专利名称：具有多个发光器件的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及以下构思；即使在固态照明系统中提供了若干光引擎，也在多个光引 擎而不是多个反馈或前馈传感器(例如，光学或热传感器)之间共享单个光学传感器。这 里，光学传感器耦合至光源控制器，光源控制器进而耦合至照明系统的每个光引擎。因此， 光引擎适于共享公共的反馈/前馈回路，使得可以省略若干传感器以及反馈回路，从而降 低系统的总体成本。 在优选实施例中，光引擎之间的同步连接被布置为总线，通过该总线，可以发送同 步信号。然后可以实现同步，其中，一个光引擎适于充当双亲，而另一光引擎适于充当孩子。 通过设计光引擎，可以实现这种适配。然而，不排除甚至优选地，通过软件或甚至根据自动 例程来创建双亲如果光引擎在初始化阶段尚未在特定时间段内通过特定总线接收到任何 同步信号，则该光引擎将发送出一个。在接收到预定义的返回信号之后，初始化阶段将完 成，并且该光引擎将充当另一光引擎的双亲。从而，一个光引擎可以被另一光引擎看作是双 亲，然而被又一光引擎看作是孩子。 根据本实施例的进一步修改，可以针对双亲和孩子操作模式对初始状态和完全操
作状态进行区分。初始状态涉及存储器的编程，例如移位寄存器的初始化。 根据另一修改，从时钟产生器导出同步信号，所述时钟产生器包括至少三个状态
待机状态、双亲模式状态以及孩子模式状态。在该孩子模式状态的另一实现方式中，所述时
钟产生器被布置为锁相环的一部分。然后经由同步信号将频率锁定至双亲光引擎的频率。 在另一实施例中，使用振荡器、用于产生时钟信号的分频器电路及其输出处的相
位检测器块。该相位检测器块具有以下功能使用内部产生的时钟信号，或者使用从不同引
擎接收的时钟信号。 在另一特定实施例中，双亲模式下的光引擎将发出附加信号以使得所有光引擎都 能够接管相同的调制。例如，可以利用脉冲宽度调制来实现这一点。然后，双亲发出附加脉 冲。对于发明人而言显得合适的是，在正常SYNC脉冲之后的前四分之一P丽周期内发出这 样的脉冲。然而，并不排除系统被布置为在另一四分之一 (例如，第二个四分之一、第三个 四分之一或第四个四分之一)P丽周期内发出这样的脉冲。显然，光引擎被设计为使得孩子 模式下的锁相环并不受这些附加脉冲的干扰。 在另一实施例中，双亲发出更新命令。尽管可以縮短先前调制周期，然而实际的 更新时刻很可能出现得更晚。为了使得可以平滑地适配调制周期(例如，脉冲宽度调制周 期)，可以提供附加信号。这样的信号例如用于指示修正后的调制周期。
在另一实施例中，向驱动器IC(例如，状态机)提供用于对通过同步线发送的信号 的强度进行编程的装置。因为驱动强度可以灵活地适应应用中的实际需要，所以预期这会 节约功率。这一点在考虑到光源中的同步线较长的情况下对于光源来说是尤其有用的。所 述装置合适地包括任何时刻的非易失性存储器。不排除这种装置还用于其他信号线而不是 仅用于同步线，甚至还用于在本发明的架构以外的信号线。
由于本发明的架构具有更少数目的传感器，所以除了状态机以外还使用单独的微 控制器作为光引擎的一部分显得不完全经济。为此，在一个实施例中，将微控制器功能集 成在状态机中(例如，驱动器集成电路)，而其控制器功能被縮减至基于查找表的控制器单 元。合适地以硬编码ROM存储器的形式来提供这种查找表，然而不排除另一类型的存储器。
尽管上述方案建议功能上的縮减，然而本发明的发明人已理解并不一定要如此。 实际上，客户仅倾向于对有限数目的状态满意。例如，其示例是状态"冷白色"以及另一状 态"暖白色"。减少至有限数目的状态的优点不仅在于可以降低成本，还在于将提高系统的 总体反应速度。相信根据具有有限数目的状态的查找表产生包括有微控制器功能的驱动器 IC有可能扩展到甚至本发明的架构之外。
通过以下描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见，并且参照这
些实施例来阐述本发明的这些和其他方面。在以下附图中 图1示出了根据现有技术的照明系统的简化框图； 图2示出了根据本发明第一实施例的照明系统的简化框图； 图3示出了根据本发明第二实施例的照明系统的简化框图； 图4示出了根据本发明实施例的状态机的控制状态图； 图5示出了根据本发明实施例的时钟产生器的简化框图； 图6示出了根据本发明实施例的与同步机制有关的波形；以及 图7示出了根据本发明实施例的波形。
具体实施例方式
根据本发明的实施例，术语光引擎用于定义以下设备在通过在该设备两端施加 电位差或者使电流经过该设备时，该设备在电磁谱的任何区域或区域组合(例如，可见区 域、红外和/或紫外区域)中发出辐射。因此，光引擎可以具有单色、多色或宽带谱发射特 性。在特定实现方式中，还可以经由控制接口来控制光引擎。 图2示出了根据本发明第一实施例的固态照明系统的简化框图。该固态照明系统 包括AC/DC转换器207、耦合至多个发光二极管的第一光引擎201、和耦合至另外多个发光 二极管的第二光引擎203、单个传感器206以及光源控制器208。向两个光引擎201和203 提供DC电压，例如，AC/DC转换器207从例如230伏的AC电源转换成的24V的DC电压。然 而，还可以直接向LED提供AC电压。光引擎201和203分别包括控制器202和204，以控 制与每个光引擎相耦合的发光二极管。光源控制器208经由总线110 (也可以是I2C总线) 来执行对用于控制LED的光引擎的设置和控制。光源控制器208进而经由具有诸如匿X、 DALI或ZigBee等典型协议的总线111来接收设置和调整命令。 根据本发明第一实施例的配置对每个光源(微)控制器208仅提供单个传感器 206。传感器206(直接)耦合至光源控制器208。传感器206可以是光学传感器、热传感器、 压力传感器、机械应变传感器、近程式传感器或本领域技术人员已知的任何其他传感器。在 光学传感器的情况下，例如可以利用颜色传感器或通量传感器来实现光学传感器。颜色传 感器测量三色激励值并将其与目标设置进行比较。通量传感器仅能够测量总通量而不给出精确的谱信息。因此，为了进行通量感测，典型地按顺序测量各个LED颜色(例如，可以应 用复用技术，首先仅导通红色LED并测量通量；然后导通绿色LED并测量。单个传感器用于 由两个或更多个光引擎201、203驱动的发光二极管中的至少一些。如果在光引擎之间存在 同步机制以使得它们的驱动信号彼此同步，则可以有利地执行对每个光源控制器仅使用单 个光学通量传感器206。除了通量传感器以外，根据多个光引擎评估时间相关特性的任何其 他传感器也可以受益于上述同步方案(例如，温度或机械应力)。因此，在两个光引擎201 和203之间提供同步连接205。从由发光二极管发射的光经由光学传感器206的控制回路 现在还包括光源微控制器208。响应于从传感器206到达的感测信号207，微控制器208通 过总线110向光引擎201和203提供相应的命令，以适当地调整针对发光二极管的驱动装 置。光学传感器206可以典型地被布置为使得可以感测来自两个光引擎的、由发光二极管 发射的光。相应地，该多个光引擎适于共享公共的(光学)反馈回路，这降低了系统的总体 成本。此外，共享(光学)控制反馈回路需要光引擎201、203之间的同步。以下将更详细 地描述同步机制。 图3示出了根据本发明第二实施例的照明系统的简化框图。根据第二实施例的照 明系统实质上与根据第一实施例的照明系统相对应。根据第二实施例的照明系统与根据第 一实施例的照明系统之间的仅有区别在于根据第二实施例的光引擎不包括专用的微控制 器。通过同步机制305将针对每组发光二极管的光引擎301和303相耦合。光引擎301和 303提供相应的输入和输出装置，以将同步信号从一个光引擎通信至另一个光引擎。根据第 二实施例的光引擎不再包括微控制器。仅在光源微控制器308中布置微控制器功能。每个 光源306的单个光学传感器经由连接307耦合至微控制器308。单个光学传感器306适于 并且被配置为感测多于一个光引擎301、303的发光二极管的光发射，以便提供控制反馈回 路(LED、传感器光源控制器、光引擎和LED)。如上所述，AC/DC转换器307产生电源并将该 电源提供给光引擎。此外，可以使用通信协议DMX、 DALI或ZigBee来将调整和控制设置通 信至光源微控制器308。根据这种配置，针对每个光源仅提供一个集中式微控制器，并且仅 提供一个传感器。该单个微控制器由至少两个光引擎共享。配备有这种配置的总体照明系 统在实现上更方便且更简单并且在生产上成本更低。根据本发明的特定方面，光引擎的电 力管理ASIC可以适于针对发光二极管产生脉冲宽度调制信号(P丽信号)。
图4示出了根据本发明实施例的状态机的控制状态图。状态机的状态图示出了在 耦合至若干光引擎的多个发光二极管上实现完全控制的机制和协议。可以基于单个光学光 传感器的测量，在光源控制器的单个微控制器中实现这种控制。图3所示的光引擎301和 303中的每一个可以工作在两个主要模式下，S卩，双亲模式或孩子模式。此外，光引擎提供 待机或休眠模式，在待机或休眠模式下，从电源输入取出最少量的电流。上电之后的缺省模 式是待机模式，而断电之后的缺省模式是休眠模式。如果电源电压降至最小电压以下，则总 是无条件地进入待机模式。根据光引擎的特定或专用输入管脚的值，在12(:总线上首次出 现启动条件时，电路启动主要模式之一下的操作。例如，如果专用输入管脚为低，则将进入 双亲模式。如果专用输入管脚为高，则将使用孩子模式。当在相同应用中(例如在相同光 源中)使用多于一个光引擎时，两种不同模式对于适当操作而言是必要的。根据本发明的 该方面，可以仅使用单个传感器来检测来自多个光引擎的发光二极管的光。可以使用热传 感器、通量传感器以及颜色传感器。然而，根据本发明的一个优选解决方案是通量传感器。在要测量每个单独子系统的通量的配置下，需要使子系统的脉冲宽度调制信号同步。为了 实现同步，一个光引擎适于充当双亲并产生同步信号SYNC，同步信号SYNC是从运行于标称 频率下的光引擎的时钟产生器导出的。充当孩子(Child)的其他光引擎可以使用同步信号 SYNC来锁定时钟振荡器并使它们的P丽产生器同步。将双亲模式和孩子模式都分成两个状 态。这些状态是初始状态和完全状态。在初始状态下，可以适当地初始化所有寄存器线性 反馈移位寄存器LFSR，而输出仍然是非活动的。在双亲模式或孩子模式下，将待机STBY置 零建立了完全操作。通过经由it总线设置待机比特，可以使光引擎进入休眠模式SLEEP。 如箭头UVL05所示，例如，如果没有维持住5V电源，则光引擎进入待机模式STANDBY。如果 不同电源电压电平可用，则可以使用其他电压电平。在可以重新启动完全操作之前，将执行 新的初始化周期。 图5示出了根据本发明第三实施例的时钟产生器的简化框图。可以在根据本发明 的光引擎中提供时钟产生器500，时钟产生器500通过I2C总线针对不涉及定时信息的所有 数字电路提供系统时钟。根据本发明的时钟产生器提供三个操作模式a)待机模式，具有 低频率，但仍然自由运行以使得可以对I2C总线命令作出快速反应；b)双亲模式，在该模式 下频率(例如，35MHz)也可以处于自由运行模式；以及c)孩子模式，在该模式下，产生器是 锁相环的一部分，其中，频率将经由同步输入信号SYNC被锁定至双亲光引擎的频率。可以 在F。JP的范围内调整实际系统时钟频率，其中，P可以被设置为在1和N之间的宽范围整 数值，其中，N可以例如是8。可以通过将值存储在光引擎的寄存器中来实现这种设置。图 5所示的锁相环PLL的配置包括产生自由运行振荡频率F。sc的电流控制振荡器CCO以及分 频器电路PDIVIDER。通过分度值PDIV来设置分频电路PDIVIDER。将PDIVDER的输出频率 FCLK反馈至分频块NDIVIDER。 NDIVIDER的输出构成同步输出信号SYNC0UT。相位频率检测 器块PFD接收同步输出信号SYNC出以及来自另一光引擎的同步输入信号SYNC入。因此， 这种配置允许使用由另一光引擎提供的同步机制或信号，或者允许在双亲模式下针对其他 光引擎产生同步信号SYNC出。 图6示出了根据本发明实施例的与同步机制有关的波形。根据图5的时钟产生器 将时钟频率分为2PWMEES个部分，其中P丽RES确定内部产生的脉冲宽度调制信号的分辨率。 可以通过以下公式来计算所产生的同步频率和脉冲宽度调制频率
Fsync= (F。sc/Pdiv)/2N。 经由I2C总线，通过参数SY_Width来对由NDIVIDER块输出的脉冲的宽度进行编 程。将该脉冲馈送至相位频率检测器PFD的相位比较器输入之一。在双亲模式下，也将该 脉冲置于输出管脚SYNCOUT上。将SYNCIN管脚上存在的信号馈送至相位频率检测器PFD 的另一相位比较器输入。相应地，用于同步产生器的锁相环能够通过以下方式在孩子模式 下锁定至输入的同步信号SYNCIN :将其内部产生的同步信号与双亲之一进行比较，以使通 量测量序列同步并在所有子模块中接管新的脉冲宽度调制(P丽)设置，其中，双亲模式下 的光引擎将在正常SYNC脉冲之后的前四分之一P丽周期内发出额外脉冲。这是由差错PLL 盲周期来指示的，即，在该盲周期期间，PLL时钟对于同步脉冲而言是盲的。
图7示出了根据本发明另一方面的、与同步行为以及同步的特定定时有关的波 形。相应地，如果发出脉冲宽度调制更新命令，则先前的脉冲宽度调制周期可以更短。现 在，实际更新时刻要比先前编程的出现得更晚。相应地，脉冲宽度调制周期的平滑适配还由信号LED (通过发光半导体器件导通或关断的驱动电流)以及相应的旁路开关BYPASS来指 示。 根据本发明方面的上述配置下的微控制器可以被替换成具有硬编码只读存储器 的状态机。这些状态机可以集成在光引擎的电子装置中以执行颜色计算的矩阵计算。这些 状态机还可以被包括在芯片上存储器中，以用于偏移校正以及发光半导体器件的波长或通 量。此外，使用状态机还可以实现完全无微控制器的光源架构。相应地，标准微控制器可以 被替换成存储器查找表和状态机，这允许成本更低的生产和更小且更简易的设备。此外，可 用于本发明方面的特定用途集成电路(ASIC)可以以将光引擎系统的校准数据存储在芯片 上的能力为特征。例如，芯片上校准数据可以在整个生存期期间包括驱动器偏差以及发光 二极管的偏差。根据本发明在集成电路设备中存储校准数据具有特定优点，这是因为针对 校准仅必须考虑发光二极管和针对该发光二极管的驱动装置。在传统系统中，需要对完全 光引擎进行校准，该完全光引擎包括驱动器、微控制器以及发光半导体器件。从系统复杂度 的角度来看，传统的方案是不利的。根据本发明的方面，可以实现简化的供应链，其中可以 在仅由驱动器ASIC和相应发光二极管构成的光引擎子系统上存储与发光二极管或发光半 导体器件有关的信息。在这种配置中，微控制器的校准不再是必要的。 此外，还可以使用非易失性存储器来对总线驱动器和同步线的驱动强度进行编 程。这将使得可以节省功率，这是因为驱动强度和功率耗散可以灵活地适应应用中的实际 需要。具体地，照明器产品的长度以及总线和同步线的相应长度可以从几厘米到几米的范 围内变化。此外，可以将上电定时器集成到根据本发明的光引擎中。这是可以由如EEPROM 之类的非易失性存储器来实现的。相应地，可以使光引擎能够存储与时间周期、温度以及电 流、功率或占空比(在此期间已经操作了每个发光半导体器件)有关的信息。该信息使得 可以通过使用由发光半导体器件制造商提供的降级数据来实现精确的发光半导体器件降 级前馈。可以在芯片上或芯片外实现导通时间计数器。 尽管在附图和前述说明书中示意并描述了本发明，然而这种示意和描述应被视为
示意性的或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。 通过研究附图、公开以及所附权利要求，实施要求保护的本发明的本领域技术人
员可以理解并实现所公开的实施例的其他变型。 在权利要求中，词语"包括"不排除其他元件或步骤，不定冠词"一个"或"一种"不 排除多个。单个或另一单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的从属 权利要求中记载特定手段的起码事实并不表示这些手段的组合不能用于获得有益效果。
权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本发明的范围。
权利要求
一种具有多个发光器件的电子设备，包括-至少一个光源控制器(208，203)；-多个光引擎(201，203；301，303)，其中每一个耦合至所述发光器件(RG，B，A)中的多个，所述多个光引擎(201，203；301，303)用于驱动至少一个发光器件；以及-传感器单元(206，306)，耦合至所述至少一个光源控制器(208，203)中的每一个，所述传感器单元(206，306)用于感测由所述多个发光器件发射的光，其中所述光源控制器(208，203)适于基于来自所述传感器单元(206，306)的感测信号来控制所述多个光引擎中的至少一个，以便实现反馈控制回路，其中，在所述多个光引擎(101，103；301，303)之间提供同步连接(205)，以使所述多个光引擎(101，103；301，303)同步。
2. 根据权利要求l所述的电子设备，其中，每个光引擎(201,203 ;301,303)包括同步 输入和同步输出。
3. 根据权利要求1或2所述的电子设备，其中，所述传感器单元(206 ;306)包括颜色 传感器、通量传感器以及热传感器中的至少一个。
4. 根据权利要求2或3所述的电子设备，其中-所述多个光引擎具有由在所述同步输入处接收到的同步信号激活的双亲模式和孩子 模式，其中，双亲模式下的光引擎在其同步输出处输出同步信号，孩子模式下的光引擎使用来自双亲模式下的光引擎的同步输出的同步信号来与双亲 模式下的光引擎同步。
5. —种固态照明系统，包括 -至少一个光源控制器(208,203);-多个光引擎(201,203 ;301,303)，其中每一个耦合至多个发光器件(RG，B，A)，所述多 个光引擎(201,203 ;301,303)用于驱动至少一个发光器件；以及-传感器单元(206，306)，耦合至所述至少一个光源控制器(208 ;308)中的每一个， 所述传感器单元(206,306)用于感测由所述多个发光器件发射的光，其中所述光源控制器 (208,203)适于基于来自所述传感器单元(206,306)的感测信号来控制所述多个光引擎中 的至少一个，以便实现反馈控制回路，其中，在所述多个光引擎(101,103 ;301,303)之间提供同步连接(205)，以使所述多个 光引擎(101， 103 ;301,303)同步。
6. —种用于对多个发光器件进行控制的方法，包括以下步骤-光引擎(201,203 ;301,303)驱动至少一个发光器件，其中每一个光引擎(201,203 ; 301,303)耦合至所述发光器件(RG，B， A)中的多个；以及-传感器单元(206,306)对由所述多个发光器件发射的光进行感测，其中所述传感器 耦合至光源控制器(208 ;308);-通过光源控制器(208,203)，基于来自所述传感器单元(206,306)的感测信号来控制 所述多个光引擎中的至少一个，以便实现反馈控制回路，其中，在所述多个光引擎(101,103 ;301,303)之间提供同步连接(205)，以使所述多个 光引擎(101,103 ;301,303)同步。
全文摘要
本发明涉及一种固态照明系统，包括至少一个光源控制器(208，203)；多个光引擎(201，203；301，303)，其中每一个耦合至多个发光器件(RG，B，A)；以及单个传感器(206，306)，耦合至所述至少一个光源控制器(208；308)中的每一个，所述传感器(206，306)用于对所述多个发光器件发射的光进行感测。所述光源控制器适于基于来自所述传感器(206，306)的感测信号来控制所述多个光引擎中的至少一个，以便实现反馈控制回路。在所述多个光引擎(101，103；301，303)之间提供同步连接(205)，以使所述多个光引擎(101，103；301，303)同步。
文档编号H05B33/02GK101766056SQ200880101270
公开日2010年6月30日 申请日期2008年7月29日 优先权日2007年8月2日
发明者彼得·戴克斯勒 申请人:Nxp股份有限公司