TW201603637A - 相關色溫控制系統與方法 - Google Patents

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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

一種用於LED照明系統的LED光源相關色溫控制系統，該LED照明系統具有至少兩個LED光源，且這兩個LED光源具有不同的相關色溫。此至少兩個LED光源之不同相關色溫相結合，以使LED照明系統具有結合的相關色溫。此至少兩個LED光源之光通量相結合，以使LED照明系統具有結合的光通量。其中，提供一供電電流給每個LED光源，相關色溫控制系統包括一個控制器，用於獨立控制每個供電電流之工作週期和振幅其中之一或者二者。藉由控制器調節每個供電電流之工作週期或振幅以使其中一供電電流之工作週期或振幅與至少另一該供電電流之工作週期或振幅呈非線性關係，據以在LED照明系統處於具有期望的結合光通量時產生該LED照明系統生成所需的結合相關色溫。還提供一種相關聯之方法。

Description

相關色溫控制系統與方法
本發明係有關於LED照明系統之相關色溫控制系統和控制LED照明系統之相關色溫之方法，具體而言，該LED照明系統包括兩個或多個具有不同相關色溫之LED光源。
隨著科技的發展，行動電話、個人筆記型電腦或平板等電子系統已經成為了生活中必備之工具，而這些電子系統內部儲存的資訊如通訊錄、相片等日異增加，已然具有相當個人化的特點。因此，為避免重要資訊遭到遺失或是盜用等情況，在電子系統搭載指紋辨識裝置已蔚為趨勢。
一盞由多個LED組成之燈具之發光強度（亮度）由所有LED發出之總光通量決定。為了展現出燈具之平穩且連續的亮度控制，需調整單個LED發出的光通量。可透過改變振幅位準或工作週期脈衝，或者是透過同時改變流過LED之電流的振幅位準和工作週期脈衝來調整每個LED之光通量。
在電氣照明市場上，具有較寬範圍可調節相關色溫之燈具為極具價值的產品。具有這一特徵之燈具通常允許相關色溫從較低數值到較高數值進行連續改變，如從2000K（暖白光）到5000K（冷白光）。為實現這一目標，所述燈具必須包含至少具有2種不同相關色溫值之光源。以LED燈具為例，該產品可採用一組具有低相關色溫值（如，2000K）的LED陣列及一組具有高相關色溫值（如，5000K）的LED陣列。如需2000K的光，只需開啟該組相關色溫值為2000K之LED。如需5000K的光，只需開啟該組相關色溫值為5000K之LED。如需相關色溫在2000K至5000K之間的光，則兩組LED均需開啟，以使該燈具發出之整體結合燈光正是所需的相關色溫值。
例如，在Miao (8,159,125 B2 4/2012) [2]提出之方法中，藉由控制各組LED陣列發出之光的比例，將所述兩組LED陣列發出之光線混合來提供期望的相關色溫。在這一方法中，基於以下公式來控制整體燈光之相關色溫（CCT）：  CCT燈光 = CCT低 * W + CCT高 * (1−W),（公式1）
其中，CCT低 是具有較低的LED之相關色溫值，CCT高 是具有較高的 LED之相關色溫值，W是實現對相關色溫值進行調節的權重因子。在這裡，W之範圍在0至1之間，即，0 ＜ W ＜ 1。
在Jonsson (20120146505) [3]提出之方法中，用反向並聯之方法設置兩組LED陣列，其中一組LED陣列之陽極與另一組LED陣列之陰極相連，反之亦然。流經一個方向之電流開啟第一組LED陣列，而流經反方向之電流開啟第二組LED陣列。驅動動作可交替重複。控制器通過調整流經2個LED陣列之交流電之工作週期D來管理對相關色溫之控制，以控制照明裝置之色溫和/或亮度。使用該方法控制燈光之相關色溫可以數學公式表示為： CCT燈光 = CCT低 * D + CCT高 * (1−D),（公式2） 其中， 0 ＜ D ＜ 1。
然而，實際上LED發出的光通量之相關色溫(CCT)可隨著很多因素而發生變化，包括各個LED之結面溫度以及流經LED之電流振幅。因此，使用先前調節亮度之方法，在調節亮度之過程中，LED光通量之相關色溫總是會發生不希望得到的變化。在亮度調節過程中，相關色溫之變化可能非常大，也可能不大。電燈之相關色溫值與理想相關色溫值偏差在±200K以內通常為容許誤差。表1給出了ANSI標準C78.377(美國國家標準學會之《固態照明産品色品規範》，2008年)中的必要設定。
如上所述，Miao(US 8,159,125 B2)和Jonsson (US20120146505 A1)提出的相關色溫控制方法皆基於兩個以上的LED元件陣列之相關色溫之間的簡單線性關係。因此，使用這些方法（以下稱為“線性方法”）實現的相關色溫（CCT）整體控制非常不準確。採用這些先前方法導致的誤差很大，尤其是需要寬範圍調光和相關色溫控制之場合。圖1為一張圖表，其顯示出與控制LED照明系統之整體相關色溫的先前方法相關的誤差，其中該LED照明系統包含具有兩種不同相關色溫值之LED。從圖1中可以明顯看出，使用該線性方法之期望的相關色溫控制(CCTM(desired) _)與LED照明系統之實際試驗的相關色溫值(CCTM( experimental ) _)之間存在偏差。當所需的相關色溫值較高（4000K）時，誤差尤為明顯。
本發明之一個目標在於克服或改善至少一個先前技術的缺點，或者是，提供一種實用的替代方案。
在第一方面，本發明提供一種用於LED照明系統的相關色溫控制系統，該LED照明系統具有至少兩個LED光源，此至少兩個LED光源具有不同的相關色溫。此至少兩個LED光源之不同相關色溫相結合，以使LED照明系統具有結合的相關色溫。此至少兩個LED光源之光通量相結合，以使LED照明系統具有結合的光通量。其中，提供一個供電電流給每個LED光源。相關色溫控制系統包括一個控制器，用於獨立控制每個供電電流之工作週期和振幅其中之一或者二者。藉由控制器調節每個供電電流之工作週期或振幅，以使其中一供電電流之工作週期或振幅與至少另一個供電電流之工作週期或振幅呈非線性關係，據以在LED照明系統具有期望的結合光通量時，產生該LED照明系統之期望的結合相關色溫。
在一個實施例中，該非線性關係考慮每個LED對LED照明系統之結合相關色溫之熱效應。
在一個實施例中，該非線性關係考慮該一個或多個LED光源之一個或多個下列特徵：所述相關色溫、光通量、結面溫度以及其他LED光源之所述熱效應。
在一個實施例中，該LED光源安裝在一個或多個散熱器上，而且非線性關係考慮一個或多個散熱器之熱阻。
在一個實施例中，非線性關係由以下方程式定義：
其中：CCTM 為LED照明系統之結合相關色溫；CCT1 為第一個LED光源之相關色溫；CCTn 為第n個LED光源之相關色溫；CCTn 為第n個LED光源之相關色溫；ϕn 為第n個LED光源之平均光通量。
在一個實施例中，該LED照明系統具有一個暖白光LED光源和冷白光LED光源，而非線性關係由下列方程式定義：
其中：CCTM 是LED照明系統之結合相關色溫；CCTW 為暖白光LED光源之相關色溫；CCTC 為冷白光LED光源之相關色溫；ϕW 為暖白光LED光源之平均光通量；ϕC 為冷白光LED光源之平均光通量。
在一個實施例中，一個或多個LED光源之平均光通量為各自LED光源之工作週期比率的函數。
在一個實施例中，一個或多個LED光源之平均光通量為一個或多個常值參數之函數。在一個實施例中，該一個或多個常值參數是由測量取得。
在一個實施例中，該一個或多個LED光源之相關色溫為各自LED光源之總工作週期比率的函數。
在一個實施例中，該一個或多個LED光源之所述相關色溫為各個LED光源之最小相關色溫和最大相關色溫的函數，而最小相關色溫和最大相關色溫為各個LED光源之總工作週期比率的函數。
在一個實施例中，該一個或多個LED光源之相關色溫為各個LED光源總工作週期比率之多項式函數。
在一個實施例中，該控制器包括一個數字解算器，用於根據該非線性關係計算所需的每個供電電流之工作週期或振幅，以便在LED照明系統處於該期望的結合光通量下提供期望的結合相關色溫。
在一個實施例中，根據該非線性關係，在一個查詢表中列出提供各個混合相關色溫和混合光通量所需的每個供電電流之所述工作週期或振幅。控制器從查詢表中選擇所需的每個供電電流之該工作週期或振幅，以便在LED照明系統處於該期望的結合光通量下提供期望的結合相關色溫。
在一個實施例中，每個供電電流之所述振幅是不變的。
在一個實施例中，控制器為每個供電電流產生一個單獨的脈寬調變信號。
在一個實施例中，相關色溫控制系統包括一個用於每個供電電流的金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）驅動器。該金屬氧化物半導體場效電晶體驅動器接收上述脈寬調變信號並根據該脈寬調變信號調制該供電電流。在一個實施例中，每個金屬氧化物半導體場效電晶體驅動器包括MOSFET開關，用於調變該供電電流。
在一個實施例中，該相關色溫控制系統包括一個結合相關色溫設置模組，用於從使用者處接收LED照明系統之使用者定義的結合相關色溫，並基於使用者定義之結合相關色溫來設置所需的結合相關色溫。
在一個實施例中，如果該使用者定義的結合相關色溫高於該LED照明系統的最大結合相關色溫，則期望的結合相關色溫設置為最大結合相關色溫值；如果該使用者定義結結合相關色溫低於該LED照明系統的最小結合相關色溫，則期望的結合相關色溫設置為最小結合相關色溫值；如果使用者定義的結合相關色溫小於或等於所述最大結合相關色溫值或者大於或等於該最小結合相關色溫值，則期望的結合相關色溫設置為使用者定義的結合相關色溫。
在一個實施例中，該相關色溫控制系統包括一個光感應器，用於測量該結合相關色溫值，如果該結合相關色溫值與期望的結合相關色溫值之差值大於預設的相關色溫公差，則控制器調節一個或多個供電電流之該工作週期或振幅，以致於該結合相關色溫值與期望的結合相關色溫值之差值小於或等於該預設的相關色溫公差。
在一個實施例中，該相關色溫控制系統包括一個結合光通量設置模組，用於從使用者接收LED照明系統之使用者定義之結合光通量並為LED照明系統設置期望的結合光通量。在一個實施例中，如果使用者定義之結合光通量高於該LED照明系統之最大結合光通量，則該期望的結合光通量設置為最大結合光通量；如果使用者定義的結合光通量低於該LED照明系統之最小結合光通量，則期望的結合光通量設置為最小結合光通量；如果使用者定義的結合光通量小於或等於最大結合光通量或者大於或等於最小結合光通量，則期望的結合光通量設置為使用者定義的結合光通量。
在一個實施例中，所述相關色溫控制系統包括一個溫度感應器，用於測量LED光源之結面溫度，如果結面溫度高於LED光源之最大額定結面溫度，則減小齊望的結合光通量。
在一個實施例中，該相關色溫控制系統包括一個照度感測器，用於測量結合光通量，如果結合光通量與期望的結合光通量之差值大於預設的光通量公差，則控制器調節一個或多個供電電流之工作週期或振幅，以致於該結合光通量與期望的結合光通量之差值小於或等於該預設的光通量公差。
在第二方面，本發明提供一種控制LED照明系統相關色溫之方法，其中，該LED照明系統具有至少兩個LED光源，此至少兩個LED光源具有不同的相關色溫；此至少兩個LED光源之不同相關色溫相結合，以使LED照明系統具有結合的相關色溫；此至少兩個LED光源之光通量相結合，以使LED照明系統具有結合的光通量；其中，提供一個供電電流給每個LED光源，該方法包括藉由改變每一該供電電流之工作週期或振幅以使其中一該供電電流之工作週期或振幅與至少另一該供電電流之工作週期或振幅呈非線性關係，來獨立控制每個供電電流之工作週期和振幅其中之一或者二者，據以在LED照明系統具有期望的結合光通量時產生LED照明系統之期望的結合相關色溫。
在一個實施例中，該方法包括在改變每個供電電流之工作週期或振幅時考慮每個LED對該LED照明系統結合相關色溫之熱效應。
在一個實施例中，該方法包括考慮該一個或多個LED光源的一個或多個下列特徵：所述相關色溫、光通量、結面溫度以及在改變每個供電電流之工作週期或振幅時其他LED光源所述之熱效應。
在一個實施例中，該LED光源安裝在一個或多個散熱器上，而且該方法包括在改變每個供電電流之工作週期或振幅時考慮一個或多個散熱器之熱阻。
在一個實施例中，該方法包括利用下列方程式計算所述非線性關係：
其中：CCTM 為LED照明系統之結合相關色溫；CCT1 為第一個LED光源之相關色溫；CCTn 為第n個LED光源之相關色溫；ϕ1 為第一個LED光源之平均光通量；ϕn 為第n個LED光源之平均光通量。
在一個實施例中，該LED照明系統具有一個暖白光LED光源和一個冷白光LED光源，而該方法包括利用下列方程式計算非線性關係：
其中：CCTM 為LED照明系統之結合相關色溫；CCT1 為第一個LED光源之相關色溫；CCTn 為第n個LED光源之相關色溫；ϕ1 為第一個LED光源之平均光通量；ϕn 為第n個LED光源之平均光通量。
在一個實施例中，該方法包括按照各個LED光源之工作週期比率的函數計算該一個或多個LED光源之平均光通量。
在一個實施例中，該方法包括按照一個或多個常值參數之函數計算該一個或多個LED光源之平均光通量。
在一個實施例中，該方法包括通過測量獲得該一個或多個常值參數。
在一個實施例中，該方法包括按照各個LED光源之總工作週期比率的函數計算該一個或多個LED光源之相關色溫。
在一個實施例中，該方法包括按照各個LED光源之最小相關色溫和最大相關色溫之函數計算該一個或多個LED光源之相關色溫，而最小相關色溫和最大相關色溫為各個LED光源之總工作週期比率的函數。
在一個實施例中，該方法包括按照各個LED光源總工作週期比率之多項式函數計算該一個或多個LED光源之相關色溫。
在一個實施例中，該方法包括運用一個數字解算器根據該非線性關係計算所需的每個供電電流之工作週期或振幅，以便在LED照明系統處於該期望的結合光通量下提供期望的結合相關色溫。
在一個實施例中，根據該非線性關係，在一個查詢表中列出提供各個結合相關色溫和結合光通量所需的每個供電電流之工作週期或振幅，該方法包括從該查詢表中選擇所需的每個供電電流之工作週期或振幅，以便在該LED照明系統處於該期望的結合光通量下提供所需的結合相關色溫。
在一個實施例中，該方法包括將每個供電電流之振幅固定為定值。 在一個實施例中，該方法包括為每個供電電流產生一個單獨的脈寬調變信號。
在一個實施例中，該方法包括從使用者處接收LED照明系統之使用者定義的結合相關色溫，並基於使用者定義之結合相關色溫來設置所需的結合相關色溫。
在一個實施例中，如果該使用者定義的結合相關色溫高於該LED照明系統的最大結合相關色溫，則期望的結合相關色溫設置為最大結合相關色溫值；如果該使用者定義結結合相關色溫低於該LED照明系統的最小結合相關色溫，則期望的結合相關色溫設置為最小結合相關色溫值；如果使用者定義的結合相關色溫小於或等於所述最大結合相關色溫值或者大於或等於該最小結合相關色溫值，則期望的結合相關色溫設置為使用者定義的結合相關色溫。
在一個實施例中，該方法包括測量該結合相關色溫值，如果該結合相關色溫值與所需的結合相關色溫值之差值大於預設的相關色溫公差，則改變一個或多個供電電流之工作週期或振幅，以致於該結合相關色溫值與期望的結合相關色溫值之差值小於或等於預設的相關色溫公差。
在一個實施例中，該方法包括從使用者接收LED照明系統之使用者定義之LED照明系統結合光通量並為LED照明系統設置期望的結合光通量。
在一個實施例中，如果使用戶定義之結合光通量高於LED照明系統之最大結合光通量，則期望的結合光通量設置為最大結合光通量；如果使用者定義的結合光通量低於LED照明系統之最小結合光通量，則期望的結合光通量設置為最小結合光通量；如果使用戶定義的結合光通量小於或等於該最大結合光通量或者大於或等於最小結合光通量，則期望的結合光通量設置為使用者定義之結合光通量。
在一個實施例中，該方法包括測量LED光源之結溫。如果該結溫高於LED光源之最大額定結面溫度，則減小期望的結合光通量。
在一個實施例中，該方法包括測量該結合光通量，如果結合光通量與期望的結合光通量之差值大於預設的光通量公差，則改變一個或多個供電電流之工作週期或振幅，以致於該結合光通量與期望的結合光通量之差值小於或等於預設的光通量公差。
本發明之協力廠商面提供一種儲存有一可執行程式之永久性電腦可讀取儲存媒體，其中可執行程式指示一處理器執行上述的一種方法。
本發明不同實施例之進一步特徵在所附加的申請專利範圍中定義。應當認識到，這些特徵可在本發明之不同實施例中以各種組合方式相結合。
在整個說明書和申請專利範圍中，措辭“包括（comprise）”、“包括（comprising）”及其他同類術語應視為具有包含之意義，亦即“包括但不限於”之意，除非另有明確表述或上下文另有明確規定，否則不應被解釋為排他性或窮舉性意義。
參考所附圖示，本發明之較佳實施例提供一種用於LED照明系統2的相關色溫控制系統1，該LED照明系統2具有至少兩個相關色溫不同的LED光源3和4。由於該至少兩個LED光源的不同相關色溫相結合，該LED照明系統具有結合的相關色溫。由於該至少兩個LED光源之光通量相結合，該LED照明系統還具有結合的光通量。提供一供電電流給每個LED光源。該相關色溫控制系統包括控制器5，用於獨立控制每個供電電流之工作週期和振幅其中之一或者二者。藉由控制器5調節每個供電電流之工作週期或振幅，以使其中一該供電電流之工作週期或振幅與至少另一該供電電流之工作週期或振幅呈非線性關係，據以便在LED照明系統具有期望的結合光通量時產生LED照明系統之期望的結合相關色溫。
由於組成該LED照明系統的各個LED光源之各個參數相互結合，因此，在整篇說明書中，術語“結合”（combined）、“混合”（mixed）、“整體”（overall）及類似術語用於描述該LED照明系統的相關色溫（CCT）、光通量及其他參數之整體數值。和術語“期望的”（desired）一樣，本說明書中還使用了術語“設定”（set）和“目標”（target），用於指明某一系統參數之期望設定點。
該非線性關係考慮每個LED對LED照明系統2的結合相關色溫之熱效應。在一些實施例中，該非線性關係考慮一個或多個所述LED光源之一個或多個下列特徵：相關色溫、光通量、結面溫度以及其他LED光源之熱效應。
通常，該LED光源安裝於一個或多個散熱器之上。在這些實例中，所述非線性關係考慮一個或多個所述散熱器之熱阻。
通常，該非線性關係由以下方程式定義：
其中：CCTM 為該LED照明系統之結合相關色溫；CCT1 為第一個該LED光源之相關色溫；CCTn 為第n個該LED光源之相關色溫；ϕ1 為第一個該LED光源之平均光通量；ϕn 為第n個該LED光源之平均光通量。
在一個實施例中，所述LED照明系統2具有一個暖白光LED光源3和一個冷白光LED光源4。在這種情況下，所述非線性關係由以下方程式定義：
其中：CCTM 為該LED照明系統之該結合相關色溫；CCTW 為該暖白光LED光源之相關色溫；CCTC 為該冷白光LED光源之相關色溫；ϕW 為該暖白光LED光源之平均光通量；ϕC 為該冷白光LED光源之平均光通量。
該一個或多個LED光源之平均光通量為各個LED光源之工作週期比率的函數。該一個或多個LED光源之平均光通量亦是一個或多個常值參數之函數。該一個或多個常值參數是由測量取得。將在下文描述這些關係更為詳細的實施例。
該一個或多個LED光源之相關色溫為各個LED光源之總工作週期比率的函數。
在一個實施例中，該一個或多個LED光源之相關色溫為各個LED光源之最小相關色溫和最大相關色溫之函數，而最小相關色溫和最大相關色溫為各個LED光源之總工作週期比率的函數。在另一個實施例中，該一個或多個LED光源之相關色溫為各個LED光源總工作週期比率之多項式函數。
在一個實施例中，控制器5包括一個數字解算器，用於根據該非線性關係計算所需的每個供電電流之工作週期或振幅，以便在LED照明系統處於期望的混合光通量下提供期望的結合相關色溫。
在另一個實施例中，根據該非線性關係，在一個查詢表中提供各個結合相關色溫和結合光通量所需的每個供電電流之工作週期或振幅。在此實施例中，控制器5從查詢表中選擇所需的每個供電電流之工作週期或振幅，以便在LED照明系統處於期望的結合光通量下提供期望的結合相關色溫。
在一些實施例中，每個供電電流之振幅是不變的。因此，通過改變供電電流之工作週期來在LED照明系統處於期望的結合光通量下提供期望的結合相關色溫。
在一個實施例中，控制器5為每個供電電流產生一個單獨的脈寬調變信號。在一個具體實施例中，如圖5所示，相關色溫控制系統1包括一個用於每個供電電流的金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）驅動器6和7。每個金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）驅動器6和7接收相應的脈寬調變信號，並根據此脈寬調變信號調變供電電流。更具體地說，每個金屬氧化物半導體場效電晶體驅動器6和7包括MOSFET開關，用於調變該供電電流。
如圖7和9所示，在一實施例中，相關色溫控制系統1包括一個結合相關色溫設置模組（CCT設定器），用於從使用者接收LED照明系統之一使用者定義的結合相關色溫，並基於使用者定義的結合相關色溫來設置期望的結合相關色溫。
若此使用者定義的結合相關色溫高於LED照明系統之一最大結合相關色溫，則期望的結合相關色溫設置為最大結合相關色溫值。若使用者定義的結合相關色溫低於LED照明系統之一最小結合相關色溫，則期望的結合相關色溫設置為最小混合相關色溫值。然而，若使用者定義的結合相關色溫小於或等於最大結合相關色溫值，或者大於或等於最小結合相關色溫值，則期望的結合相關色溫設置為使用者定義的結合相關色溫。
相關色溫控制系統還可具備內置反饋功能。如圖9所示，相關色溫控制系統1包括一個光感應器，用於測量結合相關色溫值。如果結合相關色溫值與期望的混合相關色溫值的差值大於預設的相關色溫公差，則控制器5調節一個或多個供電電流之工作週期或振幅，以致於結合相關色溫值與期望的結合相關色溫值的差值小於或等於預設的相關色溫公差。
如圖7和9所示，相關色溫控制系統1可包括一個結合光通量設置模組（通量設定器），用於從使用者接收LED照明系統之一使用者定義的結合光通量並為LED照明系統設定期望的結合光通量。該通量設定器（Flux Setter）可單獨使用或與CCT設定器（CCT Setter）結合使用。
若該使用者定義的結合光通量高於LED照明系統之最大結合光通量，則期望的結合光通量設定為最大結合光通量。如果使用者定義的結合光通量低於LED照明系統之最小結合光通量，則期望的結合光通量設置為最小結合光通量。然而，如果使用者定義之結合光通量小於或等於最大結合光通量或者大於或等於最小結合光通量，則期望的結合光通量設置為使用者定義之結合光通量。
如圖9所示，相關色溫控制系統1可包括一個溫度感應器，用於測量LED光源之結面溫度。如果結面溫度高於LED光源之一最大額定結面溫度，則減小期望的結合光通量。相關色溫控制系統還可包括一個照度感測器，用於測量該結合光通量。如果該結合光通量與期望的結合光通量的差值大於預設的光通量公差，則控制器調節一個或多個供電電流之工作週期或振幅，以致於結合光通量與期望的結合光通量之差值小於或等於預設的光通量公差。
上述相關色溫控制系統1可以是一可增加至現有LED照明系統中的模組形式。上述相關色溫控制系統1也可以是LED照明系統之一部分，其中，相關色溫控制系統1為LED照明系統之一個整體部件或可卸部件。
本發明還提供一種控制LED照明系統相關色溫之方法，所述LED照明系統具有至少兩種相關色溫不同的LED光源。一個優選實施例為一種控制LED照明系統2之相關色溫之方法，LED照明系統2具有至少兩個相關色溫不同的LED光源3和4。如上所述，至少兩個LED光源3和4之不同相關色溫相結合，以使LED照明系統1具有結合的相關色溫。至少兩個LED光源3和4之光通量相結合，以使LED照明系統1具有結合的光通量。其中，提供一個供電電流給每個LED光源。該方法之所述較佳實施包括藉由改變每一該供電電流之工作週期或振幅以使其中一該供電電流之工作週期或振幅與至少另一該供電電流之工作週期或振幅呈非線性關係，來獨立控制每個供電電流之工作週期和振幅其中之一或者二者，據以在LED照明系統處於具有一期望的結合光通量時，產生LED照明系統生成期望的結合相關色溫。
此方法包括在改變每個供電電流之工作週期或振幅時考慮每個LED對LED照明系統2之結合相關色溫之熱效應。在一些實施例中，該方法包括當在改變每個供電電流之工作進度或振幅時，考慮該一個或多個LED光源之一個或多個下列特徵：相關色溫、光通量、結面溫以及其他LED光源之熱效應。
在該LED光源安裝在一個或多個散熱器上的情況下，此方法包括當在改變每個供電電流之工作進度或振幅時，考慮一個或多個散熱器之熱阻。
通常，該方法包括利用下列方程式計算該非線性關係：
其中：CCTM 為該LED照明系統之結合相關色溫；CCT1 為第一個該LED光源之相關色溫；CCTn 為第n個該LED光源之相關色溫；ϕ1 為該第一個該LED光源之平均光通量；ϕn 為該第n個該LED光源之平均光通量。
在一個實施例中，該LED照明系統2具有一個暖白光LED光源3和一個冷白光LED光源4。在這種情況下，該方法包括利用下列方程式計算該非線性關係：
其中：CCTM 為該LED照明系統之結合相關色溫；CCTW 為該暖白光LED光源之相關色溫；CCTC 為該冷白光LED光源之相關色溫；ϕW 為該暖白光LED光源之平均光通量；ϕC 為該冷白光LED光源之平均光通量。
該方法包括以一個或多個LED光源之平均光通量和各個LED光源之工作週期比率之間的函數關係來計算。該方法還包括以一個或多個LED光源之平均光通量和一個或多個常量參數之間的函數關係來計算。該方法還包括由測量來獲得一個或多個常值參數。將在下文描述這些關係更為詳細的實施例。
該方法包括以一個或多個LED光源之相關色溫和各個LED光源總工作週期比率之間的函數關係來計算。
在一個實施例中，該方法包括以一個或多個LED光源之相關色溫和各個LED光源之最小相關色溫和最大相關色溫之間的函數來計算，而最小相關色溫和最大相關色溫為各個LED光源總工作週期比率之函數。在另一個實施例中，該方法包括以一個或多個LED光源之的相關色溫和各個LED光源總工作週期比率之間的多項式函數來計算。
在一個實施例中，該方法包括運用一個數字解算器根據該非線性關係計算所需的每個供電電流之工作週期或振幅，以便在LED照明系統處於期望的結合光通量下提供所需的結合相關色溫。
在另一個實施例中，根據該非線性關係，在一個查詢表中列出提供各個結合相關色溫和結合光通量所需的每個供電電流之工作週期或振幅，且該方法包括從該查詢表中選擇所需的每個供電電流之工作週期或振幅，以便在該LED照明系統處於期望的結合光通量下提供所需的結合相關色溫。
在一些實施例中，該方法包括固定每個供電電流之振幅以作為定值。因此，該方法包括改變供電電流之工作週期來在該LED照明系統處於期望的結合光通量下提供期望的結合相關色溫。
在一個實施例中，該方法包括為每個供電電流產生一個單獨的脈寬調變信號。在一個具體實施例中，如上所述，金屬氧化物半導體場效電晶體驅動器6和7用於接收相應的脈寬調變信號，並根據此脈寬調變信號調變相應的供電電流。
在一個實施例中，該方法包括從使用者接收LED照明系統之一使用者定義的結合相關色溫，並基於使用者定義的結合相關色溫來設置期望的結合相關色溫。
若此使用者定義之結合相關色溫高於LED照明系統之一最大結合相關色溫，則期望的結合相關色溫設置為最大結合相關色溫值。若此使用者定義的結合相關色溫低於LED照明系統之一最小結合相關色溫，則期望的結合相關色溫設置為最小結合相關色溫值。然而，若此使用者定義的結合相關色溫小於或等於最大結合相關色溫值，或者大於或等於最小結合相關色溫值，則期望的結合相關色溫設置為此使用者定義的結合相關色溫。
在一個實施例中，該方法包括測量結合相關色溫值，如果該結合相關色溫值與期望的結合相關色溫值的差值大於預設的相關色溫公差，則改變一個或多個供電電流之工作週期或振幅，以致於結合相關色溫值與期望的結合相關色溫值之差值小於或等於預設的相關色溫公差。
在一個實施例中，該方法包括從使用者接收LED照明系統之一使用者定義的結合光通量並為LED照明系統設定期望的結合光通量。
若使用戶定義的結合光通量高於LED照明系統之最大結合光通量，則期望的結合光通量設定為最大結合光通量。如果使用者定義的結合光通量低於LED照明系統之最小結合光通量，則期望的結合光通量設定為最小結合光通量。然而，如果使用者定義的結合光通量小於或等於最大結合光通量或者大於或等於最小結合光通量，則期望的結合光通量設定為使用者定義之結合光通量。
在一個實施例中，該方法包括測量LED光源之結面溫度。如果結面溫度高於LED光源之最大額定結面溫度，則減小期望的結合光通量。該方法還可包括測量結合光通量。如果結合光通量與期望的結合光通量之差值大於預設的光通量公差，則改變一個或多個供電電流之工作週期或振幅，以致於結合光通量與期望的結合光通量之差值小於或等於預設的光通量公差。
本發明還提供一種儲存有一可執行程式之永久性電腦可讀取儲存媒體，其中，此可執行程式指示一處理器執行一種控制LED照明系統相關色溫之方法，如上文描述的諸多方法之實施例。該種儲存有一可執行程式之永久性電腦包括但不限於便攜式記憶體模組，例如快閃記憶體晶片、包含LED照明系統控制器電路之記憶體模組以及伺服器可訪問之記憶體模組（用戶可通過伺服器下載該可執行程式）。
現在將對一個實施例進行更為詳細的技術描述，其中，LED照明系統1具有兩個相關色溫不同的LED光源。具體而言，該LED照明系統為雙色白光LED燈具，其包括一個相關色溫為5000K之冷白光LED光源和一個相關色溫為2700K之暖白光LED光源。必須強調的是，這一特定實施例僅為一實施例，僅出於說明目的對其進行描述，且本發明並不限於這一特定實施例之特徵。本發明適用於具有兩個以上光源且光源為非白光的LED照明系統。
(1) 雙色可變相關色溫白光LED系統之非線性相關色溫函數：（方程式3）
方程式3代表混合（雙色LED燈具所發出的全部光線之相關色溫）之非線性函數，其將各個LED光源之光通量和相關色溫與混合光之光通量和相關色溫相關聯。在這裡，和CCTW 分別是該暖白光LED光源之平均光通量和相關色溫值，而和CCTC 分別是該冷白光LED光源之平均光通量和相關色溫值。與基於方程式（1）或（2）之線性方法（其中，和假設為常數）不同，在這裡，和為操作條件之函數，亦即為，電流、結面溫度以及工作週期D 。這一點很重要，因為實際上，LED光源之相關色溫與其結面溫度和電流振幅息息相關。
(2) 雙色白光LED燈具中LED之發光經驗模型：
LED光源之結面溫度受其電流位準、驅動技術、散熱器尺寸以及環境溫度影響。就雙色白光LED燈具而言，該冷白光LED光源之結面溫度受該暖白光LED光源之操作狀態影響，反之亦然。本發明之實施例中採用的發光模型和相關色溫模型考慮了這種熱相關效應。
(i) 實驗測量：
發光數學模型建立於通過實驗測量從LED光源所獲得的測量結果。實驗工作需要將該冷白光LED光源和暖白光LED光源安裝在同一個散熱器上並同時開啟。當對一個LED光源進行測量時，使用黑色橡膠覆蓋其餘的LED光源，以防止這些其餘的LED光源在空間內產生光通量。圖2(a)顯示出光通量和冷白光LED的工作週期DC 在這DW = 0(以圓點表示)和DW = 1(以方點表示)的條件下之關係圖（其中，DW 是所述暖白光LED的工作週期）。 圖2(b)顯示出光通量和暖白光LED的工作週期DW 在DC = 0(冷白光LED關閉)和DC = 1(冷白光LED完全開啟）的條件下之關係圖。
(ii) 指數函數曲線配適
利用所獲得的實驗結果對光通量特徵進行數學建模。對於此種情況，利用圖2(a)，在一個實施例中為該冷白光LED建立模型如下：（方程式4a）
其中，為冷白光LED之光通量，和為從測量中獲取的常值參數，而為一個變量，其與暖白光LED之工作週期相關，即DW同樣，在一個實施例中為圖2(b)中所示的暖白光LED之特徵建立模型如下：(DC = 0(以圓點表示)和DC = 1(以方點表示))（方程式4b）
有鑒於暖白光LED之操作範圍為，而冷白光LED之操作範圍為，因此，方程式4a和4b可以改寫為：（方程式5a）（方程式5b）
方程式5a可計算冷白光LED在任意DC 和DW 值下的光通量，其中DW 產生影響冷白光LED結面溫度之熱能。在這裡，任意DW 之梯度通過對（來自測量結果）進行線性內插獲得。方程式5b為暖白光LED之對應方程式。
(3) 雙色白光LED燈具中LED之相關色溫經驗模型
與發光模型相似，在相關色溫模型中考慮了每個LED光源對其餘光源之熱相關效應。
(i)冷白光LED：
使用黑色橡膠覆蓋暖白光LED，以和總工作週期DT 之間的函數關係來測量冷白光LED之最大和最小相關色溫值（即，CCTC,max 和CCTC,min ），其中。對於任意DT 值，其均包含和這兩個組分，因而獲得一個最大相關色溫值和一個最小相關色溫值。爲了獲取最大相關色溫-DT 曲綫，考慮了下列方程式：（方程式6a）
爲了測量最小相關色溫-DT 曲綫，考慮了下列方程式：（方程式6b）
獲得最大相關色溫和最小相關色溫測量值之後，即可使用下列方程式計算冷白光LED在任意DT 下的平均相關色溫： （方程式7）
圖3顯示出使用方程式7由最大相關色溫和最小相關色溫測量值計算得來的平均相關色溫之曲綫。冷白光LED之平均相關色溫以CCTc,ave 表示，而工作週期以D T 表示。
可使用分段線性方法為該冷白光LED之平均相關色溫建立模型如下：（方程式8）
如果需要更加精確的相關色溫模型，則可使用多項式曲線配適，從而得出如下數學式子之通式：（方程式9）
(ii) 暖白光LED：
使用黑色橡膠覆蓋冷白光LED，測量暖白光LED之最大和最小相關色溫值（即，CCTW,max 和CCTW,min ）。考慮使用下列方程式來設置冷白光LED和暖白光LED之工作週期比率：（方程式10a）（方程式10b）
接著，可使用下列方程式來計算暖白光LED之平均相關色溫：（方程式11）
圖4示出了由最大相關色溫和最小相關色溫測量值計算得來的暖白光LED平均相關色溫之圖表，暖白光LED平均相關色溫以CCTw,ave 表示，而工作週期以D T 表示。可為其建立如下模型：（方程式12）
(4) 雙色白光LED燈具之完整發光與相關色溫模型
雙色LED系統之總光通量為暖白光LED和冷白光LED之結合光通量，在方程式5a和5b的基礎上，其方程式可表示為： （方程式13）
有鑒於冷白光LED和暖白光LED之相關色溫分別由方程式8和12表示，該雙色LED系統之混合（或結合）可表示為：（方程式14）
(5) 實驗結果
(i) 實驗設置
圖5顯示出基本實驗電路原理圖。將期望的結合光通量和期望的結合相關色溫輸入至電路，包括基於軟體的數字解算器的微控制器5（如，STC 11F60XE-35I-PLCC44）產生兩個單獨的PWM信號，此兩個單獨的PWM信號透過MOSFET驅動器（如，MC33512）來提供給MOSFET開關，實現對冷白光LED（如，GW5BNC15L02）和暖白光LED（如，GW5BTF27K00）進行調光，以便根據本發明的實施例進行必要的控制。將冷白光LED和暖白光LED之電流振幅精確地設置為0.5A和0.5A。兩個LED均安裝於同一個熱阻為6.3 K/W的散熱器上。兩個LED光源以結合(或整體)視之結合光，且和採用分光比色計（如，PMS-50）來測量。
(ii) 數字解算器
基於軟體的數字解答器產生所需的工作週期和，以便所述雙色燈具根據期望的結合光通量和期望的結合相關色溫之輸入值產生所需的結合相關色溫和結合光通量。
(iii) 實驗結果與討論
對根據本發明之實施例的方法和先前的線性方法進行比較，獲得特定的結合光通量（即，= 50lm、100lm、150lm、200lm、250lm以及300lm）和結合相關色溫（即，= 3000K、3500K、4000K、4500K以及5000K）之期望設定點。總共，存在30種可能的目標設定點組合。
圖6(a)和6(b)分別為採用先前的線性方法和本發明之實施例所提供的非線性方法獲得的雙色白光LED燈具之結合光通量和結合相關色溫的實驗測量值之圖表。很明顯，根據本發明之實施例的非線性方法為雙色可變光LED照明系統提供明顯更精確的光通量和相關色溫控制。在圖6(a)和6(b)中，期望的結合相關色溫和期望的結合光通量被稱為“目標值”，在圖中以方塊表示。實際的或測量的結合相關色溫以及實際的或測量的結合光通量皆被稱為“測量值”，在圖中以圓圈表示。
(6) 操作流程
圖7顯示出根據本發明之方法的一個實施例之流程圖，用於獨立控制雙色LED燈具之色溫和光強度（“開環方法”）(open-loop method)。必須先將一組使用者定義之光通量ΦM(user) 和相關色溫CCTM(user) 之設定點輸入至系統。隨後，控制系統將分別透過通量設定器和CCT設定器將使用者定義之設定點設定為系統實際期望的設定點ΦM(set) 和CCTM(set) 。由於LED系統之色溫和通量隨電功率和結面溫度呈非線性變化，因此它們的控制範圍取決於電功率、設備之熱阻和所採用的散熱器。所選擇的期望設定點必須在根據本發明之實施例的非線性調光方法預設的控制範圍內。在使用中，這些期望設定點必須處於所計算的通量範圍ΦM(min) ＜ΦM(set) ＜ΦM(max) 和所計算的相關色溫範圍CCTM(min) ＜CCTM(set) ＜CCTM(max) 之內。另外，透過通量設定器和CCT設定器將期望設定點ΦM(set) 和CCTM(set) 調整至這些範圍之內。
一旦期望設定點ΦM(set) 和CCTM(set) 之數值處於所要求的範圍之內，即可採用根據本發明之實施例的非線性調光方法計算DW 和DC 的所需值，以用於分別控制暖白光LED和冷白光LED來獲得雙色LED燈具所需的結合光強度（結合光通量）和結合相關色溫。可通過下列方法利用根據本發明之實施例的非線性調光方法進行DW 和DC 之計算：
通過模擬或數位裝置（如，FPGA、微處理機、IC et al）按照方程式13和14中之非線性方程式或其變型進行實時計算；或者
根據本發明之方法的實施例的查詢表，其中預先儲存DW 和DC 的數值，適用於期望的ΦM(set) 和CCTM(set) 之不同組合。
圖8顯示出由根據本發明之實施例的非線性調光方法所產生的DW 和DC 的兩種可能之波形形式。就LED配有脈寬調變(PWM)型驅動器之雙色燈具而言，可直接利用DW 和DC 之脈寬調變信號進行調光，如圖8左側所示。就LED配有調幅(AM)型驅動器的雙色燈具而言，暖白光LED和冷白光LED之電流基準將為DW 和DC 之平均值，分別表示為IW 和IC ，如圖8右側所示。
圖9顯示出根據本發明之一種方法的一個實施例之流程圖，該實施例帶有溫度、相關色溫和光通量反饋控制，用於基於使用者定義之ΦM(user) 和CCTM(user) 輸入值來獨立控制雙色LED燈具之結合相關色溫和結合光強度（結合光通量）（“閉環方法”） (closed-loop method)。該期望設定點設定為：ΦM(set) =ΦM(user) -D Φ （D Φ 之初始值為0)和CCTM(set) =CCTM(user) 。與上述圖7中描述之開環方法相似，期望設定點必須處於所控制的通量範圍ΦM(min) ＜ΦM(set) ＜ΦM(max) 和相關色溫範圍CCTM(min) ＜CCTM(set) ＜CCTM(max) 之內。另外，這些期望設定點ΦM(set) 和CCTM(set) 將被調整至這些範圍之內。隨後即可採用根據本發明之實施例的非線性關係計算DW 和DC 之所需值，再將其輸入給雙色LED燈具，以用來控制燈具之結合光強度（結合光通量）和結合相關色溫。
在該包含反饋溫度控制之實施例中，散熱器溫度可直接由安裝在散熱器上的溫度感應器或者間接通過其他計算裝置同時進行測量，並反饋給控制回路。獲得散熱器溫度之後，即可使用系統已知熱模型來計算LED之測量的結面溫度。隨後，將該結面溫度與LED之額定結面溫度進行對比。如果該結面溫度超過容許最大溫度，則應減小期望的結合光通量，以降低LED之電功率。如果該結面溫度低於或等於額定值，則無需調整結合光通量之期望設定點。
眾所周知，相關色溫和光通量可由CIE 1931三色刺激值X、Y和Z來表示。為在本實施例中採用這些參數，需要一個與CIE 1931色匹配函數相匹配且帶有頻譜響應的光感應器。如果可以獲得LED之精確結面溫度，添加這個光感應器可以實現較高之顏色和光通量精度。在該實施例中，將燈具之相關色溫測量值CCTM( 測量 ) 與期望值CCTM( 設定 ) 相比較，並根據美國國家標準學會(ANSI)C78.377標準核對它們之間的差值。如果該差值大於美國國家標準學會(ANSI)C78.377標準中規定之容許公差，則將該數值反饋給根據本發明之實施例的所述非線性關係，以調整雙色LED燈具之工作週期，以使CCTM( 測量 ) 與CCTM( 設定 ) 之偏差處於容許公差之內。
本實施例中還包括光度測定，以確保所測得的結合光通量處於製造商指定的容許公差之內。在這裡，將所測得的結合光通量ΦM(measured) 與期望的結合光通量ΦM(set) 進行比較，並核對它們之間的差值是否在容許公差之內。如果該差值大於容許公差，則將該數值反饋給根據本發明之實施例的所述非線性關係，以調整雙色LED燈具之工作週期，以使ΦM(measured) 與ΦM(set) 之間的偏差處於容許公差之內。
(7) 比色法
根據比色法，光源三色刺激值（X、Y、Z）和色度（x、y、z）之間之關係可表示如下：（方程式C1）
方程式C1還可寫為：（方程式C2）
或（方程式C3）
RGB LED燈具之三色刺激值為（XW 、YW 、ZW ），冷白光LED光源之三色刺激值為（XC 、YC 、ZC ）。RGB LED燈具發出之光線的總三色刺激值為各個光源之和：（方程式C4）（方程式C5）（方程式C6）
由於三色刺激值Y代表亮度，其與光通量Φv 成比例，因此，方程式C5和C6可改寫為：（方程式C7）（方程式C8）
在上述兩個式子中，RGB LED燈具之顏色和光通量控制可表示為：（方程式C9）
混合光（或結合光）之色度坐標為各個色度坐標（xR 、xG 、xB ）之結合，光通量（ΦR 、ΦG 、ΦB ）為權重因數。RGB混色原理色度圖如圖10所示。圖10顯示出色度坐標為(xR 、yR )、(xG 、yG )、(xB 、yB )之RGB顏色的混合。三個色度坐標點之間由線條連接。位於這些線條之內的區域代表可以通過混合三種RGB顏色生成的全部顏色。
能夠生成大量且多變化的顏色之能力對顯示器而言尤為重要。需要注意的是，由於RGB LED之峰值波長隨著結面溫度的改變而改變，因此三個色度坐標對應之點(xR 、yR )、(xG 、yG )、(xB 、yB )會隨著電功率和結面溫度而位移，如圖11所示。在理想情況下，由RGB光源提供的受控色域越大越好，以便顯示器/燈具能夠顯示不同的顏色。該受控色域代表一組RGB光源可以生成的受控顏色之全部區域。 該受控色域為位於色度圖之邊界內的多邊形。
先前控制結合LED照明系統之結合相關色溫和結合光通量的系統和方法並未涉及電流和溫度的變化對LED光源之顏色性能的影響。其假設暖光LED和冷光LED光源之基準相關色溫（分別為CCTlow 和CCThigh ）為常數且與電流位準和結面溫度無關。因此，先前的控制系統和方法並未考慮此類因素對光強度和相關色溫控制之影響。在先前的系統和方法中，對相關色溫之控制分別基於之前的方程式1和2通過權重因數W 的線性調整或工作週期D來實現。
先前的系統和方法也沒有考慮燈具之混合光之光通量、顏色、電流、溫度和工作週期之間的關係。在這些先前的系統和方法中，僅使用由冷光LED光源之光與暖光LED光源所產生的光之簡單線性平均函數來預估包含低相關色溫值和高相關色溫值LED光源之混合光的相關色溫。如果在較寬範圍內進行調光以及在溫度變化的情況下進行相關色溫控制，這種預估則並不準確，因此，受溫度影響的相關色溫變化很顯著。
如果兩個或多個LED光源安裝於同一個散熱器上且一起驅動，但單獨控制，則一個LED光源會對其他LED光源之相關色溫特性產生熱影響。先前系統和方法忽略了這種相互之間的熱相關效應對每個LED光源之相關色溫的影響。
相比之下，在本發明之實施例的系統和方法中，例如，通過調整LED之工作週期和電流位準實現對白光LED燈具（由暖光LED和冷光LED光源組成）發出的混合光之相關色溫和光通量的獨立控制。採用非互補式驅動方式來驅動這些LED，並不要求兩個LED陣列必須交替驅動。此外，根據本發明之實施例，該兩個LED陣列之混合光的調光和相關色溫控制基於該燈具之混合光的光通量、顏色、電流、溫度、工作週期以及相互的熱相關效應之間的非線性關係。
上述實施例僅為例示性實施例，用於說明本發明之原理，而非用於限制本發明。任何熟悉此項技術之普通技術人士均可在不脫離本發明所揭示之精神和主旨的情況下，對上述實施例進行各種修改與改變，且這些修改與改變均應包含在本專利之申請專利範圍之內。因此，儘管已參考具體例子對本發明進行描述，然而熟悉此項技術者應當意識到本發明可以存在很多其他形式之實施例。熟悉此項技術者還應當意識到所描述不同例子之特徵可以以其他組合的形式進行結合。
1‧‧‧相關色溫控制系統
2‧‧‧控制LED照明系統
3、4‧‧‧LED光源
5‧‧‧控制器
6、7‧‧‧驅動器
CCT‧‧‧相關色溫
CCTM(desired)‧‧‧期望的相關色溫控制
CCTM(experimental)‧‧‧實際試驗的相關色溫值
CCTc,ave‧‧‧冷白光LED之平均相關色溫
CCTc,max ‧‧‧冷白光LED之最大相關色溫值
CCTc,min ‧‧‧冷白光LED之最小相關色溫值
CCTc,high‧‧‧冷白光LED之次級大相關色溫值
CCTc,low‧‧‧冷白光LED之次級小相關色溫值
CCTW ‧‧‧暖白光LED之相關色溫值
CCTW,max ‧‧‧暖白光LED之最大相關色溫值
CCTW,min ‧‧‧暖白光LED之最小相關色溫值
CCTM(user) ‧‧‧使用者定義之相關色溫
CCTM(max) ‧‧‧使用者定義之最大相關色溫
CCTM(min) ‧‧‧使用者定義之最小相關色溫
CCTM(set) ‧‧‧相關色溫期望設定點
D T ‧‧‧總工作週期
D T,high ‧‧‧總工作週期之次級最大值
D T,low ‧‧‧總工作週期之次級最小值
DW ‧‧‧暖白光LED之工作週期
Dc ‧‧‧冷白光LED之工作週期
IW ‧‧‧暖白光LED之電流基準之平均值
IC ‧‧‧冷白光LED之電流基準之平均值
GW5BNC15L02‧‧‧冷白光LED
GW5BTF27K00‧‧‧暖白光LED
Tj(measured) ‧‧‧結面溫度測試值
Tj(rated) ‧‧‧結面溫度額定值
Φ M(set) ‧‧‧光通量期望設定點
Φ M(user) ‧‧‧使用者定義之光通量
Φ M(min) ‧‧‧使用者定義之最小總光通量
Φ M(max) ‧‧‧使用者定義之最大總光通量
+- △ Φ‧‧‧光通量變化值
+- △ CCT ‧‧‧相關色溫變化值
現在將僅以實例的方式參考附圖描述根據本發明之最佳實施方式的較佳具體實施例，其中： 圖1為一個雙色LED燈具在不同結合光通量ΦM 時所對應的結合相關色溫CCTM 的實驗測量值之圖表，其中，兩個相關色溫（CCT）參考值：CCTM( 所需 ) = 3000K和4000K，該雙色LED燈具包括一個冷白光PC LED（夏普GW5BNC15L02）和一個暖白光PC LED（夏普GW5BTF27K00），它們安裝於一個熱阻為6.3 K/W的散熱器上，其由直流電根據先前技術方法驅動。 圖2(a)為當同一LED燈具內的暖白光LED完全關閉（DW = 0）和完全開啟（DW = 1）時冷白光LED光通量實驗值之圖表。 圖2(b)為當同一LED燈具內的冷白光LED完全關閉（DC = 0）和完全開啟（DC = 1）時暖白光LED光通量實驗值之圖表。 圖3為平均相關色溫隨冷白光LED 之DT 變化示意圖，其中，如圖所示之數據擬合出三條直線。 圖4為平均相關色溫隨暖白光LED之 DT 變化示意圖，其中，如圖所示之數據擬合出一條直線。 圖5為根據本發明之一個實施例之相關色溫控制系統示意圖。 圖6(a)為根據先前技術方法進行控制的雙色白光LED燈具之結合光通量和結合相關色溫之期望值和測量值之圖表。 圖6(b)為根據本發明之一個實施例進行控制的雙色白光LED燈具之結合光通量和結合相關色溫之期望值和測量值之圖表。 圖7為根據本發明之一個實施例的方法之流程圖。 圖8為根據本發明之一個實施例的系統所產生的DW 和DC之波形形式圖。 圖9為根據本發明之另一個實施例的方法之流程圖。 圖10為混合具有色度座標(xR, yR)、(xG, yG)、(xB, yB)之RGB顏色而獲得的受控色域示意圖。 圖11為RGB光源峰值波長-溫度圖表。
1‧‧‧相關色溫控制系統
2‧‧‧控制LED照明系統
3、4‧‧‧LED光源
5‧‧‧控制器
6、7‧‧‧驅動器
CCT M(set) ‧‧‧相關色溫期望設定點
GW5BNC15L02‧‧‧冷白光LED
GW5BTF27K00‧‧‧暖白光LED
Φ M(set) ‧‧‧光通量期望設定點

Claims (27)

  1. 一種用於一LED照明系統的相關色溫控制系統，其中，該LED照明系統具有至少兩個LED光源，該至少兩個LED光源具有不同的相關色溫；該至少兩個LED光源之不同相關色溫相結合以使該LED照明系統具有一結合的相關色溫；該至少兩個LED光源之光通量相結合以使該LED照明系統具有一結合的光通量；其中，提供一供電電流給每一該LED光源，該相關色溫控制系統包括一控制器，該控制器用於獨立控制每一該供電電流之工作週期和振幅其中之一或者二者，藉由該控制器調節每一該供電電流之工作週期或振幅以使其中一該供電電流之工作週期或振幅與至少另一該供電電流之工作週期或振幅呈非線性關係，據以在該LED照明系統處於一期望的結合光通量時產生該LED照明系統之一期望的結合相關色溫。
  2. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中該非線性關係考慮每一該LED對該LED照明系統之結合相關色溫的熱效應。
  3. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中該非線性關係考慮一個或多個該LED光源之一個或多個下列特徵：該相關色溫、光通量、結面溫度以及其他該LED光源的該熱效應。
  4. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中該LED光源安裝在一個或多個散熱器上，且該非線性關係考慮一個或多個該散熱器之熱阻。
  5. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中該非線性關係由以下方程式定義：其中：CCTM 為該LED照明系統之該結合相關色溫；CCT1 為第一個該LED光源之相關色溫；CCTn 為第n個該LED光源之相關色溫；ϕ1 為第一個該LED光源之平均光通量；ϕn 為第n個該LED光源之平均光通量。
  6. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中該LED照明系統具有一暖白光LED光源和一冷白光LED光源，且該非線性關係由以下方程式定義：其中：CCTM 為該LED照明系統之該結合相關色溫；CCTW 為該暖白光LED光源之相關色溫；CCTC 為該冷白光LED光源之相關色溫；ϕW 為該暖白光LED光源之平均光通量；ϕC 為該冷白光LED光源之平均光通量。
  7. 如請求項5所述之相關色溫控制系統，其中一個或多個該LED光源之平均光通量為各該LED光源之工作週期比率之函數。
  8. 如請求項7所述之相關色溫控制系統，其中一個或多個該LED光源之平均光通量為一個或多個常值參數之函數。
  9. 如請求項8所述之相關色溫控制系統，其中一個或多個該常值參數是由測量取得。
  10. 如請求項5所述之相關色溫控制系統，其中一個或多個該LED光源之相關色溫為各該LED光源總工作週期比率之函數。
  11. 如請求項10所述之相關色溫控制系統，其中一個或多個該LED光源之相關色溫為各該LED光源之一最小相關色溫和一最大相關色溫之函數，而該最小相關色溫和該最大相關色溫為各該LED光源總工作週期比率之函數。
  12. 如請求項5所述之相關色溫控制系統，其中一個或多個該LED光源之相關色溫為各該LED光源總工作週期比率之多項式函數。
  13. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中該控制器包括一個數字解算器，用於根據該非線性關係計算所需的每一該供電電流之工作週期或振幅，以便在該LED照明系統處於該期望的結合光通量下提供該期望的結合相關色溫。
  14. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中根據該非線性關係，在一個查詢表中提供各該結合相關色溫和該結合光通量所需的每個供電電流之所述工作週期或振幅，該控制器從該查詢表中選擇所需的每一該供電電流之工作週期或振幅，以便在該LED照明系統處於該期望的結合光通量下提供該期望的結合相關色溫。
  15. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中每一該供電電流之該振幅是不變的。
  16. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其中該控制器為每一該供電電流產生一單獨的脈寬調變信號。
  17. 如請求項16所述之相關色溫控制系統，更包括一用於每一該供電電流的金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）驅動器，該金屬氧化物半導體場效電晶體驅動器接收該脈寬調變信號並根據該脈寬調變信號調變該供電電流。
  18. 如請求項17所述之相關色溫控制系統，其中每一該金屬氧化物半導體場效電晶體驅動器包括多個MOSFET開關，該些MOSFET開關用於調變該供電電流。
  19. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其係包括一結合相關色溫設置模組，用於從一使用者接收該LED照明系統之一使用者定義的結合相關色溫，並基於該使用者定義的結合相關色溫來設置該期望的結合相關色溫。
  20. 如請求項19所述之相關色溫控制系統，其中： 若該使用者定義的結合相關色溫高於該LED照明系統之一最大結合相關色溫，則該期望的結合相關色溫設置為該最大結合相關色溫值； 若該使用者定義的結合相關色溫低於該LED照明系統之一最小結合相關色溫，則該期望的結合相關色溫設置為該最小結合相關色溫值；以及 若該使用者定義的結合相關色溫小於或等於該最大結合相關色溫值，或者大於或等於該最小結合相關色溫值，則該期望的結合相關色溫設置為該使用者定義的結合相關色溫。
  21. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其係包括一個光感應器，用於測量該結合的相關色溫值，若該結合相關色溫值與該期望的結合相關色溫值的差值大於一預設的相關色溫公差，則該控制器調節一或多個該供電電流之該工作週期或振幅，以致於該結合相關色溫值與該期望的結合相關色溫值之差值小於或等於該預設的相關色溫公差。
  22. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其係包括一結合光通量設置模組，用於從使用者接收該LED照明系統之一使用者定義的結合光通量並為該LED照明系統設置該期望的結合光通量。
  23. 如請求項22所述之相關色溫控制系統，其中： 若該使用者定義的結合光通量高於該LED照明系統之一最大結合光通量，則該期望的結合光通量設置為該最大結合光通量； 若該使用者定義的結合光通量低於該LED照明系統之一最小結合光通量，則該期望的結合光通量設置為該最小結合光通量；以及 若該使用者定義的結合光通量小於或等於該最大結合光通量，或者大於或等於該最小結合光通量，則期望的結合光通量設置為該使用者定義的結合光通量。
  24. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其係包括一溫度感應器，用於測量該LED光源之該結面溫度，若該結面溫度高於該LED光源之一最大額定結面溫度，則減小該期望的結合光通量。
  25. 如請求項1所述之相關色溫控制系統，其係包括一照度感測器，用於測量該結合光通量，若該結合光通量與該期望的結合光通量之差值大於一預設的光通量公差，則該控制器調節一多個該供電電流之該工作週期或振幅，以致於該結合光通量與該期望的結合光通量之差值小於或等於該預設的光通量公差。
  26. 一種控制一LED照明系統之一相關色溫之方法，其中，該LED照明系統具有至少兩個LED光源，該至少兩個LED光源具有不同的相關色溫；該至少兩個LED光源之不同相關色溫相結合，以使該LED照明系統具有一結合的相關色溫；該至少兩個LED光源之光通量相結合，以使該LED照明系統具有一結合的光通量；其中，提供一個供電電流給每一該LED光源，該方法包括藉由改變每一該供電電流之工作週期或振幅以使其中一該供電電流之工作週期或振幅與至少另一該供電電流之工作週期或振幅呈非線性關係，來獨立控制每一該供電電流之工作週期和振幅其中之一或者二者，據以在該LED照明系統處於有一期望的結合光通量時產生該LED照明系統之一期望的結合相關色溫。
  27. 一種儲存有一可執行程式之永久性電腦可讀取儲存媒體，其中該可執行程式指示一處理器執行一依據請求項26所述之方法。
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