[發明專利]調制的光源使用的高精度控制設備和方法

有效

• 申請號: 200580040566.6
• 申請日: 2005-10-12
• 公開（公告）號: CN101128979A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 伊恩·阿什當
• 申請（專利權）人: TIR技術有限公司
• 主分類號: H03K7/08
• 分類號: H03K7/08;H05B37/02;H03M7/00
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 梁興龍;武玉琴

技術領域

本發明涉及照明設備領域，特別涉及用于控制一個或多個數字控制的光源的發光量的方法和設備。

背景技術

在研發和改進固態發光二極管和有機發光二極管等發光二極管(LED)的光通量方面的發展已經使這些設備適合用于一般的照明應用中，例如包括建筑物、娛樂場所和道路照明。因此，發光二極管與諸如白熾燈、熒光燈和高強度放電燈等光源相比變得越來越具有競爭力。

發光二極管具有許多優點，并且由于其耐用、壽命長、效率高、電壓要求低并且可以獨立控制發出光線的色彩和強度，而一般選擇發光二極管。它們比精致的氣體放電燈、白熾燈和熒光燈照明系統有所改進。固態發光二極管和改進的有機發光二極管具有產生屬于其他照明技術的相同照明效果的能力，并且可以極大地克服與之相關的缺點。

與傳統白熾燈光源不同，LED發出光線的強度和色彩可以被獨立地控制。如果，例如影響設備發出光線的光譜分布的芯模溫度等參數保持恒定，那么全部發出光線就可以被控制而基本上不改變色彩效果。僅當經過器件的電流超過某一閾值時LED才發出光線，并且電流可以從此穩定增加到特定的最大值。因此，控制穩定持續的光線輸出就需要精確控制流經LED的直流電流。然而，某些應用僅需要控制隨時間變化的平均光輸出。因此，通過利用諸如脈沖寬度調制(PWM)或脈沖編碼調制在無光發射與最強光發射之間進行迅速反復切換足以獲得所需照明效果。

盡管PWM對于LED的調光(dimming)來說是有用的技術，但是它必須符合許多特殊要求以便產生明顯的照明效果從而使人對這種照明效果感覺舒適。對感知上平滑調光的需要，具體說利用平方定律均衡補償人類視覺系統的非線性亮度反應，一般要求以12-14比特的精度(resolution)來控制光輸出，然而標準主流硬件PWM電路僅支持10比特精度。此外，由于強度經過100％的調制，所以PWM頻率通常必須高于約300Hz以避免產生光線的可感知的閃爍。另外，因為LED元件可以在不同速率下傳輸并儲熱，所以較高的PWM頻率會降低由設備熱循環引起的應力影響，并且在普通LED封裝中，溫度波動的有害影響對于超過大約10³-10⁴Hz的PWM頻率來說可以忽略不計。

很多美國專利已經解決了LED亮度控制的問題，例如美國專利No.3,787,752描述了對發光二極管顯示器的強度控制。該發明描述了如何使用一組功率脈沖對LED進行有效控制，這些LED在其照明特性上不適用弱電流，而是適用接近其最佳運行條件的電流。然而，此文獻沒有描述如何重復并離散地設置LED電流脈沖的占空因數，該占空因數還僅由所應用的顯示器限定。

美國專利No.4,090,189公開了用于LED顯示器的另一種亮度控制電路。該發明描述了一種在相對較寬范圍的亮度水平上控制LED的PWM方法，該方法還將穩定的運行擴展到低亮度區域。該公開內容同樣沒有描述如何重復并離散地設置LED電流脈沖的占空因數以在所需精度下控制LED的亮度。

美國專利No.6,833,691公開了一種提供數字脈沖寬度調制的系統和方法。該發明描述了用于提供高精度脈沖寬度調制信號的切換電源電路的脈沖寬度調制系統。該系統用來接收包含(m+n)比特二進制字的控制信號，并且用來提供帶有預定平均負載周期(duty?cycle)的脈沖寬度調制信號，其中該信號的精度基本上為2^(m+n)。這種脈沖寬度調制系統包括用于提供2^m個計時信號的計時電路、高頻振蕩電路和信號生成器。經過接收控制信號，該高頻振蕩電路用來提供更改的控制信號，其中這種更改的控制信號包含一組達到2ⁿ個m比特的二進制字。該信號生成器用來接收計時信號和更改的控制信號，并且用來提供具有負載周期的脈沖寬度調制信號，其中在平均超過2ⁿ個計時周期時該負載周期大約等于預定的平均負載周期。切換電源電路使用脈沖寬度調制信號來控制至少一種電源轉換設備。具體地說，該發明使用了具有加法器、延遲器、多路復用器、存儲器和寄存器模塊的復雜信號生成電路。另外，在其優選實施例中，當假設(m+n)比特的字的最大值為2^m+n-1時，以人工方式將(m+n)比特的控制字映射到m比特的PWM占空因數的時序上。

因此，需要一種改進并簡化的數字控制的光源使用的控制設備和方法，這種設備和方法既可以抑制噪音信號也可以有效提高控制數字控制的光源的精度水平。