用于控制led單元的電路裝置以及對其進行操作的方法
【專利摘要】提供了一種用于控制至少一個LED單元(2)的亮度的電路裝置(3，3’)，其包括用于從電源(4)接收相切操作電壓的輸入(8)，與所述輸入(8)相連接并且適于從所述操作電壓為所述至少一個LED單元(2)提供調(diào)光信號(12)的信號處理器(14，14’)。為了允許有效減少調(diào)光信號(12)中的噪聲但是同時允許所述LED單元(2)的調(diào)光有所改進，所述信號處理器(14，14’)被配置為至少以噪聲抑制模式(30)和調(diào)光模式(31)進行操作。提供了控制設備(15，15’)，其與所述信號處理器(14，14’)相連接并且被配置為依據(jù)所述操作電壓的變化而設置所述信號處理器(14，14’)的模式。
【專利說明】用于控制LED單元的電路裝置以及對其進行操作的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及照明領域，尤其涉及用于對至少一個LED單元的亮度進行控制的電路裝置，包括相對應電路裝置的LED燈以及至少一個LED單元的亮度控制方法。
【背景技術】
[0002]在照明領域中，白熾燈和鹵素燈如今被LED燈所替代。低功耗和長壽命使得它們成為以上所提到的傳統(tǒng)光源的非常有用的替代形式。除了在新設計的照明設備中使用這樣的LED燈之外，存在著利用LED燈對現(xiàn)有照明系統(tǒng)進行改型并且因此替代以上所提到的一般類型的燈的特定需求。
[0003]在之前所提到的改型應用中，由于例如辦公場所中安裝的待改型的相應照明系統(tǒng)的設置或布線的變化并非輕易可能進行并且會導致改型處理的成本顯著增加，所以通常需要針對所安裝的相應照明系統(tǒng)而對LED燈進行調(diào)適以允許適當操作。
[0004]以上所提到的改型應用的特定示例是替換低壓照明系統(tǒng)中的常見鹵素型燈。這樣的照明系統(tǒng)通常包括用于提供例如12V AC的電壓的變壓器。特別地，在這樣的照明系統(tǒng)中，采用了諸如電子調(diào)光器的各種類型的調(diào)光器，其基于相位切割進行操作，即根據(jù)所期望的調(diào)光或亮度水平對RMS電壓進行調(diào)適。
[0005]雖然相應的相切調(diào)光器允許常見類型的燈的調(diào)光操作，但是由于LED的指數(shù)電壓表現(xiàn)，提供至LED燈的RMS電壓的減少并不允許對LED進行有效調(diào)光。相反，LED燈的調(diào)光或亮度水平通常通過例如使用電流可控驅(qū)動器單元調(diào)節(jié)通過LED的電流進行設置。
[0006]取決于待改型的照明系統(tǒng)，允許根據(jù)用戶使用所安裝的相切調(diào)光器所設置的亮度或調(diào)光水平進行調(diào)光操作可能是有用的。當對這樣的照明系統(tǒng)進行改型時，所期望的調(diào)光水平因此需要從操作電壓中“提取”出來以允許LED燈的相應調(diào)光操作。
[0007]然而，以上所提到的相切調(diào)光器的開關行為在操作電壓中導致噪聲，但也由于通常采用的電子變壓器中的開關操作所導致。該噪聲通常由于LED燈使用明顯低于常規(guī)燈的功率的事實而增加，從而調(diào)光器的負載不足或者低壓系統(tǒng)中的調(diào)光器-變壓器組合可能導致調(diào)光器的輸出稍顯不穩(wěn)定。
[0008]因此，當使用操作電壓來設置LED燈中的LED的電流時，所包括的噪聲可能導致輸出光線中可被人眼所看到的明顯閃爍。特別是在0.1-1OOHz的頻率范圍中，有時甚至〈1%的光線輸出變化也能夠被人眼所注意到并且因此被認為是令人不適的。
[0009]因此，本發(fā)明的目標是提供一種用于對至少一個LED的亮度進行有所改進的控制而提供基本上無閃爍的照明輸出的電路裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]該目標通過根據(jù)權利要求1的一種用于控制至少一個LED單元的亮度的電路，根據(jù)權利要求13的LED燈，根據(jù)權利要求14的照明系統(tǒng)以及根據(jù)權利要求15的控制至少一個LED單元的亮度的方法而實現(xiàn)。另外的從屬權利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施例。[0011]本發(fā)明的基本思想是提供一種信號處理器，其被配置為在噪聲抑制模式和調(diào)光模式中從相切操作電壓為LED單元提供調(diào)光信號。該調(diào)光信號可以作為電流設置點信號被提供至LED驅(qū)動器。
[0012]本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn)，噪聲抑制(即使用低通濾波器)通常導致了明顯相移或時間滯后，從而在用戶操作的情況下，即相對應電源的相切調(diào)光器的調(diào)光/亮度設置的變化的情況下，LED的亮度僅緩慢遵循變化的調(diào)光設置。在某些應用中，這可能是無法接受的。因此，本發(fā)明提出了在所述噪聲抑制模式和所述調(diào)光模式中對所述信號處理器進行操作，以便在一方面允許LED亮度在用戶操作即用戶對相切調(diào)光器的調(diào)光/亮度設置進行改變的情況下快速反應，而且另一方面減少所述操作電壓中所包括的噪聲。所述信號處理器的模式依據(jù)所述操作電壓的變化進行設置，該操作電壓已經(jīng)意外被發(fā)現(xiàn)是所述用戶操作的指
/Jn ο
[0013]本發(fā)明因此有利地允許LED單元有所改進的調(diào)光操作，同時提供了基本上無閃爍的光輸出。
[0014]本發(fā)明用于對所述至少一個LED單元的亮度進行控制的電路裝置包括用于從電源接收相切操作電壓的輸入。該信號處理器與所述輸入相連接并且適于從所述相切操作電壓為所述至少一個LED單元提供所述調(diào)光信號。該信號處理器被配置為至少在所述噪聲抑制模式和所述調(diào)光模式中進行操作。此外，本發(fā)明的電路包括控制設備，其與所述信號處理器相連接并且被配置為依據(jù)所述操作電壓的變化而設置所述信號處理器的模式。
[0015]如以上所討論的，本發(fā)明的電路包括至少一個用于從諸如低壓電源的電源接收相切操作電壓的輸入。該輸入可以為適當任意類型以允許到電源的持久或可拆除連接，并且例如包括兩個電氣端子，諸如連接針腳、焊盤或任意其它連接器或插頭以允許至少操作期間的相對應電氣連接。該輸入顯然可以包括另外的部件或電路。例如，該輸入例如可以包括整流器以便向信號處理器提供單極相切操作電壓。相對應的整流器例如是全波形橋接整流器。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，該輸入適于從電源接收所述相切操作電壓，該操作電壓基本上是正弦電壓，其中每個波形(或通常的每半個波形)的一部分被截除或切除。在具有電子變壓器的低壓電源的情況下，該電壓可以包括高頻振蕩。這里，相切正弦波可以形成所述高頻振蕩的包絡。
[0017]雖然本文中的相切電源通常包括“調(diào)光器”，例如相切調(diào)光器，但是就波形(或者分別地包絡)的一部分被截除的意義而言其有時也被稱之為“相位觸發(fā)(firing)激活控制器”，并且可以采用本領域中所使用的任何相切技術。
[0018]相對應類型的相切調(diào)光器適于通過在交變電壓的每半個周期中的給定時間內(nèi)關閉到負載的供電而減少電壓的RMS數(shù)值并且因此減小傳輸至燈的功率，其中“開”和“關”時間的時間比(timing ratio)對應于用戶所設置的調(diào)光水平。因此，所述相切操作電壓固有地包括對應于用戶的調(diào)光或亮度設置的調(diào)光信息。
[0019]該電源例如可以為AC市電類型或低壓類型，其包括例如磁的或電子變壓器之類的電器件。然而，在每種情況下，都存在用于相切操作的設備。
[0020]操作電壓一般對應于例如正弦電壓的交變電壓，諸如來自IlOV或220V市電連接的AC電壓。然而，優(yōu)選的是，操作電壓是安全低壓，即等于或小于42V，最為優(yōu)選地等于或小于25V或14V。電源因此可以對應于低壓電源。
[0021]如以上所討論的，該信號處理器例如通過直接的或通過諸如以下所討論的濾波器的中間部件的適當電連接而與所述輸入相連接。該信號處理器進一步適于從所述相切操作電壓為所述至少一個LED單元提供調(diào)光信號。該信號處理器因此例如可以使用適當?shù)某志没蚩刹鸪娺B接而與輸出相連接以便與所述至少一個LED單元相連接。在這種情況下的輸出可以包括至少一個相對應的電端子，諸如連接針腳、焊盤或任意其它適當連接器或插頭以至少在操作期間允許電連接。
[0022]該LED單元可以為任意適當類型并且包括至少一個發(fā)光二極管(LED)，在本發(fā)明的方面，該LED可以為任意類型的固態(tài)光源，諸如無機LED、有機LED或例如激光二極管的固態(tài)激光器。該LED單元顯然可以包括串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多于一個的之前所提到的部件。對于一般照明應用而言，LED單元優(yōu)選地可以為具有0.1-1w的標稱功耗的中等功率LED單元。最為優(yōu)選地，LED單元是高功率LED，即具有大于Iw的標稱功耗，即在非調(diào)光狀態(tài)下，本發(fā)明的電路對于其是特別有利的。該LED單元顯然可以包括例如驅(qū)動器單元的另外的電路，以便根據(jù)所述信號處理器的調(diào)光信號對通過相應LED的電流進行設置。
[0023]如以上所討論的，根據(jù)本發(fā)明的信號處理器被配置為從所述操作電壓提供調(diào)光信號并且進一步至少以所述噪聲抑制模式和所述調(diào)光模式進行操作。該信號處理器可以為任意適當類型以允許以上操作并且可以使用模擬和/或數(shù)字設置來實施。該信號處理器例如可以包括離散或集成電路、微控制器和/或計算設備。該信號處理器可以另外包括適當編程以提供以上功能。
[0024]該調(diào)光信號可以為任意適當類型以允許設置所述LED單元的亮度。優(yōu)選地，所述調(diào)光信號的電壓振幅對應于相應調(diào)光設置。術語“對應于”包括調(diào)光設置和調(diào)光信號之間的線性/非線性比例因數(shù)。調(diào)光信號可以由所述信號處理器根據(jù)預定處理而從所述操作電壓生成。在所述噪聲抑制模式中，該信號處理器可以提供操作電壓的濾波，從而與所述操作電壓相比，所述操作電壓中出現(xiàn)的噪聲或脈動得以從所述調(diào)光信號中去除或者至少基本上減少。
[0025]在本發(fā)明的上下文中，參考操作電壓的術語“噪聲”或“噪聲信號”是指操作電壓的隨機和/或周期性振幅波動或脈動，如以上所討論的，其通常由所述電源的開關操作所導致并且會在所述LED單元的光輸出中導致閃爍。特別地，本文中的噪聲可以是指0.0lHz至數(shù)MHz頻率范圍內(nèi)的隨機波動。
[0026]在對操作電壓進行處理以生成所述調(diào)光信號時，處于所述調(diào)光模式的所述信號處理器的操作不同于處于噪聲抑制模式中的操作。例如，處于所述調(diào)光模式的信號處理器可以被配置為具有減少的相移或時間常數(shù)/滯后，而使得調(diào)光信號快速“遵循”例如由用戶進行的相切調(diào)光器的調(diào)光設置的變化所導致的所述操作電壓的變化。優(yōu)選地，所述調(diào)光模式中的相移低于所述噪聲抑制模式中的相移。因此，該信號處理器也可以被稱作可控濾波器設備。當然，該信號處理器可以配置為以以上所提到的兩種模式以外的更多模式進行操作。
[0027]如以上所討論的，根據(jù)本發(fā)明的所述信號處理器的模式由控制設備進行設置。該控制設備因此與信號處理器有線或無線連接并且被配置為依據(jù)所述操作電壓的變化，即給定時間間隔中所述相切操作電壓的RMS振幅數(shù)值的變化，來控制所述信號處理器的模式，如以上所討論的，本發(fā)明人已經(jīng)意外發(fā)現(xiàn)了操作電壓的變化是所述用戶操作的指示。當用戶改變相切調(diào)光器的調(diào)光設置時，操作電壓出現(xiàn)相對高的變化。優(yōu)選地，控制設備因此被配置為在確定了所述操作電壓的高度變化的情況下將信號處理器的模式設置為調(diào)光模式。
[0028]有利地，該調(diào)光信號隨后“遵循”或?qū)诮?jīng)改變的調(diào)光設置而并沒有大幅時間滯后，從而LED單元的亮度在用戶操作之后快速變化，因此提供了透明控制以及由此有所提升的用戶體驗。
[0029]控制設備可以為任意適當類型以允許確定操作電壓的所述變化并且依據(jù)所確定的變化而控制該信號處理器。該控制器設備可以被形成為單獨的電路或部件，或者可以與本發(fā)明電路的另外部件進行集成。優(yōu)選地，該控制設備與所述信號處理器整體形成。為了確定所述操作電壓的變化，該控制設備可以與輸入、信號處理器和/或輸出適當連接，即用于接收對應于操作電壓和/或調(diào)光信號的信號。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的研發(fā)，該控制設備進一步被配置為在所述操作電壓的變化高于預定閾值的情況下將該信號處理器設置為所述調(diào)光模式。
[0031]該研發(fā)有利地提供了，在確定了所述操作電壓相對高的變化的情況下，諸如在用戶操作的情況下，即通過控制所述電源的相切調(diào)光器使得調(diào)光設置有所變化，所述信號處理器被設置為調(diào)光模式。當確定沒有用戶操作時，即在所述操作電壓的變化等于或低于所述預定閾值的情況下，該控制設備優(yōu)選地將所述信號處理器設置為所述噪聲抑制模式以有效地過濾所述操作電壓中所包括的噪聲。
[0032]該閾值可以依據(jù)相應應用特別是依據(jù)所使用的相應電源的典型噪聲振幅進行選擇。優(yōu)選地，該閾值可以小于1.5V ;最為優(yōu)選地小于IV。
[0033]根據(jù)本發(fā)明進一步的研發(fā)，該控制設備被配置為通過將操作電壓與參考信號相比較來確定所述變化。該參考信號可以為任意適當類型以允許與操作電壓進行比較。優(yōu)選地，該控制設備被配置為將操作電壓的振幅或RMS振幅數(shù)值與參考信號的振幅或RMS振幅數(shù)值相比較。
[0034]最為優(yōu)選地，該參考信號對應于調(diào)光信號。根據(jù)本實施例，操作電壓即信號處理器的輸入信號相對應地與其輸出信號即調(diào)光信號進行比較。
[0035]本實施例是基于以下認識，即在操作電壓突然變化的情況下，在操作電壓和調(diào)光信號之間可能出現(xiàn)電壓，從而所述操作電壓的變化例如能夠由相對應電壓的量度來確定。該實施例因此允許可靠地確定所述操作電壓的所述變化同時允許控制設備簡單且成本有效的設置。
[0036]為了進一步改善至少一個LED單元的光輸出，優(yōu)選地，第一低通濾波器連接至所述輸入和所述信號處理器之間，即用于從所述相切操作電壓提供預濾波的操作電壓。本實施例提供了，在操作電壓被信號處理器進一步處理以獲得所述調(diào)光信號之前對其進行預濾波。該信號處理器因此與所述濾波器相連接而使得從預濾波操作電壓提供所述調(diào)光信號。該實施例有利地提供了，相切操作電壓中所包括的噪聲的實質(zhì)性部分，例如之前所提到的電子變壓器的高頻振蕩，在信號處理器的進一步處理之前被過濾掉，這提升了所述信號處理器的操作并且因此提升了整體電路的操作。
[0037]該低通濾波器可以是任意適當類型，例如RC低通濾波器電路。所述第一低通濾波器設備的截止頻率可以依據(jù)應用進行選擇；優(yōu)選地，所述第一低通濾波器的截止頻率處于IHz和20Hz之間。最為優(yōu)選地，該介質(zhì)頻率處于IOHz和20Hz之間。[0038]根據(jù)本發(fā)明另外的優(yōu)選實施例，該信號處理器包括第二低通濾波器以從所述操作電壓提供所述調(diào)光信號。該第二低通濾波器利用第一截止頻率在所述噪聲抑制模式進行操作并且利用第二截止頻率在所述調(diào)光模式進行操作，其中該第一截止頻率低于所述第二截止頻率。該實施例因此以可控的截止頻率提供了所述操作電壓的低通濾波。
[0039]所提到的所述噪聲抑制模式中相對低的第一截止頻率有利地提供了，甚至例如
0.l-5Hz范圍內(nèi)的低頻噪聲也得以被削弱而使得所述至少一個LED單元在操作期間的閃爍有所減少。所述調(diào)光模式中相對高的第二截止頻率則允許調(diào)光信號立刻與用戶操作相對應，這是因為提高的截止頻率通常導致相應的低通濾波器的減少的相移或時間滯后。該實施例因此允許所述至少一個LED單元的亮度在用戶操作時立刻“遵循”所述調(diào)光信息，而同時還提供了實質(zhì)性降低的低頻噪聲。
[0040]如以上所描述的第二低通濾波器與以上預濾波即第一低通濾波器相結(jié)合是特別有利的。然而，本發(fā)明顯然可以根據(jù)實施例而僅使用以上所提到的所述信號處理器的第二低通濾波器進行操作，而并不提供預濾波，即沒有所述第一低通濾波器。
[0041 ] 該第一和第二截止頻率可以根據(jù)應用并且對應于所使用的相應電源進行選擇。第一截止頻率應當盡可能低。優(yōu)選地，第一截止頻率為0.1Hz或更低。第二截止頻率可以由所需的調(diào)光器響應速度進行選擇，其中如以上所提到的，更高的截止頻率導致減小的時間滯后。優(yōu)選地，第二截止頻率等于或高于20Hz。在存在之前所提到的第一低通濾波器的情況下，第二截止頻率最為優(yōu)選地高于所述第一低通濾波器的截止頻率，這將使得第二低通濾波器無活動(inactive)。
[0042]優(yōu)選地，第一截止頻率對應于不足第二截止頻率的1/5，即第二截止頻率優(yōu)選地至少比所述第一截止頻率大五倍。該第二低通濾波器設備可以為任意適當類型以允許以上操作，然而優(yōu)選地，第二低通濾波器是RC低通濾波器電路，例如包括至少一個電阻和電容路徑以提供該信號處理器的成本有效的設置。該電阻和電容路徑可以分別包括電阻和電容元件，它們可以作為離散部件或集成電路來提供。
[0043]最為優(yōu)選地，該控制設備包括可開關控制電路。該控制電路并聯(lián)于所述RC濾波器電路的所述電阻路徑進行連接。該控制電路提供了可開關的交變電流路徑以允許控制所述RC濾波器電路的截止頻率。由于RC濾波器電路的截止頻率fc由
【權利要求】
1.一種用于控制至少一個LED單元(2)的亮度的電路裝置，包括 輸入(8)，其用于從電源(4)接收相切操作電壓， 信號處理器(14，14’)，與所述輸入(8)相連接并且適配成從所述操作電壓為所述至少一個LED單元(2)提供調(diào)光信號(12)，所述信號處理器(14，14’ )被配置為至少以噪聲抑制模式(30)和調(diào)光模式(31)進行操作；和 控制設備(15，15’)，其與所述信號處理器(14，14’ )相連接并且被配置為依據(jù)所述操作電壓的變化而設置所述信號處理器(14，14’ )的模式。
2.根據(jù)權利要求1的用于控制至少一個LED單元(2)的電路裝置，其中所述控制設備(15，15’ )進一步被配置為在所述操作電壓的變化高于預定義閾值的情況下將所述信號處理器(14，14’ )設置為所述調(diào)光模式(31)。
3.根據(jù)之前權利要求之一的用于控制至少一個LED單元(2)的電路裝置，其中所述控制設備(15，15’ )進一步適配成通過將所述操作電壓與參考信號進行比較來確定所述變化。
4.根據(jù)權利要求3的電路裝置，其中所述參考信號對應于所述調(diào)光信號(12)。
5.根據(jù)之前權利要求之一的電路裝置，其中第一低通濾波器(13)連接在所述輸入(8)和所述信號處理器(14，14’ )之間。
6.根據(jù)之前權利要求之一的電 路裝置，其中 所述信號處理器(14，14’ )包括第二低通濾波器以從所述操作電壓提供所述調(diào)光信號(12)，并且 其中所述第二低通濾波器利用第一截止頻率在所述噪聲抑制模式(30)中進行操作，并且利用第二截止頻率在所述調(diào)光模式(31)中進行操作，所述第一截止頻率低于所述第二截止頻率。
7.根據(jù)權利要求6的電路裝置，其中所述第二低通濾波器是RC低通濾波器電路，其至少包括電阻路徑(21)和電容路徑(19)，并且其中所述控制設備(15，15’)包括可開關控制電路(23)，所述控制電路(23)與所述濾波器電路的所述電阻路徑(21)并聯(lián)布置以控制所述RC濾波器電路的截止頻率。
8.根據(jù)權利要求3的電路裝置，其中所述控制設備(15，15’)包括延遲單元(64)，其適配成接收所述操作電壓并且提供對應于具有預定義延遲時間的所述操作電壓的所述參考信號。
9.根據(jù)之前權利要求之一的電路裝置，其中所述信號處理器(14，14’)包括采樣電路(62)，其在激活時適配成對所述調(diào)光信號(14)的振幅進行采樣，從而使得所述調(diào)光信號(14)對應于所述采樣的振幅直至所述采樣電路(62)被去激活。
10.根據(jù)權利要求9的電路裝置，其中所述信號處理器(14，14’)被配置為使得所述采樣電路(62)在所述噪聲抑制模式(30)中被激活。
11.根據(jù)權利要求9或10之一的電路裝置，其中所述信號處理器(14，14’)被配置為使得所述采樣電路(62)在所述調(diào)光模式(31)中被去激活。
12.根據(jù)之前權利要求之一的電路裝置，進一步包括驅(qū)動器單元(9)，其與所述輸入(8)相連接并且適配成提供操作電流以對至少一個LED單元(2)進行設置，其中所述驅(qū)動器單元(9)進一步與所述信號處理器(14，14’)相連接以設置對應于所述調(diào)光信號(12)的操作電流。
13.—種LED燈，至少包括根據(jù)之前權利要求之一的電路裝置(3，3，)以及與所述電路裝置(3，3’ )相連接的一個或多個LED單元(2)。
14.一種照明系統(tǒng)，包括適配成提供相切操作電壓的電源(4)以及連接至所述電源(4)的一個或多個根據(jù)權利要求13的LED燈(1，1，)。
15.一種利用電路裝置(3，3’ )控制至少一個LED單元的亮度的方法，所述電路裝置(3，3’ )包括用于從電源(4)接收相切操作電壓的輸入(8)，和與所述輸入(8)相連接并且適配成至少在噪聲抑制模式(30)和調(diào)光模式(31)中從所述操作電壓提供調(diào)光信號(12)的信號處理器(14，14’)，其中所述信號處理器(14，14’ )的模式依據(jù)所述操作電壓的變化進行設置。`
【文檔編號】H05B33/08GK103782656SQ201280043821
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年8月29日 優(yōu)先權日:2011年9月8日
【發(fā)明者】D·J·A·克萊森斯, J·范波默林, J·W·歐布雷布斯凱, 王毅, P·L·Z·韋爾, S·艾茲米特 申請人:皇家飛利浦有限公司