TW201119504A - Method and apparatus providing universal voltage input for solid state light fixtures - Google Patents

Description

201119504 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於固態照明元件之控制。更特定言 之’本文所揭示之各種發明性方法與裝置係關於提供通用 電壓輸入至固態照明元件以適於不同電源供應線電壓。 【先前技術】 數位或固態知明技術（亦即，基於諸如發光二極體（led) 之半導體光源之照明）提供傳統螢光燈、高強度放電（HID) 燈及白熾燈之一可行替代。LED之功能優點及好處包含高 能量轉換及光學效率、耐久性、低操作成本及許多其他好 處。LED技術之最新進展已提供在許多應用中實現多種照 明效果之高效的、穩健的全譜光源。 具體實施此等源之該等元件之一些的特徵為一照明模 組，該照明模組包含一或多個led，該一或多個LED能夠 產生白光及/或不同色彩的光（例如，紅光、綠光與藍光）； 及一控制器或處理器，該控制器或處理器係用於獨立地控 制3亥等LED的輸出以產生多種色彩及色彩變化之照明效 果，舉例而言，如已在美國專利第6,〇16,〇38號與第 6,211，626號中詳述，該等專利案以引用的方式併入於本文 中。目前，LED技術實現線電壓供電的白色照明元件，諸 如可購自於 Ph山ps Color Kinetics 的 EssentialWhite™ 系 列。此等元件可利用後沿調光器技術（諸如用於i2〇伏特交 流線電壓之電子低電壓（ELV)型調光器）而可為可調光。 然而，包含LED白色照明元件之習知固態白色照明元件 149281.doc 201119504 係相依於輸入電壓。因茈，々仏上 各種類型的固態白色照明元件 僅以其等之分別設計之牲中& & ^ 寺疋線電壓操作。該等線電壓之值 與頻率可取決於各種因专 京而不同’諸如使用者之地理位置

(例如，美國市場通常靈I 要120 VAC、60 Hz線電壓，而 歐洲市場通常需要_2m VA ^ VAC、50 Hz線電壓）及已安裝固 態白色照明元件之實體位署“ 菔位置（例如，安裝於高壁龕之元件 通常需要277 VAC線雷厭，二6 天电缓’而女裝於下櫃環境之元件通常 需要120 VAC線電壓）。 各種類型的固態白色照明元件之此等操作區別引起製造 商與使用者之困惑與實際效率低下。例如，電業承辦商通 常在手邊必須具有對應於在—特定建設專案中可用之若干 不同線電壓之多組庫存。該等庫存組必須透過安裝小心管 理，否則新LED白色照明元件可被一錯誤輸入線電壓之施 加毀壞。此外，當經設計以在不同輸入線電壓下運行之 LED白色照明元件可具有相同印刷電路板時，其他組件基 於適應（例如）1〇〇 VAC、120 VAC、230 VAC或 277 VAC輸 入線電壓之操作所需的設計區別而不同。因為各輸入線電 壓需要其本身客製的材料清單、庫存單位等，所以從供應 鍵與製的角度來看’此係效率低下的。管理此已證明其 麻煩，因為難以預見需求。因此，市場、供應鏈與製造將 從具有一通用電壓輸入之一 led白色照明元件或其他固態 照明元件中獲益。 【發明内容】 本揭示内容係關於用於提供通用電壓輸入至固態照明元 14928 丨.doc 201119504 件以在各種電源供應電壓下操作之發明性方法與器件。申 請人已認知並瞭解提供通用於使用各種不同輸入交流線電 壓（諸如 100 VAC、120 VAC、230 VAC及 277 VAC)之固態 照明器件之電源係有益的。 通常’在一態樣中’ 一方法提供通用電壓輪入至由一交 流線電壓供電之一固態照明元件。該方法包括將對應於該 線電壓之一類比電壓信號轉換為指示該線電壓之一波形之 數位值及利用該等數位值之選擇值計算對應於該波形之上 升沿之斜率β基於該等已計算斜率判定該線電壓之一值。 在另一態樣中，一器件提供通用電壓輪入至具有多個發 光二極體（LED)之-固態照明元件。該器件包括—類比轉 數位轉換器與—處理器。該類比轉數位轉換器係經組態以 接收對應於具有一波形之一交流線電壓信號之一類比電壓 信號且將該類比電壓信號轉換為指示該波形之數位值。該 處理器係經組態以執行—演算法，以讀取由該類比轉數^ 轉換器提供之對應於該波形之一上升沿之選擇數位值丨美 於該等選擇數位值計算一斜率；及基於該已計算之物 定該線電壓之一值。 在另一態樣中，一電腦可讀媒體儲存-程式’該程式可 由-電腦處理器執行’以提供通_輸入至由一 電壓供電之-固態照明元件。該電腦可讀媒體包含一接收 碼段· ，該接收碼段係用於接收指示該線電壓之—波形之數 狀 。丨""'碼& ’其係用於㈣料數位值之選擇值計 具對應於H形之± $ τ干’刦疋碼段’其係用於 149281.doc 201119504 基於該等已計算斜率判定該線電壓之一值；及一控制信號 碼段’其係用於基於該線電壓之該已判定值調整一控制信 號’該控制信號調整提供至該固態照明元件之一電力。 出於本揭示内容之目的，本文所用之術語「LED」應理 解為包含可回應於一電信號而產生輻射之任何電致發光二 極體或其他類型之基於載子注入/接面之系統。因此，術 語LED包含（但不限於）回應於電流而發射光之各種基於半 導體之結構、發光聚合物、有機發光二極體（〇LED)、電 致發光帶等。特定言之，術語LED係指所有類型之發光二 極體（包括半導體發光二極體與有機發光二極體），該等發 光一極體可經組態以產生在紅外線光譜、紫外線光譜及該 可見光譜之各種部分（通常包括自約4〇〇奈米至约7〇〇奈米 之輻射波長）之一或多者中之輻射。LED之一些實例包含 (但不限於）各種類型的紅外線LED、紫外線LED、紅

_明元件）可包含分別發射不同光譜

照明元件可與將具有一第一 光譜之電致發光轉換為具有一 I49281.doc 201119504 不同第二光譜電致發光之一磷光體材料相關。在此實施方 案之一實例中，具有一相對短波長與窄頻寬光譜之電致發 光「录送」該磷光體材料’該磷材料繼而輻射具有一稍寬 光譜之較長波長輻射。 . 亦應理解術語LED非限制一LED之實體及/或電氣封裝類 型。例如，如上文所述，一 LED可係指具有多個晶粒之一 單一發光器件，該多個晶粒係經組態以分別發射不同光譜 的輻射（例如，可或不可個別控制）。一LED亦可與被視為 該LED(例如，一些類型之白色光LED)之一整體部分之一 科光體相關。通常，術語LED可係指已封裝led、未封裝 LED、表面黏著LED、板上晶片LED、丁形封裝安裝、 徑向封裝LED、功率封裝LED，包括一些類型的包裝及/或 光學元件（例如，一漫射透鏡）之led等。 術语「光源」應理解為係指多種輻射源之任意一者或多 者，包含（但不限於）：基於LED之源（包括上文所定義之一 或多個LED)、白熾源（例如，白熾燈、鹵素燈）、螢光源、 磷光源 '咼強度放電源（例如，鈉蒸氣、汞蒸氣，及金屬 鹵化物燈）、雷射、其他類型之電致發光源、火發光源（例 如火焰）、蠟燭發光源（例如，氣罩、碳弧輻射源）、光致 發光源（例如，氣態放電源）、利用電子飽和之陰極發光 源電發光源、結晶發光源、顯像管發光源（kine- luminescent sources)、熱發光源、摩擦發光源、超音波發 光源、輻射發光源及發光聚合物。 給定光源可經組態以產生可見光譜内、可見光譜外或 14928I.doc 201119504 兩者之一組合之電磁輻射。因此，本文中可互換使用術語 光」及「輻射」。此外，一光源可包括作為一整體組件 之一或多個濾光器（例如，彩色濾光器）、透鏡，或其他光 學組件。亦應理解光源可經組態以用於多種應用，包括 (但不限於）指示、顯示及/或照明。一「照明源」係經特定 、.且態以產生具有一足夠亮度以有效照明一内部或外部空間 之輻射的一光源。在此背景中，「足夠亮度」係指產生於 空間或環境（就輻射功率或「光通量」而言，單位「流 明」係用來代表在所有方向上之來自一光源之總光輸出） 中之可見光譜中之足夠輻射功率以提供環境照明（亦即， 可間接感知並可（例如）在整體或部分被感知冑從多種干涉 表面之一或多者上反射之光）。 應瞭解術語「光譜」係指由一或多個光源或照明源產生 之輻射之任意一或多個頻率（或波長）。因此，術語「光 譜」係不僅指可見範圍中之頻率（或波長）’❿且指红外 線、紫外線及所有電磁光譜之其他區域中之頻率（或波 長）。而且，一給定朵级ΰΓθ^_ , 足尤”曰可具有一相對窄頻寬（例如，實質

具有數個頻率或波县公旦A 手 長刀里之— FWHM)或一相對寬頻寬（具 有各種相對強度之數個頻率或波長分量”亦應瞭解一认 定光譜可為兩個或兩個以上其他光譜之一混合(例如二 合自多個光源分別發射之輻射）之結果。 ;出於本揭不内谷之目的，術語「色彩」係與術語「光 4」可互換地使用。然而，術語「色彩」通常用來主要指 可被—觀察者感知之輕射之—部分（但是此用途不旨在限 149281.doc 201119504 於此術語之範疇）。因此，術語「不同色彩」暗指具有不 同波長分量及/或頻寬之多個光譜。亦應瞭解術語「色 彩」可結合白色光及非白色光二者使用。 本文所用之術語「照明元件」係指一特定波形因數、總 成或封裝之—或多個照明單元之一實施方案或配置。本文 所用之術語「照明單元」係指包含相同或不同類型之一或 多個光源之一裝置。一給定照明單元可具有多種光源安裝 配置、圍封/外殼配置及形狀’及/或電氣及機械連接組態 之任者。此外，一給定照明單元視需要可與有關於該 (等）光源之操作之各種其他組件（例如，控制電路）相關（例 如，包含耦合至該等各種其他組件及/或與該等各種其他 組件封裝在一起）。一「基於LED之照明單元」係指包括如 上文所述之一或多個基於led之光源，該一或多個基於 LED之光㈣獨立的或與其他非基於LED之光源組合… 。。多波段」照a月單元係指_基於LED或非基於led之照明 早兀，該照明單元包含經組態以分別產生不同光譜之輻射 =至乂兩個光源中各不同源光譜可稱為該多波段照明 單元之一「波段」。

本文所用之術語「控制g a t L t制态」通常描述有關於一或多個光 源之操作之各種裝置 控制盗可以許多方式（例如，諸 如以專用硬體）實施以執扞太古a 本文所述之各種功能。—「處 理器」係一控制器之— 心. 貫例，该控制器使用可利用軟體 (被程式碼）而程式化以勃并 執仃本文所述之各種功能之一或多 個微處理器。一控制器可 夕 〜用或不利用一處理器而實施， 149281.doc 201119504 且亦可實施為用以執行—些功能之專用硬體與用以執行其 他功能之-處理器（例如，一或多個經程式化微處理器及 相關'電路)之-組合。可用於本揭示内容之各種實施例 之控制盗組件之實例包含（但不限於）習知微處理器、專用 積體電路（ASIC)及場可程式化間陣列（FpGA)。 在各種貫施方案中，-處理器及/或-控制器可相關聯 於或夕個儲存媒體（於本文中通常稱為「記憶體」，例 如’揮發性及非揮發性電腦記憶體，諸如隨機存取記憶體 (RAM)、唯讀記愔轳 隐體（R〇M)、可程式化唯讀記憶體 〇 M)、電可程式化唯讀記憶體（EPR〇M)、電可擦除及 :程式化唯讀記憶體（EEPR〇M)、通用串龍流排（刪)驅 、軟碟、小型磁碟、光碟、磁帶等)。在一些實施方案 ^該儲存媒體可使用_或多個程式編碼，該一或多個程 一或多個處理器及/或控制器上被執行時，執行本 _ 力此之至少一些。各種儲存媒體可固定於一處理 7或控制器之内或可為可移動，使得儲存於其上之該一或 :個程式可載入至一處理器或控制器以實施本文所述之本 明^各種態樣。本文所用之術語「程式」或「電腦程 ^:一般意義上係指可用於程式化一或多個處理器或控 制盗之任何類型的電腦程式碼（例如，軟體或微程式 充==施方案中’粞合至—網路之-或多個㈣可 二、、…網路之一或多個其他器件(例如以-主/ 勺：：)之—控制器。在另一實施方案中，一網路環境可 或多個專用控制器，該一或多個專用控制器係經組 «4928j.doc 201119504 態以控制耦合至該網路之該等器件之-或多者。通常 合至該網路之多個器件可各存取呈現於通信媒體上的資 料:然而，一給定器件可為「可定址」，其中該器件係二 ’且&以基於（例如）指&至其之一或多個特定識別符（例如， 「位址」）而選擇性地與該網路交換資料(亦即，自該網路 接收資料及/或傳送資料至該網路）。 本文所用之術語「網路」係指兩個或兩個以上器件（包 含控制器或處理器）之任何互連，該互連有助於耗合至= 網路之任意兩個或兩個以上器件及/或多個器件之間之資 例如’用於器件控制、資料儲存、資料交換等）傳輪。 因應易於理解’所以適用於互連多個器件之各種網路實施 方案可包含多種網路拓撲結構之任一者並使用多種通信協 疋之任者。此外，在根據本揭示内容之各種網路中，兩 器件之間之任一連接可代表兩個系統之間之一專用連接或 替代地代表一非專用連接。除了攜帶意欲用於該兩個器件 之資訊之外，此一非專用連接可攜帶無需意欲用於該兩個 器件之任一者之資訊（例如，一開放性網路連接）^此外， 應易於理解的是本文所述之器件之各種網路可使用一或多 個無線、有線/電纜，及/或光纖鏈接以有助於貫穿於該網 路的資訊傳輸。 應暸解上文所述之概念與下文更詳述之額外概念（在此 等概念非相互矛盾之條件下）之全部組合被視為本文所揭 示之本發明標的之部分。特定言之，出現在此揭示内容之 結尾之本標的之全部組合被視為本文所揭示之本發明標的 149281.doc 201119504 之部分。亦應瞭解亦可出現於以引用的方式併人之任何揭 示内容中之本文所明確使用之術語應符合與本文所揭示之 特定概念最一致之—意義。 【實施方式】 在圖式中’ #目同參考字元通常係指貫穿不同視圖之相同 或類似4。而且該等圖式不—定係依比例緣製，而是通 常在於強調闡釋本發明之原理。 在下列詳細描述中，出於解說之目的且無限制之意，闡 明揭示特定細節之代表性實施例以提供對本教示之一透徹 眘解j而已獲益於本揭示内容之一般技術者將明白脫 離本文所揭示之特疋細節之本教示之其他實施例仍在隨附 申請專利範圍之範疇内。此外，已熟知之裝置及方法之描 述可省略以不使该等代表性實施例之描述晦澀。此等方法 及裝置係明顯在本教示之範_内。

圖1係繪示根據一代表性實施例之一照明系統之一方塊 圖，該照明系統包括一固態照明元件及一輸入電壓控制 器。參考圖1，在一些實施例中，輸入電壓控制器丨1〇包括 分壓器115、類比轉數位（A/D)轉換器122、控制器12〇及轉 變模式功率因數校正（PFC)控制器13〇 ^該分壓器115接收 來自一電源之整流電壓。通常，該整流電壓係具有一電壓 值（例如，介於約90 VAC與約277 VAC之間）及—對應波形 之一交流線電壓信號。該交流線電壓信號係用於對該固態 知、明元件140供電。該分壓器11 5提供對應於該整流交流線 電壓仏號之一直流電壓信號（例如，在約〇 VDC至約5 VDC 149281.doc 12 201119504 之範圍内）。將該直流電壓信號提供至該A/D轉換器122作 為一類比輪入電壓信號。 欠j圖1所示之實施例中，該分壓器115包括串聯連接於該 整流交流線電壓源與節點N丨之間之第一及第二電阻器i工工 及112，該節點N1係連接至該控制器12〇之一輸入。該分壓 器115進—步包含連接於節點川與地面之間之第三電阻器 113。在一實施例中，該第一電阻器1U及該第二電阻器 112各具有約75〇让卩的一電阻，且該第三電阻器ιΐ3具有約 13 kQ的一電阻。應瞭解，如熟悉此項技術者將瞭解，在 其他實施例中，該第一至第三電阻器丨丨丨至丨丨3之電阻值及/ 或》亥刀壓器11 5之組態可變化以對任何特定情形提供獨特 益處或滿足各種實施方案之應用特定設計需求。 该A/D轉換器122接收來自該分壓器115之該類比輸入電 壓信號，將該類比輸入電壓信號轉換為指示該整流交流線 電壓之波形之數位值。該控制器12〇接收來自該A/D轉換器 122之該等數位值並基於該等數位值判定該交流線電壓之 電壓位準。s亥控制器120基於該交流線電壓之已判定電壓 位準調整一控制信號，且輸出該控制信號至該PFc控制器 130以控制s亥固態照明元件14〇。例如，基於該控制信號， 该PFC控制器130輸出一功率調變控制信號以在3〇 w之一 穩態下運行該固態照明元件i 4 〇以適於該交流線電壓之任 何經彳貞測之值（例如’ 120 VAC、230 VAC或277 VAC)，如 下文所述。 如上所述’在不脫離本教示之範疇下，該控制器12〇可 14928I.doc 13 201119504 由硬體、動體或軟體架構之任何組合構成。該控制器12〇 亦可包括用於儲存可執行軟體/韌體可執行程式碼之其自 身記憶體（例如’非揮發性記憶體），該可執行程式碼允許 其執行該電壓控制器丨10之各種功能。例如，在各種實施 例中，該控制器120可實施為一處理器、ASIC、FPGA、微 控制器（諸如可購自Microchip Technology，inc•之一 PIC 16F882微控制器）等。同樣地，在不脫離本教示之範疇 下，該PFC控制器13〇可由硬體、韌體或軟體架構之任何組 合構成。例如，在各種實施例中，該PFC控制器13〇可實施 為一微處理器、ASIC、FPGA、微控制器（諸如可購自ST Microelectronics之— L6562 PFC控制器）等。此外，儘管個 別描述’亦應瞭解在各種實施例中，該A/d轉換器122及/ 或該PFC控制器1 3 〇及相關聯功能性可併入於控制器i 2〇 内0 圖2係根據一代表性實施例之控制器u〇之一方塊圖。參 考圖2 ’該控制器12〇包括處理器124、唯讀記憶體 (ROM) 126、隨機存取記憶體（ram) 127及PWM信號產生器 128 ° 如上所述’該A/D轉換器122自該分壓器Π5接收輸入直 流電壓信號，且將該輸入直流電壓信號轉換為指示該整流 交流線電壓之波形之數位值。該等數位值係由該處理器 1 24接收以用於處理，且亦可（例如，經由匯流排丨2丨）儲存 於ROM 126及/或RAM 127中。該處理器124可包含用於儲 存可執行軟體/韌體可執行程式碼之其自身記憶體（例如， 149281.doc 201119504 非揮發性記憶體），該可執行程式碼允許其執行該電屢控 制器110之各種功能。或者，該可執行程式碼可儲存於在 ROM 126及/或RAM 127内之指定記憶體位置。該⑽以126 可包含任何數目、任何類型的實體電腦可讀儲存媒體（諸 如PROM、EPROM、EEPROM等）及其之任何組合。進一步 言之’該ROM 126及/或RAM 127可藉由（例如）處理器124 儲存統計資料及先前交流線電壓計算結果。 PWM信號產生器128回應於來自處理器124之指令或控制 信號產生並輸出一脈衝波形調變（PWM)信號作為該控制信 號。更特定言之’在所描繪之實施例中，該PWM信號產生 器128取決於由該處理器124所判定之交流線電壓值而改變 PWM控制信號之脈衝寬度。例如，該pWM信號產生器】 可回應於該交流線電壓之更高值產生具有較短脈衝寬度之 PWM控制信號。該PWM控制信號係自該控制器12〇輸出至 該PFC控制器130，該PFC控制器130根據該PWM控制信號 之該等脈衝寬度控制該固態照明元件14〇之功率調變。例 如，該PFC控制器130可經組態以回應於更大脈衝寬度而增 大至s亥固態照明元件14 0之電流’因此對於較低電壓值（例 如’ 120 VAC)維持一恆定功率。同樣地，該pFC控制器 130可經組態以回應於較短脈衝寬度而減小至該固態照明 元件140之電流，因此對於較高電壓值（例如，277 VAC)維 持一怪定功率。 例如’在一些實施例中，該pFC控制器n〇在其器件上 具有一專用電流設定接針。藉由在該電流設定接針上設定 149281.doc •15- 201119504 一電壓參考，該PFC控制器130將以有關於在該電流設定接 針上所見之電壓參考之一脈衝寬度輸出一 PWM信號至該固 態照明元件140。自該控制器12〇輸出之該pwM控制信號 (取決於輸入電壓波形以變化的脈衝寬度輸出）通過該pFC 控制器130中之一濾波器電路（未繪示）且有效改變該pFC控 制器13 0之電流設定接針上之電壓參考。此允許通過該固 態照明元件140之一 LED陣列中之LED的總功率之改 變。當然，控制該固態照明元件14〇之其他類型的控制信 號及方法可併入於本教示之範嘴内。 再參考圖1 ’該固態照明元件14〇可為可購自phiHps Color Kinetics 之 EssentialWhiteTM 系列之照明元件之一 者。該固態照明元件140包括一開關141及一光源或照明 源，諸如代表性LED陣列145。該開關141回應於自該pFc 控制器130接收之功率調變控制信號而接通及斷開至該 LED陣列145之功率，該PFC控制器13〇同時改變穩態電 流。例如，「接通」時間量可判定通過LED陣列145之lEd 之電流量。因此切換至該LED陣列145之功率之時序或循 環調整該交流線電壓之各種值。例如，相較於一較低交流 線電壓（例如，120 VAC)，一較高交流線電壓（例如，277 VAC)將需要較短「接通」時間間隔（導致較少電流）以提供 穩態功率（例如30 W)至該LED陣列145。 圖3係繪示根據一代表性實施例之控制一固態照明元件 之功率之一程序之一流程圖。圖3所示之各種步驟及/或操 作可藉由該A/D轉換器122及該控制器12〇實施（例如，參考 14928 丨.doc 201119504 圖1及圖2所述）。 在步驟S310中，接收一整流交流線電壓信號以對該固態 照明元件供電。該交流線電壓信號之量值或值係未知，且 可為各種可用交流線電壓（諸如12〇 VAC、230 Vac咬277 VAC)之任一者。在步驟S3 12中，例如，藉由提供對應於 該交流線電壓信號之一波形之直流電壓位準之分壓器ιΐ5 將該交流線電壓信號轉換為一直流電壓信號。在步驟s3 i4 中，例如，藉由A/D轉換器122將該直流電壓信號自類比轉 換為數位以提供代表該交流線電壓信號之該波形之數位 值。 在操作S3 16中，使用該等數位值，（例如）藉由控制器 120及/或處理器124判定該交流線電壓信號之量值或值， 如下文參考圖4至圖6之更詳細描述。通常，執行一峰值偵 測演算法以判定該交流線電壓是否具有一高值或中間值 (例如，277 VAC或220 VAC至240 VAC)。然而，僅使用該 峰值偵測演算法可能不能偵測該交流線電壓之值，例如， 田"亥交流線電壓具有一低值（例如，丨2〇 VAC)或當該交流 線電壓L號具有已被調光之一中間值（例如，23〇 。 田D亥峰值偵測演算法不能偵測該交流線電壓之值時，執行 斜率偵測演算法以判定該交流線電壓信號波形之一上升 ^之—斜率是否對應於該低值或中間值。 在判定該交流線電壓之值後，於步驟S3丨8中，基於該已 約定值產生並輸出—控制信號至（例如）pFC控制器13〇。基 於該控制信號，調整該固態照明元件之功率調變以說明該 14928l.doc 201119504 交流線電壓值。 圖4係繪示根據一代表性實施例之判定該交流線電壓信 號之值之一程序之一流程圖。 參考圖4，首先初始化該程序’例如，如步驟S412及步 驟S4 14所示β在一實施例中，僅當對該固態照明元件加電 時執行該初始化’但是在不脫離本教示之範疇下，在替代 實施例中該初始化可完全省略或於判定該交流線電壓之值 之程序内之其他時間執行。如果可能的話，在步驟j 2 中’自記憶體擷取一先前已判定的交流線電壓值，且在步 驟S414中’基於該先前已確的交流線電壓初始設定（例如） 由該控制器120輸出之控制信號。舉例而言，若該控制信 號係一PWM控制信號，則根據該先前已判定的交流線電壓 值而初始判定PWM脈衝寬度或作用時間循環。例如，每當 該固態照明元件開啟時，該交流線電壓之值可被判定且可 儲存於（例如）R〇M 126中。因此’該固態照明元件係以該 交流線電壓之該先前已判定的值操作，同時該交流線電壓 之當前值被判定。此防止在判定程序期間閃爍或其他不利 影響。 在操作S420中，執行一峰值偵測演算法以基於（例如）由 A/D轉換器122提供之數位值偵測該交流線電壓信號之蜂值 及頻率。參考圖5詳細論述操作S420之峰值偵測演算法， 圖5係繪示根據一代表性實施例之判定該交流線電壓信號 之信號峰值與頻率之一程序之一流程圖。 參考圖5，在一預先判定的循環數（例如’ 2〇個循環）期 149281.doc -18· 201119504 間=在-預先判料段（例如，15G ms)内讀取該等直流電 。號之數位值以識別並健存最大數位值（對應於該交流 線電壓信號波形之峰值⑷或識㈣交流線電壓信號之頻 率例如，该處理器124可取樣來自該A/D轉換器122之該 直流電壓信號之若干數位值。為了識別最大數位值，在步 驟S42^中讀取該直㈣麈㈣之—數位值並在步賴^中 ”：最大值作比較。δ亥最大值可為一預先判定臨限值或一 已儲存數位值’該已儲存數位值被先前判定為先前讀取的 數位值中之最大值。 田該已項取數位值大於該最大值（步驟MU :是）時，於 步驟S423中’儲存該已讀取數位值作為新最大值，以用來 /、Ik後已項取值比較。當該已讀取數位值不大於該最大值 (步驟S422 :否）時，跳過步驟S423，並在步驟S424中判定 額外循環(或時間)是否仍用於讀取數位值。例如，可分別 比較循環數或已逝時間與用於讀取該等數位值之—預先判 定臨限值或一預先判定時段。當存在額外循環或時間（步 驟S424 .是）時，重複步驟S421至步驟S423。當不存在用 於項取该等數位值之額外循環或時間（步驟S424 :否）時， 認為已取樣數位值中之當前最大值為波形之峰值。 於步驟S425中計算該交流線電壓之波形之頻率。例如， 在步驟S425中判定該交流線電壓是否為50 Hz或60 Hz，此 通“系由固態照明元件安裝之地理位置支配。該波形之頻 率係判定的’因為其直接影響在圖4之操作S450中所計算 之°亥波形之斜率’如下文所述。在-實施例中，該波形之 14928】 .doc -19· 201119504 頻率可藉由在循環時段内於該波形之波上取樣一點（例 如’該等波之峰值點或起始點）及計算相鄰波之間的時間 量予以判定。 於在圖5之步驟S425中判定該頻率後，該程序返回至圖 4 »在圖4之步驟S432至步驟S435中，判定該交流線電壓信 號之值是否可在不必判定對應波形之斜率的情況下而判 定。特定言之’在步驟S432中，比較該波形之峰值與一預 先判定的第一臨限值以判定該交流線電壓信號之值是否為 一最大電壓值（例如，277 VAC)。當該峰值大於該第一臨 限值（步驟S432 :是）時，在步驟S433中判定該交流線電壓 信號之值係最大電壓值。 當該峰值不大於該第一臨限值（步驟S432 :否）時，該程 序進入步驟S434 ’其中比較該波形之峰值與一預先判定的 第二臨限值以判定該交流線電壓信號之值是否為一中間電 壓值（例如，230 VAC)或一可能範圍的中間電壓值（例如， 220 VAC至240 VAC)。當該峰值大於該第二臨限值（步驟 S434 :是）時’在步驟S43 5中判定該交流線電壓信號之值 係該中間電壓值（或可能範圍之中間電壓值）。 當該峰值不大於該第二臨限值（步驟S434 :否）時，該程 序基於該波形之斜率判定該交流線電壓信號之值。即，當 5亥峰值不大於該第二臨限值時’該交流線電壓信號可為一 低電壓值（例如，120 VAC)或一經調光中間電壓值（例如’ 230 VAC)，否則僅基於峰值判定，此等條件係不可區別 的0 149281.doc •20· 201119504 例如，圖7A及圖7B分別為一 120 VAC線電壓信號及一經 调光230 VAC線電壓信號之波形之範例跡線。圖7A與圖7B 之比較繪示該等對應波形之該等頻率與峰值大體相同，但 忒等波形之該等斜率不同。特定言之，圖7B中之該波形之 該等斜率大體上比圖7A中之該波形之該等斜率陡。因此， 藉由计算斜率（例如，在圖4之操作S450中），在不考慮調 光下’亦可做出該交流線電壓信號是否為12〇 VAC或23〇 VAC之判定。當然’基於較低峰值，將仍可區別可能具有 具類似於圖7B中之該經調光23〇 VAC線電壓信號之斜率的 斜率之一波形之一經調光12〇 VAC線電壓信號（未繪 不）。因此，在一實施例中，若斜率計算係非決定性的， 則可執行一額外峰值比較（未繪示）。 因此’當在步驟S434中判定該峰值不大於該第二臨限值 時，該程序進入步驟S440，其中選擇參考準則以用於斜率 判定。該參考準則之該選擇係基於該交流線電壓信號之頻 率’如上所述，該交流線電壓信號之該頻率係已於（例如） 操作S420中預先判定。該參考準則使之與在對應於未經調 光低電壓值及經調光中間電壓值之各可能頻率處之一斜率 或斜率範圍相關聯，使得該經計算斜率可與各者比較。例 如’圖8係繪示可基於參考準則之範例斜率之一圖表。斜 率810對應於在一經調光23〇 VAc線電壓信號中一波形之一 上升沿且斜率820對應於在一經調光12〇 VAC線電壓信號中 之一波形之一上升沿。如上所述，該較高交流線電壓信號 值（斜率810)較陡。 149281.doc •21 · 201119504 在選擇該參考準則後，在操作8450中執行一斜率偵測演 算法以基於（例如）由A/D轉換器122提供之數位值判定對應 於該交流線電壓信號波形之上升沿之斜率。操作S45〇之該 斜率伯測演算法係參考圖6詳細討論，圖6係繪示根據一代 表性實施例之判定該交流線電壓信號波形之斜率之一程序 之一流程圖。 參考圖6,在步驟3451中（例如，自a/d轉換器122)讀取 對應於該直流電壓信號之數位值。在一實施例中，必須在 一大約2.5 ms時段内取樣該交流線電壓信號之波形（使用該 等已讀取數位值），因為此係當ELV調光器被調光至其等最 低位準時可獲得的波形之最小量。例如，若取樣發生持續 時間多於約2.5 ms’則一交流信號可能不存在，因為交流 信號可被調光器截波。在步驟S452中，基於該等已讀取數 位值，識別該交流線電壓信號之該波形之一上升沿。例 如，藉由在一時段内監視數位值，可在識別一系列減小的 或未改變的數位值後面之開始增加的數位值時立即識別一 上升沿。一旦識別該波形之上升沿，在步驟S453中使用代 表該上升沿之至少一部分之多個數位值計算該上升沿之斜 率。例如，可收集預先判定數目的數位值及/或數位值之 取樣，或可在一預先判定時段内收集數位值。在一實施例 中，藉由比較對應於該上升沿之已選擇數位值之各者與前 述數位值而計算該上升沿之斜率。例如，使用代表該波形 之一上升沿之十個數位值，介於相鄰數位值之間之約5〇個 计數之一增加（見圖8的810)將指示一 230 VAC線電壓，而 149281.doc -22- 201119504 介於相鄰數位值之間之約25個計數之一增加（見圖8的曲線 820)將指示一120 VAC線電麼。 在步驟S454中，比較該經計算斜率與在步驟S44〇中選擇 之參考準則，其係取決於該交流線電壓信號之頻率。在該 已描繪之實施例中，出於描述目的，僅比較該經計算斜率 與對應於一低電壓值（例如，12〇 VAC)之參考準則。然 而’應瞭解的《，在各種實施你J中，纟不脫離本教示之範 嚀下，可比較該經計算斜率與該低電壓與中間電壓（例 如，230 VAC)參考準則之任一者或兩者。當該比較指示該 經計算斜率對應於該低電壓值（步驟S454 :是）時，在步驟 S455中累加一低電壓值計數器，且當該比較指示該經計算 斜率不對應於該低電壓值（步驟S454 :否）時，在步驟Μ% 中累加一中間電壓值計數器。 在步驟S457中，判定是否保留額外取樣循環。例如，可 對對應的數位值組計算預先判定的斜率數（例如，6〇)，或 可在預先判定時段（例如，45〇 ms)内重複並收集該等斜 率计算。當保留額外取樣循環（步驟Μ” ：是）時，該程序 L回到開始，且重複步驟S45〗至S457。當不保留額外取樣 循％ (步驟S457 :否）時，該程序進入步驟S458，其中判定 "亥交机線電壓信號之值。例如，可比較該等計數器值之至 v者與一預先判定臨限值以判定該等斜率是否單獨或共 同心不#亥交流線電壓信號之值係該中間電壓值或該低電壓 值。 在實施例中’僅比較該中間電壓值計數器與一預先判 149281.doc •23· 201119504 定臨限值’該中間電壓值計數器係經選擇以指示該交流線 電壓信號之值是否為該中間電壓值，但是各種實施例可比 較一或兩個計數器’或實施另一可比較識別技術。在該預 先判定斜率數經計算為60之實例中，該申間電壓之預先判 定臨限值可為20，在該情況下，該程序判定僅當指示該中 間電壓值之該經計算斜率數超出20時該交流線電壓信號之 值係該中間電壓。 於在圖ό之步驟S458中判定該電壓值之後，該程序回到 圖4。取決於該結果，判定該交流線電壓信號之值為步驟 S459中之該低電壓值或步驟S460中之該中間電壓值之一 者。在步驟S470中’比較該已判定電壓值（來自步驟 S433、S43 5、S459或S460之一者）與該先前所儲存的電壓 值，該所儲存的電壓值係在步驟S412中最初擷取自記憶 體。當該已判定電壓值與該先前所儲存的電壓值相同（步 驟S470 :是）時，該程序結束。在此種情況下，該控制信 號（例如’由控制器420輸出）保持與由該初始化程序所提供 之設定相同。即’該控制信號繼續基於該先前所儲存的電 壓值。當該已判定電壓值與該先前所儲存的電壓值不同 (步驟S470 :否）時，該交流線電壓信號之新電壓值被儲存 (例如’於ROM 126中）且被應用以改變該控制信號。作為 回應’接收來自該控制器120之該控制信號之該PFC控制器 130改變提供至該固態照明元件24〇之功率調變控制信號以 調整該已改變電壓值。 雖然本文已描述且圖解說明多個發明性實施例，但是一 149281.doc 24· 201119504 般技術者將容易想像許多其他構件及/或結構以執行功能 及/或獲得本文所述之該等結果及/或該等優點之一或多 者，且此等變動及/或修飾之各者被認為係在本文所述之 發明性實施例的範疇内。舉例而言，圖4至圖6係關於代表 性實施例，其中一交流線電壓經判定係三個值（一高電壓 值、一申間電壓值或一低電壓值，其等可分別對應於277 VAC、230 VAC及120 VAC)之一者。然而，在不脫離本教 示之範疇下’各種額外實施例可經組態以判定不同電壓值 或電壓值範圍（例如，除了 277 VAC、230 VAC及120 VAC) 及/或判定交流線電壓之若干不同電壓值（例如，多於或少 於三個）。 用之該或該等特定應用 定僅使用例行試驗、本 許多等效物。因此，庫 更一般而言，熟悉此項技術者將容易瞭解本文所述之所 有參數、尺寸、材料及組態旨在為例示性並瞭解該等實際 參數、尺寸、材料及/或組態將取決於該等發明性教示所 用。熟悉此項技術者將認知，或能判 本文所述之該等特定發明性實施例之

之任何组合係包含在本揭示 、套件及/或方法 示内容之發明性範疇内。 I49281.doc -25· 201119504 如本文所定義及使用之所有義 A ^, 羽* “ I解為係用以控制字 典疋義，以弓丨用方式併入之文件中的 術語之普通意義。 _及/或已疋義 除非明確表示相反’本文所使用之不定冠詞「一」在說 明書及申請專利範圍中，應理解為意謂「至少一個。 :文所使用之片肖「及’或」在說明書及申請專利範圍 ,,.U 在一些情況下連接 存在且在其他情況下非連接地存在之元件）之「任一者 或兩者」。以「及/或」列出之多個元件應以相同方式解 釋，亦即，如此結合之該等元件之厂_ 厂B “、 或多者」。除藉由 :或」所特定識別之元件之外'有關於或無關於特定 識別之該等元件之其他元件可視需要存在1此，作為一 非限制性㈣，—5丨用「A及/❹」，當與諸如「包括」之 :放式語言結合使用時’在一實施例中，可係指僅包括 A(視需要包含除B外的元件）；在另一實施例中，可奸僅 視㈣含除八外的元件);在又一實施财，；係 曰A與B 一者（視需要包含其他元件）等。 本文所使用《「或」於說明書及申請專利範圍中應理解 :’、具有與上文所定義的厂及/或」相同之意義。例如，冬 :離在—列表中之項目時，「或」或「及/或」應理解為： 3 ’亦即包含至少一個，且包含若干元件或—列表元件之 多於-者，及（視需要）額外未列出項目。僅當明確相反地 指出之術語，諸如「僅-者」或「恰好一者」用於申請專 心圍中時’「由·.·組成」豸係指包含奸^件或—列表 149281.doc -26· 201119504 元件中之恰好一者。诵食，士a 本文所用之術語「或」去在发 則加上排他性術語（諸如卩 」田在其 或「,卜好一者m ^ 者」、一者」、「僅一者」 :“好者」)時，應僅理解為指示唯一替代(亦即，「— J 不是兩者」）。當「實質由…組成」在申 其普通意義。 應、有如專利法律領域中所使用之 2文所使用H或多個元件之-列表之片語「至少 一者」在說明書及申諳鼻刺益阁太 ^ 圍中應理解為意謂選自在該 兀件列表中之該等元件之任一者或多者之至少一元件作 未必包含該兀件列表内所特定列出之各元件之至少一者且 不排除該元件列表十之元件之任何組合。此定義亦允許可 視需要存在除片語「至少—個」所指之在該元件列表之特 定識別的兀件之外、有關於或無關於該等特定識別之元件 的7^件。如此，作為一非限制性實例，厂A與B之至少一 者」(或，等效地，「蝴之至少-者，或，等效地「切 或B之至7者」），在一實施例中可係指至少一者（可 視需要包含多於-者）A，不包含B(且視需要包含除B外的 元件)；在另-實施例中，可係指至少一者(視需要包含多 ^-者）B’ +包含A(且視需要包含除八外的元件）；在又一 實細例中’可係指至少一者（視需要包含多於一者）A，及 至少-者(視需要包含多於一者)B(且視需要包含其他元 件）；等。 亦應理解’除非明確表示相反，在包含多於一個步驟或 動乍本文所申5月之任何方法中，該方法之該等步驟或動 149281.doc -27· 201119504 之順序係未必限於所敍述之該方法之該等步驟或動作的 順序。純粹出於方便而於申請專利範圍中之括狐内提供參 考數字且不意為以任何方式限制申請專利範圍。最後，在申請專利範圍中，及在上述說明書中，諸如 「包括」 「保持」、「組成」等之所有連接詞應理解為開放式，亦吟 意謂包含但不限於》僅該等連接詞「由…組成」及「實質 由…組成」應為封閉式或半封閉式連接詞，其等分別闡明 於美國專利局專利審查程序手冊，第2111.03章節。 包含」、「 」、「攜帶」、「具有」、「含有 j 涉及 【圖式簡單說明】 圖1係繪示根據一代表性實施例之一照明系統之—方塊 圖，該照明系統包括-固態照明元件及一輸入電壓控制 器。 圖2係根據一代表性實施例之用於一輸入電壓控制器之 '一控制盗之一方塊圖。 圖3係繪示根據一代表性實施例之控制一固態照明元件 之功率之一程序之一流程圖。 圖4係繪示根據一代表性實施例之判定一交流線電壓信 號之一電壓值之一程序之一流程圖。 圖5係繪示根據一代表性實施例之偵測一交流線電壓信 號波形之峰值之一程序之一流程圖。 圖6係繪示根據一代表性實施例之判定一交流線電壓信 號波形之斜率之一程序之一流程圖。 圖7A及及圖7B係未經調光及經調光之交流線電壓信號 149281.doc -28 · 201119504 之波形之範例跡線。 圖8係繪示對應於未經調光及經調光之交流線電壓信號 之波形之範例斜率之—圖表。 【主要元件符號說明】 110 輸入電壓控制器 111 第一電阻器 112 第二電阻器 113 第三電阻器 115 分壓器 120 控制器 121 匯流排 122 類比轉數位（A/D)轉換器 124 處理器 126 唯讀記憶體（ROM) 127 隨機存取記憶體（RAM) 128 脈衝寬度調變（PWM) 130 功率因數校正（PFC)控制器 140 固態照明元件 141 開關 145 發光二極體（LED)陣列 N1 節點 149281.doc •29-

Claims (1)

1. 201119504 七、申請專利範圍： 1· 一種用於提供通用電壓輸入至由一交流線電壓供電之一 固態照明元件之方法，該方法包含： 將對應於該線電壓之一類比電壓信號轉換為指示該線 電壓之一波形之複數個數位值（S3 12); 利用該複數個數位值之選擇值計算對應於該波形之上 升沿之複數個斜率（S453);及 基於該等已計算斜率判定該線電壓之一值（S458)。 2.如請求項1之方法，其進一步包括： 產生具有對應於該線電壓之該已判定值之脈衝寬度之 一脈衝寬度調變（PWM)控制信號，其中回應於該pWM控 制L號控制提供至該固態照明元件之一電流以維持一恆 定功率。 3_如請求項1之方法，其中計算各斜率包括： 識別該波形之該對應上升沿之該等選擇值；及 判疋该等已識別選擇值之相鄰選擇值之差。 4·如睛求項3之方法，其令指示該線電壓之該值為約⑽ VAC之該已計算斜率係陡於指示該線電壓之該值為約12〇 VAC之該已計算斜率。 5.如請求項1之方法，其進_步包括： 識別對應於該波形之-峰值之該複數個數位值之一最 大數位值；及 “在計算對應於該波形之該等上升沿之該等斜率前，比 較該最大數位值與複數個預先判定的電壓臨限值。 149281.doc 201119504 6. 如請求項5之方法，其進一步包括： 當該最大數位值超過一第一電壓臨限值時，判定該線 電壓之該值係約277 VAC。 7. 如請求項6之方法，其進一步包括： 當該最大數位值超過一第二電壓臨限值時，判定該線 電壓之該值係在約220 VAC至約240 VAC之一範圍内，該 第二電壓臨限值低於該第一電壓臨限值。 8. 如請求項7之方法，其進一步包括： 當該最大數位值未超過該第一電壓臨限值或該第二電 壓臨限值時’取決於對應於該波形之該等上升沿之該等 已計算斜率’判定該線電壓之該值係為約23〇 VAC或約 1 20 VAC之一者。 9·如請求項1之方法，其進一步包括： 自一記憶體擷取該線電壓之一先前值；及 至少在計算對應於該波形之該等上升沿之該等斜率 時’根據該線電壓之該先前值控制該固態照明元件。 10.如請求項1之方法，其進一步包括： 識別該線電壓之該波形之一頻率；及 基於該已識別頻率及該等已計算斜率判定該線電壓之 該值0 11 ·如請求項1之方法，其中基於該等已計算斜率判定該線 電壓之該值包括： 比較各已計算斜率與參考準則以判定該已計算斜率是 否相關聯於該線電壓之一 120 VAC值； 149281.doc 201119504 · 當判定該已計算斜率係相關聯於該線電壓之該12〇 VAC值時，累加一 120 VAC計數器；及 當判定該已計算斜率係不相關聯於該線電壓之該12〇 VAC值時，累加一 230 VAC計數器， 其中當§亥230 VAC計數器超過一預先判定臨限值時， 判疋该線電壓之該值為約23〇 VAC，且當該23 0 VAC計數 器未超過該預先判定臨限值時，判定該線電壓之該值為 約 120 VAC 〇 12· —種用於提供通用電壓輸入至具有複數個發光二極體 (LED)之一固態照明元件之器件，該器件包括： 一類比轉數位轉換器（1 22) ’其係經組態以接收對應於 具有一波形之一交流線電壓信號之一類比電壓信號且將 該類比電壓信號轉換為指示該波形之數位值；及 一處理器（124) ’其係經組態以執行一演算法，以讀取 由該類比轉數位轉換器提供之對應於該波形之一上升沿 之選擇數位值’基於該等選擇數位值計算一斜率，並基 於該已計算斜率判定該線電壓之一值。 13·如請求項12之器件，其進一步包括： . —脈衝寬度調變（PWM)產生器，其係經組態以產生具 - 有對應於該線電壓之該已判定值之一脈衝寬度之一PWM 控制信號。 14. 如請求項13之器件，其中該PWM控制信號之脈衝寬度係 與該線電壓之該已判定值成反比。 15. 如請求項13之器件，其進一步包括： 149281.doc 201119504 一功率因數校正（PFC)控制器，其係經組態以接收該 PWM控制信號且產生一功率調變控制信號以基於該已接 收PWM控制信號控制該複數個LED之接通時間長度與斷 開時間長度。 16. 17. 18. 19. 如請求項13之器件，其進一步包括： 一記憶體，其係經組態以儲存該線電壓之一先前已判 定值，其中該PWM產生器係經進一步組態以至少在該處 理益執行該演算法以基於該已計算斜率判定線電壓之值 時，產生具有對應於該線電壓之該已儲存先前已判定值 之一初始脈衝寬度之該PWM控制信號。 如請求項12之器件，其中該處理器係經進一步組態以識 別由該類比轉數位轉換器提供之對應於該波形之一峰值 之一最大數位值且在讀取對應於該波形之該上升沿之該 等選擇數位值之前比較該最大數位值與複數個電壓臨限 值。 如請求項12之器件，其進一步包括·· 一分壓器電路，其係經組態以接收該交流線電壓信號 並基於該已接收交流線電壓信號提供該類比電壓信號至 該類比轉數位轉換器，其中該類比電壓信號包括一直^流 電壓信號。 一種儲存一程式之電腦可讀媒體，該程式可由一電腦處 理器執行，以提供通用電壓輸入至由—交流線電壓供電 之一固態照明元件，該電腦可讀媒體包括： —接收碼段，其係用於接收指示該線電壓之一波形之 149281.doc 201119504 複數個數位值（S451); 一計算碼段，其係用於利用該複數個數位值之選擇值 計算對應於該波形之上升沿之複數個斜率（S453); 一判定碼段，其係用於基於該等已計算斜率判定該線 電壓之一值（S458);及 控制彳5號碼段，其係用於基於該線電壓（S3 18)之該 已判定值調整一控制信號，該控制信號調整提供至該固 態照明元件之功率。 ’其中該控制信號包括具有 之一脈衝寬度之一脈衝寬度 2〇·如請求項19之電腦可讀媒體 對應於該線電壓之該已判定值 調變（PWM)控制信號。 149281.doc