СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТИЛЬНИКОМ СИД Российский патент 2011 года по МПК H05B33/08 

Настоящее изобретение относится к системе управления для светильника СИД, который включает в себя множество источников света СИД различных цветов для генерации света смешанного цвета. Настоящее изобретение также относится к соответствующему способу управления.

Смешивание светоизлучающих диодов (СИД) множества цветов для получения смешанного цвета является обычным способом генерации белого или цветного света. Генерируемый свет определяется типом использованных СИДов, а также соотношениями смешивания. Однако оптические характеристики СИДов изменяются, когда в процессе работы температура СИДов повышается: вывод светового потока уменьшается, и смещается пиковая длина волны.

Для устранения этой проблемы были предложены различные системы обратной связи для компенсации этих изменений оптических характеристик СИДов в течение работы. Эти системы обратной связи обеспечивают улучшение стабильности цвета источника света СИД. Примеры таких систем обратной связи раскрыты, например, в документах WO03/037042 и WO02/47438. В документе WO03/037042 раскрыта система управления светильником СИД, которая содержит блок обратной связи, генерирующий величины обратной связи, являющиеся показателями фактического света смешанного цвета, производимого светильником СИД. Величины обратной связи получаются из измерений посредством фотодиодов. Эта система, сверх того, содержит контроллер для регулирования СИДов в соответствии с разностью между полученными величинами обратной связи и эталонными или заданными величинами, являющимися показателями желаемого света смешанного цвета. Таким образом, изменения характеристик СИД могут быть компенсированы, чтобы светильник СИД генерировал свет желаемого смешанного цвета.

Однако проблема с вышеупомянутыми системами обратной связи, а также с другими известными системами обратной связи, заключается в том, что в реальном варианте осуществления фотодиоды или другие оптические сенсоры, детектирующие фактический вывод СИДов, будут интегрированы в светильнике СИД. Следовательно, во время работы увеличение температуры происходит не только в СИДах, но и в оптических сенсорах. Когда температура оптических сенсоров увеличивается, спектральная чувствительность сенсоров изменяется вследствие изменения квантовой эффективности сенсора. Это означает, что измерения из сенсоров подвержены воздействию, что влечет за собой значительное изменение цвета светильника СИД. Повышение температуры всего лишь на 60°С может привести к четко заметному изменению цвета вывода светильника СИД.

Целью настоящего изобретения является устранение этой проблемы и предоставление усовершенствованной системы управления для светильника СИД.

Эти и другие цели, которые станут очевидны из следующего описания, достигнуты посредством системы управления для светильника СИД и соответствующего способа согласно прилагаемой формулы изобретения.

Согласно аспекту настоящего изобретения предоставлена система управления для светильника СИД, включающего в себя множество источников света СИД различных цветов для генерации света смешанного цвета, причем система управления содержит средство для управления источниками света СИД в соответствии с разностью между заданными величинами, представляющими желаемый вывод света, и первыми данными управления, предоставляемыми посредством, по меньшей мере, одного оптического сенсора, который чувствителен к свойству света, производимого посредством источников света СИД, и средство для компенсации заданных величин в соответствии со вторыми данными управления, предоставляемыми температурным сенсором, чувствительным к температуре оптического(их) сенсора(ов).

Настоящее изобретение основано на идее, заключающейся в том, что путем предоставления температурного сенсора, который может измерять температуру оптического(их) сенсора(ов), предоставляется возможность учитывать изменения спектральной чувствительности оптических сенсоров (происходящих вследствие температурных изменений) во время управления/регулирования СИДов, посредством чего цветовая стабильность светильника СИД с интегрированными оптическими сенсорами увеличивается, и может генерироваться свет желаемого смешанного цвета. Таким образом, средство компенсации и температурный сенсор формируют упреждающую систему в добавление к существующей системе обратной связи и предоставляют компенсированные заданные величины, которые должны использоваться системой управления. Кроме того, система более стабильна с точки зрения температуры.

Температура оптического(их) сенсора(ов) может быть получена путем измерения температуры радиатора, вмещающего СИДы и оптический(ие) сенсор(ы). В этом случае температурный сенсор предоставляется в соединении с радиатором. Альтернативно, температура может измеряться посредством прямых измерений температуры, таких как определение температуры сенсора с помощью тока утечки диода.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения заданные величины относятся к желаемому выводу смешанного цвета, то есть выводу определенного цвета и силы светового потока, и, по меньшей мере, один оптический сенсор представляет собой сенсор с фильтром. Сенсоры с фильтром могут предоставлять первые данные управления, представляющие фактический генерируемый свет смешанного цвета, причем первые данные управления могут быть сравнены с компенсированными заданными величинами, относящимися к желаемому свету смешанного цвета, чтобы компенсировать, например, смещения длины волны при увеличении температуры СИДов.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения заданные величины относятся к желаемому выводу светового потока, и, по меньшей мере, один оптический сенсор является сенсором без фильтра. Сенсоры без фильтра могут предоставлять первые данные управления, относящиеся к фактическому потоку света, генерируемого источниками света СИД, причем первые данные управления могут быть сравнены с компенсированными заданными величинами, относящимися к желаемому световому потоку, чтобы компенсировать изменения светового потока при увеличении температуры СИДов. Так, источники света СИД, предпочтительно, дополнительно управляются в соответствии со вторыми заданными величинами, представляющими желаемый вывод смешанного цвета.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором заданные величины относятся к желаемому световому потоку вывода светильника СИД, система управления может дополнительно содержать средство для вычисления температуры каждого источника света СИД, причем вычисленные температуры источников света СИД включаются в состав вторых данных управления. Таким образом, заданные величины светового потока могут быть компенсированы как в отношении спектральной чувствительности оптического сенсора, так и в отношении смещений длины волны СИДов. Температура каждого источника света СИД может также использоваться, чтобы компенсировать вторые заданные величины, представляющие желаемый вывод смешанного цвета, чтобы учитывать смещения длины волны при изменении температуры СИДов. Температура каждого источника света СИД может, например, быть вычислена на основании температуры радиатора, тепловой модели источников света СИД и электрического тока, подаваемого в источники света СИД.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставлен способ управления для светильника СИД, включающего в себя СИДы множества цветов для генерации света смешанного цвета, причем способ содержит этапы, на которых управляют источниками света СИД в соответствии с разностью между заданными величинами, представляющими желаемый вывод света, и первыми данными управления, предоставляемыми посредством, по меньшей мере, одного оптического сенсора, который чувствителен к свойству света, производимого источниками света СИД, и компенсируют упомянутые заданные величины в соответствии со вторыми данными управления, предоставляемыми температурным сенсором, чувствительным к температуре оптического(их) сенсора(ов). Этот способ предоставляет преимущества, схожие с преимуществами вышеописанного аспекта настоящего изобретения.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие предпочтительные на данный момент варианты осуществления настоящего изобретения.

Фиг.1 - принципиальная схема, иллюстрирующая систему управления для светильника СИД согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - принципиальная схема, иллюстрирующая систему управления для светильника СИД согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - принципиальная схема, иллюстрирующая систему управления для светильника СИД согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фигурах схожие элементы представлены одинаковыми ссылочными номерами.

Фиг.1 раскрывает систему 10 управления для светильника 12 СИД согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Светильник 12 или осветительная система СИД включает в себя проводы и множество источников света СИД, имеющих различные цвета (не показаны). Осветительная система 12 может, например, содержать один источник света СИД, который включает в себя СИДы, приспособленные для излучения красного цвета, один источник света СИД, который включает в себя СИДы, приспособленные для излучения зеленого света, и один источник света СИД, который включает в себя СИДы, приспособленные для излучения синего света. Осветительная система 12 производит, например, белый свет путем смешивания вывода различных источников света СИД.

В соединении с осветительной системой 12 предоставлены три цветовых сенсора 14, которые приспособлены, чтобы детектировать красный, зеленый и синий свет, соответственно. Цветовые сенсоры 14 могут быть фотодиодами с фильтром. Сенсоры 14 преобразуют свет смешанного цвета, производимый осветительной системой 12, в три величины сенсора или величины обратной связи (первые данные управления), соответствующие красному, зеленому и синему цветам, соответственно. Таким образом, величины обратной связи представляют фактический произведенный свет смешанного цвета.

Система 10 управления светильника СИД, сверх того, содержит интерфейс 16 пользователя и матрицу 18 калибровки. Ввод пользователя, указывающий желаемый вывод светового потока и цвет светильника СИД, принимается через интерфейс 16 пользователя. Ввод пользователя может, например, быть в форме CIE x,y,L, представляющей определенную позицию в цветовом графике CIE 1931. Ввод пользователя направляется в матрицу 18 калибровки, которая вычисляет заданные величины на основании ввода пользователя. Таким образом, эти заданные величины представляют желаемую величину света смешанного цвета.

В добавление, система 10 управления светильника СИД содержит блок 20 для сравнения заданных величин с соответствующими величинами обратной связи (первыми данными управления), снабжаемыми цветовыми сенсорами 14, и ПИД-регуляторы (пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы) 22 для модифицирования вывода различных источников света СИД в осветительной системе 12 на основании разностей, получаемых из блока 20, чтобы произвести свет желаемого смешанного цвета. Вывод ПИД-регуляторов 22, сверх того, умножается на вывод матрицы 18 калибровки, до того как поступить в осветительную систему 12. Таким образом, цветовые сенсоры 14, блок 20 и ПИД-регуляторы 22 формируют часть системы обратной связи в системе 10 управления, которая компенсирует, например, смещения длины волны при увеличении температуры СИДов.

Согласно текущему варианту осуществления настоящего изобретения система 10 управления светильника СИД, сверх того, содержит температурный сенсор 24 и блок 26 компенсации, который имеет целью учитывать изменения спектральной чувствительности оптических сенсоров из-за температурных изменений.

Температурный сенсор 24 приспособлен, чтобы детектировать температуру оптических сенсоров 14. В процессе работы температура, детектированная температурным сенсором 24, то есть текущая температура сенсора (вторые данные управления), снабжается в блок 26 компенсации. Блок 26 компенсации преобразует заданные величины матрицы 18 калибровки (которые действительны только тогда, когда температура сенсоров равна определенной температуре калибровки), чтобы отразить изменения в спектральной чувствительности сенсоров при текущей температуре сенсора. Сверх того, отрегулированные заданные величины сравниваются с соответствующими величинами обратной связи в блоке 20, и разности между заданными величинами и величинами обратной связи передаются в три ПИД-регулятора 22, которые, соответственно, предпринимают действия. То есть, на основании полученных разностей регуляторы 22 модифицируют вывод источников света СИД в осветительной системе 12, чтобы произвести свет желаемого смешанного цвета.

Таким образом, при реализации температурного сенсора 24 и блока 26 компенсации в системе 10 управления осветителя СИД, заданные величины, которые сравниваются с соответствующими величинами обратной связи в блоке 20, уже компенсированы как функция от температуры оптических сенсоров 14, посредством чего на вводы в ПИД-регуляторы 22 и, впоследствии, на регулировки источников света СИД оказывается воздействие. Как упомянуто выше, принятие в расчет изменения спектральной чувствительности сенсоров имеет своим результатом светильник СИД с улучшенной цветовой стабильностью.

Фиг.2 раскрывает систему 30 управления для светильника 12 СИД согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения. Различие между системой 30 управления и системой 10 управления с Фиг.1 заключается в том, что система обратной связи в системе 30 управления компенсирует только изменения вывода светового потока при повышении температуры источников света СИД, тогда как смещения длины волны не компенсируются.

Соответственно, система 30 управления содержит фотодиод 32 без фильтра, предоставленный в соединении с осветительной системой 12, причем фотодиод 32 без фильтра приспособлен, чтобы детектировать уровни светового потока СИД. По существу, фотодиод 32 без фильтра не может различать между светом красного, зеленого и синего цветов. Следовательно, чтобы независимо измерять световой поток каждого цвета СИД, вывод осветительной системы измеряется последовательно по времени путем последовательного включения/выключения различных цветов СИД. Это, по существу, мультиплексирует сенсор по времени. Тогда вывод светового потока каждого цвета СИД определяется посредством временного мультиплексора 34 и выделителя 36 цветового сигнала.

Система 30 управления, сверх того, содержит блок 38 эталонного светового потока, который предоставляет заданные величины, представляющие желаемый вывод светового потока источников света СИД (причем заданные величины, как правило, предварительно определяются посредством первичной калибровки), и блок 40 для сравнения заданных величин с соответствующими величинами обратной связи (первыми данными управления), снабжаемыми фотодиодом 32. ПИД-регуляторы 22, сверх того, приспособлены, чтобы модифицировать вывод различных источников света СИД в осветительной системе 12 на основании разностей, полученных из блока 40, чтобы произвести свет с желаемым световым потоком. Чтобы реализовать выбранный пользователем цвет, до того как поступить в осветительную систему 12 вывод ПИД-регуляторов 22 может быть умножен на вывод (вторые заданные величины) из матрицы 20 калибровки, соединенной с интерфейсом 18 пользователя. Таким образом, фотодиод 32 без фильтра, блок 40 и ПИД-регуляторы 22 формируют часть системы обратной связи в системе 30 управления, которая компенсирует, например, изменения светового потока при увеличении температуры СИДов.

Согласно текущему варианту осуществления настоящего изобретения система 30 управления светильника СИД, сверх того, содержит температурный сенсор 24, который предоставляет возможность учитывать изменения спектральной чувствительности фотодиода 42 из-за температурных изменений.

Температурный сенсор 24 приспособлен, чтобы детектировать температуру фотодиода 32 без фильтра. В процессе работы температура, детектированная температурным сенсором 24, то есть текущая температура фотодиода (вторые данные управления), снабжается в блок 38 эталонного светового потока, где исходные заданные величины преобразуются, чтобы получить корректные заданные величины светового потока при измеренной температуре фотодиода. Таким образом, если температура фотодиода меняется, то, соответственно, будет меняться эталонный световой поток. Следовательно, заданные величины, которые сравниваются с соответствующими величинами обратной связи в блоке 40, уже компенсированы как функция от температуры фотодиода 32, посредством чего ввод в ПИД-регуляторы 22 и, следовательно, регулировки источников света СИД подвергаются воздействию. Как упомянуто выше, принятие в расчет изменения спектральной чувствительности сенсоров имеет своим результатом светильник СИД с улучшенной стабильностью светового потока.

Фиг.3 раскрывает систему 50 управления для светильника 12 СИД согласно еще одному другому варианту осуществления настоящего изобретения. Система 50 управления схожа с системой 30 управления с Фиг.2, за исключением того, что в системе 50 управления присутствует дополнительная компенсация смещений длины волны СИДов, как функция от их температуры перехода. Температура перехода является температурой активного слоя в СИД.

В добавление к системе 30 управления с Фиг.2, система 50, сверх того, содержит средство для вычисления температуры (а именно, температуры перехода) каждого источника света СИД (например, источников света СИД красного, зеленого и синего цветов). Температура перехода может быть получена путем измерения посредством температурного сенсора 24 температуры радиатора 54, вмещающего как вышеупомянутый фотодиод 32, так и источники света СИД осветительной системы 12. Тогда температура перехода каждого источника света СИД может быть оценена (посредством средства 52 вычисления) путем использования температуры радиатора в сочетании с тепловой моделью источников света СИД и электрическим током, подаваемым в источники света СИД. Кроме того, температура радиатора повторно вычисляется, чтобы получить температуру фотодиода, причем температура фотодиода (вторые данные управления) используется, чтобы компенсировать заданные величины светового потока, как в вышеописанном варианте осуществления.

Полученные с помощью средства 52 вычисления данные температуры перехода предоставляются в матрицу 18 калибровки, чтобы учесть смещения длины волны при изменении температуры СИДов. В добавление, данные температуры перехода передаются в блок 38 эталона светового потока, чтобы компенсировать заданные величины светового потока, поскольку чувствительность фотодиода по световому потоку также зависит от длины волны. Таким образом, в этом варианте осуществления вторые данные управления содержат как текущую температуру сенсора, так и текущую температуру источников света СИД, посредством чего заданные величины светового потока компенсируются как для изменения чувствительности сенсоров, также и для изменения длины волны СИДов. Это приводит к увеличенной цветовой стабильности светильника СИД.

Специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными предпочтительными вариантами осуществления. Наоборот, в рамках объема прилагаемой формулы изобретения возможны многочисленные модификации и вариации. Например, аспект измерения температуры оптического сенсора путем измерения температуры радиатора, вмещающего оптический сенсор, может быть применен в любом варианте осуществления настоящего изобретения.

Также, система управления и способ согласно настоящему изобретению могут быть использованы для различных комбинаций СИД, таких как RGB, AGB, RAGB, системы с покрытыми фосфором СИД и т.п.

Сверх того, в вышеупомянутых системах может быть реализовано любое подходящее преобразование между областью сенсора и областью привода.

Изобретение относится к системе управления для светильника светоизлучающих диодов (СИД). Система содержит средство для управления источниками светами СИД в соответствии с разностью между первыми заданными величинами, представляющими желаемый вывод света, и первыми данными управления, предоставляемыми посредством, по меньшей мере, одного оптического сенсора, который чувствителен к свойству света, производимого источниками света СИД, средство для компенсации упомянутых первых заданных величин в соответствии со вторыми данными управления, предоставляемыми температурным сенсором, который чувствителен к температуре упомянутого(ых) оптического(ых) сенсора(ов), и средство для вычисления температуры каждого источника света СИД и температуры упомянутых оптических сенсоров из температуры радиатора, измеренной температурным сенсором, соединенным с радиатором, вмещающим упомянутые источники света СИД и оптические сенсоры. Источники света СИД управляются в соответствии со вторыми заданными величинами, представляющими желаемый вывод смешанного цвета. Вычисленные температуры источников света СИД включены в состав упомянутых вторых данных управления, и упомянутые вторые заданные величины компенсируются в соответствии с упомянутыми вычисленными температурами источников света СИД. Технический результат - повышение цветовой стабильности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система (10; 30; 50) управления для светильника (12) СИД, включающего в себя множество источников света СИД со множеством цветов для генерации света смешанного цвета, причем система управления содержит:
средство (22) для управления источниками светами СИД в соответствии с разностью между первыми заданными величинами, представляющими желаемый вывод света, и первыми данными управления, предоставляемыми посредством, по меньшей мере, одного оптического сенсора (14; 32), который чувствителен к свойству света, производимого источниками света СИД, отличающаяся тем, что она также содержит:
средство (26; 38) для компенсации упомянутых первых заданных величин в соответствии со вторыми данными управления, предоставляемыми температурным сенсором (24), который чувствителен к температуре упомянутого(ых) оптического(ых) сенсора(ов) (14; 32), при этом упомянутые источники света СИД, сверх того, управляются в соответствии со вторыми заданными величинами, представляющими желаемый вывод смешанного цвета, и
средство (52) для вычисления температуры каждого источника света СИД и температуры упомянутых оптических сенсоров из температуры радиатора (54), измеренной температурным сенсором, соединенным с радиатором, вмещающем упомянутые источники света СИД и оптические сенсоры, при этом вычисленные температуры источников света СИД включены в состав упомянутых вторых данных управления и упомянутые вторые заданные величины компенсируются в соответствии с упомянутыми вычисленными температурами источников света СИД.

2. Система управления по п.1, в которой упомянутые заданные величины относятся к желаемому выводу смешанного цвета и в которой упомянутый, по меньшей мере, один оптический сенсор представляет собой сенсор (14) с фильтром.

3. Система управления по п.1, в которой упомянутые заданные величины относятся к желаемому выводу светового потока и в которой упомянутый, по меньшей мере, один оптический сенсор представляет собой сенсор (32) без фильтра.