CN104054398A - 照明模块及相应照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种照明模块(20b)，包括：至少一个光源(L)；及调节装置(120)，用于调节由光源(L)发出的光的亮度。照明模块(20b)还包括：控制单元(234)，构成为接收亮度控制信号(PWM，DATA)，并作为亮度控制信号(PWM，DATA)的信号来驱动调节装置(120)。特定地，控制单元验证亮度控制信号(PWM，DATA)是否包括数字通信信号(DATA)。如果亮度控制信号(PWM，DATA)包括数字通信信号(DATA)，那么控制单元检测经由数字通信信号(DATA)传输的数据并作为所传输数据的函数来驱动调节装置(120)。另一方面，如果亮度控制信号(PWM，DATA)不包括数字通信信号(DATA)，那么控制单元作为亮度控制信号(PWM)的信号来驱动调节装置(120)。

Description

照明模块及相应照明系统
技术领域
本说明书涉及照明系统。
为了改良电转换器与照明模块之间的兼容性，特此做出了本说明书。
背景技术
用于光源的电子转换器例如包括至少一个LED(发光二极管)或通常在其输出端供应直流电流的其它固态照明装置。该电流可为恒定或随时间而变化，例如，以调节由光源发出的光的亮度(称为“调光”功能)。
图1示出可行的照明系统，该照明系统包括电子转换器10和照明模块20(其包括例如至少一个LED L)。电子转换器10通常包括控制电路102和电源电路104(诸如AC/DC或DC/DC开关式电源)，该电源电路在其输入端接收(例如，来自供电线的)电源信号并在其输出端经由电源输出106供应直流电流。该电流可为固定或可随时间而变化。例如，控制电路102可通过使用电源电路104的基准信道IRef来设定LED模块20所需的电流。
例如，LED模块20也可包括识别元件，该识别元件识别照明模块20所需的电流(或一般地控制参数)。在这种情况下，控制电路102与识别元件进行通信并使电子转换器的操作适应于LED模块所需的操作条件。
图1也示出两个另外开关108和110。
第一开关108可用于调节模块20的亮度，换言之，照明模块20发出的光强度。例如，开关108可按照脉宽调制(PWM)进行驱动，以选择性地通过藉由开关108使发电机104供应的电流转向来使LED模块20短路。然而，一般而言，由LED模块20发出的光强度可通过调节流过照明模块的平均电流来调节，例如，通过设定较低基准电流IRef。第二开关110可用于禁止供电给模块20。例如，当检测到错误状态时，或出于可靠性原因，例如，当检测到过电流、过电压或过温度的情况时，电子转换器10可禁用电源。
图2示出“简单”照明模块实例，该照明模块包括例如一连串LED(或“LED串”)，换言之，串联连接的多个LED。例如，图2示出四个LED，L1、L2、L3和L4。
同样在这种情况下，开关可出于各种目的而设(例如，为了保护和/或对模块20进行调光)。例如，与LED L1至L4串联连接的开关SW5可用于禁止供电给模块20，并且分别与LED L1、L2、L3、L4中每一个并联连接的开关SW1、SW2、SW3、SW4可用于禁用单个LED。
转换器10的开关108的功能因此也可通过模块20中的开关来提供，该开关选择性地使模块20的光源L短路。
一般而言，如果给模块20供应调节电流，那么这种类型开关足够。然而，如果给模块20供应调节电压，那么电流调节器必须与光源串联连接，以限制电流。在这种情况下，调光功能也可通过电流调节器来提供，例如：
a)通过藉由驱动信号(诸如PWM信号)选择性地启用或停用电流调节器，或
b)如果使用可调节电流调节器，那么通过设定电流调节器的基准电流。
也有“智能”照明模块，该“智能”照明模块包括控制单元及通常数字通信接口。这些照明模块通常能够控制照明模块的控制参数和/或调光功能。
一般而言，照明系统因此包括许多子电路，该子电路控制电子转换器10和/或模块20的操作。
因此，如果电子转换器和照明模块不是相同类型，那么电子转换器和照明模块之间存在兼容性问题。这是因为旨在与简单照明模块一起使用的电子转换器无法识别智能照明模块，反之亦然。因此，针对特定电子转换器必须选择正确照明模块，反之亦然，并且当电子转换器由不同类型的转换器取代时，照明模块也必须取代。
然而，只使用一种类型的照明模块，这不太方便。例如，较简单照明模块无法提供一些控制参数。对这个问题的可行解决方案可在较简单模块中也使用控制单元。然而，该控制电路将相当昂贵，因此会使这个解决方案效率低下。
专利申请WO2009/081424在其上下文中说明了电子转换器，可为简单20a和智能20b照明模块提供调光功能，其内容结合于此作为参考。
特定地，同样如图3所示，电子转换器10被配置用于给照明模块供应调节电压，例如施加于供电线Vcc与接地GND之间的24V直流电流。在这种情况下，简单照明模块20a均包括与电流调节器120串联连接的光源L，并且光强度直接通过PWM信号进行设定。智能照明模块20b均包括光源L及用于接收数据信号DATA的数字通信接口，诸如串行通信接收器SR。在这种情况下，电路SR检测数字通信信号，分析该信号，并检索数据DATA。基于所传输数据，电路SR通过使用相应可调节电流调节器来设定光源L的光强度。
特别地，该文献教导了通过藉由电子开关16(诸如功率晶体管)选择性地将线122连接至地GND，PWM信号和数据信号DATA可在同一线122上传输。一般地，该文献教导了PWM信号可作为调光信号DS的函数进行控制，并且数字通信信号DATA可用于传输任何数据DF，另外包括用于调节智能照明模块20b的亮度的数据。
然而，虽然该文献部分地解决了不同照明模块之间的兼容性问题，但是该解决方案不允许智能照明模块与专供与简单照明模块一起使用的电子转换器一起使用。
发明内容
本发明目的在于克服上述缺点。
根据本发明，这个目的通过具有以下权利要求书中所要求保护的特征的照明模块来实现。权利要求书也涉及相应照明系统。
权利要求书形成本文中所提供与本发明有关的技术教导的组成部分。
在多个实施方式中，照明模块包括：至少一个光源，诸如LED；及调节装置，用于调节由光源发出的光的亮度。照明模块还包括控制单元，该控制单元被配置为接收亮度控制信号并作为亮度控制信号的函数来驱动调节装置。特定地，在多个实施方式中，控制单元验证亮度控制信号是否包括数字通信信号。如果亮度控制信号包括数字通信信号，那么控制单元检测经由数字通信信号传输的数据并作为这些数据的函数来驱动调节装置。在相反情况下，控制单元经由亮度控制信号驱动调节装置。
例如，在多个实施方式中，照明模块包括第一滤波器，用于检测亮度控制信号中的数字通信信道。
在多个实施方式中，照明模块还包括第二滤波器，用于在亮度控制信号中检测脉宽调制信号，当数字通信信号不存在时，该脉宽调制信号可用于调节光源的亮度。
附图说明
现将仅以非限制性举例方式参考附图说明本发明，其中：
图1至图3已经进行了描述，
图4和图5示出根据本说明书的照明系统，
图6和图7示出根据本说明书的照明模块，及
图8a和图8b示出图6和图7的照明模块的细节。
具体实施方式
以下说明示出多个具体细节，该具体细节旨在深入理解实施方式。实施方式可在具体细节中一个或一个以上不存在的情况下或利用其它方法、组件、材料等来产生。在其它情况下，未示出或详细说明已知结构、材料或操作，以避免混淆实施方式的多个方面。
本说明书中参考“实施方式”意在表明与实施方式有关说明的特定构造、结构或特性包括在至少一个实施方式中。因此，可存在于本说明书的多个部分中的短语(诸如“在实施方式中”)并不一定是指同一实施方式。此外，具体构造、结构或特性可在一个或一个以上实施方式中以合适方式进行合并。
本文中所使用的参考文献仅为了方便而提供，因此并不限定保护范围或实施方式的范围。
如上所述，本说明书提供了彼此兼容的电子转换器和照明模块的范围。例如，在一个实施方式中，范围至少包括两种类型的电子转换器(诸如“简单”和“智能”转换器)及两种类型的照明模块(诸如“简单”和“智能”模块)。
在这种情况下，有四种可能情形。
在第一种情形下，例如在低性能构造情况下，至少一个简单照明模块连接至简单电子转换器。
例如，图4示出电路图，其中四个简单照明模块20a(诸如分别产生红光、绿光、蓝光和白光的LED模块)连接至简单转换器10a。
在所考虑实施方式中，电子转换器10a在其输入端接收电源信号M及至少一个亮度控制信号DS。例如，该亮度控制信号可为模拟信号(诸如调幅(AM)信号或脉宽调制(PWM)信号)或数字信号(诸如遵循数字可寻址照明接口(DALI)标准的信号)。
在所考虑实施方式中，简单电子转换器10a被配置为在其输出端给照明模块20供应电源信号及用于控制简单照明模块20a的亮度的至少一个亮度控制信号。如上所述，在简单电子转换器10a和照明模块20a的情况下，该控制信号可为PWM信号。
如图4所示，也可以使用多个PWM信号，例如四个信号PWMR、PWMG、PWMB和PWMW。例如，针对具有某种颜色的LED模块各者，或一般地针对包括至少一个模块20a的某些组件，可使用相应PWM信号。
在所考虑实施方式中，电源信号为施加于供电线Vcc与地GND之间的调节电压。例如，在这种情况下，PWM信号可用于(例如，通过控制模块20a内电流调节器的操作)启用或停用模块20a，。
然而，同样如WO2009/081424中所示，电源信号可单独地施加于线Vcc，PWM信号可用于选择性地将模块20a连接至地GND。
在多个实施方式中，转换器10a被配置用于以100Hz与1kHz之间或优选100Hz与200Hz之间的频率产生上述PWM信号。
图5示出例如与高性能构造有关的第二种情形的实施方式，其中，至少一个智能照明模块20b连接至智能电子转换器10b。同样在这种情况下，电子转换器10b在其输入端接收电源信号M及至少一个亮度控制信号DS，并在其输出端给照明模块20b供应电源信号(诸如端子Vcc与GND之间的调节电压)及用于控制智能照明模块20b的亮度的至少一个亮度控制信号。在这种情况下，然而，利用数字通信信号，换言之，在数据线DATA上以(通过公知方法)经调制的位序列传输的数据的信号。
例如，在一个实施方式中，每个模块20b可具有其自己的地址，该地址可用于仅发送数据至该模块。例如，这允许在电子转换器10b与模块20b之间或另外在两个模块20b之间建立“点对点”通信。另外，可以提供“广播”型通信，其中单个消息发送至所有照明模块20b。
如前所述，智能转换器10b和模块20b通常支持多个功能。例如，转换器10b可包括更多输入，例如用于连接至传感器(诸如光学传感器)和/或用于与其它设备(诸如USB或以太网端口)进行通信。
在一个实施方式中，转换器可通过检测智能照明模块20b的存在并分配相应地址给每个模块20b来配置转换器10b与模块20b之间的通信网络。例如，为了检测智能照明模块20b的存在，当模块接通时，每个模块可独立地以信号告知其存在。或可，每个模块可包括唯一预设地址。在这种情况下，为了检测智能照明模块的存在，每个模块20b可直接以信号告知其唯一地址。
在多个实施方式中，数字通信信号的通信频率高于参照第一种情形所述的PWM信号的频率，例如高于1kHz，或优选高于10kHz。
在第三种情形下，至少一个简单照明模块20a连接至智能电子转换器10b。
在这种情况下，智能电子转换器10b被配置用于另外产生参照简单电子转换器10a所述的亮度控制信号，换言之，至少一个PWM信号，该至少一个PWM信号在与数字通信信号相同的线上进行传输。
因此，如果无智能模块以信号告知其存在，那么电子转换器10a可能仅传输PWM信号，而无没有任何数字通信信号。
在一个实施方式中，为了避免这种情形的检测，智能电子转换器10b被配置用于在所有情况下传输针对简单照明模块20a的亮度控制信号，包括无简单照明模块20a连接至智能电子转换器10b的情况。或可，智能电子转换器10b也可被配置用于只有在无信号指示至少一个智能电子转换器20b的存在的情况下传输针对简单照明模块20a的亮度控制信号。
优选地，为了允许检测数据信号，当PWM信号为恒定时，换言之，当启用或停用脉冲时，数据信号DATA进行传输。
最后，在第四种情形下，至少一个智能照明模块20b连接至简单电子转换器10a。
在这种情况下，智能照明模块20b被配置用于检测针对简单照明模块20a的亮度控制信号并根据该控制信号对其亮度进行调节。
图6示出简单照明模块20a的电路图，该简单照明模块20a可在上述不同情形下使用。
在所考虑实施方式中，模块20a包括至少一个光源(诸如LED L)，该光源与电流调节器120串联连接，诸如电阻器(或一般地阻抗元件)，与电子开关串联连接，或线性电流调节器。在所考虑实施方式中，电流调节器120和光源L连接在供电线Vcc与地GND之间。
在所考虑实施方式中，电流调节器120的操作通过亮度控制信号进行控制。如前所述，该信号可包括PWM信号和/或数字通信信号DATA。
通常，数字通信信号具有高频率，因此，人眼无法感知由该信号引起的波动。在一个实施方式中，然而，亮度控制信号也可通过低通滤波器230进行滤波以去除任何数字通信信号。
图7示出智能照明模块20b的实施方式。
同样在这种情况下，照明模块可包括电流调节器120及至少一个光源L，该电流调节器120及至少一个光源L连接在供电线Vcc与地GND之间。
在所考虑实施方式中，该模块包括至少一个滤波器232，诸如高通或带通滤波器，被配置用于检测数字通信信号，换言之，针对智能照明模块的亮度控制信号。在一个实施方式中，模块20b还包括第二滤波器230，诸如低通滤波器，被配置用于检测PWM信号，换言之，针对简单照明模块的亮度控制信号。已滤波信号，换言之，针对简单照明模块的亮度控制信号及针对智能照明模块的亮度控制信号，供应至控制单元234，诸如微控制器。控制单元234分析这些信号并作为这些控制信号的函数驱动其电流调节器120。
例如，如果针对智能照明模块的亮度控制信号为可用，那么控制单元被配置用于舍弃针对简单照明模块的任何亮度控制信号，换言之，PWM信号。在相反情况下，控制单元被配置为使用针对简单照明模块的亮度控制信号来驱动电流调节器120，例如，通过直接使用PWM信号(必要时，或其滤波形式)来驱动电流调节器，如参照简单照明模块所述。
例如，针对智能照明模块的亮度控制信号的存在可以显式方式(换言之，通过周期性地检查所接收信号的内容)或以隐式方式(例如，通过检查电子转换器是否确认以信号告知智能照明模块20b的存在)进行检测。例如，如前所述，当智能照明模块20b接通时，模块可以信号告知其存在，之后，智能电子转换器10b可分配地址给该模块。因此，如果照明模块20b连接至简单电子转换器10a，那么转换器10a不会确认以信号告知智能照明模块20b的存在；例如，它不会发送地址。
在这种情况下，因此，控制单元可停用数字通信接口并仅使用PWM信号。
一般而言，如前所述(特定地，参照图2)，如果电源信号为调节电流，那么光源L的亮度也可通过与光源并联连接的至少一个电子开关进行调节；换言之，电流调节器120可利用与光源L并联连接的至少一个电子开关来取代。
图8a和图8b示出可在智能照明模块中使用的滤波器230和232的多个实施方式。一般而言，如前所述，简单照明模块20a也可包括低通滤波器230，因此，针对智能照明模块示出的滤波器的实施方式也可用于简单照明模块20a中。
图8a示出使用基于无源部件的一阶滤波器的实施方式。这个解决方案成本低，但数据信号的频率必须与PWM信号的频率明显不同。特定地，在所考虑实施方式中，高通滤波器230包括CR滤波器元件，其中，电容器C1与电阻器R1之间的中间点供应滤波信号。相反，低通滤波器232包括RC滤波器元件，其中，电阻器R2与电容器C2之间的中间点供应滤波信号。
图8b示出使用基于有源部件(换言之，至少一个运算放大器)的一阶滤波器的实施方式。因此，这个解决方案成本更高，但它使滤波结果优化。
例如，在所考虑实施方式中，高通滤波器232基于反相构造的运算放大器OP1，并包括典型另外组件，诸如电容器C3及两个电阻器R4和R5。低通滤波器230也可基于反相构造的运算放大器OP2，并可包括典型另外部件，诸如电容器C4及两个电阻器R6和R7。
本领域技术人员应当意识到也可使用其它有源滤波器，包括更高阶滤波器。一般而言，也可以使用允许直接设定低滤波频率和高滤波频率的通用集成滤波器。
因此，本文所述的解决方案具有许多优点，例如：
—本文所述的照明模块和电子转换器可以在任何构造中使用，因此也允许照明系统逐步改良，及
—本文所述的解决方案也可用于包括具有不同颜色的多个照明模块的系统中。在这种情况下，通过使用多个PWM信号或智能照明模块，可以提供发射白光的照明系统，其中可设定色彩，换言之，光的波长及亮度。
显然，假如保留本发明原理，根据本文中仅以非限制性举例方式示出的实施方式，在不脱离所附权利要求书中所限定的本发明范围的情况下，实施方式的构造及形式的细节可以变化，甚至显著变化。

Claims (10)

1.一种照明模块(20b)，包括：
至少一个光源(L)，
调节装置(SR；120；SW1…SW4)，用于调节由所述至少一个光源(L)发出的光的亮度，及
控制单元(SR，234)，被配置用于接收亮度控制信号(PWM，DATA)，并作为所述亮度控制信号(PWM，DATA)的函数来驱动所述调节装置(SR；120；SW1..SW4)，
所述照明模块(20b)的特征在于，所述控制单元被配置用于：
验证所述亮度控制信号(PWM，DATA)是否包括数字通信信号(DATA)，并且
a)如果所述亮度控制信号(PWM，DATA)包括数字通信信号(DATA)，那么检测经由所述数字通信信号(DATA)传输的数据并作为传输的所述数据的函数来驱动所述调节装置(120)，或
b)如果所述亮度控制信号(PWM，DATA)不包括数字通信信号(DATA)，那么作为所述亮度控制信号(PWM)的函数来驱动所述调节装置(120)。
2.根据权利要求1所述的照明模块(20b)，其中，所述照明模块(20b)包括第一滤波器(232)，所述第一滤波器(232)被配置用于在所述亮度控制信号(PWM，DATA)中检测数字通信信号(DATA)。
3.根据权利要求1或2所述的照明模块(20b)，其中，所述照明模块(20b)包括第二滤波器(230)，所述第二滤波器(230)被配置用于在所述亮度控制信号(PWM，DATA)中检测脉宽调制信号(PWM)，并且其中，如果所述亮度控制信号(PWM，DATA)不包括数字通信信号(DATA)，那么所述控制单元作为所述脉宽调制信号(PWM)的函数来驱动所述调节装置(120)。
4.根据权利要求2或3所述的照明模块(20b)，其中，所述滤波器为一阶无源(C1，R1；C2，R2)或有源(OP1，C3，R4，R5；OP2，C4，R6，R7)滤波器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块(20b)，其中，所述调节装置(SR；120；SW1…SW4)是与所述至少一个光源(L)串联连接的电流调节器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块(20b)，其中，所述光源(L)为固态照明装置，诸如LED。
7.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块(20b)，其中，所述亮度控制信号(PWM，DATA)是否包括数字通信信号(DATA)的所述验证包括：
当所述照明模块(20b)接通时发送指示所述照明模块(20b)的存在的信号，以及
验证所述亮度控制信号(PWM，DATA)是否包括数字通信信号(DATA)，所述数字通信信号(DATA)包括确认信号。
8.根据权利要求7所述的照明模块(20b)，其中，所述确认信号包括用于与所述照明模块进行通信的地址。
9.一种照明系统，包括：
根据前述权利要求所述的至少一个照明模块(20b)，及
电子转换器(10b)，被配置用于给所述至少一个照明模块(20b)供电，其中，所述电子转换器(10b)被配置用于将包括数字通信信号(DATA)的亮度控制信号(PWM，DATA)传输至所述至少一个照明模块(20b)。
10.一种照明系统，包括：
根据前述权利要求1至8所述的至少一个照明模块(20b)，及
电子转换器(10a)，被配置用于给所述至少一个照明模块(20b)供电，其中，所述电子转换器(10a)被配置用于将包括脉宽调制信号(PWM)的亮度控制信号(PWM，DATA)传输至所述至少一个照明模块(20b)。
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