CN110072312B - 一种照明驱动器、照明系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种照明驱动器用于接收来自荧光照明镇流器的交变电流功率供应，并且利用分流设备的闭环控制，以用于选择性地分流功率供应，例如以实现调光控制。闭环控制基于所检测的电流而被调节。这使得镇流器电流的低频分量能够被去除或减小，以便需要较小的输出电容器。

Description

一种照明驱动器、照明系统和控制方法

技术领域

本发明涉及固态照明驱动器，用于连接到荧光镇流器。本发明还涉及照明系统和方法。

背景技术

固态照明(SSL)正在迅速成为许多照明应用中的规范。这是因为诸如发光二极管(LED)的SSL元件可以展示出优越的寿命和能量损耗，并且能够实现可控的光输出颜色、强度、波束展宽和/或照明方向。

管状照明设备被广泛用于诸如用于办公室照明、用于零售环境、走廊内、酒店内等的商业照明应用中。传统管状灯配件在每个端部具有插座连接器，以用于与在管状灯的每个端部处的连接引脚进行机械连接和电连接。传统管状灯为荧光灯管的形式。配备有用于荧光管灯的电子镇流器的灯具存在巨大的安装基座。

目前，管状LED(“TLED”)灯可以被用作传统的荧光灯管的直接替代品。以此方式，可以在没有改变现有灯配件的费用的情况下，获得固态照明的优点。与荧光灯镇流器兼容的TLEDs确实是通过LED照明来替代荧光照明的最直接和最低成本的方法。重新布线(拆除镇流器，将TLED直接连接到AC电源)和更换整个灯具两者都颇为更加的麻烦和昂贵。提供与其中的现有的灯具和镇流器兼容的TLED可以是有利的。电磁(EM)镇流器和电子高频(HF)镇流器两者都被用于荧光照明中。

图1示出了与荧光灯镇流器兼容的TLED的典型框图。

镇流器10包括半桥并联谐振转换器，并且镇流器10驱动电子(高频)镇流器兼容TLED 12。

镇流器10和高频兼容TLED 12在TLED的一个端部处经由连接引脚1和连接引脚2连接，并且在TLED的另一端部处经由连接引脚3和连接引脚4连接。

高频兼容TLED 12通常包括在图1中所描绘的所有构建块。这些构建块是灯丝模拟单元14、引脚安全和启动电路16、匹配电路18、整流器20、LED驱动器22、平滑电容器23和LED串24。LED串24在内部接地25和高电压DC总线26之间延伸。

对于这些构建块中的大部分，图1中所示的实施方式仅仅是示例，并且它们的功能的其它实施方式是可能的并且也被使用。

在图1中未示出半桥镇流器10的设计细节。该类型的镇流器也仅仅是一个示例，并且诸如推挽式转换器的其它实施方式也是可能的并且使用。

在图1中所示的LED驱动器是分流开关驱动器。在该类型的驱动器中，分流开关22执行短路功能，以便实现调光控制。

在分流驱动器设计中，分流开关由控制器集成电路(未示出)控制，以便提供占空比，该占空比提供期望的光输出。在广泛使用的实施方式中，分流开关在时变输入信号的每个阶段被控制。该分流控制信号需要通过时变输入信号(例如，来自电子镇流器的高频信号)的频率来定时，并且出于该目的，检测信号被用于定时控制。该电源检测信号例如是基于检测来自镇流器的电流流动。方便的检测信号是AC信号的时变输入信号的过零。

新的LED驱动器的关键挑战是减小驱动器的尺寸，特别是随着越来越多的功能被添加到驱动器，例如物联网和传感器集成。需要减小驱动器的尺寸，以便为用于这些附加功能的功能块提供空间。

现有驱动器设计的问题是需要大电容器，以针对LED照明将低频纹波电流滤波。

对于一些镇流器(诸如在北美洲的电子镇流器)，镇流器输出不是具有固定峰值幅度的AC信号，而是具有变化的峰值幅度的AC信号。正常峰值幅度AC信号用于荧光灯的正常发光；并且周期性的较高的峰值幅度AC信号用于使荧光灯点燃。变化的频率远高于用于确定分流开关的占空比的控制回路。换句话说，在变化的峰值幅度期间分流开关具有固定的占空比，因此在分流开关之后的输出也是变化的。这需要大输出电容器，以平滑变化的输出。下面参照图6进一步讨论该问题。

发明内容

本发明通过权利要求来限定。

本发明的概念是，当镇流器输出的峰值幅度随着低频(相对于高频AC镇流器输出)而变化时，调节分流驱动器的分流设备的甚至更低频率的闭环控制，使得镇流器电流的低频分量能够被去除或减小。例如，这些低频分量是由镇流器的周期性点燃信号所导致的。分流设备响应于镇流器输出的低频变化的峰值幅度，使得在分流开关之后的输出更加平滑，其中低频分量被减小。通过减小低频分量，需要较小的输出电容器。

根据参照本发明的一个方面的示例，提供了照明驱动器，包括：

驱动器输入，用于接收来自照明镇流器的交变电流功率供应；

分流设备，用于选择性地分流功率供应；

控制器，操作闭环控制，用于操作或不操作分流设备，其中控制器适于在交变电流功率供应的周期的一部分期间操作分流设备，使得电流仅在交变电流功率供应的周期的、分流设备没有被操作时的部分期间被递送到照明负载；

检测器，用于以比闭环控制的频率大的频率来检测从交变电流功率供应所接收的电流；以及

前馈控制电路，用于基于所检测的电流来调节控制器的闭环控制。

该照明驱动器利用闭环分流控制，以提供占空比，该占空比提供期望的光输出。该分流控制信号通过交变电流功率供应(例如，源自电源信号)来定时。这是分流开关的初始反馈控制回路，该控制回路通常应对具有固定峰值幅度的发光AC镇流器输出。闭环旨在使得能够调整亮度水平，例如调光控制，使得这些可以以用户即时感知的方式来实现。闭环控制的响应频率是例如几十Hz的量级(诸如，20Hz)。这不足够快以检测从而补偿较快的电流变化，比如具有200Hz频率的点燃电流。

基于所接收的电流的检测，在比闭环控制频率高的频率下，电流的形状被以比闭环控制阶段更精细的分辨率来检测。通过“在较高频率下的检测”指的是在对应于闭环控制阶段的时间段内的多个时间点检测电流值。检测样本可以以高达50kHz(即，每隔20μs)的频率来获取，使得可以准确地监测在闭环控制阶段内的电流形状。更一般地，电流检测可以以高于1kHz并且通常在30kHz至100kHz的范围内的采样频率来进行。

前馈控制电路被用来修改闭环控制，以考虑点燃电流的这些更快的电流波动，从而将更恒定的电流幅度递送到照明负载，该电流幅度具有由电流波形整形引起的减小的信号频率分量。这是有利的，可以减小跨越照明负载的平滑电容器的尺寸，从而减小驱动器的尺寸和成本。本发明涉及两个水平的占空比控制，一个针对较低速的亮度控制，另一个针对较高速的电流整形。

通过将输出电流重新整形为平坦并且没有低频纹波电流，可以在对光输出没有任何影响的情况下去除高值输出电容器。该电流整形例如可以是使由镇流器点燃周期产生的电流尖峰变平，例如镇流器点燃周期以200Hz的频率重复，因此比闭环控制的响应时间更快。

镇流器优选为用于荧光灯或HID(高强度放电)灯的镇流器。

交变电流功率供应例如具有第一AC持续时间和第二AC持续时间，第一AC持续时间包括具有第一峰值幅度的信号交替，第二AC持续时间包括具有第二峰值幅度的交替，其中所述第一AC持续时间和所述第二AC持续时间交替地出现；并且

所述检测器用于检测第二AC持续时间的发生，并且所述前馈控制电路用于当第二AC持续时间发生时，调节控制器的闭环控制。

第一AC持续时间例如是荧光照明镇流器的发光周期，并且第二AC持续时间例如是荧光照明镇流器的点燃周期。例如，第二AC持续时间以在100Hz至300Hz的范围内的频率(诸如，200Hz，即每5ms)出现。

然后，第二峰值幅度高于第一峰值幅度。在更具体的情况中，第二AC持续时间在第二AC持续时间期间不具有恒定的峰值幅度，即，第二AC持续时间的包络是变化的信号。

例如，由在第二AC持续时间内的尖峰限定的包络信号被整形为从由在第一AC持续时间内的尖峰所限定的包络信号逐渐上升，并且回落到由在第一AC持续时间内的尖峰所限定的包络信号。针对第一AC持续时间的包络信号基本上是平坦的。在北美洲这是荧光镇流器的点燃信号和发光信号的典型特性。

例如，第一AC持续时间的长度大于第二AC持续时间的长度，闭环控制适于确定跨越多个第一AC持续时间的分流设备的第一占空比，并且所述前馈控制电路适于确定在第二AC持续时间中的分流设备的第二占空比，第二占空比不同于第一占空比。

以此方式，存在两级占空比控制，贯穿整个时间，一个时间在前，另一时间段交替。第一占空比由较慢的闭环控制(例如，20Hz)来设置，而占空比的修改是在较高频率下进行的。

例如，前馈控制电路适于在来自荧光照明镇流器的交变电流功率供应的点燃时间段内实现第二占空比，并且控制回路仍然在来自荧光照明镇流器的交变电流功率供应的发光时间段内实现第一占空比。

点燃阶段通常对应于比发光阶段更高的尖峰电流递送。如上所述，点燃频率例如为200Hz左右，并且点燃电流和发光电流例如被形成为由高频电子镇流器(例如，在几十kHz到100kHz)的切换所引起的较高频AC信号的包络信号。

因此，点燃和发光时间段将低频包络分量引入到基础的高频电子镇流器信号。通过使该包络分量平坦，减少了对平滑电容器的要求。

驱动器可以还包括用于确定镇流器的类型的装置，交变电流功率供应被从该镇流器接收，并且前馈控制电路适于基于所确定的镇流器的类型、可选地还基于调光水平来设置第二占空比。

该方法基本上覆盖了较慢闭环控制的占空比控制。它是基于对在点燃时间和发光时间期间的电流的了解，该电流取决于镇流器的类型。确定装置可以是基于镇流器输出信号的幅度和频率的测量而访问的数据库。备选地，它可以是用于从照明系统的安装者接收镇流器类型的输入。

这是开环实施方式，其中在点燃阶段期间向分流开关提供预设占空比，并且该占空比与调光水平有关。例如，给定相同的调光水平，一个镇流器可以具有这样的点燃电流，该点燃电流具有比发光电流的峰值幅度高50％的峰值幅度，并且前馈控制电路可以在点燃持续时间中相对于正常发光持续时间的占空比设置高出66.6％的占空比。在点燃时的峰值幅度变化的情况下，可以使用峰值幅度的平均计算值。

在备选的实施方式中，前馈控制电路例如适于在第二AC持续时间期间更改闭环控制的响应速度。

该方法基本上在点燃持续时间/时间期间给出快响应，并且在发光持续时间/时间期间恢复到慢响应。这具有改变在那些不同时间段中的占空比的效果。如果响应速度增加，那么闭环控制可以快速响应点燃电流以改变占空比。

前馈控制电路可以适于通过设置闭环控制的比例积分微分控制器的参数来更改闭环控制的响应速度。这提供了更改控制回路特性的一种方法。

在另一备选的实施方式中，前馈控制电路可以适于：相对于在第一AC持续时间期间的、在闭环控制中所使用的误差放大器的增益，来更改在第二AC持续时间期间的上述增益。这提供了更改控制回路特性的另一方法。如果增加闭环控制中的增益，则闭环控制将输出针对点燃持续时间的占空比，该占空比相对于针对发光持续时间的占空比有很大差异，具有很大差异的该占空比将在点燃的情况下更快地把输出电流带到期望的值。

照明驱动器还可以包括：

整流器，具有用于接收驱动器输入的整流器输入，并且具有用于驱动照明负载的整流器输出，

其中分流设备或者：

被连接在整流器和照明负载之间，用于选择性地分流整流器输出；或者

与整流器集成，并且用于分流驱动器输入。

因此，功率供应可以在整流器的输入或输出处被分流。由于分流开关与整流器是分离的，所以第一实施方式易于控制，而在第二实施方式中，分流设备可以替代整流器的二极管，并且提高整流器的效率。第二实施方式的复杂性在于需要控制分流开关以实现整流和分流功能。

驱动器可以包括平滑电容器，该平滑电容器与照明负载输出端子并联，其中平滑电容器是具有小于5μF的电容的陶瓷电容器。

由较高速分流控制实现的电流整形意味着可以使用更小的平滑电容器。例如，它可以是3.3μF。

控制电路还可以包括：

调光接口，用于接收调光水平；

并且所述控制器适于根据所述调光水平来实现闭环控制。

因此，分流设备被控制以使用(较慢的)闭环控制来提供期望的调光效果。较快的控制不旨在亮度控制，而是放松平滑的要求。

驱动器输入优选地用于从电子高频荧光照明镇流器接收功率供应。这限定了本发明的该方面的典型应用。镇流器具有高频输出，例如大于10kHz并且通常为几十kHz。

本发明还提供诸如管状LED灯的照明设备，包括：

如上面所限定的照明驱动器；以及

要由所述照明驱动器驱动的LED照明负载。

该方面提供了包括上述驱动器和LED的照明设备。管状LED灯是本发明的该方面的典型应用。

根据本发明的另一方面，提供了控制照明负载的方法，包括：

接收来自照明镇流器的交变电流功率供应；

利用闭环控制来控制分流设备，以用于通过操作分流设备和不操作分流设备来选择性地分流功率供应，从而实现调光控制；

以比闭环控制的频率大的频率来检测从交变电流功率供应所接收的电流；以及

基于所检测的电流来调节控制器的闭环控制。

该方法具有闭环分流控制，以便控制光输出的一般水平。基于以较高的时间分辨率来检测所接收的电流，修改闭环控制以考虑电流波动，从而将更恒定的电流幅度递送到照明负载。因此，跨越照明负载的平滑电容器可以被变小。

该方法可以包括调节闭环控制，以设置分流设备的操作的占空比，使得在来自荧光照明镇流器的交变电流功率供应的点燃时间段内，以及在来自荧光照明镇流器的交变电流功率供应的发光时间段内，存在不同的占空比。

本发明的这些和其它方面将从下文描述的(一个或多个)实施例中显而易见并参照这些实施例加以阐述。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出与荧光镇流器兼容的TLED的典型框图；

图2更详细地示出包括根据本发明的修改的分流驱动器配置；

图3示出检测电路的一个已知示例，以产生在图2的驱动器中所使用的检测信号；

图4示出时序图，以解释在全亮度时图2和图3的电路的已知操作；

图5示出时序图，以解释在变暗的亮度水平时图2和图3的电路的已知操作；

图6示出镇流器输出电流波形的一个示例；

图7示出第一AC持续时间之一的一部分，以示出基础的高频信号；

图8示意性地示出分流开关的预期功能；

图9示出电流检测器的一个示例；

图10示出用于调节分流开关控制的第一方法；

图11示出以实现闭环控制的PID控制器；

图12示出典型的PID控制图；

图13示出调节后的PID控制图；

图14示出具有取决于点燃脉冲的检测的增益的误差放大器；以及

图15示出控制照明负载的方法。

具体实施方式

本发明将参照附图进行描述。

应当理解，详细描述和具体示例在指示装置、系统和方法的示例性实施例时，仅仅旨在处于说明的目的，并且不旨在限制本发明的范围。根据下面的描述、所附的权利要求和附图，将更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其它特征、方面和优点。应当理解，附图仅仅是示意性的，并且未按比例绘制。还应当理解，贯穿附图使用相同的参考标号，以指示相同或相似的部件。

本发明提供一种照明驱动器，用于接收来自照明镇流器的交变电流功率供应，并且利用分流设备的闭环控制，以用于选择性地分流功率供应，例如以实现调光控制。闭环控制基于所检测的电流而被调节。这使得镇流器电流的低频分量能够被去除或减小，以便需要较小的输出电容器。

图2更详细地示出分流驱动器配置。为简单起见，仅示出了镇流器10、整流器20(由二极管桥式二极管DB1至DB4形成)、输出电容器23、LED照明负载24以及分流设备22a和22b，分流设备22a和22b基本上类似于图1的分流设备22。串联电容器28被设置在镇流器10和整流器20之间，并且用作安全部件。

分流设备被实现为两个晶体管22a、22b，一起短路该示例中的整流器输入，而不是如图1中所示的整流器输出。更进一步地，当两个晶体管22a和22b还可以作为整流元件而被控制时，两个晶体管22a和22b可以替代一些二极管。这样的实施方式被称为无桥实施方式。因此，分流设备要么被连接在整流器和照明负载之间(图1)，以用于选择性地分流整流器输出，要么与整流器集成并且用于分流驱动器输入(图2)。

晶体管由分流控制信号G1来控制，分流控制信号G1由控制器电路30提供，控制器电路30可以是集成电路或者分立电路。分流控制信号G1是双状态分流控制信号。控制器30接收来自电流感测电阻器32的反馈信号FB，并且还接收调光指令34，调光指令34例如是从远程控制器无线接收。然后，控制器30操作分流设备晶体管22a、22b，以防止电流到达LED负载，或者控制器30不操作分流设备晶体管，以允许LED负载被驱动，使得能量进入LED负载，LED负载被调节为提供与调光指令34对应的调光效果。

因此，为了实现闭环控制，电阻器32实现反馈回路，以检测进入照明负载的电流，并且根据所述调光水平和所述所检测的电流来控制操作分流设备的持续时间的长度。

照明驱动器包括驱动器输入36，用于接收来自镇流器10的交变电流功率供应。控制器30在交变电流功率供应的周期的一部分期间操作分流设备，使得电流仅在交变电流功率供应的周期的、分流设备没有被操作时的部分期间被递送到LED负载。

驱动器还具有检测器38，用于产生检测信号40，以及用于向控制器30提供检测信号，以操作分流设备。该检测信号40通过AC输入信号的频率来定时，并且被用来实现逐周期的控制，使得分流设备频率追踪镇流器频率。更具体地，根据AC输入(电流)信号的过零来操作分流开关，以实现软开关。

控制器30还具有用于接收调光水平34的调光接口。控制器30根据所述调光水平来控制操作分流设备的持续时间的长度。

在上述范围内，驱动器是已知的。本发明的照明驱动器利用电流传感器90和前馈控制电路92，电流传感器90用于感测从镇流器10所接收的电流。下面进一步描述该电流感测和前馈控制的功能和目的。注意，前馈控制电路92实际上将作为控制器30的一部分而在软件中被实现。为了便于解释，前馈控制电路92被示出为一些分离的部件。

在根据本发明的调节之前，将描述照明驱动器的已知操作。

图3示出检测电路38的一个已知示例，以产生过零检测信号(“ZCD”)形式的检测信号40。电路包括在整流器输入中的一个整流器输入(B1)与接地之间的电阻分压器R1和R2。当负载被连接到镇流器时，在该点处的电压是方波信号，并且电阻分压器产生较低电压形式。

图4示出时序图，以解释在全亮度时图2和图3的电路的操作。

顶部图示出由镇流器递送的电流I_B，第二图示出分流控制信号G1，第三图示出被供应到LED负载的电流I_L，并且底部图示出检测信号ZCD。

由于不需要分流，因此不存在分流控制信号。在所有时间，电流均被供应到负载。ZCD信号与未分流的输入电流同相。ZCD信号具有从零到高值的前缘以及从高值到零的后缘。后缘与过零在同一时间，因此驱动器知道该半周期结束以及下个半周期开始的时序。

图5示出时序图，以解释在变暗的亮度水平时图2和图3的电路的操作。

再次，顶部图示出由镇流器递送的电流I_B，第二图示出分流控制信号G1，第三图示出被供应到LED负载的电流I_L，并且底部图示出检测信号ZCD。

分流控制信号使得电流波形的一部分没有传递到负载。因此，检测信号较短，因为只有在存在负载电流以及因此产生的电压时，检测信号才出现。由检测信号ZCD的后缘触发，驱动器知道该半周期的结束以及下个半周期的开始，并且分流设备将几乎立即再次被操作，尽管附图中示出它们之间的小的时间偏移Δt。

在分流切换期间，镇流器电流通过分流设备。

图6示出镇流器输出电流波形的一个示例。波形以高频电子镇流器的开关频率(诸如几十kHz至100kHz)振荡。图6没有示出高频开关，而是仅仅示出包络信号。它包括平坦区域60和尖峰/脉冲区域62。尖峰/脉冲区域62是点燃持续时间/时间，并且平坦区域60是发光持续时间/时间。

对于下面的讨论，平坦区域60将被称为第一AC持续时间，并且在该第一AC持续时间期间的高频尖峰(其形成所示出的包络信号)具有基本上恒定的第一峰值幅度。对于下面的讨论，尖峰区域62将均被称为第二AC持续时间，并且在该第二AC持续时间期间的高频尖峰(其形成所示出的包络信号)具有第二峰值幅度。第一AC持续时间和第二AC持续时间交替出现。例如，第二AC持续时间62以在100Hz至300Hz的范围内的频率(诸如，200Hz，即每5ms)出现。

然后，第二峰值幅度(即，在第二AC持续时间期间包络信号的最大高度)高于第一峰值幅度(即，在第一AC持续时间期间包络信号的最大高度)。如所示的，在第二AC持续时间62内，第二峰值幅度是可变的。第二峰值幅度从在第一AC持续时间中所限定的包络信号/峰值幅度上升，然后回落到在第一AC持续时间中所限定的包络信号/峰值幅度。这是来自北美洲荧光镇流器的点燃信号的典型特性。

图7示出第一AC持续时间60之一的一部分，以示出基础的高频信号。

对于不具有本创新的改进的已知的驱动器，从宏观的角度看，贯穿第一AC持续时间和第二AC持续时间，分流开关的占空比是恒定的。在由第二AC持续时间62所限定的点燃时间期间，较多的电流进入电容器23，并且电容器23被充电；而在由第一AC持续时间60所限定的发光时间期间，较少的电流进入电容器23，并且电容器23被放电。由于点燃时间在大约200Hz，因此电容器的尺寸需要较大。通常地，在已知电路中使用68μF的电容器。这是大尺寸部件，因此它增大了驱动器的尺寸。电容器还可能会减少驱动器的寿命，因为电容器可能具有少于25000小时的有限的寿命。

本发明利用分流开关功能，以削除尖峰区，从而产生更加平坦的输出电流。

图8示意性地示出分流开关控制的预期的附加功能。区域80被分流开关通过变化分流开关的初始恒定的占空比来斩波。以此方式，低频输出电流分量被去除，并且只有高频输出电流分量保留。以此方式，电容器23可以由小的陶瓷电容器来替代，例如具有低于5μF(例如3.3μF)的电容。这表示98％的尺寸缩减。

为了实现该尺寸缩减，本发明使用检测器90和前馈控制电路92，检测器90用于检测从交变电流功率供应所接收的电流，前馈控制电路92用于基于所检测的电流来调节控制器的闭环控制。这些部件在图2中示出。

第一AC持续时间60通常比第二AC持续时间62长。在已知的闭环控制方法的操作中，确定分流设备的占空比，然后将其应用于多个第一AC持续时间60和第二AC持续时间62。第一AC持续时间的占空比被看作是第一占空比。

根据本发明，前馈控制电路92适于确定不同于第一占空比的分流设备的第二占空比，该第二占空比在第二持续时间62期间被应用。

通过其来进行分流的占空比被增加，以提供图8中所示的斩波功能。

图9示出电流检测器90的一个示例。电流检测器90包括具有两个线圈的变压器94。初级侧线圈与串联输入电容器28串联，并且次级侧线圈连接到全桥整流器96、并联的电容器97以及电阻器98。该电路可以将电流信号转换成电压信号。变压器94例如是电流互感器，以检测镇流器输出电流。

通过示例的方式，通过初级侧线圈的平均电流可以是150mA的量级。50:1的匝数比提供3mA的通过次级线圈的平均电流。电流波形为与初级侧相同的形状，但是幅度相应地减小。

I_初级＝I_次级/N，其中N是匝数比。

然后，通过次级侧线圈的电流通过全桥整流器，以产生DC电流。通过示例的方式，电容器97具有1μF的电容，并且电阻器98具有1kΩ的电阻。

通过电阻器和电容器的电流产生电压信号：

3mA×1kΩ＝3V。

电容器97较小，以仅对高频信号滤波。例如，因为点燃频率(其将被检测到)低于500Hz，超过1kHz的频率被抑制。

当最初开启功率时，分流开关不操作。电容器23首先必须被充电。电流检测电路也被初始化。例如，电流检测电路被连接到微控制器A/D端口。例如，电流的采样(通过测量跨越电阻器98的电压)每20μs发生。通过对电压的2000个值进行采样和平均化，获得在40ms的阶段中电压的平均值。这包括点燃阶段的至少一个周期，从而获得整体平均电流。这将是3V的水平。

然后，第一检测阈值可以被设置，例如被设置为高10％(即，3.3V)，并且第二检测阈值可以被设置，例如被设置为低10％(即，2.7V)。

将每个所采样的电压与两个检测阈值进行比较。当电压具有超过第一阈值的三个连续值时，这被用作点燃时间已经开始的指示。

当电压具有低于第二阈值的三个连续值时，这被用作点燃时间已经过去并且发光时间已经开始的指示。

点燃时间以200Hz发生。

重复点燃周期，以便可以替代灯，然后实现自动发光功能。

当检测到点燃信号时，分流开关占空比被修改。存在各种方式以实现分流开关控制机制。

图10示出第一方法。控制器在点燃期间(I，底部图)提供比在发光期间(B，顶部图)更大的占空比。占空比的改变可以基于镇流器类型来确定，并且可以被预存储在控制器中。镇流器类型例如可以从输出的特征开关频率和幅度或者镇流器输出的其它特性来识别。可以使用在驱动器内预存储的数据库，该数据库在镇流器的AC输出的幅度和频率以及对应的镇流器模型之间映射。镇流器输出特性可以由驱动器制造商通过测试来获得。

还可以预存储针对该镇流器模型的点燃时间的合适的占空比调整。

例如，一个特定镇流器可以具有在发光时间期间诸如165mA的输出电流能力的输出特性。如果所需的输出电流是110mA，则80％的调光水平被设置为对应于20％的占空比的发光时间，如图10的顶部图所示。

例如，在点燃时间期间，输出电流是平均200mA。当检测到点燃时间时，占空比被增加到例如50％，如图10的底部图所示。当点燃时间结束时，占空比返回到20％。所选择的50％的占空比是基于该特定的镇流器类型的测试而确定的。对于不同的调光水平，增加占空比的百分比可以不同。

该方法使得开环控制成为可能，即，在点燃阶段的控制是基于固定/预定的占空比，而不需要感测来自镇流器的实际点燃电流输出。

在更加智能/自适应的实施例中，在点燃阶段的占空比不是固定的，而是以闭环反馈的方式来确定的。

一个实施方式是配置专用的快速响应反馈电路，具有匹配点燃电流频率的响应频率。例如，响应频率是5kHz。如果镇流器输出频率是30kHz，则在点燃电流的六个周期之后，反馈电路调谐占空比，以减小输出电流。

在另一更加经济的实施方式中，现有的闭合控制回路被以较快的响应速度来控制，以使得占空比能够根据所检测的输出电流和期望的电流而被实时地控制。

在发光时间期间维持/恢复较慢的控制回路，因为这转换为增加的控制回路稳定性。

图11示出以实现闭环控制的PID控制器。图11示出PID控制的Kp、Ki和Kd控制参数。控制是基于函数：

ΔU(t)＝Kp*(e(t)-e(t-1))+Ki*e(t)+Kd*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2))

e(t)是PID控制器的输入信号，其基于参考和输出电流之间的差值。计算结果u(t)提供占空比的增量。

为了较快的响应，可以增加Kp，并且可以减小Ki和Kd。这意味着分流开关的占空比将快速改变。相反的措施将使得分流开关的占空比更加缓慢地改变。

因此，通过选择不同的PID参数以调谐占空比，当接近发光时间时，使用缓慢响应的PID参数组，并且当接近点燃时间时，使用快速响应的PID参数组。

通常，针对发光应用的驱动器的转角频率低于50Hz，并且该频率例如可以在20Hz左右，因此响应时间长。特别地，因此闭环响应时间是50ms。该低转角频率被用来获得高相位裕量(诸如，超过45度)，并且这反过来转换为闭合回路的稳定性。

图12示出典型的PID控制图。顶部窗格是作为频率的函数的增益响应，并且底部窗格是作为频率的函数的相位响应。

镇流器的点燃频率是从100Hz至300Hz，因此选择一组合适的Kp、Ki、Kd值，以在该频率范围内产生快速响应，例如将转角频率移动到1kHz。这可以通过改变数字滤波器特性来数字地被实现。

图13示出调节后的PID控制图。再次地，顶部窗格是作为频率的函数的增益响应，并且底部窗格是作为频率的函数的相位响应。

通过提供针对点燃的快速响应以及针对发光的缓慢响应，输出电流尖峰被斩波，并且大电容器可以被消除，同时增加驱动器的寿命。

参照图14简要解释另一方法，图14示出误差放大器140，误差放大器140接收所感测的电流作为输入142。该误差放大器的增益取决于输入信号CS，输入信号CS取决于点燃脉冲的检测。误差放大器140的输出“REF”供应输出级144，输出级144还接收调光控制信号DIM作为输入。

在该布置中，在检测到点燃时，控制回路被切换到非线性操作中。更具体地，在控制回路中的误差放大器140的增益可以显著增加，使得在所检测的输出电流和期望的输出电流之间的差值将被显著放大。该大的误差将在占空比中产生更大的方差，以抵消控制回路的缓慢响应，以及使得控制回路作用以更快地减小输出电流。通过控制误差放大器的增益，消除了静态误差。

图15示出控制照明负载的方法，包括：

在步骤150中，接收来自荧光照明镇流器的交变电流功率供应；

在步骤152中，利用闭环控制来控制分流设备，以用于通过操作分流设备和不操作分流设备来选择性地分流功率供应，从而实现调光控制；

在步骤154中，以比闭环控制的频率大的频率来检测从交变电流功率供应所接收的电流；以及

在步骤156中，基于所检测的电流来调节控制器的闭环控制。

上面已经针对分流控制呈现了一个电路示例。然而，应当理解，可以通过其它电路设计来实现相同的电路功能。上面已经描述了用于改变控制回路特性以使能抑制点燃脉冲的大量选项，但是对于本领域技术人员来说，其它等同的方法将是明显的。

如上面所讨论的，实施例利用控制器30。控制器可以通过软件和/或硬件以若干方式来实现，以执行所需要的各种功能。处理器是控制器的一个示例，其采用一个或多个微处理器，该一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微码)来编程，以执行所需要的功能。然而，控制器可以在采用或者不采用处理器的情况下来实现，并且还可以被实现为用于执行一些功能的专用硬件以及用于执行其它功能的处理器(例如，一个或多个经编程的微处理器和相关电路装置)的组合。

可以在本公开的各种实施例中所采用的控制器部件的示例包括但不限于：传统微处理器、专用集成电路(ASICs)和现场可编程门阵列(FPGAs)。

在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联，该一个或多个存储介质诸如易失性计算机存储器和非易失性计算器存储器(诸如，RAM、PROM、EPROM和EEPROM)。存储介质可以通过一个或多个程序进行编码，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，该一个或多个程序执行所需的功能。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器内，或者可以是便携式的，使得在其上存储在一个或多个程序可以被加载到处理器或者控制器中。

本发明对改进LED照明感兴趣，以应用于现有的荧光镇流器，特别是高频电子镇流器。本发明尤其对具有无线调光控制(以及可选的软关机功能)的驱动器，以及管状LED照明感兴趣。

通过研究附图、本公开和所附权利要求，本领域技术人员在实施所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其它变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中列举了某些措施的纯粹的事实不指示这些措施的组合不能用于有利。权利要求中的任何参考标记不应解释为限制范围。

Claims (17)

1.一种照明驱动器，包括：

驱动器输入(36)，用于接收来自照明镇流器的交变电流功率供应；

分流设备(22a、22b)，用于选择性地分流所述功率供应；

控制器(30)，操作闭环控制，用于操作或不操作所述分流设备，其中所述控制器适于在所述交变电流功率供应的周期的一部分期间操作所述分流设备，使得电流仅在所述交变电流功率供应的周期的、所述分流设备没有被操作时的部分期间被递送到照明负载；

检测器(90)，用于以比所述闭环控制的频率大的频率来检测从所述交变电流功率供应所接收的所述电流；以及

前馈控制电路(92)，用于基于所检测的所述电流来调节所述控制器的所述闭环控制。

2.根据权利要求1所述的照明驱动器，其中所述照明镇流器是荧光灯镇流器或HID灯镇流器，并且其中所述交变电流功率供应具有第一AC持续时间(60)和第二AC持续时间(62)，所述第一AC持续时间(60)包括具有第一峰值幅度的信号交替，所述第二AC持续时间(62)包括具有第二峰值幅度的交替，其中所述第一AC持续时间和所述第二AC持续时间交替地出现；并且

所述检测器用于检测所述第二AC持续时间的发生，并且所述前馈控制电路用于当所述第二AC持续时间发生时，调节所述控制器的所述闭环控制。

3.根据权利要求2所述的照明驱动器，其中所述第二峰值幅度高于所述第一峰值幅度。

4.根据权利要求3所述的照明驱动器，其中所述第一AC持续时间(60)的长度大于所述第二AC持续时间(62)的长度，所述闭环控制适于确定跨越多个所述第一AC持续时间的所述分流设备的第一占空比，并且所述前馈控制电路适于确定在所述第二AC持续时间中的所述分流设备的第二占空比，所述第二占空比不同于所述第一占空比。

5.根据权利要求4所述的照明驱动器，其中所述前馈控制电路(92)适于在来自所述荧光照明镇流器的所述交变电流功率供应的点燃时间段(62)内实现所述第二占空比，并且在来自所述荧光照明镇流器的所述交变电流功率供应的发光时间段(60)内实现所述第一占空比。

6.根据权利要求4所述的照明驱动器，还包括用于确定镇流器的类型的装置，所述交变电流功率供应从所述镇流器被接收，并且所述前馈控制电路适于基于所确定的镇流器的类型来设置所述第二占空比。

7.根据权利要求4所述的照明驱动器，其中所述前馈控制电路适于在所述第二AC持续时间(62)期间更改所述闭环控制的响应速度。

8.根据权利要求7所述的照明驱动器，其中所述前馈控制电路适于通过设置所述闭环控制的比例积分微分控制器(110)的参数来更改所述闭环控制的所述响应速度。

9.根据权利要求4所述的照明驱动器，其中所述前馈控制电路适于：相对于在所述第一AC持续时间期间的、在所述闭环控制中所使用的误差放大器(140)的增益，来更改在所述第二AC持续时间期间的所述增益。

10.根据权利要求1所述的照明驱动器，还包括：

整流器(20)，具有用于接收所述驱动器输入的整流器输入，并且具有用于驱动所述照明负载的整流器输出，

其中所述分流设备：

被连接在所述整流器和所述照明负载之间，用于选择性地分流所述整流器输出；或者

与所述整流器集成，并且用于分流所述驱动器输入。

11.根据权利要求1所述的照明驱动器，包括平滑电容器(23)，所述平滑电容器(23)与照明负载输出端子并联，其中所述平滑电容器是具有小于5μF的电容的陶瓷电容器。

12.根据权利要求1所述的照明驱动器，其中所述控制电路还包括：

调光接口，用于接收调光水平(34)；

并且所述控制器(30)适于根据所述调光水平来实现所述闭环控制。

13.根据权利要求6所述的照明驱动器，所述前馈控制电路适于还基于调光水平来设置所述第二占空比。

14.一种照明设备，包括：

根据权利要求1所述的照明驱动器；以及

要由所述照明驱动器驱动的LED照明负载(24)。

15.根据权利要求14所述的照明设备，其中所述照明设备是管状LED灯。

16.一种控制照明负载的方法，包括：

(150)接收来自照明镇流器的交变电流功率供应；

(152)利用闭环控制来控制分流设备，以用于通过操作所述分流设备和不操作所述分流设备来选择性地分流所述功率供应，从而实现调光控制；

(154)以比所述闭环控制的频率大的频率来检测从所述交变电流功率供应所接收的电流；以及

(156)基于所检测的所述电流来调节所述闭环控制。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述照明镇流器包括荧光照明镇流器，所述方法包括调节所述闭环控制，以设置所述分流设备的操作的占空比，使得在来自所述荧光照明镇流器的所述交变电流功率供应的点燃时间段内，以及在来自所述荧光照明镇流器的所述交变电流功率供应的发光时间段内，存在不同的占空比。

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