CN111567146B - 照明驱动器、照明系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种照明驱动器，用于接收来自荧光照明镇流器的交流电力供应。设置有分流设备，用于选择性地分流电力供应以实现调光控制。设置有检测器，用于产生检测信号并用于将检测信号提供给控制电路以操作分流设备。检测器具有检测电路，用于当检测到电压时分析驱动器输入处的电压并相应地产生检测信号。另外，对于电压检测没有正确地产生检测信号的情况，校正电路在从操作分流设备的结束起的时间延迟内产生检测信号。这防止了在低调光水平下的控制稳定性问题。

Description

照明驱动器、照明系统和控制方法

技术领域

本发明涉及一种固态照明驱动器，其用于连接到荧光镇流器。本发明还涉及照明系统和方法。

背景技术

固态照明(SSL)正在迅速成为许多照明应用的规范。这是因为诸如发光二极管(LED)的SSL元件可以表现出优越的寿命和能量消耗，以及实现可控的光输出颜色、强度、光束扩展和/或照明方向。

管状照明设备广泛用于商业照明应用中，例如用于办公室照明、用于零售环境、在走廊中、在旅馆中等。传统的管状照明配件在每个端部具有插座连接器，用于与管状照明的每个端部处的连接销进行机械和电连接。传统的管状灯是荧光灯管的形式。有一个巨大的灯具安装基地，其配备有用于荧光灯管灯的电子镇流器。

目前有管状LED(“TLED”)灯，它可以作为传统荧光灯管的直接替代品。以这种方式，可以获得固态照明的优点，而不需要改变现有的光配件的费用。事实上，与荧光照明镇流器兼容的TLED是用LED照明取代荧光照明的最直接且成本最低的方法。重新布线(移除镇流器，将TLED直接连接到AC市电)和更换整个灯具都相当麻烦和昂贵。电磁(EM)和电子高频(HF)镇流器均用于荧光照明。

US20140320007A1公开了一种用于将荧光照明镇流器连接到发光二极管灯的功率转换器，其中它包括响应于具有作为过零点的函数而产生的占空比的控制信号来分流DC输出电流的晶体管。EP2608636A1公开了基于一个或多个感测过零点的外推过零点。

图1示出了与荧光镇流器兼容的TLED的典型框图。

镇流器10包括半桥并联谐振转换器，并且它驱动电子(高频)镇流器兼容TLED 12。

镇流器10和高频兼容TLED 12经由TLED一端的连接引脚1和连接引脚2以及经由TLED另一端的连接引脚3和连接引脚4连接。

高频兼容TLED 12通常包括图1所示的所有构建块。它们是灯丝仿真单元14、引脚安全和启动电路16、匹配电路18、整流器20、LED驱动器22、平滑电容器23和LED串24。LED串24在内部接地25和高压DC总线26之间延伸。

对于大多数这些构建块，图1所示的实现只是示例，并且其功能的其他实现也是可以的，而且也会被使用。

半桥镇流器10的设计细节未在图1中示出。这种类型的镇流器也只是一个示例，并且其他实现(诸如推挽转换器)也是可以的，而且正在使用中。

图1所示的LED驱动器是分流开关驱动器。在这种类型的驱动器中，分流开关22执行短路功能以便实现调光控制。

在分流驱动器设计中，分流开关由控制器集成电路(未示出)控制，以便提供一占空比，该占空比提供期望的光输出。该分流控制信号需要利用时变输入信号(例如市电信号)的频率定时，并且为此目的，市电检测信号用于时序控制。该市电检测信号例如基于从镇流器流出的电流的检测。

US2013/221867A1公开了一种系统，其中分流时段可以在来自镇流器的交流电的过零点处开始，或者在来自镇流器的交流电的过零点处结束。因此，检测来自镇流器的交流电的过零是控制分流开关的关键。

本发明基于这样一个问题的认识，即当照明负载被驱动到低亮度水平(即，低调光水平)，例如10％时，对于某些类型的镇流器，过零的检测变得困难：有时检测信号间歇性地消失。这对闭环控制有重大影响，并且可能导致闭环进入不稳定状态。

希望照明单元与尽可能多种不同类型的镇流器兼容，并且因此希望防止形成闭环控制的一部分的检测信号的中断。

发明内容

本发明的一个构思是通过两个机制产生用于控制分流驱动器的分流设备的检测信号。第一机制包括分析驱动器输入的电压，并在检测到电压时相应地产生检测信号。第二机制包括即使在未检测到所述驱动器输入电压时，也自主地产生检测信号作为从操作分流设备的结束起的时间延迟内的校正信号。以这种方式，即使由于大的分流持续时间而没有接收到驱动器输入信号，特别是来自荧光照明镇流器的驱动器输入信号，也产生检测信号。

本发明由权利要求限定。

根据本发明的一个方面的实施例，提供了一种照明驱动器，包括：

驱动器输入，用于从荧光照明镇流器接收交流电力供应；

分流设备，用于选择性地分流电力供应；

控制器，用于操作或不操作分流设备；

其中，所述控制器适于在交流电力供应的周期的一部分期间操作分流设备，使得当分流设备未操作时，仅在交流电力供应的周期的部分期间将电流输送到照明负载；以及

检测器，用于产生检测信号并将检测信号提供给控制器以操作分流设备，

其中，检测器包括：

检测电路，当检测到驱动器输入处的电压时，用于分析该电压并相应地产生检测信号；和

校正电路，用于即使在未检测到所述电压的情况下，也在从操作分流设备结束时产生检测信号达一时间延迟，其中，所述校正电路适于在所述分流设备的操作结束时开始定时对应于时间延迟的时间常数，并且当未检测到所述输入电压时，在时间常数到期之后产生检测信号。

控制器例如可用于基于对通过负载的电流的监测来控制分流控制信号以确保光输出处于期望水平。检测信号用于使能驱动器输入和分流控制信号之间的频率同步。检测电路产生的检测信号依赖于驱动器输入处的电压的检测。然而，这种电压检测可能是不可靠的，从而在分流持续时间过长的情况下可能不会产生检测信号，即使当有电流通过负载时也是如此。已经发现，当分流设备在电力供应周期的很大一部分中可操作时，例如在照明负载的深度调光期间，尤其会出现这种情况。校正电路用于当镇流器未可靠地产生检测信号时提供所需的检测信号。它在对应于时间延迟的短持续时间内产生。选择该持续时间使得该信号能够用作同步信号，以模拟预期从检测到的输入电压产生的检测信号。这将避免由于缺少检测信号而导致的异步。与EP2608636A1相比，该应用的照明驱动器不是基于以前的过零，并且不需要复杂的频率信息，因而实现起来更加容易和简单。

照明驱动器还可包括：

整流器，具有用于接收驱动器输入的整流器输入和用于驱动照明负载的整流器输出，

其中，所述分流设备为：

连接在整流器和照明负载之间，用于选择性地分流整流器输出；或

与整流器集成，并且用于分流驱动器输入。

因此，电力供应可以在整流器的输入或输出处分流。本实施方式为分流开关提供了两种实现。第一实施方式由于分流开关与整流器分离，因此易于控制，而在第二实施方式中，分流设备可以替代整流器的二极管并提高整流器的效率。第二实施方式的复杂之处在于需要控制分流开关，以同时实现整流和分流的功能。

在另一实施方式中，检测电路可以用于：

检测非零电压值和零电压值；以及

在检测到非零电压值之后的零电压值时，确定驱动器输入处的电压过零，并在检测到非零电压值时产生检测信号。

因此，驱动器输入处的电压的检测可以基于过零检测。这使得能够基于过零点来控制分流设备。过零开关易于控制，并且比硬切换具有更好的电源效率。

在另一实施方式中，所述检测电路包括：

上拉-下拉(pull on-off，拉通-拉断)电路，适于：

当控制器操作分流设备时下拉检测信号；以及

当控制器不操作分流设备时，当驱动器输入处的电压低时，下拉检测信号，否则上拉检测信号，

以及校正电路，适于在所述控制器停止操作分流设备之后，在时间延迟内，禁止上拉-下拉电路的下拉。

该实施方式提供了清晰的电路逻辑，以在输入电压存在/检测到时从输入电压导出过零，并在输入电压不存在/未检测到输入电压时自主产生过零。

在更具体的实施方式中，检测电路例如包括到输入电压的接口电路，并且上拉-下拉电路包括：

与接口电路相关联的第一下拉晶体管，其中，所述第一下拉晶体管适于当驱动器输入处的检测电压为非零时使检测信号被上拉，并且适于当驱动器输入处的检测电压为零时使检测信号被下拉。

注意，例如，术语上拉(on)和下拉(off)分别用于指示逻辑高信号值和逻辑低信号值。然而，等效地，逻辑低信号可以对应于上拉信号，并且逻辑高信号可以对应于下拉信号。

第一下拉晶体管基本上控制检测信号是上拉还是下拉。例如，可能存在与第一下拉晶体管相关联的上拉电阻器，使得电阻器在晶体管未被激活时上拉检测信号，而在晶体管被激活时下拉检测信号。第一下拉晶体管基本上是一电压跟随器，以反映输入电压的幅度，因此当输入电压高于零并且然后过零时，检测信号将被上拉和下拉以指示过零点。

在另一实施方式中，控制器例如适于产生双态分流控制信号以控制分流设备，并且上拉-下拉电路还包括：

第二下拉晶体管，适于由分流控制信号控制，以便当分流控制信号操作分流设备时下拉检测信号，而当分流控制信号不操作分流设备时不下拉检测信号。

因此，存在两个(第一和第二)下拉晶体管，它们有效地定义“或(OR)”功能。除非由于没有电压检测信号或由于存在双态分流控制信号(这意味着分流设备正在被操作以分流镇流器输出，并且因此检测镇流器输出的过零没有必要/意义)被下拉，否则检测信号为上拉(例如高电平)。

例如，当第一下拉晶体管和第二下拉晶体管中的任一个导通时，检测信号可被下拉至接地。

校正电路可适于由分流控制信号控制，以便当分流控制信号不操作分流设备并且因此第二下拉晶体管未下拉检测信号时，使能检测信号被上拉达时间延迟。

因此，校正电路和检测到的电压都控制第一下拉晶体管。除非检测到的电压高或者定时在时间延迟内，否则第一下拉晶体管将检测信号下拉。因此，只要不操作分流设备，检测信号就被上拉，并且将产生检测信号中的前沿；然后，只要输入电压不存在，检测信号在时间延迟之后被下拉，可选地，如果输入电压存在，检测信号通过输入电压的过零被下拉。因此，检测信号中的后沿一定会到来，并且该后沿指示过零并控制分流开关。无论是否检测到输入电压，都获得同步。

第一下拉晶体管可以包括：

基极端子，连接到偏置电压和接口电路；

集电极端子，连接到偏置电压；以及

发射极端子，连接到参考电压，

并且所述第二下拉晶体管可以包括：

基极端子，连接到分流控制信号；

集电极端子，连接到第一下拉晶体管的集电极端子；以及

发射极端子，连接到参考电压。

因此，双极结晶体管用于实现两种可选的下拉功能。

接口电路例如包括：

控制晶体管，由驱动器输入处的电压导通，并且当控制晶体管导通时，该控制晶体管下拉第一下拉晶体管的基极端子处的偏置电压。

“下拉偏置电压”是指将偏置电压设置为将晶体管截至的电平。

因此，当存在驱动器输入电压信号时，第一下拉晶体管截止，使得检测信号被上拉(只要第二下拉晶体管也下拉)。

校正电路例如包括：

延迟电路，用于：

当分流控制信号确实操作时并且直到分流控制信号的操作结束之后的所述时间延迟，下拉第一下拉晶体管的基极端子处的偏置电压；以及

允许在分流控制信号的操作状态结束之后的所述时间延迟之后上拉第一下拉晶体管的基极端子处的偏置电压。

当偏置电压被下拉时，这意味着第一下拉晶体管截止，从而第二下拉晶体管确定检测信号值。因此，在分流控制信号的操作期间，并且对于初始延迟时段，只有第二下拉晶体管可以下拉检测信号。因此，当分流控制信号停止操作时，它总是在延迟时段期间变为高。如果输入电压存在，它将接管对偏置电压和检测信号的控制：保持其为高，并允许其在输入电压下降时下降；否则，延迟电路允许检测信号下降：这意味着过零预期在此时发生。以这种方式，校正电路基于检测到的电压在固定的延迟时间内起作用，以补偿检测信号的任何失败的产生。由于分流持续时间已经足够长，足以达到过零，从而导致无法检测输入电压，因此这是接近真正过零的模拟。例如，延迟电路被设计成提供300ns的恒定持续时间的延迟。注意存在其他替代方案。

延迟电路可以包括晶体管以及连接到分流控制信号的RC电路，用于仅在所述时间延迟之后才允许在第一下拉晶体管的基极端子处的偏置电压被上拉。

在实施方式中，控制器还可以包括：

用于接收调光水平的调光接口；

并且所述控制器适于根据所述调光水平控制操作分流设备的持续时间的长度。

该实施方式定义如何控制分流设备以提供所需的调光效果。

在这种情况下，控制器还可以包括：

反馈回路，用于检测流向照明负载的电流，并根据所述调光水平和所检测到的电流控制操作分流设备的持续时间的长度。

该实施方式定义了一个闭环控制来控制分流设备。

驱动器输入用于接收来自电子高频荧光照明镇流器的电力供应。

该实施方式限定了本发明的这方面的典型应用。

本发明还提供一种照明设备，包括：

如上所定义的照明驱动器；和

由所述照明驱动器驱动的LED照明负载。

该方面提供了一种包括上述驱动器和LED的照明设备。

照明负载例如是管状LED灯。

该方面提供了本发明的该方面的典型应用。

本发明还提供了一种控制照明负载的方法，包括：

从荧光照明镇流器接收交流电力供应；

通过操作用于选择性地分流电力供应的分流设备和不操作所述分流设备，控制所述分流设备从而实现调光控制；

在交流电力供应的周期的一部分期间操作分流设备，使得当分流设备未操作时，仅在交流电力供应的周期的部分期间将电流输送到负载；以及

产生检测信号并将检测反馈信号提供给控制器以开始操作分流设备，

其中，所述方法还包括：

当检测到电压时，分析驱动器输入处的电压并相应地产生检测信号；以及

即使当未检测到所述电压时，在从分流设备的操作结束起的时间延迟内产生所述检测信号，包括在操作分流设备的结束时开始定时与时间延迟相对应的时间常数，并且当未检测到所述输入电压时，在时间常数到期之后产生检测信号。

本发明的另一个方面是用于降低电力供应的噪声，特别是在待机模式下。智能驱动器越来越受欢迎，因为它支持无线控制、传感器集成，所以越来越多的功能被集成到Smart TLED中。通常，当Smart TLED进入待机状态时，迟滞控制用于控制分流开关以提供待机电源电压。如图10所示，图1中电容器22上的电压在最大值V2和最小值V1之间调节以提供电源电压，并且这两个值都小于LED 24的正向电压，因此LED 24将不发光(即待机)。电容器22在分流设备开路且电容器22上的电压线性上升时从时间点T1到T2充电，并且在分流设备闭合且待机中的功率消耗设备从电容器22汲取能量时，电压从时间点T2到T3线性下降。分流切换频率为1/(T3-T1)，并且取决于迟滞控制的电压范围，镇流器输出能力以及仍在待机模式下工作的设备(MCU、传感器、无线通信模块等)的功率消耗。甚至进一步，由于传感器和无线通信模块可以突发方式操作，所以功率消耗不是非常稳定。有时分流切换频率低于22KHz，并且这将引入可听噪声。US2010301827是现有技术，但不处理可听噪声。

为了解决这个问题，本发明的另一方面提出在可听声音/噪声的频率范围之外，灵活地调整迟滞控制的范围，以便控制分流设备的切换频率。

本发明的另一方面提供一种照明驱动器，包括：

驱动器输入，用于从荧光照明镇流器接收交流电力供应；

驱动器输出；

分流设备，用于选择性地分流电力供应；

控制器，用于操作分流设备从而防止电力供应到达驱动器输出，或者不操作分流设备从而允许电力供应在驱动器输出处输送，控制器包括：

电压检测器，检测驱动器输出处的电压；以及

迟滞控制元件，适于当驱动器输出处的电压达到第一阈值时操作分流设备，且当驱动器输出处的电压达到低于第一阈值的第二阈值时不操作分流设备；驱动器还包括：

调谐电路，用于调谐第一阈值和第二阈值中的至少一个，以便将分流设备的切换频率调谐到人可听声音的频率范围之外或在人可听到的声音的频率范围中的不太敏感的频率中。

在这方面，迟滞控制的电压范围可以被调谐，以便在人可听到声音的频率范围之外改变分流设备的切换频率，因此驱动器将不可能产生人听得到的噪声。可选地，可以将频率调谐在人可听得到声音的频率范围中的不太敏感的频率中，从而对用户更友好。

在该方面的另一实施方式中，控制器还包括频率检测器，以检测分流设备的切换频率，并且调谐电路适于当所检测的切换频率落在人可听声音的频率范围内时调谐第一阈值和第二阈值中的至少一个。

该实施方式在降低噪声方面提供了闭环控制：如果检测到噪声，则调谐迟滞控制以降低噪声。

在可选实施方式中，可以使用前馈开环控制。更具体地，控制器包括连接到功率消耗设备的接口，优选地，那些在待机模式下操作，并且接收指示功率消耗设备将如何操作的信息，并且控制器适于根据该信息来调谐第一阈值和第二阈值中的至少一个。

在这个实施方式中，针对功率消耗设备的不同情况迟滞控制应该如何控制，这可被预先存储，并且调谐电路可以根据功率消耗设备的传入情况，对迟滞控制进行调谐。这节省了先前实施方式中频率探测器的成本，而且成本更低。

在另一实施方式中，控制器还适于根据镇流器的输出特性来调谐第一阈值和第二阈值中的至少一个。这是进一步的前馈解决方案，它考虑驱动器的输入特性，以便在迟滞控制中做出相应的调谐。

在一实施方式中，控制器适于在作为来自荧光照明镇流器的交流电力供应的多个时段的持续时间内操作分流设备，并且控制器适于在作为交流电力供应的多个时段的持续时间内不操作分流设备。

在该实施方式中，分流设备并不是在镇流器输出的每半个周期切换，而是跨越许多半个周期。这样可以降低待机时的切换损耗。

在优选实施方式中，调谐电路用于调谐第一阈值和第二阈值中的至少一个，以便将分流设备的切换频率调谐为高于20KHz(即人可听见的声音的频率范围)，或者小于1KHz或10KHz至20KHz(即人可听见声音的频率范围中的不太敏感的频率)。

本发明的这些和其它方面将从下文描述的实施方式中变得显而易见，并参照这些实施方式进行说明。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出了已知的高频兼容TLED；

图2更详细地示出了已知的分流驱动器配置；

图3示出了在图2的电路中使用的检测电路的已知示例；

图4示出了说明图2和图3中的电路在全亮度下的操作的时序图；

图5示出了说明图2和图3中的电路在变暗的亮度水平下的操作的时序图；

图6示出了说明图2和图3中的电路在低亮度水平并且因此在低调光水平下的操作的时序图；

图7示出了用于解决图6所示的问题的检测器，以取代图3的简单电阻分压器电路；

图8示出了本发明对图6所示的信号的影响；

图9示出了控制照明负载的方法；

图10示出了迟滞控制下驱动器输出处的电压；

图11示出了镇流器输出和分流设备的非操作和操作；

图12示出了根据本发明的另一方面的调谐迟滞控制；以及

图13示出了根据本发明的另一方面的调谐迟滞控制。

具体实施方式

将参照附图描述本发明。

应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但仅用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其它特征、方面和优点将从下面的描述、所附权利要求书和附图中变得更好理解。应当理解，这些图仅仅是示意性的，并且不是按比例绘制的。还应当理解，在整个附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。

本发明提供一种照明驱动器，用于接收来自荧光照明镇流器的交流电力供应。提供分流设备，用于选择性地分流电力供应以实现调光控制。提供检测器，用于产生检测信号并用于将检测信号提供给控制电路以操作分流设备。检测器具有检测电路，用于当检测到电压时分析驱动器输入处的电压并相应地产生检测信号。另外，对于电压检测没有正确地产生检测信号的情况，校正电路在从分流设备的操作结束起的时间延迟内产生检测信号。这为分流设备提供了必要的时序，并防止在低调光水平下出现控制稳定性问题。

图2更详细地示出了已知的分流驱动器配置。为了简单起见，仅示出了镇流器10、整流器20(由二极管桥接二极管DB1至DB4形成)、输出电容器23、LED照明负载24和分流设备22a和22b，它们基本上类似于图1的分流设备22。

分流设备被实现为两个晶体管22a、22b，在此示例中，这两个晶体管22a、22b一起将整流器输入短路在一起，而不是如图1所示的将整流器输出短路在一起。甚至进一步地，当两个晶体管22a和22b也可以作为整流元件受控制时，这两个晶体管22a和22b可以代替一些二极管。这种实现称为无桥实现。因此，分流设备被连接在整流器与照明负载之间(图1)以用于选择性地分流整流器输出，或者与整流器集成并且用于分流驱动器输入(图2)。

晶体管由控制器集成电路30提供的分流控制信号G1控制。分流控制信号G1是双态分流控制信号。控制器30从电流感测电阻器32接收反馈信号FB，并且还接收例如从远程控制器无线接收的调光命令34。然后操作分流设备晶体管22a、22b以防止电流到达LED负载，或者不操作分流设备晶体管以允许LED负载被驱动，使得能量流向LED负载，LED负载被调节以提供对应于调光命令34的调光效果。

因此，为了获得闭环控制，电阻器32实现反馈环路，以检测去往照明负载的电流，并根据所述调光水平和所检测到的电流来控制操作分流设备的持续时间的长度。

照明驱动器包括用于接收来自镇流器10的交流电力供应的驱动器输入。控制器30在交流电力供应的周期的一部分期间操作分流设备，使得电流仅在交流电力供应的周期中的、分流设备未被操作的那一部分期间被输送到LED负载。

驱动器还具有检测器38，用于产生检测信号40并用于将检测信号提供给控制器30以操作分流设备。该检测信号40利用AC输入信号的频率定时，并用于实施逐周期控制，使得分流设备频率追踪镇流器频率。更具体地，分流开关根据AC输入(电流)信号的过零操作来实现软切换。

控制器30还具有用于接收调光水平34的调光接口。控制器30根据所述调光水平控制操作分流设备的持续时间的长度。

图3示出了检测电路38的已知示例，以过零检测信号(“ZCD”)的形式产生检测信号40。该电路包括在整流器输入(B1)之一与地之间的电阻分压器Rl、R2。当负载连接到镇流器时，该点的电压为方波信号，并且电阻分压器产生较低电压版本。

图4示出了说明图2和图3的电路在全亮度下的操作的时序图。

顶部曲线图示出了由镇流器传递的电流I_B，第二曲线图示出了分流控制信号G1，第三曲线图示出了供应给LED负载的电流I_L，并且底部曲线图示出了检测信号ZCD。

没有分流控制信号，因为不需要分流。电流一直供应给负载。ZCD信号与未分流的输入电流同相。它具有从零到高值的前沿，以及从高值到零的后沿。后沿与过零点同时，因此驱动器知道这半个周期的结束时刻和下半个周期的开始时刻。

图5示出了说明图2和图3的电路在变暗的亮度水平下的工作的时序图。

同样，顶部曲线图示出了由镇流器传递的电流I_B，第二曲线图示出了分流控制信号G1，第三曲线图示出了供应给LED负载的电流I_L，并且底部曲线图示出了检测信号ZCD。

分流控制信号使部分电流波形不传递到负载。因此，检测信号较短，因为它仅在存在负载电流和电压时产生。由检测信号ZCD的后沿触发，驱动器知道这半个周期的结束和下半个周期的开始，并且分流设备将几乎立即再次操作，尽管图中示出它们之间的小量时间偏移Δt。

在分流切换期间，镇流器电流通过分流设备。

图6示出了说明图2和图3的电路在低亮度并且因此在低调光水平下的操作的时序图。

同样，顶部曲线图示出了由镇流器传递的电流I_B，第二曲线图示出了分流控制信号G1，第三曲线图示出了供应给LED负载的电流I_L，并且底部曲线图示出了检测信号ZCD。

检测信号ZCD甚至更短，并且如图所示，检测脉冲可能会缺失。例如，这可能在10％或更低的调光水平下出现。这就产生了环路稳定性问题。

出现这个问题是因为镇流器的工作原理。镇流器不主动控制其输出电压(在节点A1或B1处)。镇流器内部通常有一个自振荡电路，当荧光灯工作时，输出电压跟随输出电流，因为灯是线性负载。对于非线性负载，如LED串，电压不跟随电流。在分流时间较长的情况下，自振荡电路在几个周期后需要一个重启时间。当自振荡电路重新启动时，输出电压会很低或为零，并且在此时段内可能会缺失检测信号。因此，不存在与第一过零相关联的ZCD前沿或后沿。输入电压和ZCD可以在另一个半周期内检测。因此操作不稳定。

图7示出了一个用于解决该问题的检测器，以替代图3所示的简单电阻分压器电路。

检测器70具有两个主要部分；检测电路71和74，以及校正电路72。此外，检测电路包括至输入电压的接口电路71和上拉-下拉电路74。

检测电路71和74用于在检测到电压时分析驱动器输入B1(它可以等效地为输入A1)处的电压并相应地产生检测信号ZCD。

校正电路72用于即使在检测电路71和74未检测到电压的情况下，也在从操作分流设备结束起的时间延迟内产生检测信号ZCD。

检测电路71和74检测输入B1处的非零电压值并检测零电压值。当在非零值之后检测到零值时，这表示驱动器输入处的电压过零。当检测到非零电压值时，即当存在到负载的电流时，检测信号ZCD为高电平。

上拉-下拉电路74用于根据分流控制信号以及由控制逻辑确定的输入电压来上拉或下拉检测信号ZCD。存在与接口电路71相关联的第一下拉晶体管Q1，其中，第一下拉晶体管Q1允许在驱动器输入处检测到的电压为非零时上拉检测信号，并且在驱动器输入处检测到的电压为零时下拉检测信号。这使得检测信号跟随输入电压，从而可以导出输入电压的过零。

注意，例如，术语上拉(on)和下拉(off)分别用于指示逻辑高信号值和逻辑低信号值。然而，等效地，逻辑低信号可以对应于上拉信号，并且逻辑高信号可以对应于下拉信号。

在所示示例中，示出了一个npn晶体管，其被高基极电压上拉，且被低基极电压下拉。为了便于理解，现在将参考在导通时产生高输出的“上拉”晶体管和在导通时产生低输出的“下拉”晶体管。

因此，晶体管Q1是当导通时将检测信号拉低的下拉晶体管。第一下拉晶体管Q1具有从其集电极到第一偏置电压V1的上拉电阻器Rl，使得电阻器在晶体管未激活时上拉检测信号ZCD，并且晶体管在激活时下拉检测信号ZCD。

第一下拉晶体管Q1具有通过电阻器R2连接到另一偏置电压V2并连接到接口电路71的基极端子和连接到参考电压的发射极端子，在该示例中该参考电压接地。注意，偏置电压V1和V2可以相同。

接口电路71包括控制晶体管Q3，该控制晶体管Q3由驱动器输入端B1处的电压导通，并且当控制晶体管Q3导通时，该控制晶体管Q3下拉第一下拉晶体管Q1的基极端子处的偏置电压。因此，当存在驱动器输入电压信号时，第一下拉晶体管Q1截止，使得检测信号能够被拉高到偏置电压V1。实质上，检测信号ZCD跟随由分流开关确定的驱动器输入电压。

上拉-下拉电路74具有由分流控制信号G1控制的第二下拉晶体管Q2(同样，它可以更一般地被认为是下拉晶体管)，以便当分流控制信号操作分流设备时下拉检测信号ZCD。当分流控制信号不操作分流设备时，第二下拉晶体管Q2不下拉检测信号。在这种情况下，只要晶体管Q1允许，检测信号就可以上拉至偏置V1。

第二下拉晶体管Q2包括连接到分流控制信号G1的基极端子、连接到第一下拉晶体管Q1的集电极端子的集电极端子和连接到接地参考电压的发射极端子。

因此，存在两个并联的下拉晶体管Q1，Q2，它们有效地定义了“或(OR)”功能。除非由于没有电压检测信号或由于存在双态分流控制信号G1而被下拉，否则检测信号ZCD被上拉(高电平)。当第一下拉晶体管和第二下拉晶体管中的任一个导通时，检测信号被下拉到接地。

校正电路72也由分流控制信号G1控制，并且它禁止晶体管Q1的下拉功能，并且使检测信号ZCD作为校正功能被上拉。该校正发生在分流控制信号不操作分流设备时，因为在此期间第二下拉晶体管Q2不下拉检测信号。因此，仍有可能将检测信号拉高。校正持续一时间延迟，并且这意味着即使检测电路71和74由于没有输入电压而没有正确地使Q1截止，作为校正功能Q1也会被截止。

因此，校正电路72和检测电路71和74都再次作为“或”功能控制第一下拉晶体管Q1。如果在时段期间存在电压检测或其他情况，则第一下拉晶体管Q1截止。

校正电路包括用于控制晶体管Q4的切换的延迟电路R4，C4，R4'。该晶体管可下拉第一下拉晶体管Q1的基极并因此将第一下拉晶体管Q1截止。

高分流控制信号G1通过电阻器R4对电容器C4充电，并且当充电到G1的高电压电平时，晶体管Q4导通。因此，当G1为高时，它被导通。当G1变低时(即分流控制已结束)，Q4最初保持导通，因为基极电压存储在C4上。这保持晶体管Q1截止，并且因此检测信号ZCD被上拉至V1。Q4上的基极电压基于RC时间常数下降，因此它在延迟后截止。此时，Q1的状态仅取决于其基极电压(其为V2且为高)。因此，Q1变为导通并且检测信号ZCD变为低。

因此，不管电压检测电路是否检测到电压，都产生高ZCD脉冲。该脉冲确保ZCD检测信号的脉冲频率与输入电压保持同步。

RC时间常数例如在30ns至300ns的范围内。镇流器工作频率为33KHz至65KHz，因此当信号G1最初变低时，C4充满电。

图8示出了本发明对图6所示信号的影响。如图所示，缺失检测脉冲由校正电路产生。经校正的脉冲80使时序控制得以维持。它的持续时间取决于RC时间常数，而不是直接取决于I_L脉冲的持续时间，但它仅用作时序参考，因此脉冲持续时间并不重要。

图9示出了控制照明负载的方法，包括：

在步骤90中，从荧光照明镇流器接收交流电力供应；

在步骤92中，通过操作分流设备和不操作分流设备，控制用于选择性地分流电力供应的分流设备，从而实现调光控制；

在步骤94中，在交流电力供应的周期的一部分期间操作分流设备，使得在没有操作分流设备时仅在交流电力供应的周期的一部分期间将电流输送到负载；以及

在步骤96中，产生检测信号，并将检测反馈信号提供给控制器，以开始操作分流设备。

该方法包括：当检测到电压时，分析驱动器输入处的电压并相应地产生检测信号；以及

即使在未检测到所述电压的情况下，也在从分流设备的操作结束起的一时间延迟中产生检测信号。

上面给出了一个电路示例。然而，将理解，可以通过其他电路设计来实现相同的电路功能，例如使用上拉而不是下拉功能。核心构思是当脉冲可能从检测机制中缺失时使用分流控制信号G1来产生这些脉冲。使用分流控制信号G1意味着没有反馈。然而，这仅针对缺失的反馈脉冲执行，因此对控制环路的负面影响非常有限。一有真实的反馈信号，控制回路就会再次正确调整。这意味着可以容忍缺失脉冲，例如在深度调光期间。

在本发明的另一方面中，仍然通过参考图1和图2，提出了一种照明驱动器，包括

驱动器输入1至4，用于接收来自荧光照明镇流器10的交流电力供应；

电容器23处的驱动器输出；

分流设备22，用于选择性地分流电力供应；

控制器30，用于操作分流设备，从而防止电力供应到达驱动器输出，或者不操作分流设备，从而允许电力供应在驱动器输出处被输送，控制器包括：

电压检测器，检测驱动器输出处的电压；以及

迟滞控制元件，适于当驱动器输出处的电压达到第一阈值V2时操作分流设备，而当驱动器输出处的电压达到低于第一阈值V2的第二阈值V1时不操作分流设备；

驱动器还包括：

调谐电路，调谐第一阈值V2和第二阈值V1中的至少一个，以便将分流设备22的切换频率调谐到人可听见的声音的频率范围之外或人可听见的声音的频率范围中的不太敏感的频率中。

如图10和图11所示，当分流设备不操作时，镇流器输出电流I不被分流，并且镇流器输出能量流向电容器23处的驱动器输出，也由逻辑低电平(单位为Ton)表示。该能量对电容器23充电，并且电压从V1增加到V2。只要电压达到V2，意味着有足够的能量用于诸如MCU、传感器、无线通信模块等功率消耗设备，分流设备22就开始操作，并且镇流器输出电流I被分流，也由逻辑高(单位为Ton)表示。当功率消耗设备在电容器23处消耗功率时，驱动器输出上的电压减小直到其达到V1，意味着没有足够的能量用于功率消耗设备。控制器停止操作分流设备。就这样重复。

在优选实施方式中，如图11所示，控制器适于在从T2到T3的持续时间内操作分流设备，该持续时间是来自荧光照明镇流器的交流电力供应I的多个时段，并且控制器适于在一持续时间内不操作分流设备，该持续时间是交流电力供应I的多个时段。

分流设备的切换频率可计算为1/(T3-T1)，或者如果T1取零，则可计算为1/T3。因此，切换频率可能落在人可听见的声音的范围内，该范围约为20至20KHz。

本发明的实施方式提出，可以调整迟滞控制的电压范围，使分流设备的切换频率在人可听见的声音的频率范围之外改变，从而使驱动器不会产生人可听见的噪声。可选地，可以将频率调谐在人可听见的声音的频率范围中的不太敏感的频率中，从而对用户更友好。如图12所示，上部迟滞控制的切换频率为1/(T3-T1)，或者如果T1为零时切换频率为1/T3。让我们假设它落在可听见的范围内。这些实施方式通过将第一阈值从V2减小到V2'来减小电压范围。假设镇流器输出和功率消耗设备不变，电容器22的充电和放电斜率不变，电压V1和V2'之间的充电持续时间T2'-T1'和放电持续时间T3'-T2'均相对于原始第一阈值V2的充、放电持续时间减小。因此提高了分流设备的切换频率。通过选择适当的第一阈值V2，切换频率可以提高到20KHz以上。另外或可选地，第二阈值V1也可以增加以实现类似的效果。注意电压范围应满足功率消耗设备的要求。

可选地，如果分流设备的切换频率不能有效地提高到20KHz以上，则可以调谐电压范围，以在人可听见的频率范围中较不敏感的范围中移动切换频率。研究表明，人类对1K到10KHz的频率更敏感。因此，本发明的这一方面可以将切换频率移出该范围，即低于1K、或10K至20KHz。

在介绍了这方面的原理之后，下面的部分将描述一些实现。

在闭环实现中，控制器还包括频率检测器，以检测分流设备的切换频率，并且调谐电路适于当所检测的切换频率落在人可听声音的频率范围内时调谐第一阈值和第二阈值中的至少一个。这种实施方式在降低噪声方面提供了闭环控制：如果检测到噪声，则调谐迟滞控制以降低噪声。可选地，可以使用音频传感器直接检测噪声。

在开环实现中，可以使用前馈控制。更具体地，控制器包括连接到功率消耗设备(优选地那些在待机模式下工作的设备)并接收指示功率消耗设备将如何操作的信息的接口，并且控制器适于根据该信息来调谐第一阈值和第二阈值中的至少一个。

在该实施方式中，可以预存针对功率消耗设备的不同情况，迟滞控制应该如何控制，并且调谐电路可以根据功率消耗设备的传入情况，对迟滞控制进行调谐。这节省了前实施方式中频率探测器的成本，并且更加便宜。

例如，功率消耗设备如何工作将影响放电持续时间，进而影响切换频率。如果已知该信息，则可以同步调谐电压范围，以使切换频率保持在最佳范围内。例如，如图13所示，上图示出了功率消耗设备的一种状态下的控制，并且在这种状态下功率消耗设备功率消耗更高。例如，传感器在感测并且无线通信模块在传输。一会儿后，由于无线通信模块正在接收或正在休眠，功率消耗设备将变得功率消耗更少。如果不对电压范围进行调谐，则放电持续时间中的斜率会减小，且放电持续时间会增加。切换频率会降低，并且可能会落在可听范围内。该方面将第一阈值V2减小到V2'，使得充电持续时间也减小，并且总持续时间/切换频率仍然相同。因此，切换频率仍在可听范围之外。注意，镇流器输出被认为是恒定的，因此充电持续时间的斜率不变。

由于输入特性影响充电持续时间并进而影响切换频率，在另一实施方式中，控制器还适于根据镇流器的输出特性来调谐第一阈值和第二阈值中的至少一个。这是进一步的前馈解决方案，它考虑驱动器的输入特性，以便在迟滞控制中做出相应的调谐。例如，在分流开关的某一电压范围适合于高镇流器输出的情况下，对于低镇流器输出，该电压范围将导致较低的切换频率。如果镇流器输出低于引起可听见的噪声的某一电平，则调谐电路可以减小电压范围，因此对于该低镇流器输出，切换频率仍然较高。驱动器输入处的检测器可用于检测镇流器输出特性，并将该特性告知调谐电路。

通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，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对所公开的实施方式的其它变化。在权利要求书中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。仅仅在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表明这些措施的组合不能被用于有利。权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制该范围。

Claims (15)

1.一种照明驱动器，包括：

驱动器输入，适于从荧光照明镇流器(10)接收交流电力供应；

分流设备(22a，22b)，连接到所述驱动器输入并且适于选择性地分流所述电力供应；

控制器(30)，适于操作或不操作所述分流设备；

其中所述控制器(30)适于在所述交流电力供应的周期的一部分期间操作所述分流设备，使得仅在所述分流设备未被操作时，在所述交流电力供应的所述周期的所述部分期间，电流被输送到照明负载；以及

过零检测器(70)，适于产生检测信号，并且向所述控制器(30)提供所述检测信号，以根据所述检测信号操作所述分流设备，其中所述检测信号是过零检测信号，

其中所述检测器(70)包括：

检测电路(71，74)，适于当在所述驱动器输入处的输入电压被检测到时分析所述输入电压，并且相应地产生所述检测信号(ZCD)；和

校正电路(72)，适于即使当所述输入电压未被检测到时，在从操作所述分流设备结束起的一时间延迟之后产生所述检测信号(ZCD)，其中所述校正电路(72)适于当操作所述分流设备结束时开始对与所述时间延迟相对应的时间常数进行定时，并且当所述输入电压未被检测到时，在所述时间常数到期后产生所述检测信号(ZCD)。

2.根据权利要求1所述的照明驱动器，还包括：

整流器(20)，具有适于连接到所述驱动器输入的整流器输入(36)，并且具有适于驱动所述照明负载的整流器输出，

其中所述分流设备(22a，22b)：

被连接在所述整流器(20)和所述照明负载(24)之间，适于选择性地分流所述整流器输出；或者

与所述整流器(20)集成，并且适于分流所述驱动器输入，并且其中所述检测电路包括：

上拉-下拉电路，适于：

当所述控制器操作所述分流设备时下拉所述检测信号；并且

当所述控制器不操作所述分流设备时，当所述驱动器输入处的所述输入电压低时，下拉所述检测信号，否则上拉所述检测信号，并且其中所述校正电路(72)适于在所述控制器停止操作所述分流设备之后，禁用所述上拉-下拉电路的下拉达所述时间延迟。

3.根据权利要求1或2所述的照明驱动器，其中所述检测电路(71，74)连接到所述驱动器输入并且适于：

检测所述输入电压的非零电压值和零电压值；并且

当检测到在所述非零电压值之后的所述零电压值时，确定在所述驱动器输入处的所述输入电压的过零作为所述过零检测信号，并且当所述非零电压值被检测到时产生所述检测信号(ZCD)。

4.根据权利要求2所述的照明驱动器，其中所述检测电路(71，74)还包括至所述输入电压的接口电路，并且所述上拉-下拉电路包括：

第一下拉晶体管(Q1)，与所述接口电路相关联，其中所述第一下拉晶体管(Q1)适于当在所述驱动器输入处检测到的所述输入电压为非零时使能所述检测信号被上拉，并且适于当在所述驱动器输入处检测到的所述输入电压为零时使能所述检测信号被下拉。

5.根据权利要求4所述的照明驱动器，其中所述控制器适于产生双态分流控制信号(G1)以控制所述分流设备，并且所述上拉-下拉电路还包括：

第二下拉晶体管(Q2)，适于由所述分流控制信号(G1)控制，以便当所述分流控制信号操作所述分流设备时下拉所述检测信号(ZCD)，并且当所述分流控制信号不操作所述分流设备时不下拉所述检测信号(ZCD)。

6.根据权利要求5所述的照明驱动器，其中所述校正电路(72)适于由所述分流控制信号(G1)控制，以便当所述分流控制信号不操作时，并且因此当所述第二下拉晶体管(Q2)未下拉所述检测信号时，使能所述检测信号被上拉达所述时间延迟。

7.根据权利要求6所述的照明驱动器，其中所述第一下拉晶体管(Q1)包括：

基极端子，连接到偏置电压(V2)和所述接口电路；

集电极端子，连接到偏置电压(V2)；和

发射极端子，连接到参考电压(GND)，

并且其中所述第二下拉晶体管(Q2)包括：

基极端子，连接到所述分流控制信号(G1)；

集电极端子，连接到所述第一下拉晶体管(Q1)的所述集电极端子；和

发射极端子，连接到所述参考电压(GND)。

8.根据权利要求7所述的照明驱动器，其中所述接口电路包括：

控制晶体管(Q3)，由在所述驱动器输入(B1)处的输入电压导通，并且当所述控制晶体管(Q3)被导通时，所述控制晶体管(Q3)下拉所述第一下拉晶体管(Q1)的所述基极端子处的所述偏置电压。

9.根据权利要求7或8所述的照明驱动器，其中所述校正电路(72)包括：

延迟电路(R4，C4)，适于：

当所述分流控制信号(G1)确实操作时并且直到所述分流控制信号(G1)的操作结束之后的所述时间延迟，下拉所述第一下拉晶体管(Q1)的所述基极端子处的所述偏置电压，并且直到所述分流控制信号(G1)的操作结束之后的所述时间延迟时；以及

在所述分流控制信号(G1)的操作状态结束后的所述时间延迟之后，允许所述第一下拉晶体管(Q1)的所述基极端子处的所述偏置电压被上拉。

10.根据权利要求9所述的照明驱动器，其中所述延迟电路包括晶体管(Q4)以及连接到所述分流控制信号(G1)的RC电路(R4，C4)，所述延迟电路适于仅在所述时间延迟之后允许所述第一下拉晶体管(Q1)的所述基极端子处的所述偏置电压被上拉。

11.根据前述权利要求中任一项所述的照明驱动器，其中所述控制电路还包括：

调光接口，适于接收调光水平(34)；

并且所述控制器适于根据所述调光水平控制操作所述分流设备的持续时间的长度。

12.根据权利要求11所述的照明驱动器，其中所述控制器还包括：

反馈回路(FB1)，适于检测流向所述照明负载的电流，并且根据所述调光水平和所检测到的电流控制操作所述分流设备的所述持续时间的所述长度，并且

所述驱动器输入(B1)适于从电子高频荧光照明镇流器接收电力供应。

13.一种照明设备，包括：

根据前述权利要求中任一项所述的照明驱动器；以及

由所述照明驱动器驱动的LED照明负载(24)。

14.根据权利要求13所述的照明设备，其中所述照明负载(24)是管状LED灯。

15.一种控制照明负载的方法，包括：

(90)从荧光照明镇流器接收交流电力供应；

(92)通过操作用于选择性地分流所述电力供应的分流设备和不操作所述分流设备，控制所述分流设备，从而实现调光控制；

(94)在所述交流电力供应的周期的一部分期间操作所述分流设备，使得仅当所述分流设备未被操作时，在所述交流电力供应的所述周期的所述部分期间向所述负载输送电流；以及

(96)产生检测信号，并且向所述控制器提供所述检测反馈信号以开始操作所述分流设备，

其中所述方法还包括：

当所述输入电压被检测到时，分析在所述驱动器输入处的输入电压，并且相应地产生所述检测信号；以及

即使当所述输入电压未被检测到时，在从操作所述分流设备结束起的一时间延迟之后产生所述检测信号，包括在操作所述分流设备结束时开始对与所述时间延迟相对应的时间常数进行定时，并且当所述输入电压未被检测到时，在所述时间常数到期之后产生所述检测信号(ZCD)。

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