LED驱动器、使用驱动器的照明系统和驱动方法与流程

本发明涉及可调光LED驱动器。

背景技术：

大多数可调光LED驱动器具有线性调光曲线。通常，调光水平被编码超过8位。然而，人眼响应基本上是非线性的。因此，感知最低值中的阶跃比最高值中的阶跃强得多。LED的快速响应本质上没有平滑阶跃的感知。

为了防止可见阶跃，一些驱动程序在阶跃之间添加渐变。这是较低水平阶跃所需要的，而不是较高水平阶跃所需要的。大多数时间选择渐变时间值，其是在足够快的亮度改变和不能被感知的阶跃之间的折衷。例如，渐变周期的持续时间可以为30ms到100ms量级。

调光水平之间的渐变功能函数旨在模仿钨源。

渐变函数以固定的时间常数操作，导致在某些调光改变条件下光输出的较慢行为。例如，对于50Hz系统，可以每20ms设定调光水平。如果提供100ms的总渐变周期，则新调光水平和旧调光水平之间的差异可以除以5，以在分配给亮度改变的总的100ms时间周期内提供调光水平的5个相等的阶跃改变。

US 2011/0068689公开了一种调光控制系统，其中认识到在较低亮度水平下比在较高亮度水平下需要更加渐进的亮度改变。因此，在调光水平改变的固定时间周期内，亮度遵循低亮度和高亮度之间的指数曲线。指数曲线由与采样速率(例如，25Hz)相对应的区段近似。固定时间周期可以具有用于亮度增加的一个值和用于亮度减小的不同值。

使用固定时间周期意味着响应在一些情形下可能太慢，并且在其它情形下不是太慢。

技术实现要素：

本发明由权利要求定义。

根据本发明的方面，提供了一种用于控制可调光光源的控制器，其中，该控制器包括用于接收不同于设定光源的第一调光水平的第二调光水平的输入和用于向光源提供控制命令以随时间控制亮度水平的输出，

其中，控制器适于：

设定渐变时间，在该渐变时间内要控制光源以将光源输出从第一调光水平调整到第二调光水平，其中，渐变时间根据以下两者进行选择：第一调光水平和第二调光水平之间的差异、以及第一调光水平和第二调光水平中的至少一个调光水平的绝对值；和

控制光源在设定的渐变时间的过程中调整调光水平。

本发明提供了使渐变时间适配实际调光输入改变。例如，当新输入值仅是远离先前值的几个值时，可以使用更长的渐变时间。这指示用户正在对调光水平进行小调整，因此注意光输出，并且可能希望看到光输出中的平滑过渡。因为亮度的改变将是用户最容易察觉的，所以当调光水平(或至少新的调光水平)处于较低亮度范围时，也可以使用较长的渐变时间。

因此，可以在低亮度水平下观察到更平滑的过渡并且可以观察到小改变的更平滑的过渡，而可以观察到较大改变的更快响应，其中，用户不期望亮度的逐渐改变，例如，对于从关闭(或接近关闭)到完全打开(或几乎完全打开)的指令。

这样，本发明提供对调光功能的更智能的控制。快速响应和期望的平滑转换之间的折衷被解决以使得当期望时能够改变快速动态以及非常平滑的缓慢渐变，例如，关于低亮度水平。

控制器例如适于将渐变时间分成一组固定持续时间段，并且为每个段设定调光水平。这些段可以与施加到驱动器的内部控制信号的频率相对应，并且这些段通常处于比输入信号的最大频率更高的频率。输入信号可以例如最多每20ms更新一次，对应于由50Hz电源信号定义的周期。内部控制信号可以替代地使得能够每5ms至10ms更新光源的驱动。

段内的调光水平可以选择以变化：

在渐变时间内线性；或者

在渐变时间内非线性，其中在较低调光水平下改变的速率较慢。

线性控制更容易实现，其中调光水平的改变被简单地分为在设定的渐变时间内可用的若干个时间段。非线性途径可以替代地在较低亮度水平下提供更多的逐渐改变。

控制器可以适于设定渐变时间的最小值，其中，如果第一调光水平和第二调光水平之间的差异超过阈值，则设定最小渐变时间。该阈值代表用户所要求的亮度的突然改变，并且然后可以假定用户不关心平滑的亮度转变。

控制器可以适于将渐变时间设定高于最小渐变时间，其取决于第二调光水平以及第一调光水平和第二调光水平之间的差异。因此，以智能方式变化渐变时间，以提供被感知为平滑的调光。

控制器可以用于控制可调光固态光源。

本发明的一方面还提供了一种照明系统，包括：

LED照明器；和

本发明的控制器。

本发明的一方面还提供了一种控制可调光光源的方法，其中，光源被设定为第一调光水平，该方法包括：

接收不同于第一调光水平的第二调光水平；

设定渐变时间，在该渐变时间内要控制所述光源以将所述光源输出从所述第一调光水平调整到所述第二调光水平，其中，渐变时间根据第一调光水平和第二调光水平和第一调光水平和第二调光水平中的至少一个的绝对值进行选择；和

控制光源以在设定的渐变时间的过程中调整调光水平。

附图说明

现在将参照附图对本发明的示例进行详细描述，其中：

图1示出了图示了用于设定调光水平改变之间的渐变时间的方法的一个实现方式的表；

图2以图表形式图示了用于设定调光水平改变之间的渐变时间的方法的第一实现方式；

图3以图表形式图示了用于设定调光水平改变之间的渐变时间的方法的第二实现方式；

图4以图表形式图示了用于设定调光水平改变之间的渐变时间的方法的第三实现方式；

图5示出了如何随时间控制亮度水平；

图6示出了本发明的系统的示例；和

图7示出了本发明的方法的示例。

具体实施方式

本发明提供了一种照明控制器和控制方法，其中设定渐变时间，在该渐变时间内要控制光源以将光源输出从第一调光水平调整到第二调光水平。渐变时间根据以下两者进行选择：第一调光水平和第二调光水平之间的差异、以及第一调光水平和第二调光水平的绝对值。当需要具有无闪烁的高质量渐变时，这使得能够在长时间内能够平滑渐变或当响应速度更重要时，使得在亮度水平之间能够快速渐变。

本发明对于诸如LED照明之类的固态照明特别感兴趣，因为响应时间如此之快，使得可以感觉到亮度的阶跃改变。基本LED驱动器将例如由用户设定的请求亮度值转换为特定电流，以根据所请求的水平驱动LED。通常，使用脉冲宽度调制(PWM)来控制LED，尽管也可以采用模拟电流调光。

存在用于与诸如DMX、sACN和ArtNet之类的LED接口的各种协议。在DMX系统中，期望的输出亮度通常被线性地转换为输出控制电流。输入值通常被编码为8位(256个水平)。因此，128的值被转换为脉冲宽度调制系统的50％的占空比，或者在模拟电流调光的情况下转换为50％的电流水平。

人眼不以线性方式响应，以使感知较低亮度值中的阶跃比在较高亮度水平中的阶跃强得多。例如，非常清楚地看到从1％到2％亮度的阶跃，而从80％到90％亮度的阶跃更难以感知。从1％至2％的改变是光水平的加倍，而80％至90％的改变是相当小的相对阶跃。

传统上，调光以线性方式进行。在过去，用非常缓慢的钨源，这从来不是个问题。新的固态光源可以几乎瞬时地改变水平，并且这使得能够产生更强的照明效果，而且它在不同亮度水平的阶跃之间产生可见性，以使调光控制不像对于钨源那样平滑。

为了解决这个问题，已知通过在水平之间添加渐变来模拟钨源。这有助于防止可见阶跃，但也使行为变慢。

本发明基于这样的认识：因为用户然后对亮度进行精细选择，并且可能集中于光输出水平，所以对于人眼感知更大的低亮度水平，以及对于调光水平的小改变，需要更多的渐变时间周期。

通过分析指令给系统的亮度水平的改变，并且离开固定的渐变时间周期，系统可以以更智能的方式进行响应。特别地，如果接收到新的调光水平，并且该值仅为远离前一值的几个值，则可以使用更长的渐变时间。如果新(和/或旧)值在低亮度范围内，则也可以使用更长的渐变时间。

可以设定最小渐变时间，以使避免亮度的立即改变，并且可以设定最大渐变时间以确保系统的足够快的响应。例如，最大渐变时间可以是100ms，最小渐变时间可以是10ms。

下文给出了调光水平和可能的渐变时间的改变的一些示例，其中，调光值的范围从0(关闭照明)到255(以全亮度照明)：

先前值为1，新值为0：渐变时间为100ms。

因为亮度水平低，所以这给出了亮度水平的缓慢适配。

先前值为10，新值为9：渐变时间约为90ms。

因为亮度水平较高，所以这给出缓慢适配，但是具有稍微减小的减慢时间。

先前值为1，新值为5：渐变时间约为95ms。

因为用户正在请求亮度的大改变，所以由于低亮度水平但是渐变时间稍微减少，这给出了缓慢适配，因此将容忍一些闪烁。

先前值为200，新值为0：渐变时间为10ms。

因为命令从几乎全开到关，所以这给出了快速适配。

先前值为255，新值为252：渐变时间为10ms。

因为改变不会被用户感知，所以这给出了快速适配。

上述示例中采用的概念可以被实现为考虑第一调光水平和第二调光水平之间的差异以及第一调光水平和第二调光水平的绝对值的算法。

用来设定渐变时间“FadeTime”的可能公式的一个示例是：

F1＝(255-Vs)/255)

如果(ABS(Vp-Vs))<T，那么F2＝(T-ABS(Vp-Vs))/T

否则F2＝0

FadeTime＝FadeMin+F1*F2*(FadeMax–FadeMin)

在这些方程中：

F1＝因子1，其实现了较低值的更多渐变的概念。

F2＝因子2，其实现了更小阶跃的更多渐变时间的概念。

T＝阶跃大小的阈值。对于高于该阈值的阶跃大小，应用最小渐变时间。

Vp＝先前调光值。

Vs＝新调光值。

FadeMin＝最小渐变时间。

FadeMax＝最大渐变时间。

可以看出，如果改变(Vp-Vs)低于阈值，则因子F2仅允许渐变时间增加到高于最小值FadeMin。如果确实存在小的阈值，则由F2提供的乘数对于调光值没有改变而接近1，并且对于处于阈值的调光值的改变而接近0。

因子F1取决于在该示例中新调光值与最大亮度(其为水平255)有多接近，来对所添加的渐变时间(除最小渐变时间之外)进行缩放。因此，对于处于最大亮度的新调光值，值F1＝0，以使设定最小渐变时间。新的调光值越接近零亮度，渐变时间的添加部分就可以越大。

图1示出了从一个调光值(沿着y轴)到新的调光值(沿着x轴)的改变的渐变时间值。

对于这些计算，T＝80，FadeMin＝10并且FadeMax＝100。

该表示出了远离其中亮度有大的改变的对角线(左上到右下)，应用最小渐变时间。靠近对角线，渐变时间随着调光值的亮度的增加而减小。

图2以图表方式图示了表，其示出了在两个水平轴上的旧的和新的调光值以及在垂直轴上的所得渐变时间。

使用不同的参数获得不同的简档。例如，图3示出了T＝10、FadeMin＝10并且FadeMax＝100的图表结果

图4示出了T＝80、FadeMin＝50和FadeMax＝100的图表结果。

图5示出了系统作为调光值(离散点50)和亮度被控制的方式(曲线52)的图的行为。

在低亮度值下并且当存在小的改变时，可以看到亮度水平的平滑逐渐改变，而响应于变暗值中的大阶跃改变，进行更突然的光输出改变。

为了在渐变时间内实现亮度水平的逐渐改变，控制器将渐变时间分成一组固定持续时间段，并且为每个段设定调光水平。

段的调光水平在内部设定，而不是由外部输入设定。对LED驱动器的内部输入具有更高的分辨率，并且可以比输入信号更频繁地更新。例如，虽然对系统的输入可以是8位信号，但是内部输出分辨率可以在10位到16位的范围内，并且更新周期可以例如在5ms到10ms的范围内。对于10位内部分辨率，有可以应用于8位输入信号的每个值的4个不同的输出水平。这使得能够产生平滑调光输出。16位内部分辨率允许每个外部输入值有256个水平。

增加的速度还使得能够在输入信号的一个或几个周期内应用平滑调光，其可以例如最多以20ms至50ms的范围内的周期更新。

因此，固定持续时间段与驱动器电路的内部更新周期相对应。例如，可以将渐变时间划分为5ms段。在这种情况下，10ms的最小渐变时间的示例与作为对系统的外部输入接收的两个水平之间的一个附加内部亮度水平(5ms之后)相对应。对于100ms的最大渐变时间，有20个中间水平的选项以提供平滑亮度改变。

在极限处，最小渐变时间可以与内部控制信号之间的最小时间相对应，例如，它们可以都是10ms，以使没有中间输出驱动水平。可替代地，最小渐变时间可以是内部控制信号之间的最小时间的倍数，例如，2倍至5倍。例如，10ms的最小渐变时间是内部控制信号之间的5ms的最小时间的2倍，从而允许一个中间驱动水平。

可以在渐变时间内从开始调光值到结束调光值提供亮度的线性斜坡。可替代地，段内的调光水平可以替代地在渐变时间内非线性地变化，其中在较低调光水平下具有较慢的改变速率。

上述示例基于旧的和新的调光值设定渐变时间作为输入的算法。相同的函数当然可以通过查找表来实现。

控制照明系统通常通过使用远程定位的光管理系统或控制台来执行，其向与灯相关联的(多个)控制器输出合适的照明控制协议。例如，数字多路复用(DMX)(也被称为DMX512)是主要用于剧院和音乐会照明系统中的控制标准。远程设备管理(RDM)是对DMX的协议增强，其允许在标准DMX线路上的设备(例如，光)管理系统和附接的RDM兼容设备之间的双向通信。RDM允许以不干扰没有识别RDM协议的标准DMX设备的正常操作的方式进行设备的配置、状态监视和管理。Art-Net是用于通过因特网协议组的用户数据报协议传输控制协议DMX(和RDM)的协议。换句话说，Art-Net是DMX的以太网/IP版本，其中可以通过标准以太网控制多个DMX通道。

上述系统的可能扩展是测量输入信号的更新频率。DMX输入可能以30Hz更新，在不同水平之间给出33ms。一些DMX源可能预期钨照明器，并且仅以10Hz更新，其对于钨是足够好的，但对于LED照明器太慢。

因此，控制器可以确定作为输入接收的调光水平信号的更新频率，并且可以根据更新频率来适配渐变时间。通过测量到驱动器的输入的更新速率，可以改变与输入的更新频率匹配的最小渐变时间，以防止平滑渐变中的可见伪像。

本发明可以应用于诸如LED照明器之类的所有固态照明系统，以在较低亮度水平和小阶跃下提供平滑过渡，并且为较大阶跃提供快速响应。

在非常高亮度的照明器中，低亮度水平中的台阶更容易感知，但是在用于一般照明的中亮度照明器中也是这样。

图6示出了照明系统，包括LED照明器60、LED驱动器62和用于实现上文所解释的方法的控制器64。控制器接收指定期望的调光水平的输入66。这可以来自用户，或者它可以来自自动化系统，该自动系统根据预设的定时时间表或根据感测到的条件(诸如环境照明水平、天气条件等)来适配照明。输入可以例如使用Zigbee协议被无线地提供该照明器。可替代地，可以通过有线链路提供输入。

控制器64使用该调光值以及先前值(其已经存储在存储器中或者如箭头68所示的从驱动器接收)，并且其如箭头70所示的相应地指令驱动器60。

如上文所解释的，控制器64具有大于输入信号的内部分辨率和更新速度。常规上讲，内部分辨率高于输入信号。这例如用于能够在工厂中调整不同的输出水平。例如，可能期望映射所有可能的256个输入阶跃以适应0％和90％之间的输出范围的映射。还已知使用这种更高的分辨率来实现不同的调光曲线，诸如在数字可寻址照明接口“DALI”系统中，其在调光期间具有非线性输入/输出关系。该额外分辨率也用于具有固定渐变时间的已知系统中。

图7示出了由控制器执行的方法。该方法包括：在步骤80中，接收与当前设定的(即，第一)调光水平不同的新的(即，第二)调光水平。在步骤82中，取决于第一调光水平和第二调光水平以及第一调光水平和第二调光水平中的至少一个的绝对值设定渐变时间。注意，一个调光值的绝对值和调光值的改变定义另一个调光值。因此，算法仅需要调光值的一个绝对值，以使算法考虑被输出的一般亮度范围。通常，算法简单滴接收当前调光值和新的调光值，并且从这些值导出所需的渐变时间。因此，调光值之间的差异是可以或不可以实际计算的中间参数。例如，如果图1被实现为查找表，则根本不需要计算调光值的差异。相反，所得到的渐变时间考虑了由表设定的值的差异。

在步骤84中控制光源以在设定的渐变时间的过程中调整调光水平。这通常涉及在对应于开始和结束调光值的那些之间应用中间亮度水平，其中频率由驱动器的内部时钟速度确定。

如本领域技术人员将理解的，本发明的各方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些实施例可以全部被统称为作为“控制器”。硬件可以包括常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

更进一步地，本发明的各方面可以采取体现在具有在其上体现的计算机可用程序代码的任何一个或多个计算机可读介质中体现的计算机程序产品的形式。可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置、设备或前述的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷尽列表)可以包括以下各项：具有一个或多个线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CDROM)、光存储设备、磁存储设备或前述的任何合适组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何有形介质。

在计算机可读介质上体现的计算机代码可以使用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、射频(RF)等，或其任何合适组合。

已经出于说明和描述的目的给出了本发明的描述，并不旨在穷尽或限制于所公开的形式的本发明。许多修改和变型对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域的其他普通技术人员能够理解本发明的各种实施例，其具有适合于所设想的特定用途的各种修改。

在权利要求中，词语“包括(comprising)”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。