TW201311039A - 用於實現固態照明模組之基於電源信號之調光之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於實現一固態照明模組之基於電源電壓之調光之系統，該系統包含一變壓器、一電源感測電路及一處理電路。該變壓器包含連接至一初級側電路之一初級側及連接至一次級側電路之一次級側，該初級側電路與該次級側電路藉由一隔離障壁分離。該電源感測電路自該初級側電路接收一經整流電源電壓且產生指示該經整流電源電壓之振幅之一電源感測信號。該處理電路跨越該隔離障壁自該電源感測電路接收該電源感測信號，且回應於該電源感測信號將一調光參考信號輸出至該次級側電路。回應於藉由該處理電路輸出之該調光參考信號來調整藉由連接至該次級側電路之該固態照明模組輸出之光。

Description

用於實現固態照明模組之基於電源信號之調光之系統及方法
本發明概言之係關於固態照明裝置之控制。更特定而言，本文中所揭示之各種發明性方法及設備係關於實現一固態照明模組之基於電源信號之調光。
數位照明技術(亦即，基於半導體光源(諸如發光二極體(LED))之照射)為傳統螢光燈、HID及白熾燈提供一可行替代方案。LED之功能優點及益處包含高的能量轉換及光學效率、耐久性、較低操作成本及諸多其他優點。LED技術之最新進展已提供能夠在諸多應用中實現各種照明效應之有效且穩健之全光譜照明源。
為了改裝習用室外照明器具中之LED模組應用，必須(例如)使用連接於電源電壓供應器與LED模組之間的一LED驅動器來替換傳統電源可調變磁性安定器。為了能夠實現藉由基於(如習用磁性調光應用中所使用之)電源電壓之LED輸出之光之調光，LED驅動器感測電源電壓且基於所感測之電壓減小輸出電流。LED驅動器可包含一電力變壓器，其中初級側電路與次級側電路藉由一隔離障壁分離。因此，必須越過隔離障壁將關於隔離障壁之初級側上之經調變電源電壓之資訊發送至隔離障壁之次級側上之一控制器。
因此，在此項技術中需要一種使用用於電源電壓感測之簡單電路且跨越一隔離障壁將電源調光資訊傳輸至一控制 器之電源調光技術。
本發明係關於用於電源調光之發明性設備及方法，該電源調光使用用於感測一LED驅動器之一初級側上之經調變電源電壓之電路且跨越一隔離障壁將經調變電源電壓資訊準確地傳輸至LED驅動器之一次級側上之一控制器。使用經調變電源電壓資訊可實現用於調變LED模組電流之各種方案。
一般而言，在一項態樣中，用於實現一固態照明模組之基於電源電壓之調光之一系統包含一變壓器、一電源感測電路及一處理電路。變壓器包含連接至一初級側電路之一初級側及連接至一次級側電路之一次級側，初級側電路與次級側電路藉由一隔離障壁分離。電源感測電路自初級側電路接收一經整流電源電壓且產生指示經整流電源電壓之振幅之一電源感測信號。處理電路跨越隔離障壁自電源感測電路接收電源感測信號，且回應於電源感測信號將一調光參考信號輸出至次級側電路。回應於藉由處理電路輸出之調光參考信號來調整藉由連接至次級側電路之固態照明模組輸出之光。
在另一態樣中，提供一發光二極體(LED)模組之基於電源信號之調光之一方法包含產生指示來自連接至一電力變壓器之一初級側之一初級側電路之一經整流電源電壓之振幅之一電源感測信號；跨越對應於電力變壓器之一隔離障壁傳輸電源感測信號；至少部分地基於所傳輸之電源感測 信號在連接至電力變壓器之一次級側之一次級側電路中產生一調光回饋信號。跨越隔離障壁將該調光回饋信號自次級側電路傳輸至初級側電路。然後基於傳輸至初級側電路之調光回饋信號來調整藉由次級側電路輸出之LED模組之一驅動電流。
在另一態樣中，用於調變一LED模組之一基於電源信號之驅動器包含具有一初級側及一次級側之一變壓器、連接至變壓器之初級側之一初級側電路、連接至變壓器之次級側之一次級側電路及調光控制電路。初級側電路包含經組態以整流一經調變電源電壓之一電壓整流器。次級側電路經組態以輸出用於驅動LED模組之一驅動電流，且包含一輸出電流控制件。次級側電路藉由一隔離障壁與初級側電路分離。調光控制電路包含：一電源感測電路，其經組態以產生指示經整流電源電壓之振幅之一電源感測信號；一光學隔離器，其經組態以跨越隔離障壁提供電耦合；及一微處理器，其經組態以經由光學隔離器自電源感測電路接收電源感測信號，以回應於電源感測信號而產生一電流參考信號並將電流參考信號輸出至輸出電流控制件。輸出電流控制件基於電流參考信號與驅動電流之一比較產生一調光回饋信號，並跨越隔離障壁將調光回饋信號傳輸至初級側電路。初級側電路回應於調光回饋信號而調整變壓器之一輸入，藉此調整次級側電路中之驅動電流。
如本文中出於本發明之目的所使用，術語「LED」應理解為包含任一電致發光二極體或能夠回應於一電信號而產 生輻射之其他類型之基於載波注入/接合之系統。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(OLED)、電致發光帶及諸如此類。特定而言，術語LED係指可經組態以產生在紅外線光譜、紫外線光譜及可見光譜(一般包含自大約400奈米至大約700奈米之輻射波長)之各個部分中之一或多者中之輻射之所有類型(包含半導體及有機發光二極體)之發光二極體。LED之某些實例包含(但不限於)各種類型之紅外線LED、紫外線LED、紅色LED、藍色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED及白色LED。
舉例而言，經組態以基本上產生白色光之一LED(例如，一白色LED)之一項實施方案可包含若干晶粒，該等晶粒分別發射不同電致發光光譜，該等光譜以組合方式混合以基本上形成白色光。在另一實施方案中，一白色光LED可與一磷光體材料相關聯，該磷光體材料將具有一第一光譜之電致發光轉換成一不同的第二光譜。在此實施方案之一項實例中，具有一相對短波長及窄頻寬光譜之電致發光「泵激(pump)」磷光體材料，而該磷光體材料又輻射具有一略寬光譜之較長波長輻射。
亦應理解，術語LED並不限制一LED之實體及/或電封裝類型。舉例而言，如上文所論述，一LED可係指具有經組態以分別發射不同輻射光譜之多個晶粒(例如，其可係或可並非個別可控制的)之一單個發光裝置。而且，一LED可 與被視為該LED之一組成部分之一磷光體相關聯(例如，某些類型之白色LED)。一般而言，術語LED可係指經封裝LED、未經封裝LED、表面安裝LED、板上晶片LED、T型封裝安裝LED、徑向封裝LED、功率封裝LED、包含某一類型之外殼及/或光學元件(例如，一漫射透鏡)之LED等。
術語「光源」應理解為指代包含(但不限於)基於LED之源(包含如以上所定義之一或多個LED)之各種輻射源中之任何一或多者。
一既定光源可經組態以產生在可見光譜內、可見光譜外或兩者之一組合內之電磁輻射。因此，術語「光」及「輻射」在本文中可互換使用。另外，一光源可包含一或多個濾光器(例如，彩色濾光器)、透鏡或其他光學組件作為一組成組件。而且，應理解，光源可經組態用於各種應用(包含但不限於指示、顯示及/或照射)。一「照射源」係經特定組態以產生具有一足以有效地照射一內部或外部空間之強度之輻射的一光源。在此上下文中，「足夠強度」係指在空間或環境中產生之可見光譜中之足以提供周圍照射(亦即，可間接感知之光及(例如)在被感知之前可被各種介入表面中之一或多者完全或部分反射掉之光)之輻射功率(就輻射功率或「光通量」而言，通常採用單位「流明」來表示沿所有方向自一光源輸出之總光)。
本文中使用術語「照明器具」來指代呈一特定外觀尺寸、總成或封裝之一或多個照明單元之一實施方案或配置。本文中使用術語「照明單元」來指代包含相同或不同 類型之一或多個光源之一設備。一既定照明單元可具有用於該(等)光源之各種安裝配置、包封/裝納配置及形狀及/或電及機械連接組態中之任一者。另外，視情況，一既定照明單元可與關於該(等)光源之操作之各種其他組件(例如，控制電路)相關聯(例如，包含、耦合至及/或封裝在一起)。一「基於LED之照明單元」係指包含單獨或結合其他基於非LED之光源一起之如上文所論述之一或多個基於LED之光源的一照明單元。一「多通道」照明單元係指一基於LED或基於非LED之照明單元，其包含經組態以分別產生不同輻射光譜之至少兩個光源，其中每一不同源光譜可稱為多通道照明單元之一「通道」。
本文中一般使用術語「控制器」來描述關於一或多個光源之操作之各種設備。可以多種方式(例如，諸如藉助專用硬體)實現一控制器以執行本文中所論述之各種功能。 一「處理器」係採用一或多個微處理器之一控制器之一項實例，該一或多個微處理器可使用軟體(例如，微碼)進行程式化以執行本文中所論述之各種功能。一控制器可藉助採用或不採用一處理器來實現，且亦可實現為用以執行某些功能之專用硬體與用以執行其他功能之一處理器(例如，一或多個經程式化之微處理器及相關聯電路)之一組合。在本發明之各種實施例中可採用之控制器組件之實例包含(但不限於)習用微處理器、特殊應用積體電路(ASIC)及場可程式化閘陣列(FPGA)。
在各種實施例中，一處理器或控制器可與一或多個儲存 媒體(本文中一般稱為「記憶體」，例如，諸如RAM、PROM、EPROM及EEPROM之揮發性及非揮發性電腦記憶體、軟磁碟、壓縮磁碟、光碟、磁帶等)相關聯。在某些實施方案中，儲存媒體可藉助一或多個程式進行編碼，當在一或多個處理器及/或控制器上執行該等程式時，其執行本文中所論述之功能中之至少某些功能。各種儲存媒體可固定於一處理器或控制器內或可運輸，以便儲存於其上之一或多個程式可加載至一處理器或控制器中以執行本文中所論述之本發明之各種態樣。本文中在一通常意義上使用術語「程式」或「電腦程式」來指代可經採用以程式化一或多個處理器或控制器之任一類型之電腦程式碼(例如，軟體或微碼)。
應瞭解，將前述概念與下文更詳細論述之額外概念(假設此等概念並不相互矛盾)之所有組合視為係本文中所揭示之發明性標的物之一部分。特定而言，將出現於此揭示內容結束處之所主張標的物之所有組合視為本文中所揭示之發明性標的物之一部分。亦應瞭解，在本文中明確地採用之亦可出現於以引用方式併入之任一揭示內容中之術語應符合與本文中所揭示之特定概念最一致之一意義。
在圖式中，相似之參考字符一般貫穿不同視圖指代相同部件。而且，圖式未必符合比例，而重點一般在於圖解說明本發明之原理。
出於闡釋並非限制之目的，在下文詳細說明中，列舉揭 示特定細節之代表性實施例以便提供對本教示之一透徹理解。然而，已受益於本發明之熟習此項技術者將明瞭，背離於本文中所揭示之特定細節之根據本教示之其他實施例保持在隨附申請專利範圍之範疇內。此外，可省略對熟知設備及方法之說明以便不模糊對代表性實施例之說明。此等方法及設備明顯地歸屬於本教示之範疇內。
申請者已認識並瞭解到，提供能夠感測一LED驅動器之一初級側上之經調變電源電壓且越過一隔離障壁將關於所感測之經調變電源電壓之資訊傳輸至LED驅動器之一次級側上之一處理器或控制器之一電路將係有利的。
舉例而言，在習用照明應用之磁性安定器中使用基於電源電壓之調光方案。當使用經改裝LED模組來替換磁性安定器時，亦期望使用電源電壓繼續執行調光。根據基於電源電壓之調光方案，隨著(例如)經由一調光控制器減小電源電壓而減小光輸出之量。對於LED而言，調光係藉由回應於電源電壓(例如)經由調光控制器之改變而改變提供至LED之一輸出電流來達成。可實現不同電源電壓調光方案，諸如雙位階調光(其中光輸出取決於電源電壓之位準在兩個位階之間切換)及線性調光(其中光輸出隨著電源電壓之位準減小而線性下降)。
圖1係根據一代表性實施例展示用於一可調光之照明系統之一驅動器之一簡化方塊圖。
參考圖1，用於實現一固態照明模組(指示為LED模組160)之基於電源電壓之調光之驅動器100包含具有連接至 一初級側電路110之一初級側及連接至一次級側電路140之一次級側之一隔離變壓器120。舉例而言，變壓器120可係一高頻率/高電力變壓器，使得當LED模組160實現為一高亮度LED模組時可達成隔離。初級側電路110經由調光控制器105(例如，其可係正弦調光控制器)自電源電壓源101接收一經調變電源電壓。如下文詳細論述，初級側電路110包含用於接收經調變電源電壓且提供經整流電源電壓VR之一電壓整流器(在圖1中未展示)。次級側電路140連接至LED模組160且基於變壓器120之初級側電流Ipri及經感應之次級側電流Isec將一可調整驅動電流ID輸出至LED模組160。
驅動器100進一步包含跨越隔離障壁125(其對應於變壓器120)連接至初級側電路110與次級側電路140兩者之調光控制電路130。調光控制電路130包含電源感測電路132、隔離器134及處理電路136。電源感測電路132經組態以自初級側電路110中之電壓整流器接收經整流電源電壓VR且產生指示經整流電源電壓VR之振幅之電源感測信號MSS。電源感測電路132經由隔離器134跨越隔離障壁125將電源感測信號MSS傳輸至處理電路136。隔離器134可係(例如)能夠使用光信號實現資訊(例如電源感測信號MSS)交換同時跨越隔離障壁125維持電隔離之一光學隔離器。因此，(例如)可使用低成本之雙位階光隔離器來準確實現隔離器134。在替代實施例中，在不背離於本教示之範疇之情況下可使用其他類型之隔離(諸如變壓器)來獲得跨越隔離障 壁125之耦合。
處理裝置136係自初級側電路110跨越隔離障壁125而定位，乃因處理裝置136感測來自LED模組160以及其他調光控制器(未展示)之信號且將監視參考命令提供至次級電路140，如下文所論述。舉例而言，在所繪示之組態中，處理電路136自電源感測電路132接收電源感測信號MSS且至少部分地基於電源感測信號MSS所判定將一或多個調光參考信號輸出至次級側電路140。舉例而言，調光參考信號可包含一電流參考信號Irer及/或一電壓參考信號Vref，如下文所論述。處理電路136亦可自LED模組160接收指示一設定調光位階之一調光控制信號及包含光位準、溫度及諸如此類之一或多個LED回饋信號。處理電路136回應於至少電源感測信號MSS且在各種實施例中亦回應於調光控制信號及/或LED回饋信號產生調光參考信號。
次級側電路140接收調光參考信號，且比較調光參考信號與對應電條件。次級側電路140基於比較之結果產生一調光回饋信號DFS，且(例如)經由另一隔離器(在圖1中未展示)跨越隔離障壁125將調光回饋信號DFS傳輸至初級側電路110。舉例而言，當調光控制信號包含電流參考信號Iref時，次級側電路140之一輸出電流控制件(未展示)比較電流參考信號Iref與供應至LED模組160之驅動電流ID。然後次級側電路140產生指示參考信號Iref與驅動電流ID之間的差異(倘若存在)之一調光回饋信號DFS。
經由另一隔離器(在圖1中未展示)跨越隔離障壁125將調 光回饋信號DFS傳輸至初級側電路110。回應於調光回饋信號DFS，初級側電路110調整輸入至變壓器120之初級側之一初級側電壓Vpri，根據需要，變壓器120之初級側又調整穿過變壓器120之次級側之一次級電壓Vsec且因此調整藉由次級電路140輸出至LED模組160之驅動電流ID。因此，驅動電流ID驅動LED模組160以提供對應於調光控制器105之設定之光量。在一實施例中，處理電路136亦可經由另一隔離器(在圖1中未展示)跨越隔離障壁125將一電力控制信號PCS(其選擇性地控制至初級側電路110及次級側電路140的電力之應用)提供至初級側電路110，如下文參考圖4所論述。
在各種實施例中，處理電路136可使用軟體、韌體、硬接線邏輯電路或其組合實現為一控制器或微控制器，舉例而言，該控制器或該微控制器包含一處理器或中央處理單元(CPU)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其組合。當使用一處理器或CPU時，一記憶體(未展示)經包含以用於儲存控制處理電路136之操作之可執行軟體/韌體及/或可執行碼。記憶體可係任一數目、類型及組合之非揮發性唯讀記憶體(ROM)及揮發性隨機存取記憶體(RAM)，且可儲存各種類型之資訊(諸如可由處理器或CPU執行之電腦程式及軟體演算法)。記憶體可包含任一數目、類型及組合之有形電腦可讀儲存媒體(諸如一磁碟機、一電可程式化唯讀記憶體(EPROM)、一電可擦除及可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、一CD、一DVD、一通用串 列匯流排(USB)驅動程式及諸如此類)。
在一實施例中，藉由電源感測電路132輸出之電源感測信號MSS係一脈寬調變(PWM)信號，該脈寬調變信號係透過隔離器134傳輸至處理電路136。電源感測電路132可以各種方式產生PWM信號。舉例而言，圖2係根據一代表性實施例經組態以產生一PWM信號之一電源感測電路之一簡化方塊圖。
參考圖2，電源感測電路132包含電阻分壓器236、時鐘237及脈衝信號產生器238。電阻分壓器236經組態以自初級側電路110中之電壓整流器接收經整流電源電壓VR，且將一經分壓電源電壓提供至脈衝信號產生器238。時鐘237經組態以產生一時鐘信號Clk，該時鐘信號Clk亦提供至脈衝信號產生器238。脈衝信號產生器238因此基於經分壓電源電壓及時鐘信號Clk產生一PWM信號作為電源感測信號MSS，使得籍助經整流電源電壓VR之振幅來調變PWM信號之每一脈衝之一寬度。在一說明性組態中，時鐘237包含一第一555計時器且脈衝信號產生器238包含一第二555計時器(例如)以用於產生PWM信號。
當然，可在不背離於本教示之範疇之情況下併入有電源感測電路132之其他組態及/或其各種組件。舉例而言，在一替代實施例中，電源感測電路132可實現為經組態以產生PWM信號之一微控制器。微控制器可包含一類比轉數位轉換器(ADC)，該類比轉數位轉換器經組態以自初級側電路110中之電壓整流器接收經整流電源電壓VR且作為回應 提供PWM信號。微控制器亦可使用某一形式之數位通信協定(諸如I2C或UART)與次級側電路140通信。微控制器可係一STM8S(可從ST獲得)，舉例而言，但可在不背離於本教示之範疇之情況下併入有其他類型之微控制器。
圖3係根據一代表性實施例展示使用電源調光來調光一固態照明負載之一程序之一流程圖。可藉由圖1之驅動器100來實現圖3之說明性步驟，舉例而言，但可在不背離於本教示之範疇之情況下藉由具有相似能力之任一系統來實現該等步驟。
參考圖1及圖3，在步驟S311處籍由電源感測電路132自初級側電路110接收一經整流電源電壓VR。電源感測電路132在步驟S312處產生電源感測信號MSS，電源感測信號MSS指示經整流電源電壓VR之振幅。電源感測信號MSS可係一PWM信號，舉例而言，其中脈衝寬度經變化以對應於經整流電源電壓VR之振幅。在步驟S313處，(例如)經由隔離器134跨越一隔離障壁將電源感測信號MSS傳輸至處理電路136。
在步驟S314處，處理電路136至少部分地基於自電源感測電路132接收之電源感測信號MSS產生一或多個調光參考信號。在步驟S315處，將調光參考信號提供至次級側電路140。舉例而言，調光參考信號可包含一電流參考信號Iref及/或一電壓參考信號Vref，該電流參考信號Iref及/或該電壓參考信號Vref係分別提供至次級側電路140之一輸出電流控制件及一輸出電壓控制件。在步驟S316處，比較調光 參考信號與次要側電路140之對應電條件，且在步驟S317處產生指示比較之結果之一調光回饋信號DFS。舉例而言，將比較電流參考信號Iref與驅動電流ID且將比較電壓參考信號Vref與驅動LED模組160之驅動電壓VD。在步驟S318處，(例如)經由另一隔離器跨越隔離障壁125將調光回饋信號DFS傳輸至初級側電路110。作為回應，在步驟S319處，初級側電路110能夠適當調整輸入(例如，變壓器120之初級側之初級側電壓Vpri及/或初級電流Ipri)，從而造成對藉由次級側電路140輸出至LED模組160的驅動電流ID及/或驅動電壓VD之相應調整。因此，LED模組160經驅動以提供對應於調光控制器105之設定之適當光量。
圖4係根據一代表性實施例展示用於一可調光照明系統之一更詳細之驅動器一簡化方塊圖。
參考圖4，用於實現一固態照明模組之基於電源電壓之調光之驅動器400(如說明性LED模組460所指示)包含具有連接至一初級側電路410之一初級側及連接至一次級側電路440之一次級側之一隔離變壓器420。初級側電路410經由調光控制器405(例如，其可係一正弦調光控制器)自電源電壓源401接收經調變電源電壓。次級側電路440連接至LED模組460，且基於變壓器420之初級側電流Ipri將一可調整驅動電流ID輸出至LED模組460，如下文所論述。驅動器400進一步包含跨越隔離障壁425(其對應於變壓器420)連接至初級側電路410與次級側電路440兩者之調光控制電路430。調光控制電路430包含下文論述之電源感測電路 432、第一光學隔離器434及微處理器436。
初級側電路410包含電壓整流器411、升壓功率因子校正(PFC)電路412、升壓控制電路413、PWM半橋接轉換器414及PWM半橋接控制級415。電壓整流器411及一EMI濾波器係連接至調光控制器405。電壓整流器411因此自電源電壓源401接收經調變電源電壓，且輸出經整流電源電壓VR(及對應經整流電源電流IR)，藉此將AC電源電壓轉換成一經整流正弦波形。需要整流以經由升壓PFC電路412產生一恆定DC電壓，如下文所論述。EMI濾波器可包含限制插入至線中之高頻率組件之感應器及電容器(未展示)之一網路。
經整流電源電壓VR提供至升壓PFC電路412，升壓PFC電路412將經整流電源電壓VR之經整流正弦波形轉換為一固定的經調節DC電壓(指示為經升壓電壓VB(及對應經整流經升壓電流IB))。另外，升壓PFC電路412確保自電壓整流器411汲取且輸入至升壓PFC電路412之經整流電源電流IR與經整流電源電壓VR同相位。此確保驅動器400接近於單位功率因數而操作。因此，升壓控制電路413控制升壓PFC電路412中之一升壓轉換器之開關。
PWM半橋接轉換器414在PWM半橋接控制級415之控制下將自升壓PFC電路412接收之DC經升壓電壓VB轉換為一高頻率脈動信號(初級側電壓Vpri(及對應脈衝式初級側電流Ipri))。初級側電壓Vpri可係(例如)具有藉由PWM半橋接轉換器414中之開關(未展示)之操作設定之一脈衝寬度之一 PWM信號。將初級側電壓Vpri施加至變壓器420之初級側(初級繞組)。PWM半橋接控制級415基於自次級電路440之輸出電流控制件444及輸出電壓控制件446中之至少一者接收之一調光回饋信號DFS來判定欲藉由PWM半橋接轉換器414實現之初級側電壓Vpri之脈衝寬度，如下文所論述。
次級側電壓Vsec(及對應次級側電流Isec)藉由初級側電壓Vpri感應於變壓器420之次級側(次級繞組)中。次級側電壓Vsec藉由包含於次級側電路440中之輸出整流器/濾波器電路442整流及高頻率濾波以獲得用於驅動LED模組360之期望之驅動電壓VD及對應驅動電流ID。驅動電流ID之量值特定指示LED模組460中之一或多個LED之照射位階。
次級側電路440進一步包含輸出電流控制件444及輸出電壓控制件446。輸出電流控制件444比較驅動電流ID與藉由微處理器436輸出之一電流參考信號Iref以獲得一電流差△I，且輸出電壓控制件446比較驅動電壓VD與亦藉由微處理器436輸出之一電壓參考信號Vref以獲得一電壓差△V。一驅動補償器(未展示)基於電流差△I及電壓差△V中之至少一者來判定調光回饋信號DFS。微處理器436基於自電源感測電路432接收之電源感測信號MSS來判定電流參考信號Iref及電壓參考信號Vref之值，如下文所論述，而該電源感測信號又係基於在調光控制器405處所設定之調光位階。
輸出電流控制件444亦可自微處理器436接收一軟啟動信號(短脈衝)，該微處理器經由輸出電流控制件444使電流控 制迴路飽和。在軟啟動信號變低後，為了避免輸出LED電流中之閃爍而逐漸增強來自微處理器436之電流參考信號Iref。在啟動期間，電流差△I可判定為電流參考信號Iref減去驅動電流ID及軟啟動信號，且電壓差△V可判定為電壓參考信號Vref減去驅動電壓VD及軟啟動信號。
如上文所提及，調光回饋信號DFS指示分別藉由輸出電流控制件444及輸出電壓控制件446提供之電流差△I與電壓差△V兩者。在一實施例中，僅電流迴路(使用電流差△I)通常係主動的。若輸出電壓超出一預定限制，電壓迴路(使用電壓差△V)可用於透過調光回饋信號DFS來減小輸出電流。經由第二光學隔離器424(其可與第一光學隔離器434相同或不同)跨越隔離障壁425將調光回饋信號DFS自次級側電路440提供至PWM半橋接控制級415。調光回饋信號DFS因此控制PWM半橋接轉換器414以基於調光回饋信號DFS來調整初級側電壓Vpri之脈衝寬度。舉例而言，若驅動電流ID超過電流參考信號Iref(如調光回饋信號DFS所指示)，PWM半橋接控制級415將控制PWM半橋接轉換器414以減小初級側電壓Vpri，且(例如)藉由減小該初級側電壓之脈衝寬度因此也減小初級電流Ipri。初級側電壓Vpri之改變係反映在次級電壓Vsec以及藉由用於驅動LED模組460之驅動器400輸出之驅動電壓VD及驅動電流ID之一對應改變中。因此，PWM半橋接控制級415能夠將驅動器400之驅動電壓VD及/或驅動電流ID調節至某一值。在正常穩態操作下，來自微處理器436之電流參考信號Iref取決於期望之調 光位階(如電源感測信號MSS所指示)。
藉由升壓PFC電路412輸出之經升壓電壓VB亦提供至電源供應器427，電源供應器427可係一同步降壓型DC-DC轉換器，例如諸如一Viper電源供應器。電源供應器427可將經升壓電壓VB同步降壓至一較低電壓，諸如18 V。電源供應器427之初級側經組態以在開關417之控制下將一經調節之電壓選擇性地提供至初級側電路410之各種組件(例如，電壓整流器411、升壓PFC電路412、升壓控制電路413、PWM半橋接轉換器414、PWM半橋接控制級415)。藉由電力控制信號PCS來判定開關417之操作及計時(開/關)，該電力控制信號PCS由微處理器436輸出且經由第三光學隔離器428(其可與第一及第二光學隔離器434、424相同或不同於第一及第二光學隔離器434、424)跨越隔離障壁425由開關417接收。電源供應器427之次級側經組態以將一經調節之電壓提供至次級側電路440之各個組件(例如，輸出整流器/濾波器電路442、輸出電流控制件444、輸出電壓控制件446)。在一說明性組態中，電源供應器27可係具有兩個隔離輸出(一個用於初級側且一個用於次級側)之一返馳式轉換器。
驅動器400進一步包含跨越隔離障壁425(其對應於變壓器420)連接至初級側電路410與次級側電路440兩者之調光控制電路430。調光控制電路430包含電源感測電路432、第一光學隔離器434及微處理器436。如上文所論述，電源感測電路432經組態以自電壓整流器411接收經整流電源電 壓VR且產生指示經整流電源電壓VR之振幅之電源感測信號MSS。電源感測電路432經由第一光學隔離器434跨越隔離障壁425將電源感測信號MSS傳輸至微處理器436。可以各種組態(包含一脈衝信號產生器(例如，如上文參考圖2所論述)或一微控制器)來實現電源感測電路432。
微處理器436經組態以自電源感測電路432接收電源感測信號MSS且作為回應以判定電流參考信號Iref及電壓參考信號Vref。另外，微處理器436經組態以透過調光控制介面455自調光輸入454接收一調光信號，其中調光信號指示期望之調光位階(例如，由使用者設定)。舉例而言，調光輸入454可提供自1 V至10 V之一調光等級，其中1 V指示最大調光(輸出光之最低位準)且10 V指示最小或無調光(輸出光之最高位準)。微處理器436可接收多個調光位階輸入(包含調光輸入454及調光控制器405)，且作為回應設定電流參考信號Iref及/或電壓參考信號Vref。在一實施例中，舉例而言，儘管平移可係雙位階、對數、任一預定義組之表值等，微處理器436線性地平移電源感測信號MSS以獲得電流參考信號Iref。微處理器436(例如)經由負溫度係數(NTC)感測電路451及RSET感測電路452亦自LED模組460接收回饋。NTC感測電路451感測LED模組460之溫度，且RSET感測電路452感測亦設定參考電流Iref之一外部電阻器之值。
另外，微處理器436產生電力控制信號PCS，電力控制信號PCS係用以接通/關斷初級側供應器且因此接通/關斷 LED驅動器400之一低位準開關信號。舉例而言，當自一外部輸入接收一待用命令時，電力控制信號PCS可用於關斷LED驅動器400。電源感測信號MSS之一特定值亦可表示一待用命令。電力控制信號PCS係經由第三光學隔離器428跨越隔離障壁425藉由微處理器436發送至初級側電路410以操作開關417，如上文所論述。
圖5係根據一代表性實施例圖解說明用於一可調光固態照明系統之一驅動器之模擬結果之一組圖形。特定而言，圖形5(c)展示藉由初級側電路中之一電壓整流器(例如，電壓整流器411)輸出之經整流電源電壓VR。圖形5(a)及圖形5(b)分別展示所感測之信號及回應於經整流電源電壓VR藉由電源感測電路(例如，電源感測電路432)輸出之作為電源感測信號MSS之對應PWM信號。跨越一隔離障壁(例如，隔離障壁425)將電源感測信號MSS提供至一處理電路(例如，微處理器436)以用於判定調光回饋信號DFS。如圖5中所展示，經整流電源電壓VR係跨越隔離障壁準確地傳輸。
上文所論述之基於電源信號之可調光固態照明系統驅動器可應用於改裝LED應用，其中期望基於電源電壓信號來控制光輸出。舉例而言，基於電源信號之可調光固態照明系統驅動器可用於其中LED模組正替換傳統磁性安定器之應用。
儘管本文中已闡述並圖解說明數項發明性實施例，但熟習此項技術者將易於構想用於執行該功能及/或獲得該等結果及/或本文所述優點中之一或多者之各種其他構件及/ 或結構，且此等變化形式及/或修改中之每一者皆被視為在本文中所述之發明性實施例之範疇內。更一般而言，熟習此項技術者將易於瞭解，本文中所述之所有參數、尺寸、材料及組態意欲係實例性的，且實際參數、尺寸、材料及/或組態將取決於本發明之教示內容所針對之一或多個特定應用。熟習此項技術者僅使用常規實驗即可辨識或能夠確認本文中所述具體發明性實施例之諸多等效物。因此，應理解，前述實施例僅係以舉例方式呈現且在歸屬於隨附申請專利範圍及其等效物之範疇內之情況下，可與所具體闡述及主張不同地實踐發明性實施例。本發明之發明性實施例旨在本文中所述之每一個別特徵、系統、物件、材料、套組及/或方法。另外，若此等特徵、系統、物件、材料、套組及/或方法不相互矛盾，則兩個或兩個以上此等特徵、系統、物件、材料、套組及/或方法之任一組合皆包含於本發明之發明性範疇內。
如本文所界定及使用之所有定義應理解為控制在辭典定義、以引用方式併入之文檔中之定義及/或所定義術語之普遍意義之上。
除非明確指示為相反，否則如本文中在說明書中及在申請專利範圍中使用之不定冠詞「一(a)」及「一(an)」應理解為意指「至少一個」。
如本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用之片語「及/或」應理解為意指如此結合之元件中之「任一者或兩者」，亦即，在某些情形下以結合方式呈現及在其他情 形下以分離方式呈現之元件。應以相同之方式闡釋以「及/或」列出之多個元件，亦即，如此結合之元件中之「一或多者」。可視情況而存在除由「及/或」從句具體識別之元件以外的其他元件，無論其與具體識別之彼等元件相關還是不相關。如本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用，「或」應理解為具有與以上所定義之「及/或」相同之意義。
如本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用，參照一或多個元件之一清單之片語「至少一個」應理解為意指自元件清單中之元件中之任何一或多者中選出之至少一者，但未必包含元件清單內所具體列出之每一及所有元件中之至少一者，且不排除元件清單中之若干元件之任何組合。此定義亦允許可視情況存在除片語「至少一個」指代之元件清單內具體識別之元件以外之元件，無論與具體定義之彼等元件相關還是不相關。因此，作為一非限制性實例，「A及B中之至少一者」(或等效地，「A或B中之至少一者」，或等效地，「A及/或B中之至少一者」)可在一項實施例中指代至少一個(視情況包含一個以上)A，而不存在B(且視情況包含除B以外之元件)；在另一實施例中，指代至少一個(視情況包含一個以上)B，而不存在A(且視情況包含除A以外之元件)；在再一實施例中，指代至少一個(視情況包含一個以上)A及至少一個(視情況包含一個以上)B(且視情況包含其他元件)；等等。
亦應理解，除非明確指示為相反，否則在包含一個以上 步驟或動作之本文所主張之任何方法中，該方法之步驟或動作之次序未必受限於陳述該方法之步驟或動作之次序。而且，出現在申請專利範圍中之參考編號(若存在)，僅係出於方便之目的而提供且不應解釋為以任何方式限制本發明。
在申請專利範圍中以及在上文之說明書中，所有過渡性片語(諸如「包括」、「包含」、「攜載」、「具有」、「含有」、「涉及」、「固持」、「由......構成」及諸如此類)應理解為係開端式的，亦即，意指包含但不限於。僅過渡性片語「由......組成」及「基本上由......組成」應分別為封閉式或半封閉式過渡性片語。
100‧‧‧基於電源電壓之調光之驅動器/驅動器
101‧‧‧電源電壓源
105‧‧‧調光控制器
110‧‧‧初級側電路
120‧‧‧隔離變壓器/變壓器
125‧‧‧隔離障壁
130‧‧‧調光控制電路
132‧‧‧電源感測電路
134‧‧‧隔離器
136‧‧‧處理電路/處理裝置
140‧‧‧次級側電路
160‧‧‧發光二極體模組
236‧‧‧電阻分壓器
237‧‧‧時鐘
238‧‧‧脈衝信號產生器/信號產生器
400‧‧‧基於電源電壓之調光之驅動器/驅動器/發光二極體驅動器
401‧‧‧電源電壓源
405‧‧‧調光控制器
410‧‧‧初級側電路
411‧‧‧電壓整流器
412‧‧‧升壓功率因子校正(PFC)電路
413‧‧‧升壓控制電路
414‧‧‧脈寬調變半橋接轉換器
415‧‧‧脈寬調變半橋接控制級
417‧‧‧開關
420‧‧‧隔離變壓器/變壓器
424‧‧‧第二光學隔離器
425‧‧‧隔離障壁
427‧‧‧電源供應器
428‧‧‧第三光學隔離器
430‧‧‧調光控制電路
432‧‧‧電源感測電路
434‧‧‧第一光學隔離器
436‧‧‧微處理器
440‧‧‧次級側電路
442‧‧‧整流器/濾波器電路
444‧‧‧輸出電流控制件
446‧‧‧輸出電壓控制件
451‧‧‧負溫度係數(NTC)感測電路
452‧‧‧RSET感測電路
454‧‧‧調光輸入
455‧‧‧調光控制介面
460‧‧‧發光二極體模組
DFS‧‧‧調光回饋信號
Ib‧‧‧經升壓電流
ID‧‧‧驅動電流
Ipri‧‧‧初級側電流/初級電流
Ir‧‧‧整流電源電流
MSS‧‧‧電源感測信號
PCS‧‧‧電力控制信號
PWM‧‧‧信號
Vb‧‧‧經升壓電壓
Vpri‧‧‧初級側電壓
VR‧‧‧經整流電源電壓
Vsec‧‧‧次級側電壓/次級電壓
圖1係根據一代表性實施例展示用於一基於電源信號之可調光固態照明系統之一驅動器之一簡化方塊圖。
圖2係根據一代表性實施例經組態以產生一PWM信號之一說明性電源感測電路之一簡化方塊圖。
圖3係根據一代表性實施例展示用於一基於電源信號之可調光固態照明系統之一驅動器之一簡化方塊圖。
圖4係根據一代表性實施例展示基於電源信號調變一固態照明負載之一程序之一流程圖。
圖5係根據一代表性實施例圖解說明用於一基於電源信號之可調光固態照明系統之一驅動器之模擬結果之一組圖形。
100‧‧‧基於電源電壓之調光之驅動器/驅動器
101‧‧‧電源電壓源
105‧‧‧調光控制器
110‧‧‧初級側電路
120‧‧‧隔離變壓器/變壓器
125‧‧‧隔離障壁
130‧‧‧調光控制電路
132‧‧‧電源感測電路
134‧‧‧隔離器
136‧‧‧處理電路/處理裝置
140‧‧‧次級側電路
160‧‧‧發光二極體模組
DFS‧‧‧調光回饋信號
ID‧‧‧驅動電流
MSS‧‧‧電源感測信號
PCS‧‧‧電力控制信號
VR‧‧‧經整流電源電壓

Claims (20)

  1. 一種用於實現一固態照明模組之基於電源電壓之調光之系統，該系統包括：一變壓器，其包括連接至一初級側電路之一初級側及連接至一次級側電路之一次級側，該初級側電路與該次級側電路藉由一隔離障壁分離；一電源感測電路，其經組態以自該初級側電路接收一經整流電源電壓且產生指示該經整流電源電壓之振幅之一電源感測信號；及一處理電路，其經組態以跨越該隔離障壁自該電源感測電路接收該電源感測信號，且回應於該電源感測信號將一調光參考信號輸出至該次級側電路，其中回應於藉由該處理電路輸出之該調光參考信號而調整藉由連接至該次級側電路之該固態照明模組輸出之光。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包括經組態以跨越該隔離障壁耦合該處理電路與該電源感測電路之一第一光學隔離器。
  3. 如請求項2之系統，其進一步包括該次級側電路中之一輸出電流控制件，該輸出電流控制件經組態以接收該調光參考信號，以比較該調光參考信號與該固態照明模組之一驅動電流，且基於該比較之一結果而產生一調光回饋信號。
  4. 如請求項3之系統，其進一步包含： 一第二光學隔離器，其經組態以耦合該輸出電流控制件與該初級側電路以能夠實現該調光回饋信號至該初級側電路之傳輸，其中回應於該調光回饋信號而調整藉由該固態照明模組輸出之該光。
  5. 如請求項4之系統，其中固態照明模組包括複數個發光二極體(LED)。
  6. 如請求項2之系統，其中該電源感測信號包括一脈寬調變(PWM)信號，且該電源感測電路透過該第一光學隔離器將該PWM信號傳輸至該處理電路。
  7. 如請求項6之系統，其中該電源感測電路包括經組態以產生該PWM信號之一微處理器，該微處理器包括經組態以接收該經整流電源電壓之一類比轉數位轉換器(ADC)。
  8. 如請求項3之系統，其中該電源感測電路包括：一電阻分壓器，其經組態以自該電壓整流器接收該經整流電源電壓且提供一經分壓電源電壓；一時鐘，其經組態以產生一時鐘信號；及一脈衝信號產生器，其經組態以基於該經分壓之電源電壓及該時鐘信號來產生該PWM信號，其中藉由該經整流電源電壓之該振幅來調變該PWM信號之每一脈衝之一寬度。
  9. 如請求項8之系統，其中該時鐘包括一第一555計時器且該脈衝信號產生器包括一第二555計時器。
  10. 如請求項1之系統，其中藉由該固態照明模組輸出之一光量隨著該經整流電源電壓之該振幅而直接變化。
  11. 如請求項1之系統，其中該固態照明模組包括經組態以替換一習用磁性安定器之一經改裝發光二極體(LED)模組。
  12. 一種提供一發光二極體(LED)模組之基於電源信號之調光之方法，該方法包括：產生指示來自一初級側電路之一經整流電源電壓之振幅之一電源感測信號，該初級側電路連接至一電力變壓器之一初級側；跨越對應於該電力變壓器之一隔離障壁傳輸該電源感測信號；至少部分地基於該經傳輸電源感測信號在連接至該電力變壓器之一次級側之一次級側電路中產生一調光回饋信號；跨越該隔離障壁將該調光回饋信號自該次級側電路傳輸至該初級側電路；及基於傳輸至該初級側電路之該調光回饋信號來調整藉由該次級側電路輸出之該LED模組之一驅動電流。
  13. 如請求項12之方法，其中產生該調光回饋信號包括：至少部分地基於該經傳輸電源感測信號來產生一調光參考信號；將該調光參考信號提供至該次級側電路；比較該調光參考信號與該次級側電路中之至少一個電條件；及產生該調光回饋信號以指示該比較之一結果。
  14. 如請求項12之方法，其中調整該LED模組之該驅動電流包括：基於該調光回饋信號來調整輸入至該電力變壓器之該初級側之一初級側電壓及一初級側電流中之至少一者，這造成對該電力變壓器之該次級側之一次級側電壓及一次級側電流中之至少一者之一對應調整，其中該驅動電流係基於該次級側電流。
  15. 如請求項12之方法，其中該電源感測信號包括一脈寬調變(PWM)信號。
  16. 如請求項12之系統，其中該LED模組包括經組態以替換一磁性安定器之一經改裝LED模組。
  17. 一種用於調變一發光二極體(LED)模組之基於電源信號之驅動器，該驅動器包括：一變壓器，其具有一初級側及一次級側；一初級側電路，其連接至該變壓器之該初級側，該初級側電路包括經組態以整流一經調變電源電壓之一電壓整流器；一次級側電路，其連接至該變壓器之該次級側且經組態以輸出用於驅動該LED模組之一驅動電流，該次級側電路包括一輸出電流控制件，其中該次級側電路藉由一隔離障壁與該初級側電路分離；及一調光控制電路，該調光控制電路包括一電源感測電路，該電源感測電路經組態以產生指示該經整流電源電壓之振幅之一電源感測信號；一光學隔離器，其經組態 以跨越該隔離障壁提供電耦合；及一微處理器，其經組態以經由該光學隔離器自該電源感測電路接收該電源感測信號，以回應於該電源感測信號而產生一電流參考信號且將該電流參考信號輸出至該輸出電流控制件，其中該輸出電流控制件基於該電流參考信號與該驅動電流之一比較來產生一調光回饋信號，且跨越該隔離障壁將該調光回饋信號傳輸至該初級側電路，及其中該初級側電路回應於該調光回饋信號而調整該變壓器之一輸入，藉此調整該次級側電路中之該驅動電流。
  18. 如請求項17之系統，其中該電源感測信號包括一脈寬調變(PWM)信號，且該電源感測電路透過該第一光學隔離器將該PWM信號傳輸至該處理電路。
  19. 如請求項18之系統，其中該電源感測電路包括：一電阻分壓器，其經組態以提供來自該經整流電源電壓之一經分壓電源電壓；一時鐘，其經組態以產生一時鐘信號；及一脈衝信號產生器，其經組態以基於該經分壓電源電壓及該時鐘信號來產生該PWM信號，其中藉由該經整流電源電壓之該振幅調變該PWM信號之每一脈衝之一寬度。
  20. 如請求項18之系統，其中該電源感測電路包括經組態以產生該PWM信號之一微控制器，該微控制器包括經組態以接收該經整流電源電壓之一類比轉數位轉換器(ADC)。
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