專利名稱：Led燈顏色控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在由美國能源部頒發(fā)的合同號為DE-FC26-05NT42342的美國政府支持下 做出。美國政府在本發(fā)明中擁有某些權(quán)利。此公開內(nèi)容的技術(shù)領(lǐng)域為供電領(lǐng)域，具體地，是LED燈顏色控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，白熾或熒光照明設(shè)備已經(jīng)被用作汽車及其他交通工具中的光源。然而，在 發(fā)光二極管(LED)技術(shù)方面的重大進(jìn)步使得LED由于它們的長的運行壽命、高效率以及小 體積而在交通工具中的使用具有吸引力。LED現(xiàn)在能夠幾乎如緊湊型熒光燈一般高效地產(chǎn) 生白光，并且其效率被期待會進(jìn)一步提高。為了充分實現(xiàn)LED的節(jié)能，驅(qū)動它們的電子器件 也必須是高效的。正在開發(fā)用于普通照明應(yīng)用的完備的LED燈，比如LED模塊系統(tǒng)(LED SIM)，其使 用具有一個或有限數(shù)量的集成電路的多個不同顏色的LED。集成電路包括用于LED燈的檢 測電路、驅(qū)動電路以及控制電路。用戶能夠控制燈的顏色和強(qiáng)度。為了產(chǎn)生可見光譜上的光，來自不同顏色LED的光輸出可以特定的比例進(jìn)行組合 以從LED燈產(chǎn)生期望的顏色。例如，一個LED可以產(chǎn)生紅光，一個LED可以產(chǎn)生綠光，而一 個LED可以產(chǎn)生藍(lán)光。紅-綠-藍(lán)(RGB)組合可以產(chǎn)生任何期望的顏色并且能夠由產(chǎn)生琥 珀色(A)光或白(W)光的LED進(jìn)行補充，以調(diào)節(jié)燈的顯色指數(shù)(CRI)。CRI指示出，相較于 標(biāo)準(zhǔn)照明源(比如日光或白熾燈)，燈渲染物體的顏色的優(yōu)劣。RGBA和RGBW相應(yīng)地表示 紅-綠-藍(lán)-琥珀和紅-綠-藍(lán)-白四LED燈。四LED燈中的每個LED源的電流被獨立地控制以允許燈覆蓋顏色和CRI的整個范 圍。一種用于四LED燈的電源布置是在每條LED通道中串聯(lián)兩個LED源的兩條并行LED通 道。基本電子拓?fù)淇梢詾榫哂锌刂屏鹘?jīng)每條通道的電流的通道開關(guān)的遲滯降壓轉(zhuǎn)換器。流 經(jīng)每條通道的電流的脈沖寬度和幅度都是可變的。遲滯操作上限和下限設(shè)定脈沖幅度。與 每個LED源并聯(lián)的分路開關(guān)通過短接特定的LED源來控制流經(jīng)每個LED源的電流。遲滯限 度可以被設(shè)定以最大化每條通道中的一個LED源的占空比。通道電流可以被降低以在每條 通道中的一個LED源的占空比被最大化的情況下產(chǎn)生所需數(shù)量的光。這樣實現(xiàn)了電子器件 中的節(jié)能并使得LED高效地產(chǎn)生光，LED通常在較低電流上比在較高電流上發(fā)光效率更高。當(dāng)今這一代LED燈能夠產(chǎn)生一系列顏色的光，但是在對多色LED系統(tǒng)中的一些或 全部顏色的控制為不可行的特定條件下會出現(xiàn)問題。因為有限的設(shè)置電流水平和脈沖寬度 的能力，以及因為各個部件和供應(yīng)值的容差，能夠獲得的顏色控制的準(zhǔn)確度取決于眾多項 目，比如調(diào)光水平、顏色坐標(biāo)、LED光譜以及控制算法。如果在接近問題區(qū)域時沒有采取措 施以釋放控制，那么LED燈很可能展現(xiàn)出不可預(yù)測的行為以及顏色和強(qiáng)度的不穩(wěn)定性。一個問題是光通量測量誤差。燈系統(tǒng)分別測量來自產(chǎn)生每一種顏色的LED源的光 的光通量，其中LED源操作在PWM模式中。在特定的時間，LED電流波形發(fā)生改變，從而僅一 個LED源顏色被打開并且執(zhí)行針對那個LED源顏色的通量測量。此外，在全部LED源關(guān)閉的頁
情況下測量背景通量水平。光通量測量設(shè)備，比如光電二極管，具有在進(jìn)行測量時必須被顧 及的響應(yīng)時間。當(dāng)光通量測量對LED電流頻率的反應(yīng)非常靈敏時，光通量信號對電流波形 中的波動敏感，其可以導(dǎo)致來自于未能代表真實的平均光級的光通量測量的顏色誤差。當(dāng) 光通量測量對LED電流頻率的反應(yīng)不是非常靈敏時，光通量信號需要相當(dāng)長的上升時間才 能穩(wěn)定于測量的最終數(shù)值。當(dāng)LED脈沖寬度太窄時，LED源在作出測量前可能就會被關(guān)閉， 導(dǎo)致不穩(wěn)定的顏色控制。這一問題可通過考慮這樣的燈系統(tǒng)來演示，該燈系統(tǒng)操作在1kHz上，從而最大脈 沖寬度為1ms。假設(shè)光通量測量設(shè)備在20 u s內(nèi)穩(wěn)定，光通量測量可在脈沖起始后20 y s時 (即，進(jìn)入最大脈沖寬度的2%)進(jìn)行。燈的用戶可以選擇顏色/強(qiáng)度組合，其將會導(dǎo)致一 種或多種顏色的占空比小于最大脈沖寬度的2%，例如，黃色包括非常小部分的藍(lán)色；青色 包括非常小部分的紅色；以及粉色/紫色包括非常小部分的綠色。當(dāng)特定顏色的占空比小 于2%時，出現(xiàn)在特定LED源之后的通量測量是關(guān)閉的，而控制系統(tǒng)將會獲得對光通量的虛 假讀數(shù)。在針對當(dāng)今這一代LED燈的光通量測量以及顏色控制中時常出現(xiàn)許多額外問題 與每個LED源并聯(lián)的分路開關(guān)的上升和下降時間可能是整個脈沖的相當(dāng)大的 部分； 遲滯周期可以大約為PWM脈沖寬度的量級，從而在每個PWM脈沖中存在這樣的 部分遲滯周期，其不具有與全周期的平均電流相同的平均電流； 遲滯電流波形的上升或下降時間可以如此之短，以至于在電流波形中的上沖或 下沖是顯著的； 鎖相可能在PWM周期(period)和遲滯電流波形周期之間出現(xiàn)，導(dǎo)致光通量測量 在遲滯電流波形的固定相位處規(guī)則地發(fā)生； 大的光學(xué)傳感器誤差可能發(fā)生自低的光級上的高信噪比、傳感器的溫度相關(guān) 性，等等； 錯誤的光通量測量讀數(shù)可能發(fā)生自光電二極管故障、干擾，等等； 由遲滯降壓轉(zhuǎn)換器所引起的LED電流的波動可以具有如此低的頻率以至于光 電二極管過濾不再有效并且通量測量不再代表平均通量；以及 過大的LED效率可能發(fā)生在LED源顏色之一，導(dǎo)致針對那個特定顏色的短的占空比。具有能夠克服以上缺點的LED燈顏色控制系統(tǒng)和方法是被期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供一種LED燈，具有LED控制器；以及多條LED通道，可操作 地連接到LED控制器，該多條LED通道中的每一條具有與至少一個分路LED電路串聯(lián)的通 道開關(guān)，該分路LED電路具有與LED源并聯(lián)的分路開關(guān)。LED控制器確實LED源是否在反饋 可控范圍內(nèi)，當(dāng)LED源在反饋可控范圍內(nèi)時存儲測量的LED源的光通量，而當(dāng)LED源不在反 饋可控范圍內(nèi)時忽略對測量的光通量的存儲。本發(fā)明的另一方面提供一種LED燈顏色控制方法，包括提供具有多條LED通道的 LED燈，多條LED通道中的每一條都具有與至少一個分路LED電路串聯(lián)的通道開關(guān)，該分路LED電路具有與LED源并聯(lián)的分路開關(guān)；為LED燈初始化LED燈設(shè)置；確實LED源是否在反 饋可控范圍內(nèi)；當(dāng)LED源在反饋可控范圍內(nèi)時存儲測量的LED源的光通量；以及當(dāng)LED源不 在反饋可控范圍內(nèi)時忽略對測量的光通量的存儲。本發(fā)明的另一方面提供一種LED燈顏色控制系統(tǒng)，其包括具有多條LED通道的 LED燈，該多條LED通道中的每一條都具有與至少一個分路LED電路串聯(lián)的通道開關(guān)，該分 路LED電路具有與LED源并聯(lián)的分路開關(guān)；用于為LED燈初始化LED燈設(shè)置的裝置；用于 確實LED源是否在反饋可控范圍內(nèi)的裝置；用于當(dāng)LED源在反饋可控范圍內(nèi)時存儲測量的 LED源的光通量的裝置；以及用于當(dāng)LED源不在反饋可控范圍內(nèi)時忽略對測量的光通量的 存儲的裝置。


本發(fā)明的前述的以及其他的特征和優(yōu)點通過結(jié)合附圖閱讀以下的對當(dāng)前是優(yōu)選 的實施方式的詳細(xì)說明將會進(jìn)一步明顯。詳細(xì)說明和附圖僅是對本發(fā)明的示例說明而不是 限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由隨附的權(quán)利要求書及其等價來限定。圖1是依照本發(fā)明的一個LED燈顏色控制系統(tǒng)的示意圖；圖2A-圖2B是依照本發(fā)明的LED燈顏色控制方法的流程圖；以及圖3是依照本發(fā)明的LED燈顏色控制系統(tǒng)的另一種實施方式的示意圖。
具體實施例方式圖1是依照本發(fā)明的一個LED燈顏色控制系統(tǒng)的示意圖。在這個范例中，該LED 燈為雙通道電路、雙LED電路燈，即，該LED燈具有兩條LED通道，每一條LED通道有兩個分 路LED電路。LED燈30采用顏色控制系統(tǒng)，該燈包括LED控制器58，控制器58具有微控制器 50，可操作地連接到專用集成電路(ASIC)遲滯控制40，控制到兩條LED通道60的功率。每 條LED通道60具有在電壓和公共點(common)之間串聯(lián)連接的通道開關(guān)62和LED電路64。 每個通道開關(guān)62接收來自ASIC遲滯控制40的通道開關(guān)控制信號63以控制流經(jīng)LED通道 60的電流。在這個范例中，每個LED電路64包括二極管67與下面的電路并聯(lián)電感器66 與兩個分路LED電路83和電阻器81串聯(lián)。每個分路LED電路83包括分路開關(guān)68與LED 源80并聯(lián)。LED源80包括相互串聯(lián)和/或并聯(lián)連接以產(chǎn)生期望的顏色或波長的光的一個 或多個LED。每個分路開關(guān)68接收來自ASIC遲滯控制40的分路開關(guān)控制信號69。分路 開關(guān)68圍繞它的相關(guān)的LED源短接通道電流以控制相關(guān)LED源的光輸出。在這個范例中， 基本電子拓?fù)錇檫t滯降壓轉(zhuǎn)換器。LED控制器58包括數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲操作數(shù)據(jù)，比如 測量的LED源80的光通量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，LED控制器58可以是提供期望的 功能單獨的集成電路或者數(shù)個可操作地連接的集成電路。例如，LED控制器58可以是包括 具有內(nèi)建存儲器的微處理器的單個集成電路，或者可以是一個包括微處理器而另一個包括 存儲器的兩個集成電路。每個LED源80的顏色輸出可被選擇以從LED燈30中產(chǎn)生為特定目的所期望的光 輸出。在一種實施方式中，LED源為紅-綠-藍(lán)-琥珀色(RGBA)。在另一種實施方式中， LED源為紅-綠-藍(lán)-白色(RGBW)。在一種實施方式中，產(chǎn)生綠色和藍(lán)色光的LED源80可以在一條LED通道60中，而產(chǎn)生琥珀色和紅色光的LED源80可以在另一條LED通道60中。
微控制器50接收用戶輸入信號42，比如顏色指令信號、調(diào)光指令信號，等等。微 控制器50還能夠接收微控制器反饋信號44，比如溫度傳感器信號、光學(xué)傳感器信號，等等， 如根據(jù)特定應(yīng)用所期望的那樣。在一種實施方式中，反饋信號44由ASIC遲滯控制40根據(jù) 控制反饋信號52來產(chǎn)生，反饋信號52比如是溫度傳感器信號、光學(xué)傳感器信號，等等，如為 特定應(yīng)用所期望的那樣。響應(yīng)于用戶輸入信號42，以及，可選地，微控制器反饋信號44，微 控制器50產(chǎn)生高側(cè)(highside，簡稱HS)使能信號46和低側(cè)脈寬調(diào)制(low side pulse widthmodulation，簡稱LS PWM)信號48，其被提供給ASIC遲滯控制40。
ASIC遲滯控制40還接收指示經(jīng)過每條LED通道60的電流的電流反饋信號54，并 且響應(yīng)于電流反饋信號54來調(diào)節(jié)通道開關(guān)控制信號63。ASIC遲滯控制40響應(yīng)于HS使能 信號46、LS PWM信號48、電流反饋信號54，以及，可選地，控制反饋信號52，產(chǎn)生通道開關(guān) 控制信號63和分路開關(guān)控制信號69。在操作中，用戶向微控制器50提供用戶輸入信號42，微控制器50產(chǎn)生HS使能信 號46和LS P麗信號48。ASIC遲滯控制40接收HS使能信號46和LS P麗信號48并產(chǎn)生 通道開關(guān)控制信號63和分路開關(guān)控制信號69。LED控制器58通過產(chǎn)生通道開關(guān)控制信號 63和分路開關(guān)控制信號69，能夠?qū)崿F(xiàn)如在以下聯(lián)系圖2描述的LED顏色控制方法。參照圖 1，通道開關(guān)控制信號63被提供給每個通道開關(guān)62以控制流經(jīng)LED通道60的電流，而分路 開關(guān)控制信號69被提供給每個分路開關(guān)68以控制相關(guān)的LED源的光輸出。在一種實施方 式中，ASIC遲滯控制40接收并且響應(yīng)于來自LED通道60的電流反饋信號54。在另一種實 施方式中，ASIC遲滯控制40接收并且響應(yīng)于控制反饋信號52，比如來自溫度傳感器51的 溫度反饋信號53和/或來自一個或多個光通量傳感器56的光通量反饋信號55。光通量 傳感器56可以是放大的光電二極管，其具有幾個離散的光電二極管放大器增益值，以允許 在不同的LED光輸出水平上實現(xiàn)光通量測量的良好信噪比。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，LED 控制器58能夠如根據(jù)特定照明系統(tǒng)應(yīng)用的需要接收系統(tǒng)控制信號。系統(tǒng)控制信號可以通 過以及/或者依照比如DALI協(xié)議、DMX協(xié)議等有線控制方案或者比如Zigbee協(xié)議等無線 控制方案來產(chǎn)生。在一種實施方式中，LED控制器58能夠向照明系統(tǒng)中的其他燈發(fā)送系統(tǒng) 控制信號以命令這些燈進(jìn)行與起始燈所進(jìn)行的相同變化。例如，LED控制器58可以發(fā)送系 統(tǒng)控制信號，命令房間中的其他燈改變光色輸出，以匹配在起始燈中的顏色變化，可能需要 這樣的變化以降低起始燈中的能耗。圖2A-圖2B是依照本發(fā)明的LED燈顏色控制方法的流程圖，在其中相似元件共享 相似的參考標(biāo)號。圖2A是針對具有恒定LED電流的LED燈的流程圖。圖2B是針對具有可 變LED電流的LED燈的流程圖。在一種實施方式中，LED燈是如圖1中所示的雙通道電路、 雙LED電路的燈。在另一種實施方式中，LED燈是如圖3中所示的四通道電路、單LED電路 的燈。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，圖2A-圖2B的LED顏色控制方法能夠被使用在其中任意 數(shù)量的被獨立控制的LED源產(chǎn)生離散顏色的任意LED燈配置中。在一種實施方式中，LED燈 采用專用集成電路(ASIC)。在另一種實施方式中，LED燈采用分立部件。LED顏色控制方法在燈輸入?yún)?shù)被改變到其中一種或多種LED顏色的通量測量不 再可行的條件時，即，當(dāng)用于LED顏色的LED源在反饋可控范圍之外時，防止顏色控制的喪 失。LED燈存儲最新的有效的每種顏色的測量的光通量并且僅在條件允許有效通量測量時5/8頁
以測量的光通量的新數(shù)值刷新存儲的數(shù)值。在LED燈控制器上運行的軟件監(jiān)測用以確實在 何時能夠進(jìn)行有效的光通量測量的條件。光通量反饋主要被用以修正LED源在延長的時間 上的性能惡化，而惡化對于在全輸出上驅(qū)動的LED源最可能發(fā)生，因此臨時使用所存儲的 針對在低輸出上驅(qū)動的LED源的測量光通量值對LED燈的性能具有最小的影響。參照圖2A，方法200包括一種或多種確實LED源是否在反饋可控范圍220內(nèi)的途 徑。在此定義的反饋可控范圍為LED燈中的LED源的這樣的運行范圍，在其中反饋信號(比 如指示光通量的光通量反饋信號)提供有效反饋給控制器以允許實現(xiàn)LED源的響應(yīng)操作。 確實LED源是否在反饋可控范圍之內(nèi)220的范例包括確實LED源的脈沖寬度是否大于脈沖 寬度極限206，確實測量的LED源的光通量的強(qiáng)度是否大于強(qiáng)度極限210，確實測量的LED 源的光通量的信噪比是否大于信噪比極限212，等等。這些范例可被單獨地、在組合中，或 者以任何期望的順序來使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，確實LED源是否在反饋可控范圍 220之內(nèi)的具體方式可以隨具體應(yīng)用的需要和LED燈配置來選擇。方法200從201開始，并且包括為LED燈初始化LED燈設(shè)置202以及在n秒之后 開始光學(xué)測量循環(huán)204。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，在進(jìn)入光學(xué)測量循環(huán)時的第一光學(xué)測量 可在任意時間施行而不必要n秒的延遲，而在那之后光學(xué)測量可以周期性地每n秒施行一 次。確實第i顏色的脈沖寬度PW(i)是否大于脈沖極限PW lim 206。當(dāng)?shù)趇顏色的脈沖寬 度PW⑴不大于脈沖寬度極限PW lim時，確實第i顏色PW⑴是否為最后的i顏色216。 當(dāng)?shù)趇顏色是最后的i顏色時，方法200返回以在n秒之后開始光學(xué)測量循環(huán)204。當(dāng)?shù)趇 顏色不是最后的i顏色時，第i顏色遞增至第i+1顏色，而光學(xué)測量循環(huán)繼續(xù)針對下一種顏 色確實第i顏色的脈沖寬度PW(i)是否大于脈沖寬度極限PW lim206。方法200可以繼續(xù)， LED控制器58針對多條LED通道60中的每個LED源80確實LED源80是否在反饋可控范 圍內(nèi)。當(dāng)?shù)趇顏色的脈沖寬度PW⑴大于脈沖寬度極限PW lim時，第i顏色的光通量被 測量208并且針對該光通量確實第i顏色的強(qiáng)度Int(i)是否大于強(qiáng)度極限Int lim 210。 當(dāng)針對該光通量，第i顏色的強(qiáng)度Int(i)不大于強(qiáng)度極限Int lim時，確實第i顏色是否 為最后的i顏色216，并且方法200繼續(xù)。當(dāng)針對該光通量，第i顏色的強(qiáng)度Int (i)大于強(qiáng) 度極限Int lim時，針對該光通量確實第i顏色的信噪比S/N(i)是否大于信噪比極限S/N lim 212。當(dāng)針對該光通量，第i顏色的信噪比S/N(i)不大于信噪比極限S/N lim時，確實 第i顏色是否為最后的i顏色216，并且方法200繼續(xù)。當(dāng)針對該光通量，第i顏色的信噪 比S/N(i)大于信噪比極限S/N lim時，第i顏色的光通量被存儲以備使用214。確實第i 顏色是否為最后的i顏色216，并且方法200繼續(xù)。為LED燈初始化LED燈設(shè)置202可包括初始化LED燈設(shè)置，比如顏色設(shè)置、調(diào)光設(shè) 置，等等。初始值可以由制造商、照明設(shè)計師預(yù)先設(shè)定，或者可以是來自前次使用的存儲的 用戶輸入。當(dāng)用戶輸入在操作中被改變時，方法200可以重新開始為LED燈初始化LED燈 設(shè)置202，以反映改變的用戶輸入。在n秒之后開始光學(xué)測量循化204可包括在預(yù)先設(shè)定數(shù)量的秒數(shù)之后開始光學(xué)測 量循環(huán)。在一個范例中，測量循環(huán)每大約7毫秒開始光學(xué)測量循環(huán)，此相當(dāng)于大約140赫茲 的頻率。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，該時間可被選擇以防止覺察到顏色偽像(閃爍)，盡管 在采用了其他手段以最小化閃爍的情況下也可以使用在分鐘量級的較慢的時間。
確實第i顏色的脈沖寬度PW(i)是否大于脈沖寬度極限PW lim206將在脈沖寬度 低于脈沖寬度極限時(即，在顏色的占空比低于最大占空比的特定百分比比如2%時)，禁 用針對任何顏色的新的光通量測量和/或存儲。當(dāng)LED源的脈沖寬度不大于脈沖寬度極限 時，LED源不在反饋可控范圍內(nèi)。最近的有效光通量測量被保留，以便顏色控制能夠繼續(xù)， 即使在短占空比的情況下也能繼續(xù)。存儲的光通量測量被使用，直到LED燈返回到反饋可 控范圍，在該范圍中可以進(jìn)行新的有效通量測量并且可以恢復(fù)完全的顏色控制。對于具有 在脈沖寬度極限之上的脈沖寬度的顏色(即使一種或多種顏色具有低于脈沖寬度極限的 脈沖寬度)，可以保持完全的顏色控制。在反饋可控范圍之外，LED源一般不被猛烈地驅(qū)動， 比如低占空比以及/或者低光輸出的區(qū)域。測量第i顏色的光通量208可包括利用產(chǎn)生光通量信號的光學(xué)傳感器(比如光電 二極管)來測量光通量。針對光通量確實第i顏色的強(qiáng)度Int (i)是否大于強(qiáng)度極限Int lim210將在強(qiáng)度 小于強(qiáng)度極限時(即，在顏色/強(qiáng)度選擇導(dǎo)致一種或多種LED顏色落入反饋可控范圍之外 時)，禁用針對任何顏色的新的光通量存儲。當(dāng)針對LED源的測量的光通量的強(qiáng)度不大于強(qiáng) 度極限時，LED源不在反饋可控范圍內(nèi)。存儲的光通量測量被使用，直到LED燈返回到反饋 可控范圍，從而可以進(jìn)行新的通量測量并且可以恢復(fù)完全的顏色控制。針對光通量確實第i顏色的信噪比S/N(i)是否大于信噪比極限S/Nlim 212將在 信噪比小于信噪比極限時(即，在顏色/強(qiáng)度選擇導(dǎo)致一種或多種LED顏色落入反饋可控 范圍之外時)，禁用對任何顏色的新的光通量存儲。當(dāng)針對LED源的測量的光通量的信噪比 不大于信噪比極限時，LED源不在反饋可控范圍內(nèi)。存儲的光通量被使用，直到LED燈返回 到反饋可控范圍，從而可以進(jìn)行新的光通量測量并且可以恢復(fù)完全的顏色控制。在一種實 施方式中，確實212包括進(jìn)行預(yù)先設(shè)定數(shù)量比如100次的光通量測量，計算光通量測量的標(biāo) 準(zhǔn)差，使用該標(biāo)準(zhǔn)差作為第i顏色的信噪比S/N(i)，以及確實針對光通量第i顏色的信噪比 S/N(i)是否大于信噪比極限S/N Iim0使用數(shù)個光通量測量來檢測信噪比的削弱，同時避 免虛假的光通量測量。存儲第i顏色的光通量以備使用214可包括在LED控制器中存儲第i顏色的光通 量。在LED燈操作于反饋可控范圍之外時存儲的光通量可被用作反饋信號。在一種實施方 式中，存儲的光通量可對于預(yù)定LED電流而被隨時間跟蹤。當(dāng)存儲的光通量小于存儲的光 通量極限時，LED控制器能夠產(chǎn)生指示用戶更換LED燈的LED燈壽命終結(jié)信號。LED燈可包括用于減少在LED燈的電子器件中的可能影響顏色控制的功耗的措 施。LED電流頻率可以通過增加遲滯極限之間的差異而被降低。當(dāng)光通量過濾不足以濾除 較低頻率時，較低頻率可能不利地影響顏色控制。方法200可包括在LED電流頻率低于LED 電流頻率極限或者在遲滯值之間的差異大于遲滯值差異極限時，禁用針對任何顏色的新的 光通量存儲。方法200還可包括保持LED燈操作于反饋可控范圍內(nèi)的措施。LED燈可以降低顯 色指數(shù)(CRI)以保持特定LED顏色的較高強(qiáng)度并從而保持那些LED顏色的顏色反饋控制。 在紅-綠-藍(lán)-琥珀色(RGBA)LED燈的范例中，具有低占空比的LED顏色能夠以犧牲CRI 為代價而被關(guān)閉，而其他顏色重新平衡以保持正確的顏色坐標(biāo)和反饋控制。類似地，色溫能 夠與占空比相折衷以保持顏色反饋控制。目標(biāo)是維持所有占空比在最小水平之上，以便所有LED源的光通量可在最長時間上被測量。圖2B為針對具有可變LED電流的LED燈的流程圖。確實第i顏色的脈沖寬度 PW(i)是否大于脈沖寬度極限PW lim 206。當(dāng)?shù)趇顏色的脈沖寬度PW(i)不大于脈沖寬度 極限PW lim時，確實第i顏色的LED電流I⑴是否小于最低LED電流I min 232。當(dāng)?shù)趇 顏色的LED電流I⑴小于最低LED電流I min時，確實第i顏色是否為最后的i顏色216， 并且方法200繼續(xù)。當(dāng)?shù)趇顏色的LED電流I⑴不小于最低LED電流I min時，降低第i 顏色的LED電流I (i)并且增大第i顏色的脈沖寬度PW(i) 234。方法200繼續(xù)確實第i顏 色的脈沖寬度PW(i)是否大于脈沖寬度極限PW lim 206。確實第i顏色的脈沖寬度PW⑴是否大于脈沖寬度極限PW lim206允許在電流尚 未在最低LED電流時實現(xiàn)對LED電流的調(diào)節(jié)。降低LED電流并增大脈沖寬度234將保持來 自LED源的相同的光輸出，同時由于更寬的脈沖寬度而改善測量光通量的能力。在一種實 施方式中，在生產(chǎn)中在離散的電流水平上確定最低LED電流I min，因為LED源的光譜輸出 隨電流而改變。最低LED電流I min可取決于LED燈的設(shè)計并且可進(jìn)一步取決于所請求的用戶輸 入。當(dāng)LED燈中的每個LED源的操作獨立于LED燈中的其他LED源時，比如在由圖3所 示的范例中，最低LED電流I min取決于LED燈設(shè)計。在這種情況下，最低LED電流I min 通過諸如下述的因素來確定，比如LED燈電子器件產(chǎn)生穩(wěn)定的通道電流的能力、LED源產(chǎn)生 穩(wěn)定的光輸出的能力、光電二極管測量穩(wěn)定的光通量的能力、對特定電流的校準(zhǔn)，等等。在 LED燈中的每個LED源的操作不獨立于LED燈中的其他LED源時，這些因子也可以確定最低 LED電流I min，只要用戶輸入不針對LED通道中的LED源之一要求最大占空比。當(dāng)LED燈中的每個LED源的操作不獨立于LED燈中的其他LED源時，比如在由圖 1所示的范例中，最低LED電流I min可取決于用戶輸入，S卩，由用戶所要求的顏色和調(diào)光 輸出。在這個范例中，LED燈包括LED通道，在每個LED通道中有多于一個LED電路，因此 LED通道中的每個LED電路接收相同的通道電流。每個LED電路包括一個LED源。為了測 量光通量，每個LED源的最大占空比被限制在低于100%，比如大約90%或更高，根據(jù)特定 應(yīng)用的要求而定。針對所要求的操作點的用戶輸入可能要求LED通道中的LED源之一隨特 定電流幅度操作于最大占空比，以滿足用戶輸入的要求。在不降低來自最大占空比LED源 的整體光輸出的情況下不可能降低電流幅度。雖然對于用戶輸入，LED通道中的另一個LED 源可能僅具有小的光輸出，并且為具有小的光輸出的LED源增大占空比并降低電流幅度可 能是期望的，但是保持通道電流幅度以保持操作于最大占空比的另一 LED源的所需的光輸 出。因此，對于LED通道中的全部LED源的最低LED電流I min是相同的，并且由操作于最 大占空比的LED源所確定。在一種實施方式中，降低LED電流和增大脈沖寬度234進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)光學(xué)傳感 器的增益。光學(xué)傳感器的增益被改變以確保光學(xué)傳感器的信號足夠大，以協(xié)同模數(shù)(A/D) 轉(zhuǎn)換器提供光通量的準(zhǔn)確測量。光學(xué)傳感器的增益的改變與LED強(qiáng)度的變化相反，其中LED 強(qiáng)度的變化取決于LED電流。圖3為依照本發(fā)明的LED燈顏色控制系統(tǒng)的另一種實施方式的示意圖，其中相似 元件與圖1共享相似參考標(biāo)號。在這個范例中，LED燈為四通道電路、單LED電路燈，S卩，LED燈具有四條LED通道，每一條LED通道有一個分路LED電路。每條LED通道中可以提供不 同顏色LED源，以便可以針對每種LED顏色來控制電流。分路開關(guān)的功耗可被最小化，因為 在特定顏色不被需要時，經(jīng)過LED通道的電流可由LED通道的通道開關(guān)關(guān)閉。采用顏色控制系統(tǒng)的LED燈30包括LED控制器58，其具有微控制器50，其可操作 地連接到專用集成電路(ASIC)遲滯控制40，控制到四條LED通道60的功率。每條LED通 道60具有串聯(lián)連接于電壓和公共點之間的通道開關(guān)62和LED電路64。每個通道開關(guān)62 接收來自ASIC遲滯控制40的通道開關(guān)控制信號63，以控制流經(jīng)LED通道60的電流。在這 個范例中，每個LED電路64包括二極管67與下述電路并聯(lián)分路開關(guān)68和電感器66串聯(lián)。 每個分路開關(guān)68接收來自ASIC遲滯控制40的分路開關(guān)控制信號69并且與LED源80并 聯(lián)連接。分路開關(guān)68圍繞它的相關(guān)LED源短接通道電流以控制相關(guān)LED源的光輸出。在 這個范例中，基本電子拓?fù)錇檫t滯降壓轉(zhuǎn)換器。每條LED通道60的電感器66可被確定大 小以提供對于在那條LED通道60中的特定LED源80的期望的開關(guān)頻率。在一種實施方式 中，每條LED通道60中的LED源80能夠產(chǎn)生不同顏色的光。在操作中，用戶向微控制器50提供用戶輸入信號42，微控制器50產(chǎn)生HS使能信 號46和LS P麗信號48。ASIC遲滯控制40接收HS使能信號46和LS P麗信號48并產(chǎn)生 通道開關(guān)控制信號63和分路開關(guān)控制信號69。LED控制器58能夠通過產(chǎn)生通道開關(guān)控制 信號63和分路開關(guān)控制信號69來實現(xiàn)如上關(guān)于圖2所描述的LED顏色控制方法。參照圖 3，通道開關(guān)控制信號63被提供給每個通道開關(guān)62以控制流經(jīng)LED通道60的電流，而分路 開關(guān)控制信號69被提供給每個分路開關(guān)68以控制相關(guān)LED源的光輸出。在一種實施方式中，每條LED通道60的電感器66包括兩個或更多個電感器，其中 一個電感器被確定大小以在高電流時飽和。在產(chǎn)生最佳顏色和CRI的白光的設(shè)計操作點的 正常操作中電流是高的，所以每條LED通道60中的一個電感器通常是飽和的。當(dāng)LED通道 60中的電流較低時，比如在不同于設(shè)計操作點的顏色和/或CRI上運行時，每條LED通道 60中的那一個飽和的電感器變得不飽和。這樣增加了電感器66的總電感并且降低了 LED 通道60的開關(guān)頻率。用于每條LED通道60的兩個或更多個電感器66可被選擇為使得遲 滯窗口為經(jīng)過LED通道60的電流水平的固定百分比，從而使得開關(guān)頻率隨著電流水平的降 低平滑地變化。在一種實施方式中，實際的頻率上限為大約2MHz。頻率下限取決于PWM頻 率并且可以遠(yuǎn)高于PWM頻率，比如比PWM頻率的大小高兩個或更多個數(shù)量級。盡管在此處公開的本發(fā)明的實施方式目前認(rèn)為是優(yōu)選的，但是可以在不背離本發(fā) 明的范圍的情況下做出各種變化和改進(jìn)。本發(fā)明的范圍在附隨的權(quán)利要求書中指出，并且 在等效的意義和范圍之內(nèi)的所有變化都被旨在囊括于其中。
權(quán)利要求
一種LED燈，包括LED控制器58；以及多條LED通道60，可操作地連接到LED控制器58，該多條LED通道60中的每一條具有通道開關(guān)62與至少一個分路LED電路83串聯(lián)，分路LED電路83具有分路開關(guān)68與LED源80并聯(lián)；其中LED控制器58確實LED源80是否在反饋可控范圍內(nèi)，當(dāng)LED源80在反饋可控范圍中時存儲測量的LED源80的光通量，并且當(dāng)LED源80不在反饋可控范圍內(nèi)時忽略對測量的光通量的存儲。
2.依照權(quán)利要求1的LED燈，其中LED控制器58通過確實LED源80的脈沖寬度是否 大于脈沖寬度極限來確實LED源80是否在反饋可控范圍內(nèi)，其中當(dāng)LED源80的脈沖寬度 大于脈沖寬度極限時，LED源80在反饋可控范圍內(nèi)，而當(dāng)LED源80的脈沖寬度不大于脈沖 寬度極限時，LED源80不在反饋可控范圍內(nèi)。
3.依照權(quán)利要求1的LED燈，其中LED控制器58在LED源的脈沖寬度不大于脈沖寬度 極限并且LED源80的LED電流小于最低LED電流時忽略對測量的光通量的存儲。
4.依照權(quán)利要求1的LED燈，其中LED控制器58在LED源80的脈沖寬度不大于脈沖 寬度極限并且LED源80的LED電流不小于最低LED電流時降低LED源80的LED電流并增 大LED源80的脈沖寬度。
5.依照權(quán)利要求4的LED燈，進(jìn)一步包括可操作地連接的光學(xué)傳感器56，用以測量LED 源80的光通量，其中在LED控制器58降低LED源80的LED電流時，LED控制器58增大光 學(xué)傳感器56的增益。
6.依照權(quán)利要求1的LED燈，其中LED控制器58通過確實針對LED源80的測量的光 通量的強(qiáng)度是否高于強(qiáng)度極限來確實LED源80是否在反饋可控范圍內(nèi)，其中當(dāng)針對LED源 80的測量的光通量的強(qiáng)度高于強(qiáng)度極限時，LED源80在反饋可控范圍內(nèi)，而當(dāng)針對LED源 80的測量的光通量的強(qiáng)度不高于強(qiáng)度極限時，LED源80不在反饋可控范圍內(nèi)。
7.依照權(quán)利要求1的LED燈，其中LED控制器58通過確實針對LED源80的測量的光通 量的信噪比是否大于信噪比極限來確實LED源80是否在反饋可控范圍內(nèi)，其中當(dāng)針對LED 源80的測量的光通量的信噪比大于信噪比極限時，LED源80在反饋可控范圍內(nèi)，而當(dāng)針對 LED源80的測量的光通量的信噪比不大于信噪比極限時，LED源80不在反饋可控范圍內(nèi)。
8.依照權(quán)利要求7的LED燈，其中信噪比是預(yù)定數(shù)量的光通量測量的標(biāo)準(zhǔn)差。
9.依照權(quán)利要求1的LED燈，其中在該多條LED通道60中的每個LED源80產(chǎn)生不同 顏色的光。
10.依照權(quán)利要求1的LED燈，其中LED控制器58針對該多條LED通道60中的每個 LED源80確實LED源80是否在反饋可控范圍內(nèi)。
11.一種LED燈顏色控制方法，包括提供具有多條LED通道的LED燈，該多條LED通道中的每一條具有通道開關(guān)與至少一 個分路LED電路串聯(lián)，該分路LED電路具有分路開關(guān)與LED源并聯(lián)；為LED燈初始化LED燈設(shè)置202 ；確實LED源是否在反饋可控范圍內(nèi)220 ；當(dāng)LED源在反饋可控范圍內(nèi)時存儲測量的LED源的光通量214 ；以及當(dāng)LED源不在反饋可控范圍內(nèi)時忽略對測量的光通量的存儲。
12.依照權(quán)利要求11的方法，其中確實220包括確實LED源的脈沖寬度是否大于脈沖 寬度極限206，其中當(dāng)LED源的脈沖寬度大于脈沖寬度極限時，LED源在反饋可控范圍內(nèi)，而 當(dāng)LED源的脈沖寬度不大于脈沖寬度極限時，LED源不在反饋可控范圍內(nèi)。
13.依照權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括確實LED源的脈沖寬度是否大于脈沖寬度極限206 ；確實LED源的LED電流是否低于最低LED電流232 ；以及當(dāng)LED源的脈沖寬度不大于脈沖寬度極限并且LED源的LED電流小于最低LED電流時， 忽略對測量的光通量的存儲。
14.依照權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括確實LED源的脈沖寬度是否大于脈沖寬度極限206 ；確實LED源的LED電流是否小于最低LED電流232 ；以及當(dāng)LED源的脈沖寬度不大于脈沖寬度極限并且LED源的LED電流不小于最低LED電流 時，降低LED源的LED電流并增大LED源的脈沖寬度234。
15.依照權(quán)利要求14的方法，其中LED燈具有可操作地連接的光學(xué)傳感器，用以測量 LED源的光通量，所述方法進(jìn)一步包括響應(yīng)于LED源的LED電流的降低而增大光學(xué)傳感器的增益。
16.依照權(quán)利要求11的方法，其中確實220包括確實針對LED源的測量的光通量的強(qiáng) 度是否大于強(qiáng)度極限210，其中當(dāng)針對LED源的測量的光通量的強(qiáng)度大于強(qiáng)度極限時，LED 源在反饋可控范圍內(nèi)，而當(dāng)針對LED源的測量的光通量的強(qiáng)度不大于強(qiáng)度極限時，LED源不 在反饋可控范圍內(nèi)。
17.依照權(quán)利要求11的方法，其中確實220包括確實針對LED源的測量的光通量的信 噪比是否大于信噪比極限212，其中當(dāng)針對LED源的測量的光通量的信噪比大于信噪比極 限時，LED源在反饋可控范圍內(nèi)，而當(dāng)針對LED源的測量的光通量的信噪比不大于信噪比極 限時，LED源不在反饋可控范圍內(nèi)。
18.依照權(quán)利要求17的方法，其中信噪比為預(yù)定數(shù)量的光通量測量的標(biāo)準(zhǔn)差。
19.依照權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括針對該多條LED通道中的每個LED源確實LED 源是否在反饋可控范圍內(nèi)。
20.一種LED燈顏色控制系統(tǒng)，包括具有多條LED通道的LED燈，該多條LED通道中的每一條具有通道開關(guān)與至少一個分 路LED電路串聯(lián)，該分路LED電路具有分路開關(guān)與LED源并聯(lián)；用于為LED燈初始化LED燈設(shè)置的裝置；用于確實LED源是否在反饋可控范圍內(nèi)的裝置；用于當(dāng)LED源在反饋可控范圍內(nèi)時存儲測量的LED源的光通量的裝置；用于當(dāng)LED源不在反饋可控范圍內(nèi)時忽略對測量的光通量的存儲的裝置。
全文摘要
一種LED燈顏色控制系統(tǒng)和方法，包括具有LED控制器58的LED燈；以及可操作地連接到LED控制器58的多條LED通道60，該多條LED通道60中的每一條具有通道開關(guān)62與至少一個分路LED電路83串聯(lián)，該分路LED電路83具有分流開關(guān)68與LED源80并聯(lián)。LED控制器58確實LED源80是否在反饋可控范圍內(nèi)，當(dāng)LED源80在反饋可控范圍內(nèi)時存儲測量的LED源80的光通量，而當(dāng)LED源80不在反饋可控范圍內(nèi)時忽略對測量的光通量的存儲。
文檔編號H05B33/08GK101889476SQ200880119151
公開日2010年11月17日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者B·克勞伯格, J·A·M·范厄普, J·蓋尼斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司