CN106717122A - 智能照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种多通道电流调节器经配置以将最大电流传递到与照明系统中的通道相关的负载。不同通道可具有不同最大电流且所述最大电流中的比率是固定的。在操作中,可由控制流动到所述负载的电流的脉冲流个别地调制每一通道的电流。

Description

智能照明系统
背景技术
多通道电流调节器通常经设计以获得或吸取每一通道中相同或类似最大电流。此方法在其中负载是均匀分配到通道的应用中是合理的。
然而,存在其中对每一通道的电流需求是不同的应用。在此类情况中,设计电流调节器的此方法是不充足的。举例来说,当电流调节器用于驱动不同颜色的多串LED时,尤其当每一通道经受调光器的调谐时,传统电流调节器设计是浪费的、花费高昂且难以并入“智能照明”系统中。
此缺陷的原因是人类对不同颜色光的感觉的差异,在颜色混合中是最优的不同颜色LED中的流明是不同的。举例来说,蓝光使用较少流明与绿光及红光混合而产生各种颜色温度的可辨别白色光。如果用于驱动绿光的通道设计有相同电流容量,那么蓝色通道通常是过度设计且具有较低能量效率。
更严重的缺陷是:当并入到智能照明系统中时,此电流调节器使得系统性能在另一方面中是表现低下的。即,在相关色温(CCT)调谐或颜色调谐的系统中,例如,可预期是否每一通道从最大流明到最小流明经分开调谐且经调谐具有高分辨率。在其中所有通道具有相同或类似峰值电流能力的传统多通道电力供应器中,无需提升到其最大容量的通道将具有不经受标称操作中的调谐的未使用电流顶部空间。另一方面,调谐电路通常设计有完整电流范围以与剩余照明系统兼容。过度设计的通道的显见动态范围是不广泛的。因此,所述系统动态范围将是不广泛的。尚未普遍认识到此问题且在本发明之前还未解决此问题。
发明内容
发明者认识到当前智能照明系统的缺点且努力发掘解决方案,所述解决方案在此文中揭示且在下文中进行概述。
本发明的一个方面涉及多通道电流调节器,其经配置使得每一通道能够将最大电流传递到负载但不同通道可具有不同最大电流且所述最大电流之间的比率是固定的。举例来说,在经设计用于智能照明系统的四通道电流调节器中,所述四个通道的最大电流遵循1:1:0.75:0.25的比率。
在本文中,最大电流应理解为通道在产品及所述产品所并入的系统可安全运行的足够操作余量下可获得电流或吸取的电流。在每一通道中流动的电流可在短时间内超过最大值但为了可靠及安全的操作,不推荐此实践。
可以集成电路的形式实现多通道电流调节器。目前,硅是用于制造集成电路的最佳材料但也可考虑例如碳化硅、氮化镓及砷化镓等其它半导体材料。
除非另外提及,否则本文中描述的所有实施例是具有制造限制的产品且因此与实施例相关联的任何数目将视为具有常用工业容限。举例来说,本文中的比率1:1应理解为意谓为市场上LED照明系统所接受的靠近数学上的1:1的比率。
本发明的另一方面是每一通道的最大电流可经调整但所述调整不干扰通道之间的比率,所述比率仍然是固定的。
虽然可预期,为了灵活性,可个别地调整每一通道的最大电流,但利用共用机构调整所有通道的最大电流使得最大电流之间的比率在调整之后仍然未受干扰是更经济的。
本发明的另一方面是虽然最大电流的比率是固定的,但可通过调制独立调整每一通道的实际电流。
可调制电流的一种方法是利用脉冲宽度调制(PWM)。使用此方法,在一些实施例中,流动到LED光源内或来自LED光源的电流在开关设备开启时被允许流动且在所述开关设备关闭时受限制。在可辨别时间段内的电流量或在所述时间段内从光源发射的光量是由操作开关设备的脉冲流的可变工作循环来调制。
可用于调制通道处的电流流动的其它方法包含脉冲频率调制,其中脉冲流维持恒定工作循环但所述脉冲流的频率是可变的。
电压或电流脉冲流由连续脉冲组成,所述连续脉冲中的每一者具有高电平及低电平。脉冲的工作循环是当所述脉冲在其高电平时的持续时间对所述脉冲在其低电平时的持续时间的比率。
本发明的另一方面是电流调节器,此可构造于一个单个集成电路中。虽然在大多数应用中,单芯片多通道电流调节器可为足够的,但考虑到容量,多个芯片可并入到系统中。
本发明的另一方面是电流调节器可经由数字调光信号或模拟调光信号进行调光。考虑到经济因素,更期望将模拟调光信号转换为数字脉冲流以调制每一通道中的电流流动。
附图说明
图1描绘根据本发明的实例电流调节器的框图。
图2描绘并入有图1中描绘的实例电流调节器的典型智能照明系统。
具体实施方式
实例1
图1描绘体现本发明的一些方面的实例电流调节器100的框图。实例电流调节器100是经建立用于可调谐白色及可调谐彩色智能照明应用的四通道比率优化恒定电流调节器。体现本发明的其它电流调节器可具有多于或少于四个的通道。举例来说,体现本发明的电流调节器可具有两个或三个通道。电流调节器100经设计有高达500mA的最大电流通道,所述电流通道具有高达1.5A的总驱动电流。选择此特定驱动电流进行说明是因为其提供智能照明应用的广泛范围。此设计中的集成下侧电流槽允许LED共阳极连接或不同阳极电压。
针对可调谐彩色或可调谐白色应用预定通道之间的电流比率。可经由电阻器60来调整最大电流,电阻器60可在电流调节器100外部且可构造于单个集成电路(IC)芯片中。电阻器60可直接耦合在IC芯片的端子RSET 50处。在通道1,I1 101、通道2,I2 102、通道3,I3103及通道4,I4 104中流动到输出端子Pin1 10、Pin2 20、Pin3 30及Pin4 40的最大电流可分别根据以下公式表达:
Imax1=2000*VREF/RSET
Imax2=2000*VREF/RSET
Imax3=1500*VREF/RSET
Imax4=500*VREF/RSET
其中VREF=1.5V
举例来说,对于固定VREF,在RSET电阻器60设置为12KΩ的情况下,通道1、2、3及4可分别提供最大电流250mA、187.5mA、250mA及62.5mA。在具有不同值的RSET电阻器60时,可将通道1到通道4的最大电流调整为不同值。然而,最大电流之间的比率将维持为相同预定值。在应用中,两个或两个以上通道可连结在一起以驱动具有汇总电流的一个LED光源。
电流调节器100经设计以通过脉冲宽度调制并入调光功能。还预期用于调光目的的调制电流的其它方法(例如脉冲频率调制及模拟调光)。调光信号耦合到IC芯片的PWM(PWM1 55、PWM2 65、PWM3 75及PWM4 85)引脚。在此实例中,电流调节器100在启动期间经配置以在PWM调光模式中以例如在从500Hz到4KHz的范围中的PWM频率操作。在此模式中,高电平PWM信号将开启电流槽以允许电流流动通过LED且低电平PWM信号将关闭电流以调整每一对应通道的LED电流及LED亮度。
实例2
在本发明的另一实施例中,智能LED照明系统可使用有线或无线控制来实现具有能量效率的照明管理。图2描绘体现本发明的方面的实例智能照明系统200的框图。照明系统200包括AC转DC功率转换单元210、颜色管理MCU 220、LED电流调节器230及发光二极管240。
AC转DC功率转换单元210提供恒定电压(CV)以供电给MCU 220、LED电流调节器230及发光二极管240。此典型智能照明系统200需要用于MCU 220的3.3V电压供应及用于高功率/低功率LED光源240的12V/24V。
MCU 220与电流调节器230之间的接口包含启用信号2310、脉冲宽度调制信号PWM12355、PWM2 2365、PWM3 2375、PWM4 2385及FAULTB信号2320。MCU 220激活EN信号2310以开启电流调节器230供电给LED光源240。当EN2310引脚变低时关闭电流调节器230以节省电能。MCU 220实施光混合算法且通过PWM引脚2355到2385产生适合PWM信号。如果电流调节器230中发生任何一般错误,那么FAULTB信号2310在适合操作中变低以中断MCU 220。
电流调节器230配置为四通道LED驱动器结构且可针对每一通道采用模拟或PWM调光控制。四个平行LED驱动器通道结构经配置以用于可调谐白色(2通道或3通道)或可调谐彩色(3通道或4通道)的应用中。图2中描绘的系统支持高达8个白色、蓝色、绿色LED或10个红色串联LED的LED光源240且可传递600流明到1200流明之间的光照。
可由在电流调节器230外部的电阻器260设置参考电流。在具有12KΩ电阻器260时,REF引脚2600处的参考电流可设置为0.125mA。由于可调谐白色或可调谐彩色应用使用不相等量的颜色光流明,电流调节器230采用四个通道之间的电流比率1:0.75:1:0.25。此电流比率导致更有效使用电流调节器230的芯片尺寸。通过例如电流镜的内部电流比率电路,通道1、2、3及4的最大电流可分别设置为250mA、250mA、187.5mA及62.5mA。通过各发射器串的实际电流可进一步由调光机构调制。
实例3
在本发明的实施例中,参考图2,可通过使用LED1 201及LED2 202提供通过每一通道的相等电流且使用由MCU产生的PWM1及PWM2信号2355、2365来仿真白炽调光效应而实现用于基于两个LED通道而调谐白色色温的可调谐白光系统。为了进一步增强CCT调光的质量,可使用具有适合调制的I3 203(比率0.75)或I4 204(比率0.25)来提供更佳CCT调整。
实例4
在本发明的另一实施例中,如图1中所描绘,可通过使用三个LED通道来混合红色、绿色及蓝色来产生白光而实现用于调谐发光颜色的可调谐彩色光系统。用于白光的适合GRB颜色混合比率是如图1中描绘的I2 10、I3 20及I4 30中的8:6:2,此是实例电流调节器100中的现有比率。在由MCU 220产生的PWM信号的情况下,可使用三个RGB LED光源产生可调谐白色及彩色。为了进一步改进演色指数(CRI),也可使用LED1 10(Imax1比率1)来提供额外白光强度。

Claims (18)

1.一种集成电路,其包括:
第一电流供应电路,其连接到第一输出引脚、经配置以输出第一最大电流;
第二电流供应电路,其连接到第二输出引脚、经配置以输出第二最大电流;且
所述第二最大电流小于所述第一最大电流且是所述第一最大电流的固定分数。
2.一种集成电路,其包括:
第一电流供应电路,其连接到第一输出引脚、经配置以输出第一最大电流;
第二电流供应电路,其连接到第二输出引脚、经配置以输出第二最大电流;
第三电流供应电路,其连接到第三输出引脚、经配置以输出第三最大电流;
第四电流供应电路,其连接到第四输出引脚、经配置以输出第四最大电流;及
所述第四最大电流是所述第三最大电流的分数、所述第二最大电流的分数b及所述第一最大电流的分数c;且a、b及c并非均等于1。
3.根据权利要求2所述的集成电路,其中所述第一电流供应电路经配置以使不大于所述第一最大电流的可调整第一电流流动到所述第一输出引脚,所述第二电流供应电路经配置以使不大于所述第二最大电流的可调整第二电流流动到所述第二输出引脚,且所述第一电流及所述第二电流是可独立调整的。
4.根据权利要求3所述的集成电路,其进一步包括经配置以调整所述第一电流的第一控制电路及经配置以调整所述第二电流的第二控制电路。
5.根据权利要求4所述的集成电路,其中所述第一控制电路经配置以将第一脉冲信号发送到所述第一电流供应电路以调整所述第一电流,且所述第二控制电路经配置以将第二脉冲信号发送到所述第二电流供应电路以调整所述第二电流。
6.根据权利要求5所述的集成电路,其中所述第一脉冲信号适合独立于所述第二脉冲信号而调整。
7.根据权利要求6所述的集成电路,其进一步包括:第三电流供应电路,其经配置以使不大于所述第三最大电流的可调整第三电流流动到第三输出引脚;第四电流供应电路,其经配置以使不大于所述第四最大电流的可调整第四电流流动到第四输出引脚。
8.根据权利要求7所述的集成电路,其进一步包括耦合到所述第一电流供应电路、所述第二电流供应电路、所述第三电流供应电路及所述第四电流供应电路的共用电流信号,所述电流信号经配置以相对于所述电流调节器外部的电阻器的电阻而单调地变化。
9.一种系统,其包括:
集成电路,其具有第一输出引脚及第二输出引脚;
第一LED光源,其位于所述集成电路外部、耦合到所述集成电路的所述第一输出引脚;
第二LED光源,其位于所述集成电路外部、耦合到所述集成电路的所述第一输出引脚;
所述集成电路包含第一电流供应电路及第二电流供应电路,所述第一电流供应电路经配置使得第一最大电流流动到所述第一输出引脚,所述第二电流供应电路经配置使得第二最大电流流动到所述第二输出引脚,及
所述第一最大电流大于所述第二最大电流。
10.根据权利要求9所述的系统,其进一步包括:
第三LED光源,其位于所述集成电路外部、耦合到所述集成电路的第三输出引脚;
第四LED光源,其位于所述集成电路外部、耦合到所述集成电路的第四输出引脚;
所述集成电路进一步包含第三电流供应电路及第四电流供应电路,所述第三电流供应电路经配置使得第三最大电流流动到所述第三输出引脚,所述第四电流供应电路经配置使得第四最大电流流动到第四输出引脚,及
所述第四最大电流是所述第三最大电流的分数a、所述第二最大电流的分数b及所述第一最大电流的分数c;且a、b及c并非均等于1。
11.根据权利要求10所述的系统,其进一步包括经配置以调整所述第一电流的第一控制电路、经配置以调整所述第二电流的第二控制电路、经配置以调整所述第三电流的第三控制电路及经配置以调整所述第四电流的第四控制电路。
12.根据权利要求10所述的系统,其进一步包括:
电阻器,其位于所述集成电路外部;
共用电流信号,其位于所述集成电路的内部;且
依据所述电阻器的所述电阻而变化。
13.根据权利要求10所述的系统,其中所述第一最大电流、所述第二最大电流、所述第三最大电流及所述第四最大电流相对于所述共用电流信号而单调地变化。
14.根据权利要求10所述的系统,其中所述第四最大电流是所述第二最大电流的三分之一,且是所述第一最大电流及所述第三最大电流的三分之一。
15.根据权利要求14所述的系统,其中所述第一LED光源是白色的;所述第二LED光源是绿色的,所述第三LED光源是红色的且所述第四LED光源是蓝色的。
16.根据权利要求15所述的系统,其中所述集成电路进一步包括调光信号电路,其具有耦合到所述第一控制电路的第一调光信号、耦合到所述第二控制电路的第二调光信号、耦合到所述第三控制电路的第三调光信号及耦合到所述第四控制电路的第四调光信号;且所述调光信号为具有高信号电平及低信号电平的脉冲信号。
17.根据权利要求16所述的系统,其中所述调光信号电路进一步包括经配置以接收调光输入信号的输入端子。
18.根据权利要求17所述的系统,其中所述调光电路经配置以接收来自颜色管理电路的调光输入信号。
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