控制照明装置的方法、照明控制电路和照明系统与流程

1.本发明涉及照明系统的控制，该照明系统例如(但不排他地)为多通道照明系统。例如，多个通道可以提供颜色混合和色温控制，但是也可以通过使用多个光源来获得其它效果。


背景技术：

2.存在各种已知的多通道led光源。一种可能的装置利用并联的不同颜色通道。每个通道例如可以独立地提供不同的颜色输出。备选地，不同的led可以被串联提供，并且可以使用旁路开关来选择哪些led被激活，并且从而控制输出颜色。
3.例如，这样的系统可以通过独立地驱动红色、绿色和蓝色led来生成白光。注意，在实践中，绿色led可以利用原生的蓝色led和绿色磷光体层。白光可以以不同的色温来生成，例如使单独的led串从单个灯具生成冷白色或暖白色。备选地，这样的系统可以提供全输出颜色控制。
4.此外，在led模块或led灯具中也碰到多通道led驱动器，在该led模块或led灯具中，不同通道被用来生成单独的光束，以用于一般照明或任务照明。
5.在当前系统中，单独的驱动器被用于模块的不同led(或led串)。例如，由于不同通道的不同负载依赖性，这可能是必需的。
6.通常，在多通道系统中，每个通道并不总是以最大功率运行。在许多情况下，脉冲宽度调制(pwm)用于控制一个通道上的功率，这意味着该通道上的功率仅在某个时间部分期间被汲取。
7.图1以示意形式示出了常规的多通道照明系统驱动器电路。示出了三个led负载10、11、12，它们例如可以具有三种不同的颜色输出。每个led负载由相应的驱动器20、21、22驱动，该相应的驱动器20、21、22实质上包括实施pwm控制的开关模式电源(smps)或线性驱动器。存在例如可以包括功率因数校正的全局ac-dc转换器14，并且存在远离实际光源自身的全局控制器16。全局控制器16向局部驱动器20、21、22提供命令，以控制led负载的操作。
8.这种方法具有两级驱动器的概念。一个驱动器级用于将市电电压转换为中间dc电压，并且另一个驱动器级用于将中间dc电压转换为led电流。多个led通道然后独立于彼此被控制。
9.图2示出了图1中示意性示出的装置的实施方式的一个示例。它包括递送恒定电压输出vout的ac-dc转换器14，并且每个个体驱动器被示为dc电流源i1至i3，其中通道全部并联。每个电流源具有电流感测电阻器r1至r3。利用控制信号pwm1至pwm3，电流源使用脉冲宽度调制而被控制。电流感测电阻器用于设置固定的电流电平。这是低成本的解决方案，其中每个通道具有线性驱动器。
10.例如，led装置具有不同的色点。它们可以是不同类型的白色(暖白色、冷白色、火焰白色
…
)或不同的颜色。
11.这种装置的一个缺点是效率。特别地，母线电压(输出电压vout)需要高于具有最
高正向电压的led串的正向电压。该最大电压由电压仓、led数目、驱动电流和温度确定。
12.然后，每个通道中的损耗与设置的母线电压与led(特别地，led串)正向电压之间的电压差成比例。
13.为了优化驱动器效率，跨电流源i1至i3的电压降应当通过在可能的最低电平处操作母线电压来被最小化。因此需要将母线电压保持为尽可能低。


技术实现要素：

14.本发明由权利要求限定。
15.根据依照本发明的一个方面的示例，提供了一种用于控制照明装置的照明控制电路，该照明控制电路包括：
16.功率转换器，用于向电流驱动器递送dc电压，其中电流驱动器用于与照明装置串联连接，以用于驱动电流通过照明装置，并且其中功率转换器具有控制回路，控制回路用于控制dc电压的电平；
17.温度感测元件，用于感测在照明装置处或附近的温度；以及
18.反馈电路，用于向功率转换器的控制回路提供依赖于温度的控制输入，使得依赖于感测的温度来调整dc电压。
19.本发明基于以下认识：当使用固定dc电压(通常被称为母线电压)时，效率依赖于温度。当led在启动时是冷的时，母线电压应当足够高，以保证用于电流驱动器的正确操作的足够的电压余量，电流驱动器例如可以包括线性电流源。当灯变暖时，因为led正向电压减小，所以余量将增加，并且因此总损耗将增加。
20.本发明基于在功率转换器的电压控制回路中使用反馈电路来调节dc电压。
21.优选地，相对于温度逆向地调整dc电压。以这种方式，在高温处，母线电压被调整为较低的电压电平，以增加效率。在以低温启动时，控制回路增加dc电压以补偿冷的led。
22.以这种方式，通过动态调整电压余量以匹配操作的温度，提高了效率。
23.反馈电路例如包括电阻器网络，并且温度感测元件包括电阻器网络中的至少一个温度敏感电阻器。
24.这提供了一种简单和低成本的方式来生成用于控制功率转换器的适当反馈控制信号。
25.用于递送dc电压的功率转换器例如包括开关模式功率转换器。它可以具有电压调节输出，并且可以例如具有经整流的市电输入。功率转换器例如包括降压转换器。
26.本发明还提供了一种照明电路，该照明电路包括：
27.如上面限定的照明控制电路；
28.电流驱动器；以及
29.照明装置，该照明装置包括与电流驱动器串联的光源，该串联组合被供应有dc电压，并且光源包括led装置，由电流驱动器驱动电流通过该led装置。
30.这提供了照明控制电路、和照明装置(其在这种情况下可以是单个led串光源)和由照明控制电路驱动的电流驱动器的组合。
31.本发明还提供了一种照明电路，该照明电路包括：
32.如上面限定的照明控制电路；
33.并联电流驱动器的集合；以及
34.照明装置，该照明装置包括并联led装置的集合，其中每个led装置与驱动电流通过led装置的相应电流驱动器串联，并且每个串联组合被供应有dc电压。
35.在这种情况下，照明控制电路用于控制包括至少两个光源的集合(一起形成照明装置)的照明装置，该集合包括并联的第一光源和第二光源，其中功率转换器用于将dc电压递送到并联电流驱动器的集合。dc电压是电流驱动器及其相关联的led装置的电源。
36.例如，电流驱动器各自包括恒定电流源电路。电流驱动器可以各自包括脉冲宽度调制控制输入。以这种方式，以时分方式适配到光源的驱动电平。脉冲宽度调制的频率足够高以至于不会察觉到可见的闪烁，例如在khz范围内(例如，500hz到10khz)。
37.相应的电流感测电阻器例如与每个电流驱动器串联。这用于设置电流驱动器的电流电平。
38.当多个led装置并联使用时，它们例如具有不同的色点。它们可以是不同类型的白色(暖白色、冷白色、火焰白色
…
)或不同的颜色。
39.照明控制电路的温度感测元件优选地紧邻led装置中的一个led装置，或热耦合到led装置中的一个led装置。这提供了反馈控制的最佳操作。led装置中的该一个led装置是例如具有最大正向电压的led装置。这是余量控制最关键的led装置。
40.本发明还提供了一种控制照明装置的方法，该方法包括：
41.使用功率转换器向电流驱动器递送dc电压，功率转换器具有控制回路，控制回路用于控制dc电压的电平；
42.感测在光源处或附近的温度；
43.向功率转换器的控制回路提供依赖于温度的控制输入，使得依赖于感测的温度来调整dc电压；以及
44.使用电流驱动器来驱动光源。
45.该方法例如用于控制包括至少两个光源的集合的照明装置，该集合包括并联的第一光源和第二光源，其中该方法包括：使用功率转换器将dc电压递送到并联电流驱动器的集合，以及使用电流驱动器来驱动光源。
46.该方法例如包括相对于温度逆向地调整dc电压。
47.本发明的这些和其他方面将通过参考下文描述的实施例而变得明显和得以阐明。
附图说明
48.为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出可以如何实施本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：
49.图1以示意形式示出了用于驱动多个照明通道的已知照明控制架构；
50.图2示出了图1的照明控制架构的一种实施方式；
51.图3示出了本发明的照明控制电路，其被应用于图2的电路架构；
52.图4示出了由图3的电路获得的效率提高；以及
53.图5示出了一种控制照明装置的方法。
具体实施方式
54.将参考附图描述本发明。
55.应当理解，详细描述和具体示例在指示装置、系统和方法的示例性实施例的同时，仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。从以下描述、所附权利要求和附图中，本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的并且不是按比例绘制的。还应当理解，贯穿附图，使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。
56.本发明提供了诸如led灯之类的照明装置，其包括由来自电压调节功率转换器的dc电压供电的：光源和相关联的电流驱动器，或至少两个并联光源的集合和相关联的电流驱动器。反馈电路向功率转换器的控制回路提供依赖于温度的控制输入，使得用于向电流驱动器和光源供电的dc电压依赖于感测的温度来被调整。以这种方式，可以减少所需的电压余量，并且取得效率收益。
57.在图2的已知装置中，电流感测电阻器利用内部基准来设置电流。光输出通量(以及因此色点)由pwm信号设置。
58.当pwm信号被设置为零时，电流源关闭，并且因此停止生成电流。当pwm信号不为零时，电流波形的振幅由电流感测电阻器和内部基准来设置，而占空比以及因此平均电流由pwm信号来设置。
59.电流源是线性驱动器，这意味着没有高频切换模式。替代地，它们由晶体管电流源电路来实施，该晶体管电流源电路具有用于设置电流的感测电阻器。
60.当固定母线电压被用作电压源时，要解决的一个主要问题是依赖于温度的效率。当led在启动时是冷的时，母线电压需要足够高，以保证用于电流源的正确操作的足够的余量(电压)。然而，当灯和驱动器变暖时，因为led正向电压减小，所以余量将增加，并且因此总损耗将增加。
61.对于个体电流驱动器或并联的电流驱动器的集合，会出现这种问题。
62.图3示出了根据本发明的一个示例的照明控制电路，其被应用于图2的电路架构。图3的整个电路是照明电路。
63.图3的照明控制电路被示为耦合到单个电流驱动器和光源。可以仅存在单个电流驱动器，否则照明控制电路可以被实施为用于控制照明装置的如下电路，该电路包括至少两个电流驱动器的集合，该集合包括并联的第一电流驱动器和第二电流驱动器。该(或每个)电流驱动器与其相关联的光源串联连接。电流驱动器驱动电流通过相关联的光源。然后，一个或多个光源形成照明装置。
64.功率转换器向电流驱动器或并联电流驱动器的集合递送dc电压vout，功率转换器具有控制回路，该控制回路用于控制dc电压vout的电平。dc电压vout是该(或每个)串联连接的电流驱动器和光源的电源。
65.到功率转换器的输入vin例如是从包括全桥二极管整流器和emi滤波器的电路(即图1和图2的ac/dc转换器14)接收的信号。因此，所示的转换器电路通常接收经整流的市电输入，并且其本身是dc/dc转换器。当然，替代地，整流器和emi滤波器可以被视为整个ac/dc转换器架构的一部分。
66.图3中所示的电流驱动器包括第一电流源i1和相关联的第一电流感测电阻器r1，
并且电流驱动器与第一光源dl串联连接，第一光源dl本身是led装置(为简单起见，被表示为单个二极管dl)。
67.该电路包括恒定电压功率转换器30。在图3的示例中，该功率转换器被实施为降压转换器。该降压转换器包括能量存储电感器l1、二极管d1和存储电容器c1。开关s1被设置在二极管d1的阴极与输入vin之间。
68.用于对开关s1进行控制的电压反馈点被示为控制引脚ctrl。它被提供给功率转换器控制器ic 34，功率转换器控制器ic 34然后控制主开关s1的操作的时序，以提供经调节的输出电压。控制器34实施功率转换器的控制回路。
69.开关s1和控制器34可以是功率转换器集成电路(诸如降压pfc恒定电压调节器电路)的一部分。
70.该电路还包括反馈电路32，特别是电阻器网络r2、r3、r4、rs的形式的反馈电路32。电阻器rs是温度感测元件，特别是温度敏感电阻器的形式的温度感测元件。
71.电阻器rs是唯一的依赖于温度的元件，被形成为负温度系数(ntc)电阻器。电阻器r3、r4和r2形成电压反馈电路，用于生成电压反馈ctrl，并且因此用于控制输出电压。
72.在没有电阻器rs的情况下，常规电压控制被实施。电阻器rs意味着到控制器34的控制输入ctrl变成依赖于温度。因此，温度依赖性被添加到用于控制功率转换器主开关s1的操作的时序的控制反馈。反馈电阻器电路被设计成使得温度对经调节的电压控制具有期望的影响。
73.控制输入ctrl被供应给控制器34，并且从而被引入到功率转换器的控制回路中，使得依赖于感测的温度来调整dc电压。
74.相对于温度逆向地调整dc电压。以这种方式，在高温处，母线电压被调整为较低电压电平，以提高效率。在以低温启动时，控制回路增加dc电压以补偿冷的led。
75.线性驱动器i1是如上面所解释的固定电流源，例如具有1khz的pwm输入。更一般地，一个或多个电流驱动器例如各自包括脉冲宽度调制控制输入。以这种方式，以时分方式适配到光源的驱动电平。脉冲宽度调制的频率足够高以至于不会察觉到可见的闪烁，例如在khz范围内(例如500hz到10khz)。
76.led负载(即光源d1)例如是单个led串，诸如6个中等功率led的单个串。在反向时段，跨电感器l1的电压是输出电压的量度。
77.rs的电阻在较高温度处减小，并且因此在控制引脚ctrl处的输出电压将增加。例如，这对应于较低的输出电压，因为较早达到控制引脚的基准电平，从而给出较短的导通时段。
78.相反，在较低温度处，电阻增加，因此vctrl引脚电压减小。这对应于输出电压的增加，因为达到控制引脚的基准电压需要更长时间，从而给出较长的导通时段。
79.因此，本发明基于在功率转换器的电压控制回路中使用反馈电路来调节dc电压。
80.图4示出了标准方法(绘图40)和图3的实施方式(绘图42)的效率相对于温度的绘图。
81.在没有温度补偿的情况下，电流源的效率在100度处下降到91％，而利用上述温度补偿，获得了5％的提高。
82.图3仅示出了一个电流源d1，但是照明控制电路可以包括并联电流驱动器的集合
和相关联的光源(如图2中所示)，每个由dc电压供电。dc电压是电流驱动器的电源。相应的电流感测电阻器例如与每个电流驱动器串联。
83.照明控制电路的温度感测元件优选地紧邻led装置中的一个led装置，或热耦合到led装置中的一个led装置。这提供了反馈控制的最佳操作。led装置中的该一个led装置是例如具有最大正向电压的led装置。这是余量控制最关键的led装置。
84.图5示出了一种控制照明装置的方法，该照明装置例如包括至少两个光源的集合，该集合包括并联的第一光源和第二光源，该方法包括：
85.在步骤50中，使用功率转换器向电流驱动器或并联电流驱动器的集合递送dc电压，功率转换器具有控制回路，控制回路用于控制dc电压的电平；
86.在步骤52中，感测在光源处或附近的温度；
87.在步骤54中，向功率转换器的控制回路提供依赖于温度的控制输入，使得依赖于感测的温度来调整dc电压；以及
88.在步骤56中，使用电流驱动器来驱动一个或多个光源。
89.该方法例如包括相对于温度逆向地调整dc电压。
90.本发明主要有益于并联切换电流源。然而，它可以应用于具有单个电流源的灯，诸如单色(白色)灯。
91.通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的这一事实，并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。如果在权利要求或说明书中使用术语“适于”，注意术语“适于”旨在等同于术语“被配置成”。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。