CN103493590A - 用于脉宽调制照明控制的设备、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供照明的系统和方法。多个固态光源可操作以发光。控制照明系统的操作，以确定分别用于所述多个固态光源的每个光源的脉宽调制信号的第一占空比，从而提供所述多个固态光源的期望色点和期望光通量。所述控制器还被配置成对所述各自的脉宽调制信号进行移相，使所述多个固态光源的每个光源操作在所述各自的占空比下，以降低提供的组合峰值电流。
Description
技术领域
本发明大体涉及控制多个光源的系统和方法。更具体地，本文公开的各种发明性方法和设备涉及控制多个固态光源，以提供具有较低闪烁率的光。
背景技术
数字照明技术，例如，基于半导体光源诸如发光二极管(LED)的照明，提供对传统荧光灯、HID和白炽灯的可行替代。LED的功能性优势和益处包括：能量转化和光学效率高，耐用；运行成本较低及许多其他优点。LED技术的最近的进步已经提供了高效和耐久的全光谱照明光源，其使得能够在很多应用中实现各种照明效果。一些具体实践这些光源的固定设备的特征在于一种照明模块，其包括：能够产生不同的颜色例如红、绿和蓝的一个或者更多LED；以及处理器，其独立控制LED的输出以便产生各种颜色和变色的照明效果，例如，通过引用并入本文的美国专利6,016,038和6,211,626中所详细论述的。
LED的亮度和色点能够基于许多条件改变。例如，LED的亮度水平和光谱分布将随着LED的温度变化而变化。此外，LED的通量和峰值波长将随着LED的老化而变化。通常，使用脉宽调制(PWM)信号控制LED的运行。已知的方法采用控制回路，其使用提供给PWM控制器的LED温度和通量测量值，来保持LED的期望色点和亮度水平。另外，一些光模块允许用户设置用于该模块的色点调光合调光水平。
然而，使用PWM控制能够导致基于计算出的占空比而迅速开关LED。这些开关周期会产生高闪烁率，并且导致用于相关电源单元的峰值负载高。电源单元的可变负载也导致电-机械应力，产生听得见的噪音和另外的电磁干扰。在特定照明应用中，该高闪烁率会降低光的质量，并且会导致不想要的可见假象。例如，如果在相机中使用该光源，该噪音和电磁干扰会导致不期望的图像抖动。
已知的方法通过将PWM周期除以系统中LED串的数目，而对LED串的PWM控制信号排序。这些系统是静态的，并且不在LED输出中引起变化。这些系统也不关于彼此基于信号的占空比来调节PWM控制信号。
因而，在本领域中，存在一种对提供下列照明系统和方法的需求，其向光源提供可动态调节的脉宽调制电流信号，以降低组合峰值电流，使得闪烁率、噪音和电磁干扰降低。
发明内容
本公开涉及从光源提供照明的发明性方法和设备。例如，多个发光的固态光源。控制具有占空比的脉宽调制信号，以发出具有期望色点和期望光通量的光。该脉宽调制信号被移相，以降低提供给多个固态光源的组合峰值电流。
一方面，大致提供一种产生光的照明系统。该照明系统包括多个固态光源和多个驱动器，多个驱动器中的每个驱动器都分别电耦合至多个固态光源中的每个固态光源。该照明系统也包括控制器，其被配置成产生具有分别用于该多个驱动器中的每个驱动器的占空比的脉宽调制信号，其中每个驱动器都被配置成基于该各自的脉宽调制信号而向多个固态光源中的关联光源供电。该控制器还被配置成确定分别用于该多个固态光源中的每个光源的脉宽调制信号的第一占空比，从而提供该多个固态光源期望的色点和期望的光通量。该控制器还被配置成对该各自的脉宽调制信号进行移相，以降低提供给该多个驱动器的用于使所述多个固态光源的每个光源操作在所述各自的占空比下的组合峰值电流。
在一些实施例中，该控制器包括输入，其被配置成从该多个固态光源接收温度反馈和光通量反馈。在至少一个实施例中，该照明系统也包括电源单元，其被配置成向该多个驱动器供电。
在至少一个实施例中，该控制器还包括占空比模块，其被配置成通过确定用于该多个固态光源中的每个固态光源的脉宽调制信号的第二占空比，而对温度和光通量至少其中之一的变化做出响应。该控制器还包括移相模块，其被配置成自动地对具有第二占空比的该各自脉宽调制信号进行移相，以降低该组合峰值电流。在一些实施例中，该占空比模块被配置成自动响应于期望的色点和期望的光通量至少其中之一的变化，而确定第二占空比。
在各种实施例中，该控制器包括移相模块，其被配置成对该各自的脉宽调制信号进行移相，并且将该组合峰值电流确定为该各自脉宽调制信号总和的平均值。在至少一个实施例中，移相模块被配置成使组合峰值电流最小化。在一些实施例中，该移相模块被配置成使该照明系统的闪烁率最小化。在包括耦合至该多个固态光源的每个固态光源的电源的实施例中，该移相模块被配置成使该电源单元的操作所产生的电磁干扰最小化。
一方面，提供一种用包括多个固态光源的光源提供照明的方法。该方法包括产生具有分别用于该多个固态光源中的每个固态光源的占空比的脉宽调制信号的动作。该方法也包括确定分别用于该多个固态光源中的每个固态光源的该脉宽调制信号的第一占空比的动作，以使多个固态光源操作在期望的色点和期望的光通量下。该方法还包括对该各自的脉宽调制信号进行移相的动作，以便当多个固态光源操作在该各自的占空比下时，降低提供给该多个固态光源的组合峰值电流。
在一个实施例中，该方法包括响应于该多个固态光源的温度和光通量至少其中之一的变化，而确定该脉宽调制信号的第二占空比的动作。在进一步实施例中，该方法也包括对具有第二占空比的该各自的脉宽调制信号进行移相的动作，以降低该组合峰值电流。
在一些实施例中，该方法包括响应于期望的色点和期望的光通量至少其中之一的变化，而确定该脉宽调制信号第二占空比的动作。在进一步实施例中，该方法也包括对具有第二占空比的该各自的脉宽调制信号进行移相的动作，以降低该组合峰值电流。
在进一步实施例中，该方法包括通过降低该各自的脉宽调制信号总和的平均值，而降低该组合峰值电流的动作。在各种实施例中，该方法也能够包括对该脉宽调制信号进行移相的动作，以最小化该组合峰值电流。在一些实施例中，该方法可进一步包括对该脉宽调制信号进行移相的动作，以最小化该照明光源的闪烁率。在各种实施例中，该方法能够对该脉宽调制信号进行移相，以最小化由该照明光源产生的电磁干扰。
在一些实施例中，该方法包括通过最大化阵列中所包含的相邻占空比之间的占空比值差异，而组织该各自占空比的阵列的动作。该方法也包括基于该阵列中的许多项，确定多个时隙的动作。该方法能够进一步包括通过使该各自脉宽调制信号的中点匹配多个时隙中所包含的时隙的开始点，而在总脉宽调制周期内定位每个各自脉宽调制信号的动作。
在至少一个实施例中，该方法包括下列动作，即确定是否有两个或者更多该各自的脉宽调制信号始于该总脉宽调制信号周期内的同一时间。
一方面，提供计算机可读介质。用在处理器上执行的程序对对该计算机可读介质进行编码。当在处理器上执行时，该程序就执行一种从具有多个固态光源的照明光源提供照明的方法。该方法包括产生具有分别用于该多个固态光源中的每个固态光源的占空比的脉宽调制信号的一个动作或几个动作。该方法也包括确定分别用于该多个固态光源中的每个固态光源的该脉宽调制信号的第一占空比的动作。该方法还包括对该各自的脉宽调制信号进行移相的动作，以便当多个固态光源操作在各自的占空比下时，降低提供给该多个固态光源的组合峰值电流。
在一些实施例中，该程序执行这样一种方法，其包括对该脉宽调制信号进行移相的动作，以最小化该组合峰值电流。在至少一个实施例中，该程序执行这样一种方法，其包括以下动作：响应于该多个固态光源的温度和光通量至少其中之一的变化，而确定该脉宽调制信号的第二占空比；和对具有第二占空比的该脉宽调制信号进行移相，以降低该组合峰值电流。
在各种实施例中，该程序执行这样一种方法，其包括以下动作：响应于期望的色点和期望的光通量至少其中之一的变化，确定该脉宽调制信号的第二占空比；和对具有第二占空比的该脉宽调制信号进行移相，以降低该组合峰值电流。
在至少一个实施例中，该程序执行这样一种方法，其包括通过最大化阵列中所包含的相邻占空比间的占空比值差异，而组织该各自占空比的阵列的动作。该程序能够执行这样一种方法，其包括以下动作：基于许多该阵列中的项而确定多个时隙，并且通过使该各自脉宽调制信号的中点匹配多个时隙中所包含的时隙的开始点，在总脉宽调制周期内定位每个各自脉宽调制信号。
本文中，出于本公开的目的所使用术语“LED”应被理解为，包括任何电致发光的二极管，或者能够响应电信号以产生辐射的其他类型的基于载流子注入/结系统。因而，术语LED包括，但不限于响应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涉及下列所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)，其可被配置成在红外线光谱、紫外线光谱和各种可见光谱部分(通常包括约400纳米至700纳米的辐射波长)中的一个或者更多光谱中产生辐射。LED的一些实例包括，但不局于以下各种类型，即红外线LED、紫外线LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED(下面进一步论述)。也应明白，LED可经配置和/或控制，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，半峰全宽或者FWHM)的，和在给定通常颜色分类内的各种主波长的辐射。
例如，被配置成本质上产生白光(即，白色LED)的LED的一种实施方式可包括许多裸片，其分别发出不同光谱的电致发光，该电致发光组合、混合，以形成本质上的白光。在另一实施方式中，白光LED可与磷光材料结合，该磷光材料将具有第一光谱的电致发光转换成不同的第二光谱。在该实施方式的实例中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”该磷光材料，其转而辐射具有更宽一些光谱的较长波辐射。
也应理解，术语LED不限制LED的物理和/或化学封装类型。例如，如上所述，LED可涉及具有多个裸片的单一发光装置，该装置被配置成分别发出不同光谱的辐射(例如，其可能或者可能不单独可控)。同样地，LED可结合被认为是该LED的集成部分(例如，一些白色LED的类型)的磷光体。一般而言，术语LED可涉及封装LED、非封装LED、表面贴装LED、板上芯片LED、T-封装LED、放射状封装LED、电源封装LED、包括一些类型的封套和/或光学元件(例如，漫射透镜)的LED，等等。
术语“光源”应理解为涉及任何一种或者更多多种辐射源，包括但不限于，基于LED的光源(包括上述一个或者更多LED)、遇热发光源(例如，白炽灯、卤钨灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如，钠蒸汽、汞蒸气和金属卤化物灯)、激光、其他类型的电致发光源、火发光源(例如，火焰)、烛发光源(例如，汽灯罩、炭弧辐射源)、光致发光源(例如，气体放电源)、利用电子饱和态的阴极发光源、电化学发光源、晶体发光源、显像管发光源、热发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射发光源和发光聚合物。
给定的光源可被配置成在可见光谱内、可见光谱外或者两者的组合中产生电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”可在本文互换使用。另外，光源可包括作为集成部件的一个或更多滤光器(例如，滤色器)、透镜或者其他光学部件。也应理解，光源可被配置成用于多种应用，包括但不限于指示、显示和/或照明。“照明光源”为一种光源，其被特别配置成产生具有足够强度的辐射，以有效地照亮内部或者外部空间。在上下文中，“足够的强度”指的是在空间或者环境内(根据辐射功率或者“光通量”，通常采用单位“流明”表示光源在所有方向中的总光输出)产生在可见光谱中的足够辐射功率，以提供对周围环境的照明(即可间接地感受到的光，并且例如，所述光可在感受之前，全部或者部分地被多种干预表面中的一个或者更多表面反射)。
术语“光谱”应理解为指的是由一个或者更多光源产生的辐射的任何一种或者更多种频率(或者波长)。因此，术语“光谱”不仅涉及可见范围中的频率(或者波长)，而且涉及红外线、紫外线和其他全电磁光谱区域中的频率(或者波长)。同样地，给定的光谱可具有相对窄的带宽(例如，具有本质上很少频率或者波长组分的FWHM)或者相对宽的带宽(具有各种相对强度的几种频率或者波长分量)。也应明白，给定的光谱可能是混合两种或者更多其他光谱的结果(例如，混合从多个光源分别发出的辐射)。
出于本公开的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互换使用。然而，术语“颜色”通常主要用于涉及可被观察者感受的辐射特性(尽管该用法无意限制该术语的范围)。因而，术语“不同的颜色”暗示涉及具有不同波长组分和/或带宽的多个光谱。也应明白，术语“颜色”可与白光和非白光两者结合使用。
在本文中，术语“色温”通常结合白光使用，但是该用法无意限制该术语的范围。色温本质上涉及白光的具体颜色成分或者色度(例如，偏红色的、偏蓝色的)。传统上，根据黑体辐射体的开氏温标温度，表现给定辐射样本的色温特性，该黑体辐射体本质上辐射与正在讨论的辐射样本相同的光谱。黑体辐射体色温通常在约700开氏度(通常认为是人眼首先可见的)至超过10,000开氏度的范围内；通常在色温高于1500-2000开氏度时感受为白光。
本文使用的术语“照明器材”指的是特定形状参数、集合或者封装的一个或者更多照明单元的实施或者布置。本文使用的术语“照明单元”指一种设备，其包括相同或者不同类型的一个或者更多光源。给定的照明单元可具有光源的多种安装布置、外壳/罩布置和外形和/或电以及机械连接构造中的任何一种。另外，给定的照明单元可任选性地与(例如，包括耦合至和/或与其封装在一起的)涉及光源运行的各种其他部件(例如，控制电路)相关联。“基于LED的照明单元”指这样一种照明单元，其包括一个或者更多上述基于LED的光源，其可单独或者与其他非基于LED光源组合。“多通道”照明单元指这样一种基于LED或者非基于LED的照明单元，其包括至少两个被配置成分别产生不同辐射光谱的光源，其中每个不同的源光谱都可被称为多通道照明单元的“通道”。
本文使用的术语“控制器”大致描述涉及一个或者更多光源的运行的各种设备。能够以多种方式(例如，通过专用硬件)实施控制器，以执行本文论述的各种功能。“处理器”是控制器的一个实例，其采用一个或者更多微处理器，可使用软件(例如，微码)对该微处理器编程，以执行本文论述的各种功能。可采用或者不采用处理器实施控制器，并且也可能以执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或更多被编程的微处理器和关联电路)的组合来实施该控制器。可在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的实例包括，但不限于传统的微处理器、应用程序专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施中，处理器或者控制器可与一个或者更多存储介质(本文通常称其为“存储器”，例如易失性和非易失性存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、软盘、高密度盘、光盘、磁带，等等)相关联。在一些实施方式中，可通过一个或者更多程序对该存储介质编码，当在一个或者更多处理器和/或控制器上执行时，该程序就执行至少一些本文论述的功能。各种存储介质可被固定在处理器或者控制器内，或者是可运输的，以便存储在其上的一个或者更多程序能够被载入处理器或者控制器中，以实施本文论述的本发明的各个方面。本文使用的术语“程序”或者“计算机程序”在通常意义上指下列任何类型的计算机代码(例如，软件或者微码)，其能被用于对一个或者更多处理器或者控制器编程。
本文使用的术语“网络”涉及两个或者更多设备(包括控制器或者处理器)的下列任何互连，其促进在耦合至该网络的任何两个或者更多装置和/或多个装置间信息的传输(例如，用于装置控制、数据存储、数据交换，等等。)。应容易明白，适合互连多个装置的网络的各种实施可包括各种网络拓扑中的任何一种，并且采用各种通信协议中的任何一种。另外，在根据本公开的各种网络中，两个装置间的任何一种连接可代表两种系统间的专用连接，或者可替代地代表非专用连接。除了传送有意用于两个装置的信息之外，这种非专用连接还可传送不必有意用于这两个装置中任一装置的信息(例如，开放网络的连接)。此外，应容易明白，本文所述装置的各种网络可采用无线、有线/电缆和/或光纤链接中的一种或更多网络，以促进贯穿该网络的信息传输。
本文使用的术语“用户接口”涉及一种人类用户或者操作者和一个或更多装置之间的接口，其使得用户和该装置之间能够通信。可在本公开的各种实施中采用的用户接口的实例包括但不限于，开关、电位计、按钮、拨号盘、滑块、鼠标、键盘、小键盘、各种类型的游戏控制器(例如，操纵杆)、轨迹球、显示屏、各种类型的图形用户接口(GUI)、触摸屏、麦克风，以及其他类型的可接收某些形式的人类产生的刺激并且响应于所述刺激而产生信号的传感器。
术语“原色”应理解为涉及由分立光源提供的任何颜色，无论其是由彩色LED、磷光体单独提供，还是与滤光器、透镜或者其他光学部件组合提供。原色包括能够与至少一种其他原色组合以产生次级色的任何颜色。应明白，可结合在任何频率下发出辐射的分立光源使用术语“原色”。
术语“脉宽调制”或者PWM应理解为指一种用于控制对LED供电的常用技术。由控制器按下列方式产生PWM信号，即“打开”或者“关闭”输入功率并且产生固定幅度和频率的输出信号。该输出脉宽调制功率的平均值与该输入信号功率的平均值相同。
术语“占空比”应理解为指“打开”时间的时段占输入功率的规律间隔时间或者全周期的比例。占空比以百分比表示。
应明白，上述的概念和以下更详细论述的另外概念(假设这些概念不互相冲突)的所有组合都应被视为本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾的主张权利的主题的所有组合都应视为本文公开的发明主题的一部分。也应明白，也可能出现在以引用的方式并入本文的任何公开文献中的本文明确采用的术语，应按照与本文公开的具体概念最一致的意义理解。
附图说明
在附图中，贯穿不同的图，相同的附图标记通常都指代相同的部分。同样地，附图不必按比例绘制，而是通常将重点放在图解示出本发明的原理上。
图1示出根据实施例的照明系统的结构图；
图2示出根据实施例的、比较具有30％占空比的脉宽调制信号的组合峰值电流输出的图表；
图3示出根据实施例的、比较具有不同占空比的脉宽调制信号的组合峰值电流输出的图表；
图4示出根据实施例的、比较具有25％的占空比的脉宽调制信号的组合峰值电流输出的图表；
图5示出从根据实施例的照明系统提供照明的方法的流程图；
图6示出从根据实施例的照明系统提供照明的方法的流程图；和
图7示出用于根据实施例的照明系统的脉宽调制信号的图表。
具体实施方式
在由脉宽调制(PWM)信号控制的照明系统中，对于相关电源单元的高闪烁率和不想要的高峰值负载仍然是一个问题。申请人已经认识到并且明白，降低供应给光源的脉宽调制信号的组合电流是有益的。考虑到上述情况，本发明的各种实施例和实施方式指向下列照明系统和方法，其通过下列方式动态地对PWM控制信号移相，即：降低组合峰值电流，因而降低光源的高闪烁率并降低电源单元上不想要的高峰值负载。
参考图1，在一个实施例中，照明系统100包括控制器102、多个固态光源104、多个电流驱动器106和电源单元108。控制器102、光源104、电流驱动器106示出为是单独的，然而，应明白，这些元件能够被并入一个照明单元中。控制器102，每个光源104和每个电流驱动器106和电源单元108都包括一个或更多的输入和输出。
根据图1示出的实施例，电源单元108的输出分别电耦合至每个电流驱动器106的输入。电流驱动器106的每个输出都电耦合至光源104的相应输入。每个电流驱动器106都具有输入，以接收控制器102的输出。控制器102包括从光源104接收反馈的输入，以及接收用户定义的设置的输入。如图所示，照明系统100包括对(n)个电流驱动器106产生的，数量为(n)的多个PWM控制信号，其中每个电流驱动器106(1-n)对应各自的光源104(1-n)。
电源单元108提供功率以驱动照明系统100的部件。电流驱动器106的每个输入都从电源单元108接收功率。电流驱动器106基于从控制器102接收的各自的PWM控制信号，而向相应光源104的输入提供电流。控制器102基于接受的反馈和用户定义的设置而产生用于光源104的PWM控制信号，以产生具有期望色点和期望光通量的光。得到的光源104的操作提供具有期望色点和期望光通量的光。
每个光源104都可包括一个或者更多LED，其发出原色光，诸如红色、绿色、蓝色、青色、琥珀色、宝蓝色、深红色或者白色。可用圆顶封装该LED，或者无封装。在一个实施例中，每个光源104都包括具有多个LED的串。在另外的实施例中，串中所含的LED都是相同的颜色。在一个实施例中，串中的LED包括多个原色的光，其能够被混合，以提供具有期望色点和色温的混合白光。在另一实施例中，使用LED作为背光，以便混合来自红、绿和蓝LED的光，从而向显示器的背面提供均匀光线。
在一些实施例中，照明系统100中包括多个光源104，其中多个光源104中的每个光源都被配置成发出不同原色的光。在一个实施例中，包括18个光源104(n=18)，其中光源104包括3串红色LED、5串琥珀色LED、6串蓝色LED和4串白色LED。应明白，能够采用其他多光源配置。
在一个实施例中，电源单元108电耦合至电流驱动器106，并且向光源104供应功率。电源单元108能够被配置成接收AC线电压，并且能够向电流驱动器106供应经滤波、按比例的和经调节的DC电压。电源单元108能够包括整流器、低通滤波器和/或其他电路，它们被配置成向电流驱动器106提供经调节的输出功率。在其他实施例中，电源单元108能够被配置成与其他类型的输入电源(例如，DC电源)一起使用
电流驱动器106可实施为DC/DC转换器，并且调节来自电源单元108的电压，以提供驱动光源104的电流。DC/DC转换器能够包括集成电路、晶体管和任何其他有源和/或无源部件的组合。DC/DC转换器能够与基于LED的光源布置在降压配置、升压配置、升降压配置或者其他电路拓扑下，而被用于提供电流来驱动光源104，例如，通过提供PWM电流信号。电流驱动器106能够进一步采用下列驱动器电路，其包括一个或者更多电压-电流的转换器。能够配置该驱动器电路，使得每个光源与向光源104提供相应电流的电压-电流转换器相关联。
根据实施例，控制器102基于移相模块112、占空比模块110的操作，并且使用PWM模块114产生的PWM控制信号，来控制光源104的操作。在一个实施例中，占空比模块110、移相模块112和PWM模块114包括一个或者更多的输入和输出。占空比模块110的输出连接至移相模块112的输入。移相模块112的输出连接至PWM模块114的输入。在另一实施例中，PWM模块114的输入连接至占空比模块110的输出和移相模块112的输出两者。
在各种实施例中，照明系统100也能够包括一个或者更多的检测器或者传感器，其提供关于光源104的信息。如图1所示，照明系统100包括光通量检测器116、温度传感器118和用户定义设置输入120。来自光通量检测器116、温度传感器118和用户定义设置输入120的输出被连接至占空比模块110的输入。能够使用从光通量检测器116、温度传感器118和用户定义设置输入120接收的信息来控制光源104的操作。
在一个实施例中，占空比模块110确定用于光源104的PWM控制信号的占空比值，以运行照明系统100和单个光源从而产生期望色点和通量(例如，调光水平)的光。在一些实施例中，占空比模块110包括输入，以从耦合至其上的检测器和传感器接收关于光源104的信息。在另外的实施例中，占空比模块110也具有输入，以接收提供给照明系统100的用户定义设置。根据一个实施例，也能够使用预定系统设置确定由占空比模块110计算出的占空比值，该预定系统设置可由照明系统100的制造商设置。占空比模块110能够使用该预定系统设置、用户定义设置和/或来自检测器或传感器的反馈信息中的一个或者任何组合，而计算出占空比值。
在一个实施例中，占空比模块110向移相模块112提供针对光源104确定的占空比值。如以下更详细论述的，移相模块112接收占空比值，并且向PWM模块114提供移相占空比值。PWM模块114基于该移相占空比值产生PWM控制信号。在一些实施例中，PWM模块114能够从占空比模块110和移相模块112两者接收信号，并且基于这些信号中的每个信号产生PWM控制信号。根据一个实施例，占空比模块110、移相模块112和PWM模块114中的每个模块都被包括在单个模块中。
在一个实施例中，由PWM模块114产生的PWM控制信号为恒定电流下的高频周期信号，并且占空比变化。PWM控制信号控制电流驱动器106的操作，以调节到光源104的电流。例如，该PWM信号能够是振荡方波，以1kHz频率在0V-12V之间振荡。取决于实施例，能够采用具有不同振幅和频率的PWM信号。每个PWM信号都具有占空比，其为一个周期内振荡方波“接通”时间的百分比。
在该示出的实施例中，移相模块112从占空比模块110接收计算出的占空比值，并且产生用于光源104的移相占空比值。在一些实施例中，对占空比移相被计算以最优化电源单元108的输出同时实现光源104的期望输出的量。例如，本文所述的方法能够通过降低或者最小化提供到光源104的该组合峰值电流，而优化电源输出。在一些实施例中，作为提供到光源104的PWM控制电流信号占空比值总和的平均值，而计算所述组合峰值电流。
如上所述，在一些实施例中，占空比模块110能够至少部分地基于预定系统设置而计算出该占空比值。预定系统设置能够包括下限输出阈值和上限输出阈值。下限和上限阈值能够基于由制造商预定的极限，其保证该照明系统可靠或者能量高效地运行。在一个实施例中，所述阈值将占空比模块110限制为产生如下的占空比值，即导致光源104发出的光通量在有限范围内并且期望色点值在有限范围内。在可替代实施例中，不采用预定系统设置。
根据一些实施例，照明系统100的用户能够通过经用户接口调整色点和光源的调光水平，而选择照明系统100的用户定义设置。在一个实施例中，占空比模块110接收具有期望色点和期望光通量(例如，颜色和调光水平)的用户输入，并且计算产生期望色点和期望光通量的光的占空比值。
根据一些实施例，占空比模块110也能够计算占空比值，以补偿光源104的光通量和波长的变化，该变化由该光源的温度和/或该光源的老化导致。例如，LED驱动器电流能够影响光源104的温度，其继而影响光源104的峰值输出波长。在一个实施例中，感光性检测器诸如光电二极管感测每个光源104的光通量。基于所感测的光通量信息和光源104的制造商制定通量值，占空比模块110能够调整提供给电流驱动器106的PWM控制信号的占空比，以保持该制定通量级，并且修正否则会出现的通量变动。
在一个实施例中，温度传感器测量至少一个光源104的温度，并且向控制器102提供温度反馈。例如，温度传感器可通过在LED散热器处获得的温度测量值，间接地测量LED接头的温度。基于所感测的温度反馈，控制器102能够确定光源104的峰值波长，并且调整提供给光源104的占空比以保持期望的色点。在另一实施例中，感光性检测器测量和温度检测器测量两者相组合，以允许控制器102保持期望的光通量水平和期望的色点，并且补偿否则将由温度和老化引起的变化。
在各种实施例中，温度和通量测量能够包括任何单独的温度前馈测量和通量反馈，或者两者的组合。此外，能够单独或与前述测量相组合地采用色坐标反馈。
如上所述，多个光源的PWM控制能够产生不期望的影响，诸如高闪烁率，并且能够在电源单元108上施加高峰值负载。在一个实施例中，移相模块112被配置成，通过动态地调整提供给电流驱动器106的PWM控制信号的相位，而降低或者消除这种不想要的副作用。
在一些实施例中，期望对PWM控制信号进行动态移相，这是因为占空比模块110计算的占空比值是动态的。例如，作为由于老化和温度以及照明系统100的用户定义色点和亮度水平的改变而造成的光源104的波长和光通量水平变化的结果，占空比值会随时间变化。根据一个实施例，移相模块112计算新移相，以响应占空比模块110确定的占空比中的变化，来降低供应至光源104的组合峰值电流。根据一些实施例，该移相过程出现在PWM控制信号的每个周期中，以持续调整单个PWM控制信号的相位。不管占空比模块110确定的占空比值的变化，控制器102提供的结果移相占空比PWM1...(n)能够持续地最小化该组合峰值电流的波动。另外，最小化该组合峰值电流的波动也将使光源104的闪烁率最小化，并且降低电源单元108的运行产生的电磁干扰。因而，在一些实施例中，闪烁率和/或电磁干扰也被持续最小化。
控制器102可以是使用软件、硬件部件或者软件和硬件的组合实施的电流模式或者电压模式的脉宽调制控制器。该硬件部件可能使用以下硬件装置实施，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、应用程序专用集成电路(ASIC)、微控制器、可编程逻辑装置(PLD)或者现有技术已知的其他这样的装置。
图2-4图示地示出了有和没有本发明的实施例的情况下，具有不同占空比组合的PWM控制电流信号的组合峰值电流输出的比较。对于图2-4中的每幅图，x轴都代表时间，以秒表示。用于PWM控制电流信号的y轴都代表占空比的幅度，以安培表示。用于该组合峰值电流(图2中以I-PSU示出)的y轴代表电源输出的幅度，以安培表示。
在图2的实例中，图200示出了用于3个光源104的PWM控制信号(在图2中以PWM1、PWM2和PWM3示出)，每个PWM控制信号都具有约30％的占空比。另外，示出该电源的结果组合电流输出(I_PSU)。图202代表未经移相模块112处理的PWM控制和电源输出信号。图204代表移相模块112处理后的PWM控制信号和电源输出。如图2所示，在对原始PWM信号移相后，明显降低了该结果组合峰值电流。对于该实例，原始信号的组合峰值电流约为980毫安，并且经移相信号的组合峰值电流约为160毫安，约降低了84％。
在图3的实例中，图300示出了具有不同占空比的PWM信号(在图3中以PWM1、PWM2和PWM3示出)。例如，可能已经由占空比模块110产生图302中示出的占空比，以补偿由于具有新期望色点值或新光通量值的用户设置和/或温度造成的光通量和波长的变化。在图302中，PWM1具有约50％的占空比，PWM2具有约30％的占空比，而PWM3具有约50％的占空比。同样在这里，相对于图302中示出的原始PWM信号，图304所示的作为对PWM控制信号进行移相的结果而产生的该组合峰值电流也明显降低。对于该实例，该原始PWM信号的组合峰值电流约为830毫安，而经移相的PWM信号的组合峰值电流约为300毫安，约降低了63％。
在图4的实例中，图400示出了用于3个光源104的PWM控制信号，每个PWM控制信号(PWM1、PWM2和PWM3)都具有约25％的占空比。再一次，相对于图402中示出的原始PWM信号，图404所示的作为对PWM控制信号移相的结果而产生的该组合峰值电流也明显降低。对于该实例，该图402中的组合峰值电流约为700毫安，而图404中的组合峰值电流约为220毫安，约降低了63％。
图5示出从根据一个实施例的照明系统提供照明的方法500的流程图。在一个实施例中，该方法包括接收关于n个光源的色点和/或光通量的反馈的动作(动作502)。例如，n表示照明系统100中的所有光源104。对于每个光源都计算出占空比，其将基于接收的反馈而产生期望的色点和期望的光通量(动作504)。期望的色点和期望的光通量可能基于上述预定系统设置、用户定义设置、温度测量值和通量测量值，或者单独其他信息，或者与任何进展的组合。对具有所计算的占空比的PWM控制信号确定移相，从而降低到该n个光源的组合峰值电流(动作506)。使用该计算出的占空比(动作504)和该最佳的移相值，产生(动作508)用于每个单个光源的PWM控制信号。由于所接收的光通量和温度反馈中的变化(动作502)或者由于用户对期望的光通量和/或色点的改变，可重复动作504-508用于占空比值的每次新的计算。
图6示出从根据一个实施例的照明系统提供照明的方法600的流程图。在一个实施例中，在对PWM控制信号(动作506)进行移相的动作中包括方法600。在一个实施例中，方法600包括从步骤504接收(动作602)计算出的占空比(表示期望的色点和期望的光通量)用于n个光源的动作。分析该计算出的占空比，以移除等于0的光源(即，关闭的光源)的占空比，并且提供m个光源(动作604)，其中m个光源代表剩余光源的数目。
根据一些实施例，该剩余的占空比形成为占空比阵列，其中每个光源的每个占空比都为该阵列的项。通过最大化该阵列中所包含的相邻占空比项之间的占空比值差异，而布置该阵列(动作606)。根据一个实施例，认为该阵列中的第一项和最后一项相邻。在一个实施例中，能够通过寻找占空比项的所有现有组合的总差异，迭代地执行动作606。该总差异代表该阵列中相邻的占空比项之间的所有差异的总和。对相邻占空比项的每个现有组合都找到该总差异，并且选择具有最大总差异的阵列。得到的组合集合可包含使占空比值差异最大化的超过一个占空比阵列。根据另一实施例，在动作606处产生该阵列，而不考虑该阵列中相邻项之间的差异的最大化。一旦形成阵列，就对m个光源创建总数m个时隙(动作608)。通过用PWM控制信号的总周期除以占空比项的数目，来创建该m个时隙。通过匹配(动作610)每个占空比项的中点和各自时隙的开始点，将该阵列中的占空比项定位(动作608)在总PWM周期内。
在一个实施例中，分析由方法600得到的移相占空比，以确定是否有两个或者更多占空比始于该总PWM信号周期内的同一时间。能够通过比较占空比的上升时间，确定该共同开始时间。因为该相邻组合集合可包含超过一个使占空比值差异最大化的阵列，所以作为在寻找PWM信号周期内的同一开始时间的结果，可能产生占空比项的不同阵列。相应地执行该剩余的动作(动作608-610)。
图7示出了示出执行方法600的一个实例的PWM控制信号的图700，该方法用于包括6个光源的照明系统。显示1毫秒PWM周期的持续时间的移相占空比(如图7所示，PWM_1-PWM_6)。针对该周期的计算的占空比接收为PWM_1=20％，PWM_2=40％，PWM_3=0％，PWM_4=80％，PWM_5=60％，和PWM_6=10％(例如，在动作602下)。在该实例中，作为具有0值的光源而移除PWM_3，以提供m=5个光源(例如，在动作604下)。通过使该阵列中所包括的相邻占空比值之间的占空比值差异最大化，5个光源的结果占空比形成占空比阵列(例如，在动作606下)。在该实例中，从总的可能数目的阵列中选择这样一个阵列，其包括：PWM_6、PWM_4、PWM_1、PWM_5和PWM_2。相邻占空比值间的总差异为220％，其中作为相邻项包括PWM_6和PWM_2。创建5个光源的总数m=5个时隙(例如，在动作608下)。这里，通过用1毫秒的总周期除以m，创建5个200微秒的时隙(如图7所示，时隙1-时隙5)。通过匹配每个PWM信号的中点和每个时隙的开始点，将该阵列中的占空比定位在总PWM周期内(例如，在动作610下)。如图所示，占空比PWM_6的中点被定位在第一时隙中(时隙1)，然后PWM_4的中点被定位在第二时隙(时隙2)中，然后PWM_1的中点被定位在第三时隙(时隙3)中，然后PWM_5的中点被定位在第四时隙(时隙4)中，最后PWM_2的中点被定位在第五时隙(时隙5)中。对于所显示周期，PWM_3的值保持为0。
如图7的实例中所示，光源PWM_1和PWM_5始于总PWM周期的同一时间(通过上升边缘定位)。在一些实施例中，可能作为该同一开始时间的结果，而产生占空比的不同阵列(动作606)。例如，包括PWM_1、PWM_2、PWM_6、PWM_5和PWM_2的阵列具有相同的220％的总差异值，但是，不包括在PWM周期内具有共同开始时间的光源。
尽管本文已经描述并且示出了几个发明性实施例，但是本领域技术人员将容易地想到多种其他的手段和/或结构，以执行本文所述的功能，和/或获得本文所述的结果和/或一个或者更多优点，并且每个这样的变体和/或变型都应被视为处于本文所述的发明性实施例的范围内。更普遍地，本领域技术人员将易于明白，本文所述全部参数、尺寸、材料和配置的意思都是例证性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于发明性教导所应用的具体应用。使用不超常规的试验，本领域技术人员就将认识到，或者能够确定本文所述的具体发明性实施例的很多等价方案。因此，应理解，仅作为实例提出上述实施例，并且，在附加权利要求及其等效物的范围内，可与特别描述和主张不同地实践发明性实施例。本公开的发明性实施例涉及本文所述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不互相矛盾，就可将两个或者更多这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。
应理解，本文限定和使用的所有定义都优先于词典的定义、以引用的方式并入的文献中的定义和/或该限定条目的普通含义。
除非明确地相反指出，否则本文在说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”和“一个”都应理解为意思是“至少一个”。
本文在说明书和权利要求中使用的措词“和/或”应理解为意味着结合在一起的“任一或者两个”元件，即，元件在一些情形中结合地出现，并且在其他情形中分离地出现。应以相同的方式解释通过“和/或”列出的多个元件，即，如此结合的“一个或者更多”元件。无论是否涉及那些具体识别的元件，除了通过“和/或”子句具体识别的元件之外，还可任选地出现其他的组件。因而，作为非限制性实例，当与开放性语言诸如“包含…”结合使用时，在一个实施例中，提及“A和/或B”能够仅涉及A(可任选地，包括除了B之外的元件)；在另一实施例中，能够仅涉及B(可任选地，包括除了A之外的元件)；在又另一实施例中，能够涉及两者A和B(可任选地，包括其他元件)；等等。
本文在说明书和权利要求中使用的、提及一列一个或者更多元件的短语“至少一个，”应理解为意味着从该列元件的任何一个或者更多元件中选择至少一个元件，但是不必包括该列元件中具体列出的每一和每个元件至少其中之一，并且不排除该列元件中的任何元件组合。该定义也允许，无论是否涉及那些具体识别的元件，除了短语“至少一个”涉及的该列元件中具体识别的元件之外，还可任选地出现元件。因而，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或者等价地，“A或者B中的至少一个”，或者等价地“A和/或B中的至少一个”)，能够在一个实施例中涉及至少一个，可任选地包括超过一个A而不出现B(并且任选地，包括除了B之外的元件)；在另一个实施例中，涉及至少一个可任选地包括超过一个B而不出现A(并且可任选地，包括除了A之外的元件)；在又另一个实施例中，涉及至少一个可任选地包括超过一个A，以及至少一个，可任选地包括超过一个B(并且可任选地包括其他元件)；等等。
也应理解，除非明确相反地指出，否则在包括超过一个步骤或者动作的本文要求的任何方法中，该方法的步骤或者动作顺序都不必局限于所述方法中记载的步骤或者动作中的顺序。在权利要求中，提供出现在圆括号之间的任何附图标记或者其他字符都仅为了方便，无意以任何方式限制权利要求。
在权利要求中以及上述说明书中，所有过渡性措词诸如“包含...”、“包括...”、“载有...”、“具有...”、“容纳...”、“含有...”、“持有...”、“由...组成”等等都应理解为是开放性的，即，意味着包括但不局限于此。仅过渡性短语“由..构成”和“本质上由...构成”应分别是封闭或者半封闭过渡性短语。
Claims (24)
1.一种照明系统(100)包括：
多个固态光源(104)；
多个驱动器(106)，所述多个驱动器中的每个驱动器分别电耦合至所述多个固态光源中的每个光源，以及
控制器(102)，所述控制器被配置成：
产生具有分别用于所述多个驱动器中的每个驱动器的占空比的脉宽调制信号，其中每个驱动器被配置成基于所述各自的脉宽调制信号，向所述多个固态光源中的关联光源提供电流，
确定分别用于所述多个固态光源中的每个光源的所述脉宽调制信号的第一占空比，从而提供所述多个固态光源的期望色点和期望光通量，以及
对各自的脉宽调制信号进行移相，以降低提供给所述多个固态光源的用于使所述多个固态光源的每个光源在各自的占空比下操作的组合峰值电流。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述控制器包括输入，所述输入被配置成从所述多个固态光源接收温度反馈和光通量反馈。
3.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述控制器包括：
占空比模块，其配置成通过确定用于所述多个固态光源的每个光源的所述脉宽调制信号的第二占空比，而对温度和光通量中至少一个的变化做出响应；和
移相模块，其配置成自动对具有所述第二占空比的各自的脉宽调制信号进行移相，以降低所述组合峰值电流。
4.根据权利要求3所述的照明系统，其中所述占空比模块被配置成自动响应于所述期望色点和所述期望光通量中至少一个的变化，而确定第二占空比。
5.根据权利要求1所述的照明系统，还包括电源单元，其配置成向所述多个驱动器提供电流。
6.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述控制器包括移相模块，所述移相模块被配置成对所述各自的脉宽调制信号进行移相，并且将所述组合峰值电流确定为所述各自的脉宽调制信号总和的平均值。
7.根据权利要求6所述的照明系统，其中所述移相模块被配置成使所述组合峰值电流最小化。
8.根据权利要求6所述的照明系统，其中所述移相模块被配置成最小化所述照明系统的闪烁率。
9.根据权利要求6所述的照明系统，还包括电源单元，所述电源单元耦合至所述多个固态光源的每个光源，其中所述移相模块被配置成使所述电源单元操作所产生的电磁干扰最小化。
10.一种用包括多个固态光源的光源提供照明的方法，包括：
产生具有分别用于所述多个固态光源中的每个光源的占空比的脉宽调制信号；
确定分别用于所述多个固态光源中的每个光源的所述脉宽调制信号的第一占空比，以使所述多个固态光源操作在期望色点和期望光通量下；和
对各自的脉宽调制信号进行移相，以便所述多个固态光源操作在各自的占空比下时，降低提供给所述多个固态光源的组合峰值电流。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
响应于所述多个固态光源的温度和光通量中的至少一个的变化，而确定所述脉宽调制信号的第二占空比；和
对具有所述第二占空比的所述各自的脉宽调制信号进行移相，以降低所述组合峰值电流。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：
响应于所述期望的色点和所述期望的光通量中的至少一个的变化，而确定所述脉宽调制信号的第二占空比；和
对具有所述第二占空比的所述各自的脉宽调制信号进行移相，以降低所述组合峰值电流。
13.根据权利要求10所述的方法，其中对所述脉宽调制信号进行移相以降低所述组合峰值电流还包括：通过降低所述各自的脉宽调制信号总和的平均值来降低所述组合峰值电流。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：
对所述脉宽调制信号进行移相，以使所述组合峰值电流最小化。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括：
对所述脉宽调制信号进行移相，以使所述光源的闪烁率最小化。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括：
对所述脉宽调制信号进行移相，以使由所述光源产生的电磁干扰最小化。
17.根据权利要求10所述的方法，还包括：
通过使阵列中包含的相邻占空比之间的占空比值差异最大化，组织各自占空比的所述阵列。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
基于所述阵列中的许多项确定多个时隙；和
通过匹配所述各自脉宽调制信号的中点和所述多个时隙中所包含的时隙开始点，在总脉宽调制周期内定位每个所述各自脉宽调制信号。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
确定是否有两个或者更多所述的各自脉宽调制信号始于所述总脉宽调制信号周期内的同一时间。
20.一种计算机可读介质，其编码有用于在处理器上执行的程序，当在所述处理器上执行时，所述程序就执行一种从具有多个固态光源的光源提供照明的方法，所述方法包括以下动作：
产生具有分别用于所述多个固态光源的每个光源的占空比的脉宽调制信号；
确定分别用于所述多个固态光源的每个光源的所述脉宽调制信号的第一占空比，从而使所述多个固态光源操作在期望色点和期望光通量下；和
对各自的脉宽调制信号进行移相，以便当所述多个固态光源操作在各自的占空比下时，降低提供给所述多个固态光源的组合峰值电流。
21.根据权利要求20所述的计算机可读介质，所述方法还包括：
对所述脉宽调制信号进行移相，以使所述组合峰值电流最小化。
22.根据权利要求20所述的计算机可读介质，所述方法还包括：
响应于所述多个固态光源的温度和光通量中的至少一个的变化，而确定所述脉宽调制信号的第二占空比；和
对具有所述第二占空比的所述各自的脉宽调制信号进行移相，以降低所述组合峰值电流。
23.根据权利要求20所述的计算机可读介质，所述方法还包括：
响应于所述期望的色点和期望的光通量中的至少一个的变化，而确定所述脉宽调制信号的第二占空比；和
对具有所述第二占空比的所述各自的脉宽调制信号进行移相，以降低所述组合峰值电流。
24.根据权利要求20所述的计算机可读介质，所述方法还包括：
通过使阵列中所包含的相邻占空比之间的占空比值差异最大化，组织所述各自占空比的所述阵列。
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