用于控制led单元的电路装置以及对其进行操作的方法
【专利摘要】提供了一种用于控制至少一个LED单元(2)的亮度的电路装置(3，3’)，其包括用于从电源(4)接收相切操作电压的输入(8)，与所述输入(8)相连接并且适于从所述操作电压为所述至少一个LED单元(2)提供调光信号(12)的信号处理器(14，14’)。为了允许有效减少调光信号(12)中的噪声但是同时允许所述LED单元(2)的调光有所改进，所述信号处理器(14，14’)被配置为至少以噪声抑制模式(30)和调光模式(31)进行操作。提供了控制设备(15，15’)，其与所述信号处理器(14，14’)相连接并且被配置为依据所述操作电压的变化而设置所述信号处理器(14，14’)的模式。
【专利说明】用于控制LED单元的电路装置以及对其进行操作的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及照明领域，尤其涉及用于对至少一个LED单元的亮度进行控制的电路装置，包括相对应电路装置的LED灯以及至少一个LED单元的亮度控制方法。
【背景技术】
[0002]在照明领域中，白炽灯和卤素灯如今被LED灯所替代。低功耗和长寿命使得它们成为以上所提到的传统光源的非常有用的替代形式。除了在新设计的照明设备中使用这样的LED灯之外，存在着利用LED灯对现有照明系统进行改型并且因此替代以上所提到的一般类型的灯的特定需求。
[0003]在之前所提到的改型应用中，由于例如办公场所中安装的待改型的相应照明系统的设置或布线的变化并非轻易可能进行并且会导致改型处理的成本显著增加，所以通常需要针对所安装的相应照明系统而对LED灯进行调适以允许适当操作。
[0004]以上所提到的改型应用的特定示例是替换低压照明系统中的常见卤素型灯。这样的照明系统通常包括用于提供例如12V AC的电压的变压器。特别地，在这样的照明系统中，采用了诸如电子调光器的各种类型的调光器，其基于相位切割进行操作，即根据所期望的调光或亮度水平对RMS电压进行调适。
[0005]虽然相应的相切调光器允许常见类型的灯的调光操作，但是由于LED的指数电压表现，提供至LED灯的RMS电压的减少并不允许对LED进行有效调光。相反，LED灯的调光或亮度水平通常通过例如使用电流可控驱动器单元调节通过LED的电流进行设置。
[0006]取决于待改型的照明系统，允许根据用户使用所安装的相切调光器所设置的亮度或调光水平进行调光操作可能是有用的。当对这样的照明系统进行改型时，所期望的调光水平因此需要从操作电压中“提取”出来以允许LED灯的相应调光操作。
[0007]然而，以上所提到的相切调光器的开关行为在操作电压中导致噪声，但也由于通常采用的电子变压器中的开关操作所导致。该噪声通常由于LED灯使用明显低于常规灯的功率的事实而增加，从而调光器的负载不足或者低压系统中的调光器-变压器组合可能导致调光器的输出稍显不稳定。
[0008]因此，当使用操作电压来设置LED灯中的LED的电流时，所包括的噪声可能导致输出光线中可被人眼所看到的明显闪烁。特别是在0.1-1OOHz的频率范围中，有时甚至〈1%的光线输出变化也能够被人眼所注意到并且因此被认为是令人不适的。
[0009]因此，本发明的目标是提供一种用于对至少一个LED的亮度进行有所改进的控制而提供基本上无闪烁的照明输出的电路装置。
【发明内容】
[0010]该目标通过根据权利要求1的一种用于控制至少一个LED单元的亮度的电路，根据权利要求13的LED灯，根据权利要求14的照明系统以及根据权利要求15的控制至少一个LED单元的亮度的方法而实现。另外的从属权利要求涉及本发明的优选实施例。[0011]本发明的基本思想是提供一种信号处理器，其被配置为在噪声抑制模式和调光模式中从相切操作电压为LED单元提供调光信号。该调光信号可以作为电流设置点信号被提供至LED驱动器。
[0012]本发明基于以下发现，噪声抑制(即使用低通滤波器)通常导致了明显相移或时间滞后，从而在用户操作的情况下，即相对应电源的相切调光器的调光/亮度设置的变化的情况下，LED的亮度仅缓慢遵循变化的调光设置。在某些应用中，这可能是无法接受的。因此，本发明提出了在所述噪声抑制模式和所述调光模式中对所述信号处理器进行操作，以便在一方面允许LED亮度在用户操作即用户对相切调光器的调光/亮度设置进行改变的情况下快速反应，而且另一方面减少所述操作电压中所包括的噪声。所述信号处理器的模式依据所述操作电压的变化进行设置，该操作电压已经意外被发现是所述用户操作的指
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[0013]本发明因此有利地允许LED单元有所改进的调光操作，同时提供了基本上无闪烁的光输出。
[0014]本发明用于对所述至少一个LED单元的亮度进行控制的电路装置包括用于从电源接收相切操作电压的输入。该信号处理器与所述输入相连接并且适于从所述相切操作电压为所述至少一个LED单元提供所述调光信号。该信号处理器被配置为至少在所述噪声抑制模式和所述调光模式中进行操作。此外，本发明的电路包括控制设备，其与所述信号处理器相连接并且被配置为依据所述操作电压的变化而设置所述信号处理器的模式。
[0015]如以上所讨论的，本发明的电路包括至少一个用于从诸如低压电源的电源接收相切操作电压的输入。该输入可以为适当任意类型以允许到电源的持久或可拆除连接，并且例如包括两个电气端子，诸如连接针脚、焊盘或任意其它连接器或插头以允许至少操作期间的相对应电气连接。该输入显然可以包括另外的部件或电路。例如，该输入例如可以包括整流器以便向信号处理器提供单极相切操作电压。相对应的整流器例如是全波形桥接整流器。
[0016]根据本发明，该输入适于从电源接收所述相切操作电压，该操作电压基本上是正弦电压，其中每个波形(或通常的每半个波形)的一部分被截除或切除。在具有电子变压器的低压电源的情况下，该电压可以包括高频振荡。这里，相切正弦波可以形成所述高频振荡的包络。
[0017]虽然本文中的相切电源通常包括“调光器”，例如相切调光器，但是就波形(或者分别地包络)的一部分被截除的意义而言其有时也被称之为“相位触发(firing)激活控制器”，并且可以采用本领域中所使用的任何相切技术。
[0018]相对应类型的相切调光器适于通过在交变电压的每半个周期中的给定时间内关闭到负载的供电而减少电压的RMS数值并且因此减小传输至灯的功率，其中“开”和“关”时间的时间比(timing ratio)对应于用户所设置的调光水平。因此，所述相切操作电压固有地包括对应于用户的调光或亮度设置的调光信息。
[0019]该电源例如可以为AC市电类型或低压类型，其包括例如磁的或电子变压器之类的电器件。然而，在每种情况下，都存在用于相切操作的设备。
[0020]操作电压一般对应于例如正弦电压的交变电压，诸如来自IlOV或220V市电连接的AC电压。然而，优选的是，操作电压是安全低压，即等于或小于42V，最为优选地等于或小于25V或14V。电源因此可以对应于低压电源。
[0021]如以上所讨论的，该信号处理器例如通过直接的或通过诸如以下所讨论的滤波器的中间部件的适当电连接而与所述输入相连接。该信号处理器进一步适于从所述相切操作电压为所述至少一个LED单元提供调光信号。该信号处理器因此例如可以使用适当的持久或可拆除电连接而与输出相连接以便与所述至少一个LED单元相连接。在这种情况下的输出可以包括至少一个相对应的电端子，诸如连接针脚、焊盘或任意其它适当连接器或插头以至少在操作期间允许电连接。
[0022]该LED单元可以为任意适当类型并且包括至少一个发光二极管(LED)，在本发明的方面，该LED可以为任意类型的固态光源，诸如无机LED、有机LED或例如激光二极管的固态激光器。该LED单元显然可以包括串联和/或并联连接的多于一个的之前所提到的部件。对于一般照明应用而言，LED单元优选地可以为具有0.1-1w的标称功耗的中等功率LED单元。最为优选地，LED单元是高功率LED，即具有大于Iw的标称功耗，即在非调光状态下，本发明的电路对于其是特别有利的。该LED单元显然可以包括例如驱动器单元的另外的电路，以便根据所述信号处理器的调光信号对通过相应LED的电流进行设置。
[0023]如以上所讨论的，根据本发明的信号处理器被配置为从所述操作电压提供调光信号并且进一步至少以所述噪声抑制模式和所述调光模式进行操作。该信号处理器可以为任意适当类型以允许以上操作并且可以使用模拟和/或数字设置来实施。该信号处理器例如可以包括离散或集成电路、微控制器和/或计算设备。该信号处理器可以另外包括适当编程以提供以上功能。
[0024]该调光信号可以为任意适当类型以允许设置所述LED单元的亮度。优选地，所述调光信号的电压振幅对应于相应调光设置。术语“对应于”包括调光设置和调光信号之间的线性/非线性比例因数。调光信号可以由所述信号处理器根据预定处理而从所述操作电压生成。在所述噪声抑制模式中，该信号处理器可以提供操作电压的滤波，从而与所述操作电压相比，所述操作电压中出现的噪声或脉动得以从所述调光信号中去除或者至少基本上减少。
[0025]在本发明的上下文中，参考操作电压的术语“噪声”或“噪声信号”是指操作电压的随机和/或周期性振幅波动或脉动，如以上所讨论的，其通常由所述电源的开关操作所导致并且会在所述LED单元的光输出中导致闪烁。特别地，本文中的噪声可以是指0.0lHz至数MHz频率范围内的随机波动。
[0026]在对操作电压进行处理以生成所述调光信号时，处于所述调光模式的所述信号处理器的操作不同于处于噪声抑制模式中的操作。例如，处于所述调光模式的信号处理器可以被配置为具有减少的相移或时间常数/滞后，而使得调光信号快速“遵循”例如由用户进行的相切调光器的调光设置的变化所导致的所述操作电压的变化。优选地，所述调光模式中的相移低于所述噪声抑制模式中的相移。因此，该信号处理器也可以被称作可控滤波器设备。当然，该信号处理器可以配置为以以上所提到的两种模式以外的更多模式进行操作。
[0027]如以上所讨论的，根据本发明的所述信号处理器的模式由控制设备进行设置。该控制设备因此与信号处理器有线或无线连接并且被配置为依据所述操作电压的变化，即给定时间间隔中所述相切操作电压的RMS振幅数值的变化，来控制所述信号处理器的模式，如以上所讨论的，本发明人已经意外发现了操作电压的变化是所述用户操作的指示。当用户改变相切调光器的调光设置时，操作电压出现相对高的变化。优选地，控制设备因此被配置为在确定了所述操作电压的高度变化的情况下将信号处理器的模式设置为调光模式。
[0028]有利地，该调光信号随后“遵循”或对应于经改变的调光设置而并没有大幅时间滞后，从而LED单元的亮度在用户操作之后快速变化，因此提供了透明控制以及由此有所提升的用户体验。
[0029]控制设备可以为任意适当类型以允许确定操作电压的所述变化并且依据所确定的变化而控制该信号处理器。该控制器设备可以被形成为单独的电路或部件，或者可以与本发明电路的另外部件进行集成。优选地，该控制设备与所述信号处理器整体形成。为了确定所述操作电压的变化，该控制设备可以与输入、信号处理器和/或输出适当连接，即用于接收对应于操作电压和/或调光信号的信号。
[0030]根据本发明的研发，该控制设备进一步被配置为在所述操作电压的变化高于预定阈值的情况下将该信号处理器设置为所述调光模式。
[0031]该研发有利地提供了，在确定了所述操作电压相对高的变化的情况下，诸如在用户操作的情况下，即通过控制所述电源的相切调光器使得调光设置有所变化，所述信号处理器被设置为调光模式。当确定没有用户操作时，即在所述操作电压的变化等于或低于所述预定阈值的情况下，该控制设备优选地将所述信号处理器设置为所述噪声抑制模式以有效地过滤所述操作电压中所包括的噪声。
[0032]该阈值可以依据相应应用特别是依据所使用的相应电源的典型噪声振幅进行选择。优选地，该阈值可以小于1.5V ;最为优选地小于IV。
[0033]根据本发明进一步的研发，该控制设备被配置为通过将操作电压与参考信号相比较来确定所述变化。该参考信号可以为任意适当类型以允许与操作电压进行比较。优选地，该控制设备被配置为将操作电压的振幅或RMS振幅数值与参考信号的振幅或RMS振幅数值相比较。
[0034]最为优选地，该参考信号对应于调光信号。根据本实施例，操作电压即信号处理器的输入信号相对应地与其输出信号即调光信号进行比较。
[0035]本实施例是基于以下认识，即在操作电压突然变化的情况下，在操作电压和调光信号之间可能出现电压，从而所述操作电压的变化例如能够由相对应电压的量度来确定。该实施例因此允许可靠地确定所述操作电压的所述变化同时允许控制设备简单且成本有效的设置。
[0036]为了进一步改善至少一个LED单元的光输出，优选地，第一低通滤波器连接至所述输入和所述信号处理器之间，即用于从所述相切操作电压提供预滤波的操作电压。本实施例提供了，在操作电压被信号处理器进一步处理以获得所述调光信号之前对其进行预滤波。该信号处理器因此与所述滤波器相连接而使得从预滤波操作电压提供所述调光信号。该实施例有利地提供了，相切操作电压中所包括的噪声的实质性部分，例如之前所提到的电子变压器的高频振荡，在信号处理器的进一步处理之前被过滤掉，这提升了所述信号处理器的操作并且因此提升了整体电路的操作。
[0037]该低通滤波器可以是任意适当类型，例如RC低通滤波器电路。所述第一低通滤波器设备的截止频率可以依据应用进行选择；优选地，所述第一低通滤波器的截止频率处于IHz和20Hz之间。最为优选地，该介质频率处于IOHz和20Hz之间。[0038]根据本发明另外的优选实施例，该信号处理器包括第二低通滤波器以从所述操作电压提供所述调光信号。该第二低通滤波器利用第一截止频率在所述噪声抑制模式进行操作并且利用第二截止频率在所述调光模式进行操作，其中该第一截止频率低于所述第二截止频率。该实施例因此以可控的截止频率提供了所述操作电压的低通滤波。
[0039]所提到的所述噪声抑制模式中相对低的第一截止频率有利地提供了，甚至例如
0.l-5Hz范围内的低频噪声也得以被削弱而使得所述至少一个LED单元在操作期间的闪烁有所减少。所述调光模式中相对高的第二截止频率则允许调光信号立刻与用户操作相对应，这是因为提高的截止频率通常导致相应的低通滤波器的减少的相移或时间滞后。该实施例因此允许所述至少一个LED单元的亮度在用户操作时立刻“遵循”所述调光信息，而同时还提供了实质性降低的低频噪声。
[0040]如以上所描述的第二低通滤波器与以上预滤波即第一低通滤波器相结合是特别有利的。然而，本发明显然可以根据实施例而仅使用以上所提到的所述信号处理器的第二低通滤波器进行操作，而并不提供预滤波，即没有所述第一低通滤波器。
[0041 ] 该第一和第二截止频率可以根据应用并且对应于所使用的相应电源进行选择。第一截止频率应当尽可能低。优选地，第一截止频率为0.1Hz或更低。第二截止频率可以由所需的调光器响应速度进行选择，其中如以上所提到的，更高的截止频率导致减小的时间滞后。优选地，第二截止频率等于或高于20Hz。在存在之前所提到的第一低通滤波器的情况下，第二截止频率最为优选地高于所述第一低通滤波器的截止频率，这将使得第二低通滤波器无活动(inactive)。
[0042]优选地，第一截止频率对应于不足第二截止频率的1/5，即第二截止频率优选地至少比所述第一截止频率大五倍。该第二低通滤波器设备可以为任意适当类型以允许以上操作，然而优选地，第二低通滤波器是RC低通滤波器电路，例如包括至少一个电阻和电容路径以提供该信号处理器的成本有效的设置。该电阻和电容路径可以分别包括电阻和电容元件，它们可以作为离散部件或集成电路来提供。
[0043]最为优选地，该控制设备包括可开关控制电路。该控制电路并联于所述RC滤波器电路的所述电阻路径进行连接。该控制电路提供了可开关的交变电流路径以允许控制所述RC滤波器电路的截止频率。由于RC滤波器电路的截止频率fc由
【权利要求】
1.一种用于控制至少一个LED单元(2)的亮度的电路装置，包括 输入(8)，其用于从电源(4)接收相切操作电压， 信号处理器(14，14’)，与所述输入(8)相连接并且适配成从所述操作电压为所述至少一个LED单元(2)提供调光信号(12)，所述信号处理器(14，14’ )被配置为至少以噪声抑制模式(30)和调光模式(31)进行操作；和 控制设备(15，15’)，其与所述信号处理器(14，14’ )相连接并且被配置为依据所述操作电压的变化而设置所述信号处理器(14，14’ )的模式。
2.根据权利要求1的用于控制至少一个LED单元(2)的电路装置，其中所述控制设备(15，15’ )进一步被配置为在所述操作电压的变化高于预定义阈值的情况下将所述信号处理器(14，14’ )设置为所述调光模式(31)。
3.根据之前权利要求之一的用于控制至少一个LED单元(2)的电路装置，其中所述控制设备(15，15’ )进一步适配成通过将所述操作电压与参考信号进行比较来确定所述变化。
4.根据权利要求3的电路装置，其中所述参考信号对应于所述调光信号(12)。
5.根据之前权利要求之一的电路装置，其中第一低通滤波器(13)连接在所述输入(8)和所述信号处理器(14，14’ )之间。
6.根据之前权利要求之一的电 路装置，其中 所述信号处理器(14，14’ )包括第二低通滤波器以从所述操作电压提供所述调光信号(12)，并且 其中所述第二低通滤波器利用第一截止频率在所述噪声抑制模式(30)中进行操作，并且利用第二截止频率在所述调光模式(31)中进行操作，所述第一截止频率低于所述第二截止频率。
7.根据权利要求6的电路装置，其中所述第二低通滤波器是RC低通滤波器电路，其至少包括电阻路径(21)和电容路径(19)，并且其中所述控制设备(15，15’)包括可开关控制电路(23)，所述控制电路(23)与所述滤波器电路的所述电阻路径(21)并联布置以控制所述RC滤波器电路的截止频率。
8.根据权利要求3的电路装置，其中所述控制设备(15，15’)包括延迟单元(64)，其适配成接收所述操作电压并且提供对应于具有预定义延迟时间的所述操作电压的所述参考信号。
9.根据之前权利要求之一的电路装置，其中所述信号处理器(14，14’)包括采样电路(62)，其在激活时适配成对所述调光信号(14)的振幅进行采样，从而使得所述调光信号(14)对应于所述采样的振幅直至所述采样电路(62)被去激活。
10.根据权利要求9的电路装置，其中所述信号处理器(14，14’)被配置为使得所述采样电路(62)在所述噪声抑制模式(30)中被激活。
11.根据权利要求9或10之一的电路装置，其中所述信号处理器(14，14’)被配置为使得所述采样电路(62)在所述调光模式(31)中被去激活。
12.根据之前权利要求之一的电路装置，进一步包括驱动器单元(9)，其与所述输入(8)相连接并且适配成提供操作电流以对至少一个LED单元(2)进行设置，其中所述驱动器单元(9)进一步与所述信号处理器(14，14’)相连接以设置对应于所述调光信号(12)的操作电流。
13.—种LED灯，至少包括根据之前权利要求之一的电路装置(3，3，)以及与所述电路装置(3，3’ )相连接的一个或多个LED单元(2)。
14.一种照明系统，包括适配成提供相切操作电压的电源(4)以及连接至所述电源(4)的一个或多个根据权利要求13的LED灯(1，1，)。
15.一种利用电路装置(3，3’ )控制至少一个LED单元的亮度的方法，所述电路装置(3，3’ )包括用于从电源(4)接收相切操作电压的输入(8)，和与所述输入(8)相连接并且适配成至少在噪声抑制模式(30)和调光模式(31)中从所述操作电压提供调光信号(12)的信号处理器(14，14’)，其中所述信号处理器(14，14’ )的模式依据所述操作电压的变化进行设置。`
【文档编号】H05B33/08GK103782656SQ201280043821
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2011年9月8日
【发明者】D·J·A·克莱森斯, J·范波默林, J·W·欧布雷布斯凯, 王毅, P·L·Z·韦尔, S·艾兹米特 申请人:皇家飞利浦有限公司