CN101617565B

CN101617565B - 用于控制串联的led的方法和装置

Info

Publication number: CN101617565B
Application number: CN200780041888.1A
Authority: CN
Inventors: I·A·利斯
Original assignee: Philips Solid State Lighting Solutions Inc
Current assignee: Xin Nuofei North America; Signify North America Corp
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: ES2348841T3; CN101617565A

Abstract

用于控制串联的LED的方法和装置。两个或更多LED串联连接在第一节点和第二节点之间，其中当跨接所述节点施加操作电压时，串联电流所述节点之间流动。一个或多个可控电流路径与至少第一LED并联连接，以用于至少部分地在至少第一LED周围转移串联电流。控制器监测至少一个表示操作电压的参数，确定可以由操作电压供电的所述串联的LED的最大数量，以及控制所述可控电流路径，以使当所述最大数量小于所有串联的LED的总数量时增大在至少所述第一LED周围被转移的串联电流的量。在一个实例中，可以将前面所述实现为集成电路封装以提供适于汽车应用的照明装置。

Description

用于控制串联的LED的方法和装置

背景技术

发光二极管(LED)是基于半导体的光源，它们通常为了指示的目的用在低功率仪器和设备的应用中。LED常规地可以获得多种颜色(例如，红色、绿色、黄色、蓝色、白色)，这基于在其制作中所使用的材料的类型。最近，LED的这种颜色多样性已经被开发以创建用于新的空间照明应用的具有充足的光输出的新颖的基于LED的光源。例如，如美国专利No.6016038所述，在照明器材(fixture)中可以组合多个发出不同颜色的LED，其中每一个不同颜色的LED的强度独立地变化以产生多个不同的色度(hue)。在这样的装置(apparatus)的一个实例中，组合使用红色、绿色和蓝色LED以从单个照明器材中真正(literally)产生数百种不同的色度。另外，红色、绿色和蓝色LED的相对强度可以由计算机控制，由此提供可编程的多色光源。这种基于LED的光源已经在多种照明应用中采用，其中所希望的是颜色可变的照明效果。

例如，在此引作参考的美国专利No.6777891(“891专利”)企图安排多个基于LED的发光单元作为计算机可控的“光线”(lightstring)，其中每个照明单元组成所述光线的单独可控的“节点”。适合于这种光线的应用包括装饰应用和面向娱乐的照明应用(例如，圣诞树灯、显示器灯、主题公园照明、视频和其他游戏拱廊照明等等)。经计算机控制，一个或多个这种光线提供各种复杂的与时间有关的、颜色变化的照明效果。在许多实施方式中，根据多种不同的数据传输和处理方案，照明数据以串行方式传输到给定光线的一个或多个节点，而功率并行地提供给光线的各个照明单元(例如，从整流的高电压源，在某些情况下使用基本的波纹电压)。

每一个照明单元(以及由于照明单元的并联功率互连所产生的光线)所需的操作电压典型地与以下问题相关：每一个照明单元中的LED的正向电压(例如取决于LED的类型/颜色，从大约2伏到3.5伏)、对于照明单元的每一个“颜色通道”采用多少个LED以及它们怎样互连、以及如何组织各个颜色通道以从电源接收功率。例如，用于具有并联布置的各个颜色通道以接收功率的照明单元的操作电压可以为大约4伏到5伏，每一个通道包括一个具有大约3伏的正向电压的LED和用于向该通道提供电流的对应的电路，该操作电压被并联地施加到所有通道以向每一个通道中的所述一个LED和电流电路供电(accommodate)。因此，在许多应用中，某种类型的电压转换器件(device)是希望的，以便从更普遍可用的较高电源电压(例如12VDC、15VDC、24VDC、整流的线电压等等)向一个或多个基于LED的照明单元提供通常较低的操作电压。

在通常容易获得较高电源电压的应用中，普遍采用低电压LED和基于低电压LED的照明单元作为光源的一个障碍是需要将能量从一个电压转换为另一个电压，这在许多情况下将造成转换的无效和能量的浪费。而且，能量转换通常要涉及类型和尺寸常常阻碍集成的功率管理部件。常规地，LED被提供为单个的LED封装，或者多个LED串联地或并联地连接在一个封装中。目前，包括与一些类型的功率转换电路集成在一起的一个或多个LED的LED封装是不可用的。LED与功率转换电路的集成的一个明显障碍涉及功率管理部件的类型和尺寸，需要所述功率管理部件来将能量转换为驱动LED通常所需的相对较低的电压电平。

例如，电压转换装置(例如，DC-DC转换器)典型地使用电感器作为能量存储元件，该能量存储元件不能有效地集成在硅芯片中以形成集成电路。在单独的电感器部件作为任何集成电路的部分以及更特别地处于LED封装中这两种情况下，电感器的尺寸也是对集成电路的实现的严重障碍。而且，电感器典型地不可能被制作成高效的并且可以处理相对较宽范围的电压，并且电感转换器通常需要显著的电容量以在转换器操作期间存储能量。因此，当与单个或多个LED封装比较时，传统的基于电感器的电压转换装置具有相当大的封脚(footprint)，并且不容易使它们本身与LED封装集成。

电容式电压转换系统存在相似的难题(challenge)。电容式系统不能直接转换电压，而是创建固定分数的倍增的或分开的电压。所需的电容器的数量直接相关于所述分数的分子和分母中的整数的乘积。因为每个电容器通常还需要多个开关以将其连接到较高的电压电源与相对较低的电压负荷之间，所以部件的数量随着分子和分母的增加而明显增加，且效率相应地降低。如果效率是突出的要求，则这些系统必须具有实际比率，这些实际比率具有一致的分子或分母；因此，在较高电流时输入或输出是低电压，这有效地降低了效率。因此，在任何特定的操作电压处效率不可避免地需要折衷，以减少复杂性并产生更简单的分数。

发明内容

申请人已经认识到或理解，通常有用的是考虑多个照明单元或光源(例如LED)以及其他类型的负荷的连接，以接收串联的而不是并联的操作功率。多个LED的串联互连可以允许使用明显高于典型的LED正向电压的操作电压，并且还可以允许多个LED或基于LED的照明单元的操作而不需要电源(例如，壁功率(wall power)或线电压，比如120VAC或240VAC)和负荷(即，多个串联的负载可以“直接”通过线电压操作)之间的变压器。

因此，本发明的各个实施例通常涉及用于控制基于LED的光源的方法和装置，其中多元件光源的各个元件和/或多个光源本身串联地耦合以接收操作功率。这些部件的串联互连通常使得系统的总操作电压提高；例如三个LED或基于LED的照明单元(每一个都具有大约3VDC到7.4VDC的额定操作电压)可以串联连接并且以电压9VDC到24VDC操作。当然，几乎任何适当数量的LED或基于LED的照明单元可以相似地串联耦合，这至少部分地依赖于每一个LED或照明单元的额定操作电压以及由可用的电源提供的预期的额定电源电压。为了下面的讨论，将讨论与串联的LED相关的各个概念；然而，应当理解的是，这里讨论的许多概念(如果不是所有的话)可以相似地应用于串联地耦合以接收操作功率的LED的各种组(串联、并联、和/或串联/并联布置)和多个基于LED的照明单元。

在一个示范性实施例中，多个LED名义上(nominally)串联连接在操作电压施加在其上的两个节点之间，并且一个或多个可控电流路径并联地与一个或多个串联连接的LED连接。在各个方面，可控电流路径可以实现为一个或多个可控开关以在给定LED周围(around)完全地转移电流，或实现为可控的可变或固定的电流源，其被配置以在该给定LED周围转移在两个节点之间流动的全部串联电流或仅仅一部分串联电流。通过这种方式，可以控制给定LED的亮度，并且在极端情况下，可以通过在LED周围完全转移电流来完全关闭LED。在另一方面，控制器被配置以根据多种技术中的任意一种来控制所述一个或多个可控电流路径；例如控制器可以基于作为照明指令而接收的数据和/或一个或多个与施加到所述两个节点的可用操作电压相关的被测参数来操作一个或多个可控电流路径。

更具体地，在一个实施例中，在一个或多个串联连接的LED周围部分地或全部地转移电流的能力在下列情况下运用：其中施加到其间连接着串联连接的器件的两个节点的额定预期操作电压下降到低于通电所有串联连接器件所必需的最小操作电压。例如，在基于包括传统的12伏汽车用电池的电系统的汽车应用中，当发动机正在运行并且电系统正在充电时，用于汽车配件的可用操作电压典型地在13.8伏到14.5伏之间；然而，当发动机不运行时，可用的操作电压可以快速降到12伏到12.8伏，或者甚至更低(例如，当存在高负荷时，和/或当汽车用电池进一步放电时)。因此基于串联的LED的用于汽车应用的照明装置应当考虑影响可用操作电压的所有可能的情况。

针对前面所述，本发明的一个实施例针对一种照明装置，其包括多个串联LED；与一个或多个所述串联LED并联地连接的一个或多个可控电流路径；以及用于基于一个或多个表示用于串联LED的可用操作电压的经监测的参数来控制一个或多个所述可控电流路径的控制器。应当理解，虽然上面提供了汽车应用的实例，但是该实例的各种实施方式不必限于汽车应用或用于这种应用的预期操作电压的特定范围。更一般地，在该实施例的一个方面，控制器可以被配置以控制一个或多个所述可控电流路径，从而使得：当一个或多个参数指示操作电压低于通电所有串联LED所需的电压时，增加在相应的LED周围被转移的电流量，从而相应地减少通电串联器件所必需的操作电压。例如，在一个实施例中，可控电流路径可以是开关，其在相应的LED周围完全地转移电流，从而基本上使LED短路并且将其从器件的串联连接中移除。通过这种方式，操作剩余串联LED所必需的操作电压通过每一个因电流转移而短路的LED的单独的操作电压而被降低。

在又一个实施例中，基于多个串联的LED的照明装置、一个或多个与一个或多个串联LED并联连接的可控电流路径、以及用于控制一个或多个可控电流路径的控制器可以实现为一个或多个集成电路。而且，集成电路的实现可以适当地封装以便于在多种应用中的任意一种应用中安装、配置和/或使用，这些应用包括可以容易使用常规操作电压的那些应用。例如，在一个实施例中，包括多个串联LED的基于LED的照明单元、与一个或多个LED并联的一个或多个可控电流路径、以及用于控制所述电流路径的控制器可以实现为在单个封装中的一个或多个集成电路，所述单个封装包括一个或多个合适的电连接器，该电连接器可以容易地直接耦合到处于多个常规操作电压中任意一个电压的电源(例如，对于汽车应用，额定为12伏到14伏DC)。

总之，本发明的一个实施例针对一种装置，其包括串联连接在第一节点和第二节点之间的至少两个LED，其中当跨接(across)第一节点和第二节点而施加操作电压时，串联电流在第一节点和第二节点之间流动。该装置进一步包括至少一个可控电流路径，其与所述至少两个LED中的至少第一LED并联连接以便至少部分地在第一LED周围转移串联电流。该装置进一步包括至少一个控制器，其用于监测表示操作电压的至少一个参数并且确定可由操作电压通电的所述至少两个LED的LED的最大数量。所述至少一个控制器控制所述至少一个可控电流路径以当所述最大数量小于串联连接的所有所述至少两个LED的总数量时增大在至少第一LED周围被转移的串联电流的量。

另一个实施例针对一种通电串联连接在第一节点和第二节点之间的多个LED的方法，其中当跨接第一节点和第二节点而施加操作电压时，串联电流在第一节点和第二节点之间流动。该方法包括：A)监测表示操作电压的至少一个参数；B)确定可由操作电压通电的所述至少两个LED的LED的最大数量；以及C)当所述最大数量小于串联连接的所有所述至少两个LED的总数量时，使所述多个LED的至少一个短路，从而使得少于所有的所述多个LED同时通电。

另一个实施例针对一种装置，其包括串联连接在第一节点和第二节点之间的多个LED，其中当跨接第一节点和第二节点而施加操作电压时，串联电流在第一节点和第二节点之间流动。该装置进一步包括多个可控电流路径和电流源，每一个电流路径与所述多个LED中的相应的一个LED并联连接以便在所述多个LED的相应的一个LED周围转移串联电流，电流源与在第一节点和第二节点之间的多个LED串联连接以便设置串联电流。该装置进一步包括至少一个控制器，其用于检测与操作电压有关的至少一个参数并且用于间歇地控制所述多个可控电流路径从而当所述至少一个监测的参数指示操作电压小于预定的阈值时以定时顺序来在所述多个LED的各个相应的LED周围转移串联电流。从而使得少于所有的所述多个LED同时通电。

另一个实施例针对包括至少一个集成电路芯片的车用照明装置。所述至少一个集成电路芯片包括：i)串联连接在第一节点和第二节点之间的第一数量的LED，其中当跨接第一节点和第二节点而施加操作电压时，串联电流在第一节点和第二节点之间流动；ii)第二数量的可控电流路径，其中第二数量等于或小于第一数量，每个电流路径与所述第一数量的LED中的对应的一个LED并联连接以便在第一数量的LED中的对应的一个LED周围转移串联电流；iii)电流源，其与在第一节点和第二节点之间的第一数量的LED串联连接以便设置串联电流；以及(iv)至少一个控制器，其用于监测表示操作电压的至少一个参数并且确定可由操作电压通电的所述第一数量的LED的LED的最大数量。所述至少一个控制器控制第二数量的可控电流路径从而当所述最大数量小于第一数量时，在第一数量的LED的各个相应的LED周围转移串联电流，从而使得少于所有所述第一数量的LED同时通电。车用照明装置进一步包括用于所述至少一个集成电路芯片的封装，该封装包括至少一个第一电连接器，其被配置以与汽车的配线(wire harness)或免费赠送(complimentary)的电连接器紧密配合(mate with)。所述至少一个第一电连接器包括至少电连接到第一节点的第一引线和电连接到第二节点的第二引线，以用于跨接第一节点和第二节点而施加操作电压。

相关专利和专利申请

在此将以下专利和专利申请引作参考：

·2000年1月18日发布(issued)的标题为“Multicolored LEDLighting Method and Apparatus”的美国专利No.6016038；

·2001年4月3日发布的标题为“Illumination Components”的美国专利No.6211626；

·2003年8月19日发布的标题为“Methods and Apparatus forControlling Devices in a Networked Lighting System”的美国专利No.6608453；

·2004年8月17日发布的标题为“Methods and Apparatus forControlling Devices in a Networked Lighting System”的美国专利No.6777891；以及

·2007年8月9日提出的标题为“Methods and Apparatus forSimulating Resistive Loads”的美国专利申请序列号No.11/836560.

应当理解，上述概念和下面将更详细地讨论的附加概念(假定这些概念不是相互不一致的)的所有组合被预期作为这里所公开的本发明的主题内容的一部分。特别地，出现在本公开结束处的所要求保护的本发明的主题的所有组合被预期作为这里所公开的本发明的主题的一部分。还应当理解，这里明确使用的、也可能出现在引作参考的任何公开中的术语的意思应当与这里所公开的特定概念最大限度地一致。

附图说明

在附图中，贯穿不同的视图，同样的附图标记通常表示相同的部分。而且，附图不一定是按比例绘制的，而其通常将重点放在解释发明原理。

图1是示出根据本发明的各种实施例的照明单元的图。

图2是示出根据本发明的各种实施例的网络化照明系统的图。

图3是根据本发明的一个实施例的包括多个串联的LED和一个或多个可控电流路径的照明装置的框图。

图4是示出根据本发明的一个实施例的在图3中示出的照明装置的示范性电路的实施方式的图。

图5A-5D示出根据本发明的各种实施例的适合用于图4的电路中的可控电流路径的各个实例。

图6示出根据本发明的一个实施例的用于图4的照明装置的示范性封装。

图7示出根据本发明的一个实施例的用于控制跨接在串联连接的LED堆叠(stack)中的给定LED上的节点电压的示范性电路。

图8示出根据本发明的另一个实施例的照明装置，其采用运算放大器电源以在串联连接的LED堆叠中产生各个节点电压，并且产生用于每一个LED的单独的电流源。

图9示出根据本发明的另一个实施例的照明装置，其具有与相应的电流源相关联的可控通道的不同分组。

图10示出根据本发明的另一个实施例的照明装置，其被特别地配置以仿真阻性负载。

图11和12示出根据本发明的一个实施例的“轨道分离(railsplitting)”结构以从操作电压向多个照明单元提供功率。

具体实施方式

下面描述本发明的各种实施例，包括特别地与基于LED的光源相关的某些实施例。然而，应当理解，本公开不限于实施方式的任何特定方式，并且这里明确地讨论的各种实施例主要是为了说明的目的。例如，这里所讨论的各种概念可以合适地在各种环境中实施，这些环境是包括基于LED的光源、不包括LED的其他类型光源的环境、包括LED和其他类型的光源的组合的环境、以及只包括与照明无关的器件或包括与照明无关的器件与各种类型光源的组合的环境中适当地实现。

图1示出根据本公开的一个实施例的照明单元100的一个实例。可以在例如Mueller等于2000年1月18日发布的标题为“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus”的美国专利No.6016038、Lys等于2001年4月3日发布的标题为“IlluminationComponents”的美国专利No.6211626中找到与下面结合图1描述的那些相似的基于LED的照明单元的一些一般实例，在此将这些专利引作参考。

图1示出的照明单元100可以单独使用或与照明单元的系统中的其他相似的照明单元(例如，如下面针对图2所讨论的)一起使用。单独使用或与其他照明单元组合使用，照明单元100可以在各种应用中采用，这些应用包括但不限于，普通的直观或非直观内部或外部空间(例如建筑的)照明和光照、对象或空间的直接或间接照明、剧场的或其他基于娱乐的/特定效果照明、装饰照明、面向安全的照明、车照明、与显示器和/或商品有关的照明或显示器和/或商品的照明(例如为了做广告和/或零售/消费环境)、组合的照明或光照与通信系统等等，以及用于各种指示、显示和信息化的目的。此外，一个或多个与结合图1而描述的照明单元相似的照明单元可以实施在多种产品中，这些产品包括但不限于：具有各种形状和电/机械耦合布置的各种形式的光模块或灯泡(包括替换或“翻新”模块或灯泡，以适用于常规插座或固定器件)，以及各种消费型和/或家用产品(例如，夜间灯、玩具、游戏或游戏部件、娱乐部件或系统、器具、器件、厨房辅助器件、清洁产品等等)和建筑部件(例如，用于墙、底板、天花板的发光面板、发光的修整(trim)和装饰部件等等)。

在各种实施方式和实施例中，图1示出的照明单元100包括一个或多个光源104A、104B、104C和104D(统一表示为104)，其中光源的一个或多个可以是包括一个或多个发光二极管(LED)的基于LED的照明单元。在该实施例的一个方面，光源中的任意两个或更多可以适于产生不同颜色(例如红色、绿色、蓝色)的辐射；在这方面，如上所述，每一个不同颜色的光源产生不同的源光谱，源光谱构成“多通道”照明单元的不同“通道”。虽然图1示出四个光源104A、104B、104C和104D，但是应当理解，所述照明单元不限于这个方面，因为适于产生各种不同颜色的辐射(包括基本白色光)的不同数量和各种类型的光源(所有基于LED的光源、基于LED的和不基于LED的光源的组合等等)可以在照明单元100中使用，这在下面将进一步讨论。

如图1所示，照明单元100还可以包括控制器105，其被配置为输出一个或多个控制信号以驱动光源，从而产生来自光源的各种光强。例如，在一个实施方式中，控制器105可以被配置为：对每一个光源输出至少一个控制信号从而独立地控制由每一个光源产生的光强(例如，以流明为单位的辐射功率)；可替换地，控制器105可以被配置为：输出一个或多个控制信号以共同地且一致地控制两个或更多光源的组。可以由控制器产生以控制光源的控制信号的一些实例包括但不限于，脉冲调制信号、脉宽调制信号(PWM)、脉冲幅度调制信号(PAM)、脉冲编码调制信号(PCM)、模拟控制信号(例如，电流控制信号、电压控制信号)、前述信号的组合和/或调制、或其他控制信号。在一个方面，特别是关于基于LED的光源，一个或多个调制技术使用施加到一个或多个LED的固定电流电平(current level)来提供可变控制，从而减少LED输出的潜在的不希望的或不可预测的变化，如果使用可变LED驱动电流可能出现这种变化。在另一方面，控制器105可以控制其他专用电路(图1中未示出)，该专用电路又控制光源从而改变它们各自的强度。

一般地，由一个或多个光源生成的辐射的强度(辐射输出功率)与在给定的时间段传递到光源的平均功率成比例。因此，用于改变由一个或多个光源产生的辐射的强度的一种技术包括调制传递到光源的功率(即，光源的操作功率)。对于一些类型的包括基于LED的光源的光源，这可以使用脉宽调制(PWM)技术来有效地实现。

在PWM控制技术的一个示范性实施方式中，对于照明单元的每一个通道，固定的预定电压V_source被周期性地跨接地施加到构成通道的给定光源上。电压V_source的施加可以经由控制器105控制的一个或多个开关(图1中未示出)实现。当电压V_source被施加到光源上，允许预定的固定电流I_source(例如由电流调节器确定，该电流调节器在图1中也未示出)流过光源。再次回到：基于LED的光源可以包括一个或多个LED，从而电压V_source可以施加到构成光源的一组LED，并且电流I_source可以被该组LED汲取(drawn)。通电时跨接光源的固定电压V_source和通电时被光源汲取的经调节的电流I_source确定了光源的瞬时操作电压P_source(P_source＝V_source·I_source)。如上所述，对于基于LED的光源，使用经调节的电流减少了LED输出中的潜在的不希望的或不可预测的变化，如果使用可变LED驱动电流可能出现这种变化。根据PWM技术，通过周期性地将电压V_source施加到光源并且改变在给定的开关周期期间施加电压的时间，可以调制随着时间传递到光源的平均功率(平均操作功率)。特别地，控制器105可以被配置以通过脉冲的方式将电压V_source施加到给定的光源(例如，通过输出操作一个或多个开关的控制信号将电压施加到光源)，优选地以比能够被人眼检测到的频率更大的频率(例如，大于大约100Hz)将电压施加到给定光源。以此方式，由光源产生的光的观察者感知不到离散的开关周期(通常被称为“闪变效应”)，而是，眼睛的集成的功能感知到基本连续的光生成。通过调节控制信号的开关周期的脉宽(即开通时间，或占空比)，控制器改变在给定的时间段中光源被通电的平均时间量，并且因此改变光源的平均操作功率。以此方式，又可以改变从每个通道产生的光的感知亮度。

如下面将更详细地讨论的，控制器105可以被配置以控制多通道照明单元的每一个不同光源通道处于预定的平均操作功率处，从而为由每个通道生成的光提供相应的辐射输出功率。可替换地，控制器105可以接收来自各种来源的指令(比如，“照明命令”)，这些来源比如用户接口118、信号源124、或一个或多个通信端口120，这些指令指定用于一个或多个通道的规定的操作功率，并且因此指定用于由各自的通道产生的光的相应的辐射输出功率。通过改变用于一个或多个通道的规定的操作功率(例如，依照不同的指令或照明命令)，可以由照明单元产生光的不同的感知颜色和亮度水平。

在照明单元100的一个实施例中，如上所述，图1所示的光源104A、104B、104C和104D中的一个或多个可以包括多个LED的组或其他类型的光源(例如，LED或其他类型的光源的各种并联和/或串联连接)，它们可以由控制器105一起控制。此外，应当理解，光源的一个或多个可以包括适于产生具有各种光谱的任一种(即，波长或波长带)的辐射的LED，所述辐射包括但不限于各种可见颜色(包括基本白色光)、白色光、紫外光或红外光的各种色温。具有多种光谱带宽(例如窄带、较宽带)的LED可以在照明单元100的各种实施方式中使用。

在图1所示的照明单元100的另一方面，照明单元100可以被构造并布置以产生宽范围的可变颜色辐射。例如，在一个实施例中，照明单元100可以特别地这样布置：使得由两个或更多光源产生的可控的可变强度(即，可变辐射功率)的光组合以产生混合颜色的光(包括具有多种色温的基本白色光)。特别地，可以通过(例如，响应于由控制器105输出一个或多个控制信号)改变光源的一个或多个相应的强度(输出辐射功率)来改变混合颜色光的颜色(或色温)。而且控制器105可以特别地被配置为向一个或多个光源提供控制信号以产生多种静态的或随时间改变的(动态的)多颜色(或多色温)照明效果。为此，在一个实施例中，控制器可以包括被编程为向一个或多个光源提供这样的控制信号的处理器102(例如，微处理器)。在各个方面，处理器102可以被编程为响应于照明命令或响应于各种用户或信号输入自发地提供这样的控制信号。

因此，照明单元100可以包括各种组合的各种各样颜色的LED，这些LED组合包括红色、绿色和蓝色LED中的两个或更多以产生颜色混合，以及包括一个或多个其他LED以形成变化的颜色和白色光的色温。例如，红色、绿色和蓝色可以与琥珀色、白色、UV、橘黄色、IR或LED的其他颜色混合。此外，在全白色LED照明单元或与其他颜色的LED的组合中使用具有不同色温的多个白色LED(例如，一个或多个产生对应于第一色温的第一光谱的第一白色LED，和一个或多个产生对应于不同于第一色温的第二色温的第二光谱的第二白色LED)。不同颜色的LED和/或不同色温的白色LED在照明单元100中的这样的组合可以方便许许多多所希望的光谱的照明条件的准确再现，所述照明条件的实例包括但不限于：在一天的不同时间的各种外部日光等同物、各种内部照明条件、用于模拟复杂的多颜色背景的照明条件等等。其他希望的照明条件可以通过移除可在某些环境中被特定地吸收、削弱或反射的特定部分的光谱来创建。例如，水易于吸收和削弱光的大部分的非蓝色和非绿色，所以水下应用可以受益于适合于相对于其他光谱成分而加强或削弱某些光谱成分的照明条件。

如图1所示，照明单元100还可以包括用于存储信息的存储器114。例如，存储器114可以用于存储一个或多个由处理器126执行照明命令或程序(例如，产生用于光源的一个或多个控制信号)，以及对产生可变颜色的辐射有用的各种类型的数据(例如，下面将进一步讨论的校准信息)。存储器114还可以存储一个或多个特别的标识符(例如，序列号、地址等等)，这些标识符可以局部地或在系统级上用来标识照明单元100。在各种实施例中，例如，这样的标识符可以由制造商预编程，并且可以是其后可变的或不可变的(例如，经定位在照明单元上的一些类型的用户接口，经由照明单元接收的一个或多个数据或控制信号等等)。可替换地，可以在照明单元在现场首次使用时确定这样的标识符，同样其后可以是可变的或不可变的。

仍然参照图1，照明单元100可选地可以包括一个或多个用户接口118，提供这些用户接口以方便多个用户可选的设置或功能的任意一项(例如，一般地控制照明单元100的光输出、改变和/或选择各种预编程的将由照明单元产生的照明效果、改变和/或选择所选的照明效果的各种参数、设置用于照明单元的特殊标识符(比如地址或序列号)等等)。在各种实施例中，用户接口118与照明单元之间的通信可以通过电线或电缆、或无线传输来实现。在一个实施方式中，照明单元的控制器105监测用户接口118并至少部分地基于用户的接口操作来控制光源104A、104B、104C和104D的一个或多个。例如，控制器105可以被配置以通过产生一个或多个用于控制一个或多个光源的控制信号来响应用户接口的操作。可替换地，处理器126可以被配置为：通过选择一个或多个存储在存储器中的一个或多个预编程的控制信号、修改通过执行照明程序产生的控制信号、选择并执行来自存储器的新的照明程序、或另外地影响由一个或多个光源产生的辐射来作出响应。

特别地，在一个实施方式中，用户接口118可以构成一个或多个开关(例如，标准的墙壁开关)，所述开关可以中断对控制器105的供电。在这个实施方式的一个方面，控制器105被配置以监测由用户接口控制的功率，并且又至少部分地基于由用户接口的操作所引起的供电中断的持续时间来控制一个或多个光源。如上所述，控制器可以被特别地配置为：例如通过选择一个或多个存储在存储器中的预编程的控制信号、修改由执行照明程序产生的控制信号、选择并执行来自存储器的新的照明程序、或另外地影响由一个或多个光源产生的辐射来响应于供电中断的预定的持续时间。

图1还示出，照明单元100可以被配置为从一个或多个其他信号源124接收一个或多个信号122。在一个实施方式中，照明单元的控制器105可以单独地或与其他控制信号(例如，通过执行照明程序产生的信号、一个或多个来自用户接口的输出等等)组合地使用信号122，从而以与上述结合用户接口相似的方式来控制光源104A、104B、104C和104D中的一个或多个。

可由控制器105接收和处理的信号122的实例包括但不限于，一个或多个音频信号、视频信号、功率信号、各种类型的数据信号、表示从网络(例如，因特网)获得的信息的信号、表示一个或多个可检测/感测的条件的信号、来自照明单元的信号、由已调制光组成的信号等等。在各种实施方式中，信号源124可以位于远离照明单元100的地方，或作为照明单元的部件而被包括。在一个实施例中，来自一个照明单元100的信号可以通过网络发送到另一个照明单元100。

可在图1的照明单元100中使用的或与之结合使用的信号源124的一些实例包括多种响应于一些刺激产生一个或多个信号122的传感器或变换器(transducer)中任意一种。这样的传感器的实例包括但不限于，各种类型的环境条件传感器、比如热敏(例如，温度、红外)传感器、湿度传感器、运动传感器、光电传感器/光传感器(例如，光电二极管、对一个或多个特定光谱的电磁辐射敏感的传感器(分光辐射度计或分光光度计)等等)、各种类型的相机、声音或振动传感器或其他压力/力变换器(例如，麦克风、压电器件)等等。

信号源124的附加实例包括各种测量/检测器件，这些器件监测电信号或特性(例如，电压、电流、功率、电阻、电容、电感等等)或化学/生物特性(例如，酸性、一个或多个特定的化学或生物试剂、细菌的存在等等)并且基于测量的信号或特性的值来提供一个或多个信号122。信号源124的其他实例包括各种类型的扫描仪、图像识别系统噪声或其他声音识别系统、人工智能和机器人系统等等。信号源124还可以是照明单元100、另一个控制器或处理器、或许多可用的信号产生器件的任意一个，比如媒体播放器、MP3播放器、计算机、DVD播放器、CD播放器、电视信号源、相机信号源、麦克风、扬声器、电话、手机、即时传讯器件、SMS器件、无线器件、个人管理器器件、以及许多其他器件。

在一个实施例中，图1中所示的照明单元100可以包括一个或多个光学元件130以光学地处理由光源104A、104B、104C和104D产生的辐射。例如，一个或多个光学元件可以被配置以改变所产生的辐射的空间分布和传播方向的一个或两个。特别地，一个或多个光学元件可以配置成改变所生成辐射的扩散角。在该实施例的一个方面，一个或多个光学元件130可以特别地被配置以(例如，响应于一些电的和/或机械的刺激)可变地改变所产生的辐射的空间分布和传播方向的一个或两个。可包括在照明单元100中的光学元件的实例包括但不限于，反射材料、折射材料、半透明材料、滤光器、透镜、反射镜和光纤。光学元件130还可以包括磷光性材料、荧光材料、或能够响应于所产生的辐射或与之反应的其他材料。

又如图1所示，照明单元100可以包括一个或多个通信端口125以方便照明单元100耦合到多种其他器件的任意一种。例如，一个或多个通信端口125可以方便将多个照明单元耦合在一起作为网络照明系统，其中至少一些照明单元是可寻址的(例如，具有特定标识符或地址)并且对在网络上传输的特定数据作出响应。

特别地，在网络化照明系统环境中，如下面进一步更详细地讨论的(例如，结合图2)，由于数据经网络传输，所以耦合到网络的每一个照明单元的控制器105可以被配置以对与之有关(例如，在一些情况下，由网络化照明单元的各自的标识符指定)的特定数据(例如照明控制命令)做出响应。一旦给定的控制器识别用于它的特定数据，该控制器可以读取该数据并且例如根据所接收的数据(例如，通过产生用于光源的合适的控制信号)来改变由其光源产生的照明条件。在一个方面，可以为耦合到网络的每一个照明单元的存储器127加载例如对应于控制器的处理器126接收的数据的照明控制信号的表。一旦处理器126从网络接收数据，处理器可以查阅(consult)该表来选择对应于所接收的数据的控制信号，并且相应地控制照明单元的光源。

在该实施例的一个方面，给定照明单元的处理器102(无论是否耦合到网络)可以被配置以解释以DMX协议(例如如在美国专利6016038和6211626中所述)接收的照明指令/数据，DMX协议是在用于一些可编程照明应用的照明工业中通常采用的照明命令协议。在DMX协议中，照明指令作为被格式化为包括512字节数据的包的控制数据被传输到照明单元，其中每一个数据字节由表示0到255之间的数字值的8位组成。这些512个数据字节在“起始码”字节之后。包括513个字节(起始码加数据)的完整的“包”依照RS-485电压电平和布线实践以250kbit/s串行传输，其中包的开始由至少88微妙的中断表示。

在DMX协议中，给定的包中的512个字节的每一个数据字节旨在于作为用于多通道照明单元的特定“通道”的照明命令，其中数字值零表示照明单元的给定通道没有辐射输出功率(即，通道关闭)，并且数字值255表示用于照明单元的给定通道的全辐射输出功率(100％可用功率)(即通道完全打开)。例如，在一个方面，目前考虑基于红色、绿色和蓝色LED的三通道照明单元(即，“R-G-B”照明单元)，DMX协议的照明命令可以将红色通道命令、绿色通道命令和蓝色通道命令中的每一个指定为表示从0-255的值的8位数据(即，数据字节)。用于颜色通道的任意一个的最大值255指示处理器102控制相应的光源以用于通道的最大可用功率(即，100％)操作，由此产生用于该颜色的最大可用辐射功率(用于R-G-B照明单元的这种命令结构通常被称为24位颜色控制)。因此，格式[R，G，B]＝[255，255，255]的命令将使得照明单元产生用于红色、绿色和蓝色光的每一个的最大辐射功率(由此产生白色光)。

因此，使用DMX协议的给定通信链路常规地可以支持高达512个不同的照明单元通道。被设计用于接收DMX协议格式的通信的给定照明单元通常被配置以对对应于照明单元的通道数量的包中512个字节中的仅仅一个或多个特定的数据字节作出响应(例如，在三通道照明单元的实例中，照明单元使用三个字节)，并且基于包中的512个数据字节的全部序列中的所希望的数据字节的特定位置而忽略其他字节。为此，基于DMX的照明单元可以装配有地址选择机构，该地址选择机构可以由用户/安装者手动地设置以确定照明单元在给定的DMX包中所响应的数据字节的特定位置。

然而，应当理解，适合于本公开的目的的照明单元不限于DMX命令格式，因为根据各种实施例的照明单元可以被配置为对其他类型的通信协议/照明命令格式作出响应，从而控制它们各自的光源。一般地，处理器102可以被配置以对多种格式的照明命令作出响应，这些格式表示根据表示每一个通道的零到最大的可用操作功率的一些度量(scale)而针对多通道照明单元的每一个不同通道而规定的操作功率。

例如，在另一个实施例中，给定照明单元的处理器102可以被配置以解释以传统以太网协议(或基于以太网原理的相似的协议)接收的照明指令/数据。以太网是众所周知的计算机网络技术，其通常用于局域网(LAN)，该技术定义了用于形成网络的互连器件的布线和信令要求以及在网络上传输的数据的帧格式和协议。耦合到网络的器件具有各自唯一的地址，并且在网络上的一个或多个可寻址器件的数据被组织为包。每一个以太网包包括指定目的地址(包要去的地方)和源地址(包来自的地方)的“报头”，其后是包括若干字节数据的“净荷”(例如，在II型以太网帧协议中，净荷可以是从46个数据字节到1500个数据字节)。一个包以纠错码或“检查和”结束。如对于上述DMX协议，预定用于被配置以以太网协议接收通信的给定照明单元的连续的以太网包的净荷可以包括表示能够由照明单元产生的不同可用光谱(如，不同颜色通道)的光的各自规定的辐射功率的信息。

在又一个实施例中，给定的照明单元的处理器102可以被配置以解释以例如美国专利No.6777891中所描述的基于串行的通信协议接收的照明指令/数据。特别地，根据基于串行通信协议的一个实施例，多个照明单元100经它们的通信端口120耦合到一起以形成照明单元的串联连接(例如，菊花(daisy)链或环形拓扑)，其中每一个照明单元具有输入通信端口和输出通信端口。被传输到照明单元的照明指令/或数据基于每一个照明单元的串联连接中的相对位置而顺序地布置。应当理解，虽然特别地结合使用基于串行通信协议的实施例讨论了基于照明单元的串联互连的照明网络，但是本公开不限于这个方面，因为本公开所预期的照明网络拓扑结构的其他实例将结合图3来进一步讨论。

在使用基于串行的通信协议的一个实施例中，当串联连接中的每一个照明单元的处理器102接收数据时，该处理器“剥离”或提取用于它的数据序列的一个或多个初始部分，并且将数据序列的剩余部分传输到串联连接中的下一个照明单元。例如，再次考虑多个三通道(例如，R-G-B)照明单元的串联互连，每一个三通道照明单元从接收到的数据序列提取三个多位值(每个通道一个多位值)。串联连接中的每一个照明单元又重复该过程，即剥离或提取接收的数据序列的一个或多个初始部分(多位值)并且将序列的剩余部分传输。由每一个照明单元依次剥离的数据序列的初始部分可以包括针对能够由照明单元产生的不同可用光谱的光(例如，不同颜色通道)而规定的各自的辐射功率。如上面结合DMX协议所讨论的，在各种实施方式中，每个通道的每一个多位值可以是8位值，或者每个通道其他数量的位(例如12，16，24等)，这部分地取决于每一个通道所期望的控制精度。

在基于串行的通信协议的又一个示范性实施方式中，不是剥离接收到的数据数列的初始部分，而是将标记(flag)与表示用于给定的照明单元的多个通道的数据的数据序列的每一个部分相关联，并且将用于多个照明单元的整个数据序列在串联连接中完全地从照明单元传输到照明单元。当串联连接中的照明单元接收数据序列时，该照明单元寻找数据序列的第一部分，其中所述标记表示给定部分(表示一个或多个通道)还没有被任何照明单元读取。在发现这样的部分之后，照明单元读取并处理该部分以提供相应的光输出，并且设置该相应的标记以表示该部分已经被读取。整个数据序列再次被完全地从照明单元传输到照明单元，其中标记的状态表示可用于读取和处理的数据序列的下一部分。

在与基于串行的通信协议有关的一个实施例中，配置成用于基于串行的通信协议的照明单元的控制器105可以被实现为专用集成电路(ASIC)，该专用集成电路被设计为：根据上述“数据剥离/提取”处理或“标记修改”处理来处理接收到的照明指令/数据的流。更特别地，在以串联互连耦合在一起以形成网络的多个照明单元的一个示范性实施例中，每一个照明单元包括具有图1所示的处理器102、存储器114和通信端口120的功能的实现为ASIC的控制器105(可选的用户接口118和信号源124当然不需要包括在一些实施方式中)。在美国专利No.6777891中详细讨论了这样的实施方式。

在一个实施例中，光源104可以包括并/或耦合到一个或多个电源108。在各个方面，电源108的实例包括但不限于AC电源、DC电源、电池、基于太阳的电源、基于热电或机械的电源等等。此外，在一个方面，电源108可以包括或关联于一个或多个功率转换器件或功率转换电路(比如，在一些情况下位于光源104的内部)，其将由外部电源接收的功率转换为这样的形式：适合于各种内部电路部件和光源104的光源的操作。在在此引作参考的标题为“LED Power Control Methodsand Apparatus”的美国专利No.7256554中讨论的一个示范性实施方式中，光源104的控制器105可以被配置以从电源108接受标准A.C.线电压并且基于与DC-DC转换有关的原理或“开关”电源原理来为照明单元的光源和其他电路提供合适的D.C.操作功率。在这种实施方式的一个方面，控制器105可以包括电路，该电路不仅接受标准A.C.线电压而且确保了以相当高的功率因数从线电压汲取功率。

图2示出根据本公开的一个实施例的网络化照明系统200的实例。在图2的实施例中，多个与上面结合图1所讨论的照明单元相似的照明单元100被耦合在一起以形成网络化照明系统。然而，应当理解，图2所示的照明单元的特定配置和布置仅仅是为了说明的目的，并且本公开不限于图2所示的特定的系统拓扑结构。

此外，虽然没有在图2中明确示出，但是应当理解，网络化照明系统200可以被灵活配置为：包括一个或多个用户接口，以及一个或多个信号源，比如传感器/变换器。例如，一个或多个用户接口和/或一个或多个比如传感器/变换器的信号源(如上面结合图1讨论的)可以与网络化照明系统200的照明单元中的任意一个或多个相关联。可替换地(或除上述情况以外)，在网络化照明系统200中，一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源可被实现为“孤立”部件。无论是孤立组件还是特别地与一个或多个照明单元100相关联，这些器件可以被网络化照明系统的照明单元“共享”。换种说法(stateddifferently)，一个或多个用户接口和/或比如传感器/变换器的一个或多个信号源可以在网络化照明系统中构成“共享资源”，它们可以用于控制系统的照明单元的任意一个或多个。

如图2的实施例中所示，照明单元200可以包括一个或多个照明单元控制器(下面为“LUC”)208A、208B、208C和208D，其中每一个LUC负责与耦合到它的一个或多个照明单元100通信并且一般地控制这些照明单元100。虽然图2示出耦合到每一个LUC的一个照明单元100，但是应道理解，本公开不限于这个方面，因为不同数量的照明单元100可以使用各种不同通信介质和协议以多种不同的配置(串联连接、并联连接、串联和并联连接的组合等等)耦合到给定的LUC。

在图2的系统中，每一个LUC又可以耦合到被配置以与一个或多个LUC通信的中央控制器202。虽然图2示出经普通连接212(其可以包括任意数量的各种常规的耦合、开关和/或联网器件)耦合到中央控制器202的四个LUC，但是应当理解，根据各种实施例，不同数量的LUC可以耦合到中央控制器202。此外，根据本公开的各种实施例，LUC和中央控制器可以通过使用多种通信介质和协议以多种配置耦合到一起以形成网络化照明系统200。而且，应当理解，LUC和中央控制器的互连以及照明单元与各个LUC的互连可以以不同方式实现(例如使用不同的配置、通信介质和协议)。

例如，根据本公开的一个实施例，图2所示的中央控制器202可以被配置以实现与LUC的基于以太网的通信，并且LUC又可以被配置以实现与照明单元100的基于以太网、基于DMX或基于串行协议其中之一的通信(如上所述，在美国专利No.6777891中详细讨论了适合于各种网络实现的示范性的基于串行的协议)。特别地，在该实施例的一个方面，每一个LUC可以被配置为可寻址的基于以太网的控制器并且因此可以经特定唯一地址(或地址和/或其他标识符的唯一组合)由中央控制器202来识别。在该方式中，中央控制器202可以被配置以通过耦合的LUC的网络支持以太网通信，并且每一个LUC可以对用于它的那些通信作出响应。每一个LUC又可以响应于与中央控制器202的以太网通信来将照明控制信息(例如经以太网、DMX、或基于串行的协议)传输到与之耦合的一个或多个照明单元(其中照明单元被适当地配置以解释以以太网、DMX或基于串行的协议从LUC接收到的信息)。

图2所示的LUC 208A、208B和208C可以被配置为“智能的”，这是因为控制中心202可以被配置以将较高级别的命令传输到LUC，该命令需要由LUC解释，随后可以将照明控制信息转发到照明单元100。例如，照明系统的操作员可能想要产生颜色变化的效果，这种颜色变化效果以这样的方式从照明单元到照明单元改变颜色：使得在给定照明单元相对于彼此的特定位置时产生传播彩虹的颜色的外观(“彩虹追随(rainbow chase)”)。在该实例中，操作员可以提供简单的指令给中央控制器202以实现该操作，并且中央控制器又可以使用基于以太网的协议将高级别命令传输到一个或多个LUC以产生“彩虹追随”。例如所述命令可以包括定时、强度、色度、饱和度或其他相关信息。当给定的LUC接收这种命令时，随后它可以解释该命令并且可以使用(例如，以太网、DMX、基于串行的)多种协议中的一种将其他命令传输到一个或多个照明单元，响应于上述命令，通过多种信令技术中的任意一种(例如，PWM)控制照明单元的各自的光源。

而且，照明网络的一个或多个LUC可以耦合到多个照明单元100的串联连接(例如，参见图2的LUC 208A，其耦合到两个串联连接的照明单元100)。例如，以该方式耦合的每一个LUC被配置以使用基于串行的通信协议与多个照明单元进行通信，上面讨论了这些实例。更特别地，在一个示范性实施方式中，给定的LUC可以被配置以使用基于以太网的协议与中央控制器202和/或一个或多个其他LUC通信，并且又使用基于串行的通信协议与所述多个照明单元进行通信。在该方式中，LUC在一种意义下可以被视为协议转换器，其以基于以太网的协议接收照明指令或数据，并且使用基于串行的协议将指令传递到多个串联连接的照明单元。当然，在包括以多种可能的拓扑结构布置的基于DMX的照明单元的其他网络实施方式中，应当理解，给定的LUC类似地可以视为协议转换器，其以以太网协议接收照明指令或数据，并且以DMX协议传递经过格式化的指令。

还应当理解，在根据本公开的一个实施例的照明系统中使用多个不同的通信实施方式(例如，以太网/DMX)的前述实例仅仅是为了说明的目的，并且本公开不限于该特定实例。

根据前述，可以理解如上面讨论的一个或多个照明单元能够产生在颜色的宽范围上高度地可控的可变颜色光，以及在色温的宽范围上可变色温的白色光。

如前面所讨论的，考虑多个照明单元或光源(例如LED)以串联地而不是并联地接收操作功率是有用的。多个LED的串联互连可以允许使用显著高于典型的LED正向电压的操作电压，并且还可以允许操作多个LED或基于LED的照明单元而不需要电源(例如，墙壁电源或线电压，比如120VAC或240VAC)和负载(即，多个串联连接的负载可以被“直接”以线电压操作)之间的变压器。

因此，本发明的其他实施例通常涉及用于控制基于LED的光源的方法和装置，其中多元件光源的各个元件和/或多个光源本身被串联地耦合以接收操作功率。在下面进一步讨论的各种实施例中，应当理解，实际上任何适当数量的LED或基于LED的照明单元可以串联地耦合，这至少部分地依赖于每一个LED或照明单元的额定操作功率以及由可用电源提供的预期额定供电电压。下面为了讨论的目的，首先讨论与串联连接的LED相关的各种概念；然而，应当理解，这里所讨论的许多(如果不是所有)概念可以应用于LED的各种分组(串联、并联、和/或串联/并联布置)以及多个基于LED的照明单元，它们被串联地耦合以接收操作功率。

图3是根据本发明的一个实施例的包括多个串联连接LED的基于LED的照明装置100A的框图。在图3的装置中，多个LED被名义地串联连接在被施加操作电压(上面结合图1一般地讨论了电源108)的第一节点108A与第二节点108B之间，以形成串联连接的器件的“堆叠”。为了下面讨论的目的，相对于分别施加到第一和第二节点的两个电压电势(potential)之一，在串联连接的器件的“堆叠”中的一个或多个LED的位置被称为“堆叠”中的“高度”。

在图3中，在堆叠的第一高度处示出了第一光源104B(为了说明的目的用单个LED表示)，并且在堆叠的第二高度处示出了第二光源104A(为了说明的目的再次用单个LED表示)。虽然图3示出具有两个光源的示范性装置，但是，如上所注意到的，应当理解本发明不限于这个方面，因为几乎任意数量的光源可以串联地连接在给定装置中。图3还示出与第一和第二节点之间的LED串联连接的电流源310；在一个方面，当跨接第一节点和第二节点而施加操作电压时，电流源310设置串联电流(I_series)，该电流在第一和第二节点之间流动，并经过串联连接的LED的一个或多个。

如上面结合图1所讨论的，在各种实施方式中图3所示的装置100A的光源104A和104B中的每一个可以包括(例如，并联布置的互连)单个的LED或多个LED。此外，光源104A和104B可以产生具有相似或几乎相同的光谱(例如构成彩色的或基本白色光)的辐射，或者光源104A和104B可以分别产生不同光谱。因此，在串联连接的器件的堆叠中的每一个不同高度处，在不同的实施方式中可以使用一个或多个LED；而且，彩色光的不同光谱(或白色光的不同色温)可以在堆叠中的不同高度处产生，或者光的基本上相同的光谱可以在堆叠中的每一个高度处产生。再次为了说明的目的，在下面的讨论中，图3中的光源104A和104B的每一个被简单地称为LED，但是应当理解本发明的各种实施方式不限于在串联连接的器件的堆叠中的每一个高度处具有单个LED。

又如图3所示，装置100A包括与一个或多个串联连接的LED并联连接的一个或多个可控电流路径312A和312B(缩写为“CCP”)。在各个方面中，可控电流路径可以被实现为可控开关以在给定的LED周围完全转移串联电流I_series，或者被实现为可控的可变或固定的电流源，其被配置以在给定LED周围转移所有或仅仅一部分串联电流。在该方式中，可以控制给定LED的亮度，并且在极端情况下可以通过在LED周围完全转移电流而完全地关闭LED。虽然图3示出了在可控电流路径312A和312B与LED 104A和LED 104B之间的一对一通信，但是应当理解，本发明不限于这个方面。特别地，根据下面进一步讨论的各种实施例，串联连接中的每一个LED不需要与专用的/相应的可控电流路径相关联；而在一些实现中，没有可控电流路径可以与串联连接的一个或多个LED相关联，并且/或者给定的可控电流路径可以与串联连接的多个LED相关联。

在图3所示的实施例的另一个方面，装置100A包括控制器105A，控制器105A被配置为：经各个控制信号314A和314B控制一个或多个可控电流路径312A和312B。在图3中，示出了耦合到跨接第一节点和第二节点而施加的操作电压以获得操作功率的控制器。可替换地，控制器105A可以与电流源310和串联连接的LED串联地耦合，从而获得操作功率。在一个实施方式中，控制器105A可以基于经一个或多个通信端口120A(如上面结合图1和图2所讨论的)作为照明指令而接收到的数据来操作一个或多个可控电流路径312A和312B。为此，控制器可以被配置为对串行数据协议作出响应，并且包括至少两个通信端口(例如，数据输入端口和数据输出端口)以方便相似于装置100A的多个照明装置的各自控制器之间的串行数据通信。

在另一个实施方式中，控制器105A可以被配置为基于与跨接第一节点和第二节点108A和108B而施加的可用操作电压有关的一个或多个经测量参数来操作一个或多个可控电流路径。更特别地，在一个实施例中，在其中施加在第一节点和第二节点的额定预期操作电压下降到低于通电所有串联连接的器件所需的最小操作电压的情况下，采用在一个或多个串联连接的LED周围部分地或全部地转移电流的能力。在各种实施方式中，该最小操作电压可以至少部分地取决于在串联连接的器件堆叠中使用的LED的数量和类型，并且更特别地取决于在该堆叠中所使用的各个LED的各自正向操作电压。

考虑前面所述，在一个实施例中，图3所示的装置100A的控制器105A至少部分地基于表示用于串联连接的LED的可用的操作电压的一个或多个监测的参数来控制一个或多个可控电流路径。根据监测的参数，控制器确定可被操作电压通电的串联连接的LED的最大数量，并且控制一个或多个可控电流路径从而增加串联电流的量，当所述最大数量小于所有串联连接的LED的总数量时，所述串联电流在一个或多个串联连接的LED周围被转移。例如，在一个实施方式中，可控电流路径可以是开关，其在相应的LED周围完全地转移电流从而使得LED基本短路并将其从器件的串联连接中移除。在该方式中，因电流转移而引起短路的每一个LED的单独的操作(正向)电压降低了操作剩余的串联连接的LED所必需的操作电压。

在一些示范性实施方式中，控制器可以被配置为控制一个或多个可控电流路径以当监测的参数指示操作电压低于预定的阈值时增加相应的LED周围被转移的电流量(例如，使得相应的LED短路(shortout))。在一个方面，预定的阈值可以表示通电给定的装置中的所有串联连接的LED所必需的最小操作电压，并且以此方式，可以至少部分地取决于给定的装置中的LED的数量和LED的各自的正向电压。同样，如果在一些点(at some point)上操作电压低于一些预定的阈值并且随后增加到高于阈值，则控制器可以适当地控制一个或多个可控电流路径以将一个或多个“短路的”LED添加回到串联连接的堆叠中从而使得它们被串联电流通电。更一般地，通过表示操作电压的监测的参数，控制器可以基于在任意给定的时间处可用的操作电压来确定可以被有效通电的LED的数量(事实上这可以连续地或周期地来进行)，并且相应地控制一个或多个可控电流路径以通电装置的全部或少于全部的串联连接的LED。如下面进一步讨论的，控制器105A可以实施多种控制策略，以在给定的时间段和/或操作电压条件的范围下静态地或动态地控制一个或多个可控电流路径。

在图3所示的装置100A的又一个方面，电流源310可以是固定的电流源(即串联电流I_series的值可以是固定的)，或者电流源可以是可控电流源从而使得串联电流I_series是可变的。为此，在一个实施例中，控制器105A可以附加地控制电流源310，如图3所示的虚线的控制连接315所指示的。在各个方面，控制器可以至少部分地基于监测的表示操作电压的参数来控制电流源以设置串联电流，并且基于可用的操作电压依照多种关系中的任意一种(例如成比例、成反比等等)的改变来增加或减少串联电流。例如，控制器可以被配置为控制电流源以在操作电压降低时增大串联电流，比便维持由装置的通电的LED产生的光的基本不变的亮度。控制器105A还可以改变串联电流的值以降低亮度，或另外地基于操作电压的改变而改变串联电流。串联电流与操作电压之间的各种动态关系可受到控制器105A的影响；例如，在一个实施方式中，串联电流可以随着操作电压的减小而缓慢地减小，但是随后当LED短路过程开始时按一定量(例如25％)增大。以此方式，在操作电压的减小时，总体亮度不存在骤降。在又一个方面，控制器105A可以控制电流源310以占空比调制串联电流，从而提供固定的或可变的平均串联电流。

图4是示出根据本发明的一个实施例的图3所示的装置100A的示范性电路实施方式的图。在该实施例的一个方面，图4的装置特别好地适用于汽车照明应用，在汽车照明应用中额定的预期操作电压的范围在大约12伏到14.5伏。特别地，在基于包括传统12伏特汽车电池的电气系统的汽车应用中，当发动机运行并且电气系统充电时用于汽车配件的可用操作电压典型地在13.8伏到14.5伏之间；然而，当发动机不运行时，可用操作电压可以快速下降至12伏到12.8伏特，或者甚至更低(例如当存在高负载时，和/或当汽车电池进一步放电时)。根据前述思想，考虑与图3所示相似的照明装置，其中使用每一个都具有大约3.0伏特到3.3伏特的正向电压的四个串联连接的LED(例如基于GaN技术)，从而所有四个LED的串联连接的堆叠加上与LED串联的电流源需要大约13.0伏特到13.5伏特的操作电压。在一个方面，照此配置的装置基于“不变的面积成本”的原则，即固定尺寸的LED半导体结构花费完全(fairly)固定的量来实施，不论它会被划分为多少个部分。因此，如果LED半导体结构被划分为(随后串联连接的)四个部分，则具有与一个LED基本相同的成本的器件结果以四分之一的电流操作，并且具有四倍于单个LED的正向电压的操作电压。

当然，对于如上所述的汽车应用，基于串联连接的LED的照明装置需要考虑可能的可用操作电压的完整范围；即，如果来自汽车电气系统的可用操作电压降到低于约13.0伏特到13.5伏特时，则不存在足够的电压以通电所有四个串联连接的LED。为此，在图4的电路中，四个串联连接的LED 104A-104D与一对一地与LED并联的四个可控电流路径312A-312D一起使用，并且响应于由控制器105A提供的相应的控制信号314A-314D。在图4中，可控电流路径被实现为单刀单掷(SPST)开关SW1-SW4以在相应的LED周围转移串联电流I_series。通过运算放大器U7A、N型场效应晶体管Q35和电阻器R41实现电流源310。在图4的电路中，电流源310不在控制器105A的控制之下，而是由电流源310提供的串联电流I_series经由电阻器R43和R42形成的分压器来跟踪操作电压。

如上面结合图3所讨论的，图4(U8)的电路中的控制器105A可以耦合在第一节点108A与第二节点108B之间以直接从施加到这些节点的操作电压获得操作功率。此外，该控制器可以可选地包括第一通信端口120A和第二通信端口120B以发送和接收表示各种信息的数据，如下面进一步讨论的。又如上面结合图3所讨论的，图4的电路中的控制器105可以实施各种控制技术以操作由开关SW1-SW4形成的可控电流路径。

例如，当施加到第一节点108A和第二节点108B的操作电压减小到低于适合通电所有四个LED 104A-104D所需的电平时，控制器105A可以开始控制开关SW1-SW4以使得在一个时间(例如，以定时顺序)短路一个LED从而使得观察者看上去所有的LED保持点亮；换种说法，当操作电压减小到不足以适当地向四个串联连接的LED提供功率的电平时，在任意给定的时间仅仅同时通电三个或更少的LED。以此方式，该控制器间歇地在各个LED周围转移串联电流。在一个方面，小于四个LED的不同分组以观察者通常察觉不到的方式被接连地通电。在另一个方面，超过一个LED可以在同一时间短路以允许操作电压的进一步减小，同时仍然产生来自装置的光(例如，在任何给定的时间仅仅两个LED被通电，且以合适的速率接连地通电两个LED的不同分组，使得一般而言，这不会被观察者察觉)。

在图4的电路中，控制器105A可以使用多种技术中的任意一个或多个，这些技术用于监测表示施加在节点108A和108B之间的操作电压的一个或多个参数，并且用于确定可被通电的LED的合适数量以有效地控制由开关SW1-SW4实现的可控电流路径。为此，控制器105A可以包括一个或多个输入端以接收信号来监测操作电压本身(经由线324)、FET Q35的漏极电压(经由线320)、和FET Q35的门极电压(经由线322)中的一个或多个。

在一个实例中，控制器105A监测FET Q35的门极电压和漏极电压，其中相对较高的门极电压表示操作电压已经减小并且需要短路一个或多个LED，而相对较高的漏极电压表示操作电压已经增加并且可以短路更少的LED。例如，在基于大约13.5伏特-14.5伏特(例如，汽车应用)的额定预期操作电压和包括四个串联连接的LED的装置100A的一个特定实施方式中，大约4伏特的门极电压表示操作电压已经落到必须短路至少一个LED的值，并且大约5伏特的漏极电压表示足够的操作电压以在串联连接的堆叠中包括全部四个LED。在另一个实例中，控制器105A只监测FET Q35的漏极电压和门极电压中的一个，并且依赖于对高和低的漏极电压的准确感测来做决定，或者依赖于推测性地操作(speculative operation)开关来确定要短路的LED的正确数量。在又一个实例中，控制器105A可以直接监测操作电压，并且使用预兆性的策略，其中监测的操作电压直接映射到一些数量的被短路的LED。为此，在一个实施例中，控制器可以使用一个或多个预定的阈值，并且当操作电压降低到低于给定的预定阈值时，需要短路一个或多个LED。可以使用各种其他技术，包括间接估计FET Q35的漏极电压、源极电压和/或门极电压，目标是确定要短路的LED的正确数量。

虽然控制器105A不控制图4中的电路中的电流源310，但是本领域技术人员将容易理解，如上面结合图3所述的，可以实现其他电路实施方式，其中控制器105A还可以改变流经这串通电的LED的串联电流的值，并且可以占空比调制电流源，从而维持所产生的总体亮度、降低亮度、或另外地基于操作电压的改变而改变所述装置的操作的一些方面。而且，在一般地基于图4所示的电路结构的装置100A的可替换实施方式中，电流源可以通过本领域技术人员所知的许多方式中的任意一种来实现，这些方式包括使用一个或多个运算放大器和n型或p型晶体管(比如BJT或FET)的电路。同样地，被实现为开关SW1-SW4的可控电流路径312A-312D可以有多种设计。

例如，图5A到5D示出四个非限制性的示范性电路，其中每一个电路可以用于实现图4所示的开关SW1-SW4。为了说明的目的，图5A-5D中的电路图表示图4所示的开关SW4(可控电流路径312A)的四种不同的可能，其中在图中示出了跨接连接LED 104A的节点313A和313B。应当理解，图5A-5D所示的开关设计中的任意一个可以用于图4所示的开关SW1-SW4中的任意一个或多个。根据电流源310的不同实施方式，开关可以包括n型或p型器件中的一种或两种。在其他方面，电容电荷泵(pump)或升压帽(boost cap)结构可以用于增加可用的开关门极电压。

虽然在一个实施方式中，图4的控制器105A可以通过间歇的方式接连地控制开关SW1-SW4的不同的开关或多个不同的开关，如上所述，应当理解，可以通过根据各种实施例的控制器105A实现多种控制技术，从而控制可控电流路径。例如，可以根据一些预定的或随机的顺序并根据多种时标来顺序地控制电流路径。当然，如上所注意的，在一个实施方式中，不同电流路径受控制的速率可以被选择为显著地比典型的观察者能够识别到可感知的光特性中的差异的速率快(例如比大约50Hz-60Hz大)。在与图3和图4所示的照明装置相似的照明装置的一个实施例中，照明装置可以包括一个或多个光学元件(例如，如上面结合图1所讨论的)以混合、扩散、组合或另外地光学地处理由各个LED产生的光，从而最终得到的被感知的光与在任意给定的时间处通电哪些特定LED相对无关。

此外，对于图3和图4所示的装置100A的一些应用，顺序地或间歇地操作可控电流路径以将一个或多个LED切换进或切换出串联连接的堆叠，或另外地在一个或多个LED周围转移部分电流可以不是必需的；例如，可能存在一些应用，其中，可接受的是：基于给定瞬间的可用操作电压来简单地选择特定的操作状态(例如，某些数量的通电LED)，并且维持该状态一段时间或无限期地维持该状态。为此，应当理解，无论一些类型的静态的或动态的控制技术是否用于可控电流路径，两个或更多电流路径可以同时受控。同样，可用操作电压可以以多种时间间隔的任意一种来监测/采样，并且基于采样的操作电压来实现各种控制技术。

在图4所示的装置的其他方面，应当理解，对于一些应用(包括汽车和其他应用)，并非所有的开关SW1-SW4都是必需的(即，并非所有的串联连接的LED需要能够被短路)。例如，在传统的汽车电系统中，只有当明显低于10伏特到12伏特乃至低至5伏特的操作电压没被常规地预期，才必须具有短路四个串联连接的LED中的两个或三个LED的能力。换种说法，如上面结合图3所讨论的，在一些实施方式中可以接受的是具有与相应的可控电流路径不相关联的串联连接的堆叠的一个或多个LED，并且在堆叠中保持(和被通电)于较低的操作电压，由此进一步减少所需的可控电流路径的数量。

在又一个方面，控制器105A可被配置以控制可控电流路径或开关SW1-SW4，从而当操作电压不足以操作串联连接的堆叠中的所有LED时使得所产生的光的总体外观对观察者可感知地改变；即，可能有用的和/或所希望的是，通过所产生的光的质量(例如，亮度)的改变使得观察者意识到降低了的操作电压。如果使用不同颜色的LED，则这种类型的指示可能完全可见(即，因操作电压的改变引起的光的质量的改变可以包括亮度和颜色。

又如上面结合图3所讨论的，通常应当理解，图4所示的装置100A的LED可以是相同颜色(或白色的色温)或不同颜色(白色的不同色温)。在一个实施例中，在给定的装置中的不同颜色或色温的LED的物理布置和/或由控制器105A实施的控制技术可以开发不同颜色或不同色温的LED的使用，以创建各种照明效果。更一般地，所述多个串联连接的LED可以包括至少一个第一LED，其用于产生具有第一光谱的第一辐射；和至少一个第二LED，其用于产生具有不同于第一光谱的第二光谱的第二辐射，并且控制器可以以预定的方式至少部分地基于LED的不同光谱来控制可控电流路径。

在一个示范性实施方式中，第一LED可以包括第一白色LED，从而第一光谱对应于第一色温，而第二LED可以包括第二白色LED，从而第二光谱对应于不同于第一色温的第二色温。在一个方面，控制器可以控制可控电流路径，从而使得基于第一光谱和第二光谱中至少一个由装置产生的光的总体色温随着操作电压的减小而减小。例如，如果暖白色LED被用在一些位置并且冷白色LED被用在其他位置，那么控制器可以被配置为优先地维持通电的暖LED，因为操作电压被减小以模拟由白炽光灯泡产生的效果。如果各个通电的LED的光输出被充分地光学混合，则开关动作可能十分粗糙，并且仍然创建所期望的质量的光输出。在其他方面，可能方便的是，控制由电流源310提供的串联电流，并且/或者甚至当存在足够的操作电压以操作串联连接的堆叠中的所有LED时，故意地使LED偶尔短路，从而实现对所生成的颜色、色温、和/或所产生的光的亮度的调节。

虽然图4的装置中示出四个串联连接的LED，该装置不限于这个方面，因为根据本公开，具有比四个LED更少的(少到两个)或更多的LED的实施例是预期的，如上面结合图3所讨论的。更一般地，应当理解，虽然上面结合图4所示的装置提供了汽车应用的实例，但是本发明的各种实施方式不必限于汽车应用和用于这样的应用的预期操作电压的特定范围。在一个方面，在具有与图3和4所示的构造和功能相似的构造和功能的装置中的串联连接的LED的数量可以部分地由给定应用中的预期的操作电压的范围和额定操作电压指示。例如，虽然其中每一个都具有大约3.0伏特到3.3伏特的正向电压的四个LED可以特别好地适合于大约13.0伏特到14.5伏特的操作电压(例如，如在汽车应用中发现的)，基于其中每一个都具有2.5VDC到3VDC的正向电压的两个LED的装置可以特别好地适合于涉及6VDC到9VDC操作电压的应用，并且具有7个串联连接的LED的装置可以特别好地适合于涉及大约24伏特操作电压的应用。包括任意数量的LED的根据本发明的装置再次可以被预期用于各种应用的期望操作电压的几乎任何范围。

如上面结合图3所讨论的，超过一个LED可以被给定的可控电流路径控制，该可控电流路径包括在串联连接的堆叠中的给定高度处并联连接的LED的组，或在串联连接的堆叠中的两个或更多高度处(其中，在每一个高度，可以存在一个或多个LED)具有控制LED的单个的可控电流路径。当然，应当理解，当每个受控组(例如在堆叠中给定的高度处)的LED的数量增加，由装置产生的光的差分亮度(differential brightness)增大，因为电流在堆叠的不同高度周围被转移。例如，在基于24伏特的操作电压的一个实施方式中，装置可以包括7个串联连接的LED和仅仅5个可控电流路径，其中LED被布置为与两个单独可控的LED串联连接的两个串联连接的LED的三个可控的组。在基于LED的不同的可控分组的其他实施方式中，在串联连接的堆叠中相应高度处的偶数和奇数个组LED可以这样实现：使得由装置产生的光的总体亮度可以以一个LED的增量来调节(即，在只具有单个的可控LED的堆叠中没有任何高度)。而且，在一些实施例中，又如结合图3所讨论的，不是所有的用在串联连接的堆叠中的LED都需要相对于电流转移可控。在基于在串联连接的堆叠中的一个或多个“固定”(不可控)LED(其中不受控的LED通常传递比其他受控LED更多的光，受控LED被假设在某些情况下关闭)的一个实施方式中，实现的器件中的LED的物理布局可以适合于优化光学效率(例如，非受控LED可以在光学系统内的中心)。

在又一个实施例中，与图3和4所示的照明装置相似的照明装置基于多个串联连接的LED、一个或多个与一个或多个串联连接的LED并联连接的可控电流路径以及用于控制一个或多个可控电流路径的控制器，该照明装置可以实现为一个或多个集成电路。而且，集成电路的实现可以适当地封装以便于在多种应用中的任意一种应用中安装、部署和/或使用，这些应用包括这样的应用：其中可以容易地使用常规的操作电压。

例如，在与图4所示的装置相关的一个实施例中(特别是关于汽车照明应用)，装置可以实现为一个或多个集成电路并且可以包括在便于在汽车环境中安装和使用的封装中。为此，图4所示的电路的所有部件可以实现在单个集成电路芯片上，或LED可以实现在一个芯片上并且相关联的控制电路实现在另一个芯片上且与LED芯片堆叠(stacked)。在典型的制造技术中，LED首先附接到通常为半导体器件的“基座(submount)”，该半导体器件通常具有反向偏置保护二极管或齐纳二极管以防止由于高暂态电流或电压引起的器件故障。图4所示的电路可以被全部集成，并且需要很小的电容用于操作；因此，LED和相关联的电路可以被完全集成。

基于图4的电路的根据本发明的一个实施例的汽车照明装置可以进一步包括一个或多个集成电路芯片的封装，在该芯片中实现了所述电路。图6很概括地示出用于这样的照明装置的示范性封装400，其中所述封装包括：一个或多个集成电路芯片404，在其中实现装置100A；一个或多个光学元件402(例如，透镜)，用于保护芯片并允许光输出；以及至少一个电连接器406。在一个方面，电连接器406被配置为与耦合到汽车的配线410的免费赠送的(complimentary)电连接器408紧密配合。在另一个方面，电连接器406(以及电连接器408)可以包括电连接到操作电压所施加到的第一节点108A的第一引线406A和电连接到操作电压所施加到的第二节点108B的第二引线406B。适合于汽车应用的多种电连接器在本领域是公知的并且预期用于图6所示的照明装置的各种实施方式。

因此，在一个示范性实施方式中，用于汽车照明器件的完整封装可以包括四个串联连接的LED和在一个或多个集成电路芯片上的相关联的控制电路，该集成电路芯片以二引线封装在透镜下被分组、以及具有大约0.5伏特到5伏特的总的操作电压。

在其他方面，图6所示的封装400可以包括其他部件，这些部件的典型的实例包括但不限于，一个或多个用于设置电流或电流/电压特性的一个或多个电阻器、用于进一步减少EMI的小电容器、以及可能的其他滤波或保护部件(包括电感器、电容器、齐纳二极管等等)。封装400还可以设有额外的引线或具有其他特征的引线框，比如与用在功率晶体管(例如，TO-220或TO-247封装)上的安装孔相似的安装孔，或固定夹(retaining clip)的着落区(landing area)。附加引线可以用于各种目的，包括模式或电流设置、通信(如果这样的特征被添加到控制电路)、校准、或故障检测和感测。

更特别地，由于与在图4的装置中的LED相关联的控制电路可以制造为用于LED的基板，并且这种基板可以具有可以大于实现控制电路本身所必需的尺寸的最小尺寸，所以还可以包括其他功能。因此，在另一个实施例中，控制器105A可以实现除对可控电流路径和/或电流源进行控制之外的多种功能。以此方式，在这种成本相对于典型封装的LED的生产成本有相对较小增长的照明器件中可以包括重要的功能。

例如，如上面结合图3和4所讨论的，控制器105A可以包括一个或多个通信端口(例如图4所示的120A和120B)以用于接收和/或发送信息。再次参照图6，封装400的电连接器406可以包括电连接到通信端口的第三引线406C，从而控制器可以经第三引线和至少一个通信端口接收第一信息。同样地，在一个实施例中，控制器可以包括存储器以存储第二信息，并且可以经第三引线将来自至少一个通信端口的第二信息的至少一些发送到汽车的配线410。

存在许多示范性的情况，其中将信息发送到照明装置的控制器和从中接收信息的能力将极其强大，甚至在这样的情况下：控制器基于可能与从串联连接的LED堆叠产生光鲜有关联或无关的信息执行一些功能。例如，控制器可以包括存储器，该存储器包括各个类型的记录信息(例如，与器件检测相关)和/或唯一序列号(可通过通信端口120A和120B之一来访问)，以允许对所述装置安装在其中的汽车部件进行跟踪。发送到控制器的信息可以与照明装置本身的操作相关，例如感测外部条件，该外部条件比如温度、门、面板、阀门的开或关或用户接口或其他开关或模拟传感器的操作。由控制器传输的信息也可以用于影响外部操作，比如控制指示器、马达、螺线管、阀门、泵、闭锁装置、风扇或汽车中的其他光源。此外，控制器的存储器可以用于存储有关控制器如何响应外部信号的信息。这样的功能可以被实现为完全普及的存储的计算机程序。

针对前述，预期的是具有各种功能的根据本发明的多种汽车照明装置。例如，给定的照明装置可以产生用于门把手的光，以及提供对门锁机构的控制。具有不同编程的相同的器件可以是顶灯，该顶灯支持电容式触摸开关以控制其操作。一个器件可以运行倒车和刹车灯功能。

在又一个实施例中，多个根据图3或4的照明装置可以通过并联或串联配置而被使用。特别地，对于明显高于12到15伏特的操作电压，一个或多个常规LED或常规LED封装(即，没有图4的装置的控制功能)可以与图4的装置串联地使用，其中图4的装置的控制功能被用于适应施加到多个串联连接的器件的操作电压的减小。以此方式，图4的装置在这种器件的串联连接中充当“智能的”或“主动的”元件，而所述一个或多个常规的LED或常规的LED封装在串联连接中是“哑的”或“被动的”元件。在一个方面，这样的元件配置可以特别好地适用于24伏特系统。

在另一个方面，与图3和4所示的照明装置相似的根据本发明的照明装置具有相当低的电容以允许与所谓的“低电压电子变压器”的兼容性，“低电压电子变压器”包括用于提供从AC线电压得到的DC电压的桥整流器。特别地，图4所示的照明装置的电阻性质使得该装置特别好地适用于要求相对较高的功率因数的应用。特别地，图4的电路的电流源310被配置以基于施加到节点108A和108B的操作电压，经由电阻器R43和R42形成的分压器来设置串联电流I_series；以此方式，电阻器R43执行“电压感测”功能并且由装置汲取的电流跟踪操作电压的改变。通过将基于LED的照明装置配置成表现为基本电阻性负载或线性负载，可以减少变压器饱和、噪声以及输入谐波电流，由此改善了功率因数。

在根据本公开的发明的又一个实施例中，不基于操作电压的改变控制串联连接的LED，与图3所示的照明装置相似的照明装置可以这样配置：使得控制器105A依照经由通信端口120A接收的照明指令或照明命令将LED 104A和104B中的每一个作为多通道照明单元的单独和独立可控的通道来进行控制，如上面结合图1和2所讨论的。而且，给定的基于图3所示的通用电路结构的照明装置可以具有两个或更多的独立可控的通道；例如在一个实施例中，照明装置可以只包括白色LED，并且包括具有一个或多个位于堆叠的第一高度处的暖白色LED的“暖白色通道”和具有一个或多个位于堆叠的第二高度处的冷白色LED的“冷白色通道”。可替换地，照明装置可以包括：“红色”通道，其包括一个或多个位于堆叠的第一高度处的红色LED；“绿色”通道，其包括一个或多个位于堆叠的第二高度处的绿色LED；以及“蓝色”通道，其包括一个或多个位于堆叠的第三高度处的蓝色LED。当然，可以在不同的实施方式中使用有色的和白色的LED的各种组合。

在许多应用中，基于被切转进被切换出串联连接的堆叠的LED的节点电压波动可以产生很少的结果或没有结果。然而，在一些情况下，电压平衡器件可以可选地用于维持功耗的扩展并且避免LED堆叠中不同高度处的节点处的电压偏移，因为这可以减少另外地用于驱动各种电容(在一些情况下包括LED自身的电容)而消耗的功率。在图7中示出了电路的一个实施方式，包括用于串联连接的堆叠中的给定LED的电压平衡和电流转移部件，并且使用两个运算放大器来控制差分晶体管对的两侧。这些放大器的电压基准可以改变，或者它们可以关闭，以减小输出电压从而打开/关闭合适的电流路径。在各个方面，电压基准可以固定为操作电压的百分比，可以包含比率计量的和固定的电压成分，或可以是部分地或完全地可编程的(例如，在控制器105A的控制下)。

在根据本公开的照明装置的另一个实施例，用运算放大器生成多个不同节点电压，并且使用驱动位于节点电压的每一个之间的LED的可控电流源。这些电路通常更加复杂，并且使用更多的必须被分级(sized)以处理全部电流的器件，并且因此不那么节省成本。此外，它们可以要求外部电容器来维持稳定性。图8示出一个这样的照明装置100C的3-LED实例。

在使用串联连接的LED的多通道照明装置的另一个方面，应当理解，串联连接的电路布置通常比并联连接到操作电压的多个可控LED通道效率更低，因为当一个或多个通道没有被通电时，电流仍然流经整个电路，而不是在给定的通道中被切断。为了减轻该效应并保持功率，在一些实施例中，可以线性地或遵循LED的激活信号减少器件的堆叠中流动的串联电流。在一个方面中，通常有利地是，校准LED的激活信号从而使得大LED电流同时流过所有器件，并且存在清楚(clear)的周期，在该周期期间设置串联电流的电流源可以被关闭。在根据本公开的照明装置的其他实施例中，可控LED通道可以被分离成若干组，每一组具有单独的电流源，如图9中示出的装置100D所示。

图10示出根据本发明的又一个实施例的基于LED的照明单元100E，其通常基于串联连接LED的结构和在各自的LED周围的电流转移。图10的装置被额外地配置为基本表现为电阻性或线性元件，则这基于在此引作参考的美国临时申请序列号No.60/883620中所公开的思想。特别地，图10的装置包括串联连接的LED D38、D39和D40以及相应的开关SW1-SW3(例如通过与齐纳二极管串联连接的晶体管形成)，所述开关部分地起到分路电压调节器的作用。所述装置还包括电流镜电路600，其使得装置100E表现为到耦合到节点108A和108B的基本电阻性负载或基本线性负载。根据控制器105B的电压要求，所述装置还可以包括齐纳二极管D37以用于向控制器105B(U7)提供供电电压。

在又一个实施例中，形成如上面结合上述附图中任意一个所讨论的照明单元的LED和控制器的组合可以被堆叠在操作电压之间的两个高度，如图11所示和如图12所示，多个这样的照明单元(被标记为“A”到“E”)可以以“轨道分离”结构共享一个放大器以分离操作电压从而向所有的照明单元提供功率。在轨道分离放大器之上和之下的照明单元的数量不需要相同，并且照明单元本身不需要相似(例如不同的LED可以用于不同的照明单元，并且数据布线不需要保持与堆叠水平的任何关系)。所述放大器可以是或可以不是驱散器件，例如它可以是开关模式电源，其相似于许多音频放大器的设计。而且，该放大器可以与或可以不与控制电路之一集成。而且，控制电路可以具有数据输入，这可以是电容耦合的，或可以使用其他方案来在这些控制电路本身之间进行通信。

虽然，在这里已经描述并说明了若干个发明性实施例，但是本领域技术人员将容易想象多种用于执行所述功能和/或获得所述结果和/或一个或多个这里所描述的优势的其他装置和/或结构，并且这些改变和/或修改的每一种都被认为在这里所描述的本发明的实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解这里所描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示范性的并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将依赖于特定应用或使用本发明的教导的应用。本领域技术人员将意识到或能够仅仅使用常规实验探知与这里所描述的本发明的特定实施例等效的许多实施例。因此，应当理解，仅仅通过实例提出了前述实施例，并且在所附权利要求及其等价物的范围内，除了特别描述和要求保护的实施例之外，还可以实践有发明性的实施例。本发明的各种实施例针对这里所描述的每一个单独的特征、系统、物件(article)、材料、成套工具(kit)和/或方法。另外，如果这样的特征、系统、物件、材料、成套工具和/或方法并非相互不一致，则两个或更多这样的特征、系统、条款、材料、工具箱和方法的任意组合包括在本发明的范围内。

这里所定义和使用的所有定义应当被理解为涵盖(control over)字典释义、在此引作参考的文件中的定义、和/或所定义术语的普通意义。

除非有明确的相反指示，在这里说明书和权利要求中所使用的不定冠词“一”应当被理解为其意思是“至少一个”。

在这里说明书和权利要求中所使用的短语“和/或”应当被理解为其意思是以这种方式联合的元件中的“一个或两个”，以这种方式联合的元件即在一些情况下连接地出现并在其他情况下不相连地出现的元件。用“和/或”列出的多个元件应当以相同的方式解释，即所联合的元件的“一个或多个”。除了由“和/或”分句特别地标识的元件，其他元件可以可选地出现，无论与所特定标识的元件相关或不相关。因此，作为非限制性实例，对“A和/或B”，当其与比如“包括”的开放语言连接使用时，在一个实施例中，它可以仅仅指A(可选地包括除B之外的元件)；在另一个实施例中，仅仅指B(可选地包括除A之外的元件)；在又一个实施例中，指A和B(可选地包括其他元件)；等等。

如在说明书和权利要求中使用的，“或”应当被理解为具有与上面定义的“和/或”相同的意思。例如，当在列表中分离项目时，“或”或“和/或”将被解释为包括，即包括多个元件或元件列表中至少一个，还包括超过一个，并且可选地包括附加的非列出的项目。仅相反地明确指示的术语中，比如“仅仅一个”或“恰有一个”或权利要求中使用的“包括”将指包括多个元件或元件列表中恰有一个。一般地，在排他性术语(比如“两个之一”、“之一”、“仅仅一个”或“恰有一个”)之后的这里使用的术语“或”将仅仅被解释为指示排他的可替换方案(即“一个或另一个，但不是两个”)。在权利要求中使用的“基本包括”将具有如专利法领域所使用普通的意思。

如在说明书和权利要求中使用的，参照一个或多个元件的列表中的短语“至少一个”应当被理解为其意思是选自元件的列表中的元件的任意一个或多个的至少一个元件，但是不一定包括在元件列表内特别列出的每个元件中的至少一个并且不排除元件列表中的元件的任意组合。该定义还使得除了“至少一个”所指的在元件的列表内特别标识的元件之外，可以可选地存在其他元件，无论该元件是否与特定标识的元件相关。因此，作为非限制性实例，“A和B中至少一个”(或，等价地，“A或B中至少一个”，或等价地“A和/或B中至少一个”)在一个实施例中是指至少一个(可选地包括超过一个)A，而没有B(并且可选地包括除B之外的元件)；在另一个实施例中，是指至少一个(可选地包括超过一个)B，，而没有A(并且可选地包括除A之外的元件)；在又一个实施例中，是指至少一个(可选地包括超过一个)A，和至少一个(可选地包括超过一个)B(并且可选地包括其他元件)；等等。

应当理解，除非清楚地相反地指示，在包括超过一个步骤或动作的这里所要求保护的任意方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于所叙述的本发明的步骤或动作。

在权利要求中，以及在上述说明书中，所有过渡短语比如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“保持”、“组成”等等可被理解为开发性的，及其意思是包括但不限于。只有过渡短语“由...组成”和“基本由...组成”将分别是封闭的或半封闭的短语，如在美国专利审查程序的专利办公指南，部分2111.03中所指出的。

Claims

1.一种照明装置，包括：

至少两个LED，它们串联连接在第一节点和第二节点之间，其中当跨接第一节点和第二节点而施加操作电压时，串联电流在第一节点和第二节点之间流动；

至少一个可控电流路径，其与所述至少两个LED中的至少第一LED并联连接以用于至少部分地在第一LED周围转移串联电流；

至少一个控制器，其用于检测表示所述操作电压的至少一个参数并且确定可由所述操作电压通电的所述至少两个LED的LED的最大数量，所述至少一个控制器控制所述至少一个可控电流路径以当所述最大数量小于所有串联连接的所述至少两个LED的总数量时增加在至少第一LED周围被转移的串联电流的量，以及其中所述至少一个控制器依照一个或多个照明指令将所述至少两个LED中的每一个作为多通道照明单元的单独和独立可控的通道来进行控制。

2.权利要求1的装置，其中至少一个控制器控制所述至少一个可控电流路径以当至少一个参数指示所述操作电压小于预定的阈值时增加在第一LED周围被转移的串联电流的量，并且其中预定的阈值表示通电所有所述至少两个LED所必需的最小操作电压。

3.权利要求1的装置，其中所述至少一个控制器控制所述至少一个可控电流路径以在第一LED周围充分转移串联电流从而使得第一LED短路。

4.权利要求1的装置，其中：

所述至少两个LED包括串联连接在第一节点和第二节点之间的至少三个LED；并且

所述至少一个可控电流路径包括多个响应于所述至少一个控制器的可控电流路径，每一个电流路径与所述至少三个LED的至少一个LED并联连接。

5.权利要求4的装置，其中所述至少三个LED包括第一数量的LED，其中所述多个可控电流路径包括第二数量的可控电流路径，并且其中第一数量和第二数量是不同的。

6.权利要求4的装置，其中所述至少三个LED包括第一数量的LED，其中所述多个可控电流路径包括第二数量的可控电流路径，其中第一数量和第二数量是相同的，并且其中每一个电流路径都与所述至少三个LED的对应的一个LED并联连接。

7.权利要求4的装置，其中所述至少一个控制器控制所述多个可控电流路径的至少一些，并且其中受到控制器控制的每一个可控电流路径间歇地在所述至少三个LED的相应的至少一个LED周围转移串联电流，从而使得少于所有所述至少三个LED同时通电。

8.权利要求7的装置，其中所述至少一个控制器顺序地控制所述多个可控电流路径中的所述至少一些。

9.权利要求7的装置，其中所述至少一个控制器同时控制所述多个可控电流路径的至少一些中的至少两个。

10.权利要求1的装置，进一步包括电流源，其与处于第一节点和第二节点之间的至少两个LED串联连接以用于设置串联电流。

11.权利要求10的装置，其中电流源被配置为基于所述操作电压设置串联电流。

12.权利要求10的装置，其中所述电流源响应于所述至少一个控制器，并且其中所述至少一个控制器至少部分地基于所监测的表示所述操作电压的至少一个参数来控制串联电流。

13.权利要求12的装置，其中所述至少一个控制器被配置为控制所述电流源从而在所述操作电压减小时增大所述串联电流。

14.权利要求12的装置，其中所述至少一个控制器被配置成控制电流源以至少部分地基于监测的表示操作电压的至少一个参数来占空比调制所述串联电流。

15.一种通电串联连接在第一节点和第二节点之间的至少两个LED的方法，其中当跨接第一节点和第二节点而施加操作电压时，串联电流在第一节点和第二节点之间流动，该方法包括：

A)检测表示操作电压的至少一个参数；

B)确定可被操作电压通电的至少两个LED的LED的最大数量；以及

C)当所述最大数量小于所有串联连接的至少两个LED的总数量时，将所述至少两个LED的至少一个短路从而使得少于所有的所述至少两个LED同时通电，

所述方法进一步包括：依照一个或多个照明指令将所述至少两个LED中的每一个作为多通道照明单元的单独和独立可控的通道来进行控制。

16.权利要求15的方法，其中C)包括接连地通电所述至少两个LED的不同的LED，或者少于所有的所述至少两个LED的不同分组。

17.一种照明装置，包括：

多个LED，它们串联连接在第一节点和第二节点之间，其中当跨接第一节点和第二节点而施加操作电压时，串联电流在第一节点和第二节点之间流动；

多个可控电流路径，每一个可控电流路径与所述多个LED中的相应的一个LED并联连接以用于在所述多个LED的相应的一个LED周围转移串联电流；

电流源，其与位于第一节点和第二节点之间的所述多个LED串联连接以用于设置串联电流；以及

至少一个控制器，其用于监测与操作电压有关的至少一个参数并且用于间歇地控制所述多个可控电流路径，从而当所述至少一个监测的参数指示所述操作电压小于预定的阈值时，以定时顺序在所述多个LED的各自对应的LED周围转移串联电流，从而使得少于所有的所述多个LED同时通电。

18.权利要求17的装置，其中所述至少一个控制器被配置为控制电流源以增大串联电流，从而使得当所述操作电压下降到低于预定阈值时维持由所述多个LED产生的光的基本不变的亮度。

19.权利要求17的装置，其中：

所述多个LED包括用于生成具有第一光谱的第一辐射的至少一个第一LED，和用于产生具有不同于第一光谱的第二光谱的第二辐射的至少一个第二LED；以及

所述至少一个控制器至少部分地基于所述多个LED的不同的光谱以预定的方式控制所述多个可控电流路径。

20.权利要求19的装置，其中：

所述至少一个第一LED包括至少一个第一白色LED，从而使得第一光谱对应于第一色温；

所述至少一个第二LED包括至少一个第二白色LED，从而使得第二光谱对应于不同于第一色温的第二色温；以及

所述至少一个控制器控制所述多个可控电流路径，从而使得基于第一光谱和第二光谱中的至少一个由所述多个LED产生的光的总体色温在操作电压下降到低于预定阈值时减小。

21.一种汽车照明装置，包括：

至少一个集成电路芯片，其包括：

第一数量的LED，它们串联连接在第一节点和第二节点之间，其中当跨接第一节点和第二节点而施加操作电压时，串联电流在第一节点和第二节点之间流动；

第二数量的可控电流路径，其中第二数量等于或小于第一数量，每个电流路径与所述第一数量的LED中的对应的一个LED并联连接以用于在所述第一数量的LED的对应的一个LED的周围转移串联电流；

电流源，其与位于第一节点和第二节点之间的所述第一数量的LED串联连接以用于设置串联电流；以及

至少一个控制器，其用于监测表示所述操作电压的至少一个参数并且确定可被所述操作电压通电的第一数量的LED的LED的最大数量，所述至少一个控制器控制第二数量的可控电流路径从而当所述最大数量小于第一数量时在第一数量的LED各个对应的LED周围转移串联电流，从而使得少于所有的第一数量的LED同时通电；以及

用于至少一个集成电路芯片的封装，该封装包括被配置为与免费赠送的汽车的配线或电连接器紧密配置的至少一个第一电连接器，所述至少一个第一电连接器至少包括电连接到第一节点的第一引线和电连接到第二节点的第二引线，所述引线用于跨接第一节点和第二节点而施加操作电压。

22.权利要求21的装置，其中所述第一数量是4。

23.权利要求21的装置，其中所述至少一个控制器包括至少一个通信端口以用于接收和/或发送信息，并且其中所述至少一个第一电连接器包括至少第三引线，该第三引线电连接到所述至少一个通信端口。

24.权利要求23的装置，其中所述至少一个控制器至少部分地基于由所述至少一个通信端口经第三引线接收的第一信息来控制第二数量的可控电流路径，其中所述第一信息涉及与汽车相关联的外部条件。

25.权利要求23的装置，其中所述至少一个控制器包括至少一个存储器以用于存储第二信息，其中所述至少一个控制器经由所述第三引线传输来自所述至少一个通信端口的第二信息中的至少一些。

26.一种照明装置，包括：

至少一个控制器，其用于检测表示所述操作电压的至少一个参数并且确定可由所述操作电压通电的所述至少两个LED的LED的最大数量，所述至少一个控制器控制所述至少一个可控电流路径以当所述最大数量小于所有串联连接的所述至少两个LED的总数量时增加在至少第一LED周围被转移的串联电流的量；

其中所述至少两个LED包括串联连接在第一节点和第二节点之间的至少三个LED；

所述至少一个可控电流路径包括多个响应于所述至少一个控制器的可控电流路径，每一个电流路径与所述至少三个LED的至少一个LED并联连接；并且

所述至少一个控制器控制所述多个可控电流路径的至少一些，并且其中受到控制器控制的每一个可控电流路径间歇地在所述至少三个LED的相应的至少一个LED周围转移串联电流，从而使得少于所有所述至少三个LED同时通电。

27.权利要求26的装置，其中至少一个控制器控制所述至少一个可控电流路径以当至少一个参数指示所述操作电压小于预定的阈值时增加在第一LED周围被转移的串联电流的量，并且其中预定的阈值表示通电所有所述至少两个LED所必需的最小操作电压。

28.权利要求26的装置，其中所述至少一个控制器控制所述至少一个可控电流路径以在第一LED周围充分转移串联电流从而使得第一LED短路。

29.权利要求26的装置，其中所述至少一个控制器顺序地控制所述多个可控电流路径中的所述至少一些。

30.权利要求26的装置，其中所述至少一个控制器同时控制所述多个可控电流路径的至少一些中的至少两个。

31.权利要求26的装置，进一步包括电流源，其与处于第一节点和第二节点之间的至少两个LED串联连接以用于设置串联电流。

32.权利要求31的装置，其中电流源被配置为基于所述操作电压设置串联电流。

33.权利要求31的装置，其中所述电流源响应于所述至少一个控制器，并且其中所述至少一个控制器至少部分地基于所监测的表示所述操作电压的至少一个参数来控制串联电流。

34.权利要求33的装置，其中所述至少一个控制器被配置为控制所述电流源从而在所述操作电压减小时增大所述串联电流。

35.权利要求33的装置，其中所述至少一个控制器被配置成控制电流源以至少部分地基于监测的表示操作电压的至少一个参数来占空比调制所述串联电流。