[发明专利]照明系统的链路路径中的受控功耗

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)和37C.F.R.§1.78要求于2010年11月4日提交的美国临时申请第61/410,168号的权益，将其整体结合于此供参考。本申请根据35U.S.C.§120和37C.F.R.§1.78还要求于2011年11月4日提交的美国专利申请第13/289,967号的权益，将其整体结合于此供参考。

技术领域

本发明总体上涉及电子领域，更具体地，涉及一种用于控制照明系统的链路路径中的能量消耗的方法和系统。

背景技术

切换电力转换器将从电源（诸如电压源）接收的电力转换为适用于负载的电力。从电压源接收的电力被称为“功率输入（POWER IN）”，以及提供给负载的电力被称为“功率输出（POWER OUT）”。所有切换功率转换器例如因非理想组件特性而具有一些固有功率损耗。这些固有功率损耗倾向于最小化以提高切换功率转换器的效率。固有功率损耗在本文中用“P_INH”表示。在某些场景中，提供给切换功率转换器的功率量可超过由切换功率转换器提供给负载的功率量，即，功率输入>功率输出+P_INH。当功率输入大于功率输出+P_INH时，切换功率转换器利用无源电阻器被动消耗多余能量。

包括低功率灯（诸如一个或多个发光二极管（LED））的可调照明系统表示在到切换功率转换器的功率输入可以大于切换功率转换器的功率输出P_INH时的一种情形。在该示例性情形下，切换功率转换器通过基于交流用三极管（“三端双向可控硅开关（triac）”）的调光器接收电流。一旦基于triac的调光器在交流（“AC”）供电电压的周期期间开始导通以防止triac在供电电压的中周期期间不利地、过早地断开，切换功率转换器即抽取被称为“保持电流”的最小电流。只要到切换功率转换器的输入电流大于或等于保持电流，则基于triac的调光器不应过早断开。对于前沿调光器来说，当调光器开始导通并在到达供电电压的过零之前停止导通时会出现过早断开。过早断开可能会导致照明系统出问题，诸如闪烁和不稳定。

因此，为防止基于triac的调光器过早断开，到切换功率转换器的最小功率输入等于到切换功率转换器的保持电流（“i_HOLD”）乘以输入电压“V_IN”。传统的基于triac的调光器被设计为给白炽灯泡供电。对于所需的调光水平，白炽灯泡通常会抽取至少等于用于所有可用调光水平的保持电流的电流。然而，其他灯（诸如LED）在功率相对于光输出方面比白炽灯泡更高效，并因此在利用比白炽灯泡更少的功率的同时提供等效光输出。因此，具有LED的照明系统利用的功率和电流通常比白炽灯泡更少。为在照明系统抽取比照明系统固有消耗和作为功率输出提供给灯的更多的功率输入时使功率平衡，照明系统使用一个或多个无源电阻器来内部消耗多余的功率。

图1示出了包括前沿切相调光器102的照明系统100。图2示出了与照明系统100相关联的理想的示例性电压曲线图200。参照图1和图2，照明系统100从电压源104接收AC供电电压V_IN。用电压波形202表示的供电电压V_IN是例如美国的标称60Hz/110V线路电压，或者是欧洲的标称50Hz/220V线路电压。前沿调光器102对供电电压V_IN的每半个周期的前沿（诸如前沿204和206）进行相位切割。由于供电电压V_IN的每半个周期是输入供电电压V_IN的180度，所以前沿调光器102以大于0度且小于180度的角对供电电压V_IN进行相位切割。通常，前沿调光器102的电压相位切割范围为10度至170度。对供电电压进行“相位切割”处理是指对交流（“AC”）供电电压的每个周期的前沿相位角进行调制。供电电压的“相位切割”通常也被称为“斩波”。对供电电压进行相位切割减少了提供给负载（诸如照明系统）的平均功率，并由此控制提供给负载的能量。