专利名称：包括多个led的照明系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及照明领域。特别地，本发明涉及一种包括多个LED并且能够生成具有可控色点的光输出的照明系统。
背景技术：
用于生成光的照明系统是众所周知的，并且这同样适用于LED作为光源在这样的照明系统中的使用。因此，这里将省略其详细解释。一般而言，可以为照明系统限定若干操作要求。一个明显的要求是，该系统可以接通和关断。第二个要求是可调光性希望的是可以改变光输出的强度。第三个要求是颜色可变性希望的是可以改变光输出的颜色。关于颜色，众所周知的是，可以在二维颜色空间中描述人眼所感知的颜色。在该空间中，纯色或单色(即具有可见光谱内的一个频率的电磁辐射)位于具有两个与可见光谱的边界相应的端点的弯曲线上。该曲线与连接所述端点的直线一起形成公知的颜色三角形。该三角形内的点与所谓的混合色相应。颜色的一个重要特征是，当人眼接收源自两个具有不同色点的光源的光时，人眼不能区分两种不同的颜色，而是感知到混合色，其中该混合色的色点位于连接这两个光源的两个色点的直线上，而在该线上的确切位置取决于对应光强度之间的比值。混合色的总体强度与加在一起的对应光强度相应。因此，有可能生成具有与所述线的任何希望的点相应的色点、具有一定限度内的任何希望的强度的光。类似地，利用三个光源，有可能再现由三个对应色点限定的三角形内的任何色点。在照明领域，存在能够生成可以控制其颜色的光的普遍愿望。取决于应用的类型，照明系统的希望的特性可能是不同的。一种特定类型的照明系统是能够生成白色光和/或能够模仿从日出到日落的日光的光颜色的变化的日光灯。另一种特定类型的照明系统是白炽灯的具有相同“暖”光输出的替代物。
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尽管以上所述基本上适用于任何类型的光源，但是鉴于其尺寸和成本并且考虑到LED产生单色光这一事实，颜色系统中特别适合的光源是LED。因此，已经开发了包括3种或4种(或者甚至更多种)不同LED类型的照明系统。举例而言，RGBW系统被提及，其包括红色、绿色、蓝色和白色LED。为了能够在LED系统中实现可调光性，已知的是应用脉宽调制代替恒定电流的是，LED接收到特定重复频率下的特定持续时间的电流脉冲，这些电流脉冲被选择得足够高以便不导致可感知的闪烁。为了驱动LED，使用能够在相应驱动电压下生成所需的LED电流的LED驱动器。为了能够设置和/或改变光输出的希望的色点，有必要能够单独地改变不同颜色的强度。虽然简单的系统可能每种颜色包括一个LED，但是实际的系统通常每种颜色具有多个LED。有可能通过一个公共驱动器驱动LED阵列，并且这些LED可以并联或串联或者以二者连接。然而，现有技术要求每种颜色存在至少一个驱动器。这使得这样的系统相对昂贵。此外，在驱动器系统与LED系统之间需要至少5根导线，如果不希望具有公共地，则需要甚至8根导线。
发明内容
本发明的重要目的是提供一种照明系统，其包括由一个公共驱动器驱动的4个不同的LED组，其中可调光性和颜色可变性是可能的。然而，本发明的主旨是也适用于包括2个或3个不同的LED组或者包括5个或更多个不同的LED组的照明系统。在最新水平的技术中，LED驱动器典型地被实现为电流源。如本领域技术人员所公知的，像任何其他类型的二极管那样，LED具有在处于其正向导通状态下时几乎恒定的电压(表示为正向电压)的特性。因此，虽然驱动器输出电流由驱动器决定，但是驱动器输出电压却由LED决定。依照本发明，一种照明系统包括可控电流分布装置，该装置具有一个接收驱动器电流的输入并且具有多个耦合到对应LED组以便提供对应LED电流的输出。此外，驱动器主动设置其输出电压，该输出电压用作用于电流分布装置的控制信号。取决于该控制信号，电流分布装置设置对应LED电流的特定比值。在一种实现方式中，可控电流分布装置可以包括设有存储器的处理器，该存储器包含限定输入电压与输出电流比值之间的关系的信息。在另一种实现方式中，可控电流分布装置包括LED系统的特定硬件配置。从属权利 要求中提到了另外的有利的详尽细节。
本发明的这些和其他方面、特征和优点将进一步通过以下参照附图对于一个或多个优选实施例的描述加以解释，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部分，并且在附图中
图I示出了示意性地图解说明照明系统的现有技术设计的框 图2为示意性地图解说明二极管的电气行为的曲线 图3为示意性地图解说明依照本发明一个实施例的照明系统的设计的框 图4A为示意性地图解说明依照本发明的LED系统的一个可能的实施例的框 图4B为不出图4A的LED系统的光输出与输入电压的函数关系的曲线 图4C为示意性地图解说明依照本发明的LED系统的一个可能的实施例的框 图5A为示意性地图解说明依照本发明的LED系统的一个可能的实施例的框 图5B为示出图5A的LED系统的光输出与输入电压的函数关系的曲线 图6A为示意性地图解说明依照本发明的LED系统的一个可能的实施例的框 图6B为不出图6A的LED系统的光输出与输入电压的函数关系的曲线 图6C为示意性地图解说明依照本发明的LED系统的一个可能的实施例的框 图7A为示意性地图解说明依照本发明的LED系统的一个可能的实施例的框 图7B为示出图7A的LED系统的光输出与输入电压的函数关系的曲线 图8A为示意性地图解说明依照本发明的LED系统的一个可能的实施例的框 图8B为不出图8A的LED系统的光输出与输入电压的函数关系的曲线 图9A为示意性地图解说明依照本发明的驱动器的输出电压与时间的函数关系的曲线
图；图9B为示意性地图解说明依照本发明的驱动器的输出电压与时间的函数关系的曲线图。
具体实施例方式图I示出了示意性地图解说明包括驱动器装置10和LED系统20的照明系统I的现有技术设计的框图，其中在该实例中，LED系统20包括四个LED 21、22、23、24。在该现有技术设计中，驱动器装置10实际上包括专用于驱动LED 21、22、23、24中的相应LED的各驱动器11、12、13、14。为了能够例如通过用户动作从整体上设置或改变LED系统20的输出颜色，照明系统I包括控制设备2，该控制设备接收用户输入信号Sui并且计算用于各驱动器
11、12、13、14的各驱动器控制信号。该图清楚地示出了需要八根导线以便将驱动器装置10连接到LED系统20。图2为示意性地图解说明二极管(尤其是LED)的电气行为的曲线图。水平轴代表电压(任意单位)，垂直轴代表电流(任意单位)。二极管具有两个终端，一个表示为阳极并且另一个表示为阴极。假设跨二极管终端施加DC电压，阳极为正并且阴极为负；这将表示为正偏置(曲线图的右手边)。只要电压幅度低于特定阈值Vth，那么可以认为电流为零并且称二极管是不导通的(应当指出的是，在现实中非常小的电流可能流动，但是这在这里被忽略不计)。如果电压幅度高于所述阈值Vth，那么电流作为电压的函数而非常陡峭地上升并且称二极管是正向导通的。当DC电压的极性相反时，这将表示为负偏置或者反向偏置(曲线图的左手边)。在与本发明有关的实际条件下，电流为零。在极端条件下，当电压幅度变得非常高时，二极管确实如曲线图所示表现为导通，但是这典型地涉及二极管的损坏并且不被认为是正常操作条件。因此，为了解释本发明，将区分三种情形` 1)二极管电压降为负，不导通
2)二极管电压降为正，〈Vth，不导通
3)二极管电压降为正，彡Vth，导通。应当指出的是，阈值电压Vth可以被认为对于单个二极管样品是恒定的，但是该值可以对于不同类型的二极管是不同的。例如，对于标准锗二极管而言，Vth为大约0.3V，对于标准硅二极管而言，Vth为大约0. 7V，并且对于功率LED而言，Vth可以处于1V-3V的范围内。原则上，驱动器11、12、13、14可以具有电压源的特性负载决定电流，并且通过精确地控制电压，有可能设置电流。然而，电压的轻微变化导致LED电流的大的变化，而LED输出强度可以被认为基本上与LED电流成比例，从而可能得到可见的强度变化。因此，典型地优选的是，驱动器具有电流源的特性。如果情况如此，那么负载决定驱动器的输出电压。因此，在这两种情况下，驱动器输出功率由负载决定。图3为示意性地图解说明依照本发明一个实施例的照明系统100的设计的框图。再一次地，该系统具有驱动器装置110和包括四个LED 21、22、23、24的LED系统120。与现有技术不同的是，驱动器装置110包括仅仅一个具有输出终端131、132的驱动器130，并且具有输入终端121、122的LED系统120包括可控电流分布装置140。该图示出从市电M向驱动器130供电，但是应当指出的是，这尽管是典型的，但不是必不可少的。控制设备2可以接收用户输入信号Sui，并且可以控制驱动器130。应当指出的是，可以集成该控制设备和驱动器。当实现本发明时，再次可能的是，驱动器130具有电流源的特性。然而，现在优选的是，驱动器130具有电压源的特性。为了限定权利要求的保护范围以及因而措辞，驱动器的精确特性不应当被解释为限制因素。虽然理想的电压源具有垂直特性并且理想的电流源具有水平特性，但是现实的功率源典型地具有与电流轴和电压轴二者相交的倾斜特性。然而，在所有情况下，由驱动器驱动的LED都可以具有相同的工作点(图2的曲线图中由实际电压和实际电流的组合限定的点)。由于该工作点根据LED特性确立本身，而在该特性上的精确位置由驱动器输出决定和改变，因而权利要求中使用的一般措辞将是，驱动器提供工作功率。然而，在下面的解释中，将假设驱动器130确实具有电压源的特性，因为这样的特性由于其允许更容易地设置工作电压而是优选的。如下面的解释中所提到的，假设驱动器130具有电压源的特性，并且控制设备2能够设置驱动器输出电压。应当指出的是，具有可控输出电压的LED驱动器本身是已知的，从而在这里无需其详细解释。依照本发明提出的原理，驱动器130的输出电压，即由电流分布装置140接收的输入电压，被认为是用于在LED 21、22、23、24之间分布电流的控制参数。在一个可能的实施例中，电流分布装置140包括有源处理器和存储器，该存储器包含限定控制参数“输入电压” Vi与各LED的各电流之间的关系的信息。在各LED的数量等于N并且指标i范围从I至N的情况下，这些关系可以表达成=Iffi (Vi)，其中函数&典型地互不相同，从而对于总体光输出的色点，它们一起限定颜色空间中的特定预定义路径。优选地，对于至少一个LED或LED组而言，电流(函数fi)仅在输入电压的特定范围内非零，而该范围与其中所有其他 LED具有零电流的输入电压范围重叠，使得在该重叠范围内，光输出具有所述一个LED或LED组的纯色。应当指出的是，驱动器130供应所有LED电流的总和。在一个就其简单性和低成本而言为优选的实施例中，电流分布装置140不包括有源处理器装置，而是包括LED系统120的硬件配置。在下文中，将讨论一些示例性实施例。图4A为示意性地图解说明依照本发明的LED系统的一个可能的实施例的框图，该LED系统通常由附图标记420表示。输入终端由附图标记121、122表示。LED系统420包括两个LED组451、452。这些组并联连接到输入终端121、122。阻抗461与第一 LED组451串联连接。阻抗462与第二 LED组452串联连接。在下面的解释中，将假设该阻抗为电阻性的，例如电阻器。在图4A中，第一组451由单个LED的符号示出，但是这并不意味着在第一组中仅仅存在一个LED。该组实际上可以包括彼此串联和/或并联布置的多个LED。这些LED可以互相相同，但是该组也可以包括相互不同颜色的LED。除了 LED之外，其他的电气部件可以串联和/或并联连接到LED，例如普通的二极管。尽管如参照图2所解释的，每个单独的LED或二极管具有其各自的阈值电压，但是组451作为整体具有组阈值电压VT1，该组阈值电压典型地与串联布置的LED的阈值电压的总和相应。因此，如果组451由三个相同LED的串联布置组成，每个LED具有各自的阈值电压Vth，那么该组的组阈值电压VTl等于3 Vth0这同样适用于第二组452。当将第二组452与第一组451相比较时，存在一个重要的差别第二组452具有比此后简单表示为第一阈值电压的第一组451的组阈值电压VTl更大的此后简单表示为第二阈值电压的组阈值电压VT2。此外，与第二 LED组452串联的第二阻抗462的阻抗值可以不同于与第一 LED组451串联的第一阻抗461的阻抗值。第二阻抗462的阻抗值可以小于第一阻抗461的阻抗值，并且第二阻抗462甚至可以被省略，在这种情况下，第二阻抗的功能将由第二LED组452的串联接线执行。现在，将参照图4B解释LED系统420的操作，图4B为示出第一 LED组451的光输出LI和第二 LED组452的光输出L2与LED系统420的输入终端121、122处接收的输入电压Vi的函数关系的曲线图。只要Vi小于VTl，则所有LED断开。当Vi高于VTl但是仍然小于VT2时，第二 LED组仍然断开。电流将流经第一 LED组451，电压降在第一 LED组451两端形成；该电压降将几乎等于VT1。尽管在实践中该电压降将随着电流的增加而轻微增加(参见图2)，但是在下面的解释中，为了方便起见将假设该电压降等于VT1。差值VRl=Vi-VTl将是电阻器461两端的电压，从而电流幅度将等于(Vi-VT1)/R1，R1表示电阻器461的电阻。该电流与输入电压Vi成比例(在现实中几乎成线性比例)，并且因而第一光输出LI与输入电压Vi成比例。LED系统420作为整体的光输出具有第一色点。应当指出的是，当Rl足够大时，以上所述也适用。当Rl太低时，电流将由第一组451的LED特性决定电流不可能变得高于二极管特性的电流。类似地，当Vi高于VT2时，电流也将流经第二 LED组452，被取成等于VT2的电压降在第二 LED组452两端形成。差值VR2=Vi-VT2将是第二电阻器462两端的电压，从而电流幅度将等于(Vi-VT2)/R2，R2表示第二电阻器462的电阻。该电流与输入电压Vi成比例，并且因而第二光输出L2与输入电`压Vi成比例。应当清楚的是，第一光输出LI仍然与输入电压Vi成比例。Rl与R2之间的比值决定LI和L2分别与Vi的比例之间的比值。典型地，如果R2小于R2，使得与第一组451中的电流相比，第二组452中的电流作为Vi的函数上升得更快，这将是有利的，并且如果第二组452中的LED数量大于第一组451中的LED数量，使得总的说来，第二光输出L2如图所示比第一光输出LI上升得更快，这将是有利的。在上面的解释中，为了理解电路的电气行为，LED的色点不起任何作用。所有单独的LED甚至可以互相相同。在一个特别优选的实施例中，此后简单表示为第二色点的组合的第二组的所有LED的光输出的组色点不同于此后简单表示为第一色点的组合的第一组的所有LED的光输出的组色点。当所有LED组相对紧密地放置在一起时，人类观察者将总体光输出感知为具有一个混合色点的混合物。当增加输入电压Vi时，该混合色点在直线上从第一色点朝向第二色点行进。在其中第一色点为红色并且第二色点为白色的实施例中，增加输入电压造成从红色光到暖白色光的变化，这与白炽灯的调光相应。图4C图解说明了第二实施例430，其中第二 LED组452连接到通过串联连接在输入终端121、122之间的两个电阻器431、432形成的分压器430的节点。因此，该节点提供了得自输入电压Vi的电压。即使第二组阈值电压VT2低于第一组阈值电压，第二组452也只能在输入电压Vi等于或高于(R432+R431)/R432乘以VT2的情况下才开始导通。
图5A图解说明了第三实施例470。图5B为可与图4B相比较的曲线图，其图解说明了该第三实施例470的行为。与第一实施例420相比,第二电阻器462由与第一组451和第二组452的并联布置串联的电阻器471代替。对于小于VT2的Vi而言，操作与第一实施例420的操作相同，该差别在于电流幅度将等于(Vi-VTl)/(R1+R3)，R3表示公共串联电阻器471的电阻。当Vi高于VT2时，电流也将流经第二 LED组452，电压降VT2在第二 LED组452两端形成。差值VR3=Vi-VT2将是第二电阻器471两端的电压，并且跨第一 LED组451加串联电阻器461的电压将被箝位到VT2，其结果是，第一电流LI将保持恒定。在上面描述的其中LED紧密地安装在一起并且所述组具有相互不同的色点的实施例中，改变驱动器输出电压将导致作为整体的LED系统420、470生成混合光输出，该混合光输出的色点在直线上从第一色点朝向第二色点行进。在一个说明性实施例中，第一色点基本上为红色并且第二色点基本上为白色。在最简单的实施例中，第一组451精确地由一个红色LED组成并且第二组452精确地由两个串联布置的白色LED组成。然而，混合色点将不完全达到第二色点，因为当第二组452接通时，第一组451总是接通。另一方面，也存在其中光颜色甚至可以相互等同的实施例。例如，这样的实施例是可能的，其中各LED组置于彼此相距相当长的距离处，使得对于人类观察者而言，由第一LED组生成的光来源于与由第二 LED组生成的光不同的位置。这可以用于生成特殊的光效，诸如例如行驶灯、光管等等。同样在这样的实施例中，希望的是能够在第二组接通的同时关
断第一组。 本发明也提供了其中这样的第一组451关断的实施例。图6A图解说明了可与图4A的第一实施例420相比较的LED系统的第四实施例620，其中电流测量传感器672布置在第二组452的阴极终端与第二输入终端122之间，并且其中NPN晶体管673被布置成让其基极终端连接到电流测量传感器672与第二 LED组452之间的节点，让其发射极终端连接到第二输入终端122，并且让其集电极终端连接到第一电阻器461与第一 LED组451之间的节点。应当指出，代替NPN晶体管的是，可以使用另一种类型的可控开关，例如FET。操作如下。对于小于VT2的Vi而言，操作与第一实施例420的操作相同。当Vi高于VT2时，电流也将流经第二 LED组452，造成电流测量传感器672两端的电压降。当该电压降变得高于晶体管673的正向基极-发射极偏压时，晶体管开始汲取电流，使得第一电阻器461两端的电压降增加并且因而第一 LED组451两端的电压减小，从而LI随着输入电压Vi的增加而减小。图6B为可与图4B相比较的曲线图，其示出LI最终变得等于零。在高Vi的情况下，通过第一电阻器461的电流变得等于Vi/Rl，其可以在Rl相对较低的情况下相对较高。这在图6C的LED系统780的第五实施例中被避免，在该实施例中,第二 NPN晶体管674的集电极-发射极路径布置在第一输入终端121与第一电阻器461之间。偏压电阻器675连接在第一输入终端121与所述第二 NPN晶体管674的基极终端之间。第一 NPN晶体管673的集电极终端连接到偏压电阻器675与所述第二 NPN晶体管674的基极终端之间的节点。操作基本上类似于LED系统620的操作当输入电压上升到高于VT2时，第二 LED组452中的增大的电流将使得第二晶体管674的基极终端被吸引到第二输入终端122的水平，从而降低并且最终切断第一 LED组451中的电流。现在，浪费的电流受偏压电阻器675限制，该电阻器可以具有比第一电阻器461高得多的电阻。上面描述的实施例的共同之处在于，作为输入电压Vi的函数的光产生响应对于各LED组是相互不同的。这由这些组具有相互不同的阈值电压或者接收得自输入电压的相互不同的供应电压或者二者造成。此外，各LED组的各光输出之间的比值不是恒定的。这甚至在各组的电压依赖性(dL/dVi)互相相等的情况下适用，其可以在图4B中通过给予两条倾斜曲线相同的角度而看出。在一些所述实施例中，一个组与另一个组之间的耦合导致一个光输出的减小，而另一个光输出作为输入电压的函数而增加。总的说来，在所有实施例中，组合的光输出的总体色点不是恒定的，而是作为输入电压Vi的函数在颜色空间中行进一定路径(当然，除非这些LED都发射相同的颜色)。在上文中，利用两个LED组451、452解释了本发明。在这样的情况下，在颜色空间中行进的路径是与所述两个LED组相应的两个色点之间的直线。然而，可以以模块化方式扩展本发明构思。因此，有可能具有连接在输入终端121、122之间的、总是具有相互不同的色点和相互不同的阈值电压的第三LED组、第四LED组等等。一般地说，有可能具有N个LED组,每组表示为G(i), i为范围从I至N的指标，N为大于I的正整数。每组G(i)具有组阈值电压VG⑴和色点CP⑴。对于j>i的两个指标i、j而言，CP(j) ^ CP⑴可能适用，并且优选地VG(j)>VG(i)适用。每组G(i)与至少一个阻抗串联连接。可以耦合两个或更多组以便让一个组影响另一个组的响应。例如，两个或更多组可以具有公共串联阻抗。或者，用于一个组的电流降低电路可以由另一个组中的电流控制。甚至可能的是具有组G(j)中的增大的电流，其降低所有组G(i)中的所有电流，其中i〈j ;图60示意性地图解说明了这种设备的模块化布局。在实际令人感兴趣的LED系统中，存在3个相互不同色点的至少3个LED组，所述色点可以适当地为R、 G、B，或者存在4个相互不同色点的至少4个LED组，所述色点可以适当地为R、G、B、W。在一个优选的实施例中，有可能分别具有3种或4种不同的电压设置，所述设置中的每一种与这样的情形相应，其中这些组中仅仅一个接通，而其他2个或3个组分别断开。在这种情况下，有可能根据驱动器输出电压的正确选择任意地再现纯的R、G、B以及可能的W颜色。图7A图解说明了 LED系统720的一个实施例，其用于其中驱动器130能够提供正负电压的情形。LED系统720包括反并联连接在输入终端121、122之间的、单独地区分为620A和620B的图6A的两个系统620。当第一输入终端121处的电压相对于第二输入终端122为正时，只有第一系统620A可操作并且其操作与如图6B中所示LED系统620的操作相同。当第一输入终端121处的电压相对于第二输入终端122为负时,只有第二系统620B可操作并且其操作再次与如图6B中所示LED系统620的操作相同。图7B图解说明了总体光输出与Vi的函数关系。LI表不组451A的光输出。L2表不组452A的光输出。L3表不组451B的光输出。L4表示组452B的光输出。可以看出
对于VTl〈 Vi〈 VT2，光输出纯粹为LI ；
对于Vi > Vx，光输出纯粹为L2;
对于VT4〈 Vi〈 VT3，光输出纯粹为L3 ;
对于Vi < Vy，光输出纯粹为L4。因此，该LED系统720能够通过驱动器输出电压的适当选择而选择性地提供具有色点R或G或B或W的光。图8A图解说明了 LED驱动器820的一个实施例，其可以被看作图5A的实施例470的另外的详尽细节。第一 LED组451与第一电阻器461之间的节点将表不为第一节点A,而第一 LED组451与公共串联电阻器471之间的节点将表示为第二节点B。虽然第二 LED组452连接在第一输入终端121与第二节点B之间，但是该实施例820包括连接在第一节点A与第二输入终端122之间的第三LED组453。此外，该实施例包括相对于第一组451反并联地分别连接在第一节点A与第二节点B之间的第四LED组454。第三组453可以具有等于或大于第二阈值电压VT2的第三阈值电压VT3。第四组454具有第四阈值电压VT4。第三组具有第三色点并且第四组具有第四色点。参照其中假设VT2=VT3的图8B，操作如下。五个不同的电压范围I、II、III、IV和V可以进行区分。在第一电压范围I内，Vi小于VTl并且没有电流流动。在第二电压范围II内，Vi大于VT1，并且电流仅在由电阻器461、第一 LED 451和电阻器471的串联布置形成的路径中流动。等于VTl的电压降将在第一 LED 451两端形成。电阻器461两端的电压降V461将等于
V461=R461 X (Vi-VTl)/(R461+R471)
并且电阻器471两端的电压降V471将等于 V471=R471 X (Vi-VTl)/(R461+R471)
其中R461和R471分别表示电阻器461和471的电阻。在一个实际的实施例中，R461=R471。
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在第四电压范围IV内，电流仅仅在分别由第二组452和电阻器471的串联布置以及第三组453和电阻器461的串联布置形成的第二和第三电流路径中流动。没有电流在第一组451中流动。第一节点A处的电压VA将等于VT3，并且第二节点B处的电压VB将等于Vi-VT2。因此，第二组452中的电流将等于(Vi-VT2)/R471，并且第三组453中的电流将等于(Vi-VT3)/R4610在第二和第四范围之间的第三电压范围III内，电流在所有所述路径中流动，并且第一组451、第二组452和第三组453接通。这些路径之间的精确的电流分布将随着Vi而改变，并且将取决于VT1、VT2、VT3、R461、R471的精确值。第三电压范围III的下边界由这样的输入电压水平决定，在该输入电压水平下，第二或第三路径中的电流流动变得可能。只要可以表达为V461+VT1或者Vi-V471的第一输入终端121与第二节点B之间的电压降小于VT2，那么在第二路径中将没有电流流动。Vi —变得高于VX2，电流就将在第二路径中开始流动，其中 VX2=VT1+(VT2 - VTl) x (R461+R471)/R461。同样地，只要可以表达为V471+VTl=Vi_V461的节点A与第二输入终端122之间的电压降小于VT3，那么在第三路径中将没有电流流动。Vi —变得高于VX3，电流就将在第三路径中开始流动,其中 VX3=VT1+(VT3 - VTl) x (R461+R471)/R471。第三电压范围III的下边界为VX2和VX3中的最低者。在图8B中，假设VX2=VX3。第三电压范围III的上边界由这样的输入电压水平决定，在该输入电压水平下，第一路径中的电流流动变得不可能。在第四电压范围IV内，两个节点A与B之间的电压差值可以表达为VT2+VT3-Vi。如果该电压差值小于VTl，那么第一组451不可能传导电流。因此，第三电压范围III的上边界等于VT3+VT2-VT1。虽然初始时节点A相对于节点B为正，但是从以上所述可以推断，如果Vi>VT2+VT3，那么节点A相对于节点B为负。如果节点B与A之间的负电压差值变得大于VT4，那么第四LED组454可以传导电流。这出现在第五范围V内，其中Vi> VT1+VT2+VT3。四种色点可以相互不同。然而，在一个特定的实施例中，第三组453具有与第二组452相同的阈值电压并且也具有相同的色点，同时两个电阻器461和471也具有相同的电阻值。在这种情况下，第二组和第三组以同步的方式驱动并且产生相同的光输出颜色。在一个有利的实施例中，第一组451具有红色色点,第二组452和第三组453具有白色色点，并且第四组454具有蓝色色点。这样的实施例作为日光灯是特别有用的。如果驱动器130能够提供负电压，那么将存在第六操作范围，其中电流仅在由第二电阻器471、第四LED组454和第一电阻器461的串联布置限定的第四路径中流动。描述可以与针对第二范围II的情况相同，其中第一组451和第四组454具有交换的位置。于是，设备能够通过适当地设置用于LED系统的输入电压而再现三种纯色。如图8A中以点线所示，可以通过添加与第二 LED组452反并联的第五LED组455(图8B中的曲线L5)以及与第三LED组反并联的第六LED组456 (图8B中的曲线L6)而使得LED系统820完全对称。这些第五组和第六组的色点可以相互等同。此外，这些第五组和第六组的色点可以与第二组和第三组的色点等同，但是它们也可以不同以便限定第四颜色在这种情况下，将存在第七操作范围，其中输出光仅包含该第四颜色，并且设备能够通过适当地设置用于LED系统的输入电压而再现四种纯色。在上文中，解释了本发明的设备能够再现不同的纯色。在下文中，将解释可以如何再现任何希望的混合色 ，只要其色点处于由所述不同的纯色的三个或四个色点限定的三角形或四边形内。图9为示意性地图解说明驱动器130的输出电压(因而输入电压Vi)与时间的函数关系的曲线图。控制设备2控制驱动器130，使得输出电压Vi从时间tl至时间t2处于第二操作范围II内，因而所生成的光输出将具有第一色点。从时间t2至时间t3，控制设备2控制驱动器130，使得输出电压Vi处于第四操作范围IV内，因而所生成的光输出将具有第二 /第三色点。从时间t3至时间t4，控制设备2控制驱动器130，使得输出电压Vi处于第六操作范围VI内，因而所生成的光输出将具有第四LED 454的色点。从时间t4至时间t5，控制设备2控制驱动器130，使得输出电压Vi处于第七操作范围VII内，因而所生成的光输出将具有第五/第六LED 455、456的第四色点。现在，控制设备2可以重复该序列。从tl至t5的时间间隔将表示为颜色周期T。本领域技术人员应当清楚的是，当该颜色周期T足够短时，人眼不会感知到四种不同颜色的序列，而是感知到混合颜色；该混合颜色的精确色点将取决于所述四个时间间隔的精确持续时间和所述四个时间间隔内的精确电压值。图9A图解说明了驱动器的输出电压Vi在所述时间间隔期间维持恒定，但这不是必要的。甚至不必要逐步地控制输出电压Vi :例如，可能的是，将输出电压Vi控制为具有诸如锯齿或正弦之类的波形。应当指出的是，也可能通过操作于第三和/或第五操作范围内而生成混合色，并且这同样适用于具有相反极性的相应操作范围。关于图9A的操作，存在一些限制。为了使得控制更加容易并且为了使得调光成为可能，图9B示出了一种变型，其中在每个所述时间间隔内，电压对于第一时间量具有上面讨论的值，并且对于其余时间量为零。通过改变该时间间隔内电压的占空比，相应光输出的平均强度可以控制在零与最大值之间。因此，本发明成功地提供了一种照明系统，该照明系统包括LED系统和用于驱动该LED系统的单个驱动器，在驱动器与LED系统之间具有双导线连接，所述照明系统能够再现颜色三角形RGB或者任何其他颜色三角形内的所有颜色。尽管在所述附图和前面的描述中已经详细地图示和描述了本发明，但是本领域技术人员应当清楚的是，这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明并不限于所公开的实施例；相反地，若干变型和修改可能处于如所附权利要求书限定的本发明的保护范围内。例如，当驱动器为电流源时，驱动器的输出电流可以用作导致特定的预定电流分布以及因而输出颜色的控制参数。本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，应当能够理解并实施所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，措词“包括”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列出的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中列出特定技术措施这一事实并不表示这些技术措施的组合不可以加以利用。权利要求中的任何附图标记都不应当被视为对其范围的限制。在上文中，已经参照框图解释了本发明，所述框解说明了依照本发明的设备的功能框。应当理解的是，这些功能框中的一个或多个可以以硬件实现，其中这样的功能框的功能由单独的硬件部件执行，但是同样可能的是，这些功能框中的一个或多个以软件实现，从而这样的功能框的功能由计算机程序的一个或多个程序行或者可编程设备(例如微处理器、微控制器、数字信号处理器等`等)执行。
权利要求
1.照明系统(100)，包括 LED系统(120 )，其包括两个或更多LED组(21，22，23，24 ;451，452 )以及电流分布装置(140)，其中每个LED组包括一个或多个单独的LED，该LED系统(120)具有两个输入终端(121，122)； 单个可控驱动器(130)，其用于向LED系统(120)提供工作功率，该驱动器具有分别耦合到LED系统(120)的两个输入终端(121，122)的两个输出终端(131，132)； 控制设备(2)，其用于控制驱动器(130)； 其中控制设备(2 )被设计用于控制驱动器输出电压(Vi ); 并且其中电流分布装置(140)响应LED系统(120)的输入终端(121，122)处的输入电压(Vi)以便汲取来自驱动器(130)的电流并且根据输入电压水平(Vi)在不同LED组之间分布电流。
2.依照权利要求I的照明系统，其中电流分布装置(140)被设计成根据输入电压水平(Vi)确定用于每个LED组的LED组电流，向每个LED组提供相应的LED组电流，并且从驱动器汲取所有LED组电流的总和。
3.依照权利要求I的照明系统，其中存在至少一个输入电压范围，在所述输入电压范围内，只有一个LED组中的电流非零，并且其中存在至少一个第二输入电压范围，在所述第二输入电压范围内，只有第二 LED组中的电流非零。
4.依照权利要求I的照明系统，其中电流分布装置(140)由LED系统的硬件配置实现。
5.依照权利要求1-4中任何一项的照明系统，其中LED系统包括至少两个并联连接到LED系统输入终端(121，122)的LED组(451 ;452)，每个LED组具有组阈值电压(VTl ；VT2)和组色点，其中第一 LED组(451)的组阈值电压(VTI)小于第二 LED组(452 )的组阈值电压(VT2)，并且其中第一 LED组(451)的组色点不同于第二 LED组(452)的组色点。
6.依照权利要求5的照明系统，其中第一LED组(451)与第一阻抗(461 )，优选地与电阻器串联连接，并且其中优选地用于第二 LED组(452)的串联阻抗值(R2)小于第一阻抗(461)的阻抗值(Rl)。
7.依照权利要求5的照明系统，其中所述LED组中的至少一个(452)经由分压器(430)耦合到输入终端(121，122)。
8.依照权利要求5的照明系统，其中所述LED组(451；452)的并联布置与公共电阻器(471)串联连接。
9.依照权利要求5的照明系统，进一步包括 电流传感器(672)，其与第二 LED组(452)关联，用于感测第二 LED组中的电流； 电流抑制装置(673 ;673，674，675)，其具有被耦合以接收来自电流传感器(672)的输出信号的输入； 其中电流抑制装置被设计成随着第二 LED组(452)中电流幅度的增加逐渐地抑制第一LED组(451)中的电流。
10.依照权利要求I的照明系统，其中驱动器(130)能够提供正负电压，并且其中该系统包括响应正驱动器电压的第一 LED系统(620A)和响应负驱动器电压的第二 LED系统(620B)。
11.依照权利要求10的照明系统，其中所述两个LED系统(620A，620B)相互相同并且彼此反并联连接。
12.依照权利要求10的照明系统，其中第二LED系统(620B)的LED的色点不同于第一LED系统(620A)的LED的色点。
13.依照权利要求I的照明系统，其中LED系统(820)包括 连接在其第一和第二输入终端(121，122)之间的第一电阻器(461)、第一 LED组(451)和第二电阻器(471)的串联布置，第一节点(A)介于第一电阻器(461)与第一 LED组(451)之间并且第二节点(B)介于第一 LED组(451)与第二电阻器(471)之间，其中第一 LED组(451)具有第一组阈值电压(VTl)和第一组色点； 连接在第一输入终端(121)与第二节点(B)之间的与第一 LED组(451)并联的第二 LED组(452)，其中第二 LED组(452)具有第二组阈值电压(VT2)和第二组色点； 连接在第一节点(A)与第二输入终端(122)之间的与第一 LED组(451)并联的第三LED组(453)，其中第三LED组(453)具有第三组阈值电压(VT3)和第三组色点； 连接在第一节点(A)与第二节点(B)之间的与第一 LED组(451)反并联的第四LED组(454 )，其中第四LED组(454 )具有第四组阈值电压(VT4 )和第四组色点； 其中第二组阈值电压(VT2)高于第一组阈值电压(VTl)； 其中第三组阈值电压(VT3)高于第一组阈值电压(VTl)并且优选地等于第二组阈值电压(VT2)； 其中第二组色点不同于第一组色点； 其中第三组色点不同于第一组色点并且优选地等同于第二组色点； 其中第四组色点不同于第一组色点和第二组色点。
14.依照权利要求13的照明系统，其中驱动器(130)能够提供正负电压，并且其中LED系统(820)进一步包括 连接在第一输入终端(121)与第二节点(B)之间的与第二 LED组(452)反并联的第五LED组(455)，其中第五LED组(455)具有第五组阈值电压(VT5)和第五组色点； 连接在第一节点(A)与第二输入终端(122)之间的与第三LED组(453)反并联的第六LED组(456)，其中第六LED组(456)具有第六组阈值电压(VT6)和第六组色点； 其中第六组阈值电压(VT6)高于第四组阈值电压(VT4)； 其中第六组色点不同于第四组色点； 其中第五组色点不同于第四组色点并且优选地等同于第六组色点。
15.依照前面的权利要求中任何一项的照明系统，其中控制设备(2)被设计成规则地改变驱动器(130)的输出电压，使得系统的光输出平均具有如由控制设备接收的输入信号(Sui)所限定的希望的色点。
全文摘要
一种照明系统(100)包括LED系统(120)，其包括两个或更多LED组(21，22，23，24；451，452)以及电流分布装置(140)，其中每个LED组包括一个或多个单独的LED，该LED系统(120)具有两个输入终端(121，122)；单个可控驱动器(130)，其用于向LED系统(120)提供工作功率，该驱动器具有分别耦合到LED系统(120)的两个输入终端(121，122)的两个输出终端(131，132)；控制设备(2)，其用于控制驱动器(130)；其中控制设备(2)被设计用于控制驱动器输出电压(Vi)；并且其中电流分布装置响应LED系统的输入终端处的输入电压(Vi)以便汲取来自驱动器的电流并且根据输入电压水平在不同LED组之间分布电流。
文档编号H05B33/08GK103222339SQ201180056689
公开日2013年7月24日 申请日期2011年11月15日 优先权日2010年11月25日
发明者A.森佩尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司