CN102907175B - 用于检测和校正不恰当调光器操作的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于检测和校正包括固态照明负载的照明系统的不恰当操作的方法。该方法包括：检测调光器的相位角的第一和第二值，调光器连接到驱动固态照明负载的功率转换器，第一和第二值对应于输入市电电压信号的连续半周期；并且确定在第一与第二值之间的差值。当差值大于差值阈值从而指示输入市电电压信号的不对称波形时，实施选择的校正动作。

Description

用于检测和校正不恰当调光器操作的方法和装置

技术领域

本发明大体上涉及固态照明灯具的控制。更具体而言，这里公开的各种发明方法和装置涉及检测和校正包括固态照明负载的照明系统中的调光器的不恰当操作。

背景技术

数字或者固态照明技术、即基于半导体光源如发光二极管(LED)的照射赋予一种对传统荧光灯、高强度放电(HID)灯和白炽灯的可行替代。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、更低操作成本以及许多其它优点和益处。LED技术的近来发展已经提供在许多应用中实现多种照明效果的高效和稳健全谱照明源。

例如如在第6,016,038和6,211,626号美国专利中具体讨论的那样，体现这些源的一些灯具以照明模块为特征，该照明模块包括能够产生白光和/或不同颜色、比如红色、绿色和蓝色的光的一个或者多个LED以及用于独立控制LED的输出以便生成多种颜色和变色照明效果的控制器或者处理器。LED技术包括线路电压供电的发光体、比如可从PhilipsColorKinetics获得的ESSENTIALWHITE系列。这样的发光体可以使用后沿调光器技术、比如用于120VAC或者220VAC线路电压(或者输入市电电压)的电气低电压(ELV)型调光器来可调。

许多照明应用利用调光器。常规调光器与白炽(灯泡和卤素)灯一起良好工作。然而与其它类型的电子灯出现问题，这些电子灯包括紧凑荧光灯(CFL)、使用电子变压器的低电压卤素灯和固态照明(SSL)灯、比如LED和OLED。具体而言，可以使用与在输入具有功率因子校正(PFC)电路的负载一起充分工作的特殊调光器、比如ELV型调光器或者电阻-电容(RC)调光器对使用电子变压器的低电压卤素灯调光。

常规调光器通常对输入市电电压信号的每个波形的部分斩波并且向照明灯具传递波形的其余部分。前沿或者前向相位调光器对电压信号波形的前沿斩波。后沿或者反向相位调光器对电压信号波形的后沿斩波。电子负载、比如LED驱动器通常与后沿调光器一起工作更好。

与对相位切割调光器产生的斩波正弦波自然地响应而无误差的白炽和其它电阻照明设备不同，LED和其它固态照明负载可能在放置于这样的相位斩波调光器上时引起大量问题、比如低端漏接、三端双向可控硅开关元件误激发、最小负载问题、高端闪烁和光输出的大阶跃。一些问题包括在照明系统的部件、比如相位斩波调光器和固态照明负载驱动器(例如功率转换器)之间的兼容性并且表现对应征兆，这些征兆造成光输出的所不希望的闪烁。闪烁通常是由在波形不对称的整流输入市电电压信号的斩波正弦波之中缺乏统一性引起的。

例如图1A示出了向相位斩波调光器输入的未整流输入市电电压信号的波形，其中未整流输入市电电压信号具有定期出现的正和负半周期。图1B示出了从调光器输出的整流输入市电电压信号的斩波波形，其中调光水平如调光器滑块的相对位置指示的那样约为50％。更具体而言，图1B示出了如下场景，在该场景中，调光器和固态照明负载驱动器正确工作、并因此提供与正和负半周期对应的基本上统一的整流斩波正弦波形。也就是说，调光整流输入市电电压信号具有未整流输入市电电压的正和负半周期二者的对称斩波。

对照而言，图1C示出了从调光器输出的整流输入市电电压信号的斩波波形，其中调光器和固态照明负载驱动器不正确工作、并因此提供不统一的整流斩波正弦波形。也就是说，调光整流输入市电电压信号具有未整流输入市电电压的正和负半周期的不对称斩波。整流输入市电电压信号的斩波波形的这一不对称呈现在固态照明负载造成光输出的闪烁。

不恰当操作可以由多个可能问题造成。一个问题是穿过调光器的内部开关的负载电流不足。调光器基于经过固态照明负载的电流获得它的内部定时信号。由于固态照明负载可以是白炽负载的小部分，所以经过调光器汲取的电流可能不足以保证校正内部定时信号的操作。另一问题在于调光器可以经由经过负载汲取的电流获得它的内部功率供应，该功率供应保持它的内部电路操作。当负载不足时，调光器的内部功率供应可能取消从而引起波形的不对称。

因此，在本领域中需要检测照明系统部件、比如调光器和/或固态照明负载驱动器的不恰当操作并且标识和实施校正动作以校正不恰当操作和/或去除供给固态照明负载的功率从而消除所不希望的效果、比如光闪烁。

发明内容

本公开内容涉及用于检测固态照明系统的由输入市电电压信号的正和负半周期的不对称指示的不正确操作并且有选择地实施校正动作的发明方法和设备。

一般而言，在一个方面中，本发明涉及一种用于检测和校正包括固态照明负载的照明系统的不恰当操作的方法。该方法包括：检测调光器的相位角的第一和第二测量，调光器连接到驱动固态照明负载的功率转换器，第一和第二测量对应于输入市电电压信号的连续半周期；并且确定在第一与第二测量之间的差值。当差值大于差值阈值从而指示输入市电电压信号的不对称波形时实施选择的校正动作。

在另一方面中，一般而言，本发明着重于一种用于控制向固态照明负载递送的功率的系统，该系统包括调光器、功率转换器和相位角检测电路。调光器连接到市电电压并且配置成可调地调光固态照明负载的光输出。功率转换器被配置成响应于源于市电电压的整流输入电压信号来驱动固态照明负载。相位角检测电路被配置成检测具有输入电压信号的连续半周期的调光器的相位角、确定在连续半周期之间的差值并且当差值大于差值阈值从而指示输入电压信号的不对称波形时实施校正动作。

在又一方面中，本发明涉及一种用于消除来自LED光源的光输出的闪烁的方法，LED光源由功率转换器响应于相位斩波调光器来驱动。该方法包括：通过测量输入电压信号的半周期来检测调光器相位角；比较连续半周期以确定半周期差值；并且比较半周期差值与预定差值阈值，其中半周期差值少于差值阈值指示输入电压信号的波形对称，并且半周期差值大于差值阈值指示输入电压信号的波形不对称。当半周期差值大于差值阈值时实施校正动作。

如这里出于本公开内容的目的而使用的那样，术语“LED”应当理解为包括能够响应于电信号来生成辐射的任何电致发光二极管或者其它类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流来发射光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等。具体而言，术语LED指代可以配置成在红外线光谱、紫外线光谱和可见光谱的各种部分(一般包括从近似400纳米至近似700纳米的辐射波长)中的一个或者多个光谱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的一些例子包括但不限于各种类型的红外线LED、紫外线LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED(下文进一步讨论)。也应当理解LED可以被配置和/或控制成生成针对给定的光谱(例如窄带宽、宽带宽)具有各种带宽(例如半高全宽或者FWHM)并且在给定的通用色分类内具有多种主导波长的辐射。

例如配置成生成实质上白光的LED(例如LED白色照明灯具)的一个实施方式可以包括分别发射不同电致发光光谱的多个管芯，这些电致发光光谱组合地混合以形成实质上白光。在另一实施方式中，LED白色照明灯具可以与将具有第一光谱的电致发光转换成不同的第二光谱的磷光体材料关联。在这一实施方式的一个例子中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料，该”磷光体材料又辐射具有有些更宽光谱的更长波长辐射。

也应当理解术语LED未限制LED的物理和/或电气封装类型。例如如上文讨论的那样，LED可以指代具有多个管芯的单个发光设备，这些管芯被配置成分别发射不同辐射光谱(可以例如独立或者不独立可控)。LED也可以与视为LED(例如一些类型的白光LED)的组成部分的磷光体关联。一般而言，术语LED可以指代封装LED、非封装LED、表面装配LED、板上芯片LED、T封装装配LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某一类型的装箱和/或光学元件(例如扩散透镜)的LED等。

术语“光源”应当理解为指代多种辐射源中的任何一个或者多个辐射源，这些辐射源包括但不限于基于LED的源(包括如上文定义的一个或者多个LED)、白炽源(例如灯丝灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如钠蒸汽、汞蒸气和金属卤素灯)、激光器、其它类型的电致发光源、火致发光源(例如火焰)、烛致发光源(例如汽灯罩、碳电弧辐射源)、光致发光源(例如气态放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、化学电流发光源、晶体发光源、动致发光源、热致发光源、摩擦发光源、声纳发光源、放射发光源和发光聚合物。

术语“照明灯具”这里用来指代一个或者多个照明单元在具体外型规格、组件或者封装中的实施方式或者布置。术语“照明单元”这里用来指代包括相同或者不同类型的一个或者多个光源的装置。给定的照明单元可以具有多种用于光源的装配布置、罩/壳布置以及形状和/或电气和机械连接配置中的任一项。此外，给定的照明单元可以可选地与光源的操作有关的各种其它部件(例如控制电路)关联(例如包括和/或耦合到这些部件和/或与这些部件一起封装)。“基于LED的照明单元”指代如下照明单元，该照明单元包括单独的如上文讨论的一个或者多个基于LED的光源，或者该一个或者多个基于LED的光源与其它非基于LED的光源的组合。“多通道”照明单元指代包括至少两个光源的基于LED或者非基于LED的照明单元，该至少两个光源被配置成分别生成不同辐射光谱，其中每个不同源光谱可以称为多通道照明单元的“通道”。

术语“控制器”这里一般用来描述与一个或者多个光源的操作有关的各种装置。可以用多种方式(如比如用专用硬件)实施控制器以执行这里讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个例子，该控制器运用可以使用软件(例如微代码)来编程以执行这里讨论的各种功能的一个或者多个微处理器。控制器可以运用或者不用处理器来实施并且也可以实施为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其它功能的处理器(例如一个或者多个编程的微处理器和关联电路)的组合。可以在本公开内容的各种实施例中运用的控制器部件的例子包括但不限于常规微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方式中，处理器和/或控制器可以与一个或者多个存储介质(这里通称为“存储器”、例如易失性和非易失性计算机存储器、比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读储存器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)、通用串行总线(USB)驱动、软盘、紧致盘、光盘、磁带等)关联。在一些实施方式中，存储介质可以用一个或者多个程序来编码，该程序在一个或者多个处理器和/或控制器上被执行时执行这里讨论的功能中的至少一些功能。各种存储介质可以固定于处理器或者控制器内或者可以是可移植的，从而存储于其上的一个或者多个程序可以加载到处理器或者控制器中以便实施这里讨论的本发明的各种方面。术语“程序”或者“计算机程序”这里在通用意义上用来指代可以用来对一个或者多个处理器或者控制器编程的任何类型的计算机代码(例如软件或者微代码)。

应当理解，设想下文更具体讨论的前述概念和附加概念的所有组合(假设这样的概念未互不一致)作为这里公开的发明主题内容的一部分。具体而言，设想在本公开内容的篇尾出现的要求保护的主题内容的所有组合作为这里公开的发明主题内容的部分。也应当理解，应当向也可以在通过引用而结合的任何公开内容中出现的这里明确运用的术语赋予与这里公开的具体概念最一致的含义。

附图说明

在附图中，相似标号贯穿不同的视图通常指代相同或者相似部分。附图也未必按比例、而是通常将重点放于图示本发明的原理。

图1A-1C示出了具有对称和不对称半周期的未整流波形和斩波整流波形。

图2是示出了根据一个代表性实施例的可调光照明系统的框图。

图3A和3B示出了根据一个代表性实施例的来自调光器的不对称半周期的采样波形和对应数字脉冲。

图4是示出了根据一个代表性实施例的检测和校正可调光照明系统的不恰当操作的过程的流程图。

图5是示出了根据一个代表性实施例的标识和实施校正动作的过程的流程图。

图6是示出了根据一个代表性实施例的用于照明系统的控制电路的电路图。

图7A-7C示出了根据一个代表性实施例的调光器的采样波形和对应数字脉冲。

图8是示出了根据一个代表性实施例的检测相位角的过程的流程图。

具体实施方式

在下文具体描述中，出于说明而非限制的目的，阐述公开具体细节的代表性实施例以便提供对本教导的透彻理解。然而，已经受益于本公开内容的本领域普通技术人员将清楚，脱离这里公开的具体细节的、根据本教导的其它实施例仍然在所附权利要求的范围内。另外可以省略对公知装置和方法的描述以免模糊对代表性实施例的描述。这样的方法和装置清楚地在本教导的范围内。

一般而言，希望无论调光器如何设置都具有来自固态照明负载、比如LED光源的稳定光输出而例如无输出光水平的闪烁或者失控波动。申请人已经认识和理解提供一种能够检测和校正调光器引起的各种问题的电路以及一种固态照明负载和驱动固态照明负载的对应功率转换器将是有益的。在各种实施例中，可以通过标识例如由于在电子变压器或者功率转换器与相位斩波调光器之间的交互所致的正和负市电半周期的不对称来检测问题。

鉴于前文，本发明的各种实施例和实施方式涉及一种用于通过数字检测和测量调光器的相位角并且在连续测量(例如分别对应于正和负半周期)之间的差值超过预定阈值从而指示不对称相位斩波来检测和校正正和负市电半周期的不对称所引起的固态照明灯具的不恰当操作的电路和方法。

图2是示出了根据一个代表性实施例的可调光照明系统的框图。参照图2，照明系统200包括根据市电电压201提供(调光)整流电压Urect的调光器204和整流电路205。根据各种实施方式，市电电压201可以提供不同未整流输入市电电压、比如100VAC、120VAC、230VAC和277VAC。调光器204例如是相位斩波调光器，该相位斩波调光器通过响应于对它的滑块204a的竖直操作对来自市电电压201的电压信号波形的后沿(后沿调光器)或者前沿(前沿调光器)斩波来提供调光能力。出于讨论的目的，假设调光器204是后沿调光器。

一般而言，整流电压Urect的幅值与调光器204设置的相位角或者调光水平平成比例，从而与更低调光器设置对应的相位角造成更低整流电压Urect并且反之亦然。在描绘的例子中，可以假设滑块204a下移以降低相位角从而减少固态照明负载240的光输出量而上移以增加相位角从而增加固态照明负载240的光输出量。因此，最少调光出现于滑块204a在最高位置时(如图2中所示)，并且最多调光出现于滑块204a在它的最低位置时。

照明系统200还包括调光器相位角检测电路210和功率转换器220。相位角检测电路210包括下文讨论的微控制器或者其它控制器并且被配置成基于整流电压Urect确定或者测量代表性性的调光器204的相位角(调光水平)的值。相位角检测电路210也比较与整流电压Urect的正和负半周期对应的检测的相位角值，并且如果正和负半周期的比较指示照明系统200不恰当操作则实施校正动作。例如检测的相位角可以用作软件算法的输入以确定整流电压Urect的斩波波形被对称(例如如图1B中所示)或者不对称斩波(如图1C中所示)。换而言之，确定斩波波形是否对称或者不对称。不对称斩波指示例如包括调光器204和功率转换器220的调光器-驱动器系统的问题。在各种实施例中，相位角检测电路210还可以被配置成使用经由控制线路229的功率控制信号至少部分基于检测的相位角来动态调整功率转换器220的操作点。

一般而言，可以通过检测相位角检测电路210生成的相位角检测脉冲的从正半周期到负半周期的大量长度差值来检测斩波波形的不对称。例如图3A和3B示出了根据一个代表性实施例的与整流电压Urect的正和负半周期对应的来自调光器204和整流电路205的斩波波形以及相位角检测电路210生成的相关数字脉冲。如图3B中所示，第二数字脉冲332b的长度明显小于第一数字脉冲331b的长度，从而指示负半周期波形332a比紧接在前的正半周期波形331a(如图3A所示)被更大量斩波。

通常当用户通过调整滑块204a来手动操作调光器204时，结果对在正与负半周期之间的差值具有很缓慢和逐渐的影响。因此，如例如图3A和3B中所示从一个周期到另一周期的更急剧改变可区别为不恰当操作。在一个实施例中，可以例如基于经验测量来建立差值阈值，该阈值指示在正与负半周期之间的可容许差值的上限。例如差值阈值可以是闪烁基于不对称波形而开始出现时的点。如下文关于图4讨论的那样，相位角检测电路210(例如使用微控制器或者其它控制器)可以比较在正和负半周期的数字脉冲之间的差值与差值阈值并且在差值超过差值阈值时标识出现不恰当操作。

由于不对称波形是多个潜在问题的征兆，所有这些问题造成来自固态照明负载240的光输出的所不希望的闪烁，所以可以在相位角检测电路210的控制之下尝试不同校正动作或者方法以校正问题。例如相位角检测电路210可以以与固态照明负载240并联地将电阻泄放电路(在图2中未示出)接入，从而与固态照明负载240一起汲取额外电流、由此将负载增加至用于调光器204操作的足够的最小值。如果这一动作未校正闪烁或者根本问题，则可以尝试其它校正动作。可以按照例如从最可能到最不可能成功的预定优先级顺序尝试校正动作直至校正动作之一起作用。然而如果无校正动作起作用，则相位角检测电路210可以使用经由控制线路229发送的功率控制信号来简单地关停功率转换器220，因为没有光可以比闪烁光更合乎需要。例如相位角检测电路210可以控制功率转换器220不向固态照明负载240递送电流或者可以使功率转换器220关停。

功率转换器220接收来自整流电路205的整流电压Urect和经由控制线路229的功率控制信号，并且输出用于向固态照明负载240供电的对应DC电压。一般而言，功率转换器220至少基于整流电压Urect的幅值和从相位角检测电路210接收的功率控制信号的值在整流电压Urect与DC电压之间转换。功率转换器220输出的DC电压因此反映整流电压Urect和调光器204应用的调光器相位角。在各种实施例中，功率转换器220如例如在通过引用而结合于此、Lys的第7,256,554号美国专利中描述的那样以开路或者前馈方式操作。

在各种实施例中，功率控制信号可以是例如根据所选占空比在高水平与低水平之间交替的脉宽调制(PWM)信号。例如功率控制信号可以具有与调光器204的最大接通时间(高相位角)对应的高占空比(例如100％)和与调光器204的最小接通时间(低相位角)对应的低占空比(例如0％)。当在最大与最小相位角之间设置调光器204时，相位角检测电路210确定功率控制信号的与检测的相位角具体对应的占空比。

图4是示出了根据一个代表性实施例的检测可调光照明系统的不恰当操作的过程的流程图。该过程例如可以由图2中所示相位角检测电路210(或者下文讨论的图6的微控制器615)执行的固件和/或软件实施。

出于说明的目的而可以假设图4在照明系统200上电时开始于块S410。在块S410中，存在在整流输入市电电压Urect达到稳态之时的延迟。在延迟之后，在块S420中确定和保存相位角的初始值为先前半周期水平。例如可以根据下文参照块S430讨论的过程通过简单地检测相位角来确定相位角的初始值。备选地，可以根据其它过程确定或者可以从存储先前确定的相位角的存储器、例如从照明系统200的先前操作中取回相位角的初始值而未脱离本教导的范围。

在块S430指示的过程中，相位角检测电路210检测相位角以便确定或者测量相位角的另一个值。在各种实施例中，例如根据下文参照图6-8讨论的算法通过获得与整流输入市电电压Urect的每个斩波波形对应的数字脉冲来检测相位角。因此如图3A和3B所示针对每个正半周期和负半周期生成数字脉冲。当然可以根据其它过程确定相位角的值而未脱离本教导的范围。

在块S440中保存检测的相位角为当前半周期水平。先前半周期水平和当前半周期水平可以存储于存储器中。例如，如下文参照图6讨论的那样，存储器可以是相位角检测电路210的外部存储器或者内部存储器和/或包括在相位角检测电路210中的微控制器或者其它控制器。在各种实施例中，先前半周期水平和当前半周期水平的值可以用来填充表或者可以保存于关系数据库中用于比较，但是可以并入存储先前半周期水平和当前半周期水平的其它装置而未脱离本教导的范围。也在各种实施例中，在块S430中检测的相位角的值可以由相位角检测电路210用来生成功率控制信号，该功率控制信号提供给功率控制器220以设置功率控制器220的操作点从而实现基于各种其它控制标准对固态照明负载240的光输出的进一步控制。

在块S450中例如通过从先前半周期水平减去当前半周期水平或者相反来确定在当前半周期水平与先前半周期水平之间的差值ΔDim。然后在块S460中比较差值ΔDim与预定差值阈值ΔThreshold以确定波形是否不对称，从而例如指示在调光器204与功率转换器220之间的不兼容或者调光器204和/或功率转换器220的不恰当操作。当差值ΔDim大于阈值ΔThreshold(块S460：是)从而指示不对称波形时，执行块S480指示的过程以便标识和实施适当校正动作以解决引起不对称波形的问题。下文参照图5具体描述这一过程。当差值ΔDim不大于阈值ΔThreshold(块S460：否)从而指示基本上对称波形时，在块S470中简单地保存当前半周期水平为先前半周期水平。该过程然后返回到块S430以再次确定相位角，并且重复块S440-S480指示的过程。

图5是示出了根据一个代表性实施例的响应于异步波形检测来标识和实施校正动作的过程的流程图。该过程例如可以由图2中所示相位角检测电路210(或者下文讨论的图6的微控制器615或者其它控制器)执行的固件和/或软件实施。

在各种实施例中，一个或者多个校正动作如果需要则可以用于实施。可以按照从最高到最低优先级的顺序对校正动作排序，其中最高优先级的校正动作是先前确定为最可能成功解决不对称波形的校正动作。排序与待执行的用于实施每个校正动作的对应步骤一起可以存储于存储器中。例如，如下文参照图6讨论的那样，存储器可以是相位角检测电路210的外部存储器或者内部存储器和/或包括在相位角检测电路210中的微控制器或者其它控制器。最高优先级校正动作可以包括与固态照明负载240并联地将电阻泄放电路接入以例如将调光器204的负载增加至足够的最小负载。电阻泄放电路可以包括与开关(例如晶体管)串联连接的电阻以例如有选择地汲取附加电流。如本领域普通技术人员而言所清楚的，一个或者多个附加校正动作的实施方式的优先级可以设置在电阻泄放电路校正动作以下。此外可以对相同校正动作的一个或者多个变形设置优先级。例如可以使用递增增加的电阻值来重复实施电阻泄放电路，直至找到合适的值。

参照图5，在块S581中确定校正动作是否已经积极地就位。当无校正动作就位(块S481：否)时，在块S482中实施最高优先级的校正动作，并且该过程返回到图4的块S470，其中保存当前半周期水平为先前半周期水平。该过程然后返回到块S430以再次确定相位角为当前半周期水平，在块S450和S460中该当前半周期水平与先前半周期水平的后续比较指示在块S482中实施的校正动作是否成功。实际情况中，可以在实施校正动作之后评估一个或者多个半周期以便在作出关于该动作的成功确定之前允许校正动作生效。

再次参照图5，当确定已经有就位的校正动作(块S481：是)时，则在块S483中确定是否有可以尝试的任何剩余校正动作。当有至少一个剩余校正动作(块S483：是)时，在块S485中实施次最高优先级校正动作，并且该过程返回到如上文讨论的图4的块S470。

当无更多校正动作(块483：否)时，在块S486中关停功率转换器220以便消除从固态照明负载240输出的闪烁光或者不恰当操作的其它不利影响。该过程然后返回到图4的块S470，其中即使功率转换器220关停仍然可以重复监视过程。虽然在图4和图5中未示出，但是在各种实施例中，如果在当前与先前半周期水平之间的后续比较指示差值ΔDim降至阈值ΔThreshold以下(这可以响应于例如通过操控滑块204a来进一步调整调光水平而出现)，则可以再次接通功率转换器220。

在各种实施例中，每当照明系统200上电时，功率转换器220接通并且无校正动作就位。换而言之，当照明系统200断电时中断可能已经在照明系统200的先前操作中激活的任何校正动作。类似地，任何使用可用的校正动作却不能校正闪烁从而造成功率转换器220关停的确定不会推进到照明系统200的后续操作中。当然，在替代实施例中，用于关停功率转换器220的校正动作和/或确定可以推进到后续操作中或者以别的方式关于后续操作而被考虑，这未脱离本教导的范围。例如，如果发现特定校正动作充分解决固态照明负载240的光输出闪烁，则可以重新定制可用校正动作的优先级排序，使得成功的校正动作具有最高优先级。

另外，图4描绘了该过程在照明系统200的整个操作中连续发生的一个实施例。然而在替代实施例中，图4的过程可以仅出现于初始启动时段期间，在该时段期间基于相位角的检测值确定在当前半周期水平与先前半周期水平之间的差值ΔDim，并且与差值阈值ΔThreshold比较。如果响应于比较，没有校正动作被标识和实施(即输入市电电压信号的波形对称)，则该过程结束并且照明系统200响应于调光器204来操作而不进一步分析在当前与先前半周期水平之间的差值ΔDim。类似地，如果标识并且成功实施校正动作(即响应于输入市电电压信号的不对称波形)，则该过程结束并且照明系统200响应于调光器204使用校正动作来操作而不进一步分析在当前与先前半周期水平之间的差值ΔDim。按照这一方式，实施校正动作(比如将电阻泄放电路接入)来校正针对操作的剩余部分的问题而未花费附加处理能力以进行进一步校验。

图6是示出了根据一个代表性实施例的用于可调光照明系统的控制电路的电路图，该电路包括相位角检测电路、功率转换器和固态照明灯具。图6的主要部件与图2的主要部件相似，但是根据示例配置而提供关于各种代表性部件的更多细节。当然可以实施其它配置而未脱离本教导的范围。

参照图6，控制电路600包括整流电路605和相位角检测电路610(虚线框)。如上文关于整流电路205讨论的那样，整流电路605连接到调光器以接收(调光)未整流电压，该调光器连接于整流电路605与市电电压之间，这由热调输入和中调输入指示。在描绘的配置中，整流电路605包括连接于整流电压节点N2与接地之间的四个二极管D601-D604。整流电压节点N2接收整流电压Urect并且通过与整流电路605并联连接的输入滤波电容器C615连接到接地。

相位角检测电路610基于整流电压Urect执行相位角检测过程。基于在整流电压Urect的信号波形中存在的相位斩波程度来检测与调光器设置的调光水平对应的相位角。功率转换器620基于整流电压Urect(RMS输入电压)并且在各种实施例中基于相位角检测电路610经由控制线路629提供的功率控制信号来控制LED负载640的操作，该LED负载包括串联连接的代表性LED641和642。这允许相位角检测电路610调整从功率转换器620向LED负载640递送的功率。功率控制信号例如可以是PWM信号或者其它数字信号。在各种实施例中，功率转换器620如例如在通过引用而结合于此的Lys的第7,256,554号美国专利中描述的那样以开路或者前馈方式操作。

在描绘的代表性实施例中，相位角检测电路610包括微控制器615，该微控制器使用整流电压Urect的信号波形以确定相位角。微控制器615包括连接于第一二极管D611与第二二极管D612之间的数字输入618。第一二极管D611具有连接到数字输入618的正极和连接到电压源Vcc的负极，并且第二二极管D612具有连接到接地的正极和连接到数字输入618的负极。微控制器615也包括数字输出619。

在各种实施例中，例如微控制器615可以是可从MicrochipTechnology，Inc.获得的PIC12F683并且功率转换器620可以是可从STMicroelectronics获得的L6562，但是可以包括其它类型的微控制器、功率转换器或者其它处理器和/或控制器而未脱离本教导的范围。例如微控制器615的功能可以由一个或者多个处理器和/或控制器实施，该处理器和/或控制器如上文讨论的那样连接成接收在第一与第二二极管D611与D612之间的数字输入并且可以使用(例如存储于存储器中的)软件或者固件来编程以执行这里描述的各种功能，或者可以实施为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其它功能的处理器(例如一个或者多个编程的微处理器和关联电路)的组合。如上文讨论的那样，可以在各种实施例中运用的控制器部件的例子包括但不限于常规微处理器、微控制器、ASIC和FPGA。

相位角检测电路610还包括各种无源电子部件、比如第一和第二电容器C613和C614以及代表性的第一和第二电阻器R611和R612指示的电阻。第一电容器C613连接于微控制器615的数字输入618与检测节点N1之间。第二电容器C614连接于检测节点N1与接地之间。第一和第二电阻器R611和R612串联连接于整流电压节点N2与检测节点N1之间。在描绘的实施例中，例如第一电容器C613可以具有约560pF的值并且第二电容器C614可以具有约10pF的值。也例如第一电阻器R611可以具有约1兆欧姆的值并且第二电阻器R612可以具有约1兆欧姆的值。然而如本领域普通技术人将清楚的那样，第一和第二电容器C613和C614以及第一和第二电阻器R611和R612的相应值可以变化以针对任何特定情形提供独有益处或者满足各种实施方式的专用设计要求。

整流电压Urect被AC耦合到微控制器615的数字输入618。第一电阻器R611和第二电阻器R612限制进入数字输入618的电流。当整流电压Urect的信号波形变高时，经过第一和第二电阻器R611和R612在上升沿上对第一电容器C613充电。例如在对第一电容器C613充电之时第一二极管D611将数字输入618钳位于在电压源Vcc以上的一个二极管电压降。只要信号波形不为零，第一电容器C613保持充电。在整流电压Urect的信号波形的下降沿上，第一电容器C613经过第二电容器C614放电，并且数字输入618由第二二极管D612钳位至在接地以下的一个二极管电压降。当使用后沿调光器时，信号波形的下降沿对应于波形的斩波部分的开始。只要信号波形为零，第一电容器C613保持放电。因而在数字输入618的所得逻辑电平数字脉冲紧紧地跟随斩波整流电压Urect的移动，在图7A-7C中示出了它们的例子。

更具体而言，图7A-7C示出了根据代表性实施例的采样波形和在数字输入618的对应数字脉冲。每幅图中的上部波形描绘斩波整流电压Urect，其中斩波量反映调光水平。例如波形可以描绘在调光器的输出出现的全170V(或者对于欧盟为340V)峰值整流正弦波的部分。下部方形波形描绘在微控制器615的数字输入618所见的对应数字脉冲。显然每个数字脉冲的长度对应于斩波波形、因此等于调光器接通时间(例如调光器的内部开关为“接通”的时间量)。通过经由数字输入618接收数字脉冲，微控制器615能够确定调光器已经设置成的水平。

图7A示出了当调光器在它的由波形旁边示出的调光器滑块的顶部位置指示的大约最大设置时的整流电压Urect和对应数字脉冲的采样波形。图7B示出了当调光器在由波形旁边示出的调光器滑块的中间位置指示的中等设置时的整流电压Urect和对应数字脉冲的采样波形。图7C示出了当调光器在它的由波形旁边示出的调光器滑块的底部位置指示的大约最小设置时的整流电压Urect和对应数字脉冲的采样波形。

图8是示出了根据一个代表性实施例的检测调光器的相位角的过程的流程图。该过程可以由图6中所示微控制器615或者更一般为处理器或者控制器(例如图2中所示相位角检测电路210)执行的固件和/或软件实施。

在图8的块S821中，例如通过第一电容器C613的初始充电来检测输入信号的数字脉冲的上升沿(例如由图7A-7C中的下部波形的上升沿指示)。例如在微控制器615的数字输入618的采样在块S822中开始。在描绘的实施例中，对信号数字地采样持续以与恰好在市电半周期之下相等的预定时间。每当对信号采样时，在块S823中确定采样是否具有高电平(例如数字“1”)或者低电平(例如数字“0”)。在描绘的实施例中，在块S823中进行比较以确定采样是否为数字“1”。当采样为数字“1”(块S823：是)时，在块S824中递增计数器，并且当采样不是数字“1”(块S823：否)时，在块S825中插入少量延迟。插入该延迟使得(例如微控制器615的)时钟周期的数目无论确定采样为数字“1”还是数字“0”都相等。

在块S826中确定是否已经对整个市电半周期采样。当市电半周期未完成(块S826：否)时，该过程返回到块S822以再次在数字输入618对信号采样。当市电半周期完成(块S826：是)时，采样停止并且在块S827中标识在块S824中积累的计数器值为相位角的当前值并且计数器重置成零。计数器值可以存储于存储器中，上文讨论了该存储器的例子。微控制器615然后可以等待下一上升沿以再次开始采样。例如可以假设微控制器615在市电半周期期间取得255个采样。当调光器相位角由滑块设置于它的范围的最高(例如如图7A中所示)时，计数器将在图8的块S824中递增至约255。当调光器相位角由滑块设置于它的范围的最低(例如如图7C中所示)时，计数器将在块S824中递增至仅约为10或者20。当调光器相位角设置于它的范围的中间某处(例如如图7B中所示)时，计数器将在块S824中递增至约为128。计数器的值因此向微控制器615给予调光器已经设置成的水平或者调光器的相位角的准确指示。在各种实施例中，例如微控制器615可以使用计数器值的预定函数来计算相位角的值，其中如本领域普通技术人员将清楚的那样，该函数可以变化以便针对任何特定情形提供独有益处或者满足各种实施方式的专用设计要求。

再次参照图6，微控制器615也可以被配置成如上文参照图4和图5讨论的那样检测调光器(未示出)和/或功率转换器620的使LED负载640输出闪烁光的不恰当操作并且标识和实施校正动作。在描绘的例子中，控制电路600包括代表性的电阻泄放电路650，该电路出于说明的目的而假设为最高优先级的校正动作。电阻泄放电路650包括与描绘为晶体管651的开关串联连接的电阻器652。示出了晶体管651例如为场效应晶体管(FET)、比如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者砷化镓场效应晶体管(GaAsFET)，但是可以并入在本领域普通技术人员的眼界内的其它类型的FET和/或其它类型的晶体管而未脱离本教导的范围。

晶体管651的栅极经由控制线路659连接到微控制器615。因此，微控制器615有选择地能够接通晶体管651以便将电阻泄放电路650切换进来(例如根据图5的块S482)而关断晶体管651以将电阻泄放电路650切换出去以例如实施次最高优先级的校正动作(例如根据图5的块S485)。当晶体管651接通时，电阻器R652的电阻与LED负载640并联连接以汲取附加电流并且增加调光器的负载。也如上文讨论的那样，当包括实施电阻泄放电路650的校正动作未成功时，微控制器615可以被配置成例如经由控制线路629关停功率转换器620。此外，微控制器615可以被配置成执行一个或者多个附加控制算法以使用经由控制线路629的功率控制信号至少部分基于检测的相位角来动态调整功率转换器620的操作点。

一般而言，设想保证闪烁不因在驱动器(例如功率转换器)与相位斩波调光器之间的不兼容而出现于固态照明灯具的光输出中。根据各种实施例，一种过程检测不恰当操作、尝试校正它并且如果尝试的校正未解决不恰当操作则关断固态照明灯具的光输出(例如通过关停功率转换器)。因而可以消除闪烁并且功率转换器能够与各种不同调光器一起工作而不受潜在不兼容的限制。

在各种实施例中，相位角检测电路210和/或微控制器615的功能例如可以由硬件、固件或者软件架构的任何组合所构造的一个或者多个处理电路实施并且可以包括它自己的存储器(例如非易失性存储器)，该存储器用于存储允许它执行各种功能的可执行软件/固件可执行代码。例如可以使用ASIC、FPGA等来实施功能。

检测和校正例如由输入市电电压信号的不对称正和负半周期指示的不恰当调光器操作可以与具有固态照明(例如LED)负载的任何可调光功率转换器一起使用，其中希望消除光闪烁或者以别的方式增加与多种相位斩波调光器的兼容性。相位角检测电路根据各种实施例可以实施于各种基于LED的光源中。另外，它可以用作对各种产品的用于使它们更为调光器友好的“智能”改进的构建块。

尽管这里已经描述和图示多个发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易设想用于执行这里描述的功能和/或获得这里描述的结果和/或这里描述的优点中的一个或者多个优点的各种其它手段和/或结构并且每个这样的变化和/或修改视为在这里描述的发明实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易理解这里描述的所有参数、尺度、材料和配置是为了举例并且实际参数、尺度、材料和/或配置将依赖于本发明教导被运用于其中的一个或者多个具体应用。

本领域技术人员将认识或者能够仅使用例行实验来确立这里描述的具体发明实施例的许多等效实施例。因此将理解仅通过例子呈现前述实施例并且在所附权利要求书及其等效含义的范围内可以用除了具体描述并且要求保护的方式之外的方式实现发明实施例。本公开内容的发明实施例涉及这里描述的每个个别特征、系统、产品、材料、工具包和/或方法。此外，如果两个或者更多这样的特征、系统、产品、材料、工具包和/或方法未互不一致，则在本公开内容的发明范围内包括这样的特征、系统、产品、材料、工具包和/或方法的任何组合。

如这里定义和使用的所有定义应当理解为支配词典定义、在通过引用而结合的文献中的定义和/或定义的术语的普通含义。

如这里在说明书中和在权利要求书中使用的不定冠词“一个/一种”除非清楚地相反指明则应当理解为意味着“至少一个/一种”。如这里在说明书中和在权利要求书中使用的短语“至少一个”在引用一个或者多个要素的列表时应当理解为意味着从要素列举中的要素中的任何一个或者多个要素中选择的至少一个要素、但是未必包括在要素列表内具体列举的逐个要素中的至少一个要素并且未排除要素列表中的要素的任何组合。这一定义也允许可以可选地存在除了在短语“至少一个”引用的要素列表内具体标识的要素之外的、无论是与具体标识的那些要素有关还是无关的要素。因此，作为非限制例子，“A和B中的至少一个”(或者等效为“A或者B中的至少一个”或者等效为“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施例中指代至少一个A、可选地包括多个A而无B存在(并且可选地包括除了B之外的要素)；在另一实施例中指代至少一个B、可选地包括多个B而无A存在(并且可选地包括除了A之外的要素)；在又一实施例中指代至少一个A、可选地包括多个A和至少一个B、可选地包括多个B(并且可选地包括其它要素)；等等。

也应当理解，除非清楚地相反指示，在这里要求保护的包括多个步骤或者动作的任何方法中，方法的步骤或者动作的顺序未必限于记载方法的步骤或者动作的顺序。另外，在权利要求书中的括号之间出现的任何标号或者其它符号仅为了方便而提供并且未旨在于以任何方式限制。

在权利要求书中以及在上述说明书中，诸如“包括”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及到”、“保持”、“由……组成”等所有过渡短语将理解为开放式、即意味着包括但不限于。仅过渡短语“由……构成”或者“实质上由……构成”应当分别是封闭或者半封闭过渡短语。

Claims (20)

1.一种检测和校正包括固态照明负载的照明系统的不恰当操作的方法，所述方法包括：

确定调光器的相位角的第一值和第二值，所述调光器连接到驱动所述固态照明负载的功率转换器，所述第一值和所述第二值对应于输入市电电压信号的连续半周期；

确定在所述第一值与所述第二值之间的差值；以及

当所述差值大于差值阈值从而指示所述输入市电电压信号的波形不对称时实施选择的校正动作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中实施所选择的第一校正动作的步骤包括：

确定校正动作是否已经活跃；以及

当确定无校正动作已经活跃时实施最高优先级的校正动作作为所述选择的校正动作。

3.根据权利要求2所述的方法，其中实施所选择的校正动作的步骤还包括：

当确定校正动作已经活跃时确定至少一个其它校正动作是否可用。

4.根据权利要求3所述的方法，其中实施所选择的校正动作的步骤还包括：

当确定至少一个其它校正动作可用时实施次最高优先级的校正动作作为所述选择的校正动作。

5.根据权利要求3所述的方法，还包括：

当确定至少一个其它校正动作均不可用时关停所述功率转换器。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

确定所述调光器的所述相位角的第三值和第四值，所述第三值和所述第四值对应于所述输入市电电压信号的连续半周期；

确定在所述第三值与所述第四值之间的差值；以及

当确定在所述第三值与所述第四值之间的所述差值小于所述差值阈值从而指示所述输入市电电压信号的波形对称时激活所述功率转换器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述相位角的所述第一值和所述第二值的步骤包括：

对与所述输入市电电压信号的所述波形对应的数字脉冲进行采样；以及

确定采样的数字脉冲的长度，所述长度对应于所述调光器的调光水平。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述校正动作包括接入与所述固态照明负载并联的电阻泄放电路。

9.根据权利要求1所述的方法，其中确定在所述第一值与所述第二值之间的所述差值包括：

存储所述第一值作为先前半周期水平；

存储所述第二值作为当前半周期水平；以及

将所存储的当前半周期水平与所述先前半周期水平相减。

10.根据权利要求1所述的方法，其中当所述差值大于差值阈值时实施所选择的校正动作消除所述固态照明负载的光输出闪烁。

11.一种用于控制向固态照明负载递送的功率的系统，所述系统包括：

调光器，连接到市电电压并且配置成可调地对所述固态照明负载的光输出进行调光；

功率转换器，配置成响应于源于所述市电电压的整流输入电压信号来驱动所述固态照明负载；以及

相位角检测电路，配置成检测所述调光器的具有所述输入电压信号的连续半周期的相位角，确定在所述连续半周期之间的差值，并且当所述差值大于差值阈值从而指示所述输入电压信号的波形不对称时实施校正动作。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述功率转换器以开环或者前馈方式操作。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述相位角检测电路通过对与所述输入电压的波形对应的数字脉冲进行采样并且基于采样的数字脉冲的长度而测量所述连续半周期来检测所述相位角。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述相位角检测电路通过减去分别与所述连续半周期对应的所述采样的数字脉冲的所述长度来确定在所述连续半周期之间的所述差值。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述相位角检测电路包括：

处理器，具有数字输入；

第一二极管，连接于所述数字输入与电压源之间；

第二二极管，连接于所述数字输入与接地之间；

第一电容器，连接于所述数字输入与检测节点之间；

第二电容器，连接于所述检测节点与接地之间；以及

电阻，连接于所述检测节点与接收所述整流输入电压的整流电压节点之间，

其中所述处理器被配置成对与在所述数字输入处的所述输入电压信号的波形对应的所述数字脉冲进行采样，并且基于采样的数字脉冲的长度测量所述连续半周期。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述相位角检测电路还被配置成选择具有最高优先级的所述校正动作。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述相位角检测电路还被配置成当实施所选择的校正动作、但是在所述连续半周期之间的所述差值继续大于所述差值阈值时关停所述功率转换器。

18.一种消除来自发光二极管(LED)光源的光输出的闪烁的方法，所述LED光源由功率转换器响应于相位斩波调光器来驱动，所述方法包括：

通过测量输入电压信号的半周期来检测调光器相位角；

比较连续半周期以确定半周期差值；

比较所述半周期差值与预定差值阈值，其中所述半周期差值小于所述差值阈值指示所述输入电压信号的波形对称，并且其中所述半周期差值大于所述差值阈值指示所述输入电压信号的所述波形不对称；以及

当所述半周期差值大于所述差值阈值时实施校正动作。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

在实施所述校正动作之后比较所述半周期差值与所述预定差值阈值；以及

当所述半周期差值大于所述差值阈值并且另一校正动作可用于实施时实施另一校正动作。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

当所述半周期差值大于所述差值阈值并且另一校正动作不可用于实施时关停所述功率转换器。