本发明涉及一种色温可调的可调光led灯、用于操作色温可调的led灯的方法及用于可调光led灯的灯驱动器。
背景技术：
允许调节led灯(led：发光二极管)所发射的光的相关色温(cct)的led灯通常包含两个发射色温彼此不同的光的led。为了改变发射光的亮度，目前已知的具有可调色温的led灯利用调光器，例如通过线性控制来调整提供给led的电流的最大值。为了控制每个单个负载电流，led灯的灯驱动器通常包含若干晶体管和电阻器。然而，由于这些电子部件，当前已知的灯驱动器不具有足够平滑的亮度调光性能。如果在调光期间亮度持续改变，则给出了平滑的亮度调光性能。此外，由于若干低值电阻器的使用，导致当前已知灯驱动器的功率损耗很高，由此这些灯驱动器的效率很低。
技术实现要素：
鉴于已知的现有技术，本发明的一个目的是提供一种具有可调色温的可调光led灯，其具有相对平滑的亮度调光性能以及提高的功率效率。另一个目的是提供一种以提高的功率效率对色温可调的led灯进行操作的方法。此外，本发明的一个目的是提供一种具有相对平滑的亮度调光性能和提高的功率效率的可调光led灯的灯驱动器。
这些目的通过根据本发明实施例的可调光led灯、用于操作led灯的方法和用于可调光led灯的驱动器来解决。通过说明书和附图给出本发明优选实施例。
因此，提供了一种具有可调色温(cct-相关色温)的可调光led灯。led灯包含至少一个第一led、至少一个第二led和灯驱动器。第一led和第二led在led灯工作期间发射色温互不相同的白光。灯驱动器适用于根据亮度占空比提供脉冲亮度电流。此外，灯驱动器适用于将脉冲亮度电流分成用于根据第一cct占空比驱动第一led的脉冲第一电流和用于根据第二cct占空比驱动第二led的脉冲第二电流。
优选地，脉冲亮度电流、脉冲第一电流和脉冲第二电流由脉宽调制技术产生。利用脉冲电流来驱动第一led和第二led，可以简便且有效地调节整个led灯的亮度和/或色温。具体地，通过利用脉宽调制技术来调整亮度和/或调节色温，可以以最佳电流值操作第一led和第二led，并且因此减少第一led和第二led的损耗并增加其寿命。
在下文中，“脉冲电流”是在高值(优选地对应于led灯的电源电流的值)和低值(优选地为零)之间振荡的电流信号。电源电流可以由电流源产生。振荡以开关频率进行。脉冲电流信号可以是矩形信号。然而，依照所使用的脉宽调制控制信号，脉冲电流信号的波形可以根据所需的应用来选择。然后，脉冲电流处于高值状态的时间可以对应于脉冲电流的占空比。
此外，在贯穿本公开的内容中，具有“可调色温”具体是指led灯在工作期间发射的全部白光的相关色温(cct)可在预定范围内改变。此外，在这里和下文，术语“光源的色温”是术语“在led灯的工作期间由光源发射的光的(相关)色温”的缩写，其中第一led、第二led或led灯是所述光源。
由led灯发射的全部白光可以是在led灯的工作期间由至少一个第一led发射的光和由至少一个第二led发射的光的混合。led灯的色温也可以是第一led和第二led的各自色温的混合。
根据一个优选实施例，在led灯的工作期间，第一led发射具有第一色温的白光，并且第二led发射具有第二色温的白光，第二色温与第一色温相差至少1000k，其中led灯的全部光的色温可在第一色温和第二色温之间的范围调节。例如，第一led的色温为2700k，第二led的色温为6500k，反之亦然。然后，led灯的色温可以在至少2700k至高达6500k之间的范围调节。
根据led灯的至少一个实施例，第一cct占空比和第二cct占空比加起来为100％。也就是说，第一cct占空比被反转就成为第二cct占空比，反之亦然。因此，第一cct占空比可以直接取决于第二cct占空比，反之亦然。这种依赖关系可以允许led灯的亮度在led灯色温调节期间基本上保持恒定。
当脉冲第二电流处于低值状态时，脉冲第一电流可以处于高值状态，反之亦然。换句话说，第一led和第二led可以以交替方式切换。由于这种交替操作，两个led可能不同时发光。因此，在特定时间点，全部的光包含由第一led发射的光或由第二led发射的光，但不包含两者同时发射的光。
根据led灯的至少一个实施例，脉冲第一电流的开关频率和脉冲第二电流的开关频率可以相同。另外，或作为替代，脉冲第一电流的开关频率和脉冲第二电流的开关频率可以至少比脉冲亮度电流开关频率大十倍。例如，脉冲第一电流的开关频率和/或脉冲第二电流的开关频率可以是至少2khz和至多7khz。脉冲亮度电流的开关频率可以是至少200hz和至多700hz。
优选地，脉冲亮度电流的开关频率、脉冲第一电流的开关频率和脉冲第二电流的开关频率中的每一个可以扩展到能够被人眼分辨的开关频率分辨率。如果电流以快速方式(即以高开关频率)脉动，则人眼不能够分辨这种交替操作，看起来就像两个led同时接通(即点亮)并且恒常地接通。
根据led灯的至少一个实施例，灯驱动器包含用于提供脉冲亮度电流的亮度脉宽产生电路。优选地，亮度脉宽产生电路的输出端口可以连接到第一led的输入端口和第二led的输入端口。亮度脉宽产生电路可以包含或对应于微控制器的脉宽通道。在这种情况下，可以以相对容易的方式产生脉冲亮度电流。或者，亮度脉宽产生电路可以包含锯齿信号发生器和比较器。然后，led灯的电源电流可以耦合到比较器的第一输入端口，并且由锯齿信号发生器产生的锯齿信号可以耦合到比较器的第二输入端口，从而产生脉冲电流信号。亮度脉宽产生电路可以包含或对应于led灯的脉冲电流源。脉冲电流源可以连接到led灯的电流源。
根据led灯的至少一个实施例，灯驱动器包含至少一个cct脉宽产生电路，用于提供脉冲第一电流和/或脉冲第二电流。优选地，cct脉宽产生电路包含以脉冲电压源操作的至少一个晶体管。脉冲电压源可以类似于上述亮度脉宽产生电路。也就是说，脉冲电压源可以是微控制器的脉宽通道，或者可以包含比较器和锯齿信号发生器。利用cct脉宽产生电路中的晶体管可以允许脉冲第一电流和/或脉冲第二电流的快速切换，并且因此允许脉冲第一电流和/或脉冲第二电流的高切换频率。例如，晶体管是mosfet或者双极结型晶体管(bjt)。尤其是mosfet晶体管的使用允许降低整个电路的功率损耗。
根据led灯的至少一个实施例，灯驱动器包含具有第一主晶体管的第一cct脉宽产生电路和具有第二主晶体管的第二cct脉宽产生电路。第一cct脉宽产生电路和第二cct脉宽产生电路可以适用于分别提供脉冲第一电流和脉冲第二电流。第一cct脉宽产生电路和/或第二cct脉宽产生电路可以对应于上述至少一个cct脉宽产生电路。
根据led灯的至少一个实施例，第一主晶体管的发射极端口连接到亮度脉宽产生电路的输出端口，而且第二主晶体管的发射极端口连接到灯驱动器的电流源。将亮度脉宽产生电路的输出端口连接到第一cct脉宽产生电路的发射极端口可以有利地减少损耗，并且因此提高灯驱动器的效率。此外，第二cct脉宽产生电路的发射极端口连接到led灯的电流源，这一连接允许脉冲第一电流和脉冲第二电流之间的快速切换。
根据led灯的至少一个实施例，其中第一主晶体管的集电极端口连接到第一led，并且第二主晶体管的集电极端口连接到第二led。第一cct脉宽产生电路可以有利地由与第二cct脉宽产生电路的相同电路部件组成，这会使电路配置简便。
此外，提供了一种用于操作具有可调色温的led灯的方法。优选地，该方法用于对上述led灯进行操作，具体地用于调光。也就是说，结合led灯公开的所有特征也针对该方法公开，反之亦然。
相应地，用于操作led灯的方法的至少一个方法步骤包含提供led灯。led灯包含至少一个第一led，至少一个第二led和灯驱动器。在led灯的工作期间，至少一个第一led和至少一个第二led发射色温互不相同的白光。另一方法步骤涉及根据led灯的期望亮度和/或期望色温来调节灯驱动器的亮度占空比、第一cct占空比和/或第二cct占空比。在进一步的方法步骤中，根据亮度占空比利用灯驱动器提供脉冲亮度电流。此外，该方法包含步骤：利用灯驱动器将脉冲亮度电流分成用于根据第一cct占空比驱动第一led的脉冲第一电流和根据第二cct占空比驱动第二led的脉冲第二电流。
为了调节各个占空比，led灯可以包含至少一个调光器开关，例如旋转开关或旋钮。利用该调光器开关，led灯的使用者可以调节led灯发射的全部光的期望亮度和/或色温。
根据本发明的方法，允许以简便且有效的方式根据期望的亮度和/或色温来操作led灯。通过利用脉宽调制技术来调整亮度和/或调节色温，可以以作为脉冲第一电流和/或脉冲第二电流相应的高值状态的最佳电流值来分别操作第一led和/或第二led。并因此减少第一led和第二led的损耗并增加它们的寿命。
根据所述方法的至少一个实施例，脉冲第一电流和脉冲第二电流以交替方式运行。也就是说，当脉冲第二电流处于低值状态时，脉冲第一电流处于高值状态，反之亦然。因此，两个led不同时发光。因此，第一led和第二led可以共享脉冲亮度电流，从而提高led灯的效率。所以，可以以第一led和第二led的最佳电流值对它们进行操作。
根据所述方法的至少一个实施例，灯驱动器包含用于提供脉冲第一电流的第一cct脉宽产生电路和用于提供脉冲第二电流的第二cct脉宽产生电路。第一cct脉宽产生电路由脉宽调制控制信号操作，第二cct脉宽产生电路由反相的脉宽调制控制信号操作。因此，由两个交替的脉冲电流操作两个led可以仅需要一个脉宽调制控制信号。例如，可以利用微控制器或利用锯齿波发生器结合比较器来产生该脉宽调制控制信号。
此外，提供了一种用于可调光led灯的灯驱动器。优选地，灯驱动器用于上述led灯和/或上述用于操作led灯的方法中。也就是说，关于该led灯和该方法公开的所有特征也被公开用于灯驱动器，反之亦然。
灯驱动器包含用于根据亮度占空比提供脉冲亮度电流的亮度脉宽产生电路和至少一个cct脉宽产生电路，cct脉宽产生电路将脉冲亮度电流分成根据第一cct占空比的脉冲第一电流以及根据第二cct占空比的脉冲第二电流。
灯驱动器还可以包含用于将灯驱动器分别连接到提供电源电流和/或电源电压的电流源和/或电压源的至少一个输入端口。然后，亮度脉宽发生器和至少一个cct脉宽发生器可以将电源电流和/或电源电压转换成脉冲亮度电流、脉冲第一电流和/或脉冲第二电流。
附图说明
参考附图，在下文中将解释本发明的优选实施例。
图1和图2示出了led灯、用于操作led灯的方法和灯驱动器的示例性实施例。
图3示出了替代led灯的示例性实施例。
图4a和图4b示出了由led灯和灯驱动器的示例性实施例提供的并且在用于操作led灯的方法中使用的脉冲电流。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的优选实施例。这里，相同、相似或具有相同或相似效果的元件在图中设有相同的附图标记。附图中所示的彼此之间的元件特征和尺寸关系不应被认为是成比例的。相反，可以以夸张的尺寸示出各个元件，以便能够更好地图示和/或更好地理解。
参考图1的示意电路图，详细说明根据本发明的led灯1和灯驱动器21、221、222的实施例。led灯1包含连接到灯驱动器的照明电路20，灯驱动器具有亮度脉宽调制器(下文为“产生”)电路21、第一cct脉宽产生电路221和第二cct脉宽产生电路222。
照明电路20包含串联连接的两个第一led111、112和串联连接的两个第二led121、122。具有第一led111、112的串与具有第二led121、122的串并联连接，并且电阻器59串联连接在这两个串之间。此外，第一电容器61和第二电容器62分别与第一led111、112和第二led121、122并联连接。例如，第一电容器61、第二电容器62和电阻器59可以为提供给第一led111、112和第二led121、122的电流和/或电压构建滤波电路。第一电容器61和/或第二电容器62的值可以是0.1μ值。照明电路20连接到地50。
实施例中所示的第一led111、112的数量和第二led121、122的数量仅仅是例子，并且可以比实施例中所示的数量更多或更少。此外，第一led111、112的数量可以不同于第二led121、122的数量。在led灯1的工作期间，第一led111、112发射第一色温的光，并且第二led121、122发射不同于第一色温的第二色温的光。
亮度脉宽产生电路21包含脉冲电流源43和电阻器511。第一cct脉宽产生电路221包含第一主晶体管311、第一辅助晶体管312、两个电阻器510、515和第一脉冲电压源42。第二cct脉宽产生电路222包含第二主晶体管321、第二辅助晶体管322、两个电阻器512、513和第二脉冲电压源44。相应脉宽产生电路21、221、222的电阻器510、511、512、513、515可以提供用于调节晶体管311、312、321、322的开关时间和/或开关阈值的装置。优选地，相应脉宽产生电路21、221、222的电阻器510、511、512、513、515是值大于1k于的高值电阻器。
第一主晶体管311和第二主晶体管321都可以是npn型晶体管，例如mosfet和/或bjt。作为示例，2n3904晶体管可以用作第一主晶体管311和/或第二主晶体管321。第一辅助晶体管312和第二辅助晶体管322都可以是pnp型晶体管。
脉冲电流源43、第一脉冲电压源42和第二脉冲电压源44可以分别提供脉冲信号，特别是矩形信号。此外，第一脉冲电压源42和第二脉冲电压源44可以分别向第一辅助晶体管312和第二辅助晶体管322提供开关电压(也称为基极-发射极电压)。
可以通过使用电流源40来驱动第一脉冲电压源42和第二脉冲电压源44，电流源40也提供整个led灯1的电压。或者，第一脉冲电压源42和第二脉冲电压源44可以具有单独的电压源。此外，脉冲电流源43可以连接到电流源40，并且将电流源40提供的电流转换为脉冲亮度电流70。
可以分别用第一cct脉宽调制信号和第二cct脉宽调制信号来操作第一脉冲电压源42和第二脉冲电压源44。第一cct脉宽调制信号和第二cct脉宽调制信号可以彼此反相，从而允许提供彼此交替运行的脉冲第一电流71和脉冲第二电流72。此外，可以用亮度脉宽调制信号操作脉冲电流源43。脉冲电压源42、44和脉冲电流源43的相应的脉宽调制信号可以确定所提供的脉冲电流的开关频率，并且因此确定该脉冲电流的占空比。
第一主晶体管311的发射极端口连接到亮度脉宽产生电路21的输出端口。而且，第二主晶体管321的发射极端口连接到整个灯驱动器的电流源40。第一主晶体管311的集电极端口和第二主晶体管321的集电极端口中的每一个连接到照明电路20。第一主晶体管311的基极连接到第一辅助晶体管312，并且第二主晶体管321的基极连接到第二辅助晶体管322。
脉冲电流源43根据亮度占空比提供脉冲亮度电流70。该脉冲亮度电流70借助于第一主晶体管311进行切换，第一主晶体管311转而根据第一cct占空比依靠第二辅助晶体管312和第一脉冲电压源42进行切换。具体地，第一脉冲电压源42根据第一cct占空比提供脉冲电压。由此，通过亮度脉宽产生电路21和第一cct脉宽产生电路221的组合，脉冲第一电流71被提供给照明电路20。
第一主晶体管311的集电极端口连接到照明电路20和第二主晶体管321的集电极端口。因此，如果第一主晶体管311处于“断开”状态，其不允许电流通过第一主晶体管311，则第二主晶体管321可以处于“导通”状态，其允许电流通过第二主晶体管321，反之亦然。这允许根据亮度占空比、以及第一cct占空比和第二cct占空比分别以交替方式切换第一led111、112和第二led121、122。
参考图2的示意电路图，详细说明根据本发明的led灯1和灯驱动器21、221、222的实施例。与图1的实施例相反，现在，第一cct脉宽产生电路221和第二cct脉宽产生电路222两者由相同的部件构成，即它们是相同的。此外，第一cct脉宽产生电路221和第二cct脉宽产生电路222分别仅包含一个晶体管，即第一主晶体管311和第二主晶体管321。
第一主晶体管311的集电极端口连接到第一led111、112，并且第二主晶体管312的集电极端口连接到第二led121、122。第一主晶体管311的基极连接到第一脉冲电压源42，并且第二主晶体管321的基极连接到第二脉冲电压源44。此外，第一主晶体管311和第二主晶体管321的发射极端口都连接到地50。因此，如果第一主晶体管311(或第二主晶体管321)处于“导通”状态，则第一led111、112(或第二led121、122)连接到地50，因此不会被点亮。
具有脉冲电流源43的亮度脉宽产生电路21与第一led111、112和第二led121、122两者串联连接，而没有另外的晶体管。因此，第一led111、112和第二led121、122由脉冲电流源43提供的脉冲亮度电流70驱动。该脉冲亮度电流70在照明电路20的两个led串(即，具有第一led111、112的串和具有第二led121、122的串)间的分布由第一cct脉宽产生电路221和第二cct脉宽产生电路222提供。
参考图3的示意电路图，详细说明了替代led灯1'的示例性实施例。替代led灯1'包含串联连接的多个第一led111和与第一led111并联连接的第二led121。第一led111和第二led121通过第一主晶体管311、第二主晶体管321和多个低值电阻器51、52、53、54、55、56、57、58连接到电流源40的正极端子401和负极端子402。
第一主晶体管311和第二主晶体管321可以允许根据亮度占空比和/或cct占空比来操作替代led灯1'的第一led111和第二led121。然而，由于需要低值电阻器51、52、53、54、55、56、57、58来实现期望的开关行为，所以亮度调光性能不精确，并且替代led灯1'具有高的功率损耗，这导致效率降低。
参考图4a和图4b所示的脉冲电流的示例性测量数据，详细说明led灯、灯驱动器和用于操作led灯方法的示例性实施例。图4a示出了根据图1的实施例的led灯1的灯驱动器21、221、222提供的脉冲亮度电流70、脉冲第一电流71和脉冲第二电流72。图4b示出了图4a的放大图。各个电流70、71、72以任意单位(a.u.)作为时间(也以a.u.)的函数示出。
在led灯1的相应实施例中，脉冲亮度电流70设置有在400ma的供电电流下的200hz的开关频率。脉冲第一电流71和脉冲第二电流72被设置了5khz的开关频率。在所示示例中，脉冲亮度电流70的亮度占空比为50％。此外，脉冲第一电流71的第一cct占空比为25％。
如图4b所示，当脉冲第二电流72处于高值状态时，脉冲第一电流71处于低值状态，反之亦然。因此，脉冲第一电流71的第一cct占空比和脉冲第二电流72的第二cct占空比加起来为100％。因此，脉冲第二电流72的第二cct占空比为75％。
本发明不限于基于实施例的描述。相反，本发明包含任何新特征以及特征的任意组合，特别是包括专利权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或该组合本身没有在专利权利要求或示例性实施例中明确规定。
附图标记列表
1led灯
111,112第一led
121,122第二led
311第一主晶体管
312第一辅助晶体管
321第二主晶体管
322第二辅助晶体管
20照明电路
21亮度脉宽产生电路
221第一cct脉宽产生电路
222第二cct脉宽产生电路
40电流源
42第一脉冲电压源
43脉冲电流源
44第二脉冲电压源
50地
510,511,512,513,515,51,52,53,54,55,56,57,58,59
电阻器
61第一电容器
62第二电容器
70脉冲亮度电流
71脉冲第一电流
72脉冲第二电流