CN102598859B - 用于高流明维持和使用寿命终止自适应的、基于知识的驱动器设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种基于知识的驱动器以用于以恒定电流向固态光源供电，其中包括：存储器，存储光源对时间的每安培流明和每安培伏特性能表征；以及控制器，其操作在测试模式，以便基于在预定测试电流值得到的电压反馈来估计光源降级，并且按照估计的装置降级来调整在正常操作模式中的驱动电流，以便实现恒定流明控制，而无需外部光反馈组件。

Description

用于高流明维持和使用寿命终止自适应的、基于知识的驱动器设备
背景技术
所公开的实施例涉及用于维持恒定流明输出和使用寿命终止(EOL)自适应的固态光源驱动器和驱动器控制。照明装置用于照亮建筑物、道路的多种应用中和其它区域照明应用中、以及多种标志和光学显示应用中。这些应用一般通过对可按照调光水平的客户自适应等改变的可控照度级(illumination level)的需要来驱动。许多固态光源遭受流明输出损耗，其中由装置提供的照度随时间而变小，即使以恒定电流电平来驱动。当光源接近其使用寿命终止时，这些装置还遭受降级性能。用于解决这些问题的先前技术包括使用光敏传感器来检测装置的光输出的直接光反馈，其中闭环控制修改驱动电流以尝试维持恒定流明输出。但是，这类光反馈系统增加封装大小，对系统增加成本，并且光学传感器的机械位置是在避免杂散光和其它附属问题的同时提供准确光输出测量的关键。因此，仍然需要用于维持恒定流明输出和使用寿命终止(EOL)自适应的改进的固态光源驱动器和驱动器控制。
发明内容
本公开提供用于向诸如发光二极管(LED)、有机LED(OLED)等的固态光源供电的驱动器设备。提供一种驱动器设备，其中包括具有接收输入电功率的输入以及向一个或多个固态光源提供驱动电流的输出的恒流源。驱动器包括存储固态光源对时间的每安培流明(L/A)性能表征和每安培伏特(V/A)性能表征的存储器。另外，驱动器设备包括控制器，该控制器从电源接收反馈，并且向电源提供电流设置点信号或值。在正常操作中，控制器提供操作电流设置点值或信号，以便使电源以对应输出电流电平来驱动光源。
控制器还在测试模式中操作，以实现正常模式操作电流设置点的基于知识的自适应。在某些实施例中，控制器配置成定期地进入测试模式，并且测试模式也可基于某些事件来进入。在测试模式中，控制器向电源提供测试模式电流设置点，以便以对应的预定测试电流电平来驱动光源，并且从电源接收电压反馈值。从电压反馈，控制器使用V/A性能表征来确定光源的估计的降级，并且使用L/A性能表征、基于估计的降级来更新电流设置点。以这种方式，控制器适配电源的恒定电流输出，以便符合固态照明装置的流明输出损耗老化特性，并且因而可促进恒定流明操作，而无需外部光学感测和反馈组件以及关联的成本和精度问题。
在多种实施例中，将L/A和V/A性能表征存储为查找表，以及控制器使用每安培伏特性能查找表、基于电压反馈值来确定估计的光源降级，并且使用每安培流明性能查找表、基于估计的降级来更新电流设置点值或信号。在一些实施例中，存储器将L/A性能表征和V/A性能表征存储为公式参数，以及控制器使用V/A公式参数、基于电压反馈值来确定估计的降级，并且使用L/A性能公式参数、基于估计的降级来更新电流设置点。
此外，在多种实施例中，驱动器设备提供故障识别和特定故障模式操作，其中控制器在正常操作模式中接收并且评估来自电源的电压反馈值，以及如果在电压反馈中检测到快速变化就进入故障模式。在故障模式中，控制器可实现纠正措施，以便例如通过短暂地过驱动光源来尝试清除检测的故障状况，并且如果故障被清除就可恢复正常模式操作。控制器还可例如通过使闪烁光源以尝试通知用户关于检测的故障状况，来实现故障模式中的通知措施。
一些实施例中的控制器操作在测试模式，以便至少部分基于光源的估计的降级来检测光源的使用寿命终止(EOL)状况，并且如果检测到EOL状况就可进入EOL模式。在EOL模式中，控制器可实现EOL措施，以便例如通过过驱动光源以尝试提供光源的恒定流明操作来修改光源的控制，和/或控制器可例如引起电源使光源闪烁以尝试通知用户关于所检测使用寿命终止状况来实现EOL通知措施。
附图说明
在以下详细描述和附图中提出一个或多个示范实施例，附图包括：
图1是示出基于知识的光驱动器设备的示意图，该设备具有存储光源对时间的每安培流明和每安培伏特性能表征的存储器，以及按照使用反馈估计的装置降级和性能表征来调整驱动电流以实现恒定流明控制而无需外部光反馈组件的控制器；
图2是示出固态光源对时间的每安培流明性能表征的图表；
图3是示出固态光源对时间的每安培伏特性能表征的图表；
图4是示出用于图1的驱动器中的基于知识的恒定流明控制的光源表征和驱动器设备配置的流程图；
图5是示出用于图1的驱动器设备中的正常模式、测试模式和故障模式的控制器的操作的流程图；以及
图6是示出图1的驱动器中的测试模式和使用寿命终止模式期间的控制器操作的进一步的细节的流程图。
具体实施方式
现在参照附图，其中相似参考标号通篇用于表示相似元件，并且其中多种特征不一定按规定比例绘制。图1示出用于向固态光源108供电的驱动器设备100，其中包括恒流电源110、控制器120和存储器130。恒流电源110能够是任何适当功率转换电路，其中具有用于接收输入电功率的输入104以及可耦合到一个或多个固态光源108的输出106。虽然示为驱动单个光源108，但是驱动器100能够以串联和/或并联配置耦合到任何数量的固态光源108，其中电源输出106提供电输出电流以驱动光源108供照亮应用。控制器120配置成向电源110提供一个或多个设置点，其中包括可以是由控制器120和电源110的任何适当互连所提供的一个或多个信号和/或一个或多个值的电流设置点ISP。电源110使用提供的设置点来操作输出106，以便以对应的输出电流电平来驱动光源108。此外，电源110是恒流装置，并且可包括多种控制电路，例如输出电流和/或电压传感器以及闭环调节器，以便基于接收的设置点ISP来将输出电流控制为恒定值。另外，电源110向控制器提供一个或多个反馈值，其中包括表示光源108的操作期间、跨过输出端子106的电压的电压反馈信号或值VFB。
又参照图2-4，存储器130存储用于控制器120的操作的程序指令和数据，其中包括固态光源108对时间的每安培流明(L/A)性能表征132以及固态光源108对时间的每安培伏特(V/A)性能表征134。存储器130可配置成按照任何适当的形式来存储表征132和134，以允许控制器120至少部分基于来自电源110的电压反馈值VFB从V/A表征134来确定估计的装置降级以及允许控制器120使用L/A表征132、基于估计的降级来更新操作电流设置点ISP，从而实现光源108的恒定流明控制而无需光反馈。如图1的示例所示，存储器130可将L/A性能表征132a和V/A表征134a存储为查找表，控制器120能够在测试模式中索引该查找表，以便使用V/A表134a、基于电压反馈值VFB来确定光源108的估计的降级136。控制器120可以可选地将估计的降级136存储在存储器130中，并且能够使用每安培流明性能查找表132a、基于估计的降级136来更新电流设置点ISP。存储器130可备选地或者结合地分别存储L/A和V/A性能表征的函数或公式参数132b和134b。这类实现中的控制器120例如通过求解对应方程、函数或公式(例如，曲线拟合多项式)，使用V/A参数134b、基于反馈VFB来确定估计的降级136，并且使用L/A参数132b、基于估计的降级136来更新设置点ISP。
图2示出一个示范固态光源108(例如，OLED)的每安培流明(L/A)曲线152的图表150，曲线152趋向于随时间以一般非线性方式降低，包括一旦装置在时间TEOL达到使用寿命终止(EOL)状况时陡峭的降低。图3中的图表160示出相同光源108的、作为时间的函数的每安培伏特(V/A)表征曲线162，它随时间非线性地增加。曲线152和162实际上均在相同预定驱动电流ITEST来得到，其中存储器有利地存储测试电流值ITEST，并且其中存储器130中存储的性能表征132、134分别是曲线152、162的表示。要注意，具体驱动器100可采用一个以上光源108的表征132、134来配置，并且可配置成使用与当前所驱动的光源108对应的表征132、134。此外，存储的表征132、134和对应的测试电流值138可以是现场可配置的，以便允许驱动器设备100被更新用于到新类型装置108的连接。
图4示出相对于给定类型的光源108的光源表征以及使用表征132、134的基于知识的恒定流明控制的驱动器设备100的配置的示范过程200。过程200包括在210表征预定电流电平ITEST处的光源108的每安培流明性能并且为驱动器100提供结果表征132，以及还包括在220表征测试电流ITEST处的每安培伏特性能并且为驱动器100提供V/A表征134。在212，例如通过以经调节(恒定)电流ITEST驱动光源108超过预计使用寿命终止(例如，这对于给定类型的固态装置和所选测试电流电平可以是数千小时)的时间，并且使用光敏传感器或其它光学感测装置监测所产生的流明输出，来表征在所施加电流ITEST处的、对时间的装置L/A性能。表征可同时包括监测跨过装置108的对应电压(例如，在下面描述的222处)供V/A表征。表征可作为使用寿命测试操作的一部分来进行，并且可包括多种时间效应加速技术，例如提升温度，以便以加速方式来得到时间相关联的数据。
在214，从数据来生成每安培流明性能曲线查找表条目(例如，图1中的L/A LUT条目132a)，和/或在214可使用任何适当数值方法对数据进行曲线拟合，以便得出用于多项式或其它可求解方程、公式或函数的参数(例如，图1中的L/A参数132b)。然后，在216，LUT条目132a和/或公式参数132b存储在驱动器设备100的存储器130中。在222，光源108的V/A性能表征为在相同预定电流电平ITEST处的时间的函数(这可在212同时经由装置电压和流明输出的测量来做到)。结果每安培伏特数据在224被处理成查找表条目和/或函数参数，并且在226将它们存储(作为V/A表征134a、134b)。因此，经由过程200相对于给定类型的固态光源类型108来提供驱动器存储器130。使用表征132、134，驱动器控制器120操作以实现光源108的恒定流明控制。
现在参照图1、图5和图6，控制器120(图1)能够是经由适当可编程逻辑、软件/固件等所配置的任何适当硬件，它在操作上与存储器130以及与电源110耦合，以便从电源110接收反馈VFB并且向电源110提供电流设置点信号或值ISP。如图5和图6进一步所示，控制器120在包括正常模式和测试模式的多种模式中操作，并且某些实施例提供进一步的故障模式和EOL模式，如下面所述。图5的流程图240示出正常模式、测试模式和故障模式的控制器120的操作，以及图6的流程300示出驱动器设备100中的测试模式和EOL模式期间的控制器操作的进一步的细节。在图5的正常操作模式250中，在252，控制器120按照预期流明输出-这又可经由调光控制或其它流明设置点源从用户来得到-向电源110提供设置点ISP，以便使电源110以对应的输出电流电平来驱动固态光源108。
在所示实现中，在252，控制器120还接收和评估来自电源110的电压反馈值VFB，并且在254确定是否存在VFB的快速变化。如果是的话(254处的“是”)，则控制器120在262进入故障模式，并且实现尝试清除光源108的所检测故障状况的纠正措施以及尝试通知用户关于所检测故障状况的通知措施中的一个或两者。故障模式260中的操作可包括以操作电流电平ISP连续地或者对某个时间周期的持续操作。作为一个示例，控制器120可在262通过短暂地过驱动光源108，例如重启多带OLED的照明带或段，来实现纠正故障模式措施，以及如果这清除了故障状况(264处的“是”)，则控制器120使过程240返回到252处的正常模式。此外，在262，控制器120可在故障模式中、通过引起电源110使光源108闪烁(例如，通过修改所提供的电流设置点值或信号ISP)以尝试通知用户关于所检测故障状况，来实现通知措施。
返回到图5的254，如果没有检测到故障(254处的“否”)，则控制器120在256确定是否调度更新测试，例如，其中控制器120操作以定期进入测试模式(例如，图5和图6的300)。如果不是的话(256处的“否”)，则控制器120继续进行252处的正常模式操作，如上所述。否则(256处的“是”)，控制器120在300进入测试模式，以便在恢复正常模式之前确定更新的设置点ISP。
测试模式操作300在图6中进一步进行图示，其中控制器120在310估计光源降级。控制器120在312提供测试模式电流设置点值或信号ITEST，以便使电源100以对应的预定测试电流电平(ITEST 138可存储在图1的存储器130中)来驱动固态光源108。注意，测试电流电平与以上图4的表征过程200中用于表征光源类型108是相同的。在314，控制器120在电源110正以测试电流电平ITEST驱动固态光源108的同时从电源110接收电压反馈值VFB，并且在316使用V/A性能表征134、基于电压反馈值VFB来确定光源108的估计的降级136。在使用存储器130的V/A查找表134的一个示例中，控制器120索引V/A查找表134a以确定对应时间，其中控制器120可采用内插或其它适当技术来得出与测量电压值最佳地对应的时间值，并且该时间值然后在图6的316处用作估计的光源降级136。在使用存储器130的V/A参数134b的另一个示例中，控制器120使用参数134b和接收的电压反馈值VFB来计算多项式或其它函数，以便生成估计的降级136，它然后可存储在存储器130中。
通过在310估计的光源降级，控制器120在320确定装置是否已经达到使用寿命终止(以上图2和图3的TEOL)。如果没有达到的话(320处的“否”)，则控制器在330使用L/A性能表征132(例如，使用L/A查找表132a的索引和内插或者使用L/A参数132b的函数评估)、基于估计的降级136来更新电流设置点值ISP。通过完成ISP更新，控制器120返回到正常操作模式(图5的252)，其中已更新电流设置点ISP将估计的光源降级分解(factor)为提供给装置的电流量，以便调节源108的实际流明输出。
仍然参照图6，如果控制器120基于光源108的估计的降级136检测到光源108的使用寿命终止状况(320处的“是”)，则控制器120在340进入EOL模式，并且实现修改光源108的控制的使用寿命终止措施和/或尝试通知用户关于检测的使用寿命终止状况的使用寿命终止通知措施。在一个示例中，控制器120在340通过过驱动光源108以尝试提供光源108的恒定流明操作，来实现EOL措施。备选地或者结合地，控制器120可在340通过引起电源110使光源108闪烁以尝试通知用户关于检测的EOL状况，来实现EOL通知措施。
可采用涉及光源降级的、例如表征装置电压随降低的温度增加、装置电容随时间降级、装置阻抗随时间增加和/或随时间降低装置电流噪声的环境考虑的表和/或参数139来补充L/A和V/A表和/或参数132、134，其中某些实施例中的控制器120在确定估计的装置降级中能够结合电压测量LUT/参数134来确定一个或多个这类LUT/参数139。在这类实施例中，驱动器100可提供有温度和/或老化信息，或者可包括板载温度感测组件(例如热电偶、RTD等)，和/或可编程或者配置成估计或测量装置阻抗和/或电容，以及将这种信息相关以补充降级估计。例如，温度是控制器可经由感测电压变化来检测的噪声参数。
上述示例只是说明本公开的多种方面的若干可能实施例，其中等效变更和/或修改将是本领域技术人员在阅读和理解本说明书及附图时将会想到的。具体关于由上述组件(组装件、装置、系统、电路等等)所执行的多种功能，除非另加说明，否则用于描述这类组件的术语(包括提到“装置”)意在对应于诸如硬件、软件及其组合的任何组件，其执行所述组件的指定功能(即，是功能等效的)，即使与执行本公开的所示实现中功能的、公开的结构不是结构等效的。另外，虽然可能仅针对若干实现其中之一示出和/或描述了本公开的具体特征，但是，这种特征可与对于任何给定或具体应用可能是预期或有利的其它实现的一个或多个其它特征相结合。此外，除非另加说明，否则提到单数组件或项预计包含两个或更多这类组件或项。另外，在术语“包括”、“具有”、“带有”或者其变体用于详细描述和/或权利要求的方面，这类术语意在表示包含在内，其方式与术语“包含”相似。参照优选实施例描述了本发明。显而易见，一旦阅读和理解前面的具体描述，修改和变更将是本领域技术人员会想到的。预计本发明将被解释为包括所有这类修改和变更。

Claims (14)

1.一种用于向固态光源供电的驱动器设备，所述驱动器设备包括：
恒流电源，其具有接收输入电功率的输入以及可耦合到固态光源的输出，所述输出操作以提供电输出电流，从而驱动至少一个所述固态光源；
存储器，其存储所述固态光源对时间的每安培流明性能表征以及所述固态光源对时间的每安培伏特性能表征；以及
控制器，其在操作上与所述存储器以及与所述电源耦合，以便从所述电源接收至少一个反馈值并且向所述电源提供电流设置点信号或值；
所述控制器在正常模式中操作以提供操作电流设置点值或信号，以便使所述电源以对应的输出电流电平来驱动所述固态光源；以及
所述控制器在测试模式中操作以：
提供测试模式电流设置点值或信号，以便使所述电源以对应的预定测试电流电平来驱动所述固态光源，
在所述电源正以所述测试电流电平驱动所述固态光源的同时从所述电源接收电压反馈值，
使用所述每安培伏特性能表征、至少部分基于所述电压反馈值来确定所述光源的估计的降级，以及
使用所述每安培流明性能表征、基于所估计的降级来更新所述电流设置值或信号。
2.如权利要求1所述的驱动器设备，其中，所述控制器还在所述正常模式中操作以从所述电源接收电压反馈值，检测所述电压反馈值的迅速变化，并且在所述电压反馈值中检测到迅速变化时进入故障模式，以及其中所述控制器在所述故障模式中操作以实现以下至少之一：尝试清除所述光源的检测的故障状况的纠正措施以及尝试通知用户关于所述检测的故障状况的通知措施。
3.如权利要求2所述的驱动器设备，其中，所述控制器操作以在所述故障模式中通过短暂地过驱动所述光源来实现纠正措施，并且如果清除了所述故障就选择地恢复所述正常模式操作。
4.如权利要求2所述的驱动器设备，其中，所述控制器操作以在所述故障模式中通过引起所述电源使所述光源闪烁以尝试通知用户关于所述检测的故障状况，来实现通知措施。
5.如权利要求2所述的驱动器设备，其中，所述存储器将所述固态光源对时间的所述每安培流明性能表征和所述每安培伏特性能表征存储为查找表，并且其中所述控制器在所述测试模式操作以使用所述每安培伏特性能查找表、基于所述电压反馈值来确定所述光源的所述估计的降级，以及使用每安培流明性能查找表、基于所述估计的降级来更新所述电流设置点值或信号。
6.如权利要求2所述的驱动器设备，其中，所述存储器将所述固态光源对时间的所述每安培流明性能表征和所述每安培伏特性能表征存储为公式参数，并且其中所述控制器在所述测试模式操作以使用所述每安培伏特性能公式参数、基于所述电压反馈值来确定所述光源的所述估计的降级，以及使用所述每安培流明性能公式参数、基于所述估计的降级来更新所述电流设置点值或信号。
7.如权利要求1所述的驱动器设备，其中，所述存储器将所述固态光源对时间的所述每安培流明性能表征和所述每安培伏特性能表征存储为查找表，并且其中所述控制器在所述测试模式操作以使用所述每安培伏特性能查找表、基于所述电压反馈值来确定所述光源的所述估计的降级，以及使用所述每安培流明性能查找表、基于所述估计的降级来更新所述电流设置点值或信号。
8.如权利要求1所述的驱动器设备，其中，所述存储器将所述固态光源对时间的所述每安培流明性能表征和所述每安培伏特性能表征存储为公式参数，并且其中所述控制器在所述测试模式操作以使用所述每安培伏特性能公式参数、基于所述电压反馈值来确定所述光源的所述估计的降级，以及使用所述每安培流明性能公式参数、基于所述估计的降级来更新所述电流设置点值或信号。
9.如权利要求1所述的驱动器设备，其中，所述控制器操作以定期进入所述测试模式。
10.如权利要求1所述的驱动器设备，其中，所述控制器在所述测试模式中操作以至少部分基于所述光源的所述估计的降级来检测所述光源的使用寿命终止状况，并且如果检测到使用寿命终止状况就进入使用寿命终止模式，以及其中所述控制器在所述使用寿命终止模式操作以实现以下至少一个：修改所述光源的控制的使用寿命终止措施和尝试通知用户关于所检测的使用寿命终止状况的使用寿命终止通知措施。
11.如权利要求10所述的驱动器设备，其中，所述控制器操作以通过过驱动所述光源从而尝试在所述使用寿命终止模式中提供所述光源的恒定流明操作，来实现使用寿命终止措施。
12.如权利要求10所述的驱动器设备，其中，所述控制器操作以通过引起所述电源使所述光源闪烁以尝试通知用户关于所述检测的使用寿命终止状况，来实现使用寿命终止通知措施。
13.如权利要求10所述的驱动器设备，其中，所述控制器还在所述正常模式中操作以从所述电源接收电压反馈值，检测所述电压反馈值中的迅速变化，并且如果在所述电压反馈值中检测到迅速变化就进入故障模式，以及其中所述控制器在所述故障模式中操作以实现以下至少一个：尝试清除所述光源的检测的故障状况的纠正措施以及尝试通知用户关于所述检测的故障状况的通知措施中。
14.如权利要求1所述的驱动器设备，其中，所述存储器存储至少一个环境性能表征，并且其中所述控制器在所述测试模式中操作以确定所述光源的至少一个环境特性，以及使用所述环境性能表征、至少部分基于所述环境特性来确定所述光源的所述估计的降级。
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