觉到之前可以被各种介入表面中的一个或多个表面反射)。
应该将术语“光谱”理解为是指由一个或多个光源或照明源产生的辐射的任意一个或多个频率(或波长)。因此，术语“光谱”不但是指可见范围中的频率(或波长)而且是指红外、紫外和全部电磁光谱的其他区域中的频率(或波长)。并且给定的光谱可以具有相对窄的带宽(例如具有相对少的频率或波长分量的FWHM)或相对宽的带宽(具有各种相对强度的多个频率或波长分量)。还应该意识到给定的光谱可以是由于两个或更多个其他光谱的混合的结果(例如混合分别从多个光源发射的辐射)。
为了本文公开的目的，将术语“颜色”与术语“光谱”可互换地使用。但是术语“颜色”大体上用于主要指代可由观察者察觉到的辐射的属性(但是该使用并非意图显示该术语的范围)。因此术语“不同颜色”隐含地是指具有不同的波长分量和/或带宽的多个光谱。还应该意识到术语“颜色”可以与白色和非白色光结合使用。
本文使用术语“照明器具”来指代具体的形成因子、装配或封装中的一个或多个发光单元的实现或配置。本文使用术语“发光单元”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。给定的发光单元可以对于一个或多个光源、外围/外壳设置和形状和/或电气和机械连接配置具有各种装配排列中的任何一个。另外，给定的发光单元可选择地可以与涉及一个或多个光源的操作的各种其他组件(例如控制电路)相关联(例如包括、耦合到各种其他组件并且/或者与该各种其他组件封装在一起)。“基于LED的发光单元”是指仅包括如上所述的一个或多个基于LED的光源或者还包括其他非基于LED的光源的发光单元。“多通道”发光单元是指包括至少两个光源的基于LED的发光单元或非基于LED的发光单元，其中该至少两个光源被配置为分别生成不同的辐射光谱，其中每个不同的光源光谱可以被称为该多通道发光单元的“通道”。
本文一般地使用术语“控制器”来描述涉及一个或多个光源的操作的各种装置。可以用多种方式来实现控制器(例如用专用硬件)以执行本文所讨论的各种功能。“处理器”是应用可能使用软件(例如微代码)来编程的一个或多个微处理器来执行本文所讨论的各种功能的控制器的示例。可以通过或不通过使用处理器来实现控制器，并且还可以将控制器实现为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其他功能的处理器(例如一个或多个编程微处理器和相关联的电路)的组合。在本发明的公开的各种实施方式中可以使用的控制器组件的示例包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程逻辑阵列(FPGA)。
在各种实现方式中，处理器和/或控制器可以与一个或多个存储介质(在本文通常被称为“存储器”，例如易失性和非易失性计算机存储器，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、通用串行总线(USB)驱动器、软盘、压缩盘、光盘、磁带等等)。在一些实现方式中，可以用一个或多个程序来编码存储介质，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行该程序时该程序执行本文所讨论的至少一些功能。可以将各种存储介质固定在处理器或控制器之中，或者各种存储器介质可以是可移动的，使得可以将存储在他们上面的一个或多个程序加载到处理器或控制器中以便实现本文所讨论的本发明的各种方案。本文使用通用意义上的术语“程序”或“计算机程序”来指代可用于编程一个或多个处理器或控制器的任意类型的计算机代码(例如软件或微代码)。
在一个网络实现方式中，耦合到网络的一个或多个设备可以作为耦合到该网络的一个或多个其他设备的控制器(例如主/从关系)。在另一个实现方式中，联网的环境可以包括被配置为控制耦合到该网络的一个或多个设备的一个或多个专用控制器。大体上，耦合到该网络的多个设备中的每个设备可以具有到出现在通信介质或媒介上的数据的通路；但是给定的设备可以是“可寻址的”，因为该设备被配置为基于例如分配给其的一个或多个具体的标识符(例如“地址”)，选择性地与网络交换数据(即从网络接收数据并且/或者向网络发射数据)。
如本文所使用的术语“网络”是指用于助于耦合到该网络的任意两个或更多个设备之间和/或多个设备之中的信息的传输(例如用于设备控制、数据存储、数据交换等等)的两个或更多个设备(包括控制器或处理器)的任意互相连接。应该容易意识到，适用于互相连接多个设备的网络的各种实现方式可以包括各种网络拓扑中的任意一个并且可以使用各种通信协议中的任意一个。另外，在根据本发明的公开的各种网络中，两个设备之间的任意一个连接可以表示两个系统之间的专用连接，或者可选择地表示非专用连接。除了携带意图发往两个设备的信息之外，该非专用连接还可以携带无需意图发往该两个设备中的任意一个的信息(例如开放网络连接)。此外应该容易意识到，如本文所讨论的设备的各种网络可以使用一个或多个无线、有线/缆线和/或光纤链路来助于通过该网络的信息传输。
应该意识到，前述概念以及下文更详细地讨论的附加概念的全部组合(假设这样的概念不是彼此矛盾的)被视为本文公开的创造性的主题的一部分。具体而言，出现在本文公开的结尾处的所要求的主题的全部组合被视为是本文所公开的创造性主题的一部分。还应该意识到本文明确使用的并且还可能出现在通过参考方式并入的任意公开中的术语应该符合与本文公开的具体概念最一致的意义。
附图说明
在附图中，相同的附图标记在不同的视图中始终大体指代相同的或相似的部件。并且附图无需是按比例的，用于基于本发明的原理的说明而进行强调。
图1是用于显示根据示例性实施方式的照明系统的方框图，该照明系统包括固态照明器具和输入电压控制器。
图2是根据示例性实施方式的用于输入电压控制器的控制器的方框图。
图3是根据示例性实施方式用于显示用于控制固态照明器具的功率的过程的流程图。
图4是根据示例性实施方式用于显示用于确定AC线路电压信号的电压值的过程的流程图。
图5是根据示例性实施方式用于显示用于检测AC线路电压信号波形的波峰的过程的流程图。
图6是根据示例性实施方式用于显示用于确定AC线路电压信号波形的斜率的过程的流程图。
图7A和7B是非调光和调光AC线路电压信号的波形的样本踪迹。
图8是用于显示与非调光和调光AC线路电压信号的波形相对应的样本斜率的曲线图。
具体实施方式
在下文的详细描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了用于公开具体细节的示例性实施方式，以便提供对于本发明的教导的透彻理解。但是对于受益于本发明公开的本领域普通技术人员而言，显然根据本发明的教导的、与本文公开的具体细节有出入的其他实施方式仍然落入所附权利要求的范围中。此外，可能省略了公知装置和方法的描述，以免模糊示例性实施方式的描述。该方法和装置显然落入本发明的教导的范围中。
图1是显示根据示例性实施方式的照明系统的方框图，该照明系统包括固态照明器具和输入电压控制器。参考图1，在一些实施方式中，输入电压控制器110包括分压器115、模数(A/D)转换器122、控制器120和过渡模式功率因数校正(PFC)控制器130。分压器115从电源接收整流的电压。通常，该整流的电压是具有例如在大约90VAC与大约277VAC之间的电压值以及对应的波形的AC线路电压信号。该AC线路电压信号用于对固态照明器具140供电。分压器115提供与整流的AC线路电压信号相对应的、范围在例如大约0VDC到5VDC之间的DC电压信号。将该DC电压信号提供给A/D转换器122作为模拟输入电压信号。
在图1所述的实施方式中，分压器115包括串联在整流的AC线路电压源与节点N1之间的第一电阻器111和第二电阻器112，节点N1连接到控制器120的输入。分压器115还包括连接在节点N1与地之间的第三电阻器133。在一个实施方式中，第一电阻器111和第二电阻器112中的每一个具有大约750kΩ的电阻，并且第三电阻器133具有大约13kΩ的电阻。要理解在其他实施方式中第一到第三电阻器111-113的电阻值和/或分压器115的配置可以改变，以对于任意具体情况提供独特的益处或者以满足各种实现方式的专用应用设计要求，如对于本领域的熟练技术人员显而易见的。
A/D转换器122从分压器115接收模拟输入电压信号，将该模拟输入电压信号转换成指示整流的AC线路电压的波形的数字值。控制器120从A/D转换器122接收该数字值，并且基于该数字值确定AC线路电压的电压水平。控制器120基于AC线路电压的确定的电压水平调整控制信号，并且向PFC控制器130输出该控制信号以控制固态照明器具140。例如，基于该控制信号，PFC控制器130输出功率调制控制信号，以对于AC线路电压的任意检测值(例如120VAC、230VAC或277VAC)在30W的稳定状态上运行固态照明器具140，如下所讨论的。
如下所讨论的，在不脱离本发明的教导的范围的前提下，可以将控制器120构造成硬件、固件或软件架构的任意组合。并且控制器120可以包括他自己的存储器(例如非易失性存储器)，用于存储可执行的软件/固件可执行代码，该代码允许控制器120执行电压控制器110的各种功能。例如，在各种实施方式中，可以将控制器120实现为微处理器、ASIC、FPGA、微控制器(如可从Microchip技术公司获得的PIC16F882微控制器)诸如此类。类似地，在不脱离本发明的教导的范围的前提下，可以将PFC控制器130构造成硬件、固件或软件架构的任意组合。例如，在各种实施方式中，可以将PFC控制器130实现为微处理器、ASIC、FPGA、微控制器(如可从ST Microelectronics获得的L6562PFC控制器)诸如此类。另外，虽然独立地描述A/D转换器122和/或PFC控制器130，但是要理解在各种实施方式中可以将A/D转换器122和/或PFC控制器130以及相关联的功能合并在控制器120中。
图2是根据示例性实施方式的控制器120的方框图。参考图2，控制器120包括处理器124、只读存储器(ROM)126、随机存取存储器(RAM)127和PWM信号生成器128。
如上所讨论的，A/D转换器122从分压器115接收输入DC电压信号，并且将输入DC电压信号转换成数字值，该数字值用于指示整流AC线路电压的波形。由处理器124接收该数字值以便进行处理，并且还可以例如经由总线121将该数字值存储在ROM 126和/或RAM 127中。处理器124包括他自己的存储器(例如非易失性存储器)，用于存储可执行的软件/固件可执行代码，该代码允许处理器124执行电压控制器110的各种功能。可选择地，可以将该可执行代码存储在ROM 126和/或RAM 127之中的指定存储位置中。ROM 126可以包括任意数量、类型的有形计算机可读存储介质以及他们的任意组合，如PROM、EPROM、EEPROM等等。此外ROM 126和/或RAM 127可以存储例如由处理器124进行的以前的AC线路电压计算的结果和统计数据。
响应于来自处理器124的指令或控制信号，PWM信号生成器128生成并且输出脉冲波形调制(PWM)信号以作为控制信号。更具体而言，在所述实施方式中，PWM信号生成器128根据由处理器124确定的AC线路电压的值，改变PWM控制信号的脉冲宽度。例如，PWM信号生成器128可以响应于AC线路电压的较高值，生成具有较窄脉冲宽度的PWM控制信号。从控制器120向PFC控制器130输出该PWM控制信号，PFC控制器130根据该PWM控制信号的脉冲宽度来控制固态照明器具140的功率调制。例如，PFC控制器130可以被配置为响应于较大的脉冲宽度增加到固态照明器具140的电流，从而对于较低的电压值(例如120VAC)维持恒定的功率。类似地，PFC控制器130可以被配置为响应于较窄的脉冲宽度减少到固态照明器具140的电流，从而对于较高的电压值(例如277VAC)维持恒定的功率。
例如，在一些实施方式中，PFC控制器130在他的设备上具有专用电流设置管脚。通过在该电流设置管脚上设置电压参考，PFC控制器130将向固态照明器具140输出这样一种PWM信号，该PWM信号的脉冲宽度与该电流设置管脚上所见的电压参考相关。从控制器120输出的该PWM控制信号(其取决于输入电压波形具有可可变的脉冲宽度)流经PFC控制器130中的滤波器电路(未显示)并且有效地改变PFC控制器130的电流设置管脚上的电压参考。这允许总功率中的改变遍及固态照明器具140的LED阵列145中的LED。当然，可以将用于控制固态照明器具140的其他类型的控制信号和方法合并到本发明的教导的范围中。
再次参考图1，固态照明器具140可以是可从Philips ColorKinetics获得的EssentialWhiteTM系列照明器具之一。固态照明器具140包括开关141和光源或照明源如典型的LED阵列145。开关141响应于从PFC控制器130接收的功率调制控制信号，打开和关闭到LED阵列145的电源，其中PFC控制器130同时地改变稳定状态电流。例如“打开”时间量可以确定流经LED阵列145的LED的电流的量。从而对于AC线路电压的各种值，调整到LED阵列145的电源的开关定时或周期。例如与较低的AC线路电压(例如120VAC)相比，较高的AC线路电压(例如277VAC)将需要较短的“打开”时间间隔(导致较少的电流)来向LED阵列145提供稳定状态功率(例如30W)。
图3是根据示例性实施方式的显示控制固态照明器具的功率的过程的流程图。可以例如由如上参考图1和2所讨论的A/D转换器122和控制器120来实现图3中所述的各种步骤和/或操作。
在步骤S310中，接收整流的AC线路电压信号以便对固态照明器具供电。该AC线路电压信号的幅度或值是未知的，并且可以是各种可获得的AC线路电压(如120VAC、230VAC或277VAC)中的任意一个。在步骤S312，通过例如分压器115将该AC线路电压信号转换成DC电压信号，分压器115提供与该AC线路电压信号的波形相对应的DC电压水平。在步骤S314中例如由A/D转换器122将该DC电压信号从模拟转换成数字，以提供表示该AC线路电压信号的波形的数字值。
在操作S316中，例如由控制器120和/或处理器124使用该数字值确定该AC线路电压信号的幅度或值，下文参考图4-6进行更详细的描述。通常，执行波峰检测算法以确定该AC线路电压是否具有高的或中间的值(例如277VAC或220-240VAC)。但是例如当AC线路电压具有低的值(例如120VAC)时或者当该AC线路电压信号具有已调光的中间值(例如230VAC)时，仅使用该波峰检测算法不能检测该AC线路电压的值。当该波峰检测算法不能检测该AC线路电压的值时，执行斜率检测算法来确定AC线路电压信号的上升沿的斜率是否对应于低值或中间值。
在确定AC线路电压值之后，在步骤S318中基于确定的值生成并且向例如PFC控制器130输出控制信号。基于该控制信号，调整固态照明器具的功率调制以反映AC线路电压值。
图4是根据示例性实施方式的显示确定AC线路电压信号的值的过程的流程图。
参考图4，首先如步骤S412和S414所指示的，对该过程进行初始化。在一个实施方式中，仅在固态照明器具通电之后，执行该初始化，但是在不脱离本发明的教导的范围的前提下，在可选择的实施方式中可以整个省略该初始化或者可以在用于确定AC线路电压的值的过程之中的其他时间处执行该初始化。当以前确定的AC线路电压值可用时，在步骤S412中可以从存储器获取以前确定的AC线路电压值，并且在步骤S414中基于该以前确定的AC线路电压值来初始设置例如由控制器120输出的控制信号。如果该控制信号是例如PWM控制信号，那么根据该以前确定的AC线路电压值来初始设置PWM脉冲宽度或工作周期。例如每当打开固态照明器具时可以确定AC线路电压的值并且将其存储在例如ROM 126中。因此，当正在确定AC线路电压的当前值时，固态照明器具可以在以前确定的AC线路电压值上进行操作。这防止了该确定过程期间的闪变效应或其他不利的影响。
在操作S420中，执行波峰检测算法，以便基于例如由A/D转换器122提供的数字值，检测AC线路电压信号的波峰和频率。参考图5来详细讨论操作S420的波峰检测算法，其中图5是根据示例性实施方式的显示确定AC线路电压信号的信号波峰和频率的过程的流程图。
参考图5，在预定数量的周期期间(例如20个周期)期间或者对于预定的时间周期(例如150ms)，读取DC电压信号的数字值，以便识别并且存储(与AC线路电压信号波形的波峰相对应的)最大数字值和/或识别AC线路电压信号的频率。例如，处理器124可以采样大量来自A/D转换器122的DC电压信号的数字值。为了识别最大数字值，在步骤S421中读取DC电压信号的数字值并且在步骤S422中将其与最大值进行比较。该最大值可以是预定的阈值或者在以前读取的数字值中以前被确定为最大值的存储数字值。
当读取数字值大于该最大值时(步骤S422：是)，在步骤S423中存储该读取数字值以作为新的最大值，以便用于与后来读取的数字值的比较。当该读取数字值不大于该最大值时(步骤S422：否)，跳过步骤S423，并且在步骤S424确定是否存在用于读取数字值的附加周期(或时间)。例如，可以分别将周期数量或逝去时间与预定阈值或预定时间周期进行比较以便读取该数字值。当存在附加周期或时间时(步骤S424：是)，重复步骤S421到步骤S423。当不存在用于读取该数字值的附加周期或时间时(步骤S424：否)，认为采样的数字值之中的当前最大值是波形的波峰值。
在步骤S425中计算AC线路电压的波形的频率。例如在步骤S425中确定该AC线路电压是50Hz还是60Hz，这一般是由固态照明器具安装的地理位置指示的。要确定波形的频率是因为其直接影响波形的斜率，在下文讨论的图4的操作S450中计算该斜率。在一个实施方式中，可以通过对周期的时间段上的波形的波动上的点(例如波动的波峰或起始点)进行采样并且计算相邻波动之间的时间量来确定波形的频率。
在图5的步骤S425中确定频率之后，过程返回到图4。在图4的步骤S432-S435中，确定是否可以确定AC线路电压信号的值，而无需确定对应的波形的斜率。具体而言，在步骤S432，将波形的波峰值与预定的第一阈值进行比较，以确定该AC线路电压信号的值是否是最大电压值(例如277VAC)。当该波峰值大于该第一阈值时(步骤S432：是)，在步骤S433中确定该AC线路电压信号的值是最大电压值。
当该波峰值不大于该第一阈值时(步骤S432：否)，过程前进到步骤S434，在步骤S434中，将波形的波峰值与预定的第二阈值进行比较，以确定该AC线路电压信号的值是否是中间电压值(例如230VAC)或者在可能的中间电压值的范围中(例如220VAC-240VAC)。当该波峰值大于该第二阈值时(步骤S434：是)，在步骤S435中确定该AC线路电压信号的值是中间电压值(或者在可能的中间电压值的范围中)。
当该波峰值不大于该第二阈值时(步骤S434：否)，该过程基于波形的斜率来确定AC线路电压信号的值。即当波峰值不大于第二阈值时，AC线路电压信号可以是低电压值(例如120VAC)或已调光的中间电压值(例如230VAC)，这是仅仅基于波峰值确定无法区分的情况。
例如图7A和7B分别是120VAC线路电压信号和已调光230VAC线路电压信号的波形的样本踪迹。图7A与7B的对比显示对应的波形的频率和波峰本质上相同，但是波形的斜率不同。具体而言，图7B中的波形的斜率整体比图7A中的波形的斜率更陡。因此，通过(例如在图4的操作S450中)计算斜率，可以确定AC线路电压信号是120VAC还是230VAC而不管调光。当然，仍然可以基于较低的波峰来区分已调光120VAC线路电压信号(未显示)，其中该已调光120VAC线路电压信号可能具有比图7B中的已调光230VAC线路电压信号的斜率类似的斜率。因此在一个实施方式中，如果斜率计算是非确定性的，则可以执行附加的波峰比较(未显示)。
因此，当在步骤S434中确定波峰值不大于该第二阈值时，该过程前进到步骤S440，在步骤S440中对于斜率确定选择参考标准。参考标准的选择可以基于，例如如上所述以前在操作S420中已确定的，AC线路电压信号的频率。该参考标准在与非调光低电压值和已调光中间电压值相对应的每个可能的频率处的斜率或斜率范围相关联，从而可以将计算的斜率彼此进行比较。例如图8是显示参考标准能够基于其的样本斜率的图。斜率810对应于已调光230VAC线路电压信号中的波形的上升沿并且斜率820对应于已调光120VAC线路电压信号的上升沿。如上所讨论的，较高的AC线路电压信号值(斜率810)较陡。
在选择参考标准之后，在操作S450中执行斜率检测算法，以便基于例如由A/D转换器122提供的数字值确定与AC线路电压信号波形的上升沿相对应的斜率。参考图6来详细讨论操作S450的斜率检测算法，其中图6是根据示例性实施方式的显示确定AC线路电压信号波形的斜率的过程的流程图。
参考图6，在步骤S451(例如从A/D转换器122)读取与DC电压信号相对应的数字值。在一个实施方式中，必须在近似2.5ms的时间段上的(使用读取数字值)对AC线路电压信号的波形进行采样，因为当ELV调光器被调光到他们的最低水平时2.5ms是可获得的波形的最小量。例如，如果对于多于大约2.5ms发生采样，那么可能不存在AC信号，因为AC信号可能被调光器削掉。在步骤S542，基于该读取数字值识别AC线路电压信号的波形的上升沿。例如，通过监视一个时间段上的数字值，可以在识别在一系列减小的或未改变的数字值之后开始增加的数字值之时立即识别上升沿。一旦识别了波形的上升沿，在步骤S453使用表示该上升沿的至少一部份的多个数字值来计算该上升沿的斜率。例如，可以收集预定数量的数字值和/或数字值样本，或者可以在预定时间段上收集数字值。在一个实施方式中，通过将与该上升沿相对应的每个选择数字值与在先数字值进行比较来计算该上升沿的斜率。例如通过使用表示波形的上升沿的10个数字值，相邻的数字值之间的大约50个计数(见图8的810)的增加将指示230VAC的线路电压，而相邻的数字值之间的大约25个计数(见图8的曲线820)的增加将指示120VAC的线路电压。
在步骤S454中，将计算的斜率与步骤S440中选择的参考标准进行比较，其中该参考标准是取决于AC线路电压信号的频率的。在所述实施方式中，为了描述的目的，仅将该计算的斜率与对应于低电压值(例如120VAC)的参考标准进行比较。但是要理解在各种实施方式中，在不脱离本发明的教导的范围的前提下，可以将该计算的斜率与低电压和中间电压(例如230VAC)中的任意一个或两个进行比较。当比较指示该计算的斜率对应于低电压值(步骤S454：是)时，在步骤S455中递增低电压值计数器，当比较指示该计算的斜率不对应于低电压值(步骤S454：否)时，在步骤S456中递增中间电压值计数器。
在步骤S457中，确定是否仍有附加采样周期。例如对于数字值的对应集合可以计算预定数量的斜率(例如60个)，或者可以在预定时间段上(例如450ms)重复并且收集斜率计算结果。当确定仍有附加采样周期时(步骤S457：是)，该过程返回到开头，并且重复步骤S451到S457。当确定没有附加采样周期时(步骤S457：否)，该过程前进到步骤S458，在步骤S458中确定AC线路电压信号的值。例如可以将至少一个计数器值与预定阈值进行比较，以确定斜率是否单独地或者共同地指示该AC线路电压信号的值是中间电压值或低电压值。
在一个实施方式中，仅将中间电压值计数器与被选择用于指示该AC线路电压信号的值是否是中间电压值的预定阈值进行比较，尽管各种实施方式可以比较一个或两个计数器或者实现其他可比较的识别技术。在被计算的预定数量的斜率为60的示例中，用于中间电压的预定阈值可以是20，在该情况中只有当指示中间电压值的计算的斜率的量超过20时，该过程确定该AC线路电压信号的值是中间电压
在图6的步骤S458中确定电压值之后，该过程返回到图4。根据该结果，该AC线路电压信号的值在步骤S459中被确定为低电压值或者在步骤S460中被确定为是中间电压值之一。在步骤S470中，将(来自步骤S433、S435、S459或S460中的一个的)确定的电压值与在步骤S412中从存储器获取的以前存储的电压值进行比较。当该确定的电压值与以前存储的电压值相同时(步骤S470：是)，该过程结束。在该情况中，(例如由控制器420输出的)控制信号与来自由初始化过程所提供的设置的控制信号相比保持不变。即控制信号继续为基于以前存储的电压值。当该确定的电压值与以前存储的电压值不相同时(步骤S470：否)，将AC线路电压信号的新电压值存储(在例如ROM 126中)并且用来改变控制信号。作为响应，从控制器120接收该控制信号的PFC控制器130改变提供给固态照明器具240的功率调制控制信号，以便针对改变的电压值进行调整。
虽然本文已经描述并且说明了多个创造性的实施方式，但是本领域的普通技术人员将容易预想到用于执行本文所述的功能并且/或者获得本文所述的结果并且/或者一个或多个优势的各种其他装置和/或结构，并且将每个该变形和/或修改视为落入本文所述的创造性的实施方式的范围中。例如图4-6涉及将AC线路电压确定为可以分别对应于277VAC、230VAC和120VAC的高电压值、中间电压值或低电压值这三个值中的一个值的示例性实施方式。但是在不脱离本发明的教导的范围的前提下，各种附加实施方式可以被配置为确定不同的电压值或电压值范围(例如与277VAC、230VAC和120VAC不同)和/或确定AC线路电压不同数量的电压值(例如多于或少于3个)。
更具体而言，本领域的熟练技术人员将容易意识到本文所述的全部参数、尺寸、材料和配置意味着是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的具体的一个或多个应用。本领域的熟练技术人员将认识到或者能够仅仅使用常规经验确定本文所述的具体创造性的实施方式的等效物。因此要理解，仅仅通过示例的方式给出前述实施方式，并且在所附权利要求及其等效物的范围中可以用与具体所述和所要求的方式不同的方式来实施创造性的实施方式。本发明的公开的创造性的实施方式涉及本文所述的每个独立的特征、系统、物品、材料、工具和/或方法。另外，如果两个或多个该特征、系统、物品、材料、工具和/或方法不互相矛盾，则两个或多个该特征、系统、物品、材料、工具和/或方法的任意组合也包括在本发明的公开的创造性的范围中。
应该将本文所定义并且使用的全部定义理解为支配字典定义、通过参考的方式合并的文献中的定义和/或所定义的术语的常规意思。
应该将在本文的说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”和“一个”理解为意味着“至少一个”，除非明确指示不是这样。
应该将在本文的说明书和权利要求中使用短语“和/或”理解为意味着通过其来结合的元素中的“任意一个或两个”，即在一些情况中元素结合出现并且在其他情况中元素分别出现。可以以相同的方式解释将用“和/或”罗列的多个元素，即如此结合的“一个或多个”元素。除了由“和/或”从句所具体识别的元素之外，还可以可选择地出现其他元素，而不管其他与具体识别的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性的示例，当结合开放式结束语句如“包括”来使用对于“A和/或B”的参考时，在有关实施方式中可以推断仅有A(可选择地包括除了B之外的元素)；在另一个实施方式中仅有B(可选择地包括除了A之外的元素)；在另一个实施方式中包括A和B两者(可选择地包括其他元素)等。
应该将说明书和权利要求中所使用的“或”理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的意思。例如，当用“或”或“和/或”来分开列表中的项时，应该将“或”或“和/或”理解为是包容性的，即包括至少一个但还包括大量或一系列元素中的多个，并且可选择地附加的未列出的项。当“由......构成”使用在权利要求中时是指确切地包括大量或一系列元素中的一个，除非明确说明相反的指示，如“仅一个”或“刚好一个”。整体而言，当本文所使用的术语“或”之前有排他性的术语如“任意一个”、“一个”、“其中一个”或“刚好一个”时，应该将其理解为指示互斥的可选项(即“一个或另一个而不是两个”)。当“本质上由......构成”使用在权利要求中时，其应该具有如在专利法的领域中所使用的常规意义。
应该将说明书和权利要求中对一个或多个元素的列表的参考所使用的短语“至少一个”理解为意味着从该元素列表中的任意一个或多个元素所选择的至少一个元素，但没必要包括在该元素列表之中具体列出的每个元素，并且不排除该元素列表中的元素的任意组合。该定义还允许该元素可以选择性地出现除了短语“至少一个”所涉及的元素列表之中所具体识别的元素之外的元素，不管该元素与具体识别的元素是相关还是无关。因此，作为非限制性的示例，“A和B中的至少一个”(或等效地“A或B中的至少一个”或等效地“A和/或B中的至少一个”)在该实施方式中可以是指至少一个，选择性地包括多于一个，有A没B(并且选择性地包括除了B之外的元素)，在另一个实施方式中是指至少一个，选择性地包括多于一个，有B没A(并且选择性地包括除了A之外的元素)，在另一个实施方式中是指至少一个，选择性地包括多于一个，A和至少一个，选择性地包括多于一个，B(并且选择性地包括其他元素)等。
还应该理解，在本文所要求的包括多个步骤或动作的方法中，该方法的步骤或动作的次序不必要受到所阐述的方法的步骤或动作的次序的限制，除非明确做出相反的指示。并且，仅仅为了方便起见而在权利要求中提供了附图标记并且不是意味着以任何方式来限制权利要求。
最后，在权利要求中以及在以上说明书中应该将诸如“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由......组成”之类的全部词语理解为开发性的，即意味着包括但不限于。仅有词语“由......构成”和“基本由......构成”应该分别是封闭式的或半封闭的词语。

Claims (20)

1.一种向由AC线路电压供电的固态照明器具提供通用电压输入的方法，所述方法包括：
将与线路电压相对应的模拟电压信号转换成指示线路电压的波形的多个数字值(S312)；
使用多个数字值的选择值来计算与所述波形的上升沿相对应的多个斜率(S453)；并且
基于计算的斜率确定所述线路电压的值(S458)。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
生成具有与所述线路电压的确定的值相对应的脉冲宽度的脉冲宽度调制(PWM)控制信号，其中，响应于所述PWM控制信号来控制提供给所述固态照明器具的电流以维持恒定的功率。
3.如权利要求1所述的方法，其中，计算每个斜率包括：
识别所述波形的对应的上升沿的选择值；并且
确定所识别的选择值的相邻的选择值之间的差异。
4.如权利要求3所述的方法，其中，指示所述线路电压的值为大约230VAC的计算的斜率比指示所述线路电压的值为大约120VAC的计算的斜率更陡。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
识别与所述波形的波峰相对应的多个数字值中的最大数字值；并且
在计算与所述波形的上升沿相对应的斜率之前，将所述最大数字值与多个预定电压阈值进行比较。
6.如权利要求5所述的方法，还包括：
当所述最大数字值超过第一电压阈值时，确定所述线路电压的值是大约277VAC。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
当所述最大数字值超过第二电压阈值时，确定所述线路电压的值是在大约220VAC到大约240VAC的范围中，所述第二电压阈值低于所述第一电压阈值。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
当所述最大数字值不超过所述第一电压阈值或所述第二电压阈值时，根据与所述波形的上升沿相对应的计算的斜率，确定所述线路电压的值是大约230VAC或大约120VAC中的一个。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
从存储器获取所述线路电压的以前的值；并且
至少当计算与所述波形的上升沿相对应的斜率时，根据所述线路电压的以前的值来控制所述固态照明器具。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：
识别所述线路电压的波形的频率；并且
基于所识别频率以及所述计算的斜率，确定所述线路电压的值。
11.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述计算的斜率确定所述线路电压的值包括：
将每个计算的斜率与参考标准进行比较，以确定所述计算的斜率是否与所述线路电压的120VAC的值相关联；
当所述计算的斜率被确定为与所述线路电压的120VAC的值相关联时，递增120VAC计数器；
当所述计算的斜率被确定为不与所述线路电压的120VAC的值相关联时，递增230VAC计数器；
其中，当所述230VAC计数器超过预定阈值时将所述线路电压的值确定为是大约230VAC，并且当所述230VAC计数器未超过所述预定阈值时将所述线路电压的值确定为是大约120VAC。
12.一种用于向具有多个发光二极管(LED)的固态照明器具提供通用电压输入的设备，所述设备包括：
模数转换器(122)，被配置为接收与具有波形的AC线路电压信号相对应的模拟电压信号，并且将所述模拟电压信号转换成指示所述波形的数字值；以及
处理器(124)，被配置为执行算法，所述算法用于读取由所述模数转换器提供的与所述波形的上升沿相对应的选择数字值，基于所述选择数字值计算斜率，并且基于计算的斜率确定所述线路电压的值。
13.如权利要求12所述的设备，还包括：
脉冲宽度调制(PWM)生成器，其被配置为生成具有与所述线路电压的确定的值相对应的脉冲宽度的PWM控制信号。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述PWM控制信号的脉冲宽度与所述线路电压的确定的值成反比。
15.如权利要求13所述的设备，还包括：
功率因数校正(PFC)控制器，其被配置为接收所述PWM控制信号并且生成功率调制控制信号，该功率调制控制信号用于基于接收的PWM控制信号来控制所述多个LED的开启时间和关闭时间的长度。
16.如权利要求13所述的设备，还包括：
存储器，其被配置为存储所述线路电压的以前确定的值，其中，所述PWM生成器还被配置为至少在所述处理器执行所述算法以基于所述计算的斜率确定所述线路电压的值时，生成与所述线路电压的所存储以前确定的值相对应的具有初始脉冲宽度的所述PWM控制信号。
17.如权利要求12所述的设备，其中，所述处理器还被配置为：识别由所述模数转换器提供的、与所述波形的波峰相对应的最大数字值；并且在读取与所述波形的上升沿相对应的所述选择数字值之前，将所述最大数字值与多个电压阈值进行比较。
18.如权利要求12所述的设备，还包括：
分压器电路，其被配置为接收所述AC线路电压并且基于所接收AC线路电压信号向所述模数转换器提供所述模拟电压信号，其中，所述模拟电压信号包括DC电压信号。
19.一种存储可由计算机处理器执行的、用于向由AC线路电压供电的固态照明器具提供通用电压输入的程序的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：
接收代码段，用于接收指示线路电压的波形的多个数字值(S451)；
计算代码段，用于使用所述多个数字值的选择值来计算与所述波形的上升沿相对应的多个斜率(S453)；
确定代码段，用于基于计算的斜率确定所述线路电压的值(S458)；以及
控制信号代码段，用于基于所述线路电压的确定的值调整控制信号(S381)，所述控制信号调整提供给所述固态照明器具的功率。
20.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中，所述控制信号包括具有与所述线路电压的确定的值相对应的脉冲宽度的脉冲宽度调制(PWM)控制信号。
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