温度曲线补偿偏移的制作方法
【专利摘要】一种发光器件包括第一LED阵列、温度传感器、存储器和系统控制器。存储器可以包括：第一占空比偏移和第一曲线信息，第一曲线信息定义温度和用于驱动第一LED阵列的至少一个LED的占空比之间的关系。系统控制器将基于来自温度传感器的信息确定温度。基于该温度，系统控制器将根据第一曲线信息确定与温度相对应的第一预校准占空比，并且然后用第一占空比偏移调整第一预校准占空比，以生成第一校准占空比。然后，用具有第一校准占空比的第一脉宽调制信号来驱动LED。
【专利说明】温度曲线补偿偏移
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2011年10月2日提交的美国临时专利申请号61/542，276的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。本申请与以下美国临时申请号有关:2011年10月2日提交的61/542，274 ；2011年12月30日提交的61/581，781 ；以及2012年I月13日提交的61/586，462，其全部公开内容通过引用合并于此。本申请还与以下同时提交的美国专利申请号有关:标题为 OVER-TEMPERATURE HANDLING OF LIGHTING DEVICE 的 13/565，113 ;标题为 OVER-VOLTAGE HANDLING FOR A LIGHTING DEVICE 的 13/565，220 ;以及标题为OVERCURRENT HANDLING FOR A LIGHTING DEVICE 的 13/565，272，其全部公开内容通过引用被合并。
【技术领域】
[0002]本公开涉及安全地处理过温情况的固态发光器件。
【背景技术】
[0003]固态发光器件通常采用发光二极管(LED)阵列作为光源。LED通常用直流电流(DC)或脉宽度调制(PWM)的信号来驱动的。照此，LED阵列必须与控制电子装置相关联，以至少生成DC或脉宽调制信号。虽然固态发光器件比白炽灯泡的效率高得多，但是如果没有适当地管理热量，则LED和关联的控制电子装置仍然可能在操作期间生成足以损坏LED或控制电子装置的热量。过多的热量还可能导致起火和其他危险情况。照此，散热器通常用于引导热量从LED和关联电子装置离开，并且因此，保持LED和关联电子装置在期望的操作温度内。
【发明内容】
[0004]本公开涉及一种发光器件，发光器件包括第一 LED阵列、温度传感器、存储器和系统控制器。存储器可以包括:第一占空比偏移和第一曲线信息，第一曲线信息定义温度和用于驱动第一 LED阵列的至少一个LED的占空比之间的关系。系统控制器将基于来自温度传感器的信息确定温度。基于该温度，系统控制器将根据第一曲线信息确定与温度相对应的第一预校准占空比，并且然后用第一占空比偏移调整第一预校准占空比，以生成第一校准占空比。然后，用具有第一校准占空比的第一脉宽调制信号来驱动LED。
[0005]该曲线信息表示在温度和用于驱动LED的脉宽调制信号的占空比之间的预校准关系。虽然预校准占空比可能不导致发光器件以期望的强度或色温发射光，但是第一占空比偏移被确定为是与预校准占空比的偏移，预校准占空比是使发光器件以期望的强度和色温发射光所必需的。
[0006]由于具有不同配置的LED阵列可以与发光器件中的系统控制器配对，所以存储器可以被配置有针对不同阵列配置的独特曲线信息。照此，针对与系统控制器配对的LED阵列的特定曲线信息可以由系统控制器选择和使用。[0007]本领域技术人员在结合附图阅读了下面的详细描述之后将意识到本公开的范围并且认识到本公开的附加方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]合并入本说明书并且形成本说明书的部分的附图图示了本公开的若干方面，并且与描述一起用于解释本公开的原理。
[0009]图1是根据本公开可以如何实现的一个实施例的示例性发光器件和电源的前侧的等轴测视图。
[0010]图2是图1的发光器件的后侧的等轴测视图。
[0011]图3A是图1的电源的横截面视图。
[0012]图3B是图1的发光器件的分解等轴测视图。
[0013]图4是不具有透镜、漫射器和反射器的图1的发光器件的前侧的等轴测视图。
[0014]图5是不具有透镜和漫射器的图1的发光器件的前侧的等轴测视图。
[0015]图6是图5的发光器件的横截面视图。
[0016]图7是第一类型的LED架构的横截面视图。
[0017]图8是第二类型的LED架构的横截面视图。
[0018]图9是根据本公开的第一实施例的示例性控制模块电子装置的示意图。
[0019]图10是根据本公开的第二实施例的示例性控制模块电子装置的示意图。
[0020]图11是根据本公开的第三实施例的示例性控制模块电子装置的示意图。
[0021]图12是根据本公开的第四实施例的示例性控制模块电子装置的示意图。
[0022]图13是针对四个不同的LED阵列的用于驱动红光LED的脉宽调制信号的占空比对温度的线图。
【具体实施方式】
[0023]下面阐述的实施例表示使本领域的技术人员能够实践本公开的必要信息，并且说明了实践本公开的最优模式。通过阅读根据附图的下面的描述之后，本领域的技术人员将理解本公开的原理，并且将认识到这里没有特定地提出这些原理的应用。应当理解的是，这些原理和应用落在本公开的范围内。
[0024]将理解的是，诸如“前侧”、“向前”、“后方”、“下方”、“上方”、“上”、“下”、“水平”或
“垂直”的关系术语在这里可以用于描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系，如附图中所示。将理解的是，这些术语意在包含除了附图中描绘的定向之外的器件的不同定向。
[0025]本公开涉及具有处理过温情况的改善的能力的固态发光器件。为了上下文和便于理解，在描述固态发光器件可以如何被配置为处理过温情况之前，下面的描述首先描述了示例性发光器件。参考图1和图2，图示了根据本公开的一个实施例的独特的发光器件10和电源12。尽管该特定的发光器件10被用于参考，但是本领域的技术人员将认识到，实际上任何类型的固态发光器件都可以受益于本公开。
[0026]如示出的，发光器件10包括安装结构14和透镜16。图示的安装结构14是杯形的，并且能够用作散热器件；然而，不同的固定装置可以包括不同的安装结构14，该安装结构14可以或可以不用作散热器件。将在下面进一步详细描述的光源(未示出)被安装在安装结构14内部，并且被定向以使得光从安装结构通过透镜16进行发射。下面进一步描述驱动光源所需要的电子装置(未示出)。电源12通常耦合到交流(AC)源，并且用于向发光器件10的电子装置提供电力。尽管预想发光器件10主要用于针对工业、商业和住宅应用的
4、5和6英寸的隐藏式发光应用中，但是本领域技术人员将认识到，这里所公开的原理实际上适用于任何尺寸和应用。
[0027]透镜16可以包括一个或多个透镜，该透镜由诸如聚碳酸酯或丙烯酸玻璃或任何其他合适的材料的清晰或透明材料制成。如下面进一步讨论的，透镜16可以与漫射器相关联，该漫射器用于使从光源发出的光漫射，并且经由透镜16离开安装结构14。此外，透镜16还可以被配置成以期望的方式对经由透镜16离开安装结构14的光进行整形和引导。
[0028]电源12和发光器件10可以是模块化的，其中不同尺寸、形状和类型的电源12可以使用适当的线束连接或以其他方式耦合到发光器件10的安装结构14。尽管被示出为物理上分离，但是电源12和发光器件10可以被集成以形成单个结构。
[0029]在图示的实施例中，安装结构14是杯形的并且包括侧壁18，侧壁18在安装结构14的后方的底板20和轮缘之间延伸，轮缘可以由安装结构14的前侧的环形凸缘22来提供。可以在侧壁18的外表面中形成一个或多个细长槽24。存在两个细长槽24，细长槽24平行于发光器件10的中心轴从底板20的后表面朝着(但是不完全到达)环形凸缘22延伸。细长槽24可以用于各种目的，诸如为在细长槽24内部连接到安装结构14的接地导线提供通道，将附加元件连接到发光器件10，或者如下面进一步描述的，将透镜16牢固地附着到安装结构14。
[0030]环形凸缘22可以包括安装孔被提供在其中的一个或多个安装凹部26。安装孔可以用于将发光器件10安装到安装结构，或者用于将附件安装到发光器件10。安装凹部26提供用于把螺栓、螺钉或其他附着装置的头部反下沉到环形凸缘22的前表面以下或其中。
[0031]参考图3A，提供了图1的电源12的横截面视图。如图示的，电源12包括电源电子装置28，该电源电子装置28由电源壳体30和电源盖32密封。电源壳体30是杯形的并且具有足以接收电源电子装置28的尺寸。电源盖32提供了大体上在电源壳体30的开口上方延伸的盖。一旦电源盖32就位，电源电子装置28就被包含在电源壳体30和电源盖32内。
[0032]电源电子装置28可以用于提供电力并且可能提供特定控制信号，该电力和特定控制信号是给发光器件10的光源模块供电且控制发光器件10的光源模块所必需的。参考图3B，在发光器件10的分解视图内图示了光源模块34的后侧。如示出的，光源模块34可以被安装在安装结构14的底板20的前表面上，或安装在底板20中提供的缝隙中(未示出)。在安装结构14的底板20和电源盖32中提供对准的孔或开口，以促进在电源12中的电源电子装置28和发光器件10的光源模块34之间的电气连接。
[0033]在图示的实施例中，光源模块34采用通常安装到印刷电路板(PCB)的发光二极管(LED)和关联的控制电子装置。除了其他功能以外，控制电子装置被配置成驱动LED以期望的颜色、强度和色温来生成光。以下进一步提供光源模块34的详细操作。控制电子装置和LED被示出为安装在PCB的前侧上，而PCB的后侧直接或经由导热垫(未示出)被安装到安装结构14的底板20的前表面。在该实施例中，导热垫具有低的热阻系数，并且因此，将由光源模块34生成的热量有效地传递到安装结构体14的底板20。
[0034]尽管各种安装机构是可用的，但是图示的实施例采用四个螺栓44来将光源模块34的PCB附着到安装结构体14的底板20的前表面。螺栓44拧入在安装结构14的底板20的前表面中提供的螺纹孔中。显著地，PCB的形状被示为正方形，但是该形状可以是矩形、圆形、椭圆形、多边形等。
[0035]反射器锥36位于由安装结构14所提供的内部腔室中。在图示的实施例中，反射器锥36具有锥形壁，该锥形壁在较大前开口和较小后开口之间延伸。较大前部开口位于安装结构14中的前开口并且基本上对应于安装结构14中的前开口的尺度，该安装结构14的前开口与由安装结构14提供的内部腔室的前侧相对应。反射器锥36的较小后开口位于由光源模块34提供的LED或LED阵列附近，并且基本上对应于该LED或LED阵列的尺寸。反射器锥36的前表面通常(但不一定)是高反射性的，用于提高发光器件10的总体效率和光学性能。在特定实施例中，反射器锥36由金属、纸、聚合物或其组合来形成。在本质上，反射器锥36为从光源模块34发射的光提供混合腔室，并且可以用于帮助引导或控制光如何通过透镜16离开混合腔室。
[0036]在组装时，透镜16被安装在环形凸缘22上或上方，并且可以用于把反射器锥36保持在安装结构14的内部腔室内的原位，以及把附加透镜和一个或多个平面漫射器38保持在原位。在图示的实施例中，透镜16和漫射器38通常在形状和尺寸上对应于安装结构14的前开口，并且被安装为使得透镜16的前表面与环形凸缘22的前表面大致齐平。如图4和图5中所示，凹部48被提供在侧壁18的内表面上，并且基本上围绕安装结构14的开口。凹部48提供突出部，漫射器38和透镜16在安装结构14内部依靠该突出部，该凹部48可以足够深以使得透镜16的前表面与环形凸缘22的前表面齐平。
[0037]返回到图3B，透镜16可以包括翼片40，该翼片40从透镜16的外边缘向后延伸。翼片40可以滑入到侧壁18的内表面上的对应的通道中(参见图4)。通道与侧壁18外部上的对应的细长槽24对准。翼片40具有螺纹孔，该螺纹孔与在凹槽和细长槽24中提供的孔对准。当透镜16位于安装结构14的前开口处的凹部48中时，翼片40中的孔将与细长槽24中的孔对准。螺栓42可以通过细长槽中的孔被插入，并且拧入在翼片40中提供的孔中以将透镜16贴附到安装结构14。当透镜16被固定时，漫射器38被夹在透镜和凹部48之间，并且反射器锥36被包含在漫射器38和光源模块34之间。替代地，保持环(未示出)可以附着到安装结构14的凸缘22，并且操作为把透镜16和漫射器38保持在原位。
[0038]由漫射器38提供的漫射的程度和类型可以从一个实施例到另一个而变化。此外，漫射器38的颜色、半透明性或不透明性可以从一个实施例到另一个而变化。诸如图3B中图示的分离的漫射器38通常由聚合物、玻璃或热塑性塑料形成，但是其他材料是可行的并且将由本领域的技术人员意识到。类似地，透镜16是平面的并且通常对应于漫射器38和安装结构14的前开口的形状和尺寸。如与漫射器38 —样，透镜16的材料、颜色、半透明性或者不透明性可以从一个实施例到另一个而变化。此外，漫射器38和透镜16 二者都可以由一种或多种材料形成或者由相同或不同的材料的一个或多个层形成。尽管仅描绘了一个漫射器38和一个透镜16，但是发光器件10可以具有多个漫射器38或透镜16。
[0039]对于基于LED的应用，光源模块34提供LED阵列50，如图4中图示的。图4图示了发光器件10的前等轴测视图，其中移除了透镜16、漫射器38、反射器锥36，使得光源模块34和LED阵列50在安装结构14内清晰可见。图5图示了发光器件10的前等轴测视图，其中移除了透镜16和漫射器38并且反射器锥36在原位，这样光源模块34的LED阵列50与反射器锥36的后开口对准。如上所述，反射器锥36内部并且以反射器锥36的后开口以及透镜16或漫射器38为界限的体积提供混合腔室。
[0040]从LED阵列50发射的光在由反射器锥36形成的混合腔室内部被混合，并且通过透镜16在向前方向上向外引导以形成光束。光源模块34的LED阵列50可以包括发射不同颜色的光的LED 50。例如，LED阵列50可以包括发射红色光的红光LED和发射蓝黄光的黄偏蓝(BSY)LED或发射蓝绿光的绿偏蓝(BSG)LED，其中，红和蓝黄或蓝绿光被混合以形成期望色温的“白”光。在特定实施例中，LED阵列可以以各种比率包括大量的红光LED以及BSY或BSG LED。例如，两个或三个BSY或BSG LED可以与每个红光LED相关联，并且LED的总数依赖于应用可以是10、25、50、100或更多。图4、5和6为了清晰仅在LED阵列中示出9个LED。
[0041]为了均匀颜色的光束，期望对从LED阵列50发射的光的相对完全的混合。反射器锥36和由漫射器38提供的漫射两者在混合从光源模块35的LED阵列50发出的光中发挥重要作用。具体地，称为未反射光射线的特定光线从LED阵列50发出，并且在没有在反射器椎36的内表面反射的情况下通过漫射器38和透镜16离开混合腔室。称为反射光线的其他光线从光源模块34的LED阵列50发出，并且在通过漫射器38和透镜16离开腔室之前被反射器锥36的前表面反射一次或多次。采用这些反射，使反射的光线在通过漫射器38和透镜16离开混合腔室之前在混合腔室内与彼此以及与至少一些未反射光线有效地混
入
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[0042]如上所述，漫射器38用于当未反射和反射光线离开混合腔室时漫射以及因此混合它们，其中混合腔室和漫射器38提供对从光源模块34的LED阵列50发出的光的期望混合，以提供一致和期望颜色的光束。除了混合光线之外，还可以按控制从发光器件10投射的结果光束的相对集中度和形状的方式来设计透镜16和漫射器38并且整形反射器椎36。例如，第一发光器件10可以被设计为提供用于聚光灯的集中光束，其中，另一个可以被设计为提供用于泛光灯的广泛分散的光束。根据美学视角，由漫射器38提供的散射还防止发射的光看起来像素化，并且阻碍用户看到LED阵列50的个体LED的能力。
[0043]如在上述实施例中提供的，用于漫射的更传统的方法是提供与透镜16分离的漫射器38。照此，透镜16事实上是透明的，并且不会添加任何有意的漫射。有意的漫射由漫射器38提供。在大多数实例中，漫射器38和透镜16彼此相邻放置，如图6中所示。然而，在其他实施例中，漫射可以被集成到透镜16本身中。
[0044]在图7中图示了用于LED阵列50的LED 52的传统封装。单个LED芯片54使用焊料或传导性环氧树脂被安装在反射杯56上，使得LED芯片54的阴极(或阳极)的欧姆接触被电耦合到反射杯56的底部。反射杯56耦合到LED 52的第一引线58或与LED 52的第一引线58整体形成。一个或多个接合导线60将LED芯片54的阳极(或阴极)的欧姆接触连接到第二引线62。
[0045]反射杯56可以填充有密封LED芯片54的密封剂材料64。密封剂材料64可以是透明的，或者包含诸如荧光体的波长转换材料，这将在下面更详细地描述。整个组件被密封在透明保护树脂66中，其可以被模制成透镜的形状以控制从LED芯片54发射的光。[0046]在图8中图示了用于LED 52的替代封装，其中LED芯片54被安装在基底67上。具体地，LED芯片54的阳极(或阴极)的欧姆接触被直接安装到基底67的表面上的第一接触垫68。LED芯片54的阴极(或阳极)的欧姆接触使用接合导线72被连接到也在基底67的表面上的第二接触垫70。LED芯片54位于反射器结构74的空腔中，该空腔由反射材料形成并且用于反射从LED芯片54发射的、通过由反射器结构74形成的开口的光。由反射器结构74形成的空腔可以填充有密封LED芯片54的密封剂材料64。密封剂材料64可以是透明的，或者包含诸如荧光体的波长转换材料。
[0047]在图7和8实施例的任何一个中，如果密封剂材料64是透明的，则由LED芯片54发射的光在没有任何实质性色偏的情况下通过密封剂材料64和保护树脂66。照此，从LED芯片54发射的光实际上是从LED 52发射的光。如果密封剂材料64包含波长转换材料，则基本上由LED芯片54发射的第一波长范围中的光的全部或一部分可以被波长转换材料吸收，波长转换材料将响应地发射第二波长范围中的光。波长转换材料的集中度和类型将规定有多少由LED芯片54发射的光被波长转换材料吸收以及波长转换的程度。在由LED芯片54发射的一些光在不被吸收的情况下通过波长转换材料的实施例中，通过波长转换材料的光将与由波长转换材料发射的光混合。因此，当使用波长转换材料时，由LED 52发射的光从由LED芯片54发射的实际光在颜色上偏移。
[0048]如上所述，LED阵列50可以包括BSY或BSG LED 52组以及红光LED 52组。BSYLED52包括发射蓝色光的LED芯片54，并且波长转换材料是吸收蓝光并且发射黄色光的黄荧光体。即使一些蓝色光通过荧光体，从整体BSY LED 52发射的光的合成混合也是黄色光。从BSY LED 52发射的黄色光具有通常落在1931 CIE色度图上的黑体轨迹(BBL)上方的色点，其中BBL对应于白光的各种色温。
[0049]类似地，BSG LED 52包括发射蓝色光的LED芯片54 ;然而，波长转换材料是吸收蓝光并发射绿色光的绿色荧光体。即使一些蓝色光通过荧光体，从整体BSG LED 52发射的光的合成混合也是绿色光。从BSG LED 52发射的绿色光通常具有也落在1931 CIE色度图上的BBL上方的色点，其中BBL对应于白光的各种色温。
[0050]红光LED 52通常发射在BBL的相对侧(或以下)上的色点处的红色光作为BSY或BSG LED 52的黄色或绿色光。照此，来自红光LED的红色光52与从BSY或BSG LED 52发射的黄色或绿色光混合，以生成白光，该白光具有期望的色温并且落在期望的BBL附近。实际上，来自红光LED 52的红色光把来自BSY或BSG LED 52的黄色或绿色光拉到BBL上或接近BBL的期望色点。显著地，红光LED 52可以具有天然发射红色光的LED芯片54，其中不采用波长转换材料。替代地，LED芯片54可以与波长转换材料相关联，其中，从波长转换材料发射的合成光和在不被波长转换材料吸收的情况下从LED芯片54发射的任何光进行混合以形成期望的红色光。
[0051]用于形成BSY或BSG LED 52的蓝光LED芯片54可以由氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、碳化硅(SiC)、硒化锌(硒化锌)等材料系统来形成。红光LED芯片54可以由氮化铝铟镓(AlInGaP)、磷化镓(GAP)、砷化铝镓(AlGaAs)等材料系统形成。示例性黄荧光体包括铈掺杂钇铝石榴石(YAG:Ce)、黄BOSE (Ba、O、Sr、S1、Eu)荧光体等。示例性绿荧光体包括绿BOSE荧光体、镥铝石榴石(LuAG)、铈掺杂的LuAg (LuAg:Ce)、来自NJ 08540普林斯顿华盛顿路201的Lightscape Materials公司的Maui M535等。以上LED架构、突光体和材料的系统仅仅是示例性的，并且并不意图提供适用于这里公开的原理的架构、荧光体和材料系统的穷举列表。
[0052]如所指出的，光源模块34上的LED阵列50可以包括红光LED 52以及BSY或BSGLED 52的混合。如图9中图示的，光源模块34还可以包括各种控制电子装置，诸如系统控制器76、通信端口 78、温度传感器80和调节的直流(DC)电源82。在本实施例中，板外电源12可能从具有调光控制的光开关(未示出)中的三端双向可控硅开关接收可变电压AC信号，并且向光源模块34的端口 Pl提供DC驱动电流。基于从AC信号(该AC信号从三端双向可控硅开关接收到)感测的调光水平而提供驱动电流，驱动电流所在的水平足以在一强度水平驱动LED阵列50，该强度水平通常与LED阵列50的期望流明输出相当。照此，驱动电流可以是可变的，并且通常对应于在光开关处设置的调光水平。一个或多个电容器Cl可以如示出的那样内部或外部地被提供在电源12的输出处，用于稳定将该驱动电流提供给LED阵列50的电压。
[0053]由电源12提供的驱动电流还可以用于向系统控制器76供电。在该实施例中，在端口 Pl处提供的电压由调节的DC电源82向下调节到相对固定的电压以对系统控制器76供电。在操作中，在端口 Pl处提供的驱动电流通常被固定在对于最大强度水平的最大值和对于任何给定的调光水平的对应的较小值。
[0054]显著地，LED阵列50包括串联连接的LED D1-D7串，其中该串被耦合在端口 Pl和耦合到地的开关SI之间。在图示的实施例中，为了使驱动电流流过串联连接的LED D1-D7串，系统控制器76必须闭合开关SI，该开关SI可以是晶体管，诸如双极结型晶体管(BJT)或场效应晶体管(FET)。在一个实施例中，开关SI是N沟道FET，其中漏极被耦合到串联连接的LED D1-D7串，源极被耦合到地，并且栅极被耦合到系统控制器76的控制输出和耦合到地的下拉电阻器Rl。照此，因为电阻器Rl将把N沟道FET的栅极拉到地，所以当系统控制器76不把正电压施加到N沟道FET的栅极时，N沟道FET (开关SI)通常是截止的(或打开的)。
[0055]为了引导驱动电流通过串联连接的LED D1-D7串，系统控制器76将把正电压施加到N沟道FET的栅极。当正电压被施加到栅极时，N沟道FET将导通，并且把串联连接的LED D1-D7串有效地耦合到地，使得驱动电流可以流过串联耦合的LED D1-D7。驱动电流的流动将使得串联连接的LED D1-D7以通常与驱动电流的量值成比例的强度发射光。
[0056]如上所述，LED阵列50以及因此的串联连接的LED D1-D7串可以是不同的类型。在图9中，仅图示了 7个LED D1-D7，但是可以采用任何数目的LED。如图示的，LED D1、D2、D5和D6是BSY类型并且发射黄色光，并且LED D3、D4和D7是红光类型(R)并且发射红色光。如所述的，从各个LED D1-D7发射的红色和黄色光从发出混合在一起从而以期望的色温形成“白，，光。
[0057]开关S2和S3被提供用于有效地调整从串联连接的LED D1-D7的串发射的组合光的色温、强度或色温和强度二者。如下所述，系统控制器76可以使用开关S2来有效地控制由LED阵列50发射的红色光的量，并且可以使用开关S3来有效地控制由LED阵列50发射的黄色光的量。
[0058]开关S2耦合在红光类型LED D7两端，并且由系统控制器76来控制。开关S3耦合在BSY类型LED D5两端，并且也由系统控制器76控制。闭合开关S2和S3有效地分别提供相应LED D7和D5两端的电气短路，并且因此，重新引导围绕LED D7和D5的驱动电流通过开关S2和S3。
[0059]当开关SI闭合并且开关S2和S3打开时，驱动电流流过串联连接的LED D1-D7串，包括LED D7和D5。如果开关S2闭合同时开关SI保持闭合并且开关S3保持打开，则驱动电流绕过LED D7，但是仍然流过LED Dl -D6。如果开关S3闭合同时开关SI保持闭合并且开关S2保持打开，则驱动电流绕过LED D5，但是仍然流过LED D1-D4和D6-D7。闭合开关S2有效地关闭红光类型LED D7，并且减少由LED D1-D7的串联连接串发射的红色光的量。闭合开关S3有效地关闭BSY类型LED D5，并且减少由LED D1-D7的串联连接串发射的红色光的量。
[0060]在操作中，系统控制器76可以利用个体脉宽调制(PWM)信号来驱动开关S2和S3，该脉宽调制信号中的每一个是一系列脉冲，该一系列脉冲在驱动电流被提供给串联连接的LED D1-D7串时快速接通和关断红光类型LED D7和BSY类型LED D5。PWM信号的相应的占空比控制针对给定周期红光类型LED D7和BSY类型LED D5导通和截止多久。照此，驱动开关S2的PWM信号的占空比控制从红光类型LED D7发射的红色光的平均强度，并且照此，控制添加到从其他LED D1-D6发射的整体光的红光类型LED D7的红色光的量。类似地，驱动开关S3的PWM信号的占空比控制从BSY类型LED D5发射的黄色光的平均强度，并且照此，控制添加到从其他LED D1-D4和D6-D7发射的整体光的BSY类型LED D5的黄色光的量。当从LED D3和D4发射的红色光的强度以及从LED Dl、D2和D6发射的黄色光的强度针对给定驱动电流保持相对恒定时，系统控制器76可以控制开关S2和S3单独有效地变化从LED D7发射的红色光和从LED D5发射的黄色光的强度，并且由此作为整体变化从LEDD1-D7发射的光的色温和整体强度。
[0061]该开关SI和S2可以是晶体管，例如BJT或FET。在一个实施例中，开关S2是N沟道FET，其中漏极耦合到LED D7的阳极，源极耦合到LED D7的阴极，并且栅极耦合到系统控制器76的控制输出。开关S3是P沟道FET，其中漏极耦合到LED D5的阳极，源极耦合到LED D5的阴极，并且栅极耦合到系统控制器76的控制输出。
[0062]当由电源12供应电力时，系统控制器76可以通电，使得开关SI闭合。在开关SI闭合时，如果系统控制器76被配置为在开关S2和S3打开时通电，则由电源12提供的驱动电流通过LED D1-D7被递送。如果系统控制器被配置为在开关S2和S3中的一者或两者闭合时候通电,则驱动电流将绕过LED D7和D5中的对应的一个或两个。在通电之后，系统控制器76将开始将相应的PWM信号发送到开关S2和S3，以控制从相应的LED D7和D5发射的红色和黄色光的量，并且因此，设置从发光器件10发射的整体光的整体强度、色温等。
[0063]在操作期间，系统控制器76将监视如由温度传感器80提供的光源模块34处或光源模块34附近的温度，用于检测LED阵列50的过温情况。温度传感器80可以与系统控制器76分离或集成，并且可以包括随着温度变化的电阻性、电感性、电容性或半导体元件。过温情况可以对应于:所监视的温度超过最大阈值、所监视的温度超过标称阈值达给定时间段等。例如，过温情况可以在所监视的温度超过160华氏度的任何时间被触发，或者在所监视的温度超过140华氏度达多于十(10)分钟时被触发。其他和更复杂的方案是可能的并且被考虑在本公开的范围内。例如，所监视的温度可以随时间被积分并且与给定阈值相比较。[0064]如果系统控制器76检测到过温情况，则调用关机过程。关机过程要求打开开关SI以停止驱动电流流过LED D1-D7。因为LED D1-D7是被施加驱动电流时热量生成的主要源，所以停止驱动电流流过LED D1-D7显著减少由光源模块34生成的热量。
[0065]因为电源12可能没有认识到光源模块34上的过温情况以及驱动电流不再被供应到LED D1-D7，所以电源12将继续试图对光源模块34供应电力。因为LED D1-D7的驱动电流不再通过LED D1-D7，所以电源的输出(节点Pl)处的电压在负载减小的情况下显著上升。因此，即使在过温情况消退，在端口 Pl处由电源12的输出提供的较高电压可能超过施加到串联连接的LED D1-D7串的安全电压。由存储在电容器Cl中的电荷的支持，通过闭合SI而对串联连接的LED D1-D7串施加过大的电压可以导致把过大电流浪涌递送到LED D1-D7。过大的电流可能把LED D1-D7损坏达到如下程度:引起LED D1-D7的立即失效或将在经历重复的过温情况之后导致LED D1-D7的失效。
[0066]为了避免在电源电压过高时简单地通过闭合开关SI而损坏LED，本公开提出了不同的保护方案。第一保护方案涉及使系统控制器76进入禁止开关SI被闭合的状态直至系统复位发生。系统复位通常将涉及移除对电源12供应的电力，诸如当光开关被关闭时。当不再向电源12供应电力时，电源本身将停止对端口 Pl的供应电力。然而，电容器Cl以及电源12的任何输出电容将具有处于过大的电压水平的存储的电荷。该电荷将由光源模块34的电子装置消耗，并且具体地，由系统控制器76消耗。在电荷被消耗时，供应到DC电源82的电压将减小，直至系统控制器76的最小操作电压不再能够由DC电源82提供给系统控制器76。在此时，系统控制器76将停止运行。系统控制器76的电子装置将确保开关SI保持截止，直至系统控制器76由于下降的操作电压而不再能够运行。
[0067]当再次对电源12供应电力时，电源12将再次对光源模块34提供电力、在施加电力时，系统控制器76将在开关SI闭合的状态下通电。在开关SI闭合时，驱动电流将在端口 Pl上的电压达到过大水平之前流过串联连接的LED D1-D7串。简言之，在施加电力时给电源12呈现初始负载，并且通过呈现初始负载，防止电源12将过大的负载供应到LED阵列50。
[0068]在通电时，系统控制器76将进行检查以查看是否存在过温情况。如果过温情况存在，则系统控制器76将再次打开开关SI以有效地关闭LED阵列50，再次，系统控制器76将保持开关SI打开直至系统复位发生。实质上，系统控制器76强制用户切断给发光器件10的电力，并且使其保持截止达足够量的时间，以在允许驱动电流被呈现给LED阵列50之前把存储在电源12中的电容性电荷消耗到至少安全水平。另外，系统控制器76确保LED阵列50不过度经受过温情况。
[0069]在第二保护方案中，系统控制器76还被配置为监视端口 Pl处的电压，并且在端口Pi处过电压情况的情况下采取行动打开开关Si，或者如果在端口 Pl处存在过电压情况则防止开关SI的闭合。参考图10，光源模块34被配置有由电阻器R2和R3形成的分压器电路。电阻器R2和R3在端口 Pl和地之间串联连接。连接电阻器R2和R3的节点提供分压器输出，并且耦合到系统控制器76。分压器输出与端口 Pl处的电压成正比例，并且照此，系统控制器76可以监视分压器输出，并且确定端口 Pl处的实际或相对电压。如果分压器输出的电压超过定义的阈值，则过电压情况由系统控制器76检测到，这将在开关SI闭合时打开开关SI，或者在过电压情况存在时防止开关SI闭合。[0070]在本实施例中，光源模块34被图示为具有在端口 Pl和地之间串联连接的电阻器R4和开关S4。如果因为开关SI打开而导致过电压情况存在，并且因为不存在提供给LEDD1-D7的驱动电流而导致端口 Pl处的电压浮动到过大水平，则系统控制器76可以闭合开关S4以把电阻器R4作为负载呈现给电源12。电阻器R4可以具有近似于串联连接的LEDD1-D7串的电阻性负载的电阻，并且因此汲取类似于由LED D1-D7从电源12汲取的驱动电流。引导驱动电流通过电阻器R4将有效地使端口 Pl处的电压减小到安全水平。一旦端口Pl处的电压达到安全水平，系统控制器76就可以闭合开关SI，并且立即打开开关S4以将驱动电流从电阻器R4重新引导到LED D1-D7。
[0071]虽然图9和图10仅图示了一个串联连接的LED D1-D7串，但是可以采用任何数目的串。图11图示了具有至少两个串的实施例。第一串包括串联连接的LED D1-D7，而第二串包含串联连接的LED Dl’-D7’。在本实施例中，驱动电流通过闭合开关SI被选择性地同时递送到两个串。此外，开关S2耦合在第一串中的LED D7和第二串中的D7’两端，使得系统控制器76能控制由LED D7和D7’发射的红色光的量。开关S3耦合在第一串中的LEDD5和第二串中的D5’两端，使得系统控制器76能控制由LED D5和D5’发射的黄色光的量。使用额外的LED串通常与LED阵列50的较大流明输出相关。
[0072]注意，每个串可以使用不同的开关SI和SI’分别耦合到地，如图12中图示的。系统控制器76可以同时打开和闭合开关SI和SI’ 二者。开关S2和S3可以用于微调从LED阵列50发射的光的整体混合中的红色和黄色光的量。该原理可以调整到任何数目的串。此夕卜，当使用多个串时，特定串可以单独用于一种类型的LED，而其他串可以单独用于另一类型的LED。过温和过电压保护的原理适用于具有多个串联连接的LED D1-D7、D1’-D7’串的这些实施例。
[0073]依赖于与系统控制器76相关联的处理能力和可用存储器，可以记录与过温条件有关的各种类型和数量的信息。对于更简化的实施例，系统控制器76可以简单地设置位或者将足够的信息存储在存储器84的非易失性部分中以指示至少一个过温情况已经发生。通常，系统控制器76将在进入上述保护模式中的一个之前检测到过温情况时立即存储过
温信息。
[0074]在一个实施例中，通信端口 78用于通过系统控制器76的一个端口递送信息。该端口初始被配置为输入。然而，一旦检测到过温情况，系统控制器76就可以将该端口重新配置为输出，并且将该输出设置为逻辑高或低。例如，系统控制器76可以将端口重新配置为输出，并且通过简单地将端口连接地而将端口设置为逻辑低，逻辑低指示已经经历了过温情况。因此，调查员可以简单地分析端口的输出水平来确定是否至少一个过温情况已发生。在一个实施例中，通信端口 78是耦合到系统控制器76的I/O (输入/输出)端口的红外传感器。替代地，通信端口 78或其他端口可以被远程设备用于接收或访问存储在存储器84中的信息。
[0075]在其他实施例中，系统控制器76可以存储下述中的一个或多个:
已经发生的过温情况的数目，
与过温情况相关联的温度，
过温情况历持续了多久；以及 过电压信息。 本领域技术人员将认识到可能有用并且针对失效或性能诊断存储的其他信息。除了性能和诊断信息之外，制造信息、序列号等可以被存储在存储器84的非易失性部分中，存储器84可以被集成到系统控制器76中、与系统控制器76分离、或其组合。该信息可以通过通信端口 78或其他I/O机构以任何已知的方式被检索。
[0076]在正常操作期间，发光器件10，并且具体来说，LED阵列50的操作温度将变化。不幸的是，从LED阵列50的各个LED发射的光的强度和颜色通常随温度而变化。另外，红光类型LED和BSY类型的LED对温度有不同的反应，并且因此，从其发射的光的强度和颜色中的变化的性质是不同的。然而，发光器件10的整体发光目的通常是为了以期望的强度或流明输出以及不论温度如何都以期望的色温来生成光。因此，本发明的下述实施例涉及确保发光器件10能够在正常范围的操作温度中输出期望的流明和色温范围内的光。
[0077]对于一个实施例，假设LED阵列50可以依赖于发光器件10的所需要流明输出、色温等而具有不同的LED配置。照此，不同的LED阵列50可以具有不同类型、数目或配置的LED。为了讨论的目的，假定存在可以提供在光源模块34上并且可以由系统控制器76控制的8个可能的LED阵列50。在任何给定的时间，8个不同的LED阵列50中的仅一个将被提供在光源模块34上并且由系统控制器76来控制。进一步假设每个LED阵列50将具有一些红光类型LED和一些BSY类型LED，并且系统控制器76将能够变化用于驱动至少一个红光类型LED (诸如LED D7)以及一个BSY类型LED (诸如LED D5)的PWM信号的占空比。
[0078]对于每个不同的LED阵列50，曲线最初被发展为表征在用于驱动红光类型LED D7以保持期望的强度和色温的占空比中的变化，而BSY类型LED D5随着光源模块34的操作温度改变而以固定占空比被驱动。用于驱动BSY类型LED D5的固定基准占空比被称为预校准BSY占空比。图13是图示可以对应于LED阵列50的四个不同配置的四条曲线(A、B、C和D)的线图。每条曲线是不同的，并且图示用于红光类型LED D7的占空比应当如何随着操作温度的增加而增加以针对固定的预校准BSY占空比保持来自发光器件的一致的流明输出和色温。不同的曲线可以用相同或不同的预校准BSY占空比来确定。
[0079]每条曲线可以在制造和配置发光器件10的同时被存储在系统控制器76的存储器84的非易失性部分中。该曲线被存储为使得整体操作温度范围被分成段，并且每个段将被分配特定占空比，以该特定占空比驱动红光类型LED。替代地，曲线可以被存储为允许系统控制器76基于当前操作温度来计算占空比的函数。在特定实施例中，针对每条曲线的预校准BSY占空比可以与对应曲线相关联地被存储。再次，依赖于实施例，预校准BSY占空比可以是固定的，并且对于曲线中的每一个，可以是相同或不同的。
[0080]发光器件10被制造为具有LED阵列50，发光器件仅与存储在存储器84中的不同曲线中的一个相对应。在制造过程期间，经由通信端口 78来向系统控制器76标识要用于操作的曲线中的具体一个。例如，指示曲线A应当被系统控制器76使用的红外信号可以被呈现给通信端口 78，并且系统控制器76将在存储器84的非易失性部分中存储该信息。如果存储在存储器84中的曲线信息不包括预校准BSY占空比，则针对适当曲线的预校准BSY占空比也被提供给系统控制器76并且被存储在存储器84中。
[0081]接下来，发光器件10可以被通电并且被允许针对校准进行预热。在操作期间，系统控制器76将确定操作温度，并且然后基于操作温度根据存储在存储器84中的所选择的曲线信息来确定针对红光类型LED D7的预校准的占空比。系统控制器76还将确定与所标识的曲线相关联的预校准BSY占空比，并且然后开始用针对红光类型LED D7的预校准的占空比来驱动开关S2，并且用所选择的预校准BSY占空比来驱动开关S3。在此时，发光器件10提供预校准的光，其可能不满足制造商对于流明、色温等的规范。
[0082]分析该预校准的光，并且做出关于预校准的光是否满足制造商的规范的确定。如果没有满足规范，则计算预校准的红光占空比和预校准BSY占空比中的一个或二者的偏移。希望占空比中的偏移足以确保来自发光器件10的光输出满足制造商的规范。然后，该偏移经由通信端口 78被呈现给发光器件10的系统控制器76，并且被存储在存储器84的非易失部分中。
[0083]在一个实施例中，一旦这些偏移被存储，系统控制器76将如下面那样起作用。系统控制器76将确定操作温度，并且然后基于操作温度根据存储在存储器84中的曲线信息来确定预校准的红光占空比。然后，系统控制器76将把针对红光占空比的偏移添加到预校准的红光占空比，以提供针对红光类型LED D7的校准的占空比。然后，系统控制器76将用针对红光类型LED D7的校准的占空比来开始驱动开关S2。在本实施例中，红光占空比的偏移是固定的，并且不会随着操作温度而变化；然而，这不是必需的。红光占空比的偏移可以随着操作温度的范围而变化。例如，红光占空比的偏移可以针对操作温度范围的不同段而不同。
[0084]类似地，BSY占空比的偏移被添加到与所标识的曲线相关联的预校准BSY占空比，以提供校准BSY占空比。然后系统控制器76将用校准BSY占空比来开始驱动开关S3。在此时，发光器件10提供校准的光，该校准的光应当满足制造商对于流明、色温等的规范。
[0085]在其他实施例中，曲线也还可以被发展并且用于作为温度函数的BSY占空比。照此，针对红光和BSY类型LED两者的曲线可以被存储在存储器84中，其中所选择的红光和BSY占空比中的一个或二者的偏移可以在校准期间被确定、被发送到发光器件10，并且在发光器件10的操作期间被施加。如上所述，这里提供的原理适用于采用不同类型的LED的所有类型的LED阵列50，并且不限于具有红光或BSY类型LED的LED阵列50。
[0086]本领域技术人员将认识到对本发明的实施例的改进和修改。所有这样的改进和修改都被认为在这里公开的原理和所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种发光器件，包括: 包括至少第一 LED的第一 LED阵列； 温度传感器； 存储器，用于存储第一占空比的偏移和第一曲线信息，所述第一曲线信息定义温度和用于驱动所述第一 LED阵列的至少第一 LED的占空比之间的关系；以及系统控制器，被配置成: 基于来自所述温度传感器的信息确定温度； 确定与来自所述第一曲线信息的温度相对应的第一预校准占空比； 用所述第一占空比的偏移调整所述第一预校准占空比，以生成第一校准占空比；以及 用具有所述第一校准占空比的第一信号来驱动所述至少第一 LED。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一LED阵列包括发射第一颜色的光的第一类型的LED以及发射第二颜色的光的第二类型的LED，使得所述至少第一 LED是所述第一类型的LED中的一 个。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其中，所述第一LED阵列进一步包括第二类型的至少第二 LED，所述存储器包括第二预校准占空比和第二占空比偏移，并且所述系统控制器进一步被配置成: 用所述第二占空比偏移来调整所述第二预校准占空比以生成第二校准占空比；以及 用具有所述第二校准占空比的第二信号来驱动所述至少第二 LED。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中，所述存储器包括针对多个曲线的信息，其中，针对所述多个曲线中的每一个的信息定义温度和用于驱动多个不同LED阵列中对应的一个中的至少一个LED的占空比之间的关系，其中，针对所述多个曲线的信息包括所述第一曲线信息，并且所述多个不同的LED阵列包括所述第一 LED阵列。
5.根据权利要求4所述的发光器件，其中，所述存储器进一步包括多个预校准占空比，所述多个预校准占空比包括所述第二预校准占空比，所述多个预校准占空比中的每个与所述多个不同的LED阵列中的一个相对应。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其中，所述系统控制器进一步被配置成从远程器件接收选择信息，其中，所述选择信息指令所述系统控制器使用所述第一曲线信息来确定所述第一校准占空比。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其中，来自所述远程器件的所述选择信息指令所述系统控制器使用所述第二预校准占空比来生成所述第二校准占空比。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述存储器包括针对多个曲线的信息，其中，针对所述多个曲线中的每个的所述信息定义温度和用于驱动多个不同LED阵列中对应的一个中的至少一个LED的占空比之间的关系，其中，针对所述多个曲线的所述信息包括所述第一曲线信息，并且所述多个不同的LED阵列包括所述第一 LED阵列。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述系统控制器进一步被配置成从远程器件接收选择信息，其中，所述选择信息指令所述系统控制器使用所述第一曲线信息来确定所述第一校准占空比。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中，在用具有所述第一校准占空比的所述第一信号驱动所述至少第一 LED之前，所述系统控制器进一步被配置成:基于来自所述温度传感器的信息确定初始温度； 确定第一初始预校准占空比，所述第一初始预校准占空比与来自所述第一曲线信息的所述初始温度相对应； 用具有所述第一初始预校准占空比的第一初始信号来驱动所述至少第一 LED。
11.根据权利要求10所述的发光器件，其中，所述系统控制器进一步被配置成从远程器件接收所述第一占空比偏移并且把所述第一占空比偏移存储在所述存储器中。
12.根据权利要求11所述的发光器件，其中: 所述第一 LED阵列包括发射第一颜色的光的第一类型的LED以及发射第二颜色的光的第二类型的LED，使得所述至少第一 LED是所述第一类型的LED中的一个，其中所述第二类型的LED包括所述第二类型的至少第二 LED ； 所述存储器包括第二预校准占空比；以及 所述系统控制器进一步被配置成: 用具有所述第二预校准占空比的第二初始信号来驱动所述至少第二 LED，而用具有所述第一初始预校准的占空比的所述第一初始信号来驱动所述至少第一 LED。
13.根据权利要求12所述的发光器件，其中，所述系统控制器被配置成: 从所述远程器件接收第二占空比偏移； 用所述第二占空比偏移来调整所述第二预校准占空比以生成第二校准占空比；以及 用具有所述第二校准占空比的所述第二初始信号来驱动所述至少第二 LED。
14.根据权利要求1所述的发光器件，其中: 所述第一 LED阵列包括至少第二 LED ； 所述存储器包括第二占空比偏移和第二曲线信息，所述第二曲线信息定义温度和用于驱动所述至少第二 LED的占空比之间的关系；以及所述系统控制器进一步被配置成: 确定第二预校准占空比，所述第二预校准占空比与来自所述第二曲线信息的温度相对应； 用所述第二占空比偏移来调整所述第二预校准占空比以生成第二校准占空比；以及 用具有所述第二校准占空比的第二信号来驱动所述至少第二 LED。
15.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一LED阵列包括发射红色光的第一LED和发射黄色或绿色光中的一种的第二 LED。
16.根据权利要求15所述的发光器件，其中，所述至少第一LED是所述第一 LED中的一个。
17.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一LED阵列中的其他LED由DC电流驱动，并且用所述第一信号来驱动所述至少第一 LED。
18.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光器件具有电源端口，所述电源端口被配置成从与所述发光器件分离的电源接收DC电力。
19.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一LED阵列包括LED串，所述LED串包括所述至少第一 LED。
20.根据权利要求19所述的发光器件，其中，所述LED串包括发射不同颜色的光的LED。
21.—种方法,包括: 分析从发光器件发射的光，所述发光器件用具有第一预校准占空比的第一信号驱动LED阵列中的至少第一 LED，所述第一预校准占空比作为温度的函数由所述发光器件来确定; 基于所述光和基准之间的差来确定第一占空比偏移，并且被配置成调整所述第一预校准占空比；以及 将所述第一占空比偏移发送到所述发光器件。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述发光器件进一步用具有第二预校准占空比的第二信号来驱动所述LED阵列中的至少第二 LED，并且进一步包括: 基于在所述光和基准之间的差来确定第二占空比偏移，并且被配置成调整所述第二预校准占空比；以及 将所述第二占空比偏移发送到所述发光器件。
23.根据权利要求22所述的发光器件，其中，所述第二预校准占空比随着温度是固定的。
24.根据权利要 求22所述的发光器件，其中，所述第二预校准占空比作为温度的函数由所述发光器件确定。
25.根据权利要求22所述的发光器件，其中，所述至少第一LED发射第一颜色的光，并且所述至少第二 LED发射与所述第一颜色不同的第二颜色的光。
【文档编号】H05B33/08GK103947291SQ201280059080
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月1日 优先权日:2011年10月2日
【发明者】E.布拉福德 申请人:科锐