CN105103656B - 用于运行led光源的方法和电路组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行LED光源(1)的方法，其中，在运行过程中被馈送至该LED光源(1)的电功率(P_出)的被转换成光的部分(P_光)是基于温度测量而确定的。在此基础上，可以确定补偿该LED光源(1)的老化的补偿因子(K_{老化_补偿})，其中对在开始使灯(100)运转时所确定的相关因子加以考虑以便确定电功率的被转换成光的部分(P_光)。

Description

用于运行LED光源的方法和电路组件

本发明涉及一种用于运行LED光源的方法，在其帮助下，在运行过程中可以对LED的老化现象进行补偿以便永久地保证均匀光输出。本发明还涉及一种用于执行该方法的相应电路安排。

所有可供使用的LED光源目前都经历老化现象，这导致在使用期限内光输出下降。下降的严重程度在不同的LED之间可能不同并且可能依赖于例如在生产过程中所使用的技术并依赖于运行条件；无论如何，这种老化效应是根本上存在的。这导致基于LED的灯具或光源具有通常大约50,000运行小时数的有限使用期限。在这种情况下，假设的是在这50,000小时的运行之后，光输出已经降到(例如)原始值的70％以下的极限值——(例如)80％或90％的极限值也将是可想到的。

现有技术披露了用于考虑这个问题的不同过程。最简单的变体涉及在控制LED时不执行任何应对光下降的补偿。在这种情况下，从一开始照明就被计划成使得光输出在开始激活灯具时有一定的过剩，并且仅在上述使用期限结束时才使光输出降至对应于实际期望照明的值。也就是说，光源主要以超尺寸的方式运行以使得它输出太多的光，这显然导致效率降低。无论如何，这个过程仍然被最广泛的用来应对LED老化的现象。

另外，灯具同样已知的是，其中，在光输出立即被传感器检测，并且光源随后作为调节过程的一部分被控制，其方式为使得实现恒定光输出。然而，由于传感器和所需的光学系统(在其帮助下，光被可靠地引导至传感器上，并且在此过程中消除了外部光的影响)的缘故，此过程相对复杂。此外，存在的问题是，对应的亮度传感器也经历老化现象，并且相应地，在此也没有必要保证在整个使用期限内实际准确地维持期望的光输出。

第三种已知的过程所基于的事实是随着时间而变化的亮度降低是基于统计测量和理论模型而确定的。基于这些计算，光源则渐增地以增大的功率运行，从而抵消这种效应。然而，由于这些是理论模型，许多影响老化现象的因素(例如，运行过程中的温度、湿度、参数等)可能未被考虑进来，其结果是，此过程还具有相当大的不准确性。

最终，现有技术还披露了测量LED的温度以及在此基础上推断光输出的实践。此过程所基于的知识是不考虑老化现象，LED的光输出取决于其运行温度。然而，如所提及的，这不是老化效应，其结果是在此变体中根本未将老化考虑在内。

最终，现有技术因此迄今为止未披露在LED光源的整个使用期限内以足够的可靠性并以合理的工作量保证其光输出的方法。因此，本发明基于的目的是在此提供补救并由此优化LED光源的运行。

该目的的实现是通过具有如权利要求1所述的特征的用于运行LED光源的方法并通过根据权利要求7所述的用于运行LED光源的电路安排。这些从属权利要求涉及本发明的多个有利发展。

因此，本发明提出了一种用于运行LED光源的方法，其中，在运行过程中被提供给该LED光源的电功率的被转换成光的部分是基于多次温度测量、优选在两个或更多位置处确定的，并且，在此基础上，确定了补偿该LED光源的老化的一个补偿因子，其中，对在开始激活灯具时所确定的一个相关因子加以考虑以便确定电功率被转换成光的部分。

还提出了一种用于运行LED光源的安排，具有一个转换器，该转换器被设计成用于将输入侧所提供的功率转换成提供给该LED光源的一个输出功率，以及一个用于控制该转换器的控制单元，该控制单元被设计成用于基于多次温度测量确定被该转换器提供给该LED光源的该电功率的转换成光的部分，并且，在此基础上，确定补偿该LED光源的老化的一个补偿因子，其中，该控制单元考虑了一个相关因子，该相关因子是在开始激活该灯具时确定的以便确定该电功率的被转换成光的部分。

根据本发明的方案所基于的事实是，LED光源的光输出导致LED或所谓的光引擎(即，与LED一起发光的部件)温度增加。由于所提供的能量未被具有LED的灯具完全转换成光，一特定部分的能量必然不可避免地被转换成灯具内部的热量。现在，为了保证光输出在灯具的整个使用期限内保持恒定，根据本发明的用于运行光源的电路安排被设计成确定所提供的能量被转换成光和热量的比例。在此基础上，则可以确定在向LED供电时考虑的补偿因子以便补偿老化效应。这需要对来自灯具的热流进行监测，并同时了解多少功率被运行装置或电路安排提供给灯具和传递至LED。在这种情况下，取决于灯具的配置，运行装置以及灯具其他部件或光引擎的功率损失必须也被考虑在内，从而使得可以正确地确定补偿因子。这是因为用于将一般电源所提供的能量转换成对LED的供电电流的运行装置通常同样被置于灯具内，在这种情况下，此运行装置还会导致一定的损失，所述损失对热流有一定影响。

沿热传递或热消散路径安置的两个或更多个传感器优选地用于检测热损耗的大小。在这种情况下，一个传感器被优选地安排成紧邻LED或光引擎，而另一传感器被安排在灯具内部离其一段距离的位置。

在确定所需的用于补偿老化现象的补偿因子时，电路安排在此查询在激活之前以及在开始激活灯具时所确定的信息。在这种情况下，例如，初始考虑了指示LED在具体温度将提供给它们的电功率转换成光的效率的信息。这是描述LED的基本特性并可以在中心进行的标准测量，也就是说，(例如)以在实验室以有限数量的灯具或在其生产之后立即进行。

然而，针对在灯具运行过程中会发生多少热量损耗的问题，在后续运行中，其实际安装情况可能同样重要。因此，另外规定灯具在运行状态下执行与灯具的温度特性有关的进一步测量作为开始激活时的自校准的一部分。在这些测量过程中，可以假设老化现象在此未出现在LED光源中，因为测量是在灯具开始运行时进行的，并且时间段相对较短。在此信息的基础上，电路安排则可以计算被转换成热量的功率部分的大小。在这种情况下，这些测量可能还考虑现有影响，例如运行装置的损失等。以此方式所获得的相关因子则进而被存储在存储器中。

在LED光源的实际老化过程中，即，在灯具的随后运行过程中，则进行已经提到的补偿。基于使用两个温度传感器的测量以及上文所描述的先行测量过程中所确定的数据，则可以确定实际热损耗部分的大小。在此基础上，进而可以确定多少功率被LED作为光输出了，以及为实现恒定光输出所提供的功率可能需要被适配的方式。由于这个过程，在这种情况下可以另外考虑初始提到的LED的光输出的温度依赖性，如已经提及的，这种温度依赖性独立于老化过程。

最终，因此提出了一种在灯具运行的过程中可以用于以非常高效的方式补偿LED光源的老化现象的方法。基于实际运行过程中的一些测量，可以非常准确地确定LED的光输出，并且可能能够适配所提供的功率来实现恒定光输出。

在下文中将使用附图更详细地解释本发明。在本案中，单个图1示意性地示出了具有LED光源的灯具，其中，旨在使用根据本发明的方法。

应当以纯示意性方式理解图1中的展示，在这种情况下，具体地，未对影响光输出的光学元件加以展示。如已经提及的，一般配备有参考号100的灯具具有LED光源1，该光源被安排在合适的电路板2上。旨在用于高效地消散灯具100运行过程中所产生的热损耗的散热器5位于电路板2的后侧。在这种情况下，借助两个或更多个温度传感器执行确定光输出所需的温度测量，在这种情况下，在本实例中，第一温度传感器3被安排得尽可能地接近LED1或在电路板2上，而第二温度传感器4被安排在更加远离它的位置。在所展示的示例性实施例中，第二温度传感器4被安排在散热器5上。

如示意性展示的，向灯具100提供了输入功率P_入，该输入功率被转换器7转换成相应的输出功率P_出。此输出功率P_出被提供给光源，即，转换器与印刷电路板2以及安排在后者上的LED 1之间存在相应连接。在这种情况下，使用灯具控制单元6控制转换器7，该灯具控制单元负责保证整个使用期限内以均匀光输出运行。在当前情况下，在此假设恒定光输出应该一直被理解为意味着(例如)以最大亮度或以100％的调光值的恒定光输出。不言而喻，还将可以将调光值传递至灯具100从而改变亮度。然而，同样在这种情况下，意在实现的情形是其中(例如)40％的值在整个使用期限内基本上一直导致相应的完全相同的光输出。

在这种情况下，转换器7被控制单元6控制，该控制单元考虑来自两个温度传感器3和4的、用参考符号10和11示意性展示的测量信号。控制信号8也被从控制单元6传输至转换器7，并且转换器7传递与输入功率P_入有关的信息9和由转换器7提供给LED光源的功率P_出。

还提供了非易失性存储器12并且该非易失性存储器存储下文更详细描述的参数化和校准值。控制单元6可以访问此存储器12以便根据本发明进行补偿。

根据本发明的用于补偿LED的光输出的老化现象的过程现在如下：

首先假设外部提供的功率P_入被灯具100的部件或者转换成光或者转换成热量，其结果是，以下功率平衡适用：

P_入＝P_光+P_热 (1)

热损耗P_热可以归因于转换器7中的损耗和LED 1或光引擎中的损耗两者。因此，为了确定光功率P_光，就有必要在第一步确定LED 1在其使用期限开始时将所提供的功率转换成光的方式。以下等式适用于这一点：

P_光＝ηLED·f(T_L1)·P_出 (2)

其中，P_光对应于光功率输出，如已经提及的，P_出是由转换器7提供给LED 1的功率。T_L1是第一传感器3位置处的温度，并且ηLED是在参考温度下电功率被LED 1转换成光的效率。由于此转换可以依赖于温度，如已经提及的，还提供了另一依赖于温度的因子f(T_L1)，在这种情况下，在第一参数化阶段，然后基于在参考温度提供给LED 1的功率P_出初始地确定光功率P_光，并且因此确定效率因子ηLED。然后，通过在其他的温度并针对其他提供的功率另外地确定取决于温度的参数f(T_L1)。在这种情况下所获得的信息被存储在非易失性存储器12中。

如已经提及的，这些初始测量可以是在一些灯具中在它们生产出来之后立即执行的。在这种情况下，测量结果将被视为不依赖于灯具的实际使用场所，其结果是，它们好像可以在中央被执行并且然后被存储在存储器中。

在开始运行时，安装灯具100之后需要第二测量阶段。这种所谓的自校准用于确定对光输出以及灯具的已安装状态下的热传导的影响。这是因为，被转换成热量的功率部分考虑以下等式

T_LED＝T_L1+P_热·Rth_LED-L1 (3)

T_LED＝T_L2+P_热·Rth_LED-L2 (4)

可以如下描述

P_热＝(T_L1-T_L2)/(Rth_LED-L2-Rth_LED-L1) (5)

或

P_热＝F·(T_L1-T_L2) (6)。

在这种情况下，T_LED是LED自身的温度，在这种情况下，T_L1和T_L2表示测量传感器3和4处的温度。进而，Rth_LED-L1和Rth_LED-L2分别描述了LED与传感器3或第二传感器4的位置之间的热阻。最终，F是描述热功率输出和两个传感器进行的温度测量之间的关系的相关因子。

基于上述等式1、2和6，还可以如下描述此相关因子：

F＝(P_入-ηLED·f(T_L1)·P_出)/(T_L1–T_L2) (7)。

由于其他值是从最初第一测量阶段得知的，因此可以通过温度测量来确定相关因子F。在这种情况下，可以假设此时LED 1中尚未有任何老化现象。然后，在这种情况下所获得的信息进而被存储在存储器12中并因此是控制单元6可用的。

如果LED 1现在在后续运行过程中随着时间而老化，其关于所提供的电功率转换成光的效率将改变，并且适用的是因子η老化的_LED而不是最初的效率因子ηLED。再次，基于等式1、2和6，则产生以下关系：

F·(T_L1–T_L2)＝P_入–η老化的_LED·f(T_L1)·P_出 (8)。

描述减小的效率的新因子η老化的_LED则可以如下描述：

η老化的_LED＝(P_入–F·(T_L1–T_L2))/(f(T_L1)·P_出) (9)。

明显的是，由于等式右侧的所有参数是已知的或可以测量的，现在可以再次通过温度测量以简单的方式确定LED 1的减小的效率η老化的_LED。这使得可以基于以下等式确定用于补偿老化现象的补偿因子K_{老化_补偿}，在这种情况下，控制单元6则必须以简单的方式控制转换器7，这样使得输出功率P_出增大了这个补偿因子。

K_{老化_补偿}＝ηLED/η老化的_LED

由于这个过程，如已经提及的，主要考虑了LED的老化。然而，还可以另外将温度依赖性考虑到光输出中，温度依赖性如已经提及的是独立于老化的。为此目的，引入了第二补偿因子并如下对其进行计算：

K_{温度_补偿}＝f(T_{L1_REF})/f(T_L1)

计算此补偿因子所需的值是从参数化测量获知的。

在可能由灯具的安装情形所导致的温度效应也被考虑到这种情况中的情况下，根据本发明的过程是有利的。由于校准值是在开始激活灯具时立即记录的事实，考虑灯具的使用场所的知识因此是可获得的，其结果是，使得有可能以特别准确的方式适配功率从而维持恒定光输出。

在这种情况下，应该加以考虑的情形是，其中，也绝对可能发生灯具就热耗散而言的表现从根本上发生改变。例如，灯具在其使用期限内可以被重新安装在不同位置，这导致最初的结果不再有意义。在这种情况下，可以规定在灯具已经被重新安装之后执行进一步自校准以便基于上一次确定的LED效率确定新的相关因子。这种重校准可以由灯具自动进行或可以借助于开关、或通过传输对应的(例如，DALI命令形式的)控制命令来发起。

然而，还可以例如当控制单元确定LED效率突变时进行这种重新自校准。LED的老化通常是非常缓慢的过程，这就是为什么效率的突变可以指示灯具被重新定位了或其他决定性地影响热流的事件，并因此产生所计算的相关因子。虽然如此，为了能够确定可靠的补偿因子，灯具本身则可以进行新的校准。

最终，因而就保证了灯具中LED光源的光输出被以相对少的工作量并通过一些附加措施高效地维持在恒定的期望值，在这种情况下，在此对LED的老化进行了补偿。

Claims (13)

1.一种用于运行LED光源(1)的方法，其中，在运行过程中被提供给该LED光源(1)的电功率(P_出)的被转换成光的部分(P_光)是基于多次温度测量而确定的，并且，在此基础上，确定了补偿该LED光源(1)的老化的一个补偿因子(K_{老化_补偿})，其中，对在开始激活灯具(100)时所确定的一个相关因子(F)加以考虑以便确定电功率被转换成光的部分(P_光)，

其中该相关因子(F)是在开始激活灯具(100)时并在多个预先确定的参数的基础上通过多次温度测量而确定的，以及

其中这些预先确定的参数包括效率因子(ηLED)，该效率因子描述了初始状态下的该LED光源(1)将其被提供的电功率(P_出)转换成光(P _光)的效率。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，

这些温度测量是使用两个温度传感器(3，4)进行的，其中，这些传感器之一被安排在该LED光源(1)附近，并且另一传感器被安排得更加远离该LED光源(1)。

3.如前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

在发生灯具的重新安排时或在被转换成光的功率部分(P_光)发生非连续改变时重新确定该相关因子(F)。

4.如权利要求1至2之一所述的方法，

其特征在于，

在控制该LED光源(1)时另外地对描述了该LED光源(1)的光输出的温度依赖性的一个校正因子(K_{温度_补偿})加以考虑。

5.如权利要求3所述的方法，

其特征在于，

在控制该LED光源(1)时另外地对描述了该LED光源(1)的光输出的温度依赖性的一个校正因子(K_{温度_补偿})加以考虑。

6.一种用于运行LED光源(1)的装置，具有

·一个转换器(7)，该转换器被设计成用于将在输入侧所提供的功率(P_入)转换成提供给该LED光源(1)的一个输出功率(P_出)，以及

·一个用于控制该转换器(7)的控制单元(6)，该控制单元被设计成用于基于多次温度测量确定被该转换器(7)提供给该LED光源(1)的电功率(P_出)的转换成光的部分(P_光)，并且，在此基础上，确定补偿该LED光源(1)的老化的一个补偿因子(K_{老化_补偿})，

其中，该控制单元考虑了一个相关因子(F)，该相关因子是在开始激活该灯具(100)时确定的以便确定该电功率的被转换成光的部分(P_光)，

其中该控制单元被设计成在开始激活灯具(100)时通过多次温度测量独立确定该相关因子(F)，以及

其中该控制单元被设计成用于基于多个预先确定的参数来确定该相关因子(F)，这些预先确定的参数包括效率因子(ηLED)，该效率因子描述了初始状态下该LED光源(1)将其被提供的电功率(P_出)转换成光(P_光)的效率。

7.如权利要求6所述的装置，

其特征在于，

该装置具有一种存储器(12)，该存储器可以被该控制单元(6)访问并存储该相关因子(F)以及这些预先确定的参数。

8.如权利要求6所述的装置，

其特征在于，

该控制单元(6)被设计成响应于一个外部控制命令和/或当检测到功率被转换成光的部分(P_光)的非连续性变化时重新确定该相关因子(F)。

9.如权利要求7所述的装置，

其特征在于，

该控制单元(6)被设计成响应于一个外部控制命令和/或当检测到功率被转换成光的部分(P_光)的非连续性变化时重新确定该相关因子(F)。

10.如权利要求6至9之一所述的装置，

其特征在于，

该控制单元(6)被设计成在控制该转换器(7)时另外地考虑一个校正因子(K_{温度_补偿})，该校正因子描述该LED光源(1)的光输出的温度依赖性。

11.如权利要求6至9之一所述的装置，

其特征在于，

该装置具有两个或更多个温度传感器(3，4)，其中，这些传感器之一被安排在该LED光源(1)附近，并且另一传感器被安排得更加远离该LED光源(1)。

12.如权利要求10所述的装置，

其特征在于，

该装置具有两个或更多个温度传感器(3，4)，其中，这些传感器之一被安排在该LED光源(1)附近，并且另一传感器被安排得更加远离该LED光源(1)。

13.如权利要求7所述的装置，

其特征在于，

该存储器(12)是非易失性存储器。