CN112423421B - 时控且可依据灯珠光电参数调整的led照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，包括一光源驱动器，用于将输入的AC电源整流成DC电源并调整功率因子及输出电压；至少两个PWM连接该光源驱动器，用于调变输入的直流电，使其达到所需要的频率、输出电压强度、电流强度及占空比；至少两个LED灯珠，各LED灯珠连接一对应的PWM；该至少两个LED灯珠包括第一色温LED灯珠及第二色温LED灯珠；各LED灯珠可以进行更换；一模块参数内存储存各LED灯珠的光电特性参数；一控制电路板，包括一通信接口以作数据输入之用；一色温运算器读取该模块参数内存中各个LED灯珠的光电特性参数，依据预定或用户指定的系统输出色温及既定的算法，决定该各个LED灯珠所对应的PWM的控制系数。

Description

时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统

技术领域

本发明有关于LED照明系统，尤其是一种时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统。

背景技术

如图9所示，现有技术的多光源复合LED灯具主要是由下列的结构所构成。一光源驱动器10’，将输入的AC电源整流成DC电源，并调整功率因子及电压以符合后端串接的LED灯。至少两个PWM (Pulse Width Modulator，脉宽调变器) 60’，用于调变输入的直流电，使其达到所需要的频率、输出电压强度、电流强度及占空比(Duty Cycle)。至少两个LED灯珠71’、72’，各LED灯珠71’、72’连接一对应的PWM 60’，其依据该PWM 60’所调变的频率、输出电压强度、电流强度及占空比而发光。其中各LED灯珠71’、72’具有一特定的色温。一般该至少两个LED灯珠71’、72’至少包括一高色温LED灯珠71’(如其色温为5000K~6500K)及一低色温LED灯珠72’(如其色温为2500K~3500K)。因此可以组合出所需要的组合色温。而调整的方式即为调整LED灯珠71’、72’对应的PWM 60’输出电压或电流。

另外包括一控制电路板40’，包括：一通信接口41连接外部的指令信号来源或设定信号来源以作输入控制指令的用。一色温运算器43’用于读取原先或外部所设定的色温，然后依据既定的算法，决定该各个LED灯珠71’、72’所对应的PWM 60’的占空比、输出电压强度、频率、电流强度。然后通过一输出接口432’传送到各LED灯珠71’、72’所对应的PWM 60’，以调控该PWM 60’的占空比、输出电压强度、频率、电流强度，进而改变各个LED灯珠71’、72’的照明效果(亮度及色温) ，而使得整合出来的色温为在该时序色温数据库42’所设定。

现有技术中的结构，当该高色温LED灯珠71’或该低色温LED灯珠72’更换时，该LED灯珠71’、72’的参数也会跟着变动，该参数的差异可能来自于不同灯珠厂家、不同批次、不同色温范围…等，但色温运算器43’并无法得知该变动，以致于应用原先的参数进行计算时，所得到的用于控制PWM 60’的输出值并无法适应更换后的新光源，所以所得到的色温也并非使用者所希望的色温。

现有技术中的亮度控制结构，针对原灯珠(即该高色温LED灯珠71’或该低色温LED灯珠72’)的电气特性(额定电压、额定电流、额定功率)所设计；当更换为新光源时，新的LED灯珠71’、72’的电气特性也可能受到不同灯珠厂家、不同电气规格影响，使得亮度计算微处理器无法产生或输出正确的驱动电压及电流以获得所需要的亮度。

另外在现有技术的控制中，色温经过设定后如果没有重新设定，往往是一固定值。健康照明需求因应人们的心理或生理状态配合自然的光线变化，产生可调整色温及亮度的照明控制功能，所以良好的照明质量有助于用户生理或心理的健康。而传统的复合式照明无法达成此一目的。

故本发明希望提出一种崭新的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，以解决上述现有技术上的缺陷。

发明内容

所以本发明的目的为解决上述现有技术上的问题，本发明中提出一种时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，可以将各个LED灯珠的光电特性参数储存在一模块参数内存，当该LED灯珠更换时，其储存在该模块参数内存内的光电特性参数可以被色温处理器正确的读取，通过色温运算器可以很精确的计算出各个LED灯珠的亮度分配，因此最后能得到照明光源的正确色温及亮度，符合设定者所需要的照明光环境与效果。而传统上色温运算器中的光电特性参数无法随着LED灯珠更换而调整，所以当LED灯珠更换时，所得到的亮度输出就无法符合实际上的需求。本发明的另一优点为提供时序色温数据库，而且用户可以依据需要改变该时序色温数据库，或直接引用默认的标准色温变化模式，该标准色温变化模式依自然阳光的色温变化，预设每小时为区段自动改变光源输出色温，产生类阳光的自然色温光环境，有助于用户的视觉健康；或比如依据阳光的照射状况提供对等的亮度输出维持固定照度，进行恒照度控制，或者是依据现场作业环境的需要提供符合作业人员特定情境色温的照明，而增进受照者身心的健康;比如依据不同地区、不同纬度、不同四季、不同季节最相对应最适合的色温控制。

另外各种不同规格的LED灯珠可以自由地更换，本发明的系统均能自动改变调整输出的电压及电流强度，以提供准确的照度及色温，而且不必改变电源驱动电路。

为达到上述目的本发明中提出一种时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，包括一光源驱动器，用于将输入的AC电源整流成DC电源，并调整功率因子、输出电压或电流，以符合后端串接的LED灯，其中该光源驱动器为广域的光源驱动器，即后端串接的LED灯的电压、电流、功率等值分布在一范围内，而非单一的特定值；至少两个PWM连接该光源驱动器，用于调变输入的直流电，使其达到所需要的频率、输出电压强度、电流强度及占空比；至少两个LED灯珠，各灯珠连接对应的一PWM；该至少两个LED灯珠中包括一第一色温LED灯珠及一第二色温LED灯珠；其中各LED灯珠可以进行更换；一模块参数内存，主要用于记忆各LED灯珠的光电特性参数，这些光电特性参数主要为用于控制色温时所需要的参数；一控制电路板连接该至少两个LED灯珠，该控制电路板包括一通信接口连接外部的指令信号来源或设定信号来源以作数据输入的用；一色温运算器，其连接该模块参数内存，该色温运算器通过一输入接口读取该模块参数内存有关于各个LED灯珠的光电特性参数，依据预定或用户指定的系统输出色温，及既定的算法，决定该各个LED灯珠所对应的PWM的控制系数；然后通过一输出接口传送到各LED灯珠所对应的PWM，以调控该PWM，进而改变各个LED灯珠的照明；其中当该LED灯珠更换时，储存在该模块参数内存中的该LED灯珠的光电特性参数可以被该色温运算器读入并调整输出的控制参数，以因应该LED灯珠的改变而进行调整。

进一步的，该第一色温LED灯珠为高色温LED灯珠，该第二色温LED灯珠为低色温LED灯珠。

进一步的，该系统输出色温由一储存在该色温运算器的窗体或通过该通信接口输入。

进一步的，该LED照明系统还包括一时序色温数据库，该时序色温数据库连接该色温运算器，该时序色温数据库用于储存在不同的时间或时段内所需要的色温以做为系统输出色温，以便使得该至少两个LED灯珠经过调整后能够在设定的时间或时段内呈现所需要的色温；

其中该色温运算器还用于读取该时序色温数据库在特定的时间或时段中所设定的色温，以便决定该各个LED灯珠所对应的PWM的控制系数。

进一步的，该时序色温数据库中设定的色温值依据日光的色温进行调整，以便达到照明空间的色温符合自然情况下的色温分布。

进一步的，该时序色温数据库中设定的色温值依据工作人员的心理状态、特定工作条件进行调整，以便达到照明空间的色温符合自然情况或工作安全下的色温分布。

进一步的，该至少两个LED灯珠还包括一低低色温LED灯珠，该低低色温LED灯珠连接一对应的PWM；该低低色温LED灯珠的色温比该低色温LED灯珠的色温更低。

进一步的，储存在该模块参数内存中的该LED灯珠的光电特性参数包括电压、电流、功率、光通量、色温、色坐标。

进一步的，该控制电路板还包括一时钟，用于提供该控制电路板中各个组件的频率，以便使得各个组件按照该时钟所提供的频率进行操作。

进一步的，该LED照明系统还包括一灯板，该至少两个LED灯珠及该模块参数内存安装在该灯板上。

进一步的，储存在该模块参数内存中的该LED灯珠的光电特性参数包括制造厂商的信息及产品系列号码。

进一步的，该色温运算器还有计算亮度的功能。

进一步的，该时序色温数据库对应不同地区、不同季节而设定最相对应适合的色温。

进一步的，该模块参数内存为一可移植性的微型内存的形式，该模块参数内存插接一读卡器，该读卡器连接该输入接口，该色温运算器通过该读卡器读取该模块参数内存的数据。

由下文的说明可更进一步了解本发明的特征及其优点，阅读时并请参考附图。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本作进一步详细的说明。

图1显示本发明的组件架构方块图。

图2显示本发明的光源驱动器的架构方块图。

图3显示本发明的另一组件架构方块图。

图3-1显示本发明的另一组件架构方块图。

图4显示本发明的又一组件架构方块图。

图5显示本发明的时序色温数据库的应用例，其显示在一天不同的时序中适当的色温分布。

图6显示本发明中应用高色温LED灯珠及低色温灯珠的色温整合示意图。

图7显示本发明中应用高色温LED灯珠及低色温灯珠的另一色温整合示意图。

图8显示现有技术的组件架构示意图。

图9显示现有技术的多光源复合LED灯。

具体实施方式

现就本发明的结构组成，及所能产生的功效与优点，配合说明书附图，举本发明的一较佳实施例详细说明如下。

请参考图1至图8所示，显示本发明的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，包括下列组件：

一光源驱动器10，将输入的AC电源整流成DC电源，并调整功率因子及输出电压或电流以符合后端串接的LED灯。本发明中该光源驱动器10为广域的光源驱动器，即后端串接的LED灯的电压、电流、功率等值分布在一范围内，而非单一的特定值。图2显示该光源驱动器10由AC电源11输入后经过电磁滤波器12过滤噪声电波，再通过整流器13整流成DC电流，再经过PFC 14(Power Factor Correction)进行功率因子校正，再通过电压转换器15转换电压成为符合后端电源所需要的电压。此为光源驱动器10的基本架构，但本发明并不限于此基本架构的结构，凡各种架构的光源驱动器均在本发明的范围之内。

至少两个PWM 60(Pulse Width Modulator，脉宽调变器)连接该光源驱动器10，用于调变输入的直流电，使其达到所需要的频率、输出电压强度、电流强度及占空比(DutyCycle)。

至少两个LED灯珠71、72，各LED灯珠71、72连接对应的一PWM 60，如图1所示。该LED灯珠71、72依据对应的PWM 60所调变的频率、输出电压强度、电流强度及占空比而发光。其中各LED灯珠71、72具有一特定的色温。

如图3所示，本发明中较佳者，具有两个LED灯珠71、72，分别为第一色温LED灯珠711及第二色温LED灯珠721，其中该第一色温LED灯珠711及第二色温LED灯珠721的色温可以依需要配置。如图3-1所示，本发明中较佳者，该第一色温LED灯珠711为一高色温LED灯珠712，如其色温为6500K，但不限定于6500K，例如从5500K至7500K范围内任一色温的光源；该第二色温LED灯珠721为一低色温LED灯珠722，如其色温为2700K，但不限定于2700K，例如从2400K至3500K范围内任一色温的光源。因此通过调整上述各LED灯珠71、72的色温，可以组合出所需要的组合色温。而调整的方式即为调整各LED灯珠71、72对应的PWM 60。

如图4所示，较佳者本发明中该至少两个LED灯珠还包括另一个第三LED灯珠73，其为一低低色温LED灯珠732，该低低色温LED灯珠732也连接一对应的PWM 60；该低低色温LED灯珠732的色温比该低色温LED灯珠722的色温更低。比如该低低色温LED灯珠732的色温为1800K，但不限定于1800K，例如从1600K至2000K范围内任一色温的光源。其主要是应用在夜晚用。

本发明中各LED灯珠71、72、73可以进行更换，如将2700K的低色温LED灯珠722，更换成3500K的低色温LED灯珠722。

一模块参数内存30，主要用于记忆各LED灯珠71、72、73的光电特性参数，这些光电特性参数主要为用于控制色温时所需要的参数，比如电压、电流、功率、光通量、色温、色坐标等等，该模块参数内存30还可储存制造厂商的信息及产品系列号码…等。该模块参数内存30可应用EEPROM。

其中当该LED灯珠71、72、73更换时，储存在该模块参数内存30中的该LED灯珠71、72、73的光电特性参数可以因应该LED灯珠71、72、73的改变而进行调整。比如当该低色温LED灯珠722被更换时(如更换成3200K的另一LED灯珠72)，因为光电特性参数已经变更，所以在该模块参数内存30中有关于该LED灯珠71、72的光电特性参数也跟着变动，因此可以因应实际的参数变化状况，以重新得到正确的驱动电压、驱动电流及占空比。

一控制电路板40连接该至少两个LED灯珠71、72，该控制电路板40包括：

一通信接口41连接外部的指令信号来源或设定信号来源以作为数据输入的用。其中该通信接口41可以是有线的通信如RS-485、Modbus及PLC有线通信，或者是无线通信如Wi-Fi、BLE、Zigbee等的无线通信。

一时序色温数据库42，用于储存在不同的时间或时段内所需要的色温以做为系统输出色温，以使得该至少两个LED灯珠71、72经过调整后可以在设定的时间或时段内呈现所需要的色温。该时序色温数据库42中设定的色温值依据日光的色温进行调整，而达到照明空间的色温符合自然情况下的色温分布。如7点~17点设定色温为5000K；17点~21点设定色温为3500K；且21点~7点设定色温为2000K。以使得照明贴近于自然光环境。图5显示在一天不同的时序中适当的色温分布。该时序色温数据库42可以依据需要进行各种不同的设定。其中该时序色温数据库42中设定的色温值也可依据工作人员的心理状态、特定工作条件进行动态色温调整，而达到照明空间的色温符合自然情况或工作安全下的色温分布。如在办公室或工厂的应用中，当开始上班的前两个钟头设定为中高色温例如5000K，主要是提供类似中午最适当的自然色温环境，一个小时以后色温提升400K，提振工作人员的精神与注意力，增进工作安全；或到达下午16:00之后，色温调为4000K，依时逐步降到3000K类似黄昏的光环境。因此使用者可以依据需要设定不同时间或时段的色温，而使得照明光源提供健康的环境，增进受照射者的内心感受，因此有益于受照射者的身心健康；且该时序色温数据库43也可以因应不同地区、不同纬度、不同四季、不同季节而设定最相对应适合的色温控制。

一色温运算器43，其连接该时序色温数据库42及该模块参数内存30，该色温运算器43通过一输入接口431读取该模块参数内存30有关于各个LED灯珠71、72、73的光电特性参数，且依据预定或用户指定的系统输出色温，及既定的算法，决定该各个LED灯珠71、72、73中PWM 60的占空比、输出电压强度、频率、电流强度。然后通过一输出接口432传送到各LED灯珠71、72、73所对应的PWM 60，以调控该PWM 60的控制系数，如占空比、输出电压强度、频率、电流强度，进而改变各个LED灯珠71、72、73的照明。

其中该系统输出色温也可由一储存在该色温运算器43的窗体或通过该通信接口41输入。

其中该色温运算器43可读取该时序色温数据库42在特定的时间或时段中所设定的色温，以决定该各个LED灯珠71、72、73所对应的PWM 60的控制系数，而使得整合出来的色温为在该时序色温数据库42所设定。

其中该色温运算器43还有计算亮度的功能。

比如在图6所示的例子中，其中该高色温LED灯珠712其色温为6000K；该低色温LED灯珠722其色温为2700K，当希望产出4000K的色温时，则经该色温运算器43计算后的高色温LED灯珠712的电流必须占39.4%，低色温LED灯珠722的电流必须占60.6%。

所以该色温运算器43必须依据上述计算的结果调整各个对应的PWM 60的电压、电流、占空比等等控制系数。

比如在图7所示的例子中，其中该高色温LED灯珠712其色温为6000K；该低色温LED灯珠722其色温为3000K，当希望产出4000K的色温时，则经该色温运算器43计算后的高色温LED灯珠712的电流必须占33.4%，低色温LED灯珠722的电流必须占66.6%。

一时钟44，提供该控制电路板40中各个组件的频率，以使得各个组件按照该时钟44所提供的频率进行操作。

本发明中可应用一EEPROM(或FLASH、OTP ROM等等)的形式实现该模块参数内存30，但不以此为限。或者如图8所示，该模块参数内存30也可以形成一可移植性的微型内存的形式(如SD Card、SDHC Card、SDXC Card、MS Pro Duo Card、MMC Card、MSXC Card、MicroSD Card、Micro SDHC Card、Micro SDXC Card、XD Card、CF Card、M2 Card等等)，但不以此为限。

当该模块参数内存30为该可移植性的微型内存的形式，则该模块参数内存30插接一读卡器433，该读卡器433连接该输入接口431，而由该色温运算器43通过该读卡器433读取该模块参数内存30的数据。

本发明还可包括一灯板50，该至少两个LED灯珠71、72及该模块参数内存30安装在该灯板50上。但是该模块参数内存30的位置并不限于在该灯板50上，也可以配置在该灯板50外(如图8所示)。

本发明的优点为可以将各个LED灯珠的光电特性参数储存在该模块参数内存，当该LED灯珠更换时，其储存在该模块参数内存的光电特性参数也可以被色温处理器正确的读取。所以该色温运算器可以很精确地计算出各个LED灯珠的亮度分配，因此最后能得到照明的正确色温及亮度，符合设定者所需要的照明光环境与效果。而传统上色温运算器无法随着LED灯珠更换而自动调整出正确的光电特性参数，所以当LED灯珠更换时，所得到的亮度输出就无法符合实际上的需求。

本发明的另一优点为提供时序色温数据库，而且用户可以依据需要而改变该时序色温数据库，或直接引用默认的标准色温变化模式，该标准色温变化模式依自然阳光的色温变化，预设每小时为区段自动改变光源输出色温，产生类阳光的自然色温光环境，有助于用户的视觉健康；或比如依据阳光的照射状况提供对等的亮度输出维持固定照度，进行恒照度控制，或者是依据现场作业环境的需要提供符合作业人员特定情境色温的照明，提升注意力而增进工作安全。比如依据不同地区、不同纬度、不同四季、不同季节最相对应最适合的色温控制。

另外各种不同规格的LED灯珠可以自由地更换，本发明的系统均能自动改变调整输出的电压及电流强度，以提供准确的照度及色温，而且不必改变电源驱动电路。

本发明上列详细说明本发明的可行实施例的具体说明，但是该实施例并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包括于本发明的保护范围中。

Claims (12)

1.一种时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，包括：

一光源驱动器，用于将输入的AC电源整流成DC电源，并调整功率因子、输出电压或电流，以符合后端串接的LED灯，其中该光源驱动器为广域的光源驱动器，即后端串接的LED灯的电压、电流、功率的值分布在一范围内，而非单一的特定值；

至少两个PWM，这两个PWM分别连接该光源驱动器，这两个PWM用于调变输入的直流电，使得该光源驱动器达到所需要的频率、输出电压强度、电流强度及占空比；

至少两个LED灯珠，各灯珠连接对应的一PWM；该至少两个LED灯珠包括一第一色温LED灯珠及一第二色温LED灯珠；

其中各LED灯珠能够进行更换；

一模块参数内存，用于记忆各LED灯珠的光电特性参数，这些光电特性参数是用于控制色温时所需要的参数；

一控制电路板，该控制电路板连接该至少两个LED灯珠，该控制电路板包括：

一通信接口，该通信接口连接外部的指令信号来源或设定信号来源以便作为数据输入之用；

一色温运算器，其连接该模块参数内存，该色温运算器通过一输入接口读取该模块参数内存中有关于各个LED灯珠的光电特性参数，依据预定或用户指定的系统输出色温及既定的算法，决定该各个LED灯珠所对应的PWM的控制系数；然后通过一输出接口传送到各LED灯珠所对应的PWM，以便调控该PWM，进而改变各个LED灯珠的照明；

其中当该LED灯珠更换时，储存在该模块参数内存中的该LED灯珠的光电特性参数可以因该LED灯珠的改变而进行调整，色温运算器读入储存在该模块参数内存中的更换后的该LED灯珠的光电特性参数并调整输出的控制系数，以对应该LED灯珠的改变而进行调整；

该LED灯珠的光电特性参数包括电压、电流、功率、光通量、色温、色坐标。

2.如权利要求1所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该第一色温LED灯珠为高色温LED灯珠，该第二色温LED灯珠为低色温LED灯珠。

3.如权利要求1所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该系统输出色温由一储存在该色温运算器的窗体或通过该通信接口输入。

4.如权利要求1所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该LED照明系统还包括一时序色温数据库，该时序色温数据库连接该色温运算器，该时序色温数据库用于储存在不同的时间或时段内所需要的色温以作为系统输出色温，以便使得该至少两个LED灯珠经过调整后能够在设定的时间或时段内呈现所需要的色温；

其中该色温运算器还用于读取该时序色温数据库在特定的时间或时段中所设定的色温，以便决定该各个LED灯珠所对应的PWM的控制系数；

该时序色温数据库对应不同地区、不同季节而设定最相对应适合的色温。

5.如权利要求4所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该时序色温数据库中设定的色温值依据日光的色温进行调整，以便达到照明空间的色温符合自然情况下的色温分布。

6.如权利要求4所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该时序色温数据库中设定的色温值依据工作人员的心理状态、特定工作条件进行调整，以便达到照明空间的色温符合自然情况或工作安全下的色温分布。

7.如权利要求2所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该至少两个LED灯珠还包括一低低色温LED灯珠，该低低色温LED灯珠连接一对应的PWM；该低低色温LED灯珠的色温比该低色温LED灯珠的色温更低。

8.如权利要求1所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该控制电路板还包括一时钟，用于提供该控制电路板中各个组件的频率，以便使得各个组件按照该时钟所提供的频率进行操作。

9.如权利要求1所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该LED照明系统还包括一灯板，该至少两个LED灯珠及该模块参数内存安装在该灯板上。

10.如权利要求1所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，储存在该模块参数内存中的该LED灯珠的光电特性参数包括制造厂商的信息及产品系列号码。

11.如权利要求1所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该色温运算器还有计算亮度的功能。

12.如权利要求1所述的时控且可依据灯珠光电参数调整的LED照明系统，其特征在于，该模块参数内存为一可移植性的微型内存的形式，该模块参数内存插接一读卡器，该读卡器连接该输入接口，该色温运算器通过该读卡器读取该模块参数内存的数据。