专利名称：基于led的照明器材和用于热量管理的相关方法
技术领域：
本公开总体上涉及基于LED的照明器材。更具体而言，本文公开的各种发明方法和装置涉及基于LED的照明器材的热量管理。
背景技术：
数字照明技术(即基于诸如发光二极管(LED)之类的半导体光源的照明)提供了对传统荧光灯管、HID和白炽灯的可行备选。LED的功能优势和益处包括高的能量转换和光学效率、耐久性和低工作成本以及许多其他优势和益处。LED技术的最近进展已提供了有效且鲁棒的全光谱照明源，其能够在许多应用中实现多种照明效果。运用这些光源的一些器材的特征在于包括能够产生不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的一个或多个LED的照明模块以及用于独立地控制LED的输出以便生成多种颜色和颜色改变照明效果的处理器，例如如在美国专利No. 6，016，038和美国专利No. 6，211，626中具体论述的那样，上述专利的公开内容通过引用具体并入本文。众所周知，LED的寿命与结温度有关；结温度越高，则LED的寿命越短。基于LED的结温度的LED寿命要求经常在产品的最大环境温度额定值下具体指定。示意性地，寿命要求在50°C下为5万个工作小时，而应理解LED的结温度越高，则导致寿命越短。经常地，按该标准设计的LED被在特定驱动电流下进行驱动以获得输出功率。为了满足寿命要求，在已知的基于LED的照明器材中的LED的功率输出无论环境温度如何都被设定为同一水平。 例如，针对为了满足寿命规范的最大环境温度和结温度来选择功率输出水平。自然地，在较低的环境温度和结温度下，对于针对最大环境和寿命标准所选择的输出功率而言，LED的驱动电流较低。示意性地，在范围为25°C至30°C的环境温度下，在所选的输出水平下，在LED 的结温度下，寿命相对于要求的寿命增加，但是这是以输出功率的降低为代价实现的。相应地，由于LED寿命的设计标准基于比较高的环境温度(例如，50°C )，因此在通常的环境温度 (例如，25°C至30°C )下工作的已知的基于LED的照明器材并未由针对寿命要求可能的最大电流进行驱动。因此，本领域中存在以下需求，即提供一种在典型环境温度范围内具有更高功率输出、同时符合针对较高环境温度的寿命规范的基于LED的照明器材。
发明内容
申请人:已经认识并且理解到，基于在LED光源的结处的温度来提供对驱动电流的更好的控制是有益的，从而满足LED的寿命要求，同时改进LED在大范围的结温度下的光输出性能。此外，申请人已经认识和理解到，可以在针对基于LED的照明器材的控制器中有利地确定LED结温度，而非经由针对LED的专用温度传感器来直接测量。此外，申请人已经认识和理解到，在基于LED的照明器材本身的一个或多个位置处的温度感测可以用于与环境温度相关联，这继而可以用于与结温度相关联。总体而言，在一个方面中，本公开集中于基于LED的照明器材，其运用LED和被配置用于向LED提供电功率的电源。该照明器材包括温度传感器，配置成测量在照明器材的选定位置处的温度；以及控制器，连接于温度传感器和电源之间并且被配置成确定环境温度和基于环境温度确定驱动电流，以及基于驱动电流向电源提供输入信号。根据另一方面，一种用于控制LED的工作寿命的方法包括测量在基于LED的照明器材的位置处的温度；基于所测量的温度计算LED的结温度；以及基于该计算，调节驱动电流从而使得结处的温度保持在阈值水平之下，或者调节驱动电流以获得LED的特定发光输出水平，或者进行这两者。本公开还集中于存储可由控制器执行的、用于控制LED的工作寿命的程序的计算机可读介质。该计算机可读介质包括测量代码区段，用于测量在基于LED的照明器材的位置处的温度；计算代码区段，用于基于所测量的温度计算LED的结温度；以及调节代码区段，用于调节驱动电流从而使得结处的温度保持在阈值水平之下，或者调节驱动电流以获得LED的特定发光输出水平，或者进行这两者。根据又一方面，一种用于控制LED的工作寿命的装置，包括电源，配置成向所述 LED提供电功率；温度传感器，配置成确定在该照明器材的选定位置处的温度；控制器，连接于温度传感器和电源之间，并且配置成将所测量的温度与驱动电流相关联，以及基于驱动电流提供输入信号如此处出于本公开的目的所使用的那样，术语“LED”应该被理解为包括任何电致发光二极管或能够响应于电信号生成辐射的其他类型的载流子注入/基于结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流发射光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等等。具体而言，术语LED指代可以配置成生成在红外线光谱、紫外线光谱以及可见光光谱的各个部分(一般包括辐射波长从约400纳米至约700纳米)中的一个或多个中的辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体发光二极管和有机发光二极管)。LED的一些示例包括但不限于各种类型的红外线LED、紫外线LED、红色LED、 蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED以及白色LED (在下文中进一步论述)。 还应该理解，LED可以被配置和/或控制以生成具有针对给定光谱(例如，窄带宽，宽带宽) 的各种带宽(例如，在最大值一半处的全宽或FWHM)以及在给定一般颜色分类内的各种主要波长的辐射。例如，配置成基本上生成白色光的LED(例如，白色LED)的一个实现方式可以包括分别发射电致发光的不同光谱的多个管芯，该电致发光的不同光谱在组合时混合以形成基本上白色的光。在另一实现方式中，白色光LED可以与磷光材料相关联，该磷光材料将具有第一光谱的电致发光转换成不同的第二光谱的电致发光。在该实现方式的一个示例中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“抽运”磷光材料，这继而辐射具有在某种程度上更宽光谱的更长波长辐射。应该理解，术语LED并不限制物理和/或电学封装类型的LED。例如，如上所述， LED可以指代具有配置成分别发射辐射的不同光谱的(可以单独可控或者不可以单独可控的)多个管芯的单个发光器件。此外，LED可以与被视为是LED(例如，某些类型的白色LED) 的整体所必须的部分的磷光体相关联。总体而言，术语LED可以是指代封装的LED、未封装的LED、表面装配的LED、板上芯片LED、T封装装配的LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某些类型包装和/或光学元件(例如，扩散透镜)的LED等。
术语“光源”应该被理解为指代许多辐射光源中的任意一种或多种，这些辐射光源包括但不限于基于LED的光源(包括如上限定的一种或多种LED)、白炽光源(例如，白炽灯、卤素灯)、荧光光源、磷光光源、高强度放电光源(例如，钠汽灯、汞汽灯、以及金属卤化物灯)、激光、其他类型的电致发光光源、热发光光源(例如，火焰)、烛光发光光源(例如， 气灯罩、碳弧辐射光源)、光致发光光源(例如，气态放电光源)、使用电子饱和的阴极发光光源、电解发光光源、结晶发光光源、显像管发光光源、热致发光光源、摩擦发光光源、声致发光光源、放射线致发光光源以及发光聚合物。给定光源可以配置成生成在可见光光谱内、可见光光谱外的电磁辐射或者这两者的组合。因而，术语“光”和“辐射”在本文中可以互换使用。附加地，光源可以包括作为构成整体所必需的部件的一个或多个滤光片(例如，彩色滤光片)、透镜或其他光学部件。此夕卜，应该理解，光源可以配置用于各种应用，包括但不限于指示、显示和/或照明。“照明光源”是如下光源，其被具体配置成生成具有充足强度以有效地照亮内部或外部空间的辐射。 在该上下文中，“充足强度”是指在空间或环境中生成的位于可见光光谱中的充足辐射功率(经常运用单位“流明”来表示光源在所有方向的按辐射功率或“光通量”计的总的光输出)，从而提供环境照明(即，可以间接感知或可以例如在被感知之前整体或部分由多个中介表面中一个或多个反射的光)。术语“光谱”应该被理解为指代由一个或多个光源产生的辐射的任意一个或多个频率(或波长)。因此，术语“光谱”不仅指代在可见光范围中的频率(或波长)，还指代在红外线、紫外线或整个电磁光谱的其他区域中的频率(或波长)。此外，给定光谱可以具有相对窄的带宽(例如，具有基本上较少的频率或波长分量的FWHM)或相对宽的带宽(具有各种相对强度的若干频率或波长分量)。还应该理解，给定光谱可以是两个或更多个光谱的混合的结果(例如，混合分别从多个光源发射的辐射)。出于本公开的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互换使用。然而，术语“颜色” 一般用于主要指代辐射的可由观察者感知的特性(但是该用法并不旨在限制该术语的范围)。因此，术语“不同颜色”隐含指代具有不同波长分量和/或带宽的多个光谱。还应该理解，术语“颜色”可以与白色光和非白色光联合使用。术语“色温”在本文中一般与白色光联合使用，但是该用法并不旨在限制该术语的范围。色温主要指代白色光的特定颜色含量或明暗(例如，微红、微蓝)。给定辐射样本的色温常规地根据按与研究中的辐射样本基本上辐射相同的光谱的黑体辐射体的开氏度(K) 温度来表征。黑体辐射体色温一般位于约700K(通常认为是人眼第一可见度数)至10000K 之上的范围内；白色光通常在1500-2000K之上的色温处被感知。较低的色温一般指示具有更为显著的红色分量或“较暖的感觉”的白色光，而较高的色温一般指示具有更为显著的蓝色分量或“较冷的感觉”的白色光。举例而言，火焰具有接近1800K的色温，常规白炽灯泡具有约的色温，清晨日光具有约3000Κ的色温，而阴天中午的天空具有约10000Κ的色温。在具有约3000Κ的色温的白光下观看的颜色图像具有相对微红的色调，而在具有约10000Κ的色温的白光下观看的颜色图像具有相对微蓝的色调。本文使用的术语“照明器材”指代特定形状因子、组件或封装的一个或多个照明单元的实现方式或布置。本文使用的术语“照明单元”指代包括为相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定照明单元可以具有用于光源的多种装配布置、包封/外壳布置和形状和/或电和机械连接配置中的任一种。附加地，给定照明单元可选地可以与同光源的工作有关的各种其他部件相关联(例如，包括、耦合和/或封装在一起)。“基于LED的照明单元”指代具有如上所述的单独的一个或多个基于LED的光源或与其他非基于LED的光源组合的照明单元。“多通道”照明单元指代基于LED或非基于LED的照明单元，其包括配置成分别生成辐射的不同光谱的至少两个光源，其中每个不同光源光谱可以称为多通道照明单元的一个“通道”。本文使用术语“控制器” 一般而言用于描述与一个或多个光源的工作相关的各种装置。控制器可以以许多方式实现(例如，诸如使用专用硬件)，以执行本文论述的各种功能。“处理器”是控制器的一个示例，其运用可以使用软件(例如，微代码)编程的一个或多个微处理器以用于执行如本文所述地各种功能。可以运用或者不运用处理器实施控制器， 并且还可以实现为用于执行一些功能的专用硬件和用于执行其他功能的处理器(例如，一个或多个经编程的微处理器和相关联的电路)的组合。可以在本公开的各种实施例中运用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)、以及现场可编程门阵列(FPGA)。在各种实现方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(本文一般称为 “存储器”，例如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEEPR0M、软盘、 紧凑型盘、光盘、磁带等)相关联。在一些实现方式中，存储介质可以编码有一个或多个程序，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行该一个或多个程序时，其执行本文论述的功能中的至少一些。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或可以是可传输的，从而使得存储于其上的一个或多个程序可以被加载进入处理器或控制器，从而实现本文论述的本发明的各种方面。本文中在使用的术语“程序”或“计算机程序”一般意义上指代可以运用以对一个或多个处理器或控制器编程的任一类型计算机代码(例如，软件或微代码)。本文使用的术语“可寻址”指代配置成接收旨在用于多个设备(包括该设备自身) 的信息(例如，数据)并且选择性地响应于旨在用于该设备的特定信息的设备(例如，通用光源、照明单元或器材、与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其他非照明相关的设备等等)。术语“可寻址”经常与组网的环境(或者如下文所论述的“网络”)一同使用，在组网的环中境多个设备经由一些通信介质耦合于一起。在一个网络实现方式中，耦合至网络的一个或多个设备可以充当用于耦合至网络 (例如，以主/从关系)的一个或多个其他设备的控制器。在另一个实现方式中，组网的环境可以包括配置成控制网络中的一个或多个设备的一个或多个专用控制器。一般而言，耦合至网络的多个设备均可以有权访问存在于通信介质上的数据；然而，给定设备可以是“可寻址”的，这是因为其被配置成例如基于分配给该设备的一个或多个特定标识符(例如，“地址”)选择性地与网络交换数据(即，从网络接收数据和/或向网络传送数据)。如本文使用的那样，术语“网络”指代两个或多个设备(包括控制器或处理器)的任何互连，该互连促进任何两个或多个设备之间和/或在耦合至网络的多个设备之间的信息(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等)的传送。如容易理解的那样，适于互连多种设备的网络的各种实现方式可以包括多种网络拓扑中的任一种并且运用各种通信协议中任一种。附加地，在根据本公开的各种网络中，在两种设备之间的任何连接可以表示在两个系统之间的专用连接，或备选的非专用连接。除了承载旨在用于两个设备的信息之外， 该非专用连接可以承载并不必然旨在用于两个设备中任一个的信息(例如，开放式网络连接)。此外，应该容易理解，本文论述的设备的各种网络可以运用一种或多种无线、有线/线缆和/或光纤链路以促进通过网络的信息传输。如本文使用的那样，术语“用户界面”指代在人类用户或操作者与一个或多个设备之间的界面，其允许用户与设备之间的通信。可以在本公开的各种实现方式中运用的用户界面的示例包括但不限于开关、电位计、按钮、拨盘、滑块、鼠标、键盘、小键盘、各种类型的游戏控制器(例如，操纵杆)、轨迹球、显示屏、各种类型的图形用户界面(GUI)、触摸屏、麦克风以及可以接收一些形式的、由人类生成的激励并且响应于该激励生成信号的其他类型的传感器。应该理解，前述概念和在下面更为详细地论述的附加概念的所有组合(前提是这些概念并非互相矛盾)被构思为本文公开的发明主题的一部分。具体而言，在本公开末尾出现的要求保护的主题的所有组合被构思为本文公开的发明主题的一部分。还应该理解， 本文明确运用可能还在通过以用并入的任何公开中出现的术语应该符合与本文公开的特定概念最为一致的含义。
在附图中，贯穿不同视图，类似的参考字符一般指代同一部件。此外，附图并不必按比例，而是主要着重于示出本发明的原理。图IA示出了根据代表性实施例的基于LED的照明器材的立体图。图IB示出了根据代表性实施例的基于LED的照明器材的简化示意性框图。图IC示出了根据代表性实施例的基于LED的照明器材的简化示意性框图。图2示出了根据代表性实施例的显示温度、光输出和寿命的表格。图3示出了根据代表性实施例的一种用于控制LED的光输出和寿命的方法的流程图。图4示出了根据代表性实施例的温度与驱动电流的曲线图。
具体实施例方式参见图1A，在立体图中示出了基于LED的照明器材(“器材”)100。器材100包括作为一个单元的外壳101和LED 102。如下面更为详细地描述的那样，在外壳100中提供对于驱动LED 102有用的电子部件和器件。在一个代表性实施例中，电子部件可以被提供在一个或多个单独的封装(在图IA中未示出)中并且被布置在外壳101中。此外，LED 102 可以被提供在单独的封装(在图IA中未示出)中并且被布置在外壳101中。布置在外壳 101中的封装可以包括一个或多个基底，每个基底包括一个或多个电学和电子器件。如随着本说明书继续展开而变得更为清楚的那样，在某些架构的情形中描述了一些实施例，该架构具有可以在不同程度上集成和封装的电子部件和器件。需要强调，与代表性实施例结合描述的架构旨在为示例性的，并且构思了其他一些架构。参见图1B，显示了根据代表性实施例的基于LED的照明器材100的简化示意框图。 照明器材100包括温度传感器103，温度传感器提供输入给控制器104，控制器104包括存
8储器105。控制器104提供输出给电源106。电源106继而提供电功率给LED 102。温度传感器103示意性地为热敏电阻或者在LED 102工作期间测量在照明器材100的一个或多个位置处的温度并且收集温度数据的类似器件。示意性地，温度传感器103是热敏电阻集成电路(IC)，其在商业上可购自 Microchip Technology, Inc.，Chandler, AZ USA。在一个代表性实施例中，在诸如印刷电路板(例如，FR4)之类的共用基底(未示出)之上提供温度传感器103、控制器104(具有存储器10 、电源106和LED 102。该共用基底继而被提供在外壳101中。备选地，这些部件中的一个或多个可以位于不同基底上。 在一个代表性实施例中，电源106因其热生成特性而被提供在单独的基底(例如，电路板) 之上并且提供在第一封装107中；而LED 102可以提供在第二基底之上并且提供在第二封装108中。封装107、108继而可以提供在设备100的外壳101中。另外备选地，第一封装 107和第二封装108可以不提供在共用外壳(例如，外壳101)中，而是提供在分开的外壳中 (未示出)，在分开的外壳之间具有所要求的电连接。器材100的温度传感器103、控制器104、电源106和LED 102中的一些或全部可以被集成。在此情形中，这些部件中的一个或多个可以提供在共用基底之上，所选择的部件集成于该共用基底。例如，温度传感器103、控制器104、电源106和LED 102中的一些或全部可以是半导体(例如，Si或II-V族半导体)中的集成电路(IC)。该IC继而可以在用于器材100的温度传感器103、控制器104、电源106和LED 102的基底之上提供，或者该IC 可以包括这些部件中的选定数目。在后一示例中，除了 IC之外，可以提供包括剩余部件的另一基底。最后，可以使用多种已知技术和材料中的一种实现部件与基底的连接或基底的部件之间的连接。在工作中，温度触感器103 —般而言测量器材100的温度，并且具体而言连续或以预定时间间隔测量在第一封装107的一个或多个选定点或部件处的温度。注意到，当在共用基底之上提供传感器103、处理器104、电源106和LED 102时，传感器103配置成测量在共用基底上或外壳101内或这两者的一个或多个位置处的温度。备选地，当如上所述地照明器材100的部件在第一封装体107和第二封装体108中提供时，传感器103配置成测量在第一封装107中的一个或多个位置处的温度(诸如在第一封装107中提供的基底上的一个或多个位置处)。如本文通过示意性实施例所述的，在使用时，将由器材100的传感器103测量的温度与特定LED的结温度相关联。基于这些关联，可以更改LED 102的驱动电流以优化在每个LED处的光输出，或者优化每个LED的寿命，或者这两者。如随着本说明书继续展开而变得更为清楚的那样，当相关联的结温度位于特定温度之下时，可以增加驱动电流以增加LED 102的发光输出，而不显著影响LED的寿命。对比而言，当相关联的结温度超出特定温度之后，为了满足针对LED寿命的标准，必须降低驱动电流。控制器104包括软件、硬件或固件，或它们的组合，以基于环境温度确定用于相关联的结温度的驱动电流。为此，控制器104可以是其中具有实例化的软件核心的FPGA、具有合适存储器105的可编程微处理器(例如，哈佛架构的微处理器)、或者具有合适存储器 105的专用集成电路(ASIC)。温度关联包括由传感器103在设备100的一个或多个位置处测量的温度与环境温度的第一关联；以及在由传感器103测量的温度与结温度之间的第二关联。基于所确定的结温度，针对照明器材100的LED 102的工作选择驱动电流。将控制器104的输出提供给电源106，电源106将来自控制器的输入信号转换为用于LED 104的输出驱动电流。继而由电源106提供该驱动电流。根据一个代表性实施例，由传感器103测量的温度与环境温度的关联以及由传感器103测量的温度与LED的结温度的关联在算法上可以经由存储在控制器104上的计算机可读介质上的计算机可读代码计算。根据另一代表性实施例，测量的传感器温度、环境温度、结温度和驱动电流之间的关联可以存储在存储器105中，存储器105可以包括在控制器 104中实例化的查找表。图IC示出了根据代表性实施例的照明器材100的简化示意性框图。结合图IA和图IB描述的实施例的许多细节为当前描述的实施例所共用。许多这些细节不再重复以免使得当前描述的实施例不清楚。照明器材100包括微处理器109和转变模式功率因数控制器(PFC) 111。在代表性实施例中，在第三封装110中提供微处理器109和PFC 111。在第一封装107中提供温度传感器103，而在第二封装108中提供LED 102。备选地，可以在第一封装107中提供微处理器109和PFC 111，而在第二封装108中提供LED 102 ；或者在同一封装中提供微处理器 109, PFC 11和LED 102。在任何情况中，传感器103、微处理器109、PFC 111以及LED 102 都布置在外壳101中。处理器103如上所述测量在照明器材100的一个或多个位置处的温度。微处理器 109将来自传感器103的模拟输入经由模数(A/D)转换器转换成数字值，该模数(A/D)转换器用于确定待提供给PFClll的脉冲宽度调制(PWM)信号。为此，指示所测量的温度的数字值与环境温度相关联，并且继而与使用中的特定LED的结温度相关联。基于这些关联，从微处理器109到PFC 111的PWM信号可以被更改，并且借此更改PFC 111到LED 102的驱动电流输出，以优化在每个LED处的光输出或者优化每个LED的寿命，或这两者。以与上面结合图IB描述的实施例的方式类似，当相关联的结温度在特定温度之下时，PWM信号导致LED 102的驱动电流增加，而对LED的寿命无显著影响。对比而言，当相关联的结温度超过特定温度时，为了满足LED寿命的标准，必须降低驱动电流。根据一个代表性实施例，由传感器103测量的温度与环境温度的关联以及由传感器103测量的温度与LED 102的结温度的关联在算法上可以经由存储在微处理器109上的计算机可读介质上的计算机可读代码计算。根据另一代表性实施例，测量的传感器温度、环境温度、结温度以及驱动电流之间的关联可以存储在存储器中，存储器可以包括在微处理器109中实例化的查找表。图2示出了一个表格，其包括对在考虑光输出和LED寿命的情况下确定至LED 102 驱动电流有用的数据。该表格包括根据一个代表性实施例的环境温度、由传感器103测量的温度、平均结温度和估算的光输出水平。该表格还包括温度传感器的输出电压(V。ut)，其与在工作期间传感器103的温度成比例。如上所述，模数(A/D)转换将模拟电压(V。ut)转变为如表格中所示的数字值。该表格还包括平均LED壳体温度、平均结温度、LED的稳态功率水平以及在相应的稳态功率水平下的光输出水平。如前所述，由传感器103测量在基于 LED的照明器材100上的选定位置处的温度，并且通过这些数据基于LED封装的热阻确定结温度。一旦确定了结温度，则如上所述在控制器104或微处理器109处确定驱动电流。在图2的表格中的数据将LED结温度与特定的所测量的温度处的LED 102的稳态功率相关联，并且还将环境温度与结温度相关联。根据这些关联，由LED 102提供的功率 (即驱动电流)被确定为增加LED 102的发光输出，或者增加LED 102的寿命，或者这两者。 如可以容易理解的那样，提供给LED的功率越小，则由LED耗散的独立于环境温度的热量越少。注意到，该关联在某种程度上独立于温度传感器103的测量。例如，在结合图IB描述的实施例中，可以在基底上和在第一封装107中提供温度传感器103、电源106和控制器 104，并且可以在另一(分开的)基底上和第二封装108中提供LED 102。这样，包括电源 106的第一封装107具有热质量(thermal mass)，而包括LED 102的第二封装108具有与第一封装107的热质量分开的第二热质量。在工作期间，即使当提供LED的功率增加或减少时，包括温度传感器103、控制器104和电源106的第一封装107的温度一般也将保持在一致的环境温度下。转向图2的表格，如果例如LED的功率维持在27. 7W，则由传感器101 测量的温度将如表格中所示的那样贯穿环境温度范围(在此情形中为25°C至50°C)增加。 包括LED 102的第二封装108中的温度增加将导致LED 102的结温度增加，并且因而由于环境温度的增加而降低LED 102的寿命。然而，根据代表性实施例，所测量的温度与环境温度以及与结温度的关联被用于随着由传感器103测量的第一封装中的温度增加而降低LED 102的稳态功率。有益地，迭代地改变稳态功率以将LED结温度维持在预定的最大水平之下的方法独立于环境温度而实现。因此，增加了 LED寿命，但是在正常环境工作温度(例如，25°C至 350C )下的光输出被维持在相对高的水平。图3示出了根据一个代表性实施例的用于控制LED的光输出和寿命的方法300的流程图。在诸如上面结合图IB和图IC描述的照明器材100之类的照明器材中实施该方法。 注意到，方法300包括可以经由控制器104或微处理器109执行并且可以在其中实施的计算机可读介质中实例化的计算。为此，计算机可读介质包括用于测量在基于LED的照明器材的位置处的温度的代码区段。计算机可读介质包括用于基于所测量的温度计算LED的环境温度的计算代码区段。计算机可读介质包括用于基于所测量的温度计算LED的结温度的计算代码区段。计算机可读介质包括用于调节驱动电流从而使得在结处的温度保持为在阈值水平之下或者调节驱动电流以获得LED的特定发光输出水平或者进行这两者的调节代码区段。如前注意到的，控制器104和微处理器109包括配置成用于基于当前状况(例如， 环境温度)、LED的期望输出和寿命要求来确定LED 102的各种设置的一个或多个软件、硬件和固件。计算和设置的许多细节与上面结合图IA至图IC以及图2描述的细节类似或相同，并且一般不再重复以避免使得当前描述的实施例的描述不清楚。在301处，该方法包括测量在基于LED的照明器材的位置处的温度。例如，根据一个实施例，温度传感器103测量设备100的环境温度。注意到，在一个实施例中，温度传感器103可以在第一封装107中而LED 102在第二封装108中。备选地，如上所述，可以在同一封装中提供温度传感器103和所有其他部件。在302处，该方法包括基于所测量的温度计算LED的结的温度。结的温度的计算可以包括在控制器104或微处理器109中的算法计算。备选地，在控制器104或微处理器 109中的查找表或类似存储器设备可以包括通过统计上平均的多种测量编译的数据。另外备选地，查找表可以通过对包含各种因素(诸如特定LED的热量生成特性、第一封装107和
11第二封装108及其部件的热耗散能力)的结温度进行建模来编译。在303处，该方法包括调节驱动电流从而使得在结处的温度保持为在阈值水平之下，或者调节驱动电流以获得LED的特定发光输出水平，或者进行这两者。通过提供对应于温度传感器103的电压(V。ut)的数字值来实现LED 102的驱动电流的调节。在控制器104 或微处理器109处使用数字值以例如并且如上所述地经由计算或查找表将温度传感器103 处的温度与LED的结温度相关联。LED的关联的结温度用于确定针对期望的稳态功率水平的驱动电流。例如，参考图2，来自控制器104的输出包括对应于特定结温度和针对期望稳态功率水平所需的驱动电流的数字值。举例而言，在环境温度为25°C并且传感器温度为 46. 4°C的情形下，A/D转换器向控制器104提供为沈3的数字输出。控制器104将该数字值与结温度和针对该结温度的驱动电流相关联。在该示例中，在控制器104处确定的结温度近似为73.5°C。向电源106提供命令以将该驱动电流提供给LED104。在该示例中，驱动电流导致27. 7W和1050L的功率输出。在该示例中，将LED 104的最大结温度设置为90°C 以确保符合规范或标准的寿命。继续该示例，如果相关联的环境温度增加至40°C，则基于来自温度传感器101的电压输出的数字值改变为327。这与88. 1°C的结温度相关联，并且降低驱动电流以提供26. 5W和1002L的稳态功率水平。如可以理解的那样，增加的环境温度要求减少的稳态功率水平并且允许LED 104在寿命规范内工作。因此，总体而言，方法300 允许针对较低的环境温度的相对较高的稳态输出和针对较高的环境温度的相对较低的稳态输出。可以对驱动电流进行调节以提供期望的寿命和期望的光输出。图4示出了根据一个代表性实施例的温度与驱动电流的曲线图。注意到，Ta指代诸如由温度传感器101确定的环境温度；而Tj指代由上述控制器102确定的结温度。在401 处，环境温度相对低，并且在402处对应的结温度同样相对低。在403处，环境温度明显变高。对应的结温度在403处示出。如上所述，控制器102使用这些数据以确定针对期望的光输出、或期望的LED寿命或者这两者的驱动电流。虽然本文已经描述和示出了若干发明性实施例，但是本领域普通技术人员将容易地构思用于执行本文描述的功能和/或获得其结果和/或其一个或多个优势的各种其他的装置和/或结构，并且这类变化和/或修改中的每一个被视为在本文描述的发明性实施例的范围内。更具体地，本领域的技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、尺度、材料和配置旨在为示意性的，并且实际的参数、尺度、材料和/或配置将取决于具体的应用或本发明教导所针对的应用。本领域技术人员将认识到或能够使用常规试验查明本文描述的具体发明性实施例的许多等同物。因此，可以理解仅通过示例呈现前述实施例，并且在所附的权利要求书的范围及其等同范围内，可以实践除了详细描述和要求权利的发明性实施例之外的发明性实施例。本公开的发明性实施例针对在此描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、 成套工具、和/或方法。此外，如果这类特征、系统、物品、材料、成套工具、和/或方法并不互相矛盾，则两个或多个这类特征、系统、物品、材料、成套工具、和/或方法的任意组合包括在本公开的发明范围内。如本文所限定和使用的，所有定义应该被理解为优于字典定义、在通过引用并入的文献中的定义和/或所定义的术语的普通含义。如在本文的说明书和权利要求书中使用的那样，不定冠词“一个”和“一种”应被理解为意指“至少一个”，除非另有清楚的相反指示。
如在本文说明书和权利要求书中使用的那样，表述“和/或”应该被理解为意指如此结合的元件的“任一或者两者”，即在一些情形中连结地存在而在另一些情形中分开存在的元件。使用“和/或”列出的多个元件应该以相同方式解释，即如此结合的元件中的“一个或多个”。除了由“和/或”句式具体指示的元件之外，可以可选地存在其他一些元件，无论其是否与那些具体指示的元件相关。因此，作为一个非限制性示例，当“A和/或B”与开放式语言(诸如包括)联合使用时，在一个实施例中可以仅指代A(可选地包括除了 B之外的元件)；在另一实施例中仅指代B (可选地包括除了 A之外的元件)；在又一实施例中指代 A和B (可选地包括其他元件)；等等。如在本文说明书和权利要求书中使用的那样，“或”应该被理解为与如上定义的 “和/或”具有相同的含义。例如，当在列表中分隔项时，“或”或“和/或”应该解读为包括性的，即，包括多个元件或元件列表中的至少一个，但是还包括多于一个，并且可选地包括未列入的附加的项。明确相反指示的术语(诸如“仅一个”或“确切的一个”)或者在权利要求中使用时的“由……构成”将指代包括多个元件或元件列表中的确切一个元件。总体而言，本文使用的术语“或”应该仅被解释为当由排他性的术语作为前缀(诸如“……中的任一个”、“之一”、“仅一个”)时指示排他性的备选(即“一个或另一个而非两个”)。当在权利要求书中使用时，“基本上由……构成”应该具有如在专利法的领域中使用的普通含义。如在本文说明书和权利要求书中使用的那样，对一个或多个元素的列表的参考中的短语“至少一个”应该被理解为意味着选自该元素列表中的任意一个或多个元素中的至少一个元素，而不必包括在该元素列表之中具体列出的每个元素的至少一个，并且不排除该元素列表中的元素的任意组合。该定义还允许该元素可以除了短语“至少一个”所涉及的元素列表之中所具体识别的元素之外的元素选择性地存在，而不管该元素与具体识别的元素是相关还是无关的。出现在权利要求书中的括号之间的任何参考数字或其他字符仅出于便利而提供， 并非旨在以任何方式限制权利要求。还应该理解，除非有清楚的相反指示，否则在本文中要求保护的包括多于一个步骤或动作的方法中，该方法的步骤或动作的顺序并不必然限于所记载的方法的步骤和动作的顺序。
权利要求
1.一种基于发光二极管(LED)的照明器材(100)，包括至少一个LED (102)； 电源(106)，配置成向所述LED提供电功率；温度传感器(103)，配置成测量在所述照明器材(100)的选定位置处的温度；以及控制器(104)，连接于所述温度传感器(10 和所述电源(106)之间并且配置成确定环境温度和基于所述环境温度确定驱动电流，以及配置成基于所述驱动电流向所述电源 (106)提供输入信号。
2.根据权利要求1所述的基于LED的照明器材(100)，其中所述控制器(104)还包括用于存储针对相应环境温度的驱动电流值的存储器(105)。
3.根据权利要求2所述的基于LED的照明器材(100)，其中所述控制器(104)配置成将所测量的温度与所述LED的结温度相关联。
4.根据权利要求1所述的基于LED的照明器材(100)，其中所述控制器(104)包括以下项中之一微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)。
5.根据权利要求1所述的基于LED的照明器材(100)，其中所述控制器(104)基于所述驱动电流向所述电源(106)提供脉宽调制(PWM)信号。
6.根据权利要求1所述的基于LED的照明器材(100)，还包括第一封装(107)，其包括所述电源、所述温度传感器和所述控制器；以及第二封装(108)，其包括所述LED (102)。
7.根据权利要求1所述的基于LED的照明器材(100)，其中在第一基底之上提供所述电源(106)和所述控制器(104)并且在第二基底之上提供LED (10 ，并且所述位置在所述第一基底上。
8.一种用于控制LED的工作寿命的方法，所述方法包括 测量在基于LED的照明器材的位置处的温度；基于所测量的温度计算所述LED的结的温度；以及基于所述计算，调节驱动电流从而使得所述结处的温度保持在阈值水平之下，或者调节所述驱动电流以获得所述LED的特定发光输出，或者进行这两者。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在存储器中存储针对相应的环境温度的电压。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述驱动电流向电源提供脉宽调制信号。
11.一种存储可由控制器执行的、用于控制LED的工作寿命的程序的计算机可读介质， 所述计算机可读介质包括测量代码区段，用于测量在基于LED的照明器材的位置处的温度； 计算代码区段，用于基于所测量的温度计算所述LED的结的温度；以及调节代码区段，用于调节驱动电流从而使得所述结处的温度保持在阈值水平之下，或者调节所述驱动电流以获得所述LED的特定发光输出水平，或者进行这两者。
12.一种用于控制LED的工作寿命的装置，所述装置包括 电源，配置成向所述LED提供电功率；温度传感器，配置成确定在所述照明器材的选定位置处的温度； 控制器，连接于所述温度传感器和所述电源之间，并且配置成将所测量的温度与驱动电流相关联，以及配置成基于所述驱动电流提供输入信号。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述控制器还包括存储器，其存储针对相应的环境温度的输入功率。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制器还配置成将所测量的温度与结温度相关联。
15.根据权利要求12所述的装置，其中所述控制器包括以下项之一微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路 (ASIC)；以及所述输入信号是基于所述驱动电流提供给电源的脉宽调制(PWM)信号。
全文摘要
公开了一种基于发光二极管(LED)的照明器材，包括LED和配置成向LED提供电功率的电压源。基于LED的照明器材还包括温度传感器，配置成确定在照明器材的选定位置处的温度；以及控制器，连接于温度传感器和电压源之间，并且配置成确定环境温度和基于环境温度确定驱动电流，以及配置成基于驱动电流提供输入电压给LED。还描述了一种用于控制LED的工作寿命的方法、计算机可读介质以及装置。
文档编号H05B33/08GK102484917SQ201080038003
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年8月25日
发明者G·卡姆普贝尔, I·希克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司