CN1989786A - 固态照明单元的温度优先颜色控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制照明系统光输出的系统(100)。系统(100)包括光混合电路(116)和控制器(108)，所述光混合电路包括多个设置成提供混合光输出(102)并与温度感测装置一起固定在散热器(202)上的光源，所述控制器接收来自校准矩阵(104)的设定值(110)并产生光混合电路(116)的驱动信号(120，122)。所述控制器(108)包括重新调整单元(118)，所述重新调整单元设置为测量驱动信号(120，122)的功率并且当所述功率超过预定功率阈值时重新调整所述驱动信号(120，122)，所述控制器设置为接收散热器温度信号(206)并由散热器温度信号计算结温，并且所述控制器(108)产生作为结温函数的驱动信号(120，122)。

Description

固态照明单元的温度优先颜色控制系统
技术领域
本发明涉及固态照明(SSL)单元的温度优先颜色控制系统。特别的，本发明涉及控制SSL单元例如LED发光体的结温、输出颜色和输出亮度。
背景技术
众所周知，当LED的运行温度或者特别是结温超过某阈值温度时，LED被永久破坏并因而不能发光。因此当设计SSL单元时，热设计一般必须防止SSL单元的多个LED在正常运行状态下超过该阈值。
国际专利申请号为WO 02/47438公开了一种LED发光体系统，其包括通过利用LED光源的热模型和输入LED光源的电流来估算结温的装置。因为LED光源的特性随温度变化，所以对应于要求的白光的LED光源色度坐标在结温的基础上估算。LED光源的输出亮度随结温的变化呈指数变化，并且峰值波长随结温的变化而呈线性变化。当LED所发射光的峰值波长变化时，LED光源的色度坐标也变化。从而当LED的结温变化时，从LED发光体获得的混合光色度坐标与目标光不同。因此LED发光体系统包括利用结温估算来维持目标光的控制器。
另外一篇在SID 00 Digest中发表标题为“Light outputfeedback solution for RGB LED backlight application”的文章被认为是最接近的现有技术，其公开了改变LED阵列驱动电流占空因数(定义为ON时间脉冲宽度和总脉冲宽度周期的比值)从而保证输出色度恒定的负载控制器(duty controller)，并且定义了灵敏度矩阵，该矩阵为传感器输出对LED占空因数驱动电流的传递函数。
然而上面引用的文献都没有评估每一个可控参数即颜色设定值、输出亮度和结温的重要性。就是说，对接收器而言怎样最佳维持SSL单元输出光的总体质量。
发明内容
本发明的一个目的在于提供根据温度测量控制SSL单元中光源输出光的系统，该温度影响SSL单元的色度坐标和输出亮度。
本发明的又一目的在于提供防止SSL单元中光源过热的系统本发明的另一个目的在于提供一种系统，该系统在输出亮度之前优先控制色度坐标设定值，并且SSL单元中多个LED结温优先于色度坐标和/或输出亮度。
通过下面详细的描述将使得上述目的连同许多其它目的及其优点和特征变得清晰，本发明第一方面通过控制照明系统光输出的系统而获得上述目的和优点，该系统包括：校准矩阵，设置为把要求的颜色和亮度转换成设定值；光混合电路，包括多个设置为提供混合光输出的光源；控制器，与所述校准矩阵耦合并设置为接收所述设定值，与所述光混合电路耦合并适合于产生所述光混合电路的驱动信号，并且所述控制器包括设置为测量所述驱动信号和当所述驱动信号超过预定信号阈值时重新调整所述驱动信号的重新调整单元。根据本发明第一方面的系统特征在于所述光混合电路还包括温度感测装置，该装置设置为测量支持所述多个光源的散热器温度，并适合于产生散热器温度信号，并且特征在于所述控制器还包括计算单元，该计算单元设置为接收所述散热器温度信号并由所述散热器温度信号计算所述多个光源每一个的结温，并且适合于产生作为所述结温函数的所述驱动信号。
根据本发明第一方面的光混合电路还包括光感测装置，该光感测装置设置为测量混合光输出的照明参数并产生测量信号。此外，控制器可设置为接收所述测量信号，并适合于在所述设定值和所述测量信号之间比较的基础上附加地产生驱动信号。
根据本发明第一方面的系统可保证，无论何时混合光输出的颜色与设定值中要求的颜色不同，控制器都通过调整驱动电流来补偿。但是，当驱动电流超过预定功率的最大值时，整个设定值被重新调整。因此，混合光输出的颜色优先于混合光输出要求的亮度级，因此将眼睛对混合光输出变化的感知降到最小，因为人眼对颜色变化比对亮度变化更敏感。
此外，根据本发明第一方面的系统可保证，光源结温优先于混合光输出以限制光源达到其临界温度，而尽可能长的时间维持色度优先于亮度的要求的输出光。
根据本发明第一方面的计算单元还可设置为把结温转递到校准矩阵。校准矩阵可通过适当调整设定值来补偿由多个光源中结温变化造成的光谱的变化。而且，校准矩阵可根据多个光源的结温将要求的颜色和亮度传递给设定值。
因此，首先，例如由使用者选择设定值，并使重新调整单元提供光混合电路的驱动信号，其次，由于结温潜在的变化造成输出光亮度和颜色变化，校准单元修订设定值，第三，如果修订的设定值造成控制器要求来自重新调整单元的驱动信号高于信号阈值例如占空因数的最大值，那么重新调整单元通过重新调整设定值使输出光颜色优先于输出光亮度。
上述目的、优点和特征连同许多其它目的、优点和特征将通过下面的详细描述而清晰，其可根据本发明第二方面通过照明系统获得，该照明系统包括根据本发明第一方面的用于控制光输出的系统。
附图说明
本发明上面的连同其它目的、优点和特征将通过下面对本发明优选实施例的解释性但非限制性详细描述而得到更好的理解，参照附图，其中：图1表示现有技术的系统，该系统通过颜色检测控制混合光输出；图2表示根据本发明第一实施例系统，该系统通过结温检测控制混合光输出；图3表示根据本发明第二实施例的系统，该系统通过颜色和结温检测控制混合光输出；以及图4表示根据本发明第三实施例的系统，该系统通过颜色和结温感测来控制混合光输出并且包括温度阈值单元。
具体实施方式
在下面各种实施例的说明中，参照了现有技术的附图。在不偏离本发明的范围内进行结构和功能上的改变而得到的其它具体形式也是可以理解的。
图1表示整体以标记数字100表示的现有技术系统，该系统100控制混合光输出102。系统100包括用于把混合光输出102需要的颜色和亮度转换成设定值的校准矩阵104，该设定值决定了要混合的颜色波长结构以及要混合的颜色相对于彼此的色率。需要的颜色和亮度例如由使用者作为色度坐标和亮度输入，该输入在图1中以箭头106直观表示。对于混合光输出的每一个要求的颜色和亮度，在校准矩阵104中都提供相应的设定值。
设定值一般由一个或多个颜色信号限定，例如红色、绿色和蓝色，这些信号每一个限定整个驱动信号的颜色(波长)和比率(占空因数)。
设定值被转递到由标记数字108整体表示的控制器。设定值的转递在附图1中以箭头110直观表示。控制器108包括补偿单元112，该补偿单元设置为接收来自校准矩阵104的设定值110和来自光混合电路116的光测量信号114。
补偿单元112比较设定值和光测量信号114并产生用于驱动光混合电路116中的驱动器的初始驱动信号。驱动信号被转递到重新调整单元118，这在图1中以箭头120直观表示。重新调整单元118测量初始驱动信号120以确定驱动信号120是否超过预定信号阈值，例如占空因数(“导通”周期和脉冲宽度总周期调制信号的比率)或振幅。也就是说，当初始驱动信号120包括红、绿和蓝光驱动元件时，每一个驱动元件被测量以保证没有一个元件超过预定的阈值。
重新调整单元118转递最终的驱动信号给光混合电路116中的驱动器，最终驱动信号在图1中以箭头122直观表示。
光混合电路116设置为产生混合光输出102并包括多个并联和/或串联驱动的LED光源。多个LED光源可包括有机或无机LED、荧光光源或者事实上这些光源的任何组合。
图2表示整体由标记数字200表示的系统，该系统200控制混合光输出102。应当注意，参照附图1说明的系统100中的与系统200中的元件相同的元件，在图2中用相同的标记数字标注。
光混合电路116的多个LED光源安装在包括温度传感器的散热器202上，该传感器产生散热器温度信号，所述信号被转递给计算单元，在图2中以箭头206直观表示。
校准矩阵104设置为接收散热器温度信号206并利用信号206计算光混合电路116中的多个LED光源的结温。校准矩阵104产生结温信号，该结温信号被转递给补偿单元102和校准矩阵，这一点以箭头208直观表示。
补偿单元112利用结温信号208来校正设定值110。也就是说，当散热器温度改变时，驱动混合电路116中多个LED光源的要求就改变，因此设定值110为这些影响作补偿。设定值110可以以许多方法补偿，而有利的，设定值110通过乘以温度补偿因子来补偿，该因子由结温信号208确定。结温因子的大小可处在零与无穷大之间但一般处于零和二之间并且通常接近于一。
校准矩阵104利用结温信号208来调整设定值110，以解决因多个LED光源结温的变化而造成的光谱改变。一般地，LED光输出趋向于随着结温升高而下降，因此需要增加驱动功率来维持混合光输出102要求的颜色和亮度。
因此，补偿单元112在补偿设定值110的基础上产生初始驱动信号120。如果驱动要求超过预定阈值，那么重新调整单元118将重新调整初始驱动信号。
相似的，如上所述并参考附图1，重新调整单元118设置为接收初始驱动信号120并保证初始驱动信号不超过预定阈值。
如果初始驱动信号120超过阈值，那么重新调整单元118通过重新调整因子重新调整所有驱动元件以保证没有驱动元件超过阈值而维持驱动信号的驱动元件之间的比率。此外，重新调整单元118把重新调整因子信号124转递给校准矩阵104以使校准矩阵104重新调整设定值。
例如，如果初始驱动信号120是包括三个独立的颜色成分信号(例如红、绿和蓝)的脉冲宽度调制电路驱动信号，并且阈值是占空因数值，例如95％、90％、85％、80％或者更低，那么，当其中一个颜色成分信号要求调整以获得需要的混合光输出，并因此造成要求的占空因数值高于95％的所述其中一个颜色成分信号时，重新调整单元118以相同的重新调整因子按照下面方法重新调整所有三个颜色成分信号，即：所述其中一个颜色成分信号得到低于95％的占空因数，其它颜色成分信号进行相似的重新调整。该重新调整将明显的降低混合光输出的亮度，然而如前所述，人的眼睛对颜色变化比对亮度变化更敏感，因此维持颜色优先于维持亮度。
如果散热器温度以及为此结温升高，那么补偿单元112以温度补偿因子乘以设定值110从而提高初始驱动信号120的要求功率(或者占空因数，视情况而定)。然而，如果初始驱动信号120超过预定阈值，那么重新调整单元118将重新调整初始驱动信号120，从而保证混合光输出102要求的颜色优先于混合光输出102要求的亮度。
图3表示整体以标记数字300表示的系统，该系统300根据混合光输出102要求的颜色控制混合光输出102以及光混合电路116中多个LED光源的散热器温度。和前面一样，系统100、200和300中的相同元件在图3中以相同的标记数字表示。
光混合电路116包括具备光感测装置(例如光电二极管或者晶体管)的传感器单元。传感器单元产生通量测量信号，该信号被转递到补偿单元112，这一点以箭头302直观表示。
系统300中的计算单元204设置为接收散热器信号206并利用信号206来计算光混合电路106中的多个LED光源的结温。计算单元404还设置为在计算的结温基础上产生结温信号208。结温信号208被转递给校准矩阵104和温度参考机制单元406。
温度参考机制单元304包括产生混合光输出102中的每个颜色的多个结温的颜色和亮度参考，该单元304提供了结温信号208到通量信号306的转换，通量信号306被温度参考机制单元304转递给补偿单元112。
如果传感器单元中光感测装置的温度变化，那么光感测装置的灵敏度也变化。这些变化可通过在光混合电路116中进行另外的温度测量而在温度参考机制单元304中得到解决。
补偿单元112设置为接收通量测量信号302(当前状态)和通量信号306(参考)，并比较通量测量信号302与所述通量信号306以建立不同的通量补偿因子并将通量补偿因子乘以设定值(112)。补偿单元112在该相乘基础上产生初始驱动信号120，并把初始驱动信号120转递给重新调整单元118。
如参照图1到图2的说明，重新调整单元118设置为接收初始驱动信号120并确定初始驱动信号120是否超过预定阈值。无论何时初始驱动信号120超过预定阈值，初始驱动信号120都通过重新调整单元118被重新调整，此外，重新调整单元118把重新调整因子信号124转递给校准矩阵104，其又使用重新调整因子信号124来重新调整校准矩阵104的设定值。因为当任何初始驱动信号120的任何成分超过预定阈值时重新调整单元118都能主动地降低驱动信号122的功率(或占空因数，视情况而定)，因此重新调整单元118使颜色优先于亮度。
根据本发明第二个实施例的校准矩阵104对于生成混合光输出102所使用的每一种颜色包括设定值的数据对比结温。校准单元104设置为接收结温信号208并利用该信号来根据结温变化调整设定值110，这造成混合光输出102的光谱变化。
图4表示整体以标记数字400表示的系统，该系统400控制混合输出光102以及温度引发的混合输出光102中颜色的光谱变化。和前面一样，系统100、200、300和400中相同元件在图4中以相同标记数字表示。
系统400包括参照附图3说明的系统300的所有元件，并且还包括温度阈值单元412，该温度阈值单元设置为接收结温信号208以确定多个LED光源中任何一个的结温是否接近于不可接受的水平。
如果温度阈值单元412确定多个LED光源中任何一个的结温高于温度阈值，那么单元412把在图4中以箭头414直观表示的指令信号转递到校准矩阵104。指令信号414命令校准矩阵104减小混合光输出102的需要亮度。因此温度阈值单元412使结温优先于需要的亮度。

Claims (16)

1.一种控制照明系统光输出的系统(100)，包括：校准矩阵(104)，设置为把需要的颜色和亮度转换成设定值(110)；光混合电路(116)，包括多个设置为提供混合光输出(102)的光源；控制器(108)，与所述校准矩阵(104)耦合并设置为接收所述设定值(110)，与所述光混合电路(116)耦合并适合于为所述光混合电路(116)产生驱动信号(120，122)，并且所述控制器(108)包括重新调整单元(118)，所述重新调整单元设置为测量所述驱动信号(120，122)并当所述驱动信号(120)超过预定信号阈值时重新调整所述驱动信号(120，122)，其特征在于所述光混合电路(116)还包括温度感测装置，该温度感测装置设置为测量支持所述多个光源的散热器(202)的温度，并适合于产生散热器温度信号(206)，并且特征在于所述控制器(108)还包括计算单元(204)，该计算单元设置为接收所述散热器温度信号(206)并由所述散热器温度信号计算所述多个光源中每一个光源的结温，并且适合于产生作为所述结温函数的所述驱动信号(120，122)。
2.根据权利要求1的系统，其中所述计算单元(204)适合于产生结温信号(208)。
3.根据权利要求2的系统，其中所述控制器(108)还包括补偿单元(112)，所述补偿单元设置为接收所述设定值(110)和接收所述结温信号(208)，并且适合于在所述设定值(112)相对于所述结温信号(114)温度补偿的基础上产生初始驱动信号(120)并把所述初始驱动信号(120)转递给所述重新调整单元(118)。
4.根据权利要求3的系统，其中所述温度补偿包括计算温度补偿因子和将所述设定值(110)与所述温度补偿因子相乘。
5.根据权利要求4的系统，其中所述温度补偿因子处在0和2之间的范围内。
6.根据权利要求2到5中任何一个的系统，其中所述校准矩阵(104)设置为接收所述结温信号(208)，并适合于根据所述结温信号(208)调整所述设定值(110)。
7.根据权利要求1到6中任何一个的系统，其中所述光混合电路还包括光敏传感器，该光敏传感器设置为测量所述混合光输出(102)的通量并产生通量测量信号(302)。
8.根据权利要求7的系统，其中所述补偿单元(112)设置为接收所述通量测量信号(302)，并适合于产生所述驱动信号(120，122)，另外，所述驱动信号是在所述设定值(112)相对于所述通量测量信号(302)的通量补偿的基础上产生的。
9.根据权利要求8的系统，其中所述通量补偿包括计算通量补偿因子并将所述设定值(110)与所述通量补偿因子相乘。
10.根据权利要求9的系统，其中所述通量补偿因子处在0和2之间的范围内。
11.根据权利要求1到10中任何一个的系统，其中当所述驱动信号(120)超过所述预定信号阈值时，所述重新调整单元(118)还设置为以重新调整因子(124)重新调整所述校准矩阵(104)中的所述设定值(110)。
12.根据权利要求1到11中任何一个的系统，其中所述控制器(108)还包括温度参考机制单元(304)，该温度参考机制单元设置为接收所述结温信号(208)并适合于基于所述结温信号(208)产生通量信号(306)，并把所述通量信号(306)转递给所述补偿单元(112)。
13.根据权利要求12的系统，其中所述补偿单元(112)适合于产生初始驱动信号(120)，在所述通量测量信号(302)和所述通量信号(306)的比较建立差别通量补偿因子并将所述设定值(112)与所述通量补偿因子相乘的基础上产生所述驱动信号。
14.根据权利要求1到13中任何一个的系统，还包括温度阈值单元(412)，该温度阈值单元设置为接收所述结温信号(208)，并适合于确定所述多个光源中的任何一个的结温是否高于预定温度阈值以及当超过所述预定温度阈值时产生指令信号(414)给所述校准矩阵(104)。
15.根据权利要求14的系统，其中所述校准矩阵(104)在收到所述指令信号(414)时减小所述设定值(110)。
16.一种照明系统，包括根据权利要求1到15中任何一个的用于控制光的系统。
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