CN109315040B

CN109315040B - 开关模式电源识别

Info

Publication number: CN109315040B
Application number: CN201780033275.7A
Authority: CN
Inventors: 石亮; 王刚; 赵卫宏; 董培亮
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: US20200329543A1; US11234320B2; EP3466204A1; WO2017207304A1; CN109315040A; EP3466204B1

Abstract

一种用于识别是开关模式电源的LED驱动器的电子装置。例如，LED驱动器是LED灯具的一部分。接口（24）适配成耦合到开关模式电源的高频功率换向组件，用于在驱动LED时感测开关模式电源的高频功率换向。在是开关模式电源的LED驱动器的识别和相应开关模式电源的在驱动LED时高频功率换向的特征之间进行映射。因此，使用开关模式电源的LED驱动器可以被识别为对应于所提取的在驱动LED时高频功率换向的特征。此识别可用于能量监测和故障诊断目的，用于通用低成本LED驱动器。

Description

开关模式电源识别

发明领域

本发明涉及使用开关模式电源的系统，并且特别是基于使用不同类型的开关模式电源的不同类型系统的识别。

背景技术

本发明对于照明驱动器电路特别感兴趣。

照明是全球总能耗的10％左右的原因。因此，节能是照明系统发展的重要问题。

照明装置的能量监测是众所周知的，例如基于智能照明控制解决方案的使用。例如，已知提供连接到LED灯具的驱动器的传感器，用于收集诸如房间占用和环境光条件的环境信息，并且导出灯具的能耗。然后，传感器将所收集的数据无线地发送到网关装置。其他智能装置也可以用于与驱动器通信。

网关聚合来自各个传感器的数据，并将信息发送到能量管理模块进行分析。然后，能量管理模块提供接口以能够实现设置的调整，以监测和分析节能并且以监测由传感器网络收集的其他数据。

为了使用此系统，LED驱动器必须包含用于为传感器供电的额外功率输出和用于将能耗数据发送到传感器的额外数据接口。驱动器还需要具有监测其功率输出（即灯具的功率消耗）的能力。

这些附加功能增加了驱动器的成本。这种驱动器的一个示例是高端的飞利浦（商标）“Advance Xitanium SR”LED驱动器，其直接向关联的传感器提供DC功率以及能量报告数据。

因此，将希望能够在不需要传感器和驱动器之间的专用接口的情况下实现功率消耗监测。

LED驱动器（在灯具内）和传感器（在灯具外部）之间的连接通常是有线连接。这也增添了灯具设计的复杂性并减少了应用灵活性。

因此，将希望避免在传感器和LED驱动器之间需要专用的有线连接。

传感器可以实现为公共（通用）模块，其旨在附接到任何类型的灯具并与其交互。

为了实现传感器和驱动器之间的通信，传感器例如可能需要识别与其连接的灯具的类型。驱动器和传感器例如配备有连接性模块，如ZigBee、Wi-Fi或DALI。在装置之间的交互之前，通信功能需要识别彼此通信的装置。

然而，有大量的灯具没有配备连接性功能。对于这种灯具，识别灯具类型成为问题。

而且，在检测驱动器的功率消耗时，只有一些参数可由外部传感器检测到。这些参数是不够的。识别灯具/驱动器可以带来映射到此灯具/驱动器的额外参数，并且那些所有参数可以一起用于计算功率消耗。

因此，将希望具有一种简单的方式使传感器或其他远程智能装置能够可以识别灯具而无需改造灯具本身。

WO2013067550A2公开了在有限时段内的SMPS的一个或多个主功率开关元件的状态改变的计数可以用于监测SMPS上放置的负载，并用于获得关于可能的短路（SC）或空载（NL）事件的发生的信息。

发明内容

本发明目的在于解决上文解释的问题中的一个或多个。本发明实施例的基本思想是通过系统的驱动器的开关行为来识别系统。更具体地，驱动器中的大多数基本上由开关模式电源构成。在开关期间，发生功率换向，并且功率换向信号包含高频分量。发明人已经发现，高频分量的组合在一组开关模式电源中是唯一的。因此，根据高频分量识别开关模式电源是可靠的。本发明由权利要求限定。

根据依照本发明的一方面的示例，提供了一种用于识别包含开关模式电源的系统的电子装置，包括：

接口，适配成耦合到开关模式电源的高频功率换向组件，用于感测开关模式电源的高频功率换向；

处理电路，用于提取高频功率换向的特征；

数据库，其存储系统的识别和高频功率换向的特征之间的映射；

控制器，用于根据所存储的映射查找对应于所提取的高频功率换向的特征的识别。

此装置至少基于所包含的开关模式电源的开关特征，能够确定用于提供功率的系统的类型。电子驱动器例如用于提供市电电压到dc驱动电压的转换，以便为诸如LED照明的dc组件供电。通过识别系统的类型，例如灯具类型，对于系统而言变得可能的是，可连接到采用不同驱动器类型的系统，并且在提供输出信息时、或者在位于更大的整体系统内进行通信时考虑系统类型、以及特别是驱动器类型。通过识别系统的类型，可以获得各种类型的信息，而无需直接测量电信号。通过示例方式，可以变得可能的是，在不需要测量电流的情况下确定被供电的dc组件的功率消耗。可以基于更简单的电压或结合基于电子驱动器识别的信息的定时测量来获得功率。注意，所谓“高频”是指电子驱动器以大于其输入的频率的频率提供开关功能，该输入通常是经整流的市电电压。开关模式电源的开关频率至少为KHz。

接口例如适配成耦合到开关模式电源的次级侧电感器，该开关模式电源包括具有初级侧和次级侧的变压器。

开关模式电源例如是具有隔离变压器的高频开关模式电源，诸如LED驱动器。次级侧是变压器的次级侧电感器。

接口可以包括具有传感器模块线圈的传感器，该传感器模块线圈用作接收器线圈并且适配成电磁耦合到跨越开关模式电源的次级侧电感器连接的传输线圈。

因此，传感器使用线圈来感测电压，该线圈是开关模式电源的隔离变压器的次级侧的一部分。

处理电路可以适配成从传感器模块线圈测量作为所述特征的高频功率换向的开关频率、占空比和幅度，其中所述高频功率换向的幅度包括：

从初级侧的输入电压反射的电压；和/或

次级侧的输出电压。

传感器模块线圈的这些特征都可以通过分析电压波形来测量。因此，它们易于以低成本和低功率电路获得。以这种方式，检索特征。

控制器可以适配成从系统的识别中导出第二组预先存储的信息，该第二组预先存储的信息包括下列中的至少一个：

变压器的变压比和电感；

开关模式电源的效率；以及

补偿因子，用于补偿开关模式电源中传输线圈的存在。

传感器模块线圈测量输出电压。通过了解变压比，可以导出输入侧电压。变压器的电感可以包括初级侧电感和/或次级侧电感。通过了解电感，导出电流。

更具体地，控制器可以适配成计算第三组信息，该第三组信息包括下列中的至少一个：进入开关模式电源的输入电压；

LED正向电压；

输出电流；和

输出功率。

输出电流可以用于确定输出功率。相反，可以确定输出功率而不需要将电流确定为单独的参数（因为它是仅需要作为输出功率的计算的一部分的中间参数）。

数据库可以通过将不同的驱动设置与高频功率换向的对应特征相关联来存储每个系统的识别。

通过考虑驱动设置，诸如在用于监测LED灯具的装置的情况下的调光设置，变得更可能的是，提供特定灯具类型的唯一识别。

接口可以包括具有传感器模块线圈的传感器，该传感器模块线圈适配成电磁耦合到开关模式电源的高频开关功率电感器，并且处理电路适配成检测作为所述特征的一个或多个开关噪声频率，该开关噪声跟随开关模式电源的开关。

开关噪声频率大于高频换向频率。例如，高频换向频率可以在kHz范围内，而开关噪声分量可以在MHz范围内。发明人还发现，开关噪声也具体于一组可能的开关模式电源中的特定驱动器类型。

传感器可以包括传感器模块线圈和匹配网络，它们是可调谐的，用于找到开关噪声的一个或多个谐振频率。

因此可以执行频率扫描以找到一个或多个谐振频率，并且它们提供不同系统类型（特别是基于不同的开关模式电源类型）的识别，因为它们由于开关模式电源的不同功率电路设计、PCB布局、功率组件选择等而在开关噪声中的频率不同。

接口可以包括无线传输器，用于将所提取的特征无线地传输到控制器。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种照明装置，包括：

灯具；

感测模块，用于感测灯具的类型，感测模块包括如上文所限定的装置。

根据本发明另一方面的示例提供了一种用于识别包含开关模式电源的系统的方法，其中开关模式电源包括高频功率换向组件，该方法包括：

感测开关模式电源的高频功率换向；

提取高频功率换向的特征；

使用所存储的系统的识别和高频功率换向的特征之间的映射，基于所提取的高频功率换向的特征，获得系统的识别。

感测可以基于开关模式电源的次级侧电感器上的电压，并且该方法包括测量高频功率换向的开关频率、占空比和幅度，其中该方法还包括导出开关模式电源输出电流和/或开关模式电源输出功率。

感测可以基于开关模式电源的次级侧电感器上的电压，并且该方法包括测量开关噪声的一个或多个谐振频率，该开关噪声跟随开关模式电源的开关转换。

本发明的这些和其他方面根据下文描述的（多个）实施例将是清楚的，并且将参照下文描述的（多个）实施例进行阐述。。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了驱动器电路的第一示例，其特别用于能量监测目的；

图2示出了图1中使用的传感器模块的框图，该传感器模块用作能量监测模块；

图3和图4示出了当LED驱动器在不同输出功率水平下工作时传感器模块线圈上的波形。图3示出了100％输出功率的驱动器，并且图4示出了10％输出功率的驱动器；

图5示出了识别流程的一个示例；

图6示出了使用传感器模块的能量监测方法；

图7示出了由传感器模块线圈感测的辐射图案；

图8示出了具有两个主要频率的所感测信号；

图9a-c示出了无线接收器电路的三个示例；

图10示出了可调谐变容二极管电路的一个示例；

图11示出了使用可调谐传感器模块的系统框图；

图12示出了在使用图11的系统时的扫描频率结果；以及

图13示出了识别方法。

具体实施方式

本发明提供了用于识别包含开关模式电源的系统的电子装置。例如，开关模式电源可以是LED驱动器的一部分，LED驱动器是LED灯具的一部分。接口适配成耦合到开关模式电源的高频功率换向组件，用于感测开关模式电源的高频功率换向。在系统的识别和高频功率换向的特征之间进行映射。因此，可以对应于所提取的高频功率换向的特征来识别使用开关模式电源的系统。

此识别可以用于能量监测和故障诊断目的。在一种可能的使用情况中，装置与LED驱动器或灯具分开。则该装置是独立单元，其可以附接到任何支持的灯具设计，并且然后无线地获得功率和信息。该装置将开关模式电源及其相关联的照明单元视为它的源。为了获得功率信息，需要识别灯具。因为，LED灯具包括驱动器，驱动器的识别等效于灯具的识别。如果存在使用驱动的相同驱动器类型的不同灯具类型，则所使用的LED通常是不同的。因此，LED电压也将影响驱动器工作状态，并且它可以被装置检测为用于识别灯具的要素中的一个。

图1示出了驱动器电路的第一示例，其特别用于能量监测目的。该图示出了具有开关模式电源的驱动器电路10，该开关模式电源在其输出处具有隔离变压器12。这是典型的反激转换器结构。可替换地，开关模式电源可以是任何其他类型，诸如降压转换器、或升压转换器，或降压-升压转换器。隔离变压器12具有初级侧绕组14和相对于初级侧绕组14反向遍布（dot）的次级侧绕组16。驱动器电路10包括初级侧的主功率开关，其通过初级侧绕组14以已知方式控制电流的驱动。主功率开关接通和断开，占空比根据功率输出要求而变化。在此接通/断开期间，初级侧的功率通过变压器12传递到次级侧。诸如LED照明负载的负载18由次级侧驱动。隔离变压器用作开关模式电源的反激变压器。

与次级侧绕组16并联，存在辅助传输线圈20。传感器模块线圈22和处理电路23形成传感器模块24的一部分。传感器模块24用于将功率消耗信息的无线传输提供到例如能量监测系统。

传感器模块线圈22从传输线圈20无线地接收功率。通过监测传感器模块线圈20上的信号，传感器模块24使用处理电路（即使在灯具调光期间）收集检测到的波形的特征参数以用于识别目的，并且特别是用于识别包含驱动器的灯具类型。

传感器模块24获得所驱动灯具的详细设计参数，该所驱动灯具的详细设计参数存储在数据库25中、使用控制器26以询问数据库，并且然后传感器模块线圈22的实时工作波形可以用于计算功率消耗。

图1示出了传感器模块24内的控制器26和数据库25，该传感器模块24为驱动器提供接口。控制器和数据库可以替代地是远程的，其具有在传感器模块（即线圈22和处理电路23）与数据库和控制器之间的无线（或有线）通信。

图2示出了传感器模块24的框图，该传感器模块24用作能量监测模块。

跨越传感器模块线圈22接收的信号被提供给整流器30，整流器30生成电源32，电源32转而为主控制单元（MCU）34供电。此主控制单元34对应于图1的处理电路23、数据库25和控制器26。来自传感器模块线圈22的信号并联地提供给波形滤波器36，并且滤波后的信号被提供给主控制单元34。滤波去除了来自传感器模块线圈的信号的噪声并且为MCU提供干净的波形以用于分析。传感器模块线圈22上的波形是反激转换器的次级侧的镜像。

此分析确定能耗。在分析之后，能耗信息由RF模块38传输。

图3和4示出了当LED驱动器在不同输出功率水平下工作时跨越传感器模块线圈22的波形。图3示出了100％输出功率的驱动器，并且图4示出了10％输出功率的驱动器。

可以直接从波形读取特征参数，包括PWM频率（f）、占空比（D）、在次级侧反射的初级侧电压（V_rp）以及次级侧电压（V_rs）。

初级侧反射电压和次级侧电压通过匝数比而相关。

为了使用已知方法测量功率消耗，功率计通常与功率线串联放置以直接监测电压和电流。传感器模块24中使用的磁耦合仅提供电压信息，使得缺少执行功率计算所需的电流信息。

根据大多数LED驱动器的工作模式（边界模式），可以基于变压器的输入电压、占空比和电感来估计电流。电压和占空比可以直接从检测到的波形中获得，如图3和图4所示，但电感是与每个驱动器相关联的参数，并且对于不同的驱动器类型是不同的，并且因此对于包含不同驱动器的不同灯具类型是不同的。

为了获得此电感信息，可以询问数据库25。

以这种方式，传感器执行识别驱动正在操作的灯具的类型和版本。如上文所解释，数据库25形成主控制单元34的一部分，并且可以用于获得诸如变压器比率、电感等的驱动器信息。

每种类型的LED驱动器具有不同的控制方法、变压器和系统设计以满足各种灯具要求。因此，如在不同的灯具中使用的不同驱动器具有唯一的特征参数，并且灯具也具有不同的特征，诸如不同的LED设计和电路布局。例如，不同的LED电压特征导致不同的次级侧电压V_rs，并且驱动器内的变压器设计影响在次级侧反射的初级侧电压V_rp、频率和占空比。

然而，给定类型的灯具具有相同的系统配置，并且给定的变压器设计由于大规模生产过程而在不同示例之间具有良好的参数一致性。以这种方式，驱动器和灯具的每个组合具有唯一组的特征参数，为了上文解释的识别目的其可以被检测。

在识别过程期间，传感器模块24收集波形特征参数，诸如PWM频率（f）、占空比（D）和幅度（V_rp和V_rs），以与参考信息进行比较。更具体地，关于电压的幅度，在转换器是反激转换器的情况下，在接通阶段期间，传输线圈具有与初级侧的输入电压成比例（输入电压除以变压器的匝数比）的电压V_rp；并且在断开阶段期间，传输线圈具有在次级绕组上的电压V_rs。参考信息形成每种类型的灯具的LED驱动器的预先存储的特征参数。

在更进一步的实施例中，灯具是被调光的，并且用于不同调光水平的开关的对应特征参数也是不同的。在使用传感器模块时，传感器模块不知道灯具调光水平。用于每种类型的灯具的主控制单元中的参考信息可以被划分成组，其中每个组记录目标灯具在某个调光水平（例如100％、50％和10％）的唯一参数。一些特征参数（诸如频率和次级侧电压）在调光期间线性改变，而另一些则没有，使得即使所感测的数据通过未改变的参数匹配两种类型的灯具，仍然可以是可能的是，通过使用改变的频率和次级侧电压作为附加输入参数来区分而检测唯一的灯具。

为了使用该系统，传感器模块24应用于现有的驱动器。然后获得识别波形，并提取不随调光水平而改变的参数。在调光期间不改变的参数取决于电路设计。

在LED驱动器调光期间，次级侧/LED电压、LED电流和开关频率可以改变，但是初级侧电压V_rp和开关的占空比可以保持相同。

将这些与预先存储在主控制单元中的数据库25进行比较。如果存在与参数匹配的多于一种类型的灯具，则使用诸如频率和次级侧电压的进一步信息。

在识别流程之后，传感器模块24然后可以能够将灯具设计缩小到仅一种匹配类型。可以在线更新数据库以与最新的灯具兼容。

因此，识别过程不仅在最初附接传感器模块时发生。相反，识别在操作期间运行，特别是如果在不同的调光水平下需要不同的测量以确认或缩小识别。

下表示出了识别流程的示例。表中的值是用于说明概念的示例。

表1

表中有三种灯具类型。对于每一种，列出了频率、占空比、次级侧电压V_rs和反射初级侧电压V_rp的值。记录了对于三种不同调光水平的值。

当调光水平改变时，两个参数（开关频率和V_rs）通常将同时改变；而其他两个参数（占空比和V_rp）将不改变。作为第一步骤，可以将V_rp和占空比的组合与数据库进行比较。可能与具有不同调光水平的一个或两个灯具的相配。通过附加地使用V_rs和开关频率以进行询问，通常将只保持一个结果。因此，通过监测足够数量的不同参数，唯一地识别具体灯具类型（即，驱动器和照明负载的组合）成为可能的。

图5示出了基于上表中数据的识别流程的一个示例。

在步骤50中，传感器模块安装在待被驱动的灯具的驱动器上。传感器模块线圈波形被感测为第一识别波形。在步骤62中，测量占空比和初级侧电压。

例如，占空比可以测量为D = 0.35并且V_rp = 2V。

在步骤54中，访问数据库，并且，基于上面的第一表，透露的是，灯具2和3提供匹配。

在步骤56中，获得频率f和次级侧电压V_rs。例如，f = 70kHz，并且V_rs = 1.6V。

在步骤58中，再次寻址数据库，并且这次只有灯具3是匹配（在限定的余量内）。

在步骤60中，获得灯具序号3的设计参数。

然后，模块在步骤62中对传感器模块线圈波形执行实时分析。使用所获得的驱动器参数，能够在步骤64中计算并报告功率消耗。

因此，识别功能涉及动态波形分析。一旦识别出灯具类型，就获得更具体的驱动器设计参数，以能够实现对进一步的功率消耗计算所需的电流水平的估计。

下表示出了LED驱动器参数，一旦已经识别了灯具类型并因此已经识别了驱动器类型，则这些LED驱动器参数变得已知。如所示，则变压比N、变压器电感L、效率η和补偿因子K是已知的。补偿因子K表示附加传输器线圈20对转换器的影响多少。

表2

使用所存储的参数结合传感器模块线圈波形，可以从传感器模块线圈波形获得各种操作值，诸如：

输入电压（= V_rp x N）。注意，传感器模块线圈放置在变压器的次级上，因此直接测量值是次级侧反射的初级电压Vrp。乘以变压比N给出输入电压；

LED正向电压（= V_rs– V_二极管）。注意，通常在变压器的次级绕组和LED负载之间提供整流二极管。为了获得准确的LED电压，此二极管的正向电压 V_二极管也与驱动器的识别相关地预先存储并被考虑；

LED电流（=½ x V_rs x T_on x（1-D）/ L x K）。这是基于LED驱动器在不连续或边界模式下工作以得到更高效率；

功率消耗（= V_led x I_led x ƞ）。

K是用于补偿附加传输器线圈20的影响的补偿因子。对于反激拓扑，传输器线圈20不仅用于将能量传送到附接的传感器模块24，它还作为变压器的一部分参与LED驱动器的工作。

上面的计算是简化，并且可以使用更准确的计算。

图6示出了使用传感器模块的能量监测方法。

在步骤70中，传感器模块附接到灯具。

在步骤72中，通过从传感器模块线圈获取能量来为模块供电。

在步骤74中，从所接收的信号（f、D、V_rs、V_rp）中读取特征参数。

在步骤76中，参数用于寻址数据库。如果没有匹配，则该方法经由步骤78返回以进行重试。在多次（例如3次）失败的匹配尝试之后，系统报告错误。

如果找到匹配，则在步骤80中确认灯具类型和版本。

在步骤82中，获得灯具设计参数（N、L、η、K）。

在步骤84中，对传感器模块线圈信号执行实时感测，并且在步骤86中，存在功率消耗信息的计算和反馈。

可以无线地（Zigbee或蓝牙）向系统控制中心进行反馈，并且它为客户提供容易地管理照明系统设置和访问详细操作报告的能力。实时性能数据给予客户微调照明设置以匹配设施的需求的能力，从而使得容易使照明设置与业务模式和过程中的改变保持同步。

反馈还可以用于提供灯具操作状态的诊断。如果LED出现问题（部分故障）或者如果有驱动器故障，可以通过传感器模块感测到此并报告给控制中心。

上文的示例特别涉及在不需要直接电流感测的情况下监测功率消耗，并且使用可以作为现有驱动器的改造而应用的传感器模块。

基于频率的识别的另一个应用是，当与灯具的通信需要识别灯具类型时，用于促进与灯具的通信。如上文所解释，不同的灯具使用不同类型的LED驱动器。

此方面还涉及基于驱动器的频率特征的识别。大多数驱动器实现主功率开关的硬开关功能，而不是软开关开关功能。这些突变的开关边缘在开启/关闭的瞬间创建振铃信号，并且这导致辐射的发射。辐射频率等于振铃频率，并且这取决于驱动器设计。

不同的开关模式电源电路设计用于不同的驱动器中，并且还存在不同的寄生组件。例如，存在不同的功率组件、缓冲电路、PCB布局等。几乎没有具有相同的特征频率组合的两种不同类型的驱动器。

上述驱动器使用具有边界工作模式的反激拓扑。如果线圈放置在灯具附近（没有形成如上文示例中的电路），则线圈可以检测到强辐射。如上文所解释，线圈再次是传感器模块24的传感器模块线圈22。

图7示出了由诸如线圈感测的辐射图案。顶部波形是跨越开关模式驱动器的主开关的漏源电压，并且底部波形是由线圈无线地感测到的信号。顶部图像示出了低频整流市电包络形状，并且放大的下部图像示出了转换器的高开关频率。

感测到的信号包含两个主要频率，如图8所示。它示出了主功率开关（顶部图）的一个开-关-开循环。当驱动器开关关闭时发生一个频率分量，并且它具有11.6MHz的振铃频率，其具有相对大的幅度。另一个振荡为2.5 MHz；由于开关在最小电流水平下开启，因此其幅度较小。许多当前的LED驱动器被设计成在准谐振下工作，由此主开关总是从零电流开启。这给出了更小得多的振铃行为。

为了监测由驱动器发射的辐射的一个或多个特征频率，使用可调谐的接收天线和匹配网络以形成传感器模块。当天线的谐振频率等于辐射频率时，天线和匹配网络将自振荡并在传感器模块输出处存在峰值。

图9示出了无线接收器电路的三个示例。图9A示出了作为匹配网络的线圈和电容器。系统谐振频率是

。如果移除电容器，则系统谐振频率等于线圈自振荡频率。

图9B示出了可调谐谐振频率电路。将调谐电压应用到两个背对背的基于二极管的装置D1、D2之间的结。线圈设计为具有比预期的驱动器辐射频率（<30MHz）更高的自振荡频率。

D1和D2实际上是超突变结调谐变容二极管，其用作可调谐电容器。电容根据在基于二极管的装置D1、D2之间应用的偏置电压而改变。如图9C所示，通过具有更多并联的变容二极管D1至D4，可以扩展电容。

图10示出了可调谐变容二极管电路的一个示例。单独的变容二极管的电容范围例如是从1pF至40pF。如果线圈电感为10μH且其寄生电容约为3pF，则线圈自振荡频率约为30MHz。

如果变容二极管电容调谐范围为从1pF-40pF，则传感器模块的可调谐谐振频率范围可以从25MHz扩展到7MHz。

最小7MHz对于LED驱动器应用是不够的，因为预期的调谐范围是从1MHz至30MHz。

为此，提供了一堆并联电容器，形成二进制加权梯形网络，每个电容器具有相关联的串联开关。得到的电容器开关矩阵扩展了电容可调谐范围。

与变容二极管电路组合的电容器开关矩阵意味着电容调谐范围可以是1pF-1nF，并且谐振频率范围则是从25MHz到1MHz。频率调谐范围应考虑开关的寄生电容器，因此线圈自振荡频率可以设计为略高于30MHz，以提供高于25MHz的最大频率。

图11示出了完整的系统框图。可调谐传感器模块示出为110。开关112用于在频率扫描期间将负载与线圈隔离，使得信号不被负载扭曲。

所接收信号被由电池116供电的升压转换器114升压。主控制单元118监测信号强度并扫描频率以找到驱动器特征频率。

传感器模块也可以获取能量，而不是如上文示例中那样使用电池。电容器C5和二极管D5和D6是倍压器，其也可以用于为能量获取系统提供公共接地。升压电路例如包括灯负载的高效率转换器，并且当使用电池时可以用作电池充电器。

图12示出了扫描频率结果。在2.5MHz和11.6MHz时，传感器模块检测传感器模块线圈上的两个信号尖峰，并且这两个频率是此特定驱动器的特征频率。

这两个值的组合对于一种特定类型的驱动器是唯一的，这两个值的组合在使用相同驱动器设计的相同类型的灯具之间仅具有非常小的变化。特征频率不随调光而改变（信号强度较弱但调光时频率不偏移）。这提供了用于识别驱动器和灯具组合的可靠且准确的方式。此识别也可以与上文的第一实施例一起使用，以便识别驱动器和灯具组合。

如在上文的示例中，数据库包括灯具信息和每个灯具的特征频率。在基于特征频率信息询问数据库之后，传感器模块可以识别灯具。

此方法不需要灯具中的任何硬/有线连接性功能。客户只需要将传感器模块靠近目标灯具而放置，该目标灯具是现有的灯具而不进行改造。

图13示出了识别方法。

在步骤130中，方法开始。

在步骤132中，随着在步骤134中改变的频率而重复检测信号强度，以实现频率扫描。

在步骤136中，识别最强的一个或多个信号点，并在步骤138中记录一个或多个频率。在步骤140中，询问数据库，并且在步骤142中识别灯具类型。

在上文的所有示例中，识别开关模式电源，抑或识别诸如由开关模式电源驱动的灯具的装置。使用传感器模块，其提供耦合到开关模式电源的高频功率换向组件的接口。感测开关模式电源的高频功率换向，并提取特征。这些可以是开关的幅度、开关频率和占空比中的一个或多个，以及开关噪声的一个或多个谐振频率。可以识别开关模式电源的类型，或者识别使用特征类型的开关模式电源的驱动器，或者识别使用特征类型的驱动器的装置。

本发明总体涉及基于换向信号的分析来识别开关模式电源的类型，该换向信号传送关于开关模式电源的主功率开关的开关的信息。LED照明是特别感兴趣的一种应用，但是本发明具有其他应用。

本发明可以用于任何照明器材。

通过研究图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims

1.一种用于识别是开关模式电源的LED驱动器的电子装置，包括：

接口，适配成耦合到所述开关模式电源的是高频开关功率电感器的高频功率换向组件，用于感测在驱动LED时所述开关模式电源的高频功率换向，其中所述接口包括具有适配成电磁耦合到所述电感器的传感器模块线圈（22）的传感器（24）；

处理电路（23），用于在驱动LED时提取高频功率换向的特征，其中所述特征包括高频功率换向组件的频率、电压和/或定时；

数据库（25），其存储在是开关模式电源的LED驱动器的类型与在驱动LED时相应开关模式电源的高频功率换向的特征之间的映射；以及

控制器（26），用于根据所存储的映射查找LED驱动器的类型，所述LED驱动器的类型具有对应于所提取的在驱动LED时高频功率换向的特征的在驱动LED时高频功率换向的特征。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述接口适配成耦合到所述开关模式电源的次级侧功率电感器（16），所述开关模式电源包括具有初级侧和次级侧的变压器。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述接口包括具有传感器模块线圈（22）的传感器（24），所述传感器模块线圈（22）适配成电磁耦合到跨越所述开关模式电源的次级侧功率电感器（16）连接的传输线圈（20）。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述处理电路（23）适配成从所述传感器模块线圈测量作为所述特征的高频功率换向的开关频率、占空比和幅度，其中所述高频功率换向的所述幅度包括：

从初级侧的输入电压反射的电压；和/或

次级侧的输出电压。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制器（26）适配成从类型中导出第二组预先存储的信息，所述第二组预先存储的信息包括下列中的至少一个：

所述变压器的变压比和电感；

所述开关模式电源的效率；以及

补偿因子，用于补偿所述开关模式电源中传输线圈的存在。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器（26）适配成计算第三组信息，所述第三组信息包括下列中的至少一个：

进入所述开关模式电源的输入电压；

LED正向电压；

输出电流；和

输出功率。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据库（25）将每个LED驱动器在不同的驱动设置下的类型存储到高频功率换向的对应特征。

8.根据权利要求2所述的装置，其中所述处理电路（23）适配成检测作为所述特征的一个或多个开关噪声频率，所述开关噪声跟随所述开关模式电源的开关。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述传感器包括传感器模块线圈（22）和匹配网络，它们是可调谐的，用于找到开关噪声的一个或多个谐振频率。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述接口包括无线传输器，用于将所提取的特征无线地传输到所述控制器。

11.一种照明装置，包括：

灯具；

感测模块，用于感测灯具的类型和版本，所述感测模块包括如前述任一权利要求所述的装置。

12.一种用于识别是开关模式电源的LED驱动器的方法，其中，所述开关模式电源包括是高频开关功率电感器的高频功率换向组件，所述方法包括：

在驱动LED时通过具有适配成电磁耦合到是高频开关功率电感器的所述电感器的传感器模块线圈（22）的传感器（24）感测所述开关模式电源的所述高频功率换向；

在驱动LED时提取所述高频功率换向的特征，其中所述特征包括所述高频功率换向组件的频率、电压和/或定时；

基于所提取的在驱动LED时高频功率换向的特征，使用在是开关模式电源的LED驱动器的类型与相应的开关模式电源的在驱动LED时高频功率换向的特征之间的所存储映射，获得LED驱动器的类型。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述感测基于所述开关模式电源的次级侧电感器上的电压，并且所述方法包括测量所述高频功率换向的开关频率、占空比和幅度，其中，所述方法还包括导出开关模式电源输出电流和/或开关模式电源输出功率。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述感测基于所述开关模式电源的次级侧电感器上的电压，并且所述方法包括测量开关噪声的一个或多个谐振频率，所述开关噪声跟随所述开关模式电源的开关转换。