專利名稱：包括多個led的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及照明領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及一種包括多個LED并且能夠生成具有可控色點的光輸出的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于生成光的照明系統(tǒng)是眾所周知的，并且這同樣適用于LED作為光源在這樣的照明系統(tǒng)中的使用。因此，這里將省略其詳細(xì)解釋。一般而言，可以為照明系統(tǒng)限定若干操作要求。一個明顯的要求是，該系統(tǒng)可以接通和關(guān)斷。第二個要求是可調(diào)光性希望的是可以改變光輸出的強度。第三個要求是顏色可變性希望的是可以改變光輸出的顏色。關(guān)于顏色，眾所周知的是，可以在二維顏色空間中描述人眼所感知的顏色。在該空間中，純色或單色(即具有可見光譜內(nèi)的一個頻率的電磁輻射)位于具有兩個與可見光譜的邊界相應(yīng)的端點的彎曲線上。該曲線與連接所述端點的直線一起形成公知的顏色三角形。該三角形內(nèi)的點與所謂的混合色相應(yīng)。顏色的一個重要特征是，當(dāng)人眼接收源自兩個具有不同色點的光源的光時，人眼不能區(qū)分兩種不同的顏色，而是感知到混合色，其中該混合色的色點位于連接這兩個光源的兩個色點的直線上，而在該線上的確切位置取決于對應(yīng)光強度之間的比值。混合色的總體強度與加在一起的對應(yīng)光強度相應(yīng)。因此，有可能生成具有與所述線的任何希望的點相應(yīng)的色點、具有一定限度內(nèi)的任何希望的強度的光。類似地，利用三個光源，有可能再現(xiàn)由三個對應(yīng)色點限定的三角形內(nèi)的任何色點。在照明領(lǐng)域，存在能夠生成可以控制其顏色的光的普遍愿望。取決于應(yīng)用的類型，照明系統(tǒng)的希望的特性可能是不同的。一種特定類型的照明系統(tǒng)是能夠生成白色光和/或能夠模仿從日出到日落的日光的光顏色的變化的日光燈。另一種特定類型的照明系統(tǒng)是白熾燈的具有相同“暖”光輸出的替代物。
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盡管以上所述基本上適用于任何類型的光源，但是鑒于其尺寸和成本并且考慮到LED產(chǎn)生單色光這一事實，顏色系統(tǒng)中特別適合的光源是LED。因此，已經(jīng)開發(fā)了包括3種或4種(或者甚至更多種)不同LED類型的照明系統(tǒng)。舉例而言，RGBW系統(tǒng)被提及，其包括紅色、綠色、藍(lán)色和白色LED。為了能夠在LED系統(tǒng)中實現(xiàn)可調(diào)光性，已知的是應(yīng)用脈寬調(diào)制代替恒定電流的是，LED接收到特定重復(fù)頻率下的特定持續(xù)時間的電流脈沖，這些電流脈沖被選擇得足夠高以便不導(dǎo)致可感知的閃爍。為了驅(qū)動LED，使用能夠在相應(yīng)驅(qū)動電壓下生成所需的LED電流的LED驅(qū)動器。為了能夠設(shè)置和/或改變光輸出的希望的色點，有必要能夠單獨地改變不同顏色的強度。雖然簡單的系統(tǒng)可能每種顏色包括一個LED，但是實際的系統(tǒng)通常每種顏色具有多個LED。有可能通過一個公共驅(qū)動器驅(qū)動LED陣列，并且這些LED可以并聯(lián)或串聯(lián)或者以二者連接。然而，現(xiàn)有技術(shù)要求每種顏色存在至少一個驅(qū)動器。這使得這樣的系統(tǒng)相對昂貴。此外，在驅(qū)動器系統(tǒng)與LED系統(tǒng)之間需要至少5根導(dǎo)線，如果不希望具有公共地，則需要甚至8根導(dǎo)線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的重要目的是提供一種照明系統(tǒng)，其包括由一個公共驅(qū)動器驅(qū)動的4個不同的LED組，其中可調(diào)光性和顏色可變性是可能的。然而，本發(fā)明的主旨是也適用于包括2個或3個不同的LED組或者包括5個或更多個不同的LED組的照明系統(tǒng)。在最新水平的技術(shù)中，LED驅(qū)動器典型地被實現(xiàn)為電流源。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，像任何其他類型的二極管那樣，LED具有在處于其正向?qū)顟B(tài)下時幾乎恒定的電壓(表示為正向電壓)的特性。因此，雖然驅(qū)動器輸出電流由驅(qū)動器決定，但是驅(qū)動器輸出電壓卻由LED決定。依照本發(fā)明，一種照明系統(tǒng)包括可控電流分布裝置，該裝置具有一個接收驅(qū)動器電流的輸入并且具有多個耦合到對應(yīng)LED組以便提供對應(yīng)LED電流的輸出。此外，驅(qū)動器主動設(shè)置其輸出電壓，該輸出電壓用作用于電流分布裝置的控制信號。取決于該控制信號，電流分布裝置設(shè)置對應(yīng)LED電流的特定比值。在一種實現(xiàn)方式中，可控電流分布裝置可以包括設(shè)有存儲器的處理器，該存儲器包含限定輸入電壓與輸出電流比值之間的關(guān)系的信息。在另一種實現(xiàn)方式中，可控電流分布裝置包括LED系統(tǒng)的特定硬件配置。從屬權(quán)利 要求中提到了另外的有利的詳盡細(xì)節(jié)。


本發(fā)明的這些和其他方面、特征和優(yōu)點將進(jìn)一步通過以下參照附圖對于一個或多個優(yōu)選實施例的描述加以解釋，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分，并且在附圖中
圖I示出了示意性地圖解說明照明系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的框 圖2為示意性地圖解說明二極管的電氣行為的曲線 圖3為示意性地圖解說明依照本發(fā)明一個實施例的照明系統(tǒng)的設(shè)計的框 圖4A為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的LED系統(tǒng)的一個可能的實施例的框 圖4B為不出圖4A的LED系統(tǒng)的光輸出與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系的曲線 圖4C為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的LED系統(tǒng)的一個可能的實施例的框 圖5A為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的LED系統(tǒng)的一個可能的實施例的框 圖5B為示出圖5A的LED系統(tǒng)的光輸出與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系的曲線 圖6A為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的LED系統(tǒng)的一個可能的實施例的框 圖6B為不出圖6A的LED系統(tǒng)的光輸出與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系的曲線 圖6C為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的LED系統(tǒng)的一個可能的實施例的框 圖7A為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的LED系統(tǒng)的一個可能的實施例的框 圖7B為示出圖7A的LED系統(tǒng)的光輸出與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系的曲線 圖8A為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的LED系統(tǒng)的一個可能的實施例的框 圖8B為不出圖8A的LED系統(tǒng)的光輸出與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系的曲線 圖9A為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的驅(qū)動器的輸出電壓與時間的函數(shù)關(guān)系的曲線
圖；圖9B為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的驅(qū)動器的輸出電壓與時間的函數(shù)關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式圖I示出了示意性地圖解說明包括驅(qū)動器裝置10和LED系統(tǒng)20的照明系統(tǒng)I的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的框圖，其中在該實例中，LED系統(tǒng)20包括四個LED 21、22、23、24。在該現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中，驅(qū)動器裝置10實際上包括專用于驅(qū)動LED 21、22、23、24中的相應(yīng)LED的各驅(qū)動器11、12、13、14。為了能夠例如通過用戶動作從整體上設(shè)置或改變LED系統(tǒng)20的輸出顏色，照明系統(tǒng)I包括控制設(shè)備2，該控制設(shè)備接收用戶輸入信號Sui并且計算用于各驅(qū)動器
11、12、13、14的各驅(qū)動器控制信號。該圖清楚地示出了需要八根導(dǎo)線以便將驅(qū)動器裝置10連接到LED系統(tǒng)20。圖2為示意性地圖解說明二極管(尤其是LED)的電氣行為的曲線圖。水平軸代表電壓(任意單位)，垂直軸代表電流(任意單位)。二極管具有兩個終端，一個表示為陽極并且另一個表示為陰極。假設(shè)跨二極管終端施加DC電壓，陽極為正并且陰極為負(fù)；這將表示為正偏置(曲線圖的右手邊)。只要電壓幅度低于特定閾值Vth，那么可以認(rèn)為電流為零并且稱二極管是不導(dǎo)通的(應(yīng)當(dāng)指出的是，在現(xiàn)實中非常小的電流可能流動，但是這在這里被忽略不計)。如果電壓幅度高于所述閾值Vth，那么電流作為電壓的函數(shù)而非常陡峭地上升并且稱二極管是正向?qū)ǖ?。?dāng)DC電壓的極性相反時，這將表示為負(fù)偏置或者反向偏置(曲線圖的左手邊)。在與本發(fā)明有關(guān)的實際條件下，電流為零。在極端條件下，當(dāng)電壓幅度變得非常高時，二極管確實如曲線圖所示表現(xiàn)為導(dǎo)通，但是這典型地涉及二極管的損壞并且不被認(rèn)為是正常操作條件。因此，為了解釋本發(fā)明，將區(qū)分三種情形` 1)二極管電壓降為負(fù)，不導(dǎo)通
2)二極管電壓降為正，〈Vth，不導(dǎo)通
3)二極管電壓降為正，彡Vth，導(dǎo)通。應(yīng)當(dāng)指出的是，閾值電壓Vth可以被認(rèn)為對于單個二極管樣品是恒定的，但是該值可以對于不同類型的二極管是不同的。例如，對于標(biāo)準(zhǔn)鍺二極管而言，Vth為大約0.3V，對于標(biāo)準(zhǔn)硅二極管而言，Vth為大約0. 7V，并且對于功率LED而言，Vth可以處于1V-3V的范圍內(nèi)。原則上，驅(qū)動器11、12、13、14可以具有電壓源的特性負(fù)載決定電流，并且通過精確地控制電壓，有可能設(shè)置電流。然而，電壓的輕微變化導(dǎo)致LED電流的大的變化，而LED輸出強度可以被認(rèn)為基本上與LED電流成比例，從而可能得到可見的強度變化。因此，典型地優(yōu)選的是，驅(qū)動器具有電流源的特性。如果情況如此，那么負(fù)載決定驅(qū)動器的輸出電壓。因此，在這兩種情況下，驅(qū)動器輸出功率由負(fù)載決定。圖3為示意性地圖解說明依照本發(fā)明一個實施例的照明系統(tǒng)100的設(shè)計的框圖。再一次地，該系統(tǒng)具有驅(qū)動器裝置110和包括四個LED 21、22、23、24的LED系統(tǒng)120。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，驅(qū)動器裝置110包括僅僅一個具有輸出終端131、132的驅(qū)動器130，并且具有輸入終端121、122的LED系統(tǒng)120包括可控電流分布裝置140。該圖示出從市電M向驅(qū)動器130供電，但是應(yīng)當(dāng)指出的是，這盡管是典型的，但不是必不可少的?？刂圃O(shè)備2可以接收用戶輸入信號Sui，并且可以控制驅(qū)動器130。應(yīng)當(dāng)指出的是，可以集成該控制設(shè)備和驅(qū)動器。當(dāng)實現(xiàn)本發(fā)明時，再次可能的是，驅(qū)動器130具有電流源的特性。然而，現(xiàn)在優(yōu)選的是，驅(qū)動器130具有電壓源的特性。為了限定權(quán)利要求的保護(hù)范圍以及因而措辭，驅(qū)動器的精確特性不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制因素。雖然理想的電壓源具有垂直特性并且理想的電流源具有水平特性，但是現(xiàn)實的功率源典型地具有與電流軸和電壓軸二者相交的傾斜特性。然而，在所有情況下，由驅(qū)動器驅(qū)動的LED都可以具有相同的工作點(圖2的曲線圖中由實際電壓和實際電流的組合限定的點)。由于該工作點根據(jù)LED特性確立本身，而在該特性上的精確位置由驅(qū)動器輸出決定和改變，因而權(quán)利要求中使用的一般措辭將是，驅(qū)動器提供工作功率。然而，在下面的解釋中，將假設(shè)驅(qū)動器130確實具有電壓源的特性，因為這樣的特性由于其允許更容易地設(shè)置工作電壓而是優(yōu)選的。如下面的解釋中所提到的，假設(shè)驅(qū)動器130具有電壓源的特性，并且控制設(shè)備2能夠設(shè)置驅(qū)動器輸出電壓。應(yīng)當(dāng)指出的是，具有可控輸出電壓的LED驅(qū)動器本身是已知的，從而在這里無需其詳細(xì)解釋。依照本發(fā)明提出的原理，驅(qū)動器130的輸出電壓，即由電流分布裝置140接收的輸入電壓，被認(rèn)為是用于在LED 21、22、23、24之間分布電流的控制參數(shù)。在一個可能的實施例中，電流分布裝置140包括有源處理器和存儲器，該存儲器包含限定控制參數(shù)“輸入電壓” Vi與各LED的各電流之間的關(guān)系的信息。在各LED的數(shù)量等于N并且指標(biāo)i范圍從I至N的情況下，這些關(guān)系可以表達(dá)成=Iffi (Vi)，其中函數(shù)&典型地互不相同，從而對于總體光輸出的色點，它們一起限定顏色空間中的特定預(yù)定義路徑。優(yōu)選地，對于至少一個LED或LED組而言，電流(函數(shù)fi)僅在輸入電壓的特定范圍內(nèi)非零，而該范圍與其中所有其他 LED具有零電流的輸入電壓范圍重疊，使得在該重疊范圍內(nèi)，光輸出具有所述一個LED或LED組的純色。應(yīng)當(dāng)指出的是，驅(qū)動器130供應(yīng)所有LED電流的總和。在一個就其簡單性和低成本而言為優(yōu)選的實施例中，電流分布裝置140不包括有源處理器裝置，而是包括LED系統(tǒng)120的硬件配置。在下文中，將討論一些示例性實施例。圖4A為示意性地圖解說明依照本發(fā)明的LED系統(tǒng)的一個可能的實施例的框圖，該LED系統(tǒng)通常由附圖標(biāo)記420表示。輸入終端由附圖標(biāo)記121、122表示。LED系統(tǒng)420包括兩個LED組451、452。這些組并聯(lián)連接到輸入終端121、122。阻抗461與第一 LED組451串聯(lián)連接。阻抗462與第二 LED組452串聯(lián)連接。在下面的解釋中，將假設(shè)該阻抗為電阻性的，例如電阻器。在圖4A中，第一組451由單個LED的符號示出，但是這并不意味著在第一組中僅僅存在一個LED。該組實際上可以包括彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)布置的多個LED。這些LED可以互相相同，但是該組也可以包括相互不同顏色的LED。除了 LED之外，其他的電氣部件可以串聯(lián)和/或并聯(lián)連接到LED，例如普通的二極管。盡管如參照圖2所解釋的，每個單獨的LED或二極管具有其各自的閾值電壓，但是組451作為整體具有組閾值電壓VT1，該組閾值電壓典型地與串聯(lián)布置的LED的閾值電壓的總和相應(yīng)。因此，如果組451由三個相同LED的串聯(lián)布置組成，每個LED具有各自的閾值電壓Vth，那么該組的組閾值電壓VTl等于3 Vth0這同樣適用于第二組452。當(dāng)將第二組452與第一組451相比較時，存在一個重要的差別第二組452具有比此后簡單表示為第一閾值電壓的第一組451的組閾值電壓VTl更大的此后簡單表示為第二閾值電壓的組閾值電壓VT2。此外，與第二 LED組452串聯(lián)的第二阻抗462的阻抗值可以不同于與第一 LED組451串聯(lián)的第一阻抗461的阻抗值。第二阻抗462的阻抗值可以小于第一阻抗461的阻抗值，并且第二阻抗462甚至可以被省略，在這種情況下，第二阻抗的功能將由第二LED組452的串聯(lián)接線執(zhí)行?，F(xiàn)在，將參照圖4B解釋LED系統(tǒng)420的操作，圖4B為示出第一 LED組451的光輸出LI和第二 LED組452的光輸出L2與LED系統(tǒng)420的輸入終端121、122處接收的輸入電壓Vi的函數(shù)關(guān)系的曲線圖。只要Vi小于VTl，則所有LED斷開。當(dāng)Vi高于VTl但是仍然小于VT2時，第二 LED組仍然斷開。電流將流經(jīng)第一 LED組451，電壓降在第一 LED組451兩端形成；該電壓降將幾乎等于VT1。盡管在實踐中該電壓降將隨著電流的增加而輕微增加(參見圖2)，但是在下面的解釋中，為了方便起見將假設(shè)該電壓降等于VT1。差值VRl=Vi-VTl將是電阻器461兩端的電壓，從而電流幅度將等于(Vi-VT1)/R1，R1表示電阻器461的電阻。該電流與輸入電壓Vi成比例(在現(xiàn)實中幾乎成線性比例)，并且因而第一光輸出LI與輸入電壓Vi成比例。LED系統(tǒng)420作為整體的光輸出具有第一色點。應(yīng)當(dāng)指出的是，當(dāng)Rl足夠大時，以上所述也適用。當(dāng)Rl太低時，電流將由第一組451的LED特性決定電流不可能變得高于二極管特性的電流。類似地，當(dāng)Vi高于VT2時，電流也將流經(jīng)第二 LED組452，被取成等于VT2的電壓降在第二 LED組452兩端形成。差值VR2=Vi-VT2將是第二電阻器462兩端的電壓，從而電流幅度將等于(Vi-VT2)/R2，R2表示第二電阻器462的電阻。該電流與輸入電壓Vi成比例，并且因而第二光輸出L2與輸入電`壓Vi成比例。應(yīng)當(dāng)清楚的是，第一光輸出LI仍然與輸入電壓Vi成比例。Rl與R2之間的比值決定LI和L2分別與Vi的比例之間的比值。典型地，如果R2小于R2，使得與第一組451中的電流相比，第二組452中的電流作為Vi的函數(shù)上升得更快，這將是有利的，并且如果第二組452中的LED數(shù)量大于第一組451中的LED數(shù)量，使得總的說來，第二光輸出L2如圖所示比第一光輸出LI上升得更快，這將是有利的。在上面的解釋中，為了理解電路的電氣行為，LED的色點不起任何作用。所有單獨的LED甚至可以互相相同。在一個特別優(yōu)選的實施例中，此后簡單表示為第二色點的組合的第二組的所有LED的光輸出的組色點不同于此后簡單表示為第一色點的組合的第一組的所有LED的光輸出的組色點。當(dāng)所有LED組相對緊密地放置在一起時，人類觀察者將總體光輸出感知為具有一個混合色點的混合物。當(dāng)增加輸入電壓Vi時，該混合色點在直線上從第一色點朝向第二色點行進(jìn)。在其中第一色點為紅色并且第二色點為白色的實施例中，增加輸入電壓造成從紅色光到暖白色光的變化，這與白熾燈的調(diào)光相應(yīng)。圖4C圖解說明了第二實施例430，其中第二 LED組452連接到通過串聯(lián)連接在輸入終端121、122之間的兩個電阻器431、432形成的分壓器430的節(jié)點。因此，該節(jié)點提供了得自輸入電壓Vi的電壓。即使第二組閾值電壓VT2低于第一組閾值電壓，第二組452也只能在輸入電壓Vi等于或高于(R432+R431)/R432乘以VT2的情況下才開始導(dǎo)通。
圖5A圖解說明了第三實施例470。圖5B為可與圖4B相比較的曲線圖，其圖解說明了該第三實施例470的行為。與第一實施例420相比,第二電阻器462由與第一組451和第二組452的并聯(lián)布置串聯(lián)的電阻器471代替。對于小于VT2的Vi而言，操作與第一實施例420的操作相同，該差別在于電流幅度將等于(Vi-VTl)/(R1+R3)，R3表示公共串聯(lián)電阻器471的電阻。當(dāng)Vi高于VT2時，電流也將流經(jīng)第二 LED組452，電壓降VT2在第二 LED組452兩端形成。差值VR3=Vi-VT2將是第二電阻器471兩端的電壓，并且跨第一 LED組451加串聯(lián)電阻器461的電壓將被箝位到VT2，其結(jié)果是，第一電流LI將保持恒定。在上面描述的其中LED緊密地安裝在一起并且所述組具有相互不同的色點的實施例中，改變驅(qū)動器輸出電壓將導(dǎo)致作為整體的LED系統(tǒng)420、470生成混合光輸出，該混合光輸出的色點在直線上從第一色點朝向第二色點行進(jìn)。在一個說明性實施例中，第一色點基本上為紅色并且第二色點基本上為白色。在最簡單的實施例中，第一組451精確地由一個紅色LED組成并且第二組452精確地由兩個串聯(lián)布置的白色LED組成。然而，混合色點將不完全達(dá)到第二色點，因為當(dāng)?shù)诙M452接通時，第一組451總是接通。另一方面，也存在其中光顏色甚至可以相互等同的實施例。例如，這樣的實施例是可能的，其中各LED組置于彼此相距相當(dāng)長的距離處，使得對于人類觀察者而言，由第一LED組生成的光來源于與由第二 LED組生成的光不同的位置。這可以用于生成特殊的光效，諸如例如行駛燈、光管等等。同樣在這樣的實施例中，希望的是能夠在第二組接通的同時關(guān)
斷第一組。 本發(fā)明也提供了其中這樣的第一組451關(guān)斷的實施例。圖6A圖解說明了可與圖4A的第一實施例420相比較的LED系統(tǒng)的第四實施例620，其中電流測量傳感器672布置在第二組452的陰極終端與第二輸入終端122之間，并且其中NPN晶體管673被布置成讓其基極終端連接到電流測量傳感器672與第二 LED組452之間的節(jié)點，讓其發(fā)射極終端連接到第二輸入終端122，并且讓其集電極終端連接到第一電阻器461與第一 LED組451之間的節(jié)點。應(yīng)當(dāng)指出，代替NPN晶體管的是，可以使用另一種類型的可控開關(guān)，例如FET。操作如下。對于小于VT2的Vi而言，操作與第一實施例420的操作相同。當(dāng)Vi高于VT2時，電流也將流經(jīng)第二 LED組452，造成電流測量傳感器672兩端的電壓降。當(dāng)該電壓降變得高于晶體管673的正向基極-發(fā)射極偏壓時，晶體管開始汲取電流，使得第一電阻器461兩端的電壓降增加并且因而第一 LED組451兩端的電壓減小，從而LI隨著輸入電壓Vi的增加而減小。圖6B為可與圖4B相比較的曲線圖，其示出LI最終變得等于零。在高Vi的情況下，通過第一電阻器461的電流變得等于Vi/Rl，其可以在Rl相對較低的情況下相對較高。這在圖6C的LED系統(tǒng)780的第五實施例中被避免，在該實施例中,第二 NPN晶體管674的集電極-發(fā)射極路徑布置在第一輸入終端121與第一電阻器461之間。偏壓電阻器675連接在第一輸入終端121與所述第二 NPN晶體管674的基極終端之間。第一 NPN晶體管673的集電極終端連接到偏壓電阻器675與所述第二 NPN晶體管674的基極終端之間的節(jié)點。操作基本上類似于LED系統(tǒng)620的操作當(dāng)輸入電壓上升到高于VT2時，第二 LED組452中的增大的電流將使得第二晶體管674的基極終端被吸引到第二輸入終端122的水平，從而降低并且最終切斷第一 LED組451中的電流?，F(xiàn)在，浪費的電流受偏壓電阻器675限制，該電阻器可以具有比第一電阻器461高得多的電阻。上面描述的實施例的共同之處在于，作為輸入電壓Vi的函數(shù)的光產(chǎn)生響應(yīng)對于各LED組是相互不同的。這由這些組具有相互不同的閾值電壓或者接收得自輸入電壓的相互不同的供應(yīng)電壓或者二者造成。此外，各LED組的各光輸出之間的比值不是恒定的。這甚至在各組的電壓依賴性(dL/dVi)互相相等的情況下適用，其可以在圖4B中通過給予兩條傾斜曲線相同的角度而看出。在一些所述實施例中，一個組與另一個組之間的耦合導(dǎo)致一個光輸出的減小，而另一個光輸出作為輸入電壓的函數(shù)而增加?？偟恼f來，在所有實施例中，組合的光輸出的總體色點不是恒定的，而是作為輸入電壓Vi的函數(shù)在顏色空間中行進(jìn)一定路徑(當(dāng)然，除非這些LED都發(fā)射相同的顏色)。在上文中，利用兩個LED組451、452解釋了本發(fā)明。在這樣的情況下，在顏色空間中行進(jìn)的路徑是與所述兩個LED組相應(yīng)的兩個色點之間的直線。然而，可以以模塊化方式擴(kuò)展本發(fā)明構(gòu)思。因此，有可能具有連接在輸入終端121、122之間的、總是具有相互不同的色點和相互不同的閾值電壓的第三LED組、第四LED組等等。一般地說，有可能具有N個LED組,每組表示為G(i), i為范圍從I至N的指標(biāo)，N為大于I的正整數(shù)。每組G(i)具有組閾值電壓VG⑴和色點CP⑴。對于j>i的兩個指標(biāo)i、j而言，CP(j) ^ CP⑴可能適用，并且優(yōu)選地VG(j)>VG(i)適用。每組G(i)與至少一個阻抗串聯(lián)連接?？梢择詈蟽蓚€或更多組以便讓一個組影響另一個組的響應(yīng)。例如，兩個或更多組可以具有公共串聯(lián)阻抗。或者，用于一個組的電流降低電路可以由另一個組中的電流控制。甚至可能的是具有組G(j)中的增大的電流，其降低所有組G(i)中的所有電流，其中i〈j ;圖60示意性地圖解說明了這種設(shè)備的模塊化布局。在實際令人感興趣的LED系統(tǒng)中，存在3個相互不同色點的至少3個LED組，所述色點可以適當(dāng)?shù)貫镽、 G、B，或者存在4個相互不同色點的至少4個LED組，所述色點可以適當(dāng)?shù)貫镽、G、B、W。在一個優(yōu)選的實施例中，有可能分別具有3種或4種不同的電壓設(shè)置，所述設(shè)置中的每一種與這樣的情形相應(yīng)，其中這些組中僅僅一個接通，而其他2個或3個組分別斷開。在這種情況下，有可能根據(jù)驅(qū)動器輸出電壓的正確選擇任意地再現(xiàn)純的R、G、B以及可能的W顏色。圖7A圖解說明了 LED系統(tǒng)720的一個實施例，其用于其中驅(qū)動器130能夠提供正負(fù)電壓的情形。LED系統(tǒng)720包括反并聯(lián)連接在輸入終端121、122之間的、單獨地區(qū)分為620A和620B的圖6A的兩個系統(tǒng)620。當(dāng)?shù)谝惠斎虢K端121處的電壓相對于第二輸入終端122為正時，只有第一系統(tǒng)620A可操作并且其操作與如圖6B中所示LED系統(tǒng)620的操作相同。當(dāng)?shù)谝惠斎虢K端121處的電壓相對于第二輸入終端122為負(fù)時,只有第二系統(tǒng)620B可操作并且其操作再次與如圖6B中所示LED系統(tǒng)620的操作相同。圖7B圖解說明了總體光輸出與Vi的函數(shù)關(guān)系。LI表不組451A的光輸出。L2表不組452A的光輸出。L3表不組451B的光輸出。L4表示組452B的光輸出?？梢钥闯?br> 對于VTl〈 Vi〈 VT2，光輸出純粹為LI ；
對于Vi > Vx，光輸出純粹為L2;
對于VT4〈 Vi〈 VT3，光輸出純粹為L3 ;
對于Vi < Vy，光輸出純粹為L4。因此，該LED系統(tǒng)720能夠通過驅(qū)動器輸出電壓的適當(dāng)選擇而選擇性地提供具有色點R或G或B或W的光。圖8A圖解說明了 LED驅(qū)動器820的一個實施例，其可以被看作圖5A的實施例470的另外的詳盡細(xì)節(jié)。第一 LED組451與第一電阻器461之間的節(jié)點將表不為第一節(jié)點A,而第一 LED組451與公共串聯(lián)電阻器471之間的節(jié)點將表示為第二節(jié)點B。雖然第二 LED組452連接在第一輸入終端121與第二節(jié)點B之間，但是該實施例820包括連接在第一節(jié)點A與第二輸入終端122之間的第三LED組453。此外，該實施例包括相對于第一組451反并聯(lián)地分別連接在第一節(jié)點A與第二節(jié)點B之間的第四LED組454。第三組453可以具有等于或大于第二閾值電壓VT2的第三閾值電壓VT3。第四組454具有第四閾值電壓VT4。第三組具有第三色點并且第四組具有第四色點。參照其中假設(shè)VT2=VT3的圖8B，操作如下。五個不同的電壓范圍I、II、III、IV和V可以進(jìn)行區(qū)分。在第一電壓范圍I內(nèi)，Vi小于VTl并且沒有電流流動。在第二電壓范圍II內(nèi)，Vi大于VT1，并且電流僅在由電阻器461、第一 LED 451和電阻器471的串聯(lián)布置形成的路徑中流動。等于VTl的電壓降將在第一 LED 451兩端形成。電阻器461兩端的電壓降V461將等于
V461=R461 X (Vi-VTl)/(R461+R471)
并且電阻器471兩端的電壓降V471將等于 V471=R471 X (Vi-VTl)/(R461+R471)
其中R461和R471分別表示電阻器461和471的電阻。在一個實際的實施例中，R461=R471。
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在第四電壓范圍IV內(nèi)，電流僅僅在分別由第二組452和電阻器471的串聯(lián)布置以及第三組453和電阻器461的串聯(lián)布置形成的第二和第三電流路徑中流動。沒有電流在第一組451中流動。第一節(jié)點A處的電壓VA將等于VT3，并且第二節(jié)點B處的電壓VB將等于Vi-VT2。因此，第二組452中的電流將等于(Vi-VT2)/R471，并且第三組453中的電流將等于(Vi-VT3)/R4610在第二和第四范圍之間的第三電壓范圍III內(nèi)，電流在所有所述路徑中流動，并且第一組451、第二組452和第三組453接通。這些路徑之間的精確的電流分布將隨著Vi而改變，并且將取決于VT1、VT2、VT3、R461、R471的精確值。第三電壓范圍III的下邊界由這樣的輸入電壓水平?jīng)Q定，在該輸入電壓水平下，第二或第三路徑中的電流流動變得可能。只要可以表達(dá)為V461+VT1或者Vi-V471的第一輸入終端121與第二節(jié)點B之間的電壓降小于VT2，那么在第二路徑中將沒有電流流動。Vi —變得高于VX2，電流就將在第二路徑中開始流動，其中 VX2=VT1+(VT2 - VTl) x (R461+R471)/R461。同樣地，只要可以表達(dá)為V471+VTl=Vi_V461的節(jié)點A與第二輸入終端122之間的電壓降小于VT3，那么在第三路徑中將沒有電流流動。Vi —變得高于VX3，電流就將在第三路徑中開始流動,其中 VX3=VT1+(VT3 - VTl) x (R461+R471)/R471。第三電壓范圍III的下邊界為VX2和VX3中的最低者。在圖8B中，假設(shè)VX2=VX3。第三電壓范圍III的上邊界由這樣的輸入電壓水平?jīng)Q定，在該輸入電壓水平下，第一路徑中的電流流動變得不可能。在第四電壓范圍IV內(nèi)，兩個節(jié)點A與B之間的電壓差值可以表達(dá)為VT2+VT3-Vi。如果該電壓差值小于VTl，那么第一組451不可能傳導(dǎo)電流。因此，第三電壓范圍III的上邊界等于VT3+VT2-VT1。雖然初始時節(jié)點A相對于節(jié)點B為正，但是從以上所述可以推斷，如果Vi>VT2+VT3，那么節(jié)點A相對于節(jié)點B為負(fù)。如果節(jié)點B與A之間的負(fù)電壓差值變得大于VT4，那么第四LED組454可以傳導(dǎo)電流。這出現(xiàn)在第五范圍V內(nèi)，其中Vi> VT1+VT2+VT3。四種色點可以相互不同。然而，在一個特定的實施例中，第三組453具有與第二組452相同的閾值電壓并且也具有相同的色點，同時兩個電阻器461和471也具有相同的電阻值。在這種情況下，第二組和第三組以同步的方式驅(qū)動并且產(chǎn)生相同的光輸出顏色。在一個有利的實施例中，第一組451具有紅色色點,第二組452和第三組453具有白色色點，并且第四組454具有藍(lán)色色點。這樣的實施例作為日光燈是特別有用的。如果驅(qū)動器130能夠提供負(fù)電壓，那么將存在第六操作范圍，其中電流僅在由第二電阻器471、第四LED組454和第一電阻器461的串聯(lián)布置限定的第四路徑中流動。描述可以與針對第二范圍II的情況相同，其中第一組451和第四組454具有交換的位置。于是，設(shè)備能夠通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置用于LED系統(tǒng)的輸入電壓而再現(xiàn)三種純色。如圖8A中以點線所示，可以通過添加與第二 LED組452反并聯(lián)的第五LED組455(圖8B中的曲線L5)以及與第三LED組反并聯(lián)的第六LED組456 (圖8B中的曲線L6)而使得LED系統(tǒng)820完全對稱。這些第五組和第六組的色點可以相互等同。此外，這些第五組和第六組的色點可以與第二組和第三組的色點等同，但是它們也可以不同以便限定第四顏色在這種情況下，將存在第七操作范圍，其中輸出光僅包含該第四顏色，并且設(shè)備能夠通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置用于LED系統(tǒng)的輸入電壓而再現(xiàn)四種純色。在上文中，解釋了本發(fā)明的設(shè)備能夠再現(xiàn)不同的純色。在下文中，將解釋可以如何再現(xiàn)任何希望的混合色 ，只要其色點處于由所述不同的純色的三個或四個色點限定的三角形或四邊形內(nèi)。圖9為示意性地圖解說明驅(qū)動器130的輸出電壓(因而輸入電壓Vi)與時間的函數(shù)關(guān)系的曲線圖?？刂圃O(shè)備2控制驅(qū)動器130，使得輸出電壓Vi從時間tl至?xí)r間t2處于第二操作范圍II內(nèi)，因而所生成的光輸出將具有第一色點。從時間t2至?xí)r間t3，控制設(shè)備2控制驅(qū)動器130，使得輸出電壓Vi處于第四操作范圍IV內(nèi)，因而所生成的光輸出將具有第二 /第三色點。從時間t3至?xí)r間t4，控制設(shè)備2控制驅(qū)動器130，使得輸出電壓Vi處于第六操作范圍VI內(nèi)，因而所生成的光輸出將具有第四LED 454的色點。從時間t4至?xí)r間t5，控制設(shè)備2控制驅(qū)動器130，使得輸出電壓Vi處于第七操作范圍VII內(nèi)，因而所生成的光輸出將具有第五/第六LED 455、456的第四色點?，F(xiàn)在，控制設(shè)備2可以重復(fù)該序列。從tl至t5的時間間隔將表示為顏色周期T。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，當(dāng)該顏色周期T足夠短時，人眼不會感知到四種不同顏色的序列，而是感知到混合顏色；該混合顏色的精確色點將取決于所述四個時間間隔的精確持續(xù)時間和所述四個時間間隔內(nèi)的精確電壓值。圖9A圖解說明了驅(qū)動器的輸出電壓Vi在所述時間間隔期間維持恒定，但這不是必要的。甚至不必要逐步地控制輸出電壓Vi :例如，可能的是，將輸出電壓Vi控制為具有諸如鋸齒或正弦之類的波形。應(yīng)當(dāng)指出的是，也可能通過操作于第三和/或第五操作范圍內(nèi)而生成混合色，并且這同樣適用于具有相反極性的相應(yīng)操作范圍。關(guān)于圖9A的操作，存在一些限制。為了使得控制更加容易并且為了使得調(diào)光成為可能，圖9B示出了一種變型，其中在每個所述時間間隔內(nèi)，電壓對于第一時間量具有上面討論的值，并且對于其余時間量為零。通過改變該時間間隔內(nèi)電壓的占空比，相應(yīng)光輸出的平均強度可以控制在零與最大值之間。因此，本發(fā)明成功地提供了一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括LED系統(tǒng)和用于驅(qū)動該LED系統(tǒng)的單個驅(qū)動器，在驅(qū)動器與LED系統(tǒng)之間具有雙導(dǎo)線連接，所述照明系統(tǒng)能夠再現(xiàn)顏色三角形RGB或者任何其他顏色三角形內(nèi)的所有顏色。盡管在所述附圖和前面的描述中已經(jīng)詳細(xì)地圖示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，這樣的圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性或示例性的，而不是限制性的。本發(fā)明并不限于所公開的實施例；相反地，若干變型和修改可能處于如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。例如，當(dāng)驅(qū)動器為電流源時，驅(qū)動器的輸出電流可以用作導(dǎo)致特定的預(yù)定電流分布以及因而輸出顏色的控制參數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施要求保護(hù)的本發(fā)明時，根據(jù)對于所述附圖、本公開內(nèi)容以及所附權(quán)利要求書的研究，應(yīng)當(dāng)能夠理解并實施所公開實施例的其他變型。在權(quán)利要求書中，措詞“包括”并沒有排除其他的元件或步驟，并且不定冠詞“一”并沒有排除復(fù)數(shù)。單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中列出的若干項的功能。在相互不同的從屬權(quán)利要求中列出特定技術(shù)措施這一事實并不表示這些技術(shù)措施的組合不可以加以利用。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)被視為對其范圍的限制。在上文中，已經(jīng)參照框圖解釋了本發(fā)明，所述框解說明了依照本發(fā)明的設(shè)備的功能框。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些功能框中的一個或多個可以以硬件實現(xiàn)，其中這樣的功能框的功能由單獨的硬件部件執(zhí)行，但是同樣可能的是，這些功能框中的一個或多個以軟件實現(xiàn)，從而這樣的功能框的功能由計算機程序的一個或多個程序行或者可編程設(shè)備(例如微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器等`等)執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.照明系統(tǒng)(100)，包括 LED系統(tǒng)(120 )，其包括兩個或更多LED組(21，22，23，24 ;451，452 )以及電流分布裝置(140)，其中每個LED組包括一個或多個單獨的LED，該LED系統(tǒng)(120)具有兩個輸入終端(121，122)； 單個可控驅(qū)動器(130)，其用于向LED系統(tǒng)(120)提供工作功率，該驅(qū)動器具有分別耦合到LED系統(tǒng)(120)的兩個輸入終端(121，122)的兩個輸出終端(131，132)； 控制設(shè)備(2)，其用于控制驅(qū)動器(130)； 其中控制設(shè)備(2 )被設(shè)計用于控制驅(qū)動器輸出電壓(Vi ); 并且其中電流分布裝置(140)響應(yīng)LED系統(tǒng)(120)的輸入終端(121，122)處的輸入電壓(Vi)以便汲取來自驅(qū)動器(130)的電流并且根據(jù)輸入電壓水平(Vi)在不同LED組之間分布電流。
2.依照權(quán)利要求I的照明系統(tǒng)，其中電流分布裝置(140)被設(shè)計成根據(jù)輸入電壓水平(Vi)確定用于每個LED組的LED組電流，向每個LED組提供相應(yīng)的LED組電流，并且從驅(qū)動器汲取所有LED組電流的總和。
3.依照權(quán)利要求I的照明系統(tǒng)，其中存在至少一個輸入電壓范圍，在所述輸入電壓范圍內(nèi)，只有一個LED組中的電流非零，并且其中存在至少一個第二輸入電壓范圍，在所述第二輸入電壓范圍內(nèi)，只有第二 LED組中的電流非零。
4.依照權(quán)利要求I的照明系統(tǒng)，其中電流分布裝置(140)由LED系統(tǒng)的硬件配置實現(xiàn)。
5.依照權(quán)利要求1-4中任何一項的照明系統(tǒng)，其中LED系統(tǒng)包括至少兩個并聯(lián)連接到LED系統(tǒng)輸入終端(121，122)的LED組(451 ;452)，每個LED組具有組閾值電壓(VTl ；VT2)和組色點，其中第一 LED組(451)的組閾值電壓(VTI)小于第二 LED組(452 )的組閾值電壓(VT2)，并且其中第一 LED組(451)的組色點不同于第二 LED組(452)的組色點。
6.依照權(quán)利要求5的照明系統(tǒng)，其中第一LED組(451)與第一阻抗(461 )，優(yōu)選地與電阻器串聯(lián)連接，并且其中優(yōu)選地用于第二 LED組(452)的串聯(lián)阻抗值(R2)小于第一阻抗(461)的阻抗值(Rl)。
7.依照權(quán)利要求5的照明系統(tǒng)，其中所述LED組中的至少一個(452)經(jīng)由分壓器(430)耦合到輸入終端(121，122)。
8.依照權(quán)利要求5的照明系統(tǒng)，其中所述LED組(451；452)的并聯(lián)布置與公共電阻器(471)串聯(lián)連接。
9.依照權(quán)利要求5的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 電流傳感器(672)，其與第二 LED組(452)關(guān)聯(lián)，用于感測第二 LED組中的電流； 電流抑制裝置(673 ;673，674，675)，其具有被耦合以接收來自電流傳感器(672)的輸出信號的輸入； 其中電流抑制裝置被設(shè)計成隨著第二 LED組(452)中電流幅度的增加逐漸地抑制第一LED組(451)中的電流。
10.依照權(quán)利要求I的照明系統(tǒng)，其中驅(qū)動器(130)能夠提供正負(fù)電壓，并且其中該系統(tǒng)包括響應(yīng)正驅(qū)動器電壓的第一 LED系統(tǒng)(620A)和響應(yīng)負(fù)驅(qū)動器電壓的第二 LED系統(tǒng)(620B)。
11.依照權(quán)利要求10的照明系統(tǒng)，其中所述兩個LED系統(tǒng)(620A，620B)相互相同并且彼此反并聯(lián)連接。
12.依照權(quán)利要求10的照明系統(tǒng)，其中第二LED系統(tǒng)(620B)的LED的色點不同于第一LED系統(tǒng)(620A)的LED的色點。
13.依照權(quán)利要求I的照明系統(tǒng)，其中LED系統(tǒng)(820)包括 連接在其第一和第二輸入終端(121，122)之間的第一電阻器(461)、第一 LED組(451)和第二電阻器(471)的串聯(lián)布置，第一節(jié)點(A)介于第一電阻器(461)與第一 LED組(451)之間并且第二節(jié)點(B)介于第一 LED組(451)與第二電阻器(471)之間，其中第一 LED組(451)具有第一組閾值電壓(VTl)和第一組色點； 連接在第一輸入終端(121)與第二節(jié)點(B)之間的與第一 LED組(451)并聯(lián)的第二 LED組(452)，其中第二 LED組(452)具有第二組閾值電壓(VT2)和第二組色點； 連接在第一節(jié)點(A)與第二輸入終端(122)之間的與第一 LED組(451)并聯(lián)的第三LED組(453)，其中第三LED組(453)具有第三組閾值電壓(VT3)和第三組色點； 連接在第一節(jié)點(A)與第二節(jié)點(B)之間的與第一 LED組(451)反并聯(lián)的第四LED組(454 )，其中第四LED組(454 )具有第四組閾值電壓(VT4 )和第四組色點； 其中第二組閾值電壓(VT2)高于第一組閾值電壓(VTl)； 其中第三組閾值電壓(VT3)高于第一組閾值電壓(VTl)并且優(yōu)選地等于第二組閾值電壓(VT2)； 其中第二組色點不同于第一組色點； 其中第三組色點不同于第一組色點并且優(yōu)選地等同于第二組色點； 其中第四組色點不同于第一組色點和第二組色點。
14.依照權(quán)利要求13的照明系統(tǒng)，其中驅(qū)動器(130)能夠提供正負(fù)電壓，并且其中LED系統(tǒng)(820)進(jìn)一步包括 連接在第一輸入終端(121)與第二節(jié)點(B)之間的與第二 LED組(452)反并聯(lián)的第五LED組(455)，其中第五LED組(455)具有第五組閾值電壓(VT5)和第五組色點； 連接在第一節(jié)點(A)與第二輸入終端(122)之間的與第三LED組(453)反并聯(lián)的第六LED組(456)，其中第六LED組(456)具有第六組閾值電壓(VT6)和第六組色點； 其中第六組閾值電壓(VT6)高于第四組閾值電壓(VT4)； 其中第六組色點不同于第四組色點； 其中第五組色點不同于第四組色點并且優(yōu)選地等同于第六組色點。
15.依照前面的權(quán)利要求中任何一項的照明系統(tǒng)，其中控制設(shè)備(2)被設(shè)計成規(guī)則地改變驅(qū)動器(130)的輸出電壓，使得系統(tǒng)的光輸出平均具有如由控制設(shè)備接收的輸入信號(Sui)所限定的希望的色點。
全文摘要
一種照明系統(tǒng)(100)包括LED系統(tǒng)(120)，其包括兩個或更多LED組(21，22，23，24；451，452)以及電流分布裝置(140)，其中每個LED組包括一個或多個單獨的LED，該LED系統(tǒng)(120)具有兩個輸入終端(121，122)；單個可控驅(qū)動器(130)，其用于向LED系統(tǒng)(120)提供工作功率，該驅(qū)動器具有分別耦合到LED系統(tǒng)(120)的兩個輸入終端(121，122)的兩個輸出終端(131，132)；控制設(shè)備(2)，其用于控制驅(qū)動器(130)；其中控制設(shè)備(2)被設(shè)計用于控制驅(qū)動器輸出電壓(Vi)；并且其中電流分布裝置響應(yīng)LED系統(tǒng)的輸入終端處的輸入電壓(Vi)以便汲取來自驅(qū)動器的電流并且根據(jù)輸入電壓水平在不同LED組之間分布電流。
文檔編號H05B33/08GK103222339SQ201180056689
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者A.森佩爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司