本公開涉及用于控制固態(tài)燈的系統(tǒng)和相應(yīng)的方法。

背景

固態(tài)燈由于其優(yōu)異的效率取代了熒光燈和白熾燈。固態(tài)燈中的照明元件包括半導(dǎo)體材料，其中光通過電致發(fā)光發(fā)出?？刹捎酶鞣N類型的照明元件，諸如各種類型的發(fā)光二極管(led)(包括硅、有機和聚合物led)。本公開將特別討論led的情況，但是將認(rèn)識到的是，其通常也適用于其它類型的固態(tài)燈。

需要對通過固態(tài)照明元件的電流進行控制，以確保提供最小量的功率以便發(fā)出所需亮度的光，但也不會超過最大功率量，以便防止對元件和電路造成損壞。為了照顧這一點，提供了led驅(qū)動器電路。

鎮(zhèn)流器也經(jīng)常用于照明系統(tǒng)。鎮(zhèn)流器是限制供應(yīng)給負(fù)載的電流量的設(shè)備或電路。它們通常用在表現(xiàn)出負(fù)電阻特性的設(shè)備中，諸如氣體放電燈，其中限制電流對于防止燈被破壞或故障是重要的。然而，鎮(zhèn)流器也可用于限制普通的正電阻電路中的電流，包括供固態(tài)燈使用。鎮(zhèn)流器通常與照明設(shè)備(luminaire)外殼集成，以用于當(dāng)固態(tài)燈被插入到照明設(shè)備外殼的插座中時經(jīng)由合適的電連接器與固態(tài)燈的驅(qū)動器電路耦合。

圖1圖示了led照明系統(tǒng)100，其中l(wèi)ed驅(qū)動器電路包括線性調(diào)節(jié)器102，其向通常示為led1到ledn的一系列l(wèi)ed104供電。線性調(diào)節(jié)器102與由電網(wǎng)(或可替代地，由離網(wǎng)電源)提供的干線電源(mainssupply)106耦合。線性調(diào)節(jié)器可連接到干線ac電源，但具有低效率和高功耗，導(dǎo)致高散熱。當(dāng)連接到鎮(zhèn)流器時，線性調(diào)節(jié)需要被調(diào)整，以便使led驅(qū)動器電路的輸入功率和輸出功率平衡。

圖2圖示了照明系統(tǒng)200，其中開關(guān)調(diào)節(jié)器202用于控制供應(yīng)給led104的功率。開關(guān)調(diào)節(jié)器具有開關(guān)元件，其用于選擇性地對能量儲存元件進行充電或放電并選擇性地將能量儲存元件與負(fù)載耦合，以調(diào)節(jié)電壓或電流特性并控制供應(yīng)給負(fù)載的功率。各種不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是已知的，包括但不限于降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和單端初級電感器轉(zhuǎn)換器(sepic)。開關(guān)調(diào)節(jié)器202比線性調(diào)節(jié)器更節(jié)能。

開關(guān)調(diào)節(jié)器202與ac干線電源或與在類似頻率下工作的磁鎮(zhèn)流器(magneticballast)一起良好工作。然而，當(dāng)直接連接到電子鎮(zhèn)流器時，開關(guān)調(diào)節(jié)器202可能會導(dǎo)致閃爍、不正確的輸出電壓和電流、不穩(wěn)定且不可靠的操作或甚至導(dǎo)致對電路造成損壞。這是因為開關(guān)調(diào)節(jié)器被設(shè)計用于與ac輸入或磁鎮(zhèn)流器一起工作，這二者都是電壓源。然而，電子鎮(zhèn)流器用作電流源，因此當(dāng)連接到鎮(zhèn)流器時，開關(guān)調(diào)節(jié)器202的輸入能量以及進一步的輸入電壓取決于其輸出部分。如果在輸入功率和輸出功率之間有任何不匹配，則開關(guān)調(diào)節(jié)器202將經(jīng)受輸入電壓不足或輸入電壓過大。

因此，可理解的是，現(xiàn)有的led驅(qū)動器電路被設(shè)計為專門與干線電源一起使用或與電子鎮(zhèn)流器一起使用。如果led驅(qū)動器電路被設(shè)計用于與干線電源一起使用，則它將不與鎮(zhèn)流器正常工作，反之亦然。

這對于燈的互操作性和燈的改造造成了問題。固態(tài)燈通常被設(shè)置在燈泡外殼中，并且包括驅(qū)動器電路和發(fā)光元件。照明系統(tǒng)可包括具有外殼和用于接收燈的插座的照明設(shè)備。通常，鎮(zhèn)流器將被設(shè)置為燈具的一部分，以用于通過由燈泡外殼和照明設(shè)備插座提供的適當(dāng)匹配的電連接器與被插入的燈電連接。

安裝和維護照明裝置的主要關(guān)注點是具有不同類型鎮(zhèn)流器的燈的互操作性。照明設(shè)備可以或可以不具有安裝的鎮(zhèn)流器，并且固態(tài)燈的驅(qū)動器電路可以或可以不與鎮(zhèn)流器兼容。因此，這意味著必須仔細檢查燈和燈具的兼容性。這增加了用戶的不便，并對必須制造、管理和支持多種不同產(chǎn)品以考慮可能的各種組合的制造商帶來了復(fù)雜性。

因此，如果固態(tài)燈驅(qū)動器電路能夠在與作為其輸入的鎮(zhèn)流器或ac電源耦合時工作將是非常有利的。

概述

根據(jù)本公開的第一方面，提供了固態(tài)燈驅(qū)動器電路，包括：開關(guān)調(diào)節(jié)器；輸入檢測器，其被設(shè)置為接收輸入電力供應(yīng)并輸出取決于該輸入電力供應(yīng)的頻率的控制信號；以及控制設(shè)備，其被設(shè)置為接收控制信號，并根據(jù)該控制信號啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器的操作或使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路。

可選地，控制設(shè)備被設(shè)置為如果控制信號指示檢測到第一范圍內(nèi)的頻率，則啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器的操作，并被設(shè)置為如果控制信號指示檢測到第二范圍內(nèi)的頻率，則使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路，其中第一范圍低于第二范圍且不與其重疊。

可選地，如果檢測到第一范圍內(nèi)的頻率，則控制信號包括第一邏輯狀態(tài)，以及如果檢測到第二范圍內(nèi)的頻率，則控制信號包括第二邏輯狀態(tài)。

可選地，第一頻率范圍對應(yīng)于干線電源和/或磁鎮(zhèn)流器的工作范圍，以及第二頻率范圍對應(yīng)于電子鎮(zhèn)流器的工作范圍。

可選地，開關(guān)調(diào)節(jié)器包括降壓轉(zhuǎn)換器。

可選地，當(dāng)短路時，降壓轉(zhuǎn)換器提供dc路徑，并且驅(qū)動器電路用作線性調(diào)節(jié)器。

根據(jù)本公開的第二方面，提供了驅(qū)動固態(tài)燈的方法，包括：接收輸入電力供應(yīng)；以及根據(jù)輸入電力供應(yīng)的頻率，啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器的操作或使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路。

可選地，該方法包括基于輸入電力供應(yīng)的頻率輸出控制信號，以及根據(jù)控制信號啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器的操作或使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路。

可選地，如果檢測到第一范圍內(nèi)的頻率，則控制信號包括第一邏輯狀態(tài)，以及如果檢測到第二范圍內(nèi)的頻率，則控制信號包括第二邏輯狀態(tài)。

可選地，該方法包括：如果輸入電力供應(yīng)的頻率在第一范圍內(nèi)，則啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器的操作；如果輸入電力供應(yīng)的頻率在第二范圍內(nèi)，則使開關(guān)調(diào)節(jié)器的操作短路；其中第一范圍低于第二范圍且不與其重疊。可選地，第一頻率范圍對應(yīng)于干線電源和/或磁鎮(zhèn)流器的工作范圍，以及第二頻率范圍對應(yīng)于電子鎮(zhèn)流器的工作范圍。

可選地，開關(guān)調(diào)節(jié)器包括降壓轉(zhuǎn)換器。

可選地，當(dāng)短路時，降壓轉(zhuǎn)換器提供dc路徑，并且驅(qū)動器電路用作線性調(diào)節(jié)器。

根據(jù)本公開的第三方面，提供了照明系統(tǒng)，包括：一個或更多個固態(tài)燈；以及驅(qū)動器電路，其用于驅(qū)動所述固態(tài)燈中的一個或更多個；所述燈驅(qū)動器電路包括：開關(guān)調(diào)節(jié)器；輸入檢測器，其被設(shè)置為接收輸入電力供應(yīng)并輸出取決于該輸入電力供應(yīng)的頻率的控制信號；以及控制設(shè)備，其被設(shè)置為接收控制信號，并根據(jù)該控制信號啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器的操作或使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路。

第三方面可包含第一方面和第二方面的特征的任何組合。

附圖簡述

現(xiàn)在將參照附圖僅通過示例的方式來對本公開進行描述，在附圖中：

圖1示出了具有包括線性調(diào)節(jié)器的驅(qū)動電路的第一現(xiàn)有的led照明系統(tǒng)；

圖2是具有包括開關(guān)調(diào)節(jié)器的驅(qū)動電路的第二現(xiàn)有的led照明系統(tǒng)；

圖3圖示了根據(jù)本公開的第一實施例的照明電路；

圖4圖示了根據(jù)本公開的方面的照明電路的一部分，其中控制設(shè)備被設(shè)置有兩個開關(guān)元件；

圖5根據(jù)本公開的方面的照明電路的一部分，其中控制設(shè)備被設(shè)置有一個開關(guān)元件；

圖6圖示了供圖4的照明電路使用的第一示例輸入檢測電路；

圖7圖示了供圖5的照明電路使用的第二示例輸入檢測電路；以及

圖8圖示了供圖5的照明電路使用的第三示例輸入檢測電路。

詳細描述

根據(jù)本公開，照明系統(tǒng)包括固態(tài)燈和用于控制輸入到固態(tài)燈的功率的驅(qū)動器電路。驅(qū)動器電路包括開關(guān)調(diào)節(jié)器(例如，降壓轉(zhuǎn)換器)、輸入檢測電路和控制設(shè)備。輸入檢測電路監(jiān)測輸入到驅(qū)動器電路的電力供應(yīng)，并基于檢測到的頻率輸出控制信號。然后，控制設(shè)備按照控制信號行動，以啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器或使其短路。當(dāng)開關(guān)調(diào)節(jié)器短路時，驅(qū)動器電路用作線性調(diào)節(jié)器。當(dāng)驅(qū)動器電路的輸入由干線電源或由磁鎮(zhèn)流器直接提供時，則輸入檢測電路將確定輸入具有相對低的頻率，并且將啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器。然而，當(dāng)驅(qū)動器電路的輸入由電子鎮(zhèn)流器直接提供時，則輸入檢測電路將確定輸入具有相對高的頻率，并且將使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路。因此，包括這樣的驅(qū)動器電路的固態(tài)燈可利用干線電源、磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器中的任意一個操作，并且將相應(yīng)地改變其操作以確保正確的操作。

干線電源的頻率因國家而異，但對于本公開，我們假定頻率介于50和60hz之間。為避免疑問，本公開不排除其他干線電源。

鎮(zhèn)流器用在各種環(huán)境中，以限制和控制通過電氣負(fù)載的電流。鎮(zhèn)流器有兩種主要類型：磁鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器。磁鎮(zhèn)流器包括向提供給電路的電流提供電抗的電感器。它們以與電源頻率同步的頻率工作。電子鎮(zhèn)流器采用固態(tài)電路，并且通?；陂_關(guān)模式的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對輸入功率進行整流并以高頻對其進行斬波。電子鎮(zhèn)流器可通過諸如脈沖寬度調(diào)制的技術(shù)來進行調(diào)光。電子鎮(zhèn)流器通常以幾十千赫(通常為50khz或更高)的頻率向燈供電。雖然在干線電源、磁鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器的特定頻率之間可能會有某些變化，但電子鎮(zhèn)流器的頻率將始終高于干線電源或磁鎮(zhèn)流器的頻率一定數(shù)量級(或更高)。

圖3圖示根據(jù)本公開的第一實施例的照明系統(tǒng)300。驅(qū)動器電路302被設(shè)置在輸入端306和形成驅(qū)動器電路302的負(fù)載的一系列l(wèi)ed燈304之間?？稍O(shè)置任意數(shù)量的發(fā)光元件。二極管d1到d4用于對輸入進行整流，以及二極管d5是阻塞二極管，其阻止電流從負(fù)載流回到輸入端。還設(shè)置了電感器(l)和續(xù)流二極管(d6)。開關(guān)s提供過電壓保護，并且用于選擇性地使輸入端與輸出端解耦。驅(qū)動器電路302包括輸入檢測電路308和控制設(shè)備310。

輸入檢測電路308檢測輸入端306的頻率是低還是高。在優(yōu)選實施例中，低頻被定義為在可由干線電源或磁鎮(zhèn)流器供應(yīng)的頻率范圍中，并且高頻被定義為在可由電子鎮(zhèn)流器供應(yīng)的頻率范圍中。低頻范圍可包括約為100hz的頻率，以及高頻范圍可包括約為10khz的頻率。

控制設(shè)備310工作以控制提供給負(fù)載的功率?？刂圃O(shè)備310可根據(jù)輸入檢測電路308的輸出在不同模式之間切換，在優(yōu)選實施例中，該輸入檢測電路308的輸出可包括代表是檢測到高的輸入頻率還是檢測到低的輸入頻率的高的邏輯信號或低的邏輯信號。在可替代實施例中，有可能提供更為復(fù)雜的輸出，其包括實際檢測的頻率的量化以進行更復(fù)雜的控制。

當(dāng)檢測到輸入端是電子鎮(zhèn)流器時，控制設(shè)備310使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路。在這種情況下，驅(qū)動器電路用作線性調(diào)節(jié)器。當(dāng)檢測到輸入端是干線電源或磁鎮(zhèn)流器時，控制設(shè)備310啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器，使得可使用正常的開關(guān)模式調(diào)節(jié)。

在一方面，控制設(shè)備包括兩個開關(guān)元件，其中一個被激活用于啟動開關(guān)調(diào)節(jié)器，而另一個被激活用于使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路并提供線性調(diào)節(jié)器。圖4中示出了這樣方面的示例實施例。這里，照明電路400包括具有兩個開關(guān)q1和q2的控制設(shè)備。q1用于開關(guān)功能，以及q2用于短路功能。這里未示出輸入檢測電路(并且將在下面進行討論)，但其從ac_檢測(ac_detect)節(jié)點接收輸入，并向q2的柵極提供控制信號g_mos。q1由另一開關(guān)調(diào)節(jié)器控制。

當(dāng)輸入信號由干線電源或磁鎮(zhèn)流器提供時，輸入信號檢測電路向q2的柵極輸出低信號電平。電路以降壓模式工作，其中開關(guān)q1、電感(l)和二極管(d6)形成降壓轉(zhuǎn)換器電路。q1工作在高頻開關(guān)狀態(tài)下，并且q2保持?jǐn)嚅_。當(dāng)輸入信號得自電子鎮(zhèn)流器時，輸入檢測電路輸出高電平信號。q1被控制并保持在斷開狀態(tài)。q2保持接通，并且電阻器r1、電感器l和輸出電容器c用作線性調(diào)節(jié)器。該電路利用了降壓轉(zhuǎn)換器在其短路時可形成dc路徑的事實。

根據(jù)另一方面，控制設(shè)備可包括單一開關(guān)元件，其改變操作狀態(tài)以用作開關(guān)調(diào)節(jié)器的一部分，或保持在一種狀態(tài)中由此使開關(guān)調(diào)節(jié)器短路且驅(qū)動器電路用作線性調(diào)節(jié)器。圖5中示出了這樣方面的示例實施例。這里，照明電路500包括控制設(shè)備，該控制設(shè)備包括開關(guān)元件q1。這里未示出輸入檢測電路(并且將在下面進行討論)，但其從ac_detect節(jié)點接收輸入，并向q1的柵極提供控制信號g_mos。

當(dāng)輸入信號由干線電源或磁鎮(zhèn)流器提供時，輸入檢測電路向g_mos輸出低電平信號。然后，q1的柵極由g_mos控制，該g_mos可以是調(diào)節(jié)的脈寬調(diào)制的信號以操作降壓式電路。當(dāng)輸入信號來自電子鎮(zhèn)流器時，輸入檢測電路輸出高電平信號。q1保持接通，有效地使降壓式電路短路。電阻器r1、電感器l和輸出電容器c用作線性調(diào)節(jié)器。同樣，該電路利用了降壓轉(zhuǎn)換器在其短路時可形成dc路徑的事實。

任何合適的頻率鑒別或檢測電路都可以用于輸入檢測電路308。圖6示出了一個合適的示例，其適用于與圖4或圖5的雙開關(guān)控制設(shè)備一起使用。

這里，阻塞低頻ac信號，但使高頻ac信號通過。輸入源電壓由c3、c4和r5分壓。當(dāng)頻率低時(干線或磁鎮(zhèn)流器)，c4的電壓低于0.7v；當(dāng)頻率高時(電子鎮(zhèn)流器)，c4的電壓約為10v。

當(dāng)輸入信號是ac干線電源或磁鎮(zhèn)流器時，圖6的輸入檢測電路600向端子g_dri輸出低電平信號，如上所述，這啟動了圖4的降壓。當(dāng)輸入信號來自電子鎮(zhèn)流器時，輸入檢測電路600輸出高電平信號，圖4的開關(guān)q2保持接通并處于短路模式中。q1被控制并保持在斷開狀態(tài)。

圖7示出了輸入檢測電路700的另一實施例。這可以與圖4或圖5的電路一起使用。

圖8示出了輸入檢測電路800的另一實施例。這可以與圖4或圖5的電路一起使用。驅(qū)動信號g_dri得自開關(guān)調(diào)節(jié)器集成電路，因此當(dāng)ic的vcc低時，柵極被拉到接地以保護主電路。如果g_dri為高電平，則g_mos為高，但當(dāng)vcc為低時并且如果g_dri為低，則g_mos不受控制。

圖8的電路示出了通過其q1將保持在正常閉合狀態(tài)下同時降壓式控制電路可被禁用(但這不是必要條件)的裝置。

在本公開的范圍，可對上述內(nèi)容進行各種改進和修改。