CN101653041B

CN101653041B - 用于模拟电阻负载的方法和装置

Info

Publication number: CN101653041B
Application number: CN2007800493083A
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: 2007-01-05
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2027-08-09
Also published as: CN101653041A; EP2119318B1; RU2009129947A; JP2010515963A; US8026673B2; US20080164826A1; KR101524013B1; RU2476040C2; EP2119318A1; US20080164827A1; WO2008088383A8; US20080164854A1; JP5135354B2; WO2008088383A1; US8134303B2; KR20090099007A; ES2436283T3

Abstract

用于模拟电阻负载和方便多个负载的串联、并联和/或串联-并联连接以吸取工作功率的方法和装置。负载的电流-电压特性以预定的方式变化，从而方便从电源吸取能量的多个负载的可预测的和/或期望的行为。示范性负载包括基于LED的光源和基于LED的照明单元。改变的电流-电压特性可以使得负载至少在某一范围内呈现为相对于电源的基本线性或电阻性元件。针对多个这样的负载，每个负载的电压相对更加可预测。在一个实例中，具有改变的电流-电压特性的多个电阻的串联连接可以根据线电压运行，而不需要变压器。

Description

用于模拟电阻负载的方法和装置

背景技术

发光二极管(LED)是基于半导体的光源并且可以根据它们在制造中所使用的材料类型而用于各种颜色(例如红色、绿色、黄色、蓝色、白色)，该发光二极管传统地使用在用于显示目的的低功率仪器和设备应用中。最近，LED的这种颜色多样性已经被开发以创建具有足够的光输出用于空间照明和直观应用的新颖的基于LED的光源。例如，如在美国专利No.6,016,038(其通过引用合并于此)中所讨论的，可以将多个不同颜色的LED组合在具有一个或多个内部微处理器的照明灯具中，其中每一种不同颜色的LED的强度被独立地控制并且独立地变化以产生多个不同的色调(hue)。在这种装置的一个实例中，红色、绿色和蓝色LED被组合起来使用以从单个的照明灯具中产生几乎数百个不同的色调。此外，可以用计算机控制红色、绿色和蓝色LED的相对强度，由此提供可编程的多通道光源，该光源能够生成具有不同强度和饱和度的任何颜色和任何颜色序列，从而实现宽范围的醒目的照明效果。这种基于LED的光源最近已经用于多种灯具类型和多种照明应用中，其中所期望的是颜色可变的照明效果。

这些照明系统及其产生的效果可以通过网络被控制并被协调，其中包括分组信息的数据流被传输到照明设备。每一个照明设备可以登记所有通过该系统的分组信息，但是仅仅对寻址到特定设备的分组作出响应。一旦被适当寻址的分组信息到达，照明设备可以读取并且执行该命令。这个设置要求每一个照明设备具有地址并且这些地址需要相对于网络中的其他照明设备是唯一的。在安装期间，通过在每一个照明设备上设置开关来正常地设置地址。设置开关趋向于耗时并易于出错。

用于娱乐、零售、以及建筑场馆(比如剧场、赌场、主题公园、商店和购物中心)的照明系统需要详尽的照明灯具和控制系统的分类，从而使灯运行。常见的网络照明设备具有它们的地址，这些地址通过一系列物理开关(比如刻度盘、变光开关或按钮)设置。这些设备必须单独地被设置为特定地址并且该过程是麻烦的。实际上，照明设计者的最困难的任务之一(系统配置)在所有的灯被安装之后出现。该任务典型地需要至少两个人并且涉及：到达每一个照明仪器或灯具并且通过使用开关或刻度盘来为它确定和设置网络地址，并且随后确定在照明板或计算机上的安装和相应的元件。不足为奇的是，照明网络的配置可能花费多个小时，这依赖于位置和复杂性。例如，新的游乐场机动设施可以使用数百个网络控制的照明灯具，其为相对于彼此的视线或到任意单个点的视线。在照明控制板上，每一个照明灯具必须被识别和被链接到其设置。在该过程中，混合和混淆是常见的。通过充分计划和协调，该地址的选择和设置可以进行先验，但是仍然需要大量的时间和精力。

为了解决这些缺陷，通过引用合并于此的美国专利No.6,777,891(“‘891专利”)考虑将多个基于LED的照明单元布置为计算机可控“光柱”，其中每个照明单元构成了光柱的单独可控的“节点”。适用于这种光柱的应用包括装饰的和面向娱乐的照明应用(例如，圣诞树照明、显示器照明、主题公园照明、视频化和其他游戏拱形照明，等等)。经计算机控制，一个或多个这种光柱提供多种复杂时序的和颜色变化的照明效果。在许多实现方式中，根据多种不同数据传输和处理方案，照明数据以串联方式被传输到给定光柱的一个或多个节点，同时功率被并联地提供给光柱的各个照明单元(例如来自整流的高压源，在有些场合具有大量的波纹电压)。在其他实现方式中，光柱的独立的照明单元经多种不同的管道配置耦合在一起以提供容易的耦合与构成光柱的多个照明单元的布置。而且，能够布置在光柱结构中的小型的基于LED的照明单元通常被制造为包括数据处理电路和用于LED光源的控制电路的集成电路，并且光柱的给定节点可以包括一个或多个封装有LED的集成电路，以用于方便的耦合到管道以连接多个节点。

因此，‘891专利中公开的方法提供一种针对基于LED的光柱的灵活的低压多颜色控制方案，该方案使得在LED节点处的组件数量最小化。针对该方法的商业成功，照明工业需要具有更多节点的更长的光柱以用于复杂应用。

发明内容

申请人已经认识到并理解，通常有用的是：考虑多个照明单元或光源以及其他类型的负载的连接，以串联地而不是并联地接收工作功率。多个负载的串联互连可以允许更高电压的使用以向负载提供运行电压，并且还可以允许多个负载的运行，而在电源(例如，墙功率(wallpower)或线电压，比如120VAC或240VAC)与负载之间不需要变压器(即多个串联连接的负载可以直接根据线电压运行)。

因此，本发明各个方面总体上针对用于方便多个负载的串联连接以从电源吸取工作功率的方法和装置。这里所公开的本发明的一些实施例涉及导致与负载相关联的变化的电流-电压(I-V)特征的配置、修改和改进方式。例如，电流-电压特性可以通过预定的方式变化，从而使得当负载串联连接以从电源吸取运行电压以及并联或串联-并联连接时便于实现负载的可预测的和/或期望的性能。在一些示范性发明实施例中，负载包括基于LED的光源(包括一个或多个LED)或基于LED的照明单元，并且与基于LED的光源或照明单元相关联的电流-电压特性以预定的方式变化，从而使得当基于LED的光源/照明单元以多种串联、并联或串联-并联布置连接以从电源吸取运行电压时便于实现基于LED的光源/照明单元的可预测的和/或期望的性能。

申请人已经特别地认识到并理解，一般地可以使用电阻负载来实现从电源吸取功率的多个负载的各种串联、并联以及串联-并联连接。因此，在本发明的一些实施例中，根据这里所公开的方法和装置的改变的电流-电压特性使得负载至少在一些工作范围中呈现为连接到电源(负载从电源中吸取功率)的、基本为线性的或“电阻性的”元件(即类似于电阻器那样工作)。

特别地，在本发明的一些实施例中，至少在一些工作范围中，当具有非线性的和/或可变的电流-电压特性的负载(比如基于LED的光源或基于LED的照明单元)从电源吸取功率时，它们被修改以基本上模拟线性或电阻性元件。这又方便了所述被修改的基于LED的光源或照明单元的串联功率连接，其中每一个修改的光源/照明单元上的电压相对更加可预测。另外要指出，电源(串联连接从中吸取功率)的终端电压以更可预测(例如相等)的方式在修改的光源/照明单元之间共享。通过模拟电阻性负载，这种修改的负载也可以并联连接，或以各种串联-并联组合的方式连接，且相对于终端电流和电压具有可预测的结果。

例如，一个实施例针对：一种装置，包括至少一个具有非线性的或可变的电流-电压特性的负载；以及一种转换器电路，其耦合到所述至少一个负载并被配置为该装置在至少一些工作范围中具有基本线性的电流-电压特性。在一个方面，当装置从电源吸取功率时，由装置传导的第一电流独立于由负载传导的第二电流。

另一个实施例针对一种装置，包括具有运行电压V_L和运行电流I_L的至少一个照明单元，其中基于运行电压V_L和运行电流I_L的第一电流-电压特性明显是非线性的或可变的。该装置进一步包括耦合到所述至少一个照明单元的转换器电路，以提供运行电压V_L，该转换器电路被配置为：使得该装置传导终端电流I_T并且当该装置从电源吸取功率时具有终端电压V_T。在各个方面，所述至少一个照明单元的运行电压V_L小于装置的终端电压V_T，该装置的终端电流I_T独立于所述至少一个照明单元的运行电流I_L和运行电压V_L，以及装置的基于终端电压V_T和终端电流I_T的第二电流-电压特性在额定工作点V_T＝V_nom附近的终端电压范围上基本上是线性的。

另一个实施例针对一种方法，包括将至少一个负载的非线性的或可变的电流-电压的特性转换为基本线性的电流-电压特性，其中基本线性电流-电压特性独立于由负载传导的电流。

另一个实施例针对一种照明系统，包括多个串联耦合的照明节点以从电源吸取功率。所述多个照明节点的每一个照明节点包括具有显著非线性的或可变的电流-电压特性的至少一个照明单元和耦合到至少一个照明单元的转换器电路，其被配置为使得照明节点在至少一些工作范围中具有基本线性的电流-电压特性。

另一个实施例针对一种照明方法，包括：将多个照明节点串联地耦合起来以从电源吸取功率，每个照明节点包括至少一个照明单元；以及将每个照明节点的所述至少一个照明单元的非线性的或可变的电流-电压特性转换为基本线性的电流-电压特性。

另一个实施例针对一种照明系统，包括多个串联耦合的照明节点以从电源吸取功率。所述多个照明节点的每一个照明节点具有节点电压并包括具有显著非线性的或可变的电流-电压特性的至少一个照明单元，和耦合到所述至少一个照明单元的转换器电路以用于为所述至少一个照明单元提供运行电压。每个转换器电路被配置为：使得当所述多个照明节点从电源吸取功率时，所述多个照明节点的各个节点电压在至少一些工作范围中基本相似。

另一个实施例针对一种照明方法，包括：将多个照明节点串联地耦合起来以从电源吸取功率，每个照明节点包括至少一个照明单元；以及对每个照明节点的所述至少一个照明单元的非线性的或可变的电流-电压特性进行转换，使得当所述多个照明节点从电源吸取功率时，所述多个照明节点的各个节点电压在至少一些工作范围中基本相似。

另一个实施例针对一种装置，包括：至少一个具有第一电流-电压特性的负载：以及转换器电路，其耦合到所述至少一个负载以通过预定的方式改变第一电流-电压特性从而使得当所述至少一个负载与至少一个其他负载串联连接以从电源吸取功率时，实现了所述至少一个负载的可预测的性能。在一个方面，当该装置从电源吸取功率时，由该装置传导的第一电流与由负载传导的第二电流无关。

另一个实施例针对一种装置，包括：至少一个光源，其具有运行电压V_L、运行电流I_L、以及基于运行电压V_L和运行电流I_L的第一电流-电压特性。该装置进一步包括转换器电路，其耦合到所述至少一个光源以提供运行电压V_L，该转换器电路被配置为使得当该装置从电源吸取功率时该装置传导终端电流I_T并且具有终端电压V_T。在多个方面，所述至少一个光源的运行电压V_L小于该装置的终端电压V_T；该装置的终端电流I_T与所述至少一个照明单元的运行电流I_L或运行电压V_L无关；转换器电路以预定的方式改变第一电流-电压特性以提供用于该装置的基于终端电压V_T和终端电流I_T的第二电流-电压特性，该第二电流-电压特性明显不同于第一电流-电压特性；以及当所述至少一个负载与至少一个其他负载串联连接以从电源吸取功率时，第二电流-电压特性实现了所述至少一个负载的可预测的性能。

另一个实施例针对一种方法，包括以预定的方式改变至少一个负载的第一电流-电压特性，从而使得当所述至少一个负载与至少一个其他负载串联连接以从电源吸取功率时实现了所述至少一个负载的可预测的性能，其中从电源传导的第一电流与由所述至少一个负载传导的第二电流无关。

另一个实施例针对一种装置，包括：具有非线性的电流-电压特性的至少一个负载，该至少一个负载具有多个运行状态；以及转换器电路，其耦合到所述至少一个负载并被配置为使得当该装置从电源吸取功率时，由该装置传导的电流与该负载的所述多个运行状态无关。

如为了本发明的公开的目的所使用的，术语“LED”应当被理解为包括任何电致发光二极管或其他类型的能够响应于电信号而生成辐射的基于载流子注入/连接的系统。因此术语LED包括但不限于响应于电流发光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等等。具体地，术语LED是指可以被配置为产生在一个或多个红外光谱、紫外光谱、以及可见光光谱的各个部分(通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)中的辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)。LED的一些实例包括但不限于，各种类型的红外光LED、紫外光LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED以及白色LED(下面将被进一步讨论)。还应当理解，LED可以被配置和/或被控制以产生具有用于给定光谱(例如，窄带宽、宽带宽)的各种带宽(例如，在最大值一半处的全宽，或FWHM)的辐射，以及在给定的一般颜色分类内的多种主波长。

例如，被配置为生成基本白色光的LED(例如，白色LED)的一个实现可以包括多个管芯，其分别发射电致发光的不同光谱，这些光谱通过组合而混合以形成基本白色光。在另一个实现方式中，白色光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换为第二光谱的磷光体材料相关联。在该实现方式的一个实例中，具有相对较短波长和较窄的带宽的光谱的电致发光“泵激”磷光体材料，其又发射具有稍微更宽的光谱的更长波长的辐射。

还应当理解，术语LED没有限制物理的和/或电封装类型的LED。例如，如上所述，LED可以指具有多个被配置为分别发射不同光谱辐射(例如，其可以是或可以不是单独可控的)的多个管芯的单个发光设备。而且，LED可以与被看作是LED(例如某些类型的白色LED)组成部分的磷光体相关联。一般地，术语LED可以指封装的LED、未封装的LED、表面安装型LED、板上芯片型LED、T封装安装型LED、辐射封装型LED、功率封装型LED、包括一些类型的包装和/或光学元件(例如，扩散透镜)的LED等等。

术语光源应当被理解为是指多种辐射源的任意一个或多个，这些辐射源包括但不限于基于LED的光源(包括一个或多个如上地定义的LED)、白炽光源(例如白炽灯、卤素灯)、荧光光源、磷光光源、高强度放电光源(例如钠汽灯、汞汽灯、以及金属卤化物灯)、激光器、其他类型的电致发光源、高温发光源(例如，火焰)、烛型发光光源(例如，汽灯、碳弧辐射源)、光致发光源(例如气体放电光源)、使用电子饱和的阴极场致发光源、电致发光源、结晶发光源、显像管致发光源、热致发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射致发光源、以及发光聚合体。

一种给定的光源可以被配置为生成在可见光光谱内、在可见光光谱外或二者的组合的电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在这里可以可交换地使用。此外，光源可以包括作为组成部件的滤波器(例如颜色滤波器)、透镜、或其他光学组件中的一个或多个。而且，应当理解的是，光源可以被配置用于多种用途，包括但不局限于指示、显示和/或照明。“照明光源”是特别地被配置为生成具有足够强度以有效地照亮内部或外部空间的辐射的光源。在本文中，“足够的强度”是指在空间或环境中生成的可见光谱中的足够的辐射功率(通常使用单位“流明”来表示在所有方向上来自光源的总的光输出，即辐射功率或“光通量”)以提供环境照明(即，可以间接感知的光和可以例如在被整体或部分感知之前被多种居间表面中的一个或多个反射的光)。

术语“光谱”应当被理解为是指由一个或多个光源产生的任何一个或多个频率(或波长)的辐射。因此，术语“光谱”不仅指可见光范围内的频率(或波长)，还指红外光、紫外光以及整个电磁光谱的其他区域中的频率(或波长)。而且，给定的光谱可以具有相对较窄的带宽(例如具有很少的频率或波长分量的FWHM)或相对较宽的带宽(具有各种相对强度的若干频率或波长分量)。还应当理解，给定的光谱可以是两个或多个其他光谱混合的结果(例如，将分别从多个光源发射的辐射混合)。

为了本公开的目的，术语“颜色”可以与术语“光谱”交换使用。然而，术语“颜色”一般地用于主要指被观察者察觉的辐射的属性(虽然该使用的意图不是限制该术语的范围)。因此，术语“不同颜色” 含蓄地指具有不同波长成分和/或带宽的多个光谱。还应当理解，术语“颜色”可以与白色和非白色光联系起来使用。

术语“色温”一般地在这里与白色光联系起来使用，但是这种使用的意图不是限制该术语的范围。色温基本上是指白色光的特定色彩含量或色相(例如，带红色的、带蓝色的)。给定的辐射样本的色温根据发射基本与所讨论的辐射样本相同光谱的黑体辐射体的开氏温度(K)的温度进行表征。黑体辐射体色温一般地落入从大约700K度(典型地被认为是对于人眼的第一可见光)到超过10,000K度的范围内；白色光通常在超过1500-2000K度色温处被察觉。

较低的色温一般地指示白色光具有更显著的红色成分或“更暖的感觉”，而较高的色温一般地指示白色光具有更显著的蓝色成分或“更冷的感觉”。通过实例，火具有大约1800K度的色温、传统的白炽灯泡具有大约2848K度的色温、早上的日光具有大约3000K度的色温，以及阴天的正午的天空具有大约10000K度的色温。在具有大约3000K度色温的白色光下观看的彩色图像具有相对带红色色调，而在具有大约10000K度色温的白色光下观看的相同颜色的图像具有相对带蓝色色调。

术语“照明灯具”在这里用来指具有特定的形状因素、组件或封装的一个或多个照明单元的实现或结构。术语“照明单元”在这里用来指包括一个或多个相同类型或不同类型的光源的装置。给定的照明单元可以具有用于(多个)光源、外壳/壳体布置和形状、和/或电和机械的连接配置的多种安装配置中的任意一个。此外，给定的照明单元可选地可以关联于(例如，包括，耦合到和/或与之封装在一起)与(多个)光源的运行相关的各种其他组件(例如控制电路)。“基于LED的照明单元”是指包括独立形式的或与其他非基于LED的光源结合的一个或多个如前所述基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元是指包括至少两个被配置为分别生成不同光谱的辐射的光源的、基于LED或非基于LED的照明单元，其中每个不同的光源光谱可以被称作多通道照明单元的“通道”。

术语“控制器”在这里一般地用于描述与一个或多个光源的运行相关的各种装置。控制器可以通过多个方式实现(例如，利用专用硬件)以执行这里所述的各种功能。“处理器”是控制器的一个实例，其使用可以由软件(例如微代码)编程以执行这里所述的各种功能的一个或多个微处理器。控制器可以使用或不使用微处理器来实现，并且还可以实现为用于执行一些功能的专用硬件和用于执行其他功能的处理器(例如一个或多个编程的微处理器和相关电路)的组合来实现。在本发明的各个实施例中可以使用的控制器组件的实例包括但不限于传统微处理器、专用集成电路(ASIC)、和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)。

在各种实施例中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联(这里通常被称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器，比如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、软盘、高密度盘、光盘、磁带等等)。在一些实现中，可用一个或多个程序编码存储介质，当所述程序在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，其至少实现这里所讨论的功能中的一些。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或者可以是可传送的，从而使得所述一个或多个存储在其上的程序能够被载入到处理器或控制器中以便实现本发明的上述各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在这里用来在广义上指可以被使用来编程一个或多个处理器或控制器的任何类型的计算机代码(例如软件或微代码)。

术语“可寻址的”在这里用来指一种设备(例如，通常的光源、照明单元或灯具、与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其他非照明相关的设备等等)，其被配置以接收多个设备(这些设备包括它本身)的信息(例如数据)并且选择性地响应关于它的特定信息。术语“可寻址的”通常与网络化环境(或下面进一步讨论的“网络”)联系起来使用，其中多个设备经一些通信介质或媒质耦合在一起。

在一个网络实现中，耦合到网络的一个或多个设备可以充当一个或多个(例如，以主/从关系)耦合到网络的其他设备的控制器。在另一个实现中，网络化环境可以包括一个或多个专用控制器，其被配置以控制耦合到网络的一个或多个设备。一般地，耦合到网络的多个设备中的每一个可以访问通信介质或媒质上存在的数据；然而，给定的设备可以是“可寻址的”，因为它被配置为：基于例如分配给它的一个或多个特定标识符(例如，“地址”)来选择性地与网络交换数据 (即，从中接收数据和/或向其发送数据)。

这里所使用的术语“网络”是指便于在耦合到网络的任何两个或更多设备之间和/或多个设备之间的信息传输(例如设备控制、数据存储、数据交换等等)的两个或更多设备(包括控制器或处理器)的任何互连。如应当容易理解的，适合于互连多个设备的网络的各种实现可以包括多种网络拓扑结构的任意一种并且可以采用多种通信协议中的任意一种。此外，在根据本公开的各种网络中，两个设备之间的任何一个连接可以表示这两个系统之间的专用连接，或可替代地表示非专用连接。除了为这两个设备传输信息之外，这种非专用连接可以传输不一定用于这两个设备中任意一个的信息(例如，开放式网络连接)。而且，应当容易理解，这里所讨论的设备的各种网络可以采用一个或多个无线、有线/电缆、和/或光纤链接以方便遍及网络的信息传输。

这里所使用的术语“用户接口”是指人类用户或操作者与一个或多个设备之间的接口，其使得在用户与所述(多个)设备之间能够进行通信。在本公开的各种实现中可以使用的用户接口的实例包括但不限于，开关、电位计、按钮、刻度盘、滑块、鼠标、键盘、键区、各种类型的游戏控制器(例如，操纵杆)、跟踪球、显示屏、各种类型的图形用户接口(GUI)、触摸屏、麦克风、以及可以接收人类产生的一些形式的刺激并且生成响应于此的信号的其他类型的传感器。

下面的专利和专利申请通过引用而合并于此：

●2000年1月18日公布的标题为“Multicolored LED LightingMethod and Apparatus”的美国专利No.6,016,038；

●2001年4月3日公布的标题为“Illumination Components”的美国专利No.6,211,626；

●2003年8月19日公布的标题为“Methods and Apparatus forControlling Devices in a Networked Lighting System”的美国专利No.6,608,453；

●2004年8月17日公布的标题为“Methods and Apparatus forControlling Devices in a Networked Lighting System”的美国专利No.6,777,891；

●2005年11月22日公布的标题为“Methods and Apparatus forControlling Illumination”的美国专利No.6,967,448；

●2005年12月13日公布的标题为“Systems and Methods forControlling Illumination Sources”的美国专利No.6,975,079；

●2006年5月2日公布的标题为“Methods and Apparatus forProviding Power to Lighting Devices”的美国专利No.7,038,399；

●2006年3月21日公布的标题为“Systems and Methods forGenerating and Modulating Illumination Conditions”的美国专利No.7,014,336；

●2007年1月9日公布的标题为“Systems and Methods forProgramming Illumination Devices”的美国专利No.7,161,556；

●2007年3月6日公布的标题为“Light-Emitting Diode BasedProducts”的美国专利No.7,186,003；

●2007年4月10日公布的标题为“Controlled Lighting Methodsand Apparatus”的美国专利No.7,202,613；

●2007年6月19日公布的标题为“LED-Based Lighting NetworkPower Control Methods And Apparatus”的美国专利No.7,233,115；

●2004年11月22日提交的标题为“Light System Manager”的美国专利申请序列号No.10/995,038；

●2005年9月12日提交的标题为“Power Control Methods andApparatus for Variable Loads”的美国专利申请序列号No.11/225,377；

●2006年6月6日提交的标题为“Methods and Apparatus forImplementing Power Cycle Control of Lighting Devices based onNetwork Protocol”的美国专利申请序列号No.11/422,589；

●2006年5月8日提交的标题为“Power Control Methods andApparatus”的美国专利申请序列号No.11/429,0715；

●2003年1月3日提交的标题为“Power Allocation Methods forLighting Devices Having Multiple Source Spectrums，and ApparatusEmploying Same”的美国专利申请序列号No.11/325,080；

应当理解，前述概念和下面将要详细讨论的附加概念的所有组合(提供的这些概念相互不一致)被预期作为这里所公开的本发明的主题的一部分。具体地，出现在本公开的结尾处的所要保护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，也可以出现在通过引用合并的任何公开中的这里明确使用的术语应当符合与这里所公开的具体概念高度一致的意思。

附图说明

在附图中，遍及不同的视图，相同的参考标记通常表示相同的部件。而且，附图不必按照比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。

图1示出典型的电阻器的电流-电压特性的曲线图。

图2和3分别示出传统LED和传统的基于LED的照明单元的电流-电压特性的曲线图。

图4是示出基于LED的照明单元的概括性框图，该照明单元适合与根据本发明的各个实施例的用于方便多个负载的串联连接的装置一起使用。

图5是示出图4的基于LED的照明单元的网络化照明系统的概括性框图。

图6是根据本发明的一些实施例的用于改变负载的电流-电压特性的示范性装置的概括性框图。

图7示出包括多个串联连接的图6的装置的系统。

图8示出图6和7的装置所预期的示范性电流-电压特性的曲线图。

图9是根据本发明的一个实施例的适用于图6的装置的转换器电路的电路图。

图10示出图9的装置的电流-电压特性的曲线图。

图11是根据本发明的另一个实施例的适用于图6的装置的转换器电路的电路图。

图12示出图11的装置的电流-电压特性的曲线图。

图13和14是根据本发明的其他实施例的适用于图6的装置的基于FET的转换器电路的电路图。

图15是根据本发明的一个可替代实施例的用于改变包括电压限制负载的负载的电流-电压特性的另一个示范性装置的电路图。

图16是基于图15的装置的电路图，其中该装置进一步包括工作电路以控制电压受限的负载。

图17是示出图16所示的运行电路的实例的电路图。

图18-20是根据本发明的各种可替代实施例的用于改变负载的电流-电压特性的装置的电路图。

图21示出图20的装置的电流-电压特性的曲线图。

图22和23是示出根据本发明的其他实施例的图6所示的装置的转换器电路的其他实例的电路图，其中围绕某个额定工作点的该装置的有效电阻以预定的方式变化。

图24和25示出根据本发明的又一些其他实施例的包括多个图6的串联或串联-并联连接的装置的示范性照明系统。

图26示出根据本发明的特定实施例的与图24和25所示的照明系统相似的照明系统，该系统进一步包括用于引导来自AC线电压的运行的滤波器和桥式整流器。

图27示出包括图4的基于LED的照明单元并构成图24、25和26所示的节点的装置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的各个方面和实施例，包括具体地与基于LED的光源相关的特定实施例。然而，应当理解，本发明不限于任何具体的实现方式，并且这里明确地讨论的各个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在多种环境中适当地实现，这些环境包括基于LED的光源、不包括LED的其他类型的光源，包括LED和其他类型的光源的组合环境，以及包括单独的非照明相关设备或与各种类型的光源的组合的环境。

本发明总体涉及用于模拟电阻性负载以及实现多个负载的串联、并联或串联-并联连接以从电源吸取运行功率的发明方法和装置。在这里所公开的一些实现方式中，感兴趣的是具有非线性的和/或可变的电流-电压特性的负载。在其他实现方式中，感兴趣的负载可以具有可能受功能组件的调制功率控制的一个或多个功能方面或组件。这种功能组件的实例可以包括但不限于，发动机或其他致动器和机动的/可移动的组件(例如，继电器、螺旋形电导管)、温度控制组件(例如，加热/制冷元件)和至少一些类型的光源。可以在负载中使用以控制功能组件的功率调制控制技术的实例包括但不限于，脉冲频率调制、脉冲宽度调制、以及脉冲数量调制(例如，一位D/A转换)。

在一些实施例中，本发明的方法和装置涉及引起与负载相关联的电流-电压特性改变的配置、修改和改进。在电学领域中众所周知，电流-电压(I-V)特性是示出通过电子设备的DC电流与横跨该设备终端的DC电压之间的关系的图上的曲线。图1示出电阻器的示范性I-V特性曲线302，其中所施加的电压值沿着横轴(x轴)表示，而所得到的电流值沿着纵轴(y轴)表示。可以使用I-V特性来确定设备的基本参数并且对其在电路中的性能进行建模。

也许，根据欧姆定律(V＝I·R)，电阻器的曲线302提供I-V特性的最简单的实例，其导致施加到该电阻器上的电压与通过该电阻器的所得的电流之间的理论上的线性关系。线性的I-V特性的曲线一般可以由关系式I＝mV+b来描述，其中m是该曲线的斜率且b是曲线的沿纵轴的截距。如在图1所示的曲线302中，在由欧姆定律支配的电阻器的特定情况下，截距b＝0(曲线经过图形的原点)，并且电阻R由斜率m的倒数给定(即，陡峭的斜率表示低电阻且小斜率表示高电阻)。

在本发明的各个方面中，负载的电流-电压特性可以通过预定的方式改变，从而使得当多个电阻串联连接以从电源吸取工作功率时实现所述多个负载的可预测的和/或希望的性能。在这里所公开的本发明的一些示范性实施例中，所述负载包括或基本包括基于LED的光源(包括一个或多个LED)或基于LED的照明单元，并且与基于LED的光源或照明单元相关联的电流-电压特性以预定方式变化，从而使得当基于LED的光源/照明单元串联、并联或串联-并联连接布置以从电源吸取工作功率时实现所述基于LED的光源/照明单元的可预测的和/或希望的性能。

当考虑多个LED或基于LED的照明单元的连接以获得工作功率时经常出现的一个问题是，它们的电流-电压特性一般地是显著非线性的或可变的，即它们不像电阻器的电压与电流关系特性。例如，传统LED的I-V特性近似为指数型的(即，由LED吸取的电流近似为所施加的电压的指数函数)。超过小前向偏压，典型地在从大约1.6伏特到3.5伏特的范围中(依赖于LED的颜色)，所施加的电压中的小变化导致通过LED的电流的显著变化。由于LED电压与LED电流对数相关，所以电压可以被认为在LED工作范围中保持基本不变；以这样的方式，LED通常被视为“固定电压”设备。图2示出传统LED的示范性电流- 电压特性曲线304，其中示出了刚好在前向偏压V_LED之上的标称工作点。图2示出在小电压范围内，根据在标称工作点处具有相当高或陡的斜率的近似指数关系，LED可以传导较宽范围的电流。

由于其固定电压的特性，由LED吸取的功率基本上与所传导的电流成正比。当通过LED的平均电流(和其功率消耗)提高时，由LED产生的光的亮度增加，达到控制LED的性能的最大电流。多个LED的串联连接不会改变图2所示的电流-电压特性的形状。因此，在没有一个或多个电流限制设备以使得I-V特性“变平坦”的情况下，由电压源操作一个或多个LED一般是不切实际的，因为电压的小变化使得电流显著变化。

为了将LED电流和功率随着所施加的电压的改变(以及由于制造的不同、温度变化、以及前向电压变化的其他源而引起的在LED中物理特性的变化)而保持在相对可预测的水平，限流电阻器通常设置为与LED串联并且随后连接到电源。这具有稍微使得图2所示的I-V特性的在其他情况下较陡的斜率变得平坦的影响，虽然所换取的是效率降低(因为一些功率必然被电阻器消耗并且作为热量被耗散)。假如存在足够的可用电压，则多个LED可与单个限流电阻器串联连接。然而，流过电阻器和(多个)LED的串联组合的电流是该(多个)LED的前向电压V_LED的函数。换句话说，由电阻器/(多个)LED串联组合传导的来自电源的电流与所述LED的工作参数(电压、电流)无关，而这些工作参数又依赖于所述LED的制造公差、电压源的变异性以及串联电阻器中所允许的总电压的百分比。

在正常工作过程中，许多常见的电学/电子设备从能量的公共源吸取可变电流，这些公共电源典型地提供与设备的功率需求无关的基本固定的和稳定的电压。对于常见的基于LED的照明单元情况确实如此，该照明单元可以被操作为在任何时间供电多个不同LED(或多个不同LED组)的一个或多个，每一个LED都与特定电流(如下面结合图4进一步讨论的)相关联。因此，电流-电压特性可以被认为是“可变的”，因为该设备可以在给定的供电电压处吸取可变电流(例如，多个不同电流)。

图3示出示范性可变电流-电压特性，对于常见的基于LED的照明单元来说，该电流-电压特性包括三个曲线306₁，306₂，306₃，以及示范性标称工作点。在图3的实例中，在给定电压处三个不同电流是可能的，并且对于每一个曲线，使用不变电流源来显著地使得I-V特性变平坦。由于所述不变的电流源，图3示出对于任意给定的运行模式(对于每一个曲线)，由照明单元在所施加的宽范围的电压上吸取特别小的范围的平均电流；然而，再次在任意给定的电压处，多个不同电流是可能的。应当理解，主要为了说明的目的提供图3所示的三个曲线，并且具有多个运行模式的其他类型的照明单元或电子设备可以具有包括多个曲线的I-V特性，该曲线横跨多个轨道，其包括具有负斜率、不连续、滞后、随时间变化的能耗等等(包括所有形式的调制)的那些轨道。然而，所有这些可能性仍然可以由有效电压/电流组合的区域表示，该区域由在电压范围中一组最大电流限定。

图2和3所示的显著非线性或可变电流-电压特性通常对于这种负载的串联的电源互联不具有特别的传导性，因为具有这种非线性I-V特性的负载中的电压共享是不可预测的。因此，在本发明的各个实施例中，改变的电流-电压特性使得负载至少在一些工作范围表现为连接到电源(负载从其吸取功率)的基本为线性的或“电阻性的”元件(例如，相似于电阻器而运行)。特别地，包括基于LED的光源和/或基于LED的照明单元的负载可以被修改为充当基本线性的或电阻性的元件，至少在一些工作范围中，当它们从电源吸取功率时。这又方便实现了被修改的基于LED的光源或照明单元的串联电源连接，其中横跨每个修改的光源/照明单元的电压相对地更加可预测；即，在修改的光源/照明单元中，该串联连接正在从中吸取功率的电源的终端电压以更加可预测(例如相等)的方式被分享。通过模拟电阻性负载，这种修改的负载也可以并联结构或各种串联-并联结构连接，以具有相对于终端电流和电压的可预测结果。

为了本公开的目的，基本线性的或“电阻性的”元件是，电流-电压特性在至少一些设计的工作范围中(即，所施加的电压的范围)具有基本不变的斜率；换句话说，所述元件的“有效电阻”R_eff在设计的工作范围中保持基本不变，其中该有效电阻由在设计的工作范围中的I-V特性曲线的斜率的倒数给定。在设计的工作范围内的元件的“表观电阻”R_app由施加到元件的特定终端电压V_T与由元件吸取的相对应的终端电流I_T之比给出，即R_app＝V_T/I_T。根据下面进一步讨论的各种实现方式，具有非线性的或可变的I-V特性的负载可以被修改(例如与附加电路合并)为：使得在近似为0.1(R_app)到10.0(R_app)之间的一些标称的工作点V_T＝V_nom(或在工作的一些范围中)，所得到的装置具有有效电阻R_eff。在其他实现方式中，可以这样修改负载：使得在近似为R_app到4(R_app)之间的一些标称的工作点(或在运行的一些范围中)，所得到的装置具有有效电阻。在一些实现方式中，希望的电流-电压特性可以是基本线性的，其明显超越围绕标称工作点的特定工作范围；然而，在其他实现方式中，其电流-电压特性基本为线性的、围绕标称工作点的电压范围不需要很大。

为了方便与根据本发明的实施例的负载相关联的改变的电流-电压特性的讨论，负载的特定实例包括常见的基于LED的照明单元，其可以被本发明预期修改，以及这种照明单元的系统或网络，这些实例将结合图4和5来讨论。用于改变示范性基于LED的照明单元以及其他类型的负载的电流-电压特性的各种方法和装置可以随后结合后面的附图讨论。

图4示出基于LED的照明单元100的一个实例。例如，在美国专利No.6,016,038和No.6,211,626中可以发现与下面结合图4描述的相似的基于LED的照明单元的各种实现方式，这两个专利通过引用合并与此。

在本发明的各种实施例中，图4所示的照明单元100可以单独使用或与照明单元的系统中的其他类似的照明单元一起使用(例如，下面结合图5进一步讨论的)。无论是单独使用还是与其他照明单元结合使用，照明单元100都可以用于多种应用中，这些应用包括但不限于，直接观看或间接观看的内部或外部空间(例如，建筑)照明和一般照明、对象或空间的直接或间接照明、基于剧场或其他娱乐场所/特定效果照明、装饰照明、面向安全的照明、车载照明、与显示器和/或商品相关联的照明或其本身的照明(例如，用于广告和/或零售/消费环境)、照明和通信系统的组合等等，以及用于各种指示、显示和信息的目的。

此外，与结合图4描述的照明单元相似的一个或多个照明单元可以在多种产品中实现，这些产品包括但不限于，具有各种形状和电学/机械耦合配置的各种形式的发光模块或灯泡(包括适合用于常见的底座或夹具的替换或“改造”模块或灯泡)，以及多种消费型和/或家用产品(比如，夜灯、玩具、游戏或游戏组件、娱乐组件或系统、器具、家电、厨房助手、清洁产品等等)和建筑组件(例如，用于墙的光板、地面、天花板、发光贴面和装饰组件等等)

参照图4，照明单元100包括一个或多个光源104A、104B、104C以及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LED的基于LED的光源。这些光源的任何两个或多个可以适于生成不同颜色(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生成不同的光源光谱，其构成“多通道”照明单元的不同“通道”。虽然图4示出四个光源104A、104B、104C以及104D，但是应当理解，该照明单元不限于这个方面，因为不同数量和各种类型的光源(所有基于LED的光源、基于LED和非基于LED的光源组合等等)适于生成多种不同颜色的辐射，包括基本白色光，这些光源可以用于照明单元100，如下面将进一步讨论的。

仍然参照图4，照明单元100还包括控制器105，其被配置为输出一个或多个控制信号以驱动光源从而从光源生成各种强度的光。例如，在一个实施例中，控制器105可以被配置为输出用于每一个光源的至少一个控制信号，从而独立地控制由每一个光源生成的光的强度(例如以流明表示的辐射功率)；可替代地，控制器105可以被配置为输出一个或多个控制信号以统一地同样控制一组两个或多个光源。可以由控制器生成的用于控制光源的控制信号的实例包括但不限于，脉冲调制信号、脉冲宽度调制信号(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。在一些版本中，特别是结合基于LED的光源，一个或多个调制技术使用施加到一个或多个LED的固定电流水平提供可变控制，从而缓解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驱动电流则可能出现上述变化。在其他版本中，控制器105可以控制其他专用电路(在图4中未示出)，该专用电路又控制光源以改变它们各自的强度。

一般地，由所述一个或多个光源生成的辐射的强度(辐射输出功率)与在给定的时间周期上传递到光源的平均功率成正比。因此，用于改变由所述一个或多个光源生成的辐射的强度的一种技术包括调制传递到光源的功率(即，其工作功率)。对于包括基于LED的光源的一些类型的光源，这可以使用脉冲宽度调制(PWM)技术来有效地实现。

在PWM控制技术的一个示范性实现中，对于照明单元的每一个通道，固定的预定电压V_source周期性地被施加到构成信道的给定光源上。电压V_sourced的施加可以经过由控制器105控制的一个或多个开关(在图4中未示出)实现。当电压V_source被施加到光源时，预定的固定电流I_source(例如由电流调节器来确定，该调节器在图4中未示出)被允许流过光源。再次回想，基于LED的光源可以包括一个或多个LED，从而使得电压V_source可以施加到构成光源的一组LED，并且电流I_source可以由该组LED吸取。在光源通电时横跨光源的固定电压V_source以及由通电时的光源吸取的调节的电流I_source确定了光源的瞬时工作功率P_source的量(P_source＝V_source·I_source)。如上所述，对于基于LED的光源，使用调节的电流缓解了在LED输出中潜在的不希望的或不可预测的变化，如果使用可变LED驱动电流则可能出现这些变化。

根据PWM技术，通过在给定的开关周期期间周期性地将电压V_source施加到光源并改变施加电压的时间，随时间传递到光源的平均功率(平均工作功率)可以被调制。特别地，控制器105可以被配置为将电压V_source以脉冲的方式(例如通过输出操作一个或多个开关以将电压施加到光源的控制信号)施加到给定光源，优选地以比能够被人眼探测到的频率更大的频率来施加(例如大于大约100Hz)。以这种方式，由光源生成的光的观察者不会察觉到离散的开关循环(通常被称为“闪烁效应”)，而是眼睛的整合功能察觉到基本连续的光生成。通过调整控制信号的开关循环的脉冲宽度(即，开通时间或“占空比”)，控制器可以改变光源在任意给定的时间周期中被通电的平均时间量，并且因此改变光源的平均工作功率。以这种方式，又可以改变从每一个通道生成的光的被察觉的亮度。

如下面更详细讨论的，控制器105可以被配置为控制处于预定的平均工作功率的多通道照明单元的每个不同光源通道，从而为由每个通道生成的光提供相应的辐射输出功率。可替代地，控制器105可以接收来自多种来源的指令(例如，“照明命令”)，比如用户接口118、信号源124、或一个或多个通信端口120，该指令指定了一个或多个通道的定制的工作功率，并且因此指定了用于由各个通道生成的光的对应的辐射输出功率。通过(例如，按照不同的指令或照明命令)改变一个或多个信道的定制的工作功率，可以由照明单元生成不同的被察觉的颜色和亮度水平的光。

在照明单元100的一个实施例中，如上所述，图4所示的光源104A、104B、104C和104D中的一个或多个可以包括由控制器105一起控制的一组多个LED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)。此外，应当理解，一个或多个光源可以包括一个或多个适于生成具有多种光谱中任意一种(即波长或波段)的辐射的LED，所述多种光谱包括但不限于：各种可见颜色(包括基本白色光)、白色光的各种色温、紫外光、或红外光。具有多种光谱带宽(例如窄带、较宽的带)的LED可以用于照明单元100的各种实现中。

照明单元100可以被构建和布置为产生宽范围的颜色可变的辐射。例如，在一些实施例中，照明单元100可以被特别地布置为：使得由两个或更多光源生成的可控的强度可变的(例如，可变辐射功率)光结合以产生混合颜色光(包括具有多种色温的基本白色光)。特别地，该混合颜色光的颜色(或色温)可以通过改变光源的各自的强度(输出辐射功率)的一个或多个来改变，例如响应于由控制器105输出的一个或多个控制信号。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，以便生成多种静态的或随时间变化的(动态的)多颜色(或多色温)照明效果。为此，在本发明的各个实施例中，控制器包括被编程以将这种控制信号提供给一个或多个光源的处理器102(例如，微处理器)。处理器102可以被编程以自主地、响应于照明命令、或响应于各种用户或信号输入来提供这种控制信号。

因此，照明单元100可以包括以多种组合的方式的种类繁多的颜色的LED，这些LED包括红色、绿色和蓝色LED中的两个或更多以产生颜色混合体，以及一个或多个其他LED以使得改变白色光的颜色和色温。例如，红色、绿色和蓝色可以与琥珀色、白色、紫外、橙色、红外或LED的其他颜色混合。此外，在全白色LED照明单元中或结合其他颜色的LED，可以采用具有不同色温的多个白色LED(例如，生成对应于第一色温的第一光谱的一个或多个第一白色LED，以及生成对应于第二色温的第二光谱的一个或多个第二白色LED，第二色温不同于第一色温)。在照明单元100中不同颜色LED和/或不同色温的白色LED的这种结合可以方便照明条件的许多希望的光谱的准确再生，这些照明条件的实例包括但不限于，在一天的不同时间处多种外部日光等效、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去除可以在特定环境中被特别吸收、衰减或反射的特定光谱部分来建立。例如，水易于吸收并削弱大多数非蓝色和非绿色光，所以水下应用可能受益于适合相对于其他光谱元素加强或削弱一些光谱元素的照明条件。

也如图4所示，在各个实施例中，照明单元100可以包括存储器114以存储各项信息。例如，存储器114可以用于存储一个或多个照明命令或用于由处理器102执行的程序(例如，以生成用于光源的一个或多个控制信号)，以及对于生成可变颜色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定的标识符(例如，序列号、地址等等)，该特定标识符可以用在局部或用在系统级上以识别照明单元100。这种标识符可以例如由制造商预编程，并且其后可以是可变的或不可变的(例如经位于照明单元上的某些类型的用户接口，经被照明单元接收的一个或多个数据或控制信号，等等)。可替代地，这种标识符可以在现场中开始使用照明单元时确定，并且其后还可以是可变的或不可变的。

仍然参照图4，照明单元100还可以包括一个或多个用户接口118以方便多个用户可选择的设置或功能中的任意一个(例如，一般地控制照明单元100的光输出、改变和/或选择将由照明单元生成的各种预编程的照明效果、改变和/或选择所选照明效果的各种参数、设置照明单元的特定标识符比如地址或序列号，等等)。在各个实施例中，用户接口118与照明单元之间的通信可以通过导线或电缆或无线传输来完成。

在一个实现中，照明单元的控制器105监视用户接口118并至少部分地基于该接口的用户的操作来控制一个或多个光源104A、104B、104C和104D。例如，控制器105可以被配置为通过发送一个或多个用于控制一个或多个光源的控制信号来响应于用户接口的操作。可替代地，处理器102被配置为通过选择一个或多个存储在存储器中的预编程控制信号、修改通过执行照明程序而生成的控制信号、选择并执行来自存储器的新的照明程序、或相反地影响由一个或多个光源生成的辐射来做出响应。

在一个特定实现中，用户接口118构成一个或多个开关(例如标准的墙壁开关)，其可以中断到控制器105的电源。在该实现的一个版本中，控制器105被配置为如由用户接口控制那样来监视电源，并且又至少部分地基于由用户接口的操作引起的电源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通过例如选择一个或多个存储在存储器中的预编程控制信号、修改通过执行照明程序而生成的控制信号、选择并执行来自存储器的新的照明程序、或相反地影响由一个或多个光源生成的辐射来对电源中断的预定持续时间作出响应。

仍然参照图4，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。照明单元的控制器105可以单独地或结合其他控制信号(例如，通过执行照明程序而生成的信号、一个或多个来自用户接口的输出，等等)使用信号122，从而以类似于上面结合用户接口所讨论的方式来控制一个或多个光源104A、104B、104C和104D。

可以由控制器105接收并处理的信号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)中获得的信息的信号、表示一个或多个可检测的/感测的条件的信号、来自照明单元的信号、包括调制的光的信号，等等。在各个实现中，信号源124可以定位在远离照明单元100的地方，或者作为照明单元的组件而被包括在内。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被发送到另一个照明单元100。

可以用于图4的照明单元100中的或用于与该照明单元连接的信号源124的一些实例包括多种传感器或换能器，其响应于一些激励而生成一个或多个信号122。这种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，红外光)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、对电磁辐射的一个或多个特性光谱敏感的传感器，比如光谱仪或分光光度计等等)、各种类型的照相机、声音或振动传感器、或其他压力/力传感器(例如麦克风、压电设备)，等等。

信号源124的附加实例包括各种计量/检测设备，其监视电信号或特性(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、一个或多个特定化学或生物的试剂、细菌，等等)并且基于信号或特性的测量值来提供一个或多个信号122。而信号源124的其他实例包括各种类型的扫描器、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、或许多可用的信号生成设备中的任意一个，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、照相机信号源、无绳电话、扬声器、电话、蜂窝电话、即时通信设备、SMS设备、无线设备、个人组织器设备、以及许多其他设备。

而且，图4所示的照明单元100还可以包括一个或多个光学元件或装置130以光学地处理由光源104A、104B、104C和104D生成的辐射。例如，一个或多个光学元件可以被配置从而改变生成的辐射的空间分布和传播方向中的一个或两个。特别地，一个或多个光学元件可以被配置为改变所生成的辐射的散射角。一个或多个光学元件130可以特别地被配置为可变地改变所生成的辐射的空间分布和传播方向的一个或两个(例如，响应于一些电学的和/或机械的模拟)。可以包括在照明单元100中的光学元件的实例包括但不限于，反射性材料、折射材料、半透明材料、滤波器、透镜、反射镜、以及光纤。光学元件130还可以包括磷光材料、发光材料、或能够响应于所生成的辐射或与之相互作用的其他材料。

再次如图4所示，照明单元100可以包括一个或多个通信端口120以实现照明单元100耦合到各种其他设备，所述设备包括一个或多个其他照明单元。例如，一个或多个通信端口120可以将多个照明单元耦合到一起作为网络化的照明系统，其中所有照明单元中的至少一些或全部是可寻址的(例如，具有特定的标识符或地址)并且/或者对经网络传输的特定数据作出响应。一个或多个通信端口120还可以适于通过有线或无线传输接收和/或发送数据。在一个实施例中，通过通信端口接收到的信息可以至少部分地与随后将被照明单元使用的地址信息相关，并且照明单元可以适于接收该地址信息并且随后将之存储在存储器114中(例如，照明单元可以适于使用存储的地址作为其地址以在经一个或多个通信端口接收随后的数据时使用)。

特别地，在网络化照明系统环境中，如下面进一步详细讨论的(例如，结合图5)，由于数据经过网络传输，所以耦合到网络的每个照明单元的控制器105可以被配置为对涉及它(例如，在某些情况下，由网络化照明单元的各个标识符限定)的特定数据(例如，照明控制命令)作出响应。一旦给定的控制器识别了专用于它的特定数据，则它可以读取该数据并且例如根据接收的数据来改变由光源产生的照明条件(例如，通过产生到光源的适当的控制信号)。耦合到网络的每个照明单元的存储器114可以例如使用与控制器的处理器102接收的数据相对应的照明控制信号表来加载。在这些实现中，一旦处理器102从网络接收到数据，随后该处理器将查阅该表以选择对应于所接收到的数据的控制信号，并且相应地控制照明单元的光源(例如，使用多种模拟和数字信号控制技术中的任意一种，这些技术包括上面所讨论的脉冲调制技术)。

在许多实施例中，给定的照明单元的处理器102(无论是否耦合到网络)被配置为解释以DMX协议接收到的照明指令/数据(例如，如在美国专利6,016,038和6,211,626中所讨论的)，DMX协议是通常用于一些可编程照明应用的照明工业中的照明指令协议。在DMX协议中，照明指令被传输到照明单元，该指令作为被格式化为包括512个数据字节的包的控制数据，其中每个数据字节由表示零和255之间的数字值的8个位组成。这些512个数据字节前面被加上了“开始码”字节。包括513个字节(开始码加数据)的整个“包”按照RS-485电压水平和布线实践被以250kbit/s串行传输，其中包的开始被指定至少88毫秒的中断。

在DMX协议中，给定的包中的512字节的每个数据字节预期作为用于多通道照明单元的特定“通道”的照明命令，其中数字值零指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指示照明单元的给定通道的全辐射输出功率(100％可用功率)(即，通道全开)。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协议中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到255的值的8位数据(即，一个数据字节)。用于任意一个颜色通道的最大值255指示处理器120控制相应的(多个)光源以在该通道的最大可用功率(即，100％)处工作，由此对该颜色生成最大可用辐射功率(这种用于R-G-B照明单元的命令结构通常被称作2 4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针对红色、绿色和蓝色光中的每一个生成最大辐射功率(由此创建白色光)。

因此，采用DMX协议的给定通信链路通常可以支持高达512个不同的照明单元通道。被设计以接收以DMX协议格式化的通信的给定照明单元通常被配置为：基于在包中的512数据字节的整个序列中的希望的数据字节的特定位置，响应于对应于照明单元的通道的数量的包中的512字节的仅仅一个或多个特定数据字节(例如，在三通道照明单元的实例中，三字节被照明单元使用)，并且忽略其他字节。为此，基于DMX的照明单元可以装配有地址选择机构，该机构可以被用户/安装者手动设置以确定在给定DMX包中照明单元响应的数据字节的特定位置。

然而，应当理解，适合用于本公开的目的的照明单元不限于DMX命令格式，因为根据各个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可以被配置为响应多种格式的照明命令，其表示根据表示用于每个通道的零到最大可用工作功率的规模为多通道照明单元的每一个不同通道定制的工作功率。

例如，在其他实施例中，给定照明单元的处理器102被配置为解释以常见的以太网协议(或基于以太网概念的相似的协议)接收的照明指令/数据。以太网是众所周知的通常用于局域网(LAN)的计算机网络技术，所述局域网定义用于形成网络的互联的设备的配线和信令请求，以及用于在网络上传输的数据的帧格式和协议。耦合到网络的设备具有各自的唯一地址，并且用于在网络上一个或多个可寻址设备的数据被组织为包。每个以太网包包括指定目的地地址(包要去的地方)和源地址(包出发的地址)的“头”，后面是包括若干字节数据的“有效载荷”(例如，在II型以太网帧协议中，有效载荷可以为从46数据字节到1500数据字节)。包以纠错码或“校验和”来结束。如根据上述DMX协议，预定用于被配置通过以太网协议接收通信的给定照明单元的连续以太网包的有效载荷可以包括表示能够由照明单元生成的光的不同可用光谱(例如，不同的颜色通道)的各自的定制辐射功率的信息。

在又一个实施例中，给定照明单元的处理器102可以被配置为：解释以例如在美国专利No.6,777,891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经他们的通信端口120被耦合在一起以形成照明单元的串联连接(例如，菊花链或环形拓扑结构)，其中每个照明单元具有输入通信端口和输出通信端口。基于在每个照明单元的串联连接中的相对位置顺序地布置传输到照明的照明指令/数据。应当理解，虽然特别地结合采用串行通信协议的实施例讨论基于照明单元的串联互联的照明网络，但是本公开不限于这个方面，因为由本公开考虑的照明网络拓扑的其他实例将在下面结合图5进一步讨论。

在采用基于串行通信协议的实施例的一些示范性实现中，由于串联连接中的每个照明单元的处理器102接收数据，它“剥去”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”)照明单元的串行互联，由来自接收到的数据序列的每个三通道照明单元提取三个多位值(每通道一个多位值)。串联连接的每个照明单元又重复这个过程，即剥去或提取所接受到的数据序列的一个或多个初始部分(多位值)并且传输该序列的剩余部分。又由每个照明单元剥去的数据序列的初始部分可以包括各自的定制的辐射功率，其用于能够由照明单元生成的光的不同可用光谱(例如，不同颜色通道)。如上结合DMX协议讨论的，在各种实现中，每通道的每个多位值可以是8位值，或每通道其他数量的位(例如，12，16，24等)，这部分地依赖于每个通道的期望的控制分辨率。

在基于串行通信协议的又一个示范性实现中，不同于剥去接收到的数据序列的初始部分，一标记与表示用于给定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，并且用于多个照明单元的整个数据序列从照明单元完全传输到串联连接中的照明单元。由于串联连接中的照明单元接收数据序列，所以它寻找数据序列的第一部分，其中所述标记指示给定部分(表示一个或多个通道)未被任何照明单元读取。当发现该部分时，照明单元读取并处理该部分以提供对应的光输出，并且设置相应的标记以指示该部分已经被读取。整个数据序列再次被完全从照明单元传输到照明单元，其中标记的状态指示可用于读取和处理的数据序列的下一部分。

在基于串行通信协议相关的一个特定实施例中，被配置用于基于串行通信协议的给定照明单元的控制器105可以实现为专用集成电路(ASIC)，其被设计用于根据上述“数据剥离/提取”处理或“标记修改”处理而特定地处理接收到的照明指令/数据的流。更特别地，在通过串联连接耦合到一起以形成网络的多个照明单元的一个示范性实施例中，每个照明单元包括具有处理器102的功能的实现为ASIC的控制器105、存储器114以及图4所示的通信端口120(在一些实现中当然不需要包括可选的用户接口118和信号源124)。在美国专利No.6,777,891中详细讨论了这种实现方式。

图4的照明单元100可以包括并且/或者耦合到一个或多个电源108。在各个实施例中，电源108的实例包括但不限于：AC电源、DC电源、电池、太阳能电源、基于热电或机械的电源等等。此外，电源108可以包括或相关联于一个或多个功率转换设备或功率转换电路(例如，在某些情况下位于照明单元100的内部)，其将外部电源接收到的能量转换为适合用于操作各种内部电路组件和照明单元100的光源的形式。

照明单元100的控制器105可以被配置为从电源108接收标准A.C.线电压并且为光源提供合适的DC工作功率和基于与DC-DC转换相关的概念或“切换”电源概念的照明单元的其他电路，如在美国专利No.7,233,115和共同未决的美国专利申请序列号No.11/429,715所述。在这些实现中的一些版本中，控制器105可以包括电路以使得不仅接收标准的A.C.线电压而且确保了从具有明显较高的功率因数的线电压吸取功率。

虽然在图4中没有明确示出，但是根据本公开的各个实施例，照明单元100可以实现为多种不同的结构配置中的任何一种。这种配置的例子包括但不限于，基本上线性或曲线配置、圆形配置、椭圆形配置、矩形配置、前述配置的组合、各种其他几何形状配置、多种二维或三维配置等等。

给定的照明单元还可以具有多个用于光源的安装配置中的任何一种，部分或完全封闭光源的外壳/壳体配置和形状，和/或电学的和机械的连接配置。特别地，在一些实现中，照明单元可以被配置为替代或“改造”以电学地和机械地啮合在常见的底座或灯具布置中(例如，Edison型螺口底座、卤素灯具布置、荧光灯具布置等等)。

此外，上面所讨论的一个或多个光学元件可以部分或全部地与照明单元的外壳/壳体装置集成。而且，上面所公开的照明单元的各种组件(例如，处理器、存储器、电源、用户接口等等)以及在不同的实现中可能与照明单元相关联的其他组件(例如，传感器/换能器、方便到和来自该单元的通信的其它组件等等)可以通过多种方式封装；例如，各种照明单元组件的任何子集或全部以及可能与照明单元相关联的其他组件可以封装在一起。组件的封装的子集可以通过多种方式电学地和/或机械地耦合在一起。

图5示出根据本发明的各个实施例的网络化照明系统200的实例，其中与上面结合图4所讨论的相似，多个照明单元100耦合在一起以形成网络化照明系统。然而，应当理解，图5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，并且本发明不限于图5所示的特定的系统拓扑结构。

此外，虽然没有在图5中明确示出，但是应当理解，网络化照明系统200可以被灵活地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/换能器。例如，一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源(比如传感器/换能器)(如上面结合图4所讨论的)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。可替代地(或除了前述之外)，一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源可以实现为在网络化照明系统200中的“独立”组件。无论是作为独立组件或是特别地与一个或多个照明单元100相关联，这些设备可以被网络化照明系统的照明单元所“共享”。换言之，一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源(比如传感器/换能器)可以构成网络化照明系统中的“共享资源”，其可以结合控制该系统的任意一个或多个照明单元来使用。

参照图5，在一些实施例中，照明系统200包括一个或多个照明单元控制器(下面记为“LUC”)208A、208B、208C和208D，其中每个LUC负责与耦合到它的一个或多个照明单元100通信并且通常负责控制该照明单元。虽然图5示出耦合到LUC208A的两个照明单元，以及耦合到每一个LUC208B、208C和208D的一个照明单元100，但是应当理解，本发明不限于这个方面，因为不同数量的照明单元100可以使用多种不同的通信介质和协议耦合到多种不同配置(串联连接、并联连接、串联和并联连接的组合等等)中的给定LUC。

在图5的系统中，每一个LUC又可以耦合到被配置为与一个或多个LUC通信的中央控制器202。虽然图5示出经通用连接204耦合到中央控制器202(其可以包括多种常见耦合、切换和/或网络化设备中的任意多个)的四个LUC，但是应当理解，根据各个实施例，不同数量的LUC可以耦合到中央控制器202。此外，根据本发明的各个实施例，LUC和中央控制器可以使用多种不同的通信介质和协议以各种配置被耦合到一起，以形成网络化照明系统200。而且，应当理解，LUC和中央控制器的相互连接以及照明单元到各自LUC的相互连接可以通过不同的方式实现(例如使用不同的配置、通信介质和协议)。

例如，图5所示的中央控制器202可以被配置以实现了与LUC的基于以太网的通信，并且LUC又可以被配置为实现了与照明单元100的基于以太网的、基于DMX的或基于串行的协议通信之一(如上所述，美国专利No.6,777,891中详细讨论了适合用于各种网络实现的示范性串行协议)。特别地，在一个特定实施例中，使用基于以太网协议，每个LUC可以被配置为可寻址的基于以太网的控制器并且因此经由特定唯一地址(或唯一一组地址和/或其他标识符)对于中央控制器202是可识别的。以此方式，中央控制器202可以被配置为支持整个耦合的LUC的网络的以太网通信，并且每个LUC可以响应于那些用于它的通信。接下来，响应于中央控制器202的以太网通信，例如经由以太网、DMX或串行协议，每个LUC可以将照明控制信息传输到耦合到它的一个或多个照明单元(其中照明单元被适当地配置为解释通过以太网、DMX或串行协议从LUC中接收的信息)。

图5所示的LUC 208A、208B和208C可以被配置为是“智能的”，因为中央控制器202可以被配置为将更高级别命令传输到LUC，在照明控制信息可以被转发给照明单元100之前该命令需要由LUC解释。例如，照明系统操作者可能想要生成逐个照明单元改变颜色的颜色变化效果，如果照明单元相对于彼此具有特定位置，则生成扩散彩虹颜色的外观(“彩虹追逐”)。在该实例中，操作者可以提供简单指令到中央控制器202以实现上述效果，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以生成“彩虹追逐”。所述命令可以包括例如定时、强度、色调、饱和度或其他相关信息。当给定的LUC接收这种命令时，它可以随后解释该命令并且使用多种协议(例如，以太网、DMX、串行)中的任意一种来将进一步的命令传输到一个或多个照明单元，响应于此，通过多种信令技术(例如PWM)中的任意一种控制照明单元的各个源。

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5的LUC 208A，其耦合到两个串联连接的照明单元100)。在一个实施例中，以此方式耦合的每个LUC被配置为使用串行通信协议与多个照明单元通信，上面讨论了这样的实例。更特别地，在一个示范性实现中，给定的LUC可以被配置为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，并且又使用串行通信协议与多个照明单元通信。以此方式，LUC在一定意义上可以被视为协议转换器，其利用基于以太网协议来接收照明指令或数据并且使用串行协议将该指令传递给多个串联连接的照明单元。当然，在涉及以多种可能的拓扑结构布置的基于遇DMX的照明单元的其他网络实现中，应当理解，给定的LUC同样可以被视为协议转换器，其利用以太网协议接收照明指令或数据并且传输DMX协议格式的指令。

再次应当理解，使用根据本发明的一个实施例的照明系统中的多个不同通信实现(例如，以太网/DMX)的前述实例仅仅是为了说明的目的，并且本发明不限于该特定实例。

根据上面所述，可以理解，上述一个或多个照明单元能够生成在较宽的颜色范围上的高度可控的可改变颜色的光，以及在较宽的色温范围上可改变色温的白色光。

根据本发明的各个实施例，与上面结合图4和5讨论的示范性照明单元100相关联的电流-电压(I-V)特性可以被改变为相似于电阻负载，并且由此特别地方便这种照明单元的串联连接已从电源吸取功率。如上所述，图3示出照明单元100的典型的电流-电压特性，其中可以观察到，在任意给定的运行电压处，多个电流是可能的(即，电流-电压特性是可变的)。图3所示的显著可变的电流-电压特性以及用于常见LED的图2所示的非线性I-V特性通常对这种负载的串联电源互连是不导电的，因为在具有这种非线性I-V特性的负载中共享的电压是不可预测的。

因此，根据下面进一步讨论的一些实施例的发明方法和装置，负载的电流-电压特性可以以预定的方式改变，从而使得当负载以串联、并联或串联-并联布置连接以从电源吸取功率时实现了该负载的可预测的和/或期望的性能。例如，改变的电流-电压特性可以造成具有非线性的或可变的I-V特性的负载至少在某些工作范围中表现为连接到电源(负载从电源吸取功率)的基本线性的或电阻性的元件(例如与电阻器类似的行为)。在这里公开的一些本发明的实施例中，当诸如基于LED的光源的非线性负载(例如LED104)或诸如基于LED的照明单元的可变负载(例如，照明单元100)从电源吸取功率时，至少在某些工作范围中，它们被修改以用作基本线性或电阻性元件。

基本线性的I-V特性有利于修改的负载的串联电源连接，其中横跨每个修改的负载的终端电压相对更可预测；换言之，电源(串联连接正在从中吸取功率)的全部终端电压被更加可预测地划分在各自负载的各个终端电压中(电源的全部终端电压可以在修改的负载之间被基本相等地共享)。负载的串联连接还可以允许使用更高的电压以将工作功率提供给负载，并且还可以允许运行多组负载而在电源(例如墙功率或线电压比如为120VAC或240VAC)与负载之间不需要变压器。在下面进一步讨论的各个实例中，根据这里所公开的概念配置的多个修改的负载(例如，基于LED的光源或基于LED的照明单元)的串联或串联/并联的互连可以直接根据AC线电压或主电源运行，而对电压水平没有进行任何减少或其他转变(即，仅仅具有干涉整流器和滤波电容器)。

如上面结合图5所述(参见耦合到LUC 208A的照明单元100)，基于LED的照明单元可以被配置为与其他照明单元并联地接收工作功率源(例如，DC电压)，而同时被配置来基于串行数据互连和协议(例如，在美国专利No.6,777,891中所述)接收数据。根据下面进一步讨论的各种概念，这种照明单元可以被修改为：使得它们也可以串联互连以吸取工作功率。然而，应当理解，在下面的讨论中，所公开的本发明的概念通常适用于除了这里和在通过引用合并于此的各种专利和专利申请中早先公开的基于LED的照明单元的特定实例之外的其他类型的照明单元(以及其他类型的非照明相关的负载)。

图6是根据本发明的许多实施例的用于改变负载520的电流-电压特性的装置500的概括性框图。参照图6，装置500包括负载520，其具有基于负载电流536(在图中指定为I_L)的第一电流-电压特性，当负载电压534(在图中指定为V_L)被施加到负载520两端时吸取该负载电流。在该实施例的一些版本中，与负载520相关联的第一电流-电压特性可以是显著非线性的或可变的(例如，如上面结合图2和3所讨论的)。负载520可以包括或基本包括基于LED的光源(例如，一个或多个LED104)或和基于LED的照明单元(例如，图4所示的照明单元100)。

图6的装置500也包括耦合到负载520的转换器电路510，其用于提供负载电压V_L。转换器电路510(并且因此装置500)吸取终端电流532(I_T)并且当该装置从电源(图6中未示出)吸取功率时具有终端电压530(V_T)。负载电流I_L以某种方式通过转换器电路510，并且以此方式负载520经终端电压V_T从电源吸取功率。由于转换器电路510，装置500具有基于终端电流I_T和终端电压V_T的第二电流-电压特性，其不同于与负载520相关联的第一电流-电压特性。在许多实现中，负载电压V_L通常小于终端电压V_T。而且，终端电流I_T可以与负载电流I_L或负载电压V_L无关。而且，与装置500相关联的第二电流-电压特性可以在围绕标称点的至少一些工作范围(例如，一些范围的终端电压V_T围绕标称电压V_T＝V_nom)上基本是线性的。

图7是示出系统1000的概括性框图，该系统包括多个串联连接的装置用于改变负载的电流-电压特性，类似于图6所示的装置500。虽然图7描绘的系统包括三个装置500A、500B和500C，但是应当理解，该系统不限于这个方面，因为不同数量的装置可以串联连接以形成系统1000。如在图6中，在各个实施例中，图7示出的装置500A、500B和500C的各自的负载是基于LED的光源或基于LED的照明单元，如下面结合图24、25和26讨论的。每个装置500A、500B和500C构成系统1000的一个“节点”，并且多个节点串联耦合以从具有电源终端电压V_PS的电源(图6中未示出)吸取功率。与各个节点(或“节点电压”)相关联的各个终端电压在图7中被标记为V_T，A，V_T，B和V_T，C，当它们加在一起时等于电源的终端电压V_PS。串联连接传导终端电流I_T，其类似地流过每一个装置。在一些实施例中，每个节点的转换器电路被配置为：使得当系统耦合到电源的终端电压时，多个照明节点的各自的节点电压在至少一些工作范围上基本相似或基本等同。

仍然参照图6和7，三个条件被布置用于装置或节点的串联电源连接；即，(i)由每个节点吸取的电流应当与其负载的电流、电压、或运行状态无关；(ii)由每个节点吸取的电流应当至少稍微与高于一些感兴趣的最小电压的节点电压成正比(并且在一些期望的工作范围中)；(iii)各个节点的电流-电压特性应当基本相似或相同。换言之，每个节点或装置500的电流-电压特性应当是基本线性的，从而使得该节点/装置表现为电阻性元件，并且所有节点的电流-电压特性应当基本相似。

针对前面所述，图8示出根据本发明的各个实施例的预期用于图6和7所示的装置500的示范性电流-电压特性的曲线310、312和314。在图8的曲线中，示出了标称工作点316，围绕该标称工作点的电流-电压特性表现出基本线性(即，围绕一些用于给定装置的终端电压V_T＝V_nom，该装置表现为基本“电阻性”)。应当理解，在一些实施例中，预期用于装置500的电流-电压特性不需要是精确线性的，只要它对于串联连接的装置来说基本相似或相同。例如，虽然图8中的曲线312和314展示了围绕标称工作点的线性I-V特性，但是曲线310展示了具有轻微弯曲度的I-V特性；然而，为了本公开的目的，曲线310表示围绕标称工作点316的基本线性的I-V特性，只要这种特性被多个串联连接的装置同样的共享以确保可预测的性能(例如，电压共享)。

参照图8中示出的曲线，与任意一个曲线相关联的装置的“有效电阻”由在围绕该装置的标称工作点V_T＝V_nom的电压范围上的曲线的斜率的倒数给出。应当理解，装置的有效电阻可以不同于装置在电压范围上的任意给定点处的“表观电阻”R_app，其中该表观电阻由施加到元件的终端电压V_T与由元件吸取的相应的终端电流I_T之比给出，即R_app＝V_T/I_T。根据下面进一步讨论的各个实施例，装置500可以被配置为在一些标称工作点V_T＝V_nom(或在一些工作范围上)处具有在大约0.1 (R_app)到10.0(R_app)之间的有效电阻。在又一个实现中，所述装置可以被配置为在一些标称工作点(或在一些工作范围上)处具有在大约R_app到4(R_app)之间的有效电阻。

图9是示出根据本发明的一个实施例的图6所示的装置500的转换器电路510的实例的电路图。参照图9，转换器电路510被实现为可变电流源，其中基于与终端电压V_T成正比的控制电压来控制流过电流源的电流。更特别地，来自分压器的电阻器R50和R51基于终端电压V_T提供控制电压V_X。控制电压V_X被施加给运算放大器U50的非倒相输入，该运算放大器重新产生横跨电阻器R53的控制电压V_X；因此，流过电流源的电流I_CS由V_X/R53给出。电流I_VD还流过由R50和R51形成的分压器，并且加入I_CS以到达由装置500传导的终端电流I_T。

电流I_CS被选择为大于可以由负载520吸取的最大电流I_L，MAX。由晶体管Q50和电阻器R52形成的电流路径提供了电流(I_B)的平衡，该电流加入到负载电流I_L以到达电流I_CS。负载电压V_L通过终端电压V_T减去控制电压V_X给出。随着所施加的终端电压V_T的变化，负载电压V_L也变化并且因此根据负载的电流-电压特性负载电流I_L也变化。此外，对于具有可变I-V特性的负载，负载电流I_L可以在给定V_L和V_T处变化。随着负载电流I_L的变化，流过Q50和电阻器R52的电流也变化，从而使得流过电流源的总电流I_CS与V_X成正比(经R53)。以此方式，由装置传导的终端电流I_T保持与终端电压V_T成正比并且独立于负载电流I_L(至少在一些工作范围上，其中晶体管Q50正在传导电流)。特别地，随着晶体管Q50的传导，电流I_T可以由下式给出：

I_{T} = \frac{V_{T}}{R 50 + R 51} + \frac{V_{X}}{R 53}

V_{X} = V_{T} (\frac{R 51}{R 50 + R 51}) - - - (1)

I_{T} = V_{T} (\frac{1 + \frac{R 51}{R 53}}{R 50 + R 51}) .

图10示出用于图9所示的装置500的电流-电压特性的曲线318。如图10所示，在晶体管Q50开始传导的某个阈值电压之上，该曲线是基本线性的。根据上述公式(1)，曲线的线性部分在纵轴上具有零截距(即，I_T＝mV_T+b，其中b＝0)，并且以此方式同样地模拟具有截取原点的I-V特性的电阻性负载。在曲线的该区域中的装置的有效电阻R_eff 是斜率的倒数，由下式给出：

R_{eff} = \frac{1}{m} = \frac{R 50 + R 51}{1 + \frac{R 51}{R 53}} . - - - (2)

图9所示的装置可以被配置为基于多种可能的终端电压V_T和标称负载电压V_L运行。由于图10所示的I-V特性的延长的线性部分的原点截距(或“零截距”)，所以应当理解，装置的有效电阻和其在线性部分上的表观电阻是相同的(即，R_eff＝R_app)。

一般来说，对于实际的设计实现，大于负载能够起作用的最小负载电压的最小终端电压适当地被选择为用于装置的标称工作点(V_T＝V_nom＞V_L，MIN)。在该标称工作点处装置的表观电阻由对应于为了在标称工作点处适当运行负载可能需要的最大负载电流I_L，MAX的最大预期终端电流限定。因此，在一些示范性实现中，用于在标称工作点处装置的表观电阻的合理导向由最小负载电压除以最大负载电流给出。在图9的实施例中，这又提供了用于有效电阻R_eff的导向，并且因此提供用于各个电路元件的元件值的选择。

例如，在基于图9的电路的一个实现中，最小负载电压V_L为大约4.5伏特，而最大负载电流I_L为大约4 5毫安(如果负载是图4的照明单元，则最大负载电流将由图3中的最上面的曲线306₃给出)。这提供了用于大约100欧姆的有效电阻的导向。根据这些示范性参数，来选择标称终端电压V_T＝V_nom＝5伏特，并且流过电流源的电流I_CS被设置为大约50毫安，以确保当需要时适当提供最大的负载电流。例如可以通过设置控制电压V_X到0.3伏特并选择电阻器R53为6欧姆来提供电流I_CS。根据公式(2)和大约100欧姆的目标有效电阻，该控制电压V_X＝0.3伏特又可以通过将R50选择为4700欧姆以及R51为300欧姆来提供。根据这些电阻值，大约1毫安的电流流过由R50和R51形成的分压器，并且加入电流I_CS＝50毫安以到达在终端电压5伏特处的大约51毫安的终端电流I_r，从而导致在I-V特性曲线的线性范围中在标称工作点处98欧姆(即，近似为100欧姆)的表观/有效电阻。

根据图10，其中上述实例的特异性参数用于说明的目的，可以观察到，图9的电路的特定实现可以在从大约2伏特到大约20伏特的终端电压范围中运行，同时提供基本线性的电流-电压特性(即，I-V特性可以在10∶1电压范围上是线性的)，并且更特别地，在从4.5伏特到9伏特的终端电压的范围中。在一些实现中，根据运算放大器的选择，电路可以展示在终端电压处的规定的有效电阻，该终端电压处于从运行运算放大器所需的最小电压到被能耗和其他电路设备和负载的电压性能限制的电压的范围中。然而，应当理解，在一些应用中，终端电压的范围(在其上用于装置500的I-V特性保持基本线性)不需要太大，因为在给定的实现中在运行期间实际的终端电压不可能变化太大。在又一个实现中，所述装置可以被配置(例如，所选的元件值)使得装置的终端电压基本上不大于负载电压，从而平衡了由具有效率的装置获得的线性度(即，减少了转换器电路超过负载本身的过量能耗)。

在图9的电路中，如果需要，电阻器R52可以是可选的并且可以被选择，以确保用于晶体管Q50的合适的收集器-发射器电压；在本实例中，在4.5伏特的负载电压V_L处，电阻器R52可以省略。此外，应当理解，虽然在图9中晶体管Q50被显示为BJT，但是图9的电路可以可替代地使用用于Q50的FET以方便集成电路实现。而且，应当注意，图9的转换器电路不包括任何能量存储组件，从而进一步方便集成电路实现。参照图4，在基于图9的一个示范性实现中，负载520可以包括与图4所示的照明单元100类似的基于LED的照明单元，其中基于LED的照明单元包括一个或多个LED104和用于这些LED的控制电路(例如控制器105)。在该实现的一些版本中，转换器电路510和用于LED的控制电路(例如控制器105)可以实现为所述LED耦合于其上的单个的集成电路。

图11是示出根据本发明的另一个实施例的装置500的转换器电路510的实例的电路图。在图11中，转换器电路510采用电流镜，其中流过该电流镜的电流基于终端电压V_T。更特别地，在图11中，晶体管Q1和Q2和“编程”电阻器R1形成电流镜的一部分，该电流镜根据终端电压V_T和终端电流I_T实际上迫使装置的电流-电压特性在一些工作范围上基本上反映出编程电阻器R1的电流-电压特性(即，基本线性)。虽然图11的电路在电流镜中采用PNP晶体管，但是应当理解，在其他实现中可以在电流镜中和适当地布置为提供与图11所示的电路相同的功能的电路中采用NPN晶体管或其他半导体设备。图11所示的转换器电路还包括位于电流镜的“负载支架(load leg)”中的电压调节器，比如齐纳二极管D1，以提供负载电压V_L。当终端电压V_T超过齐纳电压(即，负载电压V_L)加上电流镜的回动电压时，该装置实际上像电阻元件一样运行。

参照图11，电流镜还可以可选地包括电阻器R2和R3。在图11所示的电路的一些实现中，主要由编程电阻器R1确定的编程电流I_P不需要太大，并且可选电阻器R2和R3可以被采用以为可用于负载的电流提供放大系数(和/或Q1和Q2的尺寸可以被选择以提供一些放大系数)。由于二极管连接的晶体管Q1，编程电流I_P由(V_T-0.7)/(R1+R2)给出(假设用于典型的硅BJT的基本发射器电压V_BE大约为0.7伏特，并且忽略了基本电流)。假设晶体管Q1和Q2具有适当的尺寸，用于晶体管的V_BE是相似的，所以电阻器R1和R2两端的电压是相似的。因此，通过电流镜(负载520通过齐纳二极管D1连接于此)的“负载支架”的电流由I_P＊(R2/R3)确定；因此由电阻器R2和R3提供放大系数。电流I_P＊(R2/R3)被选择为大于可以被负载520吸取的最大电流I_L，并且足够保持齐纳二极管在最大负载电流处传导。在任意给定的时间负载520不需要的无论什么电流都被齐纳二极管D1所分流，从而使得通过装置的终端电流I_T独立于负载电流，并且由I_P[1+(R2/R3)]给出。

图12示出图11所示的装置的电流-电压特性的曲线320。如图12所示，在齐纳二极管D1和电流镜开始传导所处的一些阈值电压之上，曲线是基本线性的。在该区域，I_T和V_T之间的关系由下式给出：

I_{T} = I_{P} (1 + \frac{R 2}{R 3})

I_{P}^{*} = \frac{V_{T} - 0.7}{R 1 + R 2} - - - (3)

I_{T} = V_{T} (\frac{1 + \frac{R 2}{R 3}}{R 1 + R 2}) - 0.7 (\frac{1 + \frac{R 2}{R 3}}{R 1 + R 2}) .

根据上面所述，根据I_T＝mV_T+b，可以理解I-V特性的延长的线性部分在纵轴上具有非零(负)截距(如可在图12中观察到，该截距对应于在横轴上的正截距)。曲线的该区域中的装置的有效电阻R_eff由下式给出：

R_{eff} = \frac{1}{m} = \frac{R 1 + R 2}{1 + \frac{R 2}{R 3}} . - - - (4)

也可以理解，由于非零截距，在给定工作点处的表观电阻不等于有效电阻R_eff；相反地，由于负截距，有效电阻通常低于表观电阻。

类似于图9的装置，图11所示的装置可以被配置为基于多个可能的终端电压V_T运行。在示范性实现中，标称负载电压V_L被设定为大约20伏特(齐纳二极管D1被指定为在20伏特处调节)，并且最大负载电流I_L为大约45毫安。这在标称工作点处为用于装置的大约440欧姆的装置电阻提供导向。根据这些示范性参数，电源的终端电压V_T为大约24伏特，并且流过电流镜的“负载支架”的电流(其中负载经过齐纳二极管连接)可以被设置为大约55毫安以确保齐纳二极管保持在全负载电流处充分偏离。大约1.1毫安的编程电流I_P可以通过选择R1＝21kΩ、R2＝1kΩ且R3＝20Ω来选择(以提供大约50的放大系数)。在一个示范性实现中，连接二极管的晶体管Q1可以是2N3906，并且在“负载支架”中操纵更高电流的晶体管Q2可以是FZT790。

根据上述用于图11的电路的电流-电压特性和有效电阻的公式，该示范性装置在I-V特性曲线的线性区域中具有大约430Ω的有效电阻R_eff，该I-V特性曲线在标称终端电压24伏特处为大约0.98(V_T/I_T)。根据图12，其中上述实例的特异性参数用于说明的目的，可以观察到图11的电路的该特定实现可以在从大约21伏特到大约30伏特之间的终端电压的范围中运行，同时提供基本线性的电流-电压特性。

虽然图11的电路示出采用用于晶体管Q1和Q2的BJT的电流镜，但是应当理解，根据涉及电流镜的其他实现，可以使用FET、运算放大器、CASCODE设备、或其他组件来实现电流镜以获得更高的准确性、要求更低的编程电流、获得更低的回动电压、以及方便集成电路实现。上述公式(3)和(4)给出的关系可以概括地表示基于电流镜的多种转换器电路实现。例如，将电流镜的放电系数表示为g(例如，在公式(3)和(4)中g＝R2/R3)，并且将在电流镜的“编程支架”中的电阻器值的和表示为p(例如在公式(3)和(4)中p＝(R1+R2))，公式(3)可以重写为：

I_{T} = V_{T} (\frac{1 + g}{p}) + b, - - - (5)

其中公式(5)中的值b表示纵轴截距并且与在电流镜的编程支架中的二极管连接的晶体管上的电压相关(例如，图11中的Q1)。相似地，公式(4)可以被重写为：

R_{eff} = \frac{p}{1 + g} . - - - (6)

从公式(5)中可以观察到，对于b的负值，有效电阻通常低于在标称工作点处的表观电阻，并且对于b的正值，有效电阻通常高于在标称工作点处的表观电阻。下面讨论可替代的电流镜实现的一些实例。

图13和图14是示出根据本发明的可替代实施例的图6所示的转换器电路510的其他基于FET的实例的电路图。在图13和图14所示的实例中，P通道MOSFET被采用，但是应当理解N通道MOSFET同样可以被采用并且电路被适当地重新布置。在图13中，电阻器R5和R6用于以与上面结合图11所讨论的相似的方式提供在编程电流I_P与“负载支架”中电流之间的放大系数。更特别地，基于图13中的组件取代公式(5)和(6)中的参数，g＝R5/R6，p＝R4+R5，并且b涉及横跨MOSFETQ5的漏源电压。此外或可替代地为了使用图14中所示的电阻器R5和R6，可以选择FET的各自的宽度-长度比(W/L)以实现放大系数g。在一个实现中，这可以通过对于用于电流镜中的任何一个FET将多个FET机械连接在一起而在集成电路设计中实现，以便获得期望的放大系数。

在转换器电路510中使用MOSFET有利于装置500的集成电路的实现。而且如上面结合图9注意到，图13和14的转换器电路不包括任何能量存储组件，从而进一步方便了集成电路实现。参照图13和14，在示范性实现中，负载可以包括或基本包括相似于图4所示的照明单元100的基于LED的照明单元，其中基于LED的照明单元包括一个或多个LED104和用于这些LED的控制电路(例如，控制器105)。在这些实现的一些版本中，使用FET的转换器电路和用于LED的控制电路(例如，控制器105)可以作为LED所耦合到的单个集成电路而执行。

再次参照图11，如果负载520具有一般限压的电流-电压特性(例如，用于常见LED的图2中所示)，则根据其他实施例，可以通过用负载本身取代齐纳二极管来将负载与图11、13和14所示的任何转换器电路的电流镜电路“集成”。图15中示出基于图11的示范性配置，其中齐纳二极管被单个LED负载取代。所得的装置500具有图12所示的I-V特性，并且多个这种装置可以通过多种串联、并联或串联-并联布置而连接(经图15所示的方形终端)。图15所示的基于包括单个 LED的负载的装置在应用中是有利的，其中方便的是在多个这种节点的系统中具有可替代的LED节点，其中每个节点的终端电压和终端电流是可预测的。这将提供一个LED类型被另一个替代，特别是当LED的前向电压不同时。而且如上所述，并且FET实现将有利于集成电路的集成，其中LED可以安装到在包括转换器电路的剩余部件的单个集成电路上或被制造在其上。

还可以修改图15所示的电路以便允许LED负载520的工作参数(例如，开/关状态或亮度)改变。例如，如图16所示，可以通过增加工作电路550来实现“闪烁”LED设备500，该工作电路550用于使LED负载周围的电流转向。通过工作电路550汲取足够的电流从而将LED上的电压微降到LED的正向电压之下，或者通过接入低阻抗以便基本上使LED负载周围电流镜的负载支架中的全部电流或绝大部分转向，可以使该LED导通和截止。再次参考图7，这种闪烁LED设备500可以(通过图16所示的方形端子)串联连接，从而形成提供一串闪烁LED的发光系统。

图17描述了在图16所示的设备中可采用的一个示例性工作电路。在图17中，微处理器U2(例如，PIC12C509)被配置用于将电流从LED转移走。可以用任何其它适当种类的定时器(包括各种模拟或数字电路)来代替该微处理器。部件D10和C2给微处理器提供电力，而晶体管Q14与齐纳二极管D9一起提供另外的电流路径。选择齐纳二极管D9的电压，使得其电压加上Q14的基极-发射极电压(约0.7V)小于图16中LED的正向电压(即负载电压)。在一种实施方式中，D9在如下情况下可以被忽略，如果：1)所选择用来运行该工作电路的电流镜具有足够的功率处理能力；2)所述镜输出阻抗大得足以预防大的镜误差；以及3)电容器C2尺寸足够大，使得在LED截止期间微处理器能够工作。二极管D9能具有足够大的正向电压(尤其是在LED上的电压大时)，以便向定时器电路提供持续的电力，这使得最小的电容能够被用于C2。在这种情况下，如果与微处理器的电压需求相比设备端电压不大，那么用电阻器来取代D10是有可能的。

在另一实施例中，图17所示的二极管D9可以用低电压LED来取代，从而可以产生两色闪亮，图18示出了这种包括限压负载的设备，该限压负载采用两个LED以及控制该两个LED的工作电路。在图18所示的电路中，两个LED D7和D11中之一必须保持导通。注意，LED电流设置在外，并且不需要另外的电流源；然而，如果设备的端电压V_T改变，LED电流也改变。在图19所示的又一实施例中，与图11所示类似的、采用齐纳二极管D13的转换器电路510被耦合到负载520(该负载520包括两个LED D14和D15以及类似于图17和18所示的工作电路)，使得单独地并且独立地导通和截止多个LED。尽管图19示出了两个独立控制的LED，应理解，微处理器U3可以控制各种颜色的、不同数量的LED(例如，3个或更多)。在又一实施例中，基于图19，负载520可以上述结合图4和5讨论的基于LED的发光单元100所代替，其中各LED(或具有相同或类似频谱的LED组)的电流可以分别彼此独立地控制，以及独立于设备的端电压V_T来控制。

如前所示，上面讨论的与图11-19有关的电路的一般功能可以利用其它的电路变体来实现而不偏离本发明的范围和精神。如这里所示的，PNP和NPN BJT，以及PFET和NFET可以用不同的电流镜配置来实现。还可以利用运算放大器、CASCODE设备或实现更大精确度、要求更低编程电流、更低回动电压或具有其它期望特征的其它部件来实现电流镜。

如关于图12所注意到的，上面讨论的采用电流镜的电路通常不具有线性部分的电流-电压特性，当该线性部分延展时与I-V曲线上的起点相交。当然，在图11所示的采用BJT的电路情况下，I-V特性曲线的延展线性部分具有沿纵轴的负截距，如公式(3)所示。具体地，沿横(电压)轴的截距是零电压之上的至少一个连接二极管的晶体管电压降(例如，0.7V)。在电流镜中采用MOS设备的电路中，电压轴截距可以约为2V或2V以上。

对于可能期望设备500的电流-电压特性在I-V曲线上具有原始截距的实施方式，可以采用基于运算放大器的电流源，如上面关于图9和10所讨论的。或者，按照在转换器电路510中采用电流镜的其它发明性实施例，与图9所示类似的运算放大器电流源可以与电流镜一起采用。图20是显示转换器电路510的这种示例的电路图，其中，MOSFET电流镜562被耦合到包括运算放大器U4A的编程电路564中。

在图20的电路中，电阻器R27用作电流镜的编程电阻器，并且该编程电阻器上的控制电压V_X经由R28和R29所形成的分压器被设置成端电压V_T的一小部分。因此，编程电流I_P不是连接二极管的MOSFET Q29上的任何电压降的函数，并且所得到的设备具有I-V特性曲线322，该曲线的延展线性部分截距靠近或在I-V曲线的起点，例如如图21所示。在一方面，这将允许大量的设备串联连接，因为精确性越好，其通常导致图7所示的串联连接的设备串的端电压的传播越少。

尽管图20提供了转换器电路的另一实施方式(该转换器电路用于具有延展线性部分拥有起点截距的I-V特性的设备)，应理解这对于在各种应用中设备的操作来说决不是必要的特性。一般地说，根据这里所讨论的各种发明性实施例的装置在正常工作期间所预期的端电压的某个范围上可具有基本线性的或准线性的电流-电压特性，其可以或不可以延伸来截取I-V曲线的起点。同样，针对不同应用所需要的线性度可以是不同的。部分地，这可以通过分析转换器电路中的任何显著误差源(导致设备到设备的任何偏离、非线性或差别的部件失配)、并确定两个或更多设备中所产生的有效端电压失配来确定。虽然这些误差可以被减小，但是任何所需要的误差减小程度可取决于应用。例如，如果有充足的额外电源电压可用于给定应用，并且某些装置中的额外功率消耗是可容忍的，那么就不必要采取进一步的措施针对将被连接在一起以便从电源汲取功率的多个设备来确保更为相似的电流-电压特性。

在其它发明性实施例中，用于图6所示的设备500的转换器电路可以被配置用于有目的地针对I-V特性的延展线性部分施加非零截距，使得装置的有效电阻可以显著地不同于标称工作点处的表观电阻。具体地，转换器电路可以被配置成使得在标称工作点(V_T＝V_nom)周围的范围内，通过施加非零截距，装置的有效电阻可以大于或小于标称工作点处的表观电阻R_app＝V_T/I_T。

例如，有效电阻R_eff＝nR_app(其中n＞1)可以被用来减小装置的端电流的电压依赖性。在可以预期电压漂移高于标称工作点的应用中，该较大有效电阻导致这种电压漂移上的较低设备功率消耗。例如，通过仅将表观电阻加倍，即，R_eff＝2R_app，可以实现在电压高于标称工作点处的 50％的功率节省，而n＝4时，可以实现75％的功率节省。在某些情况下，对于较大的n值，有效电压共享变得较难实现，因为小的杂散电流误差能导致多个串联连接装置的相应端电压的成比例的较大变化；然而，这种效果在许多应用中可能并不显著。可替选地，有效电阻R_eff＝nR_app(其中n＜1)可以被用来加强在较高电源电压处、一串串联连接的装置之中的更佳的电压共享，或者用于各种其它的操作原因。与具有多个串联连接的装置(该装置具有作为负载的一个或多个光源以及包括电池的电源)有关的一个这种原因可能是在较高电池电压处最大化光输出。尽管理论上乘数n可以具有任何值，根据这里所讨论的各个实施例，转换器电路可以被配置使得乘数n可以取至少在0.1＜n＜10的范围内的值；更为具体地，在某些示例性实施例中，n可以取1＜n＜4范围内的值。

为改变乘数n从而改变基于图9的转换器电路的给定装置的有效电阻，可与电阻器R51串联地插入正或负电压，使得提供对控制电压V_x的偏移；或者，可以在运算放大器U50的非反相输入处增加正或负电流，以提供对控制电压V_x的偏移。还可以采用引入蓄意偏移的其它方法。以类似方式，在采用电流镜的转换器电路中，可以与编程电阻器并联地插入正或负电压，或者可替选地，可以与编程电流I_p并联地增加正或负固定电流以实现这些特性，应理解可以利用各种不同的电路、以多种不同方式来实现前述内容，并且还可以使用改变有效电阻的其它方法。

例如，图22和23是显示图6所示装置的转换器电路510的其它示例的电路示意图，其中以预定方式来施加I-V特性的非零截距，使得提供不同于根据其它发明性实施例的、标称工作点处的表观电阻的有效电阻。在图22中，采用了电流镜配置，其中附加的固定电流I₂与编程电流I_P并行流动。采用类似于图20所示的电流源配置(其包括电阻器R40、R41、齐纳二极管D42、晶体管Q40以及运算放大器U6)，以产生电流I₂。可以改变公式(5)以考虑固定电流I₂，给出针对图22的电路的I-V关系：

I_{T} = V_{T} (\frac{1 + g}{p}) + b + I_{2} (1 + g) . - - - (7)

从公式(7)可观察到可以选择固定电流以便消除纵轴截距b(即，连接二极管的晶体管的效果)，或者提供针对纵轴截距的其它净正值或负值。在给定的标称工作点V_T＝V_nom以及对应的电流I_T处，针对I₂的较高正值(净正截距)允许用于较高的有效电阻，相反地，针对I₂的较大负值(净负截距)允许用于较低有效电阻。图2 3图示了如何能够通过增加与编程电阻器串联的固定电压V_offset(例如，通过齐纳二极管D20或某些其它类型的电压基准来施加)使I-V特性的延展线性部分的竖直截距下移(即，向更多的负电流)。参考公式(3)和(5)，将电压V_offset增加到连接二极管的晶体管Q26上的电压V_tran，导致针对参数b的负值增加。该同样的技术可以用于图22所示的编程电阻器R32或电阻器R40。

一般地说，可以看出通过使用多个浮置参考二极管和电阻器可以产生各种特性，从而生成控制电压Vx，为了精确度或便利性目的，有选择地增加运算放大器或其它电路。这种电路通常被称作分段线性，因为它们具有针对其功能的基本线性的段。产生这样的功能的电路的构造是普遍理解的。期望的控制电压Vx从终端电压V_T获得，可以采用诸如图20或22中所示的那些(或任何其他合适的电路)之类的电压-电流转换器电路配置来生成与编程电流并行的电流，这个电流然后又可以用于产生用于负载的更大的电流。可替换地，如图9中的一个实施例所示，在负载是适当的情形下可以避免电流镜，并且运算放大器具有在可调节分流器的控制下消除已经流动的负载电流的附加功能。

如上面结合图4和5所讨论的，基于LED的可控照明单元100可以以串行的方式接收、处理和传输数据，其中经处理的数据方便了对由照明单元生成的光的各种状态(例如颜色、亮度)的控制。已经在上面结合图3讨论了这样的照明单元的典型电流-电压特性。这样的照明单元可以作为图6的实施例和本文讨论的各种其他实施例中示出的设备500中的负载520以便提供改变的电流-电压特性(例如，使得包括照明单元100的所述装置作为对于其从中汲取功率的电源的线性或阻性元件)。如上面结合图7讨论的，于是这样的装置可以按照各种串联或串联/并联组合的形式来布置以便从电源接收功率。

基于图7中所示的设备的串联功率连接，图24和25示出了包括多个设备500的一些示例性照明系统2000，每个装置500包括照明单元100。类似于图7，图24和25中示出的每个设备500(由小正方形指示)构成照明系统2000的“照明节点”，所述多个照明节点串联地(图24)或串联-并联地(图25)耦合以从具有电源终端电压V_ps的电源汲取功率。

在图24和25中，多个节点不仅以串行方式接收功率，还配置成以串行方式具有节点处理数据。特别地，该系统包括以串联方式耦合至每个节点的通信端口120(参见图4和5)的数据线400。在一个特定实施例中，通过使用电容性耦合可以将来自任何节点的数据连接至下一个节点。可以通过将多串串联连接的照明单元以并联方式耦合在一起来生成多个照明单元的更大的系统，如图25所示。在这样的串联-并联布置中，用于数据线的电容性耦合的电容器可以用在处于相同电压(示为Cx)的节点之间，或者可以省去，如通过没有Cy来表示。在另一个实施例中，数据网络和节点堆叠是任意的；即不要求数据以任何特定的模式从一个节点跟到另一个节点。所示的电容性耦合可以允许数据以节点中的任意顺序或次序来传输。在一个示例性的节点的二维布置中(例如基于与图25中所示类似的节点的串联-并联布置)，数据可以从行到行或从列到列、或者以几乎任何其他方式来流动。

图26说明了，与图24和25中所示的那些类似的照明系统2000可以进一步包括滤波器(由电容器2020形成)和桥整流器2040，因而可以直接利用A.C.电源2060(例如具有120V_RMS或240V_RMS的线电压)来操作，而不需要任何其他的降压电路(例如变压器)。在本发明的一个方面，选择串联连接的节点的数目和各个节点电压，使得经整流和滤波的AC线电压(即电压V_PS)适合于向多个节点提供功率。在上面结合图9讨论的一个示例性实施方式中，节点可以具有大约5伏的额定终端电压，以及因此多达30个或更多的节点可以串联连接在基于120V_RMS的线电压的电压V_PS之间。在另一个上面结合图11讨论的示例性实施方式中，节点可以具有大约24伏的额定终端电压，以及因此多达7个节点可以串联连接在基于120V_RMS的线电压的电压V_PS之间。

图27图示了构成图24，25，26所示节点的设备500的一个实例，根据一个具有创造性的实施例，其中节点包括如上面结合图4和5讨论的基于LED的三通道(例如RGB)的照明单元100。为了说明的目的，照明单元100表示为耦合至基于图11的配置的转换器电路510，但是应当理解的是，依照本文公开的概念的任何转换器电路可以用在所述装置中。

如上面结合图4所讨论的，在图27中为了简洁，通过三个LEDD23，D24和D25来说明照明单元100的三个“通道”。然而，应当理解，这些LED代表图4中所示的基于LED的光源104A、104B和104C，其中每个光源可以包括一个或多个配置成生成具有指定波谱的辐射的LED，其中给定光源的多个LED它们本身可以以串联、并联、或者串联-并联布置耦合在一起(在一个示例性实施方式中，绿色通道可以采用5个串联连接的绿色LED，蓝色通道可以采用5个串联连接的蓝色LED，红色通道可以采用8个串联连接的红色LED)。如上面结合图24，25，26讨论的，针对通过照明单元的控制器105的通信端口120和数据线400的串行数据互连来配置图27中所示的装置500。

尽管本文给出的所有电阻性转换实施例已经是连续的时间电路，但是应当理解的是，可以使用各种形式的DC-DC转换(其示例包括但不限于切换模式电源和电荷泵电路)来实现对负载电压更好的控制、更高的效率，或用于其他目的。另外，这里提出的概念的综合实施方式可以具有更复杂的结构，包括相当数目的晶体管以实现各种目标，通常就是这种情况。

虽然这里描述并说明了若干具有创造性的实施例，但是本领域技术人员将容易地预想到各种其他装置和/或结构来完成功能并获得这里描述的一个或多个优势和/或结果，这样的变化和/或修改中的每一个被视为处于这里描述的具有创造性的实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，这里所有的参数、尺寸、材料和配置是示意性的，实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的特定应用或应用。本领域技术人员将认识到，或者能够通过只使用常规实施方式来确定这里描述的特定创造性实施例的等价物。因此，应当理解的是，前述实施例仅仅以示例的方式给出，只要在所附权利要求和其等效物的范围内，创造性的实施例可以以这里描述和要求保护的方式之外的方式来实施。本公开文本的创造性实施例是指这里描述的每个单独的特征、系统、物件、材料、成套工具和/或方法。另外，两个或更多这样的特征、系统、物件、材料、成套工具和/或方法的任何组合包括在本公开文本的创造性保护范围内，只要这样的特征、系统、物件、材料、成套工具和/或方法不是相互不一致。

这里使用并定义的所有定义应当理解成控制字典上的定义、引作参考的文献中的定义，和/或定义的术语的普通含义。

说明书中和权利要求中使用的不定冠词“一”应当理解为是指“至少一个”，除非有相反的指示。

说明书中和权利要求中使用的短语“和/或”应当理解为是指相关元件(这些元件在一些情况下是连接的，而在其他情况下却是分开的)的“两个中的任何一个或两个”。列为“和/或”的多个元件应当以相同的方式来解释，即“一个或多个”这样连接的元件。除了通过“和/或”子句特别标识的元件以外，也可以可选地出现其他元件，不论是否与特别标识的元件有关。因此，作为一个非限定性的实例，当结合诸如“包括”之类的开放性语句使用时，“A和/或B”的提及可以在一个实施例中只提及A(可选地包括除B之外的元件)；而在另一个实施例中，只提及B(可选地包括除A之外的元件)；然而，在又一个实施例中，提及“A和B”(可选地包括其他元件)等等。

如说明书中和权利要求中使用的，“或”应当理解为与上面的“和/或”相同的意思。例如，当在一个列表中分离项目时，“或”或“和/或”应该解释为是包括的，即包括许多或一列表的元件中的至少一个，但是还包括不只一个，以及可选地附加的未列出的项目。除非清楚地示出相反的术语，例如“其中仅有一个”或“确实就一个”，或者当在权利要求中使用时，“由...构成”将是确切地指就包含许多或一列表元件中的一个元件。一般而言，这里使用的术语“或”当其前面有诸如“或者”、“其中一个”、“仅仅其中一个”或“确切地就一个”之类的排他性术语时应当解释为指示排他的替代(即“一个或另一个，但不是两个”)。“本质上由...构成”当在权利要求中使用时应当具有如专利法领域中使用的含义。

如说明书中和权利要求中使用的，短语“至少一个”，指代一个列表的一个或多个元件，应当理解为是指从元件列表中的任何一个或多个元件中选择的至少一个元件，但是不必包括特别列于元件表中的每一个和每个元件的至少一个，也不必排除元件列表中的任何组合。这个定义还可以可选地允许出现除短语“至少一个”所指的元件表中所列的元件之外的元件，不论其是否与特别标识的那些元件有关。因此，作为非限定性的一个实例，在一个实施例中“A和B中的至少一个”(或者，等效地，“A或B中的至少一个”或者等效地“A和/或B中的至少一个”)可以指示至少一个，可选地包括不止一个，A，没有B(可选地包括除B以外的元件)；在另一个实施例中，指示至少一个，可选地包括多于一个，B，没有A(可选地包括除A以外的元件)，在另一个实施例中，指示至少一个，可选地包括多于一个，A，以及至少一个，可选地包括多于一个，B，(可选地包括其他元件)；等等。

还应当理解的是，除非明确说明，在这里要求保护的、包括不止一个步骤或动作的任何方法中，本方法的步骤或动作的顺序不必限于书面陈述的本方法的步骤或动作的顺序。

在权利要求书以及上面的说明书中，诸如“包括”、“包含”、“装载”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等之类的连接词应理解为开放的，即意味着无局限性的包括。如美国专利局专利审查程序指南第2111.03节所述，只有连接词“由...构成”和“基本由...构成”应分别理解为封闭或半封闭的连接词。

Claims

1.一种用于改变负载的电流-电压特性的装置，包括：

至少一个负载，其具有非线性的或可变的电流-电压特性；以及

转换器电路，其耦合到所述至少一个负载并且被配置成使得所述装置在至少某个工作范围上具有线性的电流-电压特性，

其中当所述装置从电源吸取功率时，该装置传导的第一电流与负载传导的第二电流无关，

其中当所述装置从电源吸取功率时，该装置具有终端电压V_T并且传导终端电流I_T，并且其中所述转换器电路被配置成使得所述装置至少在所述至少某个工作范围内的标称工作点V_T＝V_nom处具有0.1(V_T/I_T)到10.0(V_T/I_T)之间的有效电阻。

2.权利要求1的装置，其中所述转换器电路被配置成使得在所述标称工作点处所述有效电阻介于1.0(V_T/I_T)到4.0(V_T/I_T)之间。

3.权利要求1的装置，其中所述标称工作点为5伏特。

4.权利要求3的装置，其中所述至少某个工作范围包括在从4.5伏特到9伏特的范围内的终端电压。

5.权利要求1的装置，其中所述标称工作点为24伏特。

6.权利要求5的装置，其中所述至少某个工作范围包括在从21伏特到30伏特的范围内的终端电压。

7.权利要求1的装置，其中所述转换器电路包括可变电流源。

8.权利要求7的装置，其中所述可变电流源包括至少一个运算放大器。

9.权利要求7的装置，其中所述可变电流源包括至少一个电流镜。

10.权利要求7的装置，其中所述转换器电路还包括为所述至少一个负载提供工作电压的电压调节器。

11.权利要求10的装置，其中所述电压调节器包括齐纳二极管。

12.权利要求7的装置，其中所述转换器电路还包括耦合到所述可变电流源的固定电流源和固定电压源中的至少一个。

13.权利要求7的装置，其中所述转换器电路包括单个集成电路。

14.权利要求1的装置，其中所述至少一个负载包括至少一个LED。

15.权利要求14的装置，其中所述至少一个LED包括至少一个非白色LED。

16.权利要求14的装置，其中所述至少一个LED包括至少一个白色LED。

17.权利要求1的装置，其中所述至少一个负载包括至少一个基于LED的照明单元，并且其中所述至少一个基于LED的照明单元包括：

至少一个第一LED，其产生具有第一光谱的第一辐射；以及

至少一个第二LED，其产生具有与第一光谱不同的第二光谱的第二辐射。

18.权利要求17的装置，其中所述至少一个第一LED包括至少一个非白色LED。

19.权利要求17的装置，其中所述至少一个第一LED包括至少一个白色LED。

20.权利要求19的装置，其中所述至少一个第二LED包括至少一个第二白色LED。

21.权利要求1的装置，其中所述转换器电路不包括任何能量存储设备。

22.权利要求21的装置，其中所述至少一个负载包括至少一个LED，并且其中所述装置包括单个集成电路。

23.权利要求21的装置，其中所述至少一个负载包括至少一个基于LED的照明单元，其中所述至少一个基于LED的照明单元包括至少一个LED以及用于所述至少一个LED的控制电路，并且其中所述转换器电路和用于所述至少一个LED的控制电路被实现为单个集成电路，所述至少一个LED耦合到该单个集成电路。