[发明专利]数字控制的照明器系统

说明书

技术领域

本发明涉及照明器，具体地涉及能够在操作期间维持期望的照 明条件(例如，恒定色温)的照明器系统。

背景技术

近期在发光二极管(LED)设计方面的技术进步已经惠及照明行 业。由于它们具有很高的总体发光效率并且具有实现各种不同的光图 案的灵活性，因此基于LED的照明器正在越来越多地用在标牌、广告、 展示照明和背光照明应用当中。基于LED的照明器还正在取代传统的 白炽或荧光照明设备，成为了主流照明构建风格。

由于具有自然光照特性，因此白光是照明的优选。用于环境照 明的基于LED的照明器的一项重要考虑因素是需要产生自然的白光。

白光可以通过混合从不同颜色的LED发出的光来产生。

已经提出了各种不同的标准来表征光的光谱含量。表征由测试 光源发出的光的一种方式是将其与黑体辐射出的光进行比较并且认 定出黑体的知觉色(perceived colour)与测试光源的知觉色最佳匹 配时黑体的温度。这一温度称为相关色温(CCT)并且通常以开氏温 度(K)计量。CCT越高，光就显得越蓝，或者越冷。CCT越低，光就 显得越红，或者越暖。白炽灯泡的CCT接近2854K，而日光灯的CCT 可以处于接近3200K到6500K的范围之内。

而且光的属性也可以用光通量和色品来表征。光通量用于定义 光的可计量量，色品用于定义光的知觉色感觉，而与它的感知明亮度 无关。色品和光通量是以遵照国际照明委员会(Commission Internationale de l’Eclairage)(CIE)的标准的单位计量的。CIE 色品标准定义了基于色度座标(指定色度图中的位置)的光的色调和 饱和度。光的色度座标是由三色激励值得出的并且是由三色激励值与 它们总和的比值来表达的；即，x＝X/(X+Y+Z)，y＝Y/(X+Y+Z)，z＝Z/ (X+Y+Z)，其中x、y和z是色度座标，X、Y和Z是三色激励值。 因为x+y+z＝1，所以仅仅需要指定两个色度坐标，例如比如是x和y。 任何CCT值都可以转换成相应的色度座标。

尽管成果卓著，基于LED的照明器依然可能会以复杂的方式受 到多种参数的影响。LED的色品和光通量输出在很大程度上取决于结 区温度和驱动电流以及导致效能随时间降低的器件老化效应，它们对 CCT可能会有不希望有的影响，并且更加一般地讲，会对发射光的色 品有不希望有的影响。

忽略对温度的依赖性，由LED发出的光的量与它的瞬时正向电 流成正比。如果以大于大约300Hz的速率对LED施加脉冲，人的视 觉系统就会感觉到不同于单个脉冲的按时间平均的光量。结果，通过 改变按时间平均的正向电流的量，能够实现照明器暗淡，正是使用这 样的技术来实现脉冲宽度调制(PWM)或脉冲编码调制(PCM)。不过， 平均正向电流的变化会影响LED的结区温度，这能够改变谱功率分布 并且结果会影响由LED发出的光的CCT或色品以及光通量。在使用各 种不同颜色的LED来产生期望色品的混合光时，对这一影响的补偿会 变得很复杂。正如M.Dyble在《Impact of Dimming White LEDs： Chromaticity Shifts Due to Different Dimming Methods》(Fifth International Conference on Solid State Lighting，贝灵汉， WA；SPIE第5941卷，2005)中所讨论的那样，结果得到的混合光的 颜色观感可能会在变暗淡时发生不可接受的偏离，因为单个LED的谱 功率分布可能会发生改变。

LED结区温度变化还可能对结果得到的输出光的谱功率分布造 成不希望有的影响。结区温度的变化不仅可能减小光通量输出，而且 还可能造成混合光的CCT发生不希望有的变化。过热还可能会减少 LED的寿命。