CN101561083A - 一种色温可变的led发光装置及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种色温可变的LED发光装置及其实现方法，包含三个不同颜色的LED灯组、一个控制器和一个温度传感器，第一LED灯组是白光LED灯，第二LED灯组是黄光LED灯，第三LED灯组是红光LED灯，每个LED灯组中LED灯的数量至少为1个，温度传感器可以将环境温度传送到控制器，控制器根据比较的结果，找出该温度的设定区间，再根据与该温度传感器响应电压参数对应的白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的电压控制参数来调节该三组LED灯组的光强度比例，以实现随着环境温度的变化而自动改变色温，由于采用三组不同颜色的组，特别是补充了红光，极大地提高了发光装置的显色性，其光谱更接近自然光。

Description

一种色温可变的LED发光装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种LED发光装置，尤其涉及一种色温随外界环境温度变化而改变的一种色温可变的LED发光装置及其实现方法，属于电子技术领域。
背景技术
单一波长的白光LED是不存在的。白光LED光源一般是通过在蓝光LED芯片上涂敷黄光荧光粉来实现的，蓝光通过黄光荧光粉激发产生的黄光与已有蓝光合成就形成了所需的白光。LED发出的白光色温取决于黄光和蓝光的合成比例，一旦荧光胶涂敷到蓝光LED芯片表面后色温就已经确定而不能改变，通常情况下，白光LED光源是由其固有波长范围为430nm～480nm的蓝光和荧光粉激发的波长范围为555nm～585nm的黄光合成的，色温在2000K～10,000K之间但不可调。然而现实照明中我们会根据温度或环境的不同需要不同色温的照明，比如冬天时我们希望灯发出的光线是暖色调的，而夏天能发出冷色调的光；又比如一天的早上是冷色调的，而晚上是暖色调的，目前只能根据需要进行调整或更换不同色调的LED灯，还没有出现一种色温可随环境温度变化的LED灯，满足不了人们的要求。
发明内容
本发明要解决的问题是为了克服上述技术的缺陷，提供一种根据环境温度的变化，可以自动调整色温以适应环境温度的一种色温可变的LED发光装置及其实现方法。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种色温可变的LED发光装置，其特征在于：所述LED发光装置包含三个不同颜色的LED灯组、一个控制器和一个温度传感器；
其中，第一LED灯组是白光LED灯，其波长范围是由发光波长为430-480nm的蓝光和波长为555-585nm的黄光所合成的；
第二LED灯组是黄光LED灯，波长为555-585nm；
第三LED灯组是红光LED灯，波长为600-630nm；
以上每个LED灯组中LED灯的数量至少为1个；
温度传感器，对周围环境的温度进行感测，并将所测的温度信号发送给控制器；
控制器，接收温度传感器所感测的温度信号，并将接收的温度信号与所设定的温度值进行比较，找出与该温度值相对应的LED灯组电压控制参数，并以此参数值来调整提供给LED灯组的驱动电流。
白光LED灯的优化方案，所述白光LED灯的色温为6000K～8000K。
控制器的优化方案，所述控制器包括电连接的CPU控制单元、存储单元、信号处理电路和输出接口驱动电路；
所述存储单元内储存有与温度传感器的响应相对应的电压参数，并储存有白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的电压控制参数以及每个LED灯组中LED灯的数量；
所述信号处理电路将温度传感器所感测的温度信号输出给CPU控制单元，CPU控制单元将该信号与存储单元内的存储信息比较，输出控制信号并经输出接口驱动电路控制所述三个不同颜色LED灯组的驱动电流。
所述实现方法包括以下步骤：
首先预置一组温度参数以及与该温度参数相对应的温度传感器响应电压参数和白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的电压控制参数，并预置每个LED灯组中LED灯的数量；
对外界的环境温度进行采样，得到温度模拟信号；
将温度模拟信号转换为温度数字信号；
将温度数字信号与温度传感器响应电压参数进行比较，根据比较的结果得到与该温度传感器响应电压参数对应的白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的电压控制参数；
根据电压控制参数分别控制白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的驱动电流以调节该三组LED灯组的光强度比例，以实现与环境温度相适应的色温。
LED发光装置的具体应用，所述LED发光装置可用于制作色温可变的筒子灯。
LED发光装置的具体应用，所述LED发光装置可用于制作色温可变的日光灯。
LED发光装置的具体应用，所述LED发光装置可用于制作色温可变的吸顶灯。
LED发光装置的具体应用，所述LED发光装置可用于制作色温可变的照明灯泡。
LED发光装置的具体应用，所述LED发光装置可用于制作色温可变的路灯。
本发明采用以上技术方案，与现有技术方案相比具有以下优点：温度传感器可以将环境温度传送到控制器，控制器根据比较的结果，找出该温度的设定区间，再根据与该温度传感器响应电压参数对应的白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的电压控制参数来调节该三组LED灯组的光强度比例，以实现随着环境温度的变化而自动改变色温；由于采用三组不同颜色的灯组，特别是补充了红光LED灯组，极大地提高了发光装置的显色性，其光谱更接近自然光。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明
附图说明
附图1为本发明实施例1中LED发光装置的结构示意图；
附图2为本发明实施例1中LED发光装置的结构示意图；
附图3为本发明实施例2中LED发光装置的结构示意图；
附图4为本发明实施例2中LED发光装置的结构示意图；
附图5为本发明实施方式中控制器的结构框图；
附图6为本发明实施例中实现方法的框图。
图中：1-基体，2-白光LED灯，3-黄光LED灯，4-红光LED灯
具体实施方式
以下实施方式以采用本发明LED发光装置制作道路照明灯为例。
图1、图2为本发明实施例1中LED发光装置的结构示意图，在基体1上安装三个不同颜色的LED灯组，第一LED灯组为白光LED灯2，数量为4个，色温为6500K，波长范围是由发光波长为430-480nm的蓝光和受上述波长的蓝光所激发的荧光粉而发出的波长为555-585nm的黄光所合成的，第二LED灯组为黄光LED灯3，数量为4个，波长为555-585nm，同样是受上述波长的蓝光所激发的荧光粉而发出的，第三LED灯组为红光LED灯4，数量为4个，波长为600-630nm。
图5为LED发光装置中控制器的结构框图，色温可变的LED发光装置还包括一个控制器和一个温度传感器，控制器包括电连接的CPU控制单元、存储单元、信号处理电路以及输出接口驱动电路1、输出接口驱动电路2和输出接口驱动电路3，温度传感器对周围环境的温度进行感测，并将所测的温度信号发送给信号处理电路，信号处理电路将温度传感器所感测的温度信号输出给CPU控制单元，CPU控制单元将该信号处理后，输出控制信号给3个输出接口驱动电路，输出接口驱动电路1控制恒流源1红色LED灯组的驱动电流，输出接口驱动电路2控制恒流源2黄色LED灯组的驱动电流，输出接口驱动电路3控制恒流源3白色LED灯组的驱动电流。
图6为LED发光装置色温改变实现方法的框图，首先在存储单元内预置一组温度参数以及与该温度参数相对应的温度传感器响应电压参数Vs和白光LED灯组电压控制参数Vw、黄光LED灯组电压控制参数Vy和红光LED灯组的电压控制参数Vr，并预置每个LED灯组中LED灯的数量；
然后温度传感器对外界的环境温度Tc进行采样，得到温度模拟信号；
信号处理电路将温度模拟信号转换为温度数字信号Vc后传送到CPU控制单元；
CPU控制单元将接收到的温度数字信号Vc与预置的温度传感器响应电压参数Vs进行比较，根据比较的结果得到与该温度传感器响应电压参数Vs对应的白光LED灯组电压控制参数Vw、黄光LED灯组电压控制参数Vy和红光LED灯组的电压控制参数Vr并输出；
再由3个输出接口驱动电路和与之对应的3个恒流源分别控制白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的驱动电流以调节该三组LED灯组的光强度比例，以实现与环境温度相适应的色温。
对LED发光装置的具体要求为：白光LED灯组的光强保持不变，并在四个不同的外界环境温度范围内改变照明灯的色温，即：a)低于0℃，b)0℃-15℃，c)15℃-30℃，d)高于30℃。
1)首先在存储单元中预置对应于环境温度为0度、15度和30度时温度传感器的响应所对应的电压值Vs1、Vs2和Vs3，其中Vs1为5.0V、Vs2为5.40V和Vs3为5.75V；
2)再在存储单元中预置红光LED灯组的电压控制参数Vr的4个数值：a1、a2、a3和a4，黄光LED灯组的电压控制参数Vy的4个数值：b1、b2、b3和b4，其中a1对应的电压值为9.6V，a2对应的电压值为9.2V，a3对应的电压值为8.4V，a4对应的电压值为8.0V，b1对应的电压值为13.2V，b2对应的电压值为13.4V，b3对应的电压值为12.8V，b4对应的电压值为12.0V，由于要求白光LED灯组的光强保持不变，因此白光LED灯组的电压控制参数Vw始终设置在13.2V，即恒流源3输出驱动白光LED灯组的电流始终为350mA；
3)环境温度为Tc，温度传感器测得与环境温度Tc对应的采样值为Vc；
温度与电压控制参数的关系如下表：
  环境温度Tc   温度数字信号Vc   电压控制参数Vr   电压控制参数Vy
  Tc＜0℃   Vc＜Vs1   a1(9.6V)   b1(13.2V)
  0℃＜Tc＜15℃   Vs1＜Vc＜Vs2   a2(9.2V)   b2(13.4V)
  15℃＜Tc＜30℃   Vs2＜Vc＜Vs3   a3(8.4V)   b3(12.8V)
  Tc＞30℃   Vc＞Vs3   a4(8.0V)   b4(12.0V)
将LED发光装置的温度控制在0℃以下时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc低于5.0V，CPU控制单元输出的电压控制参数Vr为a1，对应的电压值为9.6V，对应电压值9.6V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为350mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b1，对应的电压值为13.2V，对应电压值13.2V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为300mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为2710K；
将LED发光装置的温度控制在0℃和15℃之间时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc在5.0V至5.4V之间，CPU控制单元输出的的电压控制参数Vr为a2，对应的电压值为9.2V，对应电压值9.2V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为300mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b2，对应的电压值为13.4V，对应电压值13.4V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为350mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为3460K；
将LED发光装置的温度控制在15℃和30℃之间时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc在5.4V至5.75V之间，CPU控制单元输出的电压控制参数Vr为a3，对应的电压值为8.4V，对应电压值8.4V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为100mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b3，对应的电压值为12.8V，对应电压值12.8V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为250mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为5110K；
将LED发光装置的温度控制在30℃以上时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc高于5.75V，CPU控制单元输出的电压控制参数Vr为a4，对应的电压值为8.0V，对应电压值8.0V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为50mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b4，对应的电压值为12.0V，对应电压值12.0V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为50mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为6450K。
图3、图4为本发明实施方式2中LED发光装置的结构示意图，在基体1上安装三个不同颜色的LED灯组，第一LED灯组为白光LED灯2，数量为6个，色温为6500K，波长范围是由发光波长为430-480nm的蓝光和受上述波长的蓝光所激发的荧光粉而发出的波长为555-585nm的黄光所合成的，第二LED灯组为黄光LED灯3，数量为4个，波长为555-585nm，同样为受上述波长的蓝光所激发的荧光粉而发出的，第三LED灯组为红光LED灯4，数量为4个，波长为600-630nm。
图5为LED发光装置中控制器的结构框图，色温可变的LED发光装置还包括一个控制器和一个温度传感器，控制器包括电连接的CPU控制单元、存储单元、信号处理电路以及输出接口驱动电路1、输出接口驱动电路2和输出接口驱动电路3，温度传感器对周围环境的温度进行感测，并将所测的温度信号发送给信号处理电路，信号处理电路将温度传感器所感测的温度信号输出给CPU控制单元，CPU控制单元将该信号处理后，输出控制信号给3个输出接口驱动电路，输出接口驱动电路1控制恒流源1红色LED灯组的驱动电流，输出接口驱动电路2控制恒流源2黄色LED灯组的驱动电流，输出接口驱动电路3控制恒流源3白色LED灯组的驱动电流。
图6为LED发光装置色温改变实现方法的框图，首先在存储单元内预置一组温度参数以及与该温度参数相对应的温度传感器响应电压参数Vs和白光LED灯组电压控制参数Vw、黄光LED灯组电压控制参数Vy和红光LED灯组的电压控制参数Vr，并预置每个LED灯组中LED灯的数量；
然后温度传感器对外界的环境温度Tc进行采样，得到温度模拟信号；
信号处理电路将温度模拟信号转换为温度数字信号Vc后传送到CPU控制单元；
CPU控制单元将接收到的温度数字信号Vc与预置的温度传感器响应电压参数Vs进行比较，根据比较的结果得到与该温度传感器响应电压参数Vs对应的白光LED灯组电压控制参数Vw、黄光LED灯组电压控制参数Vy和红光LED灯组的电压控制参数Vr并输出；
再由3个输出接口驱动电路和与之对应的3个恒流源分别控制白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的驱动电流以调节该三组LED灯组的光强度比例，以实现与环境温度相适应的色温。
对LED发光装置的具体要求为：在五个不同的外界环境温度范围内改变照明灯的色温，即：a)低于0℃，b)0℃-10℃，c)10℃至20℃，d)20℃-30℃，e)高于30℃。
1)首先在存储单元中预置对应于环境温度为0度、10度、20度和30度时温度传感器的响应所对应的电压值Vs1、Vs2、Vs3和Vs4，其中Vs1为5.0V、Vs2为5.25V、Vs3为5.50V和Vs4为5.75V；
2)再在存储单元中预置红光LED灯组的电压控制参数Vr的5个数值：a1、a2、a3、a4和a5，黄光LED灯组的电压控制参数Vy的5个数值：b1、b2、b3、b4和b5，白光LED灯组的电压控制参数Vw的5个数值：c1、c2、c3、c4和c5，其中a1对应的电压值为9.6V，a2对应的电压值为9.2V，3对应的电压值为8.8V，a4对应的电压值为8.4V，a5对应的电压值为8.0V，b1对应的电压值为13.2V，b2对应的电压值为13.4V，b3对应的电压值为13.2V，b4对应的电压值为12.6V，b5对应的电压值为12.0V，c1对应的电压值为18.9V，c2对应的电压值为18.9V，c3对应的电压值为19.5V，c4对应的电压值为19.8V，c5对应的电压值为20.1V；
3)环境温度为Tc，温度传感器测得与环境温度Tc对应的采样值为Vc；
温度与电压控制参数的关系如下表：
环境温度Tc 温度数字信号Vc   电压控制参数Vr   电压控制参数Vy   电压控制参数Vw
Tc＜0℃   Vc＜Vs1   a1(9.6V)   b1(13.2V)   c1(18.9V)
0℃＜Tc＜10℃   Vs1＜Vc＜Vs2   a2(9.2V)   b2(13.4V)   c2(18.9V)
10℃＜Tc＜20℃   Vs2＜Vc＜Vs3   a3(8.8V)   b3(13.2V)   c3(19.5V)
20℃＜Tc＜30℃   Vs3＜Vc＜Vs4   a4(8.4V)   b4(12.6V)   c4(19.8V)
Tc＞30℃   Vc＞Vs4   a5(8.0V)   b5(12.0V)   c5(20.1V)
将LED发光装置的温度控制在0℃以下时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc低于5.0V，CPU控制单元输出的电压控制参数Vr为a1，对应的电压值为9.6V，对应电压值9.6V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为350mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b1，对应的电压值为13.2V，对应电压值13.2V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为300mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vw为c1，对应的电压值为18.9V，对应电压值18.9V恒流源3输出驱动白光LED灯组的电流为200mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为2730K；
将LED发光装置的温度控制在0℃和10℃之间时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc在5.0V至5.25V之间，CPU控制单元输出的电压控制参数Vr为a2，对应的电压值为9.2V，对应电压值9.2V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为300mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b2，对应的电压值为13.4V，对应电压值13.4V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为350mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vw为c2，对应的电压值为18.9V，对应电压值18.9V时恒流源3输出驱动白光LED灯组的电流为200mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为3470K；
将LED发光装置的温度控制在10℃和20℃之间时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc在5.25V至5.5V之间，CPU控制单元输出的电压控制参数Vr为a3，对应的电压值为8.8V，对应电压值8.8V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为200mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b3，对应的电压值为13.2V，对应电压值13.2V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为300mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vw为c3，对应的电压值为19.5V，对应电压值19.5V时恒流源3输出驱动白光LED灯组的电流为250mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为4380K；
将LED发光装置的温度控制在20℃和30℃之间时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc在5.5V至5.75V之间，CPU控制单元输出的电压控制参数Vr为a4，对应的电压值为8.4V，对应电压值8.4V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为100mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b4，对应的电压值为12.6V，对应电压值12.6V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为200mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vw为c4，对应的电压值为19.8V，对应电压值19.8V时恒流源3输出驱动白光LED灯组的电流为300mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为5320K；
将LED发光装置的温度控制在30℃以上时，温度传感器采样得到的温度数字信号电压Vc大于5.75V，CPU控制单元输出的电压控制参数Vr为a5，对应的电压值为8.0V，对应电压值8.0V时恒流源1输出驱动红光LED灯组的电流为50mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vy为b5，对应的电压值为12.0V，对应电压值12.0V时恒流源2输出驱动黄光LED灯组的电流为50mA，CPU控制单元输出的电压控制参数Vw为c5，对应的电压值为20.1V，对应电压值20.1V时恒流源3输出驱动白光LED灯组的电流为350mA，最后合成的白光LED发光装置的色温为6470K。
以上仅仅是本发明应用于道路照明中的两个具体实施方式，本领域的技术人员根据本发明的技术方案，还可以应用于其它照明领域，并实现多种具体的色温改变实施方法。

Claims (9)

1、一种色温可变的LED发光装置，其特征在于：所述LED发光装置包含三个不同颜色的LED灯组、一个控制器和一个温度传感器；
其中，第一LED灯组是白光LED灯，其波长范围是由发光波长为430-480nm的蓝光和波长为555-585nm的黄光所合成的；
第二LED灯组是黄光LED灯，波长为555-585nm；
第三LED灯组是红光LED灯，波长为600-630nm；
以上每个LED灯组中LED灯的数量至少为1个；以及
温度传感器，对周围环境的温度进行感测，并将所测的温度信号发送给控制器；
控制器，接收温度传感器所感测的温度信号，并将接收的温度信号与所设定的温度值进行比较，找出与该温度值相对应的LED灯组电压控制参数，并以此参数值来调整提供给LED灯组的驱动电流。
2、如权利要求1所述的一种色温可变的LED发光装置，其特征在于：所述白光LED灯的色温为6000K～8000K。
3、如权利要求1或2所述的一种色温可变的LED发光装置，其特征在于：所述控制器包括电连接的CPU控制单元、存储单元、信号处理电路和输出接口驱动电路；
所述存储单元内储存有与温度传感器的响应相对应的电压参数，并储存有白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的电压控制参数以及每个LED灯组中LED灯的数量；
所述信号处理电路将温度传感器所感测的温度信号输出给CPU控制单元，CPU控制单元将该信号与存储单元内的存储信息比较，输出控制信号并经输出接口驱动电路控制所述三个不同颜色LED灯组的驱动电流。
4、一种色温可变的LED发光装置的实现方法，其特征在于：所述实现方法包括以下步骤：
首先预置一组温度参数以及与该温度参数相对应的温度传感器响应电压参数(Vs)和白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的电压控制参数(Vw、Vy、Vr)，并预置每个LED灯组中LED灯的数量；
对外界的环境温度(Tc)进行采样，得到温度模拟信号；
将温度模拟信号转换为温度数字信号(Vc)；
将温度数字信号(Vc)与温度传感器响应电压参数(Vs)进行比较，根据比较的结果得到与该温度传感器响应电压参数(Vs)对应的白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的电压控制参数(Vw、Vy、Vr)；
根据电压控制参数(Vw、Vy、Vr)分别控制白光LED灯组、黄光LED灯组和红光LED灯组的驱动电流以调节该三组LED灯组的光强度比例，以实现与环境温度相适应的色温。
5、如权利要求1所述的一种色温可变的LED发光装置的应用，其特征在于：所述LED发光装置可用于制作色温可变的筒子灯。
6、如权利要求1所述的一种色温可变的LED发光装置的应用，其特征在于：所述LED发光装置可用于制作色温可变的日光灯。
7、如权利要求1所述的一种色温可变的LED发光装置的应用，其特征在于：所述LED发光装置可用于制作色温可变的吸顶灯。
8、如权利要求1所述的一种色温可变的LED发光装置的应用，其特征在于：所述LED发光装置可用于制作色温可变的照明灯泡。
9、如权利要求1所述的一种色温可变的LED发光装置的应用，其特征在于：所述LED发光装置可用于制作色温可变的路灯。
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