CИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЦВЕТОМ СИД ЛАМПЫ Российский патент 2013 года по МПК H05B33/08 H05B37/02 

Настоящее изобретение было сделано при поддержке правительства Соединенных Штатов по предоставленному Министерством энергетики США контракту DE-FC26-05NT42342. Правительство Соединенных Штатов обладает определенными правами на это изобретение.

Областью техники, к которой относится настоящее раскрытие изобретения, являются источники электропитания, в частности, система и способ управления цветом СИД (светодиодных) ламп.

Традиционно, накальные и флуоресцентные осветительные устройства использовались как источники света в автомобилях и других транспортных средствах. Однако значительный прогресс в технологии светоизлучающих диодов (СИД) сделал СИД привлекательными для использования в транспортных средствах из-за их длительного срока службы, высокой эффективности и низкого профиля. СИД могут теперь излучать белый свет почти также эффективно, как компактная лампа дневного света, и их эффективность, как ожидают, будет увеличиваться. Чтобы полностью реализовать экономию энергии, даваемую СИД, электронные устройства, запускающие их, также должны быть энергетически эффективными.

Разрабатываются автономные СИД лампы, такие как модульная СИД система (СИД SIM) общего применения для освещения, которые используют многочисленные, разных цветов СИД с одной или ограниченным количеством интегральных схем. Интегральные схемы содержат схемы датчиков запуска и управления СИД лампы. Пользователь может управлять цветом и интенсивностью свечения лампы.

Для создания света в видимом диапазоне спектра световой выход СИД различных цветов может объединяться в определенных соотношениях, чтобы создавать СИД лампу желаемого цвета. Например, один СИД может генерировать красный свет, другой может генерировать зеленый свет, а третий может генерировать синий свет. Комбинация "красный-зеленый-синий" (RGB) может создавать любой желаемый цвет и может быть дополнена СИД, генерирующим янтарный (A) или белый (W) свет, чтобы регулировать индекс цветопередачи (CRI) лампы. CRI указывает, насколько хорошо лампа передает цвета объектов по сравнению со стандартным источником освещения, таким как дневной свет или лампа накаливания. RGBA и RGBW означают лампу из четырех СИД с цветами "красный-зеленый-синий-янтарный" и "красный-зеленый-синий-белый" соответственно.

Электрический ток каждого СИД источника в лампах с четырьмя СИД управляется независимо, чтобы позволить лампе охватить полный диапазон цветов и CRI. Одна из конструкций источника электропитания для лампы с четырьмя СИД представляет два параллельных СИД канала с двумя СИД источниками, соединенными последовательно в каждом из СИД каналов. Основной электронной топологией может быть гистерезисный вольтодобавочный преобразователь с канальным переключателем, управляющим током каждого канала. Как длительность импульса, так и амплитуда тока, протекающего через каждый канал, являются изменяемыми. Верхний и нижний гистерезисные рабочие пределы устанавливают амплитуду импульса. Шунтирующий переключатель для каждого СИД источника управляет током, проходящим через каждый СИД источник, замыкая конкретный СИД источник. Гистерезисные пределы могут быть установлены для максимизации рабочего цикла для одного из СИД источников в каждом канале. Ток канала можно снизить, чтобы создать требуемое количество света при максимизированном рабочем цикле одного СИД источника в каждом канале. Это экономит энергию в электронных устройствах и приводит в результате к эффективной генерации света СИД, которые при низком токе обычно более эффективно излучают свет, чем при высоком токе.

Нынешнее поколение СИД ламп может генерировать свет в широком диапазоне цветов, но при определенных условиях возникают проблемы, когда управление некоторыми или всеми цветами в многоцветной СИД системе невыполнимо. Из-за ограниченной способности устанавливать уровни тока и длительность импульсов и из-за допусков в различных компонентах и значения напряжения электропитания, точность управления цветами, которая может быть достигнута, зависит от ряда позиций, таких как уровень снижения яркости, координаты цветов, СИД спектры и алгоритм управления. Если не принимать никакие меры по изменению управления при приближении к проблемным областям, СИД лампа, вероятно, будет демонстрировать непредсказуемое поведение и неустойчивость цвета и интенсивности.

Одной из проблем является погрешность измерения оптического потока. Ламповая система индивидуально измеряет оптический поток света от СИД источников, генерирующих каждый цвет, когда СИД источники работают в режиме широтно-импульсной модуляции (PWM). В определенные моменты времени сигналы тока СИД изменяются так, что оказывается включен только один СИД источник и выполняется измерение потока для этого СИД источника цветного света. Кроме того, при всех выключенных СИД источниках измеряется уровень фонового потока. Устройство измерения оптического потока, такое как фотодиод, имеет время реакции, которое должно учитываться при проведении измерения. Когда измерение оптического потока очень чувствительно к частоте тока СИД, сигнал оптического потока чувствителен к колебаниям формы сигнала тока, которые могут приводить к ошибкам цвета, не дающим возможность представить фактический средний уровень света. Когда измерение оптического потока не очень чувствительно к частоте тока СИД, сигнал оптического потока требует большего времени нарастания, чтобы стабилизироваться при конечном значении для измерения. Когда длительность импульса СИД является слишком малой, СИД источник может выключиться до того, как будет сделано измерение, приводя к нестабильному управлению цветом.

Эту проблему можно пояснять, рассматривая систему ламп, работающую на частоте 1 кГц, так чтобы максимальная длительность импульса равнялась 1 мс. Полагая, что устройство измерения оптического потока стабилизирует свои показания за 20 мкс, измерение потока может выполняться через 20 мкс после начала импульса, то есть через 2% от максимальной длительности импульса. Пользователь лампы может выбрать комбинации цвета/интенсивности, которые могут в результате приводить к рабочему циклу для одного или более цветов, составляющих меньше 2% от максимальной длительности импульса, например желтоватые цвета содержат очень малые части синего цвета; цианистые цвета содержат очень небольшие части красного цвета; и розовые/фиолетовые цвета содержат очень малые части зеленого цвета. Когда рабочий цикл конкретного цвета меньше 2%, измерение потока происходит после того, как конкретный СИД источник выключится, и система управления получит ложное считывание показаний оптического потока.

Для сегодняшнего поколения СИД ламп часто возникает множество дополнительных проблем с измерением оптического потока и управлением цветом:

- времена нарастания и спада шунтирующих переключателей, параллельных каждому СИД источнику, могут составлять значительную долю всего импульса;

- период гистерезиса может быть примерно равен длительности импульса PWM, так что в каждом импульсе PWM присутствует доля периода гистерезиса, которая не имеет того же самого среднего тока, что и полные периоды;

- времена нарастания и спада сигнала шунтирующих переключателей могут быть настолько короткими, что положительный выброс или отрицательный выброс в форме тока является существенным;

- между периодом PWM и периодом гистерезисного токового сигнала может возникать фазовая синхронизация, заставляющая систематически производить измерение оптического потока с установившейся фазой гистерезисного токового сигнала;

- большие ошибки оптического датчика могут возникать из-за высокого отношения "сигнал-шум" при низких уровнях света, из-за температурной зависимости датчика или тому подобного;

- ошибочные результаты считывания при измерении оптического потока могут происходить из-за отказа фотодиода, интерференции, или тому подобного;

- колебания тока СИД, вызванные гистерезисным вольтодобавочным преобразователем, могут иметь такую низкую частоту, что фильтрация сигнала фотодиода становится неэффективна, и результаты измерений потока не представляют средний поток; и

- СИД источник одного из цветов может иметь чрезмерно большую СИД эффективность, приводя к коротким рабочим циклам для этого конкретного цвета.

Было бы желательно иметь систему и способ управления цветами СИД лампы, которые преодолеют упомянутые выше недостатки.

Один аспект настоящего изобретения обеспечивает СИД лампу, имеющую контроллер СИД; и множество СИД каналов в процессе работы подключаются к контроллеру СИД, причем каждый из множества СИД каналов имеет канальный переключатель, включенный последовательно, по меньшей мере, с одной схемой шунтирования СИД, и схема шунтирования СИД имеет шунтирующий переключатель, параллельный СИД источнику. Контроллер СИД определяет, находится ли СИД источник в диапазоне управления с обратной связью, сохраняет результаты измерения оптического потока для СИД источника, когда СИД источник находится в диапазоне управления с обратной связью, и блокирует сохранение результатов измерения оптического потока, когда СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью.

Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает способ управления цветом СИД лампы, содержащий обеспечение СИД лампы, имеющей множество СИД каналов, причем каждый из множества СИД каналов имеет канальный переключатель, включенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтируемой СИД схемой, причем шунтируемая СИД схема имеет шунтирующий переключатель, параллельный СИД источнику; инициализацию параметров настройки СИД лампы для СИД лампы; определение, находится ли СИД источник в диапазоне управления с обратной связью; сохранение результатов измерения оптического потока для СИД источника, когда СИД источник находится в диапазоне управления с обратной связью; и блокирование сохранения результатов измерения оптического потока, когда СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью.

Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает систему управления цветом СИД лампы, содержащую СИД лампу, имеющей множество СИД каналов, причем каждый из множества СИД каналов имеет канальный переключатель, включенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтируемой СИД схемой, причем шунтируемая СИД схема имеет шунтирующий переключатель, параллельный СИД источнику; средство инициирования параметров настройки СИД лампы для СИД лампы; средство определения, находится ли СИД источник в диапазоне управления с обратной связью; средство сохранения результатов измерения оптического потока для СИД источника, когда СИД источник находится в диапазоне управления с обратной связью; и средство блокирования сохранения результатов измерения оптического потока, когда СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью.

Приведенные выше и другие признаки и преимущества изобретения станут дополнительно очевидны из последующего подробного описания предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, читаемого вместе с сопроводительными чертежами. Подробное описание и чертежи являются простыми иллюстрациями изобретения и не предназначены ограничивать объем изобретения, определяемый приложенной формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг.1 - принципиальная схема системы управления цветом СИД лампы, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.2A-2B - блок-схемы последовательности выполнения операций способов управления цветом СИД лампы в соответствии с настоящим изобретением; и

фиг.3 - принципиальная схема другого варианта осуществления системы управления цветом СИД лампы, соответствующей настоящему изобретению.

На фиг.1 показана схема системы управления цветом СИД лампы, соответствующей настоящему изобретению. В этом примере СИД лампа является двухканальной схемой, лампой с двойной СИД схемой, то есть СИД лампа имеет два СИД канала с двумя шунтируемыми СИД схемами в каждом СИД канале.

СИД лампа 30, использующая систему управления цветом, содержит контроллер 58 СИД, имеющий микроконтроллер 50, в рабочем состоянии соединенный со схемой 40 специализированной интегральной схемы (ASIC) гистерезисного управления, управляющей подачей электропитания на два СИД канала 60. Каждый СИД канал 60 имеет канальный переключатель 62 и СИД схему 64, включенную последовательно между напряжением источника электропитания и общей точкой. Каждый канальный переключатель 62 принимает управляющий сигнал 63 управления каналами от схемы 40 ASIC гистерезисного управления, чтобы управлять током, проходящим через СИД канал 60. В этом примере каждая СИД схема 64 содержит диод 67, соединенный параллельно с последовательно соединенными катушкой индуктивности 66 и с двумя шунтируемыми СИД схемами 83 и резистором 81. Каждая шунтируемая СИД схема 83 содержит шунтирующий переключатель 68, соединенный параллельно со СИД источником 80. СИД источник 80 содержит один или более СИД, соединенных последовательно и/или параллельно друг другу, чтобы генерировать свет желаемого цвета или длины волны. Каждый шунтирующий переключатель 68 принимает управляющий сигнал 69 шунтирующего переключателя от схемы 40 ASIC гистерезисного управления. Шунтирующий переключатель 68 закорачивает ток канала мимо связанного с ним СИД источника, чтобы управлять световым выходом соответствующего СИД источника. В этом примере базовой электронной топологией является гистерезисный вольтодобавочный преобразователь. Контроллер 58 СИД содержит хранилище данных для сохранения оперативных данных, таких как результаты измерений оптического потока СИД источников 80. Специалисты в данной области техники должны понимать, что контроллер 58 СИД может быть единой интегральной схемой или множеством соединяемых в процессе работы интегральных схем, обеспечивающих желаемые функции. Например, контроллер 58 СИД может быть единой интегральной схемой, содержащей микропроцессор со встроенным запоминающим устройством, или может быть двумя интегральными схемами, где одна содержит микропроцессор, а другая - запоминающее устройство.

Цветной выход каждого СИД источника 80 может быть выбран для создания светового выхода СИД лампы 30, когда это желательно для конкретной цели. В одном варианте осуществления СИД источники являются "красным-зеленым-синим-янтарным" (RGBA). В другом варианте осуществления СИД источники являются "красным-зеленым-синим-белым" (RGBW). В одном варианте осуществления СИД источники 80, генерирующие зеленый и синий свет, могут находиться в одном СИД канале 60, а СИД источники 80, генерирующие янтарный и красный свет, могут находиться в другом СИД канале 60.

Микроконтроллер 50 принимает входные сигналы 42 от пользователя, такие как сигналы команд цвета, сигналы команд снижения яркости или тому подобные. Микроконтроллер 50 может также принимать сигналы 44 обратной связи микроконтроллера, такие как сигналы температурного датчика, сигналы оптического датчика или тому подобные, которые желательны для конкретного применения. В одном варианте осуществления сигналы 44 обратной связи генерируются схемой 40 ASIC гистерезисного управления из сигналов 52 обратной связи управления, таких как сигналы температурного датчика, сигналы оптического датчика или тому подобных, как желательно для конкретного применения. Микроконтроллер 50 генерирует сигнал 46 разрешения верхней стороны (HS) и сигнал 48 широтной импульсной модуляции нижней стороны (LS PWM), которые подаются в схему 40 ASIC гистерезисного управления в ответ на входные сигналы 42 пользователя и, как вариант, сигналы 44 обратной связи микроконтроллера.

Схема 40 ASIC гистерезисного управления также принимает сигналы 54 обратной связи по току, которые указывают ток через каждый СИД канал 60, и чувствительна к сигналам 54 обратной связи по току, чтобы регулировать управляющие сигналы 63 канальных переключателей. Схема 40 ASIC гистерезисного управления генерирует управляющие сигналы 63 канальных переключателей и управляющие сигналы 69 шунтирующих переключателей в ответ на сигналы 46 разрешения HS, сигналы 48 LS PWM, сигналы 54 обратной связи по току и, как вариант, управляющие сигналы 52 обратной связи.

При работе пользователь обеспечивает входные сигналы 42 пользователя на микроконтроллер 50, который генерирует сигналы 46 разрешения HS и сигналы 48 LS PWM. Схема 40 ASIC гистерезисного управления принимает сигналы 46 разрешения HS и сигналы 48 LS PWM и генерирует управляющие сигналы 63 канальных переключателей и управляющие сигналы 69 шунтирующих переключателей. Контроллер 58 СИД может осуществить способ управления цветом СИД, как описано ниже в сочетании с фиг.2, генерируя управляющие сигналы 63 канальных переключателей 63 и управляющие сигналы 69 шунтирующих переключателей. Со ссылкой на фиг.1, управляющий сигнал 63 канального переключателя обеспечивается для каждого из канальных переключателей 62, чтобы управлять током, проходящим через СИД канал 60, и управляющий сигнал 69 шунтирующего переключателя обеспечивается для каждого из шунтирующих переключателей 68, чтобы управлять световым выходом соответствующего СИД источника. В одном варианте осуществления схема 40 ASIC гистерезисного управления принимает и восприимчива к сигналам 54 обратной связи по току от каналов 60 СИД. В другом варианте осуществления схема 40 ASIC гистерезисного управления принимает и восприимчива к сигналам 52 обратной связи управления, таким как сигнал 53 обратной связи по температуре от температурного датчика 51 и/или сигналы 55 обратной связи по оптическому потоку от одного или более датчиков 56 оптического потока. Датчик 56 оптического потока может быть снабженным фотодиодом с усилителем, с несколькими дискретными значениями усиления усилителя фотодиода, чтобы получить хорошее отношение "сигнал-шум" для результатов измерений оптического потока при различных выходных уровнях света СИД. Специалисты в данной области техники должны понимать, что контроллер 58 СИД может принимать системные управляющие сигналы, которые желательны для конкретного применения осветительной системы. Системные управляющие сигналы могут вырабатываться проводными схемами управления и/или в соответствии с проводными схемами управления, соответствующими протоколу DALI, протоколу DMX или подобным, или в соответствии со схемами радиоуправления, соответствующими протоколу Zigbee или подобным. В одном варианте осуществления контроллер 58 СИД может передать системные управляющие сигналы другим лампам в системе освещения, чтобы давать команды лампам делать те же самые изменения, которые делает исходная лампа. Например, контроллер 58 СИД может передать системный управляющий сигнал, дающий команду другим лампам в комнате изменить световой выход цвета, чтобы он совпадал с изменением цвета в исходной лампе, что может потребоваться, чтобы снизить потерю мощности в исходной лампе.

Фиг.2A-2B, где схожие элементы совместно используют схожие ссылочные номера позиций, являются блок-схемами последовательностей выполнения операций способов управления цветом СИД ламп в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.2A показана блок-схема последовательности выполнения операций для СИД лампы с постоянным током СИД. На фиг.2B показана блок-схема последовательности выполнения операций для СИД лампы с меняющимся током СИД. В одном варианте осуществления СИД лампа является двухканальной схемой, лампой с двойной СИД схемой, как показано на фиг.1. В другом варианте осуществления СИД лампа является четырехканальной схемой, лампой с одиночной СИД схемой, как показано на фиг.3. Специалисты в данной области техники должны понимать, что способы управления цветом СИД, представленные на фиг.2A-2B, могут использоваться в любой конфигурации СИД лампы, в которой любой количество СИД источников с независимым управлением генерируют дискретные цвета. В одном варианте осуществления СИД лампа использует специализированную интегральную схему (ASIC). В другом варианте осуществления СИД лампа использует дискретные компоненты.

Способы управления цветом СИД предотвращают потерю управления цветами, когда входные параметры ламп изменяют условия на такие, в которых измерение потока одного или более цветов СИД более неосуществимо, то есть когда СИД источник цвета СИД находится вне диапазона управления с обратной связью. СИД лампа сохраняет последний действительный результат измерения оптического потока для каждого цвета и только лишь обновляет это хранящееся значение на новое для измеренного оптического потока, когда условия позволяют действительное измерение потока. Программное обеспечение, работающее на контроллере СИД лампы, контролирует условия, чтобы определить, когда могут быть сделаны правильные измерения оптического потока. Обратная связь по оптическому потоку прежде всего используется для того, чтобы корректировать ухудшение рабочих характеристик СИД источников во времени и ухудшение наиболее вероятно для СИД источников, работающих с полной выходной мощностью, поскольку временное использование сохраненного значения для измеренного оптического потока СИД источников, работающих при низкой выходной мощности, оказывает минимальное влияние на рабочие характеристики СИД лампы.

Со ссылкой на фиг.2A, способ 200 на этапе 220 содержит один или более путей определения, находится ли СИД источник в диапазоне управления с обратной связью. Диапазон управления с обратной связью, как он определяется здесь, является диапазоном работы СИД источника в СИД лампе, при котором сигнал обратной связи, такой как сигнал обратной связи по оптическому потоку, индицирующий оптический поток, обеспечивает правильную обратную связь на контроллер, позволяя воспринимать состояние СИД источника. Примеры определения, находится ли СИД источник в диапазоне 220 управления с обратной связью, содержат определение на этапе 206, превышает ли длительность импульса СИД источника предельную длительность импульса, определение на этапе 210, превышает ли интенсивность измеренного оптического потока СИД источника предельное значение 210 интенсивности, определение на этапе 212, превышает ли отношение "сигнал-шум" для измеренного оптического потока СИД источника предельное отношение "сигнал-шум" или тому подобное. Примеры могут использоваться отдельно, в комбинации или в любом желаемом порядке. Специалисты в данной области техники должны понимать, что конкретные пути определения на этапе 220, находится ли СИД источник в диапазоне управления с обратной связью, могут быть выбраны в зависимости от ситуации при конкретном применении конфигурации СИД лампы.

Способ 200 начинается на этапе 201 и содержит инициирование на этапе 202 параметров настройки СИД лампы для СИД лампы и инициирование на этапе 204 контура оптического измерения после n секунд. Специалисты в данной области техники должны понимать, что первое оптическое измерение при входе в контур оптического измерения может быть выполнено в любое время и что задержка на n секунд не требуется и что после этого оптическое измерение может выполняться каждые n секунд на периодической основе. На этапе 216 определяется, превышает ли длительность импульса для i-го цвета, PW(i), предельную длительность импульса, PWlim. Когда длительность импульса для i-го цвета, PW(i), не превышает предельную длительность импульса, PWlim, на этапе 216 определяется, является ли i-ый цвет последним i-ым цветом. Когда i-ый цвет является последним i-ым цветом, способ 200 на этапе 204 возвращается к инициированию контура оптического измерения после n секунд. Когда i-ый цвет не является последним i-ым цветом, i-ому цвету дается приращение до i+1 и контур оптического измерения на этапе 206 продолжает определение, превышает ли длительность импульса для (i)-ого цвета PW(i), чем предельную длительность импульса, Pwlim, для следующего цвета. Способ 200 может быть продолжен с помощью контроллера 58 СИД, определяя, находится ли СИД источник 80 в диапазоне управления с обратной связью для каждого из СИД источников 80 множества СИД каналов 60.

Когда длительность импульса для i-го цвета PW(i) превышает предельную длительность импульса, PWlim, на этапе 208 измеряется оптический поток для i-го цвета и на этапе 210 определяется, превышает ли интенсивность оптического потока i-го цвета, Int(i), предельную интенсивность, Intlim. Когда на этапе 216 интенсивность оптического потока для i-го цвета Int(i) не превышает предельную интенсивность, Intlim, на этапе 216 определяется, является ли i-ый цвет последним i-ым цветом, и способ 200 продолжается. Когда интенсивность оптического потока для i-го цвета, Int(i), превышает предельную интенсивность, Int lim, на этапе 212 определяется, превышает ли отношение "сигнал-шум", S/N(i), оптического потока для i-го цвета предельное отношение "сигнал-шум" S/N lim. Когда отношение "сигнал-шум", S/N(i), оптического потока для i-го цвета не превышает предельное отношение "сигнал-шум", S/N lim, на этапе 216 определяется, является ли i-ый цвет последним, и способ 200 продолжается. Когда на этапе 214 отношение "сигнал-шум" S/N(i) оптического потока для i-го цвета превышает предельное отношение "сигнал-шум", S/N lim, оптический поток для i-го цвета сохраняется для использования. На этапе 216 определяется, является ли i-ый цвет последним, и способ 200 продолжается.

Инициирование параметров настройки СИД лампы на этапе 202 может содержать инициирование таких параметров настройки СИД лампы, как параметры настройки цвета, параметры настройки снижения яркости и т.п. Начальные величины могут быть заранее определены изготовителем, проектировщиком освещения или могут быть сохраненными входными данными пользователя из предыдущего использования. Когда во время работы входные данные пользователя изменяются, способ 200 может быть запущен снова на этапе 202 инициирования параметров настройки СИД ламп, чтобы отразить измененные пользователем входные данные.

Инициирование контура оптических измерений на этапе 204 после n секунд может содержать инициирование контура оптических измерений после заданного числа секунд. В одном примере контур измерений инициирует контур оптических измерения приблизительно каждые 7 миллисекунд, что эквивалентно частоте приблизительно 140 Герц. Специалисты в данной области техники должны понимать, что время может быть выбрано таким образом, чтобы предотвращать восприятие цветовых артефактов (мерцание), хотя, если принимаются другие меры для минимизации мерцания, может использоваться большее время, порядка минут.

Определение на этапе 206, превышает ли длительность импульса для i-го цвета, PW(i), предельную длительность импульса, PW lim, запрещает новое измерение оптического потока и/или запоминание для любого цвета, если длительность импульса ниже предельной длительности импульса, то есть рабочий цикл для цвета ниже определенного процента максимального рабочего цикла, такого как 2%. СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда длительность импульса для СИД источника не превышает предельную длительность импульса. Результат самого последнего действительного измерения потока сохраняется так, чтобы управление цветом могло быть продолжено, даже при коротком рабочем цикле. Сохраненный результат измерения оптического потока используется до тех пор, пока СИД лампа не вернется в диапазон управления с обратной связью, где могут быть сделаны новые действительные измерения потока и полное управление цветами может быть восстановлено. Полное управление цветами может поддерживаться для цветов, имеющих длительность импульса, превышающую предельную длительность импульса, даже при том, что один или более цветов имеют длительность импульса ниже предельной длительности импульса. За пределами диапазона управления с обратной связью, в таких областях, как области с низким рабочим циклом и/или низким световым выходом, СИД источники обычно запускаются без труда.

Измерение оптического потока для i-го цвета на этапе 208 может содержать измерение оптического потока с помощью оптического датчика, такого как фотодиод, который создает сигнал, соответствующий оптическому потоку.

Определение на этапе 210, превышает ли интенсивность оптического потока для i-го цвета, Int(i), предельную интенсивность Int lim, запрещает запоминание новых данных оптического потока для любого цвета, когда интенсивность меньше предельной интенсивности, то есть когда выбор цвета/интенсивности заставляет один или более цветов СИД выходить за пределы диапазона управления с обратной связью. СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда интенсивность для измеренного оптического потока для СИД источника не превышает предельную интенсивность. Сохраненный результат измерения оптического потока используется до тех пор, пока СИД лампа не вернется в диапазон управления с обратной связью, так чтобы могли быть сделаны новые измерения потока, и полное управление цветами могло быть восстановлено.

Определение на этапе 212, превышает ли отношение "сигнал-шум" для i-го цвета, S/N(i), оптического потока предельное отношение "сигнал-шум", S/N lim, запрещает сохранение новых данных оптического потока для любого цвета, когда отношение "сигнал-шум" меньше предельного отношения "сигнал-шум", то есть когда выбор цвета/интенсивности заставляет один или более цветов СИД выходить за пределы диапазона управления с обратной связью. СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда отношение "сигнал-шум" для измеренного оптического потока для СИД источника не превышает предельное отношение "сигнал-шум". Сохраненный результат измерения оптического потока используется до тех пор, пока СИД лампа не вернется в диапазон управления с обратной связью так, чтобы могли быть сделаны новые измерения потока и полное управление цветами могло быть восстановлено. В одном варианте осуществления определение на этапе 212 содержит выполнение измерений оптического потока заданное количество раз, например 100 раз, вычисляя стандартную девиацию результатов измерений оптического потока, используя стандартную девиацию в качестве отношения "сигнал-шум" для i-го цвета, S/N(i), и определяя, превышает ли отношение "сигнал-шум" для i-го цвета S/N(i) для оптического потока предельное отношение "сигнал-шум", S/N lim. Использование большого количества измерений оптического потока выявляет разброс отношения "сигнал-шум", избегая, в то же время, ложных результатов измерений оптического потока.

Сохранение на этапе 214 результатов измерения оптического потока для i-го цвета для последующего использования может содержать сохранение результатов измерения оптического потока для i-го цвета в контроллере СИД. Сохраненные результаты измерения оптического потока могут использоваться как сигнал обратной связи, когда СИД лампа работает вне диапазона управления с обратной связью. В одном варианте осуществления сохраненные результаты измерений оптического потока могут прослеживаться во времени для заданного тока СИД. Когда хранящиеся результаты измерения оптического потока меньше предельного значения для оптического потока, контроллер СИД может генерировать сигнал окончания срока службы СИД лампы, направляемый пользователю, сообщающий о необходимости замены СИД лампы.

СИД лампа может содержать средства снижения рассеивания мощности в электронных устройствах СИД лампы, способные влиять на управление цветом. Частота тока СИД может быть снижена, увеличивая разность в гистерезисных пределах. Более низкая частота может неблагоприятно влиять на управление цветом, поскольку фильтрация сигнала оптического потока недостаточна, чтобы отфильтровывать более низкую частоту. Способ 200 может содержать запрет сохранения новых данных оптического потока для любого цвета, когда частота тока СИД меньше предельной частоты тока СИД или когда разность между значениями гистерезиса больше предельной разности гистерезисных значений. Способ 200 может также содержать меры по поддержанию работы СИД лампы в пределах диапазона управления с обратной связью. СИД лампа может снижать индекс цветопередачи (CRI), чтобы поддерживать более высокую интенсивность цветов определенных СИД и, следовательно, поддерживать управление цветами с обратной связью таких цветов СИД. В примере СИД лампы "красный-зеленый-синий-янтарный" (RGBA) цвет СИД с низким рабочим циклом может быть выключен за счет CRI и другие цвета повторно балансируются, чтобы сохранить правильные цветовые координаты и управление с обратной связью. Точно также, цветовая температура может смещаться за счет рабочих циклов, чтобы поддерживать управление цветами с обратной связью. Цель состоит в поддержании всех рабочих циклов выше минимального уровня, так чтобы оптический поток для всех СИД источников мог измеряться для максимального количества времени.

На фиг.2B показана блок-схема последовательности выполнения операций для СИД лампы с изменяющимся током СИД. На этапе 206 определяется, превышает ли длительность импульса для i-го цвета, PW(i), предельную длительность импульса, PW lim. Когда длительность импульса для i-го цвета PW(i) не превышает предельную длительность импульса, PW lim, на этапе 232 определяется, является ли ток СИД для i-го цвета, I(i), меньше минимального тока I СИД. Когда ток СИД для i-го цвета, I(i), меньше минимального тока СИД, Imin, на этапе 216 определяется, является ли i-ый цвет последним i-ым цветом, и способ 200 продолжается. Когда ток СИД для i-го цвета, I(i), не меньше минимального тока СИД, Imin, ток СИД для i-го цвета, I(i), уменьшается и длительность импульса для i-го цвета, PW(i), на этапе 234 увеличивается. Способ 200 на этапе 206 продолжает определение, превышает ли длительность импульса для i-го цвета, PW(i), предельную длительность импульса, PW lim.

Определение на этапе 206, превышает ли длительность импульса для i-го цвета, PW(i) предельную длительность импульса PW lim, позволяет регулировать ток СИД, когда ток уже не находится на минимуме тока СИД. Уменьшение тока СИД и увеличение длительности импульса на этапе 234 поддерживает один и тот же световой выход СИД источника, улучшая возможность измерения оптического потока, благодаря большей длительности импульса. В одном варианте осуществления минимальный ток СИД, Imin, определяется на дискретных уровнях тока во время производства, поскольку спектр выхода СИД источников изменяется в зависимости от тока.

Минимальный ток СИД, Imin, может зависеть от конструкции СИД лампы и может дополнительно зависеть от требуемого входного сигнала от пользователя.

Когда работа каждого СИД источника в СИД лампе независима от других СИД источников в СИД лампе, как в примере, показанном на фиг.3, минимальный ток СИД, Imin зависит от конструкции СИД лампы. В этом случае минимальный ток СИД, Imin, определяется такими факторами, как способность электронных средств СИД лампы создавать стабильные токи каналов, способность СИД источников генерировать стабильный световой выход, способность фотодиодов измерять стабильные оптические потоки, калибровка конкретных токов и т.п. Эти факторы могут также определять минимальный ток СИД, Imin, когда работа каждого СИД источника СИД лампы не зависит из других СИД источников в СИД лампе, пока входной сигнал пользователя не требует максимального рабочего цикла для одного из СИД источников в СИД канале.

Когда работа каждого СИД источника в СИД лампе не зависит из других СИД источников в СИД лампе, как в примере, показанном на фиг.1, минимальный ток СИД, Imin, может зависеть от входного сигнала пользователя, то есть выхода по цвету и ослаблению яркости, потребованного пользователем. В этом примере СИД лампа содержит СИД каналы с более чем одной СИД схемой в каждом СИД канале, так что каждая СИД схема в СИД канале принимает один и тот же ток канала. Каждая СИД схема содержит СИД источник. Для измерения оптического потока максимальный рабочий цикл для каждого СИД источника ограничен до менее чем 100 процентов, то есть приблизительно 90 процентов или больше, как желательно для конкретного применения. Входной сигнал пользователя для запрошенной рабочей точки может требовать, чтобы один из СИД источников в СИД канале работал в максимальном рабочем цикле с конкретной амплитудой тока, которая требуется, чтобы удовлетворить требования входного сигнала пользователя. Амплитуда тока не может быть уменьшена, не снижая общий световой выход от СИД источника с максимальным рабочим циклом. Хотя другой СИД источник в СИД канале может иметь только малый световой выход для входного сигнала пользователя и было бы желательно увеличить рабочий цикл и снизить амплитуду тока для СИД источника с малым световым выходом, амплитуда тока канала сохраняется, чтобы поддерживать требуемый световой выход другого СИД источника, работающего с максимальным рабочим циклом. Поэтому, минимальный ток СИД, Imin, для всех СИД источников в СИД канале является одним и тем же и определяется СИД источником, работающим с максимальным рабочим циклом.

В одном варианте осуществления уменьшение тока СИД и увеличение длительности импульса на этапе 234 дополнительно содержат регулировку усиления оптического датчика. Усиление оптического датчика изменяется, чтобы гарантировать, что сигнал оптического датчика является достаточно большим для обеспечения точного измерения оптического потока с помощью аналого-цифрового (A/D) преобразователя. Усиление оптического датчика изменяется обратно изменению интенсивности СИД, которая зависит от тока СИД.

На фиг.3, где схожие элементы совместно используют схожие ссылочные номера позиций, представленных на фиг.1, показана схема другого варианта осуществления СИД системы управления цветом СИД лампы в соответствии с настоящим изобретением. В этом примере СИД лампа является четырехканальной схемой, лампой с одиночной СИД схемой, то есть СИД лампа имеет четыре СИД канала с одной шунтируемой СИД схемой в СИД канале. СИД источник различных цветов может быть обеспечен в каждом из СИД каналов, так чтобы ток мог управляться для каждого из цветов СИД. Потери мощности в шунтирующих переключателях могут быть минимизированы, потому что ток через СИД канал может выключаться с помощью канального переключателя для СИД канала, когда конкретный цвет не нужен.

СИД лампа 30, использующая систему управления цветом, содержит контроллер 58 СИД, имеющий микроконтроллер 50, в процессе работы соединенный со специализированной интегральной схемой (ASIC) 40 гистерезисного управления, управляющей подачей электропитания на четыре СИД канала 60. Каждый СИД канал 60 имеет канальный переключатель 62 и СИД схему 64, включенную последовательно между источником напряжения и общей точкой. Каждый канальный переключатель 62 принимает управляющий сигнал канального переключателя 63 от схемы 40 ASIC гистерезисного управления, чтобы управлять током, проходящим через СИД канал 60. В этом примере каждая СИД схема 64 содержит диод 67, соединенный параллельно с катушкой 66 индуктивности, последовательно соединенной с шунтирующим переключателем 68. Каждый шунтирующий переключатель 68 принимает управляющий сигнал 69 шунтирующего переключателя от схемы 40 ASIC гистерезисного управления и присоединяется параллельно СИД источнику 80. Шунтирующий переключатель 68 закорачивает через себя канальный ток соответствующего СИД источника, чтобы управлять световым выходом соответствующего СИД источника. В этом примере основной электронной топологией является гистерезисный вольтодобавочный преобразователь. Катушка 66 индуктивности для каждого СИД канала 60 может иметь величину, обеспечивающую желаемую частоту переключения для конкретного СИД источника 80 в этом СИД канале 60. В одном варианте осуществления СИД источники 80 в каждом из СИД каналов 60 могут генерировать свет различных цветов.

В процессе работы пользователь обеспечивает входные сигналы 42 пользователя на микроконтроллер 50, который вырабатывает сигналы 46 разрешения HS и сигналы 48 LS PWM. Схема 40 ASIC гистерезисного управления принимает сигналы 46 разрешения HS и сигналы 48 LS PWM и вырабатывает управляющие сигналы 63 канальных переключателей и управляющие сигналы 69 шунтирующих переключателей. Контроллер 58 СИД может осуществлять способ управления цветом СИД, описанный выше со ссылкой на фиг.2, при генерации управляющих сигналов 63 канальных переключателей и управляющих сигналов 69 шунтирующих переключателей. Со ссылкой на фиг.3, управляющий сигнал 63 канального переключателя обеспечивается для каждого из канальных переключателей 62 для управления током, проходящим через СИД канал 60, и управляющий сигнал 69 шунтирующих переключателей обеспечивается для каждого из шунтирующих переключателей 68, чтобы управлять световым выходом соответствующего СИД источника.

В одном варианте осуществления катушка 66 индуктивности для каждого СИД канала 60 содержит две или более катушек индуктивности, с одной из катушек индуктивности, конструктивно выполненной так, чтобы входить в насыщение при высоком токе. Ток является высоким во время нормальной работы в расчетной рабочей точке, в которой генерируется белый свет с оптимальным цветом и CRI, таким образом, что одна катушка индуктивности в каждом СИД канале 60 обычно входит в насыщение. Когда ток в СИД канале 60 низкий, такой как при работе с цветом и/или CRI, отличными от расчетной рабочей точки, одна катушка индуктивности с насыщением в каждом СИД канале 60 становится ненасыщенной. Это увеличивает общую индуктивность катушки 66 индуктивности и снижает частоту переключения для СИД канала 60. Две или более катушек 66 индуктивности для каждого СИД канала 60 могут быть выбраны так, что гистерезисное окно составляет постоянный процент от уровня тока через СИД канал 60 так, чтобы частота переключения плавно изменялась с уменьшением уровня тока. В одном варианте осуществления практический верхний предел по частоте составляет приблизительно 2 МГц. Нижний предел по частоте зависит от частоты PWM и может быть гораздо выше, чем частота PWM, например на два или более порядков величины больше, чем частота PWM. Хотя варианты осуществления изобретения, раскрытые здесь, в настоящее время рассматриваются как предпочтительные, различные модификации и изменения могут быть сделаны, не отступая от объема изобретения. Объем изобретения указывается в приложенной формуле изобретения и все изменения, попадающие в пределы смысла и ряда эквивалентов, считаются охваченными им.

Система управления цветом СИД лампы, содержащая контроллер (58) СИД, и множество СИД каналов (60), в процессе работы соединенных с контроллером (58) СИД, причем каждый из множества СИД каналов (60) имеет канальный переключатель (62), соединенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтируемой СИД схемой (83), причем шунтируемая СИД схема (83) имеет шунтирующий переключатель (68), соединенный параллельно с СИД источником (80). Контроллер (58) СИД определяет, находится ли СИД источник (80) в диапазоне управления с обратной связью, сохраняет измеренные значения оптического потока для СИД источника (80), когда СИД источник (80) находится в диапазоне управления с обратной связью, и блокирует сохранение измеренных значений оптического потока, когда СИД источник (80) не находится в диапазоне управления с обратной связью. Технический результат - повышение точности измерения оптического потока. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СИД лампа, содержащая:
контроллер (58) СИД; и
множество каналов 60 СИД, в процессе работы соединенных с контроллером (58) СИД, причем каждый из множества каналов (60) СИД имеет канальный переключатель (62), соединенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтируемой схемой (83) СИД, причем шунтируемая схема (83) СИД имеет шунтирующий переключатель (68), соединенный параллельно с СИД источником (80);
в котором контроллер (58) СИД определяет, находится ли СИД источник (80) в диапазоне управления с обратной связью, сохраняет измеренный оптический поток для СИД источника (80), когда СИД источник (80) находится в диапазоне управления с обратной связью, и блокирует сохранение измеренных значений оптического потока, когда СИД источник (80) не находится в диапазоне управления с обратной связью.

2. СИД лампа по п.1, в которой контроллер (58) СИД определяет, находится ли СИД источник (80) в диапазоне управления с обратной связью, определяя, превышает ли длительность импульса для СИД источника (80) предельную длительность импульса, причем СИД источник (80) находится в диапазоне управления с обратной связью, когда длительность импульса для СИД источника (80) больше предельной длительности импульса, и СИД источник (80) не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда длительность импульса для СИД источника (80) не превышает предельную длительность импульса.

3. СИД лампа по п.1, в которой контроллер (58) СИД блокирует сохранение измеренных значений оптического потока, когда длительность импульса для СИД источника не превышает предельную длительность импульса и СИД ток СИД источника (80) меньше минимального тока СИД.

4. СИД лампа по п.1, в которой контроллер (58) СИД уменьшает СИД ток СИД источника (80) и увеличивает длительность импульса для СИД источника (80), когда длительность импульса для СИД источника (80) не превышает предельную длительность импульса и СИД ток СИД источника (80), не меньше минимального СИД тока.

5. СИД лампа по п.4, дополнительно содержащая оптический датчик (56), в процессе работы подключаемый для измерения оптического потока для СИД источника (80), в которой контроллер (58) СИД увеличивает усиление оптического датчика (56), когда контроллер (58) СИД уменьшает СИД ток для СИД источника (80).

6. СИД лампа по п.1, в которой СИД контроллер (58) определяет, находится ли СИД источник (80) в диапазоне управления с обратной связью, определяя, превышает ли интенсивность измеренного оптического потока для СИД источника (80) предельную интенсивность, причем СИД источник (80) находится в диапазоне управления с обратной связью, когда интенсивность измеренного оптического потока для СИД источника (80) больше предельной интенсивности и СИД источник (80) не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда интенсивность измеренного оптического потока для СИД источника (80) не превышает предельную интенсивность.

7. СИД лампа по п.1, в которой контроллер (58) СИД определяет, находится ли СИД источник (80) в диапазоне управления с обратной связью, определяя, превышает ли отношение "сигнал-шум" для измеренного оптического потока СИД источника (80) предельное отношение "сигнал-шум", причем СИД источник (80) находится в диапазоне управления с обратной связью, когда отношение "сигнал-шум" для измеренного оптического потока для СИД источника (80) превышает предельное отношение "сигнал-шум", и СИД источник (80) не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда отношение "сигнал-шум" для измеренного оптического потока для СИД источника (80) не превышает предельное отношение "сигнал-шум".

8. СИД лампа по п.7, в которой отношение "сигнал-шум" является стандартной девиацией для заданного числа измерений оптического потока.

9. СИД лампа по п.1, в которой каждый из СИД источников (80) множества СИД каналов (60) генерирует свет различного цвета.

10. СИД лампа по п.1, в которой контроллер (58) СИД определяет, находится ли СИД источник (80) в диапазоне управления с обратной связью для каждого из СИД источников (80) множества СИД каналов (60).

11. Способ управления цветом СИД лампы, содержащий этапы, на которых:
обеспечивают СИД лампу, имеющую множество СИД каналов, причем каждый из множества СИД каналов имеет канальный переключатель, соединенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтируемой СИД схемой, причем шунтируемая СИД схема имеет шунтирующий переключатель, соединенный параллельно с СИД источником;
инициируют (202) параметры настройки СИД лампы для СИД лампы;
определяют (220), находится ли СИД источник в диапазоне управления с обратной связью;
сохраняют (214) результаты измерения оптического потока для СИД источника, когда СИД источник находится в диапазоне управления с обратной связью; и
блокируют сохранение результатов измерения оптического потока, когда СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью.

12. Способ по п.11, в котором определение (220) содержит определение (206), превышает ли длительность импульса для СИД источника предельную длительность импульса, причем СИД источник находится в диапазоне управления с обратной связью, когда длительность импульса для СИД источника превышает предельную длительность импульса, и СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда длительность импульса для СИД источника не превышает предельную длительность импульса.

13. Способ по п.11, дополнительно содержащий этапы, на которых:
определяют (206), превышает ли длительность импульса для СИД источника предельную длительность импульса;
определяют (232), меньше ли ток СИД для СИД источника минимального тока СИД; и
блокируют сохранение результатов измерения оптического потока, когда длительность импульса для СИД источника не превышает предельную длительность импульса и ток СИД для СИД источника меньше минимального тока СИД.

14. Способ по п.11, дополнительно содержащий этапы, на которых:
определяют (206), превышает ли длительность импульса для СИД источника предельную длительность импульса;
определяют (232), меньше ли ток СИД для СИД источника минимального тока СИД; и
уменьшают (234) ток СИД для СИД источника и увеличивают длительность импульса СИД источника, когда длительность импульса СИД источника не превышает предельную длительность импульса и ток СИД для СИД источника не меньше минимального тока СИД.

15. Способ по п.14, в котором СИД лампа имеет оптический датчик, при работе подключенный для измерения оптического потока СИД источника, дополнительно содержащий увеличение усиления оптического датчика в ответ на уменьшение тока СИД для СИД источника.

16. Способ по п.11, в котором определение (220) содержит определение, превышает ли интенсивность измеренного оптического потока СИД источника предельную интенсивность, причем СИД источник находится в диапазоне управления с обратной связью, когда интенсивность измеренного оптического потока СИД источника превышает предельную интенсивность, и СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда интенсивность измеренного оптического потока СИД источника не превышает предельную интенсивность.

17. Способ по п.11, в котором определение (220) содержит определение (212), превышает ли отношение "сигнал-шум" для измеренного оптического потока СИД источника предельное отношение "сигнал-шум", причем СИД источник находится в диапазоне управления с обратной связью, когда отношение "сигнал-шум" для измеренного оптического потока СИД источника превышает предельное отношение "сигнал-шум", и СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью, когда отношение "сигнал-шум" для измеренного оптического потока СИД источника не превышает предельное отношение "сигнал-шум".

18. Способ по п.17, в котором отношение "сигнал-шум" является стандартной девиацией заданного количества измерений оптического потока.

19. Способ по п.11, дополнительно содержащий определение, находится ли СИД источник в диапазоне управления с обратной связью для каждого из СИД источников множества СИД каналов.

20. Система управления цветом СИД лампы, содержащая:
СИД лампу, имеющую множество СИД каналов, причем каждый из множества СИД каналов имеет канальный переключатель, соединенный последовательно, по меньшей мере, с одной шунтируемой СИД схемой, причем шунтируемая СИД схема имеет шунтирующий переключатель, параллельный СИД источнику;
средство инициирования параметров настройки СИД лампы для СИД лампы;
средство определения, находится ли СИД источник в диапазоне управления с обратной связью;
средство сохранения результатов измерения оптического потока СИД источника, когда СИД источник находится в диапазоне управления с обратной связью; и
средство блокирования сохранения результатов измерения оптического потока, когда СИД источник не находится в диапазоне управления с обратной связью.