CN111034364A - 照明布置的监测器设备、使用监测布置的驱动器和驱动方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于监测具有未知电负载的照明元件的照明布置的监测器设备以及使用监测布置的驱动器。占空比集合被应用于开关，开关控制照明元件的子集，从而创建期望的光输出。利用该期望的占空比设置，监测个体占空比时段的电流，尤其是检测在个体占空比时段内的电流平稳段水平的变化。这用于确定照明布置的功耗并根据所检测到的电流来调整占空比。这避免了需要单独探测照明元件的子集来确定负载的性质及其功耗。

Description

照明布置的监测器设备、使用监测布置的驱动器和驱动方法

技术领域

本发明涉及用于监测照明布置的监测器设备，特别是其中照明负载例如由于可由最终用户配置而未知的监测器设备。监测然后可以用作驱动照明布置的一部分，因此是控制器或驱动器的一部分。

背景技术

期望能够将不同的照明配置连接到标准驱动器设计。

出于其中负载可能变化的照明系统中的可扩展性的原因，使用电压架构而不是电流源架构进行操作是有益的。诸如LED模块的照明布置与电压总线并联布置，并局部生成所使用的LED所需的电流。

广泛使用的这种系统的一个示例是LED条带。LED条带或LED编带是线性LED系统，其中LED被放置在长度可以为几米的柔性基板上。与刚性线性系统(例如，管状LED(TLED))相反，该柔性允许最终用户可以将条带应用到非平坦的表面上或将其(多次)围绕某个角度弯曲。而且，不需要安装针对LED条带的专用插座，并且可以将条带延伸并切割成适当的长度。由于安装简便，LED条带将有望在消费类市场中获得超过其他线性系统的市场份额。

当然，除LED条带外，还存在可以具有最终用户可改变负载的其他照明系统(例如，轨道照明或嵌入式聚光灯)。

典型的LED条带架构在图1中描绘为照明条带2。整个照明系统由AC/DC电压源10组成，AC/DC电压源10将AC市电输入电压12转换为安全的DC电压输出(例如，12V或24V或任何其他安全的DC电压)。通常，添加控制器14，控制器14能够接收并应用最终用户期望的色点和调光水平。通常通过将开关16与照明条带2串联来获得该控制，照明条带2是由控制器14控制的PWM。

开关16形成开关集合，开关集合中的每个开关用于连接至照明元件的子集(称为“通道”)。

照明条带可以通过附加的条带4来延伸，或者甚至可以被切割成较短的长度来适合最终应用的要求。

这种基于电压的照明系统的缺点在于，照明负载可能汲取比电源的额定功率更多的电流。如果最终用户或灯具安装客户可以自由地将LED负载添加到同一电源并且在电源单元过载的情况下系统需要能够继续工作，则期望系统探测所附接的照明负载。

如WO 2017/041999所公开的，可以通过逐一地接通系统中的不同通道并测量它们的电流贡献来完成该探测。但是，这导致视觉闪烁。此外，突然的负载阶跃可能会导致电源电压下降。在某些基于电压的系统中，电压下降转化为电流下降并因此无法很好地探测电流，因此无法正确估计实际功率。这仅在同时测量电压和电流时才有可能。在没有恒定DC电压(例如，24V)(假设它是24V的固定值)的情况下测量电流导致测量误差。

因此，需要使得能够在没有这些不利的情况下探测照明负载的驱动器。

US2011/0084620公开了其中在每个LED分支中使用一个电流探针的电路。

DE 10 2010 060857公开了用于并行驱动若干切换的LED串的电流驱动器。使用单个电流探针进行电流监测，以验证总电流等于所请求的总电流。

发明内容

本发明由权利要求书限定。

根据本发明的一个方面的示例，提供了用于监测具有未知电负载的照明元件的照明布置的监测器设备，其中照明布置与用于将DC电压耦合至照明布置的开关布置相关联，其中开关布置包括开关集合，开关集合中的每个开关用于连接至照明元件的子集，其中监测器设备包括：

控制器，该控制器用于提供控制信号以使用脉冲宽度调制来控制开关布置，其中控制器被适配为：

同时将占空比集合应用于开关集合，从而创建用户选择的光输出；

在个体占空比时段内多次监测电流，从而在占空比时段内检测多个电流平稳段；

基于所检测的电流平稳段和占空比集合来确定照明布置的功耗；以及

根据所检测的电流平稳段来调整占空比。

该监测设备能够在无需单独驱动照明元件的每个子集的情况下，确定负载的特性。相反，在所有照明元件都设置为用户定义的期望水平的情况下监测总电流。通过监测个体占空比时段的时间范围，所连接的驱动器可以对所检测的过载做出足够快的反应，以防止自动关闭DC电压源。在每个占空比时段内将出现多个电流平稳段，因为照明元件的不同子集通常具有不同的占空比。因此，在整个占空比时段内的不同时间，将汲取电流的不同组合，从而产生不同的电流平稳段。对于照明元件的所有子集，总占空比时段是相同的。通过将每个通道的功率调整到期望的功率，平稳段测量使得能够在不会产生任何视觉伪影的情况下，确定平均电流(或功率)。平稳段数据还可以用于确定每个通道的贡献。因此，例如如果系统具有从一个色点到另一色点的过渡，则可以基于对每个通道汲取的电流和新的占空比的了解来预测是否会发生过功率事件。用户选择的输出例如是颜色和亮度。

DC电压意味着使用电压驱动而不是电流驱动，例如DC电压从AC/DC转换器接收。

基于应用于照明元件的不同子集的已知占空比来确定功耗。这不仅需要知道单个最大电流，而且还需要知道多个电流平稳段水平，多个电流平稳段水平各自是被驱动的照明元件的不同子集的电流的组合。

功耗确定可以在照明布置接通时执行。每当应用新的占空比集合(即，新的调光水平或色点)时，也可以执行功耗确定。

通过在占空比时段内的多个时间点监测电流，可以观察到多个平稳段。当照明元件的不同子集具有不同的占空比时，在每个个体占空比时段内存在不同的电流流动。

优选地测量尽可能多的平稳段，使得可以标识照明元件的每个子集对总功率的贡献。

例如，在三通道系统中，将存在三个未知贡献。需要三个等式来基于对不同LED通道的贡献比的了解来解析电流。因为这需要能够计算期望的占空比来获得某个色点，所以控制器将具有来自LED布置的信息。因此，校准设置已可用，使得能够得出不同通道之间的标称电流比。

可以测量的平稳段越多，功率监测结果将越准确。

监测器设备可以提供在现有的驱动器和照明布置之间，其中现有的驱动器包括开关布置以及甚至控制器。然后可以提供监测器设备作为软件升级来更改现有驱动器控制器的使用方式。备选地，监测器设备可以被实现为新驱动器的一部分。

控制器可以被适配为：基于对不同电流平稳段水平集合的分析，确定流过照明元件的每个子集合的电流。如果已测量了足够数目的不同电流平稳段的值，则控制器将能够执行该操作。

因此，通过检测电流平稳段，可以在了解所施加的占空比的情况下解释不同的电流读数，以提取通过照明元件的个体子集的电流。因此，在无需实际测量通过子集的个体电流的情况下，可以获得总功耗。一旦获得足够的电流测量值，这基本上通过求解联立方程组来实现。

控制器可以被适配为：基于所确定的负载的功耗和驱动器的负载额定值，为集合的每个占空比设置最大占空比。因此，通过减小驱动信号的占空比，但通常保持不同通道之间的期望占空比，将提供给照明负载的功率保持在驱动器的最大功率输出以下。

控制器可以被适配为：

在连续的个体占空比时段集合内监测电流；以及

确定连续占空比时段集合内每个所检测的平稳段的平均电流；以及

根据平均电流来确定功耗。

通过获取多个占空比时段内的平均电流水平，可以改进电流检测精度。

控制器可以被适配为：

应用占空比的第一集合，并监测个体占空比时段的电流，占空比的第一集合是占空比的期望集合的按比例缩小版本；以及

逐渐增加占空比集合的缩放比例。

当从多个占空比进行测量时，存在在收集测量值时功率过高的风险。通过逐渐扩大占空比，可以获取移动平均值，并且当移动平均电流接近超过最大功率输出的水平时，可以检测移动平均值。在电压毛刺期间，还可以测量电压和电流两者并预测如果电压从较低电压上升到正常电压水平，电流将是多少。

控制器可以进一步被适配为监测DC电压并且响应于DC电压的变化来调整占空比集合，从而保持来自照明布置的恒定光输出通量。当检测到电压毛刺或其他伪像时，可以使用该方法来改变光输出，使得产生的光输出变化在视觉上不太明显。

本发明还提供针对具有未知电负载的照明元件的照明布置的驱动器，该驱动器包括：

DC电压源；

用于将DC电压源耦合到照明布置的开关布置，其中开关布置包括开关集合，开个集合中的每个开关用于连接至照明元件的子集；

电流传感器，其用于感测流向整个照明布置的电流；以及

上面限定的监测器。

这限定了包括监测器设备的照明布置驱动器。

本发明还提供照明装置，该照明装置包括：

如以上限定的驱动器；以及

由驱动器驱动的照明布置，其中照明布置是用户可配置的。

该用户配置意味着驱动器不知道由照明布置带来的负载。

根据本发明的另一方面，提供了用于使用具有未知电负载的照明元件的布置来提供照明的照明方法，包括：

使用开关布置，将DC电压源耦合到照明布置，开关布置包括开关集合，开关集合中的每个开关用于连接至照明元件的子集；

使用脉冲宽度调制来控制开关布置，以同时向开关集合施加占空比集合，从而创建用户选择的光输出；

在个体占空比时段内监测提供给整个照明布置的电流，以检测占空比时段内的多个电流平稳段；

基于所检测的电流平稳段和占空比集合来确定照明布置的功耗；以及

根据所检测的电流平稳段来调整占空比。

该方法仅使用输送到照明布置的总电流来得出功耗。

方法可以包括基于对不同电流水平的集合的分析来确定流过照明元件的每个子集的电流。

例如，可以基于所确定的负载的功耗和驱动器的负载额定值来针对集合的每个占空比设置最大占空比。

方法可以包括：

在连续的个体占空比时段集合内监测电流；

确定连续占空比时段集合内每个平稳段的平均电流；以及

根据平均电流来确定功耗。

该平均方法给出了更准确的读数。

为了防止驱动器一导通就过载，方法可以包括：

应用占空比的第一集合，并监测个体占空比时段的电流，占空比的第一集合是占空比的期望集合的按比例缩小版本；

逐渐增加占空比集合的缩放比例；以及

得出所监测的电流的移动平均值。

方法还可包括例如测量DC电压来检测电压毛刺或其他电压伪像。这样，可以检测到过载情况。所监测的DC电压还可以用于响应于DC电压的变化来调整占空比的集合，从而维持来自照明布置的恒定的光输出通量。

本发明可以至少部分地由软件来实现。

参考下文描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见。

附图说明

现在将参考附图来详细描述本发明的示例，其中：

图1示出了典型的LED条带架构；

图2示出了可以根据本发明配置和操作的照明系统的电示意图；

图3示出了测量流过照明元件的不同子集的电流的一个可能方式；

图4示出了具有三个通道的系统在特定色点和调光水平下的典型波形；

图5以图形方式示出了根据本发明的方法；

图6是示出控制方法的一个示例的流程图；

图7用于示出电源电压波动的问题；以及

图8逐步示出了校正机制。

具体实施方式

本发明提供了用于监测具有未知电负载的照明元件的照明布置的监测器设备以及使用监测布置的驱动器。占空比集合应用于开关，开关控制照明元件的子集，从而创建期望的光输出(即，用户期望的光输出，并作为用户输入来应用)。利用该期望的占空比设置，监测个体占空比时段的电流，特别是检测个体占空比时段内的电流平稳段水平的变化。这用于确定照明布置的功耗。这避免了需要单独探测照明元件的子集来确定负载的性质及其功耗。

图2示出了具有5种不同颜色的LED条带的电示意图。每个LED串2a至2e是相同颜色的LED的集合并且串连接到相同的DC电压源(例如，12V)。存在五种不同的串类型，并且每个类型有多个串。一个类型(即，颜色)的所有LED一起形成照明元件的子集。每个子集在开关集合16中具有相关联的开关，使得使用来自控制器14的脉冲宽度调制(PWM)信号以相同的占空比来控制子集内的所有LED。

根据电源电压，若干LED与限流电阻器R或电流源或电流吸收器串联。

因为使用了电压源电源，所以LED串在条带的整个长度上平行放置。可以通过添加或去除LED串来切割和延伸条带。图2还示出了用于测量流动的总电流的电流感测电阻器20。

LED条带通常带有能够输送某个最大功率的电压源。每个LED条带延伸均表示某个负载，并且在不采取任何措施的情况下，只能将LED条带延伸到其负载可以由电源支持的长度。如果安装的负载超过支持的负载，则电源以及LED条带产品将整体停止运行：输出电压降低，并且系统最终将停止工作。

因此，由于这种功率限制问题，提供可延伸的LED条带是一个挑战。大多数LED条带产品通常都配有电源，电源只能向其随附的条带长度供电。如果不希望延伸，对电源进行过度设计将为最终用户带来产品额外的成本。如果仍然需要更长的条带，则需要更改电源或必须安装全新的LED条带。

在LED条带中使用的总线电压架构的原理也可以用于限定在灯具中使用的构建块。这对于具有均以相同方式工作的多个光点的灯具而言尤其有利。在那种情况下，只需单个电源和控制器即可解决多个光点，与为灯具配备各自均由通信模块、电源和LED模块组成的灯相比，这节省了成本。

由于灯具的外观非常吸引人，因此灯具外观的变化通常很大，而每种灯具的产量却很少。因此，期望能够在不同的灯具类型上尽可能多地应用电子构建块(电源、通信模块、LED模块)。实际上，可以预见，电源和通信模块可以应用于许多不同的灯具中。预期在LED模块中会出现这种多样性。这种多样性的原因在于所需光点的尺寸、通量输出和可以实现的色域(即，全色、可调白光、固定白)。

不同的LED板需要在控制器的软件中进行不同的设置才能正确控制LED。软件的多样性包括准确计算色点以确保良好的色彩一致性所需的不同LED参数。除了每个原色的色点和通量之外，热参数(例如，热耗散和热阻)对于计算LED的结温以及因此在该温度下的通量和色点也很重要。

如果将电子模块以有限的电子和软件知识提供给灯具制造商，则很难配置软件来获得颜色一致的模块。同样，类似于上面的LED条带示例，在灯具中可能安装了电源无法支撑的太多的LED模块，导致灯具无法工作。

因此，能够向电源提供用户可配置的照明负载的益处既适用于模块化灯具设计，也适用于照明条带。

为了检测(通过最终用户或灯具制造商)LED负载超过电源的能力，一种方法是让产品在每次导通时探测LED负载。

图2的电路可用于该目的。特别地，感测电阻器20意味着LED负载汲取的电流被反馈到控制器14。因为所安装的LED负载可能大于电源可以支撑的负载，因此由于典型的DC电压源中的电容器只能支持比稳定操作所指定的电流脉冲高数倍的短电流脉冲，测量由LED所汲取的电流必须快速执行。

这意味着控制器电路必须能够对控制器生成的PWM信号做出快速反应。

参考图3对该问题进行解释。图3示出了依次施加到照明元件的五个子集的驱动信号30，并且跨电流传感器电阻器20测得的电流如曲线32所示。样本取自箭头34所示时刻的电流水平。

为了不从电源汲取过多的功率，从施加脉冲到读出响应的稳定平稳段的值之间的时间应很小。

每个平稳段的值表示所汲取的连接到一个特定开关的所有LED的总电流，即，相同类型的所有并行分支中的电流之和。因此，这与照明元件的该子集所汲取的总功率有关。由于脉冲短，该平稳段电流可能比电源在稳定操作下可输送的最大电流高很多倍。

图4示出了具有三个通道的系统在某个色点和调光水平下的典型波形。每个通道具有其特定的占空比(DC_i)和其特定的电流贡献(I_i)。

DC_i是通道i的占空比，且I_i是在加电时得出的通道i的电流贡献。

在已知每个通道的电流贡献的情况下，在正常操作下，软件可以根据以下公式计算在特定色点和调光水平下从LED负载汲取的功率：

P_calc＝V_bus∑DC_iI_i (1)

因此，功率与个体的(每个照明元件子集)电流贡献(因为它们取决于负载的性质而未知)和个体的(每个照明元件子集)占空比(已知)有关。因此，在占空比时段(即，从0到T的时间)内的单个电流测量值不能给出足够的信息。这就是为什么需要对每个电流水平进行个体测量。本质上，要计算图4所示的曲线的面积。

如果所计算的功率大于电源的额定功率，则可根据以下公式减小DC_i的所有值：

DCreduction＝Prated/Pcalc (2)

这样，减少了每个通道的占空比来确保不通过额定功率，并且电源不会跳闸。

但是，这种方法有缺点。

所施加的脉冲序列可能会引起人眼可见的闪光，从而导致客户不满意。之所以需要脉冲序列，是因为依次探测照明元件的每个子集。在电源单元接通电源后不久，突然施加诸如这些脉冲序列的大量负载可能会导致电源单元的电压降。因此，存在以低于标称电压的电压测量脉冲序列的风险，这可能导致错误的负载确定。这将使得负载确定功能完全取决于电源的鲁棒性，并会引入成本。

例如，众所周知，在突然施加负载的情况下，高功率因数的单级电源容易受到电压降的影响。这可以通过增加脉冲持续时间以提供电源恢复时间来解决，但这只会导致更明显的闪烁。

本发明提供了在没有可见的闪烁并避免了快速施加大负载的情况下，用于在启动时确定负载的备选过程。

本发明基于如图4所示将不同通道的不同贡献进行组合而立即在预期的色点处启动光。由于已知不同通道的占空比，因此测量不同电流平稳段值的高度用于根据上面的公式(1)非常精确地确定功率。

因此，在从0到T的占空比时段内，进行一组电流测量。在图4中示出了测量计时集合40。

在占空比时段内可以进行数十次测量，例如，每1ms(1kHz)时段进行120个采样。

如上所述，如果测量期间的功率大于电源的额定功率，则可以再次调整所有占空比。

可以使用图2所示的架构来实现本发明，该架构基本上具有由控制器14提供的不同功能。因此，可以将本发明实现为由控制器14使用的不同软件解决方案。

驱动器再次用于具有未知电负载的照明元件的照明布置2。DC电压源10通过开关布置16耦合至照明布置2。开关布置包括开关集合，开关集合中的每个开关用于连接至照明元件的子集2a、2b、2c、2d、2e。电流传感器20用于感测到整个照明布置的电流，并且控制器14使用脉冲宽度调制来控制开关布置。

将占空比集合应用于开关集合，从而创建期望的光输出。在个体占空比时段内感测平稳段电流，使得可以观察到多个电流平稳段，然后获得照明布置的功耗。这避免了单独驱动照明元件的每个子集。监测在个体占空比时段内发生，使得驱动器可以对所检测的过载做出足够快的反应，以防止自动关闭DC电压源。还监测DC电压来确定过载情况。

“期望的光输出”通常是用户选择的输出颜色和亮度。这不是监测例程的“期望”部分，而是独立于监测过程进行选择的。

如上所述，需要与照明元件的不同子集有关的多个电流平稳段水平的知识。通过在整个占空比时段内具有多个电流采样时刻来测量这些平稳段。

测量之前的初始功率很可能超出额定功率达一定程度或持续一定的时间，以致电源单元将进入过功率保护模式并关断。

为了防止这种情况，期望如上所述在单个占空比时段内(即，在PWM频率下)非常快地测量平稳段的值，并已在下一时段内用于功率测量。这样，在PWM频率为1kHz的情况下，将需要2ms的时间来调节功率，这可以足够快来防止电源采用过功率保护。然而，该解决方案的缺点是，如此短的测量时段可能导致结果不准确。

取多个时段的平均电流，可能滤除电源单元的纹波频率，可以用于提供改进的准确度。平稳段测量保持在单个占空比时段中，并且系统可以在每个占空比时段之后做出响应(例如，通过更新移动平均值)。但是，获得的优点是可以处理多个这样的测量。

为了防止由于该延长的持续时间而导致电源进入其过功率保护模式，可以在光水平的斜升期间执行电流平稳段测量值的平均。这样的斜升将仅影响占空比的长度，而不影响平稳段的高度。

例如，通过在(例如)50ms的时间内从最小调光水平到最大功率的光的倾斜开始，可以在不必担心电源单元切换到其过功率保护的情况下，获得电流平稳段的两个准确值。在50ms时段内的斜升对人眼几乎不可见。

然后，可以将在新时段期间获得的每个新的平稳段测量值集合放入越来越准确的移动平均值集合中，而系统仍可以在每次更新移动平均值时调整功率。因此，以每个占空比时段的速率确定或更新照明布置的功耗。

此外，通过缓慢增加负载，电源电压将有时间调整其输出电压，从而可以精确测量电流贡献。

在一个可能的方法中，在启动期间，可以将光输出从0％斜升到最大80％。在每个1kHz时段期间，大约在100个采样时刻测量电流，并且在占空比时段的最后10％期间，执行快速电压测量。在这段时间内没有电流流过，因为强度(以及最大占空比)被限制为80％，使得每个通道被设置为零。

这样，可以得出每个时段的绝对功率。然后可以控制或限制最大斜升强度。最大强度例如可以开始主动地限制在10ms之内。

图5以图形方式示出了该通用方法。

电流曲线的左堆栈是占空比的第一集合，占空比的第一集合是占空比的期望集合的按比例缩小版本。例如，它可以包括期望的占空比组合的3％调光水平版本。然后在个体占空比时段内监测电流。

例如如电流曲线的右堆栈所示(稍后)，占空比集合的缩放比例逐渐增加。

图5以一组箭头50示出了测量计时瞬间。初始的3％调光水平可能太低以至于不能测量所有的平稳段的值。

图5示出了对两个较低平稳段进行一次测量时的极限。如果占空比较低(实际上图5进行了夸大使得它示出的占空比远高于3％)，则会错过平稳段。

在这种情况下，初始功率估计可以仅基于单个平稳段测量。可以通过将测得的平稳段的值乘以(已知)最长占空比来对功率进行过高估计。如图所示，随着占空比增加，个体平稳段变得可测量。

监测可以在启动时发生，并且可选地也可以在过渡到另一色点时发生。

图6是示出上述控制方法的一个示例的流程图。

在步骤60中，输入期望的色点，并且在步骤62中，将其转换为占空比集合。步骤62利用颜色模型并输出占空比比率来达到期望的色点。这与用户设置期望的色点有关。

在步骤64中，灯被导通。

在步骤66中，将来自步骤62的占空比缩放到3％。

在步骤68中，测量在第一占空比时段中所有可能的电流平稳段的值。在步骤70中，基于那些测量值来估计负载。

在步骤72中，该负载估计被用于计算最大占空比极限。该最大值如下所述逐渐更新。

在步骤74中，确定是否已达到最大占空比极限。如果是，则在步骤76中，将占空比全部减小所确定的负载与电源单元的负载额定值之间的比率。如果未达到最大值，则在步骤78中将占空比全部增加2％。因此，在50个周期之后，除非将其降低，否则占空比将达到原始目标水平。

在步骤80中，测量下一占空比时段中的所有可能的平稳段的值。然后在步骤82中更新每个平稳段的值的移动平均值。

在步骤84中，确定是否已执行全部50个步骤(以1kHz操作时为50ms的启动周期)。如果完成了50个周期，则存储平均平稳段的值，并在步骤86中使用得到的占空比水平将照明布置控制在稳定状态。

如果50个周期尚未完成，则在步骤88中进行更新的负载估计，然后将其反馈到步骤72，以使得能够得出经更新的最大占空比信息。

在该方法的扩展中，可以得出和存储个体通道的电流贡献I_i。在具有三通道系统的图5的曲线图的示例中，所有平稳段可以具有足够长的持续时间来进行测量，并且可以在照明布置启动之后立即确定所有电流值I_i的贡献。但是，测量将花费有限的时间，并且如果占空比差异太小且PWM频率太高，则可能无法确定某些颜色(或占空比的组合)的某些平稳段的值。因此，可能只能测量单个平稳段的值或减少的平稳段的值的集合。显然，这取决于在占空比时段内进行了多少次电流测量以及不同通道的占空比之间的差异。

作为近似，校准设置给出关于不同通道之间电流比的信息，并且这可用于获得不同通道电流贡献的估计。为了获得更高的准确度，例程可以等待，直到最终用户将光设置到另一色点(即，占空比的不同组合)，直到新的平稳段的值足够长来进行测量。

另一可能性是在50ms启动期间调整色温设置，以确保可以测量附加的电流平稳段。例如，监测可以从最低色温(2200K)开始，然后在斜升期间移至2700K(甚至3500K，然后返回2700K)。这是人眼不可见的，但可以测量多个平稳段。

对于3通道系统，存在可以建立平稳段电流的7个不同的组合。下表示出了可能的平稳段水平，即电流I1、I2和I3的组合。

如果I1到I7都是不同的值(如果I1、I2和I3不具有共同的倍数，就是这种情况)，则可以使用任何三个平稳段测量来得出这三个组成分量。

如果在应用最低调光设置时仅进行一次平稳段测量，则可以使用校准设置中电流比率的知识来得出估计值。例如，单个平稳段测量可以产生I1+I2+I3，并且校准设置可以指示例如I1＝2I2和I1＝I3的标称电流。然后可以获得三个电流，但是存在一些不确定性。

每次可以确定平稳段的值时，可以将其存储在表中。一旦测量了3个不同的平稳段的值(假设它们与唯一电流组合相关)，存在3个等式和3个未知数并且所有个体电流值I_i都可以更加确定地计算出来。一旦达到该阶段，就可以基于公式(1)来计算新色点的功率。

对于具有更多原色的系统而言，这变得更加复杂，但是通常来说，在其使用寿命期间在50ms内已切换到若干色点的照明布置足以确定Ii的值。因此，利用占空比的不同的启动组合，表通过照明系统的许多操作完成。

该过程的另一优点是，可以在某个时间段后更新电流值Ii。可能由于LED的温度或老化，这些值将开始偏离初始值。以常规方式，仅在灯加电时才确定电流值Ii。如果所连接的灯始终通电(例如，通过将所有PWM设置为0来关断灯)，则这些值将不会更新。

上面的方法提供了由照明元件的子集汲取的不同电流的确定，以使得能够计算功耗。

该信息可以用于其他目的。

在如上所述的低成本基于电压的照明系统中，其中使用电阻器R来限制流经LED串的电流，光输出的稳定性在很大程度上取决于输入电压的稳定性。可能引起不稳定性的示例包括纹波电压、由外部因素(例如，邻近重型机械的切换)或由于负载阶跃导致的电源本身引起的电压波动或控制算法引起的电压骤降。

这些电压波动在光输出中可能变得可见。上面的方法意味着不同的电流贡献是已知的。电压变化和电流变化可以通过更改占空比集合来补偿，使得光输出保持不变。

DC电压可以例如是24V，并且可以波动10％(即，2.4V)。如果图2中的电阻器R占用电源电压的6V，则假设电阻器占用了电压变化，流过LED的电流将变化35％(2.4/6＝0.35)。

符合高功率因数照明调节的单级拓扑的低成本电源通常确实会显示高达+/-1V的明显电压纹波。此外，输出电压中的其他伪影在光输出中也立即可见。示例是由于市电输入电压的突然升高/降低(即，当照明设备附近的重型机械被导通或关断时)而导致的电压阶跃，以及由电源本身引起的电压阶跃。当电压偏离标称电压太多时，某些控制IC表现出高带宽(即，快速)调节。如果电压超过某个阈值，则启动该高带宽控制，并且电压很快被调节回导标称值。这也导致电压阶跃。

超过该阈值的影响如图7所示。顶部曲线示出了LED电流与时间的关系。底部曲线示出了电压。当达到高于或低于标称值(在该示例中为24V)的阈值时，将在90处进行快速校正控制，快速校正控制导致电流阶跃，因此会在92处出现可见光毛刺。无法看到光曲线的非线性，但是眼睛对光的突然变化或阶跃非常敏感。

通过监测流经所有LED的总电流并基于电源的标称电压立即作用于与预期电流的任何偏差，可以避免该类型的伪影。

附加方法是通过增加/减少所有通道的占空比来补偿电流阶跃，使得平均通量保持尽可能恒定。不能防止电压/电流阶跃(因为它是保护控制的一部分)，但是它变得难以察觉。

尽管是电源的电压是光中的毛刺来源，但由于光通量与电流直接相关，因此可以监测电流(如上所述)。此外，电压的阶跃也更容易通过测量电流来检测，因为如上所示，电压变化10％将导致电流变化35％。

由于光输出等于电流乘以驱动脉冲的长度，因此可以根据表示对恒定通量

的要求的以下公式，通过增加占空比来补偿平稳段电流的骤降：

DC_old是先前的占空比，且Iplateau，calc是先前计算的平稳段电流。这将是标称电压下的参考平稳段的值。DC_new是新的占空比，Iplateau，meas是新测量的平稳段电流(由电压变化引起)。

为了更好地理解，图8逐步示出了校正机制。电压由线100指示。示出了七个连续的电流波形，标记为A至G。

在时间A处，照明布置处于稳定状态。

在时间B处，电压跃迁开始。在时间C处检测产生的电流变化。

在时间D处，占空比增加(如箭头102所示)并且检测到进一步的电流降。在时间E处，占空比再次增加104，并且检测到进一步的电流降。

在时间F处，占空比增加了106，但检测到电流返回到标称水平。在时间G处，占空比返回到对应于稳态驱动条件的原始水平。

补偿机制相对于实际信号滞后1个占空比时段。

本发明对于其中客户(可以是最终用户或照明系统专员)能够以电源的固定额定功率将不同的负载附接到系统的系统感兴趣。因此，电源是个体的构建块。这些系统的示例是最终用户可扩展的LED条带或用作灯具中的构建块的LED条带。备选地，另一示例是共享单个驱动器并且最终用户可以向其中添加额外单元的凹入式聚光灯或筒灯。

如上所述，使用控制器来执行所解释的计算。可以使用软件和/或硬件以多种方式来实现控制器，以执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，微处理器可以使用软件(例如，微代码)进行编程来执行所需的功能。但是，可以在采用或不采用处理器的情况下实现控制器，并且还可以将控制器实现为执行某些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个经编程的微处理器和相关电路)的组合。

可以在本公开的各种实施例中采用的控制器组件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实现中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(例如，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM的易失性和非易失性计算机存储器)相关联。可以利用一个或多个程序对存储介质进行编码，程序在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，执行所需的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可移动的，使得可以将存储在其上的一个或多个程序加载到处理器或控制器中。

通过研究附图、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的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种监测器设备，所述监测器设备用于监测具有未知电负载的照明元件的照明布置(2)，其中所述照明布置(2)与开关布置(16)相关联，所述开关布置(16)用于将DC电压耦合到所述照明布置，其中所述开关布置包括开关集合，所述开关集合中的每个开关用于连接至所述照明元件的子集(2a-2e)，其中所述监测器设备包括：

控制器(14)，所述控制器(14)用于提供控制信号，以使用脉冲宽度调制来控制所述开关布置，其中所述控制器被适配为：

同时将占空比集合应用于所述开关集合，从而创建用户选择的光输出；

在个体占空比时段内多次监测电流，从而在所述占空比时段内检测多个电流平稳段；

基于所检测的所述电流平稳段和所述占空比集合来确定所述照明布置的功耗；以及

根据所检测的所述电流平稳段来调整所述占空比。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被适配为：基于对不同电流水平的集合的分析来确定流过照明元件的每个子集(2a-2e)的电流。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述控制器被适配为：基于所述负载的所确定的所述功耗和所述驱动器的负载额定值，来为所述占空比集合中的每个占空比设置最大占空比。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述控制器被适配为：

在连续个体占空比时段的集合内监测所述电流；并确定在连续占空比时段的所述集合内每个平稳段的平均电流；以及

根据所述平均电流来确定所述功耗。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述控制器(14)被适配为：

应用占空比的第一集合，并且监测个体占空比时段的所述电流，所述占空比的第一集合是占空比的期望集合的按比例缩小版本；以及

逐渐增加所述占空比集合的缩放比例。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述控制器(14)被适配为：针对每个平稳段得出所监测的所述电流的移动平均值。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述控制器还被适配为：监测所述DC电压，并响应于所述DC电压的变化来调整所述占空比集合，从而维持来自所述照明布置的恒定光输出通量。

8.一种用于具有未知电负载的照明元件的照明布置的驱动器，包括：

DC电压源(10)；

开关布置(16)，所述开关布置(16)用于将所述DC电压源耦合到所述照明布置，其中所述开关布置包括开关集合，所述开关集合中的每个开关用于连接到所述照明元件的子集；

电流传感器(20)，所述电流传感器(20)用于感测到整个所述照明布置的电流；以及

根据前述权利要求中任一项所述的监测器设备(14)。

9.一种照明装置，包括：

根据权利要求8所述的驱动器；以及

由所述驱动器驱动的照明布置(2)，其中所述照明布置是用户可配置的。

10.一种用于使用具有未知电负载的照明元件的布置来提供照明的照明方法，包括：

使用开关布置(16)将DC电压源(10)耦合到所述照明布置，所述开关布置包括开关集合，所述开关集合中的每个开关用于连接到所述照明元件的子集(2a-2e)；

使用脉冲宽度调制来控制所述开关布置(16)，以将占空比集合同时施加到所述开关集合，从而创建用户选择的光输出；

在个体占空比时段内监测向整个所述照明布置提供的电流，从而检测所述占空比时段内的多个电流平稳段；

基于所检测的所述电流平稳段和所述占空比集合，来确定所述照明布置的功耗；以及

根据所检测的所述电流平稳段来调整所述占空比。

11.根据权利要求10所述的方法，包括：基于对不同电流水平的集合的分析来确定流过照明元件的每个子集的电流。

12.根据权利要求10或11所述的方法，包括：基于所述负载的所确定的所述功耗和所述驱动器的负载额定值，为所述集合中的每个占空比设置最大占空比。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，包括：

在连续个体占空比时段的集合内监测所述电流；

确定连续占空比时段的所述集合内每个平稳段的平均电流；以及

根据所述平均电流来确定所述功耗。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，包括：

应用占空比的第一集合，并监测个体占空比时段的所述电流，所述占空比的第一集合是占空比的期望集合的按比例缩小版本；

逐渐增加所述占空比集合的缩放比例；以及

得出所监测的所述电流的移动平均值。

15.一种包括计算机程序代码装置的计算机程序，所述计算机程序代码装置被适配为：当所述计算机在计算机上运行时，实现根据权利要求10至14中的任一项所述的方法。

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