CN102573221A - Led驱动电路和使用该led驱动电路的led照明组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED驱动电路和使用该LED驱动电路的LED照明组件。提供了一种LED驱动电路，被相控光控制器进行相控的光控制信号被输入到该LED驱动电路，并且该LED驱动电路控制具有多个LED负载的发光部分，这些LED负载发出不同色调的光。该LED驱动电路包括光控制/颜色控制部分，该部分基于所输入的光控制信号来调节要通过每个LED负载的电流，由此执行该发光部分的光控制和颜色控制。

Description

LED驱动电路和使用该LED驱动电路的LED照明组件

本申请基于2010年12月21日提交的申请号为2010-284943的日文专利申请，该申请的内容通过援引在此加入。

技术领域

本发明涉及用于驱动LED(发光二极管)的LED驱动电路以及使用该LED驱动电路的LED照明组件。

背景技术

LED的特征在于其耗电低、寿命长等，并且其应用范围不仅已扩展至显示设备，还扩展至照明装置等。LED照明装置通常使用多个LED，以获得所期望的亮度。

一般使用的照明装置经常采用商用交流电源，并且考虑采用LED照明组件取代例如白炽灯等一般使用的照明组件的情形，期望LED照明组件也被配置成与一般使用的照明组件那样使用商用交流电源。

此外，在设法执行白炽灯的光控制时，使用了相控光控制器(通常称为白炽光控制器)，其中开关元件(通常是晶闸管元件或三端双向可控硅开关元件)在交流电源电压的特定相位角处被接通，并因此容许通过简单的音量元件(volumeelement)操作来轻易地执行通过对白炽灯供电进行控制而进行光控制。然而已知的是，在通过使用相控光控制器执行低瓦数白炽灯的光控制时，将白炽灯连接于光控制器会导致闪烁或闪光的发生，因此无法恰当地执行光控制。

在设法对使用交流电源的LED照明组件执行光控制时，期望现有的用于白炽灯的相控光控制器可以像它连接到LED照明组件那样进行连接。通过在仅将照明组件改变至LED照明组件同时使用已有的相应光控制设备，相比使用白炽灯的情形，功耗可显著降低。此外，这还能获得兼容性而不需要将光控制设备改变为专用于LED照明组件的类型，并因此降低了设备成本。

现在，图23示出能执行使用交流电源的LED照明组件的光控制的LED照明系统的常规示例。图23示出的LED照明系统包括商用交流电源1、相控光控制器2、具有二极管电桥DB1和限流部分3的LED驱动电路以及通过将数个LED串联而形成的LED阵列4。在相控光控制器2中，使可变电阻器Rvar1的电阻值改变，并因此在与该电阻值有关的电源相位角处使三端双向可控硅元件Tri1导通。一般地，可变电阻器Rvar1以旋钮或滑块的形式建构且因此被配置为通过改变该旋钮的转角或该滑块的位置而容许对照明组件进行光控制。此外，在相控光控制器2中，电容器C1和电感器L1构成噪声抑制电路，该噪声抑制电路降低了从相控光控制器2反馈回给交流电电源线的噪声。图24示出光控制器的输出波形和二极管电桥DB1的输出波形，它们分别对应于相控光控制器2的0°、45°、90°和135°的相位角。随着相位角增大，二极管电桥DB1的输出电压的平均值在减小。因此，在LED照明组件连接于相控光控制器2的情形下，随着光控制器的相位角增大，产生的亮度在减小。

当相控光控制器2的相位角增加以致减小所得的LED的亮度时，如果二极管电桥DB1的输出电压变得小于在LED阵列4开始发光时所获得的正向电压(VF)，则LED阵列4不再发光，并且在流过光控制器的电流中出现急剧的减小。由于这种急剧减小，流过光控制器的电流落到光控制器中的三端双向可控硅Tri1的导通状态保持电流的水平之下，因此三端双向可控硅Tri1被切换至截止以使光控制器的输出停止并由此带来不稳定的状态，这导致了LED阵列4的亮度闪烁。此外，当通过对光控制器的输出进行相位控制以使三端双向可控硅Tri1从截止状态切换至导通状态时，LED被从截止状态切换至导通状态，因此导致LED的阻抗急剧地减小。这可能导致在光控制器的输出电压的沿处(在此处该输出电压急剧地改变)发生阻尼振荡。因为前述原因，在适于使用相控光控制器的LED照明系统中，为了在LED不发光时防止三端双向可控硅Tri1被切换至截止，使用了用于强制地使保持电流通过的电流抽出电路。然而，在这种情形下，抽出的电流全部被转化成热，这将导致了LED照明系统的效率变差并需要采取散热措施。

在连接了常规白炽灯负载的情形下，由于钨丝之类的灯丝构成该负载，即便相控光控制器2的三端双向可控硅Tri1被从截止状态切换至导通状态，也几乎不会发生阻抗变化，并因此保持了低阻抗状态。因此，流过相控光控制器2的电流不会发生突然的变化，使得只要交流电源具有0V左右的电压值就能执行稳定的光控制操作。

此外，在图23所示的常规示例的情形下，当二极管电桥DB1的输出电压低于在LED阵列4开始发光时所获得的正向电压(VF)时，LED被切换至截止，并且假设交流电源处于60Hz的频率处，由于通过二极管电桥DB1执行全波整流，因此这些LED按120Hz(是交流电源频率的两倍)的频率反复地被切换至导通/截止。这种LED的导通/截止引起了闪烁，并且有可能不利地使得下列情况出现：当用户快速地移动他/她的视线以试图跟随体育比赛等事件中的快速移动时，该用户很可能察觉到这种闪烁。在使用白炽灯的情形下，由于灯丝具有0.1秒数量级的响应速度并因此不响应于120Hz的导通/截止操作，因此前述闪烁不太可能被人注意到。另一方面，在使用LED的情形下，由于其响应速度比白炽灯中使用的灯丝高上百万倍，因此闪烁容易被人注意到。

此外，图25示出在图23所示的常规LED照明系统的情形下以及白炽灯照明系统的情形下相控光控制器的相位角θ和照明亮度之间的关系(光控制曲线)。在常规LED照明系统中，在相位角θ＝0°～45°时不发生亮度变化，而在θ＝45°或更大时，光量成线性地减小，而在θ＝130°时，LED照明系统被关闭。白炽灯的特征在于，从θ＝0°处光量开始逐渐地减小，在θ＝50°～100°处光量与常规LED照明系统的光控制曲线相平行地减小，并且在θ＝120°～150°处光量逐渐地减小。亮度是通过人眼对数地察觉到的，并且因此光量相对于相位角θ逐渐地减小这一特征是在低照度下细微地控制光量的关键。常规LED照明系统的缺点在于，由于它在θ＝130°时急剧地变暗，所以在120°～150°左右相位角处的光量若与白炽灯的情形相比就无法被细微地控制。

最近，有人发明了一种LED照明组件，为了能够适合与相控光控制器一起使用，该LED照明组件抽出一电流，使得防止该光控制器因其中所包括的三端双向可控硅被切换至截止而发生故障，并且由此即使该LED照明组件与已有的相控光控制器一起使用时也能抑制闪烁的出现。然而，不利的是，在这种情况下，亮度与色温不按相同的方式发生变化(像白炽灯或卤素灯连接到相控光控制器的情况那样)，使得会引起一种奇怪的感觉。例如，在白炽灯连接到相控光控制器的情况下，有这样一个特征即在高亮度处获得了高色温，并且当通过操作相控光控制器的音量元件从而使相位角增大时，色温在减小。在白色LED连接到相控光控制器的情况下，不管亮度如何，光的色温不利地保持基本上恒定。此外，关于随着相控光控制器的相位角的变化而出现的亮度变化，白炽灯在低照度处被逐渐地关闭，而适合与光控制器一起使用的LED照明组件则在低照度处很大程度地改变亮度，由此不利之处在于亮度的精细控制可能就很被难实现。

有一类LED照明组件能够通过使用专用的光控制器来调节色温和光量。然而，这种类型需要安装专用的光控制器的安装工作。此外，因为打算把现有的照明装置(比如白炽灯)用在照明设计中，所以把LED照明组件连接到已有的装备就可能导致无法按原照明设计预期的那样操作照明，从而使在这种照明下工作的人感到不舒服。此外，从利用已有的装备和照明设计资源的角度来看，市场已经要求有一种LED照明组件在连接到光控制器时能呈现出与现有照明组件(白炽灯、卤素灯等)基本上相同的光控制和颜色控制特征。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED驱动电路，使得当使用已有的相控光控制器时该LED驱动电路可以提供与现有的照明组件(比如白炽灯)接近的光控制和颜色控制特征，由此能使光控制和颜色控制不太可能引起奇怪的感觉。此外，本发明的目的还是抑制因相控光控制器的故障而导致的LED闪烁，并且减小因其个体可变性而导致的LED照明组件的颜色偏差和亮度差异。

本发明提供了一种LED驱动电路，被相控光控制器进行相控的光控制信号被输入到该LED驱动电路，并且该LED驱动电路控制具有多个LED负载的发光部分，这些LED负载发出不同色调的光。该LED驱动电路包括光控制/颜色控制部分，该部分基于所输入的光控制信号来调节要通过每个LED负载的电流，由此执行该发光部分的光控制和颜色控制。

根据这种配置，在使用已有的相控光控制器的情况下，可以获得与现有照明组件(比如白炽灯)相接近的光控制和颜色控制特征，由此，能使光控制和颜色控制不太可能引起奇怪的感觉。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：LED负载是白色LED负载和红色LED负载。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：随着该光控制信号的相位角增大，该光控制/颜色控制部分使该发光部分的光量和色温减小了。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：进一步提供一种相位角检测部分，用于检测光控制信号的相位角，并且该相位角检测部分通过检测光控制信号的平均电压来检测相位角。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：进一步提供一种相位角检测部分，用于检测光控制信号的相位角，并且该相位角检测部分通过把光控制信号与参考电压进行比较、基于比较的结果来产生脉冲信号并检测所产生的脉冲信号的占空比从而来检测相位角。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：进一步提供了检测部分，用于检测该发光部分的光量和色温，并且基于该检测部分所检测到的光量和色温，该光控制/颜色控制部分执行光控制和颜色控制，使得该发光部分达到与该光控制信号相对应的目标光量和目标色温。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：该光控制/颜色控制部分按时分(time-divided)方式使每个LED负载发光。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：这些LED负载在发光周期这一方面是相同的且恒定的，并且在发光强度这一方面是可变的。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：这些LED负载在发光强度这一方面是相同的且恒定的，并且在发光周期这一方面是可变的。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：该检测部分具有光量传感器，并且在把每个LED负载从其发光时开始的发光周期用作积分时间的情况下，对该光量传感器的输出求积分，由此检测了每个LED负载的光量。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置，该配置还包括：低电压检测部分，用于检测该光控制信号的电压已被拉低；以及电流抽出部分，用于在该低电压检测部分检测被拉低的电压时从用于向LED负载供电的电源线中抽出一电流。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置，该配置还包括：沿检测部分，用于检测该光控制信号的沿；以及电流抽出部分，用于在该沿检测部分检测该沿时从用于向LED负载供电的电源线中抽出一电流。

此外，该LED驱动电路可以具有这样一种配置：进一步提供检测部分，用于检测外部光的照度和/或色温，并且该光控制/颜色控制部分按时分方式使每个LED负载发光并根据在LED负载不发光的周期内由该检测部分所执行的检测的结果来调节每个LED负载的光量。

此外，本发明的LED照明组件具有这样一种配置，该配置包括一种具有上述任何配置的LED驱动电路以及多个LED负载，这些LED负载连接到该LED驱动电路输出侧并发出不同色调的光。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的LED照明系统的整个配置的图。

图2是示出一种LED驱动电路的一个配置示例的图。

图3是示出多种波形的示例的图，这些波形示出了通过电流抽出而进行的控制。

图4是示出多种波形的示例的图，这些波形示出了通过电流抽出而进行的控制。

图5是示出根据本发明第三实施例的LED照明系统的整个配置的图。

图6是示出根据本发明第四实施例的LED照明系统的整个配置的图。

图7是示出相控输入电压与其平均电压之间的关系的图。

图8是在相控光控制器的相位角和输入电压的平均电压之间的关系图。

图9是输入电压以及由相位角检测部分所输出的脉冲信号的波形示例的图。

图10是在相控光控制器的相位角和脉冲信号的占空比之间的关系图。

图11是LED阵列R、G和B的各个发光图案的一个示例的图。

图12是LED阵列R、G和B的各个发光图案的一个示例的图。

图13是LED阵列R、G和B的各个发光图案的一个示例的图。

图14是白炽灯的输入电压与其输出光量之间的关系图。

图15是白炽灯的输入电压与其输出光的色温之间的关系图。

图16是在白炽灯连接到相控光控制器的情况下相位角与光量之间的关系图。

图17是在白炽灯连接到相控光控制器的情况下相位角与色温之间的关系图。

图18是三色值的颜色匹配函数的图。

图19是示出在xy色度图中的普朗克轨迹的图。

图20是示出在xy色度图中的普朗克轨迹附近的放大图。

图21是示出光控制/颜色控制部分的配置示例的图。

图22是示出光控制/颜色控制部分的另一个配置示例的图。

图23是示出常规LED照明系统的整个配置的图。

图24是示出相控光控制器的输出波形以及二极管电桥的输出波形的图。

图25是示出相控光控制器的相位角和光通量之间的关系图。

具体实施方式

(第一实施例)

下文中，将参照附图对本发明的实施例进行说明。图1示出根据本发明第一实施例的LED照明系统的整个配置。如图1所示，根据本发明的LED照明系统包括商用交流电电源1、相控光控制器2、保险丝F1、浪涌保护元件NR1、二极管电桥DB1、LED驱动电路5(具有光控制和颜色控制功能)以及发光部分6。商用交流电电源1经由相控光控制器2和保险丝F1连接于二极管电桥DB1，而浪涌保护元件NR1则连接在商用交流电电源1的一端和保险丝F1的一端之间。LED驱动电路5被连接到二极管电桥DB1的输出侧，并且发光部分6被连接到LED驱动电路5的输出侧。相控光控制器2是由图23所示的前述元件构成的。

发光部分6是由下列构成的：红色LED阵列R，用于发出波长在R(红色)频带中的光；绿色LED阵列G，用于发出波长在G(绿色)频带中的光；以及蓝色LED阵列B，用于发出波长在B(蓝色)频带中的光。红色LED阵列R被连接在输出端子T1(通过T1，从LED驱动电路5中输出了输出电压VOUT)和R端子T2之间。绿色LED阵列G被连接在输出端子T1和G端子T3之间。蓝色LED阵列B被连接在输出端子T1和B端子T4之间。为了把LED驱动电路中所引起的损耗抑制至最小的水平，期望LED阵列R、G和B中的正向电压的差异被设置得尽可能地小。

LED驱动电路5、发光部分6和二极管电桥DB1构成了一种LED照明组件，其一个示例就是LED灯泡。

商用交流电电源1输出正弦交流电压，该正弦交流电压随着国家不同而在100V-250V之间变化，并且50Hz或60Hz的频率被用于电源1。当交流电压被输入到相控光控制器2时，根据音量元件的光控制的转动或滑动操作，产生一波形，该波形具有通过裁去交流电波形的某一相位点而获得的形状。通过二极管电桥DB1，执行相控光控制器2的输出波形的全波整流，并且其频率是输入频率的两倍(在50Hz的输入频率的情形下为100Hz，在60Hz的输入频率的情形下则为120Hz)的脉动波形被输入到LED驱动电路5的输入端子T0。

LED驱动电路5检测具有上述脉动波形的输入电压VIN的相位角，并且根据检测到的相位角来控制将要通过每个红色LED阵列R、绿色LED阵列G和蓝色LED阵列B的电流的电流值，使得可以在光量和色温这两方面调节该发光部分6。

现在，图2示出了LED驱动电路5的一个配置示例。图2所示的LED驱动电路5具有低电压检测部分7、第一电流抽出部分8、沿检测部分9、第二电流抽出部分10、相位角检测部分11、升压/平滑电路12以及光控制/颜色控制部分13。升压/平滑电路12使输入电压VIN升压且变平滑从而成为直流电压，并用它来驱动并控制该发光部分6的LED阵列。也有可能忽略升压操作，因此只使用平滑电路。在这种情况下，通过该平滑电路获得了与直流电压相接近的低脉动电压，由此，可以减少闪烁的出现。然而，当只使用该平滑电路(该平滑电路使用电容器)时，功率因数会变差，因此，为了防止功率因数变差，期望执行升压操作。

低电压检测部分7在检测到输入电压VIN已变得低于阈值电压时(即如此之低以至于升压操作不会被执行)，向第一电流抽出部分8输出一个作为检测结果的检测信号。然后，第一电流抽出部分8从用于向发光部分6供电的电源线LN1中抽出一个比相控光控制器2的保持电流大的电流，由此可以抑制比相控光控制器2的故障。此外，因为电流抽出是在输入电压VIN已被拉低时才被执行的，所以可以抑制效率的减小。

此外，沿检测部分9在检测到输入电压VIN的上升时，向第二电流抽出部分10输出一个作为检测结果的检测信号。然后，第二电流抽出部分10从电源线LN1中抽出一个比第一电流抽出部分8所抽出的电流大的脉动电流，由此可以防止相控光控制器2因谐振而发生故障。

图3示出了在相控光控制器2处于45°的相位角处的情况下的输入电压VIN(上面一行)以及由第一电流抽出部分8和第二电流抽出部分10分别抽出的电流的波形(下面一行)。第一抽出电流I1被显示成具有由第一电流抽出部分8所抽出的电流的波形，并且第二抽出电流I2被显示成具有由第二电流抽出部分10所抽出的电流的波形。此外，第二抽出电流I2可以被设置成具有如图4所示的梯形波形，在这种情况下，抑制相控光控制器2因谐振而发生故障的效果可以被增强。此外，当被设置成具有梯形波形时，第二抽出电流I2可能能够在幅值方面被减小，在这种情况下，因第二抽出电流I2所导致的效率的减小可能能够被减小。由此，上述两个电流抽出部分防止了相控光控制器2发生故障，其结果是，闪光的发生也可以被抑制。

此外，相位角检测部分11检测输入电压VIN的相位角(即相控光控制器2的相位角)，并且光控制/颜色控制部分13根据检测到的相位角来调节将要通过发光部分6的各种颜色的每个LED阵列的电流的电流值，使得发光部分6可以输出其光量和色温均与该相位角相对应的光。

现在参照图7和8，下文描述了相位角检测部分11如何检测相位角的一个示例。图7示出了在相控光控制器2(100V的商用交流电电源1连接到该相控光控制器2)分别处于0°、45°、90°和135°的相位角处的情况下的输入电压VIN及其平均电压的波形。随着相位角增大，平均电压在减小，由此检测平均电压就允许相控光控制器2的相位角被检测到。图8示出了相控光控制器2的相位角和平均电压之间的关系。相位角检测部分11输出了与检测到的平均电压相对应的相位角信息(电压电平、数字信号等)。

此外，参照图9和10，下文描述了相位角检测部分11如何检测相位角的另一个示例。如图9所示，相位角检测部分11把输入电压VIN与参考电压Vref进行比较，并且基于比较的结果，在输入电压VIN的值超过参考电压Vref时就产生一个具有高电平的脉冲信号，然后，输出该脉冲信号。图10示出了相控光控制器2的相位角和该脉冲信号的占空比之间的关系。该脉冲信号的占空比具有相对于光控制器的相位角的线性关系，由此，能够精确地检测相位角。光控制/颜色控制部分13和升压/平滑电路12检测该脉冲信号的占空比。

现在，下文描述了在白炽灯被连接到相控光控制器2的情况下的光量和色温这两个方面的变化。图14示出了白炽灯的输入电压及其输出光量之间的关系，从而呈现出如下特征：随着输入电压上升，光量在上升。图15是白炽灯的输入电压与其输出光的色温之间的关系图。这种关系呈现出如下特征：随着输入电压减小，色温在减小，并且随着输入电压增大，色温在增大。基于图14和15分别示出的特征，图16和17分别示出了在白炽灯被连接到相控光控制器2的情况下相位角与光量之间的关系以及相位角与色温之间的关系。光控制/颜色控制部分13根据相位角检测部分11的输出(即，根据检测到的相位角)来调节将要通过发光部分6的各种颜色的每个LED阵列的电流的电流值，由此进行控制，使得相位角与发光部分6的输出光的光量之间的关系以及相位角与发光部分6的输出光的色温之间的关系均与图16所示的光控制特征和图17所示的颜色控制特征(图16和17所示的特征是在白炽灯的情况下分别获得的)相一致。此外，升压/平滑电路12根据相位角检测部分11的输出(即，根据检测到的相位角)来调节输出电压。

现在，下文详细描述了如何调节光量和色温。LED的光量基本上正比于LED的驱动电流，由此，各种颜色的每个LED阵列R、G和B的光量都可以用驱动电流来控制。在流过LED阵列R、G和B的电流被分别表示成Ir、Ig和Ib的情况下，LED阵列的光量被分别表达成驱动电流的函数，即：

Φr(Ir)，

Φg(Ig)，和

Φb(Ib)。

因此，发光部分6的整体的光量Φ被确定为各种颜色的LED阵列R、G和B的光量之和，即：

Φ＝Φr(Ir)+Φg(Ig)+Φb(Ib)。

由此，通过根据相位角检测部分11的输出来控制将要通过各种颜色的每个LED阵列R、G和B的电流的电流值，就可以调节亮度。

接下来，下文描述了从发光部分6中发出的光的色温的控制。当给定的电流Io通过各种颜色的每个LED阵列R、G和B时，从各种颜色的LED阵列中发出的光的光谱特征可以被分别表达为光波长λ的函数，即：

Ro(λ)，

Go(λ)，和

Bo(λ)。

在流过各种颜色的LED阵列R、G和B的电流被分别表示为Ir、Ig和Ib的情况下，光源(三种LED阵列的光被混合在一起)的整体的光谱特征P(λ)被表达如下：

P(λ)＝(Ir·Ro(λ)+Ig·Go(λ)+Ib·Bo(λ))/Io。

基于图18所示的三色值的颜色匹配函数，可以确定具有上述光谱特征P(λ)的光源的xy色度图上的坐标。在具有光谱特征P(λ)的光入射到分别具有三种光谱特征X(λ)、Y(λ)和Z(λ)的光接收元件上的情况下，这些光接收元件的输出被分别表达为IPD_X、IPD_Y和IPD_Z，下列表达式成立：

IPD_X＝∫P(λ)·X(λ)·dλ，

IPD_Y＝∫P(λ)·Y(λ)·dλ，

IPD_Z＝∫P(λ)·Z(λ)·dλ.

上述xy色度图上的坐标x和y被分别表达为：

x＝IPD_X/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)，和

y＝IPD_Y/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)。

由此，通过使将要分别流过各种颜色的LED阵列R、G和B的电流Ir、Ig和Ib发生改变，就可以使xy色度图上的P(λ)的坐标发生移动。

图19示出了相对于光源的变化的色温在xy色度图上的黑体辐射光源的轨迹，该轨迹被称为普朗克轨迹。当使其波长在450nm左右的蓝色成分相对地增大时，IPD_Z增大以使坐标x和y减小，从而使得色温增大了。此外，当使其波长在600nm左右的红色成分相对地增大时，IPD_X增大以使坐标x和y增大，从而使得色温减小了。通过使Ir、Ig和Ib发生改变从而使得xy色度图上的P(λ)的坐标沿着上述普朗克轨迹排布，具有任意色温的光就可以被输出。

因为下列表达式成立：

P(λ)＝((Ir/Ig)·Ro(λ)+Go(λ)+(Ib/Ig)·Bo(λ))·(Ig/Io)，

所以xy色度图上的光源的坐标x和y被分别表达为(Ir/Ig)和(Ib/Ig)的函数。通过使(Ir/Ig)和(Ib/Ig)保持恒定的值，有可能使光量发生改变而不使色温发生改变，由此允许光量和色温被彼此独立地控制。

如上所述，光控制/颜色控制部分13根据检测到的相位角来调节流过各种颜色的LED阵列R、G和B的电流Ir、Ig和Ib，由此进行控制，使得相控光控制器2的相位角与光量之间的关系以及相控光控制器2的相位角与色温之间的关系分别与图16所示的光控制特征和图17所示的颜色控制特征相一致。由此，可以获得与白炽灯相同的光控制和颜色控制特征，使得即使在替换了白炽灯从而使LED照明组件连接到现有的光控制装备的情况下，也几乎不会引起任何奇怪的感觉并且可以获得很低的功耗。此外，替换掉直流电，可以使其平均电流电平分别等于Ir、Ig和Ib的脉冲电流流过各种颜色的LED阵列。

图21示出了在直流电通过LED阵列的情况下的光控制/颜色控制部分13的配置示例。图21所示的光控制/颜色控制部分13具有LED电流设置部分13a、电压源VIR、VIG和VIB、运算放大器AMP1、AMP2和AMP3、NchMOS晶体管TR1、TR2和TR3以及电阻器RIR、RIG和RIB。NchMOS晶体管TR1的源极被连接到R端子T2，而其漏极被连接到电阻器RIR的一端，并且运算放大器AMP1的输出被连接到其栅极。电阻器RIR的另一端被接地。电压源VIR被连接到运算放大器AMP1的非反相端子，并且NchMOS晶体管TR1的漏极与电阻器RIR之间的连接点被连接到其反相端子。G端子T3和B端子T4被配置成与上述相似，其详细描述因此被省略。

流过R端子T2、G端子T3和B端子T4的电流被分别表达为下式：

I(T2)＝VIR/RIR，

I(T3)＝VIG/RIG，和

I(T4)＝VIB/RIB。

由此，通过根据检测到的相位角来控制VIR、VIG和VIB，LED电流设置部分13a就可以控制将要流过各种颜色的每个LED阵列R、G和B的电流。

此外，图22示出了在脉动电流通过LED阵列的情况下的光控制/颜色控制部分13的配置示例。图22所示的光控制/颜色控制部分13具有LED电流设置部分13a、脉冲电压源VIR、VIG和VIB、运算放大器AMP1、AMP2和AMP3、NchMOS晶体管TR1、TR2和TR3以及电阻器RIR、RIG和RIB。NchMOS晶体管TR1的源极被连接到R端子T2，而其漏极被连接到电阻器RIR的一端，并且运算放大器AMP1的输出被连接到其栅极。电阻器RIR的另一端被接地。脉冲电压源VIR被连接到运算放大器AMP1的非反相端子，并且NchMOS晶体管TR1的漏极与电阻器RIR之间的连接点被连接到其反相端子。G端子T3和B端子T4被配置成与上述相似，其详细描述因此被省略。

在脉冲电压源的振幅被分别表示为VIR、VIG和VIB且其占空比被分别表示为DIR、DIG和DIB的情况下，流过R端子T2、G端子T3和B端子T4的脉冲电流的平均电流被分别表达为下列：

I(T2)＝DIR·VIR/RIR，

I(T3)＝DIG·VIG/RIG，和

I(T4)＝DIB·VIB/RIB。

由此，通过根据检测到的相位角来控制这些脉冲电压源的振幅或占空比，LED电流设置部分13a就可以控制将要流过各种颜色的每个LED阵列R、G和B的电流。

此外，通过使用如上文所配置的LED照明系统，也有可能使色温随光控制器的相位角而急剧地变化。例如，照明的色温甚至可以在光控制器的相位角很小时被设为像“日光”或“中性”那样高，并且在该相位角很大时被设为“白炽”，由此与白炽灯的情况相比，可以使该色温在更宽的范围中变化，使得可以实现更广的应用范围。更具体地讲，例如，相对于图17所示的色温随相位角而变化的情况，控制Ir、Ig和Ib，使得0°的相位角处的“日光”色温是6500K，60°的相位角处的“中性”色温是5000K，并且150°的相位角处的“白炽”色温是2800K，由此，可以使光源的色温发生变化。与上述控制(该控制实现了在白炽灯连接到光控制器的情况下色温随光控制器的相位角而一致地变化)相比，当该相位角很小时，使Ib的相对值(Ib/Ig)进一步增大，使得色温可以被增大，由此与白炽灯的情况相比，该光源的色温可以被设为在更宽的范围中发生改变，使得可以实现更广的应用范围。

(第二实施例)

图2所示发光部分6中的各种颜色的LED阵列R、G和B可以被两种LED阵列(即白色LED阵列和红色LED阵列)替代。在这种情况下，根据相控光控制器2的相位角，来控制将要通过白色LED阵列和红色LED阵列的电流的电流值，由此可以获得分别与白炽灯的光控制和颜色控制特征相接近的相位角与光量之间的关系以及相位角与色温之间的关系。

现在，下文详细描述了如何调节光量和色温。LED的光量基本上正比于LED的驱动电流，由此，白色LED阵列和红色LED阵列的光量都可以用驱动电流来控制。在流过白色LED阵列和红色LED阵列的电流被分别表示为Iw和Ir的情况下，这些LED阵列的光量被分别表示为驱动电流的函数，即：

Φw(Iw)和

Φr(Ir)。

因此，发光部分6的整体的光量Φ被确定为白色和红色LED阵列的光量之和，即：

Φ＝Φw(Iw)+Φr(Ir)。

由此，通过根据相位角检测部分11的输出来控制将要通过每个LED阵列的电流，可以调节亮度。

接下来，下文描述了色温的控制。当给定的电流Io流过白色和红色LED阵列时，从这些LED阵列中发出的光的光谱特征可以被分别表达为光波长λ的函数，即：

Wo(λ)和

Ro(λ)。

在流过白色和红色LED阵列的电流被分别表示为Iw和Ir时，光源的整体(其中，两种LED阵列的光混合在一起)的光谱特征P(λ)被表达为：

P(λ)＝(Iw·Wo(λ)+Ir·Ro(λ))/Io。

基于图18所示的三色值的颜色匹配函数，可以确定具有上述光谱特征P(λ)的光源的xy色度图上的坐标。在具有光谱特征P(λ)的光入射到分别具有三种光谱特征X(λ)、Y(λ)和Z(λ)的光接收元件上的情况下，这些光接收元件的输出被分别表达为IPD_X、IPD_Y和IPD_Z，下列表达式成立：

IPD_X＝∫P(λ)·X(λ)·dλ，

IPD_Y＝∫P(λ)·Y(λ)·dλ，

IPD_Z＝∫P(λ)·Z(λ)·dλ.

上述xy色度图上的坐标x和y被分别表达为：

x＝IPD_X/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)，和

y＝IPD_Y/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)。

通过使电流Iw和Ir将要分别流过白色和红色LED阵列，就可以使xy色度图上的P(λ)的坐标发生移动。当将要流过红色LED阵列的电流即Ir减小时，色温增大了，当Ir增大时，色温减小了。在使用三原色RGB的情况下(正如在第一实施例中那样)，有可能进行控制，使得xy色度图上的坐标精确地沿着普朗克轨迹排布。另一方面，在使Iw和Ir改变的情况下，因为所使用的参数的个数是两个，所以无法使xy色度图上的P(λ)的坐标精确地沿着普朗克轨迹排布。然而，从实践的立场来看，这通常不是严重的问题，因为即使当xy色度图上的坐标没有与普朗克轨迹精确地相一致，光源的色温也可以被限定，只要这些坐标落在离普朗克轨迹某一范围之内就行。

图20示出了包括图19中的普朗克轨迹的区域的放大图，其中，从每个商用照明设备(荧光灯(F1-F12)和标准光源(A光源、B光源、C光源、D50光源、D55光源、D65光源和D75光源))中输出的光的x和y坐标被画在上述xy色度图上。实际上，如图20所示，即使在使用标准光源的情况下，从中发出的光的坐标也并不必然与普朗克轨迹精确地相一致。

作为基于xy色度图上的坐标来计算色温的表达式，McCamy的公式是已知的且由下式给出：

色温＝449n³+3525n²+6823.3n+5520.33，

其中n＝(x-0.3320)/(0.1858-y)。

通过使用该表达式，可以基于xy色度图上的坐标来确定色温。

此外，因为下列表达式成立：

P(λ)＝(Wo(λ)+(Ir/Iw)·Ro(λ))/(Iw/Io)，

通过使(Ir/Iw)保持恒定的值，有可能使光量发生改变而不使色温发生改变，由此允许光量和色温被彼此独立地控制。如上所述，根据相位角检测部分11所检测到的相位角，来控制分别流过白色和红色LED阵列的电流Ir和Iw，由此，就可以获得与白炽灯的光控制和颜色控制分别相接近的相控光控制器2的相位角与光量之间的关系以及相控光控制器2的相位角与色温之间的关系，从而使得与使用三种LED阵列R、G和B的情况相比可以实现成本降低。

(第三实施例)

图5示出了根据本发明第三实施例的LED照明系统的整个配置。颜色传感器14被连接到该LED照明系统的光控制/颜色控制部分13，以便实时地测量由LED阵列R、G和B构成的发光部分6所输出的光的光量和色温，使得基于测量的结果来执行反馈控制。这能够极为精确地控制光量和色温。

现在，下文描述了由颜色传感器14来检测光量和色温。图18示出了三色值的光谱特征，这些特征被用作确定xy色度图上的光源的坐标的基础。颜色传感器14具有光接收元件，这些光接收元件分别具有光谱特征X(λ)、Y(λ)和Z(λ)，由此，可以通过使用这些光接收元件来测量色温和光量。在任意照明设备的光入射到分别具有光谱特征X(λ)、Y(λ)和Z(λ)的光接收元件上的情况下，这些光接收元件的输出被分别表达为IPD_X、IPD_Y和IPD_Z，xy色度图上的坐标(用于表示入射光的色调)可以通过下列表达式的计算而给出：

x＝IPD_X/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)，

y＝IPD_Y/(IPD_X+IPD_Y+IPD_Z)。

此外，因为Y(λ)具有与标准发光率相一致的光谱特性，所以可以使用IPD_Y来估计光源的光量。

此外，即使颜色传感器14的光接收元件的光谱灵敏度特征并不与上述三色值相适应，也可以使用变换矩阵通过坐标变换把它们转变为xy色度图上的坐标。

如上所述，xy色度图上的坐标(即色温)以及光量是通过颜色传感器14来测量的，并且基于这样测得的色温和光量，光控制/颜色控制部分13控制将要通过各种颜色的每个LED阵列R、G和B的电流的电流值，使得发光部分6达到了与相位角相对应的目标光量和目标色温。由此，因其个体可变性而导致的LED照明组件的颜色偏差和亮度差异可以被减小。

(第四实施例)

图6示出了根据本发明第四实施例的LED照明系统的整个配置。在图6所示的LED照明系统中，光量传感器15被连接到光控制/颜色控制部分13。在这种情况下，首先，在初始阶段，光控制/颜色控制部分13传递脉动电流，这些脉动电流所具有的平均电流的电平与各种颜色的LED阵列R、G和B的电流Ir、Ig和Ib相等，使得与相位角检测部分11所检测到的相位角相对应的目标光量和目标色温均被达到。此刻，各种颜色的LED阵列被设置，使得电流流过这些LED阵列达相同的时间段(即导通周期)，这些LED阵列的导通周期按LED阵列R、G和B的顺序错开。由此，如图11所示，LED阵列R、G和B的发光时序被错开，使得LED阵列R、G和B的可以被设置成具有相同的发光周期以及不同的发光强度。

然后，光控制/颜色控制部分13在LED阵列R、G和B的各个发光时刻使用其各个发光周期作为积分时间，对光量传感器15(该光量传感器15具有在R、G和B区域中的灵敏度并由此具有很宽的光谱灵敏度特征范围)的输出进行积分，由此检测这些LED阵列R、G和B各自的光量。对如此检测到的光量进行求和，因此，发光部分6的光量被检测到了。此外，使LED阵列R、G和B按时分方式发光，并且如此发出的光被输入到光量传感器15。在这种情况下所获得的光量传感器15的平均输出被分别表达为Ipd_R、Ipd_G和Ipd_B时，通过使用预先通过实验确定的变换矩阵，就可以通过下列表达式近似地确定xy色度图上的坐标(色温)。

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{C}_{11}& C_{12}& C_{13}\\ C_{21}& C_{22}& C_{23}\\ C_{31}& C_{32}& C_{33}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ipd}\_R\\ \mathrm{Ipd}\_G\\ \mathrm{Ipd}\_B\end{array}\right)$

$x=\frac{X}{X+Y+Z}$

$y=\frac{Y}{X+Y+Z}$

基于如此检测到的光量和色温，光控制/颜色控制部分13调节每个LED阵列R、G和B的发光强度，同时使其发光周期保持恒定，使得发光部分6达到了与相位角相对应的目标光量和目标色温。这能够极为精确地控制光量和色温，并且因其个体可变性而导致的照明组件的颜色偏差和亮度差异可以被减小。

此外，作为上述实施例的修改示例，各种颜色的LED阵列可以被设置，使得相同电平的电流流过这些LED阵列，同时使它们的导通周期不一样。由此，如图12所示，各种颜色的LED阵列被设置成具有相同的发光强度以及不同的发光周期。然后，光控制/颜色控制部分13在这些LED阵列的各个发光时刻使用其各自的发光周期作为积分时间，对光量传感器15的输出进行积分，由此检测这些LED阵列各自的光量。在这种情况下，基于检测到的光量和色温，光控制/颜色控制部分13调节每个LED阵列R、G和B的发光周期，同时使其发光强度保持恒定，使得发光部分6达到了与相位角相对应的目标光量和目标色温。

(第五实施例)

可以采用这样一种配置：如图13所示，LED阵列R、G和B的发光时刻被错开，并且提供了所有LED阵列均不发光的周期T1，为的是在该周期T1内可以由光量传感器15或颜色传感器14来检测外部的光。例如，在一个房间里，窗帘被拉到一边，让阳光射到房间内，由此该房间足够明亮从而不需要打开照明组件，光量传感器15检测外部的光的照度，基于检测的结果，减小LED阵列R、G和B的光量。这可以提供节能效果。此外，下列也是可能的。即，颜色传感器14检测外部的光的照度和色温，基于检测的结果来控制LED阵列R、G和B的光量，使得发光部分6的光量和色温被调节至合适的值。

Claims (14)

1.一种LED驱动电路，被相控光控制器进行相控的光控制信号被输入到所述LED驱动电路，并且所述LED驱动电路控制具有多个LED负载的发光部分，这些LED负载发出不同色调的光，所述LED驱动电路包括：

光控制/颜色控制部分，所述光控制/颜色控制部分基于所输入的光控制信号来调节将要通过每个LED负载的电流，由此执行所述发光部分的光控制和颜色控制。

2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，

所述LED负载是白色LED负载和红色LED负载。

3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，

当所述光控制信号的相位角增大时，所述光控制/颜色控制部分使所述发光部分的光量和色温减小。

4.如权利要求1所述的LED驱动电路，还包括：

相位角检测部分，用于检测所述光控制信号的相位角，

其中，所述相位角检测部分通过检测所述光控制信号的平均电压来检测所述相位角。

5.如权利要求1所述的LED驱动电路，还包括：

相位角检测部分，用于检测所述光控制信号的相位角，

其中，所述相位角检测部分通过比较所述光控制信号和参考电压、基于比较的结果产生脉冲信号并且检测所产生的脉冲信号的占空比，来检测所述相位角。

6.如权利要求1所述的LED驱动电路，还包括：

用于检测所述发光部分的光量和色温的检测部分，

其中，基于检测部分所检测到的光量和色温，所述光控制/颜色控制部分执行光控制和颜色控制，使得所述发光部分达到了与所述光控制信号相对应的目标光量和目标色温。

7.如权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，

所述光控制/颜色控制部分按时分方式使每个LED负载发光。

8.如权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，

所述LED负载具有相同且恒定的发光周期以及不同的发光强度。

9.如权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，

所述LED负载具有相同且恒定的发光强度以及不同的发光周期。

10.如权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，

检测部分具有光量传感器，并且在把每个LED负载从其发光时开始的发光周期用作积分时间的情况下对所述光量传感器的输出求积分，由此检测每个LED负载的光量。

11.如权利要求1所述的LED驱动电路，还包括：

低电压检测部分，用于检测所述光控制信号的电压已被拉低；以及

电流抽出部分，在所述低电压检测部分检测到被拉低的电压时，所述电流抽出部分从用于给LED负载供电的电源线中抽出一电流。

12.如权利要求1所述的LED驱动电路，还包括：

沿检测部分，用于检测所述光控制信号的沿；以及

电流抽出部分，在所述沿检测部分检测到沿时，所述电流抽出部分从用于给LED负载供电的电源线中抽出一电流。

13.如权利要求1所述的LED驱动电路，还包括：

用于检测外部光的照度和/或色温的检测部分，

其中，所述光控制/颜色控制部分使每个LED负载按时分方式发光，并且根据在LED负载不发光的周期内由检测部分所执行的检测的结果来调节每个LED负载的光量。

14.一种LED照明组件，包括：

LED驱动电路，被相控光控制器进行相控的光控制信号被输入到所述LED驱动电路，并且所述LED驱动电路控制具有多个LED负载的发光部分，这些LED负载发出不同色调的光，所述LED驱动电路包括：

光控制/颜色控制部分，所述光控制/颜色控制部分基于所输入的光控制信号来调节将要通过每个LED负载的电流，由此执行所述发光部分的光控制和颜色控制；以及

多个LED负载，所述LED负载被连接到所述LED驱动电路的输出侧并且发出不同色调的光。

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