CN114271028B - 调暗变暖led电路 - Google Patents

Abstract

各种实施例包括实现LED多色阵列的调暗变暖电路操作的装置和方法。在一个示例中，装置包括耦合到LED阵列和单个控制设备的混合驱动电路，以接收来自LED阵列的期望发光通量的指示。基于LED阵列的期望发光通量来确定LED阵列的色温。在各种实施例中，混合驱动电路包括产生用于至少两个LED电流驱动源的电流的模拟分流电路，以及耦合在模拟分流电路和LED之间的多路复用器阵列，以在预定时间量内周期性地将来自至少两个LED电流驱动源中的至少一个的电流提供给至少两种颜色的LED阵列。描述了其他装置和方法。

Description

调暗变暖LED电路

优先权声明

本申请要求2019年6月27日提交的序列号为16/454730的美国专利申请和2019年10月23日提交的序列号为19204908.8的欧洲专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2020年4月9日提交的序列号为16/844923、名称为“调暗变暖LED电路”的共同受让的美国专利申请,其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本文公开的主题涉及一个或多个发光二极管阵列（LED）的颜色调整，发光二极管阵列包括基本上在电磁波谱的可见光部分操作的灯。更具体地，所公开的主题涉及一种使得单个颜色调整设备（例如，调光器）能够控制调暗变暖的颜色调整装置的技术，其中，随着LED的强度变暗，LED的色温降低。

背景技术

发光二极管（LED）通常用于各种照明操作中。物体的颜色外观部分地由照射物体的光的光谱功率密度（SPD）决定。对于观看物体的人来说，SPD是可见光谱中各种波长的相对强度。然而，其他因素也影响颜色外观。此外，LED的相关色温（CCT）和CCT上的LED的温度与黑体线（BBL，也称为黑体轨迹或普朗克轨迹）的距离两者都可以影响人对物体的感知。特别地，对于LED照明解决方案存在很大的市场需求，诸如在零售和酒店照明应用中，其中，可以控制LED的色温。具体来说，对于用于家庭和办公室安装的调暗变暖灯的市场需求在不断增长。同时期的照明系统已经试图通过使用两个控制设备来满足这种调暗变暖LED型号（mark）：一个控制设备用于光输出（例如发光通量），以及一个单独的设备用于CCT控制。然而，具有两个设备的安装成本很高。理想的是，在仅使用单个控制设备的同时，使LED灯根据输入电流的幅值来改变其色温。

本部分中描述的信息被提供来为技术人员提供以下公开主题的背景，并且不应该被视为公认的现有技术。

附图说明

图1示出了国际照明委员会（CIE）颜色图表的一部分，包括黑体线（BBL）；

图2A示出了色度图，在该图上具有典型的红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）LED的颜色的近似色度坐标，并且包括BBL；

图2B示出了根据所公开主题的各种实施例的图2A的色度图的修改版本，具有BBL附近的降饱和的（desaturated）R、G和B LED的近似色度坐标；

图3示出了需要单独的通量控制设备和单独的CCT控制设备的现有技术的颜色调整设备；

图4示出了根据所公开主题的各种实施例的使用单个控制设备的颜色调整设备的示例性实施例；

图5示出了根据所公开主题的各种实施例的指示作为发光通量的函数的色温的曲线图的示例；

图6A示出了根据所公开主题的各种示例性实施例的颜色调整电路的示例性实施例；

图6B示出了可以与图6A的颜色调整电路一起使用的微控制器的示例性实施例；以及

图7示出了根据所公开主题的各种示例性实施例的提供LED光源的调暗变暖操作的方法的示例。

具体实施方式

现在将参考如附图中的各图中所示的一些一般且具体的实施例来详细描述所公开的主题。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对所公开主题的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所公开的主题。在其他例子中，没有详细描述众所周知的过程步骤或结构，以免模糊所公开的主题。

下文将参照附图更全面地描述不同的光照明系统和/或发光二极管实施方式的示例。这些示例并不相互排斥，并且在一个示例中发现的特征可以与在一个或多个其他示例中发现的特征相组合，以实现附加的实施方式。因此，将理解，附图中所示的示例仅是为了说明的目的而提供的，并且它们不旨在以任何方式限制本公开。贯穿全文，类似的数字通常指代类似的元件。

将理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用来描述各种元件。然而，这些元件不应受这些术语的限制。这些术语可以用于将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离所公开主题的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”可以包括相关联的列出项中的一个或多个的任何和所有组合。

还将理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到另一个元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，在该元件和该该另一个元件之间不存在中间元件。将理解，这些术语旨在涵盖除了附图中描绘的任何取向之外的元件的不同取向。

诸如“下方”、“上方”、“上”、“下”、“水平”或“垂直”的相对术语在本文中可以用于描述一个元件、区或区域相对于图中所示的另一个元件、区或区域的关系。将理解，这些术语旨在涵盖除了附图中描述的取向之外的设备的不同取向。此外，LED、LED阵列、电气部件和/或电子部件是否被容纳在一个、两个或更多个电子板上也可以取决于设计约束和/或具体应用。

基于半导体的发光设备或光学功率发射设备（诸如发射紫外（UV）或红外（IR）光学功率的设备）是当前可用的最有效的光源之一。这些设备可以包括发光二极管、谐振腔发光二极管、垂直腔激光二极管、边缘发射激光器等（在本文中简称为LED）。由于LED的紧凑尺寸和低电力需求，LED可以是许多不同应用的有吸引力的候选。例如，它们可用作手持式电池供电设备（诸如相机和蜂窝电话）的光源（例如，闪光灯和相机闪光灯）。LED也可以用于例如汽车照明、抬头显示器（HUD）照明、园艺照明、街道照明、视频用手电筒、一般照明（例如，家庭、商店、办公室和工作室照明、剧院/舞台照明和建筑照明）、增强现实（AR）照明、虚拟现实（VR）照明、作为显示器和IR光谱仪的背光。单个LED可提供不如白炽光源亮的光，并且因此，LED多结设备或阵列（诸如单片LED阵列、微型LED阵列等）可以被用于其中期望或需要增强的亮度的应用。

在其中基于LED的灯（或相关的照明设备）用于照射物体以及用于一般照明的各种环境中，可能期望根据灯的相对亮度（例如发光通量）来控制基于LED的灯（或单个灯）的温度。例如，终端用户可能期望随着灯被调暗，灯的色温降低。这种环境可以包括例如零售场所以及酒店场所，诸如餐馆等。除了CCT，另一个灯度量是灯的显色指数（CRI）。CRI由国际照明委员会（CIE）定义，并提供了对任何光源（包括LED）与理想光源或自然光源相比准确呈现各种物体的颜色的能力的定量测量。最高的可能的CRI值是100。另一个定量灯度量是D_uv。D_uv是例如在CIE 1960中定义以表示色点距BBL的距离的度量。其在色点高于BBL时为正值，并且在色点低于BBL时为负值。高于BBL的色点呈现偏绿色（greenish），并且低于BBL的色点呈现偏粉红色（pinkish）。所公开的主题提供了控制（相对于灯的亮度水平的）色温的装置。如本文中所描述，在颜色调整应用中，色温与CCT和D_uv两者都相关。

所公开的主题涉及一种用于驱动各种颜色的LED（包括例如原色（红-绿-蓝或RGB）LED，或降饱和的（柔和的）RGB彩色LED）、特别是使用磷光体转换的彩色LED来解决颜色混合的混合驱动方案，以产生具有高显色指数（CRI）和高效率的各种色温的光。

直接彩色LED的正向电压随着主波长的增加而降低。例如，可以用多通道DC-DC转换器来驱动这些LED。以高的效能和CRI为目标的高级磷光体转换彩色LED已经问世，其为相关色温（CCT）调整应用提供了新的可能性。一些高级彩色LED具有降饱和色点，并且可以被混合以在宽的CCT范围内实现具有90+ CRI的白色。具有80+ CRI实施方式或者甚至70+ CRI实施方式的其他LED也可以用于所公开的主题。这些可能性使用实现并增加或最大化这种潜力的LED电路。同时，本文描述的控制电路与单通道恒流驱动器兼容，以促进市场采用。

如本领域普通技术人员所知晓的，由于LED的光输出与用于驱动LED的电流量成比例，因此可以通过例如减少传输到LED的正向电流来实现LED的调光。除了改变用于驱动多个单独LED中的每一个的电流量之外，或者代替改变用于驱动多个单独LED中的每一个的电流量，控制器盒（下面参考图6A详细描述）可以在“开”和“关”状态之间快速切换多个LED中的所选择的LED，以实现所选择的灯的适当的调光和色温水平。

通常，使用模拟驱动器方法或脉宽调制（PWM）驱动器方法来形成LED驱动电路。在模拟驱动器中，所有颜色同时被驱动。通过为每个LED提供不同的电流来独立驱动每个LED。模拟驱动器导致颜色偏移，并且目前没有方法改变当前的三路方式（three ways）。模拟驱动通常导致某些颜色的LED被驱动到低电流模式，而其他时候则被驱动到非常高的电流模式。如此宽的动态范围对感测和控制硬件提出了挑战。

在PWM驱动器中，每种颜色依次高速开启。每种颜色都由相同的电流驱动。通过改变每种颜色的占空比来控制混合颜色。也就是说，一种颜色的驱动时长可以是另一种颜色的两倍，以添加到混合颜色中。由于人类的视觉无法感知非常快地变化的颜色，因此光看起来具有单种颜色。

例如，用电流驱动第一LED达预定时间量，然后用相同的电流驱动第二LED达预定时间量，并且然后用该电流驱动第三LED达预定时间量。三个预定时间量中的每一个可以是相同的时间量或不同的时间量。因此，通过改变每种颜色的占空比来控制混合颜色。例如，如果您有一个RGB LED并期望特定的输出，基于人眼的感知，可以在循环的一部分驱动红色，在循环的不同部分驱动绿色，并在循环的另一部分驱动蓝色。不是以较低的电流驱动红色LED，而是以相同的电流驱动较短的时间。这个示例展示了PWM的缺点，即LED未被充分利用，从而导致电力使用效率低下。

所公开的主题相对于现有技术的另一个优点是降饱和的RGB方法可以在保持高CRI的同时创建在BBL上和不在BBL上的可调光。相比之下，各种其他现有技术系统利用CCT方法，其中，可调色点落在LED的两种原色（例如，R-G、R-B或G-B）之间的直线上。

图1示出了国际照明委员会（CIE）颜色图表100的一部分，包括黑体线（BBL）101（也称为普朗克轨迹）,其形成了理解本文所公开的主题的各种实施例的基础。BBL 101示出了不同温度的黑体辐射体的色度坐标。通常认为，在大多数照明情况下，光源应该具有位于BBL 101上或位于其附近的色度坐标。本领域中已知的各种数学程序用于确定“最接近的”黑体辐射体。如上所述，这种常见的灯规格参数被称为相关色温（CCT）。D_uv值提供了进一步描述色度的有用且互补的方式，D_uv值是灯的色度坐标位于BBL 101之上（正D_uv值）或低于BBL 101（负D_uv值）的程度的指示。

该颜色图表的部分被示为包括多条等温线117。即使这些线中的每一条都不在BBL101上，等温线117上的任何色点都具有恒定的CCT。例如，第一等温线117A具有10000 K的CCT，第二等温线117B具有5000 K的CCT，第三等温线117C具有3000 K的CCT，并且第四等温线117D具有2200 K的CCT。

继续参考图1，CIE颜色图表100还示出了表示麦克亚当椭圆（MAE）103的多个椭圆，其以BBL 101为中心，并从BBL 101向外延伸一个步级105、三个步级107、五个步级109或七个步级111。MAE基于心理测量研究，并在CIE色度图上定义一区域，该区域包含对于典型的观察者来说与椭圆中心处的颜色不可区分的所有颜色。因此，MAE步级105至111（一个步级至七个步级）中的每一个对于典型的观察者来说被视为与MAE 103中的相应一个的中心处的颜色基本相同的颜色。一系列曲线115A、115B、115C和115D表示距BBL 101基本相等的距离，并且分别与例如+0.006、+0.003、0、-0.003和-0.006的D_uv值相关。

现在参考图2A，并且继续参考图1，图2A示出了色度图200，其具有针对坐标205处的红色（R）LED、坐标201处的绿色（G）LED和坐标203处的蓝色（B）LED的典型坐标值（如色度图200的x-y标度上所标注）的颜色的近似色度坐标。图2A示出了根据一些实施例的用于定义可见光源的波长光谱的色度图200的示例。图2A的色度图200只是定义可见光源的波长光谱的一种方式；其他合适的定义在本领域中是已知的，并且也可以用于本文描述的所公开主题的各种实施例。

指定色度图200的一部分的便利方式是通过x-y平面中的方程集合，其中，每个方程具有定义色度图200上的线的解的轨迹。这些线可以相交以指定特定区域，如下面参考图2B更详细描述的。作为替代定义，白光源可以发射与来自在给定色温下操作的黑体源的光对应的光。

色度图200还示出了如上文参考图1所述的BBL 101。三个LED坐标位置201、203、205中的每一个都是相应颜色绿色、蓝色和红色的“完全饱和”的LED的CCT坐标。然而，如果通过组合一定比例的R、G和B LED来创建“白光”,这种组合的CRI将非常低。典型地，在上述环境中（诸如零售或酒店场景），大约90或更高的CRI是理想的。

图2B示出了图2A的色度图200的修改版本。然而，图2B的色度图250示出了接近BBL101的降饱和的（柔和的）R、G和B LED的近似色度坐标。示出了坐标255处的降饱和红色（R）LED、坐标253处的降饱和绿色（G）LED和坐标251处的降饱和蓝色（B）LED的坐标值（如色度图250的x-y标度上所标注）。在各种实施例中，降饱和R、G和B LED的色温范围可以在从大约1800 K到大约2500 K的范围内。在其他实施例中，降饱和R、G和B LED可以在大约2700 K到大约6500 K的色温范围内。如上文所提到的，光源的显色指数（CRI）不指示光源的外观颜色；该信息由相关色温（CCT）给出。因此，CRI是对光源与理想光源或自然光源相比如实显示各种物体的颜色的能力的定量测量。

在特定的示例性实施例中，还示出了在降饱和R、G和B LED的每个坐标值之间形成的三角形257。降饱和R、G和B LED被形成（例如，通过磷光体的混合物和/或如本领域已知的形成LED的材料的混合物）以具有接近BBL 101的坐标值。因此，各个降饱和R、G和B LED的坐标位置（并且如三角形257的轮廓所示）具有大约90或更大的CRI。因此，可以在本文描述的颜色调整应用中选择相关色温（CCT）,使得所选择的CCT的所有组合都导致灯具有90或更大的CRI。每个降饱和R、G和B LED可以包括单个LED或LED阵列（或组），其中该阵列或组内的每个LED具有与该阵列或组内的其他LED相同或相似的降饱和颜色。一个或多个降饱和R、G和BLED的组合包括灯。

图3示出了现有技术的颜色调整设备300，其需要单独的通量控制设备301和单独的CCT控制设备303。通量控制设备301耦合到单通道驱动器电路305，并且CCT控制设备耦合到组合LED驱动电路/LED阵列320。组合LED驱动电路/LED阵列320可以是电流驱动器电路、PWM驱动器电路或混合电流驱动器/PWM驱动器电路。通量控制设备301、CCT控制设备303和单通道驱动器电路305中的每一个都位于用户设施310中，并且必须以管理高压电路的适用的国家和地方规则来安装所有设备。组合LED驱动电路/LED阵列320通常远离客户设施310而定位。因此，初始购买价格和安装价格两者可能都很高。

图4示出了根据所公开主题的各种实施例的使用单个控制设备401的颜色调整设备400的示例性实施例。单个控制设备401耦合到单通道驱动器电路403，两者都在客户安装区域410内。单通道驱动器电路403耦合到组合混合驱动电路/降饱和LED阵列420。组合混合驱动电路/降饱和LED阵列420通常远离客户安装区域410而定位（但通常仍在客户设施内）。下面参照图6A和图6B详细描述组合混合驱动电路/降饱和LED阵列420的一个实施例。重要的是，颜色调整设备400仅需要单个设备来控制发光通量（和发光强度）和色温两者，如下面参考图5更详细描述的。

在各种实施例中，单个控制设备401是可变电阻设备，诸如例如滑动型调光器（线性操作设备）或旋转式调光器。在各种实施例中，单个控制设备401包括分压器。单个控制设备401提供连续的、可变的输出电压或一组离散的输出电压。在实施例中，单个控制设备401可能已经被客户安装区域410中的终端用户使用。

图5示出了根据所公开主题的各种实施例的曲线图500的示例，其指示作为发光通量503的函数的色温501。曲线图500的曲线505指示，随着发光通量503增加，所得色温501也随着通量单调增加。因此，随着系统的终端用户（例如，参见图4）增加阵列的“亮度”（发光通量），LED阵列（参见图6A）的色温增加。相反，随着终端用户“调暗”LED阵列，LED阵列的色温降低。因此，所公开的主题的各种实施例描述了调暗变暖LED电路。该调暗变暖LED电路也用于模拟标准白炽灯泡的调暗变暖的行为——当终端用户调暗白炽灯泡时，灯泡的色温也相应下降。

图6A示出了用于RGB调整的混合驱动电路600的示例性实施例。混合驱动电路600包括电耦合到电压调节器603的LED驱动器601。LED驱动器601和电压调节器603一起产生稳定电流I₀。混合驱动电路600还被示出为包括模拟分流电路610A、多路复用器阵列620和LED多色阵列630。

LED多色阵列630可以包括一个或任何数量的第一颜色的LED阵列631、一个或任何数量的第二颜色的LED阵列633以及一个或任何数量的第三颜色的LED阵列635。在各种实施例中，可以使用多于三种颜色。此外，LED阵列631、633、635可以在每个阵列中仅包括单个LED。

如本文所详细描述的，LED阵列631、633、635可以被设计成使用混合驱动电路600来调整。在混合驱动电路600的一个实施例中，第一颜色的LED阵列631包括绿色LED，第二颜色的LED阵列633包括红色LED，并且第三颜色的LED阵列635包括蓝色LED。然而，可以为LED阵列631、633、635选择任何颜色集合。例如，LED阵列631、633、635中的每一个可以分别包括降饱和绿色LED、降饱和红色LED和降饱和蓝色LED，如上文参考图2B所述。如本领域普通技术人员可认识到的，将颜色分配给特定通道仅仅是一种设计选择，并且尽管可以设想其他设计，但是当前描述使用上文刚刚讨论的颜色组合仅仅是为了提供对本文所描述的混合驱动电路600的更好理解。

混合驱动电路600包括模拟分流电路610A，其被配置为将输入电流I_O分成两个电流I_L和I_R，分别作为第一支路线路619L（模拟分流电路610A的左侧电流支路616L）和第二支路线路619R（模拟分流电路610A的右侧电流支路616R）上的输出。在实施例中，模拟分流电路610A可以采取驱动电路的形式，以向两条支路线路619L、619R中的每一条提供相等的电流。在实施例中，模拟分流电路610A可以采取驱动电路的形式，以向两条支路线路619L、619R中的每一条提供不相等的电流。

模拟分流电路610A还可以解决不同颜色的LED之间的正向电压的任何失配，同时允许精确控制每种颜色的驱动电流。可替代地，模拟分流电路610A可以允许有意的、不相等的分流，这不能通过简单地接通LED阵列631、633、635的各种组合来完成（电路的开关部分在下文参考多路复用器阵列620更详细地描述）。如本领域普通技术人员可理解的，在不脱离所公开的主题的范围的情况下，可以利用其他模拟分流电路。本文描述的模拟分流电路610A是作为分流器电路的一个示例提供的，因此技术人员将更充分地理解所公开的主题。

附加地，模拟分流电路610A可以安装在例如印刷电路板（PCB）上，以与LED驱动器601和LED多色阵列630一起操作。LED驱动器601可以是例如本领域已知的常规LED驱动器。因此，模拟分流电路610A可以允许LED驱动器601用于利用两个或更多个LED多色阵列630的应用。在其他实施例中，模拟分流电路610A安装在例如与LED驱动器601和LED多色阵列630中的至少一个分离的PCB上。

模拟分流电路610A的每个电流支路可以包括感测电阻器（例如，R_S1和R_S2）。例如，在如图6A所示的具有两个电流通道的实施例中，模拟分流电路610A包括第一感测电阻器615L（R_S1）以感测左侧电流支路616L的第一电压V_{SENSE_R1}，以及第二感测电阻器615R（R_S2）以感测右侧电流支路616R的第二电压V_{SENSE_R2}。V_{SENSE_R1}处的电压由流过第一感测电阻器615L（R_S1）的电流产生，并且V_{SENSE_R2}处的电压由流过第二感测电阻器615R（R_S2）的电流产生。

图6A的模拟分流电路610A也被示为包括计算设备610B。然而，在一些实施例中，计算设备610B可以与微控制器结合使用或者被微控制器替代，如下面参考图6B所讨论的。计算设备610B被配置为比较第一感测电压V_{SENSE_R1}和第二感测电压V_{SENSE_R2}，以确定设定电压V_SET。如果第一感测电压V_{SENSE_R1}低于第二感测电压V_{SENSE_R2}，则计算设备610B被配置成增加设定电压V_SET。如果第一感测电压V_{SENSE_R1}大于第二感测电压V_{SENSE_R2}，则计算设备610B被配置成降低设定电压V_SET。

在特定的示例性实施例中，计算设备610B包括运算放大器612、在承载设定电压V_SET的位置和地之间的电容器614、以及与电容器614并联放置的下方电阻器R_LOWER（用作电容器614的放电电阻器）。附加地，上方电阻器R_UPPER与电阻器R_LOWER和电容器614两者串联放置。下面讨论上方电阻器R_UPPER的优点。

第一感测电压V_{SENSE_R1}和第二感测电压V_{SENSE_R2}被馈送到运算放大器612。计算设备610B可以被配置成通过从第二感测电压V_{SENSE_R2}中减去第一感测电压V_{SENSE_R1}来比较第一感测电压V_{SENSE_R1}和第二感测电压V_{SENSE_R2}。当运算放大器612处于调节（in regulation）时，计算设备610B可以被配置成将第一感测电压V_{SENSE_R1}与第二感测电压V_{SENSE_R2}的差转换到充电电流中。该充电电流用于给电容器614充电，从而当第一感测电压V_{SENSE_R1}小于第二感测电压V_{SENSE_R2}时，增加设定电压V_SET。计算设备610B可以被配置成将第一感测电压V_{SENSE_R1}与第二感测电压V_{SENSE_R2}的差转换到放电电阻器R_LOWER中。当第一感测电压V_{SENSE_R1}大于第二感测电压V_{SENSE_R2}时，放电电阻器R_LOWER降低设定电压V_SET。

因此，如果第一感测电压V_{SENSE_R1}高于第二感测电压V_{SENSE_R2}，则计算设备610B可以降低设定电压V_SET，这进而降低向左侧电流支路616L供电的第一栅极电压V_GATE1。因此，当运算放大器612处于调节时，第一感测电压V_{SENSE_R1}近似等于第二感测电压V_{SENSE_R2}。因此，在稳态期间，左侧电流支路616L的电流与右侧电流支路616R的电流的比率等于第二感测电阻器615R（R_S2）的值与第一感测电阻器615L（R_S1）的值的比率。

因此，当第一感测电阻器615L（R_S1）的值等于第二感测电阻器615R（R_S2）的值时，流过第一感测电阻器615L（R_S1）的电流等于流过第二感测电阻器615R（R_S2）的电流，混合驱动电路600将电流分成两个相等的部分（假设由辅助电路（诸如源电压生成）汲取的电流可以忽略不计）。应当注意，如本领域普通技术人员将理解的以及如上文所述，图6A所示的计算设备610B只是许多可能实施例中的一个。

继续参考图6A，在各种实施例中，设定电压V_SET被提供给压控电流源。该压控电流源可以用附加的运算放大器611来实施。附加运算放大器611然后提供第一栅极电压V_GATE1。第一栅极电压V_GATE1向第一晶体管613L提供输入，第一晶体管613L在第一支路线路619L上提供驱动电流源I_L。第一晶体管613L可以是例如常规的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。在特定的示例性实施例中，第一晶体管613L可以是n沟道MOSFET。如本领域技术人员可认识到的，第一晶体管613L可以是本领域已知的任何类型的开关器件。

继续这个实施例，第二晶体管613R在第二支路线路619R上提供驱动电流源I_R。如同第一晶体管613L，第二晶体管613R也可以包括常规的MOSFET或相关的器件类型。在特定的示例性实施例中，第二晶体管613R是n沟道MOSFET。第二晶体管613R可以仅在左侧电流支路616L处于调节时导通。第二栅极电压V_GATE2允许电流流过第二晶体管613R。

第二栅极电压V_GATE2可以被馈送到分路调节器617的参考（REF）输入端。例如，在一个示例性实施例中，分路调节器617具有2.5 V的内部参考电压。当分路调节器617的REF节点处施加的电压大于2.5 V时，分路调节器617被配置为吸收大电流。当分路调节器617的REF节点处施加的电压小于或等于约2.5 V时，分路调节器617可以吸收小的静态电流。如本领域普通技术人员所知，分路调节器617可以包括齐纳二极管。

大的吸收电流将第二晶体管613R的栅极电压拉低至低于其阈值电压的水平，这可以关断第二晶体管613R。在一些情况下，分路调节器617可能无法将阴极拉得比REF节点下方的二极管的正向电压V_f更高。因此，第二晶体管613R可以具有高于2.5 V的阈值电压。可替代地，可以使用具有较低内部参考电压（诸如例如，1.24 V）的分路调节器。

电阻R_UPPER 的优点

如上所述，并继续参考图6A所示的计算设备610B，上方电阻器R_UPPER与电阻器R_LOWER和电容器614两者串联放置。通常，计算设备610B（或下文参照图6B描述的微控制器）对0 V至10 V模拟信号做出反应，并根据算法改变LED阵列631、633、635的R/G/B颜色的比例。为了使光随着输入电流改变颜色，需要感测电流，并且需要将信号重新路由到0 V-10 V输入。

在现有技术的混合驱动电路中，V_{SENSE_R1}信号被馈送到微控制器或其他类型的计算设备。然而，在没有电阻器R_UPPER的情况下，在现有技术电路中，在内部模数转换器（ADC）的输入动态范围和感测电阻器R_S1和R_S2中的功耗之间存在折衷。

如在图6A的混合驱动电路600中所示，电阻器R_UPPER的引入改善了感测电阻器的动态范围和功耗之间的前述折衷。电阻器R_UPPER被插入到（耦合到V_SET的）MOSFET的源极端子和（与电容器614并联的）电阻器R_LOWER之间。两个电阻器R_UPPER和R_LOWER的组合形成电阻分压器。该电路的一个原始功能是确保平衡态下等于V_{SENSE_R1}和V_{SENSE_R2}的量V_SET仍然被满足。然而，增加电阻R_UPPER的附加优点是，V_{SENSE_AMPLIFIED}处的电压现在是V_SET处电压的放大版本。该放大极大地改善了ADC的输入信号范围，而不会增加感测电阻R_S1和R_S2的功耗。

例如，V_SET的放大采取以下形式：

因此，放大因子为：

在特定的示例性实施例中，假设目标峰值电流是1安培（A）。R_S1和R_S2可以各自被选择为0.47欧姆（Ω），因此给出0.47 V的峰值电压。（因为I x R = V，在本示例中，1 A x0.47 Ω= 0.47 V）。为了增加这个电压，可以选择R_UPPER的值为例如3.3 kΩ，并且可以选择R_LOWER为例如2.2 kΩ。因此，放大因子为（1+3.3 kΩ/2.2 kΩ）=2.5。因此，在这个示例中，V_{SENSE_AMPLIFIED}的值= 2.5· (V_SET）。

这些值仅作为示例提供，使得本领域普通技术人员在阅读和理解本文提供的信息后，将因此更全面地领会所公开的主题。根据给定电路的具体参数和期望，可以选择各种其他值。

继续参考图6A，混合驱动电路600包括多路复用器阵列620，其被配置为将三个LED阵列631、633、635中的两个电耦合到第一支路线路619L和第二支路线路619R，从而提供由模拟分流电路610A创建的两个电流源I_L、I_R。在示例性实施例中，多路复用器阵列620包括多个开关器件621、623、625、627。尽管示出了四个开关器件，但是多路复用器阵列620可以包括更多或更少的开关。在特定的示例性实施例中，开关器件621、623、625、627包括MOSFET晶体管或本领域已知的类似类型的开关器件。多路复用器阵列620被配置为将电流I_L和I_R基本上同时传导到LED多色阵列630的两种颜色中。

在操作上，用于RGB调整的混合驱动电路600使用模拟分流电路610A来基本上同时驱动三个LED阵列631、633、635中的两种颜色。混合驱动电路600然后用三个LED阵列631、633、635中的第三（剩余）颜色覆盖PWM时间分片。

在同时驱动两种颜色时，创建虚拟色点。电流I_L和I_R之间的比率可以预先确定。例如，电流之间的比率可以是1∶1或稍微不同，以使效率最大化。然而，可以使用任何比率。使用三个LED阵列631、633、635的三种颜色（例如使用本文描述的降饱和RGB LED），可以创建三个虚拟色点（R-G、R-B、G-B）。由三个虚拟色点（R-G、R-B、G-B）形成的三角形定义了本文公开的混合驱动主题的色域。在各种示例性实施例中，可以包括一种或多种原色R/G/B（第四或更高色点）来用于混合。

现在参考图6B，微控制器650可以与计算设备610B结合使用，或者可以使用微控制器650来代替计算设备610B。例如，微控制器650可以用比上述模拟电路潜在地更少的PCB资源来执行复杂的信号处理。技术人员将认识到，其他类型的设备可以与微控制器650相同或相似地操作。下文描述一些这样的设备。

在该特定实施例中，微控制器650接收输入信号，并且可以执行图6A的开关器件621、627（第一和第四开关）的操作（S1和S4的操作）。在实施例中，微控制器650被配置成通过感测（感测电压输入651处的）V_{SENSE_R1}和例如微控制器650所在的板的温度来监控输入电流的绝对值。例如，利用耦合到微控制器650的负温度系数（NTC）输入655的NTC电阻器（热敏电阻，未示出）来感测温度。感测电压输入651和NTC输入655处的这两个读数V_{SENSE_R1}可以用于补偿LED阵列631、633、635中由于驱动电流和温度引起的潜在颜色偏移。0 V至10 V输入可以用作控制输入653。如本文所述，微控制器650可以映射到CCT调整曲线。微控制器650将进入的指令（例如，作为发光通量的函数的色温，参见图5）转换成多路复用器阵列620的操作。具体地，微控制器650可以在第一输出657处提供第一输出信号I_L，以控制开关S1，并且在第二输出659处提供第二输出信号I_R，以控制开关S4。

如上所述，输入电流经由感测电阻器R_S1被感测，并被转换成电压V_{SENSE_R1}。电压的放大版本V_{SENSE_AMPLIFIED}被馈送到计算设备610B（参见图6A）或微控制器650（参见图6B）。微控制器650存储数字化的CCT对电流的曲线。数字化的CCT对电流的曲线可以以技术人员已知的多种方式建立，并存储在软件（例如，在微控制器650内）、固件（例如，EEPROM）或硬件（例如，现场可编程门阵列（FPGA））中。这些指令然后可以选择对应于所感测的电流水平的CCT。在最简单的形式中，最大电流可以被硬编码在微控制器650中，并且与最大色温（例如3500K）相关。

在各种实施例中，计算设备610B和/或微控制器650可以被配置成通过具有例如特殊校准模式来自动调节图5的CCT对电流的曲线500。例如，如果微控制器650以特殊顺序进行电力循环（例如，长的和短的上电/下电循环的组合），则它可以进入校准模式。当处于这种校准模式时，用户（例如，在工厂的校准技术人员或高级终端用户）被要求在驱动器输出的最小和最大水平之间改变驱动器输出电流。如上所述，微控制器650然后将这两个值存储在例如内部存储器中（存储到微控制器650或微控制器650所在的板）。内部存储器可以采取多种形式，包括例如电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、相变存储器（PCM）、闪存或本领域已知的各种其他类型的非易失性存储器设备。

现在参考图7，示出了根据所公开的主题的各种示例性实施例的提供LED光源的调暗变暖操作的方法700的示例。方法700描述了使用例如图6A的混合驱动电路来用于LED多色阵列630的调暗变暖操作。所示的示例性操作使得LED多色阵列630中的各个阵列能够被组合，以从图4的单个控制设备产生给定发光信号水平的期望色温。所接收的发光信号水平由单通道驱动器电路403（例如，其可以包括图6A的LED驱动器601）读取。发光信号水平然后可以用于校准例如如上所述的计算设备610B和/或微控制器650。

继续参考图7，在操作701，方法700经由模拟分流电路将输入电流分成第一电流I_L和第二电流I_R。在操作703，在周期的第一部分期间，经由多路复用器阵列620，基本上同时地，将第一电流提供给LED多色阵列630的三种颜色中的第一种，并将第二电流提供给LED多色阵列630的三种颜色中的第二种。在操作705，在该周期的第二部分期间，经由多路复用器阵列620，基本上同时地，第一电流被提供给LED多色阵列630的三种颜色中的第二种，并且第二电流被提供给LED多色阵列630的三种颜色中的第三种。在操作707，在该周期的第三部分期间，经由多路复用器阵列，基本上同时地，第一电流被提供给LED多色阵列630的三种颜色中的第一种，并且第二电流被提供给LED多色阵列630的三种颜色中的第三种。

在方法700中，向LED多色阵列630中的不同阵列对提供第一电流和第二电流可以使用脉宽调制（PWM）时间分片而发生，以向LED多色阵列630的三种颜色中的第三种提供驱动电流。在各种实施例中，三种颜色的LED中的第一种、三种颜色的LED中的第二种和三种颜色的LED中的第三种的组合之间的PWM可以基本相等。在各种实施例中，取决于LED的期望驱动特性，PWM可以不同。

在阅读和理解所公开的主题后，本领域普通技术人员将认识到，该方法可以应用于传统的RGB颜色的LED或者降饱和的RGB颜色的LED。技术人员还将认识到，可以使用附加的或更少颜色的LED。

在各种实施例中，所描述的部件中的许多可以包括被配置成实施本文公开的功能的一个或多个模块。在一些实施例中，这些模块可以构成软件模块（例如，存储在或以其他方式体现在机器可读介质或传输介质中的代码）、硬件模块或其任何合适的组合。“硬件模块”是能够执行特定操作并解释特定信号的有形（例如，非暂时性）物理部件（例如，一组一个或多个微处理器或其他基于硬件的设备）。一个或多个模块可以以某种物理方式配置或布置。在各种实施例中，一个或多个微处理器或其一个或多个硬件模块可以由软件（例如，应用程序或其一部分）配置为硬件模块，该硬件模块操作以执行本文针对该模块描述的操作。

在一些示例实施例中，硬件模块可以例如机械地或电子地或通过其任何合适的组合来实施。例如，硬件模块可以包括永久配置成执行某些操作的专用电路或逻辑。硬件模块可以是专用处理器或包括专用处理器，诸如现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC）。硬件模块还可以包括由软件临时配置来执行某些操作的可编程逻辑或电路，诸如解释有限状态机内的各种状态和转换。作为示例，硬件模块可以包括包含在CPU或其他可编程处理器内的软件。将理解，机械地、电气地、以专用且永久配置的电路、或者以临时配置的电路（例如，由软件配置）来实施硬件模块的决定可以由成本和时间考虑来驱动。

以上描述包括体现所公开的主题的说明性示例、设备、系统和方法。在说明书中，出于解释的目的，阐述了许多特定细节，以便提供对所公开的主题的各种实施例的理解。然而，对于本领域普通技术人员来说将显然的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本主题的各种实施例。此外，没有详细示出公知的结构、材料和技术，以免模糊各种所示实施例。

如本文所使用的，术语“或”可以以包含性或排他性的意义来解释。此外，本领域普通技术人员在阅读和理解所提供的公开内容后将理解其他实施例。此外，在阅读和理解本文提供的公开内容后，本领域普通技术人员将容易理解，本文提供的技术和示例的各种组合都可以应用于各种组合中。

尽管单独讨论了各种实施例，但是这些单独的实施例并不旨在被认为是独立的技术或设计。如上所指示，各个部分中的每一个都可以是相互关联的，并且每一个都可以单独使用或者与其他类型的电气控制设备（例如调光器和相关设备）组合使用。因此，尽管已经描述了方法、操作和过程的各种实施例，但是这些方法、操作和过程可以单独使用或者以各种组合使用。

因此，对于本领域普通技术人员来说，在阅读和理解本文提供的公开内容后，显而易见的是，可以进行许多修改和变化。除了本文列举的那些方法和设备之外，通过前文描述，本公开范围内的功能等同的方法和设备对于技术人员来说将是显而易见的。一些实施例的部分和特征可以被包括在其他实施例的部分和特征中，或者替代其他实施例的部分和特征。这种修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。因此，本公开仅受所附权利要求的条款以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围的限制。还应当理解，本文使用的术语仅是出于描述特定的实施例的目的，而非旨在进行限制。

提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术公开的性质。提交摘要是基于这样的理解：它将不用于解释或限制权利要求。此外，在前文的具体实施方式中，可以看出，出于简化本公开的目的，各种特征可以在单个实施例中组合在一起。这种公开方法不应被解释为限制权利要求。因此，下面的权利要求由此被结合到具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独的实施例。

Claims (21)

1.一种混合驱动电路，包括：

分流电路，具有开关器件，所述开关器件被配置为控制支路中的电流；和

多路复用器阵列，包括在第一端子处耦合到所述支路并被配置为在第二端子处耦合到多色发光二极管（LED）阵列的可单独控制的开关，所述开关的数量大于所述支路的数量，使得所述开关的第一端子中的至少两个耦合到相同支路，所述开关中的至少两个的第二端子耦合在一起，所述混合驱动电路被配置为通过控制所述支路中的电流来基于所接收的发光信号水平调节所述多色LED阵列的色温和相应的发光通量。

2.根据权利要求1所述的混合驱动电路，其中所述混合驱动电路被配置为基于所接收的发光信号水平同时调节所述多色LED阵列的色温和相应的发光通量。

3.根据权利要求1所述的混合驱动电路，还包括耦合到电压调节器的LED驱动器，所述电压调节器为所述多色LED阵列提供电压信号，所述LED驱动器和所述电压调节器的组合提供稳定电流作为所述分流电路的输入。

4.根据权利要求3所述的混合驱动电路，其中所述分流电路是将所述稳定电流分成所述支路上的相等电流的驱动电路。

5.根据权利要求3所述的混合驱动电路，其中所述分流电路是将所述稳定电流分成所述支路上的不相等电流的驱动电路，所述不相等电流不能通过接通所述多色LED阵列的单色LED阵列的组合来生成。

6.根据权利要求1所述的混合驱动电路，其中每个支路包括感测电阻器，以感测由流过所述支路中的感测电阻器的电流产生的电压。

7.根据权利要求6所述的混合驱动电路，其中所述分流电路还包括计算设备，所述计算设备被配置成比较所感测的电压，以在所比较的感测电压不同的情况下通过调节设定电压来确定所述设定电压。

8.根据权利要求7所述的混合驱动电路，其中所述计算设备被配置为根据所述感测电压的相对幅值来调节所述设定电压，使得如果所述感测电压中的第一个大于所述感测电压中的第二个，则所述设定电压增加，并且如果所述感测电压中的第一个小于所述感测电压中的第二个，则所述设定电压减小。

9.根据权利要求7所述的混合驱动电路，其中：

所述计算设备包括：运算放大器，具有被提供所述感测电压的输入端；计算设备开关器件，具有控制端子，所述运算放大器的输出端耦合到所述控制端子；电容器，在地和承载所述设定电压的位置之间；放电电阻器，与所述电容器并联；和另一电阻器，与所述放电电阻器和所述电容器串联，所述计算设备开关器件的一个端子耦合到电源，并且所述计算设备开关器件的另一端子与所述另一电阻器耦合，所述另一电阻器和所述放电电阻器形成电阻分压器，并且

所述运算放大器被配置为根据所述感测电压的相对幅值，将所述感测电压之间的差转换到充电电流中以对所述电容器充电，从而增加所述设定电压，或者转换到所述放电电阻器中以降低所述设定电压。

10.根据权利要求9所述的混合驱动电路，其中所述混合驱动电路还包括：

压控电流源，所述压控电流源包括另一运算放大器，所述运算放大器具有被提供所述设定电压的输入端、与第一感测开关器件的控制端子耦合的输出端、以及通过控制电阻器被提供所述感测电压的第一感测电压的另一输入端，所述另一输入端通过所述控制电阻器耦合到所述第一感测开关器件的另一端子，所述控制电阻器通过第一感测电阻器耦合到地，所述第一感测开关器件被配置为经由另外的端子提供第一电流，以及

第二感测开关器件，具有耦合到所述另一运算放大器的输出端的控制端子、通过第二感测电阻器耦合到地的第一端子、以及被配置为提供多个电流中的第二电流的第二端子，在所述第二感测开关器件的第一端子处提供所述感测电压中的第二感测电压。

11.根据权利要求10所述的混合驱动电路，其中所述第二感测开关器件的控制端子耦合到分路调节器的参考输入端。

12.根据权利要求1所述的混合驱动电路，其中：

所述开关中的第一开关的第一端子耦合到所述支路中的第一支路，并且所述开关中的第一开关的第二端子被配置为耦合到所述多色LED阵列中的第一单色LED阵列，

所述开关中的第二开关的第一端子耦合到所述支路中的第一支路，所述开关中的第三开关的第一端子耦合到所述支路中的第二支路，并且所述开关中的第二开关的第二端子和所述开关中的第三开关的第二端子被配置为耦合到所述多色LED阵列中的第二单色LED阵列，并且

所述开关中的第四开关的第一端子耦合到所述支路中的第二支路，并且所述开关中的第四开关的第二端子被配置为耦合到所述多色LED阵列中的第三单色LED阵列。

13.根据权利要求12所述的混合驱动电路，还包括：

LED驱动器，耦合到电压调节器，所述电压调节器为所述多色LED阵列提供电压信号，所述LED驱动器和所述电压调节器的组合提供稳定电流作为所述分流电路的输入，

其中所述分流电路是将稳定电流分成所述支路上的不相等电流的驱动电路，所述不相等电流不能通过接通所述第一、第二和第三单色LED阵列的组合来生成，以及

选择所述不相等电流的比率以最大化所述第一、第二和第三单色LED阵列的效率。

14.根据权利要求1所述的混合驱动电路，其中所述混合驱动电路还被配置为驱动所述开关以基本上同时在每个所述第二端子处提供电流。

15.根据权利要求1所述的混合驱动电路，其中所述混合驱动电路还被配置为使用脉宽调制（PWM）时间分片信号来驱动所述开关，以经由所述第二端子中的所选择的第二端子来提供电流。

16.一种混合驱动电路，包括：

分流电路，具有被配置为控制支路中的电流的开关器件、耦合在地和所述开关器件的第一端子之间的感测电阻器，每个感测电阻器被配置为提供由流过所述感测电阻器的电流产生的感测电压；

多路复用器阵列，包括在第一端子处耦合到所述支路并被配置为在第二端子处耦合到多色发光二极管（LED）阵列的可单独控制的开关；和

微控制器，所述感测电压中的至少一个被提供给所述微控制器，所述微控制器被配置成将所述感测电压中的至少一个映射到相关色温（CCT）,并控制所述开关中的至少一些来控制通过所述多色LED阵列的驱动电流并设定所述多色LED阵列的色温。

17.根据权利要求16所述的混合驱动电路，还包括负温度系数（NTC）电阻器，所述负温度系数电阻器被配置为提供电路板的温度的指示，所述微控制器被设置在所述电路板上，所述指示被提供给所述微控制器，所述微控制器被配置为补偿由于所述驱动电流和所述温度引起的所述多色LED阵列中的颜色偏移。

18.根据权利要求16所述的混合驱动电路，还包括放大电路，所述放大电路被配置为放大所述感测电压中的至少一个并且与所述微控制器耦合，以向所述微控制器提供放大之后的所述感测电压中的至少一个。

19.根据权利要求16所述的混合驱动电路，其中所述微控制器被配置为在正常模式下操作以控制所述开关中的至少一些，并且在校准模式下操作以调节所述感测电压中的至少一个到所述CCT的映射。

20.根据权利要求19所述的混合驱动电路，其中所述微控制器被配置为通过以特定顺序对所述微控制器进行电力循环来进入所述校准模式，所述特定顺序包括长的和短的上电和下电循环的组合。

21.一种驱动多色发光二极管（LED）阵列的方法，所述方法包括：

接收发光信号水平；

基于所述发光信号水平控制多个开关器件中的电流；以及

启动耦合到所述开关器件和所述多色LED阵列的不同单色LED阵列的开关，以基本上同时调节所述多色LED阵列的色温和相应的发光通量，使得所述开关中的至少两个耦合到相同的开关器件，并且所述开关中的至少两个不同的开关耦合到相同的单色LED阵列。

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