具有可调节色温的可调光led灯组件的制作方法

具有可调节色温的可调光led灯组件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于LED灯组件在AC电源调光时进行混色的电路，以实现可调节的色温。根据一个实施例，可调光LED灯组件具有第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源，所述第一LED光源和第二LED光源产生白色光，所述第三LED光源产生有色光；LED驱动器，其被配置通过提供具有两个输出端子的单通道可变DC电流源来给所述LED光源提供电力；以及电流调节器，其在由所述调光器模块减小AC功率导致LED驱动器输出电流降低时，保持所述第三LED光源通路中的电流基本恒定，从而改变所述LED光源的组合所产生的光的颜色。
【专利说明】具有可调节色温的可调光LED灯组件
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及发光二极管(LED)灯组件，更具体地涉及为了获取可调节的色温而在调光期间进行颜色混合的LED电子电路。
【背景技术】
[0002]色温的概念是基于可见光源的温度与理想黑体辐射体的温度的对比。色温(CT)表示法赋予以开尔文(K)为单位的、由被加热黑体源所发射的颜色的数值。黑体辐射体是在所有波长上都具有完美吸收特性的理论材料，这使其成为最佳的热辐射的发射体。
[0003]人们通常根据光源的“白度”对“暖度”来考虑色温，即“日光白”是5000_6500k、“冷白色”是3500-5000k，“暖白色”是3500k及以下。例如白炽灯丝的热光源，被称为“白炽辐射体”，并且具有在整个可见光谱更加均匀扩展的光谱功率分布(sro)。不是白炽辐射体的光源，其在所有光谱波长上都不呈现可见光谱辐射，是按照“相关色温”(CCT)表示法测量的。CCT表示法是根据人类的感知来调节的。白色LED使用CCT表示法进行测量。
[0004]众所周知，在灯调暗时，白炽灯所产生的光线的颜色会改变。当白炽灯处于额定的满功率时，其相关色温(CCT)通常在2700k至3300k的范围内。然而，在白炽灯调暗时，CCT则变为低至1700k，近似火柴火焰的颜色。对于人眼，白炽灯看上去是从白色转变到黄色，或者在调暗时发出“温暖的辉光”。许多年来，白炽灯的这种固有特性已被看作是结合AC调光器模块一起使用以在餐馆、宾馆、剧院、家庭等场所中营造温暖而舒适环境的一种特征。
[0005]由于LED灯组件的能源有效性，近年来这种灯组件开始流行，LED灯组件在将组件调暗时发出通常不改变颜色的光。来自LED光源的白色光在AC调光器模块的整个范围上具有恒定的CCT。因此，即使在调暗时处于较低亮度水平，由LED灯组件所发出的白色光也会让人觉得奇怪或不自然，特别是在试图创建在上述环境中使用的温暖的照明效果时。LED灯组件制造商已经意识到这个问题，但仍需找到一种方式以用低成本的方式准确地复制白炽灯的“温暖的辉光”的调光特性。
[0006]用LED光源模拟白炽灯“调光同时呈现暖光”特征的一种方式是光学地将白色LED与琥珀色(黄色/橙色)LED混合，并控制它们的电流，以这样的一种方式使得来自LED组合的混合色光从3000K的白色光变到有调光的更显琥珀黄的白色光。传统上，LED系统执行两个或多于两个有色LED的混合，LED系统使用分别控制每个有色LED的单个驱动器，或使用设计成具有两个或多于两个单独的输出通道的单个驱动器，其中每个输出通道在驱动器内被单独地控制。Melanson的编号为US7，288，902的美国专利以引用的方式并入本文，其描述了这样一种电路，其具有多个光源以响应于变化的调光水平来改变色温。光源驱动器响应于所选的调光水平将单独的驱动电流提供给每个光源，以便实现需要的色温。必须使用至少一个双通道的LED驱动器为琥珀色LED和在该电路中的白色LED阵列提供电力。
[0007]使用单独的LED驱动器或多通道输出LED驱动器来控制每个LED有色阵列有几个缺点。第一且最重要的是增加的成本。随着LED灯变得更为普遍，设计者寻求成本最有效的替代方式。第二，复杂性和可靠性问题要求最简单的解决方案。为特定类型的调光器所设计的定制的多通道LED驱动器不是优选的照明解决方案。第三，如果调光同时呈现暖光功能可以在仅使用由单通道LED驱动器提供的两个输入的LED光引擎里面实现，那么LED光引擎可以被用于大多数任意的LED驱动器，且其可以用大多数任意的AC调光器模块来进行调光。
[0008]因此，存在对于LED电路布置和LED灯组件的需求，它可以与单通道可变DCLED驱动器一起使用，以在调光水平改变时模拟白炽灯的色温变化。

【发明内容】

[0009]本公开的各方面针对混色LED的电路和装置，其用于在调光时达到可调节的色温。根据一个实施例，公开了一种可调光LED灯组件，其包括第一 LED光源和第二 LED光源，所述第一 LED光源产生的光在颜色上视觉地不同于由所述第二 LED光源所产生的光的颜色；LED驱动器，其具有被配置成与具有调光器模块的可调光AC电源连接的两个输入端子，所述LED驱动器被配置成通过向LED光源提供需要不超过两个电连接的单通道可变DC电源输出来给所述LED光源提供电力，所述第一 LED光源和所述第二 LED光源跨接LED驱动器输出并联耦合；以及仅与所述第二 LED光源串联耦合的电流调节器，其使所述第二 LED光源中的电流在由所述调光器模块减小AC功率导致LED驱动器的DC输出功率降低时基本上保持恒定，从而改变所述第一 LED光源和所述第二 LED光源的组合所产生的光的颜色。
[0010]根据另一个实施例，公开了一种可调光LED光引擎电路,其具有第一 LED光源和第二 LED光源，所述第一 LED光源产生的光在颜色上视觉地不同于由所述第二 LED光源所产生的光的颜色；而且还具有第三LED光源，其产生的光在颜色上与第一LED光源所产生的光的颜色基本相同，所述第三LED光源与第一 LED光源和第二 LED光源的并联组合串联连接。
[0011]根据另一个实施例，公开了一种可调光LED灯组件，具有第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源，所述第一 LED光源和第二 LED光源产生白色光，所述第三LED光源生成有色光，每个LED光源都具有第一端子和第二端子；LED驱动器，其具有被配置成与由调光器模块产生的可调光AC电压连接的两个输入端子，该LED驱动器被配置成通过提供具有两个输出端子的单通道可变DC电流源来给LED光源提供电力，所述第一输出端子连接到所述第一 LED光源的第一端子、所述第二 LED光源的第一端子和第三LED光源的第一端子都连接到所述第一 LED光源的第二端子；以及具有第一端子和第二端子的电流调节器，其第一端子连接到所述第三LED光源的第二端子，所述电流调节器的第二端子和所述第二 LED光源的第二端子连接到所述LED驱动器的第二输出端子，由此LED驱动器提供的单通道可变DC电流通过所述第一 LED光源串联电流通路，并在所述第二 LED光源和第三LED光源的并联电流通路之间分配，并且由此所述第三LED光源通路中的电流在所述调光器模块减小所述AC电压导致LED驱动器输出电流降低时基本上保持恒定，从而改变所述LED光源的组合所产生的光的颜色。
[0012]还公开了一种可调光LED光引擎，其具有适合于连接到LED驱动器的第一输入端子和第二输入端子，所述LED驱动器被配置成连接到AC电源调光器模块，所述LED驱动器被配置成通过向LED光源提供需要至多两个电连接的单通道可变DC电源输出来给LED光源提供电力，所述可调光LED光引擎包括:跨接所述第一输入端子和第二输入端子并联耦合的第一 LED光源和第二 LED光源,所述第一 LED光源产生的光在颜色上不同于第二 LED光源所产生的光的颜色；电流调节器，其仅与第二 LED光源串联耦合，由此所述第二 LED光源中的电流在由所述调光器模块减小AC功率导致LED驱动器的DC输出功率降低时基本上保持恒定，从而改变了所述第一 LED光源和第二 LED光源的组合所产生的光的颜色。可调光LED光引擎还可包括第三LED光源，其产生的光在颜色上与第一 LED光源所产生的光的颜色基本上相同，所述第三LED光源与所述第一 LED光源和所述第二 LED光源的并联组合串联连接。
[0013]根据本公开的一个方面，所述可调光LED灯组件不需要具有分别控制白色LED阵列和琥珀色LED阵列的用于每个LED光源的单独的LED驱动器或多通道输出LED驱动器。本发明设计可由实施幅度调节的任何类型的现有可调光LED驱动器来实现。通过这种方式，现有LED灯组件可以根据LED所涉及的电压按照本公开的LED光引擎来改装，而不需要更换LED灯组件。这使得客户可以用LED光引擎来改造现有LED灯组件，从而实现调光同时呈现暖光效果的特性。
[0014]本公开的方面还提供了微控制器的使用，以提供对电流调节器的更精确的控制，同样，该电流调节器提供了调光时更精确地模拟白炽灯特性黑体曲线。
[0015]本公开的另一个方面提供了在非常低的调光水平上的精确的色温校正来近似模拟白炽灯调光曲线，并且避免了在基于AC电力增加的较低调光范围内的颜色偏移。
[0016]对于本领域的普通技术人员而言，结合参照下面提供的附图和简要描述的各种实施例和/或各个方面的详细描述，会容易理解前述和本发明的其它方面和实施例。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]下面的附图描述了本发明的一些示意性实施例，其中相同的参考数字表示相同的器件。这些实施例应当被理解成本发明的示例性说明，而不是以任何方式进行限制。
[0018]图1是根据本公开的实施例的可调光LED灯组件的电路框图。
[0019]图2是图1电路中的相对LED电流对调光器模块所提供的调光百分比的图形表
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[0020]图3是根据本公开的另一个实施例的可调光LED灯组件的电路框图。
[0021]图4是图3电路中的相对LED电流对调光器模块所提供的调光百分比的图形表
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[0022]图5是利用微控制器控制电流调节器的可调光LED灯组件的可选择的实施例的电路框图。
[0023]图6是图5电路中的相对LED电流对调光器模块所提供的调光百分比的图形表
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[0024]图7是根据本发明公开的另一个实施例的可调光LED灯组件的电路框图。
[0025]图8是显示由图5和图7的微控制器实施的为所述电流调节器生成调光控制信号的操作步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0026]现参照图1，示出了可调光LED灯组件100的电路框图。组件100被连接到AC电源102 (在美国为120伏AC电压)。然而，本发明不限于任何特定的AC电源电压。尽管调光器模块104可以根据调光器模块的类型以不同的方式连接，但是如下面所论述的，在该框图中所示的AC电源调光器模块104与AC电源102串联连接。无论哪种情况，AC电源调光器模块104都向LED灯组件100的两个输入端子106和108提供了可调节的AC电力信号。
[0027]如本领域众所周知的，AC电源调光器模块通常如图1所示的与AC电源串联耦合。一般来讲，存在不同类型的调光器工作方式:相位调光、模拟调光和数字调光。对于相位调光，家居照明中最普遍的类型是正相位调光(也称为前沿相位调光)，因为它仅需要两根AC电线。其它类型的相位调光，反相调光(也称为后沿相位调光)，需要三根电线连接到调光器。不论哪种情况，LED驱动器都可用于将AC相位可调光电力转换为DC电力。模拟调光器，如常见的0-10伏的DC调光器，但是它需要另外两根电线来实现。这些类型的调光器常见于商业环境中。最后一种是数字调光，如数字可寻址照明接口(DALI)、C-BUS (施耐德电器商标)等，也可用于控制LED驱动器的电力输出。在任何情况下，不管使用哪种类型的AC调光器结构，只要相应的可调光LED驱动器被配置为产生通过2根电线的单个可变DC电流源输出，那么在此公开的LED引擎就能与该类型的AC电源调光器模块一起提供上面所述的许多优点。
[0028]所述可调光AC电力信号被提供给LED驱动器120，其通常位于LED组件100内。LED驱动器将AC电力信号转换成在LED光引擎130的两个输入端子122和124上可获得的单通道可变DC电力输出。如本领域中所知，光学器件140也通常与组件100相结合，以实施混合白色LED光与有色LED光的功能。
[0029]典型的LED驱动器将AC电力线电压转换为恒定DC电压源输出或恒定DC电流源输出。因为LED的颜色可随驱动电流的微小变化而改变，所以当用恒定电流源驱动时，大多数LED运行地更好。如果向LED驱动器输入的电力被减小(例如通过正相调光器)，那么LED驱动器电流源输出也将按比例减小。来自LED驱动器的可变DC电流源输出通常用于控制白色LED阵列的调光。有很多种可用的电流源LED驱动器，这是由于通常要出于特定应用和LED光引擎中使用的LED类型的考虑来对它们进行选择。例如，可以与图1所示的实施例一同使用的LED驱动器是可从加州圣克拉拉市Exclara公司获得的EXM055LED驱动器。许多其他的兼容LED驱动器可以从新泽西州萨默塞特的飞利浦照明电子公司和内华达州拉斯维加斯的Magtech工业公司获得。
[0030]需要注意的是，在LED驱动器120和LED光引擎130之间仅使用了两个电连接122和124。在LED灯组件100内部，这表示其自身仅有两根进入LED光引擎模块的电线。这种双电线驱动器输出结构是目前市场上很多单色光引擎模块的标准结构。然而，根据本发明公开的各个方面，调光同时呈现暖光效果的特征也可以通过仅使用两根电连接到LED光引擎模块来实现。
[0031]LED光引擎130包括如白色LED阵列的第一 LED光源150，如琥珀色LED阵列的第二 LED光源160，以及电流调节器170。电流调节器170和琥珀色LED阵列160串联连接，使得电流调节器限制了流过琥珀色LED阵列的电流量。电流调节器170不与白色LED阵列150串联连接。相反，白色LED阵列150直接在输入端122和124并联跨接在LED驱动器120的输出上。同样地，琥珀色LED阵列160和电流调节器170的串联组合也直接在输入端122和124并联跨接在LED驱动器120的输出上。如下面所见，这会形成使LED驱动器源电流I (drv)流入两个LED阵列的并行通路，其中一条是通过白色LED阵列150的通路I (wht),而另一条是通过琥拍色LED阵列160和电流调节器170的通路I (amb)。
[0032]如将下面进一步解释的，只有白色LED阵列150中的电流I (wht)随着调光开始而减小，由于电流调节器170以及该电路的并行电流通路的设计，琥珀色LED160中的电流I (amb)保持不变。换句话说，通过白色LED阵列的电流I (wht)被减少了 I (drv)和I(amb)电流之间的差。随着LED驱动器源电流I (drv)通过调光被减小，由于电流调节器170的作用，I (wht) /I (amb)比率不成比例地变化。因此，所述白色LED和琥珀色LED的组合CCT经光学器件140混合后，在调光时具有较少的白色成分和较多的琥珀成分。在下面结合图2更全面的描述了在调光期间对这些LED阵列上的电流限制效果。
[0033]在优选实施例中，LED光源150是白色LED阵列，其由8个单个的LED151、152、153、154、155、156、157和158如图1所示的串连构成。同样地，第二 LED光源160是琥珀色LED阵列，其由5个单个LED161、162、163、164、165构成。然而，正如这里所使用的，术语LED可以指具有单管芯或多管芯的单个发光二极管器件。同样地，术语LED光源可以指与封装无关的任何基于LED的光源。因此，根据其特定应用和/或所需的颜色效果，LED光源可以包括一个或多个单个的LED。在本实施例中，白色LED阵列150包括八个串联连接的单个白色LED的阵列，在470mA驱动时，其具有大约850流明的3000k的相关色温，而琥珀色LED阵列160包括五个串联连接的单个琥珀色LED阵列，其在50mA驱动时，具有约40流明的590nm波长。当然，可以使用其他具有不同特性的LED。LED光引擎130的备选实施例可以利用具有包围白色板上芯片(COB)的多个单黄色/琥珀色LED的单个的、高功率、COB的白色LED阵列实现。另外，LED光引擎可以被实施为单个COB阵列，例如，其中白色LED和琥珀色LED以同心环图案被构建在一块板上。如将在下面描述的，在其它实施例中，这些有色LED可以是红色LED和黄色LED的组合，或者是红色LED、蓝色LED及绿色LED的组合。可以结合在此公开的实施例实现许多其它LED颜色和封装变化。
[0034]电流调节器170也可以通过多种方式实现。实现电流调节器的最简单方法是使用单个电阻与琥珀色LED阵列160串联连接。由于LED驱动器120将可变DC恒流源输出到所示LED电路设置的输入端子122和124，并且由于并联设置的白色LED阵列及琥珀色LED阵列将横跨限流电阻170的电压固定为指定电压，所以该电阻可作为电流调节器。然而，单个串联电阻器作为恒流调节器的性能并不是最优的，这是因为电流控制是基于横跨LED的电压降，其可能在不同LED阵列之间变化。横跨LED的电压降将中的任何微小差别都将引起不同组件中的LED光引擎中的电流强度的微小差别，这可以被看作是LED灯组件颜色的微小变化。当然，单个电阻也带来了一些功率损耗。
[0035]在优选的实施例中，可以使用限流线性调节器集成电路来实现电流调节器170。这样的集成电路电流调节器的示例是可以从加州苗必达市的线性技术公司获得的200mA的双端子可编程电流源LT3092。它仅需要两个电阻器来将输出电流设定在0.5mA和200mA之间。另一个例子，正如在很多实施例中使用的一样，是可以从德国慕尼黑的英飞凌科技AG公司获得的InfineonBCR421。分立电路组件也能被用来实现线性电流调节器电路。线性调节器也会造成一些功率损耗。可选地，第三电流调节器实施方案将使用限流开关模式调节器。类似于开关模式电源，开关模式调节器将提高功率效率。然而，开关模式调节器通常成本较高。[0036]图2显示了图1电路中的相对LED电流(纵轴)对AC调光器模块提供的调光电源百分比(横轴)的变化曲线的曲线图200。在图2横轴上的点202表示了 100%满功率(B卩100%调光)，LED驱动器源电流I (drv)等于通过白色LED阵列150的电流I (wht)和通过琥珀色LED阵列160的电流I (amb)之和。电流调节器170保持通过琥珀色LED阵列160的电流I (amb)大小恒定，因为它仅允许预设的最大电流量流过该并联通路。源电流I (drv)的剩余部分必须作为I (wht)流过经白色LED阵列的另一并联电流通路。换句话说，正如从图1的电路图中可以看到的，I (drv) =I (wht) +I (amb)。
[0037]在调光期间，随着AC调光器模块的功率减少，LED源电流也减小了，如图所示，I(drv)电流线向左减少。注意，琥珀色LED阵列的电流I (amb)保持恒定移向点202的左边。通过白色LED阵列的电流I (wht)减少了 I (drv)和I (amb)之差。因此,I (wht)=I(drv) -1 (amb)。由于现在I (drv)/I (amb)电流比改变了，白色LED和琥拍色LED组合的CCT，当经过光学器件140混合时，将具有较少的白色成分和相同量的琥珀色成分。现在通过LED光组件模拟，这就产生了所需的白炽灯调光同时呈现暖光的效果。在该实施例中，LED光引擎在大约1800K-3200k的CCT范围内工作。
[0038]注意，通过白色LED阵列150的电流I(wht)远大于通过琥珀色LED阵列160的电流I (amb)。当在点202开始调光时，由于电流调节器170的作用，琥珀LED阵列的电流I(amb)保持恒定,只有白色LED阵列的电流I (wht)减小了。在点204处,两个电流I (wht)和I (amb)是相等的，并且LED光引擎的CCT将同时具有白色成分和琥珀色成分。进一步调光到点206，通过白色LED阵列的电流I (wht)变为零，但是通过琥珀LED阵列的电流I(amb )还没有减少到零，直到在曲线图上到达点208，在此处LED驱动器电流I (drv)才变为零。在点206和208之间的低调光区域中没有来自白色LED阵列的白光贡献。因此，在横轴的0%功率(即0%调光)点208右侧附近，组合LED光输出就完全变为了琥珀色，并且可以呈现异常的橙色。在特定的应用中，这种低电流的调光也可以在启动或关闭时产生相对于整个调光范围的明显的颜色偏移。
[0039]图3说明了根据本发明公开的可调光LED灯组件的另一个实施例。该实施例类似于图1所示的实施例，在图3的300系列中的相同编号的部件类似于图1的100系列中的相同编号的部件。例如，AC电源302通过AC电源调光器模块304在输入端子306和308上连接到可调LED驱动器320。关于图3中类似部件的完整说明，参照图1中100系列的相同编号的组件。
[0040]图3包括单独的LED光源380，其由单个白色LED351构成，且与并联组合的由白色LED352-358组成的白色LED光源350和由琥珀色LED361-365组成的有色LED光源360两者串联连接。如前所述，电流调节器370与有色LED光源360电流通路串联连接。以这种方式，恒流源LED驱动器320提供了从其端子322输出的通过具有电流I (whtl)的第一个白色LED351的可变DC驱动电流I (drv),如图所示，I (whtl)在并联电流通路I (wht2)和I (amb)之间分配。这些并行电流通路在端子324合并且返回到LED驱动器。单独的白色LED光源380的使用提高了 LED光引擎330的性能以允许更大范围的调光，而没有在较低的调光电流上完全变为琥珀色。如可从下面看到的，这也提高了调光时的启动和关闭性倉泛。
[0041]图4的曲线图400显示了图3电路中的相对LED电流。在该实施例中，LED驱动器源电流I (drv)等于通过第一个白色LED380的电流I (whtl)。除此之外，该曲线图在高功率水平上与先前在图2中描述的大致相同。在点402处，电流调节器370将通过琥珀色LED阵列360的电流I (amb)保持在预定大小，该电流大小与通过白色LED阵列350的电流贡献相比在满功率时并不重要。如图3的电路图所示，I (drv) =I (whtl) =I (wht2)+I (amb)ο
[0042]在调光时，LED驱动器的电流I (drv)被减小，并且通过白色LED的电流I (whtl)和I(wht2)成比例地减小。和前面一样，通过白色LED阵列350的电流I(wht2)以I(drv)和I (amb)之差减少、或者说以I (wht2)=I (drv) -1 (amb)减小。同样,该白色LED和琥珀色LED组合的CCT被减小以提供所需的调光同时呈现暖光的效果。
[0043]然而，增加的串联白色LED380在较低调光范围提供了显著的优点。当继续调光到点404左边时,在该点，电流I (wht2)和I (amb)是相等的，并且进一步到点406,在该点通过主白色LED阵列的电流I (wht2)变为零，可以发现，在与琥珀色LED阵列360电流通路I(amb)混联的串联连接的白色LED380的电流通路I (whtl)仍有可见白光。因此，现在，在点406和408之间的区域有白光贡献以防止LED光引擎在0%功率(即0%调光)点408的右侧附近产生完全琥珀色光。当然，必须恰当地选择LED光源380的LED数量和类型。在该实施例中，LED光源380包括与图1的LED阵列实施例所用的LED相同的单个白色LED351，而且LED光源350包括七个相同的白色LED352-358。LED光源360包括与图1的LED阵列实施例所用的LED相同的五个琥珀色LED361-365。可以进一步优化这些LED的数量和类型以在调光器的低电流范围内进一步调节CCT。
[0044]图5是另一个备选实施例，显示了利用微控制器控制该电流调节器的LED灯组件电路。同样，该实施例类似于图1和图3所示的实施例，在图5的500系列的相同编号的组件类似于图1的100系列和图3的300系列的相同编号的部件。关于图5中相似部件的完整描述，请参见前面附图中的相同编号的部件。
[0045]在图5中，LED光引擎530同样仅通过两个电连接522和524连接到LED驱动器520，并经单通道可变DC电流源输入工作。即使采用了微控制器，也并不需要额外的电线或信号或其他信息通过LED驱动器从调光器被传送至微控制器。当用户希望将现有LED组件升级为具有调光同时呈现暖光特性时，这一特性极为有用，因为可以通过改装新的LED光引擎模块来完成，而无需更换所有新的LED组件。
[0046]微控制器590可以添加到LED光引擎530以提供对电流调节器570的更多动态控制，反过来，该微控制器590也提供了调光时对白炽灯特性调光曲线的更接近的模拟。在本实施方式中，微控制器输出控制信号至电流调节器的输入，以动态和精确地控制通过琥珀色LED阵列560的电流I (amb)。为了使微控制器精确地确定LED驱动器源电流I (drv)的变化，将电流传感电阻596串联插入到电流源驱动通路I (drv)，并使用运算放大器594向微控制器提供所测量的电压降。微控制器590由5V的DC调节器592供电，其从LED驱动电流源输出端子522获得电力。在优选实施例中，微控制器590为InfineonXC836，其是具有片上EEPR0M、片上RAM和A/D转换器(ADC)的8位微控制器。
[0047]图6是图5电路中的相对LED电流对调光器模块提供的调光百分比的曲线图600。可以看到，在表示满功率(100%调光)的点602，LED驱动电流I (drv)为最大值，该电流也是通过白色LED光源580的串联通路的电流I (whtl)。微控制器590已经在该点关闭了电流调节器570，使得没有电流I (amb)流过琥珀色LED阵列560。因为并行通路中的白色LED阵列550的电流I (wht2)与并行通路的琥珀色LED阵列560中的电流I (amb)的分流，并且由于如前所述，I (wht2) =I (drv) -1 (amb),那么I (wht2)也为最大值。
[0048]随着调光百分比增加到曲线图上的点604，微控制器590感知(通过传感电阻596和放大器594)到LED驱动器520提供的源电流I (drv)已经减小了，并且因此向电流调节器570提供控制信号，以增加通过琥珀色LED阵列560的电流。由于并行通路电路结构，将从提供给白色LED阵列550电流通路I (wht2)的电流中减去通过琥珀色LED阵列的任何电流增量。这被显示为图6中所示的点604处的顶部线I (drv)=I (whtl)和I (wht2)电流之间的差异。随着调光百分比进一步向点606增加，微控制器继续向电流调节器570提供控制信号，从而不断改变通过琥珀色LED阵列的电流量以遵循在微控制器的存储器中编程的任何期望的曲线，直至在点608处达到零驱动电流I(drv)。曲线图600显示微控制器590提供了非常精确和光滑的调光同时呈现暖光的效果。
[0049]因此，微控制器的使用允许LED光引擎530在调光时更接近地模拟白炽灯的调光特性曲线。另一个优点在于，所述微控制器能够用于颜色校准以最小化LED之间的任何单元到单元的颜色变化。此外，可编程微控制器用来实现LED温度测量和进行温度补偿以及LED寿命特性补偿。当然，微控制器本身消耗电流，因此系统的效率会更低，成本更高，并且由于微控制器所消耗的电流，也会使更低的调光开始点变大。这些都是选择实现该实施例时所需要考虑的设计均衡。
[0050]图7也是另一个备选实施例，类似于图5实施例的微控制器，但是使用两种不同的颜色校正LED阵列。同样，该实施例的许多部件类似于上述实施例，而且在700系列中也有相同编号的组件。
[0051]在图7中，LED光引擎730包括串联的白色LED光源780，主白色LED阵列750和如图所示的电流调节的两个有色LED阵列760A和760B。在该实施例中，串联LED光源780包括单个白色LED751，而LED阵列750包括串联成一串的七个白色LED752-758。第一个有色LED阵列760A是绿色LED阵列，由电流调节器770A调节。在该实施例中，使用了 5个串联成一串的绿色LED761-765。第二个有色LED阵列760B是红色LED阵列，由电流调节器770B调节。在该实施例中，使用了 4个串联成一串的红色LED766-769。需要注意的是，在有色串联串之间的具体线路布置，其中，如图7所示，第一个红色LED766连接在第一个绿色LED761之后。因此，到有色LED阵列760的全部电流I (clr)量在分配到两个有色LED阵列760A和760B之前先通过绿色LED761。这样做是为了改善在较低调光电流大小时的混色性能。
[0052]与上述实施例中相同，微控制器的使用允许LED光引擎更接近地在调光期间模拟白炽灯的特性黑体曲线。然而，这仍然很难使用单个琥珀色LED阵列对色温进行校正。因此，LED光引擎730的多色配置解决了该问题，并允许设计者真实模拟白炽灯调光和非常接近地复制其黑体曲线特性，这是由于使用了在微控制器控制下的两个或多于两个独立控制的彩色LED阵列来校正色温。在图7所示的实施例中，主白色LED光源750使用绿色LED阵列760A和红色LED阵列760B的组合进行调光同时呈现暖光效果。这些颜色可以用其它的红色、绿色和蓝色LED来代替或扩充，以便能够将色温置于黑体曲线上的任何位置。
[0053]图8是显示由图5的微控制器590和/或图7的微控制器790执行的步骤的流程图，以为每个电流调节器产生控制信号。微控制器程序的整体目标就是解析LED驱动器提供的DC电流源输出的幅度调制，并向所述电流调节器提供控制信号以模拟调光同时呈现暖光效果的特性。注意，该功能的所有逻辑控制都在LED光引擎模块内，基于可调光LED驱动器的双线输出提供的信息来执行。因此，LED光引擎530或730能够执行调光同时呈现暖光的功能并独立于可调LED驱动器之前的AC调光器的类型。
[0054]以下描述提供了可以与在这里描述的很多实施例一起使用的微控制器程序的例子。正如本领域技术人员理解的那样，某些选项或特征可能没有在所有实施例中使用或并不适用于所有实施例，但出于完整性的目的也在下面进行了描述。当然也可以使用其他的微控制器程序和技术。
[0055]在步骤802，当5V调节器从LED驱动器接收到足够的工作电压时，微控制器首次通电。在步骤804中，微控制器初始化其内置计时器、EEPROM和模拟数字转换器(ADC)。接下来，在步骤806中，它读取由传感电阻器测到的通过运算放大器的I (drv)驱动电流输入值，并且通过该微控制器的内置ADC输送。在步骤808中，微控制器对该输入电流读数滤波以确保滤除测量中的任何不想要的噪声。
[0056]在步骤810，微控制器使用滤波后的电流读数作为查找表(LUT)的索引来确定每个通道(即每个电流调节器控制的有色LED阵列的电流通路)的调光水平。LUT可以存储在微控制器的EEPROM或闪存中。事先生成用于每个LED光引擎配置类型的查找表，并告知微控制器每种有色LED阵列在各种调光水平上于需要多少电流，以为该LED光引擎提供适当的CCT。根据该信息，在步骤812，所述微控制器提供控制信号到每个电流调节器，以为每个通路调节调光水平。基于初始校准水平，进一步调节该信号，该初始校准水平可以被编程进微控制器来调节LED之间的颜色和流明变化。
[0057]在步骤814，如下所述，微控制器读取EEPROM以确定光引擎已工作的小时数。该“运行时间”值将随后被用于连接到“寿命计时器”。
[0058]在步骤816中，如先前步骤806所做的一样，微控制器再次读取由传感电阻器测到的经过ADC的I (drv)驱动电流输入值。如果LED光引擎模块具有温度传感器，在步骤818中所述微控制器还读取通过ADC的线路板温度。正如本领域所公知的，LED颜色可以随温度变化，因此如果已知线路板的温度，那么微控制器可以进行温度补偿。
[0059]如前面已经完成的，微控制器在步骤820对输入电流读数进行滤波，以确保滤除任何不想要的噪声。同样，微控制器使用该滤波后的电流读数作为查找表(LUT)的索引，以在步骤822中确定每个通路的调光水平。
[0060]在步骤824中，微控制器更新其寿命计时器，来跟踪LED寿命。正如本领域所公知的，LED通常在其使用寿命内不会烧坏，但是却容易造成其亮度的降低。因此，通过持续跟踪LED寿命，该微控制器可以通过调节流过LED的电流来补偿这种亮度的降低。
[0061 ] 最后，在步骤826中，微控制器向每个电流调节器输出控制信号以基于校准水平、温度和寿命来调节每个通路的调光水平。然后所述微控制器程序继续循环回到步骤816以读取另一输入电流值，如果此刻用户改变了 AC调光器，该电流值可以不同。以这种方式，微控制器通过控制流过LED光引擎中的一个或多个电流调节器的电流，连续精确地模拟白炽灯的调光同时呈现暖光的性能。
[0062]虽然在此已经说明和描述了本发明公开的具体实施例和特定实施方式，但是应该理解，本公开并不局限于此，各种其它实施例、实现方式和改变对本领域技术人员来说是明显的。本发明公开旨在覆盖任何和所有落入本说明书真实思想和范围内的其它的实施例、实施方式和改变。
【权利要求】
1.一种可调光LED灯组件，其包括: 第一 LED光源和第二 LED光源,所述第一 LED光源产生的光在颜色上视觉地不同于由所述第二 LED光源所产生的光的颜色； LED驱动器，其具有两个输入端子，所述两个输入端子被配置成与具有调光器模块的可调光AC电源连接，所述LED驱动器被配置成通过向所述LED光源提供需要不超过两个电连接的单通道可变DC电源输出使得来自所述LED驱动器的电流经由所述两个电连接中的一个流入所述第一 LED光源和所述第二 LED光源以给所述LED光源提供电力，所述第一 LED光源和所述第二 LED光源跨接所述LED驱动器输出并联耦合；以及 电流调节器，其仅与所述第二 LED光源和所述两个电连接中的另一个串联耦合， 由此，当由所述调光器模块减小AC功率导致所述LED驱动器的DC输出功率降低时，在所述第二 LED光源中的电流基本上保持恒定，从而改变由所述第一 LED光源和所述第二 LED光源的组合所产生的光的颜色。
2.根据权利要求1所述的可调光LED灯组件，其中所述LED驱动器被配置成通过提供单通道可变DC电流源来给所述LED光源提供电力。
3.根据权利要求1所述的可调光LED灯组件，其中所述第一LED光源产生白色光，并且其中所述第二 LED光源产生琥珀色光，并且其中所述LED灯组件还包括混合所述LED光源所产生的光的光学器件。
4.根据权利要求1所述的可调光LED灯组件，还包括第三LED光源，所述第三LED光源产生的光在颜色上与 所述第一 LED光源所产生的光的颜色基本相同，所述第三LED光源与所述第一 LED光源和所述第二 LED光源二者的并联组合串联连接。
5.根据权利要求1所述的可调光LED灯组件，还包括微控制器，所述微控制器被配置为向所述电流调节器提供信号，用于动态地改变所述第二 LED光源中的电流。
6.一种可调光LED灯组件，其包括: 第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源，所述第一 LED光源和所述第二 LED光源产生白色光，所述第三LED光源产生有色光，每个LED光源都具有第一端子和第二端子； LED驱动器，其具有两个输入端子，所述两个输入端子被配置成与由调光器模块产生的可调光AC电压连接，所述LED驱动器被配置为通过提供具有两个输出端子的单通道可变DC电流源来给所述LED光源提供电力，第一输出端子连接到所述第一 LED光源的第一端子，所述第二 LED光源的第一端子和所述第三LED光源的第一端子都连接到所述第一 LED光源的第二端子；以及 电流调节器，其具有第一端子和第二端子，所述电流调节器的第一端子连接到所述第三LED光源的第二端子，所述电流调节器的第二端子和所述第二 LED光源的第二端子连接到所述LED驱动器的第二输出端子， 其中由所述LED驱动器提供的单通道可变DC-电流通过所述第一 LED光源的串联电流通路，并在所述第二 LED光源和所述第三LED光源的并联电流通路之间分配，并且其中当由所述调光器模块减小AC电压导致所述LED驱动器输出电流降低时，在所述第三LED光源的通路中的电流基本上保持恒定，从而改变由所述LED光源的组合所产生的光的颜色。
7.根据权利要求6所述的可调光LED灯组件，其中所述第一LED光源包括单个白色LED。
8.根据权利要求7所述的可调光LED灯组件，其中所述第二LED光源包括一串串联的至少七个白色LED。
9.根据权利要求8所述的可调光LED灯组件，其中所述第三LED光源包括一串串联的至少五个琥珀色LED。
10.根据权利要求6所述的可调光LED灯组件，还包括微控制器，所述微控制器被配置为向所述电流调节器提供信号，用于动态地改变所述第三LED光源中的电流。
11.根据权利要求10所述的可调光LED灯组件，还包括电流传感电路，所述电流传感电路被配置为向所述微控制器提供信号，用于确定所述LED驱动器源电流中的变化。
12.—种可调光LED光引擎，其具有适合于连接到LED驱动器的第一输入端子和第二输入端子，所述LED驱动器被配置为连接到具有调光器模块的AC电源，所述LED驱动器被配置成通过向所述LED光源提供需要不超过两个电连接的单通道可变DC电力输出来给LED光源提供电力，所述可调光LED光引擎包括: 第一 LED光源和第二 LED光源，其跨接所述第一输入端子和所述第二输入端子并联耦合，所述第一 LED光源产生的光在颜色上视觉地不同于所述第二 LED光源所产生的光的颜色； 第三LED光源，其与所述第一 LED光源和所述第二 LED光源两者的并联组合串联连接； 电流调节器，其仅与所述第二 LED光源串联耦合， 由此，当由所述调光器模 块减小AC功率导致所述LED驱动器的DC输出功率降低时，在所述第二 LED光源中的电流基本上保持恒定，从而改变所述第一 LED光源和所述第二 LED光源的组合所产生的光的颜色。
13.根据权利要求12所述的可调光LED光引擎，其中所述LED驱动器还被配置成通过提供单通道可变DC电流源来给所述LED光引擎提供电力。
14.根据权利要求12所述的可调光LED光引擎，所述第三LED光源产生的光在颜色上与由所述第一 LED光源所产生的光的颜色基本相同。
15.根据权利要求12所述的可调光LED光引擎，还包括用于混合由所述LED光源所产生的光的光学器件。
16.根据权利要求12所述的可调光LED光引擎，还包括微控制器，该微控制器被配置为向所述电流调节器提供信号，用于动态地改变所述第二 LED光源中的电流。
17.—种可调光LED光引擎，其具有适合于连接到LED驱动器的第一输入端子和第二输入端子，所述LED驱动器被配置成连接到由调光器模块所产生的可调光AC电压，所述LED驱动器还被配置成通过提供具有两个输出端子的单通道可变DC电流源来给所述LED光引擎提供电力，所述可调光LED光引擎包括: 第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源，所述第一 LED光源和所述第二 LED光源产生白色光，所述第三LED光源产生有色光，每个LED光源都具有第一端子和第二端子，所述第一 LED光源的第一端子连接到所述LED光引擎的第一输入端子，所述第二 LED光源的第一端子和所述第三LED光源的第一端子都连接到所述第一 LED光源的第二端子；以及 电流调节器，其具有第一端子和第二端子，所述电流调节器的第一端子连接到所述第三LED光源的第二端子，所述电流调节器的第二端子和所述第二 LED光源的第二端子连接到所述LED光引擎的第二输入端子，其中由所述LED驱动器提供的单通道可变DC-电流在所述第二 LED光源和所述第三LED光源的并联电流通路之间分配，并且其中当由所述调光器模块减小AC电压导致所述LED驱动器输出电流降低时，在所述第三LED光源通路中的电流基本上保持恒定，从而改变所述LED光源的组合所产生的光的颜色。
18.根据权利要求17所述的可调光LED光引擎，其中所述第一LED光源包括单个白色LED。
19.根据权利要求18所述的可调光LED光引擎，其中所述第二LED光源包括由至少七个白色LED构成的阵列。
20.根据权利要求19所述的可调光LED光引擎，其中所述第三LED光源包括由至少五个有色LED构成的阵列。
21.根据权利要求17所述的可调光LED光引擎，还包括微控制器，该微控制器被配置为向所述电流调节器提供信号，用于动态地改变所述第三LED光源中的电流。
22.根据权利要求21所述的可调光LED光引擎，还包括电流传感电路，该电流传感电路被配置为向所述微控制器提供信号，用于确定所述LED驱动器源电流中的变化。
23.根据权利要求1所述的可调光LED灯组件，还包括: 第三LED光源，其与所述第一 LED光源和所述第二 LED光源的并联组合串联连接；以及微控制器，其被配置为向 所述电流调节器提供被配置成动态地改变所述第二 LED光源中的电流的信号。
【文档编号】H05B33/08GK103843458SQ201280044069
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2011年9月12日
【发明者】斯里尼瓦莎·M·巴德拉, 约翰·G·塞拉, 迈克尔·吉尔尼维斯基 申请人:朱诺制造有限公司