DE112015004202T5

DE112015004202T5 - Mehrfachmodus-steuerung für eine festkörperbeleuchtung

Info

Publication number: DE112015004202T5
Application number: DE112015004202.4T
Authority: DE
Inventors: Xiaoyan Wang; Guang Feng; Nan Shi
Original assignee: Dialog Semiconductor Inc
Current assignee: Dialog Semiconductor Inc
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2017-06-01
Also published as: WO2016044351A1; US9936547B2; US20170251532A1

Abstract

Ein Mehrfachmodus-Steuerschema für ein LED-Lampensystem verwendet den erfassten Zündwinkel einer AC-Eingangsspannungswellenform, um aus einer Vielzahl von Regelungsmodi auszuwählen. In Betrieb vergleicht eine Stromsteuervorrichtung den erfassten Zündwinkel mit einer oder mehreren spezifizierten Schwellen und wählt das geeignete Regelungsschema basierend auf dem Vergleichsergebnis aus. Wenn der erfasste Zündwinkel kleiner ist als eine erste Zündwinkelschwelle, verwendet die Steuervorrichtung einen Stromformungsregelungsmodus. Wenn der erfasste Zündwinkel größer ist als eine zweite Zündwinkelschwelle, verwendet die Steuervorrichtung einen Schaltzyklus-I_Peak-Modulations-Regelungsmodus. Und wenn der erfasste Zündwinkel größer ist als die erste Zündwinkelschwelle und kleiner ist als die zweite Zündwinkelschwelle, verwendet die Steuervorrichtung einen Hybridregelungsmodus.

Description

QUERBEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität unter 35 U.S.C. §119(e) von der ebenfalls anhängigen provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/050,689, eingereicht am 15. September 2014, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ansteuern von „lichtemittierende Diode (LED)”-Lampen und insbesondere eine Regelung der Energie, die an die LED-Lampe geliefert wird, bei einer Vielzahl von Betriebsbedingungen.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Eine Vielzahl von Elektronikanwendungen verwenden mittlerweile Festkörperbeleuchtungs(SSL – solid state lighting)-Vorrichtungen, wie LED-Lampen, als Ersatz für Glühlampen. Diese Anwendungen umfassen eine architektonische Beleuchtung, Automobilbeleuchtung, Hintergrundbeleuchtungen für Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, Taschenlampen und elektronische Schilder. SSL-Vorrichtungen haben im Vergleich zu Glühlampen mehrere Vorteile, darunter eine höhere Effizienz, verbesserte Direktionalität, höhere Zuverlässigkeit, längere Lebensdauer und kleinere Größe. Viele dieser Vorteile haben dazu beigetragen, die Annahme von SSL-Vorrichtungen für Anwendungen, die traditionell Glühlampen verwenden, voranzutreiben.
In einigen Anwendungen ist jedoch die Annahme von SSL-Lampen als geeigneter Ersatz im Vergleich zu anderen Beleuchtungsverfahren langsam. Zum Beispiel können in Anwendungen, bei denen die Helligkeit der Lichtquelle angepasst wird, wie in einem dimmbaren Beleuchtungssystem, Verfahren, die zum Ansteuern einer Glühlampe eingesetzt werden, bei Anwendung auf eine LED-Lampe veranlassen, dass die LED-Lampe vorzeitig ausgeschaltet wird, wenn die LED-Lampe in einer EIN-Phase ist, was zu einem wahrnehmbaren Flimmern führt. Ausgangsregelungstechniken können verwendet werden, um einen konstanten Lichtausgang von der LED sicherzustellen, um ein Flimmern zu verringern. Diese Techniken verursachen jedoch häufig, dass der Dimmerschalter ein Maximum eines Lichtausgangs von der LED bei allen Betriebsbedingungen liefert. Weiter können LED-Ausgangsregelungssteuerschemen, die für dimmbare Beleuchtungssysteme geeignet sind, nicht für LED-Beleuchtungssysteme geeignet sein, die keine Dimmerschalter verwenden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsbeispiele umfassen einen Regelungsansatz, der eine Zündwinkelerfassung verwendet, um die Intensität von Energie zu regeln, die durch die SSL-Lampe bei einer Vielzahl von Betriebsbedingungen und Systemkonfigurationen erzeugt wird. Eine „lichtemittierende Diode(LED)”-Steuervorrichtung liefert einen geregelten Strom über eine LED von einer ungeregelten Spannungsquelle. Die LED-Steuervorrichtung umfasst eine Stromsteuervorrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen eines Ausgangsstroms an einem Ausgang der LED-Steuervorrichtung und zum Erfassen eines Zündwinkels der empfangenen Spannungswellenform, die von einer ungeregelten Spannungsquelle ausgegeben wird oder von einem Dimmerschalter ausgegeben wird, der gekoppelt ist, um die ungeregelte Spannungsquelle zu empfangen. Die Stromsteuervorrichtung ist weiter konfiguriert zum Erzeugen eines Steuersignals zum Einschalten oder Ausschalten eines Schalters, um die Strommenge zu regeln, die an die LED während jedes Schaltzyklus zu liefern ist. Die Stromsteuervorrichtung erfasst den Zündwinkel der empfangenen Spannungswellenform und vergleicht den erfassten Zündwinkel mit einer oder mehreren spezifizierten Schwellen. Wenn der erfasste Zündwinkel kleiner ist als eine erste Zündwinkelschwelle, die einem Stromformungsregelungsmodus entspricht, erzeugt die Stromsteuervorrichtung ein Steuersignal, um den Schalter auszuschalten, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung eine erste Ausgangsstromschwelle erfüllt. Wenn der erfasste Zündwinkel der empfangenen Spannungswellenform größer ist als eine zweite Zündwinkelschwelle, die einem Schaltzyklus-I_Peak-Modulations-Regelungsmodus entspricht, erzeugt die Stromsteuervorrichtung das Steuersignal, um den Schalter auszuschalten, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung eine zweite Ausgangsstromschwelle erfüllt. Und wenn der erfasste Zündwinkel der empfangenen Spannungswellenform größer ist als die erste Schwelle und kleiner ist als die zweite Schwelle, was einem Hybridregelungsmodus entspricht, erzeugt die Stromsteuervorrichtung das Steuersignal, um den Schalter auszuschalten, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung die erste Ausgangsstromschwelle erfüllt.
Das Mehrfachmodus-Steuerschema, das von der offenbarten Mehrfachmodus-Steuervorrichtung verwendet wird, bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen SSL-Lampensystem-Steuervorrichtungen. Das offenbarte Mehrfachmodus-Steuerschema kombiniert eine Stromformung, eine Schaltzyklusmodulation und Hybridregelungsmodi und verwendet eine Hysterese bei einem Umschalten zwischen Modi. Ein derartiges Steuerschema sichert einen ausreichenden Haltestrom, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Dimmerschalters aufrechtzuerhalten. Andere Vorteile des offenbarten Mehrfachmodus-Steuerschemas umfassen ein Verbessern einer Gesamt-Oberschwingungsverzerrung(THD – total harmonic distortion)-Leistung und somit ein Erhöhen einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC – power factor correction), auch wenn über einen Phasenschnitt-Dimmerschalter verbunden, Vorsehen eines glatten Steuerungsübergangs zwischen den offenbarten Steuerschemen, um ein Lichtflimmern zu verhindern, und Sicherstellen einer Konsistenzleistung über mehrere Typen von Dimmerschaltern (zum Beispiel Anschnitt, Abschnitt, Anschnitt/Abschnitt).
Die in der Spezifikation beschriebenen Merkmale und Vorteile sind nicht allumfassend und insbesondere sind viele zusätzliche Merkmale und Vorteile für Fachleute im Hinblick auf die Zeichnungen und die Spezifikation offensichtlich. Darüber hinaus ist anzumerken, dass die in der Spezifikation verwendete Sprache prinzipiell zur Lesbarkeit und für Lehrzwecke ausgewählt wurde und nicht ausgewählt wurde, um das Erfindungsobjekt abzugrenzen oder umzuschreiben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Lehren der vorliegenden Offenbarung sind unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen einfach verständlich.
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein LED-Lampensystem mit einer LED-Lampensteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
2 beschreibt Betriebswellenformen eines Steuersignals, das von der LED-Lampensteuervorrichtung von 1 während eines ersten Regelungsmodus ausgegeben wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 beschreibt eine Betriebswellenform eines Ausgangs eines Dimmerschalters, der in dem LED-Lampensystem von 1 enthalten ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 beschreibt Betriebswellenformen eines Steuersignals, das von der LED-Lampensteuervorrichtung von 1 während eines zweiten Regelungsmodus ausgegeben wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 beschreibt eine Betriebswellenform eines Ausgangs eines Dimmerschalters, der in dem LED-Lampensystem von 1 enthalten ist, während eines dritten Regelungsmodus, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 beschreibt Betriebswellenformen eines Steuersignals, das von der LED-Lampensteuervorrichtung von 1 während eines dritten Regelungsmodus ausgegeben wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die Figuren (FIG.) und die folgende Beschreibung betreffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung auf beispielhafte Weise. Es ist anzumerken, dass aus der folgenden Diskussion alternative Ausführungsbeispiele der hier offenbarten Strukturen und Verfahren ohne weiteres als praktikable Alternativen erkannt werden können, die verwendet werden können, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Es wird nun im Detail auf mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Figuren dargestellt sind. Es wird angemerkt, dass, wo praktikabel, ähnliche oder gleiche Bezugszeichen in den Figuren verwendet werden können und ähnliche oder gleiche Funktionalität angeben können. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung nur zu Zwecken der Veranschaulichung. Fachleute werden aus der folgenden Beschreibung einfach erkennen, dass alternative Ausführungsbeispiele der hier dargestellten Strukturen und Verfahren verwendet werden können, ohne von den Prinzipien der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele der Offenbarung abzuweichen.
Die in der Spezifikation beschriebenen Merkmale und Vorteile sind nicht allumfassend und insbesondere sind viele zusätzliche Merkmale und Vorteile für Fachleute im Hinblick auf die Zeichnungen und die Spezifikation offensichtlich. Darüber hinaus sollte angemerkt werden, dass die in der Spezifikation verwendete Sprache prinzipiell zur Lesbarkeit und für Lehrzwecke ausgewählt wurde und nicht ausgewählt wurde, um das Erfindungsobjekt abzugrenzen oder umzuschreiben.
LED-Lampensystemübersicht
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein LED-Lampensystem 100 darstellt, das ein Mehrfachmodus-Steuerschema zum Vorsehen eines geregelten Ausgangsstroms an eine LED-Lampe gemäß einer Vielzahl von Regelungsmodi einsetzt. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst das LED-Lampensystem 100 eine Wechselstrom(AC – alternating current)-Eingangsspannungsquelle 102, eine ungeregelte DC-Spannungsquelle 104, eine Leistungsstufe 106, eine Ausgangsstufe 108 und eine LED-Lampe 110. In einer Implementierung umfasst die ungeregelte DC-Spannungsquelle 104 eine Diodenbrücke 114, die mit dem Ausgang der AC-Eingangsspannungsquelle 102 gekoppelt ist, und einen Massekondensator C1 116 mit einem Anodenanschluss, der mit einem Ausgangsanschluss der Diodenbrücke 114 gekoppelt ist, und einen Kathodenanschluss, der mit dem anderen Ausgangsanschluss der Diodenbrücke 114 gekoppelt ist. Die Diodenbrücke 114 arbeitet in Verbindung mit dem Massekondensator C1 116, um eine gleichgerichtete Eingangsspannung von der AC-Eingangsspannungsquelle 102 zu erzeugen.
In einer Implementierung ist die Diodenbrücke 114 mit dem Ausgang eines Dimmerschalters 112 gekoppelt, wie in 1 gezeigt. Der Dimmerschalter 112 steuert die Menge (d. h. die Intensität) von Licht, das von der LED-Lampe 110 ausgegeben wird, durch Phasenmodulation einer AC-Eingangsspannung 102. In Betrieb empfängt der Dimmerschalter 112 die AC-Eingangsspannung 102 und erzeugt ein Ausgangssignal mit einer angepassten „quadratischer Mittelwert”-Spannung (V-RMS) der AC-Eingangsspannung 102. Der Dimmerschalter 112 bestimmt die Anpassungsgröße, die auf die AC-Eingangsspannung 102 angewendet wird, basierend auf dem Wert eines Dimmen-Eingangssignals 118. In einigen Implementierungen ist das Dimmen-Eingangssignal 118 ein analoges Signal, das durch einen Knopf, einen Schiebeschalter oder eine andere geeignete elektrische oder mechanische Vorrichtung erzeugt wird, die ein Anpassungssignal mit einem variablen Bereich von Anpassungseinstellungen vorsehen kann. In anderen Implementierungen ist das Dimmen-Eingangssignal 118 ein digitales Signal. Ein Beispiel eines Dimmerschalters 112 wird in dem US-Patent Nr. 7,936,132 beschrieben, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Dimmerschalter 112 ein TRIAC-Dimmer, der ein Phasenwinkelschalten verwendet, um eine angepasste Ausgangsspannung zu erzeugen zum Regeln der Energiemenge, die an die LED-Lampe 110 während jedes Halbzyklus der AC-Eingangsspannung 102 geliefert wird. TRIAC ist eine bidirektionale Vorrichtung, die in jede Richtung Strom leiten kann, wenn ausgelöst oder eingeschaltet. Sobald eingeschaltet, arbeitet der TRIAC in einem leitenden Zustand und Strom fließt zu der LED-Lampe 110. Die Dauer des Leitungszustands während des Halbzyklus der Wellenform der AC-Eingangsspannung 102 wird durch den Zündwinkel des TRIACs bestimmt. Zum Beispiel für einen Vorderflanke-TRIAC-Dimmer, wenn die AC-Eingangsspannung nach dem Nulldurchgang ansteigt, erzeugt der TRIAC-Dimmer keine Ausgangsspannung für eine Zeitperiode, bis die Eingangswellenform einen spezifizierten Phasenwinkel oder Zündwinkel erreicht. Für einen Rückflanke-TRIAC-Dimmer erzeugt der TRIAC während des Beginns jedes Halbzyklus der AC-Eingangsspannungswellenform ein Ausgangssignal mit einer Spannung proportional zu der sinusförmigen AC-Eingangsspannungswellenform, bis die Eingangswellenform einen spezifizierten Zündwinkel erreicht, an diesem Punkt sperrt der TRIAC einen Ausgang. Während die Beispiele und Figuren einen Vorderflanke-Dimmerschalter beschreiben, können die offenbarten Ausführungsbeispiele auch auf Rückflanken-Dimmerschalter angewendet werden. Der Zündwinkel des TRIACs wird durch eine RC-Zeitkonstante einer Schaltung innerhalb des TRIACs bestimmt. Die Dimmereinstellung 118 kann verwendet werden, um den Wert des Widerstands anzupassen, der mit der RC-Zeitkonstante assoziiert ist, und dadurch den Zündwinkel des TRIAC-Dimmerschalters 112 anzupassen. Zum Beispiel kann der Dimmereinstellungseingang 118 mit einem Potentiometer oder einer anderen Widerstandsvorrichtung gekoppelt sein, konfiguriert mit einem anpassbaren Wert basierend auf einer Eingangseinstellung. Sobald ausgelöst, fährt der TRIAC mit einem Leiten fort, bis der Strom unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, der hier als Minimumhaltestrom bezeichnet wird. Damit das interne Timing eines TRIACs ordnungsgemäß funktioniert, wird von dem TRIAC auf eine Weise Strom bezogen, die durch die Leistungsstufe 106 geregelt wird, die einen glatten Übergang eines Lichtintensitätspegelausgangs der LED-Lampenschaltung 110 ohne wahrnehmbares Flimmern vorsieht.
Die Leistungsstufe 106 umfasst eine Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120, einen Leistungsschalter S1 128 und einen Induktor 130. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 regelt den Ausgangsstrom, der an die Ausgangsstufe 108 vorgesehen wird, um den Betrieb der LED-Lampe zu steuern. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ist konfiguriert zum Erfassen des Zündwinkels des TRIAC-Dimmerschalters 112, zum Bestimmen eines Regelungsmodus basierend auf dem erfassten Zündwinkel und zum Erzeugen eines Steuersignals, das veranlasst, dass der Schalter S1 128 die Strommenge regelt, die von der Leistungsstufe 106 ausgegeben wird. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 umfasst einen Zündwinkel-Erfassungseingang 122, einen I_SENSE-Eingang 124 und einen Ausgang 126. Der Zündwinkel-Erfassungseingang 122 ist mit beiden Eingängen der Diodenbrücke 114 gekoppelt und mit einer Zündwinkel-Erfassungsschaltung in der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 gekoppelt. Die Zündwinkel-Erfassungsschaltung ist konfiguriert zum Erfassen des Phasenschnitts der Spannungswellenform, die durch den Dimmerschalter 112 ausgegeben wird oder durch die AC-Eingangsspannung 102, wenn der Dimmerschalter 112 nicht vorhanden ist, und zum Erzeugen einer Angabe des erfassten Phasenschnitts. Die Angabe des erfassten Phasenschnitts wird an einen Prozessor oder eine Steuervorrichtung in der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 vorgesehen zum Bestimmen des geeigneten Regelungsmodus zu jedem Zeitpunkt während eines normalen Betriebs des LED-Lampensystems 100, einschließlich bei einem Start. Die Zündwinkel-Erfassungsschaltung kann eine oder mehrere Komponenten umfassen, wie einen Spannungsabtaster, einen oder mehrere Komparatoren, einen Flankendetektor und einen Phasendetektor. Der Spannungsabtaster ist konfiguriert zum Abtasten eines Spannungspegels des Signals, das an dem Zündwinkel-Erfassungseingang 122 erfasst wird, mit einer spezifizierten Abtastrate. In einer Implementierung ist der Spannungsabtaster eine digitale Schaltung, die das Eingangssignal mit einer spezifizierten Rate abtastet, die ausreichend ist, um das Eingangssignal genau zu reproduzieren. In anderen Implementierungen kann der Spannungsabtaster eine analoge Schaltung oder eine Schaltung sein, die sowohl analoge als auch digitale Komponenten enthält. Der Spannungsabtaster kann auch einen Speicher umfassen zum Speichern einer spezifizierten Anzahl von Abtastwerten zur Verarbeitung durch die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120. Der Ausgang des Spannungsabtasters kann an einen Eingang eines Spannungskomparators vorgesehen werden, während der andere Eingang des Spannungskomparators mit einer Referenzspannung gekoppelt ist, die einer vorgegebenen Spannungsschwelle entspricht. In einer Implementierung ist die spezifizierte Spannungsschwelle 100 V für hohe Leitungsspannungen (zum Beispiel 220 V) und 50 V für niedrige Leitungsspannungen (zum Beispiel 110 V). Der Spannungskomparator ist konfiguriert zum Erzeugen eines Signals in einem ersten Zustand, wenn die abgetastete Spannung die Referenzspannung erreicht oder übersteigt, und ansonsten konfiguriert zum Erzeugen eines Signals in einem zweiten Zustand. Ein Flankendetektor empfängt auch die abgetastete Spannungswellenform und erzeugt ein Signal, das das Vorhandensein oder das Fehlen einer vorderen oder ansteigenden Flanke in der abgetasteten Spannungswellenform angibt. In einer Implementierung kann der Flankendetektor existierende Schaltungen verwenden, die in der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 enthalten sind, die konfiguriert sind zum Analysieren von zumindest zwei Abtastwerten der abgetasteten Spannung, Bestimmen eines Spannungswerts und eines Zeitstempels für jeden Abtastwert und Berechnen einer Änderung des Spannungswertes über eine spezifizierte Zeitperiode basierend auf den analysierten Abtastwerten. In einer anderen Implementierung ist der Flankendetektor eine Schaltung, die digitale und/oder analoge Komponenten umfasst, die konfiguriert sind zum Erfassen einer Änderung des Spannungspegels eines Eingangssignals von einem ersten Pegel zu einem zweiten Pegel über eine spezifizierte Zeitperiode. Der Phasendetektor kann eine digitale Schaltung, eine analoge Schaltung oder eine Schaltung sein, die sowohl analoge als auch digitale Komponenten umfasst, die in einer bestimmten Weise angeordnet sind, um die Phase der abgetasteten Spannung und der AC-Eingangsspannung 102 genau zu erfassen. Der Ausgang des Phasendetektors kann mit dem Eingang eines Phasenkomparators gekoppelt sein, während der andere Eingang des Phasenkomparators mit einer Referenzspannung gekoppelt ist, die einen Wert entsprechend einer Phasenschwelle hat. Der Ausgang des Phasenkomparators erzeugt ein Signal, das angibt, ob die Phase der Abtastspannungswellenform den Phasenschwellenwert erreicht oder übersteigt, auf ähnliche Weise wie der Spannungskomparator. Die Ausgangssignale, die von dem Spannungsabtaster, dem Flankendetektor, den Komparatoren und den Phasendetektoren erzeugt werden, werden durch die Steuervorrichtung oder den Prozessor verarbeitet, die/der in der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 enthalten ist, um den Regelungsmodus der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung zu bestimmen, wie später unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird.
In Fällen, in denen das LED-Lampensystem 100 keinen Dimmerschalter 112 umfasst, ist die in der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 enthaltene Zündwinkel-Erfassungsschaltung konfiguriert zum Erfassen des Fehlens eines Dimmerschalters 112. Zum Beispiel kann die Zündwinkel-Erfassungsschaltung konfiguriert sein zum Bestimmen des Vorhandenseins oder Fehlens eines Dimmerschalters 112, der zwischen der AC-Eingangsspannungsquelle 102 und der Leistungsstufe 106 gekoppelt ist, basierend auf der bestimmten Leitungsperiode eines Halbzyklus der von der Diodenbrücke 114 ausgegebenen Wellenform.
Der I_SENSE-Eingang 124 ist mit dem Source-Anschluss des Schalters S1 128 und dem Eingang einer in der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 enthaltenen Stromsensorschaltung gekoppelt. Die Stromsensorschaltung erfasst den Eingangsstrom, der in den Source-Anschluss des Schalters S1 128 fließt, der dem Strom entspricht, und liefert das Ausgangssignal 320, das dem Strom entspricht, der in dem Drain-Anschluss des Schalters S1 128 fließt, wenn der Schalter S1 128 geschlossen oder EIN ist. Der Strom, der in dem Drain-Anschluss des Schalters 120 fließt, entspricht dem Ausgangsstrom, der von der Leistungsstufe 106 an die Ausgangsstufe 108 vorgesehen wird. Somit entspricht der von der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 erfasste Strom dem Ausgangsstrom der Ausgangsstufe 108. In einem Ausführungsbeispiel erfasst der Stromsensor den Strom an dem I_SENSE-Eingang 124 und erzeugt ein Signal entsprechend dem erfassten Strom. Ein beispielhafter Stromsensor wird in der US-Patentanmeldung Nr. 14/099,986 beschrieben, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Der Schalterausgang 126 ist mit dem Gate des Schalters S1 128 gekoppelt und konfiguriert zum Erzeugen eines Steuersignals gemäß einem bestimmten Regelungsmodus, um den Schalter S1 128 einzuschalten in Reaktion darauf, dass das Steuersignal in einem ersten Zustand ist, und den Schalter S1 128 auszuschalten in Reaktion darauf, dass das Steuersignal in einem zweiten Zustand ist. In einer Implementierung umfassen die Zustände des Steuersignals eine logische „1” und eine logische „0”. In anderen Implementierungen umfassen die Zustände des Steuersignals zumindest zwei unterschiedliche analoge Signalpegel.
Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 regelt den Ausgangsstrom, der an die LED-Lampe 110 geliefert wird, durch Regeln, wann der Schalter S1 128 gemäß einem bestimmten Regelungsmodus eingeschaltet und ausgeschaltet wird. In einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 den Regelungsmodus während jedes Schaltzyklus basierend auf dem Zündwinkel der Wellenform, die an dem Zündwinkel-Erfassungseingang 122 der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 erfasst wird. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 bestimmt den Zündwinkel der Spannungswellenform, die an dem Zündwinkel-Erfassungseingang 122 empfangen wird, unter Verwendung der Zündwinkel-Erfassungsschaltung, die in der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 enthalten ist, wie oben beschrieben wurde. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 wählt einen Regelungsmodus durch Vergleichen des bestimmten Zündwinkels mit zumindest einer Zündwinkelschwelle, die in der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 gespeichert ist. In einem Ausführungsbeispiel kann eine erste Zündwinkelschwelle einem ersten Bereich von 0 Grad zu einem Minimum-Zündwinkel entsprechen. Der Minimum-Zündwinkel kann basierend auf den Parametern des Lampensystems 100 ausgewählt werden. Zum Beispiel wird in einer Implementierung der Minimum-Zündwinkel so gewählt, dass für den ausgewählten Minimum-Zündwinkel der an dem I_SENSE-Eingang erfasste Spitzenerfassungsausgangsstrom größer ist als der Haltestrom des Dimmerschalters 112 für den Halbzyklus. In einer Implementierung ist der Minimum-Zündwinkel 30 Grad. Während in anderen Implementierungen der Minimum-Zündwinkel größer oder kleiner als 30 Grad sein kann. Der erste Bereich kann angeben, dass kein Dimmerschalter 112 vorhanden ist oder dass ein Dimmerschalter 112 vorhanden ist und eine Dimmereinstellung entsprechend einem Zündwinkel unter der Minimum-Zündwinkelschwelle hat. Eine zweite Zündwinkelschwelle kann einem Zündwinkel über einem Maximum-Zündwinkel entsprechen. Der Maximum-Zündwinkel kann basierend auf den Parametern des Lampensystems 100 ausgewählt werden und insbesondere so ausgewählt werden, dass der an dem I_SENSE-Eingang erfasste Spitzenerfassungsausgangsstrom geringer ist als der Minimumhaltestrom des Dimmerschalters 112. In einer Implementierung ist der Maximum-Zündwinkel zumindest 45 Grad. Eine dritte Zündwinkelschwelle kann einem Bereich zwischen dem Minimum-Zündwinkel und dem Maximum-Zündwinkel entsprechen. In einem Ausführungsbeispiel kann jede der Zündwinkelschwellen in Übereinstimmung mit den individuellen Parametern des Lampensystems 100 modifiziert werden. Basierend auf dem Vergleich des erfassten Zündwinkels und einer oder mehreren der Zündwinkelschwellen wählt die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 einen assoziierten Ausgangsstromregelungsmodus aus.
Zum Beispiel kann ein erster Ausgangsregelungsmodus ausgewählt werden, wenn der erfasste Zündwinkel in dem ersten Bereich von 0 Grad bis zu einem spezifizierten Minimum-Zündwinkel ist. Ein zweiter Ausgangsregelungsmodus kann ausgewählt werden, wenn der erfasste Zündwinkel einen spezifizierten Maximum-Zündwinkel übersteigt. Ein dritter Ausgangsregelungsmodus kann durch die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ausgewählt werden, wenn der erfasste Zündwinkel in einem Bereich zwischen dem spezifizierten Minimum-Zündwinkel und dem spezifizierten Maximum-Zündwinkel ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 aus mehr oder weniger als drei Ausgangsregelungsmodi auswählen. Zusätzlich kann die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 alternative oder zusätzliche Aspekte des erfassten Zündwinkels verwenden, um den geeigneten Ausgangsregelungsmodus auszuwählen.
Die Leistungsstufe umfasst auch einen Schalter S1 128, wie zuvor beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel ist der Schalter S1 128 ein Metalloxid-Feldeffekttransistor (MOSFET – metal oxide field effect transistor) mit einem Source-Anschluss, der mit dem Kathodenanschluss des Massekondensators C1 116 gekoppelt ist, einem Drain-Anschluss, der mit dem Ausgang der Leistungsstufe 106 gekoppelt ist, und einem Gate-Anschluss, der mit dem Ausgang 126 der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 gekoppelt ist. Während ein MOSFET-Schalter S1 128 als der Leistungsschalter in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann auch ein Bipolartransistor (BJT – bipolar junction transistor) als Leistungsschalter zum Regeln des Ausgangsstroms verwendet werden, der an die LED-Lampe 110 geliefert wird, gemäß anderen Ausführungsbeispiele hierin. Die Leistungsstufe 106 umfasst auch einen Induktor L1 130 mit einem ersten Anschluss, der mit dem Drain-Anschluss des Schalters 128 verbunden ist, und einem zweiten Anschluss, der mit der Anode des Massekondensators C1 116 gekoppelt ist. Die Ausgangsstufe 108 umfasst die Gleichrichterdiode D1 132 und den Ausgangskondensator C2 134. Die Gleichrichterdiode D1 132 hat eine Anode, die mit dem Drain-Anschluss des Schalters 128 gekoppelt ist, und eine Kathode, die mit der Anode des Ausgangskondensators C2 134 gekoppelt ist. Der Ausgangskondensator C2 ist über den Ausgang der Ausgangsstufe 108 parallel verbunden, wobei die Kathode des Ausgangskondensators C2 134 mit der Anode des Massekondensators C1 116 gekoppelt ist.
Mehrfachmodus-Steuervorrichtung für eine Festkörperbeleuchtung
Das offenbarte Mehrfachmodus-Steuerschema verwendet den erfassten Zündwinkel einer AC-Eingangsspannungswellenform, um aus mehreren Regelungsmodi auszuwählen. Beispielhafte Regelungsmodi umfassen eine AC-Stromformung, Schaltzyklus- und I_Peak-Modulation und einen Hybridregelungsmodus, der eine partielle I_Peak-Stromformung umfasst, wodurch THD-Charakteristiken verbessert werden und gleichzeitig ein ausreichender Laststrom sicherstellt wird. 2 beschreibt Betriebswellenformen 200 eines Steuersignals, das von der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 während eines ersten Regelungsmodus ausgegeben wird, in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel. Für LED-Lampen, die direkt mit dem AC-Netz verbunden sind oder mit einem Phasenschnitt-Dimmer verbunden sind, der auf einen Phasenschnitt unter einer Minimumschwelle gesetzt ist, ist es wünschenswert, die niedrigste THD zu halten. 2 zeigt den Strompegel 202 durch den Schalter S1 128 während jedes Schaltzyklus für eine Halbwelle der AC-Eingangsspannung 102, die das Zeitintervall umfasst, das an dem Zeitpunkt 0 beginnt und an dem Zeitpunkt t endet. Für jeden Schaltzyklus des Schalters S1 128 erzeugt die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ein Steuersignal in einem ersten Zustand, um den Schalter S1 128 zu deaktivieren, wodurch bewirkt wird, dass der Schalter in einem AUS-Zustand ist, wenn er die I_Peak-Schwelle 204 erreicht. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 erfasst den Strom durch den Source-Anschluss des Schalters S1 128 an dem I_ISENSE-Eingang 124, vergleicht den erfassten Stromwert mit dem I_Peak-Schwellenwert 204 und erzeugt basierend auf dem Vergleichsergebnis das Steuersignal in einem ersten Zustand oder einem zweiten Zustand, um den Schalter S1 128 zu deaktivieren oder zu aktivieren. Die I_Peak-Schwelle 204 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie die Wellenform der AC-Eingangsspannung 102, was dazu führt, dass der Eingangsstrom in die LED-Lampe 110 proportional ist zu der Wellenform der AC-Eingangsspannung 102. Während des ersten Regelungsmodus verwendet die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ein Stromformungsregelungsschema, um einen konstanten Lichtintensitätsausgang unabhängig von Schwankungen der AC-Eingangsspannung 102 beizubehalten. In einem Beispiel kann die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 die I_Peak-Schwelle-Einhüllende erhöhen durch Auswählen einer angepassten I_Peak-Schwelle 206. Dies wiederum bewirkt, dass die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ein Steuersignal in dem zweiten Zustand erzeugt, um den Schalter S1 128 später auszuschalten, als der Schalter S1 128 ausgeschaltet worden wäre, als die I_Peak-Schwelle 204 ausgewählt wurde. Der entgegengesetzte Effekt tritt auf, wenn der Wert der „I_Peak-Schwelle 204”-Einhüllenden verringert wird. In diesem Fall erzeugt die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ein Steuersignal in dem zweiten Zustand, um den Schalter S1 128 früher auszuschalten, als der Schalter S1 128 ausgeschaltet worden wäre, als die I_Peak-Schwelle 204 ausgewählt wurde. Demgemäß, durch Erhöhen oder Verringern der „I_Peak-Schwelle 204”-Einhüllenden, regelt die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120, wann der Schalter S1 128 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, um eine Ausgangsregelung des Stroms zu erreichen, der an die LED-Lampe 110 geliefert wird. Ein derartiges Ausgangsregelungsschema hält einen konstanten Lichtintensitätsausgang der LED-Lampe 110 unabhängig von Schwankungen der AC-Eingangsspannung 102 und arbeitet, um die niedrigste THD beizubehalten.
3 beschreibt eine Betriebswellenform eines Ausgangs eines in dem LED-Lampensystem 100 enthaltenen Dimmerschalters 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 3 zeigt eine Halbwelle der AC-Eingangsspannung 102, die auf die AC-Netz-Wellenform überlagert ist. Der Teil der AC-Netz-Wellenform, angegeben durch die gestrichelte Linie, wird von der LED-Lampe 110 blockiert, wenn der Dimmerschalter 112 in dem nicht-leitenden Zustand ist. Der blockierte Teil 302 der AC-Netz-Wellenform überspannt ein Intervall von dem Zeitpunkt 0 zu dem Zeitpunkt t1, wobei an diesem Punkt die AC-Netzspannung einen Spannungspegel V1 hat. Der nicht-blockierte Teil 304 der AC-Netz-Wellenform, der durch die durchgezogene Linie mit AC-Eingang angegeben ist, repräsentiert den Ausgang des Dimmerschalters 112. Der nicht-blockierte Teil 304 der AC-Netz-Wellenform überspannt ein Intervall von dem Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t2 (d. h. Leitungsperiode 306), wobei an diesem Punkt die AC-Netzspannung einen Spannungspegel V1 hat.
4 beschreibt Betriebswellenformen eines Steuersignals, das von der Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ausgegeben wird, während eines zweiten Regelungsmodus, der eine Schaltzyklus- und I_Peak-Modulation verwendet, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wenn die LED-Lampe 110 über einen Phasenschnitt-Dimmer mit der AC-Eingangsspannungsquelle 102 verbunden ist, verwendet die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ein anderes Ausgangsregelungsschema als das Stromformungsschema, das in den 1 und 3 beschrieben wird. In einer derartigen Systemkonfiguration wird die Last der LED-Lampe 110 über dem Minimum eines Haltestroms des Phasenschnitt-Dimmers gehalten, repräsentiert durch die I_Peak-Minimumschwelle 302. Somit ist der Wert der I_Peak-Schwelle nicht unbedingt proportional zu der Wellenform der AC-Eingangsspannung 102, wie es bei dem Stromformungsausgangsregelungsmodus wäre. 4 zeigt ein Steuerverfahren, bei dem die Schaltzyklen 304 eines Abwärts-Aufwärts(Buck-Boost)-Wandlers initiiert werden, wenn der Dimmerschalter 112 in den leitenden Zustand gesetzt wird. Für jeden Schaltzyklus 304 erzeugt die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ein Steuersignal in einem zweiten Zustand, um den Schalter S1 128 auszuschalten, wenn der an dem I_SENSE-Anschluss erfasste Strom eine I_Peak-Schwelle 306 erreicht. Während des Phasenschnittregelungsmodus von 4 ist die I_Peak-Schwelle 306 derart eingestellt, um einen Minimumhaltestrom des Dimmerschalters 112 zu erfüllen. In 4 entspricht das Schwelle-I_Peak-Minimum 302 dem Minimumhaltestrom des Dimmerschalters 112. Ein Setzen der I_Peak-Schwelle 306 höher als den Minimumhaltestrom des Dimmerschalters 112 stellt sicher, dass der Dimmerschalter 112 eine Minimumhaltestromschwelle während der Leitungsperiode 306 beibehält. Bei einem Betrieb in dem Schaltzyklus- und I_Peak-Modulations-Regelungsmodus kann die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 122 den Punkt anpassen, an dem die Schaltzyklen in jedem AC-Eingangsspannungs-Halbzyklus beendet werden, was durch die Regelungsschwelle 306 an dem Zeitpunkt t3 dargestellt wird, um eine Ausgangsregelung vorzusehen. In einer Implementierung wird der Punkt, an dem der Schaltzyklus beendet wird, durch Regeln der Anzahl von Schaltpulsen angepasst, die von dem Schalter S1 128 ausgegeben werden basierend auf der erfassten Phase. Zum Beispiel können während des Stromformungsregelungsmodus hundert Pulse während jedes AC-Eingangsspannungs-Halbzyklus erzeugt werden. Während der Schaltzyklus- und I_Peak-Modulation kann die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 die Anzahl von Pulsen auf achtzig Pulse anpassen, wenn die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung erfasst, dass der Dimmerschalter 112 während 80% des AC-Eingangsspannungs-Halbzyklus leitet, und auf sechzig Pulse, wenn die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung erfasst, dass der Dimmerschalter 112 während 60% des AC-Eingangsspannungs-Halbzyklus leitet. Alternativ oder zusätzlich kann auch die I_Peak-Schwelle erhöht oder verringert werden, um ein weiteres Mittel einer Ausgangsregelung vorzusehen. In einer Implementierung passt die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 122 die I_Peak-Schwelle 308 während jedes Schaltzyklus basierend auf dem Strompegel an, der an dem I_SENSE-Eingang 124 erfasst wird. Zum Beispiel kann die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 122 die an dem I_SENSE-Eingang 124 erfasste Menge von Strom mit der I_Peak-Schwelle 308 vergleichen. Wenn die Menge des erfassten Stroms größer ist als die I_Peak-Schwelle 308, kann die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung den Wert der I_Peak-Schwelle 308 um einen spezifizierten Betrag erhöhen. Wenn das Maß des erfassten Stroms geringer ist als die I_Peak-Schwelle 308, kann die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung den Wert der I_Peak-Schwelle 308 um einen spezifizierten Betrag verringern. In anderen Ausführungsbeispiele kann eine solche Anpassung einmal während einer Leitungsperiode 306 durchgeführt werden oder kann durch Vergleichen des Durchschnittswerts von mehreren erfassten Strömen während einer Leitungsperiode zum Vergleich mit der I_Peak-Schwelle 308 durchgeführt werden. Im Allgemeinen wird der Wert des I_peak-Schwellenpegels hoch genug eingestellt, um ausreichend Strom vorzusehen, um den Minimumhaltestrom für die TRIAC-Vorrichtung beizubehalten. In einer Implementierung wird der Wert der I_peak-Schwelle durch eine Pin-Konfiguration gesetzt. In anderen Implementierungen können andere Mittel zum Setzen des Werts der I_peak-Schwelle verwendet werden. Das Phasenschnittsteuerungsschema, das in 4 gezeigt wird, kann zu einer hohen THD und damit zu einer niedrigeren PFC führen, aber es stellt den ordnungsgemäßen Betrieb des Dimmerschalters 112 sicher, da es ein Zurücksetzen der TRIAC-Vorrichtung verhindert.
Es ist wünschenswert, die THD-Leistung des LED-Lampensystems 110 zu verbessern, da oftmals der Dimmerschalter 112 eingestellt ist zum Vorsehen eines maximalen (oder nahezu maximalen) Lichtausgangs. Das offenbarte LED-Lampensystem 100 verwendet Regelungsschemen, die eine Zündwinkelerfassung verwenden, um die Intensität der von der SSL-Lampe erzeugten Energie zu regeln. Um zum Beispiel die Intensität des Lichtausgangs durch die LED-Lampe 118 zu erhöhen, kann der Dimmerschalter 112 angepasst werden, um den Phasenwinkel zu erhöhen (Verringern des Phasenschnitts). Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 kann von dem in 4 gezeigten Regelungsschema zu dem in 2 gezeigten Regelungsschema übergehen (und umgekehrt). Ein derartiger Übergang erzeugt Herausforderungen. Zum Beispiel kann an der Grenze von Schaltsteuerschemen ein merkliches Lichtflimmern auftreten. Problematischer ist, wenn die Dimmerschalter-Einstellung einen Phasenwinkel nahe der Schwelle verursacht, wo diese Steuerschemen übergehen, somit würde es einen konstanten Hin- und Her-Übergang geben, was ein Lichtflimmern verursacht, selbst wenn der Dimmerschalter in dem stationären Zustand ist.
Die offenbarte Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 122 arbeitet auch in einem Hybridregelungsmodus, der verbesserte THD-Charakteristiken und einen glatten Übergang zwischen AC-Stromformungs- und Schaltzyklus- und I_Peak-Modulations-Regelungsmodi ermöglicht. Die 5 und 6 zeigen die Betriebswellenformen des offenbarten Hybrid-Mehrfachmodus-Steuerschemas. 5 zeigt eine Halbwelle der AC-Eingangsspannung 102, die von dem Dimmerschalter 112 ausgegeben wird, überlagert auf der AC-Netz-Wellenform. Wie in 5 gezeigt, wird der Teil des AC-Netzsignals, das von der LED-Lampe 110 blockiert wird, wenn der Dimmerschalter 112 in dem nicht-leitenden Zustand ist, als eine gestrichelte Linie dargestellt. 5 zeigt auch die Grenzen zwischen den drei Regelungsmodi A, B und C. Die offenbarte Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 verwendet eine Hysteresesteuerung, um zwischen den Regelungsmodi A, B und C zu schalten, basierend auf dem erfassten Zündwinkel des Ausgangs des Dimmerschalters 112. Der erfasste Zündwinkel (d. h. der Phasenwinkel, bei dem die TRIAC-Vorrichtung eingeschaltet wird) des Ausgangs des Dimmerschalters 112 kann als ein Prozentsatz der Phase dargestellt werden, während der der Dimmerschalter 112 während eines AC-Eingangsspannungs-Halbzyklus leitet, unter Verwendung der Gleichung Dim_phase = (Phase_ON/Vin_period)·100%. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 verwendet den Regelungsmodus A, der dem offenbarten Stromformungsregelungsmodus entspricht, zwischen 0 Grad und der ersten Zündwinkelschwelle 502 (entsprechend, wenn dim_phase > erste Zündwinkelschwelle 502 (zum Beispiel 88%)). Während des Stromformungsregelungsmodus verwendet die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 eine Nicht-Dimmer-Modus-Steuerung, da der Dimmerschalter 112 während des Großteils der Halbwelle der AC-Eingangsspannung 102 leitet. Ein derartiges Regelungsverfahren erreicht einen höheren PF und eine niedrigere THD im Vergleich zu den Regelungsmodi B und C. Der Regelungsmodus B entspricht dem offenbarten Schaltzyklus-I_Peak-Modulations-Regelungsmodus und tritt zwischen der zweiten Zündwinkelschwelle 504 und 180 Grad auf. Während des Regelungsmodus B ist dim_phase < zweite Zündwinkelschwelle 504 (zum Beispiel 84%). Durch Betrieb in dem Regelungsmodus B sieht die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ausreichend Strom an den Dimmerschalter 112 vor, um den Minimum-TRIAC-Haltestrom zu erfüllen. Der Regelungsmodus C entspricht dem offenbarten Hybridregelungsmodus und tritt zwischen der ersten Zündwinkelschwelle 502 und der zweiten Zündwinkelschwelle 504 auf. Während dieser Übergangsperiode tritt die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 in einen Hybrid der Regelungsteuermodi A und B ein, um einen glatten Übergang zwischen dem Stromformungsregelungsmodus und dem I_Peak-Modulations-Regelungsmodus und umgekehrt zu erreichen. Während die Werte von 84% und 88% für die ersten beziehungsweise zweiten Zündwinkelschwellen verwendet werden können, können andere Werte der ersten Zündwinkelschwelle 502 und der zweiten Zündwinkelschwelle 504 basierend auf den Parametern des LED-Lampensystems 100 und insbesondere basierend auf dem Minimumhaltestrom des Dimmerschalters 112 ausgewählt werden.
Wie oben unter Bezugnahme auf die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 von 1 beschrieben wurde, ist die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 konfiguriert zum Auswählen des Regelungsmodus A, wenn die LED-Lampe 110 direkt mit dem AC-Netz verbunden ist (oder wenn der Phasenschnitt unter einer Minimumschwelle ist, die der ersten Zündwinkelschwelle 502 entspricht). Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ist konfiguriert zum Auswählen des Regelungsmodus B, wenn die LED-Lampe 110 mit einem Dimmerschalter 112 verbunden ist und der Phasenschnitt über einem maximalen Pegel liegt, der der zweiten Zündwinkelschwelle 504 entspricht. 6 beschreibt Betriebswellenformen eines Steuersignalausgangs durch die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 während eines Hybridregelungsmodus, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 verwendet den Hybridregelungsmodus, wenn der Zündwinkel der Wellenform, erfasst an dem Zündwinkel-Erfassungseingang 122, in dem Bereich ist, der durch die erste Zündwinkelschwelle 502 und die zweite Zündwinkelschwelle 504 definiert wird, wie in 5 gezeigt. Während des Betriebs in dem Regelungsmodus C verwendet die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 eine partielle I_Peak-Stromformung. In anderen Worten, die I_peak-Schwelle 604, die den Spitzenstrom durch den Schalter S1 128 für jeden Schaltzyklus definiert, folgt der AC-Eingangsspannungswellenform 602 auf ähnliche Weise, wie in Bezug auf den in 2 beschriebenen Stromformungsmodus beschrieben wurde. Der Regelungsmodus C verwendet ebenfalls eine Schaltzyklusmodulation. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ist konfiguriert zum Anpassen der I_Peak-Schwelle 604, um eine Ausgangsregelung auf eine ähnliche Weise vorzusehen, wie in Bezug auf den Betrieb des Stromformungsmodus beschrieben, wie in 2 beschrieben. Die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 ist auch konfiguriert zum Anpassen der Regelungsschwelle 604, um eine Ausgangsregelung auf eine ähnliche Weise vorzusehen, wie in Bezug auf den Schaltzyklus-I_Peak-Modulations-Regelungsmodus beschrieben, wie in 4 beschrieben. Zusätzlich kann während des Hybridregelungsmodus die Mehrfachmodus-Steuervorrichtung 120 auch die I_Peak-Schwelle 604 anpassen, um sicherzustellen, dass der Eingangsstrom der LED-Lampe 110 den Minimumhaltestrom (entsprechend dem I_Peak-Minimum 606) des Dimmerschalters 112 in ähnlicher Weise übersteigt, wie in Bezug auf den Schaltzyklus-I_Peak-Modulations-Regelungsmodus beschrieben, wie in 4 beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Ableit- bzw. Bleeder-Schaltung (nicht gezeigt) verwendet werden, um die Betriebseigenschaften der SSL weiter zu verbessern. Eine beispielhafte Bleeder-Schaltung wird in dem US-Patent Nr. 7,936,132 beschrieben, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Das offenbarte Mehrfachmodus-Steuerschema bietet eine verbesserte THD-Leistung, wenn ein Phasenschnitt-Dimmerschalter verwendet wird, und ermöglicht einen glatteren Übergang zwischen Regelungsmodi, auch wenn die Dimmerschalter-Einstellung angepasst wird. Ein Erfassen des Phasenschnitts zur Bestimmung des ausgewählten Regelungsmodus kann jederzeit während eines normalen Betriebs erfolgen, auch bei einem Start. Während die Beispiele und Figuren einen Vorderflanke-Dimmerschalter beschreiben, können die offenbarten Ausführungsbeispiele auch auf Rückflanke-Dimmerschalter angewendet werden. Im Allgemeinen sind für einen Rückflanke-Dimmer der Blockabschnitt des AC-Netzes und der Leitungsabschnitt im Vergleich zur Verwendung eines Vorderflanke-Dimmers umgekehrt. Zum Beispiel würde in 3 die Leitungsperiode für einen Rückflanke-Dimmer von dem Zeitpunkt 0 zu dem Zeitpunkt t1 gehen, und der blockierte Teil 302 der AC-Netz-Wellenform überspannt ein Intervall von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2. Ansonsten arbeitet der Betrieb des LED-Lampensystems 100, das einen Rückflanke-Dimmer verwendet, ähnlich wie der Betrieb des LED-Lampensystems 100, das einen Vorderflanke-Dimmer verwendet.
Bei Lektüre dieser Offenbarung sind für Fachleute auf dem Gebiet weitere zusätzliche alternative Konstruktionen zum Steuern eines Dimmens einer LED-Lampe unter Verwendung einer Mehrfachmodus-Steuervorrichtung offensichtlich, um die an die LED-Lampe gelieferte Energie zu regeln. Während somit bestimmte Ausführungsbeispiele und Anwendungen der vorliegenden Offenbarung dargestellt und beschrieben wurden, ist anzumerken, dass die Offenbarung nicht auf die genaue Konstruktion und die hier offenbarten Komponenten beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und Variationen, die für Fachleute offensichtlich sind, in der Anordnung, dem Betrieb und den Details des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden hier offenbarten Offenbarung gemacht werden können, ohne von dem Sinn und Umfang der Offenbarung abzuweichen.

Claims

Eine „lichtemittierende Diode(LED – light emitting diode)”-Steuervorrichtung, die einen geregelten Strom über eine LED von einer ungeregelten Spannungsquelle vorsieht, wobei die LED-Steuervorrichtung aufweist: eine Stromsteuervorrichtung, die konfiguriert ist zum: Erfassen eines Ausgangsstroms an einem Ausgang der LED-Steuervorrichtung, und Erfassen eines Zündwinkels einer Spannungswellenform, die von einem Dimmerschalter ausgegeben wird, wobei der Dimmerschalter gekoppelt ist zum Empfangen der ungeregelten Spannungsquelle; wobei die Stromsteuervorrichtung weiter konfiguriert ist zum Erzeugen eines Steuersignals zum Einschalten oder Ausschalten eines Schalters, wobei der Schalter eingeschaltet wird in Reaktion darauf, dass das Steuersignal in einem ersten Zustand ist, und der Schalter ausgeschaltet wird in Reaktion darauf, dass das Steuersignal in einem zweiten Zustand ist, wobei der Schalter konfiguriert ist zum Empfangen des Steuersignals und zum Regeln einer Strommenge, die an die LED zu liefern ist, basierend auf dem Steuersignal, wobei für jeden Schaltzyklus: in Reaktion darauf, dass der erfasste Zündwinkel der Spannungswellenform, die von dem Dimmerschalter ausgegeben wird, kleiner ist als eine erste Zündwinkelschwelle, entsprechend einem ersten Regelungsmodus, Erzeugen des Steuersignals in dem zweiten Zustand, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung eine erste Ausgangsstromschwelle erfüllt; in Reaktion darauf, dass der erfasste Zündwinkel der Spannungswellenform, die von dem Dimmerschalter ausgegeben wird, größer ist als eine zweite Zündwinkelschwelle, entsprechend einem zweiten Regelungsmodus, Erzeugen des Steuersignals in dem zweiten Zustand, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung eine zweite Ausgangsstromschwelle erfüllt; und in Reaktion darauf, dass der erfasste Zündwinkel der Spannungswellenform, die von dem Dimmerschalter ausgegeben wird, größer ist als die erste Schwelle und kleiner ist als die zweite Schwelle, entsprechend einem dritten Regelungsmodus, Erzeugen des Steuersignals in dem zweiten Zustand, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung die erste Ausgangsstromschwelle erfüllt.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei während des ersten Regelungsmodus die erste Ausgangsstromschwellenwellenform eine Form hat, die proportional zu der von dem Dimmerschalter ausgegebenen Spannungswellenform ist.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, die weiter aufweist: während des ersten Regelungsmodus, Anpassen der ersten Ausgangsstromschwelle, um den Ausgangsstrom zu dem Dimmerschalter zu regeln.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei während des zweiten Regelungsmodus die zweite Ausgangsstromschwelle einem Haltestrom des Dimmerschalters entspricht.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, die weiter aufweist: während des zweiten Regelungsmodus, Anpassen der zweiten Ausgangsstromschwelle, um den Ausgangsstrom zu dem Dimmerschalter zu regeln.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei während des dritten Regelungsmodus die erste Ausgangsstromschwellenwellenform eine Form hat, die proportional zu der von dem Dimmerschalter ausgegebenen Spannungswellenform ist.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, die weiter aufweist: während des dritten Regelungsmodus, Anpassen der ersten Ausgangsstromschwelle, um den Ausgangsstrom zu dem Dimmerschalter zu regeln derart, dass die erste Ausgangsstromschwelle größer ist als ein Minimumhaltestrom des Dimmerschalters.
Eine „lichtemittierende Diode(LED – light emitting diode)”-Steuervorrichtung, die einen geregelten Strom über eine LED von einer ungeregelten Spannungsquelle vorsieht, wobei die LED-Steuervorrichtung aufweist: eine Stromsteuervorrichtung, die konfiguriert ist zum: Erfassen eines Ausgangsstroms an einem Ausgang der LED-Steuervorrichtung, und Erfassen eines Zündwinkels der ungeregelten Spannungsquelle; wobei die Stromsteuervorrichtung weiter konfiguriert ist zum Erzeugen eines Steuersignals zum Einschalten oder Ausschalten eines Schalters, wobei der Schalter eingeschaltet wird in Reaktion darauf, dass das Steuersignal in einem ersten Zustand ist, und der Schalter ausgeschaltet wird in Reaktion darauf, dass das Steuersignal in einem zweiten Zustand ist, wobei der Schalter konfiguriert ist zum Empfangen des Steuersignals und zum Regeln einer Strommenge, die an die LED zu liefern ist, basierend auf dem Steuersignal, wobei für jeden Schaltzyklus: in Reaktion darauf, dass der erfasste Zündwinkel der ungeregelten Spannungsquelle kleiner ist als eine erste Zündwinkelschwelle, entsprechend einem ersten Regelungsmodus, Erzeugen des Steuersignals in dem zweiten Zustand basierend auf einem ersten Regelungsmodus, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung eine erste Ausgangsstromschwelle erfüllt; in Reaktion darauf, dass der erfasste Zündwinkel der ungeregelten Spannungsquelle größer ist als eine zweite Zündwinkelschwelle, entsprechend einem zweiten Regelungsmodus, Erzeugen des Steuersignals in dem zweiten Zustand, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung eine zweite Ausgangsstromschwelle erfüllt; und in Reaktion darauf, dass der erfasste Zündwinkel der ungeregelten Spannungsquelle größer ist als die erste Schwelle und kleiner ist als die zweite Schwelle, entsprechend einem dritten Regelungsmodus, Erzeugen des Steuersignals in dem zweiten Zustand, wenn der erfasste Ausgangsstrom an dem Ausgang der LED-Steuervorrichtung die erste Ausgangsstromschwelle erfüllt.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei während des ersten Regelungsmodus die erste Ausgangsstromschwellenwellenform eine Form hat, die proportional zu der von der ungeregelten Spannungsquelle ausgegebenen Spannungswellenform ist.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 8, die weiter aufweist: während des ersten Regelungsmodus, Anpassen der ersten Ausgangsstromschwelle, um den Ausgangsstrom zu dem Dimmerschalter zu regeln.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 8, die weiter einen Dimmerschalter aufweist, wobei der Dimmerschalter einen Eingang hat, der gekoppelt ist zum Empfangen der ungeregelten Spannungsquelle, und einen Ausgang, der mit der LED-Steuervorrichtung gekoppelt ist.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei während des zweiten Regelungsmodus die zweite Ausgangsstromschwelle einem Haltestrom des Dimmerschalters entspricht.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11, die weiter aufweist: während des zweiten Regelungsmodus, Anpassen der zweiten Ausgangsstromschwelle, um den Ausgangsstrom zu dem Dimmerschalter zu regeln.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei während des dritten Regelungsmodus die erste Ausgangsstromschwellenwellenform eine Form hat, die proportional zu der von dem Dimmerschalter ausgegebenen Spannungswellenform ist.
Die LED-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11, die weiter aufweist: während des dritten Regelungsmodus, Anpassen der ersten Ausgangsstromschwelle, um den Ausgangsstrom zu dem Dimmerschalter zu regeln derart, dass die erste Ausgangsstromschwelle größer ist als ein Minimumhaltestrom des Dimmerschalters.