專利名稱：多光色組成led光源的相關色溫及顯色指數自校準電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及LED驅動及控制領域，具體公開了一種多光色組成LED光源的相關色 溫及顯色指數自校準電路。
背景技術：
LED，也就是發光二極管，是一種固態的半導體發光器件。自大功率白光LED出現 后，由于它具有發光效率高、節能效果好、無污染、壽命長等特點，被譽為替代白熾燈和熒光 燈的第四代照明光源，受到廣泛的關注。 LED的核心是封裝在里面的LED芯片，LED芯片一般只能發出特定波長的單色光。 所以，白光LED要產生白光有三種方式可以實現l.藍光LED芯片加黃光熒光粉(一般是 YAG熒光粉)，由藍光LED芯片激發涂覆在其上方的黃光熒光粉，熒光粉被激發后產生的黃 光與剩余的藍光互補而產生白光；2.利用三基色原理將RGB三種超高亮度LED芯片封裝在 一起，使紅藍綠光混合產生白光；3.藍光LED芯片加綠光熒光粉和紅光熒光粉，由藍光LED 芯片激發涂覆在其上方的綠光熒光粉和紅光熒光粉，熒光粉被激發后產生的綠光和紅光與 剩余的藍光互補而產生白光；4.紫外光或紫光(300-400nm)LED芯片加RGB熒光粉，其原理 與日光燈的發光原理類似，由紫外光或紫光LED芯片激發涂覆在其上方的RGB熒光粉，熒光 粉被激發后產生的藍光、綠光和紅光混合而形生白光。目前，前兩種方式的白光LED最為常 見，"藍光LED芯片+YAG熒光粉"的白光LED多應用在照明領域，具有光效高的優點；"RGB" 的白光LED多應用在背光源、顯示屏上，具有色域廣，顯色性較好的優點。
LED光源要在未來逐漸成為照明領域的主角，除了提高自身的發光效率外，還需要 改善其光源品質。反映光源品質的重要參數有色度坐標、相關色溫CT以及顯色指數CRI (包 括一般顯色指數和特殊顯色指數)。色度坐標、相關色溫和顯色指數是由LED光譜能量分布 所決定的。 傳統的白熾燈，其光譜能量包括可見光的所有連續光譜；而白光LED產生的白光 是由多種單色光混合而成，光譜能量分布呈現窄帶狀。白光LED與傳統白熾燈的這種差異 導致了白光LED的顯色指數不高，并且存在低相關色溫時發光效率偏低的問題，從而局限 了光源質量，限制了白光LED在某些需要高顯色品質場合的應用。 為調節LED光源的相關色溫，提高其顯色指數， 一個有效的方法是補充并調節 光譜中缺少的顏色輻射。這在實際操作中有兩個技術路線可以實現第一，改進熒光粉， 通常在YAG熒光粉中添加紅光、綠光等其他顏色的熒光組分(如專利CN 1677695A、CN 101414604A和CN 101195742A)或采用YAG熒光粉層與紅光、綠光熒光粉層相結合的多層 熒光粉方式(如專利CN 1953216A);第二，在封裝上同時集成了白光LED和彩色LED (如 專利CN 101255956A)，或者在同一LED內封裝了白光LED芯片和彩色LED芯片(如專利 CN1937222A)。對于前種方法，存在發光效率難以提升的問題，紅光、綠光熒光粉對藍光的吸 收，引起總體光效的下降。另外，產品成型后，相關色溫及顯色指數就不能改變。對于后一 種方法，在確保高的發光效率同時，提高光源的顯色性，并且在使用過程中，只需調整某種顏色LED的電流，改變其光通量(或光強)，就可以改變相關色溫和顯色指數，但是這種方法 需要配置驅動控制電路和相應算法。例如 專利(CN 1968556A)公開了一種用于生成白光的系統和方法，該系統包括熒光粉 轉換白色LED和非熒光粉轉換彩色LED，還有顏色傳感器。其中顏色傳感器是三色傳感器， 只生成特定于顏色的反饋信號，并產生相應的控制信號以從光源產生期望的顏色，從而調 節光源的亮度和色度特性。這種系統相對復雜，特殊的三色傳感器只響應與特定顏色，若采 用的彩色LED種類或波長改變，傳感器要做出相應的調整。 針對多光色LED組成的光源，使其應用在高顯色要求的照明領域，需要一種簡單 通用的相關色溫和顯色指數自校準手段和電路系統。
發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種多光色組成LED光源的相關色溫 及顯色指數自校準電路，其首次運用各光色光通量(或光強)比例來自校準光源的相關色 溫和顯色指數；首次把老化曲線引入到自校準系統，提高光源色度參數的時間穩定性。
為實現上述目的，本發明的技術方案為一種多光色組成LED光源的相關色溫及 顯色指數自校準電路，其包括LED恒流驅動電路、光傳感器電路、數據存儲電路、輸入電路 和主控制計算電路； 數據存儲電路，存有組成LED光源的各光色LED光通量或光強_電流曲線和相關 色溫及顯色指數_光通量或光強比曲線，并將該兩組數據發送給主控制計算電路；光傳感 器電路，用于感應光源窗口的光信號，并將光信號發送至主控制計算電路；輸入電路，用于 設置相關色溫及顯色指數，并將其發送至主控制計算電路；主控制計算電路，其利用上述 兩條曲線建立起內部數據庫，通過該數據庫把光傳感器電路的光信號轉化為LED實際發出 的光通量或光強，并根據設定的相關色溫和顯色指數發出相應控制信號給LED恒流驅動電 路，使各光色LED調整其光通量或光強比例。 —般的光傳感器只能響應于照射在其接收窗口的光能量，而無法得知LED實際發 出的光通量(發出的總光能量)。為準確獲得LED發出的光通量或光強，本發明把各光色 LED光通量或光強-電流曲線存進數據存儲電路，數據存儲電路再把該曲線數據輸出給主 控制計算電路。 光傳感器電路連接于主控制計算電路，并把其響應信號傳輸給主控制計算電路。 主控制計算電路通過主控程序，在燈具點亮時自動建立起光傳感器響應信號與LED光通量 或光強的內部轉換數據庫，通過查詢方式得知光源內LED發出的光通量或光強。
隨著LED的老化，會造成LED光通量或光強_電流曲線的改變，改變程度受LED工 作時間和工作溫度影響。為解決上述問題，該電路還包括了自校準電路和溫度傳感器電路， 溫度傳感器電路連接于自校準電路，自校準電路連接于數據存儲電路及主控制計算電路。 數據存儲電路把光衰曲線數據傳輸給自校準電路，與此同時，溫度傳感器電路探測LED工 作溫度，并把溫度信號傳輸給自校準電路。自校準電路利用這兩組數據，對內部轉換數據庫 進行修正。利用此方法，主控制計算電路就能通過光傳感器電路的反饋信號準確計算出LED 實際發出的光通量或光強，尤其在使用一段長時間后，也能保持計算的準確性。另外，溫度 傳感器電路結合外圍的功率可調散熱裝置，能用于控制LED的工作溫度，大大擴展該電路的用途。 數據存儲電路把相關色溫/顯色指數-光通量或光強比曲線數據傳輸給主控制
計算電路，主控制計算電路根據設定的相關色溫和顯色指數查詢出需要的光通量或光強比
例，并轉化成相應的控制信號傳輸給LED恒流驅動電路。自校準電路也對上述轉化過程進
行修正，確保實際值與設定值吻合。上述過程能在開燈時由程序控制自動完成。 若顏色多于兩種，則相關色溫/顯色指數_光通量或光強比關系圖則變成三維，但
上述查詢和修正方法不變。 另外，輸入電路提供給使用者設定需要的相關色溫和顯色指數，并把設定值傳輸 給主控制計算電路。 與現有技術相比，本發明具有如下效益以光源中LED的光通量(或光強)作為反 饋量及控制量，通過最優光通量(或光強)配比技術來自校準光源的相關色溫及顯色性，其 中，最優光通量(或光強)比例由模擬或實驗得出，保證自校準的客觀性；把老化曲線引入 電路中，消除LED長時間使用后參數改變造成的自校準誤差；整個自校準過程，由主控計算 程序在亮燈時自動完成，使用方便；該電路及方法能靈活應用到各種多光色組成的LED光 源中，如"白色+紅色"、"白色+琥珀色+綠色"等，改善相關色溫穩定性，提高顯色品質。
圖1是多光色組成LED光源相關色溫及顯色指數自校準電路的系統圖和數據流 向； 圖2不同紅光峰值波長下，顯色指數與紅白光光通量或光強比的二維關系圖；
圖3不同紅光峰值波長下，相關色溫與紅白光光通量或光強比的二維關系圖；
圖4是實施例1中"白光+紅光"LED光源的相關色溫自校準電路原理圖；
圖5是實施例3中"白光+紅光+綠光"LED光源的相關色溫可調，高顯色性自校 準電路原理圖； 圖6是室內照明環境相關色溫調節示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明提供了一種多光色組成LED光源的相關色溫及顯色指數自校 準電路，其包括LED恒流驅動電路(6)、光傳感器電路(3)、數據存儲電路(1)、輸入電路(7) 和主控制計算電路(2); 數據存儲電路(1)，存有組成LED光源的各光色LED光通量或光強_電流曲線② 和相關色溫及顯色指數_光通量或光強比曲線③，并將該兩組數據發送給主控制計算電路 (2); 光傳感器電路(3)，用于感應光源窗口的光信號，并將光信號發送至主控制計算電 路(2); 輸入電路(7)，用于設置相關色溫及顯色指數，并將其發送至主控制計算電路 (2); 主控制計算電路(2)，其利用上述兩條曲線建立起內部數據庫，通過該數據庫把光 傳感器電路(3)的光信號轉化為LED實際發出的光通量或光強，并根據設定的相關色溫和顯色指數發出相應控制信號給LED恒流驅動電路(6)，使各光色LED調整其光通量或光強比 例。 還包括對信號進行修正的自校準電路(4)，該自校準電路(4)用于修正主控制計 算電路(2)發給LED恒流驅動電路(6)的控制信號及光傳感器電路(3)發給主控制計算電 路(2)的光信號。還包括連接于自校準電路(4)的溫度傳感器電路(5)，其用于探測LED的 工作溫度并把溫度信號數據傳輸給自校準電路(4)，該數據存儲電路(1)將其預存的光衰 曲線①數據發送至自校準電路(4)，自校準電路(4)通過這兩組數據對主控制計算電路(2) 的內部數據庫進行修正。 主控制計算電路(2)通過建立具有三維的相關色溫及顯色指數-光通量或光強比 曲線③的內部數據庫，來調整兩種以上顏色LED組成的光源的相關色溫和顯色指數。圖2 和圖3是兩種顏色的情況，若顏色多于兩種，則相關色溫/顯色指數_光通量或光強比關系 圖則變成三維，但上述查詢和修正方法不變。 組成LED光源的各光色LED光通量或光強_電流曲線②、光衰曲線①和相關色溫 /顯色指數_光通量或光強比曲線③通過模擬或實驗得出。
以下結合實施例及附圖對本發明進行詳細的描述。
實施例1 如圖4所示， 一種"白光LED+紅光LED"光源的相關色溫自校準電路和方法，由于 光源含有白光和紅光兩種LED，所以該電路包括兩組恒流驅動電路1和2，分別驅動白光LED 和紅光LED，可以準確控制其光通量(或光強)。電路的其他部分組成與上述發明內容相同。
首先，如上述發明內容所述，主控制計算電路建立起光傳感器反饋信號與白光光 通量(或光強)的轉換數據庫，通過光傳感器電路的響應信號就可以計算出白光LED發出 的光通量(或光強)。數據存儲電路把相關色溫-紅白光光通量(或光強)比曲線數據傳 輸給主控制計算電路，主控制計算電路根據所需的相關色溫計算出紅光光通量(或光強) 的相應比例。此時，主控制計算電路輸出相應的控制信號給LED恒流驅動電路2，使紅光的 光通量(或光強)達到所需的比例。此過程同時需要自校準電路進行自校準。
本實施例子適用于相關色溫可調的LED照明光源。光傳感器、白光LED和紅光LED 一起集成在光源中，光源亮度可以通過調節白光LED的電流來改變。同時，利用本專利方 法，紅光亮度會跟隨白光的光通量(或光強)成比例地變化，從而在不同亮度下也能保持用 戶設定的相關色溫值。對于小功率光源(如10瓦以下的臺燈)，通過合理的散熱設計，LED 的工作溫度容易控制在一定范圍以內。對于此種情況，可以節省溫度傳感器的使用，把工作 溫度預先設定和測量并存入自校準電路中，這樣就降低系統的復雜度和成本。
實施例2 —種"白光LED+紅光LED"光源的高顯色性保持電路，其系統構成和調節原理與實 施例1相似。所不同的是，數據存儲電路把顯色指數-紅白光光通量(或光強)比曲線數 據傳輸給主控制計算電路，主控制計算電路根據最高顯色指數點查出所需紅光光通量(或 光強)的最優比例。 該保持電路適用于市場上的各種白光LED，對于不同封裝和不同型號的白光LED， 只需選擇合適的紅光LED，即可做成一個高顯色指數的白光LED燈具，方便應用在對光源顯 色有高要求的場合。
實施例3 如圖5所示， 一種"白光LED+紅光LED+綠光LED"光源的相關色溫可調，高顯色性 自校準電路。上述兩個實施例子只能單獨自校準相關色溫或者顯色指數。若需要同時自校 準相關色溫和顯色指數兩個指標，則需要在LED光源中多添加一種顏色。因此，本實施例子 使用了三組恒流驅動電路1、2和3，分別驅動白光LED、紅光LED和綠光LED，能在人為改變 相關色溫的時候，依然保持高顯色性。 與上述兩個實施例子不同的是，數據存儲電路把顯色指數_光通量(或光強)比
數據組以及相關色溫-光通量(或光強)比數據組同時傳輸給主控制計算電路，主控制計
算電路根據設定的相關色溫和顯色指數，在兩個數據組中建立交集區域，得出紅光光通量
(或光強)以及綠光光通量(或光強)比例。 該電路能作為LED背光源的控制電路，提高顯示效果。 實施例4 如圖6所示，是相關色溫自校準電路應用在室內照明環境。在室內中安裝多光色 LED光源(1)、光傳感器電路(2)和輸入電路(3)，使用者通過輸入電路(3)設定環境相關色 溫，利用上述發明內容所述的電路系統和方法，即能對環境相關色溫進行有效的自校準。
權利要求
一種多光色組成LED光源的相關色溫及顯色指數自校準電路，其特征在于包括LED恒流驅動電路(6)、光傳感器電路(3)、數據存儲電路(1)、輸入電路(7)和主控制計算電路(2)；數據存儲電路(1)，存有組成LED光源的各光色LED光通量或光強-電流曲線②和相關色溫及顯色指數-光通量或光強比曲線③，并將該兩組數據發送給主控制計算電路(2)；光傳感器電路(3)，用于感應光源窗口的光信號，并將光信號發送至主控制計算電路(2)；輸入電路(7)，用于設置相關色溫及顯色指數，并將其發送至主控制計算電路(2)；主控制計算電路(2)，其利用上述兩條曲線建立起內部數據庫，通過該數據庫把光傳感器電路(3)的光信號轉化為LED實際發出的光通量或光強，并根據設定的相關色溫和顯色指數發出相應控制信號給LED恒流驅動電路(6)，使各光色LED調整其光通量或光強比例。
2. 根據權利要求1所述的多光色組成LED光源的相關色溫及顯色指數自校準電路，其 特征在于還包括對信號進行修正的自校準電路(4)，該自校準電路(4)用于修正主控制計 算電路(2)發給LED恒流驅動電路(6)的控制信號及光傳感器電路(3)發給主控制計算電 路(2)的光信號。
3. 根據權利要求2所述的多光色組成LED光源的相關色溫及顯色指數自校準電路，其 特征在于還包括連接于自校準電路(4)的溫度傳感器電路(5)，其用于探測LED的工作溫 度并把溫度信號數據傳輸給自校準電路(4)，該數據存儲電路(1)將其預存的光衰曲線① 數據發送至自校準電路(4)，自校準電路(4)通過這兩組數據對主控制計算電路(2)的內部 數據庫進行修正。
4. 根據權利要求1所述的多光色組成LED光源的相關色溫及顯色指數自校準電路，其 特征在于主控制計算電路(2)通過建立具有三維的相關色溫及顯色指數-光通量或光強 比曲線③的內部數據庫，來調整兩種以上顏色LED組成的光源的相關色溫和顯色指數。
5. 根據權利要求1所述的多光色組成LED光源的相關色溫及顯色指數自校準電路，其 特征在于組成LED光源的各光色LED光通量或光強-電流曲線②、光衰曲線①和相關色溫 /顯色指數_光通量或光強比曲線③通過模擬或實驗得出。
全文摘要
本發明公開一種多光色組成LED光源的相關色溫及顯色指數自校準電路，其包括數據存儲電路，存有組成LED光源的各光色LED光通量或光強-電流曲線和相關色溫及顯色指數-光通量或光強比曲線，并將該兩組數據發送給主控制計算電路；光傳感器電路，用于感應光源窗口的光信號，并將光信號發送至主控制計算電路；輸入電路，用于設置相關色溫及顯色指數，并將其發送至主控制計算電路；主控制計算電路，其利用上述兩條曲線建立起內部數據庫，通過該數據庫把光傳感器電路的光信號轉化為LED實際發出的光通量或光強，并根據設定的相關色溫和顯色指數發出相應控制信號給LED恒流驅動電路，使各光色LED調整其光通量或光強比例。
文檔編號H05B37/02GK101697654SQ20091019347
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者凌敏捷, 吳昊, 王鋼 申請人:中山大學;