CN103098544A - 用于交通工具照明的模块化发光二极管*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于交通工具照明的模块化发光二极管***。因此提供了一种发光二极管（LED）单元，包括：LED模块，该LED模块包括：多个LED；驱动所述LED的LED驱动电路；运载LED照明控制信息到所述LED驱动电路的LED控制总线；以及至少部分围绕LED模块组件的外壳；电源和控制模块，该电源和控制模块包括：将第一电压水平转换为第二电压水平的电源；接收来自外部源的照明指令的微控制器；接收来自所述微控制器的发光指令并且将LED照明信息传送到所述LED驱动电路的LED驱动控制器；至少部分地围绕电源和控制模块组件的外壳；将所述LED驱动控制器连接到所述LED控制总线的接口。

Description

用于交通工具照明的模块化发光二极管***

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年6月18日提交的名为“Modular Light EmittingDiode System with Temperature Sensor for Vehicle Illumination”的美国临时申请No.61/356,367的权益，其作为参考并入本文。

技术领域

本申请的主题同样涉及具有以下申请号的美国专利申请中的一个或更多个申请的主题，其整体作为参考并入本文：

·12/101,377，2008年4月11日提交；

·61/099,713，2008年9月24日提交；

·61/105,506，2008年10月15日提交；

·12/566,146，2009年9月24日提交；

·61/308,171，2010年2月25日提交；

·61/320,545，2010年4月2日提交；

·61/345,378，2010年5月17日提交；以及

·61/492,125，2011年6月1日提交。

背景技术

交通工具照明，特别是飞行器照明，已从白炽灯照明转变为荧光照明，并且再次转变为发光二极管（LED）照明，特别是鉴于允许更高的光输出的LED领域中的进步。LED照明与白炽灯和荧光照明相比具有多种优点，LED照明是重量轻的、相对易于驱动、低功率并且有效率。这些特性使得LED照明对考虑重量的交通工具是理想的。

虽然更新的交通工具将围绕LED技术的进步进行设计，但是许多具有数年使用寿命的现有交通工具仍然存在，并且由此有利的是将现有的荧光照明替换为LED照明，例如美国专利申请序列号为No.12/101,377中所述，使得最小程度地破坏现有的电路、布线等。另外，模块化设计是期望的，从而便于制造、安装、维护和维修。

发明内容

重量轻和相对廉价的LED灯单元被提供作为可以被实现并集成到具有最小影响的交通工具设计中的交通工具照明***的底座。

通常，照明单元被设计为提供关注最近的LED技术的使用的简单的低成本和低重量的照明方案，其具有最小的功耗、很长的寿命和高可靠性。以下的说明提供了关于本发明的各种示例性实施例的细节。

照明单元设计是具有低功耗的重量优化的，并且还优选为被设计为使用飞行器或其他交通工具上的现有照明接口并且直接替换现有的照明单元，而不明显改变现有布线、连接器或安装点。对这些单元的替换处理被设计为容易、快速和十分安全。

在一个实施例中，具有在独立的光模块内的温度传感器的模块化发光二极管***提供了对交通工具内部的照明。所述模块提供了色彩（对于彩色LED模块）和照明控制的灵活性，并且替换飞行器或其他交通工具中使用白炽灯、荧光或其他照明形式的现有的模块。

虽然本文所述的***是设计为在飞行器中使用的示例性实施例，但是应该注意这种***可以被用在任意交通工具中，并且因此术语“飞行器”的使用在本文中被定义为更上位的术语“交通工具”的一种代替。

彩色和白光照明设计优选为具有相同的物理和电气接口，并且是可互换的，因此彩色或白光照明的使用可以是对生产线几乎没有影响的一种简单的顾客选择。

因此，提供了一种发光二极管（LED）单元，包括：LED模块，该LED模块包括：多个LED；驱动所述LED的LED驱动电路；运载LED照明控制信息到LED驱动电路的LED控制总线；以及至少部分围绕LED模块组件的外壳；电源和控制模块，该电源和控制模块包括：将第一电压水平转换为第二电压水平的电源；接收来自外部源的照明指令的微控制器；接收来自微控制器的发光指令并且将LED照明信息传送到LED驱动电路的LED驱动控制器；至少部分地围绕电源和控制模块组件的外壳；将LED驱动控制器连接到LED控制总线的接口。

还提供了一种交通工具LED照明***，包括如上所述的多个LED单元；其中多个LED单元由连接到座舱通信***（CCS）的单个外部控制器控制。

首字母缩略词表

ANSI    美国国家标准协会

AP      接入面板

AWG     美国线规

BIT     内置测试

BITE    内置测试设备

CCS     座舱通信***

CIE     国际照明委员会

LC      发光控制器

LED     发光二极管

LRU     线路可更换单元

PA      乘客地址

PWM     脉冲宽度调制

RGBW    红绿蓝白

VAC    交流电压

VDC    直流电压

附图说明

本发明的各个实施例在附图中说明并且在下面进行更详细的讨论。

图1A是附连到交通工具安装元件的光（灯，light）单元的一个实施例的底部透视图；

图1B是图1A中所示的光单元的所述实施例的顶部透视图；

图2A是附连到交通工具安装元件的光单元的另一个实施例的底部透视图；

图2B是图2A中所示的光单元的所述实施例的顶部透视图；

图2C是图2A中所示的光单元的所述实施例的可替换的底部透视图；

图2D是图2A中所示的光单元的所述实施例的侧视图；

图2E是模块连接器的端视图；

图2F是电源和控制单元的透视图；

图2G是电源和控制单元的侧视图；

图2H是电源和控制单元的端视图；

图3A是使用LED单元的飞行器发光***的框图；

图3B是示例性LED单元的框图；

图3C是另一个示例性LED单元的框图；

图4是具有多个LED模块的LED单元的框图；

图5A-C是CIE色度图；以及

图6-12是示出了LED单元放置的各种飞行器机身截面图。

具体实施方式

图1A是示例性LED单元10的底部透视图。所述单元10可以按照其长度变化，但优选为以标准化的长度设置制造。与飞行器的机械接口可以独立于安装环境并且对于每种长度的LED单元均是对等的。每个变体可以提供多个附连点以容纳对称的机械安装，如下面更详细的讨论。对于飞行器电力和座舱通信***（CCS）接口的电连接器的位置可以可适应性地位于LED单元10的左手端或右手端。

提供了一行LED50（显示在所述单元的底部）。在一个实施例中，使用了彩色的LED，其可以用于产生基本上任意色彩或强度的照明。在另一个实施例中，仅使用白光LED或白光和琥珀色LED。LED可以分组为串状。

LED单元10包括电源和控制单元100，该电源和控制单元100优选为固定到LED模块20的外壳30的顶部，所述LED模块20自身包含LED50。外壳30优选为由重量轻的金属制造，例如铝。模块连接器120被提供以允许所述模块连接到交通工具电力和通信***。单元10可以安装到交通工具安装元件302（其不构成单元10的一部分）。图1B是图1A中所示的单元10的顶部透视图，并且该视图进一步说明了将连接器120与电源和控制单元100的电子器件接合的模块连接器电缆122。

图2A-D示出了另一个实施例，其中连接器120不使用延伸到电源和控制单元100的外部的连接器电缆122。图2D提供了三个示例性LED单元10的组件的标称长度。

图2E示出了示例性连接器120的引脚分配，其包括与CCS的串行接口、电源和电源回路。图2F是图2A-D中所示的电源和控制单元100的顶部透视图。除了提供控制单元100的更详细的说明以外，其进一步说明了附连元件130。

图2G是具有更短长度的示例性单元10的侧视图并且示出了附连元件130。图2H是所述模块的端视图，其示出了模块连接器120。

以下将更详细地讨论的是，LED模块10的实施例的变化包括（但不限于）模块的尺寸、插头配置（即具有或不具有延伸到模块连接器的外部电缆122）、补偿或未补偿的、以及彩色或白光的LED。补偿和未补偿的区别在于LED可以基于制造变量、工作温度和老化程度而变化色彩和强度的事实。补偿的LED模块10通常是彩色模块，其中安装前的校准已被执行并且之后校准和调节信息被存储在所述模块内或所述交通工具的控制***内。在这些设计中，高水平的彩色信息可以被提供到单元10，并且可以进行适当的修改以确保单元10内以及模块间的色彩在某种程度上不改变，使得其可以易于被乘客发觉。

然而，实现这种配置所必须的补偿、校准和电路引入了附加的成本，由此可能期望，特别是在需要白光LED时可能期望消除附加的硬件开销和生产成本。更低端的设计意图成为简单的低成本设计结构，其在固定的白色光温度下布置硬件和软件/固件。

图3A是说明了使用一系列补偿或未补偿的LED单元10的示例性结构的***逻辑框图，其中的每一个可以是图1A至图2H中说明（例示）的一个或更多个模块。如可从图3A中看出的，交通工具/飞行器电力发电机310可以经由电路断路器面板312连接到LED单元10。LED单元10优选配置为与飞行器控制设备和115VAC400Hz电力一起使用。LED模块控制器（LC-A）200优选被设计为控制多达8个LED单元10，并且每个LED单元10接收来自控制器LC-A200的命令。

在这种布置中，每个LED单元10可以具有自身的主电力连接以及专用串行通信，例如RS485控制信号。LED单元10还可以配置为具有两个独立的控制信号。在一个实施例中，由于每个控制信号路径均是专用的，所以在LED单元10中无需寻址开关或引脚编程。控制器LC-A单元200传送命令到LED单元10并且可以接收关于其健康的信息。

在所示的实施例中，LED单元10和控制器LC-A200之间的通信结构是主从的，其中控制器LC-A200是主，而LED单元10是从。然而，其他配置是可行的，例如对等（peer-to-peer）结构。在这种设计中，不要求经过LED单元10的通信（和电力）的雏菊链。在本实施例中，每个LED单元10优选为具有专用RS485连接，但是如上所述，LED单元10可以具有两个专用RS485端口。在这种配置中，LED单元10不要求寻址。然而，还可以提供用于LED单元10的一些形式的寻址。

图3B是说明了可以在所述***中使用的示例性单元10的框图。LED单元10可以包括LED模块20，该LED模块20容纳可以被组织为LED串52的LED50，并且电源和控制模块100经由连接器/接口185连接在一起。

LED模块20包括外罩/外壳30，外罩/外壳30包含具有其各自的驱动器的多个LED50或LED串52。LED控制总线60提供控制信号信息到LED串。LED控制总线60经由连接器/接口185连接到电源和控制模块100。

电源和控制模块100在其电源150处以115VAC/400Hz接收线电压140。隔离屏障145可以用于隔离飞行器主电压115VAC与模块/线路水平电压LV，所述模块/线路水平电压LV是模块20、100运转所用的电压。

在没有可用的机壳接地连接可用的配置中，提供了一个实施例，其中在全部单元中的115VAC/400Hz电源模块150位于塑料外壳中以避免电击事故。所述模块的低电压（例如小于30VDC或VAC）输出被传递到电源模块内的控制电路并且之后被传递到铝外壳30中的LED50上。铝外壳30容纳LED50和相关联的电路，所述外壳未接地并且通常是浮动的。两个电源例如可以考虑为：一个低功率（~25VA）并且一个高功率（~50VA），并且可以按需使用。这些电源可以与其他电子部件在电流上隔离并且可以用于更大和/或更长的LED单元10。

已知的是对于给定的电压或电流输入，LED的光输出可以基于温度变化。换句话说，如果温度被允许变化，则严格控制的电压或电流不能确保严格控制的照明。因此，如果期望严格控制的照明，则可取的是监控温度，使得可以进行适当的基于温度的调节。

图3B提供了一个示例，其中温度传感器170被提供在电源和控制模块100内。温度传感器170向微控制器160提供输入，所述微控制器160可以使用用于调节由LED驱动控制190提供的驱动量的温度信息。例如，微控制器160可以接入关于LED50或LED串20的信息，可能的是在特定温度下（例如25℃）基于之前的测试和校准数据进行所述接入，并且所述微控制器160还可以利用公式或在校准期间获得的附加数据，从而获知如何补偿被传输的电力以便维持例如35℃时的亮度和色彩。

可行的是校准LED50或LED组/串52，使得可以获知针对一定范围的电压或电流并且针对一定范围的温度的光输出特性。这可以例如通过预先安装的校准程序确定，其应用变化的电压或电流以及温度，并且之后测量光输出。输入和输出变量之后可以被存储在表格中并且与LED50或LED组52相关联，使得LED可以被严格控制。

可行的是即便是LED单元10内的温度也可以基于多个因数变化，例如所述单元放置的位置处的温度梯度、在特定位置的非均匀加热等等。因此，期望获知LED或LED组附近的具体温度以用于更精确的控制。

如图3C所示，每个LED和驱动器53或LED串50、52具有其自身的相关联的温度传感器54。然而，同样可行的是使用更少的传感器来采样更大面积的温度。

同样如图3C所示，LED单元10可以包括LED控制总线60和***控制总线65，LED驱动器经由所述LED控制总线60接收用于控制LED照明的信号，所述***控制总线65允许至微控制器160的信息流。

如可以从图3B、3C中看出的，接入面板220可以用于指示仲裁器210，该仲裁器210用作飞行服务人员面板和发光控制器之间的接口，从而通过控制器LC-A200传送发光信息到单元10，优选为基于CCS数据总线250传送。通过隔离电路180连接到微控制器160的串行总线125可以用于将各单元10连接到一起并且传送相关信息。

虽然LED模块20以及电源和控制模块100中的每一个均可以具有其自身独立的外壳，但是同样可行的是使其两者均包含在相同的外壳内。

如从中可以看出，在优选的实施例中，电源模块100设置有标准飞行器115VAC/400Hz主电源电压140。所述电压可以被调节为例如5VDC（或VAC）以为LED模块20供电。

与电源150相关联的电压调制电路可以利用隔离变压器作为使电压下降的机构。所述变压器可以利用不同的芯材，例如硅钢、金属玻璃和纳米晶，这取决于成本和性能准则，最后的两种材料具有更低的铁芯损耗，但是具有更高的成本。

在优选的实施例中，可以利用以下的变压器规格：

·额定电压输入:115Vrms

·额定频率:400Hz

·输入电压范围：97至132Vrms

·次级功率输出:20瓦

·次级电压输出:33Vrms（作为最大效率的DC-DC转换器）

·DC输出电压:5

·电介质强度>>1KV

·效率=>95%

·总变压器损耗<1.5瓦

在优选的实施例中，变压器可以具有3.44”x0.816”x0.763”的L xWxH，并且重量为0.37磅（含外罩和封装）。期望在满负荷时维持不具有功率因数补偿的平均功率因数为约0.85至0.9，但是通过利用有源功率因数校正（例如单芯片方案）可以实现将功率因数增大到超过该数值。

图3C示出了连接到***总线65和LED控制总线60以获得反馈并且提供控制信号到LED驱动器53的微控制器160。该模块可以经由例如RS485125等通信链路与外部控制器通信。

如所例示的，电源模块可以基于应用被定级为各种功率等级。电源输出电压可以变化以说明LED Vf变化和LED热Vf变化。LED单元理想地承载低电压DC（+5V），而LED驱动器53可以是恒流源。在优选的实施例中，LED驱动器53在至少150Hz的频率下刷新LED。温度传感器54、170主要用于由于热效应引起的光的色彩校正。

图4是说明了电源和控制模块100控制多个LED模块20的实施例的框图，所述LED模块20经由互连装置120彼此互连。每个LED模块20均具有其自身的标识符，并且微控制器160能够使用所述标识符独立地寻址每个LED模块20。

这示出了如何可以通过增加模块化区段20来扩展LED单元10。通信和逻辑信号从一个LED模块20传递到下一个LED模块20，但是控制器160可以独立地寻址每个模块20。每个包括两个端口类型XIII LED单元的LED单元的控制模块100仅具有一个集成电源。在本实施例中，每个LED模块20仅需要一个电源150。每个LED模块20可以连接到另一个LED模块，并且LED模块20可以通过雏菊链而链接在一起。所有通信和逻辑均可以从一个LED板传递到下一个LED板，并且每个通信和逻辑均返回来与电源和控制模块100中的微控制器160通信。

更详细地，在一个实施例中，对于LED控制、反馈和过温保护，LED驱动器53可以使电流脉动大于要求的150Hz，从而最小化乘客和乘务人员察觉到的闪烁。任意两个连续的调光步骤之间的步骤响应时间优选为0.4s±0.1s。由LED50和其他组件生成的热量由馈送到LED单元微处理器160中的温度传感器54测量。所述微处理器160进而调节送至LED的当前脉冲的占空比，以将LED模块20的温度维持在期望的工作范围内。这种方法进一步结合校正算法和使LED单元10能调节光度计性能和光输出，从而在LED老化时维持期望的强度和色彩。

LED单元10的输出色彩和亮度能够经由CCS250被控制。CCS250是用于控制、工作和测试乘客地址（PA）、座舱对讲机、乘客呼叫、乘客发光标志、一般照明和紧急疏散信号指示的微处理器控制的数据总线***。该CCS250包括的设备允许飞行员和飞行服务人员进行与乘客的音频通信并激活特定的视频信号发生设备。例如，希望对乘客进行音频通知的飞行员激活以数字形式发射信号的公共地址麦克风。编码/解码装置将该信号转换为模拟格式，该模拟格式的信号之后通过CCS250传输到PA扬声器。相同的处理使飞行员或飞行服务人员能转变为控制飞行器内的特定仪器。

LED单元处理器160可以提供可与更老的荧光发光单元的测试相比较的内置测试（BIT）。在这种配置中，处理器160在启动后执行上电BIT，此时处理器160检查其存储器、LED驱动器53和温度传感器54、170的工作。LED单元10的照明强度可以变化为以人眼不可注意到的方式控制LED温度。此外，热控开关可以用于电源150中以在所述电源的工作温度超过（例如针对地面生存的）安全限度时独立地断开所述电源。

BIT特征可以被添加以经由CCS接口提供更多状态信息。这些特征可以包括例如通信统计的工作度量、LED工作寿命数据、以及时间戳事件记录、或例如序列号、部件编号和HW/SW修订级别等配置数据。可以利用BITE（内置测试设备），其提供软件/固件冗余、故障隔离和监控等等。可以利用BITE（内置测试设备），其在微控制器和相关联的硬件完全损耗的情况下提供全部软件/固件和硬件的完整复制。这种BITE可以包括附加的温度传感器和其他支持电路。

在优选的结构中，控制器LC-A200是总线主控，而LED单元10是从属。这意味着LED单元10仅在被控制器LC-A200调查时才报告其健康。当被调查时，LED单元处理器160通过检索来自LED单元10的数据而报告其当前健康状态，所述LED单元10可以包括：

1）CRC校验

2）温度传感器故障

3）看门狗定时计数器

4）RAM校验和故障

5）以不匹配的CRC下载的色彩场景数据

维护人员由此可以使用接入面板（AP）220从所有LED单元10仪器查看健康报告，从而接入相应的读出值。

在一个实施例中，如果在大于一定的预定时间量（例如60秒）的时间内没有自控制器LC-A200的通信，则LED单元10适当地根据故障安全模式设置将LED驱动器53设定为缺省值，所述缺省值试验性地为全照明的50%。基于对重新开始命令的检测，LED单元10恢复到正常工作。同样，每个LED单元10可以具有内置的保险丝以防备内部短路。

LED单元10是柔性设计的结构，其可以利用硬件和固件以使顾客能在安装的时间之前、之中或之后可选择白光温度。LED单元电源150提供低压到单元10的电子器件并且为LED驱动器53提供电力。在115VAC飞行器总线上的功率因数在最大负荷时大于0.90。在工作模式期间对单元10应用功率因数限制（其在备用模式中可以更小）。各种配置的LED单元尺寸的示例性功耗在下面的表1中列出。其他配置的LED单元尺寸的功耗在下面的表2中列出。优选为提供两个电源：一个是低电力（~25VA），而另一个是高电力（~50VA），并且可以按需使用。

表1：各种LED单元的功耗

表2：各种LED单元的功耗

不同长度的LED单元10可以构造有相同的内部构件。这种结构是灵活的并且允许不同长度的彩色或白光的LED单元与适当瓦数的电源匹配。这种结构同样被提供给具有两个端口的LED单元XIII单元，不同的是这种独特的双串行端口配置具有其自身特定的集成控制模块和电源，其将LED单元划分为两个独立的可控单元。处理器可执行代码优选为在工厂中设置，并且可以根据具体应用在飞行器上经由通信总线上传。

如上简要说明的，本文中设计的LED单元10可以包括两个逻辑模块：电源控制模块100和LED模块20。电源控制模块100不需要依赖于机壳接地线，并且可以使用双线设计并将115VAC400Hz转换为低电压DC，并且还容纳包括微控制器160的逻辑电路。这种配置可以封装在塑料外壳内部，从而避免由于内部短路等不常发生的事件引起的电震。电源模块的高电压区段可以与低电压DC控制电路以及包含LED50、驱动器53和相关联的硬件的LED模块20在电流上隔离。LED单元可以因热耗散原因以及LED单元结构性能和完整性而被安装到铝外壳。因此，仅需要将低电力DC从电源模块150提供到LED模块20。这种设计结构提供了更好地避免电力线路混乱以及相关现象，例如因间接雷击等类似物导致的快速瞬变。

为了最大化光输出并且减少在LED的寿命期间察觉的色移，LED单元10利用控制电路和算法160、190来确保LED50工作在制造商的规范内。本实施例提供了具有恒定的电流控制的LED，所述恒定的电流控制确保了在LED的整个工作范围中LED的适当的工况，并且最小化了热失控和提前老化的风险。除了恰当的电流控制以外，LED单元10还可以利用温度补偿电路54、170，其监控LED的工作温度并且据此在所述单元感测到所述单元超过了制造商建议的工作温度的情况下调节工作电流。

在一个实施例中，串行通信接口125可以基于CCS及其衍生物，并且可以基于双线物理层通信协议，例如EIA/TIA/RS-485标准。网络布线结构可以配置为分布式星形拓扑，其具有在每个LED单元10和控制器LC-A200之间的低电压24AWG（美国线规）双线“家庭生活（home runs）”。可以利用屏蔽双绞线电缆。

图5A是C.I.E.1931色度图的图示，其在一个示例性实施例中被考虑使用白光LED。在这种设计中，可以利用使能在产品的额定寿命中具有一致的光输出和色彩的前沿LED技术和相关联的驱动器电路以及***设备。

使用了产品开发的多步光度计设计方法，包括：应用具体的LED驱动器并控制结构，定制LED划分（binning）和飞行器水平分量集合的恰当的透镜化（按需），从而确保产品在其寿命中提供要求的光输出。

作为示例的方式，对于这种仅白光的设计，IEC60081F4000LED的光度计色彩参数要求是CIE1931色彩图表坐标X=0.380，Y=0.380（点D）并且标称色彩温度是4040K。该示例性规范可以向LED制造商要求定制的色彩划分，以便实现色彩一致性。为了本设计，可以使用来自Rebel ES族的LED，所述Rebel ES族来自Lumileds和/或相当的制造商。标称4000K的具有±263K容限的ANSI BIN5B/5C目标色彩点也是可行的。此外，能够以2011年6月1日提交的美国专利申请No.61/492,125中说明的方式实施更细微的划分和选择，该专利申请作为参考并入本文，从而在校准成本过高时保持LED上的严格的容限，这可以被用于在并入时提供整体座舱色彩一致性，例如标出或读取光至***中。

根据当前的实施例的LED具有目标CRI（约83），其小于85的规范，然而，CRI要求可以被提供用于F4000或更暖的白光。白光点可以离开黑体轨迹，并且仍符合六步McAdams Ellipes规范并且在交通工具上具有不可见的变化。注意，上述列出的LED选择和制造商仅是示例性的。

基于LED选择和光度计性能，本设计确保在单元10/LRU的寿命中的相对一致的光输出。本设计可以被设计为在飞行器利用当前安装要求和位置中提供要求的照明值。可以利用仿真以最优化LRU设置和与LED驱动参数关联的取向，从而达到飞行器飞行水平要求。用于低成本的LED单元COW的光度计光性能不要求任何次级透镜化作为组件的一部分，但这种透镜化也是可行的。

如上所述，本设计可以被改型到相同的机械位置，并且利用相同的电力基础设施，包括连接器和电缆，作为现有的发光LRU。更具体地，包括位置和引脚分配的连接器意图与现有的连接器匹配。这种设计可以应用适当且必需的热管理，包括使用热提取材料，例如铝外壳、散热片和热传递衬垫（如果需要的话）。热建模和测试可以用于确保单元10的一致的热行为。全部金属部件可以通过例如使用ChemFilmper MIL标准等处理被保护免受腐蚀。

单元10应该在以下飞行阶段期间可操作：地面、起动、滚动、起飞、攀爬、巡航、下降、着陆、滑行，并且应该在飞行器的整个日常工作小时（约供电20h）中可操作。

仅白光的单元10存在三个主要的工作模式：1）调光模式：连续的可感知的虚拟无级调光，在照明信道的0.1%至100%之间；2）明亮模式：保持飞行器日常工作小时（100%光输出）；以及3）场景模式：恒定的照明动态改变。在在关注成本的优选实施例中，LED单元10不具有存储在其存储器中的特定色彩信息（色彩/强度）的动态场景，并且仅响应于来自控制器LC-A200的命令。然而，动态场景信息还可以被存储在只写单元10中，并且其可以响应于更高水平的命令。优选的是不存在可感知或有害的闪烁、光脉动或在任意工作时间和工作模式中的不同光单元之间的光交互。

根据人类感知的针对座舱中的全部照明应用的调光曲线可以在CCS-Data协议中实现。0%至100%亮度之间的斜坡时间/上升时间（具有恒定的斜率）优选为8秒左右。该上升/下降时间可以是可应用的并且等于单元10的全部物理光源。

在来自CCS的等于或大于例如60秒的“通信损失”的情况下，LED单元10可以改变为其缺省照明和工作值。这些是一般存储在设备中的预定义的数值并且指定为100%照明，但是这种缺省值可以因可能的不期望的状态和在夜间飞行中可以引起的乘客感受而被设定为50%或更低。在CCS重新开始通信之后，LED单元10可以恢复到由CCS传送的调光水平设置。

单元10优选为包括硬件和软件，从而允许经由CCS将软件加载到飞行器中。单元10可以经由CCS通过与控制器LC-A200的串行接口的方式被控制。

具有浮动接地（电线带）的一个离散输入可以被包括以将故障的安全模式（在CCS通信损失例如大于60秒的情况下）从50%亮度改变为0%亮度。调光和设置命令可以作为控制器LC-A200和单元10之间的数据协议命令被传递。

对于彩色LED单元10，支持广泛合成的LED色域。作为该色域的一部分，定制的LED划分（bin）可以用于影响与关键的LED制造商和供应商的关系。改进的划分方案可以用于提供由当前的LED色彩指定点定义的色域。

图5B和5C说明了示例性的色域点。图5B是根据CIE1931的标准化的色域表。图5C是标准化的ANSI白光划分图。

在图5B中，提供了以下彩色点：

·红色-在该图中说明了光度计的色彩坐标X=.650，Y=.325（点A）。

·绿色-提供了光度计的色彩坐标X=.230，Y=.650（点B）。

如果需要，其他划分结构（C、D、E和G）被显示用于其他可行的方案。

·蓝色-在该图中说明了光度计的色彩坐标X=.160，Y=.130（点C）。

在图5C中，提供了以下白光点：

·冷白光-LED制造商使用定制的色彩划分提供光度计的色彩坐标X=.440，Y=.403（点D）。

·暖白光-LED制造商使用定制的色彩划分提供光度计的色彩坐标X=.380，Y=.380（点E）。

在一个实施例中，通常可以提供85的CRI以用于暖白光和冷白光色彩配置。

飞行器水平装配的装置水平校准可以用于确保在其寿命中的一致的光和色彩输出。这通过使用固件、算法、硬件和产品校准来完成，从而解决LED老化和色移。更具体地，光度计测试设备在本文中还被考虑为结合专有软件使用以调节最终测试期间每个发光单元的色温x、y、点和照明强度。结果是从单元到单元以及从安装座垫片到安装座垫片的可重复的光输出。

光输出分布的强度和均匀度可以经由LED单元10控制电路160、LED50、相关联的嵌入式***和用于每个应用必须的透镜技术来控制。LED单元10优选被设计为在相距合理距离的被照明的表面上维持均匀的色彩饱和度和亮度。总光输出应该被尽可能地优化为以所述强度照明飞行器的天花板和侧壁面板，从而提供均匀的光分布。

LED单元10优选被设计为改型到相同的机械位置，并且利用相同的电力基础设施，包括连接器和电缆，作为现有的传统发光LRU。更具体地，包括位置和引脚分配的连接器理论上意图与现有的连接器匹配。LED单元10可以应用适当且必需的热管理，包括使用热提取材料，例如铝外壳、散热片和热传递衬垫（如果需要的话）。热建模和测试理论上用于确保LED单元10的一致的热行为。全部金属部件优选为通过例如使用ChemFilm per MIL标准等处理被保护免受腐蚀。

LED单元10优选为包括一些主要的模块：容纳LED单元和电路的硬质铝压成品、包括AC-DC转换电路以及数字控制电路的电源控制模块、以及具有用于电力和通信的连接器的飞行器接口电缆。所述机械设计应该优选为容纳两种不同的电源要求，一个低功率（~25VA）并且一个略微更大的高功率（~50VA）模块。LED单元被设计为改型到与现有发光LRU相同的机械位置。建议的LED单元安装支架被设计为易于安装到现有的飞行器发光LRU安装点并且易于从现有的飞行器发光LRU安装点移除。

LED单元10优选被设计为确保与飞行器的机械接口独立于安装环境并且等于每个LED单元10的长度。每个变型可以提供必需的多种附连点，并且被飞行器***接口允许的适当的电气和机械键控（keying）可以被提供以最小化LED单元被以错误的位置或取向或错误的电气总线安装。

可以在生产标准单元10上执行各种测试。光测量测试可以在一组环境测试之前和之后被定义和运行，从而检验光分布和强度中的改变，同时所述单元在其正常供给电压下工作。可以执行以下测试。

环境要求
	温度：工况
温度：在地面浸泡后以高温/低温启动
	温度：地面生存温度
大气压：稳定状态
	大气压：减压
大气压：过压
	温度变化
湿度
	震动和碰撞安全：可操作
震动和碰撞安全：碰撞安全
	振动：可操作
振动：发动机风扇叶片损失
	防水性
流体敏感度,包括清洁剂和灭火剂
	可燃性/毒性/烟/气体泄漏
电力:功耗、功率因数、浪涌电流
	电力:电介质和绝缘电阻
发光：间接作用
	发光：损坏作用
功能性事件混乱
	RF敏感度:五个测试
RF泄漏:两个测试
	静电放电
噪声

表3：环境测试要求和方法

LED单元光输出可以在测试期间作为恰当的LED单元操作的确认而被测量。对影响LED单元的物理或电气环境的测试，PC或仿真支持设备可以连接到LED单元并且将常规的串行消息发送到被测试的单元。

在***的一个实施例中，可以提供三种不同类型的LED单元：a）暖白光（F3000）；b）冷白光（F4000）；和c）全彩色（RGBW）。最小照明水平应该是飞行器地板水平的80勒克司F4000色彩acc.IEC60081。LED单元XIII（1179mm）双端口变型应该配备有技术组件，以便经由两倍的串行接口将LED单元10划分为两个独立的可控单元。LED单元主要包括电子部件和光控部件（照明、彩色），所述电子部件包括与CCS的接口并且包括用于LED的电流源。所述设计使用校准提供了色彩和光的等价控制。所述校准包括各种算法和硬件。

以下根据所述***的一个或更多个实施例定义了附加的可选特性。LED单元10可以包括用于功率因数控制的组件。LED单元10可以包括BITE和与控制器LC-A200的一个或两个串行数据接口。LED单元10可以配备有技术组件，从而避免单元/组件由于因LED单元10和/或LED部件的故障而引起的过度加热造成的损坏。LED单元10变型可以配备有技术组件，以便经由两倍的串行接口将LED单元10划分为两个独立的可控单元。边界自身可以由100mm宽的黑暗（全部LED关闭）区段标记。LED单元中的LED可以使用至少150Hz的DC信号或PWM信号而被驱动和操作，从而避免闪烁作用。反馈元件可以在整个寿命中用于稳定光输出以及LED的色彩，从而补偿老化、温度、LED容限和其他参数的任何影响。

可以使用以下的LED色域：

LED单元的LED部件可以使用至少四种不同的原色。LED单元的LED部件可以超出以下可接入的虚拟色域：红色：xr=0.650yr=0.325（参考空间:CIE1931,2deg.观察者）。LED单元的LED部件可以超过以下可接入的虚拟色域：绿色：xg=0.230yg=0.650（参考空间:CIE1931,2deg.观察者）。LED单元的LED部件可以超过以下可接入的虚拟色域：蓝色：xb=0.160yb=0.130（参考空间:CIE1931,2deg.观察者）。LED单元的LED部件可以超过以下可接入的虚拟色域：白色：xb=0.380yb=0.380（参考空间:CIE1931,2deg.观察者）。设备供应商可以声明LED组的物理色彩坐标以及所使用的LED类型。

关于色彩容限，LED单元10的LED部件可以被设计为履行以下色彩容限要求：在任意两个LED单元之间为最大1.5SDCM椭圆（半径）（SDCM：配色的标准差，参考：MacAdam的椭圆）。本要求的一般理解是在任何两个LED单元之间的色彩坐标的容限可以小于3SDCM（直径）。

（全彩色（RGBW））LED单元的显色指数（CRI）可以在白光的2700K和6500K之间等于或优于90。色温可以基于黑体轨迹无级变化。

最小照明水平可以是飞行器地板水平的80勒克司（用于全部变量（全彩色RGBW））F4000色彩acc.IEC60081。

LED单元10的光分布特性可以足以在被照明的表面上维持均匀的色彩饱和度和亮度。人类用于区分不同饱和度阴影的能力恰可以用作准则。LED单元可以以这种方式设计，使得自LED的原色混合的彩色光在被照明的表面上生成均匀的彩色外观。人类用于区分不同色彩的阴影的能力恰可以用作准则。通常，总光分布可以被优化为照明交通工具的天花板和侧壁面板。优选为避免向着任意方向散射的光。

LED单元的输出色彩和照明可以经由CCS控制。在任意两个连续的调光步骤之间的步骤响应时间可以是0.4s±0.1s。该上升/下降时间可以是可应用的并且等于LED单元的全部物理光源。在来自CCS的“通信损失”等于或大于60秒的情况下，LED单元可以改变到其缺省值。表2-2是示例性的故障安全真值表。

表2-2：故障安全真值表

在CCS重新开始通信后，LED单元可以恢复到由CCS发送的调光水平和色彩设置。LED单元可以包括硬件和软件以允许经由CCS将软件加载到交通工具中。装配有引脚编程的设备可以被设计为例如单点故障将不产生误导配置（程序、数据库、控制规律、逻辑等等）的错误选择。具有浮动接地（电线带）的一个离散输入可以被包括以将故障的安全模式（在CCS通信损失大于60秒的情况下）从50%亮度改变为0%亮度。调光和色彩设置命令可以作为控制器LC-A200和LED单元10之间的数据协议命令被传递。LED单元XIII双端口变体可以提供2个CCS-LC-A端口。由115VAC（400Hz）供电的设备可以经由隔离变压器从主115VAC飞行器电源和作为所述设备的一部分的切换AC/DC转换器提供。所述设备应该在电力降至93VAC的情况下完全运转。所述设备可以具有或者可以不具有用于支持的内部电源，例如电池。

以下表格指定了LED单元的全部变体的示例性的最大质量。

全部电磁组件（例如线圈、继电器、电感器、致动器、泵、电机等等）可以装配有保护装置，从而最小化在所述电磁组件工作期间生成的电压瞬变。这些保护装置可以被选择以确保这些瞬变电压不损坏任何敏感控制和切换电路。

LED单元10可以被保护免受ESD（静电释放）。LED单元不应该易受电压峰值的影响，所述电压峰值在所述***中预计由间接照明作用引起。在不使用任何专用工具的情况下安装和改变全部组件应该是可行的。故障的线路可更换单元（LRU）可以被A/C内置测试设备（BITE）（经由CCS数据总线）检测到。

BITE历史（之前LRU故障和具有其相关联的日期和飞行小时数的重新配置历史）可以在厂内测试期间接入，可以存储以便统计分析。如果在60秒内未从控制器LC-A200接收到恢复消息，则LED单元10可以缺省为预定义的设置。数据矛盾可以针对通信协议的CRC被检验。BITE故障可以被发送到控制器LC-A200以用于向CMS的故障报告。看门狗可以用于推动关键软件问题的重置。如果跟踪飞行小时数或日期是必需的，则实时时钟可以被添加到可能需要电池的LED单元10。

LED单元10方案的一个实施例提供了内置测试（BIT），该内置测试提供了最小的共同接受的范围，并且所述LED单元10方案与现有荧光发光单元相当。这包括CRC检验、温度传感器、看门狗定时器和RAM校验和。LED单元还提供了BITE功能，该BITE功能可经由串行通信总线接入。BITE功能包括事件历史记录、版本报告和其他一些监控点。在工作期间，LED单元10执行BIT和BITE功能。LED单元10之后可以在被控制器LC-A200调查此事时报告这些结果。当被调查时，LED单元10处理器通过检索这些存储的结果而报告其当前健康状态。维护人员可以使用接入面板220查看来自全部LED单元设备的报告，从而接入相应的读数。

图6-12说明了飞行器机身300的各种横截面形状中的各种发光位置。通过在这些位置处放置LED单元10，可以获得遍布交通工具的均匀和良好分布的照明。

参考这些附图，使用RGBW或W LED单元10提供了天花板202和侧壁灯光204。在优选的实施例中，仅提供用于侧壁灯光204的纯覆盖透镜加扩散的尾部透镜206。

在示例性的配置中，提供了每个LRU具有三个13英寸长的装置，每个飞行器侧具有八个39英寸长的LRU，“暖白光”（32）设置：红色=0.4，蓝色=0.3，绿色=0，白色=5.9(x2)流明，并且RGBW-W五倍=12.5流明。在示例性的测试中，仿真的RGBW-W装置每组的五个LED具有12.5流明。来自天花板和侧壁灯光的照明的组合范围从壁处的150勒克司到飞行器中心的85勒克司。

所述附图还描述了用于侧壁灯光的配置，使用RGBW-W LED板、纯覆盖透镜加扩散的尾部透镜、每个LRU中三个13英寸长的装置、每个飞行器侧具有八个39英寸长的LRU、“暖白光”（32）设置：红色=0.4，蓝色=0.3，绿色=0，白色=5.9(x2)流明、RGBW-W五倍=12.5流明、具有扩散的尾部透镜的仿真的RGBW-W（每组的五个LED具有12.5流明）侧壁灯光，其中仅来自侧壁灯光的照明在地板上的壁附近为约80勒克司。

所述附图还描述了使用RGBW-W LED板、纯覆盖透镜、每个LRU中三个13英寸长的装置、每个飞行器侧具有八个39英寸长的LRU、“暖白光”（32）设置：红色=0.4，蓝色=0.3，绿色=0，白色=5.9(x2)流明以及RGBW-W五倍=12.5流明。仅来自天花板灯光的照明在地板上的通道中心为约60勒克司。

本文说明的所述***或多个***可以以一台或多台计算机的任意形式实现，并且所述组件可以实现为专用的或者在包括基于网页的结构等客户端服务器结构中，并且可以包括功能化程序、代码和代码段。任意的计算机均可以包括处理器、用于存储和执行程序数据的存储器、例如硬盘驱动器等永久性贮存器、用于操控与外部装置的通信的通信端口以及用户接口装置，包括显示器、键盘、鼠标等等。当涉及软件模块时，这些软件模块可以存储为可在计算机可读介质上的处理器上执行的程序指令或计算机可读代码，所述计算机可读介质例如为只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以在耦合网络的计算机***上分布，使得计算机可读代码以分布的方式存储和执行。这种介质可以由计算机读取，存储在存储器中，并且由处理器执行。

本文引用的全部参考文件，包括出版物、专利申请和专利，在此均作为参考并入，参考的程度为如同每个参考文件被独立并且具体地指示为作为参考并入并且在本文中详尽说明了其整体。

为了促进对本发明的原理的理解的目的，进行了对在附图中说明的优选实施例的参考，并且特定语言被用来说明这些实施例。然而，并不意图通过这种具体语言限制本发明的范围，并且本发明应该被视为涵盖本领域普通技术人员容易想到的全部实施例。

本发明可以按照功能块组件和各种处理步骤加以说明。这种功能块可以通过配置为执行指定功能的任意数量的硬件和/或软件组件加以实现。例如，本发明可以应用各种集成电路组件，例如可以在一个或更多个微处理器或其他控制装置的控制下实施多种功能的存储器元件、处理元件、逻辑元件、查表等等。类似地，在使用软件编程或软件元件实现本发明的元件的情况下，本发明可以以任意编程或脚本语言实现，例如C、C++、Java、assembler等等，其中各种算法以数据结构、对象、处理、例程或其他编程元件的任意组合实现。功能性方面可以在算法中实现，所述算法执行在一个或更多个处理器上。此外，本发明可以应用任意数量的用于电子器件配置、信号处理和/或控制、数据处理等的常规技术。词语“机构”和“元件”被广泛使用并且不限于机械或物理实施例，但可以包括结合处理器的软件例程等等。

本文中显示和说明的特定实施方式是本发明的说明性示例，并且不意图以任何方式限制本发明的范围。为了简要，所述***（和所述***的独立的工作组件的组件）的常规电子器件、控制***、软件开发和其他功能性方面可以不详细说明。此外，提供的各个附图中显示的连接线或连接器意图表示示例性的功能化关系和/或各个元件之间的物理或逻辑耦合。应该注意到，许多可替换的或附加的功能化关系、物理连接或逻辑连接可以呈现在实际装置中。此外，除非元件被具体说明为“必要”或“关键”，否则没有任何项目或组件是实践本发明所必要的。

本文中使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变体意为涵盖此后列出的项目及其等价物以及附加的项目。除非被指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支持”和“耦合”及其变体被广泛使用并且涵盖直接和间接的安装、连接、支持和耦合。进一步地，“连接”和“耦合”不限制为物理或机械连接或耦合。

在说明本发明的内容中（特别是在以下权利要求的内容中）使用的术语“一个”、“一”和“所述”以及类似指示语被视为覆盖单个和多个。此外，除非在本文中指出，否则本文陈述的数值范围仅意图用作独立地参考落入所述范围内的每个分离的数值的速记方法，并且每个分离的数值被并入说明书，如同其在本文中被独立地引用。最后，除非在本文中指出或由上下文清楚否定的，否则本文所述的全部方法的步骤能够以任意适当的顺序执行。本文提供的任意和全部示例或示例性语言（如“例如”）的使用仅意图更好地阐述本发明，并且除非要求保护的，否则并非施加对本发明的范围的限制。

在不背离本发明的精神和范围的情况下，多种修改和改编对本领域技术人员将是显然的。

参考标记表

10     LED单元

20     LED模块

30     外壳

50     LED

52     LED串

53     LED驱动器

54     温度传感器

60     LED控制总线

65     ***控制总线

100    电源和控制模块

120    模块连接器

122    模块连接器电缆

125    串行总线

130    附连元件

140    线电压/总线

145    隔离屏障

150    电源模块

160    微控制器

170    温度传感器

185    连接器/接口

190    LED驱动控制

200    发光控制器LC-A

202    天花板灯光

204    侧壁灯光

206    透镜

210    仲裁器

220    接入面板

250    CCS数据总线

300    飞行器机身

302    交通工具安装元件

310    交通工具发电机

312    交通工具电路断路器面板

Claims (14)

1.一种发光二极管（LED）单元，包括：

LED模块，包括：

多个LED；

驱动所述LED的LED驱动电路；

运载LED照明控制信息到所述LED驱动电路的LED控制总线；以及

至少部分围绕LED模块组件的外壳；

电源和控制模块，包括：

将第一电压水平转换为第二电压水平的电源；

接收来自外部源的照明指令的微控制器；

接收来自所述微控制器的发光指令并且将LED照明信息传送到所述LED驱动电路的LED驱动控制器；

至少部分地围绕电源和控制模块组件的外壳；

将所述LED驱动控制器连接到所述LED控制总线的接口。

2.如权利要求1所述的LED单元，进一步包括：

向所述微控制器提供温度信息的温度传感器。

3.如权利要求2所述的LED单元，其中：

所述微控制器包括用于与所述LED的亮度和色彩无关地维持温度的温度补偿信息和软件。

4.如权利要求2所述的LED单元，其中：

所述微控制器包括在检测到过温状态时减小对所述LED的供电的软件。

5.如权利要求2所述的LED单元，其中：

所述温度传感器位于与所述LED驱动电路相邻，以测量所述LED驱动电路的温度。

6.如权利要求5所述的LED单元，其中所述LED模块进一步包括：

将所述温度传感器连接到所述微控制器的***控制总线。

7.如权利要求1所述的LED单元，进一步包括：

由所述电源和控制模块供电的附加的LED模块；以及

将所述附加的LED模块连接到所述LED模块的LED模块连接器。

8.如权利要求1所述的LED单元，进一步包括：

存储用于LED的校准信息的数据库，所述校准信息在安装所述LED单元之前的测试期间获得。

9.如权利要求1所述的LED单元，其中：

所述LED单元配置为从外部源读取信息，所述外部源是外部控制器并且连接到座舱通信***（CCS）。

10.如权利要求9所述的LED单元，其中在所述外部控制器和所述LED单元之间提供RS-485接口。

11.如权利要求1所述的LED单元，其中所述电源和控制模块包括隔离屏障，该隔离屏障将所述电源的第一电压水平与所述第二电压水平电隔离。

12.一种交通工具LED照明***，包括：

如权利要求1所述的多个LED单元；

其中所述多个LED单元由连接到座舱通信***（CCS）的单个外部控制器控制。

13.如权利要求12所述的照明***，其中至少两个LED单元具有不同的尺寸。

14.如权利要求12所述的照明***，进一步包括：

接入面板和仲裁器，所述仲裁器连接到所述外部控制器并且允许用户控制所述***内的所述LED单元。

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