TW202107941A - 調光調色之發光二極體電路 - Google Patents
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Abstract
各項實施例包含實現一LED多色陣列之一調光調色電路操作之設備及方法。在一個實例中,一種設備包含耦合至該LED陣列且至一單一控制裝置以接收該LED陣列所要之一光通量之一指示之一混合驅動電路。基於該LED陣列之該所要光通量判定該LED陣列之一色溫。在各項實施例中,該混合驅動電路包含用於產生用於至少兩個LED電流驅動源之電流之一類比分流電路及耦合於該類比分流電路與該LED之間以將電流自該至少兩個LED電流驅動源之至少一者週期性地提供至該LED陣列之至少兩個色彩達一預定量之時間之一多工器陣列。描述其他設備及方法。
Description
本文中所揭示之標的物係關於包括實質上在電磁光譜之可見部分中操作之一燈之一或多個發光二極體陣列(LED)之色彩調諧。更具體言之,所揭示之標的物係關於一種使一單一色彩調諧裝置(例如,一調暗器)能夠控制其中LED之一色溫隨著LED在強度上調暗而降低之一調光調色色彩調諧設備之技術。
發光二極體(LED)通常用於各種照明(lighting)操作中。一物件之色彩外觀部分由照明(illuminating)物件之光之光譜功率密度(SPD)判定。針對觀看一物件之人類,SPD係可見光譜內之各種波長之相對強度。然而,其他因素亦影響色彩外觀。再者,LED之一相關色溫(CCT)及LED之溫度在CCT上距一黑體線(BBL,亦稱為一黑體軌跡或一普朗克(Planckian)軌跡)之一距離兩者可能影響一人類對一物件之感知。特定言之,諸如在零售及招待照明應用中,存在對於其中可控制LED之一色溫之LED照明解決方案之一大市場需求。具體言之,對於用於家用及辦公室設備之調光調色之燈的市場需求愈來愈大。同時代照明系統已藉由使用以下兩個控制裝置而滿足此調光調色LED市場:一個用於光輸出(例如,光通量)及一單獨裝置用於CCT控制。然而,具有兩個裝置安裝昂貴。在僅使用一單一控制裝置時使LED光相對於傳入電流之一振幅改變其色溫將係理想的。
提供在此章節中描述之資訊以將以下所揭示標的物之一背景內容提供給熟習此項技術者且不應將其視為經認可之先前技術。
優先權之主張
本申請案主張2019年6月27日申請之美國專利申請案第16/454,730號及2019年10月23日申請之歐洲專利申請案第19204908.8號之優先權之權利,該等案之全文以引用的方式併入本文中。
相關申請案之交叉參考
本申請案與2020年4月9日申請之標題為「DIM-TO-WARM LED CIRCUIT」之共同讓與之美國專利申請案第16/844,923號相關,該案之全文以引用的方式併入。
現將參考如在各個隨附圖式中繪示之數個一般及特定實施例詳細描述所揭示標的物。在以下描述中,闡述許多具體細節以便提供所揭示標的物之一透徹理解。然而,熟習此項技術者將明白,所揭示標的物可在無此等具體細節之一些或全部之情況下實踐。在其他例項中,未詳細描述熟知程序步驟或結構以免使所揭示標的物不清楚。
將在下文中參考隨附圖式更完整地描述不同光照明系統及/或發光二極體實施方案之實例。此等實例不相互排斥,且在一個實例中發現之特徵可與在一或多個其他實例中發現之特徵組合以達成額外實施方案。因此,將理解,在隨附圖式中展示之實例僅係為了闡釋性目的提供且其等旨在以任何方式限制本發明。貫穿全文,相同數字通常係指相同元件。
將理解,雖然在本文中可使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件。然而,此等元件不應受限於此等術語。此等術語可用於區分一個元件與另一元件。例如,一第一元件可稱為一第二元件,且一第二元件可稱為一第一元件而不脫離所揭示標的物之範疇。如本文中使用,術語「及/或」可包含相關聯所列舉品項之一或多者之任何及全部組合。
亦將瞭解,當一元件被稱為「連接」或「耦合」至另一元件時,其可直接連接或耦合至該另一元件及/或經由一或多個中介元件連接或耦合至該另一元件。相比之下,當一元件被稱為「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時,該元件與該另一元件之間不存在中介元件。將理解,此等術語旨在亦涵蓋除在圖中描繪之任何定向以外之元件之不同定向。
可在本文中使用諸如「下方」、「上方」、「上」、「下」、「水平」或「垂直」之相對術語來描述如圖中繪示之一個元件、區或區域相對於另一元件、區或區域之一關係。將理解,此等術語旨在亦涵蓋除在圖中描繪之一定向以外之裝置之不同定向。此外,LED、LED陣列、電組件及/或電子組件是否容置於一個、兩個或兩個以上電子器件板上亦可取決於設計約束及/或一特定應用。
基於半導體之發光裝置或光功率發射裝置(諸如發射紫外(UV)或紅外(IR)光功率之裝置)躋身當前可用之最有效光源。此等裝置可包含發光二極體、諧振腔發光二極體、垂直腔雷射二極體、邊緣發射雷射或類似者(本文中簡稱為LED)。歸因於其等緊湊大小及低功率要求,LED可係許多不同應用之有吸引力的候選者。例如,其等可用作手持式電池供電裝置(諸如相機及蜂巢式電話)之光源(例如,手電筒及相機閃光燈)。LED亦可用於(舉例而言)汽車照明、抬頭顯示器(HUD)照明、園藝照明、街道照明、用於視訊之一手電筒、普通照明(例如,家庭、商店、辦公室及工作室照明、劇院/舞台照明及建築照明)、擴增實境(AR)照明、虛擬實境(VR)照明、作為顯示器之背光及IR光譜。一單個LED可提供不如一白熾光源明亮之光,且因此多接面裝置或LED陣列(諸如單體LED陣列、微LED陣列等)可用於其中期望或需要增強之亮度之應用。
在其中基於LED之燈(或相關照明裝置)用於照明物件以及用於一般照明之各種環境中,可期望相對於燈之一相對亮度(例如,光通量)控制基於LED之燈(或一單一燈)之一溫度。例如,一終端使用者可期望燈在其等被調暗時降低色溫。此等環境可包含例如零售地點以及招待地點,諸如餐廳及類似者。除CCT之外之另一燈度量係燈之演色指數(CRI)。CRI係由國際照明委員會(CIE)定義,且提供任何光源(包含LED)相較於一理想或自然光源準確地表示各種物件中之色彩之一能力之一定量量度。最高可能CRI值係100。另一定量燈度量係Duv
。Duv
係在例如CIE 1960中定義之用於表示一色點距BBL之距離之一度量。若色點在BBL上方,則其係一正值,且若在BBL下方則為負值。在BBL上方之色點看起來偏綠色且在BBL下方之色點看起來偏粉紅色。所揭示標的物提供一種用於相對於燈之一亮度位準控制一色溫之設備。如本文中描述,色溫與色彩調諧應用中之CCT及Duv
兩者相關。
所揭示標的物係關於一種用於驅動各種色彩之LED (包含例如原色(紅色-綠色-藍色或RGB) LED或去飽和(柔和) RGB色LED)以使各種色溫之光具有一高演色指數(CRI)及高效率之一混合驅動方案,具體言之,使用經磷光體轉換色彩LED解決色彩混合。
直接色彩LED之正向電壓隨著主波長增加而降低。此等LED可使用例如多通道DC轉DC轉換器驅動。已形成以高功效及CRI為目標之先進經磷光體轉換色彩LED,從而為相關色溫(CCT)調諧應用提供新可能性。一些先進色彩LED具有去飽和色點且可經混合以達成在一寬CCT範圍內具有90+ CRI之白色。具有80+ CRI實施方案或甚至70+ CRI實施方案之其他LED亦可與所揭示標的物一起使用。此等可能性使用實現且增加或最大化此潛力之LED電路。同時,本文中描述之控制電路與單通道恆定電流驅動器相容以促進市場採用。
如一般技術者已知,由於一LED之光輸出與用於驅動LED之電流之一量成比例,故可藉由例如減小傳送至一LED之正向電流而達成調暗LED。作為改變用於驅動數個個別LED之各者之電流之一量之補充或代替,一控制器箱(下文參考圖6A詳細描述)可在「接通」與「關斷」狀態之間快速地切換LED之選定者以達成選定燈之調暗及色溫之一適當位準。
一般言之,LED驅動電路係使用一類比驅動器方法或一脈寬調變(PWM)驅動器方法形成。在一類比驅動器中,同時驅動全部色彩。藉由將一不同電流提供給各LED而獨立地驅動各LED。類比驅動器導致一色彩偏移且當前不存在以三種方式偏移電流之一方式。類比驅動通常導致LED之某些色彩被驅動成低電流模式且其他時間被驅動成非常高的電流模式。此一寬動態範圍對感測及控制硬體提出一挑戰。
在一PWM驅動器中,以高速依序接通各色彩。使用相同電流驅動各色彩。藉由改變各色彩之作用時間循環而控制混合色彩。亦即,可驅動一個色彩達另一色彩之兩倍長以添加至混合色彩中。由於人類視覺無法感知非常快速改變的色彩,故光看似具有一個單一色彩。
例如,使用一電流驅動第一LED達一預定量之時間,接著使用相同電流驅動第二LED達一預定量之時間,且接著使用電流驅動第三LED達一預定量之時間。三個預定量之時間之各者可係相同量之時間或不同量之時間。因此,藉由改變各色彩之作用時間循環而控制混合色彩。例如,若你具有一RGB LED且期望一特定輸出,則可基於人眼之感知而驅動紅色達循環之一部分,且驅動綠色達循環之一不同部分,且驅動藍色達循環之又一部分。代替依一較低電流驅動紅色LED,依相同電流驅動其達一更短時間。此實例演示PWM之缺點,其中不良地利用LED,因此導致功率之一低效使用。
所揭示標的物優於先前技術之另一優點係去飽和RGB方法可在BBL上或外產生可調諧光,同時維持一高CRI。相較之下,各種其他先前技術系統利用其中可調諧色點落在LED之兩個原色之間(例如,R-G、R-B或G-B)之一線上之一CCT方法。
圖1展示形成用於理解本文中所揭示之標的物之各項實施例之一基礎之包含一黑體線(BBL) 101 (亦稱為一普朗克軌跡)之一國際照明委員會(CIE)色圖100之一部分。BBL 101展示變化溫度之黑體輻射器之色度座標。一般認為,在大多數照明情境中,光源應具有位於BBL 101上或在BBL 101附近之色度座標。使用此項技術中已知之各種數學程序來判定「最接近」之黑體輻射器。如上文提及,此常見燈規格參數被稱為相關色溫(CCT)。用於進一步描述色度之一有用且互補之方式由Duv
值提供,該Duv
值係一燈之色度座標位於BBL 101上方(一正Duv
值)或在BBL 101下方(一負Duv
值)之程度之一指示。
色圖之部分被展示為包含數個等溫線117。即使此等線之各者不在BBL 101上,等溫線117上之任何色點仍具有一恆定CCT。例如,一第一等溫線117A具有10,000K之一CCT,一第二等溫線117B具有5,000K之一CCT,一第三等溫線117C具有3,000K之一CCT且一第四等溫線117D具有2,200K之一CCT。
繼續參考圖1,CIE色圖100亦展示若干橢圓,其等表示以BBL 101為中心且在距BBL 101之距離上延伸一個步長105、三個步長107、五個步長109或七個步長111之一麥克亞當(Macadam)橢圓(MAE) 103。MAE係基於心理測量研究,且定義CIE色度圖上之含有一典型觀察者無法與橢圓中心處之一色彩區分之全部色彩之一區域。因此,對於一典型觀察者而言,MAE步長105至111 (一個步長至七個步長)之各者看起來係與MAE 103之一各自者之中心處之一色彩實質上相同之色彩。一系列曲線115A、115B、115C及115D表示距BBL 101之實質上相等距離,且分別與例如+0.006、+0.003、0、-0.003及-0.006之Duv
值相關。
現參考圖2A且繼續參考圖1,圖2A展示一色度圖200,其具有在座標205處之一紅色(R) LED、在座標201處之一綠色(G) LED及在座標203處之一藍色(B) LED之典型座標值(如色度圖200之x-y標度上所注)之色彩之近似色度座標。圖2A展示根據一些實施例之用於定義一可見光源之波長光譜之色度圖200之一實例。圖2A之色度圖200僅為定義一可見光源之一波長光譜之一個方式;其他適合定義在此項技術中已知且亦可與本文中所描述之所揭示標的物之各項實施例一起使用。
指定色度圖200之一部分之一便捷方式係透過x-y平面中之方程式之一集合,其中各方程式具有定義色度圖200上之一線之解之一軌跡。線可相交以指定一特定區域,如下文參考圖2B更詳細描述。作為一替代定義,白光源可發射對應於來自在一給定色溫下操作之一黑體源之光之光。
色度圖200亦展示如上文參考圖1描述之BBL 101。三個LED座標位置201、203、205之各者係各自之色彩綠色、藍色及紅色之「完全飽和」LED之CCT座標。然而,若一「白光」係藉由組合某種比例之R、G及B LED而產生,則此一組合之CRI將極低。通常,在上文描述之環境(諸如零售或招待環境)中,可期望約90或更高之一CRI。
圖2B展示圖2A之色度圖200之一修訂版本。然而,圖2B之色度圖250展示接近BBL 101之降飽和(柔和) R、G及B LED之近似色度座標。展示座標255處之一降飽和紅色(R) LED、座標253處之一降飽和綠色(G) LED及座標251處之一降飽和藍色(B) LED之座標值(如色度圖250之x-y標度上所注)。在各項實施例中,降飽和R、G及B LED之一色溫範圍可在自約1800K至約2500K之一範圍內。在其他實施例中,降飽和R、G及B LED可在約2700K至約6500K之一色溫範圍內。如上文提及,一光源之演色指數(CRI)不指示光源之表觀色彩;該資訊係藉由相關色溫(CCT)給出。因此,CRI係一光源相較於一理想或自然光源如實地顯現各種物件之色彩之能力之一定量度量。
在一特定例示性實施例中,亦展示形成於降飽和R、G及B LED之座標值之各者之間之一三角形257。降飽和R、G及B LED經形成(例如,藉由磷光體之一混合物及/或如此項技術中已知之用於形成LED之材料之一混合物)以具有接近BBL 101之座標值。因此,各自降飽和R、G及B LED之座標位置,且如藉由三角形257概括,具有具大約90或更大之一CRI。因此,可在本文中所描述之色彩調諧應用中選擇一相關色溫(CCT)之選擇,使得所選擇之CCT之全部組合全部導致具有90或更大之一CRI之燈。降飽和R、G及B LED之各者可包括一單一LED或一LED陣列(或群組),其中陣列或群組內之各LED具有與陣列或群組內之其他LED相同或類似之一降飽和色彩。一或多個降飽和R、G及B LED之一組合包括一燈。
圖3展示需要一單獨通量控制裝置301及一單獨CCT控制裝置303之先前技術之一色彩調諧裝置300。通量控制裝置301耦合至一單通道驅動器電路305且CCT控制裝置耦合至一組合LED驅動電路/LED陣列320。組合LED驅動電路/LED陣列320可係一電流驅動器電路、一PWM驅動器電路或一混合電流驅動器/PWM驅動器電路。通量控制裝置301、CCT控制裝置303及單通道驅動器電路305之各者定位於一客戶設施310中且全部裝置必須根據管控高壓電路之適用國家及地方規則安裝。組合LED驅動電路/LED陣列320通常遠端於客戶設施310定位。因此,初始購買價格及安裝價格兩者可係大的。
圖4展示根據所揭示標的物之各項實施例之使用一單一控制裝置401之一色彩調諧裝置400之一例示性實施例。單一控制裝置401耦合至一單通道驅動器電路403,其等兩者在一客戶安裝區域410內。單通道驅動器電路403耦合至一組合混合驅動電路/降飽和LED陣列420。組合混合驅動電路/降飽和LED陣列420通常遠端於客戶安裝區域410定位(但通常仍在一客戶設施內)。下文參考圖6A及圖6B詳細描述組合混合驅動電路/降飽和LED陣列420之一項實施例。在相當大的程度上,色彩調諧裝置400僅需要一單一裝置以控制如下文參考圖5更詳細描述之光通量(及發光強度)及色溫兩者。
在各項實施例中,單一控制裝置401係一可變電阻裝置,諸如(例如)一滑動件型調暗器(一線性操作裝置)或一旋轉型調暗器。在各項實施例中,單一控制裝置401包括一分壓器。單一控制裝置401提供一連續可變輸出電壓或一組離散輸出電壓。在實施例中,單一控制裝置401可已由終端使用者在客戶安裝區域410中使用。
圖5展示根據所揭示標的物之各項實施例之指示依據光通量503而變化之色溫501之一圖表500之一實例。圖表500之一曲線505指示隨著光通量503增加,一所得色溫501亦隨著通量單調增加。因此,一LED陣列(見圖6A)之色溫隨著系統(例如,見圖4)之一終端使用者增加陣列之「亮度」(光通量)而增加。相反地,LED陣列之色溫隨著終端使用者「調暗」LED陣列而降低。因此,所揭示標的物之各項實施例描述一種調光調色LED電路。調光調色LED電路亦用於模擬一標準白熾燈泡之調光調色行為-隨著一終端使用者調暗白熾燈泡,燈泡之色溫亦相稱地下降。
圖6A繪示用於RGB調諧之一混合驅動電路600之一例示性實施例。混合驅動電路600包含電耦合至一電壓調節器603之一LED驅動器601。LED驅動器601及電壓調節器603一起產生一穩定電流I0
及一電壓VLED
。混合驅動電路600亦被展示為包含一類比分流電路610A、一多工器陣列620及一LED多色陣列630。
LED多色陣列630可包含一個或任何數目個一第一色彩之LED陣列631、一個或任何數目個一第二色彩之LED陣列633及一個或任何數目個一第三色彩之LED陣列635。在各項實施例中,可使用多於三個色彩。又,LED陣列631、633、635可在各陣列中僅包括一單一LED。
LED陣列631、633、635可經設計以使用如本文中詳細描述之混合驅動電路600調諧。在混合驅動電路600之一項實施例中,第一色彩之LED陣列631包括綠色LED,第二色彩之LED陣列633包括紅色LED且第三色彩之LED陣列635包括藍色LED。然而,可針對LED陣列631、633、635選擇任何色彩組。例如,LED陣列631、633、635之各者可分別包括降飽和綠色LED、降飽和紅色LED及降飽和藍色LED,如上文參考圖2B描述。如一般技術者可認知,將色彩指派至特定通道僅係一設計選擇,且雖然預期許多其他設計,但當前描述使用上文剛剛論述之色彩組合僅為了提供本文中描述之混合驅動電路600之一更佳理解。
混合驅動電路600包含類比分流電路610A,該類比分流電路610A經組態以將傳入電流IO
劃分為兩個電流IL
及IR
分別作為一第一分支線619L (類比分流電路610A之一左側電流分支616L)及一第二分支線619R (類比分流電路610A之一右側電流分支616R)上之輸出,其使用如所示之各種電阻(例如R1
、R2
、R3
、RS1
、RS2
、RUPPER
、及RLOWER
)以及在VDD
與接地之間的連接。在實施例中,類比分流電路610A可採取一驅動電路之形式以提供具有相等電流之兩個分支線619L、619R之各者。在實施例中,類比分流電路610A可採取一驅動電路之形式以提供具有不相等電流之兩個分支線619L、619R之各者。
類比分流電路610A可進一步考量不同色彩之LED之間之正向電壓之任何失配,同時容許各色彩中之驅動電流之精確控制。替代地,類比分流電路610A可容許電流之一故意不相等劃分,此無法藉由簡單地在LED陣列631、633、635之各種組合上切換(下文參考多工器陣列620更詳細描述電路之切換部分)而完成。如一般技術者可理解,可在不脫離所揭示標的物之範疇之情況下利用其他類比分流電路。將本文中描述之類比分流電路610A提供為一分流器電路之一個實例,因此熟習此項技術者將更完全瞭解所揭示標的物。
另外,類比分流電路610A可安裝於例如一印刷電路板(PCB)上以使用LED驅動器601及LED多色陣列630操作。LED驅動器601可係例如此項技術中已知之一習知LED驅動器。因此,類比分流電路610A可容許LED驅動器601用於利用LED多色陣列630之兩者或兩者以上之應用。在其他實施例中,類比分流電路610A安裝於例如與LED驅動器601及LED多色陣列630之至少一者分開之一PCB上。
類比分流電路610A之各電流分支可包含一感測電阻器(例如,RS1
及RS2
)。例如,在具有如圖6A中展示之兩個電流通道之一實施例中,類比分流電路610A包含用於感測左側電流分支616L之一第一電壓VSENSE_R1
之一第一感測電阻器615L (RS1
)及用於感測右側電流分支616R之一第二電壓VSENSE_R2
之一第二感測電阻器615R (RS2
)。VSENSE_R1
處之電壓由流動通過第一感測電阻器615L (RS1
)之電流產生且VSENSE_R2
處之電壓由流動通過第二感測電阻器615R (RS2
)之電流產生。
圖6A之類比分流電路610A亦被展示為包含一運算裝置610B。然而,在一些實施例中,運算裝置610B可結合一微控制器使用或由一微控制器取代,如下文參考圖6B論述。運算裝置610B經組態以比較第一經感測電壓VSENSE_R1
與第二經感測電壓VSENSE_R2
以判定一設定電壓VSET
。若第一經感測電壓VSENSE_R1
低於第二經感測電壓VSENSE_R2
,則運算裝置610B經組態以增加設定電壓VSET
。若第一經感測電壓VSENSE_R1
大於第二經感測電壓VSENSE_R2
,則運算裝置610B經組態以降低設定電壓VSET
。
在一特定例示性實施例中,運算裝置610B包含一操作放大器612、介於在其上載送設定電壓VSET
之一位置與接地之間之一電容器614及與電容器614並聯放置之一下電阻器RLOWER
(用作電容器614之一放電電阻器)。另外,一上電阻器RUPPER
與電阻器RLOWER
及電容器614兩者串聯放置。下文論述上電阻器RUPPER
之益處。
將第一經感測電壓VSENSE_R1
及第二經感測電壓VSENSE_R2
饋送至操作放大器612。運算裝置610B可經組態以藉由自第二經感測電壓VSENSE_R2
減去第一經感測電壓VSENSE_R1
而比較第一經感測電壓VSENSE_R1
與第二經感測電壓VSENSE_R2
。當操作放大器612在調節中時,運算裝置610B可經組態以將第一經感測電壓VSENSE_R1
與第二經感測電壓VSENSE_R2
之差轉換為一充電電流。充電電流用於在第一經感測電壓VSENSE_R1
小於第二經感測電壓VSENSE_R2
時對電容器614充電,藉此增加設定電壓VSET
。運算裝置610B可經組態以將第一經感測電壓VSENSE_R1
與第二經感測電壓VSENSE_R2
之差轉換至放電電阻器RLOWER
中。當第一經感測電壓VSENSE_R1
大於第二經感測電壓VSENSE_R2
時,放電電阻器RLOWER
降低設定電壓VSET
。
因此,若第一經感測電壓VSENSE_R1
高於第二經感測電壓VSENSE_R2
,則運算裝置610B可降低設定電壓VSET
,此繼而降低將電力供應至左側電流分支616L之第一閘極電壓VGATE1
。因此,當操作放大器612在調節中時,第一經感測電壓VSENSE_R1
約等於第二經感測電壓VSENSE_R2
。因此,在穩定狀態期間,左側電流分支616L之電流對右側電流分支616R之電流之比率等於第二感測電阻器615R (RS2
)之值對第一感測電阻器615L (RS1
)之值之比率。
因此,當第一感測電阻器615L (RS1
)之值等於第二感測電阻器615R (RS2
)之值時,流動通過第一感測電阻器615L (RS1
)之電流等於流動通過第二感測電阻器615R (RS2
)之電流,混合驅動電流600將電流劃分為兩個相等部分(假定由輔助電路汲取之電流(諸如供應電壓產生)可忽略)。應注意,如一般技術者將瞭解且如上文論述,圖6A中展示之運算裝置610B僅係許多可能實施例之一者。
繼續參考圖6A,在各項實施例中,將設定電壓VSET
提供至一電壓受控電流源。電壓受控電流源可使用一額外操作放大器611實施。額外操作放大器611接著提供一第一閘極電壓VGATE1
。第一閘極電壓VGATE1
提供至一第一電晶體613L的一輸入,該第一電晶體613L提供第一分支線619L上之一驅動電流源IL
。第一電晶體613L可係例如一習知金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。在一特定例示性實施例中,第一電晶體613L可係一n通道MOSFET。如熟習此項技術者可認知,第一電晶體613L可係此項技術中已知之任何類型之切換裝置。
繼續此實施例,一第二電晶體613R提供第二分支線619R上之一驅動電流源IR
。如同第一電晶體613L,第二電晶體613R亦可包括一習知MOSFET或相關裝置類型。在一特定例示性實施例中,第二電晶體613R係一n通道MOSFET。第二電晶體613R可僅在左側電流分支616L在調節中時接通。一第二閘極電壓VGATE2
容許電流流動通過第二電晶體613R。
可將第二閘極電壓VGATE2
饋送至一分路調節器617之一參考(REF)輸入。例如,在一項例示性實施例中,分路調節器617具有2.5 V之一內部參考電壓。當施加在分路調節器617之REF節點處之電壓大於2.5 V時,分路調節器617經組態以汲入一大電流。當施加在分路調節器617之REF節點處之電壓小於或等於約2.5 V時,分路調節器617可汲入一小靜態電流。如一般技術者已知,分路調節器617可包括一齊納(Zener)二極體。
大汲入電流將第二電晶體613R之閘極電壓下拉至低於其臨限電壓之一位準,此可關斷第二電晶體613R。在一些情況中,分路調節器617可能無法拉動陰極多於REF節點下方之一二極體之正向電壓Vf
。因此,第二電晶體613R可具有高於2.5 V之一臨限電壓。替代地,可使用具有一較低內部參考電壓(諸如(例如) 1.24 V)之一分路調節器。 電阻器 RUPPER 之益處
如上文描述且繼續參考圖6A中展示之運算裝置610B,上電阻器RUPPER
與電阻器RLOWER
及電容器614兩者串聯放置。一般言之,運算裝置610B (或下文參考圖6B描述之微控制器)對一0 V至10 V類比信號作出反應且根據一演算法改變LED陣列631、633、635之R/G/B色彩之比例。為了使光隨著輸入電流改變色彩,需要感測電流且需要將信號重新路由至0 V至10 V輸入。
在先前技術之混合驅動電路中,將VSENSE_R1
信號饋送至微控制器或其他類型之運算裝置。然而,在無電阻器RUPPER
之情況下,在先前技術電路中存在一內部類比轉數位轉換器(ADC)之輸入動態範圍與感測電阻器RS1
及RS2
中之電力消耗之間之一權衡。
如圖6A之混合驅動電路600中展示之電阻器RUPPER
之包含改良動態範圍與感測電阻器之電力消耗之間之上文提及之權衡。電阻器RUPPER
插入於耦合至VSET
之MOSFET之源極端子與並聯於電容器614之電阻器RLOWER
之間。兩個電阻器RUPPER
及RLOWER
之一組合形成一電阻分壓器。此電路之一個原始功能係確保仍滿足在平衡下數量VSET
等於VSENSE_R1
及VSENSE_R2
。然而,添加電阻器RUPPER
之一額外益處係在VSENSE_AMPLIFIED
處之電壓現在係在VSET
處之電壓之一放大版本。放大極大地改良ADC之輸入信號範圍而未增加感測電阻器RS1
及RS2
中之電力消耗。
在一特定例示性實施例中,假定目標峰值電流係1安培(A)。RS1
及RS2
可經選擇為各係0.47歐姆(Ω),因此給出0.47 V之一峰值電壓。(此係因為I x R = V,在此實例中,1 A x 0.47 Ω = 0.47 V)。為了使此電壓倍增,RUPPER
之值可經選擇為例如 3.3 kΩ,且RLOWER
可經選擇為例如 2.2 kΩ。因此,放大因數係(1 + 3.3 kΩ/2.2 kΩ) = 2.5。因此,在此實例中, VSENSE_AMPLIFIED
之值 = 2.5 .
(VSET
)。
提供此等值僅作為實例,使得一般技術者在閱讀並理解本文中提供之資訊之後將因此更完全瞭解所揭示標的物。可取決於一給定電路之特定參數及預期而選取各種其他值。
繼續參考圖6A,混合驅動電路600包含經組態以將三個LED陣列631、633、635之兩者電耦合至第一分支線619L及第二分支線619R,從而提供由類比分流電路610A產生之兩個電流源IL
、IR
之多工器陣列620。在一例示性實施例中,多工器陣列620包含數個切換裝置621(S1
)、623(S2
)、625(S3
)、627(S4
)。雖然展示四個切換裝置,但多工器陣列620可包含更多或更少個開關。在一特定例示性實施例中,切換裝置621、623、625、627包括MOSFET電晶體或此項技術中已知之類似類型之切換裝置。多工器陣列620經組態以實質上同時將電流IL
及IR
傳導至LED多色陣列630之兩個色彩中。
操作上,用於RGB調諧之混合驅動電路600使用類比分流電路610A以實質上同時驅動三個LED陣列631、633、635之兩個色彩。混合驅動電路600接著將PWM時間截分與三個LED陣列631、633、635之第三(剩餘)色彩覆疊。
在同時驅動兩個色彩時,產生虛擬色點。電流IL
與IR
之間之比率可係預定的。例如,電流之間之比率可係1:1或稍微不同以最大化效率。然而,可使用任何比率。在使用三個LED陣列631、633、635之三個色彩的情況下,可使用例如本文中描述之降飽和RGB LED產生三個虛擬色點(R-G、R-B、G-B)。由三個虛擬色點(R-G、R-B、G-B)產生之三角形定義本文中揭示之混合驅動標的物之色域。在各項例示性實施例中,可包含一或多個原色R/G/B (一第四或更高色點)以供混合。
現參考圖6B,一微控制器650可結合或取代運算裝置610B使用。例如,微控制器650可使用潛在地少於上文描述之類比電路之PCB資源執行複雜信號處理。熟習此項技術者將認知,其他類型之裝置可與微控制器650相同或類似地操作。下文描述若干此裝置。
在此特定實施例中,微控制器650接收輸入信號且可執行圖6A之切換裝置621、627 (第一開關及第四開關)之操作(S1及S4之操作)。在實施例中,微控制器650經組態以藉由感測一感測電壓輸入651處之VSENSE_R1
及例如微控制器650定位於其上之板之一溫度而監測輸入電流之絕對值。使用例如耦合至微控制器650之一NTC輸入655之一負溫度係數(NTC)電阻器(熱阻器,未展示)感測溫度。感測電壓輸入651及NTC輸入655處之此兩個讀數VSENSE_R1
可用於補償歸因於驅動電流及溫度之LED陣列631、633、635中之一潛在色彩偏移。0 V至10 V輸入可用作一控制輸入653。如本文中描述,微控制器650可經映射至一CCT調諧曲線。微控制器650將傳入指令(例如,依據光通量而變化之色溫,見圖5)轉化為多工器陣列620之操作。具體言之,微控制器650可在一第一輸出657處提供一第一輸出信號IL
以控制開關S1且在一第二輸出659處提供一第二輸出信號IR
以控制開關S4。
如上文描述,經由感測電阻器RS1
感測輸入電流且將其轉換為一電壓VSENSE_R1
。將電壓VSENSE_AMPLIFIED
之一經放大版本饋送至運算裝置610B (見圖6A)或至微控制器650 (見圖6B)。微控制器650儲存一數位化CCT對電流曲線。數位化CCT對電流曲線可以熟習此項技術者已知之各種方式建立且儲存於軟體(例如,微控制器650內)、韌體(例如,一EEPROM)或硬體(例如,一場可程式化閘陣列(FPGA))中。指令可接著選擇對應於經感測電流位準之一CCT。以最簡單形式,最大電流可在微控制器650中硬編碼且與一最大色溫(例如,3500K)關聯。
在各項實施例中,運算裝置610B及/或微控制器650可經組態以藉由具有例如一特殊校準模式而自動調整圖5之CCT對電流曲線500。例如,若微控制器650以一特殊序列電力循環(例如,長及短通電/斷電循環之一組合),則其可進入校準模式。當在此校準模式中時,要求使用者(例如,在工廠之一校準技術人員或一先進終端使用者)改變驅動器輸出之最小位準與最大位準之間之驅動器輸出電流。微控制器650接著將此兩個值儲存於例如如上文描述之一內部記憶體(至微控制器650或至微控制器650定位於其上之一板)中。內部記憶體可採取數個形式,包含例如電可擦除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、相變記憶體(PCM)、快閃記憶體或此項技術中已知之各種其他類型之非揮發性記憶體裝置。
現參考圖7,展示根據所揭示標的物之各項例示性實施例之用於提供一LED光源之一調光調色操作之一方法700之一實例。方法700描述使用例如圖6A之混合驅動電路用於LED多色陣列630之調光調色操作。所展示之例示性操作實現將多種LED多色陣列630組合以產生針對來自圖4之單一控制裝置之一給定發光-信號位準之一所要色溫。所接收之發光-信號位準由單通道驅動器電路403 (例如,其可包括圖6A之LED驅動器601)讀取。發光-信號位準可接著用於校準例如如上文描述之運算裝置610B及/或微控制器650。
繼續參考圖7,在操作701處,方法700經由一類比分流電路將一輸入電流劃分為一第一電流IL
及一第二電流IR
。在操作703處,在一時段之一第一部分期間實質上同時經由多工器陣列620將第一電流提供至LED多色陣列630之三個色彩之一第一者且將第二電流提供至LED多色陣列630之三個色彩之一第二者。在操作705處,在該時段之一第二部分期間實質上同時經由多工器陣列620將第一電流提供至LED多色陣列630之三個色彩之第二者且將第二電流提供至LED多色陣列630之三個色彩之一第三者。在操作707處,在該時段之一第三部分期間實質上同時經由多工器陣列將第一電流提供至LED多色陣列630之三個色彩之第一者且將第二電流提供至LED多色陣列630之三個色彩之第三者。
在方法700中,第一電流及第二電流至LED多色陣列630之不同偶電子之提供可使用用於將一驅動電流提供至LED多色陣列630之三個色彩之一第三者之脈寬調變(PWM)時間截分發生。在各項實施例中,PWM可在LED之三個色彩之第一者、LED之三個色彩之第二者及LED之三個色彩之第三者之組合之間實質上相等。在各項實施例中,取決於LED之所要驅動特性,PWM可係不同的。
在閱讀並理解所揭示標的物之後,一般技術者將認知,方法可應用至LED之傳統RGB色彩或LED之降飽和RGB色彩。熟習此項技術者亦將認知,可使用LED之額外或更少色彩。
在各項實施例中,許多所述組件可包括經組態以實施本文中揭示之功能之一或多個模組。在一些實施例中,模組可構成軟體模組(例如,儲存於一機器可讀媒體或一傳輸媒體上或以其他方式體現於一機器可讀媒體或一傳輸媒體中之程式碼)、硬體模組或其等之任何適合組合。一「硬體模組」係能夠執行特定操作且解譯特定信號之一有形(例如,非暫時性)實體組件(例如,一組一或多個微處理器或其他基於硬體之裝置)。一或多個模組可以一特定實體方式組態或配置。在各項實施例中,一或多個微處理器或其之一或多個硬體模組可由軟體(例如,一應用程式或其之部分)組態為操作以執行本文中針對該模組描述之操作之一硬體模組。
在一些例示性實施例中,可例如機械地或電子地或藉由其等之任何適合組合實施一硬體模組。例如,一硬體模組可包含經永久組態以執行特定操作之專屬電路或邏輯。一硬體模組可為或包含一專用處理器,諸如一場可程式化閘陣列(FPGA)或一特定應用積體電路(ASIC)。一硬體模組亦可包含由軟體暫時組態以執行特定操作(諸如有限狀態機內之各種狀態及轉變之解譯)之可程式化邏輯或電路。作為一實例,一硬體模組可包含涵蓋於一CPU或另一可程式化處理器內之軟體。將瞭解,將一硬體模組機械地、電氣地實施為專屬及永久組態之電路或暫時組態之電路(例如,藉由軟體組態)之決策可受成本及時間考量驅使。
上述描述包含體現所揭示標的物之闡釋性實例、裝置、系統及方法。在描述中,為了說明之目的,闡述許多具體細節以提供所揭示標的物之各項實施例之一理解。然而,對於一般技術者將顯而易見,可在不具有此等具體細節之情況下實踐標的物之各項實施例。此外,未詳細展示熟知結構、材料及技術以免使各項所繪示實施例不清楚。
如本文中所使用,術語「或」可以一包含性或排他性意義解釋。此外,一般技術者在閱讀且理解所提供之揭示內容之後將理解其他實施例。此外,在閱讀及理解本文中所提供之揭示內容之後,一般技術者將容易理解,本文中所提供之技術及實例之各種組合全部可以各種組合應用。
雖然分開論述各項實施例,但此等單獨實施例並不意欲被視為獨立技術或設計。如上文所指示,各種部分之各者可互相關聯,且各自可分開使用或與其他類型之電控制裝置(諸如調暗器及相關裝置)組合使用。因此,雖然已描述方法、操作及程序之各項實施例,但此等方法、操作及程序可分開或以各種組合使用。
因此,在閱讀及理解本文中所提供之揭示內容之後,如一般技術者將明白,可進行許多修改及變動。除本文中所枚舉之方法及裝置之外,熟習此項技術者亦將自前述描述明白在本發明之範疇內之功能上等效方法及裝置。一些實施例之部分及特徵可包含於其他實施例之部分及特徵中或取代其他實施例之部分及特徵。此等修改及變動意欲落於隨附發明申請專利範圍之一範疇內。因此,本發明應僅藉由隨附發明申請專利範圍之條款連同此等發明申請專利範圍被授權之等效物之全範疇限制。亦應理解,本文中所使用之術語僅為了描述特定實施例之目的且並不意欲為限制性的。
提供本發明之摘要以容許讀者快速確定技術揭示內容之本質。摘要係在理解其將不被用於解釋或限制發明申請專利範圍之情況下提出。另外,在前述[實施方式]中,可見出於簡化本發明之目的,可將各種特徵集中於一單一實施例中。本發明之此方法不應被解釋為限制發明申請專利範圍。因此,特此將下文發明申請專利範圍併入至[實施方式]中,其中各技術方案獨立地作為一單獨實施例。
100:國際照明委員會(CIE)色圖
101:黑體線(BBL)
103:麥克亞當橢圓(MAE)
105:麥克亞當橢圓(MAE)步長
107:麥克亞當橢圓(MAE)步長
109:麥克亞當橢圓(MAE)步長
111:麥克亞當橢圓(MAE)步長
115A:曲線
115B:曲線
115C:曲線
115D:曲線
117:等溫線
117A:第一等溫線
117B:第二等溫線
117C:第三等溫線
117D:第四等溫線
200:色度圖
201:座標/發光二極體(LED)座標位置
203:座標/發光二極體(LED)座標位置
205:座標/發光二極體(LED)座標位置
250:色度圖
251:座標
253:座標
255:座標
257:三角形
300:色彩調諧裝置
301:通量控制裝置
303:相關色溫(CCT)控制裝置
305:單通道驅動器電路
310:客戶設施
320:組合發光二極體(LED)驅動電路/發光二極體(LED)陣列
400:色彩調諧裝置
401:單一控制裝置
403:單通道驅動器電路
410:客戶安裝區域
420:組合混合驅動電路/降飽和發光二極體(LED)陣列
500:圖表/相關色溫(CCT)對電流曲線
501:色溫
503:光通量
505:曲線
600:混合驅動電路
601:發光二極體(LED)驅動器
603:電壓調節器
610A:類比分流電路
610B:運算裝置
611:額外操作放大器
612:操作放大器
613L:第一電晶體
613R:第二電晶體
614:電容器
615L:第一感測電阻器
615R:第二感測電阻器
616L:左側電流分支
616R:右側電流分支
617:分路調節器
619L:第一分支線
619R:第二分支線
620:多工器陣列
621:切換裝置
623:切換裝置
625:切換裝置
627:切換裝置
630:發光二極體(LED)多色陣列
631:發光二極體(LED)陣列
633:發光二極體(LED)陣列
635:發光二極體(LED)陣列
650:微控制器
651:感測電壓輸入
653:控制輸入
655:負溫度係數(NTC)輸入
657:第一輸出
659:第二輸出
700:方法
701:操作
703:操作
705:操作
707:操作
I0
:穩定電流
IL
:電流/驅動電流源
IR
:電流/驅動電流源
RLOWER
:下電阻器/放電電阻器
RUPPER
:上電阻器
RS1
:感測電阻器
RS2
:感測電阻器
VGATE1
:第一閘極電壓
VGATE2
:第二閘極電壓
VSENSE_AMPLIFIED
:電壓
VSENSE_R1
:第一電壓/第一經感測電壓
VSENSE_R2
:第二電壓/第二經感測電壓
VSET
:設定電壓
圖1展示包含一黑體線(BBL)之一國際照明委員會(CIE)色圖之一部分;
圖2A展示在圖上具有典型紅色(R)、綠色(G)及藍色(B) LED之色彩之近似色度座標且包含一BBL之一色度圖;
圖2B展示根據所揭示標的物之各項實施例之具有接近BBL之降飽和(desaturated) R、G及B LED之近似色度座標之圖2A之色度圖之一修訂版本;
圖3展示需要一單獨通量控制裝置及一單獨CCT控制裝置之先前技術之一色彩調諧裝置;
圖4展示根據所揭示標的物之各項實施例之使用一單一控制裝置之一色彩調諧裝置之一例示性實施例;
圖5展示根據所揭示標的物之各項實施例之指示依據光通量而變化之色溫之一圖表之一實例;
圖6A展示根據所揭示標的物之各項例示性實施例之一色彩調諧電路之一例示性實施例;
圖6B展示可與圖6A之色彩調諧電路一起使用之一微控制器之一例示性實施例;及
圖7展示根據所揭示標的物之各項例示性實施例之提供一LED光源之一調光調色操作之一方法之一實例。
400:色彩調諧裝置
401:單一控制裝置
403:單通道驅動器電路
410:客戶安裝區域
420:組合混合驅動電路/降飽和發光二極體(LED)陣列
Claims (20)
- 一種調光調色電路設備,其包括: 一混合驅動電路,其經組態以耦合至包含不同色彩之LED陣列之一發光二極體(LED)多色陣列,該混合驅動電路經組態以接收一發光-信號位準且基於該經接收發光-信號位準調整該LED多色陣列之一色溫及一對應光通量,該混合驅動電路包含: 一分流電路,其經組態以產生用於至少兩個LED電流驅動源之電流;及 一多工器陣列,其耦合於該分流電路與該LED多色陣列之間,該多工器陣列經組態以將電流自該至少兩個LED電流驅動源之至少一者週期性地提供至該LED多色陣列之該等LED陣列之至少兩個色彩達一預定量之時間。
- 如請求項1之調光調色電路設備,其進一步包括電耦合至一電壓調節器之一LED驅動器,該電壓調節器經組態以提供該LED多色陣列之一電壓信號,該LED驅動器及該電壓調節器之一組合用於提供一穩定電流作為至該分流電路的一輸入。
- 如請求項1或2之調光調色電路設備,其中該多工器陣列包括至少四個切換裝置。
- 如請求項1或2之調光調色電路設備,其中該至少兩個LED電流驅動源之各者經組態以將相等量之電流供應至該LED多色陣列。
- 如請求項1或2之調光調色電路設備,其中該至少兩個LED電流驅動源之各者經組態以將不相等量之電流供應至該LED多色陣列。
- 如請求項1或2之調光調色電路設備,其進一步包括一電壓受控電流源,該電壓受控電流源經組態以將電流供應至該分流電路以產生用於該至少兩個LED電流驅動源之該電流。
- 如請求項6之調光調色電路設備,其進一步包括一運算裝置,該運算裝置經組態以比較一第一經感測電壓VSENSE_R1 及一第二經感測電壓VSENSE_R2 以判定並供應一設定電壓VSET ,該設定電壓係該電壓受控電流源的一輸入電壓。
- 如請求項7之調光調色電路設備,其中該分流電路進一步包含一電阻分壓器電路及放大器,該電阻分壓器電路及放大器經組態以提供係該設定電壓VSET 之一經放大版本之一經放大電壓信號VSENSE_AMPLIFIED 。
- 如請求項1或2之調光調色電路設備,其中該混合驅動電路進一步經組態以將一脈寬調變(PWM)時間截分信號供應至該LED多色陣列之選定者。
- 如請求項1或2之調光調色電路設備,其進一步包括一微控制器,該微控制器經組態以將該經接收發光-信號位準映射至一相關色溫(CCT)以提供用於設定該LED多色陣列之該色溫的一輸入。
- 如請求項1或2之調光調色電路設備,其進一步包括一微控制器,該微控制器經組態以儲存基於該經接收發光-信號位準的一數位化相關色溫(CCT)對電流曲線,該數位化CCT對電流曲線用於提供用於設定該LED多色陣列之該色溫之一輸入。
- 如請求項1或2之調光調色電路設備,其中該分流電路進一步包括一電阻分壓器電路及放大器,該電阻分壓器電路及放大器經組態以產生一經放大電壓信號,該經放大電壓信號用於產生用於該至少兩個LED電流驅動源之該電流。
- 一種調光調色電路系統,其包括: 一發光二極體(LED)多色陣列,其包括不同色彩之LED陣列;及 一混合驅動電路,其耦合至該LED多色陣列,該混合驅動電路指示該LED多色陣列所要之光通量之一位準,該混合驅動電路進一步經組態以將一脈寬調變(PWM)時間截分信號供應至該LED多色陣列之選定LED陣列,該混合驅動電路包含: 一運算裝置,其經組態以基於光通量之該所要位準判定用於供應至該LED多色陣列之電流之一量,該運算裝置進一步使該LED多色陣列之一色溫與光通量之該所要位準相關; 一分流電路,其經組態以產生用於至少兩個LED電流驅動源之電流;及 一多工器陣列,其具有耦合於該分流電路與該LED多色陣列之間且經組態以將電流自該至少兩個LED電流驅動源之至少一者週期性地提供至該LED多色陣列之該等LED陣列之至少一個色彩達一預定量之時間的複數個切換裝置。
- 如請求項13之調光調色電路系統,其中該LED多色陣列包括以下項之至少一者: 至少一個紅色LED、至少一個綠色LED及至少一個藍色LED,或 至少一個降飽和紅色LED、至少一個降飽和綠色LED及至少一個降飽和藍色LED。
- 如請求項13或14之調光調色電路系統,其中該運算裝置係一微控制器,該微控制器經組態以將該經接收發光-信號位準映射至一相關色溫(CCT),以提供一輸入至該混合驅動電路以設定該LED多色陣列之該色溫。
- 如請求項13或14之調光調色電路系統,其中該運算裝置係一微控制器,該微控制器經組態以儲存基於該經接收發光-信號位準之一數位化相關色溫(CCT)對電流曲線,該數位化CCT對電流曲線用於提供一輸入至該混合驅動電路以設定該LED多色陣列之該色溫。
- 如請求項13或14之調光調色電路系統,其進一步包括一單一控制裝置(401),該單一控制裝置(401)經組態以將該發光-信號位準供應至該混合驅動電路。
- 一種方法,其包括: 判定包含不同色彩之LED陣列之一發光二極體(LED)多色陣列所要之一光通量位準; 使該光通量位準與該LED多色陣列之一色溫關聯; 將一輸入電流劃分為一第一電流及一第二電流;及 基於該色溫之一判定: 在一時間段之一第一部分期間實質上同時將該第一電流提供至該等LED陣列之一第一者且將該第二電流提供至該等LED陣列之一第二者; 在該時間段之一第二部分期間實質上同時將該第一電流提供至該等LED陣列之該第二者且將該第二電流提供至該等LED陣列之一第三者;且 在該時段之一第三部分期間實質上同時將該第一電流提供至該等LED陣列之該第一者且將該第二電流提供至該等LED陣列之該第三者。
- 如請求項18之方法,其中該第一電流至該等LED陣列之不同偶電子之該提供及該第二電流至該等LED陣列之不同偶電子之該提供使用脈寬調變(PWM)時間截分發生。
- 如請求項19之方法,其中該PWM在該等LED陣列之該第一者、該等LED陣列之該第二者及該等LED陣列之該第三者之一組合之間實質上相等。
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