CN104079322B - 与固态照明灯泡装置通讯的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请文件是关于固态照明(SSL)灯泡装置。特别地，本申请文件是关于与这种灯泡装置的通讯。描述了一种包括第一及第二收发器的通讯系统。该第一收发器包括磁体，该第二收发器包括开关模式功率转换器(222)，该开关模式功率转换器(222)包括具有感应芯材料的(302)的感应元件(207)，该感应芯材料(302)具有取决于磁导率的磁场。该磁体与该感应元件(207)的感应芯材料(302)磁耦合。该第一收发器用于调制由磁体产生的磁场，以产生表示下行数据的调制下行磁场，该第二收发器用于从来自功率转换器(222)的测量信号(423,424)中提取下行数据。该测量信号(423，424)取决于感应元件(207)的感应值。
Description
技术领域
本申请文件涉及固态照明(SSL)灯泡装置，尤其涉及与这种SSL灯泡装置的通讯。
背景技术
SSL灯泡装置通常包括一驱动电路，该驱动电路用于将电源电压转换为驱动一SSL装置的驱动电压，该SSL装置包括在该SSL灯泡装置中。在制造过程中，为了提高SSL灯泡装置的性能和/或提供产量，最好对SSL灯泡装置的电子器件(尤其是驱动电路)进行校准。
对SSL灯泡装置的校准可能需要从外部校准单元到需要校准的SSL灯泡装置的通讯单元。举例来说，在校准过程中，该驱动电路的不同的设置可能需要从校准单元传输至SSL灯泡装置。鉴于SSL灯泡装置的总成本的考虑，这些通讯单元不需要额外的硬件。另外，为了缩短校准过程(任何影响成本的缩短)，这也可以快速的建立校准单元到SSL灯泡装置的通讯连接。
本发明主要针对上述技术问题，尤其描述了能使校准单元与SSL灯泡装置通讯的方法及系统。更上位的来说，该方法及系统能使包括SSL灯泡装置的功率转换器通讯。
发明内容
根据本发明的一方面，描述了一种包括第一及第二收发器的通讯系统。该第一收发器可以包括磁体，例如电磁体。该电磁体可以包括磁芯材料及线圈。该线圈缠绕在该磁芯材料上，如此，当线圈电流通过该线圈时，即在磁芯材料内产生一感应磁场。该磁芯材料可以是铁氧体材料(例如铁)。
该第二收发器可以包括开关模式功率转换器，例如降压转换器、逆向转换器、升压转换器、升降压转换器、和/或单端初级电感转换器。该功率转换器包括具有感应芯材料的感应元件，该感应芯材料具有取决于磁导率的磁场(例如铁氧体材料)。该感应元件可以包括一个或者多个线圈。举例说明，该感应元件可以包括变压器。另外，功率转换器可以包括功率开关(例如晶体管)。可以控制该功率开关以换向周期率(也可以是功率开关的开关频率)在开启状态与关闭状态之间转换。一般的换向周期率在100kHz的范围。功率转换器也可以设置为：在功率开关处于开启状态时，电流可以流过感应元件的第一线圈，如此在功率开关处于关闭状态时，流过感应元件的第一线圈电流就会中断。
磁体(尤其是磁芯材料)及感应元件的感应芯材料可以被磁耦合。由磁体和/或感应元件产生的磁场强度取决于磁体与感应元件之间的耦合强度。
第一收发器用于调制由磁体产生的磁场。这可以通过调制电磁体的线圈电流实现。可选地或者另外可以用永久性磁体。磁场的调制可以通过相对于感应芯材料转动/移动永久性磁体来实现(例如，通过改变相对于感应芯材料北/南方向和/或通过改变与感应线圈材料之间的距离)。另外一个由磁体调制磁场的可能的方式为修改磁场的屏蔽(例如，使用金属罩)。可以插入或者移动该罩以调制所述磁场，如此，有多种方法来调制磁体产生的磁场。这些方法可以以不同的方式组合。
这些磁场可以是振幅和/或频率调制，如此，磁场可以用于产生表示下行数据的调制下行磁场。举例来说，磁场可以具有第一振幅及第二振幅。该第一振幅与位值“1”关联，该第二振幅与位值“0”关联。可以以预设的波特率(或者符号率)来修改磁场的振幅。该符号率可以例如对应功率转换器的功率开关的换向周期率。如此，调制磁场可以用于在每个符号内传输一位数据，如此则提供了与该符号率对应的比特率。需要注意的是，通过使用更多数量的振幅和/或通过使用其他调制方案(例如频率调制)实现更高的比特率。
第二收发器可以用于从来自功率转换器的测量信号中提取下行数据。该测量信号源自功率转换器的其中一个元件处的电流或者电压。该测量信号可以取决于感应元件的感应值。特别地，测量信号可以表示通过功率转换器的功率开关的电流。可选地或者另外，测量信号表示通过感应元件的第一线圈的电流。可选地或者另外，测量信号表示感应元件的辅助线圈的自由转动。
通过功率开关和/或通过感应元件的第一线圈的电流的该峰值电流和/或压摆率(slew rate)可以表示感应元件的感应值。由于感应芯材料具有取决于磁导率的磁场，所以感应值取决于磁场强度。如此，该调制下行磁场转化成相应的调制感应值。该调制感应值产生电流的修改的峰值电流和/或修改的压摆率，如此，可以使第二收发器从测量信号中提取下行数据。
在一类似的方法中，调制感应值影响感应元件的辅助线圈的自由转动的时间间隔。如此，自由转动的时间间隔的变化可以使第二收发器从该测量信号中提取下行数据。
第二收发器可以包括用于控制功率转换器的控制器。特别地，该控制器可以用于为功率转换器的功率开关生成控制信号。该控制信号通过控制器的控制引脚提供给功率开关(的一个门)。受控制信号的控制，功率开关可以以换向周期率或者占空比在开启状态与关闭状态之间转换。另外，该控制器可以用于通过控制器的感应引脚接收测量信号。 如此，该控制器可以根据该测量信号提取下行数据。该控制器可以作为一个集成电路来实现。
总之，所述转换系统可以将以无线方式传输的下行数据从外部发送器传输至开关模式功率转换器(的控制器)。这有利于从外部发送器控制功率转换器的操作状态。这样，下行数据可以包括修改功率转换器的操作模式的数据。这有利于校准功率转换器的操作模式。特别地，使用本申请文件中所描述的通讯系统可以校准包括功率转换器的灯泡。
可选地或者另外，该第二收发器可以用来调制感应元件产生的磁场，以产生表示上行数据的调制上行磁场。另外，该第一收发器可以用于从调制上行磁场中提取上行数据。特别地，该第一收发器可以用于从电磁体的线圈电流中提取上行数据，该电磁体的线圈电流根据调制上行磁场进行调制。如此，该通讯系统可以用于建立从功率转换器(的控制器)到外部接收器的上行通讯路径。
如上所述，所述下行和/或上行磁场可以是振幅调制和/或频率调制。换言之，磁场的振幅可以调制，和/或磁场的变更的频率也可以被调制。特别地，调制下行磁场包括受感应芯材料饱和影响的高态。另外，该调制下行磁场还包括受感应芯材料没有饱和影响的低态。如此，感应芯材料以波特率在饱和与非饱和之间变化。感应芯材料的饱和会导致感应元件的感应值减少。使感应芯材料进行饱和的磁场的使用是有益的，因为这样则建立了磁体与感应元件之间的磁耦合，该感应元件独立于磁体相对于感应元件的方向，这简化了第一收发器与第二收发器之间的通讯连接的设置。
磁场变更的频率可以比功率转换器的功率开关的换向周期律高。通过这样做，感应元件的感应值可以在功率开关处于开启状态时被变更多次。感应值在功率开关的开启状态的这些变更可以根据测量信号(例如，根据通过感应元件的第一线圈的电流)被侦测到。特别地，功率开关在开启状态时的感应值的变更会影响通过感应元件的第一线圈的电流的转换速度。第二收发器可以侦测到不同的转换速速度。
根据另一方面，描述了开关模式功率转换器的控制器。该开关模式功率转换器可以包括具有感应芯材料的的感应元件，该感应芯材料具有取决于磁导率的磁场。该控制器用于从功率转换器接收测量信号。如上所述，该测量信号取决于感应元件的感应值。该感应值已经过调制以表示下行数据(例如，用外部磁体产生的调制下行磁场)。该控制器用于从测量信号中提取下行数据。
根据一方面，描述了一种驱动电路或者电源，如灯泡。该驱动电路用于在驱动电路的输出处提供驱动电压处的电能。该驱动电压对应灯泡装置的光源(例如基于SSL的光源)的开启电压。驱动电压处的电能源自驱动电路的输入端的输入电压处的电能。输入 电压处的电能对应市电提供的电能。特别地，输入电压可以对应经过整流的市电电压。
该驱动电路可以包括用于将输入电压处的电能转换为驱动电压处的电能的功率转换器。举例说明，该功率转换器可以包括开关模式功率转换器，例如升压转换器、降压转换器、升降压转换器、逆向转换器、单端初级电感转换器(SEPIC，Single-ended primary-inductor converter)。该功率转换器可以包括功率开关(例如晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor))。另外，该功率转换器可以包括具有感应芯材料的感应元件，该感应芯材料具有取决于磁导率的磁场。
另外，驱动电路可以包括控制器(其为例如集成电路)。该控制器可以用于控制功率转换器(例如，功率转换器的功率开关)，如此，功率转换器即可在驱动电压处提供电能。该控制器可以包括本申请文件中描述的任意特征。
根据另一方面，描述了一个灯泡装置。该灯泡装置可以包括一个电连接模块，该电连接模块用于电连接至市电，如此，则在输入电压处提供电能。另外，灯泡装置可以包括如在本申请文件中描述的驱动电路。该驱动电路可以用于提供驱动电压处的电能，该驱动电压源自输入电压处的电能。另外，该灯泡装置包括一用驱动电压处的电能提供光的光源(例如一串LED或者OLED)。
根据另一方面，描述了一种在第一收发器及第二收发器之间交换数据的方法。该第一收发器包括磁体，该第二收发器包括开关模式功率转换器，该开关模式功率转换器包括具有感应芯材料的感应元件，该感应芯材料具有取决于磁导率的磁场。该方法包括：在磁体及感应元件的感应芯材料之间提供磁耦合。另外，该方法还包括在第一收发器及第二收发器的其中之一处调制磁场(例如下行磁场和/或上行磁场)以产生表示数据(例如该下行数据和/或该上行数据)的调制磁场。另外，该方法还包括从第一收发器及第二收发器中的另外一个处的测量信号(例如通过在第二收发器处的感应元件的电流和/或磁体处的线圈电流)处提取数据。该测量信号取决于调制的磁场。
根据另一方面，描述了一种用于校准灯泡的校准系统，该灯泡可以包括本申请文件中描述的任何特征。该校准系统可以包括用于产生磁场的磁体(例如电磁体)。该磁体可以用于与灯泡装置中的感应元件(特别地，与灯泡装置中的功率转换器的感应元件)进行磁耦合。
该校准系统可以进一步包括编程单元，该编程单元用于确定变更灯泡装置中的控制器的操作状态的控制数据。该灯泡装置的控制器包括本文件中所描述的任何与控制器相关的特征。另外，该编程单元可以用于使该磁体产生表示控制数据的调制磁场(例如通过调制电磁体的线圈电流)。
另外，该校准单元可以包括一感应单元(例如，光感应器)，该感应单元用于获取灯泡装置发射的光。该编程单元可以用于确定基于所获取的光的控制数据。特别地，编程单元可以用于反复调节该操作状态，直到该灯泡装置达到目标亮度状态(例如，亮度和/或光谱)。
根据另一方面，描述了一种校准灯泡装置的方法。该方法包括通过磁耦合该磁体于于该感应元件，建立从该磁体到该灯泡装置内的感应元件的通讯通路。另外，该方法包括确定变更该灯泡装置内的控制器的操作状态的控制数据。继续该方法以使该磁体产生表示该控制数据的调制磁场。另外，该方法包括获取灯泡装置发出的光。该控制数据可以根据所获取的光确定(如此，则关闭了反馈回路)。
根据另一方面，描述了一种软件程序。该软件程序在一处理器上执行，当在处理器上执行时，该软件程序用于执行本申请文件中所述的方法步骤。
根据本发明的另一方面，描述了一种存储介质。该存储介质可以包括在处理器上运行的软件程序，当在处理器上执行时，该软件程序用于执行本申请文件中所述的方法步骤。
根据另一方面，描述了一种计算机程序产品。当在计算机上运行时，该计算机程序可以包括执行本申请文件中所描述的方法步骤的可执行指令。
需要注意的是，本申请文件中所述的包括优选实施方式的方法和系统可以单独使用也可以与本申请文件中所揭露的其他方法和系统结合使用。另外，系统的上下文中所描述的特征也可适用对应的方法。另外，本申请文件中所述的方法和系统各个方面，可被任意组合。特别地，权利要求中的特征也可以与其他权利要求中的特征任意组合。
在本申请文件中，不论是直接连接如通过电线连接还是其他方式的连接，词“耦合”或者“耦合的”指元件彼此之间互相电连接。
附图说明
下面以举例的方式并参考附图对本发明进行解释说明，其中
图1为一示例性的灯泡装置的方块图；
图2为一示例性的驱动电路的电路图；
图3a为一电磁体产生的示例磁场；
图3b为测量电磁体与功率转换器的变压器之间的电磁耦合的示例设置的方块图；
图3c为一示例功率转换器的方块图；
图4a到图4f为测量结果的示例；
图5a到图5c为对感应元件的感应值的调制的影响的示例；
图6为与功率转换器交换数据的示例方法的流程图；
图7为一灯泡装置的校准的示例性的设置；及
图8为校准灯泡装置的示例性的方法的流程图。
具体实施方式
本申请文件中，灯泡装置包括所有需要替换传统基于灯丝的白炽灯，尤其是连接至 标准电源的灯泡。在英式英语中(及本申请文件中)，电源指市电电源(mainselectricity)，而在美式英语中，电源指电力线(power line)，其他的说法包括交流电源(AC power)、线电源(line power)、家用电源(domestic power)及电网(grid power)。可以理解地，这些说法也是可以很方便的互相转换，而且表达同样的意思。
一般地，欧洲的电源为230-240VAC，50Hz(市电频率)，在北美为110-120VAC，60Hz(市电频率)。本申请文件中所揭露的原理可以应用于任何适合的电源系统，包括所提到的输电干线/输电线，直流电源，及整流后的交流电源。
图1为灯泡装置的示意图。所述灯泡装置1包括一个灯泡壳2及一个电子连接模块4。该电子连接模块4可以是螺口式的，也可以是卡口式的，或者任一种可以将灯泡连接至灯泡插座的连接方式。电子连接模块4的典型的例子为欧洲的螺口式E11、E14及E27及北美的螺口式E12、E17及E26。另外，该灯泡壳2里还提供一个光源6(也可以称作发光体)。该光源6可以是CFL管或者固态光源6，如LED，或者有机发光二极管(organic light emittingdiode，OLED)(有机发光二极管是指固态照明，SSL)。该光源6可以是单个的发光装置，也可以是多个LED。
驱动电路8位于灯泡壳体2内，用于将通过电子连接模块4接收的电源电流转换为该光源6需要的控制驱动电流。就固态光源6来说，驱动电路8为光源6提供直流驱动电流。
壳体2为该光源及驱动元件提供一个合适的坚固的外壳，且还包括光学元件，该光学元件需要从该灯泡装置输出所需要的输出光。由于光源的温度管理对于最大限度延长光的输出及光源寿命的重要性，该壳体2也可以具有散热功能。相应地，该壳体2可被设计成能整体上使光源6产生的热量从光源6或者该电源装置散发掉。
灯泡装置1的驱动电路8用于在开启市电后(例如在用户打开灯之后)立即为光源6提供驱动电流。因此，驱动电路8应该呈现低的启动时间。另外，驱动电路8可以用于测量控市电短时中断的时间，该市电可以控制灯泡装置1的行为。举例来说，使用开启/关闭灯开关来有意的中断市电可以使用户控制灯泡装置1的亮度。驱动电路8可以用于在不影响驱动电路8的启动时间的情况下，确定这种中断的持续时间。
一灯泡装置的示例驱动电路将在下面做更为详细的描述。特别地，所描述的驱动电路8可以根据对市电的有意中断来控制灯泡装置1的电源6的亮度等级。
图2为示例灯泡装置1的驱动电路200及8的电路图。为了从市电230产生整流电压，该驱动电路200包括电磁干扰(EMI)过滤器201及整流器202。另外，该驱动电路200包括控制器206，该控制器206控制一个或者多个开关模式的功率转换器221、 222的一个或者多个功率开关211、212。通过功率开关212的电流可以使用分流电阻器215在控制器206的引脚216处被感应到。如此，分流电阻器215可以被当作感应通过功率开关212的电流的电流感应单元。该控制器206可以使用所感应的通过功率开关212电流来控制功率开关212的开关时刻。
控制器206可以用启动电阻205开启。该启动电阻205可以通过控制器206内的内部连接耦接至控制器206的电源电压电容203，如此，则实现对电源电压电容203的充电。一旦电源电压电容203到达充满电的等级，控制器206可以开启操作。电源电压电容203的充电可以用于使控制器的电源电压维持在一预设的等级，并桥接市电的短暂中断。可能被桥接的中断的持续时间取决于电源电压电容203的电容。如果电源电压电容203的充电落在一预设等级的下方，如电源电压电容203的电压降落在一预设电压等级的下方(例如，由于市电的终端)，该控制器206中断操作。
在所描述的例子中，驱动电路200包括两级功率转换器221及222，其中第一转换器221为升压转换器(Boost converter)，第二转换器222为逆向转换器(Flybackconverter)。该逆向转换器包括变压器207，该变压器207包括一初级绕组、一次级绕组及一附加的辅助绕组213。该辅助绕组213可以根据驱动电路200的输出电压231(也可以为驱动电压)给控制器206提供信息。另外，驱动电路200包括输出电容(或者存储电容)208，该输出电容208存储提供给光源6及209的电能。该驱动电路200用于给光源209提供驱动电压231(对应例如一LED设备的启动电压)及驱动电流232(可以被控制以控制光源209的亮度等级)。
如在背景技术部分所描述的那样，这有利于为灯泡装置1的驱动电路200及8提供一通讯连接。特别地，这有利于为驱动电路200的控制器206提供数据(如指令或者设置)。一种能与驱动电路200通讯的方式可以为通过调制输入市电电压230。对输入市电电压230的这种调制在控制器206端是可测量的。然而，对输入市电电压230的调制只针对相对较低的数据速率(由于输入市电电压230的相对低的载波频率(50Hz/60Hz))。低的数据速率导致相对慢的校准过程，如此，则增加了灯泡装置的制造成本。
在本发明中，描述了一种灯泡装置1的非接触的通讯系统及方法。本发明中所描述的系统和方法可以增加数据速率，因此，该系统和方法可以用于执行快速的(及成本效率)校准过程。
另外，该方法及系统可以用来测试包括在灯泡装置1内的感应元件207(例如变压器和/或感应器)的饱和极限。
期望以高的数据速率将数据传输给灯泡装置1，无需额外硬件用于该通讯连接。如上所述，一般的灯泡装置包括驱动电路200，以将市电电压230转换为SSL装置209的驱动电压231。该灯泡装置1的驱动电路200一般包括感应元件207。为了获取信息，需要注意的是只包括用来控制通过SSL装置209的电流232的电阻元件(并非感应元件)的灯泡1在校准过程中一般是不能电调节的。
一般，一旦驱动电路200的初始启动阶段被设定，包括DC-DC转换器222的灯泡装置1即在一固定条件(如功率开关212的一固定换向周期律和/或一固定占空比)下操作。对于通过SSL装置209的固定驱动电流232来说，通过功率开关212的峰值电流一般取决于包括在驱动电路200内的(尤其是包括在DC-DC转换器222内的)感应元件207的感应值。通过功率转换器222的功率开关212的电流可以在驱动电路200的控制器206的感应引脚216处被测量。特别地，在分流电阻器215处的电压降可以在控制器206的感应引脚216处测量。
图5a所示为在感应引脚216处所感应的电压501作为不同感应值的时间函数。可以看出，相对低的感应值(标号为502)所感应的电压501低于相对高的感应值(标号503)所感应的电压501。不同感应电压501(例如通过功率开关212的不同的峰值电流)一般不会影响提供给SSL装置209的驱动电流232(如在下面的图4e及4f中描述的)。换言之，感应值的调制影响感应电压501；然而，感应值的调制不影响供给SSL装置209的驱动电流232。如上所述，供给SSL装置209的驱动电流232一般由功率开关212的占空比(例如功率开关212的开启时间504与换向周期的长度505的比值)来控制。
在本实施例中，对包括在功率转换器222中的一个或者多个感应元件207的感应值进行调制。特别地，电磁体可以通过电磁体产生的磁场来改变一个或者多个感应元件207的特性。一个或者多个感应元件207的特性的改变导致感应值的改变，从而使开关波形(例如在感应电压501处)得到调制，如图5b所示的DC-DC转换器222的基本开关波形。感应值在低于转换器开关频率(例如低于转换器222的功率开关212的换向周期率)的频率处被调制。
在所述实施例中，用两个合理的振幅值(一个高的振幅值511及一个低的振幅值512)对开关波形510进行振幅调制。该高的振幅值511可以使用低感应值实现，低的振幅值512可以使用高感应值实现。随着时间出现的高/低振幅值511及512的次序可以用来给控制器206传输数据，这可以用来在感应引脚216处侦测高/低振幅值511及512次序。如此，在所述例子中，每个换向周期可以传输数据的一个位。假设一般为100Hz的换向周期率，这个调制方案所允许的数据速率为100kbits/s。需要注意的是可以使用两个以上的振幅值511、512，如此增加被编码至开关波形510的调制的位的数量，即增加了数 据速率。
对感应值的调制所引起的对开关波形510的调制也可以在比功率开关212的开关频率高的频率处进行，如图5c中所示。在所示实施例中，感应值被变更速率比功率开关212的开关频率高。举例说明，感应值可以在某一占空比处周期性的增加/减少。感应值的周期性的增加/减少的图案可以被感应电压501的阶梯状的斜坡521及522识别。特别地，周期性的增加/减少的空占比的长度翻译成不同的感应电压501的斜坡521,522的不同转换速率。在所述实施例中，斜坡521的感应值的周期性的增加/减少的占空比比斜坡522感应值的周期性的增加/减少的占空比低(如此在功率开关212的开启时间的最后时刻产生较低的峰值电流)。占空比表示高感应值的时间段，而非周期性增加/减少的一个完整时间段(为低感应值的时间段与高感应值的时间段的总和)。
因此，功率转换器222的一个或者多个感应元件207的感应值可以被调制(例如振幅调制和/或频率调制)。可以使用电磁体实现感应值的调制。感应值的调制影响通过功率转换器222的功率开关212的电流。通过功率开关212的电流(例如峰值电流及/电流斜坡)可以在控制器206的感应引脚216处被测量。因此，通过调制功率转换器222的一个或者多个感应元件207的感应值可以使数据从电磁体(在功率转换器222的外部)传输至控制器206。
该感应值一般取决于线圈及感应器芯的材料(其一般为铁氧体)。在感应芯材料中的磁通量达到饱和之前，感应芯材料一般会使感应值L增加。由于达到了饱和，感应芯材料的磁导率减少。在极其饱和的情况下，感应值趋向于空心线圈的感应值(这取决于铁氧体材料和/或饱和度)。使用外部磁体(例如电磁体和/或永久磁体)可以为感应芯材料提供预设的磁通量，且通过基于线圈电流所增加的额外的磁通量可以使感应芯材料在比没有给感应芯材料提供预设磁通量的情况下，在更早的时刻(取决于外部磁化及线圈磁化的极性)进入饱和状态。
线圈的感应值L取决于感应芯材料的磁导率μr。在某些情况下，感应值L通过等式L＝N2xμr xμo x A/l来描述，其中N是线圈的匝数，μo是磁性常数，A是线圈的横截面面积，l是线圈的长度。感应芯材料的磁导率μr不是一个常量，而是取决于通过线圈的电流。在饱和的感应芯材料中，相对磁导率μr随着电流向最大值增加而增加，但是随着芯材料达到饱和，相对磁导率μr逐渐向“1”减少。因此，感应值L取决于感应芯材料是否达到饱和。
使用外部磁体，所述感应芯材料可能已被预磁化，从而移动了饱和点。特别地，感应芯材料的预磁化可以用来变更感应芯材料的相对磁导率μr，如此，则变更了功率转换 器222的一个或者多个感应器元件207的感应值。使用外部磁体的感应元件207的预磁化在图3a中描述。可以看出外，外部磁体301在感应元件207的感应芯材料302内产生磁场。该磁场即对感应元件207的感应芯材料302进行预磁化。
图3b为调制功率转换器222的感应元件207的示例设置。图3b所示为一个电磁体311，该电磁体与感应元件207(例如图2中的逆向变换器222的变压器207)的感应芯材料302磁性耦合。预设的交流电压可以用于感应元件207，另外，通过感应器207的电流的测量取决于电磁体311是否开启。如图4a及4b中可以看出，在感应元件207处的交流电压401感应通过感应元件207的交流电流402及403。通过开启电磁体311，可以降低感应值L(通过使感应芯材料302进行饱和)，从而增加了感应元件207的电流403。图4a所示为电磁体311关闭时的感应电流，图4b所示为电磁体311开启时的(增加的)感应电流403。
图4c及图4d描述了通过电磁体311的电流的影响(例如电磁体311所产生的磁场的强度的影响)。可以看出，通过增加通过电磁体311的电流(也指电磁体311的线圈电流)来降低感应值(标号为411)。另外，从图4d中可以看出滞后效应。可以看出，当降低通过电磁体311的电流(标号为412)时的感应值的变化与当增加通过电磁体311的电流(标号为411)时的感应值的变化是不同的。该滞后效应影响感应值的值。为了避免滞后效应引起的不清楚，可选择用于感应值的振幅调制的振幅为预设的最小振幅值，或者大于预设的最小振幅值。
图3c所示为图2中的驱动电路200的一部分，特别地，图3c示出了图2中的逆向变换器222的元件。控制器206(也指调节器)用于通过感应引脚242测量变压器207的辅助绕组213的自由转动。可以通过控制引脚241提供功率开关212的控制信号(例如门电压)。
图4e和图4f是图3c的电路的示例测量信号。该测量信号可以通过感应引脚242和/或通过感应引脚216接收。在图4e的方案中，没有给电磁体311提供电流，例如，在图4e中，变压器207的感应值相对较高。另一方面，在图4f所示的方案中，给电磁体311提供一电流，例如在图4f中，变压器207的感应值相对较低(因为变压器207的感应芯材料可能达到饱和)。
图4e及4f所示为控制器206的控制引脚241处提供门控制信号421。门控制信号421使功率开关212分别在开启状态及关闭状态之间切换。另外，图4e及4f所示为SSL装置209的驱动电流232及422。可以看出，驱动电流232及422基本上与图4e及图4f中的两个方案一致。换言之，可以看出SSL装置的驱动电流232基本上没有受变压器 207的感应值的影响。
另外，图4e及4f所示为在感应引脚242处感应的辅助绕组213的自由转动423及426。如此，测量信号可以通过自由转动表示。特别地，图4e及图4f描绘了图4e及4f中的不同情形的不同的自由转动次数427及428。可以看出，自由转动次数427及428随着感应值的减少而增加。自由转动次数427及428可以由控制器206根据在感应引脚242处感应的自由转动信号423及426确定。如此，测量信号可以通过自由转动次数427及428表示。因此，用电磁体311调制的变压器207的感应值可以用来从外部单元传输信息至驱动电路200。
另外，图4e及4f所示为通过功率开关212的电流424及425，测量电流424及425以作为感应引脚216处的电压。可以看出，在图4e的情况下的峰值电流424比图4f的情况下的峰值电流低。这是由于两种情况下的变压器207的不同的感应值。如上所述，控制器206可以根据在感应引脚216处感应的电流信号(其对应分流电阻器215处的电压降)侦测到这些不同的峰值电流。因此，用电磁体311调制的变压器207的感应值可以用来从外部单元传输信息至驱动电路200。
因此，电磁体311可以用来调制功率转换器222的感应单元207的感应值。通过使用电磁体311，数据通讯的载波频率可以达到10MHz，如此，可以以相对高的数据速率与驱动电路200通讯。换言之，感应值可以以相对高的速率(例如10Mhz的范围)进行变更。周期性变更感应值的影响可以被控制器206感应到，如此，实现相对高的数据速率。
电磁体311可以用于产生载波频率，该载波频率对应(例如频率相等)DC-DC转换器222的开关频率。换言之，感应值可以以与转换器222的换向周期率相同的速率进行修改。或者，更高或者更低的频率可以用作载波频率(如图5b及图5c中所示)。当使用高于功率转换器222的开关频率的调制频率时，可以调制通过功率开关212的电流的转换速度(如通过感应元件207的电流)(如图5c所示)。控制器206可以侦测到所调制的转换速率。
多种调整方案都可以实现，如振幅调制和/或频率调制。特别地，该感应值可以是振幅调制。一个特别的鲁棒调制方案为载波信号的振幅调制，该载波信号的载波频率低于或者等于功率转换器222的开关频率(如图5b中所示)。
感应芯材料302的饱和度可以由电磁体311及感应芯材料302之间的气隙控制。另外，电磁体311的外观因素可以影响感应芯材料302的饱和度。
电磁体311可以看做转换器感应器207的附加绕线，如此电磁体311可以当作感应线圈。功率转换器222的感应元件207与电磁体311之间的磁耦合可以用于提供从灯泡装置1到外部接收器的通讯连接。特别地，控制器206可以用来调制通过功率转换器222的感应元件207的电流。通过感应元件207的调制电流引起感应芯材料中的磁场的调制。调制的磁场可以耦合至电磁体311。在电磁体311处，调制的磁场引起调制线圈电流，该线圈电流可以在电磁体311处由一适合的接收器侦测到。
因此，电磁体311及感应器元件207可以用来提供双向通讯连接。可选地或者另外，从灯泡装置1到外部接收器的反向通讯路径可以由对灯泡装置1发出的光的调制提供和/或通过修改转换器的开关频率(其可以被外部天线侦测到)来提供。
需要注意的是，电磁体311的极性是任意的，尤其在电磁体311产生的磁场使感应芯材料302进入饱和的情况下。由于这样简化了电磁体311与驱动电路200的感应器元件207之间的磁性耦合的设置，所以是有益的。特别地，由于灯泡装置1可以相对于电磁体311以任意的方式放置，这有益于为灯泡装置1提供一个快速且更合算的校准过程。这在图1中进行了描述，如图所示，灯泡装置1与电磁体311连接。由于与极性无关，灯泡装置1可以绕着他的纵向轴以任意方式转动。
为了增加通讯系统的活跃度(dynamics),可以降低电磁体311的感应器的感应值(例如，把电磁体311的线圈分成多份(例如10份))。特别地，电磁体311的线圈可以再分为多份，如此，减少了每份线圈的匝数N(同时，保持总匝数为恒定值)。所述多份线圈可以平行操作。如此，在同一时间产生同样的磁场强度(由于电磁体使用的是单个线圈)，这显著地减少了全部线圈(包括多个部分)的感应值L。如此，可以增加磁场的调制速度，如此增加了电磁体311与功率转换器222之间的通讯路径上的可能通讯速度。另外，电流源可以用来调制线圈电流。
图5a所示为峰值电流(使用一常量开启时间504)如何修改取决于感应值的修改。或者，功率开关212可以根据预设的峰值电流控制，如此，感应值的变更会影响开启时间504。控制器206可以侦测到开启时间504的变更，如此则提供了通向驱动电路200的控制器206的通讯路径。
图6所示为在包括电磁体311的第一收发器(例如传送器/接收器)与包括开关模式功率转换器222的第二收发器之间交换数据的方法的流程图。如上所述，功率转换器222包括具有感应芯材料302的感应器元件207，该感应芯材料具有依赖于磁导率的磁场。该方法600包括在磁体311与感应器元件207的感应芯材料302之间提供(601)，即磁耦合。另外，该方法600包括在第一收发器及第二收发器其中之一处调制(602)，即磁场以产生表示数据的调制磁场。另外，该方法600包括从第一收发器及第二收发器中的 另外一个处的测量信号423及424提取提(603)数据。测量数据423及424取决于调制磁场。特别地，测量信号423及424可以表示通过感应元件的电流或者表示感应元件的辅助线圈的自由转动。
图7所示为灯泡1的校准的示例设置。该设置包括编程单元760，其使用电磁体311耦合至灯泡装置1。编程单元760可以为电磁体311提供调制电子信号。该调制电子信号，如调制线圈电流，可以感应对应的调制磁场，该调制磁场磁性耦合至灯泡装置1的驱动电路200，8的一个或者多个感应元件207。如此，编程单元760可以提供数据至驱动电路200的控制器206。提供至控制器206的数据可以影响驱动电路200的操作状态。
感应元件762用于侦测从灯泡装置1输出的光701。感应元件762产生表示设定的参数或者从灯泡装置1输出的光信号的参数的感应信号。该感应信号提供给编程单元760，该编程单元760产生基于感应信号及存储信息(例如，根据灯泡装置1的运转状态/特征)的不同的调制电子信号。不同的调制电子信号可以通过电磁体311传输至灯泡装置1，然后，可以使控制数据项存储至控制器206的数据存储单元。然后，控制数据项可以用于控制从灯泡装置1输出的光701。
图8所示为灯泡装置1的校准方法的步骤。给灯泡装置1供电以使光源209根据初始默认设置输出光信号701(步骤1010)。感应单元762感应该输出光信号(步骤S1011)，且返回一感应信号至编程单元760(步骤1012)。编程单元760根据预设的算法对该感应信号进行处理(步骤S1013)以产生传输至灯泡装置1的驱动电路200的控制器206控制数据。根据控制数据产生调制电子信号(特别是调制线圈电流)(步骤S1014)，然后，该调制电子信号通过电磁铁311供给灯泡装置1(步骤1015)。
控制器206可以根据更新的控制数据控制灯泡装置1的光源209(步骤1016)，如此使光源209产生调节的输出光信号701，然后，该感应单元762感应到该调节的输出光信号701以继续程序执行过程，直到该感应信号落在值的预设范围内，例如光源209发出的光701符合预设的要求。
如此，灯泡装置1(例如，可以被校准的所发出光的强度和/或所发出的光的颜色)。换言之，灯泡装置1的光源209产生的输出光701可以被校准以符合规格。例如，输出光701可以被调整为他的强度和/或光谱符合设定的特征。这个输出规格由灯泡的生产商或者灯泡的应用决定。例如，一个应用可以要求具有蓝色光谱的该强度的光，同时，另外一个应用要求低强度的，主要由光源产生的红色光。两个应用可以通过使用灯泡装置1的驱动器内的可编程控制器206来提供。
如上所述，光源209输出的光信号701可以是携带数据的信号，其使用调制的光输出信号。该调制的光信号可以由任何适合的调制方案产生，包括但不限于，振幅或者频率调制方案。所调制的光信号701可以用于输出与编程单元使用的灯泡装置1的LED209及其他元件相关的系统状态信息。
可选地或者另外，从灯泡装置1到编程单元760的反向通讯通路可以通过灯泡装置1的感应元件207与电磁体311之间的磁耦合来建立(如上所述)。
在本发明中，已经描述了提供到灯泡装置1的驱动电路的通讯连接及从灯泡装置1的驱动电路输出的通讯连接的系统及方法。该系统和方法利用外部磁体，也可以利用驱动电路的内部感应元件。该系统和方法可以实现相对高的数据速率。灯泡装置1的普通的金属装配元件(如铜、铝及黄铜)对外部磁体及内部感应元件来说是不带电的。另外，该方法和系统能够测量感应芯材料的限度(特别是感应芯材料的饱和度)。
该方法及系统已以灯泡装置为背景的情况下作了描述，尤其是在校准灯泡装置的背景下。需要注意的是，该方法及系统可以用于多种其他应用，例如任何不用插针连接的一般电力供应(主插座)或者移动应用。
另外，该方法和系统可以用作感应调制的特殊测试，如测试限度的饱和度。举例来说，使用电磁体311，功率转换器222的感应元件207的感应芯材料可以被预设为一预设值。感应芯材料302可以用于测试感应元件207的饱和度的极限。如此，则描述了用于测试感应元件的饱和极限的测试系统。该测试系统可以包括测试单元，其包括电磁体311。该测试系统可以用于测试感应207(例如，开关模式功率转换器的感应元件)。该感应元件207可以包括具有取决于磁导率的磁场的感应芯材料302。该电磁体311及感应元件207的感应芯材料302可以被磁性耦合。
电磁铁311可以用于产生磁场以在预设的操作点预先设置感应芯材料302。特别地，电磁体311可以用于在多个不同磁场强度处产生多个磁场。如此，可以在对应的多个不同的操作点处预先设置感应芯材料302。
功率转换器222的控制器206可以用于确定感应元件207的感应值(例如，基于当前斜坡502及503的斜度)。特别地，控制器206可以用于侦测感应元件207的感应芯材料302进入饱和(例如，一个感应值)。另外，控制器206可以用于通知测试单元已经侦测到饱和状态(例如，使用本发明中所描述的通讯方案)。
因此，测试系统可以从感应芯材料302进入饱和状态开始(在功率转换器222的一般操作条件下)，从多个磁场强度中确定磁场强度。因此，可以确定感应元件207的饱和极限。
需要注意的是，上述描述及图仅仅描述了建议的方法及系统的原理。所属领域技术 人员可以实现虽然在此处没有明确描述或图示，但却能体现本发明的原理并包括在本发明的精神及范围内的各种方案。另外，本文件中所描述的所有实施例及实施方式主要目的仅在于解释说明以帮助读者理解所建议的方法及系统的原理。另外，此处的描述的所有原理、方面、本发明的实施方式、及具体实施方式中的具体实施例都包括其等同物。
Claims (15)
1.一种通讯系统，包括
第一收发器，其包括磁体，及
第二收发器，其包括开关模式功率转换器(222)，该开关模式功率转换器(222)包括功率开关(212)和具有感应芯材料(302)的感应元件(207)，该感应芯材料(302)具有取决于磁导率的磁场，从而感应元件(207)的感应值取决于感应芯材料(302)的磁场强度，功率开关(212)被控制以换向周期率在开启状态及关闭状态之间转换；
其中，该磁体与该感应元件(207)的感应芯材料(302)磁性耦合；
其中，该第一收发器用于调制磁体产生的磁场，以产生表示下行数据的调制下行磁场，该下行数据包括用于变更功率转换器(222)的操作模式的数据；
其中，第二收发器用于从来自功率转换器(222)的测量信号(423，424)提取下行数据；其中，该测量信号(423,424)取决于感应元件(207)的感应值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，磁体包括电磁体(311)，该电磁体(311)包括磁芯材料及线圈；
该磁芯材料与感应芯材料磁性耦合；
该电磁体(311)用于通过改变电磁体(311)的线圈电流产生所述调制下行磁场；和/或从线圈电流中提取上行数据，该线圈电流已经根据该调制上行磁场进行调制。
3.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，第二收发器包括控制器(206)，该控制器(206)用于：
通过控制器(206)的感应引脚(216,242)接收该测量信号(423,424)；及
通过控制器(206)的控制引脚(241)给功率转换器(222)的功率开关(212)提供控制信号(421)，以致于该功率开关(212)以换向周期率在开启状态及关闭状态之间转换。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
该功率转换器(222)包括降压转换器、逆向转换器、升压转换器、升降压转换器、单端初级电感转换器中的一个或者多个；和/或
该感应元件(207)包括一个或者多个线圈。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该测量信号(216,242)由下列一个或者多个来表示：
通过功率转换器(222)的功率开关(212)的电流；
通过感应元件(207)的线圈的电流；及
感应元件(207)的辅助线圈(213)的自由转动次数。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场的振幅被调制；和/或所述磁场的变更的频率被调制。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，调制的下行磁场包括受感应芯材料(302)饱和影响的高态及受感应芯材料(302)没有饱和影响的低态。
8.根据权利要求6或者7所述的系统，其特征在于，该磁场的变更的频率比功率转换器(222)的功率开关(212)的换向周期率高。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该第二收发器用于调制感应元件(207)产生的磁场，以产生表示上行数据的调制上行磁场，且其中，该第一收发器用于从调制上行磁场中提取上行数据。
10.一种用于开关模式功率转换器(222)的控制器(206)，其中，该开关模式功率转换器(222)包括功率开关(212)和具有感应芯材料(302)的感应元件(207)，该感应芯材料(302)具有取决于磁导率的磁场，从而感应元件(207)的感应值取决于感应芯材料(302)的磁场强度，功率开关(212)被控制以换向周期率在开启状态及关闭状态之间转换，该控制器(206)用于：
从功率转换器(222)接收测量信号(423,424)，其中测量信号(423,424)取决于感应元件(207)的感应值；其中该感应值被调制以表示下行数据；其中该下行数据包括用于变更功率转换器(222)的操作模式的数据；及
从测量信号(423,424)提取该下行数据。
11.一种驱动电路(200)，用于在驱动电路(200)的输出端在驱动电压(231)处提供电能，该电能源自驱动电路(200)的输入端的输入电压(230)处的电能，该驱动电路(200)包括：
功率转换器(221,222)用于将输入电压(230)处的电能转换为驱动电压(231)处电能；其中该开关模式功率转换器(222)包括具有感应芯材料(302)的感应元件(207)，该感应芯材料(302)具有取决于磁导率的磁场；及
权利要求10中所述的控制器(206)。
12.一种灯泡装置(1)，包括：
电连接模块(4)，用于电连接至市电电源，从而在输入电压(230)处提供电能；
权利要求11中所述的驱动电路(8,300)，用于从输入电压(230)处的电能为该驱动电压(231)处提供电能；及
光源(6,209)，用于使用驱动电压(231)处的电能发光。
13.一种在包括磁体的第一收发器与包括开关模式功率转换器(222)的第二收发器之间进行数据交换的方法，该开关模式功率转换器(222)包括功率开关(212)和具有感应芯材料(302)的感应元件(207)，该感应芯材料(207)具有取决于磁导率的磁场，从而感应元件(207)的感应值取决于感应芯材料(302)的磁场强度，功率开关(212)被控制以换向周期率在开启状态及关闭状态之间转换，该方法包括：
在该磁体与感应元件(207)的感应芯材料(302)之间提供(601)磁耦合；
调制(602)在第一收发器的磁场以产生表示下行数据的调制磁场，其中该下行数据包括用于变更功率转换器(222)的操作模式的数据；
从第一收发器与第二收发器中的另外一个处的测量信号(423，424)中提取(603)下行数据；其中测量信号(423,424)取决于感应元件(207)的感应值。
14.一种用于校准权利要求12所述的灯泡装置(1)的校准系统，该校准系统包括：
磁体，用于产生磁场，其中磁体被设置为与包括在灯泡装置(1)内的感应元件(207)进行磁耦合；
编程单元(760)，用于：
确定用于修改灯泡装置(1)内的控制器(206)的操作状态的控制数据；及
使磁体产生表示控制数据的调制磁场；及
感应单元(762)用于获取灯泡装置(1)发出的光(701)；其中，该编程单元(60)被配置为根据所获取的光确定控制数据。
15.一种用于校准权利要求12所述的灯泡装置(1)的方法，该方法包括：
通过磁性耦合磁体与感应元件(207)，建立从磁体到灯泡装置(1)内的感应元件(207)的通讯通道；
确定用于变更灯泡装置(1)内的控制器(206)的操作状态的控制数据；
使磁体产生表示控制数据的调制磁场；及
获取灯泡装置(1)发出的光(701)；其中，控制数据由所获取的光确定。
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