專利名稱：具有精確電流控制的led照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子學(xué)和照明領(lǐng)域，并且特別涉及具有精確電流控制的發(fā)光二極管(LED)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
白熾燈泡的商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)超過100年。然而，其它光源在商業(yè)上顯示了可能替代白熾燈泡。LED日益顯示出其作為主流光源的特別吸引力，部分地是由于通過其高效光輸出以及諸如減少汞的環(huán)境污染的能源節(jié)省。LED是用直流驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體裝置。LED的流明輸出強(qiáng)度(即亮度)與流經(jīng)LED的電流近似正比變化。因此，增大LED的電流供應(yīng)就會(huì)增加LED強(qiáng)度，而減小LED的電流就會(huì)使LED變暗，即降低LED亮度。要調(diào)整LED電流，既可將直流電流水平直接降低到白光LED， 也可采用調(diào)制占空因數(shù)的辦法來降低平均電流。在操作光源時(shí)減暗光源節(jié)省了能量，并且也允許用戶把光源的強(qiáng)度調(diào)節(jié)到所需的水平。家庭和建筑物的許多光源裝置都包括了光源變暗電路(此處稱為“減光器”)。圖1描述了 LED照明系統(tǒng)100，該LED照明系統(tǒng)對(duì)發(fā)光二極管(LEDs) 102供能，并且根據(jù)相位調(diào)制信號(hào)Vtc所指示的減光水平來使這些LED 102變暗。電壓源104提供交流輸入電壓VIN。由二極管全波橋式整流器108將該輸入電壓Vin整流。主電壓源104例如為公用設(shè)施，而輸入電壓Vdim例如在美國為60Hz/120V整流電壓、或者在歐洲為50Hz/230V整流電壓。減光器106例如是一個(gè)相位切割減光器，它在整流輸入電壓Vin中產(chǎn)生相位延遲來生成相位調(diào)制信號(hào)νφ。用該相位延遲表示減光水平。一般地，相位延遲增大，則減光水平下降，即，相位延遲增大，則減光水平表示LED 102的較低亮度水平。Melanson I.Melanson II和Melanson III文件的“背景技術(shù)”部分描述了減光器106的幾個(gè)例子。開關(guān)電源110采用了開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器技術(shù)以將相位調(diào)制信號(hào)VtcR換成輸出電壓 VQUT。該輸出電壓Vqut足以偏壓LED 102。開關(guān)電源110還提供LED電流以使LED 102 發(fā)光。電流控制器112通過控制η溝道場效應(yīng)晶體管(FET)Ql的電導(dǎo)率來控制LED電流i·的有效值和平均值。電流控制器112產(chǎn)生門控制信號(hào)Cetl來對(duì)FET Ql的門極進(jìn)行充電和放電。該控制信號(hào)Cetl具有兩個(gè)相關(guān)的頻率，一個(gè)是有效頻率而另一個(gè)是占空因數(shù)調(diào)制頻率。在LED電流的有效周期內(nèi)，控制信號(hào)Cetl具有有效頻率，其范圍例如在 20kHz-500kHzo如隨后詳述，占空因數(shù)調(diào)制頻率小于有效頻率。LED電流i·的有效周期是當(dāng)LED電流的平均值等于電流值時(shí)的時(shí)間周期。該平均(值)的時(shí)間周期為，例如，有效頻率的周期的一倍或幾(例如3-5)倍。當(dāng)控制信號(hào)Cetl為邏輯“1”時(shí)，F(xiàn)ET Ql導(dǎo)通，即為“0N”，而當(dāng)控制信號(hào)Cetl為邏輯 “0”時(shí)，F(xiàn)ET Ql非導(dǎo)通，即為“OFF”。當(dāng)FET Ql為“ON”時(shí)，二極管Dl反向偏壓，并且LED 電流流經(jīng)LED 102，并且對(duì)電感L1充電。當(dāng)FET Ql為“OFF”時(shí)，在電感L1兩端的電壓改變極性，并且二極管D1為LED電流i·產(chǎn)生電流通路。電感L1選得能儲(chǔ)存足夠能量來當(dāng) M0SFETQ1為“OFF”時(shí)維持LED電流、> 的近似恒定有效值。電容Cl幫助“平滑” LED電流 i·。如隨后詳述的，當(dāng)電流控制系統(tǒng)112工作時(shí)，即在LED電流‘的有效周期期間LED電流i·的有效值為平均LED電流iLED。該LED電流包括歸因于例如電感Ll的充電和放電的脈動(dòng)201。脈動(dòng)201的頻率是該有效頻率。為了發(fā)揮LED的效率，最好保持LED電流相對(duì)恒定以降低熱效應(yīng)。圖2描述了相位調(diào)制信號(hào)Vtc所表示的不同減光水平時(shí)的LED電流的圖形表示200。參照?qǐng)D1和圖2，當(dāng)相位調(diào)制信號(hào)Vtc表示全減光水平，即LED 102的全亮度時(shí)，如 LED電流iLED波形202所示的，電流控制器112控制LED電流i-，使得LED電流的有效值在時(shí)間上是連續(xù)的且恒定的，并且等于iFU『 “i·”表示LED電流i·的有效值，該有效值使得LED 102以全亮度照射。電流控制器112用來自反饋信號(hào)LEDisense的反饋信息來感測LED電流i·的有效值。該反饋信號(hào)LEDisense表示檢測電阻I^sense兩端的電壓Vfb。該電壓Vfb表示當(dāng)FET Ql為 ON時(shí)的LED電流i^。因此，電流控制器112從反饋信號(hào)LEDisense獲得LED電流的值， 并且可以在LED電流‘的有效周期內(nèi)調(diào)節(jié)控制信號(hào)Cetl FUll的占空因數(shù)以將LED電流‘ 的有效值維持在最大有效值(full active valued·。如隨后詳述的，控制信號(hào)Cetl ■的占空因數(shù)也已調(diào)制在占空因數(shù)調(diào)制頻率，以便響應(yīng)由相位調(diào)制信號(hào)νφ所指示的減光水平來產(chǎn)生控制信號(hào)Ce(1。為了確定由相位調(diào)制信號(hào)Vtc所指示的減光水平，比較器114將相位調(diào)制信號(hào)Vtc 與相位延遲檢測參考信號(hào)Vdet作比較。相位延遲檢測參考信號(hào)Vdet的值被設(shè)置以檢測相位調(diào)制信號(hào)^的任意相位延遲的邊緣。一般地，在相位調(diào)制信號(hào)νφ的每個(gè)周期內(nèi)的任意相位延遲的邊緣引起相位調(diào)制信號(hào)Vtc的電壓增大。因此，一般地，相位延遲檢測參考信號(hào)Vdet 的值設(shè)置得足夠低，以便當(dāng)與相位延遲的終止相關(guān)聯(lián)的上升邊緣被檢測到時(shí)，比較器114 的輸出從邏輯0變?yōu)檫壿?，并且如果在相位調(diào)制信號(hào)νφ的周期內(nèi)檢測到相位延遲，則變?yōu)檫壿?。比較器114產(chǎn)生具有占空因數(shù)調(diào)制頻率的占空因數(shù)調(diào)制啟動(dòng)信號(hào)ΕΝ。該啟動(dòng)信號(hào) EN的占空因數(shù)對(duì)應(yīng)于由相位調(diào)制信號(hào)Vtc所指示的減光水平。電流控制器112通過對(duì)控制信號(hào)Cetl作占空因數(shù)調(diào)制以響應(yīng)于啟動(dòng)信號(hào)ΕΝ，使得LED電流的平均值A(chǔ)ve按照由相位調(diào)制信號(hào)Vtc所指示的減光水平作變化。調(diào)制器116表示的是采用啟動(dòng)信號(hào)EN來產(chǎn)生一個(gè)占空因數(shù)調(diào)制控制信號(hào)Cetl的邏輯表示。啟動(dòng)信號(hào)EN表示到與門118的一個(gè)輸入信號(hào)， 而控制信號(hào)Ceci^表示到與門118的另一個(gè)輸入信號(hào)。該與門118是示例性的。在通常的應(yīng)用中，與門118的功能被集成到控制器112的邏輯內(nèi)。控制信號(hào)Ctor^對(duì)應(yīng)于LED電流 iLED的有效周期內(nèi)的控制信號(hào)C,當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)EN為邏輯1時(shí)，控制信號(hào)Cetl等于控制信號(hào) Ο —·。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)EN為邏輯0時(shí)，控制信號(hào)Cetl等于0。因此，控制信號(hào)Cetl被占空因數(shù)調(diào)制到產(chǎn)生控制信號(hào)Cetl^，并且被占空因數(shù)調(diào)制以響應(yīng)于相位調(diào)制信號(hào)νφ。例如，參考LED電流i·的波形204，當(dāng)相位調(diào)制信號(hào)Vtc指示3/4減光水平時(shí)，啟動(dòng)信號(hào)EN的占空因數(shù)為0. 75。啟動(dòng)信號(hào)EN使得電流控制器112以與啟動(dòng)信號(hào)EN相同的占空因數(shù)對(duì)控制信號(hào)Cetl作占空因數(shù)調(diào)制，使得時(shí)間周期TACTIVE—3/4/T等于0. 75。因此，當(dāng)相位調(diào)制信號(hào)Vtc指示3/4減光水平時(shí)，對(duì)于相位調(diào)制信號(hào)Vtc的每個(gè)周期T，LED電流的有效周期等于TACTIVE—3/4。周期T表示占空因數(shù)調(diào)制周期，而占空因數(shù)調(diào)制頻率等于1/T。平均LED電流Ied atc等于iFUa(LED電流i·的有效值)乘以啟動(dòng)信號(hào)EN的占空因數(shù)。對(duì)于 3/4減光水平，平均LED電流Iled avg等于0. 75*iFULL。在LED電流iLED的非有效周期內(nèi)，即在有效周期Tactive 3/4結(jié)束后到相位調(diào)制信號(hào)Vtc的下一個(gè)周期開始前這段時(shí)間里，LED電流 Iled 為 0°參考LED電流i·的波形206，當(dāng)相位調(diào)制信號(hào)Vtc指示1/8減光水平時(shí)，啟動(dòng)信號(hào) EN的占空因數(shù)為0. 125。啟動(dòng)信號(hào)EN使得電流控制器112以與啟動(dòng)信號(hào)EN相同的占空因數(shù)對(duì)控制信號(hào)Cetl作占空因數(shù)調(diào)制，使得時(shí)間周期TACTIVE—1/8/T等于0. 125。因此，當(dāng)相位調(diào)制信號(hào)Vtc指示1/8減光水平時(shí)，對(duì)于相位調(diào)制信號(hào)Vtc的每個(gè)周期T，LED電流的有效周期等于TACTIVE—1/8。平均LED電流Ied ato等于士_乘以啟動(dòng)信號(hào)EN的占空因數(shù)。對(duì)于1/8 減光水平，平均LED電流iLED Ave等于0. 125*“皿。在LED電流的非有效周期內(nèi)，即在有效周期Tactive 1/8結(jié)束后到相位調(diào)制信號(hào)Vtc的下一個(gè)周期開始前這段時(shí)間里，LED電流‘ 為0。通常，可減光LED系統(tǒng)是用控制恒流源的脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式驅(qū)動(dòng)的，并且調(diào)節(jié)該P(yáng)WM占空因數(shù)來選擇減光水平。該恒流源既可為線性的也可為開關(guān)模式的控制器。在例如總的照明工程的大多數(shù)高功率的LED應(yīng)用中，系統(tǒng)的效率是關(guān)鍵特性，所以采用開關(guān)模式的控制器。這些控制器的開關(guān)頻率fsw通常在20kHz到1+MHz范圍。開關(guān)模式控制器的例子如美國賽倍思公司(Sipex Corporation)的SP6652和美國國家儀器公司(National Instruments)的LM3407。它們的數(shù)據(jù)表的發(fā)布日期前者為2007年5月25日，后者為2008 年1月18日，作為參引在此合并?，F(xiàn)在參考圖3，一個(gè)對(duì)啟動(dòng)信號(hào)EN的示例性圖300，該圖示出了 SipxSP6652的輸出電壓V。ut和LED電流隨減光電壓值的變化。圖300示出了 LED電流I·的有效周期的一個(gè)示例性坡升302。在圖3中，電壓Vin為4. 2V, V0為3. 3V，Iout為600mA,Rsense為4kQ，而 L1為4. 7 μ H。此外，現(xiàn)參照?qǐng)D4，另一個(gè)對(duì)啟動(dòng)信號(hào)EN的示例性圖400，該圖示出了 Sipex SP6652的輸出電壓V。ut和LED電流Ι ΕΙ)隨減光電壓值的變化。圖400示出了 LED電流Ι ΕΙ) 的有效周期的另一個(gè)示例性坡升402。在圖4中，電壓Vin為4. 2V，Vtl為1. 5V，Iout為600mA， Rsense為4k Ω，而L1為4. 7 μ H。如圖示300和400中可見，LED電流Iled的形狀未能控制得很好?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5，對(duì)啟動(dòng)信號(hào)EN的示例性圖500，該圖示出了美國國家半導(dǎo)體公司 (National Semiconductor)的LM3407的輸出電壓Vled和LED電流Iled隨時(shí)間的變化。特別是在圖示500中，示出了減光的啟動(dòng)，并示出了 LED電流的有效周期的示例性電流坡升502?，F(xiàn)參照?qǐng)D6，對(duì)啟動(dòng)信號(hào)EN的示例性圖600，該圖示出了美國國家半導(dǎo)體公司 (National Semiconductor)的LM3407的輸出電壓Vled和LED電流Iled隨時(shí)間的變化。特別是在圖600中，示出了減光的禁止，并且對(duì)如圖500中所示出的LED電流I·的同一有效周期的示例性電流坡降602。開關(guān)模式控制器(例如Sipex SP6652 和 National Semiconductor LM3407)具有脈沖式的啟動(dòng)輸入信號(hào)(例如啟動(dòng)信號(hào)EN或Ven)以便工作于PWM方式。理想地，最好對(duì) LED系統(tǒng)在LED電流Imi的每個(gè)有效時(shí)間周期提供所需量的電荷。然而，由于在離散的時(shí)間對(duì)電荷進(jìn)行量子化是有限制的，要對(duì)LED系統(tǒng)在LED電流I·的一個(gè)有效時(shí)間周期提供理想的所需量的電荷是極其困難或者不可能實(shí)現(xiàn)的。這種非理想性本身歸因于電荷量子化的本質(zhì)(例如，電荷量子化周期)。電荷量子化周期的固有問題在于，由于電荷基于離散時(shí)間以離散量進(jìn)行量子化這一事實(shí)，對(duì)LED系統(tǒng)提供給LED電流I·的電荷量的精確性是受到限制的。例如，在LED電流Imi的坡升(如斜坡502)和坡降(如斜坡602)的時(shí)間中的幾何點(diǎn)，以及LED電流Imi按照控制信號(hào)的脈沖值而在平均峰值電流值上的波動(dòng)的周期率限制了所提供的電荷量的精確性。同樣，溫度變化、電源變化、LED老化等問題都會(huì)對(duì)傳遞給 LED系統(tǒng)的電荷量的精確性產(chǎn)生影響。還有，脈沖推動(dòng)啟動(dòng)輸入信號(hào)的PWM工作頻率太慢(例如低于200Hz)能被覺察為可減光LED照明系統(tǒng)的LED的閃爍。此外，為了脈沖啟動(dòng)輸入信號(hào)而在20kHz的PWM頻率以下工作則有可能產(chǎn)生歸因于磁性材料的聲頻行為的聲音干擾，這是不希望發(fā)生的，并且可以導(dǎo)致因?yàn)橐纳破渎曇敉ǖ赖妮^高成本。另一方面，用于脈沖推動(dòng)啟動(dòng)輸入信號(hào)的PWM工作頻率過快會(huì)造成電流控制器的啟動(dòng)和停止的問題。例如，要開啟和關(guān)閉電流需要花0. 1毫秒到1毫秒時(shí)間。在高PWM工作頻率下，可減光LED照明系統(tǒng)會(huì)遇到的許多其它負(fù)面效應(yīng)有非均勻減光控制、非預(yù)見控制、 以及非線性行為。在采用多種顏色的LED系統(tǒng)時(shí)，PWM工作頻率的快慢的平衡對(duì)于生成的顏色很重要，這些問題嚴(yán)重地限制了提供所需生成顏色的能力。還有以不同于PWM工作來調(diào)節(jié)強(qiáng)度的、具有期望特性的其它減光模式。其中一種包括采用delta-sigma調(diào)制。然而，采用這種delta-sigma調(diào)制對(duì)于控制器的慢運(yùn)行行為不實(shí)用。因此，很希望有而且需要有一種控制系統(tǒng)，它能在寬的減光頻率范圍內(nèi)線性工作， 同時(shí)又能保持高的效率。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)包括一個(gè)LED控制器來控制LED系統(tǒng)中的電流。該LED控制器包括部件，該部件基于電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期計(jì)算傳遞給該LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，并且利用該實(shí)際電荷量來修正和提供在 LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。該LED系統(tǒng)還可具有部件，該部件將實(shí)際電荷量與有效時(shí)間周期的所需電荷量作比較，并且對(duì)實(shí)際電荷量與未來有效時(shí)間周期內(nèi)所需的電荷量的差作補(bǔ)償。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種控制LED照明系統(tǒng)的LED系統(tǒng)中的電流的方法。該方法包括基于該電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期計(jì)算傳遞給該LED 系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，以及利用該實(shí)際電荷量來修正和提供在LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。該方法還可包括將實(shí)際電荷量與有效時(shí)間周期所需目標(biāo)電荷量作比較，并且對(duì)實(shí)際電荷量與未來有效時(shí)間周期內(nèi)所需的電荷量的差作補(bǔ)償。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，公開了一種電流控制器，該電流控制器用來控制LED 照明系統(tǒng)的LED系統(tǒng)的電流。該電流控制器包括部件，該部件用于從減光控制器接收減光水平信號(hào)，以及用于基于該減光水平信號(hào)來控制和提供一定量的驅(qū)動(dòng)電流以驅(qū)動(dòng)LED系統(tǒng)。這些部件至少是LED控制器的一部分，以基于該電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期計(jì)算傳遞給該LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，并且利用該實(shí)際電荷量來修正和提供在LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，公開了一種控制LED照明系統(tǒng)的LED系統(tǒng)電流的方法。 該方法包括從減光控制器接收減光水平信號(hào)，并且基于該減光水平信號(hào)來控制和提供一定量的驅(qū)動(dòng)電流以驅(qū)動(dòng)LED系統(tǒng)。該接收、控制和提供步驟至少是LED控制器方法的一部分，以基于該電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期計(jì)算傳遞給該LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，并且利用該實(shí)際電荷量來修正和提供該LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。在另一實(shí)施例中，公開了一種delta-sigma調(diào)制器減光控制器來控制LED照明系統(tǒng)的LED系統(tǒng)的減光水平。該delta-sigma調(diào)制器減光控制器包括部件，該部件用于接收減光控制信號(hào)，以及驅(qū)動(dòng)減光水平信號(hào)到電流控制器用于提供電流來驅(qū)動(dòng)LED系統(tǒng)。這些部件至少是LED控制器的一部分，以基于該電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期計(jì)算傳遞給該LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，并且利用該實(shí)際電荷量來修正和提供在該LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)所需的目標(biāo)電荷量。在另一實(shí)施例中，公開了一種利用delta sigma調(diào)制器來控制LED照明系統(tǒng)的LED 系統(tǒng)的減光水平的方法。該方法包括接收減光控制信號(hào)，并且驅(qū)動(dòng)減光水平信號(hào)到電流控制器以提供電流來驅(qū)動(dòng)LED系統(tǒng)。該接收和驅(qū)動(dòng)步驟至少是LED控制器方法的一部分，以基于該電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期計(jì)算傳遞給該LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，并且利用該實(shí)際電荷量來修正和提供在該LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。


參照附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的多個(gè)目的、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)是顯而易見的。各圖中的相同附圖標(biāo)記的使用指示相同或相似的元件。圖1 (已標(biāo)為現(xiàn)有技術(shù))描述了 LED照明系統(tǒng)。圖2(已標(biāo)為現(xiàn)有技術(shù))描述了圖1的LED照明系統(tǒng)中的LED電流在各種減光水平的圖形表示。圖3(已標(biāo)為現(xiàn)有技術(shù))圖3描述了現(xiàn)有技術(shù)的LED開關(guān)模式控制器的依據(jù)減光電壓值繪制的啟動(dòng)信號(hào)、輸出電壓與LED電流之間的圖形關(guān)系。圖4(已標(biāo)為現(xiàn)有技術(shù))圖4描述了現(xiàn)有技術(shù)的LED開關(guān)模式控制器的依據(jù)減光電壓值繪制的啟動(dòng)信號(hào)、輸出電壓與LED電流之間的另一圖形關(guān)系。圖5(已標(biāo)為現(xiàn)有技術(shù))描述了另一現(xiàn)有技術(shù)的LED開關(guān)模式控制器的依據(jù)時(shí)間繪制的啟動(dòng)信號(hào)、輸出電壓與LED電流之間的圖形關(guān)系，其示出了 LED電流的坡升。
圖6(已標(biāo)為現(xiàn)有技術(shù))描述了現(xiàn)有技術(shù)的LED開關(guān)模式控制器的依據(jù)時(shí)間繪制的啟動(dòng)信號(hào)、輸出電壓與LED電流之間的另一圖形關(guān)系，其示出了圖5所示的LED電流的坡降。圖7描述了根據(jù)本發(fā)明的具有精確電流控制的LED照明系統(tǒng)。圖8描述了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理的被控LED照明系統(tǒng)的電流控制器的時(shí)序圖。圖9描述了示出LED電流的電流有效周期的時(shí)間曲線圖，其中，脈沖寬度調(diào)制 (PWM)控制信號(hào)在LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期內(nèi)控制LED電流的電流水平。圖10描述了 LED電流的時(shí)間曲線圖，其示出了由脈沖寬度調(diào)制了的減光控制器控制的LED電流的有效和非有效周期的示例性隊(duì)列。圖11描述了 LED電流的時(shí)間曲線圖，其示出了由delta sigma調(diào)制了的減光控制器控制的LED電流的有效和非有效周期的示例性隊(duì)列。
具體實(shí)施例方式發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)包括LED控制器來精確控制LED系統(tǒng)中的電流。該LED 控制器包括部件，該部件基于該電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期來計(jì)算傳遞給該 LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，其中，LED電流時(shí)間周期被占空因數(shù)調(diào)制在大于50Hz的頻率，并且利用該實(shí)際電荷量來修正和提供在該LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。該LED系統(tǒng)還具有部件來為LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期計(jì)算傳遞給該LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，并且還具有部件來將該實(shí)際電荷量與為LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期所需的電荷量作比較，并且對(duì)實(shí)際電荷量與未來有效時(shí)間周期內(nèi)所需的電荷量的差作補(bǔ)償。具有了精確控制所需電荷量的能力，就能更好地控制平均LED電流，從而更有效地控制LED的光強(qiáng)。根據(jù)本發(fā)明的原理用這種方式對(duì)LED電流的精確控制和電荷補(bǔ)償使得此LED照明控制系統(tǒng)線性工作于寬的減光范圍并且保持高效率。通過對(duì)LED電流的精確控制和電荷補(bǔ)償，由脈沖推動(dòng)啟動(dòng)輸入信號(hào)的慢PWM工作頻率(例如，低于200Hz)引起的閃爍可避免。此外，脈沖推動(dòng)啟動(dòng)輸入信號(hào)的過快PWM工作頻率引起的啟動(dòng)和停止問題也由LED電流的精確計(jì)算電荷補(bǔ)償?shù)玫奖苊?。過快PWM工作頻率引起的其它負(fù)面效應(yīng)，諸如非均勻減光控制、 非預(yù)知控制、以及非線性行為，也由于對(duì)LED電流的精確控制和電荷補(bǔ)償而得以消除。能夠精確平衡慢和快PWM工作頻率，則提供所需生成的LED顏色的能力就不再受到限制了。圖7描述了 LED照明系統(tǒng)700，其包括控制LED電流的電流控制系統(tǒng)702。該 LED照明系統(tǒng)700還包括減光策略模塊704，該減光策略模塊704響應(yīng)于變化的減光水平以及根據(jù)隨后詳述的減光策略來改變并且調(diào)制LED電流i·的有效值。在至少一個(gè)實(shí)施例中， LED照明系統(tǒng)700還包括電壓源104、減光器106、整流器108和開關(guān)電源110，它們的工作如先前所述。電流控制系統(tǒng)702(在虛線邊框中示出)包括LED控制器706來產(chǎn)生占空因數(shù)調(diào)制的門控制信號(hào)Cei以控制FET Ql的電導(dǎo)率，并且從而控制LED電流i·。LED控制器706 包括減光控制器707和電流控制器709。減光控制器707驅(qū)動(dòng)電流控制器709。減光控制器707可以是脈沖寬度調(diào)制(PWM)的減光控制器或delta-sigma調(diào)制的減光控制器。控制信號(hào)CeJfFET Ql的門極充電和放電?？刂菩盘?hào)Cei的邏輯值為1時(shí)(例如，第一狀態(tài))使得FET Ql導(dǎo)通并推動(dòng)LED電流經(jīng)過包括若干個(gè)LED 102的LED系統(tǒng)且經(jīng)過電感Li。 控制信號(hào)Cei的邏輯值為0時(shí)，使得FET Ql非導(dǎo)通(例如，第二狀態(tài))。FET Ql表示開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例，它也并且可用-任意類型的開關(guān)來替代。在至少一個(gè)實(shí)施例中，LED照明系統(tǒng)700按照由諸如相位切割調(diào)減光器106的減光器產(chǎn)生的減光水平輸入來使LED系統(tǒng)(例如，LED 102)變暗。LED 102的數(shù)量是可選擇的。LED 102可用單個(gè)LED來代替。LED照明系統(tǒng)700可從LED 102接收來自任何類型減光器的指示減光水平的減光信號(hào)。例如，可不用減光器106，而LED照明系統(tǒng)700可包括諸如數(shù)字式減光器708或具有直流(DC)減光控制電壓(未示出)的減光器106的減光器。在至少一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字式減光器708是數(shù)字式可編址照明接口(a digital addressable lighting interface，DALI)兼容減光器。數(shù)字式減光器708也用“虛”線描述，因?yàn)橐话?LED照明系統(tǒng)700包括一個(gè)減光器或另一減光器，而不是兩個(gè)減光器。因此，在至少一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字式減光器708是減光器106和相位延遲檢測器710的替代。諸如減光器106 和數(shù)字式減光器708的減光器可手動(dòng)或自動(dòng)接收輸入，該輸入設(shè)置要由減光器輸出的減光水平值。在至少一個(gè)實(shí)施例中，LED控制器706響應(yīng)于減光水平輸入并且根據(jù)減光策略(在至少一個(gè)實(shí)施例中，包括兩種工作模式)產(chǎn)生控制信號(hào)Cei。在有效值變化的工作模式中， LED控制器706按照對(duì)于第一組減光水平的減光水平來改變LED電流i·的有效值。在有效值和占空因數(shù)調(diào)制的工作模式中，LED控制器706按照對(duì)于第二組減光水平的減光水平來調(diào)制LED電流的有效值的占空因數(shù)。要確定兩個(gè)工作模式中應(yīng)該用哪一個(gè)來產(chǎn)生LED電流i_，則LED照明系統(tǒng)700首先檢測LED 102的減光水平。當(dāng)LED照明系統(tǒng)700包括減光器106時(shí)，LED照明系統(tǒng)700 也包括相位延遲探測檢測器710以探測相位調(diào)制信號(hào)Vtc的相位延遲。相位延遲檢測器 710產(chǎn)生相位延遲信號(hào)Φ，并且由數(shù)字相位延遲信號(hào)Φ所表示的相位延遲表示減光水平。 Melanson III描述了相位延遲檢測器710的示例性實(shí)施例。在至少一個(gè)實(shí)施例中，LED照明系統(tǒng)700還包括可選的映射系統(tǒng)和濾波器711來將相位延遲信號(hào)Φ所指示的減光水平映射為減光信號(hào)Dv的預(yù)定數(shù)字值。Melanson IV描述了一個(gè)示例性的映射系統(tǒng)和濾波器711，它將減光信號(hào)Dv的值映射為感覺到的光水平。LED 照明系統(tǒng)700接收減光信號(hào)Dv作為減光水平的輸入。在至少一個(gè)實(shí)施例中，LED照明系統(tǒng) 700省略了映射系統(tǒng)和濾波器711，而減光策略模塊704接收相位延遲信號(hào)Φ作為具有指示減光水平的值的直接數(shù)字減光器信號(hào)輸入。圖8描述了被控LED照明系統(tǒng)700內(nèi)的LED控制器706的減光控制器707和/或電流控制器709的示例性時(shí)間曲線圖。減光控制器707和電流控制器709每一個(gè)都可作為基于時(shí)間的控制器來實(shí)現(xiàn)，其控制FET Ql使得被控LED照明系統(tǒng)700的輸出電壓V。ut具有所需的平均值。因?yàn)橛苫跁r(shí)間的減光控制器707或基于時(shí)間的電流控制器709施加于FET Ql的控制總會(huì)引起被控LED照明系統(tǒng)700向上或向下集成(例如，集成響應(yīng))，則基于時(shí)間的減光控制器707或基于時(shí)間的電流控制器709被稱為施加了繼電器式控制(bang-bang control)0如其名稱所指示的，基于時(shí)間的減光控制器或基于時(shí)間的電流控制器709實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間的控制方法學(xué)，而不是通常的那些基于幅度的控制方法學(xué)之一?；跁r(shí)間的減光控制器707或基于時(shí)間的電流控制器709接收比較電壓Votp，它是將指示被控LED照明系統(tǒng)700中的電流或電壓的感測信號(hào)LEDisense(例如，感測電流i_sense)與目標(biāo)或參考信號(hào) itarget(t)(諸如由減光策略模塊704提供的模擬或數(shù)字電流或者模擬或數(shù)字電壓)進(jìn)行比較。在所描述的時(shí)間曲線圖中，感測信號(hào)LEDisense如圖7所示，例如是在FET Ql流經(jīng)電阻 Rsense的漏極上所感測到的電流i_sense，而目標(biāo)電流itoget (t)是由減光策略模塊704提供的目標(biāo)電流iTAI ；ET。當(dāng)然，在替代的實(shí)施例中，感測信號(hào)LEDismse和目標(biāo)信號(hào)itogrt(t)都可為電壓。當(dāng)提供給LED系統(tǒng)(LED 102)的控制信號(hào)Cgi是在第一狀態(tài)(例如，on狀態(tài))時(shí)， 感測信號(hào)LEDisense和目標(biāo)/參考信號(hào)itogrt(t)的比較時(shí)的極性變化在第一時(shí)間被探測到。 基于第一時(shí)間，可確定第二時(shí)間，就是在此時(shí)將提供給LED系統(tǒng)(LED 102)的控制信號(hào)Cei 的狀態(tài)進(jìn)行改變。在所確定的第二時(shí)間，提供給LED系統(tǒng)(LED 102)的控制信號(hào)Cei的狀態(tài)從第一狀態(tài)改變到第二狀態(tài)(例如，off狀態(tài))。在圖8中，隨時(shí)間升或降(例如，極性改變)的感測信號(hào)LEDismse具有重復(fù)周期P， 每個(gè)周期P包括感測信號(hào)LEDisense在其中上升的時(shí)間間隔Tl和感測信號(hào)LEDisense在其中下降的時(shí)間間隔T2。每個(gè)時(shí)間間隔Tl又包括區(qū)間A(例如，A(O)、A(1)等)和隨后區(qū)間B，在區(qū)間A期間，感測信號(hào)LEDisense從周期初始值(例如，一個(gè)狀態(tài))上升到目標(biāo)信號(hào)itoget (t)， 并且在區(qū)間B期間，感測信號(hào)LEDisense從目標(biāo)信號(hào)itogrt(t)上升到周期最大值(例如，另一狀態(tài))。在時(shí)間間隔T2內(nèi)，感測信號(hào)LEDismse從周期最大值下降到下一個(gè)周期的初始值。 為了明確起見，用遞升周期指標(biāo)(A(0), A(I)等和B(0)、B(1)等)來標(biāo)記區(qū)間A和B。根據(jù)本發(fā)明，基于時(shí)間的減光控制器707或基于時(shí)間的電流控制器709可控制FET Ql來實(shí)現(xiàn)許多基于時(shí)間的控制方法學(xué)中的任何一種。例如，基于時(shí)間的減光控制器707或基于時(shí)間的電流控制器709可以實(shí)現(xiàn)恒定周期控制，使得周期P恒定(而時(shí)間間隔Tl和T2 在周期之間變化)，或者實(shí)現(xiàn)上升時(shí)間恒定控制使得時(shí)間間隔Tl恒定(而周期P和時(shí)間間隔T2在周期之間變化)，或者實(shí)現(xiàn)下降時(shí)間恒定控制使得時(shí)間間隔T2恒定(而周期P和時(shí)間間隔Tl在周期之間變化)?？梢赃x擇需要的方法學(xué)，例如，為了減少與周圍電路發(fā)生電磁干擾(EMI)。同樣能夠使目標(biāo)信號(hào)itoget(t)立即鎖定的最簡單的控制方法學(xué)是恒定上升時(shí)間或恒定下降時(shí)間的方法，其中，使得時(shí)間間隔Tl或T2的其中之一為恒定的持續(xù)時(shí)間，而另一個(gè)時(shí)間間隔(和周期P)則在持續(xù)時(shí)間上變化。在恒定下降時(shí)間的控制方法學(xué)中，基于時(shí)間的減光控制器707或基于時(shí)間的電流控制器709控制FET Q1，使得時(shí)間間隔Tl的區(qū)間 A(感測信號(hào)LEDismse在其間小于目標(biāo)信號(hào)itogrt(t))與時(shí)間間隔Tl的區(qū)間B(感測信號(hào) LEDismse在其間大于目標(biāo)信號(hào)itogrt(t))相等。根據(jù)這個(gè)恒定下降時(shí)間的控制方法學(xué)，每個(gè)周期的區(qū)間B的持續(xù)時(shí)間根據(jù)下列方程(1)來確定B(N) = [B(N-I)+A(N)]/2，(1)其中，N是循環(huán)次數(shù)。因此，例如，利用方程(1)，則時(shí)間區(qū)間B(I)等于時(shí)間區(qū)間 B(O)和A(I)的平均。當(dāng)然，時(shí)間間隔T2的持續(xù)時(shí)間是固定的。恒定上升時(shí)間的控制方法采用與恒定下降時(shí)間的方法相同的方程，除了在恒定上升時(shí)間的方法中，時(shí)間間隔Tl的持續(xù)時(shí)間是恒定的，區(qū)間A是時(shí)間間隔T2的一部分，其中感測信號(hào)LEDismse超過了目標(biāo)信號(hào)itogrt(t)，而區(qū)間B是時(shí)間間隔T2的一部分，其中，感測信號(hào)LEDisense小于目標(biāo)信號(hào)ita,get(t)?；跁r(shí)間的電流控制器709仍控制 Τ Q1，使得區(qū)間A和B有相等的持續(xù)時(shí)間?，F(xiàn)在參照?qǐng)D9，示出了電流-時(shí)間圖900和控制信號(hào)時(shí)間圖902。LED電流的 LED電流時(shí)間周期包括有效時(shí)間周期和無效時(shí)間周期。在電流-時(shí)間圖900中示出了用于減光控制的由被控照明系統(tǒng)700采用的LED電流時(shí)間周期的示例性有效時(shí)間周期。在與有效周期圖示相同(例如，從0到120微秒)的控制信號(hào)時(shí)間圖902中示出了脈沖寬度調(diào)制 (PWM)開關(guān)控制信號(hào)Cei。在有效時(shí)間周期內(nèi)脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)控制信號(hào)Cei控制LED 電流iLED的電流水平來控制各LED 102的減光水平。該有效時(shí)間周期一般定義為一個(gè)LED 電流脈沖(例如，LED電流脈沖901)，即從LED電流i·的電流水平開始坡升直到平均高電流值ihigh(例如，0. 45安培)以及在該平均高電流值ihigh附近波動(dòng)，一直到LED電流的電流水平坡降到一個(gè)低的電流值ilOT(例如，0伏)的時(shí)刻為止。如圖9所示，PWM控制信號(hào)Cei的PWM開關(guān)頻率fsw不同于用來隨時(shí)間控制LED 102 的減光水平的LED電流i·的PWM減光頻率fDIM。因此，為了 LED照明系統(tǒng)700的工作，對(duì)于控制信號(hào)Cei和減光控制(例如，LED電流的水平的控制)分別采用了兩個(gè)不同的PWM 工作頻率。PWM減光頻率fDIM的工作頻率的示例性工作頻率范圍從IOOHz到20kHz。PWM通過占空因數(shù)調(diào)制LED時(shí)間周期在大于50Hz的頻率來提供PWM減光頻率。PWM開關(guān)頻率fsw 的示例性工作頻率范圍從50kHz到250kHz。在圖9中，當(dāng)控制信號(hào)Cei打開并且具有高值(例如，1)時(shí)，LED電流i·在0_12. 5 微秒時(shí)間內(nèi)根據(jù)坡升斜率Rupi坡升，并且充電到0. 45安培。當(dāng)控制信號(hào)Cei關(guān)閉并且具有低值(例如，0)時(shí)，LEDi·開始從0.45安培下降經(jīng)過0.4安培達(dá)到0. 35安培，到該點(diǎn)后控制信號(hào)Cei又打開并且具有高值(例如，1)。根據(jù)控制信號(hào)Cei的脈沖(例如，LED照明系統(tǒng) 700的FET Ql的打開和關(guān)閉)，LED電流‘的電流水平以這樣的方式連續(xù)波動(dòng)(例如，在 0. 45安培與0. 35安培之間)。(這一段)LED電流水平的波動(dòng)范圍從12. 5-92. 5微秒。從92. 5-120微秒，因?yàn)榭刂菩盘?hào)Cei被關(guān)閉并且維持在0，所以LED電流i·的電流水平根據(jù)坡降斜率Rdni從0. 4安培坡降到0安培。LED電流脈沖901的實(shí)際電荷量QA。tual 按照下式計(jì)算QActual = Q1+Q2+Q3 (2)用以下的面積計(jì)算來計(jì)算其中的各個(gè)電荷量Ql = 1/2*(X1*Y) = 1/2* ((12. 5-0) *0· 4) = 2. 5 微庫倫 (3)Q2 = Z1*Y = (92. 5-12. 5)*0· 4 = 32 微庫倫 (4)Q3 = 1/2*(X2*Y) = 1/2* ((120-92. 5)*0· 4) = 5. 5 微庫倫 (5)因此，LED電流脈沖901的總的實(shí)際電荷量Aetual為QActual = 2. 5+32+5. 5 = 40 微庫倫 (6)然而，由于電荷量子化的離散限制(例如，離散時(shí)間/步)，有效時(shí)間周期(例如， LED電流脈沖901)的總的實(shí)際電荷量QA。tual可能不同于期望的總的電荷量％_6。因此，期望傳遞給LED 102的總的期望的電荷量可按下式來計(jì)算Qnesire = Ql+Q2+Q3+/_Qerr。r (7)量子化誤差電荷量Amff可以是不足電荷量或是超額電荷量，取決于總的所需電荷量(^sire與可被實(shí)際傳遞的總的實(shí)際電荷量QA。tual如何相對(duì)。如果量子化誤差電荷量是不足電荷量，則量子化誤差電荷量在LED電流時(shí)間周期的下一個(gè)或未來時(shí)間周期 (例如，未來的LED電流脈沖)內(nèi)通過加入等效電荷量來補(bǔ)償。例如，如果實(shí)際電荷量是40 微庫倫，而41微庫倫是期望的電荷量(iDesire，并且由于電荷量子化的限制卻無法達(dá)到，則量子化誤差電荷量Qctot是不足的1微庫倫(例如，Qctm = QActual-Qoesire = 40微庫倫_41微庫倫=-1微庫倫)。在該情況中，在未來時(shí)間周期的下一周期內(nèi)加入1微庫倫來補(bǔ)償實(shí)際電荷量QA。tual以得到期望的電荷量(ksiM。另一方面，如果量子化誤差電荷量是超額電荷量，則量子化誤差電荷量Qctm由從LED電流時(shí)間周期的下一個(gè)或未來的時(shí)間周期(例如， 未來的LED電流脈沖)內(nèi)通過減去等效電荷量來補(bǔ)償。例如，如果實(shí)際的電荷量是40微庫倫。而39微庫倫是期望的電荷量，并且由于電荷量子化的限制卻無法達(dá)到，則量子化誤差電荷量Qctm是超額量1微庫倫(例如，Qerror = QA。tual_%esire = 40微庫倫_39微庫倫 =+1微庫倫)。在該情況中，從未來時(shí)間周期的下一個(gè)周期減去1微庫倫來補(bǔ)償實(shí)際電荷量Artual以得到期望的電荷量QDesiM。對(duì)于如圖9所討論的修正在未來時(shí)間傳遞的電荷量的過程(例如，對(duì)未來的LED 電流脈沖修正其電荷量)，對(duì)于隨后的LED電流脈沖可以合適地重復(fù)。以同樣的方式，對(duì)于隨后的LED電流脈沖，取決于誤差電荷量相對(duì)于期望的電荷量分別為不足的或超額的電荷量，將從未來LED電流脈沖的電荷量分別加入或減去來補(bǔ)償(實(shí)際的)電荷量。減光控制器707可為脈沖寬度調(diào)制(PWM)減光控制器，或者可為delta-sigma減光控制器?，F(xiàn)在參照?qǐng)D10，LED電流的時(shí)距圖1000，該圖示出了 LED電流脈沖的示例性隊(duì)列(例如，電流脈沖1002、1004、1006和108)，其指示LED電流iLED的有效時(shí)間周期。時(shí)距圖1000也示出了大體上等間隔分開在LED電流脈沖之間的無效周期，因?yàn)闇p光控制器707 是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制減光控制器。在較早的有效時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生的誤差電荷量，在隨后的或未來的有效時(shí)間周期內(nèi)得到補(bǔ)償。換句話說，在電流脈沖1002內(nèi)發(fā)生的誤差電荷量在電流脈沖1004內(nèi)得到補(bǔ)償，而在電流脈沖1004內(nèi)發(fā)生的誤差電荷量在電流脈沖1006內(nèi)得到補(bǔ)償。在電流脈沖1006內(nèi)發(fā)生的誤差電荷量在電流脈沖1008內(nèi)得到補(bǔ)償?，F(xiàn)參照?qǐng)D11，LED電流的時(shí)距圖1100，其示出了 LED電流脈沖(例如，電流脈沖 1102、1104、1106、1108、1110、1112和1114)的示例性隊(duì)列，其指示LED電流i·的有效周期。時(shí)距圖1100也示出了不等間隔分開在LED電流脈沖之間的無效周期，因?yàn)闇p光控制器 707是delta-sigma調(diào)制減光控制器。同樣地，在較早的有效時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生的誤差電荷量，在隨后的或未來的有效時(shí)間周期內(nèi)得到補(bǔ)償。換句話說，在電流脈沖1102內(nèi)發(fā)生的誤差電荷量在電流脈沖1104內(nèi)得到補(bǔ)償，而在電流脈沖1104內(nèi)發(fā)生的誤差電荷量在電流脈沖1106內(nèi)得到補(bǔ)償?shù)?。如圖11所示，脈沖1102、1104、1106、1108、1110、1112和1114的持續(xù)時(shí)間可以是相同的或不同的，并且一般可為等間隔或不等間隔的。在圖7中，采用delta-sigma調(diào)制減光控制器707代替PWM減光控制器707來控制LED電流提供了加寬的信號(hào)頻譜特性，這就使可聽見噪聲的可能性減少到最小。一種具有合理振顫水平的簡單二階調(diào)制器可被實(shí)現(xiàn)用于delta-sigma調(diào)制器，并且這種實(shí)施例實(shí)現(xiàn)是大體上充分的且相對(duì)便宜的。例如，開關(guān)頻率fsw可為200kHz，而delta-sigma減光頻率fDIM可為20kHz。在這種情況下，存在產(chǎn)生任何聲頻噪聲的最小機(jī)會(huì)。然而，如快速打開或關(guān)閉的具有快速響應(yīng)的開關(guān)電流控制是需要的。因此，如早先對(duì)圖7所討論的基于時(shí)間的減光控制器707和基于時(shí)間的電流控制器709就提供了這種快速開關(guān)響應(yīng)。
因此，傳遞給LED 102的實(shí)際電荷量被計(jì)算并且存儲(chǔ)。該電荷存儲(chǔ)與期待的電荷量作比較。傳遞給LED 102的總電荷量的修正和補(bǔ)償可以連續(xù)地恒定地進(jìn)行，這至少可以補(bǔ)償誤差電荷量。不管LED控制器706的啟動(dòng)和關(guān)閉特性，LED照明系統(tǒng)將適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償并且允許非常快的PWM開關(guān)頻率fsw。這種特征允許由LED照明系統(tǒng)700的LED 102平穩(wěn)減光。下面提供對(duì)于減光控制器707的PWM工作的示例性偽碼Dim level D，0_1Qint charge accumulation, initialized to 0PWM period PPFull-scale current ItargetCurrent control sample period PCCInstantaneous LED current LEDIAt PP rate, Qint = Qint+D*ItargetAt PCC,Qint = Qint-PCOLEDIIf Qint > 0, turn on LED controllerIf Qint < =，turn off LED controller盡管已經(jīng)詳述了本發(fā)明，應(yīng)該理解在此可做出各種變化、替代和變更，而不脫離由附加的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)，包括一個(gè)LED控制器來控制LED系統(tǒng)中的電流，其中，所述LED控制器包括部件，用來 基于電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期來計(jì)算傳遞給所述LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，其中，所述LED電流時(shí)間周期被占空因數(shù)調(diào)制在大于50Hz的頻率；并且利用所述實(shí)際電荷量來修正和提供在所述LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。
2.如權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)，其中，所述LED控制器控制所述LED系統(tǒng)的減光。
3.如權(quán)利要求2所述的LED照明系統(tǒng)，其中，所述LED控制器在寬的減光頻率范圍內(nèi)控制所述LED系統(tǒng)的減光。
4.如權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)，其中，用來利用所述實(shí)際電荷量進(jìn)行修正和提供在未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量的所述部件還包括部件，用來將所述實(shí)際電荷量與所述有效時(shí)間周期所需的電荷量作比較，并且對(duì)所述實(shí)際電荷量與所述未來有效時(shí)間周期內(nèi)所需的電荷量的差作補(bǔ)償。
5.如權(quán)利要求4所述的LED照明系統(tǒng)，其中，所述LED控制器控制所述LED系統(tǒng)的減光。
6.如權(quán)利要求5所述的LED照明系統(tǒng)，其中，所述LED控制器包括減光控制器和電流控制器，其中，所述減光控制器驅(qū)動(dòng)所述電流控制器。
7.如權(quán)利要求6所述的LED照明系統(tǒng)，其中，所述減光控制器由減光速率驅(qū)動(dòng)，而所述電流控制器由開關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)，并且其中，所述減光速率不同于所述開關(guān)頻率。
8.如權(quán)利要求7所述的LED照明系統(tǒng)，其中，所述減光控制器是脈沖寬度調(diào)制(PWM)減光控制器。
9.如權(quán)利要求7所述的LED照明系統(tǒng)，其中，所述減光控制器是delta-sigma調(diào)制器減光控制器。
10.如權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)，其中，所述LED系統(tǒng)包括若干個(gè)LED。
11.一種用于控制發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)中的LED系統(tǒng)的電流的方法，所述方法包括占空因數(shù)調(diào)制LED時(shí)間周期在大于50Hz的頻率；基于所述電流和所述LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期來計(jì)算傳遞給所述LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量；以及利用所述實(shí)際電荷量來修正和提供在所述LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所述實(shí)際電荷量與所述有效時(shí)間周期所需的電荷量作比較；以及對(duì)所述實(shí)際電荷量與未來有效時(shí)間周期內(nèi)所需的電荷量之的差作補(bǔ)償。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，用控制電流的所述方法控制所述LED系統(tǒng)的減光。
14.一種用來控制發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)的LED系統(tǒng)中的電流的電流控制器，所述電流控制器包括部件，用于從減光控制器接收減光水平信號(hào)，并且基于所述減光水平信號(hào)來控制和提供一定量的驅(qū)動(dòng)電流以驅(qū)動(dòng)所述LED系統(tǒng)；并且其中，所述部件至少是LED控制器的一部分用來基于所述電流和所述LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期來計(jì)算傳遞給所述LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，其中，占空因數(shù)調(diào)制所述LED時(shí)間周期在大于50Hz的頻率；以及利用所述實(shí)際電荷量來修正和提供在所述LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。
15.如權(quán)利要求14所述的電流控制器，其中，所述電流控制器工作在開關(guān)頻率。
16.如權(quán)利要求14所述的電流控制器，其中，所述電流控制器是被控系統(tǒng)的基于時(shí)間的控制器。
17.如權(quán)利要求16所述的電流控制器，其中，所述LED照明系統(tǒng)具有集成響應(yīng)，并且其中，所述基于時(shí)間的控制器還包括；比較器，當(dāng)供應(yīng)給所述LED系統(tǒng)的控制信號(hào)具有第一狀態(tài)時(shí)，所述比較器在第一時(shí)間檢測來自所述LED系統(tǒng)的感測信號(hào)與參考信號(hào)作比較而得出的極性變化；時(shí)間計(jì)算邏輯，所述時(shí)間計(jì)算邏輯基于所述第一時(shí)間確定第二時(shí)間，在所述第二時(shí)間改變供應(yīng)給所述LED系統(tǒng)的控制信號(hào)的狀態(tài)；以及調(diào)制器，所述調(diào)制器在所確定的第二時(shí)間，將供應(yīng)給所述LED系統(tǒng)的控制信號(hào)的狀態(tài)從第一狀態(tài)改變到第二狀態(tài)。
18.一種用于控制在發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)的LED系統(tǒng)中的電流的方法，包括 從減光控制器接收減光水平信號(hào)；以及基于所述減光水平信號(hào)來控制和提供一定量的驅(qū)動(dòng)電流以驅(qū)動(dòng)所述LED系統(tǒng)；并且其中，接收、控制和提供步驟都至少是LED控制器方法的一部分，用來；占空因數(shù)調(diào)制 LED電流時(shí)間周期在大于50Hz的頻率；基于所述電流和所述LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期來計(jì)算傳遞給所述LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量；以及利用所述實(shí)際電荷量來修正和提供在所述LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述LED照明系統(tǒng)具有集成響應(yīng)，所述方法包括當(dāng)供應(yīng)給所述LED系統(tǒng)的控制信號(hào)在第一狀態(tài)時(shí)，通過將來自所述LED系統(tǒng)的感測信號(hào)與參考信號(hào)作比較，在第一時(shí)間檢測極性變化；基于所述第一時(shí)間來確定第二時(shí)間，在所述第二時(shí)間將供應(yīng)給所述LED系統(tǒng)的控制信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行改變；以及在所確定的第二時(shí)間，將供應(yīng)給所述LED系統(tǒng)的控制信號(hào)的狀態(tài)從第一狀態(tài)改變到第二狀態(tài)。
20.一種用來控制發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)的LED系統(tǒng)的減光水平的delta-sigma 調(diào)制減光控制器，包括；部件，用于接收減光控制信號(hào)，并且驅(qū)動(dòng)減光水平信號(hào)到電流控制器以提供電流來驅(qū)動(dòng)所述LED系統(tǒng)；并且其中，所述部件至少是LED控制器的一部分，用來；基于所述電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期來計(jì)算傳遞給所述LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，其中，所述LED電流時(shí)間周期被占空因數(shù)調(diào)制在大于50Hz的頻率；以及利用所述實(shí)際電荷量來修正和提供在所述LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。
21.如權(quán)利要求20所述的delta-sigma調(diào)制減光控制器，其中，所述電流控制器基于所述減光水平信號(hào)來控制和提供一定量的驅(qū)動(dòng)電流來驅(qū)動(dòng)所述LED系統(tǒng)。
22.一種用于控制發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)的LED系統(tǒng)的減光水平的方法，所述方法采用delta sigma調(diào)制器，所述方法包括接收減光控制信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)減光水平信號(hào)到電流控制器以提供電流來驅(qū)動(dòng)所述LED系統(tǒng)；并且其中，接收和驅(qū)動(dòng)步驟都至少是LED控制器方法的一部分，用來將所述LED電流時(shí)間周期占空因數(shù)調(diào)制到大于50Hz的頻率；基于所述電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期來計(jì)算傳遞給所述LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量；以及利用所述實(shí)際電荷量來修正和提供在所述LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括由所述電流控制器基于所接收的減光水平信號(hào)來控制和提供一定量的驅(qū)動(dòng)電流以控制所述LED系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)和方法。該LED照明系統(tǒng)和方法包括一個(gè)LED控制器來精確控制LED系統(tǒng)中的電流。該LED控制器包括部件，該部件用來基于電流和LED電流時(shí)間周期的有效時(shí)間周期計(jì)算傳遞給該LED系統(tǒng)的實(shí)際電荷量，并且利用該實(shí)際電荷量來修正和提供在該LED電流時(shí)間周期的未來有效時(shí)間周期內(nèi)要傳遞的所需目標(biāo)電荷量，其中，該LED電流時(shí)間周期被占空因數(shù)調(diào)制到大于50Hz的頻率。該LED系統(tǒng)和方法還包括部件，該部件用來對(duì)實(shí)際電荷量與該有效時(shí)間周期內(nèi)所需的電荷量作比較，并且對(duì)實(shí)際電荷量與未來有效時(shí)間周期內(nèi)所需的電荷量之間的差作補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H05B33/08GK102282912SQ200980143361
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者約翰·L·梅安森 申請(qǐng)人:美國思睿邏輯有限公司