CN102119579A

CN102119579A - 用于控制led组件的控制器、照明应用和用于控制led组件的方法

Info

Publication number: CN102119579A
Application number: CN2009801288992A
Authority: CN
Inventors: P·J·M·维尔滕
Original assignee: Eldolab Holding BV
Current assignee: Eldolab Holding BV
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2011-07-06
Also published as: ES2457444T3; EP2294898A2; US8552663B2; WO2009142478A2; US20110121757A1; WO2009142478A3; EP2294898B1

Abstract

描述了一种用于控制LED组件的控制器。该控制器被设置成接收表示LED组件的所需特性的输入信号；将该输入信号转换为用于LED组件的控制信号；将校正应用于该控制信号以获得校正的控制信号，该校正基于LED组件的预定瞬态特性；输出该校正的控制信号。因此，获得了LED组件的所需特性与实际特性之间更好的对应。

Description

用于控制LED组件的控制器、照明应用和用于控制LED组件的方法

本发明涉及用于控制LED组件的控制器、照明应用和用于控制LED组件的方法。

当前，在建筑和娱乐照明应用中，越来越多地使用基于发光二极管(LED)的固态照明。与白炽灯照明相比，LED或LED单元具有以下几个优点：例如，更高的电光转换效率、更快和更准确的照明强度和颜色控制。为了实现从非常暗到非常亮的光输出的强度和颜色的精确控制，需要具有对流过LED的正向电流的精确控制。

为了提供所述流过LED或多个LED的正向电流，可以使用转换器(或诸如线性调节器的调节器)。这种转换器的示例为降压(Buck)转换器、升压(Boost)转换器或者降压-升压转换器。这种转换器还被称为开关模式电流源。这种电流源能够为LED单元提供基本恒定的电流。当这种LED单元包括不同颜色的LED时，可以通过改变该单元的不同LED的强度来改变由LED单元提供的合成颜色。即，通常通过改变不同LED的占空比来实现。通过选择性地(随时间)将电流提供给LED(即，为LED提供电流脉冲而不是连续电流)可以实现以小于100％的占空比来操作LED。通过占空比的适当选择，可以提供所需的颜色和强度。为了关于光源的强度或颜色提供高分辨率，需要电流脉冲的精确控制，以实现高分辨率LED照明颜色或者白色混合控制。

实际上，电流源，特别是在开关模式电流源的情况下，不会瞬间提供适当的电流，而是需要一些时间来达到电流设定点。因此，当控制LED单元以特定的占空比工作以产生所需的强度和/或颜色时，由于通过LED的实际电流或电流分布不对应于所需或预期的值，因此实际获得的颜色或强度可与所需的值不同。当通过LED的电流被接通以及电流被关断时可能出现这种效果。实际上，可以通过打开或关闭并联于LED的低阻抗连接从而重新引导电流通过LED或者通过该低阻抗连接来实现通过LED的电流的接通或关断。例如，可以使用FET或MOSFET来实现打开或关闭连接。应当进一步注意，所需特性和实际特性之间的不匹配还可能是由于老化或者热影响而导致的。

由于所需特性和实际特性之间的不匹配，可获得的关于例如颜色或强度的对比减小。可以这样来理解：实际上，例如关于LED强度的对比可以通过可被提供的最小强度来表示。由于为LED供电的转换器的瞬态行为(transient behavior)或者例如影响LED特性的制造公差，可以发现在同一生产线的不同LED之间存在较大的差距(spread)。因此，为了确保同一生产线的所有LED以相同的方式工作，可能需要将最小强度设置得相对较高，以确保不同LED基本的相同性能。因此，公差和瞬态行为可对可用于生产线的对比产生影响。

进一步，在开关模式电流源的情况下，内部开关模式控制频率通常独立于脉冲接通或关断时刻。这意味着，对于在转换开关周期长度的大约5倍以下的短脉冲，电流脉冲可能具有不确定的开始，这导致实际电流输出的较大差异。

应当认识到，通过使用具有低温漂移和高精度的特殊部件，可以在本领域的当前状态下实现精确的电流控制，从而缓解或减轻一些上述影响。然而，这种方式相当昂贵，因此不是优选的。

考虑到上述缺点，本发明的目的在于提供一种改进的操作LED组件的方式，以及提供一种用于控制LED组件的控制器，该控制器至少部分地克服了上述缺点中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制LED组件的控制器，该控制器被设置为：

-接收表示LED组件的所需特性的输入信号，

-将所述输入信号转换为用于LED组件的控制信号，

-对所述控制信号应用校正，以获得校正的控制信号，该校正

基于LED组件的预定瞬态特性，

-输出校正的控制信号。

通过使用根据本发明的控制器来控制LED组件，由于对控制信号所应用的校正，因此可以获得LED组件的所需特性与实际特性之间更好的对应。所应用的校正基于LED组件的预定瞬态特性。作为LED组件的这种瞬态特性的示例，可以论述电流瞬态。通常，由根据本发明的控制器控制的LED组件包括LED或者包含一个或多个LED的LED单元，以及用于为LED或LED单元供电的转换器。因此，LED组件的特性可包括LED或LED单元的特性(例如，强度或颜色)，或者转换器的特性(例如，电流或电流分布或脉冲)。例如，可以由在组件上执行的电流或电压测量来获得应用于控制信号以获得校正的控制信号的校正。通过提供校正的控制信号而不是控制信号，获得了改进的LED组件的控制，因为获得了组件的所需特性与实际特性之间更好的对应。因此，当可以构建关于LED组件的实际特性的更好控制时，可以获得改进的对比(即，较低的最小亮度)。电流脉冲的更好控制使得可用的最小脉冲能够以较低值被设定。因此，可以获得同一生产线的不同LED的基本相似的特性，即使在最小亮度时也是如此。结果，改进了可对于生产线获得的对比。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制LED组件的方法，该方法包括以下步骤：

-接收表示LED组件的所需特性的输入信号，

-将所述输入信号转换为用于LED组件的控制信号，

-对所述控制信号应用校正，以获得校正的控制信号，该校正基于LED组件的预定瞬态特性，

-输出校正的控制信号。

在根据本发明的方法的优选实施例中，对控制信号的校正通过以下步骤确定：

-对应于LED组件的所需特性对LED组件施加信号，

-从所述信号的响应确定所述LED组件的实际特性，

-确定实际特性与所需特性之间的差异，

-从所述差异确定可应用于所述控制信号的校正，以至少部分地补偿所述差异。

根据本发明的优选方法，通过对组件的预期(或需要)特性与出现的实际特性进行比较来表征LED组件响应于控制信号的行为。根据这一比较，可以确定校正，该校正在被应用于控制器提供的控制信号时，产生了所需特性与实际特性之间更好的对应。如上所述，LED组件的所需特性可以指的是组件的LED或LED单元的特性，或者组件的转换器或调节器的特性。为了示例说明，提供以下的示例。

为了获得需要的LED强度，用于LED组件的转换器的控制信号可使转换器对LED提供电流脉冲(具有特定幅度和占空比)。实际上，电流脉冲的形状可以与导致LED的不同强度(例如，由于转换器的瞬态行为)的预期形状不同。因此，实际强度与所需强度之间的差异可以被观测并根据强度(例如，通过强度测量)直接确定，或者根据电流形状(例如，通过测量实际电流脉冲形状并将其与预期的电流脉冲形状进行比较)间接确定。

在这两种情况下，可以根据观测的差异来确定校正，该校正使得所需特性与实际特性之间的差异减小。

由于通常例如实际强度与所需强度之间的不匹配是实际强度低于所需强度的情况，因此不匹配也可以称作占空比损耗或接通损耗。

通过以下附图进一步描述和示出本发明的实施例和其他优点。

附图说明

图1a示意性示地出了PWM控制方案的亮度与占空比的曲线图；

图1b示意性地示出了PWM控制方案；

图1c示意性地示出了可变频率方案的第一示例；

图1d示意性地示出了可变频率方案的第二示例；

图1e示意性地示出了用于驱动LED或LED单元的现有技术的开关模式电流源；

图2示意性地示出了开关模式电流源的输出电压瞬态的曲线图；

图3示意性地示出了对应于图2的电压瞬态，实际电流输出随时间变化的曲线。

图4示意性地示出了实际电流形状与要求的电流形状之间的差别；

图5示意性地示出了通过延长脉冲来补偿确定的接通损耗的补偿电流脉冲；

图6a示意性地示出了通过电流测量来确定占空比损耗的方法；

图6b示意性地示出了通过电流测量来确定占空比损耗的一阶近似法；

图7示意性地示出了可应用于本发明的用于控制电流脉冲斜率的电路；

图8示意性地示出了根据本发明的照明应用。

具体实施方式

当前，正越来越多地使用基于发光二极管(LED)的固态照明应用。与白炽灯照明相比，LED或LED单元具有以下几个优点：例如，更高的电光转换效率、更快和更准确的照明强度和颜色控制。

通过控制经过LED的电流来控制关于这种LED或LED单元的颜色或强度的输出。

现有技术通常使用脉冲宽度调制(PWM)，其中在固定的频率下，LED电流的占空比被改变。由于所论述的损耗，所以产生的亮度将不是与在从0到100％变化时的占空比设定点呈线性关系。在较低占空比，亮度与占空比设定点的曲线比在较高占空比的曲线升高得更慢。这是由于需要的电流脉冲的持续时间短、电流将不会升高到其额定值Inom的事实。一旦电流能够达到其额定值Inom，则达到所述曲线的最终斜率并且亮度将随着该斜率而升高，直至达到100％的占空比。这在图1a中进行了示出，其示意性地示出了作为占空比DC的函数的亮度B。虚线表示所需或者预期的关系，实线表示当电流源不能瞬间提供所需的电流设定点时获得的实际关系。

在用于改变占空比设定点的特定分辨率下，当占空比从0开始增加一个分辨率步长时，达到特定的最小亮度水平。分辨率越高，则所述最小亮度受到电流脉冲的前端和后端电流斜率的不理想性及其典型的高斯分布的影响就越大。在高分辨率下，甚至在占空比从零开始增加一个分辨率步长后，可以使一些LED发光而其他的LED不发光。可以接受的是或者在LED照亮之前需要更多的分辨率步长，或者将分辨率选择得低一些，从而带来更粗糙的亮度和颜色控制。

在任何情况下，产生的对比(100％亮度与最小亮度之间的商)或者取决于确定电流斜率的LED和转换器的特性，或者仅可在LED(或LED单元)+转换器的情况下的不同占空比设定处实现，或者比选择了较低分辨率的情况低。

因此与非固定频率控制相比，这种已知的方法(脉冲宽度调制)将限制能获得的分辨率，这种已知的方法可以具有非线性的亮度与设定点特性，并且可使将控制转换器设置为构建块的控制单元变得困难，所述构建块具有独立于所使用的不同LED拓扑的稳定特性(consistent behavior)。

假设脉冲宽度调制具有周期Tp和最小占空比步长tr，则分辨率被限定为Tp/tr。

图1b示意性地示出了电流I与时间的曲线图，该曲线图示出了几个周期Tp以及具有等于tr的长度(在时间上的)的电流脉冲。

当应用非固定(或可变)频率控制时，可以应用被称作Tp’的较大周期，参见图1c。因此，获得了增大的分辨率Tp’/tr。周期Tp’还可以被选择为包含多个周期Tp，同时将tr保持为所述周期Tp’下的最小占空比步长。对于每个周期Tp决定是否施加脉冲tr。因此，可以等同地获得增大的分辨率。这在图1d中进行了示出，其中Tp’等于3倍的Tp，并且在周期Tp’期间施加两个脉冲tr。实际上，Tp’可以被放大至人眼能够注意到的点(这发生在大约100到250Hz的频率之间)。

当前，不同类型的电流源被应用于这种对LED或LED单元的控制。图1e示意性地示出了现有技术的这种用于驱动LED的电流源CS的示例。所示的示例已知为所谓的降压调节器。使用这种调节器，可以通过基于占空比的调制(例如，PWM)来构建LED的变暗。应当进一步认识到的是，诸如同步或不同步的升压、降压-升压、CUCK、SEPIC或其他类型的电源(也被称作调节器或转换器)可以有利地与本发明相结合地应用。通常，这种开关模式电流源CS包括电感L、诸如二极管的单向元件D以及诸如FET或MOSFET的开关操作元件T。可以基于由所述控制器接收的输入信号FB例如由控制器来控制元件T的开关操作。

图2和图3示意性地示出了这种调节器(或转换器)对应于从电流I＝0到电流I＝Inom的所需输出变化的输出电压Vout瞬态(图2)和输出电流I瞬态(图3)。可在电流源的电压瞬态特性(图2)中观察到的锯齿状图案是由于调节器的开关操作元件的开关操作所导致的。这种开关操作可以例如发生在500kHz的频率。由电流源提供的作为时间t的函数的实际电流I(例如，对应于通过LED单元的电流)通过图3中的实线示出。虚线对应于基于控制调节器的控制信号的实际电流要求。能够看到，在从I＝0到I＝Inom的上升期间以及从I＝Inom到I＝0的下降期间，都能够观察到实际电流与请求电流之间的差。

图4示意性地示出了请求(或所需)电流与作为时间t的函数的实际电流之间的差ΔI。如能够观察到的，实际电流与请求电流之间的差出现在电流脉冲的开始处和结束处。一般地，在脉冲开始处的差异将大于在脉冲结束处的差异。通常，在脉冲结束处的实际电流与所需电流之间的差可以被忽略。总的来说，能够观察到，随时间提供的实际电流小于所需电流。换句话说，实际电流脉冲对时间的积分小于所需电流脉冲对时间的积分。由于通常这将导致LED或LED单元的强度减小或强度损耗，因此这种影响还将进一步被称为接通损耗或占空比损耗。

本发明提供了多种方式来防止这些接通损耗或占空比损耗影响总体的所需占空比。一种实现方式是测量电流(接通)分布并对其进行补偿。实际上这种补偿可以通过调节控制LED组件的转换器的控制信号来实现：当观测到并确定了接通损耗时，可以确定可应用于控制信号的校正。当校正应用于控制信号，从而获得校正的控制信号时，可以通过根据本发明的控制器来施加该校正的控制信号，用以控制LED组件。这种校正的控制信号可以例如通过延长电流脉冲或者通过提供附加脉冲来增加占空比。

图5示意性地示出了对应于延长的电流脉冲的校正的控制信号的应用。通过施加延长的电流脉冲(从t0到t2)，可以至少部分地补偿观察到的接通损耗。电流脉冲的延长可以选择为使得区域A2基本等于区域A1。

为了确定接通损耗，可以测量提供给LED或LED单元的实际电流。

这可以以多种方式来实现。作为第一示例，可以通过在研究中在电流脉冲内进行多个电流测量来实现对占空比的确定。这被示出在图6a中。图6a示意性地公开了实际电流形状和沿电流形状所指示的多个(20个)电流测量。通过插值法，可以确定电流对时间的积分，并将其与需要的电流形状进行比较。

为了执行图6a的电流测量，将需要相对较快的A/D转换，优选地，转换因子为转换器的开关操作频率的大约2到16倍快(在500kHz的转换开关频率的情况下，超过2MHz的采样是优选的，以防止混叠效应)。作为确定接通损耗的第一近似法，应当认识到这些损耗可以根据电流脉冲的上升时间来计算。当电流脉冲的斜率已知时，可以确定或近似得出该上升时间(即，电流从I＝0上升到I＝Inom所需的时间)。这在图6b中示出。当电流脉冲的(时间方面的)开始点t0已知时，可以通过如图所示的在t3时刻的单个电流测量来近似得出电流斜率。在Inom、时间差(t3-t0)以及在t3处测量的电流I1已知的情况下，可以由电流脉冲的斜率(I1/(t1-t0))来确定区域A3。对区域A3进行补偿可以被认为是对接通损耗的一阶近似。

值得提到的是，电流脉冲斜率的确定还可以有利地被应用于其他目的。例如，如图7中所示的，LED组件可以包括多个LED单元，每个所述LED单元可以具有不同的拓扑(例如，多个LED并联或者多个LED串联)。最初，将由转换器供电的LED单元的实际拓扑可能是未知的。这可以是LED单元被替换时的情况。在这种情况下，当电流被提供给LED单元时，电流脉冲的斜率(其可以例如如图6b所示地测量)可以被用来确定LED单元的拓扑。已经观察到，当在LED单元包括单个LED的情况下电流斜率α是已知的时，在x个LED串联连接时观测到的电流斜率基本上等于α/x。结果，基于已知的对于单个LED的电流斜率α，可以诊断未知LED单元的拓扑并且可以估计LED单元相应的接通损耗。对本领域技术人员显而易见的是，使用如图6b所示的方法近似得到的接通损耗与观测到的电流斜率α呈反比。因此，当对单个LED的接通损耗为已知时，可以等同地对两个或更多个LED确定(或估计)接通损耗。试验表明，所描述的方法为至少多达4到6个串联的LED提供了好的结果。

用于确定实际电流脉冲形状的替代性和优选实施方式是对每个电流脉冲测量较少个点(或者甚至为单个点)，并且以每次移动例如0.5us的样本矩来运行多个电流脉冲。采样时刻在时间上总是参照电流脉冲的开始(并与其同步)。在效果上，这取得了与使用2MHz或更大频率的采样几乎相同的结果。优点在于严格的软件和A/D转换定时方面的要求较少。通过对多个电流测量结果的插值，可以确定实际电流脉冲对时间的积分，并将其与所需的电流形状进行比较。根据该比较，可以确定校正(例如，以延长电流脉冲的形式进行校正)。

关于后一种方法，其也被称作子采样，应当注意，需要精确知晓用于构造电流脉冲形状的不同脉冲的定时。由于子采样需要在脉冲内以预定间隔进行若干次电流测量，因此需要了解用于进行子采样的脉冲的精确开始。在使用开关模式电流源的情况下，已经观察到电流脉冲的瞬态行为(即，实际形状)可以取决于电流脉冲相对于转换器的开关操作的定时。因此，为了确保在子采样期间电流脉冲形状稳定，应当确保所使用的不同脉冲相对于转换器的开关操作出现在基本相同的情况。实际上，这可以通过由控制器同步转换器的开关操作来实现。在图8中，通过由控制器CU提供给转换器(或调节器)50的同步信号(S)来指示这种同步。当同步信号被提供给转换器时，运行转换器的开关。随后，控制信号可以被提供给转换器，以提供电流脉冲。因此，电流脉冲可以与转换开关的频率同步。通过这样做，可以确保电流脉冲形状基本保持相同，从而对每个脉冲基本上获得相同的占空比损耗。此外，可以确保了解电流脉冲相对于同步信号在时间上的位置是已知的。通过这样做，这些损耗的补偿或校正将更加一致。这可以有利地被应用于防止分辨率的损耗。通过将转换器的转换开关或开关操作元件T的频率锁定于控制器同步信号(或同步信号)，可以生成稳定的脉冲形状。已经观察到，利用转换开关的独立频率生成的短脉冲和脉冲本身将导致可被看做是闪烁的强度改变。当转换开关的频率被锁定于脉冲开始时，生成的接通和关断波形基本上重复相同的斜率和形状，从而通过保证相同的电流脉冲开始斜率减少了闪烁。如上所述，可以通过重新设置开关模式电源的开关频率发生器来同步开关模式电源，从而本地同步两个状态的相位。

为了补偿由于接通电流所导致的占空比损耗和测量电流损耗，电流脉冲可以被延长，从而通过脉冲的尾部来补偿接通损耗。除了校正控制信号使得电流脉冲在时间上延长之外，还应当认识到，在通过增大到LED的电流的幅度或者通过控制电流源从而提供附加电流脉冲来校正损耗中，也可以提供校正。注意，这种附加电流脉冲中的接通损耗优选也应当被考虑进来。

关于LED组件的瞬态特性性能，值得注意的是，在LED组件中可以观察到不同的瞬态特性。假设LED组件包括用于为LED组件的LED单元提供电流的转换器(例如，降压转换器(buck converter))，该LED单元包括可以被提供来自转换器的电流的多个LED。进一步假设LED单元的每个LED都可以通过开关(例如，MOSFET)短路。在图8中更详细描述了这种LED组件。

在这种组件中，可以以以下方式中的一种将电流脉冲提供给各个LED：

1.通过接通电流源(即，转换器)一段预定的时期。

2.假设由电流源将电流提供给并联到LED的低阻抗连接(例如，呈导通状态的MOSFET)，则可以通过暂时打开该低阻抗连接一段预定的时期来将电流提供给LED。

当LED以低占空比工作时，通常应用将脉冲电流提供给LED的第一种方法。在这种情况下，向LED单元提供基本连续的电流是不经济的，因为该电流仅提供给LED一段占小百分比的时间(即，在低占空比工作时)。本领域技术人员应当理解，对于这两种情况，产生的接通损耗可能不同。通常，与当仅重新定向电流时产生的损耗相比，通过开关电流源提供电流脉冲将导致更大的接通损耗。因此，在本发明的优选实施例中，应用到控制信号的校正取决于电流被提供给LED或多个LED的方式。此外，已经观察到，LED组件的瞬态行为可以受到诸如电流脉冲相对于调节器的开关(见图2)的定时的其他参数的影响。因此，在控制信号的校正中还应当考虑电流脉冲相对于调节器的开关的定时。本领域技术人员应当清楚，这些多种相关性可以通过试验来确定，并且结果可以例如存储在控制器的存储单元中。

除了由所需电流(脉冲)与实际电流(脉冲)之间的电流差来确定控制信号的校正之外，还可以以其他方式确定所需特性与实际特性的差异。在所需特性是强度的情况下，则该特性可以被测量，并且可以基于LED驱动器规格来确定对控制信号的校正。通过这样做，在同一生产线的不同LED的特性之间的差距可以被减小，并且可以获得的分辨率增加。

除了使用电流测量结果来确定接通损耗(通常为LED组件的所需特性与实际特性之间的差异)之外，也可以等同地应用其他测量结果。作为示例，从例如LED上的正向电压的测量电压(或电压分布)得到接通损耗是有利的。假设需要方块形电流脉冲，则本领域技术人员应当理解LED上的正向电压应当也是方块形的。因此，LED上的实际电压可以用于生成接通损耗，从而获得将应用于控制信号的校正。

作为对确定由于电流的上升时间不是无限小而导致的接通损耗的替代，通过确保电流的上升或下降不比预定值发生的更快来控制电流脉冲的斜率是有利的。通过控制电流脉冲的斜率，可以获得实际输出特性与所需输出特性之间更好的对应。通过控制该斜率，可以在较大的程度上避免接通损耗。如图2-5所示，接通损耗可以被认为是由于LED组件对控制信号的不适当响应而导致的瞬态效应或寄生效应。换句话说，例如转换器的LED组件不能跟随所需要的输出，例如，方块形的电流脉冲。然而，当需要三角形或梯形脉冲形状时，LED组件将能够提供较少的接通损耗给该电流形状。

为了获得通过LED的电流的受控上升和下降，应当清楚这可以通过提供对为LED或多个LED供电的转换器的适当控制来获得，例如通过为电流提供所需的电流设定点(例如，预定分布)来获得。然而，提供这种电流设定点并使转换器能够跟随该设定点可能增加控制器和转换器的复杂程度。在优选的替代方案中，LED组件以通过适当的电路来限制电流的上升或下降的方式构建。在图7中示出了这种电路的示例。

图7示意性地示出了与LED 30并联的开关TL(例如，MOSFET)。为LED 30提供电流脉冲可以通过暂时打开由MOSFET提供的并联连接来实现。这通过由例如如图8所示的控制单元CU控制电压Vc来构建。电阻电路40与MOSFET的所谓米勒电容45一起确保电压Vc不会瞬间施加到MOSFET的栅极。因此，通过MOSFET形成的并联连接被逐渐地打开和关闭，而不是基本瞬时地打开和关闭。通过电阻40的适当选择，可以实现提供给LED的脉冲的受控电流斜率。

本领域技术人员应当理解，图7仅提供了如何实现这种受控电流斜率的示例。尽管受控电流斜率的应用可以对接通损耗的发生提供重要的改进，但应当注意，当受控电流斜率的应用与如图2-5所示的对控制信号的校正的确定和应用相结合时，可以获得接通损耗的进一步减小。同样在这种情况下，校正可以以延长电流脉冲或者提供附加脉冲的形式来进行。

关于受控电流斜率的使用，强调其不会导致LED组件的所需特性的分辨率损耗是重要的。

已经发现受控电流斜率的使用提供了附加的优点，因为其导致转换器产生的噪音减小。当电流被施加到转换器的电感L时(参见图2)，力被施加到电感的不同绕组上。所述力可以导致不同绕组的移动，所述移动可以产生听得到的噪声。通过限制经过电感的电流的变化，即，限制电流斜率，可以获得噪音的减小。本领域技术人员应当理解，噪声源(即，绕组的移动)的频率也与听得到的噪声相关。如公知的，具有20kHz以上的频率的激励几乎是听不到。因此，确保通过电感的电流的频率内容包括尽可能少的任何低于20kHz的成分是有利的。为了实现这种情况，将电流的开关操作频率选择得足够高。因此，当对控制信号应用校正以减小接通损耗时，通过附加脉冲而非通过延长电流脉冲来应用该校正是有利的。本领域技术人员应当认识到，这样做可以提高电流频谱的频率。

本发明的上述方面可以有利地应用于如图8示意性地示出的根据本发明的照明应用中。图8所示的照明应用包括转换器50、包括多个LED(图中示意性地示出了三个LED组100、200和300)的LED单元、和被设置成控制转换器50的控制器CU。通过每个LED组的电流被开关T1、T2和T3(例如，MOSFET的)控制，这些开关可以使各个LED组100、200和300短路，从而将由转换器提供的电流I从LED组重新引导到MOSFET。

图8所示的转换器可以是所谓的降压转换器。尽管可以等同地应用升压转换器，但值得提及的是，当使用降压转换器(即逐步降压转换器)而非诸如升压转换器的逐步升压转换器时，可以获得一些特别的优点。一般地，用于为LED单元供电的转换器被连接到来自例如在50Hz的230V主电源的整流电压。

可以通过降压转换器将整流电压逐步降低到例如48V，而使用升压转换器(boost converter)将需要将整流输入电压减小到LED单元需要的输出电压以下。由于具有较低的输入电压，因此对于LED单元的给定功率要求，对升压转换器的电流要求高于对降压转换器的电流要求。

假设整个LED组的MOSFET都是打开的，则可以由电阻Rs上的电压来确定通过LED组的电流，所述电压被提供给控制器CU。通过在电流脉冲期间监控电压或者使用多个脉冲的子采样，电阻Rs上的电压可以被用来确定占空比损耗。

与使用提供给LED组的电流来确定接通损耗不同，还可以由LED上的正向电压Vf(参见图8)来得出这些损耗。

如上所述，控制单元CU设置成为转换器提供同步信号，从而锁定转换开关或开关操作元件T的频率。结果，可以生成稳定的脉冲形状。控制单元CU进一步配备成向转换器50提供开/关信号，从而打开或关闭电流源。如上所述，电阻Rs上的电压作为反馈被施加给控制单元CU和转换器(经由电阻R1到FB-端口)。本领域技术人员应当认识到，为了控制控制器的转换开关T，需要在FB-输入处提供具有足够幅度的电压V_Rs(＝I*Rs)。当电流被提供到LED单元时，该电流将导致电阻Rs中产生不期望的损耗。为了减少损耗，如图8所示的照明应用被设置成将部分电压经由参考电压Vref(和电阻R2)提供给FB-输入。通过这样做，Rs上的压降可以选择得更小(对于给定(额定)电流I)，从而降低电阻Rs上产生的损耗。被用作对转换器的电流I的反馈的FB-输入还可以以如下方式应用，以控制转换器的电流：基于FB上的输入电压来控制输出电流I；即，当在FB处的输入电压太低时电流将被增大，当输入电压太高时电流将被减小。从图8中能够看到，控制单元CU可以经由电阻R3将电压提供给转换器的输入FB。通过这样做，在转换器的输入FB处的电压可以被提高到转换器提供的电流将被降低的水平(而与电流I的实际值无关)。因此，控制经由电阻R3提供到输入FB的电压可以被施加来控制由转换器提供的电流。已经观察到，与使用开/关信号打开或关闭转换器相比，这种控制电流的方式将产生改进的瞬态行为。

还应进一步注意，可以应用到控制信号以提供所需特性与实际特性之间的更接近匹配的校正可以在不同时刻被确定。作为示例，可以在工厂中通过校准来确定该校正。因此，校正可以在多种情况下确定并作为例如查询表提供给控制器。等同地，可以在启动或者甚至是每个脉冲期间确定该校正。接通损耗的补偿还可被用来补偿LED组件的特定老化效应。接通损耗(以及对应的校正)的确定可以特定的时间间隔进行，例如，一个月一次或者在每次使用LED组件时。

更复杂的接通损耗补偿可以结合“电流到光”输出传递函数，以例如使用该传递函数的模型来补偿较低电流值下的光输出与较高电流值下的光输出之间的差异。例如，这种模型可以结合到如图8所示的控制器CU中。

本领域技术人员应当理解，如上所述，相比于现有技术，本发明可以导致对比度的增大，并且可以导致同一生产线的不同LED或LED单元之间较小的差距。通过检查LED组件的瞬态行为(例如，通过应用具有低温漂移和高精度的特定部件)而不是避开该瞬态行为，获得了更经济的解决方案。使用本发明，在不适用昂贵的特定部件的情况下可以实现1％的电流精度。此外，根据本发明的控制器或控制方法可以被设置成将LED组件的运行状态的多个方面考虑进来，例如，开关操作瞬态以及相关的损耗和老化效应。

Claims

1.一种用于控制LED组件的控制器，所述控制器被设置成：

-接收表示所述LED组件的所需特性的输入信号；

-将所述输入信号转换为用于所述LED组件的控制信号；

-将校正应用于所述控制信号以获得校正的控制信号，所述校正基于所述LED组件的预定瞬态特性；

-输出所述校正的控制信号。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制信号包括电流设定点。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述电流设定点包括电流脉冲的幅度和持续时间。

4.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述校正表示所需电流脉冲的持续时间的增加。

5.根据前述权利要求中任一项所述的控制器，其中，所述瞬态特性包括电流瞬态。

6.根据权利要求5所述的控制器，其中，从所述LED组件的LED上的正向电压来确定所述电流瞬态。

7.根据权利要求6所述的控制器，其中，通过子采样来确定所述电流瞬态。

8.根据权利要求6所述的控制器，其中，通过电流斜率来表征所述电流瞬态。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的控制器，其中，所述校正补偿由于所述电流瞬态导致的接通损耗。

10.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述校正进一步包括“电流到光”输出传递函数。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的控制器，其中，通过子采样获得所述校正。

12.根据前述权利要求中任一项所述的控制器，其中，所述校正表示附加的电流脉冲。

13.一种照明应用，包括：

-LED组件，其包括被设置成在使用中对LED单元提供电流的转换器，以及

-根据权利要求1至12中任一项所述的用于控制LED组件的控制器。

14.根据权利要求13所述的照明应用，进一步包括LED单元，所述LED单元包括一个或多个LED，所述LED单元被设置成在使用中接收由所述LED组件的所述转换器提供的电流。

15.根据权利要求13或14所述的照明应用，其中，所述控制器被进一步设置成接收电阻上的电压，所述电阻在使用中接收所述电流。

16.根据权利要求15所述的照明应用，其中，所述电阻上的所述电压作为反馈信号进一步被施加到所述转换器，用于控制由所述转换器提供的电流。

17.根据权利要求15或16所述的照明应用，其中，所述控制器被进一步设置成优选地经由另外的电阻向所述控制器提供另外的反馈信号，用于控制由所述转换器提供的电流。

18.根据权利要求16或17所述的照明应用，其中，所述反馈信号或另外的反馈信号随着参考电压的至少一部分增加。

19.一种控制LED组件的方法，所述方法包括以下步骤：

-接收表示所述LED组件的所需特性的输入信号；

-将所述输入信号转换为用于所述LED组件的控制信号；

-输出所述校正的控制信号。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，对所述控制信号的所述校正通过以下步骤来确定：

-对应于所述LED组件的所需特性将信号应用到所述LED组件，

-从对所述信号的响应确定所述LED组件的实际特性，

-确定所述实际特性与所述所需特性之间的差异，

-根据所述差异确定可应用于所述控制信号的校正，以至少部分地补偿所述差异。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述特性包括电流脉冲。

22.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述特性包括强度或颜色。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，通过电流测量来确定实际电流脉冲。

24.根据权利要求21所述的方法，其中，通过电压测量来确定实际电流脉冲。

25.根据权利要求1至12中任一项所述的控制器，其中，所述控制器被进一步设置成根据权利要求19至24中任一项所述的方法来控制所述LED组件。