CN103270681A - 利用多个受控功率耗散电路在照明系统中的热管理 - Google Patents

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Abstract

一种照明系统包括控制器，所述控制器配置为通过利用多个功率耗散电路分配照明系统中的过剩能量来对照明系统进行热管理。在至少一个实施方式中，所述照明系统是切相兼容可调光照明系统，具有选自由至少一个发光二极管及至少一个紧凑型荧光灯组成的组中的一个或多个光源。在至少一个实施方式中，所述控制器配置为根据热管理策略控制多个功率耗散电路以便消耗切相兼容可调光照明系统中的多余能量。特定热管理策略是设计选择的问题。功率分配电路包括受控开关路径功率耗散电路、受控连接路径功率耗散电路及受控回扫路径功率耗散电路中的两个或更多的电路。

Description

利用多个受控功率耗散电路在照明系统中的热管理
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日提交的申请号为61/410,168的美国临时申请的利益，该临时申请通过引用全部并入本文。本申请根据35U.S.C.§120和37C.F.R.§1.78要求于2011年11月4日提交的申请号为13/290,003的美国申请的利益，该申请通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明总体涉及电子学领域，更具体地涉及在照明系统中利用多个受控功率耗散电路提供热管理的方法及系统。
背景技术
节能技术的开发及利用对包括许多公司及国家的多需实体来说仍然受到高度关注。感兴趣的一个领域是用更节能的灯比如基于电子光源的灯来替代白炽灯。对于本说明书，电子光源是发光二极管（LED）或紧凑型荧光灯（CFL）。如随后结合图4的描述，电子光源每流明的光输出所用的能量明显少于白炽灯。换句话说，对于给定量的能量，LED和CFL都比白炽灯更亮。
开发基于电子光源的灯有不少挑战。一个挑战是开发与现有基础设施兼容的基于电子光源的灯。另一个挑战是在基于电子光源的灯中散热。以下讨论侧重于基于LED的照明系统，但也适用于基于CFL的照明系统及基于LED及CFL组合的照明系统。
图1示出了至少与现有基础设施具有兼容性的示例性的基于LED的灯100。灯100包括设计为与现有白炽灯座兼容的螺纹体102。在其他实施方式中，灯100仅仅具有2线或3线连接器（未示出）。灯100从电压源104接收功率。电压源104提供输入电源电压VIN，该电源电压例如是美国标称60Hz/110V的线路电压，或欧洲标称的50Hz/220V线路电压。调光器102对输入电源电压VIN的进行相位切割以生成切相输入电压（phase cut input voltage）VФ_IN。白炽灯直接根据切相输入电压VФ_IN进行操作。然而，LED108根据大致恒定的输出电压VLD进行操作并吸取（draw，消耗）大致恒定的电流iLED以达到指定亮度。
灯100包括功率变换电路110，该功率变换电路110用于将切相输入电压VФ_IN及调光器输入电流iDIM转换为LED108所使用的输出电压VLD及输出电流iLED。功率变换电路110包括接口112，用于对切相输入电压VФ_IN进行整流处理并提供电磁干扰（EMI）保护。升压型开关功率变换器114将切相输入电压VФ_IN转换为调节后的大致恒定的连接电压（linkvoltage）VLINK。变压器电流116将连接电压VLINK转换为输出电压VLD。功率变换电路110还包括用于控制开关功率变换器114及变压器电路116进行的功率变换的控制器118。透镜120包围LED108以便进行保护和光扩散。
LED108发热，并且热量会劣化并缩短LED108的使用寿命。为了帮助管理LED108产生的热量，灯100包括围绕LED108并提供传导冷却的散热器122。
功率变换电路110在操作过程中也发热。灯100的许多组件变成静态热源。另外，在某些情况下，如随后更详细的讨论，至灯100的功率输入大于LED108的功率输出需求加上任何固有功率损耗。开关功率变换器（switching power converter）将从电源（比如电压源）接收的功率转换为适用于负载的功率。从电压源104接收的功率被称为“功率输入（POWERIN）”，提供给LED108的功率被称为“功率输出（POWER OUT）”。所有开关功率变换器因非理想组件特性而存在一些固有功率损耗。此等固有功率损耗倾向于最小化以便提高开关功率变换器的效率。固有功率损耗在本文中用“PINH”表示。在某些场景中，提供给开关功率变换器的功率的量可以超过由开关功率变换器提供给负载的功率的量，即，功率输入>功率输出+PINH。当功率输入大于功率输出+PINH时，升压开关功率变换器114利用无源功率耗散电阻器126被动地耗散过剩能量。
包括低功率灯（比如一个或多个发光二极管（LED））的可调光照明系统代表当至开关功率变换器的功率输入可以大于开关功率变换器的功率输出PINH时的一种情形。在该示例性情形下，开关功率变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的调光器开始在交流（“AC”）电源电压的周期导通以防止triac在电源电压的周期中间（mid-cycle）不利地、过早地断开，开关功率变换器吸取被称为“保持电流”的最小电流。只要至开关功率变换器的输入电流大于或等于保持电流，基于triac的调光器不应过早断开。对于前沿调光器（leading edge dimmer）来说，当调光器开始导通并在到达电源电压的零交叉（zero crossing）之前停止导通时出现过早断开。过早断开可能会导致照明系统出问题，比如闪烁、不稳定。
因此，为了防止基于triac的调光器过早断开，至开关功率变换器的最小功率输入等于至开关功率变换器的保持电流（“iHOLD”）乘以输入电压“VIN”。传统的基于triac的调光器设计为给白炽灯泡供电。对于所需的调光水平，白炽灯泡通常会消耗至少等于所有可用调光水平的保持电流的电流。然而，其他灯，比如LED就功率与光输出而言比白炽灯泡更有效，并因此提供等量光输出，同时利用比白炽灯泡小的功率。因此，具有LED的照明系统利用的功率及电流通常比白炽灯泡少。为了在照明系统吸取的功率输入比照明系统固有耗散多并且作为功率输出提供给灯时平衡功率，照明系统使用一个或多个无源电阻器来内部耗散过剩功率。
因此，除了在正常操作过程中由灯100产生的热量之外，灯100还耗散由功率输入与功率输出+PINH之差表示的热量形式的过剩能量。功率变换电路110包括用于以热形式耗散过剩能量的功率耗散电阻器126。功率变换电路110通常由稳定材料124比如灌注胶124包围，以便提供结构支持。然而，灌注胶往往会使功率变换电路110热绝缘。因此，由包括功率耗散电阻器126的功率变换电路110耗散的能量往往会保持静态集中。
图2、图3、图4更详细地描述了照明系统中的功率变换电路。图2描述了包括前沿切相调光器202的照明系统200。图3示出了与照明系统200相关联的理想的示例性电压曲线图300。参照图2及图3，照明系统200从电压源104接收AC电源电压VIN。前沿调光器102相位切割电源电压VIN的各个半个周期的前沿，比如前沿304及306。由于电源电压VIN的各个半个周期是输入电源电压VIN的180度，因此前沿调光器202以大于0度小于180度的角度相位切割电源电压VIN。通常情况下，前沿调光器202的电压相位切割范围为20～170度。对电源电压进行“相位切割”处理是指对交流（“AC”）电源电压的每个周期的前沿相位角进行调制。电源电压的“相位切割”通常也称为“斩波”。对电源电压进行相位切割减少了提供给负载比如照明系统的平均功率，由此控制提供给负载的能量。
至照明系统200的输入信号电压VФ_IN表示调光水平，调光水平使照明系统200调整输送至灯222的功率，并因此根据调光水平增加或降低灯222的亮度。存在许多不同类型的调光器。一般情况下，调光器使用指示所需调光水平的数字或模拟编码调光信号。例如，基于triac的调光器202对AC输入电源电压VIN的前沿进行相位切割。前沿调光器202可以是可从美国宾夕法尼亚州Coopersberg的Lutron Electronics,Inc.（“Lutron”）购买的任意类型的前沿调光器比如基于triac的前沿调光器。在2010年8月17日提交的申请号为12/858,164、题目为“Dimmer Output Emulation”、发明人为John L.Melanson的美国专利申请的背景部分中描述了基于triac的前沿调光器。
切相调光器（phase cut dimmer）202将如切相调光器202修改的输入电压VФ_IN提供给全桥二极管整流器206。全桥整流器206将AC整流电压VФR_IN提供给开关功率变换器208。电容器220对来自整流电压VФR_IN的高频分量进行滤波处理。为了控制开关功率变换器208的操作，控制器220生成用于控制场效应晶体管（FET）开关212的导电性的控制信号CS0。控制信号CS0是脉冲宽度调制信号。控制信号CS0波形214表示示例性控制信号CS0。控制器220生成具有如波形114所示的两个状态的控制信号CS0。控制信号CS0的各个脉冲接通开关212（即导通），表示使开关212有效操作并利用开关212最小化功率耗散的第一状态。在控制信号CS0的各个脉冲期间，电感器电流iL增加，如示例性电感器电流波形215中所示，以便在充电阶段TC给电感器216充电。二极管218防止电流从连接电容器220流入开关212。当控制信号CS0的脉冲结束时，控制信号CS0处于第二状态，并且电感器216使电压极性反向（通常称为“回扫（flyback）”）。电感器电流iL在回扫阶段TFB减少，如电感器电流波形215中所示。电感器电流iL使连接电容器220上的连接电压通过二极管218升高。回扫阶段TFB什么时候结束以及下一个充电阶段TC什么时候开始取决于开关功率变换器的操作模式。在间断导电模式（DCM）下，在下一个充电阶段TC开始之前，回扫阶段TFB结束。然而，不管开关功率变换器208是在间断导电模式、连续导通模式或临界导电模式下操作，充电阶段TC一结束，回扫阶段TFB就开始。
开关功率变换器208是升压型变换器，因此连接电压VLINK大于整流输入电压VФR_IN。控制器220感测节点224处的整流输入电压VФR_IN并感测节点226处的连接电压VLINK。控制器220对开关功率变换器208进行操作以便保持灯222的大致恒定的连接电压VLINK，提供功率因数校正，并使连接电流ILINK与整流输入电压VФR_IN的切相角（phase cut angle）相关联。灯222包括一个或多个LED或CFL。
图3示出了示例性光输出/功率曲线图800，其将示例性白炽灯及示例性发光二极管（LED）的每瓦特功率的光输出进行比较。每瓦特功率，LED提供的光输出比白炽灯泡多。与白炽灯泡用操作电流相比，LED的低功率使用与相对低的操作电流相关。由于LED的光输出与功率大致成线性关系，并且LED以大致恒定的电压操作，LED用操作电流随光输出及功率减少而大致线性地减少。
参照图2、图3及图4，为了减少灯222的光输出，切相调光器202使整流输入电压VФR_IN的切相角增加，即时间TOFF增加，时间TON减少。控制器220通过减少提供给灯222的电流iLINK（这减少了灯222的光输出）对增加的切相角作出响应。
开关功率变换器208包括功率耗散电阻器228，使得调光器电流iDIM不低于保持电流值并在整流输入电压VФR_IN的周期内不会过早断开。提供给开关功率变换器208的“功率输入”等于VФ_IN·iDIM。由开关功率变换器208提供的“功率输出”等于VLINK·iLINK。由于基于LED的灯222的功率需求相对较低，特别处于低光输出水平，如果功率输入等于功率输出+PINH，则调光器电流iDIM可能下降低于保持电流值并使切相调光器202过早断开。在这种情况下，为了防止调光器电流iDIM下降低于保持电流值，控制器220使开关功率变换器208将调光器电流iDIM保持在保持电流值以上，从而使功率输入大于功率输出+PINH。由于功率输入大于功率输出+PINH，因此开关功率变换器208通过功率耗散电阻器228耗散多余功率。
由于组件的非理想性，开关功率变换器208包括固有功率损耗。固有功率损耗包括导体电阻及开关212的开关损耗。然而，电路通常设计为最小化固有功率损耗，这些固有功率损耗通常可以忽略不计，因此不足以耗散足够的功率补偿功率输入与一定功率输出水平下的功率输出+PINH之间的差。为了提高开关功率变换器的功率损耗使得调光器电流iDIM甚至在灯222的较低功率需求的情况下也保持在保持电流值以上，开关功率变换器208包括电阻器228，用于在开关212传导电感器电流iL时产生被动功率损耗。对于可忽略不计的固有功率损耗，电阻器228的电阻值经选择使得当开关功率变换器正在提供最新连接电流iLINK时，功率输入=功率输出+PINH+无源功率耗散（PASSIVE POWER DISSIPATE）。
电阻器228相对便宜，作为开关功率变换器208的一部分实现。然而，当连接电流iLINK足够高使得功率输入等于功率输出+PINH时，能够将调光器输入电流iDIM维持在保持电流值之上，而不用通过电阻器228耗散功率。然而，由于开关208导通时调光器输入电流iDIM总是流过电阻器228，因此无论功率输入是否等于功率输出+PINH，电阻器228仍然被动地耗散功率，这降低了照明系统200的效率。
发明内容
在本发明的一个实施方式中，一种装置包括控制器，该控制器配置为根据热管理策略控制多个功率耗散电路以便耗散切相兼容可调光照明系统中的过剩能量，所述切相兼容可调光照明系统具有选自由至少一个发光二极管及至少一个紧凑型荧光灯组成的组中的一个或多个光源。
在本发明的另一个实施方式中，一种方法包括根据热管理策略控制多个功率耗散电路以便耗散切相兼容可调光照明系统中的过剩能量，所述切相兼容可调光照明系统具有选自由至少一个发光二极管及至少一个紧凑型荧光灯组成的组中的一个或多个光源。
在本发明的又一个实施方式中，一种装置包括构件，该构件用于根据热管理策略控制多个功率耗散电路以便耗散切相兼容可调光照明系统中的过剩能量，所述切相兼容可调光照明系统具有选自由至少一个发光二极管及至少一个紧凑型荧光灯组成的组中的一个或多个光源。
附图说明
通过参照附图能够更好地理解本发明并使本发明的众多目的、特征和优点对本领域技术人员显而易见。在整个这几幅图中，所用的相同参考标号表示相同的或相似的元件。
图1（标有现有技术）示出了具有基于LED的灯的照明系统。
图2（标有现有技术）示出了包括前沿调光器的照明系统。
图3（标有现有技术）示出了与图2的照明系统相关联的示例性电压曲线图。
图4（标有现有技术）示出了示例性白炽灯泡和发光二极管的功率与光输出。
图5示出了包括配置为对照明系统进行热管理的控制器502的照明系统。
图6示出了表示图5的照明系统的一个实施方式的照明系统。
图7示出了表示图5的照明系统的一个实施方式的照明系统。
图8示出了包括至少一个或多个功率耗散电路的照明系统。
图9示出了包括开关路径功率耗散电路的照明系统。
图10示出了图9的开关路径功率耗散电路的实施方式。
图11及图12示出了图10的开关功率耗散电路的示例性操作过程中存在的示例性波形。
图13示出了图9的开关路径功率耗散电路的另一实施方式。
图14示出了包括回扫路径功率耗散电路的照明系统。
图15及图16分别示出了图14的回扫路径功率耗散电路的实施方式。
图17及图18示出了图15及图17的回扫路径功率耗散电路的示例性操作过程中存在的示例性波形。
图19示出了图14的回扫路径功率耗散电路的另一实施方式。
图20示出了包括连接路径功率耗散电路的照明系统。
图21及图22示出了图20的连接路径功率耗散电路的各个示例性实施方式。
图23示出了示例性功率耗散阶段穿插时间轴。
图24示出了示例性功率耗散混杂及穿插时间轴（intermixing andinterspersing timeline）。
具体实施方式
照明系统包括控制器，配置为通过利用多个功率耗散电路在照明系统中分配（distribute）过剩能量来对照明系统进行热管理。在至少一个实施方式中，所述照明系统是切相兼容可调光照明系统（phase cut compatible,dimmable lighting system），具有选自由至少一个发光二极管及至少一个紧凑型荧光灯组成的组的一个或多个光源。因此，在至少某些实施方式中，照明系统是基于LED的照明系统、基于CFL的照明系统和/或基于LED及CFL组合的照明系统。在至少一个实施方式中，所述控制器配置为根据热管理策略控制多个功率耗散电路以便耗散照明系统中的过剩能量。在至少一个实施方式中，所述控制器还配置为控制照明系统的开关功率变换器。要耗散的过剩能量包括由开关功率变换器接收的能量，该能量大于要提供给与所述开关功率变换器耦接的负载的能量的量。
功率耗散电路被实体设置在照明系统中的多个位置，以便功率可以在照明系统的不同物理位置被耗散。在至少一个实施方式中，功率耗散电路设置在基于LED的灯的外壳内。特定热管理策略是设计选择的问题。在至少一个实施方式中，热管理策略以在功率耗散电路之间大致均匀分配过剩能量产生的热量的方式分配过剩能量。在至少一个实施方式中，控制器根据热管理策略动态管理功率耗散电路之间的功率耗散。在至少一个实施方式中，控制器将更多功率耗散分配给不太活跃的功率分配电路，原因是不太活跃的电路的固有发热较少，因此更能忍耐过剩能量产生的热量。
功率耗散电路的特定类型、操作及物理位置是设计选择的问题。在至少一个实施方式中，功率耗散电路包括以下功率耗散电路中的至少两个并且可以包括其中的全部：受控开关路径功率耗散电路、受控连接路径（controlled link path）功率耗散电路、受控回扫路径功率耗散电路。
图5示出了照明系统500。照明系统500包括配置为对照明系统500进行热管理的控制器502。当功率输入大于功率变换电路504的功率输出加上任何固有功率损耗（通常称为寄生损耗）时，控制器502通过N个功率耗散电路506.1～506.N分配照明系统500中的过剩能量，其中N是大于1的整数。功率耗散电路506的数量及物理布置是设计选择的问题。控制器502通过生成功率耗散控制信号CPD1，CPD2，CPD3，……，CPDN来分配过剩能量以便分别控制功率耗散电路506.1，506.2，506.3，……，506.N的功率耗散。功率变换电路504可以包括任意类型的功率变换器技术，比如升压型、降压型、升降压型或Cúk型开关功率变换器。
控制器502包括热管理策略模块503，其使控制器根据热管理策略控制多个功率耗散电路506.1～506.N，以便耗散照明系统中的过剩能量。在功率耗散电路506.1～506.N之间分配过剩能量的特定热管理策略是设计选择的问题。
在至少一个实施方式中，热管理策略使控制器502在功率变换电路500的各区域或存在功率耗散电路的照明系统500的其他位置分配功率耗散，所述其他位置更冷，低于工作温度极限，能极好地忍耐额外功率耗散的，和/或将有助于冷却负载（电子灯）505。照明系统的其他区域例如包括位于功率变换电路504外侧的可选功率耗散电阻元件511。
在至少一个实施方式中，将热管理策略预设到控制器502中。热管理策略的预设方式是设计选择的问题。在至少一个实施方式中，一个或多个热管理策略被作为软件、硬件或硬件和软件的组合硬编码到控制器502中。在至少一个实施方式中，将热管理策略加载到控制器502中作为数据。在至少一个实施方式中，控制器502包括一个或多个端子，这些端子接收一次或多次可编程位作为实现热管理策略和/或将特定预存热管理策略激活到控制器502中的热管理策略数据。
例如，在至少一个实施方式中，热管理模块503包括存储器，用于存储控制器502用来对照明系统500进行热管理的热管理策略数据。在至少一个实施方式中，热管理策略数据包括由可选处理器执行以执行热管理策略的代码。在至少一个实施方式中，热管理策略模块503利用热管理策略进行预编程，并且热管理策略数据配置热管理策略模块503。例如，在至少一个实施方式中，热管理策略模块503包括多个类型的光源及灯型中的每一个的热管理策略。灯型不同之处可在于灯中的光源的类型、功率变换电路504的类型、功率耗散电路506.1～506.N的数量及功能、及组件的物理位置。在至少一个实施方式中，热管理策略数据识别特定的灯型并配置热管理策略模块503，以使控制器的热管理被定制用于特定的灯型。
在至少一个实施方式中，热管理策略是动态的并对特定事件做出反应，特定事件例如为指示可在什么时候以及，在至少一个实施方式中，在哪里分配功率耗散的实时运行参数数据或实际热数据等。例如，切相输入电压VФ_IN的大切相角使提供给功率变换电路504的能量的量减少。在至少一个实施方式中，因为提供给功率变换电路504的能量的量减少，功率变换电路504的升压开关很少使用，由此产生的固有热就小。相应地，控制器502可以按比例将更多功率耗散分配给功率耗散电路，比如随后描述的包括升压开关的受控开关路径功率耗散电路。在至少一个实施方式中，因为负载的功率需求减少，控制器502可以将更多功率耗散分配给随后描述的受控连接路径功率耗散电路和/或受控回扫路径功率耗散电路。
另外，在至少一个实施方式中，功率变换电路504包括向控制器502提供温度数据的热传感器508～511。在至少一个实施方式中，控制器502将功率耗散分配给最接近照明系统500的冷却区域的功率耗散电路506.1～506.N。在至少一个实施方式中，除了通过功率分配向多个功率耗散电路506.1～506.N而提供热管理之外，控制器502还执行其他控制功能，比如控制功率变换器504的功率变换。
另外，在至少一个实施方式中，热管理策略通过在一组或多组功率耗散电路506.1～506.N之间轮流功率耗散或控制在N个功率耗散电路506.1～506.N中的两个或更多之间的任意其他排序策略而在多个功率耗散电路506.1～506.N之间分配功率耗散。
图6示出了照明系统600，其代表照明系统500的一个实施方式。功率变换电路504及控制器502设置在灯602的外壳102中并配置为将输入电源电压VIN转换器为输出电压VLD，供电子光源604使用。电子光源604包括一个或多个LED、一个或多个CFL或一个或多个LED及一个或多个CFL的组合。控制器502根据之前描述的热管理策略来管理功率耗散电路506.1～506.N的功率耗散。
图7示出了包括控制器702的照明系统700，该控制器702用于对照明系统700进行热管理。照明系统700代表照明系统500的一个实施方式，并且控制器702代表控制器502的一个实施方式。控制器702包括用于存储热管理策略数据706的存储器704。控制器702的热管理策略模块705使用热管理策略数据706来使控制器702管理功率变换电路714的功率耗散电路708、710、712之间的功率耗散分配。在至少一个实施方式中，热管理策略数据706向控制器702提供信息以指示控制器702管理功率耗散电路708、710和712之间的功率耗散分配，如结合控制器502所述。
功率耗散电路708、710和712是受控开关路径功率耗散电路708、受控连接路径功率耗散电路710及受控回扫路径功率耗散电路712。随后描述功率耗散电路708、710和712的示例性实现及操作说明。在至少一个实施方式中，控制器702以与控制器502相同的方式管理功率耗散电路708、710和712的功率耗散。控制器702还控制通过功率变换电路716进行的LED715的切相输入电压VФ_IN及输出电压VLD的转换。
参照图5，在至少一个实施方式中，控制器502管理照明系统中的过剩能量耗散以便防止切相调光器过早断开。在至少一个实施方式中，控制器502通过生成一个或多个信号来主动控制功率耗散以主动且选择性地控制照明系统中的功率耗散。通过主动且选择性地控制照明系统500中的功率耗散，控制器502在进入照明系统500的功率应大于来自照明系统的灯的功率时有意地管理功率。然而，当“功率输入”可以等于“功率输出”加上任何固有功率损耗，而不导致切相调光器102过早断开时，控制器502通过减少或消除照明系统500中的有意的功率耗散来使照明系统500更有效地操作。
为了控制过剩能量的耗散，控制器502根据热管理策略在一个或多个受控功率耗散阶段（controlled power dissipation phase）对一个或多个功率耗散电路进行控制。在至少一个实施方式中，控制器502产生一个或多个混杂和/或穿插功率耗散阶段，其具有一个或多个开关功率变换器充电和/或回扫阶段。“混杂（的）”是指将一个或多个功率耗散阶段与充电和/或回扫阶段混合在一起。“穿插（的）”是指将一个或多个功率耗散阶段穿插在一个或多个充电和/或回扫阶段之间。在开关功率变换器的充电阶段开始之后且后继回扫阶段（subsequent flyback phase）结束之前出现受控功率耗散阶段。在至少一个实施方式中，对于升压型开关功率变换器（boostswitching power converter），当开关功率变换器的电感器电流增加并给开关功率变换器的升压电感器充电时属于充电阶段。当电感器电流减少并使开关功率变换器的连接电压升高时属于回扫阶段。
在至少一个实施方式中，照明系统500包括开关路径功率耗散电路、连接路径功率耗散电路和回扫路径功率耗散电路中的一个、一些或全部以便主动且选择性地控制照明系统500的开关功率变换器中的过剩能量的功率耗散。开关路径功率耗散电路通过照明系统500的开关功率变换器中的开关路径耗散功率。在至少一个实施方式中，控制器502配置为控制切相兼容可调光照明系统的开关功率变换器中的升压开关。该控制器502配置为在高效率模式下及在功率耗散模式下对升压开关进行控制。在高效率模式下，控制器502配置为对升压开关进行操作以便最小化升压开关中的功率耗散，在功率耗散模式下，控制器502配置为对升压开关进行操作以便使升压开关中的能量耗散相对于高效率模式操作过程中的升压开关中的任何功率耗散增加。在至少一个实施方式中，开关路径包括用于通过升压开关限制电感器电流的电流源。通过升压开关限制电感器电流使得电流源和/或升压开关耗散功率。
在至少一个实施方式中，控制器502对流过升压开关的电流的定时、顺序和/或大小中的一个或多个、或其任意组合进行控制，以便控制照明系统500的功率耗散。在至少一个实施方式中，控制电流的定时是指电流受限制的持续时间。在至少一个实施方式中，控制流过升压开关的电流的顺序是指选择哪一个充电及回扫阶段时间帧和/或开关功率变换器的输入电压的周期以控制照明系统中的功率耗散。在至少一个实施方式中，各个充电及回扫时间帧出现在前一回扫阶段之后的第一充电阶段开始时与在正好在下一充电阶段之前的回扫阶段结束时之间。在至少一个实施方式中，这周期的顺序是连续的一系列周期，以及在至少一个实施方式中，时间帧或周期的顺序是不连续的一系列时间帧或周期。在至少一个实施方式中，控制电流的大小包括控制升压开关的内电阻和/或控制对流过升压开关的电流的一种或多个电流限制。
回扫路径功率耗散电路通过开关功率变换器的回扫路径耗散功率。在至少一个实施方式中，照明系统通过控制回扫路径中的变压器初级电流，例如用电流源限制初级电流并耗散电流源中的功率来通过回扫路径控制功率耗散。在至少一个实施方式中，回扫路径功率耗散电路包括回扫开关以限制回扫开关中的回扫电流。在至少一个实施方式中，回扫路径包括电流源以限制回扫电流。限制流过回扫开关的回扫电流使得电流源和/或回扫开关耗散功率。在至少一个实施方式中，照明系统对流过回扫开关的电流的定时、顺序和/或大小中的一个或多个、或其任意组合进行控制，以便控制照明系统的功率耗散。
连接路径功率耗散电路通过控制开关功率变换器的连接电流（linkcurrent）而利用开关功率变换器的连接路径来耗散功率。在至少一个实施方式中，控制器对连接路径功率耗散电路进行控制以便与电流源一起限制连接电流并耗散电流源中的功率。在至少一个实施方式中，连接路径功率耗散电路包括用于通过控制开关的内电阻来限制连接电流的输出开关。在至少一个实施方式中，连接路径包括用于限制连接电流的电流源。限制流过输出开关的链路电流使得电流源和/或输出开关耗散功率。在至少一个实施方式中，照明系统对流过输出开关的电流的定时、顺序和/或大小中的一个或多个、或其任意组合进行控制，以便控制照明系统的功率耗散。
以下说明对不同功率耗散电路的示例性实现及控制进行描述。在随后描述的图中的控制器808（其是控制器502的一个实施方式）根据热管理策略模块807实现的热管理策略对功率耗散电路的控制进行协调。热管理策略模块807代表热管理策略模块503的一个实施方式。
图8描述了照明系统800，该照明系统800包括受控开关路径功率耗散电路802、受控连接路径功率耗散电路804、受控回扫路径功率耗散电路806及用于主动且选择性地根据热管理策略模块503实现的热管理策略控制照明系统800的开关功率变换器810中的功率耗散的控制器808中的至少一个、一些或全部。用点线示出功率耗散电路802、804和806，原因是功率耗散电路802、804和806中的一个或两个是可选的。照明系统800中是否包括功率耗散电路802、804和806中的一个、两个或三个并且包括哪一个或哪几个功率耗散电路是设计选择的问题。包括功率耗散电路802、804和806中的两个或三个使得可在所包括的功率耗散电路之间分配功率耗散。在至少一个实施方式中，功率分配由控制器808主动控制。在至少一个实施方式中，功率分配是固定的或预编程的。然而，包括功率分配电路802、804和806中的至少一个会增加开关功率变换器810的复杂度及成本和/或控制器808的复杂度及成本。另外，虽然功率分配电路802、804和806被示为开关功率变换器810的一部分，但在至少一个实施方式中，功率耗散电路802、804和806的全部或一部分位于控制器808中。
如前所述，切相调光器102可以对电压源104提供的输入电压VIN进行相位切割。全桥二极管整流器106对相位切割输入电压VФ_IN进行整流以生成整流输入电压VФR_IN。在某些情况下，特别是在较低功率输出水平下，为了将调光器电流iDIM维持在保持电流值之上，开关功率变换器810从电压源104吸取的功率输入比开关功率变换器810的PINH加上功率输出大。假设开关功率变换器810的固有损耗不足以耗散等于功率输入与功率输出+PINH之差的足够的功率，照明系统800对功率耗散电路802、804和806中的一个或多个进行控制，以便功率输入等于功率输出+PINH加上功率耗散电路802、804和/或806中的一个或多个耗散的功率。开关功率变换器810向负载818提供功率。在至少一个实施方式中，负载818包括一个或多个发光二极管（LED），比如串联连接的一系列N个LED820。“N”表示正整数。
控制器808生成用于照明系统800中包括的各个功率耗散电路802、804和806的一个或多个相应的控制信号。控制信号CS、CO及CF分别控制开关路径功率耗散电路802、连接路径功率耗散电路804及回扫路径功率耗散电路806中的功率耗散。开关路径功率耗散电路802根据控制信号CS通过开关路径812耗散照明系统800的开关功率变换器810中的功率。连接路径功率耗散电路804根据控制信号CO通过连接路径814在开关功率变换器810中耗散功率。回扫路径功率耗散电路806根据控制信号CF通过回扫路径816在开关功率变换器810中耗散功率。用于实现功率耗散电路802、804和806以及通过开关路径812控制功率耗散的特定方法及电路是设计选择的问题。另外，控制功率耗散电路802、804和806中的功率耗散的定时、顺序和/或大小是设计选择的问题。随后对功率耗散电路802、804和806的示例性实施方式进行描述。在图8中示出了功率耗散电路802、804和806整体位于控制器808外侧。然而，在至少一个实施方式中，一个或多个功率耗散电路802、804和806中的全部或一部分被包括在控制器808内。
控制器808的特定实现是设计选择的问题。例如，控制器808可以（i）实现为包括用于执行存储器中存储的软件或固件指令的处理器的集成电路，（ii）利用分离组件来实现，或（iii）利用前述的任意组合来实现。在至少一个实施方式中，控制器808通常调节连接电压，如在2007年12月31日提交的申请号为11/967,269、题目为“Power Control System Using aNonlinear Delta-Sigma Modulator With Nonlinear Power Conversion ProcessModeling”、发明人为John L.Melanson的美国专利申请（本文中称为“Melanson I”）、2007年12月31日提交的申请号为11/967,275、题目为“Programmable Power Control System”、发明人为John L.Melanson的美国专利申请（本文中称为“Melanson II”）、2009年6月30日提交的申请号为12/495,457、题目为“Cascode Configured Switching Using at Least OneLow Breakdown Voltage Internal,Integrated Circuit Switch to Control AtLeast One High Breakdown Voltage External Switch”、发明人为John L.Melanson的美国专利申请（本文中称为“Melanson III”）、2011年6月30日提交的申请号为12,174,404、题目为“Constant Current Controller WithSelectable Gain”、发明人为John L.Melanson、Rahul Singh、Siddharth Maru的美国专利申请中所述，所有申请通过引用全部并入本文。开关功率变换器810可以是任意类型的开关功率变换器，比如升压型、降压型、升降压型或Cúk型开关功率变换器。开关功率变换器810包括其他组件，比如EMI电容器、电感器及连接电容器，这些组件在图8为了清楚起见未被示出但随后将在具体实施方式中进行描述。
确定功率输入是否大于PINH+功率输出的方式是设计选择的问题。在至少一个实施方式中，控制器808包括功率监测电路822。当负载818的功率需求增加时，连接电压VLINK减少，这表示功率输出增加。相反，当负载818的功率需求下降时，连接电压VLINK增加，这表示功率输出减少。功率监测电路822的比较器824由此将连接电压VLINK与参考连接电压VLINK_REF进行比较。在至少一个实施方式中，将参考连接电压VLINK_REF设定为电压电平，该电压电平是为几伏特或比设定用于负载818的标称电压高几个百分点。如果连接电压VLINK减少到参考连接电压VLINK_REF以下，则比较器824的输出PHIGH为HIGH，这表示功率输出增加。如果连接电压VLINK增加到参考连接电压VLINK_REF之上，则比较器824的输出PHIGH为LOW，这表示功率输出减少。在至少一个实施方式中，如果开关功率变换器810的正常操作无法防止连接电压VLINK增加到参考连接电压VLINK_REF之上，则功率输入大于功率输出+PINH，并且控制器808对一个或多个功率耗散电路812、814和816进行操作以耗散用功率输入与功率输出+PINH之差表示的过剩能量。
图9示出了表示照明系统800的一个实施方式的照明系统900。照明系统900包括用于耗散照明系统900中的过剩功率的开关路径功率耗散电路902。开关路径功率耗散电路902代表开关路径功率耗散电路802的一个实施方式。开关路径功率耗散电路902的特定实现及控制是设计选择的问题（事项）。开关路径功率耗散电路902包括升压型开关功率变换器908中的FET升压开关904并包括可控制电流源910。在至少一个实施方式中，控制器808通过限制电感器电流iL而在功率耗散阶段在开关功率转换器908中主动耗散功率，由此主动且选择性地耗散照明系统900中的功率。通过升压开关904限制电感器电流iL使电流源910和/或升压开关904通过开关路径911耗散过剩功率。
当功率输入大于PINH+至负载918的功率输出时，控制器808对开关路径功率耗散电路902进行控制以便至少通过升压开关904耗散过剩能量。在至少一个实施方式中，栅电压VG偏置升压开关904的栅极以便控制器808利用源控制信号CS1对升压开关904的导电性进行控制，例如如Melanson III中的概述。在其他实施方式中，控制器808对升压开关904的栅电压VG进行控制以便控制升压开关904的导电性，例如如Melanson I及Melanson II中的概述。控制器808代表控制器808的一个实施方式。在至少一个实施方式中，控制信号CS1对电感器电流iL的值进行控制，如示例性可变电感器电流波形910所示。
电感器电流波形910代表通过升压开关904控制功率耗散过程中的示例性电感器电流iL波形。在充电阶段TC，控制器808生成控制信号CS1以使升压开关904导通。当升压开关904导通时，电感器电流iL增加。当功率输入大于功率输出+PINH时，控制器808不是最小化功率损耗，而是有意地限制电感器电流iL，从而导致在功率耗散阶段TPD至少通过升压开关904耗散过剩能量。假设开关功率变换器908的固有损耗可忽略不计，“过剩能量”等于功率输入减去（功率输出+PINH）。在功率耗散阶段TPD限制电感器电流iL使电感器电流的变化diL/dt接近0。由于跨电感器116的电压VL等于L·diL/dt，因此电压VL与电感器电流的变化速率diL/dt成正比。“L”是电感器116的电感。因此，当电感器电流的变化速率diL/dt接近0时，电感器116的能量存储率向0减少，并且升压开关功率耗散电路902耗散更多功率。
参照控制信号CS1波形911，在至少一个实施方式中，控制器808配置为在高效率模式下及在功率耗散模式下对升压开关904进行控制。在高效率模式下，控制器808生成双态控制信号CS1，比如控制信号CS0的两个状态（图1），以便对升压开关904进行操作以便最小化升压开关904中的功率耗散。在功率耗散模式下，控制器808配置为对升压开关904进行操作以便使升压开关中的能量耗散相对于高效率模式操作过程中的升压开关904中的任何功率耗散增加。在至少一个实施方式中，为了使升压开关904在功率耗散模式下操作，控制器808在波形911中生成具有至少三个（3）状态，比如状态“1”、“2”、“3”的控制信号CS1。在状态1及2期间，控制器808使升压开关904在高效率模式下操作以便最小化升压开关904的功率耗散。在状态3期间，控制器808使升压开关904在功率耗散模式下操作。在状态3下，控制器808限制电感器电流iL并使控制信号CS1具有大于状态“2”但小于状态“1”的电压。因此，升压开关904在状态3下不会完全关断。状态3不仅仅是瞬时状态，即，控制信号CS1在状态1及2之间连续过渡。状态3是改变升压开关904进行的功率耗散的有意的非瞬时状态。因此，在状态3下，控制器808过限制电感器电流iL来生成控制信号CS1以便在升压开关904上产生非零电压VDS，同时电流iL流过升压开关904。升压开关904上的电压VDS及流过升压开关904的电流iL同时出现使升压开关904产生功率耗散。状态的数量是设计选择的问题并且可以通过控制电感器电流iL的不同限制来增加或减少。
例如，在至少一个实施方式中，电感器电流的变化速率diL/dt由控制器808驱动为大致0。当电感器电流iL的变化速率diL/dt为0时，电感器电流iL保持在恒定值，并且电感器116上的电压VL大致为0。在充电阶段，电感器电流iL增加。为了在充电阶段TC耗散功率，电感器电流的变化速率diL/dt减小，从而降低电感器116上的电压VL。随着电感器电压VL降低，开关路径功率耗散电路902耗散的功率比例增加。在回扫阶段，电感器电流的变化速率diL/dt及电感器电压VL为负。因此，为了在回扫阶段耗散功率，电感器电流的变化速率diL/dt朝向0增加至，从而使电感器电压VL向0增大并使开关路径功率耗散电路902耗散的功率比例增加。
在至少一个实施方式中，电流源910将电感器电流限制到电感器电流极限值iLIM。因此，当通过升压开关904的电感器电流iL的值达到电感器电流极限值iLIM时，diL/dt降低0或降低至在没有功率耗散阶段TPD的情况下会出现的更小的值。在至少一个实施方式中，控制器808将功率耗散阶段TPD穿插在充电阶段TC与回扫阶段TFB之间并使开关路径功率耗散电路902耗散能量直至回扫期间TFB在升压开关904被关断时开始为止。
在至少一个实施方式中，电感器电流极限值iLIM可由控制器808控制以便对功率耗散阶段TPD的持续时间进行调整。在至少一个实施方式中，源控制信号CS1控制电阶段TC和回扫阶段TFB在整流输入电压VФR_IN的每个周期开始的时间。在至少一个实施方式中，当回扫阶段TFB开始时，功率耗散阶段TPD结束。因此，由于控制器808生成源控制信号CS1，控制器808通过控制何时开始回扫阶段TFB来控制功率耗散阶段TPD的持续时间。
控制器808控制将一个或多个功率耗散阶段与一个或多个充电和/或回扫阶段穿插和/或混杂在一起。在至少一个实施方式中，控制器808通过随时间减少电感器电流iL的变化，即diL/dt，通过将diL/dt降至零，将功率耗散阶段TPD穿插在充电阶段或回扫阶段之间。当将diL/dt降至零时，通过升压开关904出现功率耗散。在至少一个实施方式中，控制器通过将diL/dt降至非零值来将功率耗散阶段TPD与充电阶段TC或回扫阶段TFB混杂在一起。当将diL/dt降至非零值时，充电阶段TC或回扫阶段TFB结合由开关路径功率耗散电路902通过升压开关904进行的功率耗散而继续。
图10示出了开关路径功率耗散电路1000，其代表开关路径功率耗散电路902的一个实施方式。图11示出了在开关功率耗散电路1000的示例性操作过程中存在的示例性电感器电流iL、升压开关904漏源极电压VDS及控制信号CS1的示例性波形1100。参照图9、图10和图11，开关路径功率耗散电路1000包括可控电流源1002，其代表可控电流源910的一个实施方式。电流源1002包括FET1004及1006，这些TFT被配置为电流镜。在至少一个实施方式中，控制器808对控制信号CS1进行调制以便利用至少三个（3）状态控制流过开关904的电流。当最小化升压开关904的功率耗散时，状态1及2是高效率状态。当控制器808有意且主动地使升压开关904耗散功率时，状态3是低效率或功率耗散状态。
当控制器808使源控制信号CS1变成逻辑0时，升压开关904接通，并且电感器电流iL在充电阶段TC_0开始时上升。当电感器电流iL上升时，控制信号CS1处于状态2下，从而允许升压开关904高效率地操作，即，最小化升压开关904的内部功率损耗。在至少一个实施方式中，升压开关904在状态2下接通，电感器电流iL流过升压开关904及FET1004。电流源1008提供流过FET1006的参考电流iREF。在至少一个实施方式中，控制信号CS1利用充足的电压在状态2下接通升压开关904以便最小化升压开关904的内部电阻。以比例因数（scaling factor）Z将FET1004的尺寸缩放到FET1006的尺寸。比例因数Z的值为正数且是设计选择的问题。比例因数Z的值乘以参考电流iREF的值设定电感器电流极限值iLIM。因此，当电感器电流iL达到电感器电流极限值iLIM时，电感器电流iL将停止增加。在至少一个实施方式中，当电感器电流iL达到电感器电流极限值iLIM时，充电阶段TC_0结束且功率耗散阶段TPD_0开始。在电流极限iLIM下，控制信号CS1处于非瞬时状态3下，并且开关904耗散功率。一旦电感器电流iL达到电流极限值iLIM时，电感器电流iL就变成等于iLIM的恒量，并且升压开关904及FET1004耗散开关功率变换器908中的过剩能量。
当升压开关904关断时，功率耗散阶段TPD_0结束，回扫阶段TFB_0开始。在间断导电模式（DCM）及临界导电模式（CRM）下，回扫阶段TFB_0继续直至电感器电流iL达到零为止。在连续导电模式（CCM）下，在电感器电流iL达到零之前，下一充电阶段TC_1开始。波形1100示出了在DCM下操作的开关功率变换器908。开关功率变换器908也可以在CCM及CRM下操作。在至少一个实施方式中，当在DCM下操作时，一旦连接电压VL下降至预定值，控制器808就生成控制信号CS1以使升压开关504导通并发起下一充电阶段TC_1。当电感器电流iL达到电感器电流极限值iLIM时，下一功率耗散阶段TPD_1开始，以此类推。
功率耗散阶段TPD_0、TPD_1等的持续时间由控制器808进行控制且是设计选择的问题。在至少一个实施方式中，功率耗散阶段的持续时间在整流输入电压VФR_IN的单个周期内足以耗散所有过剩能量。在至少一个实施方式中，功率耗散阶段的持续时间被改变并排序（sequence）以便在整流输入电压VФR_IN的连续或非连续周期内耗散所有过剩能量。
另外，在至少一个实施方式中，电流源1008可根据控制器808生成的可选电流参考控制信号CiREF来改变参考电流iREF的值。改变参考电流iREF的值也根据比例因数Z来改变电感器极限电流iLIM。通过在整流输入电压VФR_IN的单个周期内改变参考电流iREF及由此改变电感器极限电流iLIM，控制器808可以分阶段进行功率耗散。控制器808也可以改变整流输入电压VФR_IN的连续或非连续周期内的电感器极限电流iLIM以管理开关功率变换器908中的功率耗散。
另外，在至少一个实施方式中，电流源1008可根据控制器808生成的可选比例因数控制信号CSCALE来改变比例因数Z的值。改变比例因数Z也改变根据比例因数Z的电感器极限电流iLIM。通过改变整流输入电压VФR_IN的单个周期内的比例因数Z及由此改变电感器极限电流iLIM，控制器808可以分阶段进行功率耗散。控制器808也可以改变整流输入电压VФR_IN的连续或非连续周期内的电感器极限电流iLIM以便管理开关功率变换器908中的功率耗散。在至少一个实施方式中，FET1004和/或1006利用多个并联连接的FET（未示出）来实现。在至少一个实施方式中，比例因数控制信号CSCALE改变用于实现FET1004和/或1006的FET的数量，并因此改变比例因数。例如，在至少一个实施方式中，一个FET用于实现FET1006，与用于实现FET1006的一个FET相同的200个FET用于实现FET1004，从而提供比例因数200。通过禁用用于实现FET1004的一个或多个FET，该控制器可以改变比例因数Z。另外，在至少一个实施方式中，控制器808对参考电流iREF及比例因数CSCALE进行控制以便控制电感器电流iL。
图12示出了当控制器808使开关路径功率耗散电路902耗散过剩能量时的示例性电感器电流iL及控制信号CS1波形1200。参照图9、图10及图12，充电阶段和回扫阶段可以根据需要穿插有并混杂有功率耗散阶段，以便控制升压开关904中的功率耗散的定时、顺序及大小。混杂和穿插开关路径功率耗散电路1000中功率耗散的特定定时和数量是设计选择的问题。波形800代表一个示例性选择。
在至少一个实施方式中，控制器808对控制信号CS1进行调制以便利用至少四个（4）状态来控制流过开关904的电流。当控制器808使升压开关904在高效率模式下操作，因此通过升压开关904最小化功率耗散时，状态1及2是高效率状态。当控制器808使升压开关904在功率耗散模式下操作时，状态3及4是低效率状态。在功率耗散模式下的状态3及4下，控制器808有意且主动地使升压开关904耗散功率。
参照波形800及开关路径功率耗散电路1000，在充电阶段TC_1，控制信号CS1使升压开关904饱和并且电感器电流iL随时间增加。在混杂充电阶段TC_2及功率耗散阶段TPD_1开始时，控制器808生成电流参考控制信号CIREF和/或比例控制信号CSCALE以减少电感器电流iL的增长速率，即减少diL/dt，并且控制信号CS1处于状态3下。
在第三充电阶段TC_3开始时，控制器808重新进入升压开关904的高效率模式并增加电感器电流iL的变化速率diL/dt，从而减少升压开关904中的功率耗散。在状态3下，控制器904使升压开关904在功率耗散模式下操作。控制器808通过将电感器电流iL的变化速率diL/dt限制为0来将第二功率耗散阶段TPD_2穿插在混杂的第二充电阶段TC2与第一功率耗散阶段TPD_1之间。将diL/dt限制为0使电感器电流iL保持恒定并耗散通过升压开关904及在电流源1002中的过剩功率。控制器808生成微弱地使升压开关904接通但使回扫阶段TFB_1与第三功率耗散阶段TPD_3混杂在一起的控制信号CS1。在穿插的功率耗散阶段TPD_4，控制器808关断升压开关904，并且控制器808使电感器电流iL受到限制并使diL/dt等于零。在第二回扫阶段TFB_2，控制器902接通升压开关904以使全电感器电流iL给连接电容器120充电。
在功率耗散阶段TPD_4，控制器808通过生成在状态4下的控制信号CS1来使升压开关904在功率耗散模式下操作。状态4对应于将电感器电流iL的极限限制为小于与状态3相关的极限。
图13示出了开关路径功率耗散电路1300，其代表开关路径功率耗散电路902的一个实施方式。运算放大器1302提供反馈路径以便控制升压开关904的栅电压VG及源电压VS。控制器808控制参考电压VREF，并且比较器1302驱动栅电压VG，使得升压开关904的源电压VS等于参考电压VREF。源电压VS及控制信号CS1的电压电平构成功率耗散电阻器1304上的电压差，从而设定电感器电流iL的值。电感器电流iL流过升压开关904及功率耗散电阻器1304。由于控制器808控制源电压VS及控制信号CS1的电压电平，因此控制器808控制电感器电流iL的值。因此，控制器808可以控制电感器电流iL并混杂和/或穿插结合图11和图12描述的功率耗散阶段。在开关路径功率耗散电路902、1000和1300中混杂和穿插功率耗散的特定定时和数量是设计选择的问题。
图14示出了照明系统1400，其代表照明系统800的一个实施方式。照明系统1400包括受控回扫路径功率耗散电路1402，其代表受控回扫路径功率耗散电路806的一个实施方式。在至少一个实施方式中，照明系统1400通过控制回扫路径1402中的变压器初级电流iP并限制初级电流iP来控制功率耗散，从而控制通过回扫路径1404的功率耗散。
照明系统1400还包括对回扫路径功率耗散电路1402进行控制并生成控制信号CS2以控制开关功率变换器1408的控制器808。在至少一个实施方式中，开关功率变换器1408是升压型开关功率变换器，比如开关功率变换器108（图1），并且控制器808如例如Melanson I及Melanson II中概述地控制开关功率变换器1408。
在至少一个实施方式中，回扫路径功率耗散电路1402对初级电流iP进行调制以便给变压器1412的初级侧线圈1410供电。变压器1412将初级侧线圈1410的能量转移到次级侧线圈1414以使次级电流iS流过二极管1416并将负载电压电容器1418充电到负载电压VLD。负载电压VLD提供跨灯1020的电压。
当功率输入大于功率输出+PINH时，控制器808对回扫路径功率耗散电路1402进行操作以便耗散过剩能量。耗散过剩能量的回扫路径功率耗散电路1402的特定实现及操作是设计选择的问题。
图15示出了回扫功率耗散电路1500，其代表回扫功率耗散电路1402的一个实施方式。回扫功率耗散电路1500包括用于控制流过回扫FET1504的初级电流iP的可控电流源1502。控制器808生成一个或多个电流源控制信号CSCS及控制信号CS2以控制流过回扫开关1504的初级电流。控制初级电流iP使回扫功率耗散电路1500以与控制开关路径功率耗散电路902（图9）的功率耗散类似的方式来控制功率耗散。
图16示出了回扫路径功率耗散电路1600，其代表回扫路径功率耗散电路1402的一个实施方式。在至少一个实施方式中，控制器808通过控制变压器初级电流iP，例如用电流源1602限制初级电流iP，并且耗散电流源1602中的功率，从而控制通过回扫路径1404的功率耗散。在至少一个实施方式中，电流源1602与电流源1002（图10）相同并起到结合电流源1002描述的作用。在至少一个实施方式中，电流源1602限制流过回扫FET1504的初级电流iP以便限制初级电流iP（也称为“回扫电流”）。限制流过回扫开关1504的初级电流iP使得电流源1602耗散功率。在至少一个实施方式中，控制器808控制通过回扫开关1504及电流源1602的功率耗散的穿插、混杂及排序以控制照明系统1400（图14）的功率耗散。与照明系统900一样，在至少一个实施方式中，当不利用回扫开关1504耗散功率时，控制器808生成控制信号CS2以使回扫开关1504在高效率模式下操作。同样与照明系统900一样，控制器808通过限制初级电流iP来生成控制信号CS2以使回扫开关1504在功率耗散模式下操作。因此，控制器808生成具有至少三个（3）状态的控制信号CS2。状态的数量是设计选择的问题，并且例如通过控制初级电流iP的不同极限可以增加或减少。
图17示出了波形1702及1704，其示出了回扫功率耗散电路1400及1500的示例性初级侧及次级侧电流。参照图12及图13，波形1702中的电流iP_0及iS_0分别表示初级侧电流及次级侧电流。当没有利用控制器808对回扫路径功率耗散电路1600中的功率耗散进行主动控制时，回扫开关1504在初级侧电流iP_0上升的充电阶段TC接通。当控制器506关断回扫开关1104时，回扫阶段TFB_0开始。与照明系统900一样，在至少一个实施方式中，当回扫开关1504没有耗散功率时，控制器808生成控制信号CS2以使回扫开关1504在高效率模式下操作。
参照波形1704，当控制器808主动控制回扫路径功率耗散电路1600中的功率耗散，在至少一个实施方式中，电流源1602生成初级侧极限电流iLIM_FB以便限制初级侧电流iP并延迟回扫阶段TFB_1直至完成功率耗散阶段TPD。在功率耗散阶段TPD，初级侧电流iP是恒定的，因此跨初级侧线圈1410的电压为零，并通过回扫FET1504及电流源1602耗散功率。
图18示出了波形1800，其示出了回扫功率耗散电路1400及1500的示例性初级侧及次级侧电流。在至少一个实施方式中，控制器808对多个初级侧极限电流比如极限电流iLIM_FB_1及iLIM_FB_2进行协调以便利用回扫路径功率耗散电路1600进行分阶段功率耗散。控制器808可以通过用控制信号CIREF设定参考电流iREF、用控制信号CSCALE设定比例因数Z、或设定参考电流iREF与比例因数Z来控制多个极限电流iLIM_FB_1及iLIM_FB_2，如结合电流源1002（图10）的描述。分阶段回扫路径功率耗散电路1600的功率耗散以例如热管理回扫开关1504及电流源1602的功率耗散。
图19示出了回扫路径功率耗散电路1900，其代表回扫路径功率耗散电路1402的一个实施方式。在至少一个实施方式中，回扫路径功率耗散电路1900通过电阻器1902耗散功率。辅助功率绕组1904在初级侧线圈的回扫阶段从初级侧线圈1210接收能量。栅电压VG偏置FET1906，控制器808利用源控制信号CS3对FET1906的导电性进行控制。当控制器808确定功率输入不等于功率输出+PINH时，控制器808接通FET1906，从而使辅助绕组1904的电流iAUX流过二极管1908及电阻器1902。在至少一个实施方式中，控制器808在辅助电流iAUX的一个或多个周期耗散等于功率输入与功率输出+PINH之差的量的功率。
图20示出了照明系统2000，其代表照明系统800的一个实施方式。照明系统2000包括用于耗散照明系统2000中的过剩功率的连接路径功率耗散电路2002。连接路径功率耗散电路2002代表连接路径功率耗散电路804的一个实施方式。通常，当功率输入超过功率输出+PINH时，连接路径功率耗散电路2002通过输出功率耗散路径2004耗散过剩能量。在至少一个实施方式中，连接路径功率耗散电路2002监测连接电压VLINK。当功率输入超过功率输出+PINH时，如果照明系统2000没有耗散过剩能量，则连接电压VLINK将增加。因此，在至少一个实施方式中，连接路径功率耗散电路2002监测连接电压VLINK，并且当连接电压VLINK超过预定参考连接电压时，连接路径功率耗散电路2002耗散过剩能量。连接路径功率耗散电路2002的特定实现及控制是设计选择的问题。
图21示出了示例性连接路径功率耗散电路2100，其代表连接路径功率耗散电路2002的一个实施方式。连接路径功率耗散电路2100包括形成基于电阻器的分压器以生成标度连接电压（scaled link voltage）VLINK_SCALE的串联连接电阻器2102及2104。连接路径功率耗散电路2100通过比较标度连接电压VLINK_SCALE与参考连接电压VLINK_REF来监测连接电压VLINK。参考连接电压VLINK_REF利用连接路径功率耗散电路2100来建立功率耗散的阈值。标度连接电压VLINK_SCALE偏置（biase）比较器2106的正相输入端，并且参考连接电压VLINKL_REF偏置比较器2106的反相输入端。当标度连接电压VLINK_SCALE超过参考连接电压VLINK_REF时，比较器2106偏置开关2108，这使得初级电流iP流过功率耗散电阻器2110及开关2108。开关2108的实现是设计选择的问题。在至少一个实施方式中，开关2108是双极结型晶体管（BJT），并且比较器2106偏置BJT开关2108的基极。在至少一个实施方式中，开关2108是FET，并且比较器2106偏置FET开关2108的栅极。相反，当标度连接电压VLINK_SCALE小于参考连接电压VLINK_REF时，比较器2106关断开关2108，从而中止电流流入及功率耗散电阻器2110的功率耗散。与参考连接电压VLINK_REF对应的特定连接电压VLINK是设计选择的问题，并且例如是正常操作连接电压VLINK的105%～120%。在至少一个实施方式中，参考连接电压VLINK_REF大约是等于110Vrms的输入电压VIN的115%，，并且是等于230Vrms的输入电压VIN的107%。
图22示出了示例性连接路径功率耗散电路2200，其代表连接路径功率耗散电路2002的一个实施方式。连接路径功率耗散电路2200包括形成基于电阻器的分压器以生成标度连接电压VLINK_SCALE的串联连接电阻器2202及2204。连接路径功率耗散电路2200利用用于将模拟标度连接电压VLINK_SCALE转换为数字值标度连接电压VLINK_SCALE(n)的模数变换器2206来监测连接电压VLINK。逻辑2208通过确定标度连接电压VLINK_SCALE是否表示连接电压VLINK大于特定阈值来确定连接路径功率耗散电路2200是否应该耗散过剩能量。特定阈值是设计选择的问题，并且是标准操作连接电压VLINK的105%～120%。如果逻辑2208确定连接路径功率耗散电路2200应该耗散过剩能量，则逻辑1808对开关2212的导电性进行控制。在至少一个实施方式中，开关2212是BJT，逻辑2208对电流源2212进行控制以偏置BJT开关2212的发射极并对初级电流iP流过功率耗散电阻器2214进行控制。在至少一个实施方式中，开关2212是FET，逻辑2208对电流源2212进行控制以便偏置FET开关2212的源极并对初级电流iP流过功率耗散电阻器2214进行控制。
逻辑2208及电流源2210的实现是设计选择的问题。在至少一个实施方式中，电流源2210与电流源1002（图10）相同，逻辑2208可以对电流源2210的参考电流（未示出）和/或比例因数（未示出）进行控制。在至少一个实施方式中，逻辑2208包括处理器（未示出），该处理器执行代码以便根据预定算法确定在功率耗散过程中初级电流的特定混杂、穿插及极限。在至少一个实施方式中，算法被作为可执行代码存储在逻辑2208的存储器（未示出）中。特定算法是设计选择的问题。在至少一个实施方式中，算法使功率耗散电阻器2214耗散功率直至标度连接电压VLINK_SCALE表示连接电压VLINK已降至预定值，比如负载818（图8及图16）的正常操作水平。
参照图8，在至少一个实施方式中，控制器808控制开关路径功率耗散电路802、连接路径功率耗散电路804和/或回扫路径功率耗散电路806以在功率输入大于功率输出+PINH加上照明系统800的固有损耗时耗散功率。在至少一个实施方式中，控制器808可以根据需要引入功率耗散阶段来耗散过剩能量。图23描述了三个示例性时间帧A、B和C的示例性功率耗散阶段穿插时间轴2300。在至少一个实施方式中，单个时间帧，比如时间帧A、B或C，是指紧随先前回扫阶段之后的第一充电阶段开始时和直接在下一充电阶段之前的回扫阶段结束时之间的时间。在时间帧A中，功率耗散阶段2302穿插在充电阶段2304与回扫阶段2306之间。在整流输入电压VФR_IN的后续时间帧B中，回扫阶段2308紧随充电阶段2310，并且时间帧B中不存在功率耗散阶段。时间帧B可以是在时间帧A之后的连续（consecutive，相邻）时间帧、或非连续时间帧。由于各种原因，例如在功率输入等于功率输出+PINH时或允许在发起另一个功率耗散阶段之前使组件冷却，控制器808（图9）可以在时间帧B中包括功率耗散阶段。在整流输入电压VФR_IN的时间帧C中，控制器808将功率耗散阶段2312穿插在充电阶段2314与回扫阶段2316之间。
图24示出了单个时间帧的示例性功率耗散混杂及穿插时间轴2400。在至少一个实施方式中，单个时间帧是指紧随先前回扫阶段之后的第一充电阶段开始时与直接在下一充电阶段之前的回扫阶段结束时之间的时间。功率耗散阶段2402与充电阶段2404混杂在一起并穿插有后继充电阶段2406。后继功率耗散阶段2408出现在充电阶段2406之后。功率耗散阶段2410穿插在回扫阶段2412和2414之间并且还混杂有回扫阶段2414。功率耗散阶段2409在充电阶段2406开始之后、后继回扫阶段2412结束之前开始。穿插和混杂的充电和回扫阶段以及功率耗散阶段的数量及定时是设计选择的问题，并且取决于例如要耗散的功率量及组件的热管理。
因此，照明系统包括控制器，该控制器配置为通过利用多个功率耗散电路分配在照明系统中的过剩能量来提供照明系统的热管理。
尽管已经详细描述了实施方式，但应当理解的是，在没有背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行各种修改、代替和改变。

Claims (29)

1.一种装置，包括：
控制器，被配置为根据热管理策略控制多个功率耗散电路以耗散切相兼容可调光照明系统中的过剩能量，所述切相兼容可调光照明系统具有选自由至少一个发光二极管及至少一个紧凑型荧光灯组成的组中的一个或多个光源。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述功率耗散电路包括选自由受控开关路径功率耗散电路、受控连接路径功率耗散电路及受控回扫路径功率耗散电路组成的组中的两个或更多的功率耗散电路。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述受控开关路径功率耗散电路被配置为在受控功率耗散阶段至少通过开关功率变换器的升压开关耗散过剩能量，并且所述受控功率耗散阶段出现在所述开关功率变换器的充电阶段开始之后且后继回扫阶段结束之前。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述受控连接路径功率耗散电路被配置为耗散过剩能量以耗散开关功率变换器的连接路径中的功率。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述受控回扫路径功率耗散电路被配置为在受控功率耗散阶段至少通过回扫开关耗散过剩能量，并且受控功率耗散阶段出现在开关功率变换器的充电阶段开始之后且后继回扫阶段结束之前。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述过剩能量包括由开关功率变换器接收的、大于要提供给与所述开关功率变换器耦接的负载的能量量的能量。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述功率耗散电路中的至少一个包括在开关功率变换器中。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述功率耗散电路包括在功率变换电路中。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器被进一步配置为响应于在所述照明系统中的观察到的事件并根据所述热管理策略将功率耗散动态分配给所述功率耗散电路。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，一个或多个所述观察到的事件选自由局部温度测量结果及各个功率耗散电路的活动性组成的组。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器被进一步配置为根据所述热管理策略以预设方式将功率耗散分配给所述功率耗散电路。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器包括接收热管理策略数据的至少一个端子，其中所述热管理策略数据至少部分确立所述热管理策略。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器被进一步配置为从多个热传感器接收温度数据以根据热管理策略控制所述多个功率耗散电路，所述热管理策略包括根据所述温度数据将功率耗散分配给所述功率耗散电路。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热管理策略数据是特定类型的照明系统所特有的。
15.一种方法，包括：
根据热管理策略控制多个功率耗散电路以耗散切相兼容可调光照明系统中的过剩能量，所述切相兼容可调光照明系统具有选自由至少一个发光二极管及至少一个紧凑型荧光灯组成的组中的一个或多个光源。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述功率耗散电路包括选自由受控开关路径功率耗散电路、受控连接路径功率耗散电路及受控回扫路径功率耗散电路组成的组中的两个或更多功率耗散电路。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
在受控功率耗散阶段控制所述受控开关路径功率耗散电路的升压开关以耗散至少一部分过剩能量，并且所述受控功率耗散阶段出现在所述开关功率变换器的充电阶段开始之后且后继回扫阶段结束之前。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
控制所述连接路径功率耗散电路以耗散开关功率变换器的连接路径中的至少一部分过剩能量。
19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
在受控功率耗散阶段控制所述回扫路径功率耗散电路以至少通过回扫开关耗散过剩能量，并且所述受控功率耗散阶段出现在所述开关功率变换器的充电阶段开始之后且后继回扫阶段结束之前。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述过剩能量包括由开关功率变换器接收的、大于要提供给与所述开关功率变换器耦接的负载的能量量的能量。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述功率耗散电路中的至少一个包括在开关功率变换器中。
22.根据权利要求15所述的方法，其中，所述功率耗散电路包括在功率变换电路中。
23.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
响应于在所述照明系统中的观察到的事件并根据所述热管理策略将功率耗散动态分配给所述功率耗散电路。
24.根据权利要求15所述的方法，其中，一个或多个所述观察到的事件选自由局部温度测量结果及各个功率耗散电路的活动性组成的组。
25.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
根据所述热管理策略以预设方式将功率耗散分配给所述功率耗散电路。
26.根据权利要求15所述的方法，其中，所述控制器包括接收热管理策略数据的至少一个端子，其中所述热管理策略数据至少部分确立所述热管理策略。
27.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
从多个热传感器接收温度数据以根据热管理策略控制所述多个功率耗散电路；以及
根据所述温度数据将功率耗散分配给所述功率耗散电路。
28.根据权利要求15所述的方法，其中，所述热管理策略数据是特定类型的照明系统所特有的。
29.一种装置，包括：
构件，用于根据热管理策略控制多个功率耗散电路以耗散切相兼容可调光照明系统中的过剩能量，所述切相兼容可调光照明系统具有选自由至少一个发光二极管及至少一个紧凑型荧光灯组成的组中的一个或多个光源。
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