TW201008380A - Circuit for dimming a lamp and related method - Google Patents

Description

201008380 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種燈之調光用的電路及相關的方法。 家庭照明用的LED燈已逐漸取代現有的白熾燈。LEDs 甚至可達到白熾燈之大約27 5 0K大小的色溫，此種色溫對 觀看者而言很敏感》然而，在直至8000k(所謂”天空白” 彩色）爲止的較冷的色溫中LED-燈可提供特殊的優點。 以電子方式來對LEDs進行調光是無問題的。然而，色 〇 溫的改變是與高的電性調整耗費有關。此種耗費會妨礙顧 客的接受度而使燈的價格提高。 【先前技術】 現有的解決方式是藉由多個單色的LEDs來調整該燈 的彩色位置。例如，通常使用RGB或RGBW(R :紅色，G ·· 綠色，B:藍色，W:白色）形式的LED-組合。由於各別的 不同彩色之LEDs之不同的特性，則需要一種複雜、昂貴而 不易調整（三個各別調整）的控制器，以依據該燈的亮度來 〇 選取色溫。此外，不同的LEDs之不同的老化特性決定了該 燈之彩色位置的偏移。 【發明内容】 本發明的目的是避免上述的缺點且特別是提供一種 燈，其色溫隨著功率的減小（例如，在調光時發生）而向較 溫暖的色溫偏移，類似於白熾燈。 上述目的依據申請專利範圍獨立項之特徵來達成。本 發明有利的其它形式描述在申請專利範圍各附屬項中。 201008380 爲了達成本發明的目的，本發明提供一種燈之調 的電路，包括至少二個發光單元，以及 -具有一控制單元，以基於一輸入信號來設定亮度 溫； -其中基於該輸入信號且依據該控制單元可控制 二個發光單元。 於此，燈之調光是指調整該燈之參數，特別是調 燈之亮度（亮或暗）。此外，藉由調光來調整該燈之彩 〇 置或色溫。因此，藉由亮度的改變可調整該色溫。例 有利的是在亮度增加時可將色溫調高（例如，8000K)且 調整出一種“冷白”光。 此處所預設的方式允許將亮度和色溫饋入至一種 中，即，此二種參數的調整可有利地藉由該輸入信號 成。至少二個發光單元之發射特性的變換是由該控制 依據已儲存之（例如，特徵線形式的）亮度和色溫之參 線來達成。於此，對每一發光單元可各別地儲存著參 © 線的至少一部份（例如，色溫的部份）。 特別是至少二個發光單元可具有不同的色溫，使 的色溫可依據亮度而適當地調整，其中特別是可隨著 之增加而將色溫調高，且隨著亮度減小而將色溫調低 因此，在小的亮度時該燈可調整出一種可被使用 受的色溫（舒適光）。此種服務直覺上可依據該輸入信 達成。特別是該燈的使用者不必另外依據該燈的亮度 定不同的色溫。 本發明的另一形式是，發光單元包括一 LED或 光用 和色 至少 整該 色位 如， 因此 通道 來達 單元 數曲 數曲 該燈 亮度 〇 者接 號來 來設 LED- 201008380 模組。 每一LED-模組中設有多個LEDs，特別是不同彩色的 LEDs。 特別是相同或同形式的LEDs及/或相同或類似的發光 材料可用在發光單元中。於是，可有效地對抗老化，即， 有效地對抗色溫的不同的變化。 另一形式是，該控制單元可藉由該輸入信號以依據每 一發光單元之彩色調整用的特徵線和調光-特徵線來控制 〇 至少二個發光單元。 該控制單元特別是包括一種微控制器，其可存取所儲 存的値（例如，特徵線的値）且依據每一發光單元之輸入信 號而發出一種可藉由一條或多條特徵線或所儲存的値所求 出的亮度値。藉由至少二個發光單元之間不同的控制方 式，則可依據使用者所期望的燈亮度來調整所期望的色溫。 例如，該調光-特性可依據該輸入信號來提供第一値， 且每一發光單元依據第一値且依據該發光單元所特定的色 Ο 溫-特徵線而求出第二値。因此，第一値藉由多個色溫-特 徵線而處理成多個第二値（針對每一發光單元有一適當的 値），且這些第二値用來控制各別的發光單元。 此處須指出，該控制單元可存取已儲存的稱爲特徵線 的値且依據已儲存的値而映射（mapping)至其它不同的値。 目前，特徵線是指可用來繼續處理或控制各發光單元之已 被儲存的値。各特徵線亦可與取出的値相結合，即，可儲 存一種規則或功能，據此可對一輸入値來求出一輸出値。 在此種情況下，多個値或値對（pair)之預先儲存已不需要。 201008380 另一形式是，該控制單元包括一種彩色調整器，其依 據一種藉由感測器來測得之測量値而控制至少二個發光單 元。 特別是在該彩色調整器中進行亮度和色溫的處理。例 如，藉由該輸入信號可預設至少一額定値且依據該感測器 而提供至少一實際値。該彩色調整器進行一種額定-實際-比較且對各發光單元進行調整，使實際値廣泛地與額定値 相等。目前，此種針對額定値的調整可連續地或不連續地 〇 (即，在可預定的時間點重複）進行。 較佳是依據該輸入信號而將一種額定亮度或額定-色 溫施加至該彩色調整器。這可由該控制單元以下述方式來 達成：藉由一種彩色調整用的特徵線而使該輸入信號設有 一種額定-色溫，且藉由一種調光-特性而使該輸入信號設 有一種額定-亮度。該感測器可適當地提供該色溫及/或亮 度所需的實際値。 特別是有另一種形式，其中該控制單元可依據該輸入 〇 信號來決定亮度和色溫。 亦存在另一形式，其中該控制單元依據該輸入信號來 決定亮度，且依據特徵線或已儲存的値來決定色溫。 此處須指出，特徵線在該控制單元中儲存成已儲存的 値，該控制單元較佳是以一種具有記憶體的微控制器來構 成》 又，另有一種形式，其中設有驅動器以控制至少二個 發光單元。 在另外的一種形式中，可隨著燈的亮度的增加來將色 201008380 溫調整成較高。 最後的另一種形式中，可隨著燈的亮度的減少來將色 溫調整成較低。 有一種佈置的方式是，設有一種暖-白色的發光單元和 一種冷-白色的發光單元。 例如，設有一個或多個發光單元，特別是LEDs或LED_ 模組，其具有一種介於暖-白和冷-白之間的色溫。這樣所 造成的一種優點在於，所發出的光可較佳地依據一種所謂 〇 普朗克（Planck)-曲線來調整。藉由該色溫及/或亮度之使 用，則所發出的光保持在靠近該普朗克-曲線處且因此較自 然。與普朗克-曲線不同的光通常被感測成彩色光。 上述目的藉由一種燈的控制方法來達成，該燈包括至 少二個發光單元，其中 -依據一輸入信號來求出該燈之亮度和色溫； -依據所求出的亮度和色溫來控制至少二個發光單元。 另一種實施形式是，依據至少一特徵線來求出該亮度 〇 和色溫，其中特別是每一發光單元中分別設有一種用來調 整色溫的特徵線。 此處須指出，特徵線可與所儲存的値或暫時儲存的値 及/或功能上可測得的値之每一種形式有關。 另一種佈置形式是，該輸入信號是一種調光信號。 該調光信號較佳是一種信號，該燈之一使用者可藉此 —信號來調整該燈之亮度。 又，另一種佈置形式是，藉由一感測器來偵測該燈的 色溫及/或亮度以及依據已偵測的色溫及/或已偵測的亮度 201008380 來進行至少二個發光單元的調整。 同理，在色溫和亮度用之可依據該輸入信號而預設之 値、以及該色溫和亮度用之由該感測器所提供的實際値之 間進行一種額定-實際-比較。因此，依據此處所述的方法， 可對應於一種額定-預設値來進行一種連續的或不連續的 調整以對至少二個發光單元進行調整。 以下將依據圖式來說明本發明的實施例。 【實施方式】 Ο 例如，由“二個LEDs (LED1和LED2)—起組構在一種 燈中”來作爲開始。LED1是一種色溫（CCT)爲2000K之暖-白的LED，且LED2是一種色溫（CCT)爲8 000K之冷-白的 LED。 以下將假設暖-白之LED之相對效率相較於冷-白之 LED的相對效率是50 % (例如，這是與所使用的發光材料之 效率上的不利因素有關）。 家用的調光器提供一種調整維度，其在以下的說明中 〇 稱爲調整器狀態。藉由此種調整器狀態，則可對該燈所發 出的光量產生一種成比例的調整。同時’在使光量減小時 應使色溫下降。例如，在全部的光功率下當光量小於20% 時該色溫由6500K下降至2500K° 第1圖中例如顯示以下的特徵線： -特徵線101，其顯示該暖-白之LED1所發出之光量與 該調整器狀態之關係； -特徵線104，其顯示該冷-白之LED2所發出之光量與 該調整器狀態之關係； 201008380 -特徵線103，其顯示該燈（包括LED 1和LED 2)所發出 之光量與該調整器狀態之關係； -特徵線102,其顯示該燈的色溫（CCT)與該調整器狀態 的關係。 所發出的光量103以近似線性的方式而與該調整器狀 態相關聯。 依據DIN EN 609 29，亮度調整用的另一特徵線（亮度之 對數相對於調整器狀態之關係）顯示在第2圖中。第2圖包 〇 括以下的特徵線： -特徵線201，其顯示該暖-白之LED1所發出之光量與 該調整器狀態之關係； -特徵線204，其顯示該冷-白之LED2所發出之光量與 該調整器狀態之關係； -特徵線202，其顯示該燈（包括LED1和LED2)所發出 之光量與該調整器狀態之關係； -特徵線203,其顯示該燈的色溫（CCT)與該調整器狀態 〇 的關係。 第2圖中以對數値來對LED之功率或光量進行標度 (scale)。以線性標度來對色溫進行標度。 冷-白的LED 2之特徵線和暖-白的LED1之特徵線可以 電子方式來繪示。只要使用相同的LED-晶片，則各別之 LEDs之不同的老化之補償已不需要。所使用之不同的發光 材料較佳是具有老化穩定性。 因此，主動地監視該色溫已成爲不需要。在所示的例 子中，色溫可調整至大約6500K至2500K之範圍中。 201008380 除了上述二個特徵線以外，其它的特徵線亦是可能 的。特別是可將光量與色溫之間的關係調整至一廣大的範 圍中。 白熾燈只可操作至3200Κ(鹵素燈）。可各別地預設：是 否藉由此處所預設的條件以期望色溫隨著光量而較強地或 微弱地下降。亦可進行相對應的調整或設定。 此處所顯示的優點在於，在全部的功率時以全部的功 率來操作二個LEDs且因此可有效率地使用該燈。 〇 此處須指出，可使用多個LEDs。例如，目前使用二個 LEDs。於此，亦可設有LED·模組，其分別具有多於一個的 LED且多個此種模組可互相組合。特別是多個各別的LEDs 可形成一種冷-白的LED-模組或暖-白的LED·模組。此外， 該燈可包括至少二個LEDs或一個或更多之LED-模組。 依據所期望的調整範圍，不同的特徵線可用於各別的 LEDs (LED 1或LED2)中。在低的色溫時，可有效率地使用 這些LEDs，其色溫與該燈之實際的有效色溫相隔不遠。 〇 電路例子 第3圖顯示一種未具備彩色處理系統（CMS)之調光。一 種調光信號DIM由微處理器301所接收且藉由一已儲存的 特徵線302(請比較EN 60929:2004 E.4.3.7)來轉換。此調光 特徵線302較佳是以對數形式或以拋物線形式（y = x2)而儲 存著。 微處理器301因此產生多個信號以控制LED-驅動器 303和LED-驅動器304。此LED-驅動器303控制一暖-白之 LED305且該LED-控制器304控制一冷-白之LED306。 -10- 201008380 LED-驅動器303及/或304可構成電路調整器，例如， 可構成低設定器、高設定器、反向變換器、Sepic、Cuk、 截止變換器或線性調整器。 LED-驅動器303,304之輸出電流較佳是直接與該輸入 信號成比例，該輸入信號由微處理器301所提供。電流的 平均値可藉由可變的電流調整器來調整。另一方式是，亦 可在不同的電流位準之間（來回）切換。於此，一種電流位 準較佳是0A且另一電流位準是Imax。 G 此二個切換的電流位準（例如，0A和Imax)之間的時間 比決定了流經各別之LED的平均電流強度。此處，使用一 種脈波寬度調變方法來調整LEDs 305，306之亮度。 微處理器301和LED驅動器303, 304是經由一種切換 式電源307來供應電流。 第4圖顯示一種以彩色處理系統來進行之調光。除了 第3圖之描述以外，此處設有一微控制器401，其具有一彩 色調整器409。

〇 此外，第4圖顯示一驅動器403，其控制一紅色LED 406 ;—驅動器404，其控制一綠色LED 407 ;以及一驅動 器4 05，其控制一藍色LED 408。各驅動器403至405以及 微處理器401是由一種切換式電源411來供應電流。 微處理器401包括一調光-特徵線40 2，其是由一種調 光信號DIM來控制。此外，可由外部來對一種色溫CCT進 行調整。該調光信號DIM藉由微控制器來轉換成一種亮度 信號BRI且供應至彩色調整器409。此外，對該彩色調整 器4 09施加一種可由外部來調整的色溫CCT。 -11- 201008380 彩色調整器409特別是在使用不同的LED-晶片彩色時 可補償LED-容許度。彩色調整器409是與一種感測器410 相組合，其中由該感測器410所提供的測量値是由該彩色 調整器409來控制。須配置該感測器410，以便可測量由 LEDs 406至408所發出的光。 該彩色調整器4 09依據該感測器410而求出實際的光 的彩色且決定一與預設値CCT的差値而予以補償。同樣， 可求出一與亮度信號BRI之差値且予以補償。 〇 此種彩色系統包括彩色調整器409和感測器410,因此 需要高的成本。例如，微控制器須具備效率，且對LED·驅 動器的要求較高。此外，較佳是藉由結構來確保儘可能少 的環境光由外部入射至該感測器上且因此可避免錯誤的測 量。 第5圖顯示了色溫的有效率的調整的一種方式，其在 未具備彩色處理系統時進行。 第5圖包括一種具有調光-特徵線501之微控制器 ® 501，其中一調光-信號DIM設定在該微控制器501上且依 據CCT-特徵線而分解成暖-白的LED 507用之信號、以及 依據CCT-特徵線5 04而分解成冷-白的LED 508用的信號。 微控制器501因此將其輸出信號經由驅動器505而傳送至 該LED 507且經由驅動器506而傳送至該LED 508。驅動器 505，5 06以及微處理器501藉由一種切換式電源5 09來提 供電流。 因此，藉由調光-特徵線5 02且藉由另二個特徵線503 和504來處理該調光信號DIM。此二個特徵線503和504 -12- 201008380 決定了總光量中暖-白的LED 507和冷-白的LED 508之光 量。於是，CIE-xy-圖中位於該二個LED-彩色之彩色位置之 間的全部的中間彩色可依據調光信號DIM之所期望的亮度 來調整。 藉由特徵線的形式，則可由該諷光信號DIM來決定特 性（例如，色溫）且予以調整。亦可藉由適當地選取特徵線 5 03，5 04來決定：是否儘可能應以能量有效地或成本有效 地來產生該二個LEDs 507, 508之總光量。 ❹ 第6圖考慮了色溫的調整且以彩色處理系統來進行。 除了第5圖之說明以外，此處設有一微處理器601，其具有 一彩色調整器604，由一感測器605來對該彩色調整器604 提供一已接收的信號（例如，亮度及/或色溫）。 此外，第6圖中的微處理器601包括一特徵線602(用 來調整色溫）和一調光-特徵線603。依據一調光信號DIM， 該微控制器可依據特徵線602和603來求出一種色溫CCT 和亮度 BRI，其繼續在該彩色調整器中處理成紅色LED © 609,綠色LED 6 10和藍色LED 611用之輸出信號。LEDs 609 至611藉由驅動器606至608來控制。各驅動器606至608 以及微控制器60 1是由切換式電源6 1 2來提供電流。 彩色處理系統包括彩色調整器604和該感測器605且 可直接求出及評估一種色溫。另一方面，可依據該調光信 號之特性線602來導出一種額定-色溫。同理，該彩色調整 器604可調整實際的色溫，使額定-預設値（幾乎）等於實際-値。此種調整可重複地自動進行。這同樣適用於亮度，其 額定-値同樣可由調光信號DIM依據調光-特性線603來求 -13- 201008380 出且依據該彩色調整器604而自動地考慮由該感測器605 所提供的亮度値（實際値）來調整。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示包含二個LEDs之燈的特徵線，其特別是與 依據調整器狀態而得之色溫和亮度有關。 第2圖顯示包含二個LEDs之燈的特徵線，其一部份以 對數來標度且特別是與依據調整器狀態而得之色溫和亮度 有關。 〇 第3圖顯示一種未具備彩色處理系統之調光。 第4圖顯示一種以彩色處理系統來進行之調光。 第5圖是考慮了色溫的調整但未具備彩色處理系統時 之調光。 第6圖是考慮了色溫的調整且具備彩色處理系統時之 調光。 【主要元件符號說明】 101 > 201 特性線：暖-白的LED之光量和調整器狀態 的關係圖 102 、 203 特性線：燈之色溫和調整器狀態的關係圖 103 、 202 特性線：燈的光量和調整器狀態的關係圖 104 ' 204 特性線：冷-白的LED之光量和調整器狀態 的關係圖 301 ' 401 > 501 ' 601 微控制器 302 、 402 、 502 、 603 調光-特性 303-304 ' 403-405 ' LED-驅動器 505-506 ' 606-608 -14- 201008380 305、 507 LED(暖-白） 306、 508 LED(冷-白） 307、 411 、 509 、 612 切換式電源 406、 609 LED(紅） 407、 610 LED(綠） 408、 611 LED(藍） 409 ' 604 彩色調整器 410、 605 感測器 503 LED 507之CCT特徵線 504 LED 508之CCT特徵線 602 用來調整色溫之特徵線 ❹ -15-

Claims (1)

1. 201008380 七、申請專利範圍： 1·—種燈之調光用的電路，包括至少二個發光單元（5〇7， 508)，以及 -具有一控制單元（501)，以基於一輸入信號（DIM)來設定 亮度和色溫； -基於該輸入信號（DIM) ’該控制單元可控制該至少二個 發光單元（507，508)。 2. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該發光單元（507， 〇 508)包括一個LED或一個LED-模組。 3. 如申請專利範圍第1或2項之電路，其中該控制單元（501) 可藉由該輸入信號以依據一調光·特性線（502)且依據一 特徵線來控制該至少二個發光單元（507, 508)以對每一發 光單元進行彩色調整（503，5 04)。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電路，其中該控 制單元（601)包括一彩色調整器（604)，其依據一藉由感測 器（605)所測得之測量値來控制至少二個發光單元（609， Θ 610 ， 611)。 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之電路，其中該控 制單元（601)依據該輸人信號（DIM)來決定亮度和I色溫。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之電路，其中該控 制單元（601)依據該輸入信號（DIM)來決定亮度且依據特 徵線或所儲存的値來決定該色溫。 7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之電路，其中設有 該驅動器（505，506)，其用來控制至少二個發光單元 (507 ， 508) » -16- 201008380 8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之電路，其中可隨 著該燈之亮度的增加而將色溫調整成較高。 9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之電路，其中可隨 著該燈之亮度的下降而將色溫調整成較低。 10.如申請專利範圍第1至9項中任一項之電路，其中設有 —暖-白的發光單元（507)和一冷-白的發光單元（508)。 1 1 ·一種燈之控制方法，該燈包括至少二個發光單元（507， 508)，此控制方法的特徵爲： 〇 -依據一輸入信號（DIM)來求出該燈之亮度和色溫； -依據所求出的亮度和色溫來控制該至少二個發光單元 (507 ， 508) ° 12·如申請專利範圍第11項之控制方法，其中依據至少一特 徵線來求出該亮度和該色溫，特別是每一發光單元的每 一特徵線都是用來調整該色溫》 13.如申請專利範圍第11或12項之控制方法，其中該輸入 信號是一種調光信號。 ® 14.如申請專利範圍第11至13項中任一項之控制方法，其 中 -藉由感測器（605)來偵測該燈之色溫及/或亮度，以及 -依據所偵測出的色溫及/或亮度來對該至少二個發光單 元進行調整（604)。 -17-