CN102668699A - 用于产生预定颜色led混合光的方法和电路布置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行优选以恒定电流供电的LED串的方法，该LED串通过不同光谱的至少两种LED类型产生优选白色混合光，其中在不使用测量和反馈量的情况下以电路技术的方式减小混合光的色度迁移，该色度迁移由至少两种不同LED类型的强度的温度相关性的不同负斜率造成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过混合由至少一个第一LED发出的较长波长光与由至少一个第二LED发出的较短波长光而产生预定颜色的混合光的方法和电路布置。较长波长光与较短波长光之间的界限可例如为500nm(在光谱的峰值方面)。
背景技术
已知可以通过混合由至少两个LED发出的光而产生预定颜色的混合光，其中由一个LED发出的光和由另一个LED发出的光具有不同的波长。例如，白光可以通过混合由红光LED发出的光与由颜色转变的蓝光LED或者UV光LED(这种LED例如为产生蓝色光或者UV光的LED芯片，该芯片由磷层覆盖，该磷层将蓝色光或者UV光转变成具有相应的其他颜色的较长波长光)发出的光而产生。
可选地，白光也可以通过RGB(红、绿、蓝)混合而产生。
然而，在此出现的问题为，CIE色度图(CIE-Diagramm)中的混合光的色度/色位点(Farbort)随温度而改变。温度变化的原因可在于环境温度的波动，或者在于LED模块由于工作电流而随时间升温。在后一种情况下，在一定的加热时间之后才达到稳定状态。升温时间通常为10分钟，但也可持续明显更长的时间。
温度变化由于以下原因导致混合光的色度变化：LED模块中的温度越高，LED发出的光的强度越低(在通过LED的电流保持不变的情况下)。与温度相关的强度变化曲线是向下倾斜的，换句话说，斜率是负的。如果较长波长LED光与较短波长LED光的负斜率大致相同，则对于混合光的颜色没有问题。然而，实际上，较长波长LED光的负斜率大于较短波长LED光的负斜率，因此混合光的光谱发生变化。
因此，LED模块例如从室温到60℃至80℃的常见升温可导致人眼可察觉的色度迁移。
发明内容
本发明的目的在于，消除上面所述的不利现象。
该目的通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求以特别有利的方式拓展本发明的中心思想。
本发明在第一方面中提出一种用于运行优选以恒定电流供电的LED电路段的方法，优选地，该方法通过不同光谱的至少两种LED类型产生优选白色混合光。在此，在不使用测量和反馈量的情况下以电路技术的方式减小混合光的色度迁移，该色度迁移由该至少两个不同LED类型的强度的温度相关性的不同负斜率造成。
在此，对强度的温度相关性的不同负斜率的补偿可以通过优选无源的且与LED电路段的至少一部分并联的支路实现，该支路的电流变化曲线基本上显示了与待补偿的强度变化相反的温度斜率。
该支路可具有至少一个无源的、温度相关性部件，特别是PTC和/或NTC电阻。
PTC电阻或NTC电阻可以为用于控制晶体管(T)的网络(R1、R2、PTC)的一部分，该晶体管的基极-发射极-电路段(或者漏极-源极-电路段)在所述支路中。
该支路可以与LED电路段的一部分并联，该部分仅包括一种类型LED，或者该支路包括多种不同LED类型。
第一LED类型(LED(红))的和第二LED类型(LED(蓝))的LED可以串联或者并联。
第一LED类型(LED(红))可以是可选地颜色转变的红的、琥珀色的、橙色的或者橙外色的LED。
第二LED类型(LED(蓝))可以是可选地颜色转变的蓝光LED或者UV光LED。
本发明还涉及一种用于优选以恒定电流供电的LED电路段的工作电路，该LED电路段具有光谱不同的至少两种LED类型，以产生优选白色混合光，该工作电路具有用于减小混合光的色度迁移的补偿电路，色度变化由所述至少两种不同LED类型的强度的温度相关性的不同负斜率造成，其中该补偿电路具有优选无源的且与LED电路段的至少一部分并联的支路，其电流变化曲线具有基本上与待补偿的强度变化相反的温度斜率。
此外，本发明涉及一种LED模块，该LED模块具有带有恒定电流源的所述类型的工作电路、以及由该恒定电流源供电的LED电路段。
最后，本发明还涉及一种LED灯，特别是发出白光的LED灯，具有至少一个这种类型的LED模块。该LED灯可以是取代型LED灯。这种LED灯构造成用于代替白炽灯、紧凑型气体放电灯或者卤素灯并具有相应的机械和电子接口。
附图说明
现在，结合附图描述本发明的其他特征、优点和特点。附图中：
图1示出红光二极管发出的光的和颜色转变的蓝光LED发出的光的强度的温度相关性，
图2示出原理性的电路布置，该电路布置具有用于通过混合红色LED和颜色转变的蓝色LED发出的光而产生白色混合光的PTC电阻、以及用于补偿两种所述LED类型的效率的不同温度相关性的PTC电阻，
图3示出图2所示的实施方式的变型，其中NTC电阻代替PTC电阻，
图4示出与图3类似的原理性的电路布置，不同点在于，LED串LED6-10的红色LED与LED串LED1-5的蓝色LED交换，
图5示出与热敏NTC电阻上的温度相关的针对根据图4的电路布置的不同光通量的CIE坐标。
具体实施方式
下文中，发出红色光的LED(也称为“红色LED”)代表较长波长的LED，而发蓝色光的LED(也称为“蓝色LED或者颜色转变的蓝色LED”)代表较短波长的LED。
较长波长的光与较短波长的光之间的关于光谱的峰值的界限可以例如为500nm。
图1以点线示出红色LED发出的光的强度的与(半导体结的)温度相关的自然或者非补偿变化曲线(分别在恒定电流的情况下)。以实线示出蓝色LED发出的光的强度的自然变化曲线。可看到，两个曲线随着温度升高而下降，但红色LED的强度变化曲线的负斜率大于蓝色LED的强度变化曲线的负斜率。
为了能由红色LED和蓝色(必要时色素转变的)LED的光产生在CIE色度图中的色度尽可能地与温度无关的白色混合光，两个强度变化曲线的负斜率应尽可能相等。否则，室温或环境温度的波动或者LED模块开启之后至工作温度的升温导致混合光的所不期望的颜色迁移。
根据本发明，该问题的解决方案在于对红色LED发出的光的强度变化曲线的以电路技术的方式按下述方式进行补偿控制(不同于闭环调节)，即使红色LED发出的光的负斜率下降，使得该强度变化曲线至少直至达到工作温度之前大致平行于蓝色LED发出的光的强度曲线。以虚线示出红色LED发出的光的补偿过的强度变化曲线。
特别地，“以电路技术的方式控制”排除借助于传感器和反馈信号的颜色获取。即，本发明在不调节反馈信号的情况下提出电路技术的方式的控制。
图2中示出一种电路布置，通过该电路布置可实现这样的补偿。该电路可以由优选受调节的恒定电流供电，其LED电路段的明暗调节幅度可以是可调的，例如通过预定额定值。该电路可例如容纳在取代型LED灯的壳体中。
该电路布置包括多个串联的标注为LED(蓝)的蓝色LED以及同样包括多个串联的标注为LED(红)的红色LED。由晶体管T和电阻R1构成的旁路支路与LED(红)并联。电阻R2与晶体管T的发射极-基极-电路段并联。该电阻R2与热敏电阻PTC形成分压器，该热敏电阻PTC为晶体管的发射极提供控制电压。该热敏电阻PTC具有正的温度响应，即其电阻值随着温度而升高，且反之降低。该热敏电阻PTC与在其上至少布置LED(红)的芯片或者模块导热地接触。同样地，LED(蓝)也可以布置在所述芯片或者模块上。
当在根据图1的电路布置中芯片或模块上的温度由于环境温度升高或者在开启之后由于LED的工作热量而升高时，则热敏电阻PTC的电阻也升高，结果为，晶体管的发射极-基极-电压降低。结果为，晶体管程度增强地截止，由此总电流的流过旁路的分电流降低。这意味着，流过LED(红)的电流提高，这导致由LED(红)发出的光的强度变化曲线的负斜率期望的下降。
应理解，也可以将产生用于晶体管T的控制电压的网络构建成其他形式，例如利用具有负的温度响应的热敏部件实现。
补偿LED(红)发出的光的强度变化曲线的另一种能性在于，在工作电流临时稳定的情况下将至少一个“红色”LED和/或至少一个“蓝色”LED的、可选地串的所有LED的正向偏压(“红色”和“蓝色”在此仅为第一类型和第二类型的示例)用于温度测量。通过评估所测量的正向偏压可以获取用于提高工作电流的控制参数。
图3同样示出一种可以实现上述补偿的电路布置。该电路布置包括多个串联的用LED(蓝)标注的蓝色LED和多个同样串联的用LED(红)标注的红色LED。旁路支路与LED(红)并联，该旁路支路在该实施方式中代替PTC而具有负温度响应的NTC，即，其电阻值随温度升高而降低，且反之升高。同样地，在该实施方式中，该热敏电阻NTC与在其上至少布置LED(红)的芯片或者模块导热地接触。同样地，LED(蓝)也可以布置在所述芯片或者模块上。
功能单元R1-NTC-R2的三个部件为晶体管T1的基极提供与温度相关的电流和与温度相关的电压，其中电阻R1与并联的电阻R2和热敏电阻NTC形成为基极供电的分压器。
电阻R2用于在较低的温度区域中限制电流，且因此使边侧分路(Seitenstrang)的电流特征曲线变形。利用R1根据当前电压调整用于给晶体管基极供电的边侧电流和电压水平。在高温下，NTC使得边侧分路中的电流的关断。在温度较低时，在通过该边侧分路电流相应较低的情况下晶体管的电流放大起电流限制作用。
功能单元T1-R3-R4表示电流调节单元。该晶体管应处理大电流。因此，线性的电流放大因数构成一个重要的参数。
在从40℃至20-30℃的温度下，电阻R5和R6导致电流限制，且消耗大部分的功率。因此，可以使用具有低功率(0.5W)的晶体管。
然而，这些电阻的缺点在于，其尺寸有时需要很大的面积。可选地，可以使用具有高功率的晶体管，且完全取消电阻或者布置成不进行电流限制以及仅消耗功率的一部分。
图4示出类似于图3的另一实施方式，然而其中，在LED串中的一红色LED与蓝色LED串中的交换。
因此，补偿电路的补偿特性变化，因为补偿电流因此不仅只涉及红色LED，也涉及蓝色LED。
因此，补偿电路以下述方式设置成所期望的温度响应特征，即除了电阻接入方式外，NTC/PTC和晶体管放大的特征以及在LED分路(LED-Strang)中不同颜色LED的布置也发生改变。这里特别重要的是，哪些LED位于用于补偿电路的支路点之后。根据该改进方案，在支路点之后不仅是相同颜色的LED，而是在剩余分路中存在至少一个相应另外颜色的LED。
此外，对于这种类型的温度补偿电路一个特别应用领域为取代型LED灯。
图5对于不同补偿电流以5度的步长示出与热敏电阻NTC上的温度TC相关的CIE颜色坐标。在从25度至85度的常见温度变化过程中，CIE色度图中的色度在升温过程中保持在确定的色温(例如2700K)的预定的麦克亚当椭圆之内。
麦克亚当椭圆示出人眼对于CIE色度图中的预定点的容差范围。因为通过补偿电路可将色度保持在麦克亚当椭圆内，因此人眼不会察觉到颜色变化。
为了实现该效果，必须通过确定补偿支路中的电阻的大小和/或晶体管T1的电流放大功率来调整补偿电流，另一方面如图4所示地相应地调整LED布置(红色和蓝色LED的分布)。
很明显，温度补偿对于不同的补偿电流也起作用，然而其中，由于相对于总电流的不同边侧电流而在更大的电流的情况下发成红色方向的迁移。
在最高60℃的较低温度下，该补偿甚至好于根据图3的不交换LED情况中的补偿，然而之后出现非常强烈的移位，且该补偿不再足够。为在此抵消这种现象，必须实现更为倾斜的最高75℃的下降，直至边侧电流接近0mA。
Claims (17)
1.一种用于运行优选以恒定电流供电的LED电路段的方法，该方法通过光谱不同的至少两种LED类型产生优选白色混合光，其中在不使用测量和反馈量的情况下以电路技术的方式减小混合光的色度迁移，该色度迁移由所述至少两种不同LED类型的强度的温度相关性的不同负斜率造成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过优选无源的且与所述LED电路段的至少一部分并联的支路实现对所述强度的温度相关性的不同负斜率的补偿，该支路的电流变化曲线具有基本上与待补偿的强度变化相反的温度斜率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述支路具有无源的热敏部件，特别是具有PTC和/或NTC电阻。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述PTC电阻或NTC电阻为用于控制晶体管(T)的网络(R1、R2、PTC)的一部分，该晶体管的基极-发射极-电路段或者漏极-源极-电路段在所述支路中。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述支路与LED电路段的一部分并联，该部分仅包括一种类型LED，或者该部分包括多种不同LED类型。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第一LED类型(LED(红))和第二LED类型(LED(蓝))串联或并联。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一LED类型(LED(红))是可选地颜色转变的红的、琥珀色的、橙色的或者橙外色的LED。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二LED类型(LED(蓝))是可选地颜色转变的蓝光LED或者UV光LED。
9.一种用于优选以恒定电路供电的LED电路段的工作电路，所述LED电路段具有不同光谱的至少两种的LED类型，用于优选产生白色混合光，该工作电路具有用于减小混合光的色度迁移的补偿电路，所述色度迁移由所述至少两种不同LED类型的强度的温度相关性的不同负斜率造成，其中该补偿电路具有优选无源的、与所述LED电路段的至少一部分并联的支路，该支路的电流变化曲线具有基本上与待补偿的强度变化相反的温度斜率。
10.根据权利要求9所述的工作电路，其中，所述支路具有无源的热敏部件，特别是具有PTC和/或NTC电阻。
11.根据权利要求10所述的工作电路，其特征在于，所述PTC电阻或NTC电阻为用于控制晶体管(T)的网络(R1、R2、PTC)的一部分，该晶体管的基极-发射极-电路段在所述支路中。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的工作电路，其中，所述支路与LED电路段的一部分并联，该部分仅包括一种类型LED，或者该部分包括多种不同LED类型。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的工作电路，其特征在于，在所述LED电路段中，第一LED类型(LED(红))和第二LED类型(LED(蓝))串联或并联。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的工作电路，其特征在于，所述第一LED类型(LED(红))是可选地颜色转变的红的、琥珀色的、橙色的或者橙外色的LED。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的工作电路，其特征在于，所述第二LED类型(LED(蓝))是可选地颜色转变的蓝光LED或者UV光LED。
16.一种LED模块，具有根据权利要求9至15中任一项所述的工作电路，以及由其供电的LED电路段。
17.一种LED灯，特别是用于白色光的LED灯，特别是取代型LED灯，具有根据权利要求16所述的至少一个LED模块。
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