固態(tài)燈控制的制作方法
【專利摘要】本公開提供了一種固態(tài)燈控制。提供了當(dāng)耦合到后沿切相調(diào)光器開關(guān)時(shí)固態(tài)燈的智能控制。燈的功率級開關(guān)的接通和斷開周期在大容量電容器中的能量在其最高水平處時(shí)的時(shí)期期間被啟用。在這個(gè)時(shí)期期間，泄放器電路不必被啟用，與后沿調(diào)光器的正常開關(guān)方案比較，這導(dǎo)致更高的操作效率。
【專利說明】
固態(tài)燈控制
【背景技術(shù)】
[0001]本公開涉及固態(tài)燈控制，且特別是涉及當(dāng)耦合到后沿切相調(diào)光器時(shí)的固態(tài)燈的控制。
[0002]例如基于發(fā)光二極管(LED)的燈的固態(tài)燈變得普遍。如在本文使用的，“燈”也可被稱為“燈泡”。如圖1所示的，在固態(tài)照明系統(tǒng)中，固態(tài)燈(SSL) 102可經(jīng)由切相調(diào)光器開關(guān)104連接到AC主電源102。
[0003]切相調(diào)光器開關(guān)包括操作來在每個(gè)AC半周期的給定相角處使AC干線與燈斷開的切相開關(guān)元件?？苫谟勺罱K用戶選擇的調(diào)光設(shè)置來調(diào)節(jié)切相的量(被移除的AC半波的部分)。
[0004]—般在使用中存在兩種類型的切相調(diào)光器開關(guān):前沿和后沿。在前沿切相調(diào)光器開關(guān)中，切相在AC干線信號的零交叉點(diǎn)處或在AC干線信號的零交叉點(diǎn)之后不久開始，并被維持直到AC干線信號到達(dá)其設(shè)定相角為止。在后沿切相調(diào)光器開關(guān)中，AC干線信號在設(shè)定相角處且在AC干線信號的下一零交叉以前與燈斷開。
[0005]常見切相開關(guān)元件是更通常地被稱為三端雙向可控硅開關(guān)的雙向三極管晶閘管。 這是在被觸發(fā)時(shí)可在任一方向上傳導(dǎo)電流的開關(guān)設(shè)備。然而，一旦三端雙向可控硅開關(guān)被接通并穩(wěn)定下來，它就需要最小保持電流以便維持其狀態(tài)。這意味著燈必須維持最小負(fù)載以確保三端雙向可控硅開關(guān)的正確操作。如果最小電流閾值未被滿足，則三端雙向可控硅開關(guān)器件復(fù)位并過早地轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)，引起明顯的光閃爍或完全失效。
[0006]然而，在基于LED的燈的情況下，主要由于基于LED的燈的大得多的操作效率，當(dāng)三端雙向可控娃開關(guān)在傳導(dǎo)狀態(tài)中時(shí)維持最小負(fù)載很難。
[0007]此外，最小保持電流在三端雙向可控硅開關(guān)器件之間大范圍變化。這進(jìn)一步使基于LED的燈的設(shè)計(jì)復(fù)雜，因?yàn)樽兓黾恿藷艨膳c某些調(diào)光器不兼容的風(fēng)險(xiǎn)。
[0008]為了確保三端雙向可控硅開關(guān)器件如調(diào)光設(shè)置所定義的保持在接通狀態(tài)中，現(xiàn)有的基于LED的燈包含通常被稱為泄放器電路(bleeder circuit)的電路。
[0009]泄放器電路增加燈從AC干線引出的總負(fù)載，提供必需的電流來保持三端雙向可控硅開關(guān)器件在期望時(shí)期保持在接通狀態(tài)中。
[0010]圖2示出包括DC電壓源、功率級、輸出級和泄放器的現(xiàn)有技術(shù)的基于LED的燈的例子。圖2的拓?fù)渫ǔ１环Q為非絕緣降壓-升壓電路。輸入級接收進(jìn)入的AC電壓并將進(jìn)入的AC電壓整流，在這種情況下包括二極管橋DB1和大容量電容器C1以提供未調(diào)節(jié)DC電壓源。電感器L1、功率開關(guān)S1和控制器U1包括功率級。功率開關(guān)S1可以是晶體管。當(dāng)功率級被啟動(dòng)時(shí)，功率開關(guān)S1快速接通和斷開。輸出調(diào)節(jié)由控制功率開關(guān)S1的接通和斷開周期的控制器U1提供。輸出級包括整流二極管D1和輸出電容器C2。光發(fā)射器LED1耦合到已調(diào)節(jié)輸出。光發(fā)射器可包括LED或LED的陣列(為了說明的清楚示出單個(gè)LED)。
[0011]鎮(zhèn)流電阻器R1、開關(guān)R3和控制器U2包括泄放器電路的例子。當(dāng)確定需要泄放器電流以便維持正確的操作時(shí)，U2將S3置于接通狀態(tài)中，產(chǎn)生通過大容量電容器流過R1的負(fù)載電流。雖然這維持調(diào)光器開關(guān)的正確操作，它純粹是浪費(fèi)的并降低燈的操作效率。
[0012]圖3示出的是耦合到前沿切相調(diào)光器開關(guān)的、圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的基于LED的燈的一般操作波形。圖3a繪制電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線并示出在切相AC輸入波形(實(shí)線) 上疊加的AC干線電壓波形(虛線)。
[0013]圖3b示出的是如由控制器U1控制來維持輸出調(diào)節(jié)的功率開關(guān)S1隨著時(shí)間的接通和斷開周期?？刂破鱑1在調(diào)光器開關(guān)的三端雙向可控硅開關(guān)開始導(dǎo)通之后開始接通和斷開周期。一旦正確數(shù)量的能量被傳送到負(fù)載(即，燈)，控制器U1就通過暫停S1的接通和斷開周期來停止到負(fù)載的能量轉(zhuǎn)移。這通過調(diào)節(jié)閾值300示出，調(diào)節(jié)閾值300可被調(diào)節(jié)以便維持輸出調(diào)節(jié)。
[0014]當(dāng)S1的接通和斷開周期被暫停時(shí)，基于LED的燈放置在AC輸入電壓上的負(fù)載是最小的，需要為了上面討論的原因而啟動(dòng)泄放器。如在圖3c中所示的，當(dāng)S1的開關(guān)周期被禁用時(shí)，控制器U2通過將S2置于接通狀態(tài)中來啟動(dòng)泄放器電路。當(dāng)存儲在大容量電容器 C1中的能量在最大值時(shí)，S1的開關(guān)周期出現(xiàn)。
[0015]圖4示出的是耦合到后沿切相調(diào)光器開關(guān)的、圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的基于LED的燈的一般操作波形。圖4a繪制電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線并示出在切相AC輸入波形(實(shí)線) 上疊加的AC干線電壓波形(虛線)。
[0016]圖4b示出的是如由控制器U1控制來維持輸出調(diào)節(jié)的S1隨著時(shí)間的接通和斷開周期?？刂破鱑1在調(diào)光器開關(guān)的三端雙向可控硅開關(guān)開始導(dǎo)通之后開始接通和斷開周期， 該導(dǎo)通在后沿調(diào)光器開關(guān)的情況下在AC干線波形的零交叉處。一旦正確數(shù)量的能量被傳送到負(fù)載，控制器U1就通過暫停S1的接通和斷開周期來停止到負(fù)載的能量轉(zhuǎn)移。這通過調(diào)節(jié)閾值400示出，調(diào)節(jié)閾值400可被調(diào)節(jié)以便維持輸出調(diào)節(jié)。
[0017]當(dāng)S1的接通和斷開周期被暫停時(shí)，基于LED的燈放置在AC輸入電壓上的負(fù)載是最小的，需要為了上面討論的原因而啟動(dòng)泄放器。如在圖4c中所示的，當(dāng)S1的開關(guān)周期被禁用時(shí)，控制器U2通過將S2置于接通狀態(tài)中來啟動(dòng)泄放器電路。
[0018]與前沿調(diào)光器的情況相反，當(dāng)在大容量電容器中的能量的數(shù)量在其最大值處時(shí)， 泄放器被啟動(dòng)。因?yàn)橛尚狗牌麟娐贩峙涞哪芰考兇馐抢速M(fèi)的，燈的操作效率極大地被降低了。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種燈，其用于經(jīng)由前沿切相調(diào)光器開關(guān)連接到 AC主電源，并且所述燈包括:
[0020]輸入級；[〇〇21]輸出級，其包括固態(tài)光源；
[0022]功率級，其包括用于選擇性地耦合功率級與輸出級的功率開關(guān)；
[0023]泄放器電路，其包括負(fù)載和用于選擇性地耦合負(fù)載與輸入級的泄放器開關(guān)；以及
[0024]控制器，其布置成:
[0025]在如調(diào)節(jié)閾值所確定的AC主電源周期的點(diǎn)處開始并在切相調(diào)光器開關(guān)使AC干線與燈斷開時(shí)結(jié)束的時(shí)期的整個(gè)過程中，啟用功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期，其中
[0026]調(diào)節(jié)閾值由來自一個(gè)或多個(gè)以前的AC半周期的反饋確定。
[0027]可選地，控制器還被布置成當(dāng)功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期被禁用時(shí)使泄放器開關(guān)能夠耦合負(fù)載與輸入級?？蛇x地，輸入級包括提供未調(diào)節(jié)的DC源的二極管橋和大容量電容器。
[0028]可選地，調(diào)節(jié)閾值可由控制器調(diào)節(jié)。
[0029]可選地，該時(shí)期的結(jié)束由與停止閾值交叉的AC主電源電壓觸發(fā)。[〇〇3〇]可選地，控制器包括與功率開關(guān)耦合的第一控制器和與泄放器開關(guān)耦合的第二控制器。
[0031]可選地，固態(tài)光源包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。
[0032]根據(jù)本公開的第二方面，提供了包括后沿切相調(diào)光器和用于經(jīng)由后沿切相調(diào)光器開關(guān)連接到AC主電源的燈的照明系統(tǒng)，所述燈包括:
[0033]輸入級；
[0034]輸出級，其包括固態(tài)光源；
[0035]功率級，其包括用于選擇性地耦合功率級與輸出級的功率開關(guān)；
[0036]泄放器電路，其包括負(fù)載和用于選擇性地耦合負(fù)載與輸入級的泄放器開關(guān)；以及
[0037]控制器，其布置成:
[0038]在如調(diào)節(jié)閾值所確定的AC主電源周期的點(diǎn)處開始并在切相調(diào)光器開關(guān)使AC干線與燈斷開時(shí)結(jié)束的時(shí)期的整個(gè)過程中啟用功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期，其中
[0039]調(diào)節(jié)閾值由來自一個(gè)或多個(gè)以前的AC半周期的反饋確定。
[0040]根據(jù)本公開的第三方面，提供了控制燈的方法，燈包括輸入級；輸出級，其包括固態(tài)光源；功率級，其包括用于選擇性地耦合功率級與輸出級的功率開關(guān)；泄放器電路，其包括負(fù)載和用于選擇性地耦合負(fù)載與輸入級的泄放器開關(guān)；所述方法包括:
[0041]在如調(diào)節(jié)閾值所確定的AC主電源周期的點(diǎn)處開始并在切相調(diào)光器開關(guān)使AC干線與燈斷開時(shí)結(jié)束的時(shí)期的整個(gè)過程中啟用功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期；以及
[0042]基于來自一個(gè)或多個(gè)以前的AC半周期的反饋來確定調(diào)節(jié)閾值。
[0043]可選地，該方法還包括當(dāng)功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期被禁用時(shí)使泄放器開關(guān)能夠耦合負(fù)載與輸入級。
[0044]可選地，輸入級包括二極管橋和大容量電容器并為泄放器電路和/或輸出級提供未調(diào)節(jié)的DC源。
[0045]可選地，控制器調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)閾值。
[0046]可選地，該時(shí)期的結(jié)束由與停止閾值交叉的AC主電源電壓觸發(fā)。
[0047]可選地，控制器包括與功率開關(guān)耦合的第一控制器和與泄放器開關(guān)耦合的第二控制器。
[0048]可選地，固態(tài)光源包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。
[0049]根據(jù)本公開的第四方面，提供了集成電路，其包括:
[0050]輸入級；
[0051]輸出級，其適合于與固態(tài)光源親合；
[0052]功率級，其包括用于選擇性地耦合功率級與輸出級的功率開關(guān)；
[0053]泄放器電路，其包括負(fù)載和用于選擇性地耦合負(fù)載與輸入級的泄放器開關(guān)；以及
[0054]控制器，其布置成:
[0055]在如調(diào)節(jié)閾值所確定的AC主電源周期的點(diǎn)處開始并在切相調(diào)光器開關(guān)使AC干線與燈斷開時(shí)結(jié)束的時(shí)期的整個(gè)過程中啟用功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期，其中
[0056]調(diào)節(jié)閾值由來自一個(gè)或多個(gè)以前的AC半周期的反饋確定。
[0057]集成電路可被提供為用于經(jīng)由后沿切相調(diào)光器開關(guān)連接到AC主電源的固態(tài)燈的驅(qū)動(dòng)器。上面描述的燈、照明系統(tǒng)和方法的特征也可以是集成電路的特征。【附圖說明】
[0058]下面將參考附圖僅通過例子的方式來描述本公開，其中:
[0059]圖1示出固態(tài)照明系統(tǒng)；
[0060]圖2是示出基于LED的燈的所選定方面的示意圖；
[0061]圖3示出當(dāng)耦合到前沿切相調(diào)光器開關(guān)時(shí)圖2的基于LED的燈的一般操作波形；
[0062]圖4示出當(dāng)耦合到后沿切相調(diào)光器開關(guān)時(shí)圖2的基于LED的燈的一般操作波形；
[0063]圖5示出基于LED的燈的操作波形，其中比較了一般操作波形與根據(jù)本公開的操作波形；以及
[0064]圖6示出根據(jù)本公開且如圖5c所示的燈的操作波形的更多細(xì)節(jié)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0065]本公開提供了當(dāng)耦合到后沿調(diào)光器以便減少泄放器電路的功率消耗時(shí)的燈的智能控制。
[0066]圖5示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的燈的操作，其中功率開關(guān)的接通和斷開周期在當(dāng)大容量電容器中的能量在其最高水平時(shí)的時(shí)期期間被啟用。與后沿調(diào)光器的正常開關(guān)方案比較，這導(dǎo)致更高的操作效率。
[0067]圖5a示出來自一般后沿調(diào)光器開關(guān)的隨著時(shí)間的變化的AC輸入波形的曲線。圖 5b示出現(xiàn)有的控制例子(類似于圖4b的例子)，其中升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)周期在AC干線信號的零交叉點(diǎn)處或在AC干線信號的零交叉點(diǎn)之后不久開始。如調(diào)節(jié)方法400所示的，輸出調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié)開關(guān)周期何時(shí)停止來實(shí)現(xiàn)。
[0068]圖5c示出本公開的例子。在這里，調(diào)節(jié)閾值500確定在AC輸入的每個(gè)半周期內(nèi)的開關(guān)周期的開始，這與其中調(diào)節(jié)閾值確定開關(guān)周期何時(shí)停止的圖5b的技術(shù)相反。
[0069]因此，輸出調(diào)節(jié)被維持，且通過泄放器電路消耗的功率被最小化。
[0070]當(dāng)調(diào)光器使AC干線與器件斷開時(shí)，功率開關(guān)S1的開關(guān)周期停止。因?yàn)殡妷和ㄟ^后沿調(diào)光器平穩(wěn)地變?nèi)醵皇峭蝗磺袛?，所以一旦在C1兩端的體電壓下降到或低于預(yù)設(shè)閾值，功率開關(guān)的開關(guān)周期就可有利地停止，預(yù)設(shè)閾值可例如被選擇為峰值A(chǔ)C干線電壓的大約一半。
[0071]在優(yōu)選實(shí)施方式中，半個(gè)周期的調(diào)節(jié)閾值500的放置可由在之前的半周期期間接收的反饋信號確定。
[0072]圖6示出根據(jù)本公開且如圖5c所示的燈的操作波形的更多細(xì)節(jié)。圖6a示出疊加在切相AC輸入波形(實(shí)線)上的隨著時(shí)間的變化的AC干線波形(虛線)。圖6b示出如控制器U1所控制的功率級開關(guān)S1的接通和斷開周期。
[0073]在大容量電容器兩端的體電壓V_bulk被監(jiān)測，且一旦電壓V_bulk下降到或低于開關(guān)周期停止閾值600,功率開關(guān)S1的接通和斷開周期就被禁用。
[0074]此外，在當(dāng)前AC半周期期間使用反饋信號，控制器U1可確定更多或更少的能量是否需要被提供到接下來的AC半周期上的輸出，以便維持輸出調(diào)節(jié)。如果更少的能量被需要，則調(diào)節(jié)閾值將減小，在下一 AC半周期使功率開關(guān)S1的開關(guān)周期的開始延遲。如果需要更多的能量來維持輸出調(diào)節(jié)，則功率開關(guān)S1的開關(guān)周期將在下一 AC半周期中更早地開始。 給定AC半周期的反饋可由以前的AC半周期或多個(gè)以前的AC半周期提供，在這種情況下反饋可基于趨勢或統(tǒng)計(jì)度量，例如來自多個(gè)半周期的值的滑動(dòng)平均。
[0075]在當(dāng)大容量電容器中的能量在其最大水平時(shí)的時(shí)期期間不啟動(dòng)泄放器電路，所以與后沿調(diào)光器開關(guān)的正常控制比較，消耗的量減小了。
[0076] 可對上述內(nèi)容進(jìn)行各種改進(jìn)和修改，而不偏離本公開的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燈，其用于經(jīng)由后沿切相調(diào)光器開關(guān)連接到AC主電源，并且所述燈包括:輸入級；輸出級，其包括固態(tài)光源；功率級，其包括用于選擇性地耦合所述功率級與所述輸出級的功率開關(guān)；泄放器電路，其包括負(fù)載和用于選擇性地耦合負(fù)載與所述輸入級的泄放器開關(guān)；以及控制器，其被布置成:在如調(diào)節(jié)閾值所確定的AC主電源周期的點(diǎn)處開始并在所述切相調(diào)光器開關(guān)使所述AC 干線與所述燈斷開時(shí)結(jié)束的時(shí)期的整個(gè)過程中啟用所述功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期， 其中所述調(diào)節(jié)閾值由來自一個(gè)或多個(gè)以前的AC半周期的反饋確定。2.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述控制器還被布置成當(dāng)所述功率開關(guān)的接通和斷開 開關(guān)周期被禁用時(shí)使所述泄放器開關(guān)能夠耦合所述負(fù)載與所述輸入級。3.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述輸入級包括提供未調(diào)節(jié)的DC源的二極管橋和大容 量電容器。4.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述調(diào)節(jié)閾值可由所述控制器調(diào)節(jié)。5.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述時(shí)期的結(jié)束由與停止閾值交叉的所述AC主電源的 電壓觸發(fā)。6.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述控制器包括與所述功率開關(guān)耦合的第一控制器和 與所述泄放器開關(guān)耦合的第二控制器。7.如權(quán)利要求1所述的燈，其中所述固態(tài)光源包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。8.—種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括后沿切相調(diào)光器和用于經(jīng)由后沿切相調(diào)光器開關(guān) 連接到AC主電源的燈，所述燈包括:輸入級；輸出級，其包括固態(tài)光源；功率級，其包括用于選擇性地耦合所述功率級與所述輸出級的功率開關(guān)；泄放器電路，其包括負(fù)載和用于選擇性地耦合負(fù)載與所述輸入級的泄放器開關(guān)；以及控制器，其被布置成:在如調(diào)節(jié)閾值所確定的AC主電源周期的點(diǎn)處開始并在所述切相調(diào)光器開關(guān)使所述AC 干線與所述燈斷開時(shí)結(jié)束的時(shí)期的整個(gè)過程中啟用所述功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期， 其中所述調(diào)節(jié)閾值由來自一個(gè)或多個(gè)以前的AC半周期的反饋確定。9.一種控制燈的方法，所述燈包括輸入級；輸出級，其包括固態(tài)光源；功率級，其包括 用于選擇性地耦合所述功率級與所述輸出級的功率開關(guān)；泄放器電路，其包括負(fù)載和用于 選擇性地耦合負(fù)載與所述輸入級的泄放器開關(guān)；所述方法包括:在如調(diào)節(jié)閾值所確定的AC主電源周期的點(diǎn)處開始并在所述切相調(diào)光器開關(guān)使所述AC 干線與所述燈斷開時(shí)結(jié)束的時(shí)期的整個(gè)過程中啟用所述功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期； 以及基于來自一個(gè)或多個(gè)以前的AC半周期的反饋來確定所述調(diào)節(jié)閾值。10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括當(dāng)所述功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期被禁用時(shí)使所述泄放器開關(guān)能夠耦合所述負(fù)載與所述輸入級。11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述輸入級包括二極管橋和大容量電容器并為所 述泄放器電路和/或所述輸出級提供未調(diào)節(jié)的DC源。12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中控制器調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)閾值。13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述時(shí)期的結(jié)束由與停止閾值交叉的所述AC主電 源的電壓觸發(fā)。14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述控制器包括與所述功率開關(guān)耦合的第一控制 器和與所述泄放器開關(guān)耦合的第二控制器。15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述固態(tài)光源包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。16.—種集成電路，所述集成電路包括:輸入級；輸出級，其適合于與固態(tài)光源親合；功率級，其包括用于選擇性地耦合所述功率級與所述輸出級的功率開關(guān)；泄放器電路，其包括負(fù)載和用于選擇性地耦合負(fù)載與所述輸入級的泄放器開關(guān)；以及 控制器，其被布置成:在如調(diào)節(jié)閾值所確定的AC主電源周期的點(diǎn)處開始并在所述切相調(diào)光器開關(guān)使所述AC 干線與所述燈斷開時(shí)結(jié)束的時(shí)期的整個(gè)過程中啟用所述功率開關(guān)的接通和斷開開關(guān)周期， 其中所述調(diào)節(jié)閾值由來自一個(gè)或多個(gè)以前的AC半周期的反饋確定。
【文檔編號】H05B37/02GK105992444SQ201510098612
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月6日
【發(fā)明人】克拉利塔·諾爾, 曉艷·王, 楠·石, 廣·馮, 李海菊
【申請人】戴洛格半導(dǎo)體公司