发光元件控制系统及包含该系统的照明系统的制作方法

专利名称：发光元件控制系统及包含该系统的照明系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明系统领域，尤其涉及一种发光元件控制系统及包含该 系统的照明系统。
背景技术：
发光二极管(LED)能有效地将电能转化为光。然而，由虽然不同 但是标称相同的LED在同样的运行条件下所发射光的特性可能由于许多 不同因素而变化，所述因素可能由例如装置制造和装置装配中的变化引 起。这些变化可能超过由那些LED照明应用所强加的要求，所述LED 照明应用可能要求从两个或多个LED所发射的光更加精密地匹配。这对 于在其中不希望使用变化输出强度的LED的空间扩展型光源可能尤其重 要。尽管可能，但是对个体标称相同的LED进行精密装箱或匹配，可能 使很多基于LED普通用途的照明系统基本上是高成本的。
美国专利No.4，743，897中描述了可用来减轻标称相同的LED中光发 射特性的变化影响的另 一种解决方案，所述解决方案描述了包括用于向多 个串联连接LED产生恒定驱动电流的电流源、用于选择性启动和禁止 LED中预定一个的电路，以及用于在没有启动一个LED的情况下禁止电 流源的另一个电路的LED驱动电路。虽然LED驱动电路设计简单且成 本低，并且特征在于，与其他解决方案相比功耗较低，但是这种LED驱 动电路的能量效率和运行特性可能是受限制的。
因此，需要一种新的发光元件控制系统及包含该控制系统的照明系 统，上述系统克服了已知系统的某些缺点。
提供这些背景信息，以揭示申请人认为可能与本发明有关的信息。并 不必然承认，也不能理解为任何前述技术构成违背本发明的现有技术。

发明内容
本发明的目的是提供一种发光元件控制系统及包含该系统的照明系 统。依据本发明的一方面，提供了一种发光元件控制系统，该系统包含 两个或多个LEE单元的串联连接，每个LEE单元包含一个或多个LEE 和配置用于根据各自单元触发控制信号控制其触发的单元触发模块；与每 个所述单元触发模块操作性耦合并配置用于产生每个所述各自单元触发控制信号的控制模块；以及与所述LEE单元的串联连接操作性耦合的转 换模块，所述转换模块适用于与电源连接并配置用于为所述LEE单元提 供驱动电流。
依据本发明的另一方面，提供了一种照明系统，该照明系统包含串 联连接的两个或多个LEE单元，每个LEE单元包含一个或多个LEE和 配置用于根据各自单元触发控制信号控制其触发的单元触发模块；与每个 所述单元触发模块操作性耦合并配置用于产生每个所述各自单元触发控 制信号的控制模块；以及与所述LEE单元操作性耦合的转换模块，所述 转换模块适用于与电源连接并配置用于为所述LEE单元提供驱动电流。


图1是描述依据本发明一个实施例的发光元件控制系统的框图。 图2是描述依据本发明一个实施例的包含电流反馈控制的发光元件 控制系统的框图。
图3是描述依据本发明一个实施例的包含光学和电流反馈控制的发 光元件控制系统的框图。
图4是描述依据本发明一个实施例的包含电流反馈控制的发光元件 控制系统的框图。
图5示意性地图示依据本发明不同实施例的控制信号时序图。
图6是依据本发明一个实施例的单元触发控制模块的示意图。
图7是依据本发明另一个实施例的单元触发控制模块的示意图。
具体实施例方式
限定
术语"发光元件"(LEE)用来限定例如通过在其两端施加电势差或 其通过电流来触发时，在例如可见光区域、红外和/或紫外区域等的电磁 光语中的一个区域或几个区域结合中发射,光的装置。因而，发光元件可以 具有单色、准单色、多色或宽带光镨发射特性。发光元件的实例包括半导 体、有机物、或聚合物/聚合体发光二极管，光泵浦磷涂层发光二极管， 光泵浦纳晶发光二极管或如本领域技术人员易于理解的其他类似装置。进 一步地，术语发光元件用来限定例如LED芯片等的发射辐射光的特定装 置，且同样可以用来限定发射辐射光的特定装置及在其内部放置特定装置 或者装置组的外壳或封装的组合。
术语"运行特性"用来限定描述LEE单元和/或其中的LEE运行的特性。这种特性可以包括电学的、热的和/或光学的特性，在某些情况下，
从一个LEE到另一个LEE，或从一个LEE单元到另一个LEE单元，甚 至运行标称相同的LEE的上述特性可能不同。运行特性的实例可以包括 但不限于LEE单元和/或其中的一个或多个LEE的光语功率分布、彩色 再现指数、颜色品质、色温、色度、发光功效、运行温度、带宽、相对输 出强度、峰值强度、峰值波长，和/或如本领域一般技术人员所理解的其 他这种特性。
术语"协同关系(co-operative relationship )"用来限定LEE单元和 /或其中的LEE之间的关系，当依据该关系运行时，所述LEE单元和/或 其中的LEE能提供理想输出。例如，协同关系可以基于由LEE单元的组 合输出所提供的理想输出来限定，所述理想输出可以包括但不限于组合光 语功率分布、彩色再现指数、色彩品质、色温、色度、或者类似特征，或 还由每个LEE单元基本上相同或类似的输出来提供，而不考虑如上所限 定的不同LEE单元(每个LEE单元包含一组标称相同的一个或者多个 LEE)运行特性中可能的变化和/或差异。
如此处所使用的，术语"大约"指得是与标称值+/-10%的变化。需 要理解的是，无论是否特别指出，上述变化通常包括在此处所提供的任何 给定值内。
除非另有限定，此处所使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域 通常理解的意义具有相同的意义。
本发明提供一种发光元件(LEE)控制系统，所述系统可用来例如控制 基于LEE的照明系统中的一个或多个LEE单元的单个、组合和/或相对 输出，和/或减轻这种系统中的LEE单元和/或其中的LEE运行特性中的 变化的影响。例如，控制系统可以用在基于LEE的照明系统中，以减轻 系统LEE的标称光发射特性的变化的影响，控制基于LEE的照明系统的 亮度，控制和/或改善基于LEE的照明系统的光谱输出特性(例如，彩色 再现指数、色彩品质、色度、色温、光谱功率分布、等)，控制和/或改善 基于LEE的照明系统的驱动特性(例如，功耗、电源要求、发光效能、
等)，和/或如本领域一般技术人员在阅读随后说明性实施例的描述后所易 于理解的其他这种用途。
特别地，依据本发明一个实施例的发光元件控制系统包含两个或多 个LEE单元的串联连接，每个LEE单元包含一个或多个LEE以及配置用于根据各自单元触发信号控制其触发的单元触发模块。例如，与给定
LEE单元相关联的触发模块通常设置用于根据单元触发控制信号可控地 触发(activate)和/或停用(deactivate)那个单元中的一个或多个LEE。 系统进一步包含与每个单元触发模块操作性耦合并配置用于基于每 个LEE单元之间和/或其中的LEE之间的协同关系产生每个各自单元触 发控制信号的控制模块，所述控制模块可以预设、测试和/或适应性限定， 以提供例如理想的协同输出。这种关系可以是基于(例如且如上所限定的) 理想协同输出，所述理想协同输出由LEE单元的组合输出来提供，或也 由每个LEE单元基本上相同或类似的输出来提供，而不管不同LEE单元 (每个LEE单元包含一组标称相同的一个或多个LEE)运行特性中可能的 变化和/或差异。
在一个实施例中，控制模块配置用于为每个触发模块确定和提供单元 触发控制信号，这些信号基于例如每个LEE单元或其中的一个或多个 LEE的相对运行特性，以相互依存的方式来确定，因而提供了补偿这些 运行特性变化的途径。提供这种补偿，例如便于保证来自所有LEE单元 的光输出的理想水平，或者还便于保证取决于不同LEE单元相对贡献的 理想色彩平衡。
转换模块设置成与串联连接操作性耦合,且适用于与电源连接以及配 置用于为LEE单元提供驱动电流。
参考图1，依据本发明的一个实施例，控制系统IO描述为包含N个 LEE单元，例如，单元12，每个LEE单元包含与控制模块16操作性耦 合的触发模块14，所述控制模块16配置用于为触发模块14提供单元触 发控制信号(虚线)，每个触发模块14还与一个或多个各自的LEE18操 作性耦合，以根据单元触发控制信号控制其触发和/或停用。系统还包含 适于与电源22操作性耦合的转换模块20,用于为LEE单元12提供驱动 电流。
参考图2，依据本发明的另一个实施例，发光元件控制系统110又描 述为包含N个LEE单元，例如，单元112,每个LEE单元包含与控制模 块116操作性耦合的触发模块114，所述控制模块116配置用于为触发模 块114提供单元触发控制信号(虚线)，每个触发模块114与一个或多个 各自的LEE 118操作性耦合，以根据单元触发控制信号控制其触发和/或 停用。系统还包含适于与电源122操作性耦合的转换模块120，用于为LEE单元112提供驱动电流。在本实施例中，系统110还包含任意的反 馈系统，所述反馈系统能提供用于控制供给LEE单元112串联连接的驱 动电流的手段。例如，反馈系统可以包含驱动电流感应模块124和驱动电 流控制模块(此处描述为集成控制模块116的子部件，包含例如信号调节 机构)。 一般来说，驱动电流感应模块124可以配置用于探测供给LEE单 元112串联连接的驱动电流和将其信号指示(点划线)传递到控制模块 116的信号调节机构。因而，控制模块116可以为转换模块120提供驱动 电流控制信号(点划线)，从而能在运行过程中对供给LEE单元122串联 连接的驱动电流进行适应性控制。需要理解的是，可以提供截然不同的驱 动电流控制模块，而不是此处所描述的集成控制模块，不脱离本发明公开 的一般范围和本质。
参考图3，依据本发明的另一个实施例，发光元件控制系统210又描 述为包含N个LEE单元，例如，单元212,每个LEE单元包含与控制模 块216操作性耦合的触发模块214，所述控制模块216配置用于为触发模 块214提供单元触发控制信号(虚线)，每个触发模块214与一个或多个 各自的LEE 218操作性耦合，以根据单元触发控制信号控制其触发和/或 停用。系统还包含适于与电源222操作性耦合的转换模块220，用于为 LEE单元212提供驱动电流。在本实施例中，发光元件控制系统210还 包含任意的反馈系统，所述反馈系统能提供用于控制供给LEE单元112 串联连接的驱动电流及其光学输出的途径。在本实施例中，反馈系统还包 括驱动电流感应模块224和驱动电流控制模块(此处描述为集成控制模块 216的子部件)。反馈系统还包含适于感知一个或多个LEE单元或其中的 一个或多个LEE的光学输出的光学感应模块226。光学感应模块还与光 学输出控制模块(此处描述为集成控制模块216相同的或截然不同的子部 件嫌作性耦合，以向光学输出控制模块传递表示所感知光输出的信号(双 点划线)。光学输出控制模块与触发模块214操作性耦合，用于根据感应 模块信号控制触发模块，且改变与触发模块操作性耦合的LEE的光学输 出。按照这种方式，在运行过程中，供给LEE单元212串联连接的驱动 电流和提供用于控制LEE218输出的单元触发控制信号可以适应性修改。 需要理解的是，可以提供截然不同的驱动电流控制模块和/或光学输出控 制模块，而不是此处所描述的集成控制模块，而不脱离本发明公开的一般 范围和本质。还将理解的是，类似系统可以设计用来包括配置用于仅仅提供光学反馈的反馈系统。
还对于本领域的技术人员显而易见的是，此处也可以考虑其他的反馈 机构，例如热和/或其他这种运行反馈机构，而不脱离本发明公开的一般 范围和本质。
LEE单元
依据本发明一个实施例的发光元件控制系统通常包含两个或多个 LEE单元的串联连接，每个LEE单元包含一个或多个LEE以及配置用于根 据各自单元触发控制信号控制其触发的单元触发模块。例如，与给定LEE 单元相关联的触发模块通常配置用于根据单元触发控制信号可控地触发 和/或停用那个单元中的一个或者单个LEE。
在一个实施例中，触发^f莫块与一个或多个LEE (例如由图4、 6和7 中的单元触发模块所示例性描述的)电气并联，所述LEE可以彼此串联和 /或并联。因而，在运行条件下单元触发模块可以在高阻抗配置和低阻抗 配置之间切换，其中，单元触发模块可以用来重复地停用特别LEE单元 中的一个或多个LEE。例如，特别LEE单元的停用通过触发相应的单元触 发模块来设置，以便其为流过一个或多个LEE的电流提供低阻抗路径。按 照这种方式，只要触发其相应的单元触发模块，电流将在单元的一个或多 个LEE周围旁路或分流。
在一个实施例中，LEE单元中的一个或多个LEE可以包含大约相同的 LEE，例如，具有大约相同的输出-输入特性的一个或多个蓝色LEE。
在另一个实施例中，LEE单元可以包含在不同的组合、组和/或集中 的一种或几种不同类型的LEE，例如，红、蓝和/或绿色LEE。
在另一个实施例中，LEE单元串联连接中的不同LEE单元可以包含大 约相同的LEE或不同颜色的LEE。
在一个实施例中，与LEE单元串联连接的每个LEE单元相关联的触发 模块配置为同样的装置形式。然而，不同的触发模块可以与LEE单元串联 连接的任意一个或多个LEE单元相关联。
在一个实施例中，触发模块可以配置成双极晶体管或场效应晶体管 (FET)，例如，以金属氧化物场效应晶体管(M0SFET)为例。本领域的技 术人员易于理解可以用在LEE单元中的不同类型的触发模块。
在一些实施例中，每个触发模块包含场效应晶体管(FET)。在这些实 施例中，选择N型和P型FET的组合可能是有益的。如果P-FET用于单元
10给定串联连接开始处的LEE单元(例如，接近转换器模块)，且N-FET用 于串联末端处的LEE单元(例如，靠近地)，选择这种类型的触发模块可 以简化所需的栅极驱动电路。然而，这种配置将要求触发P-FET的信号 电平的极性与触发N-FET的信号电平的极性相反。
正如本领域的技术人员所理解的，例如，所使用的特殊触发;f莫块以及 用来触发所述触发模块的控制信号的电压电平可以根据单元中的LEE数 量来适当地选定。
在一个实施例中，触发模块可以具有控制输入端，所述控制输入端可 以与控制模块(例如，能够提供脉冲宽度调制(PWM)或者脉沖编码调制 (PCM)开关信号的单元触发控制模块)操作性连接。
在一个实施例中，触发模块配置用于在频率足够高以至于避免或限制 LEE中的非预期闪烁效应、热应力和可听噪声时，能够重复地开关LEE单 元。根据LEE单元中所使用的LEE的类型，开关频率可以超过例如103HZ。
正如本领域的一般技术人员所理解的，在其多个LEE或其中的组、串 和/或集被独立驱动和控制的典型系统中，每个LEE或其中的组、串和/ 或集需要其自身的转换模块，从而，这需要大量的部件并由此产生一定量 的功耗。然而，在本发明的不同实施例中，每个LEE或其中的组、集和/ 或串设置为包含其自身单元触发模块的LEE单元的一部分，每个单元串联 连接，因而便于减少所需的转换模块的数量，从而降低功耗。因此，依据 某些实施例，可以改善所需部件的数量和成本以及系统的整个系统效率， 同时依然便于独立控制多个LEE、 LEE群、LEE集和/或LEE串-即，在多 个LEE单元中。
正如本领域的技术人员所理解的，即使相同峰值的电流将在单元串联 连接内部所触发的每个LEE单元中流动，如前面所讨论的那样，通过对这 些被触发单元的单元触发模块施加合适的触发信号，在其中通过LEE的平 均电流可以控制至不同水平，从而提供理想的协同效应(co-operative effects )。
控制模块
系统通常包含与每个单元触发模块操作性耦合并配置用于基于协同 关系产生每个各自单元触发控制信号的控制模块，所述协同关系可以在每 个LEE单元的一个或多个LEE之间预定、测试和适应性限定。例如，控制 模块可以配置用于为每个触发模块确定和提供单元触发控制信号，这些信号可以基于例如每个LEE单元的相对运行特性，以相互依存的方式确定， 因而提供一种用于补偿这些运行特性变化的途径和/或提供一种基于这些 特性在其输出之间获得理想平衡的途径。
在一个实施例中，控制模块配置用于产生一个或多个触发控制信号， 其中，特别的触发控制信号用来控制特别的LEE单元中的一个或多个LEE 的触发。
控制模块可以配置为具有中央处理单元(CPU)的计算元件或者孩i控 制器。控制模块具有操作性耦合到其上、在此处统称为存储器的一个或多 个存储媒介。控制模块可以配置成包括存储器。存储器可以是易失的或永 久的计算机存储器，例如RAM、 PR0M、 EPR0M和EEPR0M或其类似物。其中， 用于监控或控制与控制模块耦合的装置的控制程序(例如，软件、微码或 固件)由CPU存储和执行。
在一个实施例中，控制模块还提供将用户指定的运行条件转换成控制 信号从而控制与控制模块耦合的装置的途径。控制模块可以通过例如键 盘、触垫、触摸显示屏、控制台、视觉或声音输入装置等的用户界面或如 本领域技术人员众所周知的其他用户界面来接收用户指定的命令。
可以配置控制模块，以便其包含与每个LEE单元的光通量输出相关的 数据。在本发明的一个实施例中，当LEE单元的光通量输出预先设定时， 在制造过程中可以用光通量输出数据预加载。在另一个实施例中，例如， 这种数据经由一个或多个反馈机构动态更新。
在本发明的另 一个实施例中，控制模块配置用于校准制造后的该光通 量输出数据。这可以通过例如使用外部光学感应装置的装置校准来实现或 可以用与控制模块相关联的光学感应器来实现。外部光学感应装置或光学 感应器可以配置用于独立探测每个LEE单元的输出，从而提供确定关于每 个LEE单元的光通量输出数据的途径。
在本发明的一个实施例中，为了解决LEE单元之间的光通量输出变 化，控制系统可以基于具有最低光通量输出的LEE单元确定触发控制信 号。控制模块可以配置成用最低的光通量输出、在全输出时运行LEE单元， 以及在它们的部分光通量输出时运行其它的LEE单元，其中，用于特别的 LEE单元的部分可以基于当前LEE单元光通量输出相对于LEE单元的最寸氐 光通量输出的比值确定。触发控制信号产生的该形式可以提供一种用于减 轻例如一连串LEE单元光通量输出变化的途径。在本发明的另 一个实施例中，控制模块可以配置用于基于根据包含依
据本发明LEE控制系统的照明系统的理想光输出来确定触发控制信号。用 于每个LEE单元的特定触发控制信号可以以相互依存的方式确定，并且可 以基于所要求的照明系统输出光的颜色以及LEE单元本身相关的光通量 输出。
控制模块可以配置用于基于脉冲宽度调制或脉冲编码调制产生触发 控制信号。触发控制信号的其他形式对于本领域的技术人员是易于理解 的。
正如下面涉及包含光学反馈系统的控制系统实施例将要描述的，控制
模块可以包含单个集成控制模块、截然不同的控制模块和/或其结合，所 述单个集成控制模块包含例如单元触发控制子部件、驱动电流控制子部
件、光输出控制子部件和/或其他这些子部件。 转换模块
LEE控制系统进一步包含其输入端适于与电源连接的转换模块。转换 器模块的输出端可以与LEE单元的串联连接相连接，为所述LEE单元的串 联连接提供具有 一定输出电压的电能。
在一个实施例中，转换器模块可以包含AC-DC型或DC-DC型转换器。 虽然转换模块可以是上述任何一种类型，但是利用AC以及DC输入电压可 以正常工作。
在一个实施例中，例如，转换器模块可以包含一个或多个通常的开关 模式，降压式、升压式、降压-升压式、回扫式(fly-back)以及升压-降压式(cuk)转换器。还可以使用如本领域技术人员所易于理解的其他
形式的转换器模块，例如，变压器和整流器组合。
选择转换器模块可以基于例如输出电压的要求，这可能需要快速地改
变负载条件，同时维持基本恒定的输出电流。例如，在每个单元的单元触 发模块与单元的LEE并联，并且所给定单元的停用是通过在那个单元的 LEE周围分流电流来实现的实施例中，特别电流的整串电压改变将取决于 触发/停用的单元数来显现。这部分地是由于以下事实在该方案中单元 触发模块将具有很低的阻抗，且因而和触发与其关联的一个或者多个LEE 时相比，在其被触发时其两端上将有更低的压降。因此，转换器模块应该 能够补偿电压的快速改变，以便即使一个或多个单元在较高频率处由他们 各自的单元触发模块停用，仍继续提供相对恒定的电流。总的来说，在某些实施例中，转换器模块能调整电压变化的速度限制了可以停用单元的频 率。
在一个实施例中，对于快速调整电压巨变的转换器模块的要求可以通 过包括在由特别触发模块所限定的分流路径中的较高阻抗元件，以便大致
匹配与其相关联的一个或多个LEE两端的压降来简化。然而，这种配置在 停用所给定单元的过程中将消耗更多的能量，因而可以认为效率较低。
在另 一个实施例中，单元触发模块按线性模式运行而不是饱和模式， 因而其具有更高的阻抗，这也可以大约匹配单元两端的压降。此外，这种
配置可以在停用一个或多个LEE时消耗更多的能量，因而可以认为效率较 低。
在另一个实施例中，选定转换器模块使其能快速调节其输出电压，从 而使其能基本维持恒定电流，同时使触发模块能够驱动到饱和状态，这在 每个单元的一个或多个LEE周围分流电流时，引起高效率。例如，具有小 输出电容的迟滞降压(hysteretic buck)转换器可以用作转换模块，所 述转换模块通常能够快速的响应输出负载电压的突然改变，并且在这一改 变之后能够快速恢复和获得紧密的调整。
在一个实施例中，转换器模块包含可以与反馈系统连接的控制输入 端。例如在一个实施例中，转换器模块与驱动电流控制模块或信号调节器 (例如，经由截然不同的或集成的控制模块来设置)的输出端连接。在这 种配置下，转换器模块可以依据在运行条件下其控制输入端处所提供的驱 动电流信号的强度来调节输出电压，从而提供一种用于维持通过LEE单元
串联连接的理想驱动电流的途径。 任意的反馈系统
在本发明的一个实施例中，LEE控制系统还包含反馈系统，所述反馈 系统可以提供用于控制系统一个或多个运行特性的途径。
例如，在一个实施例中，反馈系统设置用于基本上维持通过LEE单元 串联连接(如见图2-4、 6和7)的相对恒定的驱动电流。反馈系统可以 包含可以与LEE串联连接操作性连接的驱动电流感应模块。在运行条件 下，驱动电流感应模块可以感知通过LEE串联连接的驱动电流并提供指示 该电流的驱动电流信号。驱动电流感应模块可以配置用于提供指示通过 LEE单元串联连接的驱动电流测量的驱动电流信号。
在一个实施例中，例如，驱动电流感应模块可以是配置为与一个或多
14个LEE单元串联连接的欧姆电阻或霍尔探针的驱动电流感应器。可以提供 驱动电流理想探测的其他驱动电流感应器对于本领域技术人员是易于理
反馈系统还可以包含驱动电流控制模块，例如配置为反馈回路的一部 分并与驱动电流感应装置操作性连接的信号调节机构或类似物。信号调节 机构可以处理驱动电流信号并在其输出端提供驱动电流控制信号，所述驱 动电流控制信号可以由转换器模块使用，以便于控制由此所产生的输出电 压。
在一个实施例中，信号调节机构是包含比例(P)、积分(I)和/或差分 (D)模拟或数字滤波元件的组合的信号调节器(signal conditioner )。数 字滤波可以要求可以集成到信号调节器中的附加模拟-数字或数字_模 拟转换器。正如本领域一般技术人员所理解的，具有合适滤波特性的P、 I和D滤波元件的不同组合可以用来大大改善反馈回路的动态特性。
在一个实施例中，信号调节器用数字形式实现，其配置对于本领域的 技术人员易于理解。正如本领域技术人员所理解的，数字形式的信号调节 器可以在设计其输入-输出或滤波特性上具有较大的灵活性。
在一个实施例中，反馈系统可以配置用于实现在其中驱动电流可以维 持在预定P艮度内的反馈回路。正如本领域技术人员将理解的，这些限度可 能取决于作为反馈回路一部分的LEE控制系统部件的某些特性。
系统还可以或可替换地包含光学反馈系统，用于控制照明系统的光输 出以获得或维持理想的输出。例如，理想的调光(dimming )和/或光谱特 性可以使用反馈机构来获得和维持，因为根据需要可以监控和调整的这些 特性。
除了可适用于单色或固定颜色的光源外，本发明也可以以变化颜色的 光源(例如，颜色变化的条形光源)来实现。需要指出的是，整体亮度可 以通过控制通过LEE单元串联连接的电流来独立控制。
在本发明的一个实施例中，LEE控制系统可以包含用于探测由LEE所 发射的光量的光探测器。这种配置可以提供初次或周期性校准或者提供 LEE单元输出的任意光学反馈控制(例如，见图3)。
然而在另 一个实施例中，光学感应模块可以配置用于整体地或不同地 探测环境光，所述环境光可以用作控制LEE触发的负反馈形式。例如，在 这一实施例中，可以使用环境光测量，使得在较高环境光水平时，例如，可以预期来自照明系统的较低整体输出水平，这导致LEE的触发信号减 少。而且，在照明系统的LEE由不同颜色的LEE (例如，在混合光光源系 统中)构成的实施例中，例如，可以选定光学感应模块，便于对环境光波 长信息敏感，从而系统可以起减少对应的LEE颜色输出的作用，以维持设 定的强度和理想的色彩平衡。
反馈机构和系统的其他实例(例如，热反馈机构)对本领域的技术人 员是显而易见的，且因此不意味着脱离本发明公开的一般范围和本质。
现在将结合参考特定实例来对本发明进行描述。需要理解的是，下面 的这些实例旨在描述本发明的实施例，且不意味着对本发明作出任何限 制。
实例1:
图4提供了包含依据本发明一个实施例的LEE控制系统310的照明系 统的框图。LEE控制系统包含电源322、以DC-DC电压转换器320为形式 的转换模块、驱动电流控制模块或信号调节器317、配置成电阻324和N 个LEE单元311, 312直到313的串联连接的电流感应模块。N个LEE单 元311， 312，直到313中每一个包含配置成场效应晶体管的触发模块， 所述场效应晶体管与各自LEE单元中的一个或多个LEE并联电连接。每个 场效应晶体管的栅极可以与单元触发控制模块316连接，在本实施例中所 述单元触发控制模块316描述为与驱动电流控制模块317截然不同，用于 为每个LEE单元提供开关或触发信号，从而提供用于每个LEE单元单独运 行控制的手段。图4中还分别示出了 LEE单元311、 312直至313中的场 效应晶体管栅极电压V(n、Ve2直至Vw的实例时间分辨曲线391、 392和393。
在本实施例中，信号调节器317探查作为电流感应器的电阻324两端 的电压降。如上概述，信号调节器317为DC-DC转换器320提供反馈信号。 通过LEE单元的电流基本上流过LEE或流过场效应晶体管。因此，LEE单 元中的LEE可以用足够的电流驱动或可以关闭，这取决于场效应晶体管是 否切换到采用高或低的源漏阻抗结构。
运行模式
本实例中的触发模块或场效应晶体管可以以许多不同的方式运行。例 如，如果所有的LEE单元包含相同数量的标称同样的LEE，运行触发模块 的一种方式是保持发光量最少的LEE单元(本例中为LEE单元313)处于 常开状态，同时其他的LEE单元311和312被恰当的脉冲驱动，以将其整
16体光发射降低到最小亮度的LEE单元313的水平。如果LEE控制系统例如 用在要求所有的LEE发射相同量的光的照明系统中，这可能是有用的。
在本发明的一个实施例中，如果LEE控制单元旨在用每个LEE单元中 多于一个LEE来实现，在制造过程中，标称相同的LEE可以通过利用更接 近的匹配发光特征将它们分类成相同数量LEE的组来分组或者附加地划 射binned )。每个这种组然后可以用来供给用于实现一个LEE单元的LEE。
在一个实施例中，在LEE控制系统安装后，校准过程例如可以帮助配 置控制系统并调整在运行条件下为LEE单元产生触发控制信号的方式。需 要指出的是，通过LEE单元串联连接的电流可以用触发模块独立控制，例 如，以改变由LEE所发射光的总量。
由 一个LEE单元中的LEE所发射的光量可以使用各自的触发模块来控 制。需要指出的是，如果充分混合，任何颜色的光可以使用包含发射合适 颜色光的LEE的LEE单元来产生。触发模块可以以脉冲方式控制。例如， 他们可以用以下的PWM或PCM方案来触发与停用。要指出的是，可以期望， 在脉冲调制过程中调节LEE单元串联连接两端的电压，以在窄范围内引起 理想的驱动电流。这可以有效地改善运行条件下转换模块(例如，电压转 换器320 )输出电流的稳定性。
在本发明的一个实施例中，要求电压转换器320在LEE单元串联连接 两端提供输出电压，所述电压由在各自触发模块控制输入端处的触发控制 信号来控制。
在另一个实施例中，转换模块320借助于电流感应模块324或转换模 块本身中的内部(例如，高侧)电流感应器来提供通过串联LEE单元的恒 定电流。在这一实施例中，当特殊LEE单元触发时，为了维持通过LEE 单元整个串联连接的电流恒定，转换模块通常不得不将其输出电压增加约 等于由该触发单元中LEE所要求的压降的量，从而从电源322汲取更多的 能量。类似地，当特殊LEE单元停用时，例如借助于旁路或分流开关将那 个单元中LEE周围的电流转向(例如，经由合适的单元触发模块)，为了 维持电流恒定，转换模块通常不得不降低其输出电压，否则多余的电压将 在其他被触发LEE单元两端出现，这导致他们的电流达到脉冲尖峰。因此， 通过降低电压和维持恒定电流，从电源处汲取更少的能量。
在所有的LEE单元停用的情况下，转换器模块可以继续传递恒定电 流，但是其输出电压需要降低到接近零，从而将从电源汲取的能量也降低到接近零。在每一个LEE单元和电流感应模块324中的电流感应元件(例 如图4中的电阻)中，触发模块将是在其两端具有任何电压降的唯一元件。
因此，在一个实施例中，为了维持高系统效率，触发模块(此处描述 为分流开关)任意地选择具有小导通电阻的类型，以当LEE单元停用时能 量汲取最小。例如，为了提供这种改善，可以选定FET开关而非BJT晶体 管。类似地，电流感应模块的阻抗还可以任意地降低，以促进低压降及因 此的低能量损失，同时还提供足够精确的电流测量，以提供返回控制和转 换器模块的可靠控制信号。
实例2:
图6提供了适用于其中每个单元触发模块包含FET开关的系统的单元 触发控制模块的实例。在本实施例中，要注意的是，适当地驱动FET开关 以维持栅极和源极之间合适的电压差，从而减少在所有的电压水平下，触 发或停用一个LEE单元将可能具有的影响，所述影响可能干扰串联连接中 相邻LEE单元中FET开关的触发或停用。
在本实例中，系统410包含两个LEE单元，即，LEE单元1(412)和 LEE单元2(413)，每个LEE单元分别由与单元触发才莫块(例如，单元412 和413的单N-沟道M0SFET开关414 (Ql)和415 (Q2"并联的2个或更 多的LEE(例如，LEE418)构成。DC-DC转换器420提供恒定电流和输出 电压，所述输出电压与串联连接中所有LEE的总压降加上电流感应模块 424上的压降一样高。
触发控制模块416通常包含接收逻辑电平输入触发控制信号的电平 移相器450 (Ul)，例如分别对应于单元412和413的控制器1 ( 452 )和 控制器2 ( 453 )。在本实例中，对于开关415，电平移相器450的LO输出 端提供能够在该开关的栅极施加0-IO伏信号的緩冲信号参考。电平移相 器450的H0输出为开关414的栅极提供升高的緩冲信号。电容Cl和电平 移相器450中的内部电路一起提供与开关414的源极有关的升高参考电 压，所述升高参考电压参与了降低由开关415是否触发所引起的剧烈电压 改变。为了优化系统性能，任意地包括二极管Dl和D2以及电阻Rl， R2， R3 和R4，以按照预期修改栅极信号的上升和/或下降时间。
正如本领域技术人员所理解的，图6中所描述的特定电平移相器450 仅作为实例且只包含许多这种装置(例如，类似的集成IC电平移相器， FET驱动器和/或类似布置的分立部件)中的一种，所述装置可用在本发
18明的范围中，以向N-沟道MOSFET提供足够的驱动信号。因此，使用这些 和其他这种装置(例如，以运算放大器、推挽结构的BJT及其类似物为例) 不意味着脱离本发明公开的一般范围和本质。 实例3
图7提供了适用于其中每个单元触发模块包含FET开关的系统的单元 触发控制模块的实例。在本实施例中，也要注意的是，适当地驱动FET 开关以维持栅极和源极之间的合适电压差，从而减少在所有的电压水平 下，触发或停用一个LEE单元可能具有的影响，所述影响可能千扰串联连 接中相邻LEE单元中FET开关的触发或停用。
在本实例中，系统510也包含两个LEE单元，即，LEE单元1(512) 和LEE单元2 (513)，每个LEE单元分别由与单元触发模块(例如，单元 512和513的单N-沟道MOSFET开关514 ( Ql)和515 (Q2))并联的2个 或更多的LEE(例如，LEE518)构成。DC-DC转换器520提供恒定电流和 输出电压，所述输出电压与串联连接中所有LEE的总压降加上电流感应模 块524上的压降一样高。
在本实例中，触发控制模块516通常包含配置用于接收逻辑电平输入 触发控制信号的各自比较器550 (Ul)和551 (U2),例如，分别对应于单 元512和513的控制器1 ( 552 )和控制器2 ( 553 )。参考电压554施加到 比较器552和553的负输入端，以保证控制信号必须超过开启MOSFET的 稳定参考点。对于所有应用条件，通常设定大于DC-DC转换器520输出电 压的高压(丫++)还根据逻辑电平输入信号552和523施加到MOSFET 514 和515的栅极。还包括齐纳二极管Dl(556)和D2 (557)，以保证不超过 MOSFET 514， 515的栅源击穿电压。最后，正如优化系统性能所要求的， 任意地包括电阻Rl和R2,以限制MOSFET 514和515的栅极驱动电流或 改变开关特性。
此外，诸如运算放大器、推挽结构中的BJT等的其他集成或分立部件 可以用在不同组合中，以产生必要的驱动信号，同时保护MOSFET 514和 515免受可能损伤他们的过大栅-源电压，且因此不意味着脱离本发明公 开的一般范围和本质。
实例4
依据包含两个或多个LEE单元的另一个实施例，如图6和7实施例中 的实例所示，P-沟道MOSFET可以用来替代第一个LEE单元中的N-沟道MOSFET (例如，分别是图6和7中的MOSFET 414和MOSFET 514)。在这 一实施例中，如以上实例中所述，可以消除对升压或者水平移相栅极驱动 信号的需求，这是因为其源极可以约束到DC-DC转换器的高电平输出电
而，需要理解的i，这种实施例i^常还需要对于使用了如以上参考图J 和7描述的栅极驱动解决方案的随后单元使用N-沟道MOSFET。 实例5
在包含两个或多个LEE单元的照明系统的另一个实例中，通过系统的
转换模块从电源中汲取的能量由彼此之间合适相位移的单元触发控制信 号来维持在预定的限度内。
依据本发明一个实施例，图5图示了如果施加与同步单元触发控制信 号相反的被相位移的单元触发信号，加在三个LEE单元上的电压如何变化 的实例。如图5中所示，三个触发控制信号VC1631、 Ve2632、 VC3633彼此 之间相位移，当加载所述控制信号时，产生V, + V腦+V圆639随着时间 推移的总负载电压。还如图5中所图示，相同形状和相同周期，但是设置 同步的单元触发控制信号图示为V'<n641、 V、642和V'e3643。与应用这些同; 步信号相对应的随着时间推移的总负载电压加起来为vVBE1+v'm2+v;E3 649。由此例可以看出，随着时间推移的总负载电压639和649图示了如 何可以通过单元触发控制信号的相位移来减小负载电压的改变以及因此 减少随着时间推移从电源汲取能量的改变。因此，这种触发方法可以保证 选择较小的电源，因为当触发控制信号彼此之间相位移，而非同步时，所 需的峰值功率可能更小。另外，由于相对电压改变小，当考虑快速改变负 载时，转换模块的输出要求降低(ease),从而对于转换模块，维持理想 驱动电流是更加容易的任务。
显然，发明前面所述的实施例仅是示例性的，且可以多种方式变化。 这些现在的或将来的的变化不能看作脱离本发明的原理和范围，且如本领
之内
20
权利要求
1. 一种发光元件控制系统，其包含两个或多个LEE单元的串联连接，每个LEE单元包含一个或多个LEE和配置用于根据各自单元触发控制信号控制其触发的单元触发模块；与每个所述单元触发模块操作性耦合并配置用于产生每个所述的各自单元触发控制信号的控制模块；以及与LEE单元的所述串联连接操作性耦合的转换模块，所述转换模块适用于与电源连接并配置用于为所述LEE单元提供驱动电流。
2. 根据权利要求1的发光元件控制系统系统，其中，所述控制模块配置用于基于所述LEE单元之间的协同关系，产生每个所述的各自单元触发控制信号。
3. 根据权利要求2的发光元件控制系统，其中，所述协同关系是基于每个所述LEE单元中所述一个或多个LEE的一个或多个运行特性。
4. 根据权利要求2的发光元件控制系统，其中，所述协同关系包含在所述控制模块内存储的预先设定的关系。
5. 根据权利要求4的发光元件控制系统，其中，所述预先设定的关系是基于所述一个或多个LEE的一个或多个运行特性。
6. 根据权利要求2的发光元件控制系统，其中，所述协同关系包含根据所述一个或多个LEE的一个或多个运行特性所评估的适应性关系。
7. 根据权利要求1的发光元件控制系统，其还包含与LEE单元的所述串联连接和所述控制模块操作性耦合的驱动电流感应模块，所述控制模块与所述转换模块操作性耦合并配置用于评估和控制所述驱动电流。
8. 根据权利要求2的发光元件控制系统，其中，所述控制模块包含与每个所述单元触发模块操作性耦合的单元触发控制模块，以及与单元触发控制模块截然不同并在所述驱动电流感应模块和所述转换模块之间操作性耦合的驱动电流控制模块。
9. 根据权利要求2的发光元件控制系统，其中，所述驱动电流感应模块包含欧姆电阻和霍尔探针中的一个或多个。
10. 根据权利要求1的发光元件控制系统，其还包含与所迷控制模块操作性耦合并配置用于感知所述一个或多个LEE中的一个或多个的光学输出的光学输出感应模块，所述控制模块配置用于评估和控制所述光学输出。
11. 根据权利要求1的发光元件控制系统，其中， 一个或多个所述LEE单元包含串联连接的两个或多个LEE。
12. 根据权利要求1的发光元件控制系统，其中， 一个或多个所述LEE单元包含并联连接的两个或多个LEE。
13. 根据权利要求1的发光元件控制系统，其中，对于一个或多个所述LEE单元，所述单元触发模块与和其相关联的所述一个或多个LEE并联连接。
14. 根据权利要求8的发光元件控制系统，其中， 一个或多个所述单元触发模块包含晶体管。
15. 根据权利要求14的发光元件控制系统，其中，晶体管为场效应晶体管。
16. 根据权利要求1的发光元件控制系统，每个所述的各自单元触发控制信号包含PWM信号或PCM信号。
17. 根据权利要求1的发光元件控制系统，其中，每个所述的各自单元触发控制信号彼此之间相位移。
18. 根据权利要求1的发光元件控制系统，其中，给定一个所述LEE单元中的所述一个或多个LEE包含与另 一个所述LEE单元中的所述一个或多个LEE标称相同的一个或多个LEE,其中，所述控制系统配置用于减轻所述标称相同的一个或多个LEE中的运行特性的变化。
19. 一种照明系统，其包括串联连接的两个或多个LEE单元，每个LEE单元包含一个或多个LEE和配置用于根据各自单元触发控制信号控制其触发的单元触发模块；与每个所述单元触发模块操作性耦合并配置用于产生每个所述的各自单元触发控制信号的控制模块；以及与所述LEE单元操作性耦合的转换模块，所述转换模块适用于与电源连接并配置用于为所述LEE单元提供驱动电流。
20. 根据权利要求19的照明系统，其中，所述控制模块配置用于基于所述LEE单元之间的协同关系产生每个所述的各自单元触发控制信号。
21. 根据权利要求20的发光元件控制系统，其中，所述协同关系是 基于每个所述LEE单元中的所述一个或多个LEE的一个或多个运行特 性。
22. 根据权利要求20的发光元件控制系统，其中，所述协同关系包 含在所述控制模块内存储的预先设定的关系。
23. 根据权利要求22的发光元件控制系统，其中，所述预先设定的 关系是基于所述一个或多个LEE的一个或多个运行特性。
24. 根据权利要求20的发光元件控制系统，其中，所述协同关系包 含根据所述一个或多个LEE的一个或多个运行特性所评估的适应性关 系。
全文摘要
描述了一种发光元件控制系统，其包含一个或多个LEE单元的串联连接，每个LEE单元包含一个或多个LEE和单元触发模块。与LEE单元相关联的单元触发模块配置用于根据单元触发控制信号可控地触发那个单元中的一个或多个LEE。控制模块与每个单元触发模块操作性耦合，并配置用于为单元触发模块提供单元触发控制信号。转换模块与LED单元串联连接操作性耦合，适用于与电源连接，并为LEE单元提供驱动电流。
文档编号H05B37/02GK101548583SQ200780035025
公开日2009年9月30日 申请日期2007年9月20日 优先权日2006年9月20日
发明者I·阿什当, P·琼格沃思 申请人:Tir科技公司