一种照明模式指示装置和方法 技术领域：
本发明涉及一种可调光照明系统，尤其涉及一种在可调光系统中使用的照明模式指示装置和方法。
技术背景：
不同的场合需要照明系统提供不同的光照亮度。可调光系统，如三线调光系统(3-way dim system)可以提供三种针对不同照明要求的光照亮度：低亮度、中等亮度和高亮度。目前，大部分三线调光系统只适用于灯丝白炽灯，但随着可调电子镇流器的出现，紧凑型荧光灯(CFL：Compact Fluorescence Lamp)也可应用于现有的三线调光系统中。现有的可调电子镇流器，在输入级中加入与触点直接连接的电阻，并通过一个电流检测电路来检测流经电阻的电流大小，以指示当前用户所选的照明模式，从而供后续电路用来调节光输出的大小。
图1所示为一种可以用于三线调光系统中的CFL可调电子镇流器的输入级的原理图。如图所示，该输入级包括：用于与交流电源连接的触点L1、L2和N，其中L1和/或L2可与交流电源的火线连接，触点N通常与交流电源的零线连接；一个经由电阻R1连接到触点L1地电流检测电路；以及由四个二极管D1～D4和两个电容C1、C2构成的整流滤波电路，以获得直流电压。
如图所示，交流电源与触点L1、L2和N之间可以构成三种连接方式：在低亮度照明模式下，触点L1和N与交流电源连接(L1-N)，而触点L2空接，此时可以获得150V的直流电压Vdc(如果交流电源为120V)，并且电流检测电路可以检测到流经R1的电流；中等亮度照明模式下，触点L2和N与交流电源连接(L2-N)而L1空接，此时可以获得倍压后的直流电压Vdc为300V，并且由于L1空接R1上无电流；在高亮度照明模式下，触点L1和L2短路后再和触点N一同与交流电源连接((L1-L2)-N)，此时，同样可以获得倍压后的直流电压，并且可以检测到流经R1的电流。因此，在上述任何一种照明模式所对应的交流电源连接方式下，流经电阻R1的电流大小均不一样。该电流可以反映用户选择的不同照明模式，因此后续电路(如为荧光灯的驱动装置中用于提供工作电压和电流的谐振电路等)可以直接根据电流检测电路的输出结果调节荧光灯的光输出大小。
然而，由于图1所示的电路中，电流检测电路经由R1直接连接到触点L1，交流电源的波动将会导致流经电阻R1的电流相应的变化，从而使得荧光灯的光输出不仅受到直流输出电压变化的影响还会受到电流检测电路输出信号变化的影响。
图2示出另一种应用于三线调光系统的CFL可调电子镇流器的拓扑结构。与图1所示电路不同，图2中的电流检测电路分别经由电阻R1和R2连接到触点L1和L2上。此外，二极管D1～D4和电容C1、C2共同构成了一个倍压电路，无论采取上述哪种方式连接交流电源，在直流输出端都会得到300V的直流电压(假设交流电源电压为120V)。
图2中，电流检测电路所检测到的电流大小由触点与交流电源的连接方式决定。当采用L1-N的方式时，电流大小由R2决定；当采用L2-N的方式时，电流大小由R1决定；当采用(L1-L2)-N的方式时，电流大小则由R1和R2的并联电阻决定。
与图1相似，在图2示出的电路中，当交流电源变化时，电流检测电路检测到的电流大小也相应变化，从而影响荧光灯的光输出的稳定性。
上述如图1或图2所示的调光电路，在交流电源有微小的波动时，都将导致照明电路光输出的大幅度变化，不但影响光照质量，而且影响灯的寿命。
因此，需要提供一种能够不受交流电源影响的用于指示所需照明模式的电路。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有稳定的照明模式指示电压的照明模式指示电路，用来指示当前触点与交流电源的连接方式(照明模式)，以及具有该电路的可调光照明系统，以避免交流电源的电压波动所引起的光照亮度的变化。
按照本发明的实施例提供的一种照明模式指示电路，包括：一个监测装置，用于监测所设置的照明模式，产生一个相应的监测信号；和一个控制装置，用于根据所述监测信号产生一个控制信号，该控制信号对应于所述照明模式，以使所述系统根据该控制信号进入所述照明模式工作。
按照本发明实施例提供的一个可调光照明系统，用于调整照明装置的输出，该系统包括：一个监测照明设置模式的电路，该电路包括：一个监测装置，用于监测所设置的照明模式，产生一个相应的监测信号，和一个控制装置，用于根据所述监测信号产生一个控制信号，该控制信号对应于所述照明模式；以及一个驱动装置，用于根据所述控制信号控制该照明装置，使该照明装置以所述照明模式工作。
按照本发明的实施例提出的一种监测可调光照明系统中照明设置模式的方法，该方法包括：(a)监测所设置的照明模式，产生一个相应的监测信号；和(b)根据所述监测信号产生一个控制信号，该控制信号对应于所述照明模式，以使所述可调光照明系统根据该控制信号进入所述照明模式工作。
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其他目的及结果将更加明白及易于理解。
附图简述：
以下将参照附图，通过实例详细地解释本发明，其中：
图1为现有的一种用于三线调光系统的CFL可调电子镇流器的输入级电路原理图；
图2为现有的另一种用于三线调光系统的CFL可调电子镇流器的输入级电路原理图；
图3是按照本发明的一个实施例提出的一种照明模式指示电路的原理图；
图4是按照本发明的另一个实施例提出的第二种照明模式指示电路的原理图；
图5是按照本发明的第三个实施例提出的第三种照明模式指示电路的原理图；和
图6是本发明提出的第二种照明模式指示电路，在实际三线调光系统中实现的电路原理图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
发明详述：
针对现有的可调电子镇流器中，交流电源的变化将导致三线调光系统的光输出不稳定的问题，本发明提出用开关元件替代原有的电流检测电阻(R1和R2)，通过监测触点L1和L2上有无电压来获得监测信号从而驱动开关元件的导通与截止。同时在内部电路中引入电压源，用来提供稳定的参考电压，从而根据与电压源连接的开关状态，调节照明模式指示电压(也可称之为控制信号)的大小。该照明模式指示电压可以用来准确调节由谐振电路输出的荧光灯的工作频率和功率，从而获得与照明模式对应的光输出。因而，整个照明模式指示电路可以划分为监测装置和控制装置两个部分，监测装置用于监测触点与交流电源的连接关系，并产生监测信号；控制装置根据该监测信号控制指示电压的大小，使得该指示电压与所选照明模式相对应。以下将由触点、开关元件、电压源以及连接二者的电路网络组成的电路称为照明模式指示电路。
根据本发明的核心思想，可以设计出各种类型的照明模式指示电路，以下将给出三种类型的电路设计，但在实际应用中实现方式可以多种多样，并不局限于以下描述的三种。
图3所示为一种包含照明模式指示电路的电子镇流器输入级原理图。图3中，触点L1、L2和N与二极管D1～D4和电容C1，C2的连接方式与图2中相同，构成一个倍压整流电路。图3中的照明模式指示电路部分包括一个电压源Vref(例如，在美国标准的三线调光电路中，该电压源可以仅提供1V的稳定参考电压。)，电阻R1、R5和R6，以及两个分别由触点L1、L2上的电压驱动的开关S1和S2。图3中，电压源Vref经由电阻R1连接到以并联方式连接的两个支路。相互并联的两个支路中，一个并联支路由电阻R5与开关S1串联组成，另一个并联支路由电阻R6与开关S2串接而成。该两个并联支路的另一端都和电路地(GND)连接。照明模式指示电压Vdim的输出端与三个电阻的公共节点60连接。
按照图3所示的电路，当触点以L1-N方式与交流电源连接时，开关S1导通，而开关S2保持断开状态。此时，电阻R1和R5串联分压得到照明模式指示电压Vdim，Vdim＝Vref×R5/(R1+R5)。当触点与交流电源以L2-N方式连接时，开关S2导通，而开关S1保持断开状态。此时，照明模式指示电压Vdim是通过电阻R1和R6串联分压得到的，Vdim＝Vref×R6/(R1+R6)。当触点以(L1-L2)-N方式与交流电源连接时，开关S1和S2同时导通。此时，电阻R5和R6并联后再与R1串联，因而照明模式指示电压Vdim可以表示为，Vdim＝Vref×(R5×R6)/(R1×R5+R1×R6+R5×R6)。
由此可见，图3所示电路中，与照明模式对应的照明模式指示电压仅与电压源的电压和分压电阻的阻值有关。因而，交流电源的变化不会引起Vdim的剧烈变化，这在一定程度上限制了Vdim的波动范围。在图3所示的电路中，开关S1和S2以并联方式连接，当触点以L1-N或(L1-L2)-N方式与交流电源连接时，所对应的Vdim主要与分别和两个开关串接的电阻R5、R6的大小有关。因此，需要精心选择电阻R5和R6的阻值，以确保这两种连接方式下，照明模式指示电压的大小有明显的差别。
图4示出另一种改进的照明模式指示电路的原理图。简便起见，图4中仅给出了照明模式指示电路部分，其他部分电路与图3相同。如图4所示，电阻R1和R4串接在参考电压源Vref和GND之间。照明模式指示电压Vdim输出端与电阻R1和R4之间的节点70相连。电阻R2、由触点L1驱动的开关S1，和由触点L2驱动的开关S2串联构成一条支路。该支路再并联到电阻R4两端(节点70与GND之间)。电阻R3并联在电阻R2和开关S1的两端(节点70和开关S1与S2之间的节点之间)。
按照图4所示的电路，当触点以L1-N方式与交流电源连接时，开关S1导通，而开关S2保持断开状态。此时，R2和R3所在支路处于断路状态，Vdim是通过电阻R1和R4串联分压得到的，Vdim＝Vref×R4/(R1+R4)。当触点与交流电源以L2-N方式连接时，开关S2导通，而开关S1保持断开状态。此时，电路中电阻R3和R4并联后再与R1串联。因而照明模式指示电压Vdim可以表示为Vdim＝Vref×(R3×R4)/(R1×R3+R1×R4+R3×R4)。当触点以(L1-L2)-N方式与交流电源连接时，开关S1和S2同时导通。此时，电阻R2、R3和R4并联后再与R1串联分压，得到照明模式指示电压Vdim，为Vdim＝Vref×(R2×R3×R4)/(R1×R2×R3+R1×R2×R4+R1×R3×R4+R2×R3×R4)。
由此可见，在图4示出的第二种电路中，由于使用了串接的开关S1和S2，交流电源的变化同样不会引起Vdim的变化。此外，由于该电路结构本身的特点，对应于触点与交流电源的三种连接方式，Vdim在幅值上可以明显分为三个等级。因而在图4所示的电路中，对电阻R2和R3的选择较之图3更为宽泛。
根据本发明的思想，以上给出了两种具有单一电压源，以电阻串、并联分压方式实现的照明模式指示电路。照明模式指示电路的实现方式并不局限于此，还可以包括两个或三个电压源，或者采用逻辑器件来实现。图5就给出了一种用逻辑器件构成的照明模式指示电路。
如图5所示，该照明模式指示电路中有三个独立的电压源Vref1、Vref2和Vref3，用于提供三个不同的稳定参考电压。触点L1分别和与非门X1、X2的输入端2相连，同时经由非门X8和与非门X3的输入端2相连。触点L2分别和与非门X2、X3的输入端1相连，同时经由非门X7和与非门X1的输入端1相连。三个与非门X1、X2和X3的输出电平分别用来驱动开关S1、S2和S3。当与非门输出为低电平时对应的开关导通，否则断开。每个开关一端连接到相应的电压源的正极，另一端连接到三个开关的公共节点80，也就是照明模式指示电压的输出端。
为了便于说明，以下以0、1表示各元件或节点的电平高低。按照图5所示的电路，当触点以L1-N方式与交流电源连接时，L1＝1，L2＝0，经过逻辑电路的处理，与非门X1输出为低，开关S1导通，其他开关保持断开状态，照明模式指示电压Vdim为Vref1的电压。当触点以L2-N方式与交流电源连接时，L1＝0，L2＝1，则与非门X3输出为低，开关S3导通，其他开关保持断开状态，照明模式指示电压Vdim为Vref3的电压。当触点与交流电源以(L1-L2)-N方式连接时，L1＝1，L2＝1，则与非门X2输出为低，开关S2导通，其他开关保持断开状态，照明模式指示电压Vdim为Vref2的电压。
由此可见，在图5所示的电路中，逻辑门电路X1～X3、X7和X8，将触点L1、L2和N与交流电源的三种连接方式转换为三个独立的连接状态，以控制与之对应的三个独立开关，且每个开关唯一地与一个电压源连接。因而，对应不同连接方式，照明模式指示电压可以唯一地由一个稳定的电压源的输出电压给出。此外，图5所示的电路还可以自由地选择电压源的电压，以充分保证各个电压源的电压之间具有明显差别。因此这种方法较之前述的两种电路具有更加灵活和准确的特点。
当然，基于图5所示的电路设计思想，还可以利用一个或两个电压源通过电路网络来获得三个参考电压，同样也可以利用两个开关来实现参考电压的选择。
以上基于本发明的核心思想，分别给出了三种照明模式指示电路的拓扑结构。以上所描述的电路结构可以方便地应用到实际的三线调光系统中。下面将结合附图6详细描述本发明所提出的第二种电路结构是如何在实际电路中实现的。
如图6所示，触点L2连接到二极管D1和D3之间的节点11，触点L1连接到二极管D2和D4之间的节点21，触点N与缓冲电解电容C1和C2之间的节点30连接。和图2所示结构类似，二极管D1～D4和缓冲电解电容C1、C2构成桥式倍压整流电路，使得直流输出端Vdc的电压两倍于交流电源的电压。
图6中，三极管Q1和Q2为分别经由分压网络由触点L1和L2驱动的开关元件，。触点L1和二极管D5的阳极连接，D5的阴极经由电阻R10-T1连接到以并联方式连接的电阻R11-T1和电容Cbuf-T1。从而，当触点L1与120V交流电源连接时，可以在D5的阴极得到半波整流后的直流电压。同时R10-T1和R11-T1可以实现串联分压，将该整流后的直流电压(120V)转换为15V的直流电压，用于经由连接在R10-T1和R11-T1之间的节点41上的电阻Rb1为三极管Q1的基极提供驱动电压。这里缓冲电容Cbuf-T1的作用是滤除整流滤波后直流电压的纹波。同理，阳极与节点11(触点L2)连接的二极管D6经由电阻R10-T2连接到以并联方式连接的电阻R11-T2和电容Cbuf-T2。并且在R10-T2和R11-T2之间的节点51处获得整流分压后的直流电压，该直流电压经由基极驱动电阻Rb2为三级管Q2提供开启电压。
图6中，电压源Vref可以是由IC(诸如ST L6574或飞利浦公司的UBA2014)提供的直流电压。电压源Vref和电阻R1～R4，以及三级管Q1和Q2共同构成如图4所示的照明模式指示电路。照明模式指示电压输出端连接到R1～R4的公共节点70。根据图6所示的电路原理图，当触点与交流电源以L1-N方式连接时，交流电压经过D5、电阻R10-T1、电阻R11-T1和电容Cbuf-T1所组成的整流分压网络的处理，为Q1提供开启电压，使得Q1导通。此时，由于L2空接，Q2处于截至状态。因此，Vdim由电阻R1和R4分压得到。当触点与交流电源以L2-N方式连接时，交流电经过D6、电阻R10-T2、电阻R11-T2和电容Cbuf-T2所组成的整流分压网络，为Q2提供开启电压，使得Q2导通。此时，由于L1空接，Q1处于截至状态。因此Vdim由电阻R1、R3和R4决定。当触点与交流电源以(L1-L2)-N方式连接时，Q1和Q2同时导通，照明模式指示电压Vdim由电阻R1～R4决定。
由以上不难看出，本发明提出的指示照明模式的方法包括：监测触点与交流电源的连接关系，并生成与该连接关系对应的监测信号；利用该监测信号驱动开关处于导通或截止；根据开关的状态，控制装置(包括开关和用来连接该开关和所述电压源的电路部分)从稳定的电压源中生成与所选照明模式对应的指示电压的方法，该指示电压(控制信号)用于将所选照明模式指示给后续驱动电路，使得光输出能够符合照明要求。其中，开关的作用是根据所选照明模式，调节照明模式指示电压的大小。
有益效果：
以上结合附图和具体实施例详细描述了本发明的思想。在本发明中用开关元件替代现有产品中的用于电流检测的电阻，因而避免了交流电源的变化对照明模式指示电路输出结果的影响。同时本发明所提出的在照明模式指示电路中引入独立的电压源，以提供独立、稳定的参考电压。基于以上两点，本发明所提出的照明模式指示电路可以提供稳定可靠的照明模式指示电压，以使得后续调光电路可以利用该照明模式指示电压准确调节CFL的谐振电路输出的荧光灯的工作频率和功率，使得整个灯源的光输出稳定一致。
本发明所提出的具有稳定照明模式指示电压的照明模式指示电路可以应用于美国标准的三线调光系统中。虽然以上描述都是以CFL的电子镇流器为具体实施例，但本发明提出的照明模式指示电路不仅可以应用于荧光灯，还可以应用于其他类型灯源中。
本领域技术人员应当理解，本发明所公开的在照明模式指示电路和方法，可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。