TWI469685B - 色溫調節系統及方法 - Google Patents

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Description

色溫調節系統及方法
本發明涉及一種色溫調節系統及方法，特別是涉及一種能夠簡化色溫調節運算的LED色溫調節系統及方法。
隨著照明技術的發展，LED燈照明被廣泛應用。LED燈需要根據環境光線或者用戶的特定需求進行色溫調節，使LED燈具發出的光適用性更強，可以更好地滿足健康照明的需求。在現有的解決方案中，通常採用三基色混光技術進行色溫調節，即通過分別對紅光LED、藍光LED和黃光LED的恒流驅動電路輸入相應的脈寬調製(Pulse Width Modulation，縮略詞為PWM)控制信號，並通過改變脈寬調製信號的佔空比達到對相應LED所發出的光線進行調節，從而實現LED燈具的色溫調節的效果。
然而，在上述現有的解決方案中，往往是以實驗為基礎得出色溫與電流的關係，並針對所需要的不同色溫輸入對應佔空比的PWM控制信號，使流經LED的電流達到相應的實驗值。但是，當可調節控制的色溫級數較多時，就需要大量的實驗資料，同時需要較為複雜的控制系統利用實驗資料進行色溫調節。這樣，往往會增加控制系統的運算量。
有鑒於此，有必要提供一種色溫調節系統及方法，用以簡化現有 技術中的色溫調節系統。
一種色溫調節系統，包括微處理器、恒流驅動單元、LED發光單元以及色溫設定單元，其中，該色溫設定單元響應用戶設定所需調節到的目標色溫值CCT的操作，產生相應色溫調節信號。該恒流驅動單元回應該微處理器的控制調整流經該LED發光單元的電流值，該LED發光單元包括具有不同的色溫值的第一LED模組和第二LED模組，其中該第一LED模組的色溫值低於該第二LED模組的色溫值。該微處理器包括：存儲模組，用於存儲一定義了若干比例值X與流經該第一LED模組的電流值和流經該第二LED模組的電流值對應關係的關系列表，其中，該比例值X為該第一LED模組的色溫值在調節到該目標色溫值CCT所佔的比例。及計算模組，用於接收該色溫調節信號，確定一目標色溫值CCT，並將該目標色溫值CCT與一固定的臨界色溫值CCT(0)比較，並根據比較結果及相應計算公式計算該比例值X。以及執行模組，用於根據該計算得出的比例值X以及該關系列表確定該比例值X對應的第一LED模組以及第二LED模組的電流值。該恒流驅動器，包括第一恒流驅動模組和第二恒流驅動模組，該第一恒流驅動模組與該執行模組以及第一LED模組連接，該第二恒流驅動模組與該執行模組以及第二LED模組連接，該第一恒流驅動模組根據執行模組確定的第一LED模組的電流值產生相應的第一調製信號，該第二恒流驅動模組根據執行模組確定的第二LED模組的電流值產生相應的第二調製信號，從而使得流經該第一LED模組和第二LED模組的電流值為該確定的電流值，使該LED發光單元發出的光達到所需要調節到的目標色溫CCT。
本發明還提供一種應用於色溫調節系統的色溫調節方法，該色溫調節系統包括由色溫不同的第一LED模組和第二LED模組組成的LED發光單元，其中，該第一LED模組的色溫值低於該第二LED模組的色溫值，並預先存儲一定義了若干比例值X與流經該第一LED模組的電流值和流經該第二LED模組的電流值對應關係的關系列表，其中，該比例值X為該第一LED模組的色溫值在調節到目標色溫值CCT所佔的比例。該方法包括步驟：根據用戶設定的該目標色溫值CCT的操作，產生相應的色溫調節信號。
根據該色溫調節信號確定目標色溫值，並將該目標色溫值CCT與一固定的臨界色溫值CCT(0)比較以確定比較結果。
根據該比較結果及相應的計算公式計算所述比例值X。
根據該計算得出的比例值X以及該關系列表確定該比例值X對應的第一LED模組以及第二LED模組的電流值。以及根據該確定的第一LED模組以及第二LED模組對應的電流值產生相應的調製信號，使得流經該第一LED模組和第二LED模組的電流值為該確定的電流值，從而使該LED發光單元發出的光達到所需要調節到的目標色溫CCT。
相對於現有技術，本發明提供的色溫調節系統及方法，應用數學演算法，根據所需調節到的色溫值及當前的色溫值計算比例值，並根據該比例值確定並調整流經第一LED模組的電流值和流經第二LED模組的電流值，以對第一LED模組和第二LED模組所發出的光進行調節，使LED發光單元所發出的光達到所需要調節到的色 溫，從而簡化色溫調節系統。
1‧‧‧色溫調節系統
2‧‧‧微處理器
21‧‧‧存儲模組
22‧‧‧計算模組
23‧‧‧執行模組
3‧‧‧恒流驅動器
31‧‧‧第一恒流驅動模組
32‧‧‧第二恒流驅動模組
4‧‧‧LED發光單元
41‧‧‧第一LED模組
42‧‧‧第二LED模組
5‧‧‧色溫設定單元
圖1為本發明一實施方式中的色溫調節系統的模組圖。
圖2為本發明一實施方式中的色溫調節方法的流程圖。
下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，為本實施方式中的色溫調節系統的模組圖。該色溫調節系統1包括微處理器2、恒流驅動器3、LED發光單元4和色溫設定單元5。其中，LED發光單元4包括具有不同的色溫的第一LED模組41和第二LED模組42。在本實施方式中，第一LED模組41由低色溫白光LED組成，其色溫值為2700K(K為色溫單位Kelvin的縮略詞)，第二LED模組42由高色溫白光LED組成，其色溫值為6500K。顯然，該LED發光單元4中僅第一LED模組41發光時，該LED發光單元4的色溫最低，為2700K，當僅有第二LED模組42發光時，該LED發光單元4的色溫最高，為6500K，因此該LED發光單元4的色溫範圍為2700K~6500K。該LED發光單元4中所包括的LED模組的數量、所發出光的顏色以及最高色溫值可根據所應用的LED燈具的需要進行變更。
色溫設定單元5用於回應用戶設定所需調節到的色溫值的操作，產生相應色溫調節信號。具體地，該色溫設定單元5可以是一具有顯示幕的觸摸面板或數位鍵盤，設置於應用該色溫調節系統1的燈具的外部，該色溫設定單元5也可以是一遙控器。
微處理器2包括存儲模組21、計算模組22和執行模組23。該計算 模組22用於回應該色溫設定單元5所產生的色溫調節信號，應用一數學演算法計算一比例值X，該比例值X為LED發光單元4的最低色溫值，即第一LED模組41相對於所需要調節到的目標色溫值所佔的比例。存儲模組21用於預先存儲一關系列表，該關系列表中定義了若干比例值X與流經第一LED模組41的第一電流值I1和流經第二LED模組42的第二電流值I2的對應關係。執行模組23用於根據計算模組22所計算得出的比例值X以及存儲模組21所存儲的關系列表確定該比例值X對應的流經第一LED模組41的第一電流值I1和流經第二LED模組42的第二電流值I2。
該恒流驅動器3包括第一恒流驅動模組31和第二恒流驅動模組32，分別與第一LED模組41和第二LED模組42對應連接，用於分別產生脈寬調製信號至該第一LED模組41和第二LED模組42，以驅動該第一LED模組41和第二LED模組42發光。該第一恒流驅動模組31與該第二恒流驅動模組32還均與該執行模組23連接。其中，該第一恒流驅動模組31根據執行模組23確定的流過第一LED模組41的第一電流值I1產生具有相應佔空比的脈寬調製(Pulse Width Modulation，縮略詞為PWM)信號(即第一調製信號)驅動流過該第一LED模組41的電流為該執行模組確定的第一電流值I1。該第二恒流驅動模組32根據執行模組23確定的流過第二LED模組42的第二電流值I2產生具有相應佔空比的PWM信號(即第二調製信號)驅動流過該第二LED模組42的電流為該執行模組確定的第二電流值I2。從而，使LED發光單元4所發出的光達到所需要調節到的色溫。
在本實施方式中，該數學演算法包括以下方程式： CCT(0)=CCT(1)+△CCT*A0 方程式(一)；當CCTCCT(0)時，CCT=CCT(1)+△CCT*(1-X)*A1 方程式(二)；當CCT>CCT(0)時，CCT=CCT(2)-△CCT*X*A2 方程式(三)。
在上述方程式中，A0、A1和A2為常數，可根據實際應用的LED燈具的類型及相關參數進行預先地設置。CCT為用戶設定的所需要調節到的色溫值，CCT(1)為LED發光單元4的最低色溫值，也即第一LED模組41的色溫值，CCT(2)則為LED發光單元4的最高色溫值，也即該第二LED模組42的色溫值。△CCT為LED發光單元4最大的色溫值與最小色溫值的差值，為一固定值，在本實施方式中為6500-2700=3800K。CCT(0)為一臨界色溫值，可根據方程式(一)計算得出，由於CCT(1)、△CCT以及A0為固定值，因此，CCT(0)為一固定值，在本實施方式中為3800K。在其他實施方式中，CCT(0)的值被預先存儲在存儲模組21內，在需要時被調用。該執行模組23根據目標色溫值與該臨界色溫值的比較，由計算模組22確定選擇方程式(二)或方程式(三)，並計算該“X”值。
請同時參閱關係列表(如表一所示)，為本實施方式中的色溫調節系統進行色溫調節時所應用的關系列表，下面將結合該關系列表與上述的方程式對本發明色溫調節系統進行色溫調節進行說明。當需要調節色溫時，用戶通過色溫設定單元5設置所需要調節到的目標色溫值，色溫設定單元5響應用戶的設置產生對應的包括目標色溫值資訊的色溫調節信號。計算模組22根據該色溫調節 信號確定目標色溫值，並比較該目標色溫值與該臨界色溫值，根據比較結果選擇方程式(二)或方程式(三)計算X的值。
例如，設用戶通過色溫設定單元5設置的目標色溫值為2800K，當 執行模組23確定所需要調節到的目標色溫值CCT為2800K小於該臨界色溫值時，計算模組22確定採用方程式(二)計算X的值。如圖2所示，計算模組22計算得出X的值為0.9522，執行模組23讀取關系列表，確定該計算得出的X的值所對應的第一電流值I1和第二電流值I2分別為60.00mA和2.7mA。第一恒流驅動模組31和第二恒流驅動模組32分別根據該電流值60.00mA和2.7mA產生具有相應佔空比的PWM信號，分別將流經第一LED模組41的電流調節為60.00mA，將流經第二LED模組42的電流調節至2.7mA。從而，使得LED發光單元4的色溫為該目標色溫值。如表一所示，該LED發光單元4的實際色溫值為2789K，絕對誤差為11個單位，可以說該誤差很小。
請參閱圖2，為本實施方式中色溫調節方法的流程圖，該方法包括：
步驟S60，色溫設定單元5回應用戶設定所需調節到的色溫值的操作，產生相應的包括目標色溫值資訊的色溫調節信號。其中，該色溫設定單元5可以是一具有顯示幕的觸摸面板或數位鍵盤，設置於應用該色溫調節系統1的燈具的外部，該色溫設定單元5也可以是一遙控器。
步驟S61，計算模組22回應該色溫設定單元5所產生的色溫調節信號，確定目標色溫值CCT，並將該目標色溫值CCT與臨界色溫值CCT(0)比較以確定比較結果。
步驟S62，計算模組22根據比較結果選擇方程式(二)或方程式(三)計算比例值X，其中，該比例值X為LED發光單元4的最低色溫值，即第一LED模組41相對於所需要調節到的目標色溫值CCT所 佔的比例。
在本實施方式中，第一LED模組41由低色溫白光LED組成，其色溫值為2700K，第二LED模組42由高色溫白光LED組成，其色溫值為6500K。該LED發光單元4中僅第一LED模組41發光時，該LED發光單元4的色溫最低，為2700K，當僅有第二LED模組42發光時，該LED發光單元4的色溫最高，為6500K，因此該LED發光單元4的色溫範圍為2700K~6500K。
在本實施方式中，該數學演算法包括以下方程式：CCT(0)=CCT(1)+△CCT*A0 方程式(一)；當CCTCCT(0)時，CCT=CCT(1)+△CCT*(1-X)*A1 方程式(二)；當CCT>CCT(0)時，CCT=CCT(2)-△CCT*X*A2 方程式(三)。
在上述方程式中，A0、A1和A2為常數，可根據實際應用的LED燈具的類型及相關參數進行預先地設置。CCT為用戶設定的所需要調節到的色溫值，CCT(1)為LED發光單元4的最低色溫值，也即第一LED模組41的色溫值，CCT(2)則為LED發光單元4的最高色溫值，也即該第二LED模組42的色溫值，△CCT為LED發光單元4最大色溫值與最小色溫值的差值，為一固定值，在本實施方式中為6500-2700=3800K。CCT(0)為一臨界色溫值，可根據方程式(一)計算得出，由於CCT(1)、△CCT以及A0為固定值，因此，CCT(0)為一固定值，在本實施方式中為3800K。
步驟S63，執行模組23根據計算模組22所計算得出的比例值X以及 存儲模組21所存儲的關系列表確定該比例值X對應的第一LED模組41的第一電流值I1和第二LED模組42的第二電流值I2。
步驟S64，第一恒流驅動模組31根據執行模組23確定的第一LED模組41的第一電流值I1產生具有相應佔空比的PWM信號驅動流過該第一LED模組41的電流為該執行模組確定的第一電流值I1，該第二恒流驅動模組32根據執行模組23確定的第二LED模組42的第二電流值I2產生具有相應佔空比的PWM信號驅動流過該第二LED模組42的電流為該執行模組確定的第二電流值I2，從而，使LED發光單元4所發出的光達到所需要調節到的色溫。
使用上述的色溫調節系統及方法，可應用數學演算法，根據所需調節到的目標色溫值及當前的色溫值計算比例值，並根據該比例值確定並調整流經第一LED模組41的電流值和流經第二LED模組42的電流值，以對第一LED模組41和第二LED模組42所發出的光進行調節，使LED發光單元4所發出的光達到所需要調節到的色溫，從而簡化色溫調節系統。
可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。
1‧‧‧色溫調節系統
2‧‧‧微處理器
21‧‧‧存儲模組
22‧‧‧計算模組
23‧‧‧執行模組
3‧‧‧恒流驅動器
31‧‧‧第一恒流驅動模組
32‧‧‧第二恒流驅動模組
4‧‧‧LED發光單元
41‧‧‧第一LED模組
42‧‧‧第二LED模組
5‧‧‧色溫設定單元

Claims (5)

  1. 一種色溫調節系統，包括微處理器、恒流驅動單元、LED發光單元以及色溫設定單元，其中，所述色溫設定單元響應用戶設定所需調節到的目標色溫值(CCT)的操作，產生相應色溫調節信號；所述恒流驅動單元回應所述微處理器的控制調整流經所述LED發光單元的電流值，其改進在於，所述LED發光單元包括具有不同的色溫值的第一LED模組和第二LED模組，其中所述第一LED模組的色溫值低於所述第二LED模組的色溫值；所述微處理器包括：存儲模組，用於存儲一定義了若干比例值(X)與流經所述第一LED模組的電流值和流經所述第二LED模組的電流值對應關係的關系列表，其中，所述比例值(X)為所述第一LED模組的色溫值在調節到所述目標色溫值(CCT)所佔的比例；計算模組，用於接收所述色溫調節信號，確定一目標色溫值(CCT)，並將所述目標色溫值(CCT)與一固定的臨界色溫值(CCT(0))比較，並根據比較結果及相應計算公式計算所述比例值(X)，所述計算模組在所述目標色溫值(CCT)小於或等於所述臨界色溫值(CCT(0))時，選擇一預設的方程式(一)計算所述比例值(X)，在所述目標色溫值(CCT)大於所述臨界色溫值(CCT(0))時，選擇一預設的方程式(二)計算所述比例值(X)，其中，所述方程式(一)為CCT=CCT(1)+△CCT*(1-X)*A1，所述方程式(二)為CCT=CCT(2)-△CCT*X*A2，A1和A2表示常數，CCT(1)為所述第一LED模組的色溫值，CCT(2)為所述第二LED模組的色溫值，△CCT為所述第一LED模組色溫值與所述第二LED模組色溫值的差值；以及 執行模組，用於根據所述計算得出的比例值(X)以及所述關系列表確定所述比例值(X)對應的第一LED模組以及第二LED模組的電流值；所述恒流驅動器，包括第一恒流驅動模組和第二恒流驅動模組，所述第一恒流驅動模組與所述執行模組以及第一LED模組連接，所述第二恒流驅動模組與所述執行模組以及第二LED模組連接，所述第一恒流驅動模組根據執行模組確定的第一LED模組的電流值產生相應的第一調製信號，所述第二恒流驅動模組根據執行模組確定的第二LED模組的電流值產生相應的第二調製信號，從而使得流經所述第一LED模組和第二LED模組的電流值為所述確定的電流值，使所述LED發光單元發出的光達到所需要調節到的目標色溫(CCT)。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之色溫調節系統，其中，所述色溫設定單元是一具有顯示幕的觸摸面板。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之色溫調節系統，其中，所述色溫設定單元是一具有顯示幕的數位鍵盤。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之色溫調節系統，其中，所述色溫設定單元是為一遙控器。
  5. 一種應用於色溫調節系統的色溫調節方法，所述色溫調節系統包括由色溫不同的第一LED模組和第二LED模組組成的LED發光單元，其中，所述第一LED模組的色溫值低於所述第二LED模組的色溫值，並預先存儲一定義了若干比例值(X)與流經所述第一LED模組的電流值和流經所述第二LED模組的電流值對應關係的關系列表，其中，所述比例值(X)為所述第一LED模組的色溫值在調節到目標色溫值(CCT)所佔的比例；所述方法包括步驟：根據用戶設定的所述目標色溫值(CCT)的操作，產生相應的色溫調節信號； 根據所述色溫調節信號確定目標色溫值，並將所述目標色溫值(CCT)與一固定的臨界色溫值(CCT(0))比較以確定比較結果；根據所述比較結果及相應的計算公式計算所述比例值(X)，其中，當所述目標色溫值(CCT)小於或等於所述臨界色溫值(CCT(0))時，選擇一預設的方程式(一)計算所述比例值(X)；當所述目標色溫值(CCT)大於所述臨界色溫值(CCT(0))時，選擇一預設的方程式(二)計算所述比例值(X)，其中，所述程式(一)為CCT=CCT(1)+△CCT*(1-X)*A1，所述方程式(二)為CCT=CCT(2)-△CCT*X*A2，A1和A2表示常數，CCT(1)為所述第一LED模組的色溫值，CCT(2)為所述第二LED模組的色溫值，△CCT為所述第一LED模組色溫值與所述第二LED模組色溫值的差值；根據所述計算得出的比例值(X)以及所述關系列表確定所述比例值(X)對應的第一LED模組以及第二LED模組的電流值；以及根據所述確定的第一LED模組以及第二LED模組對應的電流值產生相應的調製信號，使得流經所述第一LED模組和第二LED模組的電流值為所述確定的電流值，從而使所述LED發光單元發出的光達到所需要調節到的目標色溫(CCT)。
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