光色可调性 【技术领域】
本专利申请涉及使用驱动电压对发光装置的光色点的可调性。背景技术 现有的调光器使用普通的电力线通过切断相位将调光信息提供给光源。 这些所谓 的切相 (phase cut) 调光器可用于对现有的卤素或白炽灯泡进行调光， 将来也可用于对基 于 LED 的光源进行调光。随着在一般照明中 LEDs 的使用的提高， 需要也对 LED 光源发出的 光的色点、 颜色本身和 / 或色温进行调节。例如在 US5,803,579 中公开了一种可调的 LED 光源， 其中可以调节 LED 光源的色温。所提出的解决方案使用总电力线将色温信息从用户 接口 ( 即， 开关或调光器 ) 通信至 LED。为传送该信息， 根据专用协议将数字信息调制到电 力线上。 此外， 通信是串行通信， 其中以串行方式通过电力线将信息从控制点 ( 即， 灯开关 ) 发送至灯泡。
现有解决方案具有的缺点是， 数字通信要求为每个灯配置变光开关， 以获知其是 否被处理。此外， 专用的灯驱动器将不能与普通的切相调光器一起工作。因此， 要求灯和调 光器需要被同时更换。此外， 被连续控制的 LED 光源将不能与现有的调光器一起工作。
因此， 需要一种兼容的解决方案来设置发光装置的色点。 还需要提供以下可能性 ： 提供对光强的调光， 同时还使用普通驱动电压 ( 即， 电力线 ) 来设置色点信息。
发明内容 为提供这样的解决方案， 本申请提供了一种部件， 包括 ： 输入端， 用于接收来自电 源的输入功率的 ； 输出端， 用于提供用于驱动发光装置的电压 ； 以及幅度控制装置， 用于根 据光色点信息来调节驱动电压的幅度。
已发现， 驱动电压通常具有正弦波形， 例如谐波， 这种波形的幅度可用于传输色点 信息。色点信息可被理解为颜色本身 ( 例如 RGB， YUV)、 颜色空间坐标和 / 或发光装置的色 温。幅度可被理解为在波形的正半波或负半波或两者内波形的最大电压。已发现， 可以通 过调节驱动电压的幅度在现有的基础设施上传输色点信息。 这可以允许在驱动电压内将色 点信息发送至发光装置。灯将与任何种类的切相调光器一起工作。灯可以是 LED 灯。切相 调光器可以基于三端双向可控硅开关和晶体管。在不可能设置色点的情况下， 公知的调光 器将仍然与发光装置一起工作。
为允许设置色点和光强两者， 实施例提供了相位控制装置， 所述相位控制装置用 于根据光强信息来调节驱动电压的相位。因此， 部件使得允许设置连接至普通电源的发光 装置 ( 即， LED) 的色点和光强两者。然而， 还可以以数字方式从用户接口向发光装置发送 光强信息并且经由切相信息来发送光强信息。与切相信息相比， 这可以提供更好的分辨率 和减小的噪声敏感度。
幅度控制装置可以根据色点信息来调节驱动电压的正半波幅度和 / 或负半波幅 度。例如， 可以根据色点信息仅调节正半波幅度， 而使负半波的幅度保持不变。也可以仅改
变负半波的幅度或改变正半波幅度和负半波幅度两者。
根据实施例， 可以通过减小半波幅度来实现半波幅度的调节。 幅度可被少量减小。 然而， 在发光装置或发光装置的驱动器中可以检测到幅度的减小， 当检测到幅度减小时驱 动器可以相应地设置色点。
例如， 实施例提供了使用驱动电压的正半波幅度与负半波幅度之差来传输色点信 息。 根据实施例， 幅度控制装置可调节驱动电压的幅度， 使得驱动电压的高电平的绝对值与 低电平的绝对值之差依据色点信息。 驱动电压的两个半波的幅度之间的即使是小的差值也 可用于将色点信息发送至灯， 驱动电压的两个半波可以是正弦波的正半波和负半波。
实施例提供了幅度控制装置， 使得幅度控制装置调节驱动电压的幅度， 使得正半 波幅度与负半波幅度之差依据色点信息。
可能有必要在时间上平衡在正半波和负半波期间从照明设备汲取的功率。 一些国 家要求这样的规则。 为提供这种在汲取的功率之间的平衡， 实施例提供了幅度控制装置， 幅 度控制装置使驱动电压的用于调节 ( 即， 减小或增加 ) 幅度的半波交替。也可以在一个周 期内均等地使两个半波都交替， 并检测连续周期之间的幅度变化。
为了提供足够的功率以驱动发光装置同时仍然使得可以传输色点信息， 实施例提 供了幅度控制装置， 使得驱动电压的至少一个半波的幅度的减小在每个半波的最大幅度的 1％和 10％之间。 色点信息可以是数字信息。为传输该数字信息， 幅度控制装置可以调制数字信息 以将发光装置的光色点信息设置到驱动电压的幅度上。
除设置发光装置的色点外， 还可实现对光强进行调光。 根据实施例， 可以利用相位 控制装置来提供该操作。 相位控制装置可根据光强信息来提供对驱动电压的至少一个半波 的相位的调制。
例如， 相位控制装置可通过切断在输出电压的至少一个半波内的信号来提供对驱 动电压的至少一个半波的相位的调制。 可以通过切断半波的一部分并在切断点将电压降低 至大约 0 伏特来提供对输出电压的至少一个半波内的信号的切断。在半周期结束时， 驱动 电压的另外的半波可照常被应用。 也可以在半波的任何时间段内切断一个半波或将两个半 波都切断。切断时间段的长度可以用于设置光强。切相调光器可以有两种类型 ： 前沿和后 沿调光器。前沿调光器可在半周期开始时切断相位， 后沿调光器可以在半周期结束时切断 相位。
为设置色点以及光强， 实施例提供了输入装置， 输入装置用于接收此信息的用户 输入。例如， 输入装置可以是钮 ( 例如按钮 )。例如， 可以在选择色点和光强之间交替地使 用电位器。 根据另一个实施例， 可以将两个电位器用作输入装置， 其中一个电位器可以用于 设置色点， 另一个电位器可以用于设置光强。另一个输入装置可以是具有 5 个按钮的面板。 一对按钮可以用于上下选择色点， 另一对按钮可以用于选择强度， 剩下的一个按钮可以用 于开 / 关。然而， 其他用户接口也是可能的。用在用户接口中的电位器可以是例如光学电 位器。光学旋转器件可以使用 LED、 光电二极管和 / 或在旋转按钮下面的孔。
根据实施例， 部件还可以包括 ： 存储装置， 用于存储可以用来设置幅度和 / 或相位 的用户输入光强信息和 / 或用户输入色点信息。
根据本申请的另一方面， 提供了一种部件， 包括 ： 驱动器， 用于驱动发光装置 ； 输
入， 用于接收用于驱动发光装置的驱动电压 ； 以及幅度确定装置， 用于确定驱动电压的幅度 并设置驱动器以相应地设置发光装置的色点。 用于驱动发光装置的驱动器可以被调节为驱 动 LED。 然而， 用于驱动发光装置的驱动器也可以是用于驱动卤素灯的电路或适于驱动发光 装置的任何其他电路。例如， 驱动电压可以是具有正弦波或任何其他种类谐波的正弦驱动 电压。驱动电压也可以是整流波形的形式以及脉冲 DC 电压的形式。幅度确定装置可被布 置为确定先前经过幅度控制装置调节的驱动电压的幅度。 通过确定幅度， 可以设置驱动器， 使得驱动器根据幅度内的信息来设置发光装置的光色点。 幅度确定装置可以是适于确定幅 度 ( 即， 在正半波和负半波之间 ) 的变化， 幅度的变化可被映射到色点信息上以相应地设置 驱动器。
根据实施例， 部件还可以包括 ： 相位确定装置， 用于确定驱动电压的相位并设置驱 动器以相应地设置发光装置的光强。相位确定装置可被布置为检测半波内的相位切断。该 相位切断可以是适于确定光强。
根据实施例， 幅度确定装置可以确定驱动电压的正半波的幅度和 / 或负半波的幅 度。正半波或负半波或两者均可在幅度上有所变化以传输色点信息。
幅度确定装置可被布置为确定驱动电压的正半波幅度或负半波幅度中至少一个 的减小。也可以确定至少一个半波的增大。此外， 还可以确定一个半波相对于另一半波的 减小或增小的绝对值。
根据实施例， 幅度确定装置可以确定驱动电压的高电平的绝对值与低电平的绝对值之差。 根据另外的实施例， 幅度确定装置确定驱动电压的正半波幅度与负半波幅度之 差。正半波幅度与负半波幅度之差可被解释为色点的变化， 色点的变化可以用于相应地设 置驱动器。
为了设置发光装置的光强， 驱动器需要知道光强信息。实施例提供了相位确定装 置， 相位确定装置确定驱动电压的至少一个半波的相位。确定相位不应仅被理解为确定来 自驱动信号的时间信息， 还应被理解为确定驱动信号中的切断相位。
为此， 实施例提供了相位确定装置， 相位确定装置确定输出电压的至少一个半波 的切断相位。确定切断相位可被理解为确定在其间正半波或负半波被切断的时间段。确定 切断相位也可被理解为确定在其间正半波和 / 或负半波偏离预期的斜率 ( 例如是 0 伏特， 而预期为不同于 0 伏特 ) 的时间段。
为设置色点， 发光装置可包括不同颜色的 LED。例如， 发光装置可以包括至少一个 暖白色 LED 和一个冷白色 LED。对发光装置中暖白色和冷白色 LED 的组合的选择可以确定 色温。也可以在发光装置中使用琥珀色和白色 LED 的组合， 其中可以根据色点信息选择性 地激活琥珀色和白色 LED。此外， 可以使用具有至少三个 LED 的发光装置， 其中每个 LED 表 示不同的颜色， 例如 RGB。选择这些 LED 中的任何两个可以允许调节不同的颜色。可以在发 光装置中使用由多个有色 LED 组成的阵列， 其中色点信息确定哪一个或哪一组 LED 是激活 的以及哪一个或哪一组 LED 是去激活的， 以便设置色点。
驱动电压可以被噪声干扰。为了抑制噪声， 即， 不允许噪声设置色点 ( 即， 噪声可 以改变半波的幅度 )， 实施例提供了滞后以确定驱动电压的幅度。滞后可抑制电源电压噪 声。然而， 滞后可以延长部件的反应时间。
为了在实际设置色点时减小反应时间， 实施例提供了自适应滞后。滞后带可以当 色点没有变化时较大， 而当 ( 即， 通过幅度的变化 ) 检测到色点变化时滞后带可以减小， 以 便更快地允许色点的变化。
此外， 为了抑制驱动电压中的噪声， 实施例提供了将低通滤波器应用到驱动电压 上。
本申请的另一方面是一种集成电路， 该集成电路具有前述部件以调节驱动电压以 及设置驱动器。
本申请的另一方面是一种具有前述部件和发光装置的系统。
本申请的另一方面涉及一种方法， 包括 ： 接收来自电源的输入功率， 输出用于驱动 发光装置的驱动电压， 以及根据色点信息来调节驱动电压的幅度。
本申请的另一方面是一种方法， 包括 ： 接收用于驱动发光装置的驱动电压， 以及确 定驱动电压的幅度并相应地驱动发光装置的色点。
本申请的另一方面是一种方法， 包括 ： 接收来自电源的输入功率， 提供用于驱动发 光装置的驱动电压， 根据光色点信息来调节驱动电压的幅度， 接收用于驱动发光装置的驱 动电压， 以及确定驱动电压的幅度并相应地驱动发光装置的光色点。 本申请的另一方面是一种计算机程序， 包括用于使处理器将上述系统配置为执行 以下操作的指令 ： 接收来自电源的输入功率， 提供用于驱动发光装置的驱动电压， 以及根据 光色点信息来调节驱动电压的幅度。
本申请的另一方面是一种计算机程序， 包括用于使处理器将上述系统配置为执行 以下操作的指令 ： 接收用于驱动发光装置的驱动电压， 以及确定驱动电压的幅度并相应地 驱动发光装置的光色点。
参考以下附图， 本申请的以上方面和其他方面将显而易见并且得以阐明。附图中 示出了 ：
附图说明
图 1 示出了根据本申请的系统的框图 ；
图 2 示出了用于根据色点信息来调节驱动电压的幅度的部件的框图 ；
图 3 示出了用于设置发光装置的驱动器以设置发光装置的色点的部件的框图 ；
图 4 是指示用于提供色点信息和光强信息的信号的波形的图 ；
图 5 是指示色点信息和光强信息的信号的另一个图 ；
图 6 是根据说明书的系统的流程图。 具体实施方式
附图示意性地示出了适于执行根据实施例的方法的部件和系统。应理解， 所有组 件和方法步骤都可以被实现为微处理器和 / 或软件。
图 1 示出了系统 2， 系统 2 用于设置色点信息和光强信息并利用此信息来驱动发光 装置 10。示出了用于接收色点信息和光强信息并相应地驱动发光装置 10 的部件 4。部件 4 具有输出端子 6 和输入端子 8。输入端子 8 用于接收驱动电压。输出端子 6 用于为发光 装置 10 提供用于驱动发光装置 10 的照明功率。例如， 驱动 LED 需要驱动电流， 驱动白炽灯泡需要驱动电压。部件 4 可以被实现为集成电路或分开的元件。部件 4 可以以硬件和部分 地软件的形式来实现。
图 1 还示出了部件 12。部件 12 被布置为接收输入功率以及向部件 4 提供驱动电 压， 其中驱动电压根据色点信息和光强信息来承载信息。部件 12 具有输出端子 14 和输入 端子 16。输出端子 14 被布置为向部件 4 提供驱动电压。输出端子 14 提供驱动电压， 驱动 电压的幅度依据色点信息， 驱动电压的相位依据光强信息。部件 12 可以被实现为集成电路 或分开的元件。部件 12 可以以硬件和软件来实现。
输入端子 16 连接至电源 18 以接收工作功率。电源 18 可以是 AC 电源， 例如 230 伏特或 110 伏特的电源。
系统 2 被布置为根据色点信息来设置由输出端子 14 输出的驱动电压的幅度， 并根 据光强信息来设置在输出端 14 处输出的驱动电压的相位。此外， 部件 4 使用驱动电压来驱 动发光装置 10。发光装置 10 可以是 LED、 LED 集合、 LED 阵列或适于以不同强度和在不同色 点处产生光的任何其他发光装置。
图 2 更详细地示出了部件 4。应注意， 在图 2 的部件 4 中提供的电去耦合是实现部 件 4 的一个可能选择。也可以为部件 4 提供至少一个直接降压转换器。在这种情况下， 端 子 6 和 8 之间没有电隔离。请注意， 图 2 中示出的实现方式是多种可能示例之一。
示出了输入端子 8 和输出端子 6。图 2 中还示出了布置 38， 布置 38 可以构成部件 4 的一部分， 也可以与部件 4 分开。图 2 中还示出了包括多个 LED 10a、 10b、 10c 的发光装置 10。
部件 4 包括幅度确定装置 20、 相位确定装置 22 和驱动器 24。
经由输入端 8 在部件 4 内接收驱动电压。幅度确定装置 20 确定驱动电压的幅度。 相位确定装置 22 确定驱动电压的相位。所确定的幅度和相位被提供给驱动器 24。
驱动器 24 由控制器 24a、 变压器 24b 和功率管理单元 24c 组成。为设置光强， 需要 调节通过发光装置 10 的功率。这可通过以下操作来完成 ： 利用传感器 28 来感测电路中用 于驱动发光装置 10 的电压和 / 或电流， 并将感测到的电压 / 电流经由光耦合器反馈给控制 器 24a。根据感测到的电压 / 电流， 控制器 24a 可根据从相位确定装置 22 接收到的光强信 息来调节电流向变压器 24b 的施加。这可以通过使用施加到变压器 24b 的一次侧电流的脉 宽调制来实现， 以便调节向发光装置 10 供给的电路的二次侧电压和电流。
还可以通过经由光耦合器向功率管理单元 24c 馈送光强信息来设置光强。当接收 光强信息时， 功率管理单元 24c 可以控制开关 42 以切换施加到发光装置 10 的电压。
为了控制发光装置的色点， 控制器 24a 可以向功率管理单元 24c 馈送光色点信息。 根据色点信息， 功率管理单元 24c 可以接通和断开开关 40。通过接通和断开开关 40， 可以 接通 / 断开 LED 10c。例如， 当 LED10a、 10b 是具有琥珀色的 LED 且 LED 10c 具有冷白色时， 闭合开关 40 会导致发光装置 10 发出较暖的光， 这是因为 LED 10c 被开关 40 短路从而不发 光。当开关 40 打开时， 除 LEDs 10a、 10b 外， LED 10c 也发光， 发光装置 10 发出的总体的光 较冷， 即， 具有较高的色温。 开关 40 可以被布置为多个开关以接通和断开 LED 10a、 10b、 10c 中的任何 LED。例如， 当 LED 10a 具有红色、 LED 10b 具有绿色且 LED 10c 具有蓝色时， 切换 这些 LED 的任何组合使得可以提供任何颜色的光， 这可以根据从控制器 24a 接收到的的光 色点信息经由功率管理单元 24a 来设置。为了在部件 38 内整流， 提供了二极管 34。二极管34 对部件 38 的电流进行整流， 并且防止 LED 10a、 10b、 10c 被反向偏置。
为了减小布置 38 中的电流中的噪声， 提供了电容器 36。电容器 36 可以用作低通 滤波器。
图 3 示出了部件 12。部件 12 可以包括输入面板 44、 幅度控制装置 48 和相位控制 装置 50。输入面板 44 可以包括多个用户按钮 46。例如， 两个按钮的集合 46 可以用于调节 色点。为了调节色点， 幅度控制装置 48 控制驱动电压的幅度。作为另一示例， 两个其他用 户按钮的集合 46 可以用于设置光强。可以将该信息馈送至相位控制装置 50， 相位控制装 置 50 调节在输出端子 14 处输出的驱动电压的相位。另外的按钮 46 可以用于接通和断开 在输出端子 14 处提供的驱动电压。
图 4 和图 5 中还示出了利用幅度控制装置 48 和相位控制装置 50 对幅度和相位的 调节。
图 4 示出了在一个周期 56 期间在端子 14 上提供的电压的可能布置 52。正半波 的持续时间是 0.01 秒， 负半波的持续时间也是 0.01 秒， 因此周期 56 是 0.02 秒， 即， 频率为 50Hz。可以看出， 正半波的幅度 60 是大约 325 伏特， 负半波的幅度 62 是大约 180 伏特。可 以在幅度 60、 62 内编码色点信息。 例如， 幅度 60 与幅度 62 之差可以用于编码色点信息。 也 可以以幅度 60 和幅度 62 的两个值来编码色点信息。因此可以使用幅度 60、 62 来传输驱动 电压内的色点信息。 为设置光强， 驱动电压的布置 52 示出了相位切断特性。可以看出， 正半波在时间 58 期间被切断， 负半波在时间 58 期间被切断。两个半波被切去其周期的大约 1/3。时间 58 中的相位切断提供了驱动电压内的光强信息。
幅度控制装置 48 设置幅度 60、 62， 以便在驱动电压内传输色点信息。相位控制装 置 50 调节驱动电压的正半波和负半波中的相位切断 58， 从而提供光强信息。
幅度确定装置确定幅度 60、 62 并允许调节发光装置 10 的色点。相位确定装置 2 确定相位切断时间 58 以便设置发光装置 10 的光强。
应注意， 根据图 5 的布置可能导致部件 4 不能确定哪个是幅度哪个是色点信息。 可 以发送幅度信息两次而发送色点信息一次， 或反之亦可。
例如， 当向部件 4 发送两个信息集合 ( 即， A 和 B) 时， 为了 “理解” 这些信号， 部件 4 需要与所发送的数据同步。如果例如以数字格式交替地发送 A 和 B， 则不同步的接收部分 会交换信息。可以通过如下发送信息来解决这一问题 ： A、 A、 B。
更一般地， 可以利用正弦波的幅度来编码数字信息 ( 零和一 )。同时， 主失真也可 以改变主幅度水平。为了鲁棒地区分 0 和 1， 可以在通信中添加某种错误解码算法。例如 ： 可以向被编码为所发送的信号的相位和幅度的信息引入奇偶校验位或更复杂错误检测和 校正电路 ( 如在 CD 播放器中存在的 )。
也可设置幅度， 其中在每个周期 56 内的正半波和负半波具有相同的幅度， 然而， 两个连续周期示出了不同的幅度。如在图 5 中所示出的， 在第一个周期 56 内， 驱动电压的 布置 54 具有幅度 64。在接下来的周期 56 内， 布置 54 具有比幅度 64 小的幅度 66。可利用 幅度 64 与幅度 66 之差在驱动电压内传输色点信息。
另外， 以数字方式并且利用相位信息来发送幅度 ( 光电平 ) 是有益的。数字形式 可以例如允许附加的分辨率并且针对可能不再使用相位信息的未来产品起到前向兼容性
作用。 图 6 示出了系统 2 的流程图。当通过用户面板 44 接通系统 2 时， 第一步骤 70 中 根据通过用户按钮 46 的用户选择来调节施加到输入端子 8 的电源 ( 电源电压 )。首先， 确 定 72 色点的用户选择。所确定的色点信息用于控制 74 幅度控制装置 50。此外， 确定 76 与 期望光强相对应的用户输入， 并且调节 78 相位控制装置 50。
调节 78 幅度控制装置 48 和相位控制装置 50 会导致在输出端 14 处输出 80 驱动 电压。驱动电压可具有布置 54， 如图 4 和图 5 中所示。根据从用户端子 44 接收到的的色点 信息， 输出电压的幅度 60、 62、 64、 66 变化。根据从输入面板 44 接收到的的光强信息， 调节 对驱动电压的布置 52 和 54 进行相位切断的时间 58。在部件 4 的输入端子 8 处接收调制且 相位切断后的驱动电压 82。幅度确定装置 20 确定 84 驱动电压的幅度。相位确定装置 22 确定 86 驱动电压的相位切断时间 58。根据所确定的幅度和相位， 驱动 88 驱动器 24。
根据色点信息和光强信息驱动 88 驱动器 24 导致在发光装置 10 处输出 90 具有期 望光强和期望光色点的光。因此， 所述方法允许设置色点以及光强。通过调节驱动电压的 幅度并使用对驱动电压的相位切断， 所述方法使得不仅可以操作适于设置光色点的发光装 置， 也可以操作公知的发光装置 10。然而， 将公知的发光装置 10 连接至输出端子 6 可以使 得通过控制器 24a 设置光强并忽略色点信息。使用布置 38 使得除设置光强外还可以根据 用户意愿设置色点。