CN105554973B - 用于固态照明的驱动电路的控制器及相应的操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于固态照明装置的驱动电路的控制器。所述驱动电路包括电源转换器，所述电源转换器用于将来自于所述驱动电路输入端的能量传送到所述SSL装置。所述输入端的能量源自包括循环序列的AC电源电压。所述控制器用于确定所述SSL装置的调光级别，通过比较源自于所述AC电源电压的电压与预设阈值来确定同步信号，根据同步信号确定PWM脉冲序列，满足所述PWM脉冲序列在所述AC电源电压的每个半循环中包括一个或多个PWM脉冲。所述控制器用于以第一操作模式操作所述电源转换器，从而以第一能量级别在所述PWM脉冲序列内将能量供给到所述SSL装置，并且以第二操作模式在所述PWM序列之间操作所述电源转换器。

Description

用于固态照明的驱动电路的控制器及相应的操作方法
技术领域
本发明涉及固态照明(solid state lighting，SSL)装置的驱动电路。特别地，本发明涉及尤其在相对较低的调光级别下用于减少或消除SSL装置的频闪的驱动电路。
背景技术
固态照明(SSL)灯泡总成，例如基于发光二极管(LED)的灯泡总成，有望替代GLS(General Lighting Service，普通照明服务)或者白炽灯。SSL装置通常包括驱动电路和/或电源转换器，从而将来自电源供电的电能转换为适用于包含在SSL装置内的SSL光源(如LED阵列)的电能。
SSL装置的驱动电路应该用于将AC电源电压转换为容许常数负载电压和负载电流。特别地，该驱动电路应该用于控制该负载电压(又被称为驱动电压)和该负载电流(又被称为SSL电流)，从而该SSL装置不以人眼可见的方式频闪。此外，驱动电路应配置为可在不同的调光级别驱动SSL装置。该SSL装置发射出的光即使在相对较低的调光级别，也不应显示任何可见频闪。
本发明论述了SSL装置的上述技术问题，并描述了一种用于驱动无可见频闪的SSL装置的方法和系统。
发明内容
本发明一方面描述了一种用于固态照明(SLL)装置的驱动电路的控制器。该SSL装置包括一个或多个发光二极管(LED)。该驱动电路包括电源转换器，该电源转换器用于将来自于该驱动电路输入端的能量传送到该SSL装置。该电源转换器可包括隔离或非隔离式电源转换器。替换性或附加性地，该电源转换器包括线性调节器。该电源转换器可包括电感器(例如变压器)，该电感器用于存储来自于该驱动电路输入端的能量，并将该存储能量释放至该SSL装置中。此外，该电源转换器可包括与该电感器串联连接的电源开关，并且当该电源开关处于导通状态时，可使电感电流经过该电感器。特别地，该电源开关(包括如金属氧化物半导体、MOS、晶体管)可置于导通状态，以将能量存储在电感器中，并且该电源开关可置于断开状态，以将该能量释放到该SSL装置。示例说明，该电源转换器可包括反激式电源转换器。
该驱动电路的输入处的能量可来自于具有电源频率的AC电源电压。该AC电源电压通常包括循环序列(电源频率)或者半循环序列(两倍于电源频率)。该电源转换器的输入电压可源自整流后的AC(交变电流)电源电压(又被称为整流输入电压或者整流AC电源电压)。该输入电压通常根据循环频率(可能是电源电压频率的两倍，即循环频率可以是电源频率的两倍)变化。该电源频率可等于50Hz或60Hz。该AC电源电压可呈现出或者具有包括全波序列的波形。该全波可在该波形内以电源频率重复。该全波可以再分为两个半波。该整流AC电源电压的波形可以包括噪声和/或失真。这会导致循环频率的变化和/或该整流AC电源电压的半循环的持续时间的变化。
该控制器可用于确定该SSL装置的调光级别。可根据包含在该AC电源电压的波形内的信息(例如，根据该波形的调制和/或根据舍相角度)获得该调光级别。替换性或附加性地，可以根据在独立通信通道(例如通过蓝牙或者通过无线LAN)中接收到的信息确定该调光级别。
该控制器可用于以第一操作模式操作该电源转换器，从而以第一能量级别将能量供给至该SSL装置。该能量的第一能量级别足够高，以使该SSL装置发射出可见光。
为了以第一操作模式操作该电源转换器，该控制器可用于重复性地：在检测该电感器的续流时，将电源开关调至导通状态，并且在检测到电感器达到预设最大电流时，将该电源开关调至断开状态。在第一操作模式期间，该电源转换器的电源开关可以循环频率在导通状态和断开状态之间转换。该转换循环频率可以在100kHz范围内。该预设最大电流可依调光级别而定。具体地，如果调光级别增加，则预设最大电流亦增加(并且反之亦然)。因此，在第一操作模式时，该电源转换器可以临界导电状态(BCM)操作。该第一操作模式满足：该SSL装置提供有基本恒定的SSL电流，从而发射出具有基本恒定亮度级别的光。
该控制器可用于执行PWM调光，为了达到该目的，该控制器用于以第一操作模式在PWM脉冲序列期间内操作该电源转换器，并且在PWM序列之间以第二操作模式操作该电源转换器。在第二操作模式中，操作该电源转换器，从而以第二能量级别将能量供给到该SSL装置。该能量的第二能量级别低于该能量的第一级别。具体地，第二能量级别的能量不会使该SSL装置发射出可见光。该第二操作模式可以是维护模式，在该模式期间，能量被提供至该控制器。对于PWM调光，该电源转换器可以在第一操作模式和第二操作模式之间交替。该第一操作模式(相对于第二操作模式)的相对持续时间可受该PWM脉冲的宽度和/或PWM频率控制。该PWM频率可以对应于(平均)或者为(平均)该循环频率的整数倍。
为了以第二操作模式操作该电源转换器，该控制器可周期性地将该电源开关调至导通状态，持续预设的导通状态持续时间；并将该电源开关调至断开状态，持续预设的断开状态持续时间。导通状态和断开状态可交替出现。该导通状态持续时间和断开状态持续时间可满足：以第二能量级别传送的能量足以使该控制器维持运行状态。另一方面，在第二能量级别传送的能量又不足以使该SSL装置发射出可见光。因此，该第二操作模式可用于确保该驱动电路即使在低调光级别下，也可以持续操作。
通过以PWM频率交替第一操作模式和第二操作模式，该SSL装置可生成PWM频率的光脉冲。该PWM频率足够高(例如100Hz或更高)，从而确保该光脉冲为人眼不可见的。通过这样做，可进一步降低平均照度级别，即可实现相对较低的调光级别。
应该说明的是，该PWM脉冲的PWM频率不同于上述电源开关的通信循环率。该PWM频率确定了该PWM脉冲的(平均)重复率，其中该电源转换器以第一操作模式在PWM脉冲期间操作。换言之，在该PWM频率发生的PWM脉冲期间，该电源转换器的电源开关以通信循环率在导通状态和断开状态之间切换。因此，该PWM频率通常明显低于(100Hz范围内)通信循环率(100kHz范围内)。
该PWM脉冲序列包括PWM脉冲(例如平均频率为PWM频率)。该PWM脉冲的脉冲宽度或脉冲持续时间影响该SSL装置的调光级别。该PWM脉冲序列可与该AC电源电压同步。特别地，该控制器可用于根据该AC电源电压(特别是根据整流AC电源电压)确定PWM脉冲序列。
特别地，该控制器可用于通过比较源自于AC电源电压(特别是整流AC电源电压)的电压与预设阈值来确定同步信号。该同步信号包括脉冲序列，其中来自于该脉冲序列的脉冲与源自于AC电源电压(特别是整流AC电源电压)的电压穿过该预设阈值的时间对应或相关。特别地，每次源自于AC电源电压(特别是整流AC电源电压)的电压穿过该预设阈值时，生成脉冲。替换性地，该同步信号包括矩形函数，其中该矩形函数的边缘与源自于AC电源电压(特别是整流AC电源电压)的电压穿过该预设阈值的时间对应或相关。特别地，每次源自于AC电源电压(特别是整流AC电源电压)的电压穿过该预设阈值时，该矩形函数产生边缘。因此，同步信号可表征源自该AC电源电压(特别是整流AC电源电压)的电压的半循环的瞬时相位和瞬时持续时间(周期)。
此外，该控制器可用于根据同步信号确定该PWM脉冲序列，从而使该PWM脉冲序列在AC电源电压的每个半循环中包括一个或多个PWM脉冲。此外，确定该PWM脉冲序列，从而当前半循环(在这里用整数n表示)的一个或多个PWM脉冲根据先于当前半循环n的至少一个半循环的同步信号决定。当前半循环的一个或多个PWM脉冲通常还根据当前半循环的同步信号决定。通过使该一个或多个PWM脉冲(尤其是该一个或多个PWM脉冲的相位和/或持续时间和/或宽度)根据该AC电源电压的先前的半循环决定，可以减弱包含在该AC电源电压内的噪声和/或失真，从而为生成PWM脉冲序列提供稳定的时间基准，并且从而即使在失真AC电源电压的情况下，也可以生成无频闪的光。
该控制器可用于确定先前半循环(例如该半循环用n-1表示)的先前周期。此外，该控制器可根据当前半循环n的同步信号并根据先前周期确定周期误差。当前半循环n的当前周期可以通过利用周期误差更新先前周期来确定。因此，可以递归方式确定当前半循环n的当前周期。可以根据当前周期确定当前半循环n的一个或多个PWM脉冲。特别地，当前周期可用于表征该一个或多个PWM脉冲的持续时间和相位。
该控制器用于将衰减应用到该周期误差中，用于确定当前半循环n的当前周期。该衰减被用于控制关于该AC电源电压内的变化的控制器的适应速度。此外，该衰减用于控制噪声和/或失真从该AC电源电压中被去除的程度。
该控制器用于确定包括锯齿序列段的相位基准信号，从而使先前半循环n-1的锯齿段的持续时间等于先前周期。该相位基准信号可表征为整流AC电源电压的先前半循环而生成的一个或多个PWM脉冲的相位。该控制器用于根据当前半循环n的同步信号，并根据先前半循环n-1的相位基准信号确定相位误差。此外，该控制器用于通过利用该相位误差更新先前周期，以确定当前半循环n的当前周期。通过这样做，还将该AC电源电压的相位变化考虑在内。
该控制器可用于将衰减应用于该相位误差中，以确定该当前半循环n的当前周期。如上文指出的，该衰减被用于控制关于该AC电源电压内的变化的控制器的适应速度。此外，该衰减用于控制噪声和/或失真从该AC电源电压中被去除的程度。
该控制器用于确定包括分别用于半循环序列的相位序列段的相位信号，从而当前半循环n的相位段的持续时间等于当前周期，并且当前半循环n的相位段包括基础锯齿或者整数倍个基础锯齿。该基础锯齿可从预设最低值(例如0)到预设最大值之间变动。该控制器可用于根据当前半循环n的相位段确定当前半循环n的一个或多个PWM脉冲。具体地，该控制器可用于在与基础锯齿固定选段对应的时间点生成PWM脉冲。该固定选段依调光级别而定。
控制器可利用具有预设时钟频率的时钟信号生成相位基准信号和/或相位信号。
根据另一方面，本发明描述了用于SSL装置的驱动电路。该驱动电路包括电源转换器。此外，该驱动电路包括控制器。该控制器包括本发明描述的任何特征。
根据另一方面，本发明描述了一种灯泡总成。该灯泡总成包括用于电连接到电源供电的电连接模块，从而提供输入电压。此外，该灯泡总成包括本发明已述的驱动电路，用于将输入电压转化为用于固态照明(SSL)装置的驱动信号。此外，灯泡总成包括用于根据驱动信号提供光的SSL装置。
根据另一方面，本发明描述了一种用于操作如本文所描述的控制器和/或驱动电路的方法。该方法包括对应于本文描述的该控制器和/或驱动电路的特征的步骤。特别地，该方法针对利用驱动电路操作固态照明(SSL)装置。该驱动电路包括用于将能量从驱动电路的输入传送至该SSL装置的电源转换器。该输入处的能量可源自于包括循环序列的AC电源电压。
该方法包括确定该SSL装置的调光级别。此外，该方法包括通过比较整流AC电源电压与预设阈值确定同步信号。此外，该方法包括根据同步信号确定PWM脉冲序列，从而使该PWM脉冲序列在该AC电源电压的每个半循环中包括一个或多个PWM脉冲，并且当前半循环n的一个或多个PWM脉冲根据先于当前半循环n的至少一个半循环的同步信号决定。此外，该方法包括以第一操作模式操作该电源转换器，从而以第一能量级别在该PWM脉冲序列内将能量供给到该SSL装置，并且以第二操作模式在该PWM序列之间操作该电源转换器。在该第二操作模式中，该电源转换器被操作，从而以第二能量级别将能量供给到该SSL装置。该第二能量级别低于该第一能量级别，并且该第一能量级别和/或该一个或多个PWM脉冲的宽度依调光级别而定。
该方法可以使用本文描述的逻辑组件通过硬件实施。或者，本方法可以通过处理器上的软件实施。
根据另一方面，本发明描述了一种软件程序。该软件程序适于在处理器上执行，并且当在该处理器上运行时，可执行本文描述的方法步骤。
根据另一方面，本发明描述了一种存储介质。该存储介质包括适用于在处理器上执行，并且当在处理上运行时可执行本文描述的方法步骤的软件程序。
根据另一方面，本发明描述了一种计算机程序产品。该计算机程序包括当在计算机上执行时，用于执行本文描述的方法步骤的可执行指令。
应该说明，本文描述的方法和系统，包括其优选实施例，可以单独使用，或者与本文描述的其他方法和系统结合使用。此外，系统环境中描述的特征同样可应用于对应方法。此外，本文描述的方法和系统的所有方面都可以任意组合。具体地，权利要求中的特征可以以任何方式与另一特征进行结合。
在本文中，术语“连接”或“被连接”表示元件彼此电性连接，可以是例如通过电线的直接连接，或者通过一些其他方式连接。
附图说明
下面参考附图，以示例的形式对本发明进行解释，其中
图1描述了示例性的灯泡总成的方块图；
图2a显示了SSL装置的驱动电路的示例性的组件的方块图；
图2b显示了驱动电路的控制器的示例性的组件的方块图；
图3描述了SSL装置的示例性的驱动电路的电路图；
图4显示了用于确定用于生成PWM脉冲序列的相位信号的系统的示例性的组件的方块图；
图5a和图5b为示例性的相位信号；
图6为人眼的敏感度曲线；以及
图7显示了以无频闪方式操作SSL装置的示例性的方法的流程图。
具体实施方式
在本文中，灯泡“总成”包括需要代替传统的基于灯丝的白炽灯泡，尤其是连接标准电力供电的灯泡的所有组件。在英式英语中(以及在本文中)，电力供电意指“电源”供应电力，而在美式英语中，供电通常意指电源线。包括AC电力、线路电力、市电以及电网电力的其他术语应该被理解为可以简单互换，均表示相同的意思。
通常，欧洲供应电力为230-240VAC或230VAC+10％/-6％，交流频率为50HZ，而北美供应电力为110-120VAC或114V-126V，交流频率为60HZ。本文提出的思想适用于所有合适的电力供电，包括上述的电源/线路电力，以及整流AC电力供电。
图1为灯泡总成的示意图。该总成1包括灯泡罩2和电连接模块4。该电连接模块4可以是螺旋式或者卡口式的，或者是连接到灯泡槽的任意其他合适的连接件。电连接模块4的典型实例包括欧洲的E11、E14和E27型的螺旋式连接模块，以及北美的E12、E17和E26型螺旋式连接模块。此外，光源6(又被称为SSL装置)被提供在该罩2内。该光源6的实例为固态光源或SSL装置6，如发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)。该光源6可由单个发光装置，或者由多个LED提供。典型的SSL装置6包括多个串联的LED，从而该SSL装置的通路电压Von由每个LED的通路电压的总和决定。SSL装置的通路电压的值通常在10V-100V的范围内。
通常，不管该SSL装置6发射的光的强度有多大，通过该SSL装置6的电压降基本保持常量(该SSL装置6的通路电压Von)。该SSL装置6发出光的强度通常由通过该SSL装置6的驱动电流控制。
驱动电路8位于该灯泡罩2内，并用来将经过电连接模块4接收到的供应电力(即电源供电)转化为用于光源6的控制驱动电压和驱动电流。对于固态光源6，该驱动电路8用于为该光源6提供控制直流驱动电流。
该罩2为光源和驱动组件提供了合适的封闭空间，并且包括用于提供来自该总成的理想的输出光所需的光学元件。由于光源的温度管理对于光输出和光源寿命的最大化很重要，因此该罩2还提供散热功能。因此，该罩通常被设计为可将该光源产生的热传导至远离该光源，并传导至整个总成之外。
图2a描述了SSL装置6、250的驱动电路8、200的示例性的组件。该驱动电路200包括接收来自于电源供电的交流电流(AC)，并在其输出端提供整流电流(DC)的整流器210。该DC的电能被电源转换器230接收，该电源转换器230用于将控制DC驱动电压和/或控制驱动电流输出到该SSL装置250。驱动信号(包括驱动电压和驱动电流)的电压和电流的特性由该光源6(即SSL装置250)采用的LED的类型和数量确定。供应到该SSL装置250的电力根据该SSL装置250的理想操作环境被控制。在一示例中，该SSL装置250包括多个串联连接的LED，并且需要具有50V或更高驱动电压的驱动信号。通常，该驱动电压根据包含在该SSL装置250内的LED的数量而定，电压范围在10V至超过100V。
该驱动电路200还可包括用于控制该电源转换器230，以产生合适的驱动信号(即合适的驱动电压和合适的驱动电流)的控制器220，该驱动信号为该整流电源电压的函数。特别地，该控制器220可根据由该整流器210提供的整流(但是变化的)电压，调节该电源转换器230的电压转换率。此外，该控制器220可用于控制电源转换器230，以为该SSL装置250提供合适的驱动电流，从而控制由该SSL装置250发射的光的强度。
该电源转换器230包括电感储能装置(例如电感器或变压器)以及开关装置。该开关装置(也被称为能量开关)可由控制器220控制，并且可由金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)装置提供，或者由其他适于开关高压(例如数十伏)的装置。然而需要注意的是，该控制器220可包括开关装置自身，从而为该SSL装置控制合适的驱动电压供应。该电压转换器230可包括不同的电路拓扑。例如该电源转换器230包括降压转换器电路、升压转换器电路、降压/升压转换器电路、SEPIC(单端初级电感转换器)电路，以及或者反激式转换器电路。
图2b描述了控制器220的示例性的方框图。该控制器220包括用于接收传感器/反馈信号S(例如用于接收由该整流器210提供的整流电压)的事件检测单元42、用于输出控制信号C(例如到电源转换器230)的输出控制器43、用于整体控制该系统的处理单元44，以及用于存储数据以供该处理装置使用的数据存储单位46。可提供一个可使该处理单元44与其他装置通信的通信输入/输出单元48，例如使用合适的有线或无线通信协议。该控制器220还包含为该控制器220内的装置供电的电源调节器50，以及用于为处理单元44提供基准时钟信号的时钟信号生成器52(如振荡电路)。该时钟信号生成器52可通过传感器/反馈信号S(例如通过由整流器210提供的整流电压)生成时钟信号，从而实现驱动电路200与电源频率的同步。换言之，该时钟信号生成器52可利用电源周期的频率，使驱动电路200与电源循环同步。
该处理单元44生成控制信号C，用于控制该电源转换器230内的一个或多个开关装置。通常，该控制信号为脉宽调节(PMW)信号，控制该电源转换器230内的开关装置的占空比(即，包括导通状态阶段和随后断开状态阶段的整个整流周期的总长度中能量状态为“导通状态”的长度的比例)，从而控制输出驱动电压。在一实施例中，该控制器220作为微控制器或集成电路实现。
图3显示了灯泡总成1的示例性的驱动电路300、200、8的电路图。该驱动电路300可用于为负载309、250、6(负载可以例如是发光二极管，LED，或者LED阵列)提供电能。该驱动电路300包括电磁干扰(EMI)过滤单元301以及整流器302、210，从而可在电容器341处生成来自于电源供电330的整流输入电压229。此外，该驱动电路300包括用于控制该驱动电路300的电源转换器的控制器306。该控制器306可包括上文描述的控制器220。可利用一个或多个启动电阻315启动该控制器306。此外，该控制器306可连接到供压电容器(图中未示出)，该供压电容器用于为该控制器306(其可被实现为例如集成电路IC)提供供电电压Vcc。在图示实例中，该驱动电路300包括含有反激式转换器305的单级电源转换器。然而应该指出，该驱动电路300包括多级电源转换器。此外需要指出，该电源转换器可包括其他类型的转换器，尤其是隔离或非隔离转换器。图3所示的反激式转换器305包括具有初级线圈320和次级线圈321，并且具有例如用于测量目的的额外辅助线圈322的变压器307。该辅助线圈322可用于为该控制器306提供关于驱动电路300的输出电压231(也被称为驱动电压)的信息。此外，该驱动电路300可包括输出电容器(或存储电容器)308，该输出电容器308存储将要提供给该光源309的电能。该反激式转换器305包括用于在该反激式转换器305的开关202处于断开状态时，防止反向能量从该反激式转换器305的输出流向该反激式转换器305的输入的二极管204。
该电源转换器的输入电压等于整流输入电压229。该输入电压229可利用输入电压传感装置208、209检测，从而为该控制器306提供检测电压信息234。在图示实例中，该输入电压传感装置208、209利用包括电阻器208、209的分压器实现。此外，检测电流信号233利用电流传感装置203确定，并被提供到该控制器306中。该检测到的电流信号233表示通过该反激式转换器305的能量开关202的电流，或者表示通过该变压器307的初级线圈320的电感电流。在图示实例中，该电流传感装置利用与该电源开关202串联的分流电阻器203实现。
该控制器306用于确定门控信号232，该门控信号232用于当通过开关202的电流Is达到预设最大电流Ip时，将第二转换级的开关202设为断开状态。可以根据检测电流信号233和/或根据例如可由变压器307的辅助线圈322提供的续流信号确定该门控信号232。特别地，一旦检测电流信号233达到预设阈值(其通常根据预设最大电流Ip而定)，该门控制信号232可设置为将该电源开关202设置为断开状态。此外，当该反激式转换器305的初级线圈320的续流被检测到时，该门控信号232可以被设置为将电源开关202设置为导通状态。
该驱动电路300可用于为该SSL装置309提供负载电流或SSL电流403，用于生成无频闪的光。此外，该驱动电路300配置为解决高功率因数和谐波失真。这还可在SSL装置进行调光，即当该SSL装置的调光级别被改变的情况下实现。
可以通过调节经过该SSL装置309的平均电流，调节该SSL装置309发出的照度级别。可以通过模拟方式调节经过该SSL装置309的平均电流，其中经过该SSL装置309的基本连续电流403的级别被调节。这可被称为模拟或者线性调光。替换性或者附加性地，可通过为该SSL装置309提供实质上不连续的脉宽调制(PWM)电流403调节经过该SSL装置309的平均电流。后者被称为PWM调光。在PMW调光中，该SSL电流403的级别通常基于PWM信号的脉宽和周期确定，而在模拟调光中，该SSL电流403的级别基于模拟信号的幅值确定。
可利用电源供电网络内的调光器设置SSL装置309的调光级别。该调光器可包括舍相调光器和/或数字调光器。该驱动电路300可根据整流输入电压229的波形确定调光级别。替换性或者附加性地，可利用专用通道路径(如通过蓝牙或者无线LAN)将该调光级别传送至该驱动电路300。该驱动电路300可根据调光级别控制该电源转换器。特别地，该驱动电路300可生成脉宽调制SSL电流403，用于降低该SSL电流403的平均级别，并降低该SSL装置309的调光级别。
以不连续的方式操作该SSL装置309的一种可能方式为，根据该控制器306、220的时钟信号生成器52的基准时钟信号生成脉宽调制SSL电流403。可使用该脉宽调制SSL电流403的占空比确定该SSL装置309的调光水平。由于当单级电源转换器具有PFC(功率因数控制)功能时，该整流AC电源电压229会被直接进给到该变频级的输入，因此该方法是有缺陷的。因此，该电源转换器的输入电压229对应于半波AC信号229。由于基准时间信号通常与电源电压330异步，因此，这会导致一种情况，即该脉宽调制SSL电流403可能是根据整流AC电源电压229的不同相位被确定的。这种相移会导致被传送到该SSL装置309中的能量的量的任意改变。这种被提供到该SSL装置309中的能量的量的任意改变会生成可见的频闪效果。
图6表明了在看见的相对于DC亮度级别的亮度变化为-60dB时，人眼对于4Hz至8Hz区域的可见频闪最为敏感，。调光通常会增加SSL装置309对噪声和干扰的灵敏度。图6示出了眼睛的频闪敏感度响应611以及SSL总成1的测量光谱响应612。在该示例性实例中不存在可见频闪，即使发射光具有相对较高的100Hz部分。
本申请描述了一种方法及对应的控制器306、220，该方法及控制器306、220用于消除该电源转换器的输入处的输入电压229(即整流AC电源电压229之间的电压)与提供到该SSL装置309的脉宽调制SSL电流403之间的可能干扰。换言之，描述了一种用于提供一种脉宽调制SSL电流403的方法和控制器，该脉宽调制SSL电流403可使发出的光不具有频闪，即使该整流AC电源电压229表现出噪声及失真。为了达到此目的，该脉宽调制SSL电流403的生成可与电源频率同步。由于此，该能量转换在电源供电330的不同周期仍保持不变。通过此手段，该SSL装置309可以避免频率效应。
如上文指出的，该SSL装置309的亮度级别通常依经过该SSL装置309的脉宽调制SSL电流403的PWM脉宽(例如占空比)而定。该脉宽调制SSL电流403的PWM脉冲的PWM频率可基于电源供电330得出。特别地，该PWM频率可通过电源频率乘以倍增因子得出，即PWM频率可与电源频率成比例，或者与循环频率成比例，其中该比例因数可为整数。
为了控制该SSL装置309的PWM操作，可以使用PWM控制信号。该PWM控制信号包括PWM脉冲的序列，其中PWM脉冲表示该驱动电路300产生SSL电流403的脉冲的时间间隔。如上文指出的，该PWM脉冲的PWM频率可由电源频率或由循环频率产生。该PWM脉冲的宽度可用于控制该SSL装置309的调光级别。
如上文指出的，平均正向SSL电流决定了该SSL装置309的亮度。可利用两种方法调节该平均SSL电流：通过直接改变该平均SSL电流403使用线性调光方法，以及通过以相对较高的PWM频率开关该SSL电流403使用PWM调光，从而减小该平均SSL电流403。该PWM控制信号的PWM频率应该足够高，以避免人眼可察觉的可见频闪。此外，该PWM控制信号的PWM频率应该是稳定的，即使在整流AC电源电压229上受到噪声和失真的影响。
其实，电源供电330通常不是完全稳定的，并且在周期循环和/或相位中会表现出变化。过滤该电源供电330内的噪声可使该PWM控制信号稳定，从而维护精确的时间基准。特别地，精确的时间基准可使控制器306将该PWM脉冲置于电源循环内，从而得到足够高的能量因数校正(PFC)图像。可利用锁相环(PLL)结构生成用于生成PWM脉冲序列的时间基准，该锁相环(PLL)结构用于将相位信号锁定在该电源供电330的电源循环或半循环。通过这样做，可以消除该整流AC电源电压229内的瞬态噪声，从而为生成PWM脉冲序列提供稳定的时间基准。
图4显示了确定锁定在该整流AC电源电压229上的相位信号417的示例性的系统。该系统可在控制器306内实现。该系统包括同步单元421，该同步单元421用于基于整流AC电源电压229生成同步信号411。特别地，该同步单元421用于比较整流AC电源电压229的振幅与预设阈值。如果整流AC电源电压229超出预设阈值，则该同步信号411会具有第一级别(例如高)。如果整流AC电源电压229低于预设阈值，则整流AC电源电压229具有第二级别(例如低)。替换性或者附加的，每次当该整流AC电源电压229穿过该预设阈值(例如从低于阈值到高于阈值和/或从高于阈值到低于阈值)时，该同步信号411就会具有脉冲。图5a和图5b显示了用于示例性整流AC电源电压229的示例性同步信号411。此外，图5a和图5b显示了用于确定该整流AC电源电压229的上升坡上的整流AC电源电压229的变换的第一阈值501。此外，图5a和5b显示用于确定该整流AC电源电压229的下降波上的整流AC电源电压229的变换的第二阈值(小于第一阈值501)。
该系统还包括周期检测单元423。该周期检测单元423用来基于同步信号411并且基于用于先前循环(n-1)的周期p(n-1)415确定周期失误413。换言之，该周期检测单元423可用于确定该当前循环n(由同步信号411提供)的电源供电330的当前测量周期(或循环长度)与用于确定先前循环(n-1)的PWM脉冲(由周期415提供)的序列的周期p(n-1)(或循环长度)的差异有多少。使用计数器(n)，可以确定当前测量周期(由计算器值计数器(n)提供)。该当前测量周期可以从周期415中被减去，从而确定周期误差e1(n)，即
e1(n)＝count(n)-p(n-1)。
此外，该系统包括相位检测单元424。该相位检测单元424用来根据同步信号411并且根据先前循环(n-1)的相位基准信号416(其对应于相位信号417)确定相位失误414。特别地，可以确定相位信号417(由相位基准信号416给出)是否与该电源供电330(由同步信号411给出)的半周期同相。该相位基准信号416可对应于在由周期p(n-1)415确定的时间间隔内的其循环计数从0计算到预设最大值的锯齿。当同步信号411表现出变换或脉冲时，该相位检测单元424即可用于确定该锯齿的值。该值可表征整流AC电源电压229的相位信号417(在先前循环(n-1)中被用于生成PWM脉冲的序列)和当前循环n之间的相位误差e2(n)414。该相位误差e2(n)可确定如下：
e2(n)＝锯齿值(n)，
其中锯齿值(n)为当同步信号411表现出转换或脉冲时，相位基准信号416的锯齿值。可能要考虑到相位误差的卷褶，通过从锯齿值(n)中减去锯齿的最大值的一半，以确定该相位误差e2(n)。
该系统包括周期确定单元425，该周期确定单元425用于根据周期误差413并根据相位误差414确定当前循环n的周期p(n)415(作为确定当前循环n的相位信号417的基础)。特别地，通过更新先前使用的周期p(n-1)，可以递归方式确定周期p(n)415。举例说明，半循环n的当前周期p(n)415被确定为
p(n)＝p(n-1)+a·e1(n)+b·e2(n)，
其中，e1(n)为半循环n的周期误差413，a∈{0,1}为该周期误差413的衰减；而e2(n)为半循环n的相位误差414，而b∈{0,1}为该相位误差414的衰减。通过设置该衰减，可以控制该相位信号417内的适应速度和/或噪声量。尤其是通过降低衰减，可以降低适应速度和噪声量。
该系统还包括相位信号生成单元422，该相位信号生成单元422用于根据周期p(n)415并根据时钟信号412生成相位信号417。该相位信号417包括基础锯齿，该基础锯齿在预设下限(例如0)和预设上限(例如255)之间变化。该锯齿的斜坡会根据周期p(n)415增大或减小。特别地，该相位信号417以这样一种方式确定：半循环n的锯齿周期的长度等于该半循环n的周期p(n)。该相位信号生成单元422可用于生成相位信号417，该相位信号417在每个锯齿周期中包括一个或多个基础锯齿。在图5a和图5b中显示了每个锯齿周期中包括一个基础锯齿(图5a)，以及每个锯齿周期中包括三个基础锯齿(图5b)。该锯齿周期等于半循环n的周期p(n)。
总体来讲，图4所示的系统允许生成可用于将一个或多个PWM脉冲可靠地置于整流AC电源电压229中的每个半循环中的相位信号417。PWM脉冲例如可置于该相位信号417中的每个基础锯齿的预设选段处。通过增加该选段的宽度，该PWM脉冲的宽度可以增加(反之亦然)。就这一点而论，相位信号417可用于确定用于生成无频闪的光的稳定PWM脉冲序列。
图7显示了使用驱动电路300操作SSL装置309的示例性方法700的流程图。该驱动电路300包括用于将该驱动电路300的输入处的能量传送到SSL装置309的电源转换器。该驱动电路300用于从具有电源频率的并且包括循环序列的AC电源电压的输入端得到能量。该方法700包括701确定该SSL装置309的调光级别。此外，该方法700包括702通过比较整流AC电源电压229和预设阈值501、502，确定同步信号411。就一点而论，该同步信号411可表征该AC电源电压的半循环长度或持续时间。该AC电源电压的半循环长度或持续时间会因该AC电源电压的噪声和/或失真而变化。该方法700旨在消除该噪声和/或失真，从而为生成PWM脉冲序列提供稳定的时间基准，以生成无频闪光。
方法700包括703根据同步信号411确定一个PWM脉冲序列517，从而使该PWM脉冲序列517在该AC电源电压的每个半循环包括一个或多个PWM脉冲。此外，确定该PWM脉冲序列517，从而当前半循环n的一个或多个PWM脉冲根据先于当前半循环n的至少一个半循环的同步信号411决定。此外，当前半循环n的一个或多个PWM脉冲通常根据当前半循环n的同步信号411决定。通过考虑多个半循环的同步信号411，可以消除该AC电源电压的半循环持续时间的变化，从而为生成PWM脉冲提供稳定的时间基准。
方法700还包括704以第一操作模式操作该电源转换器，从而在该PWM脉冲517内以第一能量级别将能量供给到该SSL装置309，并且在该PWM序列517中间以第二操作模式操作该电源转换器，其中在该第二操作模式中，该电源转换器被操作，从而以第二能量级别将能量供给到该SSL装置309。该第二能量级别低于该第一能量级别，从而生成PWM调制SSL电流403。此外，该第一能量级别和/或该一个或多个PWM脉冲的宽度根据调光级别决定，从而确保了SSL装置309发射出合适级别的光。
同样地，利用图4所示结构内的低通反馈环路过滤器，PPL可及时跟踪周期415，其中该周期415用于生成PWM脉冲序列。该结构考虑到50/60Hz的电源供电，以及来自该电源供电的轻微变化。该时间基准(即相位信号417)可用于生成PWM脉冲序列，例如每个半循环生成多个PWM脉冲，从而当灯泡1被调暗时，可减少或消除可见频闪。
图4所示的PLL结构用于在电源供电330的一个或两个半循环中跟踪同步信号411。这可用于消除该电源供电330内的DC偏移的奇偶效应。利用时钟(例如10MHz)可生成该相位信号417，其中该相位信号417在每个半循环中可包括1、2、3、4、5、6、7或者更多的斜坡或者基本锯齿。每个半循环中的脉冲的数量是用户可选择的。可利用可调节衰减实现对该反馈的限制。该半循环的一个或多个PWM脉冲可以电源峰值为中心(可能与该相位信号417的斜坡具有偏移)。PWM脉冲的持续时间可能是该相位信号417的斜坡计数的固定值。
控制器306可用于初始化该周期415的值，从而容许快速锁定。为了达到此目的，一开始(例如3-5个半循环)仅根据周期确定单元423并根据周期误差413(不考虑相位误差414)确定该周期415。因此，可以获得该周期415的快速变换。替换性或者附加性地，可以变化该衰减a和/或b，从而使该周期415和该相位信号417快速变换。特别地，可以在操作开始时将衰减a和/或b设置为相对较高，并在之后逐渐减小。
应该指出，说明书和附图仅用于说明所提出的方法和系统的思想。即使本文未明确描述或显示，但是本领域技术人员依然可以做出体现本发明思想的多种变换，均包括在本发明的思想和保护范围之内。此外，本文中概述的所有实例和实施例，目的均仅在于解释目的，从而帮助读者理解所提出方法和系统的思想。此外，本文声明提供的关于本发明的思想、方面以及实施例及其特定实例都同时包括其等同形式。

Claims (12)

1.一种用于被称为SSL装置的固态照明装置(309)的驱动电路(300)的控制器(306)，其特征在于：所述驱动电路(300)包括电源转换器(305)，所述电源转换器(305)用于将来自于所述驱动电路(300)输入端的能量传送到所述SSL装置(309)；所述电源转换器(305)包括：电感器(307)，所述电感器(307)用于存储来自于所述驱动电路(300)输入端的能量，并将所述存储能量释放至所述SSL装置(309)中，以及电源开关(202)，所述电源开关(202)与所述电感器(307)串联连接，并且当所述电源开关(202)处于导通状态时，可使电感电流经过所述电感器(307)；其中所述输入端的能量源自包括循环序列的AC电源电压；所述控制器(306)用于：
确定所述SSL装置(309)的调光级别；
通过比较源自于所述AC电源电压的电压(229)与预设阈值(501、502)来确定同步信号(411)；
根据同步信号(411)确定PWM脉冲序列(517)，使得：
所述PWM脉冲序列(517)在所述AC电源电压的每个半循环中包括一个或多个PWM脉冲；并且
当前半循环n的一个或多个PWM脉冲根据先于当前半循环n的至少一个半循环的同步信号(411)决定；以及
以第一操作模式操作所述电源转换器(305)，从而以第一能量级别在所述PWM脉冲序列(517)内将能量供给到所述SSL装置(309)，并且以第二操作模式在所述PWM序列(517)之间操作所述电源转换器(305)；
其中在所述第二操作模式中，所述电源转换器(305)被操作，从而以第二能量级别将能量供给到所述SSL装置(309)；其中所述第二能量级别低于所述第一能量级别；并且其中所述第一能量级别和/或所述一个或多个PWM脉冲的宽度依所述调光级别而定；
为了以第一操作模式操作所述电源变换器(305)，所述控制器(306)用于重复性地：
当检测到所述电感器(307)的续流时，将所述电源开关(202)调至导通状态；并且
当检测所述电感器是否达到预设最大电流时，将所述电源开关(202)调至断开状态；其中所述预设最大电流依所述调光级别而定；
为了以第二操作模式操作所述电源变换器(305)，所述控制器(306)用于周期性地
将所述电源开关(202)调至导通状态，持续预设的导通状态持续时间；
并且
将所述电源开关(202)调至断开状态，持续预设的断开状态持续时间；
其中所述导通状态持续时间和断开状态持续时间可满足：以第二能量级别传送的能量足以使所述控制器(306)维持运行状态。
2.根据权利要求1所述的控制器(306)，其特征在于，所述当前半循环n的所述一个或多个PWM脉冲的相位和/或持续时间根据先于当前半循环n的至少一个半循环的同步信号(411)决定。
3.根据前述任一项权利要求所述的控制器(306)，其特征在于，所述控制器(306)用于：
确定先前半循环n-1的先前周期(415)；
根据当前半循环n的同步信号(411)，并根据所述先前周期(415)确定周期误差(413)；
通过利用所述周期误差(413)更新所述先前周期(415)，以确定当前半循环n的当前周期(415)；并且
根据所述当前周期(415)确定所述当前半循环n的所述一个或多个PWM脉冲。
4.根据权利要求3所述的控制器(306)，其特征在于，所述控制器(306)用于以递归方式确定当前半循环n的当前周期(415)。
5.根据权利要求3所述的控制器(306)，其特征在于，所述控制器(306)用于将衰减应用于所述周期误差(413)中，以确定当前半循环n的所述当前周期(415)。
6.根据权利要求3所述的控制器(306)，其特征在于，所述控制器(306)用于：
确定包括锯齿序列段的相位基准信号(416)，从而使先前半循环n-1的锯齿段的持续时间等于所述先前周期(415)；
根据当前半循环n的同步信号(411)，并根据先前半循环n-1的相位基准信号(416)确定相位误差(414)；
通过更新先前周期(415)，并利用所述相位误差(414)，确定当前半循环n的当前周期(415)。
7.根据权利要求6所述的控制器(306)，其特征在于，所述控制器(306)用于将衰减应用于所述相位误差(414)中，以确定当前半循环n的当前周期(415)。
8.根据权利要求6所述的控制器(306)，其特征在于，所述控制器(306)用于：
确定包括分别用于半循环序列的相位序列段的相位信号(417)，从而当前半循环n的相位段的持续时间等于当前周期(415)，并且所述当前半循环n的相位段包括基础锯齿或者整数倍的基础锯齿；其中所述基础锯齿可从预设最低值到预设最大值之间变动；并且
根据当前半循环n的相位段确定当前半循环n的一个或多个PWM脉冲。
9.根据权利要求8中所述的控制器(306)，其特征在于，所述控制器(306)用于在与基础锯齿固定选段对应的时间点生成PWM脉冲；其中所述固定选段依所述调光级别而定。
10.根据权利要求8所述的控制器(306)，其特征在于，所述控制器(306)利用具有预设时钟频率的时钟信号(412)生成相位基准信号(416)和/或相位信号(417)。
11.根据权利要求1所述的控制器(306)，其特征在于，所述同步信号(411)包括：
脉冲序列，其中来自于所述脉冲序列的脉冲与源自于所述AC电源电压的电压(229)穿过所述预设阈值(501、502)的时间对应；或者
矩形函数，其中所述矩形函数的边缘与源自于所述AC电源电压的电压(229)穿过所述预设阈值(501、502)的时间对应。
12.一种利用驱动电路(300)操作被称为SSL装置的固态照明装置(309)的方法(700)，其特征在于：所述驱动电路(300)包括电源转换器(305)，所述电源转换器(305)用于将来自于所述驱动电路(300)输入端的能量传送到所述SSL装置(309)；所述电源转换器(305)包括：电感器(307)，所述电感器(307)用于存储来自于所述驱动电路(300)输入端的能量，并将所述存储能量释放至所述SSL装置(309)中，以及电源开关(202)，所述电源开关(202)与所述电感器(307)串联连接，并且当所述电源开关(202)处于导通状态时，可使电感电流经过所述电感器(307)；其中所述输入端的能量源自包括循环序列的AC电源电压；所述方法包括：
(701)确定所述SSL装置(309)的调光级别；
(702)通过比较源自于AC电源电压的电压(229)与预设阈值(501、502)来确定同步信号(411)；
(703)根据同步信号(411)确定PWM脉冲序列(517)，满足：
所述PWM脉冲序列(517)在所述AC电源电压的每个半循环中包括一个或多个PWM脉冲；并且
当前半循环n的一个或多个PWM脉冲根据先于当前半循环n的至少一个半循环的同步信号(411)决定；以及
(704)以第一操作模式操作所述电源转换器(305)，从而以第一能量级别在所述PWM脉冲序列(517)内将能量供给到所述SSL装置(309)，并且以第二操作模式在所述PWM序列(517)之间操作所述电源转换器(305)；其中在所述第二操作模式中，所述电源转换器(305)被操作，从而以第二能量级别将能量供给到所述SSL装置(309)；其中所述第二能量级别低于所述第一能量级别；并且所述第一能量级别和/或所述一个或多个PWM脉冲的宽度依所述调光级别而定；
以第一操作模式操作所述电源变换器(305)包括重复性地：
当检测到所述电感器(307)的续流时，将所述电源开关(202)调至导通状态；并且
当检测所述电感器是否达到预设最大电流时，将所述电源开关(202)调至断开状态；其中所述预设最大电流依所述调光级别而定；
以第二操作模式操作所述电源变换器(305)包括周期性地：
将所述电源开关(202)调至导通状态，持续预设的导通状态持续时间；
并且
将所述电源开关(202)调至断开状态，持续预设的断开状态持续时间；
其中所述导通状态持续时间和断开状态持续时间可满足：以第二能量级别传送的能量足以使控制器(306)维持运行状态。
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