使用两个独立控制的电流通道和三个CCT跟踪黑体线的宽范围CCT调整方法与流程

背景技术：

可调白光照明是商业和家用照明的最大趋势之一。可调白光照明器通常能够沿着两个独立的轴改变其颜色和光输出水平。

技术实现要素：

接口电流通道电路可以用于将常规双通道驱动器的两个电流通道转换为三个led阵列的三个驱动电流。通过这样做，相同的双通道驱动器可以用于只需要两个led阵列以及三个led阵列的应用。

附图说明

结合附图通过示例的方式给出下面的描述，从中可以得到更详细的理解，在附图中：

图1是表示颜色空间的色度图；

图2是示出色度图上的不同相关色温（cct）及其与黑体线（bbl）的关系的图；

图3是示出在具有相应数量的发光二极管（led）阵列和驱动器通道的可调白光引擎中使用的硬件的框图；

图4是示出在具有比驱动器通道数量多的led阵列的可调白光引擎中使用的硬件的框图；

图5是接口电流通道电路的电路图；和

图6是示出用于在一个或多个led阵列中提供两步线性cct可调性的方法的流程图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如特定的结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些实施例。在其他例子中，为了避免模糊实施例，没有详细描述公知的结构或处理步骤。应当理解，当诸如层、区域或衬底的元件被称为“在另一个元件上”或“在另一个元件上方”时，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接在另一个元件上方”时，则不存在中间元件。还应当理解，当一个元件被称为“在另一个元件下”、“在另一个元件下方”或“在另一个元件之下”时，它可以直接在另一个元件的下或下方，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件下”或“直接在另一个元件下方”时，则不存在中间元件。

为了不模糊以下详细描述中的实施例的呈现，本领域已知的一些处理步骤或操作可能已经为了呈现和说明的目的而被组合在一起，并且在一些例子中可能没有被详细描述。在其他例子下，本领域中已知的一些处理步骤或操作可能根本没有被描述。应当理解，以下描述更加聚焦于本文描述的各种实施例的特有特征或元件。

参考图1，示出了表示颜色空间的色度图。颜色空间是三维空间；也就是说，一种颜色是由一组三个数字指定的，这三个数字指定特定的均匀视觉刺激的颜色和亮度。这三个数字可以是国际照明委员会（cie）的坐标x、y和z，或其他值，诸如色调、视彩度（colorfulness）和亮度。基于人眼具有三种不同类型的颜色敏感锥体细胞的事实，眼睛的响应最好就这些三个“三刺激值”来描述。

色度图是投影到二维空间的颜色，它忽略了亮度。例如，如图1所示，标准ciexyz颜色空间直接投影到由称为x和y的两个色度坐标指定的相应色度空间。

色度是颜色质量的客观指标，与其亮度无关。色度由两个独立的参数组成，通常指定为色调和视彩度，后者可替代地称为饱和度、彩度、强度或激发纯度。色度图可以包括人眼可感知的所有颜色。色度图可以提供高精度，因为这些参数基于从有色物体发射的光的光谱功率分布（spd），并且将已经针对人眼测量的灵敏度曲线考虑在内。任何颜色都可以用两个颜色坐标x和y来精确表示。

在被称为麦克亚当椭圆（macadamellipse，mae）102的某一区域内的所有颜色对于普通人眼来说可能是无法与椭圆中心104处的颜色区分的。色度图可能有多个mae。led照明中的标准偏差颜色匹配使用相对于mae的偏差来描述光源的颜色精确度。

色度图包括普朗克轨迹或黑体线（bbl）106。bbl106是白炽黑体的颜色随着黑体温度变化而在特定色度空间中采取的路径或轨迹。它从低温下的深红色，通过橙色、黄白色、白色，并且最后是非常高的温度下的蓝白色。一般来说，人眼更喜欢离bbl106不太远的白色点。黑体上方的色点会显得太绿，而下方的色点会显得太粉。

一种使用发光二极管（led）产生白光的方法可以是将红色、绿色和蓝色光相加混合。然而，该方法可能需要混合比的精确计算，使得所得色点在bbl106上或附近。另一种方法可以是混合两个或更多个具有不同相关色温（cct）的磷光体转换的白色led。这种方法将在下面更详细地描述。

为了创建一种可调白光引擎，可以使用具有在期望的调整范围的每一端处的两个不同cct的led。例如，第一led可以具有2700k的cct，其为暖白色，而第二led可以具有4000k的色温，其为中性白色。通过简单地改变通过驱动器的第一通道提供给第一led的功率和通过驱动器的第二通道提供给第二led的功率的混合比，可以获得温度在2700k和4000k之间的白色。

现在参考图2，示出了示出不同cct及其与bbl106的关系的图。当在色度图中绘制时，将两个具有不同cct的led混合可达到的色点可以形成第一直线202。假设2700k和4000k的色点正好在bbl106上，这两个cct之间的色点将低于bbl106。这可能不是问题，因为这条线上的点与bbl106的最大距离可能相对较小。

然而，在实践中，可能期望提供更宽的色温调整范围，例如在2700k和6500k之间，其可以是冷白色或日光。如果在混合中仅使用2700k的led和6500k的led，则两种颜色之间的第一直线202可能远低于bbl106。如图2所示，4000k处的色点可能离bbl106非常远。

为改进此，可以在两个led之间增加第三通道的中性白色led（4000k），并且可以执行两步调整过程。例如，第一步线204可以在2700k和4000k之间，并且第二步线206可以在4000k和6500k之间。这可以在宽范围的cct上提供三步maebbl色温可调性。具有暖白（ww）cct的第一led阵列、具有中性白（nw）cct的第二led阵列以及具有冷白（cw）cct的第三led阵列以及两步调整过程可以用于在宽范围的cct上实现三步maebblcct可调性。

现在参考图3，示出了示出在具有相应数量的led阵列和驱动器通道的可调白光引擎中使用的硬件的框图。如上所述，双通道驱动器302可以用于为具有在期望的调整范围的端处的cct的两个led阵列供电。双通道驱动器302可以是本领域已知的常规led驱动器。两个led阵列可以安装在led板318上。双通道驱动器302的第一通道304可以为具有第一cct的第一led阵列306供电，双通道驱动器302的第二通道308可以为具有第二cct的第二led阵列310供电。双通道驱动器302可以通过一个或多个电连接312（诸如电线或直接板对板连接）向led板318提供两个驱动电流。一个或多个电连接312可以连接到一个或多个焊点316。

三通道驱动器可以用于以类似的方式控制三个led阵列。然而，三通道驱动器可能比常规的双通道驱动器更加复杂和昂贵。可能期望将驱动器的输出倍增，来为比通道数量更多的led阵列供电，使得存在大于1：1的驱动器通道与led阵列的比。

现在参考图4，示出了用于具有比驱动器通道数量更多的led阵列的可调白光引擎的硬件的框图。接口电流通道电路可以用于将双通道驱动器402的两个电流通道转换成三个驱动通道，以便实现2段线性接近bbl106色温可调性。

在实施例中，接口电流通道电路可以安装在双通道驱动器402和led板406之间的转换器印刷电路板（pcb）404上。双通道驱动器302可以是本领域已知的常规led驱动器。接口电流通道电路可以允许双通道驱动器402用于需要两个led阵列的应用以及具有三个led阵列的应用。因为在这两种情况下可以使用相同的双通道驱动器402，所以可以降低电路复杂性、尺寸和费用。

应注意的是，尽管图3示出了可以用于使用双通道驱动器为三个led阵列供电的接口通道电路，但是下面描述的原理可以应用于任何使用驱动器为大于输出通道数量的多个led阵列供电的布置。此外，尽管以下描述涉及具有不同cct的led阵列的可调性，但是本领域技术人员将理解，本文描述的实施例可以应用于任何期望的可调范围，诸如颜色范围、红外（ir）范围和紫外（uv）范围。

如下面更详细描述的，安装在转换器pcb404上的接口电流通道电路可以使双通道驱动器402能够在期望的可调范围的端处为两个led阵列供电以及在期望的可调范围的近似中间处为附加led阵列供电。具有第一cct的第一led阵列408、具有第二cct的第二led阵列410和具有第三cct的第三led阵列412可以安装在led板318上。双通道驱动器402的第一通道412和第二通道414可以通过第一组连接416（诸如电线或直接板对板连接）连接到pcb404。第一通道412和第二通道414可以各自具有正输出和负输出。

转换器pcb404可以通过第二组电连接418（诸如电线或直接板对板连接）向led板406提供三个驱动电流。第二组电连接418可以连接到led板406上的一个或多个焊点420。第二组电连接418可以包括用于第一led阵列408、第二led阵列410和第三led阵列412的三个单独的负输出。来自转换器pcb404的led+输出可以连接到双通道驱动器402的正输出。led+输出可以连接到第一led阵列408、第二led阵列410和第三led阵列412的阳极端。

在此描述接口电流通道电路的输入和输出之间的数学关系。在下面的等式中，第一输入电流可以是i1，并且第二输入电流可以是i2。输出电流可能是暖白（ww）led的iww，中性白（nw）led的inw，以及冷白（cw）led的icw。关系可以定义如下：

如果il>i2，则iww=i1-12，inw=2×i2，icw=0等式（1）

否则iww=0，inw=2×i1，icw=i2–i1等式（2）。

在il>i2的情况下，ww通道可以接收等于i1和i2之间的差的电流，而nw通道可以接收i2的电流量的两倍。iww和inw的总和可能仍然是i1+i2。应注意，实际总和可能略小于i1+i2，因为总电流的一部分用于为接口电流通道电路供电。

如果i1中的电流为0，并且i1对应于wwled，则i2中的所有电流将流向cwled，并且没有电流将流向wwled或nwled。同样，如果i2中的电流为0，并且i2对应于cwled，则i1中的所有电流将流向wwled，并且没有电流将流向cwled或nwled。

现在参考图5，示出了接口电流通道电路的电路图。接口电流通道电路利用各种模拟技术，诸如电压感测、低通滤波和模拟信号减法。图中所示的所有电压均参考地。转换器pcb可以使用压控电流源来控制流过wwled和cwled的电流。此外，转换器pcb可以只对流过nwled的电流执行开/关控制。wwled和cwled可以具有期望的可调范围的端处的cct。nwled可以具有位于期望的可调范围的近似中间处的cct。

第一输入电流i1可以连接到第一感测电阻器（rs）502。第二输入电流i2可以连接到第二rs504。第一rs502和第二rs504可以具有相同的电阻值。第一二极管dl506可以防止第一输入电流i1注入第二输入电流i2。第二二极管d2508可以防止第二输入电流i2注入第一输入电流i1。第一rs502和第二rs504可以共享一个公共端子vc，其可以连接到包括wwled的第一led串510、包括nwled的第二led串512和包括cwled的第三led串514的阳极。va和vb处的电压代表流过第一rs502和第二rs504的具有共模分量的电流，该共模分量是vc处的电压。

如第一计算电路560所示，vb处的电压可以被电阻分压器衰减，该电阻分压器包括第一电阻器（r1）516和第二电阻器（r2）518。得到的信号可以通过第一低通滤波器（lpf）520发送，以在低电压域中生成vbb。vbb可以定义为：

vbb=lpf（vb×α），等式（3）

其中α是衰减因子，可以定义为：

，等式（4）。

如第二计算电路562所示，va处的电压可以被电阻分压器衰减，该电阻分压器包括第一电阻器（r1）522和第二电阻器（r2）524。在实施例中，第一电阻器（r1）522的值可以与第一电阻器（r1）516相同，第二电阻器（r2）的值可以与第二电阻器（r2）518相同。得到的信号可以通过第二lpf526发送，以在低电压域中生成vaa。在实施例中，第二lpf526可以执行与第一lpf520相同的操作。vaa可定义为：

vaa=lpf（va×α），等式（5）

其中α是上面等式（4）中定义的衰减因子。

vbb可以被馈送到第一运算放大器（opamp）528，其被配置为执行vbb和vaa之间的减法。第一opamp528的输出可以是vww。vww可以定义为：

vww=（vaa-vbb）×β，等式（6）

其中β=r4/r3，等式（7）。

vww也可以定义为：

vww=（i1-i2）×rs×α×β，等式（8）。

因此，电流iww可以定义为：

iww=vww/r=（i1-i2）×α×β×rs/r，等式（9）。

当α*β/r等于1/rs的值时，电流iww将等于i1-i2。

vaa可以被馈送到第二opamp530，第二opamp530被配置成执行vaa和vbb之间的减法。第二opamp530的输出可以是vcw。vcw可以定义为：

vcw=（vbb-vaa）×β，等式（10）

其中β在上述等式（7）中定义。在实施例中，r3和r4在第一计算电路560和第二计算电路562中可以具有相同的值。

vcw也可以定义为：

vcw=（i2-i1）×rs×α×β，等式（11）。

因此，电流iww可以定义为：

icw=vcw/r=（i2-i1）×α×β×rs/r，等式（12）。

当α*β/r等于1/rs的值时，电流icw将等于i2-i1。

vww可以被馈送到压控电流源，这可以用第一放大器（amp）536来实现。第一amp536可以输出电压vgl。电压vgl可以输入到第一晶体管m1，第一晶体管m1用于为第一led串510提供驱动电流。第一晶体管m1可以是常规的金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。第一晶体管m1可以是n沟道mosfet。

第一amp536可以在闭环中调节电压vgl，使得流过第一晶体管m1的电流等于vww/rs。在闭环调节中，第一amp536的输入可能彼此非常接近。第一amp306可以将vww的值与第一晶体管m1的源极处的rs564两端的感测电压进行比较。rs564可以具有与第一rs502和/或第二rs504相同的电阻值。如果感测电压低于vww，则第一amp306可以升高vgl以增加第一晶体管m1中的电流，直到感测电压近似等于vww。类似地，如果感测电压高于vww，则第一amp306可以降低vgl，这可以降低第一晶体管m1中的电流。

vcw可以被馈送到压控电流源，这可以用第二amp538来实现。第二amp538可以输出电压vg2。电压vg2可以输入到第三晶体管m3，该第三晶体管m3用于为第三led串514提供驱动电流。第三晶体管m3可以是常规的金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。第三晶体管m3可以是n沟道mosfet。

第二amp538可以在闭环中调节电压vg2，使得流过第三晶体管m3的电流等于vcw/rs。在闭环调节中，第二amp538的输入可以彼此非常接近。第二amp538可以将vcw的值与第三晶体管m3的源极处的rs566两端的感测电压进行比较。rs566可以具有与第一rs502和/或第二rs504相同的电阻值。如果感测电压低于vcw，则第二amp538可以升高vg2以增加第三晶体管m3中的电流，直到感测电压近似等于vcw。类似地，如果感测电压高于vcw，则第二amp538可以减小vg2，这可以减小第三晶体管m3中的电流。

第一amp536的输出和第二amp538的输出可以在其输入之间的差为负时被钳位为零。

第二晶体管m2可以控制第二led串512的功率。第二晶体管m2可以是常规的金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。第二晶体管m2可以是n沟道mosfet。第二晶体管m2可以仅在第一输入电流i1和第二输入电流i2都处于调节中时才被接通。第二晶体管m2可以具有连结到vc的上拉电阻器（r7）544。上拉电阻器（r7）544可以连结到节点vc，因为在启动时，低压源vdd可能不可用。因此，第一晶体管m1和第三晶体管m3将处于关断状态。如果为第二led串512提供驱动电流的第二晶体管m2也关断，则整个电路将表现为对电流源开路。这可能触发开路保护并导致非启动状态。通过将m2的栅极连结到节点vc，它可以在启动时提供可用的电流路径。

由压控电流源为第一led串510和第三led串514产生的电流可以略大于（i1-i2）的绝对值。这可以确保第二led串512在i1或i2承载零电流时关闭。换句话说，在期望的调整范围的任一端点处，一次只有一串led可以打开。

开关晶体管的与and逻辑可以由栅极控制块532实现。栅极控制块532利用如下事实，即压控电流源中的第一amp536的输出（vgl）和第二amp538的输出（vg2）在其不能保持调节时可能摆动到其供电轨（vdd）。可以以这样的方式选择vdd，该方式使得在所有操作条件下，当第一amp536和第二amp538处于调节中时，电压vgl和vg2显著低于vdd。

vgl可以被包括第一电阻器（r5）540和第二电阻器（r6）542的电阻分压器衰减，并且然后被馈送到第一分路调节器570的ref输入端。vg2可以被包括第一电阻器（r5）574和第二电阻器（r6）576的电阻分压器衰减，并且然后被馈送到第二分路调节器572的ref输入端。一个实施例中，第一电阻器（r5）540和第二电阻器（r6）542的值可以与第一电阻器（r5）574和第二电阻器（r6）576vg2相同。第一分路调节器570和第二分路调节器572可以具有2.5v的内部参考电压。当施加在其ref节点的电压高于2.5v时，第一分路调节器570和第二分路调节器572可以吸收大电流。当施加在其ref节点的电压低于2.5v时，第一分路调节器570和第二分路调节器572可以吸收非常小的静态电流。

大的吸收电流可以将第二晶体管m2的栅极电压拉低到低于其阈值的水平，这可以关断第二晶体管m2。第一分路调节器570和第二分路调节器572可能不能将其阴极拉得比其ref节点下面的二极管的vf更大。因此，第二晶体管m2可以具有高于2v的阈值电压。可替代地，可以使用内部参考电压较低的分路调节器，诸如1.5v。

如果vg1和vg2最大值将在3v左右，则vdd可以设置为5v，并且衰减因子α可以设置为0.6。当第一amp536和第二amp538处于调节中时，出现在分路调节器的ref节点处的电压将为1.8v的最大值，分路调节器可以汲取最小电流，并且第二晶体管m2的栅极可以被拉高至vdd。如果第一amp536或第二amp538不处于调节中，则分路调节器可以关断nmos。

应当注意，为了避免模糊本文描述的实施例，没有详细描述图5所示的包括一个或多个电阻器、二极管和电容器的公知结构以及处理步骤。

现在参考图6，示出用于在一个或多个led阵列中提供两步线性cct可调性的方法的流程图。在步骤602中，可以从双通道led驱动器402的第一通道412接收第一输入电流i1。在步骤604中，可以从双通道led驱动器402的第二通道414接收第二输入电流i2。在步骤606中，可以确定第一输入电流i1与第二输入电流i2的比。在步骤608中，第一输入电流i1和第二输入电流i2可以基于该比被转换成第一输出电流、第二输出电流和第三输出电流。在步骤610中，第一输出电流可以被提供给第一led阵列510，该第一led阵列510具有在期望的cct范围的近似一端处的cct，第二输出电流可以被提供给第二led阵列516，该第二led阵列516具有在期望的cct范围的近似相对端处的cct，并且第三输出电流可以被提供给第三led阵列514，该第三led阵列514具有在期望的cct范围的近似中间处的cct。

图6所示的方法可以由接口电流通道电路执行。接口电流通道电路可以包括第一感测电阻器502，以感测来自双通道led驱动器402的第一通道412的第一输入电流i2的第一输入电压。第二感测电阻器504可以感测来自双通道led驱动器402的第二通道414的第二输入电流i2的第二输入电压。第一感测电阻器502和第二感测电阻器504连结到公共节点vc。第一计算电路560可以被配置为从第一输入电压中减去第二输入电压，以生成第一输出电压，来为第一led阵列510供电，该第一led阵列510具有在期望的cct范围的近似一端处的cct。第二计算电路562可以被配置为从第二输入电压中减去第一输入电压，以生成第二输出电压，来为第二led阵列516供电，该第二led阵列516具有在期望的cct范围的近似相对端处的cct。如果第一输入电流i1和第二输入电流i2都处于调节中，则栅极控制块532可以被配置成生成第三输出电压，来为第三led阵列514供电，该第三led阵列514具有在期望的cct范围的近似中间处的cct。

尽管上文以特定的组合描述了特征和元件，但是本领域普通技术人员将理解，每个特征或元件可以单独使用或者与其他特征和元件任意组合使用。此外，本文描述的方法可以以结合在计算机可读介质中以供计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件实现。计算机可读介质的示例包括电子信号（通过有线或无线连接传输）和计算机可读存储介质。计算机可读存储介质的示例包括但不限于只读存储器（rom）、随机存取存储器（ram）、寄存器、高速缓冲存储器、半导体存储装置、磁介质（诸如内部硬盘和可移除盘）、磁光介质和光学介质（诸如cd-rom盘和数字多功能盘（dvd））。