[发明专利]用于经由单个调节器电路控制多个光源以提供颜色和/或色温可变光的方法和装置

说明书

技术领域

本发明主要地涉及控制向一个或者更多个光源递送的功率。更具体而言，这里公开的各种发明方法和装置涉及一种用于向一个或者更多个发光二极管(LED)提供功率以产生所需照明效果(例如调光、颜色可变和/或色温可变控制)的改型切换调节器电路。

背景技术

数字照明技术(即基于半导体光源，如LED的照射)赋予一种对传统荧光、HID和白炽灯的可行取代。LED的功能优点和益处包括高的能量转换和光学效率、耐久性、更低的操作成本以及许多其它优点和益处。LED技术的近来发展已经提供在许多应用中实现多种照明效果的高效和稳健的全光谱照明源。例如，如在通过引用结合于此的第6,016,038和6,211,626号美国专利中详细讨论的那样，将这些光源具体化的一些器具以如下照明模块为特征，该照明模块包括能够产生不同颜色如红、绿和蓝的一个或者更多个LED以及用于独立控制LED的输出以便生成多种颜色和颜色改变照明效果的处理器。

DC-DC变换器是一种接受DC输入电压并向负载提供DC输出电压的公知电设备。DC-DC变换器一般被配置成基于在一些情况下与输出电压不同的未调节的DC源电压向负载提供已调节的DC输出电压或者电流(“负载电压”或者“负载电流”)。例如在许多汽车应用(其中电池提供具有近似12伏特未调节的电压的DC功率源)中，DC-DC变换器可以用来接收未调节的12伏特DC作为源并提供已调节的DC输出电压或者电流以驱动车辆中的各种电子电路(仪器、附件、引擎控制、照明设备、无线电/立体声等)。DC输出电压可以比来自电池的源电压更低、更高或者相同。

更一般而言，DC-DC变换器可以用来将多种DC功率源中的任何DC功率源如电池提供的未调节的电压变换成用于驱动给定负载的已适当调节的电压或者电流。在一些情况下，可以从由桥式整流器/滤波器电路布置整流和滤波的AC功率源如120Vrms/60Hz AC线电压获得未调节的DC源电压。在这一情况下，假如涉及到潜在危险电压，保护隔离部件(例如变压器)可以在DC-DC变换器中用来保证安全操作。

图1图示了配置成基于更高未调节的DC源电压112(V_source)向负载104提供DC负载电压102(V_load)和已调节的负载电流103(I_load)的常规减压DC-DC变换器100的电路图。在示例照明应用中，负载104可以是光源，比如一个或者更多个LED。预期未调节的源电压V_source会在标称值周围一些相对小的范围内略微(和随机)变化；然而在常规DC-DC变换器配置中，不会有意变化源电压V_source。图1的减压变换器也普遍称为“降压”变换器。

DC-DC变换器如图1的降压变换器运用配置成作为有选择地允许能量存储于储能器件中的已饱和开关来操作的晶体管或者等效器件(例如参照图1中的晶体管开关122和电感器124)。虽然图1将这样的晶体管开关图示为双极结晶体管(BJT)，但是场效应晶体管(FET)也可以在各种DC-DC变换器实施方式中用作开关。借助运用这样的晶体管开关，DC-DC变换器由于它们的一般功能而也普遍称为“切换调节器”。

具体而言，图1的电路中的晶体管开关122操作以在相对短的时间间隔内在电感器124两端周期性地施加未调节的DC源电压112(V_source)(在图1和后续图中，除非另有指明，描绘单个电感器以示意地代表以多种串联/并联配置中的任何配置布置的一个或者更多个实际电感器以提供所需电感)。在晶体管开关“接通”或者闭合(即向电感器传递源电压V_source)的间隔期间，电流基于施加的电压流过电感器，并且电感器在它的磁场中存储能量。如果电感器电流I_L在晶体管开关闭合时超过负载电流I_load，则能量也存储于滤波电容器126中。当开关“切断”或者断开(即DC源电压从电感器移开)时，向负载102和滤波电容器126传送电感器中存储的能量，该滤波电容器126与电感器124一起工作以向负载102提供相对平稳的DC电压V_load(即当电感器电流I_L少于负载电流I_load时，电容器在电感器储能周期之间供应差值以向负载提供实质上连续的能量)。在连续模式中，未向负载或者电容器传送电感器中存储的所有能量。