CN107615882B - 调光到暖系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种控制由包含调光到暖电路的发光装置输出的光的相关色温的方法，所述调光到暖电路具有第一光通道及第二光通道。所述方法包含：接收电流输入；测量所述电流输入的电流以获得测量得到的电流值；及基于所述测量得到的电流值确定光控制值。所述方法进一步包含：使用所述光控制值，确定用于将第一电流施加到所述第一光通道的第一电流值并确定用于将第二电流施加到所述第二光通道的第二电流值；及将所述第一电流提供到所述第一光通道并将所述第二电流提供到所述第二光通道以获得在所述光控制值中的不同者下输出的所述光的所期望的不同相关色温。

Description

调光到暖系统及其操作方法

相关申请案

本申请案主张2015年4月15日申请的第62/147,914号美国临时申请案的优先权，所述美国申请案的全部内容特此并入。

技术领域

本申请案大体上涉及发光二极管(LED)。

背景技术

LED通常用作指示器灯或标志。最近，已将LED部署在其它发光应用中，例如(但不限于)通用发光或照明设备。LED相较于白炽灯的相对低的电力消耗结合LED在高显色指数(CRI)水平下的颜色质量及暖相关色温(CCT)使LED成为新构造及旧的效率较低的系统的更换/改装的受欢迎的选择。CCT是由光源的色度坐标与黑体轨迹的接近度定义的光源色表的测量。CRI描述了光源如何使物体的颜色向人眼呈现，及显露出色调中的微妙变化的良好程度。给定光源的CRI经提供为从0到100％的尺度，其指示当相较于“参考”光源(例如具有100的CRI是的卤素光源)时光源在再现颜色上的准确程度如何。

然而，用更高效的基于LED的源更换或改装旧光源(例如，使用白炽灯、荧光灯及/或卤素灯的光源)，通常并不像更换灯泡那么简单容易。举例来说，因为LED是固态发光(SSL)装置，所以其具有与更传统的光源或灯不同的电气要求。因此，LED发光系统通常需要额外设计考虑及电路来使其成为旧灯的良好更换。需要不同电路的一个领域在驱动器中，所述驱动器接收输入功率，例如主电源(例如，在大约60Hz下是大约120伏特的交流(VAC)，或在大约60Hz下是大约220VAC等等)，且将适当的电压及电流递送到所使用的LED。因为许多发光应用还需要对光进行调光的能力，所以调光器电路是需要不同电路来使LED成为旧灯的良好更换或改装的另一领域。

经适当设计的驱动器电路可平滑且线性地对SSL产品进行调光同时还实现线性节能。然而，当旧型相切或双向可控硅调光器用于对LED进行调光时，会出现问题。此旧型调光器不希望结合切换电力供应器(例如，通常发现于LED驱动器中的切换电力供应器)一起使用。

另一相关问题起因于LED本身进行调光的方式。随着光电平减小，LED通常维持其以全功率展现的相同色温(CCT)。另一方面，例如，在酒店服务业中，白炽及卤素灯在较低电平下调光到暖CCT，其通常是期望的效果。

已知具有能够进行调光的功能的集成LED灯及不具有所述集成LED灯的照明器的若干驱动器。然而，调光到暖色温，即，“调光到暖”，迅速地变成许多照明客户所期望的特征。调光到暖功能性通常通过将红色或琥珀色LED添加到灯具或灯中并混合琥珀色/红色光与白色光以实现更暖色温来实现。通常，加入不同颜色的LED需要一或多个额外驱动器通道来控制分离的LED串。随着总体驱动电流减小，例如，通过操作标准相切调光器，供应到琥珀色/红色通道的能量的百分比相对于供应到白色通道的电力提高。

调光到暖技术的结果是以全功率递送2700K到3000K的CCT光但在最低光电平下将CCT平滑地减小到1800K的范围的发光产品。然而，此现存调光到暖技术由于双通道驱动器及额外LED而相对昂贵。高效紧凑型荧光灯(CFL)或陶瓷金属卤化物源从来都不具有此功能性。

发明内容

本申请案通过在一个实施例中提供一种控制由包含调光到暖电路的发光装置输出的光的相关色温的方法来解决这些问题，所述调光到暖电路具有第一光通道及第二光通道。所述方法包含：接收电流输入；测量所述电流输入的电流以获得测量得到的电流值；及基于所述测量得到的电流值确定光控制值。所述方法进一步包含：使用所述光控制值确定用于将第一电流施加到所述第一光通道的第一电流值并确定用于将第二电流施加到所述第二光通道的第二电流值；及将所述第一电流提供到所述第一光通道并将所述第二电流提供到所述第二光通道以获得在所述光控制值中的不同者下输出的光的所期望的不同相关色温。

在另一实施例中，本发明提供一种调光到暖发光系统，其包含电流驱动、电流测量装置、第一光通道、第一电流控制、第二光通道、第二电流控制、及控制器。所述电流驱动提供电流输出。所述电流测量装置从所述电流驱动接收所述电流输出并测量所述电流输出，且进一步输出所述电流输出的测量得到的电流值。所述第一光通道具有第一相关色温且与所述电流驱动电通信。所述第一电流控制基于第一电流值控制通过所述第一光通道的第一电流。所述第二光通道具有与所述第一相关色温不同的第二相关色温且与所述电流驱动电通信。所述第二电流控制基于第二电流值控制通过所述第二光通道的第二电流。所述控制器从所述电流测量装置接收所述测量得到的电流值。所述控制器经配置以：从所述测量得到的电流值确定光控制值；使用所述光控制值确定所述第一电流控制的第一电流值；使用所述光控制值确定所述第二电流控制的第二电流值；将所述第一电流值传达到所述第一电流控制；将所述第二电流值传达到所述第二电流控制；及通过将所述第一电流值提供到所述第一电流控制及将所述第二电流值提供到所述第二电流控制提供具有相关色温的光输出。

通过考虑详细描述及附图将变得明白本发明的其它方面。

附图说明

图1是根据本申请案的一些实施例的调光到暖系统的框图。

图2是说明根据本申请案的一些实施例的图1的调光到暖系统的操作或过程的流程图。

图3说明根据本申请案的一些实施例的图1的调光到暖系统的调光曲线图。

图4是说明根据本申请案的一个实施例的连同图1的调光到暖系统一起使用的第一电流控制信号及第二电流控制信号的图。

图5是说明根据本申请案的另一实施例的连同图1的调光到暖系统一起使用的第一电流控制信号及第二电流控制信号的图。

图6是说明根据本申请案的一些实施例的相关色温(CCT)对百分比光控制值的图。

具体实施方式

在详细解释本申请案的任何实施例之前，应理解，本申请案并非将其应用限制到以下描述中陈述或附图中说明的组件的构造及布置的细节。本发明可具有其它实施例且能够以各种方式实践或实施。

如本文使用的短语“串联型配置”是指一种电路布置，其中所描述的元件一般以顺序方式布置使得一个元件的输出耦合到另一元件的输入，但相同电流可能不穿过每一元件。举例来说，在“串联型配置”中，额外电路元件有可能与“串联型配置”中的元件中的一或多者并联连接。此外，额外电路元件可在串联型配置中的节点处连接，使得在电路中存在分支。因此，串联型配置中的元件不一定形成真正的“串联电路”。

图1说明调光到暖系统10的框图。调光到暖系统10可包含可变恒定电流驱动或驱动器12、电压调节器16、电流测量装置18、比率控制器20、第一光通道22、第二光通道24、第一电流控制26及第二电流控制28。

可变恒定电流驱动12接收主电压(例如，在大约60Hz下是大约120VAC，在大约60Hz下是大约240VAC等等)且输出直流(DC)。在一些实施例中，调光到暖系统10进一步包含调光器或调光调整装置29。调光器29是用户可控装置，其经配置以调整从恒定电流驱动12输出的DC电流的量值。在一些实施例中，可将DC电流从最大电流输出的大约10％调整到最大电流输出的大约100％。在其它实施例中，调光到暖系统10可包含通/断开关(而非调光器29)，其经配置以选择性地连接主电压与可变恒定电流驱动12/ 使主电压与可变恒定电流驱动12断开。

电压调节器16接收从可变恒定电流驱动12输出的DC电流且输出经调节电压(例如，5VDC)以将电力提供到比率控制器20。电流测量装置18接收且测量从可变恒定电流驱动12输出的DC电流。电流测量装置18进一步将测量得到的电流值信号输出到比率控制器20且通过DC电流输出传递到第一光通道22及第二光通道24。

比率控制器20可为包含例如电子处理器(例如，微处理器、微控制器或其它合适的可编程装置)及存储器的控制器。在一些实施例中，比率控制器20被部分或完全实施在半导体(例如，现场可编程门阵列[“FPGA”]半导体)芯片上，例如通过寄存器传送级 (“RTL”)设计过程开发的芯片。所述电子处理器可连接到存储器，且执行存储在所述存储器上的软件指令。所述软件包含例如固件、一或多个应用程序、程序数据、过滤程序、规则、一或多个程序模块及其它可执行指令。比率控制器20经配置以从存储器检索(除了其它事物之外)与本文描述的控制过程及方法相关的指令，并执行与所述控制过程及方法相关的指令。举例来说，且如下文更详细论述，比率控制器20经配置以处理从电流测量装置18接收到的测量得到的电流值信号，及基于测量得到的电流值信号将第一控制信号及第二控制信号分别输出到第一电流控制26及第二电流控制28。

如上文论述，第一光通道22及第二光通道24从可变恒定电流驱动12接收DC电流(通过电流测量装置18)。在一些实施例中，第一光通道22及第二光通道24包含一或多个LED或多个LED。在此实施例中，LED可串联电连接。在一些实施例中，第一光通道22包含具有第一相关色温(CCT)的一或多个白色LED，而第二光通道24包含一或多个琥珀色LED。在其它实施例中，第二通道24可包含具有其它颜色的一或多个LED，例如(但不限于)红色、绿色、白色的变体或不同于白色的任何颜色。

DC电流穿过第一光通道22及第二光通道24分别到第一电流控制26及第二电流控制28。在一些实施例中，第一电流控制26及第二电流控制28是晶体管(例如，半导体装置，例如(但不限于)双极结型晶体管(BJT)、场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结型栅场效应晶体管(JFET)、及绝缘栅双极晶体管(IGBT))。在此实施例中，比率控制器20将第一控制信号及第二控制信号分别提供到第一电流控制26的第一栅极及第二电流控制28的第二栅极，以便控制DC电流通过第一光通道22 及第二光通道24的流动。

在一些实施例中，例如在所说明的一个实施例中，调光到暖系统10进一步包含调光曲线调整接口30。调光曲线调整接口30与比率控制器20通信以调整被存储在比率控制器20中的光通道的组合的调光曲线。在一个实施例中，调光曲线调整接口30是经配置以将无线通信提供到比率控制器20的无线装置。在此实施例中，调光曲线调整接口 30可为蓝牙模块、WiFi模块或任何已知无线通信模块。在其它实施例中，调光曲线调整接口30是电阻器(例如，可变电阻器)。

图2是说明根据本申请案的一些实施例的调光到暖系统10的操作或过程的流程图。应理解，过程50中揭示的步骤的顺序可改变。此外，可将额外步骤加到所述序列，且可能并不需要所有步骤。可变恒定电流驱动12将DC电流(通过电流测量装置18)输出到第一光通道22及第二光通道24(步骤52)。如上文论述，在一些实施例中，由可变恒定电流驱动12输出的DC电流由调光器29设置。比率控制器20从电流测量装置18接收测量得到的电流值信号(步骤54)。

比率控制器20比较测量得到的电流值信号与最大电流值，以计算或以其它方式确定光控制值(步骤58)。在一些实施例中，光控制值是大约0％到100％。在其它实施例中，光控制值是大约10％到大约100％。在又另一实施例中，光控制值是大约5％到大约100％。

比率控制器20确定被提供到第一光通道22的电流与被提供到第二光通道24的电流的比率(步骤60)。具体来说，在一些实施例中，比率控制器20确定由可变恒定电流驱动12输出的电流中的多少被提供到光通道22、24中的每一者。在一些实施例中，比率控制器20的存储器存储光通道22、24中的每一者的对应于给定百分比光控制值的百分比电流值。

图3说明根据本申请案的一些实施例的调光曲线图。在一些实施例中，调光曲线图及/或对应于调光曲线图的值被存储在比率控制器20的存储器中。调光曲线图说明第一输出105对第二输出110。在一些实施例中，第一输出105对应于第一光通道22的输出，而第二输出110对应于第二光通道24的输出。另外，在一些实施例中，第一输出105 可对应于白色光输出，而第二输出110可对应于琥珀色光输出。

在图3的所说明的实施例中，当百分比光控制值是大约75％或更大时，由可变恒定电流驱动12输出的DC电流被完全提供到第一光通道22。另外，在图3的所说明的实施例中，当百分比光控制值是大约37％时，由可变恒定电流驱动12输出的DC电流被均等地提供到第一光通道22及第二光通道24。因此，在图3的所说明的实施例中，随着由可变恒定电流驱动12输出的DC电流的量减少，由第二光通道24输出的光增加，这是因为由第一光通道22输出的光减少。在其它实施例中，针对给定百分比光控制值，由相应第一光通道22及第二光通道24输出的光可不同。在一些实施例中，调光曲线调整接口30可用于改变由比率控制器20使用的调光曲线的性质。

返回参考图2，在一些实施例中，在步骤60中，比率控制器20使用调光曲线图确定电流的比率。然后，比率控制器20基于确定的电流比率将第一电流控制信号及第二电流控制信号分别输出到第一电流控制26及第二电流控制28(步骤62)。在一些实施例中，改变第一电流控制信号及第二电流控制信号导致所期望的光输出的不同相关色温 (CCT)。接着，过程50循环回到步骤52。

图4是说明根据本申请案的一个实施例的被供应到第一电流控制26的第一电流控制信号155及被供应到第二电流控制28的第二电流控制信号160的图。在一些实施例中，第一电流控制信号155及第二电流控制信号160是脉冲宽度调制(PWM)信号。如上文论述，第一电流控制信号155可对应于由第一光通道22输出的光，而第二电流控制信号160可对应于由第二光通道24输出的光。在图4所说明的实施例中，第一光通道 22每一时间周期(例如，0到t1、t1到t2等等)接收由可变恒定电流电流驱动12输出的 DC电流的三分之一，而第二光通道24每一时间周期接收由可变恒定电流驱动12输出的DC电流的三分之二。在一些实施例中，时间周期(例如，0到t1、t1到t2等等)在大约2.0毫秒(msec)到3.0msec的范围内(例如，大约2.5msec)。

在一些实施例中，被提供到第一光通道22及第二光通道24的DC电流的切换以大于大约120Hz的频率发生。在其它实施例中，被提供到第一光通道22及第二光通道24 的DC电流的切换以大于大约240Hz的频率发生。在此类实施例中，DC电流的切换以避免用户感知到闪烁的频率发生。另外，如上文论述，随着百分比光控制值改变，第一电流控制信号155及第二电流控制信号160根据由比率控制器20确定的对应的电流比率而改变。

图5是说明根据本申请案的另一实施例的被供应到第一电流控制26的第一电流控制信号180及被供应到第二电流控制28的第二电流控制信号185的图。如上文论述，第一电流控制信号180可对应于由第一光通道22输出的光，而第二电流控制信号185 可对应于由第二光通道24输出的光。在图5所说明的实施例中，第一电流控制信号180 控制第一电流控制26将由可变恒定电流驱动12输出的DC电流的三分之一提供到第一光通道22，而第二电流控制信号185控制第二电流控制28将由可变恒定电流驱动12输出的DC电流的三分之二提供到第二光通道24。在所说明的实施例中，随着百分比光控制值改变，第一电流控制信号180及第二电流控制信号185根据由比率控制器20确定的对应电流比率而改变。

图6是说明根据本申请案的一些实施例的相关色温(CCT)对百分比光控制值的图。图包含第一线205及第二线210。在所说明的实施例中，第一线205对应于白炽灯泡，而第二线对应于根据本申请案的一些实施例的调光到暖系统10。如所说明，在一些实施例中，比率控制器20控制输出到第一光通道22及第二光通道24的电流的部分，使得调光到暖系统10的平均CCT基本上对应于白炽灯泡的平均CCT。

在一些实施例中，调光曲线调整接口30可用于改变调光到暖系统10的相关色温(CCT)。在此实施例中，CCT可经改变以适应所期望的不同发光效应。另外，在一些实施例中，调光曲线调整接口30可经配置以将关于具有不同性质的取代电流驱动的电流输出参数的信息提供到比率控制器20。在此实施例中，当结合调光到暖系统10使用取代电流驱动时，将不取代比率控制器20。

因此，本发明提供(除了其它事物之外)一种控制由具有一或多个发光二极管(LED) 的光系统输出的光的相关色温的系统及方法。在所附权利要求书中陈述本发明的各种特征及优点。

Claims (18)

1.一种控制由包含调光到暖电路的发光装置输出的光的相关色温的方法，所述调光到暖电路具有包括白色发光二极管的第一光通道及第二光通道，所述方法包括：

接收电流输入；

测量所述电流输入的电流以获得测量得到的电流值；

基于所述测量得到的电流值确定光控制值；

使用所述光控制值，确定用于将第一电流施加到所述第一光通道的所述白色发光二极管的第一电流值并确定用于将第二电流施加到所述第二光通道的第二电流值；

将所述第一电流提供到所述第一光通道并将所述第二电流提供到所述第二光通道以获得在所述光控制值中的不同者下输出的所述光的所期望的不同相关色温；以及

通过无线方式将关于具有不同于所述电流输入的性质的取代电流驱动的电流输出参数的信息提供到控制器，并经由调光曲线调整接口调整相关色温曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括手动操作调光调整装置以改变所述电流输入的量值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述电流输入包括直流。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光通道包括多个白色发光二极管，且所述第二光通道包括第二多个发光二极管。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二多个发光二极管包括琥珀色发光二极管，其具有与所述白色发光二极管不同的相关色温。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定对应于所述测量得到的电流值的所述光控制值的所述步骤包括：比较所述测量得到的电流值与最大电流值，以便将所述光控制值确定为具有0％到100％的范围的百分比光控制值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述电流输入被提供到所述第一光通道及所述第二光通道，且控制被提供到所述第一光通道的所述第一电流及被提供到所述第二光通道的所述第二电流的所述步骤包含：当所述百分比光控制值是至少75％时，仅将电流提供到所述第一光通道。

8.根据权利要求6所述的方法，其中当所述百分比光控制值是37％时，施加到所述第一光通道的所述电流与施加到所述第二光通道的所述电流相同。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述调光曲线调整接口包括蓝牙无线装置。

10.一种调光到暖发光系统，其包括：

电流驱动，其提供电流输出；

电流测量装置，其从所述电流驱动接收所述电流输出并测量所述电流输出，所述电流测量装置进一步输出所述电流输出的测量得到的电流值；

包括白色发光二极管的第一光通道，其具有第一相关色温且与所述电流驱动电通信；

第一电流控制，其基于第一电流值控制通过所述第一光通道的所述白色发光二极管的第一电流；

第二光通道，其具有与所述第一相关色温不同的第二相关色温且与所述电流驱动电通信；

第二电流控制，其基于第二电流值控制通过所述第二光通道的第二电流；

调光曲线调整接口，其输出关于具有不同于所述电流输出的性质的取代电流驱动的电流输出参数的信息；以及

控制器，其从所述电流测量装置接收所述测量得到的电流值，所述控制器经配置以：

从所述测量得到的电流值确定光控制值，

使用所述光控制值，确定所述第一电流控制的第一电流值，

使用所述光控制值，确定所述第二电流控制的第二电流值，

将所述第一电流值传达到所述第一电流控制，

将所述第二电流值传达到所述第二电流控制，

通过将所述第一电流值提供到所述第一电流控制及将所述第二电流值提供到所述第二电流控制，提供具有相关色温的光输出，以及

基于关于具有不同于所述电流输出的性质的取代电流驱动的电流输出参数的所述信息来调整所述相关色温。

11.根据权利要求10所述的调光到暖发光系统，其中所述第一光通道及所述第二光通道响应于所述第一电流控制将所述第一电流提供到所述第一光通道及所述第二电流控制将所述第二电流提供到所述第二光通道而提供所述光输出。

12.根据权利要求10所述的调光到暖发光系统，其进一步包括调光调整装置，其用于手动改变所述电流输出的量值。

13.根据权利要求10所述的调光到暖发光系统，其中所述第一光通道包括多个白色发光二极管，且所述第二光通道包括第二多个发光二极管。

14.根据权利要求13所述的调光到暖发光系统，其中所述第二多个发光二极管包括琥珀色发光二极管。

15.根据权利要求10所述的调光到暖发光系统，其中所述控制器通过比较所述测量得到的电流值与最大电流值以便计算在从0％到100％的范围内的百分比光控制值来确定所述光控制值。

16.根据权利要求15所述的调光到暖发光系统，其中当所述百分比光控制值是至少75％时，所述第一电流控制将所述第一电流提供到所述第一光通道，且所述第二电流控制将零电流提供到所述第二光通道。

17.根据权利要求15所述的调光到暖发光系统，其中所述控制器将所述第一电流值提供到所述第一电流控制且将所述第二电流值提供到所述第二电流控制，使得当所述百分比光控制值是37％时，相同电流被施加到所述第一光通道及所述第二光通道。

18.根据权利要求10所述的调光到暖发光系统，其中所述调光曲线调整接口包括蓝牙无线装置。

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