專利名稱：Led燈功率管理系統(tǒng)以及方法
技術領域：
本發(fā)明在由美國能源部頒發(fā)的合同號DE-FC26-05NT42342的美國政府支持下產(chǎn) 生。美國政府在本發(fā)明中擁有某些確定的權利。此公開內(nèi)容的技術領域為功率供應，具體地，一種LED燈功率管理系統(tǒng)和方法。
背景技術：
傳統(tǒng)上，白熾或熒光照明設備作為光源被使用于汽車及其他車輛中。然而，在發(fā)光 二極管(light emitting diode，簡寫為LED)技術中的重大進步使得LED在車輛中的使用 具有吸引力，是因為它們的長運行壽命、高效率以及小體積。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，并且效率被期望會提高。為了充分實現(xiàn)LED的能源節(jié)省，驅(qū)動它 們的電子器件也必須是高效的。用于普通照明應用的整裝LED燈，比如LED模塊系統(tǒng)(LEDSystem-in-Module，簡 寫為LED SIM)，正在使用多個、不同顏色LED及一個或有限數(shù)量的集成電路而被開發(fā)出來。 集成電路包括用于LED燈的感測、驅(qū)動以及控制電路。用戶能夠控制燈的顏色和亮度。為了在可見光譜產(chǎn)生光，來自不同顏色LED的光輸出可被以特定的比例組合以自 LED燈中產(chǎn)生理想的顏色。例如，一個LED可以產(chǎn)生紅色光，一個可以產(chǎn)生綠色光，而一個 可以產(chǎn)生藍色光。紅-綠-藍(Red-Green-Blue，簡寫為RGB)的組合可以產(chǎn)生任何理想的 顏色并且能夠由產(chǎn)生琥珀色㈧或白色(W)光的LED所補充，以調(diào)整燈的顯色指數(shù)(color rendering index，簡寫為CRI)。CRI指示出相較于標準照明源，比如日光或白熾燈，燈渲染 物體的顏色的優(yōu)劣。RGBA和RGBW分別表示相應的紅-綠-藍-琥珀和紅-綠-藍-白四 LED燈，數(shù)字四表示使用于LED燈中的LED顏色的數(shù)量。到四LED燈中的每個LED源的電流被獨立地控制以允許燈覆蓋全范圍的顏色和 CRL· 一種用于四LED燈的電源排布為在每條LED通道中串聯(lián)兩個LED源的兩條并行LED 通道。基本電子拓撲可以為具有控制流經(jīng)每條通道的電流的通道開關的遲滯降壓轉換器。 流經(jīng)每條通道的電流的脈沖寬度和幅度都是可變的。遲滯運行上限和下限設定脈沖幅度。 并行于每個LED源的分流開關通過短接特定的LED源以控制流經(jīng)每個LED源的電流。遲滯限度可以被設定以最大化用于每條通道中的LED源之一的占空比。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)生所需量的光。這 樣在電子器件中節(jié)省能量并使得通常在較低電流上比在較高電流上更加高效地發(fā)光的LED 高效地產(chǎn)生光。用于燈的LED源通常被挑選為在最佳顏色和CRI上產(chǎn)生光時具有高效率，即，全部 四個LED源在最佳顏色和CRI上時將具有很大的占空比。然而，會有問題出現(xiàn)，而且當不同 顏色被選擇時燈可能不是高效的。例如，設計用于產(chǎn)生白色光的RGBA燈在藍色上的操作被 選擇時將在具有藍色和紅色LED源的通道中具有高功率損耗。藍色LED源將會大部分地被 開啟，即，藍色LED源將具有高占空比，而紅色LED源將會大部分地被關閉，即，具有低占空 比。這樣將會造成高功率損耗，因為并行于紅色LED源的分流開關在大多數(shù)時間將被閉合，
4跨越紅色LED源短接并從通道電流中耗散功率。在具有在一條通道中的綠色和琥珀色LED 源的另一個例子中，當用戶需要高光亮度及較低CRI時，綠色LED源將被完全開啟而琥珀色 LED源將被大部分地關閉。對在通道中的LED源的需求的不匹配將造成來自并行于琥珀色 LED源的分流開關的高功率損耗。對于通過電阻值為220πιΩ的分流開關的1安培通道電 流，功率損耗為0. 22瓦。當每個通道中的LED源中的一個是大部分關閉時，來自兩條通道 的結合的功率損耗為0. 44瓦。在分流開關的功率損失不僅降低燈的效率，而且還導致熱量問題。在分流開關中 損失的電流被轉化為熱量并且必須從燈以及它的相關的芯片和電路轉移以避免源于過熱 的運行問題。除了分流開關，還有其他熱量源，比如控制在兩條通道中的電流水平的通道開 關。遺憾的是，燈應用常常在燈上或圍繞燈具有有限的空間以允許散熱器的安裝用以改善 來自燈的熱傳遞。散熱器的缺乏限制了在其中LED燈可被使用的應用，并限制了燈可以運 行在其上的顏色的范圍。燈甚至可能被從它的設計運行點減額(derate)以避免過熱。理想的是提供能夠克服上述缺點的LED燈功率管理系統(tǒng)以及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供LED燈，其包括LED控制器；可操作地連接到LED控制器 的多條LED通道，多條LED通道中的每一條具有與至少一個分流的LED電路串聯(lián)的通道開 關，分流的LED電路具有與LED源并聯(lián)的分流開關。LED控制器在LED燈電子器件功率損失 (Ploss)超過LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時減少在通道開關和分流開關之一中的功 率損失；并且通道開關中的每一個從LED控制器接收通道開關控制信號，而分流開關中的 每一個從LED控制器接收分流開關控制信號。本發(fā)明的另一個方面提供LED燈功率管理的方法，包括提供具有多個LED通道的 LED燈，多個LED通道中的每一個都具有與至少一個分流的LED電路串聯(lián)的通道開關，分流 的LED電路具有與LED源并聯(lián)的分流開關；初始化LED燈的LED燈設置；根據(jù)LED燈設置 計算每個LED源的相對亮度；根據(jù)相對亮度計算通道開關和分流開關的占空比；根據(jù)占空 比計算LED燈的LED燈電子器件功率損失(Pltjss)；確定LED燈電子器件功率損失(Pltjss)是 否低于LED燈電子器件功率損失限度(Plim)；在LED燈電子器件功率損失(Pltjss)不小于LED 燈電子器件功率損失限度(Plim)時確定用于通道開關的通道開關功率(Pmain)是否小于用于 分流開關的分流開關功率(Pbypass)；當通道開關功率(Pmain)不小于分流開關功率(Pbypass)時 降低通道開關功率(Pmain)；并且當通道開關功率(Pmain)小于分流開關功率(Pbypass)時降低 分流開關功率(Pbypass)。本發(fā)明的另一個方面提供LED燈功率管理的系統(tǒng)，包括具有多條LED通道的LED 燈，多條LED通道中的每一個具有與至少一個分流的LED電路串聯(lián)的通道開關，分流的LED 電路具有與LED源并聯(lián)的分流開關；用于初始化LED燈的LED燈設置的裝置；用于根據(jù)LED 燈設置計算每個LED源的相對亮度的裝置；用于根據(jù)相對亮度計算通道開關和分流開關的 占空比的裝置；用于根據(jù)占空比計算LED燈的LED燈電子器件功率損失(P1J的裝置；用于 確定LED燈電子器件功率損失(Pltjss)是否小于LED燈電子器件功率損失限度(Plim)的裝置； 用于在LED燈電子器件功率損失(Pltjss)不小于LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時確定 用于通道開關的通道開關功率(Pmain)是否小于用于分流開關的分流開關功率(Pbypass)的裝置；用于當通道開關功率(Pmain)不小于分流開關功率(Pbypass)時降低通道開關功率(Pmain) 的裝置；以及用于當通道開關功率(Pmain)小于分流開關功率(Pbypass)時降低分流開關功率
乂丄 bypass )的裝置。


前述的以及其他的本發(fā)明的特點和優(yōu)點通過結合附隨的附圖閱讀以下的目前所 優(yōu)選的實施方式的詳細說明，將會進一步顯現(xiàn)。詳細說明和附圖對本發(fā)明僅僅為解釋性的， 而不是限定由隨附的權利要求及其等效物所定義的本發(fā)明的范圍。圖1為依照本發(fā)明的LED燈功率管理系統(tǒng)的示意圖；圖2為依照本發(fā)明的LED功率管理方法的流程圖；以及圖3為依照本發(fā)明的LED燈功率管理系統(tǒng)的另一種實施方式的示意圖。
具體實施例方式圖1為依照本發(fā)明的LED燈功率管理系統(tǒng)的示意圖。在這個范例中，LED燈為雙 通道電路、雙LED電路燈，S卩，LED燈具有兩條LED通道，每一條LED通道有兩個分流的LED 電路。LED燈30采用包括LED控制器58的功率管理系統(tǒng)，此控制器具有可操作地連接 到專用集成電路(application specific integratedcircuit，簡寫為 ASIC)遲滯控制 50、 控制到兩條LED通道60的功率的微控制器40。每條LED通道60具有串聯(lián)于電壓和公共 電平之間的通道開關62和LED電路64。每個通道開關62接收來自ASIC遲滯控制50的 通道開關控制信號63以控制流經(jīng)LED通道60的電流。在這個實例中，每個LED電路64包 括并聯(lián)于與兩個分流的LED電路83和一個電阻81串聯(lián)的電感器66的二極管67。每個分 流的LED電路83包括與LED源80并聯(lián)的分流開關68。LED源80包括互相串聯(lián)并且/或 者并聯(lián)連接以產(chǎn)生理想的顏色或波長的光的一個或多個LED。分流開關68中的每一個接 收來自ASIC遲滯控制50的分流開關控制信號69。分流開關68短接圍繞它的相關的LED 源的通道電流以控制相關LED源的光輸出。在這個范例中，基本電子拓撲為遲滯降壓轉換 器。LED控制器58包括數(shù)據(jù)存儲器用于存儲運行數(shù)據(jù)，比如為LED光源80測量的光通量、 初始燈設置、測量的運行參數(shù)、運行參數(shù)限度以及類似數(shù)據(jù)。本領域中的技術人員將會意識 到LED控制器58可以為單獨的集成電路或者為提供所期望的功能的數(shù)個可操作的連接的 集成電路。例如，LED控制器58可以為包括具有內(nèi)建的存儲器的微處理器的單獨集成電路， 或者可以為兩個集成電路，其中一個包括微處理器而另一個包括存儲器。每個LED源80的顏色輸出可以被選擇，以從LED燈30中產(chǎn)生出用于特定用途的 理想的光輸出。在一種實施方式中，LED源為紅-綠-藍-琥珀(RGBA)。在另一種實施方 式中，LED源為紅-綠-藍-白(RGBW)。在一種實施方式中，產(chǎn)生綠色和藍色光的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。微處理器40接收用戶輸入信號42，比如顏色指令信號、調(diào)暗(dim)指令信號或類 似信號。微處理器40還能夠接收微控制器反饋信號44，比如溫度傳感器信號、光學傳感器 信號或類似信號，根據(jù)特定的應用需要。在一種實施方式中，反饋信號44由ASIC遲滯控制50通過控制反饋信號52，比如溫度傳感器信號、光學傳感器信號或類似信號，根據(jù)特定的 應用需要所產(chǎn)生。微控制器40產(chǎn)生高側(highside，簡寫為HS)使能信號46以及低側脈寬 調(diào)制(low side pulse widthmodulation，簡寫為LS PWM)信號48，其被提供給ASIC遲滯 控制50，以響應于用戶輸入信號42、以及，可選地，微控制器反饋信號44。ASIC遲滯控制50還接收指示出經(jīng)過每條LED通道60的電流的電流反饋信號54， 并響應電流反饋信號54以調(diào)整通道開關控制信號63。ASIC遲滯控制50產(chǎn)生通道開關控 制信號63以及分流開關控制信號69以響應于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。在運行中，用戶提供用戶輸入信號42到產(chǎn)生HS使能信號46和LS PWM信號48的 微控制器40。ASIC遲滯控制50接收HS使能信號46和LS PWM信號48并產(chǎn)生通道開關控 制信號63和分流開關控制信號69。LED控制器58能夠在產(chǎn)生通道開關控制信號63和分流 開關控制信號69中實施以下結合圖2中所描述的LED功率管理方法。參考圖1，通道開關 控制信號63被提供給每個通道開關62以控制流經(jīng)LED通道60的電流，而分流開關控制信 號69被提供給每個分流開關68以控制相關的LED源的光輸出。在一種實施方式中，ASIC 遲滯控制50接收并響應來自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50接收并響應來自溫度和/或一個或多個光學傳感器(未示出)的控制反饋信 號52。本領域中的技術人員將會意識到LED控制器58能夠接收根據(jù)特定照明系統(tǒng)應用的 需要的系統(tǒng)控制信號。系統(tǒng)控制信號可以由和/或依照有線控制方案，比如DALI協(xié)議、DMX 協(xié)議或類似協(xié)議，或依照無線控制方案，比如Zigbee協(xié)議或類似協(xié)議產(chǎn)生。在一種實施方 式中，LED控制器58可以將系統(tǒng)控制信號傳輸?shù)秸彰飨到y(tǒng)中的其他燈，以引導燈做出與發(fā) 源的燈所做出的相同的改變。例如，LED控制器58可以傳輸指令房間中的其他燈的系統(tǒng)控 制信號以指示其改變光色輸出以匹配在發(fā)源的燈中的顏色變化，因為可能被要求降低在發(fā) 源的燈中的功率損失。圖2為依照本發(fā)明的LED功率管理方法的流程圖。LED燈具有數(shù)條LED通道，其 中每條都具有與數(shù)個LED電路并聯(lián)的通道開關。每個LED電路具有與LED源并聯(lián)的分流開 關。在一種實施方式中，LED燈為如圖1中所示的雙通道電路，雙LED電路燈。在另一種實 施方式中，LED燈為如圖3中所示的四通道電路，單LED電路燈。參考圖2，方法200開始于201并且包括初始化LED燈的LED燈設置202、根據(jù)LED 燈設置計算每個LED源的相對亮度204、根據(jù)相對亮度計算分流開關的占空比206、根據(jù)占 空比計算LED燈的LED燈電子器件功率損失(PltJ 208。LED燈電子器件功率損失(Pltjss)說 明LED燈電子器件中的功率損失，而不包括LED源中的功率損失。方法200繼續(xù)確定LED燈電子器件功率損失(Pltjss)是否小于LED燈電子器件功率 損失限度(Plim)210。當LED燈電子器件功率損失(PltJ不小于LED燈電子器件功率損失 限度(Plim)時，確定通道開關功率(Pmain)是否小于分流開關功率(Pbypass)。當通道開關功率 (Pfflain)不小于分流開關功率(Pbypass)時，通道開關功率(Pmain)被降低214而方法200可繼 續(xù)計算更新的相對亮度204。當通道開關功率(Pmain)小于分流開關功率(Pbypass)時，分流開 關功率(Pbypass)被降低216而方法200可繼續(xù)計算更新的相對亮度204。當LED燈電子器件功率損失(Pltjss)小于LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時， 正常運行可繼續(xù)218。在一種實施方式中，LED燈的溫度能夠被監(jiān)測以確定測量溫度(Tmeas)是否低于溫度限度(Tlim) 220。當測量溫度(Tnreas)不低于溫度限度(Tlim)時，調(diào)暗指令可被 調(diào)整以降低LED燈的光輸出221而方法200可繼續(xù)計算用于調(diào)暗后的LED燈的更新的相對 亮度204。本領域的技術人員將會意識到，測量溫度(Tmeas)還可以通過改變CRI和/或顏 色溫度而被降低，如特定應用所期望的。當測量溫度(T_s)低于溫度限度(Tlim)時，正常運 行可繼續(xù)218。在一種實施方式中，方法200可繼續(xù)監(jiān)測用戶輸入變化222。當有用戶輸入 變化時，方法200可繼續(xù)計算用于新用戶輸入的更新的相對亮度204。當沒有用戶輸入變化 時，正常運行可繼續(xù)218。本領域的技術人員將會意識到，溫度監(jiān)測220和/或用戶輸入監(jiān) 測222可被忽略，如特定應用所期望的。額外的運行參數(shù)，比如單獨LED光的通量、LED燈 光色、LED燈光質(zhì)量或類似參數(shù)，可依期望而被監(jiān)測。初始化LED燈的LED燈設置202可包括初始化比如顏色設置、調(diào)暗設置以及類似 設置之類的LED燈設置。初始值可由生產(chǎn)商、照明設計者預設定，或者可以是來自前次使用 的存儲的用戶輸入。根據(jù)占空比計算LED燈的LED燈電子器件功率損失(PltJ 208可包括計算通道開 關、分流開關以及類似器件的單獨的功率損失，并將單獨的功率損失相加，以計算LED燈的 總和LED燈電子器件功率損失(P1J。降低通道開關功率(Pmain) 214可包括減小通過一條或多條LED通道的LED通道電 流以調(diào)暗LED燈和/或加寬一條或多條LED通道的遲滯窗口以降低通道開關的開關頻率的 措施。加寬遲滯窗口保持在較低頻率上流經(jīng)LED源的相同平均電流。然而，由于在降低的 頻率的波形可能不同于為校準LED燈而使用的波形，這可能造成輕微的顏色偏移。本領域 的技術人員將會意識到，通道開關功率(Pmain)所降低的量可被挑選，如特定應用所期望的。為了降低通道開關功率(Pmain)所采取的措施能夠以不同次序和程度被采取。通過 LED通道電流降低的調(diào)暗和遲滯窗口的加寬可被分別或組合使用，如特定應用所期望的。在 一種實施方式中，照明設計者可以指明優(yōu)選的措施順序，即，是先進行減小通過一條或多條 LED通道的LED通道電流，還是先進行加寬遲滯窗口。在另一種實施方式中，優(yōu)選的措施順 序由生產(chǎn)商預設置。而在另一種實施方式中，第一措施可被執(zhí)行直至達到第一限度，然后第 二措施可被執(zhí)行直至達到第二限度，然后第一措施可被再次執(zhí)行。例如，LED通道電流可被 減小直至光輸出在第一限度以下，然后遲滯窗口可被加寬直至顏色達到第二限度，然后LED 通道電流可被進一步減小。本領域的技術人員將會意識到，不同的途徑可能不適合特定的 應用。例如，當需要有最低光通量而LED燈已經(jīng)運行在最低時，調(diào)暗LED燈可能不是理想的。 在另一個例子中，當需要恒定光色時，加寬遲滯窗口可能不是理想的。降低分流開關功率(Pbypass) 216可包括降低通過一條或多條LED通道的LED通道電 流以調(diào)暗LED燈、改變光色以均衡在一條或多條LED通道中的LED源的占空比以及/或者 改變顯色指數(shù)(CRI)以均衡在一條或多條LED通道中的LED源的占空比。改變光色以均衡 在每條LED通道中的LED源的占空比允許對通過LED通道的電流的減小以最大化每條通道 中的LED源的占空比。改變顯色指數(shù)(CRI)以均衡在每條LED通道中的LED源的占空比允 許對通過LED通道的電流的減小以最大化每條LED通道中的LED源的占空比，同時保持LED 燈的相同的調(diào)色點(color point)及亮度。本領域的技術人員將會意識到，分流開關功率 (Pbypass)所降低的量可被挑選，如特定應用所期望的。為了降低分流開關功率(Pbypass)所采取的措施能夠以不同次序和程度被采取。通
8過減小LED通道電流而調(diào)暗、降低開關頻率、改變光色以及/或者改變顯色指數(shù)(CRI)可被 分別或組合使用，如特定應用所期望的。在一種實施方式中，照明設計者可指明優(yōu)選的措施 順序，即，是先進行減小LED通道電流、降低開關頻率、改變光色，還是先進行改變顯色指數(shù) (CRI)。在另一種實施方式中，優(yōu)選的措施順序由生產(chǎn)商預設置。而在另一種實施方式中， 第一措施可被執(zhí)行直至達到第一限度，然后第二措施可被執(zhí)行直至達到第二限度，然后第 一措施可被再次執(zhí)行。例如，LED通道電流可被減小直至光輸出在第一限度以下，然后光色 可被改變直至顏色達到第二限度，然后LED通道電流可被進一步減小。各種措施能夠以所 期望的任意順序和任意程度執(zhí)行。本領域的技術人員將會意識到，不同的途徑可能不適合 特定的應用。例如，當需要有最低光通量而LED燈已經(jīng)運行在最低時，調(diào)暗LED燈可能不是 理想的。在另一個例子中，當需要恒定光色時，改變光色可能不是理想的。而在另一個例子 中，當需要確定的色貌時，改變顯色指數(shù)(CRI)可能不是理想的。在正常運行218中，當LED燈電子器件功率損失(Pltjss)小于LED燈電子器件功率 損失限度(Plim)時，用戶輸入和LED燈的運行參數(shù)可被監(jiān)測。監(jiān)測LED燈的測量溫度(Tmeas) 以確定測量溫度(Tmeas)低于溫度限度(Tlim) 220可包括使用熱耦合于LED燈的溫度傳感器， 比如熱敏電阻、負溫度系數(shù)(negative temperature coefficient，簡寫為NTC)熱敏電阻、 熱電偶或類似裝置來監(jiān)測LED燈的測量溫度(Tmeas)。測量溫度(Tmeas)可說明LED燈電子器 件中的功率損失以及/或者LED源中的功率損失，取決于溫度傳感器位置和熱耦合。在另 一種實施方式中，監(jiān)測LED燈的測量溫度(T_s)可包括根據(jù)微控制器的運行參數(shù)估算測量 溫度(TmeJ。在測量溫度(Tmeas)不低于溫度限度(Tlim)時調(diào)整調(diào)暗指令221可包括按照測 量溫度(Tnreas)超過溫度限度(Tlim)的量的比例來調(diào)整調(diào)暗指令至較暗淡的LED燈設置。監(jiān) 測用戶輸入變化222可包括監(jiān)測用戶輸入變化，比如用于新LED燈設置的顏色指令信號、調(diào) 暗指令信號或類似信號中的變化?？蓪φ{(diào)暗后的LED燈設置進行相對亮度的計算204從而 為新LED燈設置產(chǎn)生較低溫度及/或新用戶輸入。本領域的技術人員將會意識到，當LED燈電子器件功率損失(Pltjss)大于或等于 LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時，LED燈的運行參數(shù)也可被監(jiān)測，如特定應用所期望 的。例如，降低通道開關功率(Pmain) 214或降低分流開關功率(Pbypass) 216的糾正措施可能 不足以保證LED燈電子器件功率損失(Pltjss)小于LED燈電子器件功率損失限度(Plim)。當 測量溫度(Tmeas)不低于溫度限度(Tlim)時以及當糾正措施不足以減小LED燈電子器件功 率損失(Pltjss)至小于LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時，可以監(jiān)測LED燈的測量溫度 (Tffleas)并調(diào)整調(diào)暗指令。在一種實施方式中，當微控制器確定糾正措施不充分時，LED燈的 運行參數(shù)可被監(jiān)測。在另一種實施方式中，當降低通道開關功率(Pmain) 214和/或降低分流 開關功率(Pbypass)216的糾正措施被執(zhí)行了預設定的次數(shù)卻仍未能將LED燈電子器件功率 損失(Pltjss)減小至LED燈電子器件功率損失限度(Plim)以下時，LED燈的運行參數(shù)可被監(jiān) 測。在其中類似元件與圖1共用類似參考編號的圖3，為依照本發(fā)明的LED燈功率管理 系統(tǒng)的另一種實施方式的示意圖。在這個范例中，LED燈為四通道電路，單LED電路燈，即， LED燈具有四個LED通道，每個LED通道有一個分流的LED電路。不同顏色的LED源可被提 供在每個LED通道中，以便于每種LED顏色的電流能夠被控制。到分流開關的功率損失可 被最小化，因為當特定顏色不被需要時，通過LED通道的電流可由LED通道的通道開關所關閉。采用本功率管理系統(tǒng)的LED燈30包括LED控制器58，其具有可操作地連接到專用 集成電路(ASIC)遲滯控制50、控制到四條LED通道60的功率的微控制器40。每條LED通 道60具有串聯(lián)到電壓與公共電平之間的通道開關62和LED電路64。每個通道開關62接 收來自ASIC遲滯控制50的通道開關控制信號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包括并聯(lián)于與分流開關68串聯(lián)的電感器66的二極管67。每個分 流開關68接收來自ASIC遲滯控制50的分流開關控制信號69并且并行連接到LED源80。 分流開關68短接它的相關的LED源周圍的通道電流以控制相關的LED源的光輸出。在這個 范例中，基本電子拓撲為遲滯降壓轉換器。用于每個LED通道60的電感器66可以被調(diào)整 大小以在特定LED通道60中提供針對該LED 60的理想的開關頻率。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。在運行中，用戶向產(chǎn)生HS使能信號46和LS PWM信號48的微控制器40提供用戶 輸入信號42。ASIC遲滯控制50接收HS使能信號46和LS PWM信號48，并產(chǎn)生通道開關控 制信號63和分流開關控制信號69。LED控制器58能夠在產(chǎn)生通道開關控制信號63和分 流開關控制信號69中實施上文結合圖2中所描述的LED功率管理方法。參考圖3，通道開 關控制信號63被提供給每個通道開關62以控制流經(jīng)LED通道60的電流，而分流開關控制 信號69被提供給每個分流開關68以控制相關的LED的光輸出。在一種實施方式中，用于每個LED通道60的電感器66包括兩個或更多個電感器， 而電感器中的一個被確定尺寸以在高電流飽和。在正常運行中在產(chǎn)生具有最佳顏色和CRI 的白光的設計運行點上的電流高，所以在每條LED通道60中的一個電感器通常是飽和的。 當LED通道60中的電流低時，比如運行于不同于設計運行點的顏色和/或CRI時，每條LED 通道60中的那一個飽和的電感器變?yōu)椴伙柡汀＿@增大電感器66的總電感量并且降低對于 LED通道60的開關頻率。用于每個LED通道60的電感器66的兩個或更多個電感器可被挑 選，這樣遲滯窗口能夠被選擇為通過LED通道60的電流水平的固定百分比，同時仍將開關 頻率保持在合理范圍。例如，如果電流被降低10倍而遲滯窗口被期望仍舊保持平均電流的 10%，則如果不使用可飽和性電感器的話開關頻率將增大10倍。然而，通過使用具有9倍 于非飽和電感器的值的可飽和電感器，總電感量將增大到10倍于在低電流水平(當電感器 變?yōu)椴伙柡蜁r)的初始值。這允許開關頻率如所期望的不被改變。盡管在此處公開的本發(fā)明的實施方式目前被考慮為優(yōu)選的，各種變化和改進可以 在不背離本發(fā)明的范圍的情況下產(chǎn)生。本發(fā)明的范圍在附隨的權利要求書中指出，而一切 來源于等效物的意義和范圍之內(nèi)的變化都被意欲囊括在其中。
權利要求
一種LED燈，包括LED控制器(58)；多條LED通道(60)，可操作地連接到LED控制器(58)，多條LED通道(60)中的每一條都具有與至少一個分流的LED電路(83)串聯(lián)的通道開關(62)，分流的LED電路(83)具有與LED源(80)并聯(lián)的分流開關(68)；其中LED控制器(58)在LED燈電子器件功率損失(Ploss)超過LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時減小在通道開關(62)和分流開關(68)之一中的功率損失。
2.根據(jù)權利要求1的LED燈，其中LED控制器(58)包括微控制器(40)，其可操作地連 接到專用集成電路(ASIC)遲滯控制(50)。
3.根據(jù)權利要求1的LED燈，其中每個LED源(80)產(chǎn)生不同顏色的光。
4.根據(jù)權利要求1的LED燈，其中多條LED通道(60)中的每一條另外包括與分流的 LED電路(83)串聯(lián)的電感器(66)和電阻器(81)，以及與電感器(66)、電阻器(81)以及分 流的LED電路(83)并聯(lián)的二極管(67)。
5.根據(jù)權利要求4的LED燈，其中在多條LED通道(60)中的每一條中的電感器(66)為串 聯(lián)的多個電感器，多個電感器中的至少一個被確定尺寸以在正常運行中在設計運行點上飽和。
6.根據(jù)權利要求1的LED燈，其中LED控制器(58)響應于選自包含有顏色指令信號和 調(diào)暗指令信號的群組的用戶輸入信號(42)。
7.根據(jù)權利要求1的LED燈，其中每個通道開關(62)接收來自LED控制器(58)的通 道開關控制信號(63)，而LED控制器(58)響應于來自多條LED通道(60)中的每一條的電 流反饋信號(54)以調(diào)整通道開關控制信號(63)。
8.根據(jù)權利要求1的LED燈，其中控制器(58)響應于選自包含有溫度檢測信號和光學 檢測信號的群組的控制反饋信號(52)。
9.根據(jù)權利要求1的LED燈，其中多條LED通道(60)包括具有第一分流的LED電路和 第二分流的LED電路的第一 LED通道，以及具有第三分流的LED電路和第四分流的LED電 路的第二 LED通道。
10.根據(jù)權利要求1的LED燈，其中多條LED通道(60)包括具有第一分流的LED電路 的第一 LED通道、具有第二分流的LED電路的第二 LED通道、具有第三分流的LED電路的第 三LED通道以及具有第四分流的LED電路的第四LED通道。
11.一種LED燈功率管理的方法，包括提供具有多條LED通道的LED燈，多條LED通道中的每一條具有與至少一個分流的LED 電路串聯(lián)的通道開關，分流的LED電路具有與LED源并聯(lián)的分流開關； 初始化用于LED燈的LED燈設置(202)； 根據(jù)LED燈設置計算用于每個LED源的相對亮度(204)； 根據(jù)相對亮度計算用于分流開關的占空比(206)； 根據(jù)占空比計算用于LED燈的LED燈電子器件功率損失(Pltjss) (208)； 確定LED燈電子器件功率損失(PltJ是否低于LED燈電子器件功率損失限度(Plim) (210)；當LED燈電子器件功率損失(Pltjss)不低于LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時，確 定用于通道開關的通道開關功率(Pmain)是否低于用于分流開關的分流開關功率(Pbypass)；當通道開關功率(Pmain)不低于分流開關功率(Pbypass)時，降低通道開關功率(Pmain) (214)；以及當通道開關功率(Pmain)低于分流開關功率(Pbypass)時，降低分流開關功率(Pbypass) (216)。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中降低通道開關功率(Pmain)(214)包括為多條LED通 道中的至少一條執(zhí)行選自包含有減小LED通道電流和加寬遲滯窗口的群組的措施。
13.根據(jù)權利要求11的方法，其中降低通道開關功率(Pmain)(214)包括以選自包含有 由照明設計者所指明的優(yōu)選順序和由生產(chǎn)商所指明的預設定順序的群組的順序執(zhí)行措施。
14.根據(jù)權利要求11的方法，其中降低通道開關功率(Pmain)(214)包括執(zhí)行第一措施 直至達到第一限度，然后執(zhí)行第二措施。
15.根據(jù)權利要求11的方法，其中降低分流開關功率(Pbypass)(216)包括為多條LED通 道中的至少一條執(zhí)行選自包含有減小LED通道電流、改變光色以及改變顯色指數(shù)(CRI)的 群組的措施。
16.根據(jù)權利要求11的方法，其中降低分流開關功率(Pbypass)(216)包括以選自包含有 由照明設計者所指明的優(yōu)選順序和由生產(chǎn)商所指明的預設定順序的群組的順序執(zhí)行措施。
17.根據(jù)權利要求11的方法，其中降低分流開關功率(Pbypass)(216)包括執(zhí)行第一措施 直至達到第一限度，然后執(zhí)行第二措施。
18.根據(jù)權利要求11的方法，另外包括確定LED燈的測量溫度(Tnreas)是否低于溫度限度(Tlim) (220)；以及當測量溫度(Tmeas)不低于溫度限度(Tlim)時，調(diào)整用于LED燈的調(diào)暗指令(220)。
19.根據(jù)權利要求11的方法，另外包括監(jiān)測用戶輸入變化(222)。
20.根據(jù)權利要求19的方法，另外包括當用戶輸入變化被探測到時，向其他燈傳輸系 統(tǒng)控制信號。
21.—種LED燈功率管理的系統(tǒng)，包括具有多條LED通道的LED燈，多條LED通道中的每一條具有與至少一個分流的LED電 路串聯(lián)的通道開關，分流的LED電路具有與LED源并聯(lián)的分流開關；用以初始化用于LED燈的LED燈設置的裝置；用以根據(jù)LED燈設置計算用于每個LED源的相對亮度的裝置；用以根據(jù)相對亮度計算用于分流開關的占空比的裝置；用以根據(jù)占空比計算用于LED燈的LED燈電子器件功率損失(Pltjss)的裝置；用以確定LED燈電子器件功率損失(Pltjss)是否低于LED燈電子器件功率損失限度 (Plim)的裝置；用以在LED燈電子器件功率損失(PltJ不低于LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時 確定用于通道開關的通道開關功率(Pmain)是否低于用于分流開關的分流開關功率(Pbypass) 的裝置；用以在通道開關功率(Pmain)不低于分流開關功率(Pbypass)時降低通道開關功率(Pmain) 的裝置；以及用以在通道開關功率(Pmain)低于分流開關功率(Pbypass)時降低分流開關功率(Pbypass) 的裝置。
全文摘要
一種LED燈功率管理系統(tǒng)以及方法，其包括具有LED控制器(58)的LED燈；多條LED通道(60)，可操作地連接到LED控制器(58)，多條LED通道(60)中的每一個具有與至少一個分流的LED電路(83)串聯(lián)的通道開關(62)，分流的LED電路(83)具有與LED源(80)并聯(lián)的分流開關(68)。LED控制器(58)在LED燈電子器件功率損失(Ploss)超過LED燈電子器件功率損失限度(Plim)時降低在通道開關(62)和分流開關(68)之一中的功率損失；而每個通道開關(62)從LED控制器(58)接收通道開關控制信號(63)并且每個分流開關(68)從LED控制器(58)接收分流開關控制信號(69)。
文檔編號H05B33/08GK101889477SQ200880119309
公開日2010年11月17日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權日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