CN101107885B - 照明设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明系统的改进，具体涉及有可变色温的照明系统。我们描述一种用于控制两个光源的设备，其中利用电源调光器的输入电压，该光源包括：第一光源和第二光源，第一光源配置成发射有第一色温的光，而第二光源配置成发射有第二色温的光，其中第二色温高于第一色温，该设备包括：输入连接，用于从电源调光器接收输入电压；传感器，用于检测输入电压的电压值；驱动装置，用于驱动光源；和控制器，用于响应于所述检测控制驱动装置。

Description

照明设备和方法

技术领域

本发明涉及照明系统的改进，具体涉及有可变色温的照明系统。

背景技术

有可变色温的照明系统在专业人员中是众所周知的，可以改进办公室和家庭环境的舒适度，通常是，在晚上使用的白炽灯有较低的色温，而在白天普遍使用较高色温的荧光灯。Solux Lamp(www.soluxtli.com)是利用特殊涂层制成的‘冷’光灯，可以发射有约4700K色温的光。然而，在低的光强下，这种光源在变暗时呈现太蓝的光，而为了改进处理的有效性和舒适度，多光源的方法是优选的。

在WO 96/28956，JP 05-121176，JP 04-206391，DE 3526590，JP 03-226903，EP 0545474，DE 3916997，US 3180978，FR 2151121，和WO 85/01566中可以找到现有技术的背景。然而，现有技术系统的一个问题是，它们需要新的控制布线，额外安装有不同色温的光源，以及特殊的控制装置，例如，安装在屋外的光传感器。通常是，现有技术系统至少需要两个分开的照明电路，用于控制有不同色温的光源，从而使它们与标准的家庭照明装置不兼容，并增加提供有可变色温的人工照明装置的成本。

有利的是提供一种有可变色温能力的照明系统，它可用于标准的办公室和家庭照明电路，其中包括标准的调光器。具体地说，有利的是提供一种可以替换现有灯泡的插入装置，它包含与现有调光器电路结合使用的可变色温设备。

发明内容

按照本发明的一个方面，提供一种用于控制两个光源的设备，其中使用了电源调光器的输入电压，该光源包括：第一光源和第二光源，第一光源配置成发射有第一色温的光，而第二光源配置成发射有第二色温的光，其中第二色温高于第一色温，该设备包括：输入连接，用于从电源调光器接收输入电压；传感器，用于检测输入电压的电压值；驱动装置，用于驱动光源；和控制器，用于响应于所述检测控制驱动装置。

电源调光器的电压输出波形是可以随调光器的设计而变化。一种用于确定在调光器上设定功率电平的方法是确定调光器的均方根电压，因为这可以给传递给纯电阻性负载提供功率电平。传感器可以直接地检测平均电压，或者，它可以测量在一段时间周期内各个间隔上的电源输入端的瞬时电压，并确定平均电压。作为另一个方案，它可以间接地检测平均电压，例如，通过检测波形的工作循环(duty cycle)。

该设备可以控制光源，因此，当电源调光器的平均电压从零增大到参考电压时(在1/2电源电压与1/3电源电压之间，例如，1/2电源电压)，第一光源的亮度就增大。当平均电压是从参考电压进一步增大到最大电压时(例如，在UK和大多数欧洲国家是230V，而在USA是115V)，第二光源的亮度可以增大，而第一光源的亮度就减小，因此，这两个光源对于观察人员的总体亮度是基本恒定的。因为这两个光源发射有不同色温的光，当平均电压是从参考电压增大到最大电压时，发射光的总体色温可以从第一色温升高到第二色温。

从查阅表上可以得到这两个光源的驱动电平，该查阅表可以配置成考虑到不同的光源类型和不同的转移曲线。或者，可以以与平均电压减去参考电压成比例控制第一光源，因此，在零电压与参考电压之间，第一光源是关断的；而在参考电压与最大电压之间，第一光源是接通的。可以以与平均电压与参考电压之差成比例控制第二光源，因此，第二光源在参考电压下有最大的强度，而当平均电压改变成大于或小于参考电压时，第二光源的强度就减小。

按照本发明的另一个方面，提供一种配置成提供可变色温的光的光源，该光源包括：用于接收输入电源的功率输入端，第一照明光源，第二照明光源，和控制器，它耦合到所述功率输入端并且耦合所述第一照明光源和第二照明光源，其中所述控制器配置成提供可变的驱动电平到第一照明光源和第二照明光源，它取决于所述输入电源功率，以提供所述可变色温的光。

控制器可以有这样的配置，因此，在部分的可变色温范围内，光源的总体亮度对于观察人员可以基本保持恒定。控制器可以有这样的配置，因此，第一照明光源输出的光通量(测量单位为流明)与第二照明光源输出的光通量之和是基本恒定的。或者，控制器可以有这样的配置，因此，第一照明光源在特定距离上输出的照度(测量单位为勒克司)与第二照明光源在相同距离上输出的照度之和是基本恒定的。

按照本发明的另一个方面，提供一种有多个光源的灯泡，该光源包括：第一光源和第二光源，第一光源配置成发射有第一色温的光，而第二光源配置成发射有第二色温的光，其中第二色温高于第一色温。

灯泡最好是插入式装置，可以替换普通的白炽光，荧光管，或其他的光源。

第一光源和第二光源可以是不同类型的光源。例如，一个光源可以包括多个LED，而另一个光源可以包括灯丝型光源。或者，任何一个或两个光源可以包括荧光管光源。在预定的条件下，例如，驱动电压和/或驱动电流，第一光源发射有较低色温的光，而第二光源发射有较高色温的光。这些条件对于这两个光源可以是不同的，特别是它们是不同类型的光源。例如，灯丝型光源可以有高于LED的额定电压。当它们是在各自额定的驱动条件下工作时，从第二光源发射的光的色温高于从第一光源发射的光的色温。

最好是，第一色温小于3000K，而第二色温大于5000K。例如，第一色温可以是2700K(它可以称之为‘暖’光源)，而第二色温可以是5500K(它可以称之为‘冷’光源)。

利用电源调光器的输入电压，灯泡可以包含用于控制光源的电路。当灯泡包含普通灯泡的插入装置时，这可能是有用的，其中可以分别调整该灯泡发射的光的色温和光的强度。

按照本发明的另一个方面，提供一种用于控制多个光源的电路，其中利用调光器的输入电压，该电路包括：输入连接，用于从调光器接收功率控制信号；电压传感器，用于检测所述功率控制信号；驱动装置，用于驱动多个光源；和控制器，用于响应于所述检测控制驱动装置。

最好是，该电路提供可变色温的光。最好是，该光源包括：有第一色温的第一光源和有第二色温的第二光源，第二色温高于第一色温。最好是，控制器提供可变的驱动电平到第一光源和第二光源，它取决于所述输入电压的平均值，以提供可变色温的光。此处，平均值包括RMS电压值，例如，在调光器改变所加电源工作循环比例的情况下。

该电路可以连接到调光器和两个光源，其中一个光源发射较高色温的光，而另一个光源发射较低色温的光。还可以利用这样的光源，它们被安排成发射有中间色温的光，为的是改进在两个极端之间的色温变化。最好是，调光器是电源调光器，即，可以使电源照明变暗的调光器(如以下所描述的，这种调光器可以提供可变的低电压控制信号，而不是可变的电源功率)。

按照本发明的另一个方面，提供一种用于控制多个光源的方法，其中利用共同的输入电压以提供可变色温的光，该光源包括：第一光源和第二光源，第一光源配置成发射有第一色温的光，而第二光源配置成发射有第二色温的光，其中第二色温高于第一色温，该方法包括以下步骤：检测输入电压的数值，并响应于所述检测控制两个光源，以提供可变的驱动电平到所述第一光源和第二光源，它取决于所述平均值，以提供第一部分的控制范围，其中光的色温发生变化，而观察到的亮度是基本恒定的。

控制这两个光源还可以提供第二部分的控制范围，其中观察到的亮度发生变化，而色温可以保持恒定，或可以基本随亮度而变化。

一种用于检测平均电压的方法是，在一时间段的各个间隔上测量瞬时电压，并根据这些测量值确定平均电压。另一种方法是检测电源电压波形的工作循环，并根据这个工作循环确定平均电压。

本发明可以实施为计算机程序代码。所以，在另一个方面，本发明在承载媒体上提供这种代码，例如，软磁盘，它配置成实施上述的方法。本发明还提供一种集成电路，例如，携带这种代码的微处理器或存储器。

在上述设备，电路和系统中，调光器可以是提供直流控制电压类型的调光器，它与(通常分开的)电源结合使用。在这种情况下，例如，该电路可以提供可变的驱动电平输出，用于控制一对荧光灯镇流器单元，可以驱动各自一对有不同色温的荧光灯。镇流器单元可以是这样的类型，它有电源功率作为输入和0-10V的控制信号并且根据该控制信号提供荧光灯驱动输出，例如，Huco Limited 09-7570。对该设备/电路灵敏的输入电压可以是这种类型的直流控制信号。

一般地说，我们在以上涉及驱动两个有不同色温的光源，但是，专业人员可以明白，可以采用三个或多个光源，其中一些光源可以有相同或重叠的色温。

附图说明

仅仅作为例子，以下参照附图描述本发明的这些和其他特征，其中：

图1表示用于可变色温控制的设备方框图。

图2表示在图1所示方框图的控制器中所用方法的流程图。

图3表示提供可变色温控制的驱动电压方案的例子。

具体实施方式

图1中的方框图表示适合于在灯泡中包含的设备，可以通过常规的调光器连接到电源。在市场上有若干种不同的调光器设计，例如，前沿调光器，后沿调光器，脉宽调制(PWM)调光器，和电阻式调光器。最好是，该设备能够适用于任何类型的调光器电路。

电压传感器(101)连接到电源输入端(102)，并用于检测该输入的平均电压，例如，均方根电压，从而提供指出在调光器上设定功率电平的输出。或者，可以使用工作循环传感器，通过检测在电源接通时部分的电源循环(mains cycle)，该传感器可以确定在调光器上设定的功率电平。这种情况特别适合于前沿和后沿型调光器。控制器(104)连接到电压传感器的输出端和至少两个光源驱动器(106和107)的输入端。简单的电源电路(103)，例如，采用齐纳二极管的电路，可以连接到电源输入端，给光源驱动器提供稳定的电压输出。然而，电源电路对于控制器不是重要的，且光源驱动器可以配置成直接从电源输入端或通过全波或半波整流器接收功率。该设备可以与低电压光源结合使用，例如，LED，因此，可以有很大的电压范围。

控制电路的功能是给第一光源和第二光源提供不同驱动电平的信号，因此，当电源调光器上设定的功率电平从零开始增大时，第一光源的强度升高到最大值，而第二光源的强度基本保持为零，随着进一步增大电源调光器的功率电平，可以减小第一光源的强度，而使第二光源的强度从零增大到最大值。

第一光源可以包括低色温的光源(也称之为‘暖’光源)，例如，LED，荧光灯或白炽灯，其色温是在约3000K的正常工作条件下，最好是在2700K。第二光源是较高色温的光源(也称之为‘冷’光源)，它也可以包括：LED，荧光灯或白炽灯，其色温是在约5000K，最好是5500K。当调光器上的设定是从零开始增大时，第一光源的亮度就增大。当电源输入端上的平均电压达到预定的参考电压时(例如，部分的电源电压，例如，1/2的电源电压)，第一光源有最大的亮度。对于在这个电平之上的功率电平设定，灯泡的总体亮度可以基本保持恒定，而色温可以增大，因为第二光源的亮度增大和第一光源的亮度减小。

请注意，在电源调光器上的‘功率电平设定’是指提供给普通灯泡或纯电阻性负载的功率。当平均电压是从参考电压增大到最大电源电压时，提供给这个电路的功率可以实际上增大，基本保持恒定，或减小。这种情况部分地取决于第一光源与第二光源的比率和每个光源产生的输出光量。若第二光源比第一光源更有效，则该电路在最大电压下工作所需的功率可以小于在参考电压下工作所需的功率。

控制器可以利用微处理器或可以利用模拟电路进行设计，例如，晶体管和运算放大器。图2表示适用于微处理器控制器设计中的方法。在第一步(201)，从电压传感器中读出并确定电源调光器的功率电平设置。由于不同的电源调光器设计输出各种电压波形，微处理器可以执行程序代码以计算调光器的功率电平设置，例如，在几个电源循环的时段内，可以避免由于削顶电源电压波形造成瞬时的电压电平变化。

在第二步(202)，微控制器可以利用查阅表以得到第一光源和第二光源的驱动电平。查阅表的合适长度可以是256条目(适用于电压传感器中的8位数模转换器)。查阅表配置成首先增大第一光源的强度以响应增大的电源调光器功率，然后增大第二光源的强度，与此同时减小第一光源的强度。

最后，在第三步(203)，光源的驱动电平输出到光源驱动器。这两个光源可以工作在不同的电压电平，电流电平或总体功率电平上。这可以在光源驱动器或在控制器的查阅表中实现。在第一个例子中，相同的查阅表可用于不同的光源，其中对于使用的特定光源，匹配合适的光源驱动器。在第二个例子中，相同的光源驱动器可用于所有的光源，而把查阅表改变成适合于设计中使用光源的特定组合。因此，若改变光源，则相同的光源驱动器可用于新的光源，而只需要更新查阅表的ROM。

在另一个实施例中，图1中的控制器可以由模拟元件构成，例如，运算放大器和晶体管。这种控制器设计的功能与利用微处理器的功能是相同的，但它是用硬线连接。利用微处理器的一个优点是，对于不同的光源或不同的参考电压和最大电压，可以改变程序代码(任选地，包括查阅表)，而硬线设计仅可适用于一种实施方案。具体地说，对于不同的光强和色温曲线以及对于不同的调光器功率电平曲线，也可以改变查阅表。前沿和后沿调光器可以产生与PWM调光器不同的功率电平转移曲线，而一些光源的强度变化与驱动电压之间可以有较线性的关系。在编辑查阅表时可以考虑到这些效应中的一些或全部效应。非线性电路也可以利用模拟电子元件，例如，利用二极管模拟指数转移曲线。

图3表示调光器中电源输入的两个平均电压设置例子。在301，调光器被设定成略小于参考电压，约为80V。在这个例子中，第一光源是在约80％的强度上，而第二光源是关断的。在302，调光器被设定在参考电压与最大电源电压之间，约为190V。第一光源是在约30％的强度上，而第二光源是在约70％的强度上。驱动电压可以在该图上的两个参考值之间线性地变化(k1是第一光源的全光强，和k2是第二光源的全光强)，或驱动电压可以非线性地变化，为的是考虑光源的电压-强度曲线的非线性和/或调光器的功率电平与调光器位置的曲线。以下表示在图3上的两个参考电压之间线性关系的典型公式。

$\mathrm{DV}1=\left(\frac{V_{\mathrm{AVERAGE}}}{V_{\mathrm{REF}}}\right)\·k1$ 0≤V_AVERAGE≤V_REF

DV2＝0

$\mathrm{DV}1=(1-\frac{\mathrm{DV}2}{k2})\·k1$ V_REF≤V_AVERAGE≤V_MAINS

$\mathrm{DV}2=\left(\frac{V_{\mathrm{AVERAGE}}+V_{\mathrm{REF}}}{V_{\mathrm{MAINS}}-V_{\mathrm{REF}}}\right)\·k2$

例如，V_REF可以是100V。驱动电压可以安排成这样，在参考电压与最大电源电压之间，第一光源输出的光通量与第二光源输出的光通量之和是恒定的。

Lumens(S1)+Lumens(S2)＝consl

毫无疑问，专业人员还可以设想许多其他的有效方案。应当明白，本发明不局限于以上描述的实施例，并可以包括专业人员熟知的各种改动，这些改动都是在本发明权利要求书的精神和范围内。

Claims (17)

1.一种用于控制两个光源的设备，其中使用了来自电源调光器的输入电压，该光源包括：第一光源和第二光源，第一光源配置成发射有第一色温的光，而第二光源配置成发射有第二色温的光，其中第二色温高于第一色温，该设备包括：

输入连接，用于从电源调光器接收所述输入电压；

传感器，用于检测所述输入电压的数值；

驱动装置，用于驱动光源；和

控制器，用于响应于所述检测控制驱动装置，

其中控制器配置成控制驱动装置，因此，至少在部分的平均电压范围内，虽然来自组合光源的光的色温发生变化，但所述两个光源的总体亮度对观察人员来说是基本恒定的。

2.按照权利要求1的设备，其中传感器包括电压传感器，而由传感器检测的值包括所述输入电压的平均电压。

3.按照权利要求1的设备，其中传感器包括工作循环传感器。

4.按照权利要求1至3中任何一个的设备，其中传感器配置成确定输入电压的均方根电压。

5.按照权利要求4的设备，其中控制器包括：

查阅装置，用于响应于所述检测，查阅第一控制电压和第二控制电压；和

输出装置，用于输出第一控制电压和第二控制电压到驱动装置。

6.按照权利要求5的设备，其中控制器包括：

用于与平均电压减去参考电压成比例控制第一光源的装置；和

用于与平均电压与参考电压之差成比例控制第二光源的装置。

7.一种光源，配置成提供可变色温的光，该光源包括：

用于接收输入电源的功率输入端；

第一照明光源；

第二照明光源；和

控制器，耦合到所述功率输入端并且耦合到所述第一照明光源与第二照明光源；和

其中所述控制器配置成提供可变的驱动电平到所述第一照明光源和第二照明光源，该可变的驱动电平取决于所述输入电源，以便提供所述可变色温的光，和其中所述控制器配置成控制所述两个照明光源，使在所述光的所述可变色温的至少部分范围内，所述两个照明光源的总体亮度对观察人员来说基本保持恒定。

8.一种有两个光源的灯泡，该光源包括：第一光源和第二光源，第一光源配置成发射有第一色温的光，而第二光源配置成发射有第二色温的光，其中第二色温高于第一色温，该灯泡还包括：用于控制光源的电路，其中使用了来自电源调光器的输入电压，该电路包括：

输入连接，用于从电源调光器接收功率；

传感器，用于检测输入电压的平均电压；

驱动装置，用于驱动光源；和

控制器，用于响应于所述检测控制驱动装置。

9.按照权利要求8的灯泡，其中第一色温小于3000K，而第二色温大于5000K。

10.一种用于控制两个光源的电路，其中使用了来自电源调光器的输入电压，以提供可变色温的光，该光源包括：第一光源和第二光源，第一光源配置成发射有第一色温的光，而第二光源配置成发射有第二色温的光，其中第二色温高于第一色温，该电路包括：

输入连接，用于从电源调光器接收输入电压；

耦合到输入连接的传感器，用于检测所述输入电压；

耦合到连接到多个光源的输入连接的驱动装置，用于驱动光源；和

控制器，用于响应于所述检测控制驱动装置，以提供可变的驱动电平到所述第一光源和第二光源，该可变的驱动电平取决于所述输入电压的平均值，以提供所述可变色温的光。

11.按照权利要求10的电路，其中所述输入连接配置成接收用于所述光源的电源功率。

12.按照权利要求11的电路，其中传感器配置成检测所述被接收电源功率的电平，或是检测所述电源功率的平均电压值。

13.一种控制两个光源的方法，其中使用了共同的输入电压以提供可变色温的光，该光源包括：第一光源和第二光源，第一光源配置成发射有第一色温的光，而第二光源配置成发射有第二色温的光，其中第二色温高于第一色温，该方法包括：

检测输入电压的数值；和

响应于所述检测控制两个光源，以提供可变驱动电平到所述第一光源和第二光源，该可变驱动电平取决于平均值以提供控制范围，其中光的色温发生变化，而观察到的亮度是基本恒定的。

14.按照权利要求13的方法，其中所述检测包括：测量平均值，或测量输入电压的均方根电压。

15.按照权利要求13的方法，其中所述检测包括：测量输入电压的工作循环。

16.按照权利要求13至15中任何一个的方法，其中所述控制包括：

查阅对应于查阅表中平均电压的第一控制电压和第二控制电压；和

输出第一控制电压到第一光源和第二控制电压到第二光源。

17.按照权利要求13至15中任何一个的方法，其中所述控制包括：

与平均电压减去参考电压成比例控制第一光源；和

与平均电压与参考电压之差成比例控制第二光源。

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