CN100586241C - 用于控制led发光体的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对包含用于产生混合色光的多个颜色的LED光源的LED发光体(12)的控制系统(10；30；50)。该控制系统包括根据代表希望的光输出的设定点值与由响应于LED光源的产生的光的特性的至少一个光学传感器(14；32)所提供的第一控制数据之间的差值控制LED光源的装置(22)。该控制系统的特征在于，用于根据温度传感器(24)响应所述光学传感器(14；32)的温度所提供的第二控制数据补偿所述设定点值的装置(26；38)。该附加的温度传感器使得可能补偿光学传感器的光谱灵敏度变化，从而增加了该集成有光学传感器的LED发光体的颜色稳定性。本发明还涉及相应的控制方法。

Description

用于控制LED发光体的系统及方法

技术领域

本发明涉及用于LED发光体的控制系统，该发光体包含用于产生混合色光的多颜色的多个LED光源。本发明还涉及相应的控制方法。

背景技术

将多颜色的发光二极管(LEDs)混合以获得混合色是产生白光或有色光的常用方法。所产生的光由所用的LED类型以及由混合比率来确定。然而，当LED在工作过程中温度升高时，LED的光学特性发生变化：流量输出减少和峰值波长偏移。

为克服上述问题，为了补偿LED在使用过程中的光学特性的变化，已经提出了各种反馈系统。这些反馈系统提供LED发光体的颜色稳定性的改进。例如在文献WO03/037042和WO02/47438中公开了这种反馈系统做的例子。WO03/037042公开了一种LED发光体控制系统，该系统包括反馈单元，该反馈单元产生代表该LED发光体所产生的实际混合色光的反馈值。这些反馈值根据光电二极管的测量得到。该系统还包括控制器，该控制器用于根据获得的反馈值与代表所希望混合色光的参考值或设定点值之间的差值来调节LED。用这种方式，可以补偿LED的特性变化，以便LED发光体产生所希望混合色光。

然而，上述反馈系统以及其它已知的反馈系统存在的问题是，在实际的实施例中，检测LED实际输出的光电二极管或其它光学传感器将集成在LED发光体中。因此，不仅LED在工作过程中温度升高，而且光学传感器的温度也将升高。当光学传感器温度升高时，因为光学传感器的量子效率的变化而引起传感器的光谱灵敏度变化。这意味着，由传感器的测量受到了影响，这将导致LED发光体的颜色发生显著变化。温度升高大约60℃就已经可使LED发光体的输出产生明显可视的颜色变化。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，并提供一种改进的用于LED发光体的控制系统。

从以下描述将变得易于理解的这个及其它目的通过根据所附权利要求的用于LED发光体的控制系统及其相应的方法来达到。

根据本发明的一方面，提供一种对用于产生混合色光的LED发光体的控制系统，该LED发光体包含多个颜色的多个LED光源，该控制系统包括用于根据代表所希望光输出的设定点值与由至少一个光学传感器响应于LED光源产生的光的特性所提供的第一控制数据之间的差异来控制LED光源的装置，以及用于根据温度传感器响应于光学传感器的温度所提供的第二控制数据来补偿上述设定点值的装置。

本发明基于如下的理解：通过提供可以测量光学传感器温度的温度传感器，可以考虑到在控制/调整LED时(由于温度变化而引起的)光学传感器的光谱灵敏度的变化，由此该集成了光学传感器的LED发光体的颜色稳定性增加，并可以产生所希望的混合色。这样，除了现有反馈系统之外，该补偿装置及温度传感器形成正向馈送系统，并提供要由控制系统所使用的补偿的设定点值。还有，该系统的温度更加稳定。

光学传感器的温度可通过测量容纳LED及光学传感器的散热片的温度来获得。在这种情况下，所提供的温度传感器与散热片相连。可选地，该温度可以通过直接温度测量来测量，比如通过二极管的漏电流确定传感器温度。

根据本发明的实施方式，设定点值与所希望的混合色输出有关，即，与某颜色及流明输出有关，且所述至少一个光学传感器是滤光传感器(filtered sensor)。滤光传感器可提供代表实际产生的混合色光的第一控制数据，该第一控制数据可以和与所希望混合色光有关的补偿的设定点值进行比较，以便补偿例如随着LED温度升高而导致的波长偏移。

根据本发明的另一个实施方式，所述设定点值和所希望的通量输出有关，且所述至少一光学传感器为非滤光传感器(unfiltered sensor)。该非滤光传感器可以提供与LED光源产生的实际光通量有关的第一控制数据，该第一控制数据可以与和所希望的通量有关的补偿的设定点值做比较，以便补偿随LED温度升高导致的通量变化。这里，优选地，根据代表所希望混合色输出的第二设定点值对LED光源做进一步控制。

在本发明的又一个实施方式中，其中所述设定点值与LED发光体的输出的所希望通量有关，控制系统可以进一步包括用于计算每个LED光源的温度的装置，这里，该计算出的LED光源温度被包含在第二控制数据中。通过这种方法，关于光学传感器的光谱灵敏度及LED的波长偏移，可以补偿通量设定点值。每个LED光源的温度也可被用来补偿代表所希望混合色输出的第二设定点值，以便解决随LED温度变化而引起的波长偏移。每个LED光源的温度可例如基于散热片温度、LED光源的热模型以及LED光源的电流输入进行计算。

根据本发明的另一方面，提供一种用于控制产生混合色光的LED发光体的方法，该LED发光体包含多个颜色的多个LED，该方法包括根据代表所希望光输出的设定点值和由至少一个光学传感器响应LED光源产生的实际光特性所提供的第一控制信号之间的差值来控制LED光源，以及根据温度传感器响应于光学传感器的温度所提供的第二控制数据来补偿所述设定点值。该方法提供如用本发明前面讨论的方面所获得的类似的类似优点。

附图说明

现在将参照显示本发明的优选实施方式的附图对本发明的这些和其它方面进行更加详细的描述。

图1是显示根据本发明的实施方式的用于LED发光体的控制系统的电路图。

图2是显示根据本发明的另一个实施方式的用于LED发光体的控制系统的电路图。

图3是显示根据本发明的又一个实施方式的用于LED发光体的控制系统的电路图。

附图中相同的元件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1公开了根据本发明实施方式的LED发光体12的控制系统10。LED发光体或发光系统12包含驱动器及多个具有不同颜色的LED光源(未示出)。发光系统12可以例如包括一个包含适于发射红光的LED的LED光源，一个包含适于发射绿光的LED的LED光源，以及一个包含适于发射蓝光LED的LED光源。该发光系统12通过混合不同LED光源的输出产生例如白光。

与发光系统12相连有三个颜色传感器14，所述传感器适于分别对红、绿、和蓝光进行检测。颜色传感器14可以是滤光的光电二极管。传感器14将发光系统12产生的混合色光转换成分别对应于红、绿、蓝的三个传感值或者反馈值(第一控制数据)。这样，反馈值代表了实际产生的混合色光。

LED发光体控制系统10还包含用户界面16和校准矩阵18。表明所希望流明输出和LED发光体颜色的用户输入通过用户界面16接收。例如用户输入可采用代表在CIE 1931色度图中的某一位置的CIEx，y，L的形式。用户输入被传送到校准矩阵18，该校准矩阵18根据用户输入来计算设定点值。因此，该设定点值代表混合色光的所希望值。

另外，LED发光体控制系统10包含用来将任何设定点值与颜色传感器14所提供的相应反馈值(第一控制数据)进行比较的模块20，以及PID(比例积分微分)控制器22，该PID控制器22用来基于从模块20得出的差值对发光系统12中的不同LED光源的输出进行修正，以产生希望的混合色光。PID控制器22的输出还与校准矩阵18的输出相乘，之后传输给发光系统12。这样，颜色传感器14、模块20以及PID控制器22形成控制系统10中的反馈系统的一部分，其补偿了例如随着LEDs温度升高而产生的波长偏移。

根据本发明的当前实施方式，LED发光体控制系统10还包括温度传感器24和补偿模块26，其目的是考虑由于温度变化而带来的光学传感器的光谱灵敏度的变化。

温度传感器24适于检测光学传感器14的温度。工作时，利用温度传感器24检测的温度，即当前传感器温度(第二控制数据)，被提供给补偿模块26。补偿模块26转换校准矩阵18的设定点值(其仅当传感器的温度在某一校正温度时有效)以反映出在当前传感器温度下传感器的光谱灵敏度的变化。另外，将调整后的设定点值与模块20中相应的反馈值进行比较，设定点值和反馈值之间的差值被传到相应地采取行动的三个PID控制器22上。也就是，根据上述获得的差值，控制器22修正发光系统12中LED光源的输出以产生所希望的混合色光。

因此，当执行LED光源控制系统10中的温度传感器24和补偿模块26时，与模块20中相应反馈值相比较的设定点值作为光学传感器14的温度的函数被补偿，由此PID控制器22的输入并且从而LED光源的调整都受到了影响。如上所述，考虑到传感器的光谱灵敏度的变化导致产生具有增加的颜色稳定性的LED发光体。

图2公开了根据本发明的另一实施方式的用于LED发光体12的控制系统30。控制系统30与图1中的控制系统10之间的差别在于，控制系统30中的反馈系统只对随LED光源温度升高而产生的通量输出变化进行补偿，而没有对波长偏移进行补偿。

相应地，控制系统30包括所提供的与发光系统12相连的非滤光光电二极管32，该非滤光光电二极管32适于检测LED通量水平。由于这种非滤光光电二极管32不能区分红、绿、蓝光。因此，为了独立地测量每种LED颜色的通量，通过依次开/关不同LED颜色对发光系统的输出依时序地测量。这实质上是时分复用传感器。然后每种LED颜色的通量输出由时分多路复用器34和颜色信号采集器(color signal extractor)36确定。

控制系统30还包括提供代表LED光源的所希望通量输出的设定点值(通常该设定点值通过初始校正值预定)的通量参考模块38，以及用来将任一设定点值与光电二极管32提供的相应反馈值(第一控制数据)进行比较的模块40。PID控制器22还适于基于从模块40中得出的差值对发光系统12中的不同LED光源的输出进行修正，以便产生具有所希望通量的光。为了实现用户所选择的颜色，PID控制器22的输出在传给发光系统12之前可以与校准矩阵20的输出(第二设定点值)相乘，校准矩阵20与用户界面18相连。因此，非滤光光电二极管32、模块40和PID控制器22形成了控制系统30中的反馈系统的一部分，其补偿随LED温度升高而产生的通量变化。

根据本发明的当前实施方式，LED发光体控制系统30进一步包括温度传感器24，其使得有可能考虑到由温度变化而引起的光电二极管42的光谱灵敏度的变化。

温度传感器24适于检测非滤光光电二极管32的温度。当工作时，温度传感器24检测的温度，即当前光电二极管温度(第二控制数据)，被提供给通量参考模块38，其中初始设定点值被转换，以便得出在所测量的光电二极管的温度下的正确的通量设定点值。因此，如果光电二极管的温度变化，通量参考值将相应地变化。因此，与模块40中相应的反馈值进行比较的设定点值已经作为光电二极管32的温度的函数得到了补偿，由此PID控制器22的输入并且从而对LED光源的调整都受到了影响。如上所述，考虑到了传感器的光谱灵敏度变化导致产生具有增加的通量稳定性的LED发光体。

图3公开了根据本发明的又一实施方式的用于LED发光体12的控制系统50。控制系统50与图2的控制系统30相似，不同之处在于，在控制系统50中，LED的波长偏移作为它们的结温(junction temperature)的函数得到了额外补偿。结温是LED中活性层(active layer)的温度。

除了图2中的控制系统30，控制系统50还包含用于计算各个LED光源(如红、绿、蓝LED光源)的温度(即结温)的装置52。结温可以利用温度传感器24对散热片54的温度进行第一次测量来获得，散热片54容纳发光系统12的上述光电二极管32和LED光源。然后，每个LED光源的结温可通过采用散热片温度、连同LED光源的热模型以及LED光源的电流输入(通过计算装置52)进行估计。此外，对散热片温度重新计算以获得光电二极管温度，如前面所讨论的实施方式中所述，该光电二极管的温度(第二控制数据)被用来对通量设定点值进行补偿。

因此，由计算装置52获得的结温数据提供给校准矩阵18，以解决随着LED温度变化而产生波长偏移。另外，由于光电二极管的通量灵敏度是波长相关的，所以该结温数据被传输给通量参考模块38以便补偿通量设定点值。由此，在本实施方式中，第二控制数据包括当前传感器温度和当前LED光源温度，由此，对于传感器的灵敏度变化以及LED的峰值波长的变化，通量设定点值被补偿。这导致LED发光体的增加的颜色稳定性。

本领域技术人员认识到本发明决不限定于上述优选实施方式。相反，很多修正及变化可能包括在所附权利要求的范围内。例如，在本发明的任一实施方式中，可运用通过测量容纳光学传感器的散热片的温度来测量光学传感器温度的方面。

还有，根据本发明的控制系统及方法可被用于不同的LED组合，如RGB、AGB、RAGB、磷光体转化的LED系统等。

进一步的，传感器域(sensor domain)和致动器域(actuator domain)的任何适当转换可在上述系统中实施。

Claims (5)

1、一种用于LED发光体(12)的控制系统(10；30；50)，该LED发光体包含多个颜色的多个LED光源用于产生混合色光，该控制系统包括：

根据代表所希望光输出的设定点值与由至少一个光学传感器(14；32)响应LED光源产生的光的特性所提供的第一控制数据之间的差值控制LED光源的装置(22)，其特征在于还进一步包括：

由温度传感器(24)响应所述光学传感器(14；32)的温度所提供的第二控制数据来补偿所述设定点值的装置(26；38)；

用于计算每个LED光源的温度的装置(52)，所计算出的LED光源温度被包含在所述第二控制数据中；

其中所述设定点值与所希望的通量输出有关，其中根据代表所希望混合色输出的第二设定点值进一步控制所述LED光源，以及根据所述计算出的LED光源温度对所述第二设定点值进行补偿。

2、如权利要求1所述的控制系统，其中所述光学传感器(14；32)的温度通过测量散热片(54)的温度获得，该散热片容纳所述LED光源及光学传感器。

3、如权利要求1所述的控制系统(10)，其中所述设定点值与所希望的混合色输出有关，并且其中所述至少一个光学传感器为滤光传感器(14)。

4、如权利要求1或2所述的控制系统(30；50)，其中所述至少一个光学传感器为非滤光传感器(32)。

5、一种用于控制LED发光体(12)的方法，该LED发光体(12)包含多个颜色的多个LED光源用于产生混合色光，该方法包括：

根据代表所希望光输出的设定点值与由至少一个光学传感器响应LED光源产生的光的特性所提供的第一控制数据之间的差值来控制LED光源，

其特征在于，其进一步包括：

根据温度传感器响应所述光学传感器的温度所提供的第二控制数据来补偿所述设定点值；

计算每个LED光源的温度，所计算出的LED光源温度被包含在所述第二控制数据中；

使得所述设定点值与所希望的通量输出有关；

根据代表所希望混合色输出的第二设定点值进一步控制所述LED光源，以及根据所述计算出的LED光源温度对所述第二设定点值进行补偿。

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