CN100386000C - 调光型led照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种LED照明设备，该照明设备可由任何人简单地完成光线的调光，并可通过简单的操作，在较宽的范围内获得各种色调。调光型LED照明设备包括LED聚合灯部分，用于产生一系列控制输入信号的控制输入产生装置，控制输出产生装置和单电源控制装置。根据所述控制输入信号的值，所述LED聚合灯部分的色调被连续改变。

Description

调光型LED照明设备

本发明涉及在住宅、办公室、商店等场所中使用的照明设备。更具体地说，本发明涉及调光型LED照明设备，利用从交流电源接收的电力驱动LED以作为光源。

由于高强度蓝色LED已投入实际应用，蓝色LED、红色LED和绿色LED被组合安装在一起，用于构成类似于荧光灯、白炽灯等的通用照明设备。和现有的荧光灯、白炽灯等相比，采用LED聚合灯的照明设备的优点在于寿命长，能耗低。LED灯的优点之一是能够随意变化LED灯发出的光的颜色。即，通过组合三种基本颜色的LED，构成LED灯，并构造用于独立改变三种基本颜色的相应LED组的亮度的电路，可在很宽的范围内改变灯的色调。

在利用LED聚合灯的照明设备中，配置了可变地调节蓝色LED的亮度的蓝色调节钮，可变地调节红色LED的亮度的红色调节钮，可变地调节绿色LED的亮度的绿色调节钮。这种情况下，通过反复不定地操纵这三种调节钮，可任意改变灯的色调。

现在正在研究调光型照明设备的可用性。研究了调光型照明设备用在超市中，用于照明店铺中的货物/商品的情况。商店的所有者或管理者会尝试通过巧妙地利用从照明设备投向顾客的光所产生的色感，提高顾客的购买欲。于是，例如，可以采用与相应货物/商品的颜色相配的恰当颜色，例如，用微红的白光照亮肉类，用青白色光照亮蔬菜。但是，难以利用三个调节钮，借助三原色的诸如“微红的白色”，“青白色”之类的组合，获得所需的精确色调。原因在于三种调节钮的组合模式的数目是有限的。这些问题同样适用于住宅内的起居室照明，酒吧、俱乐部等等的商店中的情调(mood)照明。

另一方面，通过利用高层次的概念，例如色差等，有可能减少调节钮的数目。但是，对于普通用户来说，诸如“色差”之类的概念过于专业，以致难以理解调光方面的真实感受。另外还难以再现相同的调光状态。

另一方面，存在一种系统，在该系统中，预先准备了几种色调，用户可适当地选择所需的色调。但是，所提供的色调中的色感是不连续的，并且不能表现精细的色调。

此外，诸如用于相应照明颜色的调节钮之类的操作输入部分通常被固定在墙壁或类似物上面，降低调节的方便性。最好是以通过遥控操作，改变电视频道相同的方式，调节照明颜色。

为了克服现有技术的缺陷，设计出了本发明。本发明的目的是提供一种LED照明设备，该照明设备可由任何人简单地完成光线的调光，并可仅仅通过可变地操纵遥控器上的一个操纵钮，在较宽的范围内获得各种色调。

按照本发明的一个方面，调光型LED照明设备包括：

LED聚合灯部分，其中包括有第一颜色LED组，第二颜色LED组和第三颜色LED组；

用于连接电源的交流电源连接部分；

对通过交流电源连接部分接收的交流电整流的电源转换部分；

借助电源转换部分的输出，向相应的第一颜色LED组，第二颜色LED组和第三LED组提供电力，以便照亮这些LED组的第一颜色驱动电路，第二颜色驱动电路和第三颜色驱动电路；

产生一系列控制输入信号的控制输入产生装置，响应用户的操作，控制输入信号的值在预定的范围内增大或减小；

按照预定的特性曲线，产生对应于控制输入信号的值的，第一颜色照度数据，第二颜色照度数据和第三颜色照度数据的组合的控制输出产生装置；和

根据第一颜色照度数据，第二颜色照度数据和第三颜色照度数据，单独控制第一颜色驱动电路，第二颜色驱动电路和第三颜色驱动电路，改变第一LED组，第二LED组和第三LED组的电力供给量的单电源控制装置，

按照色品坐标系中设定的预定原始曲线，根据控制输入信号的值，LED聚合灯部分的色调被连续改变。

调光型LED照明设备还可包括：

产生一系列第二控制信号的第二控制输入产生装置，通过用户的操作，第二信号的值在预定的范围内增大或减小；

通过根据第二控制输入信号的值，均匀地增大或减小第一颜色驱动电路，第二颜色驱动电路和第三颜色驱动电路的电流值，均匀地改变第一颜色LED组，第二颜色LED组和第三颜色LED组的电力供应量的共用电源控制装置，

在照明亮度被改变的同时，LED聚合灯的色度基本保持不变。

第一颜色驱动电路，第二颜色驱动电路和第三颜色驱动电路可以是恒流型驱动电路，单电源控制装置借助脉冲宽度调制方法，单独改变第一颜色LED组，第二颜色LED组和第三颜色LED组的电力供给量。

调光型LED照明设备还可包括：

产生一系列第二控制信号的第二控制输入产生装置，通过用户的操作，第二控制信号的值在预定的范围内增大或减小；

通过根据第二控制输入信号的值，改变来自于电源转换部分的输出，均匀地改变第一颜色LED组，第二颜色LED组和第三颜色LED组的电力供应量的共用电源控制装置，

在照明亮度被改变的同时，LED聚合灯的色度基本保持不变。

LED聚合灯部分，交流电源连接部分，电源转换部分，第一颜色驱动电路，第二颜色驱动电路，第三颜色驱动电路，包括控制信号接收部分的控制输出产生装置和单电源控制装置被安装在照明设备主体部分上，包括控制信号发射部分的控制输入产生装置被安装在与主体部分分离的遥控器上，控制信号发射部分通过无线电传输线路与控制信号接收部分相连。

根据本发明的另一方面，调光型LED照明设备包括：

LED聚合灯部分，其中包括第一颜色LED组，第二颜色LED组和第三颜色LED组；

向相应的第一颜色LED组，第二颜色LED组和第三LED组提供电力，以便照亮这些LED组的第一颜色驱动电路，第二颜色驱动电路和第三颜色驱动电路；

产生一系列控制输入信号的控制输入产生装置，响应用户的操作，控制输入信号的值在预定的范围内增大或减小；

按照在色品坐标系中设定的预定原始曲线，产生与控制输入信号的值相对应的，第一颜色照度数据，第二颜色照度数据和第三颜色照度数据的组合的控制输出产生装置；

根据第一颜色照度数据，第二颜色照度数据和第三颜色照度数据，单独控制第一颜色驱动电路，第二颜色驱动电路和第三颜色驱动电路，改变第一LED组，第二LED组和第三LED组的电力供给量的单电源控制装置，

其中根据控制输入信号的值，LED聚合灯部分的色调被连续改变。

结合本发明优选实施例的附图，并根据下面给出的详细说明，将更充分地理解本发明，但是，优选实施例的附图和说明不应被看作对本发明的限制，而只是用于说明和理解本发明，其中：

图1是表示根据本发明的调光型LED照明设备的一个实施例的通用电路图的方框图；

图2是概括地表示与本发明的一个实施例相关的原始曲线的xy色品图；和

图3是与本发明的一个实施例相关的螺旋形状的原始曲线的一般性图解说明。

下面将参考附图，利用本发明的优选实施例，详细说明本发明。在下面的说明中，为了彻底理解本发明，陈述了许多具体细节。但是，对于本领域的技术人员来说，显然可在不借助这些具体细节的情况下，实现本发明。在其它情况下，为了避免不必要地使本发明难以理解，没有详细地表示众所周知的结构。

图1是根据本发明的调光型LED照明设备的一个实施例的电路图。LED照明设备具有一个主体部分1和通过无线电传输线路与主体部分通信的遥控器2，该主体部分具有作为光源的LED聚合灯部分11。

通过安装红色LED组11a，绿色LED组11b和蓝色LED组11c，构成分散充分混合红光、绿光和蓝光的光线的光学系统，从而构成LED聚合灯部分11。通过恰当地串行和/或并行电连接大量的红色LED，构成红色LED组11a。同样，通过恰当地串行和/或并行电连接大量的绿色LED，构成绿色LED组11b，通过恰当地串行和/或并行电连接大量的蓝色LED，构成蓝色LED组11c。

主体部分1的交流电源连接部分是与100V的工业交流电源的插座相配的电源插头12a。通过使电源插头12a与有效的电源插座相连，并打开电源开关12b，交流电被提供给包括二极管桥式整流器13a和电容器13b的电源转换部分，电源转换部分用于对交流电进行整流和滤波，把交流电转换为直流电。构成聚合灯部分11的红色LED组11a，绿色LED组11b和蓝色LED组11c与电源转换部分的输出端并行连接。提供电力，照亮红色LED组11a中的红色LED的红色驱动电路与红色LED组11a的直流电源线相连。类似地，提供电力，照亮绿色LED组11b中的绿色LED的绿色驱动电路与绿色LED组11b的直流电源线相连，提供电力，照亮蓝色LED组11c中的蓝色LED的蓝色驱动电路与蓝色LED组11c的直流电源线相连。通过连接相应颜色的LED组的驱动电路，构成驱动相应颜色的LED组照明的驱动系统。相应颜色的驱动电路包括恒流驱动器14a，14b和14c，寄存器15a，15b和15c，以及比较器16a，16b和16c，并通过计数器17与振荡电路18相连。后面将详细说明驱动系统的组件和操作。

主体部分1的处理系统中的主要部件是包括内置存储器的微计算机19。微计算机19具有与控制信号接收部分110相连的输入端，和通过总线111与驱动系统相连的输出端。控制器2向控制信号接收部分110传输控制信号。

遥控器2具有位于外壳表面上的，显示字符的液晶显示部分，便于用户输入操作的操作输入部分，基于通过操作输入部分的输入信号，以IrDA的形式发射用于照亮主体部分的控制信号的控制信号发射部分，和通过总线与这些部件相连，便于集中控制的微计算机。

操作输入部分具有第一控制输入产生装置和第二控制输入产生装置。这些控制输入产生装置由供用户操纵的若干按钮和旋钮，以及一个用于调光的可变寄存器或旋转编码器组成。每个控制产生装置一系列的控制输入信号，控制输入信号的值在预定的范围内增大和减小。

第一控制输入产生装置是用于输入单独控制红色LED组11a，绿色LED组11b和蓝色LED组11c的照度的命令，从而产生色调输入信号的装置(下面称为色调输入装置)。第二控制输入产生装置是用于输入均匀地控制LED聚合灯15的照度(亮度)的命令，产生光量输入信号的装置(下面称为光量输入装置)。下面将对以这些输入信号为基础，控制LED组的驱动进行说明。

《LED组驱动控制》

当用户在察看，例如由光量控制输入装置和色调控制输入装置在液晶显示部分上显示的字母数字字符的同时，执行预定的输入操作时，遥控器2的微计算机响应输入操作，设定产生的光量输入信号和色调输入信号。随后，当用户执行预定的操作时，微计算机向主体部分1的控制信号接收部分110发射对应于设定输入信号的IrDA信号。

主体部分1的微计算机19单独处理作为光量控制信号和色调控制信号的接收IrDA信号。

光量控制信号作为相应驱动器14a，14b和14c的电流调节终端的共用信号，被输入微计算机19。通过根据光量控制信号，均匀地增大或减小流过相应驱动器14a，14b和14c的电流值，相应LED组11a，11b和11c的供给电力被均匀地增大或减小。即，借助来自于遥控器2的光量输入装置的输入操作，LED组11a，11b和11c的照度被均匀地改变。

在所示实施例中，与照度的均匀控制无关，可相互独立地控制LED组11a，11b和11c中的每组LED的照度。通过以作为另一控制信号的色调控制信号为基础，借助脉冲宽度调制方法，实现这种色调控制。即，色调控制信号被输入微计算机器的A/D转换端。随后，进行预定的转换处理，以将作为照度控制基础的转换输出的形式，输出8位红色照度数据，绿色照度数据和蓝色照度数据。相应的寄存器15a，15b和15c锁存红色照度数据，绿色照度数据和蓝色照度数据。这样锁存的8位红色照度数据，绿色照度数据和蓝色照度数据变成用于确定驱动红色LED组11a，绿色LED组11b和蓝色LED组11c的驱动脉冲的脉冲宽度，以便以相应独立的照度照亮相应LED组的数据。RGB三原色中的相应原色的驱动系统彼此相同。于是，下面将作为例子，对红色照明的控制系统进行说明。

借助振荡电路18，连续产生频率足够高的恒频时钟脉冲。借助时钟脉冲，使256进位(＝2⁸)计数器17递增，从而在给定周期Ts的情况下，使计数器的8位计数值周期性地从都为“0”变化到都为“1”。通过数字比较器16a把该8位计数值和寄存器15a锁存的8位照度数据进行比较，从数字比较器16a输出对应于8位照度数据的驱动脉冲，该8位照度数据对应于脉冲宽度Tw，并且脉冲周期为Ts。即，驱动器14a把给定电流提供给红色LED，以便照亮红色LED，持续时间对应于驱动脉冲的脉冲宽度Tw。在周期为Ts的情况下，重复该脉冲照明。

如上所述，借助来自于遥控器2的色调输入装置的输入操作，相应颜色的LED组11a，11b和11c的照度被单独改变。把微计算机19的A/D转换端的色调控制信号输入转换为红色照度数据，绿色照度数据和蓝色照度数据的过程是本发明的特征。因此，下面将对转换过程进行说明。

《每种颜色的照度数据的产生》

微计算机19根据色调控制信号的量值，在256个照度水平上数字化A/D转换端的模拟色调控制信号输入。被这样转换成相应照度水平的数字值作为色调参数被存入为色调参数准备的地址空间中。在把色调参数作为输入的情况下，微计算机19执行存储在存储器中的预定逻辑程序，以便获得预先由色品坐标确定的原始曲线上的坐标值(Y，x，y)。随后，微计算机19进一步执行逻辑程序，以便根据三个坐标值Y，x，y，分别获得红色照度的8位数据，绿色照度的8位数据和蓝色照度的8位数据。如前所述，这些照度数据被输入驱动系统。

在所示实施例中，色品坐标系是通过沿照度轴方向，重叠若干的相同照度平面(xy色品图)，形成的空间坐标系统。借助该坐标系统中某一点处的坐标值(Y，x，y)，明确地确定颜色的这些属性(颜色的亮度，色度和丰度)。Y对应于颜色的亮度，(x，y)分别对应于颜色的色度和丰度。另一方面，原始曲线是布置在色品坐标系中的可变顺序曲线函数，其中为一个输入值(＝色调指定参数的值)而提供了三个坐标值Y，x和y。作为一个特殊的例子，图2中表示了照度Y0的xy色品图上的原始曲线。根据图2的原始曲线f(k)，当色调指定参数k从0增大到255时，色调被连续改变，例如“微粉红的白色”→“微绿的白色”→“青白色”。通过连续改变色调，可表现诸如“微粉红的白色”和“微绿的白色”之间的中间色之类的中间色以及其它精致的色调。通过准备原始曲线f(k)的若干模式，并将其存储在微计算机19的存储器中，可根据用途，时间，季节等选择所需的色调，从而允许更容易，并且变化更多地进行调光。

另一方面，通过建立沿照度方向螺旋延伸的原始曲线，可利用一个参数，连续地提供照度值和色调的若干彼此截然不同的组合。例如，能够表现从“亮青白色”到“暗红白色”的各种颜色。对应于该曲线的色感从“欢快”到“平静”。通过准备原始曲线f(k)的若干模式，并将它们存储在微计算机19的存储器中，可根据用途，时间，季节等选择所需的色调，与用户的优选需要密切相符的照明成为可能。另一方面，从硬件的角度来说，与光量输入装置相关的部件与色调输入装置结合在一起，可显著简化照明设备的总体结构。

此外，通过把时间t作为原始曲线的参数(参见图3)，可把计时器功能(或者简单的定时服务功能加入照明设备中，例如在预定的单位时间周期内，沿曲线的预定区域，改变照亮和色调。例如，通过在卧室照明中采用这种功能，可在连续变化的氛围中获得舒适的睡眠。另外，通过设定在一定的时段后自动关灯，有助于节能。另外，在夜总会中，通过从“刺激照明”→“镇静照明”→“怂恿回家的照明”改变照明，从而顾客玩乐一定的时间，并可提高顾客的换新率。

《变型》

作为本发明的另一实施例，在电源转换部分的下游配置了共用电源控制装置。微计算机19根据由通过遥控器2的光量输入装置的输入操作产生的光量控制信号，控制该共用电源控制装置。即，如果光量控制信号是“小”，则共用电源控制装置降低电源转换装置的输出，否则，增大该输出。因此，借助来自于遥控器2的光量控制装置的输入操作，可均匀地改变相应颜色的LED组的照度。

另外，在上面的两个实施例中，借助遥控器2的光量输入装置的控制，可在保持LED聚合灯部分的色度基本不变的情况下，改变照度。这样，可在较宽的范围内，调节照明灯的色调。

借助根据本发明的调光型LED照明设备，可按照预定的原始曲线连续改变LED聚合灯部分的色调。根据由控制输入信号产生装置产生的一系列控制输入信号的值，在色品坐标系中设定该曲线。借助这种安排，可以只通过改变控制输入产生装置的操作，简单地实现调光。

通过配置产生另一系列控制输入信号的另一控制输入信号产生装置，可通过用于相互独立地，可变地控制输入信号的色调水平的单独调节或统一调节，完成LED聚合灯的色调调节。

此外，通过在与照明设备分离的遥控器中配置控制输入产生装置，可类似于电视机的遥控操作那样，容易地完成照明调光。

虽然已通过优选实施例，说明了本发明，但是，在不脱离本发明的原理的情况下，对于本领域的技术人员来说，各种修改，省略，添加和不同设计都是显而易见的。因此，本发明应被理解为包括在不脱离附加权利要求中陈述的本发明的原理的情况下，能够实现的所有可能的实施例，修改，省略，添加等等。

Claims (5)

1.一种调光型LED照明设备，包括：

LED聚合灯部分，其中包括有第一颜色LED组、第二颜色LED组和第三颜色LED组；

用于连接电源的交流电源连接部分；

对通过所述交流电源连接部分接收的交流电整流的电源转换部分；

借助所述电源转换部分的输出，向相应的第一颜色LED组、第二颜色LED组和第三LED组提供电力，以便照亮这些LED组的第一颜色驱动电路、第二颜色驱动电路和第三颜色驱动电路；

产生一系列控制输入信号的控制输入产生装置，响应用户的操作，所述控制输入信号的值在预定的范围内增大或减小；

按照预定的特性曲线，产生对应于所述控制输入信号的值的、第一颜色照度数据、第二颜色照度数据和第三颜色照度数据的集合的控制输出产生装置；和

根据所述第一颜色照度数据、所述第二颜色照度数据和所述第三颜色照度数据，单独控制所述第一颜色驱动电路、所述第二颜色驱动电路和所述第三颜色驱动电路，从而改变所述第一LED组、所述第二LED组和所述第三LED组的电力供给量的单电源控制装置，

按照色品坐标系中设定的预定原始曲线，通过响应于和所述控制输入信号的值相对应的第一颜色照度数据、第二颜色照度数据和第三颜色照度数据的集合均匀地或单独地改变分别从第一颜色驱动电路、第二颜色驱动电路和第三颜色驱动电路提供给第一颜色LED组、第二颜色LED组和第三颜色LED组中的每一个的电力，所述LED聚合灯部分的色调被连续改变。

2.按照权利要求1所述的调光型LED照明设备，还包括：

产生一系列第二控制输入信号的、配置有所述控制输入产生装置的第二控制输入产生装置，通过用户的操作，所述第二控制输入信号的值在预定的范围内增大或减小；

通过根据所述第二控制输入信号的值，均匀地增大或减小所述第一颜色驱动电路、所述第二颜色驱动电路和所述第三颜色驱动电路的电流值的数量，均匀地改变所述第一颜色LED组、所述第二颜色LED组和所述第三颜色LED组的电力供应量的、结合在所述单电源控制装置中的共用电源控制装置，

在照明亮度被改变的同时，所述LED聚合灯的所述色度基本保持不变。

3.按照权利要求2所述的调光型LED照明设备，其中所述第一颜色驱动电路、所述第二颜色驱动电路和所述第三颜色驱动电路是恒流型的，所述单电源控制装置借助脉冲宽度调制方法，单独改变所述第一颜色LED组、所述第二颜色LED组和所述第三颜色LED组的电力供给量。

4.按照权利要求1所述的调光型LED照明设备，还包括：

产生一系列第二控制输入信号的、配置有所述控制输入产生装置的第二控制输入产生装置，通过用户的操作，所述第二控制输入信号的值在预定的范围内增大或减小；

通过根据所述第二控制输入信号的值，改变来自于所述电源转换部分的输出，均匀地改变所述第一颜色LED组、所述第二颜色LED组和所述第三颜色LED组的电力供应量的、配置在电源转换部分的下游侧的共用电源控制装置，

在照明亮度被改变的同时，所述LED聚合灯的所述色度基本保持不变。

5.按照权利要求1所述的调光型LED照明设备，其中所述LED聚合灯部分、所述交流电源连接部分、所述电源转换部分、所述第一颜色驱动电路、所述第二颜色驱动电路、所述第三颜色驱动电路、包括控制信号接收部分的所述控制输出产生装置和所述单电源控制装置被安装在照明设备主体部分上，包括控制信号发射部分的所述控制输入产生装置被安装在与所述主体部分分离的遥控器上，所述控制信号发射部分通过无线电传输线路与所述控制信号接收部分相连。

Images