用于評估led及電源的狀況的技術(shù)的制作方法
【專利摘要】公開了用于評估固態(tài)照明系統(tǒng)的LED和電源的狀況的技術(shù)。該技術(shù)可以被用于例如在開關(guān)模式電源(SMPS)中測量輸出電容器C的電容，以及測量由該電源驅(qū)動的LED的狀況。在有些情況下，這種評估可以在控制照明系統(tǒng)的照明控制器中實現(xiàn)，照明控制器可以被配置為同時地確定C和LED的狀況。在一個示例情況中，該技術(shù)可以例如在操作照明系統(tǒng)的微控制器中實現(xiàn)。實現(xiàn)該技術(shù)的照明系統(tǒng)可以被周期性地評估以便提供實時的診斷能力。按照本公開，SMPSLED照明系統(tǒng)的很多示例實施例將是明顯的。
【專利說明】用于評估LED及電源的狀況的技術(shù) 相關(guān)申請
[0001] 本申請要求于2012年1月20日提交的美國臨時申請No. 61/588,838的優(yōu)先權(quán)， 該申請被通過對其整體進行引用而合并于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本申請涉及照明系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于評估LED及其電源的狀況的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0003] 替代諸如白熾燈或熒光燈的傳統(tǒng)光源，發(fā)光二極管（LED)被日益增加地用于在住 宅和商業(yè)環(huán)境中的照射。與更早的光源不同，LED典型地作為更大的系統(tǒng)（有時被提及為 固態(tài)照明（SSL)系統(tǒng)）的一部分出現(xiàn)。包括在SSL系統(tǒng)中的兩個主要的子系統(tǒng)是LED及其 電源。經(jīng)常使用的電源拓撲是所謂的開關(guān)模式電源（SMPS)。存在許多與這樣的照明系統(tǒng)關(guān) 聯(lián)的并不平凡的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004] 圖la和圖lb示意性地圖解示例固態(tài)照明系統(tǒng)及其相應(yīng)的主要的電氣子系統(tǒng)。
[0005] 圖2是圖解具有相同拓撲、類型和LED數(shù)量的兩種LED的電壓-電流（VI)特性、 并且進一步示出一種LED的次等性能的曲線圖。
[0006] 圖3不意性地圖解表不在給定的SSL系統(tǒng)已關(guān)閉之后緊接著的輸出電各器和LED 的簡化的電氣電路。
[0007] 圖4圖解根據(jù)一個這樣的實施例的示例電路，該示例電路可以用于檢測開關(guān)模式 電源中的關(guān)閉時間。
[0008] 圖5示意性地圖解根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例電路，該示例電路用于收集可以在 評估SSL中使用的數(shù)據(jù)。

【具體實施方式】
[0009] 公開了用于評估固態(tài)照明系統(tǒng)的LED和電源的狀況的技術(shù)。該技術(shù)可以被用于例 如在開關(guān)模式電源（SMPS)中測量輸出電容器C的電容，以及測量由該電源驅(qū)動的LED的狀 況。在有些情況下，這種評估可以在控制照明系統(tǒng)的照明控制器中實現(xiàn)，照明控制器可以被 配置為同時地確定C和LED的狀況。在一個示例情況中，該技術(shù)可以例如在操作照明系統(tǒng)的 微控制器中實現(xiàn)。實現(xiàn)該技術(shù)的照明系統(tǒng)可以被周期性地評估以便提供實時的診斷能力。 按照本公開，SMPSLED照明系統(tǒng)的很多示例實施例將是明顯的。 一般概覽
[0010] 如先前注意到那樣，存在許多與基于照明系統(tǒng)的開關(guān)模式電源（SMPS)關(guān)聯(lián)的并 不平凡的問題。例如，在恰當?shù)卦O(shè)計的SMPS中，對SMPS的機能具有顯著影響的電子部件之 一是在輸出處的電解電容器。該電容器被用作濾波器以減少被供給至LED的電壓和電流中 的變化。圖la和圖lb示出利用SMPS對LED供電并被配置有電容器C作為輸出濾波器的 示例固態(tài)照明（SSL)系統(tǒng)。圖la圖解所謂的反激SMPS拓撲，其可以被配置為用于AC/DC 和DC/DC轉(zhuǎn)換并且運用變壓器T以提供在輸入和任何輸出之間的電流隔離。圖lb圖解所 謂的降壓-升壓（buck-boost)SMPS拓撲，其可以被配置為用于DC/DC轉(zhuǎn)換并且運用電感器 L和開關(guān)ST以提供輸出電壓。在這兩種拓撲中，二極管D可以用于阻止電流流回到源中。 盡管單獨的LED-般被已知為是非常可靠的和長壽命的，但是單個LED并不能夠遞送大量 電力。因此，SSL系統(tǒng)典型地運用大數(shù)量的LED，其中LED是被串聯(lián)連接的LED以形成一個 或更多個所謂的LED串。
[0011] 有關(guān)這樣的SSL系統(tǒng)的問題是如何評估給定系統(tǒng)的狀況和老化。為此目的，諸如 在圖la-b中示出的那些的子系統(tǒng)在正常操作狀況下一般隨著操作時間而改變，或者老化。 更詳細地，電解電容器的電性質(zhì)是其電容C，及其等效的串聯(lián)電阻（ESR)。對于無制造缺陷 的電容器而言，電容C減小而ESR增加（這兩者都作為操作狀況的函數(shù)）。這里特別地相關(guān) 的操作狀況包括芯溫度和紋波電流。在性能上發(fā)生這樣的改變的一個原因是電容器C中的 電解液以由操作狀況影響的速率蒸發(fā)。與老化的無缺陷電容器相比，無制造缺陷的LED的 老化牽涉主要地發(fā)生在它們的有源層和周圍結(jié)構(gòu)中的更復(fù)雜的物理過程。LED效率隨著缺 陷數(shù)量的增加以及因這些缺陷來回移動而下降。這些缺陷例如，通過增加針對所注入的電 子和空穴的非輻射復(fù)合的可能性而減小LED的效率。這兩種過程都是由通過有源層的電氣 電流以及由有源層的操作溫度所創(chuàng)建并被其強烈地影響，而且是不可避免的。圖2是圖解 相同拓撲、類型和LED數(shù)量的兩種LED的電壓-電流（VI)特性的曲線圖，其中一種LED是 健康的而另一種有些退化。表征健康LED的一種方式是閾值電壓VTH，在其以下時正向電流 下降到某個預(yù)定義的閾值電流ITH以下。如可以看到的那樣，芯片2很好地追隨參考并且是 健康的，具有針對約2mA的閾值電流ITH的約29V的閾值電壓VTH。另一方面，芯片1是退化 的，如針對相同ITH的其約為18V的<所證實的那樣，其中< 小于VTH。因此，即使在VTH以 下，退化的芯片1也良好地導(dǎo)電。
[0012] 因此，并且根據(jù)本發(fā)明的實施例，在確定SSL系統(tǒng)的狀況和老化中有用的信息包 括電容C的值，以及對LED的退化的估計。在有些實施例中，LED的退化可以通過下面方法 中的一個來確定：LED芯片的閾值電壓VTH ;LED的VI曲線；作為時間的函數(shù)的電容器放電電 流；或作為時間的函數(shù)的跨LED芯片的電壓。根據(jù)本發(fā)明的實施例，這樣的信息可以被周期 性地收集并用于評估系統(tǒng)健康。因此可以提供實時的診斷，并且可以標記展現(xiàn)出次等性能 的照明系統(tǒng)用于預(yù)防性維護。在有些實施例中，這樣的次等性能的通知可以被自動地生成 并發(fā)送給維護人員。 照明系統(tǒng)診斷
[0013] 圖3示意性地圖解表示在給定的SSL系統(tǒng)已關(guān)閉（諸如當外部電力被關(guān)斷或斷開 連接時的情況）之后緊接著的輸出電容器和LED的簡化的電氣電路。最初，電容器被充電到 某個電壓V。，該電壓V。大于LED的閾值電壓VTH。電容器通過LED以電流放電并且可能 通過其它路徑放電（圖3示出的是一個具有電流的可能的示例路徑）。在這種情況下， 1可以按如下計算 ：

【權(quán)利要求】
1. 一種照明系統(tǒng)，包括： 關(guān)閉檢測電路，被配置為在照明系統(tǒng)的開關(guān)模式電源中檢測關(guān)閉時間，并且響應(yīng)于檢 測到關(guān)閉時間而輸出觸發(fā)信號；以及 控制器，被配置為響應(yīng)于接收到觸發(fā)信號而收集數(shù)據(jù)，然后能夠根據(jù)所述數(shù)據(jù)針對想 要的性能評估照明系統(tǒng)的狀況。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中要被評估的照明系統(tǒng)的狀況有關(guān)于開關(guān)模式電源 的輸出電容器和由該供給供電的發(fā)光二極管中的至少一個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中要被評估的照明系統(tǒng)的一個或更多個狀況有關(guān)于 發(fā)光二極管（LED)，以及LED的退化是由使用LED閾值電壓V TH、LED VI曲線、和/或作為時 間的函數(shù)的跨LED的電壓中的至少一個的控制器確定的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中要被評估的照明系統(tǒng)的一個或更多個狀況有關(guān)于 開關(guān)模式電源的輸出電容器，以及所述輸出電容器的退化是使用作為時間的函數(shù)的所述輸 出電容器的放電電流確定的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成周期性地測量與由開關(guān)模式 電源供電的發(fā)光二極管關(guān)聯(lián)的電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器從電源電路接收其電力，所述電源電 路充當與開關(guān)模式電源的輸出電容器并聯(lián)連接的恒定電流流出，該電流是已知的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中由所述控制器收集的數(shù)據(jù)包括由所述控制器的對 應(yīng)的第一和第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器收集的兩個電壓V 1和V2，其中電壓V1對應(yīng)于跨照明系統(tǒng) 的發(fā)光二極管的電壓并且電壓V 2對應(yīng)于開關(guān)模式電源的輸出電容器放電電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中由所述控制器收集的數(shù)據(jù)允許所述控制器計算通 過照明系統(tǒng)的發(fā)光二極管的電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括：報告模塊，用于當照明系統(tǒng)的性能在規(guī)范 之外時進行指示。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中開關(guān)模式電源包括反激或降壓-升壓拓撲。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中由所述關(guān)閉檢測電路生成的觸發(fā)信號引起所述 控制器開始跟隨開關(guān)模式電源的輸出電容器的放電。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述關(guān)閉檢測電路接收指示開關(guān)模式電源的切 換頻率的信號，并且被配置成對所述信號進行整流和/或高通濾波中的至少一個，并且將 所得到的信號與參考電壓進行比較以識別開關(guān)模式電源的斷開狀態(tài)。
13. -種照明系統(tǒng)，包括： 多個發(fā)光二極管（LED); 開關(guān)模式電源，用于把電力提供給LED,并且包括輸出電容器； 關(guān)閉檢測電路，被配置成在開關(guān)模式電源中檢測關(guān)閉時間，以及響應(yīng)于檢測到關(guān)閉時 間而輸出觸發(fā)信號；以及 控制器，被配置成響應(yīng)于接收到觸發(fā)信號而周期性地收集數(shù)據(jù)，然后能夠根據(jù)所述數(shù) 據(jù)針對想要的性能評估照明系統(tǒng)的狀況； 其中要被評估的照明系統(tǒng)的狀況有關(guān)于開關(guān)模式電源的輸出電容器和LED中的至少 一個。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成使用LED閾值電壓Vth、LED VI曲線、和/或作為時間的函數(shù)的跨LED的電壓中的至少一個來評估LED的退化。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成使用作為時間的函數(shù)的所 述輸出電容器的放電電流來評估所述輸出電容器的退化。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器從電源電路接收其電力，所述電源 電路充當與開關(guān)模式電源的所述輸出電容器并聯(lián)連接的恒定電流流出，該電流是已知的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中由所述控制器收集的數(shù)據(jù)包括由所述控制器的 對應(yīng)的第一和第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器收集的兩個電壓V 1和V2，其中電壓V1對應(yīng)于跨LED的 電壓并且電壓V2對應(yīng)于開關(guān)模式電源的輸出電容器放電電流。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括報告模塊，用于當照明系統(tǒng)的性能在規(guī) 范之外時進行指示。
19. 一種照明系統(tǒng)，包括： 多個發(fā)光二極管（LED); 開關(guān)模式電源，用于把電力提供給LED的并且包括輸出電容器； 關(guān)閉檢測電路，被配置成在開關(guān)模式電源中檢測關(guān)閉時間，以及響應(yīng)于檢測到關(guān)閉時 間而輸出觸發(fā)信號，其中所述關(guān)閉檢測電路接收指示開關(guān)模式電源的切換頻率的信號，并 且對所述信號進行整流和/或高通濾波中的至少一個，并且將所得到的信號與參考電壓進 行比較以識別開關(guān)模式電源的斷開狀態(tài)；以及 控制器，被配置成響應(yīng)于接收到觸發(fā)信號而周期性地收集數(shù)據(jù)，然后能夠根據(jù)所述數(shù) 據(jù)針對想要的性能評估照明系統(tǒng)的狀況，其中由所述控制器收集的數(shù)據(jù)包括由所述控制器 的對應(yīng)的第一和第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器收集的兩個電壓V 1和V2，其中電壓V1對應(yīng)于跨照明 系統(tǒng)的發(fā)光二極管的電壓并且電壓V 2對應(yīng)于開關(guān)模式電源的輸出電容器放電電流； 其中要被評估的照明系統(tǒng)的狀況有關(guān)于開關(guān)模式電源的所述輸出電容器和LED中的 至少一個。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中由使用LED閾值電壓VTH、LED VI曲線、和/或 作為時間的函數(shù)的跨LED的電壓中的至少一個的控制器來確定LED的退化，并且使用作為 時間的函數(shù)的所述輸出電容器的放電電流來確定所述輸出電容器的退化。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制器從電源電路接收其電力，所述電源 電路充當與開關(guān)模式電源的所述輸出電容器并聯(lián)連接的恒定電流流出，該電流是已知的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，進一步包括：報告模塊，用于當照明系統(tǒng)的性能在規(guī) 范之外時進行指示。
【文檔編號】H05B33/08GK104322144SQ201380006122
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月20日
【發(fā)明者】B·西澤格, M·科斯特倫 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司