调节光源亮度的方法和系统技术方案

在调光范围（０％－１００％）上调节诸如ＬＥＤ的光源的亮度包括调节流过光源的电流的强度（Ｉ）和占空比（ＤＲ）中的至少一个。调光范围包括至少一部分（Ｌ％－Ｈ％；０％－Ｈ％），其中给光源供应其强度以给定占空比（ＤＲ）在非零接通值与零之间切换的电流的，其中非零接通值是所述额定值（Ｉ额定）的一小部分，由此可以实现ＣＣ和ＰＷＭ联合调光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于调节诸如发光二极管(LED)的光源的亮度的技术。本专利技术的设计特别注意在那些装置中的可能应用，其中引起发光二极管的亮度以流过LED的电流的函数进行变化。
技术介绍
文献DE-A-19810827公开了一种为发光二极管(LED)提供电流的电路，其中电流源与LED相连，以提供电流。该电路包括逻辑门，以根据LED温度来调节提供给LED的电流。当超过温度阈值时，该逻辑门可以减小提供给LED的电流，而如果温度低于该阈值，则增加电流。该逻辑门可以提供被施加到LED的通量电压(flux voltage)与具有通过LED的恒定电流的参考电压的差动电压。该差动电压作为接通或断开LED电流源的控制信号。这样一种脉冲宽度调制(PWM)据报道能独立于LED温度保证最佳的提供给LED的电流，同时也确保最佳的LED亮度。在这样的现有装置中，调制的目的是减小LED上的平均电流，以便控制最大结温。所讨论的装置也允许通过降低调制频率来修改相关的占空比。文献US-A-2003/0117087公开了一种用于至少一个LED的控制电路，以通过控制器来调节LED的电流和/或电压；LED的电流、电压和/或发光是可探测的而且可与期望值相比。特别地，所调整的最大电流被接通和断开，这再次暗示使用PWM装置来调节光强度。另外的现有技术装置包括例如在DE-A-197 32 828中所公开的、包括用于LED阵列的PWM寻址电路的装置，该LED阵列包括用于设置任意数目并联二极管所需的或不同亮度所需的电流的双晶体管开关。特别地，在这样的现有技术文献中所描述的装置中，阵列具有多个在电感器与地之间并联的发光二极管(LED)。经由PWM开关为电感器提供来自源的电流，该PWM开关包括由逻辑电路选通的两个晶体管。针对栅电压的自举电容器将该逻辑连接到开关和电感器的公共连接。为了能够使用小电感器，PWM开关的工作频率优选地高于20kHz.。这样一种电路据报道特别适于例如用于机动车辆的后灯，并以特别低的损耗运行，这保证了通过LED的电流本质稳定。此外，JP-A-2003152224描述了一种用于液晶显示器的LED驱动电路，其包括用于检测提供给驱动电路的电流值和比较所检测的值与标准值的检测器。比较结果输出被输入到具有压控振荡器(VCO)和脉冲宽度调制PWM功能的LED驱动电压增长电路的输出电压控制电路。该电压控制电路这样控制比较结果输出，以致该比较结果输出与参考电压值一致。所讨论的装置适于驱动如被用于移动电话的液晶显示单元中的发光二极管，以提供恒定电流、高效驱动。总体说，用于调节诸如发光二极管(LED)的光源的亮度的技术涉及两种本质方法、即恒定电流(CC)控制和脉冲宽度调制(PWM)控制。这两种方法均依赖于以下事实，即诸如发光二极管(LED)的光源的亮度是流过光源(例如，在LED的情况下为二极管结)的(平均)电流的函数。因此，能够通过调节流过光源的电流的强度来获得调光功能(即改变光源的亮度)。图1是标准CC调光技术的示范。特别地，在图1中示意性涉及的装置中，使恒定电流I流过光源(贯穿本说明书的剩余部分，为了简化将称为LED)。代替对应于最大额定LED电流(I额定)的值，将电流I调节为给定强度并因此调节了LED的亮度，该给定强度是额定LED电流(I额定)的一小部分。作为示例，图1指的是运行条件，其中流过二极管的连续电流I是I＝I额定/2(即I额定的50％)。在这个例子中，LED的亮度降低50％。恒定电流(CC)调光的本质缺点是波长漂移除了光强度方面的期望变化，CC调节LED亮度产生不期望的波长漂移，该波长漂移本质上可由观察者觉察为从二极管发出的光的颜色变化。免除这种波长漂移的方法是采取如图2中示意性示出的脉冲宽度调制(PWM)调光。在PWM调光中，不是将通过二极管的电流I保持恒定在最大额定值I额定，而是以在“接通”值I额定和“断开”值(通常为零)之间的方波形式来切换电流I。PWM技术利用人眼视网膜上的图像持续作为低通滤波器，以便获得与电流处于“接通”级I额定的间隔和PWM脉冲周期的比率成比例的平均光通量。电流在“接通”级的间隔和电流强度为零的间隔的总和构成这样的周期。该比率通常被称为电流I的“占空比”(或“占空因数”)。在PWM调光中，当供应电流时，LED总是以在额定值I额定处的恒定电流(“接通”电流)来驱动。在图2中所示的示范性情况下，PWM波形的占空比被设为50％。事实上，电流为“接通”级I额定的间隔是PWM脉冲周期的50％(也就是一半)，PWM脉冲周期即为电流在“接通”级的间隔和电流强度为零的间隔的总和。由于通过二极管的平均电流I平均本质上是“接通”电流I额定乘以占空比(在此情况下I平均＝I额定/2)，因此LED变暗至50％。对于高于100Hz的PWM频率，人眼的低通滤波属性导致LED光被人类观察者觉察为恒定的和稳定的输出光。PWM技术的基本局限性在于，如果要不间断地将LED亮度降低到零(以便实现连续和光滑地衰减为零而无须光输出中的任何可见阶跃变化)，则必须良好地控制通过LED的平均电流值，从额定值I额定(通常在300和1000mA之间)降至几百微安。这就依次需要能够产生大约0.01％的稳定的PWM占空比。在脉冲重复频率为200Hz时，这对应于大约500纳秒的PWM“接通”时间。使用期望与诸如LED的光源相关的类型的标准低成本PWM电路实现这样的占空比值是十分困难的。此外，在低亮度级时，该占空比必须十分稳定，以便避免闪烁。这与人眼在低亮度级(测井灵敏度(log sensitivity))时是相当敏感的这一事实是相关的。对于给LED供电的功率级来说，特别是当转换器必须覆盖可变的输入和输出电压范围时，低PWM“接通”时间同样是严重问题。虽然已有前面讨论的现有技术文献所表明的重要的努力，仍需要摸索没有前面讨论的现有技术的装置的本质缺点的改进装置。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供满足这种需求的改进的解决方案，由此提供用于诸如高效LED的光源的高性能调光系统，同时避免额外的缺点、诸如由驱动电流中的变化产生的色彩偏移。根据本专利技术，通过具有随后的权利要求中所阐明的特征的方法可以实现该目的。本专利技术同样涉及相应的系统。权利要求是在此所提供的专利技术公开的整体部分。简单扼要地说，在此所描述的装置结合了CC和PWM控制技术，同时避免了每一技术的局限性。因此，该装置的优选实施例规定，在调光范围上调节具有额定电流值的光源(诸如LED)的亮度的方案；在至少一部分调光范围上，调光包括以下(联合)操作-向光源提供电流，该电流的强度以给定占空比(DR)在接通值与断开值之间切换，以及-将所述接通值与断开值中的至少一个调节成所述额定值的一小部分。本专利技术的特别优选的实施例因此规定这样的调光，以在所述至少一部分调光范围上包括以下(联合)操作-向光源提供电流，该电流的强度以给定的占空比在非零接通值与零断开值之间切换，以及-将所述非零接通值调节成所述额定值的一小部分。附图说明现在仅通过实施例参考附图对本专利技术进行阐述，其中-图1和2是已在前面讨论的标准CC和PWM调光的示范，-图3是示出亮度与调光级的关系的曲线图，-图4和5是在此所描述的装置的两个可能实施例的示范，以及-图6是适于实现在此所描本文档来自技高网...

【技术保护点】
在调光范围（０％－１００％）上调节具有额定电流值（Ｉ额定）的光源（ＬＥＤ）的亮度的方法，该方法包括在所述调光范围（０％－１００％）的至少一部分（Ｌ％－Ｈ％；０％－Ｈ％）上的如下操作：　　　　－向所述光源（ＬＥＤ）提供其强度（Ｉ）以给定占空比（ＤＲ）在接通值与断开值之间切换的电流，以及　　　　－将所述接通值与断开值中的至少一个调节成所述额定值（Ｉ额定）的一小部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P德安娜，
申请(专利权)人：电灯专利信托有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]