CN105794323A - 用于提供自调整光源的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统、方法和设备，包括用于提供自调整光源的装置和软件。在一个方面，照明单元包括一个或多个LED和环境光传感器。光传感器与LED所生成的光的间歇关断周期同步地测量环境光。例如，照明单元中的LED能够通过按照交替方式来接通和关断LED的脉宽调制信号来驱动，以及当LED关断时，能够测量环境光。在一些实现中，提供一种紧凑型照明单元、例如灯泡，其能够易于附连到标准灯具，并且能够基于环境光条件有效地控制其自己的亮度。

Description

用于提供自调整光源的系统和方法

相关申请的交叉引用和优先权

本申请要求下列美国临时专利申请的优先权益：序号61/956028，2013年5月31日提交，标题为“Methodforadjustinglightintensityofalightbulbwithintheenclosure”，通过引用将其完整地结合到本文中；序号61/956029，2013年5月31日提交，标题为“Lightsensorinalightbulbtomeasureandcontroltheintensityofilluminationandmotiondetection”，通过引用将其完整地结合到本文中；以及序号61/958702，2013年8月5日提交，标题为“Methodforwirelesscontrolofalightbulb”，通过引用将其完整地结合到本文中。

技术领域

本公开涉及光源，以及具体来说涉及基于环境光测量来控制光源。

背景技术

美国能源信息管理局估计，在2011年，由居住和商业区用于照明的电力等于这两个区域所消耗的总电力的大约17％以及美国总电力消耗的大约12％。因此，节省照明所消耗的能量仍然是当务之急。

节省照明所消耗的能量的一种方式是使用比传统白炽灯更为有效的灯泡。例如，紧凑型荧光灯(CFL)和发光二极管(LED)提供与白炽灯可比拟的照明特性，但是具有更小的功率消耗和更长的产品使用期限。

发明内容

在一个方面，一种系统提供照明单元，其在单元所发射的光暂时调暗或关断时与间歇周期同步地测量环境光。因此，照明单元能够基于所测量的环境光来控制其自己的总亮度。例如，照明单元能够具有通过脉宽调制信号(其按照交替方式来接通和关断LED)所驱动的LED，以及当LED关断时，能够测量环境光。在另一方面，一种系统提供自动调节照明单元、例如灯泡，其能够附连到标准灯具(lightfixture)，并且基于环境光条件来控制其自己的亮度。

总的来说，在一个方面，一种系统提供照明单元，其部分包括：LED组件，具有一个或多个发光二极管(LED)，以从照明单元发射光；以及LED驱动器，连接到LED组件，以向一个或多个发光二极管提供电流。照明单元还包括光传感器、LED控制器和测量组件。光传感器配置成接收来自照明单元的周围环境的光，并且基于所接收光来提供光强度信号。LED控制器配置成向LED驱动器提供驱动控制信号，其中驱动控制信号包括间歇周期，在此期间，降低LED组件所发射的光的强度。测量组件配置成与驱动控制信号中的间歇周期同步地测量来自光传感器的光强度信号，并且向LED控制器提供所测量的光强度。

附图说明

图1是示出按照本公开的一个实施例的照明系统的示意框图。

图2是示出按照一个实施例的照明单元的示意框图。

图3是示出按照一个实施例的照明单元的测量组件的示意框图。

图4是示出按照一个实施例的照明单元的LED控制器的示意框图。

图5是示出按照一个实施例、用于间歇驱动照明单元中的LED的系统的示意框图。

图6和图7是示出按照不同实施例的照明单元中的信号的示意图。

图8是示出按照一个实施例、用于操作照明系统的方法的示意流程图。

图9A、图9B和图9C是示出按照不同实施例的紧凑型照明单元的实现的示意图。

具体实施方式

图1是示出按照本公开的一个实施例的照明系统100的示意框图。照明系统100包括电源110、灯具120和照明单元130。电源110通过灯具120(其配置成接纳照明单元130并且将其保持到位)向照明单元130提供电力。照明单元130包括间歇光源132，其使用所接收电力来发射光190。照明单元130还包括环境光测光计134和同步机构136，其用来测量在安装灯具120和照明单元130的位置的环境光195的等级。基于环境光195的所测量等级，照明单元130调整发射光190的亮度。因此，能够节省从电源110所消耗的电力。

在照明单元130中，从间歇光源132所发射的光190通过在光190关断或调暗时包括较短间歇时间周期来调制，以及同步机构136将环境光测光计对环境光195的测量与光源132的这些间歇时间周期同步。例如，当间歇光源132没有发射光190时，环境光195的等级能够由测光计134在短时间周期期间来测量。有利地，间歇时间周期能够足够短，以使得人眼不会直接注意到发射光190的缺乏(但是间歇周期可被人眼感测为降低的平均亮度等级)。

在照明系统100中，发射光190的间歇调制和环境光195的同步测量能够按照预定方案、例如周期地或随机地重复进行。因此，环境光195能够按照与“逆”频闪仪有点类似的方式来测量，其中在发射光190关断时的周期期间进行测量(与“正常”频闪仪相反，其中通常在光接通周期期间进行观察)。通过使用这种“频闪”技术，照明单元130能够可靠地测量环境光195的等级，并且基于所测量的环境光195有效地调整发射光190的亮度。

照明单元130的电力从电源110来接收。电源110能够例如从标准电源插座来提供AC电力。在一个实现中，电源110提供60Hz的120VAC电力。备选地，电源110能够提供50Hz的220VAC电力或者在特定位置传统使用的任何其他AC电力。例如，电源110能够包括调光电路(未示出)，其允许用户手动改变电源110所提供的电压或电流。因此，照明系统100能够安装在这种传统外部电力可用的任何位置。备选地，电源110能够例如从电池或太阳能电池板来提供DC电力。因此，照明系统能够远离标准电源插座来安装。虽然电源110示为与灯具120分离，但是它能够例如通过使用电池或太阳能电池板来安装在灯具120内部，使得照明系统100不需要外部电源。

照明单元130由灯具120固定到位。例如，灯具120能够安装在大楼中的永久位置，并且配置成接纳照明单元130的壳体的配套底座部分。在一个实现中，灯具120配置成使得照明单元130能够易于由用户来更换。例如，灯具120能够包括配置成接纳和保持传统灯泡的标准化灯具，以及照明单元130能够具有对应底座、例如具有螺旋槽(“圆螺纹”，例如E10、E14或E27)或者扭锁机构(“卡口”)的底座，其配置成匹配那些传统灯具的接纳部分。在具体实施例中，照明单元130能够在传统灯泡壳体中实现，包括通用(A系列)、反射器(R系列)、凸起反射器(BR系列)、抛物线镀铝反射器(PAR系列)、球体G系列)管状或者任何其他传统设计(例如BA、CA、ER、F、FL、P、PR、PL、PS系列)。使用标准化灯具120提供简单地通过采用照明单元130取代传统灯泡来安装照明系统100而无需更换传统照明系统中的任何布线的便利方式。备选地，灯具120能够包括非常规灯具，其专门配置成接纳和保持照明单元130。在其他实现中，照明单元130能够由便携结构代替灯具120来保持。

灯具120还配置成提供外部电源110与照明单元130之间的电连接。例如，灯具120能够配置成提供AC或DC电力的二点电触点。灯具120还能够提供例如控制照明单元130的亮度的附加电触点。在备选实现中，灯具120能够包括其他电气组件，例如内部电源、AC/DC转换器或其他电源电路。

照明单元130从间歇光源132来提供发射光190。光源132能够包括发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、激光二极管(LD)或者任何其他光源，其能够发射对短时间周期充分降低(例如关断)亮度的间歇光190。有利地，能够限制发射光190的中断，使得发射光190的缺乏不会被人眼直接注意到。例如，光190能够具有每秒数百或数千个间歇周期，使得人眼将仅注意到平均亮度，而不会注意到来自单独关断周期的任何闪烁效应。在人类感觉不太相干的备选实现中，能够对较长周期中断发射光190。

环境光测光计134能够包括光电二极管、光电晶体管、光敏电阻器或者任何光敏元件，其能够提供电信号以指示环境光195的等级。环境光测光计134能够包括“壁”或“电子篱笆”或者某种光学器件，其限制测光计134的“视野”并且防止发射光190直接进入测光计134。但是，发射光190能够被照明单元130附近的物体反射，并且这类反射可进入测光计134并且修改环境光测量的结果。由于这类反射物体的布置在照明系统130的安装之前常常不是已知的，所以在设计阶段无法顺利地考虑对应反射，并且环境光测光计134的测量可变得不可靠。

为了提供可靠环境光测量，照明单元130包括同步机构136，其将环境光测量与光源132的间歇周期同步。例如，同步机构136能够提供同步信号(其基于“逆”频闪类推可称作“选通(strobe)”信号)，其引起光源132的暂时关断以及在关断周期期间由测光计134获取环境光195的样本。作为替代或补充，间歇光源132能够具有其自己的单独关断周期(例如工作周期)，以及同步机构136能够选择这些关断周期的一部分来使测光计134进行环境光195的样本测量。因此，照明单元130能够可靠地测量环境光195，并且相应地调整发射光190。

图2是示出按照一个实施例的照明单元200的示意框图。照明单元200能够在照明系统、例如图1所示的照明系统100中用来发射其亮度能够按照照明单元附近的环境光等级来调整的光。例如，照明单元200能够在传统灯泡的壳体中实现，并且安装在传统灯具中，以便在无需任何附加布线的情况下节省能量。照明单元200还能够在特殊应用或者便携照明系统的非标准壳体中实现。

照明单元200包括电源电路210、照明控制器220、LED驱动器230、LED组件240和光传感器250。电源电路210接收外部电力205，将该电力转换成照明控制器220、LED驱动器230和光传感器250的每个的对应适当格式。照明控制器220从光传感器250接收强度信号，并且基于所接收的光强度信号来控制LED驱动器230。LED组件240包括发射光的一个或多个发光二极管(LED)，以及LED驱动器230按照来自照明控制器220的控制从电源电路210向LED组件240提供电力。

电源电路210能够包括一个或多个功率转换器、例如整流器和开关电源电路，以向照明单元200的各元件提供适当电力。例如，电源电路210能够包括整流器的二极管和电容器、高频振荡器、开关控制器以及开关电源电路的一个或多个电力开关、例如电力MOSFET。电源电路210能够例如在印刷电路板上实现。

在一个实现中，外部电力205包括50-60Hz的100-250伏AC电力，以及电源电路210包括整流器、例如桥式整流器，以将所接收的AC电压整流为DC电压。电源电路210还包括电压调节器，以便将经整流的DC电压转换成驱动电压、例如大约140伏DC电力(其被提供给LED驱动器230)，以及转换成低电压、例如大约3伏DC电力(其用来向照明控制器220和光传感器250供电)。在备选实现中，外部电力205能够包括DC电力，以及电源电路210能够将该DC电力转换成用于LED驱动器的驱动电压电平以及照明控制器220和光传感器250所需的一个或多个低电平电压。

LED驱动器230使用来自电源电路210的驱动电力来驱动LED组件240中的LED，以按照可控方式发射光。例如，LED驱动器230能够设置和保持流经LED组件中的LED的特定电流，以便以特定亮度发射光。作为替代或补充，LED驱动器230能够间歇地接通或关断流经LED组件240中的LED的电流，因而产生间歇光发射。这种间歇光发射能够延长LED的使用寿命，并且提供能够准确测量环境光的周期，而没有来自LED组件所发射的光的干扰。

光传感器250能够包括一个或多个光电传感器，例如光电二极管、光电晶体管、光敏电阻器或者任何其他光敏元件，其能够提供光强度信号以指示环境光等级。光传感器250通常具有衰减时间，其表征光传感器能够检测的变化的迅速程度。比衰减时间更快发生的变化不是直接检测的，而是仅通过其平均值来检测。衰减时间能够例如在大约一百微秒(μs)至大约数百微秒(μs)的范围中，这取决于光传感器250中使用的光电传感器。例如，光传感器能够具有在大约100μs至大约500μs的范围中的衰减时间。衰减时间还可取决于光传感器250的环境。例如，如果光传感器250是光能够被反射表面“反弹”的近表面，则衰减时间增加。在照明单元200中，照明控制器220能够考虑传感器250的衰减时间，以改进环境光测量。例如，照明控制器220能够基于光传感器250的衰减时间来提供环境光测量的间歇周期。

光传感器250还能够具有宽带或窄带谱响应。例如，光传感器250能够具有白昼视觉响应，其设计成近似人眼的响应。如果光传感器250具有比人眼更宽或更窄的谱响应，则照明控制器220能够应用适当校正，以使所测量亮度近似人所感知的亮度。备选地，照明控制器220不对人类感知执行任何校正。例如，照明单元200能够具有直接用户控制以设置预期亮度等级，以及照明控制器220配置成保持该亮度等级。另外，照明单元200能够用于人类感知不关键的应用中。

光传感器250能够包括“壁”或“电子篱笆”或者某种光学器件，其限制光传感器250的“视野”。例如，光传感器250能够包括多个光电传感器，其各配置成具有不同的“视野”。例如，不同的传感器能够接收来自不同方向的信号。或者不同的传感器能够具有对应光学器件，以收集来自不同距离的光。

照明控制器220包括LED控制器222、测量组件224和同步机构226。测量组件224从光传感器250接收一个或多个光强度信号，并且基于所接收的光强度信号来生成环境光测量225。测量组件224将环境光测量225提供给LED控制器222，其基于环境光测量225来生成驱动控制信号，以控制LED驱动器230。LED控制器222配置成指示LED驱动器230对间歇时间周期关断LED组件240。同步机构226配置成将进行环境光测量225的时间与LED组件240的间歇时间周期同步。

在一个实现中，同步机构226生成测量同步信号，其由测量组件224用来对来自光传感器250的光强度信号的测量(取样)进行定时。(如上所述，这种测量同步信号基于“逆”频闪近似又可称作“选通”信号。)同步机构226还将测量同步信号提供给LED控制器222，以引起LED组件240在测量组件224获取来自光传感器250的光强度信号的样本时暂时关断。在一个实现中，同步机构226能够配置成引起LED组件240的暂时关断周期，其时长基于光传感器250的衰减时间来确定。例如，测量组件224能够测量光传感器250的衰减，以及照明控制器220能够基于的所测量衰减来调整同步机构226所引起的暂时关断周期。

同步机构226能够按照预定方案来生成测量同步信号。例如，同步机构226能够生成周期测量同步信号，其适当选择周期的范围能够从几分之一秒至数秒，这取决于使用照明单元200的特定应用。如果照明单元200接收周期AC外部电力205，则同步机构226能够将周期测量同步信号与周期AC外部电力205同步。作为替代或补充，同步机构226能够生成随机测量同步信号。这种随机测量能够用于其中其他光源可能具有可使环境光测量失真的周期波动的环境中。

作为按照测量同步信号来关断LED组件240的替代或补充，LED控制器222能够具有其自己的单独关断周期，以及同步机构226能够选择这些关断周期的一部分，来使测量组件224进行来自光传感器250的光强度信号的样本测量225。因此，照明单元200能够可靠地测量环境光，并且相应地调整LED组件240所发射的光。

图3是示出按照一个实施例的照明单元的测量组件300的示意框图。测量组件300能够例如在图2所示照明单元200的照明控制器中实现。在备选实现中，测量单元300能够例如在灯具中与照明单元分开实现。

测量组件300包括环境光测量元件310，其基于光强度信号330和测量同步(选通)信号320来提供所测量的光强度样本315。测量组件300还包括用于基于例如来自占用或化学检测器的其他信号的其他测量的元件340。所测量的光强度样本315能够为LED控制器、例如图2所示的LED控制器222提供环境光测量，以调整发射光的亮度。用于其他测量的元件340还能够向LED控制器提供测量样本，并且用来调整发射光。

环境光测量元件310能够从同步机构、例如图2所示的同步机构226接收测量同步信号320。环境光测量元件310能够配置成识别同步信号320中的预定事件，并且响应这种预定事件而获取光强度信号330的样本315。例如，环境光测量元件310能够配置成识别同步信号320的下降沿或上升沿，并且响应这种边沿的检测而获取光强度信号330的样本315。或者环境光测量元件310能够配置成识别同步信号320的预定电压电平，并且响应这种预定电平的检测而获取光强度信号330的样本315。环境光测量元件310能够在检测到同步信号320中的事件之后没有任何进一步延迟或者以预定延迟来获取光强度信号330的样本315。在一个实现中，获取样本的延迟基于从其中接收光强度信号330的光传感器的衰减特性来确定。

环境光测量元件310能够向另一个组件、例如LED控制器提供所测量的光强度样本315，以便调整照明单元所发射的光。所测量的光强度信号315能够提供有与测量相关的附加信息。例如，附加信息能够指示提供光强度信号330的光传感器的谱响应。或者环境光测量元件310能够响应同步信号320中的不同类型的事件(例如两者均在上升和下降沿)而获取样本315，并且提供关联类型的事件连同特定样本。或者环境光测量元件310能够以不同延迟从同步信号320中的特定事件来获取样本，并且提供关联延迟连同那些样本。环境光测量元件310还能够确定以不同延迟所测量的样本315中的衰减，并且提供连同样本315所计算的衰减。作为替代或补充，所计算衰减能够用来调整同步信号320，以提供用于在获取样本之前清除任何瞬变效应的充分时间。

用于其他测量的元件340能够从诸如占用、化学、温度或湿度传感器之类的附加传感器来接收其他强度信号345。例如，来自运动或红外传感器的信号345能够提供与该传感器附近的占用有关的测量信息340。或者信号345能够从一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)传感器来接收，以提供与该传感器附近的环境的安全性有关的测量信息340。

图4是示出按照一个实施例、包括生成光的LED的照明单元的LED控制器400的示意框图。例如，LED控制器400能够在照明单元200的照明控制器220中实现，以控制图2所示的LED驱动器230。在备选实现中，LED控制器400能够例如在灯具中与照明单元分开实现。

LED控制器400包括脉宽调制(PWM)信号发生器410、测量和控制逻辑420、电流控制器430以及抑制器440。测量和控制逻辑420接收所测量的光强度样本460和可选的其他样本470，并且使用那些样本来生成PWM信号发生器410的一个或多个定时参数415以及电流控制器430的一个或多个幅度参数435。基于定时和幅度参数415、435，PWM信号发生器410和电流控制器430生成LED驱动器的驱动控制信号480。LED控制器400中的抑制器440接收同步信号450，并且使用所接收的同步信号450来指示PWM信号发生器410生成驱动控制信号480，其对间歇时间周期阻止光发射。没有发射光的这类间歇周期能够用来更准确地测量环境光等级。

PWM信号发生器410能够生成交替驱动控制信号480，以基于定时参数415来接通和关断LED。在一个实现中，PWM信号发生器410生成周期方形信号，以及定时参数415确定周期信号的频率和对应占空比。占空比是周期信号中接通和关断周期的时长的比率。因此，定时参数415确定PWM驱动控制信号480的占空比，其又确定被驱动LED的总或者平均亮度。在具体实施例中，周期PWM驱动控制信号480能够具有数百Hz(即，每秒周期数)或数百kHz的频率。例如，PWM驱动控制信号480的频率能够在大约100Hz与大约100kHz之间。在备选实现中，PWM信号发生器410能够生成非周期驱动控制信号480，例如具有预期平均频率和平均占空比的伪随机交替信号。

PWM信号发生器410还接收来自抑制器440的信号。抑制器440配置成通过对于如同步信号450所确定的时间周期使它进入关断位置，来阻止PWM驱动控制信号480。在一个实现中，抑制器440配置成识别同步信号450中的预定事件，并且响应这种预定事件而阻止PWM驱动控制信号480。例如，抑制器440能够配置成识别同步信号450的上升和下降沿，并且在同步信号的上升沿与后续下降沿之间抑制PWM驱动控制信号480。或者抑制器440能够配置成检测同步信号450的电压电平，并且在所检测电压高于这种预定电平时阻止PWM驱动控制信号480。抑制器440还能够对于检测同步信号450中的对应事件(例如上升沿)之后的预定时间阻止PWM驱动控制信号480。阻止的预定周期能够基于时间、例如环境光测量所需的典型光传感器衰减时间来选择。因此，在关断周期期间，LED不发射光，并且能够更准确地测量环境光。

除了来自发生器410的PWM信号之外，驱动控制信号480还可以包括电流控制信号，其由电流控制器430基于幅度参数435来生成。来自电流控制器430的电流控制信号配置成确定经过LED的电流，并且因而能够用来控制LED的亮度。在一个实现中，PWM信号用来接通和关断LED，并且电流控制信号用来控制当LED接通时经过LED的电流。因此，由LED所发射的光的亮度能够易于按特定应用所要求(例如按照环境光等级来调暗发射光)或者按用户输入所指示来控制。

测量和控制逻辑420接收所测量的光强度样本460(其能够指示环境光等级)，并且基于所接收样本460和参考设定425来确定PWM信号发生器410的定时参数415。可选地，测量和控制逻辑420还能够确定电流控制器430的幅度参数435。测量和控制逻辑420能够实现如特定实现所要求的、环境光强度样本460与定时参数415之间的函数关系。

在一个实现中，测量和控制逻辑420确定所接收的光强度样本460的代表值、例如平均数，并且使用那些代表值来基于定时参数415调整PWM驱动控制信号480的占空比。例如，测量和控制逻辑420能够基于对预定数量的最近光强度样本460(例如5-10个样本)的运动平均来计算代表值。作为对运动平均的替代或补充，测量和控制逻辑420能够使用其他滤波器、例如中值滤波器来确定光强度样本的代表值。然后，测量和控制逻辑420将样本460的代表值与对应参考设定425进行比较，以确定定时参数415，使得所需照射由可控LED来提供。

在具体实施例中，测量和控制逻辑420配置成设置定时参数415，使得如果光强度样本460的代表值高于参考设定425所确定的参考等级，则关断可控LED关断，因而指示环境光提供充分照射。另一方面，如果环境光强度样本460的典型值低于参考设定425所确定的参考等级，则定时参数415设置成提供增加占空比(即，更多“接通”时间)。因此，可控LED在环境光较低时发射更多光。测量和控制逻辑420能够实现所测量的环境光强度与LED控制器400所控制的LED的占空比(因而还有亮度)之间的相反关系。这个相反关系能够是线性的，或者它能够具有另外某个单调函数形式。作为对定时参数415的替代或补充，测量和控制逻辑420能够配置成设置幅度参数435，以取得所需照射。

测量和控制逻辑420中的参考设定425表示能够用来定义所测量的光强度样本460与用于驱动控制信号480的对应定时和幅度参数415、435之间的函数关系的参数、例如一个或多个参考环境光等级。参考设定425能够具有预设值或者由用户所设置的值。例如，LED控制器400能够通过有线或无线连接从照明开关中的手动控件来接收用户设定。LED控制器还能够从控制装置、例如运行软件应用的计算机来接收设定，以控制照明等级。或者LED控制器400能够在照明单元(其包括手动起动开关或按钮以接收设置预期光等级的用户输入)中实现。

在一个实现中，测量和控制逻辑420接收与光强度样本460相关的附加信息。例如，附加信息能够包括一组后续测量的光强度样本460之间的相对延迟。或者附加信息能够表征光传感器(其用来测量环境光的强度)的谱(带宽)或动态(衰减)性质。因此，测量和控制逻辑420能够配置成使用这个附加信息来调整驱动控制信号480。例如，光强度样本460能够经过处理，以校正窄带或者慢光传感器的不合需要效应。在一个实现中，测量和控制逻辑420配置成从相同间歇关断周期期间以不同延迟所测量的后续样本460来计算光传感器的衰减。

测量和控制逻辑420还能够例如从占用检测器或化学检测器来接收其他测量样本470，并且使用这些样本470来调整定时和幅度参数415、435，以改变可控LED所发射的光。例如，如果样本470包括来自占用检测器的、指示没有人在附近的测量，则测量和控制逻辑420能够关断可控LED。或者如果样本470包括来自化学检测器的、指示危险化学品在附近并且环境不安全的测量，则测量和控制逻辑420能够可见地并且周期地改变可控LED的亮度或颜色以提供告警。

图5是示出按照一个实施例、用于间歇驱动照明单元中的LED的系统500的示意框图。系统500能够例如在图2所示的照明单元200中实现。在备选实现中，系统500能够在照明单元和灯具的组合中实现。

系统500包括电源电路510，其通过LED驱动器530向LED组件520供电，以发射光590。在系统500中，LED驱动器530接收驱动控制信号550，其控制通过LED组件520的电流并且因而控制发射光590的亮度。具体来说，LED组件、LED驱动器530和驱动控制信号550配置成在对短时间降低、例如关断发射光590的亮度时生成间歇周期。这种间歇驱动系统500能够提供关断周期期间的准确环境光测量。当驱动电流没有连续流动时，间歇驱动系统500还能够延长LED组件520中的LED的使用寿命。

在LED驱动系统500中，LED组件520和LED驱动器530与电源电路510串联耦合。电源电路510向LED组件520提供DC电力，使得DC电流通过LED组件520和LED驱动器530流回到电源电路510。例如，电源电路510能够转换来自壁式插座的标准AC电力、例如60Hz的120VAC电力，以提供大约100V至大约200V的范围中的DC电力。或者电源电路510能够从便携电源、例如电池或太阳能电池板提供DC电力。

LED组件520包括一个或多个LED，其当DC电流流经那些LED时发射光590。组件520中的LED能够包括半导体结构例如基于GaN或GaAs的LED或者有机发光二极管(OLED)。在具体实现中，LED组件520能够如特定实现所要求来提供白光或者任何彩色光。例如，LED组件520能够包括经组合以发射具有特定色温的光的不同颜色的LED。因此，LED组件520能够提供色温偏移。

LED驱动器530包括开关534，其与LED组件520串联耦合。在一个实施例中，开关534包括功率MOSFET，其能够有效地接通和关断DC电力电流。在备选实现中，开关534能够包括任何其他功率开关，例如二极管、JFET、IGBT、BJT、晶闸管。虽然开关534示为处于驱动系统500的特定部分，但是它能够位于其他位置、例如电源电路510中，并且执行关断LED组件520的相同功能。例如，开关可连接到变压器的一次绕组，而LED连接到变压器的二次绕组。

开关534按照脉宽调制(PWM)驱动控制信号552来接通或关断。因此，来自电源电路510的DC电流在开关534通过PWM信号552来接通时可流经LED组件520，但是在开关534通过PWM信号关断时没有(或者最小)电流能够流经LED组件520。PWM驱动控制信号552能够以高频率(例如1-100kHz)接通和关断LED组件520，使得发射光590的单独间歇关断周期不会被人眼直接观察到。作为替代，人眼仅感知平均亮度，其与PWM驱动控制信号的占空比成比例。

LED驱动系统500中的LED驱动器530还包括电流吸收器538，其与开关534和LED组件520串联耦合。电流吸收器538配置成控制通过LED组件520流回到电源电路510的电流量。具体来说，电流吸收器538接收电流控制驱动信号554，其确定能够流回到电源电路510的DC电流量。由于LED组件520中的LED的亮度取决于DC电流量，所以电流控制驱动信号554还能够用于控制发射光590的亮度。作为替代或补充，电流源或其他限流电路能够用来控制流经LED组件520的DC电流量。

图6包括示出按照一个实施例、作为时间的函数的脉宽调制(PWM)驱动控制信号610、测量同步信号620和光强度信号630的轨迹的示意图。PWM驱动控制信号610和测量同步信号620能够由照明控制器来生成，以及光强度信号630能够由照明单元中的光传感器、例如图2所示的照明单元200中的照明控制器220和光传感器250来生成。例如，PWM驱动控制信号610能够由LED控制器222来生成以控制LED驱动器230，以及测量同步信号620能够由同步机构226来生成。

信号610、620和630示出使用测量同步信号620将PWM驱动控制信号610与光强度信号630的环境光测量(取样)660同步的实现。PWM驱动控制信号610包括常规接通和关断周期614、616，以便按照特定占空比来接通和关断被驱动LED，并且因而间歇地发射具有对应平均亮度的光。PWM驱动控制信号610还包括测量关断周期640，以关断被驱动的LED，使得当环境光测量660发生时不发射光。

光强度信号630的轨迹示出来自光传感器的信号如何因通过PWM驱动控制信号610来接通和关断发射光而发生变化。例如，在关断周期640开始关断光时，光强度信号630表明到环境光等级636的逐渐衰减634。在关断周期640结束接通光时，光强度信号630表明到较高光强度的逐渐增加，指示除了环境光之外，由被驱动LED所发射的光还由光传感器来检测。光强度信号630表明当关断和接通光时在下一个关断周期616的类似逐渐减小和增加特性。

测量关断周期640通过测量同步信号620的上升沿622来触发。上升沿622对于与关断周期640的时长对应的预定时长抑制PWM驱动控制信号610。测量同步信号620的随后下降沿624触发光强度信号630的测量(取样)660。同步信号620的上升沿622与下降沿624之间的时间延迟比LED驱动信号610中的测量关断周期640的预定时长要短。因此，当光仍然关断时进行通过同步信号的下降沿所触发的测量660。此外，同步信号620的上升沿622与下降沿624之间的时间延迟比光强度信号630的衰减时间要长。相应地，测量660能够准确地表示环境光等级636。

图7包括示出按照另一个实施例、作为时间的函数的脉宽调制(PWM)驱动控制信号710、测量同步信号720和光强度信号730的轨迹的示意图。PWM驱动控制信号710和测量同步信号720能够由照明控制器来生成，以及光强度信号730能够由照明单元中的光传感器、例如图2所示的照明单元200中的照明控制器220和光传感器250来生成。例如，PWM驱动控制信号710能够由LED控制器222来生成以控制LED驱动器230，以及测量同步信号720能够由同步机构226来生成。

信号710、720和730示出使用测量同步信号720将光强度信号730的环境光测量760与PWM驱动控制信号710同步的实现。PWM驱动控制信号710包括接通和关断周期714、716，以便按照特定占空比来接通和关断被驱动LED，并且因而间歇地发射具有对应平均亮度的光。PWM驱动控制信号710还包括测量关断周期740，以关断LED组件，使得当环境光测量760发生时不发射光。

光强度信号730的轨迹示出来自光传感器的信号如何因接通和关断发射光而发生变化。在图7的示例中，当光在关断周期740之前接通和关断时，光强度信号730具有基本上恒定的值，其表明光传感器比较慢，并且仅测量平均照射等级。在测量关断周期740开始时，光强度信号730表明到环境光等级736的慢逐渐衰减734。在关断周期740结束接通光时，光强度信号730表明到较高光强度的逐渐增加，表明除了环境光之外，由LED组件所发射的光也由光传感器来检测。与图6的示例中的光强度信号630不同，光强度信号730不能检测单独关断周期716，因为其时长比产生光强度信号730的光传感器的特性衰减时间要短。

测量关断周期740通过测量同步信号620的上升沿722来触发。上升沿722阻止PWM驱动控制信号710，一直到同步信号720的后续下降沿724为止。测量同步信号720的上升沿722还在预定延迟之后触发光强度信号730的测量(取样)760。上升沿722与测量760之间的时间延迟配置成比同步信号720的上升沿722与下降沿724之间的时间要短，其在关断周期740期间阻止LED驱动信号710。因此，当光仍然关断时进行通过同步信号720的上升沿722所触发的测量760。此外，上升沿722与测量760之间的时间延迟比光强度信号730的衰减时间要长。相应地，测量760能够准确地表示环境光等级736。

在备选实现中，测量760能够在光强度信号730完全固定到环境光值736之前进行，并且所测量值能够基于光强度信号734的衰减734来校正。

图8是示出按照一个实施例、用于操作照明系统的方法的示意流程图。方法800能够由照明单元来实现，照明单元包括发射光的LED，例如照明单元200包括LED驱动器230，以便通过来自电源电路210的电力来驱动LED组件240，以发射光，如图2所示。照明单元还包括控制电路、例如照明控制器220和光传感器250，以控制LED驱动器230并且因而控制由照明单元200(图2)中的LED组件230所发射的光。

按照方法800，照明单元接收外部电力(步骤810)。例如当用户接通照明系统时，外部电力能够从常规壁式插座、从电池、太阳能电池板或者任何其他电源来接收。在图2的照明单元200中，例如，外部电力205由电源电路210来接收，电源电路210配置成将所接收的外部电力转换成如照明单元的不同部件所要求的不同电平。

随后，照明单元初始化其照明控制器(步骤820)。在一个实现中，照明控制器包括微控制器，其具有中央处理器和存储器、包括非易失性存储器。非易失性存储器能够存储操作照明控制器的程序(即，软件指令)。在图2的照明单元200中，例如，微控制器能够初始化实现LED控制器222、测量组件224和同步组件226的程序。例如，微控制器能够将程序加载到有源存储器中，初始化其参数，并且初始化其连接。

在初始化之后，照明单元中的照明控制器接通驱动控制信号，以驱动LED(步骤830)。在图2的照明单元200中，例如，LED控制器222能够将驱动控制信号提供给LED驱动器230，其驱动LED组件240中的LED。在一个实现中，驱动控制信号包括脉宽调制(PWM)信号，以便按照预定频率和占空比交替地接通和关断LED。照明控制器还能够接通电流控制信号，以设置流经LED的电流电平。在具体实施例中，照明控制器能够接通驱动器控制信号，使得LED开始工作在预定照射等级。例如，照明控制器能够在50％至80％等级接通LED，以便向接通照明单元的用户给予快速响应，并且保持调高或调低照明单元的亮度的可能性。备选地，LED能够在最大或最小亮度等级来接通。在一个实现中，驱动控制信号关断LED，直到后来的指令为止。

照明单元中的照明控制器接通测量同步机构(步骤840)。在图2的照明单元200中，例如，同步机构226能够开始生成测量同步(选通)信号，其触发环境光等级的测量。或者同步机构能够使用PWM驱动控制信号的关断周期来调度环境光等级测量。

照明单元中的照明控制器与驱动控制信号中的间歇关断周期同步地测量来自环境光传感器的光强度信号(步骤850)。在图2的照明单元200中，例如，同步机构226生成测量同步(选通)信号，其间歇地关断(或者充分降低)LED电力，并且在间歇关断周期期间触发来自光传感器250的光强度信号的测量(取样)。或者同步机构能够使用LED的PWM驱动控制信号的关断周期在那些关断周期期间调度来自光传感器250的光强度信号的测量(取样)。由于来自光传感器250的光强度信号的LED驱动和测量(取样)中的间歇关断周期的同步，能够更准确地测量环境光等级。

照明单元中的照明控制器处理所测量的光强度信号，以确定是否应当改变LED的亮度(判定860)。在图2的照明单元200中，例如，LED控制器222能够对所测量的光强度信号进行滤波、例如求平均，并且使用那些经处理的测量来确定是否应当改变亮度。这个处理还能够校正所测量的光强度样本中的系统失真、例如由光传感器所引起的那些失真。判定860能够基于参考设定，其能够在制造时预设或者由用户设置。参考设定能够定义用于接通或关断照明单元的阈值，或者定义对不同环境光等级的适当调整。在一个实现中，照明单元能够包括通信电路，以便甚至在安装照明单元时也接收来自用户的参考设定，因而所测量的光强度样本的处理能够按照用户的指令来改变。

如果应当改变LED的亮度(判定860的“是”分支)，则照明单元中的照明控制器调整LED驱动控制信号(步骤870)。在图2的照明单元200中，例如，LED控制器222能够调整PWM驱动控制信号的占空比。作为替代或补充，能够调整LED驱动控制信号，以修改通过LED的电流。在一个实现中，照明控制器能够使用照明单元的非易失性存储器中存储的预先编程功能来确定调整类型和量。例如，照明控制器能够编程为提供所测量的环境光等级与LED的对应亮度之间的相反关系。如果照明单元包括通信电路以便甚至在安装照明单元时也接收来自用户的参考设定，则LED的亮度能够按照用户的指令来改变。因此，用户能够设置(调暗)照射等级。

在调整LED驱动信号(步骤870)之后或者如果不要求LED亮度的改变(判定860的“否”分支)，则照明单元中的照明控制器返回到与驱动控制信号中的间歇关断周期同步地测量来自环境光传感器的光强度信号(步骤850)。

图9A、图9B和图9C是示出按照不同实施例的紧凑型照明单元910、920和930的示意图。紧凑型照明单元910、920和930提供实现照明单元130(图1)或照明单元200(图2)的物理布置，其包括光传感器以测量环境光等级，并且配置成按照所测量的环境光等级来调整其亮度。因此，照明单元910、920和930能够节省能量，而无需复杂和昂贵的外部设备。

如图9A所示，照明单元910在灯泡壳体912中实现，灯泡壳体912具有采用爱迪生底座913的BR系列设计，其能够附连到标准灯具，以便为照明单元910提供外部电力。照明单元910包括电源电路914、控制电路916、LED组件918和光传感器919。

电源电路914将外部电力转换为如LED组件918的操作以及控制电路916和光传感器919的操作所要求的不同DC电力。例如，电源电路914能够包括开关功率转换器，以便对于LED组件918将外部AC电力(在大约50-60Hz的大约100V至大约250V之间)转换为高DC电力(在大约100V与大约300V之间)以及对于控制电路916和光传感器919转换为低DC电力(在大约2V与大约10V之间)。电源电路914还能够包括LED驱动器，以便例如在间歇周期中按照可控方式为LED组件918提供高DC电力。电源电路914能够在安装于适应壳体912的印刷电路板的一个或多个集成电路中实现。

控制电路916能够配置成基于来自光传感器919的环境光测量、例如通过电源电路914中实现的LED驱动器来控制LED组件918。控制电路916能够包括微控制器或专用IC(ASIC)，其能够安装在与电源电路相同或不同的印刷电路板上。

在照明单元910中，光传感器919在LED组件918(其配置成从壳体912发射光)附近与控制电路916分开安装。在图9A的示例中，照明单元910没有物理障碍、例如“壁”或“电子篱笆”，其原本阻挡LED组件918所发射的光进入光传感器919。因此，光传感器919可从LED组件918直接或间接地(通过反射)接收发射光。实际上，光传感器919可从LED组件918接收这种高强度光，使得实践中因光传感器919的受限灵敏度而不能检测到来自外部环境光的份额。因此，控制电路916间歇地关断LED组件918，使得光传感器919能够在没有来自LED组件918的光的情况下更准确地感测环境光等级。基于所测量的环境光强度，控制电路916能够适当调整照明单元910的总亮度。

如图9B所示，照明单元920在灯泡壳体922中实现，灯泡壳体922具有采用爱迪生底座923的BR、R或PAR系列设计，其能够附连到标准灯具，以便为照明单元920提供外部电力。照明单元920包括电源电路924、控制电路926、LED组件928和光传感器929，其与以上参照图9A所述的照明单元910的电源电路914、控制电路916、LED组件918和光传感器919相似。

在照明单元920中，光传感器929安装在与控制电路926相同的印刷电路板上。在图9B的示例中，照明单元920具有“光管”925，其阻挡LED组件928所发射的光进入光传感器929。但是，光传感器929可通过反射间接地从LED组件928接收发射光。这类反射的照射等级可根据照明单元920的环境充分改变。由于这些不可控反射，实践中，环境光等级无法可靠地检测。因此，控制电路926间歇地关断LED组件928，使得光传感器929能够在没有来自LED组件928的光的情况下更准确地感测环境光等级。基于所测量的环境光强度，控制电路926能够适当调整照明单元920的总亮度。

如图9C所示，照明单元930在具有管状设计的灯泡壳体932中实现。照明单元930包括电源电路934、控制电路936、LED组件938和光传感器939，其与以上参照图9A所述的照明单元910的电源电路914、控制电路916、LED组件918和光传感器919相似。

在照明单元930中，光传感器939按照背向LED组件938所发射的光的主要方向安装在管状壳体932的边缘上。由于这个几何设计，由LED组件938所发射的光没有直接进入光传感器939。但是，光传感器939可通过反射间接地从LED组件938接收发射光。这类反射的照射等级可根据照明单元930的环境充分改变。由于这些不可控反射，实际上，环境光等级无法可靠地检测。因此，控制电路936间歇地关断LED组件938，使得光传感器939能够在没有来自LED组件938的光的情况下更准确地感测环境光等级。基于所测量的环境光强度，控制电路936能够适当调整照明单元930的总亮度。

本申请使用示例来说明本发明。本发明的专利范围包括其他示例。

Claims (29)

1.一种照明单元，包括：

LED组件，包括配置成从所述照明单元发射光的一个或多个发光二极管(LED)；

LED驱动器，连接到所述LED组件，配置成向所述一个或多个发光二极管提供电流；

光传感器，配置成接收来自所述照明单元的周围环境的光，并且基于所接收的光来提供光强度信号；

LED控制器，配置成向所述LED驱动器提供驱动控制信号，其中所述驱动控制信号包括间歇周期，在此期间，降低所述LED组件所发射的所述光的强度；以及

测量组件，配置成与所述驱动控制信号中的所述间歇周期同步地测量来自所述光传感器的光强度信号，并且向所述LED控制器提供所测量的光强度。

2.如权利要求1所述的照明单元，其中，所述LED组件和所述光传感器是单个灯泡的组件。

3.如权利要求1所述的照明单元，其中，所述LED控制器配置成基于所述所测量的光强度和用户设定来调整所述驱动控制信号。

4.如权利要求1所述的照明单元，还包括配置成将所述照明单元附连到灯具并且将外部电力耦合到所述LED驱动器的壳体。

5.如权利要求4所述的照明单元，其中，所述壳体具有凸起反射器(BR)设计或抛物线镀铝反射器(PAR)设计。

6.如权利要求4所述的照明单元，其中，所述壳体包括所述光传感器和所述LED组件。

7.如权利要求1所述的照明单元，其中，所述LED包括一个或多个有机发光二极管(OLED)。

8.如权利要求1所述的照明单元，其中，所述LED组件包括发射具有不同颜色的光的LED，并且所述LED组件配置成基于来自所述LED驱动器的信号来使所述LED组件所发射的光的颜色的偏移成为可能。

9.如权利要求8所述的照明单元，其中，所述LED组件配置成通过改变所发射光的波长或者通过对所发射光进行滤波来使所述颜色的偏移成为可能。

10.如权利要求1所述的照明单元，其中，所述光传感器包括配置成提供近似人眼的响应的光强度信号的明视传感器。

11.如权利要求1所述的照明单元，其中，所述光传感器包括光电二极管或光敏电阻器。

12.如权利要求1所述的照明单元，其中，所述LED组件和所述光传感器定位成限制由所述光传感器直接接收的、来自所述LED组件的光量。

13.如权利要求1所述的照明单元，其中，所述LED控制器配置成向所述LED驱动器提供脉宽调制驱动控制信号，以便交替地接通和关断送往所述一个或多个发光二极管的所述电流。

14.如权利要求13所述的照明单元，其中，所述测量组件配置成当所述脉宽调制驱动控制信号关断送往所述一个或多个发光二极管的电流时测量所述光强度信号。

15.如权利要求14所述的照明单元，其中，所述LED控制器还配置成当执行所述光强度测量时修改所述脉宽调制驱动控制信号，以关断送往所述一个或多个发光二极管的所述电流。

16.如权利要求13所述的照明单元，还包括配置成生成测量同步信号以将所述脉宽调制驱动控制信号与所述测量组件中的所述光强度测量同步的同步机构。

17.如权利要求16所述的照明单元，其中，所述测量同步信号包括周期信号。

18.如权利要求16所述的照明单元，其中，所述测量同步信号包括伪随机信号。

19.如权利要求1所述的照明单元，还包括配置成向所述测量组件提供占用信号的占用传感器，其中所述测量组件还配置成基于所述占用信号来提供用于所述LED控制器的占用测量。

20.如权利要求1所述的照明单元，还包括无光环境传感器，其中所述照明单元配置成基于来自所述无光环境传感器的信号来调整所述LED所发射的光的颜色。

21.一种用于操作照明单元的方法，所述照明单元包括具有一个或多个发光二极管(LED)配置成从所述照明单元发射光的LED组件和配置成从所述照明单元的周围环境接收光的光传感器，所述方法包括：

向所述一个或多个LED提供电流；

使用驱动控制信号来控制送往所述一个或多个LED的所述电流，所述驱动控制信号包括间歇周期，在此期间，所述LED组件所发射的光的强度降低；

基于所述光传感器所接收的光来提供光强度信号；以及

与所述驱动控制信号中的所述间歇周期同步地执行来自所述光传感器的所述光强度信号的测量。

22.如权利要求21所述的方法，还包括使用所述光强度信号的测量来调整所述驱动控制信号。

23.如权利要求22所述的方法，其中，使用所述光强度信号的测量包括处理所述测量，以确定是否应当改变所述LED的亮度。

24.如权利要求21所述的方法，其中，调整所述驱动控制信号包括接收用户设定，并且按照所接收的用户设定来调整所述驱动控制信号。

25.如权利要求21所述的方法，其中，所述方法还包括：

提供占用信号；以及

调整所述驱动控制信号包括基于所述占用信号来调整所述驱动控制信号。

26.如权利要求21所述的方法，其中，所述方法还包括：

调整所述驱动控制信号，以便偏移所述LED所发射的光的颜色。

27.如权利要求21所述的方法，其中，与所述驱动控制信号中的所述间歇周期同步地执行来自所述光传感器的所述光强度信号的测量包括生成测量同步信号并且按照所述测量同步信号来执行所述测量。

28.如权利要求27所述的方法，其中，按照所述测量同步信号来执行所述测量包括修改所述驱动控制信号中的一个或多个间歇周期。

29.一种灯泡，包括：

照明组件，配置成基于所接收的驱动信号来发射光，其中所述驱动信号包括间歇周期，在此期间，降低所述照明组件所发射的光；以及

集成到所述灯泡的测量组件，配置成在所述间歇周期期间测量光；

其中驱动器配置成基于所测量的光和光等级设定来修改所述驱动信号。