專利名稱：用于固態(tài)照明系統(tǒng)的自適應(yīng)控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域，并且特別地涉及固態(tài)照明系統(tǒng)的工作條
件的自適應(yīng)控制。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)和有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的研究進(jìn)展使得 這些設(shè)備更亮，更有效，并從而更加適合普通區(qū)域和空間照明應(yīng)用。 與已經(jīng)占領(lǐng)傳統(tǒng)照明市場(chǎng)的白熾燈，焚光燈和高強(qiáng)度放電燈相比，這 些設(shè)備將變得越來(lái)越具有的竟?fàn)幜?。LED的亮度可以通過(guò)改變通過(guò)該設(shè)備的電流來(lái)改變。然而，在相 同電流的情況下，任意兩個(gè)相同類型和構(gòu)造的LED發(fā)射光量可能明顯 地不同，典型地即使例如所有其他相關(guān)工作條件是相同的。這些在LED 的運(yùn)行中不希望的變化可以通過(guò)幾種方法來(lái)減少。例如，LED可以被組 合到具有緊密匹配運(yùn)行特征的設(shè)備組中，或者LED控制電路可以被適 當(dāng)?shù)匦?zhǔn)以基本準(zhǔn)確地控制LED發(fā)射光量。上述問(wèn)題的一個(gè)解決方案是在線性控制電路系統(tǒng)中控制通過(guò)兩 個(gè)或更多LED的直流電。然而，采用線性控制電路的問(wèn)題是它可能消 耗相對(duì)大量的能量，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的能量效率。
有效區(qū)域和空間照明系統(tǒng)典型地將需要許多LED，直到單個(gè)LED 變得足夠亮。帶有許多LED的照明設(shè)備的控制可能是復(fù)雜的。例如， 通過(guò)減小直電流驅(qū)動(dòng)的LED中的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)調(diào)光可能導(dǎo)致LED閃爍。 此外，在低電流水平上， 一些LED可以轉(zhuǎn)向OFF,而其他具有更低的正 向電壓的LED可以保持ON。這可能導(dǎo)致照明系統(tǒng)產(chǎn)生不希望有的照明 形式。例如，美國(guó)專利No.6， 362， 578提供了一種控制方法，其中反饋 電壓轉(zhuǎn)換器被用于維持橫跨一系列LED串的恒定負(fù)載電壓，其中偏壓 電阻用于電流控制。晶體管連接在LED低壓側(cè)，且通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM) 進(jìn)行切換用于亮度控制。當(dāng)電流被切換并反復(fù)將LED轉(zhuǎn)向ON和OFF時(shí)， 這個(gè)配置能實(shí)現(xiàn)完全調(diào)光控制。LED發(fā)射的光的時(shí)間平均亮度由PWM占空比因子決定。然而，這些類型的配置的問(wèn)題是由于在偏壓電阻中 功率損耗，它們可能是低效的，并且它們可能要求定制電阻以準(zhǔn)確控 制電流。更多能量有效的解決方案也可以控制提供給電流控制器的電
壓。例如，電壓升降調(diào)節(jié)器可以用于產(chǎn)生用于LED陣列高壓側(cè)的調(diào)控 的共模電壓源。然后，低壓側(cè)的鎮(zhèn)流電阻器可以用于設(shè)置LED電流， 并且附加電阻可用于監(jiān)視LED驅(qū)動(dòng)電流。美國(guó)專利No. 4, 001， 667也公開(kāi)了一種提供恒定電流脈沖的閉 環(huán)電路，然而該電路沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全占空比控制。美國(guó)專利No. 6， 586， 890公開(kāi)了一種方法，其使用電流反饋通過(guò) PWM切換電源來(lái)調(diào)節(jié)LED功率，從而調(diào)節(jié)LED亮度。這個(gè)方法的問(wèn)題是 公開(kāi)的PWM頻率信號(hào)的范圍在大約20Hz到20kHz之間，并因此該電源 易于產(chǎn)生可聽(tīng)噪音。依賴于LED的類型，典型地在低于1(^Hz的范圍 中的低切換頻率也能導(dǎo)致LED內(nèi)部顯著的熱循環(huán)并誘發(fā)熱應(yīng)力，這能 增加設(shè)備故障的危險(xiǎn)。美國(guó)專利No. 6， 734， 639公開(kāi)了 一種方法，其用于通過(guò)結(jié)合了定 制的采樣和保持電路的電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)控制LED陣列的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的 超調(diào)?？刂芁ED的切換信號(hào)也控制電壓轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)和禁用，并因此 切換所述負(fù)栽(LED)和電源。控制負(fù)栽電流切換的信號(hào)被這樣偏置 基本在線性區(qū)域中操作開(kāi)關(guān)從而能夠控制峰值電流，其能另外導(dǎo)致開(kāi) 關(guān)內(nèi)的功率損失并降低整個(gè)系統(tǒng)的能量效率。然而，這個(gè)配置典型地
僅僅工作在大約400Hz的范圍內(nèi)的切換頻率，并且該配置典型地不允 許例如在大約20kHz以上的頻率處的負(fù)載的高頻切換。 〖0010]此外，美國(guó)專利申請(qǐng)>^布No. 2004/0036418 />開(kāi)了一種驅(qū)動(dòng)幾 串LED的方法，其中轉(zhuǎn)換器用于改變通過(guò)LED的電流。實(shí)現(xiàn)電流切換 以提供反饋。這個(gè)方法與采用標(biāo)準(zhǔn)降壓變換器相似，并且該方法能為 控制通過(guò)LED的電流提供有效的方法。然而，當(dāng)多個(gè)LED串需要不同 的正向電壓時(shí)，問(wèn)題出現(xiàn)了。在這個(gè)方案中，高壓側(cè)晶體管開(kāi)關(guān)被用 作可變電阻以限制到達(dá)各LED串的電流。這些高壓側(cè)晶體管開(kāi)關(guān)可以 誘發(fā)損失，并且降低電路的所有能量效率。因此，對(duì)于用于固態(tài)照明設(shè)備的自適應(yīng)控制方法和裝置來(lái)說(shuō)， 需要控制提供給一個(gè)或多個(gè)電子設(shè)備的電壓。提供這個(gè)背景信息以揭示申請(qǐng)人相信的與本發(fā)明相關(guān)的信息。不允許也不應(yīng)該這樣解釋，任何前面的信息構(gòu)成了反對(duì)本發(fā)明的現(xiàn)有 技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于固態(tài)照明系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法 和裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于固態(tài)照明系統(tǒng)的自 適應(yīng)控制裝置，所述照明系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件 構(gòu)成的組，該裝置包括操作性地耦合于一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)發(fā) 光元件構(gòu)成的組的電壓控制設(shè)備，該電壓控制設(shè)備被配置以為每個(gè)組 提供獨(dú)立可控的電壓；操作性地耦合于一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光 元件構(gòu)成的組的反饋系統(tǒng)，該反饋系統(tǒng)被配置以檢測(cè)并產(chǎn)生代表通過(guò) 所述一個(gè)或多個(gè)組的驅(qū)動(dòng)電流的信號(hào)；和操作性地耦合于所述反饋系 統(tǒng)并被配置以接收所述信號(hào)的計(jì)算設(shè)備，該計(jì)算設(shè)備操作性地耦合于 所述電壓控制設(shè)備并被配置以控制該電壓控制設(shè)備的操作；其中所述 計(jì)算設(shè)備被配置以基于所迷信號(hào)，自適應(yīng)地評(píng)估在所述一個(gè)或多個(gè)組 的每一個(gè)中形成所期望的各個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的所需電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，當(dāng)其應(yīng)用于包括由 一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的組的系統(tǒng)時(shí)，用于確定在該組中形成期望 的驅(qū)動(dòng)電流的電壓，該方法包括的步驟為評(píng)估第一電壓；將第一電 壓提供給系統(tǒng)；確定第一驅(qū)動(dòng)電流；基于第一驅(qū)動(dòng)電流與所期望的驅(qū) 動(dòng)電流的比較自適應(yīng)地評(píng)估新的第一電壓。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于照明設(shè)備的自適應(yīng) 控制裝置的結(jié)構(gòu)。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的定義正向電壓自動(dòng)校準(zhǔn) 方法的流程圖的第一部分。圖2B示出了定義圖2A的正向電壓自動(dòng)校準(zhǔn)方法的流程圖的第 二部分。
發(fā)明詳述 定義
術(shù)語(yǔ)"發(fā)光元件"用于定義在例如可見(jiàn)光區(qū)域，紅外線區(qū)域和/ 或紫外線區(qū)域的電磁頻譜區(qū)域或區(qū)域組合內(nèi)發(fā)射射線的設(shè)備，例如當(dāng) 通過(guò)應(yīng)用橫跨它的電位差或使電流經(jīng)過(guò)它而對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)時(shí)。因此， 發(fā)光元件可以具有單色的，準(zhǔn)單色的，多色的或?qū)拵Ч庾V的發(fā)射特性。 發(fā)光元件的實(shí)例包括半導(dǎo)體、有機(jī)的、或聚合物/聚合的發(fā)光二極管， 涂覆在發(fā)光二極管上的光泵磷光體，光泵納米晶體發(fā)光二極管或?yàn)楸?領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的其他相似設(shè)備。這里使用的術(shù)語(yǔ)"大約"是指額定值的+/-10%的變化。應(yīng)該理 解這種變化總是被包括在這里所提供的任意給定值之內(nèi)，不管它是否 被特別地指出。本發(fā)明提供了 一種可編程閉環(huán)控制裝置和校準(zhǔn)方法，其用于確 定、設(shè)置、并將電壓保持在基本最小量值，該量值被要求獲得期望的 通過(guò)由照明系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)組中每一個(gè) 的驅(qū)動(dòng)電流。這樣，基本最小電壓量值可以這樣評(píng)估它能夠獲得通 過(guò)由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的每個(gè)組的驅(qū)動(dòng)電流，其中這個(gè)最小值 可以減少?gòu)碾娫吹玫降墓β实闹?，并且可以減少照明系統(tǒng)中的功率損耗。所述控制裝置和校準(zhǔn)方法能周期性地，隨機(jī)地或根據(jù)命令確定 所述基本最小量值電壓，其被要求獲得期望的通過(guò)由照明系統(tǒng)的一個(gè) 或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的每個(gè)組的驅(qū)動(dòng)電流的。所述控制裝置和校準(zhǔn)方 法能用于減輕例如由于照明系統(tǒng)中的發(fā)光元件的老化或更換而造成的 發(fā)光元件的工作特性的變化。所述控制裝置和校準(zhǔn)方法能進(jìn)一步用在 某種發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)電流控制電路中，其被設(shè)計(jì)進(jìn)行工作而基本上沒(méi)有 某些耗能元件。
裝置結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的控制裝置能提供對(duì)包括由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu) 成的一個(gè)或多個(gè)組的照明系統(tǒng)的控制。所述控制裝置包括電壓控制設(shè) 備，其操作性地耦合于由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)組中 的每一個(gè)并能夠控制施加到所述一個(gè)或多個(gè)組中的每一個(gè)的電壓。所
7述控制裝置進(jìn)一步包括反饋系統(tǒng)，其操作性地耦合于由一個(gè)或多個(gè)發(fā) 光元件構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)組中的每一個(gè)，并且被配置以收集表示通過(guò) 由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)組中每一個(gè)的驅(qū)動(dòng)電流的信 息。此外，所述控制裝置包括計(jì)算設(shè)備，其操作性地耦合于電壓控制 設(shè)備，反饋系統(tǒng)和電源。所述計(jì)算設(shè)備被配置以基于從反饋系統(tǒng)獲得 的信息來(lái)控制電壓控制設(shè)備，從而調(diào)節(jié)提供給由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件 構(gòu)成的每個(gè)組的電壓，進(jìn)而所提供的電壓產(chǎn)生期望的通過(guò)由一個(gè)或多 個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的各個(gè)組的驅(qū)動(dòng)電流。
發(fā)光元件組 —個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的每個(gè)組可以包括串聯(lián)的或者可選為 并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光元件組被配置為兩個(gè)或多個(gè)發(fā) 光元件分支的并聯(lián)，并因此可以另外需要每個(gè)分支的電流限制設(shè)備。 電流限制設(shè)備可以包括固定電阻器，可變電阻器，或例如本領(lǐng)域技術(shù) 人員容易理解的晶體管。所述電流限制設(shè)備也可以包括操作性地耦合 于晶體管的運(yùn)算放大器(op-amp)和置于特定分支內(nèi)的電流感測(cè)設(shè)備。 所述op-amp可以感測(cè)分支中的驅(qū)動(dòng)電流并調(diào)節(jié)所述晶體管的電阻，從 而所述驅(qū)動(dòng)電流保持低于期望的最小值?？梢孕?zhǔn)電流限制設(shè)備以荻 得發(fā)光元件分支的某些工作特性。
電壓控制設(shè)備所述電壓操作設(shè)備操作性地耦合于由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成 的一個(gè)或多個(gè)組中的每一個(gè)，并能控制提供給所述一個(gè)或多個(gè)組中每 一個(gè)的電壓。例如電壓控制設(shè)備被配置以基于輸入信號(hào)將從電源接收 到的一個(gè)數(shù)量級(jí)的電壓轉(zhuǎn)換為另 一個(gè)數(shù)量級(jí)的電壓。
在所述實(shí)施例中，電源可以用于例如將AC電源轉(zhuǎn)變?yōu)镈C電源， 而所述電壓控制設(shè)備可以是DC-DC轉(zhuǎn)換器。所述DC-DC轉(zhuǎn)換器可以是 降壓切換模式電源(SMPS),例如比如降壓變換器。降壓變換器或其 他變換器可以和比如二極管，電容器，電感器和反饋組件的標(biāo)準(zhǔn)外部 組件一起使用。降壓變換器在標(biāo)準(zhǔn)集成電路(IC)封裝中是可用的， 并連同所述附加外部組件可以以接近90%或更高的效率實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換?？梢杂脕?lái)代替降壓變換器的其他變換器的實(shí)例包括升壓變換器，
升降壓變換器，Cuk變換器和反激式變換器。 反饋系統(tǒng)所述反饋系統(tǒng)操作性地耦合于由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的所 述一個(gè)或多個(gè)組中的每一個(gè)，并且該反饋系統(tǒng)被配置以收集表示通過(guò) 由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的所述一個(gè)或多個(gè)組中每一個(gè)的驅(qū)動(dòng)電流 的信息。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述反饋系統(tǒng)被配置為電流感測(cè)電 路，并可以具有例如一個(gè)或多個(gè)電流傳感器。電流傳感器提供了表示 該電流的信號(hào)，并且它可以是電阻器，例如固定的高精度電阻器，可 編程或可調(diào)節(jié)電阻器，或霍爾效應(yīng)電流傳感器，或具有已知信號(hào)-電流 關(guān)系的其他元件，并且該電流傳感器可以提供通過(guò)由 一個(gè)或多個(gè)發(fā)光 元件構(gòu)成的組的驅(qū)動(dòng)電流的實(shí)際指示。
計(jì)算設(shè)備所述計(jì)算設(shè)備被配置以基于從反饋系統(tǒng)獲得的信息而控制所迷 電壓控制設(shè)備，從而調(diào)節(jié)提供給由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的每個(gè)組 的電壓，進(jìn)而所提供的電壓產(chǎn)生期望的通過(guò)由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu) 成的各個(gè)組的驅(qū)動(dòng)電流。所述計(jì)算設(shè)備可以包括一個(gè)或多個(gè)各種類型的微處理器或微控 制器，其包括具有或不具有一個(gè)或多個(gè)外圍輸入/輸出接口的中央處理 單元(CPU)。輸入/輸出接口可以是用于專用或通用通信或串行和/或 并行通信的有用類型。所述計(jì)算設(shè)備可以具有一個(gè)或多個(gè)用于監(jiān)視某 些裝置參數(shù)的A/D變換器或D/A變換器。所述計(jì)算設(shè)備可以包括或操 作性地連接到存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器可能是一種存儲(chǔ)介質(zhì)并可能是易失性 的或非易失性的類型，例如RAM， PROM， EPROM，和EEPROM，磁4支術(shù)或 閃存技術(shù)等等。所述存儲(chǔ)器可以用于存儲(chǔ)用于監(jiān)視或控制耦合于計(jì)算 設(shè)備的任何設(shè)備的例如程序代碼，軟件，微碼或固件的數(shù)據(jù)和控制指 令，并且所述數(shù)據(jù)和控制指令能由CPU執(zhí)行或處理。
任選地，所述計(jì)算設(shè)備也能提供一種將用戶指定的工作條件轉(zhuǎn) 換為控制信號(hào)的裝置，從而控制能夠與其耦合的外圍設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器可以通過(guò)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的例如，鍵盤(pán)， 觸摸板，觸摸屏，控制臺(tái)，視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)輸入設(shè)備等用戶接口來(lái)接收用 戶指定的命令。所述計(jì)算設(shè)備被配置以評(píng)估所需電壓的水平，該電壓水平用于 在由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的所述一個(gè)或多個(gè)組的每一個(gè)中產(chǎn)生所 期望的驅(qū)動(dòng)電流。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這些所需電壓量值的評(píng)估可以系統(tǒng) 地，例如順序地對(duì)每個(gè)組執(zhí)行。對(duì)于每個(gè)組，所需電壓量值可以在校 準(zhǔn)處理中通過(guò)比較檢測(cè)的電流和所期望的電流而確定。例如，所述自 適應(yīng)控制方法可以指導(dǎo)所述計(jì)算設(shè)備來(lái)指導(dǎo)所述電壓控制設(shè)備增加應(yīng) 用的驅(qū)動(dòng)電壓直到檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電流大約等于所期望的電流。
所述計(jì)算設(shè)備可以操作性地耦合于存儲(chǔ)設(shè)備。例如，所述存儲(chǔ) 設(shè)備可以被集成到該計(jì)算設(shè)備或它可以是通過(guò)合適的通信鏈路連接到 該計(jì)算設(shè)備的存儲(chǔ)設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，在照明系統(tǒng)工作期間，所 述計(jì)算設(shè)備能夠在存儲(chǔ)設(shè)備中存儲(chǔ)先前確定的驅(qū)動(dòng)電壓的所需電壓量 值以用于隨后的使用。所述存儲(chǔ)設(shè)備可以被配置為電子可擦除可編程 只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，電子可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，非易失性 隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(NVRAM)，只讀存儲(chǔ)器(ROM)，可編程只讀存儲(chǔ)器 (PROM)，閃存或任意其他用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算設(shè)備可以進(jìn)一步配置以在預(yù)定的時(shí) 間間隔內(nèi)隨機(jī)地或根據(jù)要求重新校準(zhǔn)所述基本最小的所需電壓量值。 這樣，所述控制裝置可以提供一種裝置，用于降低設(shè)備中的功率損耗， 即使改變一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的工作特性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算設(shè)備可以被配置以從例如 用戶接口或照明控制器的照明系統(tǒng)外部源通過(guò)與之相關(guān)聯(lián)的通信端口 接收指令。這個(gè)通信端口可以被配置以多個(gè)通信協(xié)議中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)接收和發(fā)送信息，所述通信協(xié)議例如為DALIRS485, I2C， RS232, Ethernet或本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的其他通信協(xié)議。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，照明系統(tǒng)包括由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元 件構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)組，其中每個(gè)組可以配置為從屬組件，并且所述 控制裝置被配置為主要組件，其為所述一個(gè)或多個(gè)組的每一個(gè)提供指 令用于其操作。在這個(gè)配置中，所述主要組件，即控制裝置，為所述 一個(gè)或多個(gè)組的每一個(gè)提供控制信號(hào)，從而這些控制信號(hào)的形式對(duì)于 所述組是可讀的。在本發(fā)明的替代實(shí)施例中，由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的所述 一個(gè)或多個(gè)組中的每一個(gè)能夠被配置來(lái)接收以RS484, I2C， RS232, DALI， Ethernet或本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠渌袷脚?置的指令。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述控制裝置和方法可以采用附加的硬 件適配器來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且可以被校準(zhǔn)以與各種不同的照明設(shè)備，電源和 其他組件一起工作，這些設(shè)備能夠模塊化地或單片地相互連接從而為 照明系統(tǒng)提供可擴(kuò)張的功能。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制裝置和方法可以在可擴(kuò)展 的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，從而兩個(gè)或更多控制裝置可以相互連接以創(chuàng)建例如 帶有主要控制器的控制網(wǎng)絡(luò)。所述控制裝置可以這樣設(shè)計(jì)使得它們 能無(wú)縫地相互連接在控制網(wǎng)絡(luò)中，而不需要硬件或固件修改。
自適應(yīng)控制方法所述自適應(yīng)控制方法(ACM)可以在固件或軟件中實(shí)現(xiàn)，并且可 以提供用于控制用于照明系統(tǒng)的由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成的每個(gè)組 的基本最小正向電壓的校準(zhǔn)。所述用于特定發(fā)光元件組的基本最小正 向電壓是要獲得對(duì)于所述組中所有發(fā)光元件的所期望的驅(qū)動(dòng)電流所需 要的最小的正向電壓。例如，所期望的驅(qū)動(dòng)電流可以是由發(fā)光元件制造商指定的額定驅(qū)動(dòng)電流。所述電壓控制設(shè)備控制提供給由一個(gè)或多 個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的所述一個(gè)或多個(gè)組中每一個(gè)的電壓，并從而控制取 自電源的功率。每個(gè)組可以例如經(jīng)由分離布線或通過(guò)可尋址總線或本 領(lǐng)域公知的其他類型的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)而成為可尋址的。初始步驟包括選擇并尋址一 個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的一個(gè)特定組，
并配置所述電壓控制設(shè)備從而為所述組提供低電壓。在迭代過(guò)程中， 所述電壓控制設(shè)備被配置從而為在一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的所選擇組中 選擇的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件提供可控電壓。隨后，所述電壓控制設(shè)備將預(yù)定的初始電壓施加到所述已選擇 的組，而所述控制裝置在預(yù)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)例如連續(xù)地或在運(yùn)行的基 礎(chǔ)上評(píng)估通過(guò)該組的驅(qū)動(dòng)電流。所述控制裝置為所述組比較這樣評(píng)估 的驅(qū)動(dòng)電流與所期望的驅(qū)動(dòng)電流值。如果所述驅(qū)動(dòng)電流大于或小于所 期望的驅(qū)動(dòng)電流值超過(guò)預(yù)定的量，那么所述控制裝置隨后對(duì)施加的電 壓增加或減少預(yù)定的值并且以迭代的方式重新評(píng)估所述驅(qū)動(dòng)電流。所 述控制裝置可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)條件的任意組合，例如基于迭代步驟， 基于評(píng)估的驅(qū)動(dòng)電流與期望的驅(qū)動(dòng)電流值的偏差和/或在所述組中發(fā) 光元件的類型，來(lái)反復(fù)調(diào)節(jié)施加的電壓。隨后，對(duì)于所選擇的組中的 每個(gè)所迷其他發(fā)光元件，可以執(zhí)行所述迭代處理。隨后，所述控制裝
置對(duì)一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的下一組開(kāi)始相同的過(guò)程。
注意到通過(guò)所述方法，所述施加的電壓將在校準(zhǔn)過(guò)程期間改變， 該方法可以以多個(gè)不同的方式實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)簡(jiǎn)單地將所述施加的電 壓增加或減少預(yù)定的相同或累進(jìn)的量值，或者通過(guò)對(duì)選擇初始電壓進(jìn) 行區(qū)間嵌套。區(qū)間嵌套可以包括將施加的電壓改變?yōu)榻橛谑┘与妷号c
另一個(gè)高于或低于施加電壓并可以根據(jù)例如先前施加的電壓或發(fā)光元 件類型以預(yù)定的方式進(jìn)行選擇的值之間的新值。這樣建立的所需電壓 可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制裝置和方法能間歇地，頻 繁地或基于需求地重新校準(zhǔn)所需電壓從而抵償例如由于老化造成的改 變發(fā)光元件的電壓需求，從而保持用于由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成的 所述一個(gè)或多個(gè)組中每一個(gè)的期望的驅(qū)動(dòng)電流和期望的光輸出，并進(jìn) 一步控制照明系統(tǒng)內(nèi)的功率損耗。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述控制裝置 可以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的置換或添加自動(dòng)校準(zhǔn)電壓需求。
本發(fā)明現(xiàn)在將參照特定實(shí)例進(jìn)行描述。應(yīng)該理解下面的實(shí)例的
意圖是描述本發(fā)明的實(shí)施例，而不是以任何方式限制本發(fā)明。
實(shí)例
實(shí)例1:
裝置的體系結(jié)構(gòu)圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于照明系統(tǒng)的控制裝 置的體系結(jié)構(gòu)。該控制裝置具有預(yù)定數(shù)量的發(fā)光元件通道(CHANy-其 中y是通道數(shù)量)和預(yù)定數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件所構(gòu)成的組(GRx-其中x是組的個(gè)數(shù))。不同通道可以包括不同數(shù)量的發(fā)光元件，并且
不同通道或甚至每個(gè)通i中的發(fā)光元件的額^顏色或亮度可以是相同
的或不同的。照明系統(tǒng)的所述控制裝置能為由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu) 成的每個(gè)組獨(dú)立地控制多達(dá)預(yù)定數(shù)量的發(fā)光元件通道。所述控制裝置 包括中央處理單元(CPU) 110，電流感測(cè)電路(CSC) 120，電壓控制 電路(VCC) 130，和通道選擇電路(CHSC) 140。所述控制裝置可以連 接到包括一個(gè)或多個(gè)通道的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件組。每個(gè)通道可以包 括相同額定顏色的發(fā)光元件。所述控制裝置提供電源電壓控制電路 (PSVC)155用于控制電源150的輸出電壓。所述控制裝置可以根據(jù)通
道中發(fā)光元件的類型來(lái)設(shè)置每個(gè)通道的發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)電流。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所迷CPU包括兩個(gè)通過(guò)UC和RS485 串行總線系統(tǒng)以及接口 118和119而相互連接到多主機(jī)結(jié)構(gòu)的微處理 器112和114。每個(gè)微處理器可以具有它自己的存儲(chǔ)器，并且可選地能 與其他微處理器分享共同的存儲(chǔ)器117。所述CPU能通過(guò)串行RS485接口 111以數(shù)字格式和可編程速度 來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。該CPU將輸入數(shù)據(jù)處理并轉(zhuǎn)換為用于適當(dāng)?shù)乜刂?VCC130和CHSC140的合適格式化的指令流。使用用于通過(guò)串行I2C總線系統(tǒng)在所述兩個(gè)微處理器之間進(jìn)行 通信的多主機(jī)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)所述多主機(jī)體系結(jié)構(gòu)。沿著總線系統(tǒng)的 通信的速度可以是可編程的。所述CPU根據(jù)所述自適應(yīng)控制方法處理 指令，例如以確定各自發(fā)光元件通道所需的每個(gè)最小正向電壓，從而 獲得所期望的發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)電流。所迷CPU從CSC120接收電流感測(cè)信號(hào)，并向VCC130發(fā)送指令以提供最小正向電壓。所述VCC包括用于每個(gè)發(fā)光元件組的電壓控制子系統(tǒng)(VCCx-其 中x是子系統(tǒng)的數(shù)量)，并可以將數(shù)字輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號(hào)。 所述VCC130從CPU110接收地址和命令并處理這些命令，并為每個(gè)由 接收到的地址定義的發(fā)光元件組提供各自的輸出電壓水平。
所述VCC可以包括易失性的或非易失性的存儲(chǔ)器，其中可以存 儲(chǔ)地址和命令。所述PSVC155是一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其能夠從CPU110接收數(shù)字 格式的數(shù)據(jù)，也能夠?qū)⑦@個(gè)信息提供給可編程電源，例如它能將該信 息轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)從而應(yīng)用于該電源的電壓調(diào)節(jié)器的誤差放大器。因 此，電源PS150的輸出電壓可以通過(guò)所述PSVC155來(lái)調(diào)節(jié)。所述PSVC155 通過(guò)CSC120將功率提供給VCC130。所述CSC120是電流反饋回路的一部分，并可以將每個(gè)發(fā)光元件 組驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為代表該驅(qū)動(dòng)電流的模擬信號(hào)。每個(gè)模擬信號(hào)可以被 變換以適合預(yù)定的量值范圍并進(jìn)一步地進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以及處理。如圖 所示，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換可以在CPU110中進(jìn)行，或可替代地在獨(dú)立 的設(shè)備(未示出)中進(jìn)行。可選地，所述CSC120能提供關(guān)于發(fā)光元件 組電壓的信息。所述CHSC140是數(shù)字電路，并能夠根據(jù)接收的CPU指令啟動(dòng)或 禁止發(fā)光元件組中的通道。所述CHSC包括每個(gè)發(fā)光元件組(GRx) — 個(gè)通道選擇電路(EN GRx)。所述CHSC可以被任意CPU微處理器112 或114訪問(wèn)。
自適應(yīng)控制方法所述ACM包括自動(dòng)校準(zhǔn)方法。在圖2A和2B中示出了根據(jù)本發(fā) 明實(shí)施例的自動(dòng)校準(zhǔn)方法的流程圖，其中每個(gè)圖示出了該流程圖的一 部分。所述ACM可以在固件中實(shí)現(xiàn)，并且在其他方面，其能夠控制在 自適應(yīng)控制系統(tǒng)中的每個(gè)發(fā)光元件組或通道的最小正向電壓的自動(dòng)校 準(zhǔn)。所述每個(gè)發(fā)光元件通道的最小正向電壓是獲得用于分配到發(fā)光元 件通道的所有發(fā)光元件所期望的驅(qū)動(dòng)電流所需的最小正向電壓。所述 期望的驅(qū)動(dòng)電流可以是由例如該發(fā)光元件的制造商提供的各個(gè)發(fā)光元 件的數(shù)據(jù)表中指定的額定驅(qū)動(dòng)電流。
所述固件包括用于存儲(chǔ)每個(gè)發(fā)光元件通道的電壓的存儲(chǔ)對(duì)象 int channelVotage[MAX-CHAN—NUM]201，以及下面的函數(shù)
SET—GROUP —ADDR () 210為每個(gè)VCC選擇合適的硬件地址，
SET—MIN—VOLTAGE () 215將每個(gè)VCC設(shè)置為預(yù)定的低電壓值，
TURN—CHAN—ON (int CHAN) 220將通道CHAN切換到最大光輸出，
READ-CSC (int CHAN) 225在通道CHAN上讀取CSC的值，
SAVE-CHAN-VOLTAGE (int CHAN) 230 將這組電壓存儲(chǔ)到 chaimelVoltage[]201中的各個(gè)元件， RESET—LED—CHANNEL () 250將所有通道設(shè)置為零光輸出，
INCREMENT-VCC—INPUT (int CHAN) 240將先前的值增加1發(fā)送到 VCC，MAX-GROUP-VOLTAGE() 260 為了 VCC 的校準(zhǔn)， 根據(jù) channelVoltage[]201中的條目來(lái)確定LEE組中的最高通道電壓，
PROGRAM-VCC(int CHAN) 245將用于通道CHAN的新的電壓值發(fā) 送到VCC， INC-CHAN-NUM() 280將通道數(shù)量增加1，
201中。在 步驟235中將存儲(chǔ)的值與例如在各個(gè)發(fā)光元件數(shù)據(jù)表中指定的預(yù)定額 定閾值進(jìn)行比較。如果額定閾值更大，則在步驟"0中CPU指導(dǎo)VCC 增加輸出電壓，并在步驟245中提供增加的輸出電壓。所述CSC值在 步驟225中被測(cè)量，存儲(chǔ)并再次與閾值比較，并在這個(gè)回路中重復(fù)這 個(gè)過(guò)程，直到達(dá)到額定閾值?！┻_(dá)到閾值，在步驟250中CPU將所有通道重置為零光輸出。 如果在步驟255中沒(méi)有達(dá)到所選擇發(fā)光元件組中的信道的最大數(shù)量， 則CPU指導(dǎo)所述CHSC在步驟280中選擇下一個(gè)通道，并重復(fù)校準(zhǔn)過(guò)程
15的上述步驟?！┌l(fā)光元件組中的所有通道都被以描述的方式掃描并確定了 所需的通道電壓，則在步驟260中確定為該組所存儲(chǔ)的通道電壓的最 大量值，并且在步驟265中，VCC被校準(zhǔn)從而為所選擇發(fā)光元件組提供 所評(píng)估電壓需求的最大量值。如果在步驟270中沒(méi)有達(dá)到發(fā)光元件組的最大數(shù)量，在步驟290 中選擇下一組，并且重復(fù)校準(zhǔn)過(guò)程的上述步驟。所述CPU處理自動(dòng)校 準(zhǔn)程序直到所有發(fā)光元件組被校準(zhǔn)。顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例是示范性的，并且能以許多方式來(lái) 改變。這種現(xiàn)在或?qū)?lái)的改變沒(méi)有被認(rèn)為脫離了本發(fā)明的精神和范圍， 并且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然這種修改包含在下面的權(quán)利要求范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于固態(tài)照明系統(tǒng)的自適應(yīng)控制裝置，該照明系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的組，該裝置包括a)電壓控制設(shè)備，其操作性地耦合于所述一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的組，該電壓控制設(shè)備被配置以為每個(gè)組提供獨(dú)立可控的電壓；b)反饋系統(tǒng)，其操作性地耦合于所述一個(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的組，該反饋系統(tǒng)被配置以檢測(cè)并產(chǎn)生代表通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)組的驅(qū)動(dòng)電流的信號(hào)；以及c)計(jì)算設(shè)備，其操作性地耦合于所述反饋系統(tǒng)并被配置以接收所述信號(hào)，該計(jì)算設(shè)備操作性地耦合于所述電壓控制設(shè)備并被配置以控制該電壓控制設(shè)備的運(yùn)行；其中所述計(jì)算設(shè)備被配置以基于所述信號(hào)自適應(yīng)地評(píng)估使得在所述一個(gè)或多個(gè)組的每一個(gè)中產(chǎn)生各自的期望的驅(qū)動(dòng)電流的所需電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所述計(jì)算設(shè)備一次激 活所述一個(gè)或多個(gè)組中的一個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的自適應(yīng)控制裝置，其中所述計(jì)算設(shè)備被配置以 選擇所述一個(gè)或多個(gè)組中的一個(gè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所述計(jì)算設(shè)備被配置從 而自適應(yīng)地一次評(píng)估一個(gè)所需的電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所述電壓控制設(shè)備包括用于為每個(gè)組保留所需電壓的存儲(chǔ)器設(shè)備。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中每個(gè)組包括一個(gè)或多個(gè) 并行通道，每個(gè)通道包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的自適應(yīng)控制裝置，其中所迷計(jì)算設(shè)備可以一 次激活所述一個(gè)或多個(gè)通道中的一個(gè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的自適應(yīng)控制裝置，其中所述計(jì)算設(shè)備被配置 以選擇所述一個(gè)或多個(gè)通道中的一個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所述反饋系統(tǒng)包括操作 性地耦合于所述一個(gè)或多個(gè)組用于提供所述信號(hào)的電流傳感器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所迷計(jì)算設(shè)備被配置從而周期性地評(píng)估每個(gè)所需的電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所述計(jì)算設(shè)備被配置 從而隨機(jī)地評(píng)估每個(gè)所需的電壓。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所述計(jì)算設(shè)備被配置 從而根據(jù)命令評(píng)估每個(gè)所需的電壓。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所述計(jì)算設(shè)備從預(yù)定 的最小電壓開(kāi)始使用預(yù)定的電壓增量來(lái)評(píng)估每個(gè)所需的電壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)控制裝置，其中所述計(jì)算設(shè)備使用區(qū) 間嵌套來(lái)評(píng)估每個(gè)所需的電壓。
15. —種用于確定電壓的方法，當(dāng)該電壓作用于包括由一個(gè)或多個(gè) 發(fā)光元件構(gòu)成的組的系統(tǒng)時(shí)，將在該組中產(chǎn)生所期望的驅(qū)動(dòng)電流，該 方法包括步驟為a) 評(píng)估第一電壓；b) 將第一電壓作用于該系統(tǒng)；c) 確定第一驅(qū)動(dòng)電流d) 基于對(duì)第一驅(qū)動(dòng)電流和所述期望的驅(qū)動(dòng)電流的比較自適應(yīng)地評(píng) 估新的第一電壓。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述新的第一電壓等于所述增加或減少預(yù)定量值的第一電壓。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述新的第一電壓被確定為介于 第一電壓和第二電壓之間，所述第二電壓是根據(jù)預(yù)定計(jì)劃確定的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中迭代地重復(fù)所述步驟的次序，直 到第一驅(qū)動(dòng)電流與所述期望的驅(qū)動(dòng)電流的偏差不超過(guò)預(yù)定的期望量 值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的一個(gè)或多個(gè)組構(gòu)成的固態(tài)照明系統(tǒng)的自適應(yīng)控制的方法和裝置。本發(fā)明包括為每個(gè)組提供獨(dú)立可控的電壓的電壓控制設(shè)備。一種檢測(cè)并生成代表通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)組的驅(qū)動(dòng)電流的信號(hào)的反饋系統(tǒng)。接著，一種計(jì)算設(shè)備基于該信號(hào)自適應(yīng)地評(píng)估在所述一個(gè)或多個(gè)組的每一個(gè)中獲得各自的期望的驅(qū)動(dòng)電流的所需電壓。
文檔編號(hào)H05B33/08GK101406105SQ200780009301
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者B·比杰賈克, I·托馬, P·瓊格沃思, S·莫哈馬迪 申請(qǐng)人:Tir科技公司