專利名稱：Led發(fā)光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是LED發(fā)光系統(tǒng)，尤其涉及一種提供具有可選色溫和暗度的白光的控制系統(tǒng)。
在過(guò)去幾年里，LED技術(shù)已有顯著發(fā)展，LED陣列的發(fā)光效率達(dá)到甚至超過(guò)了白熾燈的效率。在許多照明應(yīng)用中，都使用紅、綠、藍(lán)LED陣列來(lái)產(chǎn)生一種適當(dāng)?shù)陌坠?。通過(guò)對(duì)每組紅、綠、藍(lán)LED的光流明進(jìn)行適當(dāng)混和，便可控制該LED陣列所發(fā)白光的“色溫”。理論上將光源的色溫定義為普朗克(Plankian)輻射體(理想光源)的溫度，其輻射與光源的輻射具有相同的色度，并用Kelvins方法進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于一般的觀察者來(lái)說(shuō)，所述色溫是指白光的顏色。較冷的白光—類似于商業(yè)區(qū)熒光燈發(fā)出的光—具有較低的色溫，而較暖的白光—類似于住宅用的白熾燈發(fā)出的光—具有較高的色溫。
色度這一術(shù)語(yǔ)用來(lái)表示光源的顏色而與亮度或流明無(wú)關(guān)。當(dāng)不同光源的色度相等時(shí)，每個(gè)光源的顏色對(duì)眼睛來(lái)說(shuō)是相同的而與亮度無(wú)關(guān)。光源的所述色度用色度坐標(biāo)表示。這種坐標(biāo)的一個(gè)例子是CIE1931色度圖，其中用x和y坐標(biāo)來(lái)表示輻射光的顏色。
實(shí)際上，LED陣列的色溫定義為相關(guān)色溫。術(shù)語(yǔ)相關(guān)色溫是一種光源，其色度坐標(biāo)與某種理想光源的任何色度坐標(biāo)都不完全相等。實(shí)際光源如某種燈，其相關(guān)色溫定義為在相同亮度和特定的觀察條件下，所感覺(jué)顏色最類似于該實(shí)際光源的某理想光源的溫度。在本文中，描述所使用的術(shù)語(yǔ)色溫和相關(guān)色溫可以互換。
RGB LED陣列的相關(guān)色溫和暗度取決與其它條件LED的工作溫度、LED的壽命以及LED生產(chǎn)中批與批之間的差別。
因此需要一種控制設(shè)備以便在所有希望的工作條件下使白色LED發(fā)光系統(tǒng)能維持某一特定的亮度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于提供白色光的LED發(fā)光系統(tǒng)由多個(gè)紅、綠、藍(lán)LED形成的三種LED光源構(gòu)成。所設(shè)置的一種光控制系統(tǒng)，用于維持所發(fā)白光的色溫和光強(qiáng)水平。該控制系統(tǒng)包括一個(gè)前饋溫度補(bǔ)償裝置和一個(gè)光反饋控制系統(tǒng)，用于保持該目標(biāo)白光。所述LED的結(jié)溫和光輸出經(jīng)探測(cè)后送至該光控制系統(tǒng)。
所述前饋溫度補(bǔ)償裝置用來(lái)校正所述目標(biāo)色溫和所述白光顯色指數(shù)之中的偏差。根據(jù)LED的結(jié)溫和目標(biāo)白光，設(shè)置諸如前饋溫度補(bǔ)償裝置等處理裝置以使紅、綠、藍(lán)LED光源具有所要求的相對(duì)光強(qiáng)。通過(guò)使用所述目標(biāo)白光的色度坐標(biāo)和LED光源根據(jù)結(jié)溫發(fā)光的色度坐標(biāo)，計(jì)算出相對(duì)于目標(biāo)白光所需紅、綠、藍(lán)LED光源的光輸出。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，事先將紅、綠、藍(lán)LED光源發(fā)出光的色度坐標(biāo)按結(jié)溫的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還能對(duì)所需的紅、綠、藍(lán)LED光源的相對(duì)光強(qiáng)按結(jié)溫的函數(shù)進(jìn)行脫機(jī)計(jì)算，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。
在忽略結(jié)溫、壽命、批與批之間的差別的前提下，使用一種帶有光強(qiáng)控制器的光強(qiáng)模塊，以使LED光源的光輸出與用前饋溫度補(bǔ)償器所產(chǎn)生的光輸出值相等。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，帶控制系統(tǒng)的白色LED發(fā)光系統(tǒng)的方塊圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，具有與圖1所示不同元件的控制系統(tǒng)的方塊圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，為說(shuō)明控制系統(tǒng)所使用的控制過(guò)程的流程圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，為說(shuō)明控制系統(tǒng)所使用的光強(qiáng)控制過(guò)程的流程圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，為說(shuō)明利用單一光探測(cè)器來(lái)測(cè)量光強(qiáng)的過(guò)程的流程圖。
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的帶控制系統(tǒng)的、用于發(fā)出白光的LED發(fā)光系統(tǒng)。該發(fā)光系統(tǒng)包括一個(gè)電源10，與光混合器26相連，并為光混合器供電；一個(gè)控制器單元34，與電源10和光混合器26均相連。所述控制器用來(lái)為白光提供功率因數(shù)校正控制、亮度控制、色溫控制以及可變顏色控制。
混合器26包括多個(gè)LED光源，如一個(gè)紅色LED陣列光源24，一個(gè)綠色LED陣列光源22和一個(gè)藍(lán)色LED陣列光源28。電源10分別為紅、綠、藍(lán)LED光源提供調(diào)節(jié)電源。
電源10包括一個(gè)整流器16，用于接收來(lái)自主電源的AC供電電流；一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，與整流器16的輸出端相連。DC-DC轉(zhuǎn)換器12的輸出端分別與為所述LED光源供電的獨(dú)立電源14、18和20相連。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，DC-DC轉(zhuǎn)換器可以是目前已知的逆向轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器還可以是正向或反向轉(zhuǎn)換器。而且，該轉(zhuǎn)換器還能與控制器34一同在主電源端提供功率因數(shù)校正。獨(dú)立電源14，18和20作用為給由紅、綠、藍(lán)LED陣列形成的紅、綠、藍(lán)LED光源提供所需功率的電流源。
光混合器26包括對(duì)紅、綠、藍(lán)LED陣列的光輸出進(jìn)行混合的混合鏡片。每個(gè)LED陣列均受控制器34的控制，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)木哂兴枭珳睾桶刀鹊墓廨敵觥?br> 光混合器26還包括一個(gè)光反饋傳感器30和一個(gè)溫度反饋傳感器32。光反饋傳感器30由LED光源得到所述光強(qiáng)并將該信息提供給控制器34。該光反饋傳感器包括一個(gè)類似光電二極管的光探測(cè)器和一個(gè)運(yùn)算放大器電路，用于將LED的光強(qiáng)水平轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并將所述光電二極管產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大。而且，溫度傳感器32包括用來(lái)獲得所述LED結(jié)溫的傳感裝置。
光反饋傳感器30用于測(cè)量這三種LED光源列陣的光輸出。最好能直接測(cè)出以流明表示的光輸出強(qiáng)度。為此，用一種配有適當(dāng)濾波器—為了匹配人眼的感受—的光電二極管直接測(cè)量所述LED光源的光強(qiáng)。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，利用不帶任何濾波器的光電二極管來(lái)測(cè)量LED光源的輻射輸出強(qiáng)度。但在本實(shí)施方案中，要用適當(dāng)?shù)难b置來(lái)校準(zhǔn)光反饋系統(tǒng)以便由所測(cè)得的輻射量將光輸出轉(zhuǎn)換成光計(jì)量學(xué)的量。
更詳細(xì)的闡述如下根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，所述光測(cè)量裝置設(shè)計(jì)成每個(gè)LED光源陣列的輸出只用一個(gè)光電二極管來(lái)測(cè)量。所以用一種測(cè)量步驟便可測(cè)出所述LED光源陣列的光輸出。
該測(cè)量步驟首先對(duì)工作時(shí)所有三種LED光源陣列的光輸出進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量除了這三種LED光源的輸出光之外還包括環(huán)境光。然后暫時(shí)關(guān)掉一個(gè)LED光源陣列并進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量包含了環(huán)境光和其它兩個(gè)LED光源的輸出光。接著根據(jù)這兩次測(cè)量之間的差得出被關(guān)掉的LED光源陣列的光輸出。由于這個(gè)LED光源陣列只是短時(shí)間關(guān)掉，以至在所述光源陣列中的這些LED的結(jié)溫不會(huì)有明顯的變化。然后再對(duì)其余兩個(gè)LED光源陣列的光輸出重復(fù)進(jìn)行這種測(cè)量?？刂破?4會(huì)根據(jù)需要循環(huán)地執(zhí)行這種測(cè)量步驟。
溫度傳感器32用來(lái)測(cè)量所述光源陣列中LED的結(jié)溫，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，溫度傳感器32包括一個(gè)熱敏電阻或一個(gè)熱電偶或任何硅基傳感器，用來(lái)測(cè)量所述光混器26的外殼溫度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，只使用了一個(gè)溫度傳感器來(lái)測(cè)量LED光源陣列的外殼溫度，然后利用該LED光源的熱模型和對(duì)該LED的輸入電流來(lái)計(jì)算結(jié)溫，更詳細(xì)的闡述如下。
計(jì)算出LED的結(jié)溫以便確定出能提供所需色溫的LED的光強(qiáng)。最好用光源的色度坐標(biāo)來(lái)計(jì)算所需光強(qiáng)，這在下文有闡述。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，當(dāng)經(jīng)紅、綠、藍(lán)LED光源陣列的光輸出按適當(dāng)比例混合時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生白光。在每個(gè)陣列中最好大多數(shù)LED具有基本上相同的光電特性，因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇每個(gè)LED光源的光輸出量便會(huì)產(chǎn)生具有所需或目標(biāo)色溫的白光。通過(guò)利用目標(biāo)白光的色度坐標(biāo)和所述LED光源所發(fā)光的色度坐標(biāo)便能計(jì)算出對(duì)于某一目標(biāo)色的紅、綠、藍(lán)LED光源陣列的所需光強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，Iw是對(duì)應(yīng)某一所需色溫的目標(biāo)白光的總光強(qiáng)，xw、yw是它的色度坐標(biāo)。所需白光中的紅色LED光部分的色度坐標(biāo)是xr、yr。同樣，所需白光中的綠色LED光部分的色度坐標(biāo)是xg、yg。而所需白光中的藍(lán)色LED光部分的色度坐標(biāo)是xb、yb。另外，Ig，Ir和Ib分別為紅、綠、藍(lán)LED光源陣列的光強(qiáng)。于是，所述白光的總光強(qiáng)則可以表示為這三種光源陣列光強(qiáng)的和，Iw＝Ir+Ig+Ib (1)而且，所述紅、綠、藍(lán)LED光源陣列的相對(duì)光強(qiáng)I’g，I’r，I’b定義為I’r＝Ir/IwI’g＝Ig/Iw (2)I’b＝Ib/Iw.
所述白光的色度坐標(biāo)與所述相對(duì)光強(qiáng)和LED光源陣列的色度坐標(biāo)的關(guān)系如下，xwyw1yw1=xryrxgygxbyb1yr1yg1yb111xIr′Ig′Ib′----(3)]]>根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，由控制器34計(jì)算出所述LED光源的色度坐標(biāo)。因此，由已知所需白光的色度坐標(biāo)和LED光源的色度坐標(biāo)，根據(jù)等式(3)便能計(jì)算出所需的相對(duì)光強(qiáng)。在本發(fā)明的這一實(shí)施方案中，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的所需白光的坐標(biāo)以及相應(yīng)的LED光源的坐標(biāo)，這些計(jì)算可以離線地完成。應(yīng)注意，對(duì)應(yīng)于所需白光所給出的某一色度坐標(biāo)，所述相對(duì)光強(qiáng)總是正的而且是唯一的。
更詳細(xì)的闡述如下，所述白光的色度坐標(biāo)根據(jù)該白光所需的色溫得出。因此，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，控制器34將存儲(chǔ)每個(gè)與用戶可選擇的多個(gè)色溫相對(duì)應(yīng)的白光的色度坐標(biāo)。
而且，還可以根據(jù)控制器34測(cè)得的結(jié)溫計(jì)算出所述LED光源的色度坐標(biāo)。這是因?yàn)長(zhǎng)ED光源的特性會(huì)隨溫度發(fā)生變化。所述LED光源的光強(qiáng)與結(jié)溫成指數(shù)變化，其峰值波長(zhǎng)與結(jié)溫成線性變化。當(dāng)所述LED所發(fā)光的峰值波長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)LED光源的色度坐標(biāo)也會(huì)發(fā)生變化。所以，當(dāng)LED的結(jié)溫發(fā)生改變時(shí)，從該LED發(fā)光系統(tǒng)得到的混合光的色度坐標(biāo)就會(huì)不同于目標(biāo)白光或所需彩色光。因此，沒(méi)有控制器34便不能在結(jié)溫變化時(shí)保證白光的目標(biāo)色溫。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，控制器34根據(jù)所需白光的色度坐標(biāo)和所述LED光源的色度坐標(biāo)，得出所需的相對(duì)光強(qiáng)，并調(diào)整其反饋系統(tǒng)維持該LED光源的此光強(qiáng)，以便產(chǎn)生與計(jì)算出的相對(duì)光強(qiáng)基本相等的光強(qiáng)。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的具有不同元件的控制器34。控制器34包括一個(gè)前饋溫度補(bǔ)償器70用于接收(1)來(lái)自溫度傳感器32的LED結(jié)溫；(2)用戶在輸入端UI1輸入的發(fā)光選擇色或白光的色溫。前饋溫度補(bǔ)償器70用于提供LED光源的相對(duì)光強(qiáng)。
相對(duì)光強(qiáng)存儲(chǔ)器72與前饋溫度補(bǔ)償器70相連。該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了事先已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案計(jì)算得出的相對(duì)光強(qiáng)，其闡述如下。
已知能指定目標(biāo)色溫的白光或所需彩色光的色度坐標(biāo)，便可按結(jié)溫的一種函數(shù)離線地計(jì)算出紅、綠、藍(lán)LED光源的所需相對(duì)光強(qiáng)。
為了按結(jié)溫的函數(shù)得出相對(duì)光強(qiáng)，可根據(jù)LED廠商給出的數(shù)據(jù)按結(jié)溫函數(shù)計(jì)算出紅、綠、藍(lán)光源所發(fā)光的色度坐標(biāo)。接著，對(duì)于所有所需白光的色度坐標(biāo)，按結(jié)溫函數(shù)離線地計(jì)算出所需紅、綠、藍(lán)光源的相對(duì)光強(qiáng)。最后，將按結(jié)溫函數(shù)計(jì)算出的相對(duì)光強(qiáng)存儲(chǔ)在相對(duì)光強(qiáng)存儲(chǔ)器72中。根據(jù)結(jié)溫和輸出光的所需顏色，前饋溫度補(bǔ)償器用于修正存儲(chǔ)的相對(duì)光強(qiáng)。應(yīng)注意，雖然對(duì)于輸出光是指所需的白光，但是也能通過(guò)提供其它所需顏色光的相應(yīng)色度坐標(biāo)來(lái)生成其它所需的顏色。
控制器34還包括一個(gè)與前饋溫度補(bǔ)償器70相連的變暗控制器74，用來(lái)接收用戶在輸入端UI2輸入的對(duì)LED光源陣列產(chǎn)生的混合光加亮或變暗的控制。這樣，將目標(biāo)光的總光強(qiáng)與相對(duì)光強(qiáng)相乘便可得到LED光源必須產(chǎn)生的光強(qiáng)。變暗控制器74與光強(qiáng)模塊76相連，該模塊是控制器34用來(lái)在其光反饋系統(tǒng)中維持LED光源所需光強(qiáng)值的裝置。
控制器34還包括一個(gè)泛光照明/聚光照明控制器75，用于接收用戶在輸入端UI3輸入的所需泛光照明或聚光照明?？刂破?5確定在每個(gè)LED光源陣列中需要驅(qū)動(dòng)哪些LED以滿足所需照明。從控制器75一個(gè)輸出端向每個(gè)LED光源陣列中的所述LED發(fā)出控制指令。另外，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，控制器75的另一個(gè)輸出端向光強(qiáng)模塊78輸出光強(qiáng)指令。
光強(qiáng)模塊78被配置用來(lái)存儲(chǔ)每個(gè)光源陣列中的每個(gè)LED光源所需的光強(qiáng)。因此控制器34使用了如下一種裝置，其中可以實(shí)現(xiàn)所需的白色色溫或所需的顯色指數(shù)或所需的泛光或聚光照明。
光強(qiáng)模塊78與加法器80的一個(gè)輸入端相連，作為控制器34所使用的光反饋控制裝置的一部分。該加法器的輸出端與光強(qiáng)控制器82相連，該控制器將產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)送至轉(zhuǎn)換器12和獨(dú)立電源14，18和20。
光反饋系統(tǒng)86通過(guò)使用光反饋傳感器30得到所述LED光源的光強(qiáng)，并將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。光反饋系統(tǒng)86的一個(gè)輸出端與反饋回路裝置中加法器80的第二輸入端相連。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方案計(jì)算出所述LED光源的結(jié)溫。但本發(fā)明并不僅限于這里討論的某個(gè)特定的實(shí)施方案，其它用于測(cè)量所述LED光源結(jié)溫的裝置均可采用。因此根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，一種方法就是利用LED兩端的正向電壓降來(lái)測(cè)量結(jié)溫。一個(gè)LED兩端的正向電壓降與所述溫度呈線性變化。因此能夠通過(guò)測(cè)出在光源陣列中的一串LED兩端的正向電壓降并利用正向電壓降中的變化來(lái)確定所述LED的平均結(jié)溫。在某些情況下，通過(guò)LED光源的正向電壓變化可能很小。因此，對(duì)于大量LED串聯(lián)的情況使用這種實(shí)施方案很有利，因?yàn)閷?duì)于所述結(jié)溫的精確測(cè)量來(lái)說(shuō)有足夠大的LED正向壓降。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，也可以利用由所述光反饋系統(tǒng)和溫度傳感器的測(cè)量得到所述LED的結(jié)溫。首先，當(dāng)該發(fā)光系統(tǒng)未工作時(shí)，LED的結(jié)溫等于開(kāi)始時(shí)測(cè)量時(shí)的外殼溫度，該溫度在開(kāi)始時(shí)可以測(cè)量。作為開(kāi)始處理的一部分，還要測(cè)量測(cè)試條件下所述LED光源的輸出。作為測(cè)試條件，為L(zhǎng)ED光源提供測(cè)試電流。短暫地接通LED光源，那么結(jié)溫幾乎不變。對(duì)應(yīng)于測(cè)試電流If1以及外殼溫度T1檢測(cè)器30的輸出為IV1。已知所述LED的光輸出與正向電流成正比，而且與溫度呈指數(shù)變化。所以，所述光檢測(cè)器在溫度T1的輸出IV1可表示為Iv1(T1)=kv1·If1·e-(T1-Tn)/T0----(4)]]>其中，kV1是所述光檢測(cè)器輸出與前向電流之間的增益常數(shù)，Tn是標(biāo)稱溫度，T0是廠商提供的常數(shù)，定義為該LED的強(qiáng)度溫度系數(shù)，它說(shuō)明LED光強(qiáng)如何隨著溫度變化。當(dāng)所述白色LED發(fā)光系統(tǒng)接通并工作時(shí)，LED的結(jié)溫慢慢上升。LED的光強(qiáng)會(huì)隨著結(jié)溫的上升而下降?，F(xiàn)在便能根據(jù)工作電流If2來(lái)測(cè)量LED的光強(qiáng)。所述光檢測(cè)器對(duì)應(yīng)于結(jié)溫T2的輸出IV2(T2)通過(guò)下式得到，IV2(T2)=kv1·If2·e-((T2)-Tn)/T0----(5)]]>接著便能得出Iv2(T2)Iv1(T1)=If2If1e-(T1-T2)/T0----(6)]]>解方程(6)求得T2。測(cè)試電流If1優(yōu)選地是在開(kāi)始時(shí)的電流，它可以是預(yù)先設(shè)定的值。電流If1最好設(shè)定為在溫度T2的工作電流，這樣不用施加任何測(cè)試電流便能進(jìn)行測(cè)量。求解T2-T1涉及指數(shù)常數(shù)。因此，能夠離線地求出這些指數(shù)常數(shù)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)陣列查詢表中。這樣，通過(guò)檢查事先存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)于指數(shù)常數(shù)的結(jié)果便能得到T2-T1。所述查詢表可被周期性地更新以反映這些LED的壽命。結(jié)溫的變化能夠根據(jù)上述表達(dá)式得出。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，能夠用一種簡(jiǎn)單的近似來(lái)求解上述方程。
根據(jù)上述實(shí)施方案來(lái)確定結(jié)溫具有顯著優(yōu)點(diǎn)。例如，它能克服所述LED的參數(shù)因其壽命而發(fā)生的變化。
控制器34將光反饋系統(tǒng)86(圖2)和所述結(jié)溫傳感器32(圖1)的輸出作為輸入，因此，該控制器控制供電輸出以保證目標(biāo)光應(yīng)對(duì)于白光或其所需色彩的光具有所需的色溫。由于所述電源由高頻PWM轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，所以所述控制器到該電源的輸出或是代表PWM脈沖的占空比，或是代表接通時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方案，所述控制器的功能由模擬和/或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。但是，對(duì)于本發(fā)明的目的數(shù)字方法尤其適合。例如，帶有數(shù)字裝置的控制器34使用低成本微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器(OSP)。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的控制器34的工作流程圖。當(dāng)在步驟102接通燈電源時(shí)，則在步驟104提供用戶所需白光或其它色彩光的色溫。而且，在步驟104，控制器34為響應(yīng)用戶的色彩需求，根據(jù)用戶的請(qǐng)求來(lái)調(diào)整相應(yīng)于白光所需的溫度和顏色的色度成分。
在步驟106，控制器34利用上述圖1中的溫度傳感器32來(lái)測(cè)定所述LED光源陣列的結(jié)溫。在步驟108，該控制器檢索那些在該發(fā)光系統(tǒng)工作之前就已離線地存儲(chǔ)的所需相對(duì)光強(qiáng)。如前所述，與已計(jì)算出的所述相對(duì)光強(qiáng)一起，將作為溫度函數(shù)的LED光源的色度存儲(chǔ)在控制器34中，這樣，根據(jù)所述的結(jié)溫和光顏色，從控制器34的存儲(chǔ)陣列中讀出所述LED光源的所需相對(duì)光強(qiáng)。
在步驟110，控制器34接收用戶輸入的亮度或暗度。結(jié)果，通過(guò)將所述相對(duì)光強(qiáng)與該白光的總光強(qiáng)相乘計(jì)算出所述LED光源的所需光強(qiáng)。用這些計(jì)算出的LED光源陣列的光強(qiáng)來(lái)確定該光強(qiáng)控制系統(tǒng)的參考值。
在步驟112，控制器34還測(cè)出用戶對(duì)泛光或聚光照明模式操作的要求，并使每個(gè)光源陣列中相應(yīng)的LED光源發(fā)出泛光或聚光照明束。
一旦獲得所需的LED光源的參考光強(qiáng)，所述控制器便在步驟114執(zhí)行對(duì)紅、綠、藍(lán)LED光源的光強(qiáng)控制。所述光強(qiáng)控制系統(tǒng)對(duì)電源進(jìn)行控制，以便LED光源的光輸出等于所述參考光強(qiáng)。控制器34連續(xù)進(jìn)行光強(qiáng)控制操作，直到判斷步驟116確定出溫度測(cè)量時(shí)間以及用戶輸入已產(chǎn)生。其結(jié)果是控制器34返回步驟104。
圖4為對(duì)紅、綠、藍(lán)LED光源進(jìn)行光強(qiáng)控制的流程圖。在步驟132控制器34等待采樣時(shí)間的產(chǎn)生，以獲得所述LED光源的光強(qiáng)，后面還將參照?qǐng)D5對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明和描述。
在步驟134，控制器34得到紅、綠、藍(lán)LED光源的光強(qiáng)，在步驟136，控制器34執(zhí)行對(duì)紅LED光源的光強(qiáng)控制。在步驟138，控制器34向?qū)?yīng)于紅LED光源陣列的電源18(圖1)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。類似地，在步驟140，控制器34執(zhí)行對(duì)綠LED光源的光強(qiáng)控制。在步驟142，控制器34向?qū)?yīng)于綠LED光源陣列的電源14(圖1)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。在步驟144，控制器34執(zhí)行對(duì)藍(lán)LED光源的光強(qiáng)控制。在步驟146，控制器34向?qū)?yīng)于藍(lán)LED光源陣列的電源20(圖1)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。
圖5為測(cè)量每個(gè)LED光源陣列光強(qiáng)的測(cè)量步驟流程圖。當(dāng)“接通”所有LED光源使所述發(fā)光系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，在步驟202測(cè)量光強(qiáng)，包括測(cè)量環(huán)境光成分。在步驟204，開(kāi)始測(cè)量單個(gè)LED光源陣列，例如，暫時(shí)“關(guān)掉”紅LED光源陣列并在步驟206進(jìn)行測(cè)量。在步驟208重新“接通”紅LED光源陣列，并在步驟210根據(jù)兩次測(cè)量之差得出紅LED光源陣列的光強(qiáng)。
同樣，在步驟212，暫時(shí)“關(guān)掉”綠LED光源陣列并在步驟214進(jìn)行測(cè)量。在步驟216重新“接通”綠LED光源陣列，并在步驟218計(jì)算出兩次測(cè)量之差得出綠LED光源陣列的光強(qiáng)。
同樣，在步驟220，暫時(shí)“關(guān)掉”藍(lán)LED光源陣列并在步驟222進(jìn)行測(cè)量。在步驟224重新“接通”藍(lán)LED光源陣列，并在步驟226計(jì)算出兩次測(cè)量之差得出藍(lán)LED光源陣列的光強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，參照?qǐng)D5所述的測(cè)量順序還克服了環(huán)境光影響的問(wèn)題。對(duì)所有三種LED光源陣列進(jìn)行測(cè)量并得出這些LED光源的光強(qiáng)。然后，按順序?qū)t、綠、藍(lán)LED光源陣列執(zhí)行LED光源陣列的光強(qiáng)控制。
因此，根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方案，采用白色發(fā)光控制系統(tǒng)能夠精確有效地保持白色色溫和光強(qiáng)的所需級(jí)別。
權(quán)利要求
1.一種用于為L(zhǎng)ED光源(24，22，28)提供電源以產(chǎn)生所需光顏色的LED發(fā)光系統(tǒng)(8)，所述LED發(fā)光系統(tǒng)包括一個(gè)電源級(jí)(10)，被配置用于提供DC電流信號(hào)；一個(gè)與所述電源級(jí)(10)相連的光混合電路(26)，所述光混合電路(26)包括多個(gè)被配置用于接收所述DC電流信號(hào)的LED光源(24，22，28)；和一個(gè)與所述電源級(jí)(10)相連的控制系統(tǒng)(34)，被配置用于向所述電源級(jí)(10)提供控制信號(hào)，以使所述DC電流信號(hào)保持在所需電平上，所述控制系統(tǒng)(34)還被配置用來(lái)根據(jù)LED光源的結(jié)溫和希望在所述光混合電路(26)上生成的光的色度坐標(biāo)來(lái)測(cè)出與所述LED光源(24，22，28)有關(guān)的相對(duì)光強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的LED發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述光混合電路還包括多個(gè)紅、綠、藍(lán)LED光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的LED發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述光混合電路還包括一個(gè)溫度傳感器(32)，用于測(cè)量與所述LED光源有關(guān)的溫度；和一個(gè)光探測(cè)器(30)，用于測(cè)量所述LED光源所發(fā)光的光強(qiáng)水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的LED發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述光控制器還包括一個(gè)存儲(chǔ)表(72)，用于存儲(chǔ)作為所述LED光源結(jié)溫的函數(shù)的相對(duì)光強(qiáng)和所需光顏色的色度坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的LED發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述LED光源的結(jié)溫根據(jù)所述LED光源的正向電壓降測(cè)出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的LED發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述LED光源的結(jié)溫根據(jù)供給所述LED光源的電流信號(hào)和相對(duì)于該電源信號(hào)的光強(qiáng)水平被測(cè)出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的LED發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述結(jié)溫通過(guò)求解下式測(cè)出Iv2(T2)Iv1(T1)=If2If1e-(T1-T2)/T0]]>其中，IV1(T1)，IV2(T2)是所述LED光源在特定溫度T1，T2下的光強(qiáng)，If1，If2是對(duì)應(yīng)于所述特定溫度向所述LED光源提供的電流信號(hào)，T0是常數(shù)。
8.用于在LED發(fā)光系統(tǒng)(8)中向LED光源(24，22，28)供電以產(chǎn)生所需光顏色的方法，該方法包括以下步驟產(chǎn)生多個(gè)DC電流信號(hào)；由多個(gè)LED光源(24，22，28)接收一個(gè)相應(yīng)的DC電流信號(hào)以產(chǎn)生相應(yīng)的綠色，藍(lán)色和紅色光；以及根據(jù)所述LED光源的結(jié)溫和希望由所述多個(gè)LED光源生成的光的色度坐標(biāo)來(lái)測(cè)出與所述LED光源有關(guān)的相對(duì)光強(qiáng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述計(jì)算相對(duì)光強(qiáng)的步驟還包括以下步驟以所述LED光源的結(jié)溫為函數(shù)測(cè)出所述LED光源的色度坐標(biāo)；以所述的結(jié)溫和多個(gè)所需光顏色級(jí)的色度坐標(biāo)為函數(shù)產(chǎn)生多個(gè)相對(duì)光強(qiáng)；以及以結(jié)溫為函數(shù)存儲(chǔ)所述的相對(duì)光強(qiáng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括該步驟根據(jù)與所述相對(duì)光強(qiáng)有關(guān)的所述LED光源的發(fā)光級(jí)提供反饋控制以保證所需的光顏色。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括該步驟測(cè)量與所述LED光源有關(guān)的溫度和測(cè)量由所述LED光源產(chǎn)生的光的光強(qiáng)水平。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括該步驟根據(jù)所述LED光源的正向電壓降計(jì)算出該LED光源的所述結(jié)溫。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括該步驟根據(jù)供給所述LED光源的電流信號(hào)以及對(duì)應(yīng)于該電流信號(hào)的光強(qiáng)水平計(jì)算出所述LED光源的結(jié)溫。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述計(jì)算步驟還包括求解Iv2(T2)Iv1(T1)=If2If1e-(T1-T2)/T0]]>其中，IV1(T1)，IV2(T2)是所述LED光源在特定溫度T1，T2下的光強(qiáng)，If1，If2是對(duì)應(yīng)于所述特定溫度向所述LED光源提供的電流信號(hào)，T0是常數(shù)。
全文摘要
一種用于為L(zhǎng)ED光源提供電源以產(chǎn)生所需顏色光的LED發(fā)光系統(tǒng)，包括一個(gè)電源級(jí)，被配置用于提供DC電流信號(hào)；一個(gè)與所述電源級(jí)相連的光混合電路，它包括多個(gè)被配置用于接收所述DC電流信號(hào)的紅、綠、藍(lán)LED光源；和一個(gè)與所述電源級(jí)相連的控制系統(tǒng)，被配置用于向所述電源級(jí)提供控制信號(hào)，以使所述DC電流信號(hào)保持在所需電平上，所述控制系統(tǒng)還被配置用來(lái)根據(jù)LED光源的結(jié)溫和希望在所述光混合電路上所生成的光的色度坐標(biāo)來(lái)測(cè)出與所述LED光源有關(guān)的相對(duì)光強(qiáng)。所述光混合電路包括一個(gè)用于測(cè)量與LED光源有關(guān)的溫度的溫度傳感器和一個(gè)用于測(cè)量LED光源所發(fā)出光的光強(qiáng)水平的光探測(cè)器。根據(jù)所測(cè)溫度，所述控制系統(tǒng)確定出每個(gè)LED光源必須產(chǎn)生的光強(qiáng)，以便能得到所需的混合光輸出，所述的光探測(cè)器結(jié)合反饋回路來(lái)維持每個(gè)LED光源的所需光強(qiáng)。
文檔編號(hào)H05B33/08GK1419797SQ01807029
公開(kāi)日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2001年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月7日
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