CN106664774A - 对应辐照度阶跃响应输出的led驱动电流调节 - Google Patents

对应辐照度阶跃响应输出的led驱动电流调节 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于操作一个或多个发光装置的***和方法。在一个示例中，响应所述一个或多个发光装置的温度来调节由所述一个或多个发光装置提供的光的强度。通过修改提供给所述一个或多个发光装置的电流来调节光。

Description

对应辐照度阶跃响应输出的LED驱动电流调节
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年6月19日提交的名称为“对应辐照度阶跃响应输出的LED驱动电流调节(LED DRIVE CURRENT ADJUSTMENT FOR IRRADIANCE STEP RESPONSE OUTPUT)”的美国专利申请No.14/309,772的优先权，出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本说明书涉及用于改善发光二极管(LED)的辐照度和/或照度响应的***和方法。该方法和***具体可用于以阶跃方式命令输出的照明阵列。
背景技术
与白炽灯相比，固态照明装置可以消耗相当少的功率。它们还可被设计为输出不同波长的光。这些特性使固态照明在住宅和商业应用都具有吸引力。某些类型的固态照明装置可包括激光二极管和发光二极管(LED)。紫外线(UV)固态照明装置可用于诸如涂层得的感光介质固化，所述图层包括墨水、粘合剂、防腐剂等。在某些应用中，可能期望从单个照明阵列提供不同级别的辐照度作为加工过程的一部分。例如，在一个加工过程中，可能期望LED在一段时间以100％的能力输出光，然后在完成工件的剩余的固化周期中将LED输出降低至60％的能力。在另一示例中，可通过向单个LED阵列提供具有不同光强度固化需要的两个不同工件来增加加工灵活性。通过应对工件的类型来调节LED阵列输出，可由LED阵列将两个不同的工件单独地固化。然而，当在不同的辐照度输出级别之间改变时，LED阵列辐照度可能不经常一致的。因此，当在不同辐照度输出级别之间切换时，可能需要由LED阵列提供更一致且均匀的输出。
发明内容
发明人在此已经意识到提供期望的照明输出的挑战，并且已经开发了用于操作一个或多个发光装置的方法，包括：响应所述一个或多个发光装置的期望辐照度输出的变化，选择对应于所述一个或多个发光装置的期望辐照度输出的电流；以及将经过线性化电流调节来修改的电流输出至所述一个或多个发光装置。
通过经由线性化电流调节来修改或调节供应给一个或多个照明装置的电流，可以在响应期望辐照度的变化而调节照明***辐照度之后提供基本上恒定的辐照度。例如，操作者或控制器可请求由照明阵列提供的辐照度的阶跃增加或减小。可通过线性化电流调节来调节提供给阵列的电流，以提供新的辐照度(例如，辐照度的阶跃增)级别，而辐照度级别的变化很小。以这种方式，可以在实现阶跃增加之后从一个辐照度级别改变至下一个辐照度级别而没有较大的辐照度变化。
本说明书可提供多种有益效果。具体地，该方法可以提高照明***的输出一致性。此外，该方法可简化照明***的计算处理。此外，该方法可以提供不同的照明输出级别之间的快速和准确的变化。
单独通过下文中的详细描述或与附图结合时，本说明书的上述及其他优点，以及特征将是显而易见的。
应当理解，提供本发明内容是为了以简化的形式介绍概念选择，这些概念将在具体实施方式中进一步描述。这并不意在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，该要求保护的主题的保护范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上述或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实现。
附图说明
图1示出了照明***的示意图；
图2-3示出了用于图1中的照明***的示例性电流调节***的示意图；
图4示出了照明装置辐照度与电流之间的线性关系；
图5示出了归一化的照明装置输出与照明装置温度之间的线性关系；
图6示出了图1-3所示的照明***的示例性模拟响应曲线图；以及
图7和图8示出了控制照明***输出的示例性方法。
具体实施方式
本说明书涉及一种具有多个级别的辐照度输出的照明***。图1示出了一个示例性照明***，其中提供调节的可变电流控制。可根据如图2-3所示的示例性电路提供照明电流控制。可根据图4和图6所示的线性关系提供照明***电流调节。如本文所述的对照明***电流进行控制可提供如图6所示的照明响应。照明***可根据图7和图8中的方法来工作。在各种电气图的部件之间显示的电气互连表示所示的装置之间的电流路径。
现在参照图1，示出了根据本文所述的***和方法的光反应***10的框图。在该示例中，光反应***10包括照明子***100、控制器108、电源102以及冷却子***18。照明子***100可包括多个发光装置110。例如，发光装置110可以是LED装置。选定的多个发光装置110实施为提供辐射输出24。辐射输出24被引导至工件26。返回的辐射28可从工件26被引导回照明子***100(如，通过辐射输出24的反射)。
辐射输出24可通过耦合光学器件30被引导至工件26。耦合光学器件30，如有使用的话，可以有多种不同的方式实现。作为示例，耦合光学器件可包括一个或多个插设在提供辐射输出24的发光装置110和工件26之间的层、材料或其他结构。作为示例，耦合光学器件30可包括微透镜阵列，以增强辐射输出24的采集、凝聚、准直或其他方面的质量或有效量。作为另一示例，耦合光学器件30可包括微反射镜阵列。在采用这种微反射镜阵列的情况下，每个提供辐射输出24的半导体装置可一对一地设置在相应的微反射镜中。
每一层、材料或其他结构可具有选定的折射率。通过适当地选择每个折射率，可以选择性地控制在辐射输出24(和/或返回的辐射28)的路径中的层、材料和其他结构之间的界面处的反射。作为示例，通过控制设置在半导体装置与工件26之间的选定界面处的折射率的差异，可以减少、消除、或最小化该界面处的反射，从而增强在该界面处的辐射输出的透射，以最终传送至工件26。
可出于各种目的采用耦合光学器件30。示例性的目的包括，其中，保护发光装置110，保持与冷却子***18相关联的冷却流体，采集、凝聚和/或准直辐射输出24，采集、引导或拒绝返回的辐射28，或出于其他单独的目的，或目的的结合。作为进一步的示例，光反应***10可采用耦合光学器件30，以便增强辐射输出24的有效量或质量，特别是当传送至工件26时进行增强。
选定的多个发光装置110可通过耦合电子器件22耦合至控制器108，以便向控制器108提供数据。如下文进一步描述的，控制器108还可实施为例如通过耦合电子器件22控制这些提供数据的半导体装置。
优选地，控制器108还连接至每一个电源102和冷却子***18，并且实施为控制每一个电源102和冷却子***18。如下进一步的描述，控制器108可接收来自电源102和冷却***18的数据。
控制器108从电源102、冷却子***18、照明子***100之中的一个或多个***中接收的数据可以是各种类型。作为示例，该数据可分别表示与耦合的半导体装置110相关的一个或多个特性。作为另一示例，该数据可以表示与提供数据的相应部件12、102、18相关联的一个或多个特性。作为再一示例，该数据可以表示与工件26相关的一个或多个特性(如，表示被引导至工件的辐射输出能量或光谱分量)。此外，该数据可以表示这些特性的某种组合。
在接收到任何此类数据时，控制器108可实施为响应该数据。例如，响应来自任何此类部件的这些数据，控制器108可以实施为控制电源102、冷却子***18、和照明子***100中的一个或多个***(包括一个或多个此类耦合半导体装置)。作为示例，响应来自照明子***的数据表明在与工件相关联的一个或多个点处的光能不足，控制器108可实施为：(a)增加对一个或多个半导体装置110的电流和/或电压的电源供给，(b)通过冷却子***18增加照明子***的冷却(即，某些发光装置，如果被冷却，将提供更大的辐射输出)，(c)增加向这些装置供电的时间，或(d)上述的组合。
照明子***100的独立半导体装置110(如，LED装置)可由控制器108独立地控制。例如，控制器108可控制第一组一个或多个独立LED装置，以发射第一强度、波长等的光，同时控制第二组一个或多个独立LED装置，以发射不同强度、波长等的光。第一组一个或多个独立LED装置可以处在半导体装置110的同一阵列中，或可以来自半导体装置110的多个阵列。还可以从照明子***100中由控制器108控制的其他半导体器件110的阵列中的控制器108来独立地控制此半导体装置110的阵列。例如，可控制第一阵列的半导体装置发射第一强度、波长等的光，同时，可控制第二阵列的半导体装置发射第二强度、波长等的光。
作为另一示例，在第一设定条件下(如，对于特定工件、光反应和/或操作条件的设定)，控制器108可操作光反应***10实施第一控制策略，而在第二设定条件下(如，对于特定工件、光反应和/或操作条件的设定)，控制器108可操作光反应***10实施第二控制策略。如上所述，第一控制策略可包括操作包括一个或多个独立半导体装置(如，LED装置)的第一组发射第一强度、波长等的光，而第二控制策略可包括操作包括一个或多个独立LED装置的第二组发射第二强度、波长等的光。第一组LED装置可与第二组LED装置是同一LED装置组，并且可跨越一个或多个LED装置的阵列，或可与第二组LED装置是不同的LED装置组，并且不同的LED装置组可包括来自第二组的一个或多个LED装置的子集。
冷却子***18实施为管理照明子***100的热行为。例如，通常，冷却子***18为这种子***12提供冷却，并且更具体地，为半导体装置110提供冷却。冷却子***18还可实施为对工件26，和/或对工件26与光反应***10(如，具体地，照明子***100)之间的空间进行冷却。例如，冷却子***18可以是空气或其他流体(如，水)的冷却***。
光反应***10可用于各种应用。示例包括但不限于从喷墨印刷到DVD制造和光刻工艺的固化应用。通常，采用光反应***10的应用具备相关参数。即，某一应用可包括如下相关的操作参数：以一个或多个波长提供一个或多个级别的辐射功率，并持续实施的一个或多个时间段。为了适当地完成与该应用相关的光反应，可能需要以高于或等于一个或多个这些参数(和/或用于特定时间、时长或时间范围)的一个或多个预定级别，将光功率传送至工件或其附近。
为了遵循预期应用的参数，可根据与该应用的参数(如，温度、光谱分布以及辐射功率)相关的各种特性来操作用于提供辐射输出24的半导体装置110。同时，半导体装置110可具有与该半导体装置的制造相关的特定操作规范，其中，可遵循该规范以防止该装置的损坏和/或预先阻止该装置的退化。光反应***10的其他部件也可以具有相关操作规范。除了其他参数规范之外，这些规范可包括用于操作温度和应用的电功率的范围(如，最大值和最小值)。
因此，光反应***10支持对应用参数的监测。此外，光反应***10可提供对半导体装置110的监测，包括对他们各自的特性和规范的监测。此外，光反应***10还可提供对光反应***10选定的其他部件的监测，包括对他们各自的特性和规范的监测。
提供这样的监测能够验证***的正确操作，从而可靠地评估光反应***10的操作。例如，该***10可以相对于一个或多个应用的参数(如温度，辐射功率等)，与这些参数相关的任何部件特性和/或任何部件的相应操作规范以非期望的方式操作。监测的提供可响应由控制器108通过一个或多个***的部件接收的数据，并根据上述数据实施监测。
监测还可支持对***操作的控制。例如，控制策略可通过控制器108接收并响应来自一个或多个***部件的数据来实现。如上所述，这种控制，可以是直接地(如，基于与部件操作相关的数据，通过经由针对部件的控制信号来控制部件)或间接地(如，通过经由针对调节其他部件的操作的控制信号来控制部件的操作)实现。作为示例，可通过针对电源102的控制信号和/或通过针对冷却子***18的控制信号间接地来调节半导体装置的辐射输出，其中，所述针对电源102的控制信号用于调节施加给照明子***100的功率，所述针对冷却子***18的控制信号用于调节施加给照明子***100的冷却。
可以采用控制策略来实现和/或增强***的正确操作和/或应用的性能。在更具体的示例中，还可以采用控制来实现和/或增强阵列的辐射输出与其工作温度之间的平衡，从而例如防止将半导体装置110或半导体装置110的阵列加热至超出其规范，同时还将辐射能量引导至工件26，足以正确地完成应用的光反应。
在某些应用中，高辐射功率可被传送至工件26。相应地，可使用发光半导体装置110的阵列来实现子***12。例如，可使用高密度的发光二极管(LED)阵列来实现子***12。尽管可使用LED阵列并且在本文中对其进行了详细描述，但应当理解，在不脱离本发明的原理的情况下，可以使用其它发光技术来实现半导体装置110及其阵列，其他发光技术的示例包括但不限于有机发光二极管、激光二极管、其他半导体激光器。
可以用阵列20或多阵列的阵列形式来提供多个半导体装置110。阵列20可实施为使得一个或多个、或大多数半导体器件被配置成提供辐射输出。然而，同时，一个或多个阵列的半导体装置110实施为提供对选定的阵列特性的监测。监测装置36可从阵列20的装置中选定，例如可具有与其他发射装置相同的结构。例如，发射和监测之间的差异可由与特定半导体装置相关的耦合电子器件22决定(如，在一基本形式中，LED阵列可以具有监测LED和发射LED，在监测LED中耦合电子器件提供反向电流，在发射LED中耦合电子器件提供正向电流处)。
此外，基于耦合电子器件，阵列20中选定的半导体装置可以是多功能装置和/或多模装置，其中(a)多功能装置能够检测多个特性(如，辐射输出、温度、磁场、振动、压力、加速度和其他机械力或变形)，并且可根据应用参数或其他决定性因素在这些检测功能之间切换，并且(b)多模装置能够具有发射、检测和其他模式(如关闭)，并且可根据应用参数或其他决定性因素在这些模式之间切换。
参照图2，示出了可提供电流的变化量的第一照明***电路的示意图。照明***100包括与散热器101热连通的一个或多个发光装置110。在该示例中，发光装置110为发光二极管(LED)。每个LED 110包括阳极201和阴极202。图1中所示的开关电源102通过路径或导线264向电压调节器204提供48V直流电源。电压调节器204通过导线或路径242向LED 110的阳极201提供直流电源。电压调节器204还通过导线或路径240电耦合至LED 110的阴极202。电压调节器204被示为被引至接地端260，并且在一个示例中可以是降压调节器。电压调节器204向LED 110提供可调电压。
所示的控制器108与电压调节器204电气通信。在其他示例中，如果需要，离散的输入生成装置(如，开关)可替换控制器108。控制器108包括用于执行指令的中央处理单元290。控制器108还包括用于操作电压调节器204和其他装置的输入和输出件(I/O)288。非暂时性可执行指令可存储在只读存储器292中(如，非暂时性存储器)，而变量可存储在随机存取存储器294中。控制器108可与用户接口212电气通信，其允许用户调节照明子***100的辐照度输出。在某些示例中，用户接口212可包括存储在非暂时性存储器中的指令，用于提供数字电位计，其允许在0-255或更多离散电流级别之间调节流经半导体装置110的电流。因此，照明子***100的辐照度输出可实现256个级调节。
可变电阻器220以场效应晶体管(FET)或其他装置的形式从控制器108或通过其他输入装置接收强度信号电压。尽管本示例将可变电阻器描述为FET，但必须注意的是，该电路可采用其他形式的可变电阻器。
在该示例中，阵列20的至少一个元件包括诸如发光二极管(LED)或激光二极管的固态发光元件产生光。所述元件可配置为基板上的单个阵列、基板上的多个阵列、连接在一起的几个基板上的单个或多个阵列等。在一个示例中，发光元件阵列可由锋翔科技公司(Phoseon Technology,Inc)制造的Silicon Light MatrixTM(SLM)产品构成。
图2中所示的电路是闭环电流控制电路208。在闭环电路208中，可变电阻器220经由驱动电路222通过导线或路径230接收强度电压控制信号。可变电阻器220从驱动器222接收其驱动信号。可变电阻器220和阵列20之间的电压被控制为由电压调节器204决定的期望电压。期望电压值可由控制器108或其他装置提供，并且电压调节器204将电压信号242控制到在阵列20和可变电阻器220之间的电流路径中提供期望电压的级别。可变电阻器220控制从阵列20沿箭头245的方向流至电流感测电阻器255的电流。还可响应照明装置的类型、工件的类型、固化参数，以及各种其他操作条件来调节期望电压。
电流信号可沿着导线或路径236反馈至控制器108或另一装置，控制器108或另一装置响应由路径236提供的电流反馈来调节提供给驱动电路222的强度电压控制信号。特别地，如果电流信号不同于期望电流，通过导线230传递的强度电压控制信的增加或减小，以调节流经阵列20的电流。表示流经阵列20的电流的反馈电流信号通过导线236用作电压级别，该电压级别随着流经电流感测电阻255的电流的变化而变化。
在一个示例中，可变电阻器220和阵列20之间的电压被调节为恒定电压，通过调节可变电阻器220的阻值来调节流经阵列20和可变电阻器220的电流。因此，在该示例中，沿导线240携带的来自可变电阻器220电压信号不到达阵列20。相反，阵列20和可变电阻器220之间的电压反馈跟随导线240，并且到达电压调节器204。电压调节器204随后将电压信号242输出至阵列20。因此，电压调节器204响应阵列20下游的电压来调节其输出电压，并且通过可变电阻器220调节流经阵列20的电流。控制器108可包括响应作为通过导线236的电压反馈的阵列电流来调节可变电阻器220的阻值的指令。导线240允许LED 110的阴极202、可变电阻器220的输入299(如，N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的漏极)和电压调节器204的电压反馈输入293之间的电气通信。因此，LED 110的阴极202、可变电阻器220的输入侧299和电压反馈输入293的电压电位相同。
可变电阻器可采取FET、双极型晶体管、数字电位计或任何电可控的限流装置的形式。根据所使用的可变电阻器，可采用不同形式的驱动电路。闭环***操作使得输出电压调节器204保持在比操作阵列20的电压高大约0.5V的电压。调节器输出电压调节施加至阵列20的电压，并且可变电阻器控制流经阵列20的电流至期望级别。与其他方法相比，本电路可增加照明***效率并减少照明***产生的热量。在图2的示例中，可变电阻器220通常产生在0.6V范围内的电压降。然而，根据可变电阻器的设计，可变电阻器220处的电压降可小于或大于0.6V。
因此，图2中所示的电路向电压调节器提供电压反馈以控制阵列20上的电压降。例如，由于阵列20的操作导致阵列20上的电压降，因此电压调节器204输出的电压是阵列20和可变电阻器220之间的期望电压加上阵列220上的电压降。如果增加可变电阻器220的阻值以减小流经阵列20的电流，则调节(如减小)电压调节器的输出以保持阵列20和可变电阻器20之间的期望电压。另一方面，如果减小可变电阻器220的阻值以增加流经阵列20的电流，则调节(如增加)电压调节器的输出以保持阵列20和可变电阻器20之间的期望电压。以这种方式，可同时调节阵列20上的电压和通过阵列20的电流，以提供来自阵列20的期望的光强度输出。在该示例中，通过位于或定位于阵列20下游(如，在电流方向上)和接地参考260上游的装置(如，可变电阻器220)来调节流经阵列20的电流。
在该示例中，示出了阵列20，其中一同对所有LED供电。然而，可通过增加附加的可变电阻器220来单独地控制通过不同组的LED的电流(如，为每个阵列提供一个可变电阻器以控制电流)。控制器108调节通过每个可变电阻器的电流，以控制通过类似于阵列20的多个阵列的电流。
现在参照图3，示出了可提供电流的变化量的第二照明***电路的示意图。图3包括与图2所示的第一照明***电路相同的一些元件。在图3与图2中，相同的元件以相同的附图标记来标识。为了简洁起见，省略了图2和图3之间相同元件的描述；然而，图2中的元件的描述适用于图3中具有相同附图标记的元件。
图3中所示的照明***包括SLM区域301，SLM区域301包括阵列20，阵列20包括多个LED 110。SLM还包括开关308和电流感测电阻器255。然而，如果需要，开关308和电流感测电阻器可包括在电压调节器304中或者作为控制器108的一部分。电压调节器304包括由电阻器313和电阻器315组成的分压器310。导线340使分压器310与LED 110和开关308的阴极202电气通信。因此，LED 110的阴极202、开关308的输入侧305(如，N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的漏极)，以及电阻器313和315之间的节点321的电压电平相同。开关308仅在打开或闭合状态下操作，并且其并不作为具有能够线性或成比例调节阻值的可变电阻器操作。此外，在一个示例中，与图2所示的可变电阻器220的0.6V的Vds相比，开关308具有0V的Vds。
图3中的照明***电路还包括误差放大器326，其中误差放大器326接收指示由电流感测电阻器255所测量的经由导线340通过阵列20的电流的电压。误差放大器326还通过导线319从控制器108或另一装置接收参考电压。来自误差放大器326的输出被提供给脉冲宽度调制器(PWM)328的输入。来自PWM的输出被提供给降压级(buck stage)调节器330，并且降压级调节器330调节在被调节的直流电源(如图1中的102)和阵列20之间从阵列20的上游位置提供的电流。
在一些示例中，可能需要通过位于阵列20或位于阵列20上游(如，在电流方向上)的装置而不是如图2中所示的阵列20的下游位置来调节电流至阵列。在图3的示例性照明***中，通过导线340提供反馈信号的电压直接到达电压调节器304。可以从控制器108通过导线319来提供电流需求，其中该电流需求可以是强度电压控制信号的形式。该信号变为参考信号Vref，并且其被施加至误差放大器326而不是可变电阻器的驱动电路。
电压调节器304从阵列20的上游位置直接控制SLM电流。具体地，电阻分压网络310使得降压级调节器330作为传统的降压调节器操作，当SLM通过断开开关308而被禁用时，该降压调节器监测降压级调节器330的输出电压。SLM可选择性地从导线302接收使能信号，其中导线302关闭开关308并且激活SLM以提供光线。当SLM使能信号施加至导线302时，降压级调节器330操作方式不同。特别地，与更典型的降压调节器不同，该降压调节器控制负载电流、流至SLM的电流以及通过SLM的电流量。特别地，当开关308闭合时，由基于在节点321形成的电压决定通过阵列20的电流。
节点321处的电压是基于流经电流感测电阻器255的电流和流进分压器310的电流。因此，节点321处的电压表示流经阵列20的电流。将表示SLM电流的电压与由控制器108通过导线319提供的表示流经SLM的期望电流的参考电压进行比较。如果SLM电流不同于期望的SLM电流，则在误差放大器326的输出处产生误差电压。误差电压用以调节PWM发生器328的占空比并且调节来自PWM发生器328的脉冲串控制降压级330内的线圈充电时间和放电时间。线圈充电和放电时序调节电压调节器304的输出电压。可通过调节从电压调节器304输出并提供给阵列20的电压来调节流经阵列20的电流。如果需要附加阵列电流，则增加从电压调节器304输出的电压。如果需要减小阵列电流，则减小从电压调节器304输出的电压。
因此，图1-3所示的***提供了一种用于操作一个或多个发光装置的***，该***包括：电压调节器，其包括反馈输入，所述电压调节器与一个或多个发光装置电气通信；以及控制器，其包括非瞬态指令，以对提供给所述一个或多个发光装置的电流提供线性化校正。在所述***中，所述线性化校正是基于归一化的光输出和照明装置温度的校正。在所述***中，所述线性化校正基于斜率和偏移量。
在一些示例中，该***还包括附加指令，其通过所述线性化校正来划分提供给一个或多个发光装置的电流。
该***还包括附加指令，其响应一个或多个发光装置的温度变化来修改所述线性化校正。该***还包括附加指令，其响应一个或多个发光装置的温度没有变化而不修改所述线性化校正。该***还包括附加指令，其以固定时间间隔修改所述线性化校正。
现在参照图4，图中示出了辐照度(如，照明阵列输出)和照明阵列电流之间的线性关系。该图可通过调节提供给如图1-3所示的照明阵列的电流、记录由照明阵列产生的辐照度、以及绘制辐照度与电流的关系来产生。因此，可观察到在照明阵列电流和辐照度(例如，照明阵列输出)之间存在线性关系。具体地，辐照度随着提供给照明阵列的电流增加而线性增加。
一个或多个LED的操作可从简化的热力学视角表示为：
Powerin＝Lightout+Heat
其中Powerin为输入至照明阵列的电功率，Lightout为光能输出，以及Heat为热能输出。因此，如果光输出随着热量变化而保持基本上恒定，则输入功率需要变化。注意，在热量和电输入功率之间成正比例关系，使得在照明阵列散热器处增加的热耗散需要增加照明阵列的输入功率以提供恒定的光输出。供给照明阵列的电输入功率是提供给照明阵列的电流和电压的乘积。在表示操作照明阵列的光输出关于电流的曲线的区域中，照明输出遵循与照明阵列电流的正线性关系。因此，照明输出、热量和输入功率之间的线性关系由上述的功率方程和图4来描述。
现在参照图5，其示出了归一化照明阵列输出(如，辐照度)与照明阵列温度或照明阵列散热器温度的曲线图。实线502表示实际或模拟的光输出的曲线，虚线504表示光输出关于照明阵列温度或照明阵列散热器温度的线性近似。光输出和温度的值可通过施加电流至照明阵列并记录照明阵列温度和辐照度来确定。线504的方程可表示为y＝mx+b，其中y为辐照度，m为斜率，x为照明阵列温度，以及b为偏移量。由于线504是线性的，因此可通过以下方程修改提供给照明阵列的驱动电流：
其中I(T)为命令驱动电流；I0为初始驱动电流，其可以是在某一预定温度下的期望辐照度级别的经验确定值；以及Drive_current_adjustment为从方程y＝mx+b或m·T(℃)+b确定的驱动电流调节。m值和b值由实验来确定。通过将对应于期望的光输出的驱动电流除以驱动电流调节，可以上下滑动线504以调节提供给照明阵列的电流并获得期望的光输出级别。
现在参照图6，示出了根据图7和图8的方法的照明***的示例性模拟响应的曲线图。图6中的曲线图包括在曲线图左侧上的第一Y轴和曲线图右侧上的第二Y轴。第一Y轴表示归一化辐照度且第二Y轴表示LED结温。X轴表示时间并且时间由曲线图左侧至曲线图右侧增加。时间从时间T0开始并且增加至X轴的右侧。当图7和图8的方法不用于控制照明阵列输出时，阵列的照明输出在时间T1达到稳态值。
该曲线图包括三条曲线602-606。当根据图7和图8的方法控制照明阵列电流时，曲线602表示阵列20的辐照度，其响应所请求的照明阵列输出的阶跃变化。当没有根据图7和图8的方法进行电流控制的情况下将功率施加至阵列20时，曲线604表示阵列20的辐照度，其响应所请求的照明阵列输出的阶跃变化，与曲线602所请求的照明阵列输出的阶跃变化相同。最后，曲线606表示阵列20的LED结温，其响应与曲线602所请求的照明阵列输出相同的阶跃变化。所请求的照明阵列输出的阶跃变化在时间T0开始。
可以观察到，曲线602紧密跟随所请求的照明阵列输出的阶跃变化。然而，曲线604显示，照明阵列辐照度最初超过期望输出(如，值1)，然后随着LED结温增加而衰减至期望输出。因此，当未根据图7和图8中的方法控制照明阵列电流时，照明阵列输出可以大于响应增加照明阵列输出的请求所期望的照明阵列输出。因此，如果响应对附加照明阵列输出的请求而简单地增加电压和/或电流，则当不采用图7和图8中的方法时，照明阵列输出可能超过期望级别。
因此，从图6表现出，图7和图8的方法提供了更准确的光输出，其更紧密地跟随期望光输出的阶跃变化。图7和图8的方法响应期望的照明阵列输出的阶跃变化而提供辐照度输出中的近似阶跃。
现在参照图7，示出了用于控制照明***辐照度输出的方法。图7的方法可应用于如图1-3所示的***。该方法可作为可执行指令存储于控制器的非暂时性存储器中。此外，图7的方法可操作如图6所示的照明***。进一步，图7的方法可响应所请求的辐照度的阶跃增加和减小，来调节照明阵列的电流。
在步骤702中，方法700判断LED阵列当前是否被命令或LED阵列是否已经被激活。在一个示例中，方法700可响应控制器输入来判断LED是否被命令或已经被激活。控制器输入可以与按钮或操作控件相连接。如果LED正在被命令或如果LED已经被激活，则控制器输入可以为值1。如果方法700判断LED正在被命令，或LED已经开启，则回应为是，并且方法700进行至步骤704。否则，回应为否，并且方法700进行至步骤716。
在步骤704中，方法700确定对应于从照明阵列请求的期望辐照度级别的数字值，并且期望的辐照度级别与期望照明阵列电流(I)相关，如图4所示。在一个示例中，数字值可以在0和255之间变化。然而，在其他示例中，数字值可以在更少或更多值(如，0和511)之间变化。方法700可确定从控制器108中的变量请求的期望辐照度级别。该变量可以被称为数字电位计变量，并且操作者可以通过键盘或其他接口输入该变量的值。在其他示例中，输出对应于0和255之间的数字值的物理电位计可以为所请求的照明阵列辐照度的期望级别提供数字值。该数字值可以被称为POT0，是与从照明阵列输出的期望辐照度级别相关的数字电位计值。在确定期望的辐照度级别之后，方法700进行至步骤706。
在步骤706中，方法700判断照明阵列是否被激活。在一个示例中，如果变量是大于零的值，则方法700可判断照明阵列被激活。在其他示例中，可以感测流经照明阵列的电流，并且如果该电流大于阈值电流，则可确定照明阵列是激活的。如果方法700判断照明阵列是激活的，则回应为是，并且方法700进行至步骤710。否则，回应为否，并且方法700进行至步骤708。
在步骤708中，方法700在步骤704请求的期望辐照度下激活照明阵列。在一个示例中，该数字值被转换为提供给照明阵列的电流量。例如，如果操作者请求的POT值为200，而该值对应于三安培，则将三安培的电流提供给照明阵列。该电流可通过如图2所示的可变电阻器来调节。可基于值为200的POT值来调节可变电阻器，或者可将值200转换为模拟电压，该模拟电压调节可变电阻器的阻值以控制照明阵列电流。在照明阵列在期望的辐照度级别POT0被激活之后，方法700进行至步骤710。
在步骤710中，方法700确定照明阵列温度。照明阵列温度可在散热器或在照明阵列中的LED的结点处确定。在一个示例中，热敏电阻或热电偶可感测照明阵列温度并且向控制器提供电压或电流。控制器通过传递函数将电压转换为温度。在确定照明阵列温度之后，方法700进行至步骤712。
在步骤712中，方法700通过将在步骤704中确定的POT0值除以图5中所描述的驱动电流调节来调节照明阵列电流。具体地，值POT0除以斜率乘以在步骤710确定的温度加上如图5所述确定的偏移量。所得电流POT被命令输出至照明阵列。以这种方式，响应照明阵列温度或照明阵列散热器温度来调节照明阵列电流的初始POT0值，以提供所请求的辐照度级别。在照明阵列电流被调节并命令输出至照明阵列之后，方法700进行至步骤714。
在步骤714中，方法700判断是否存在关闭照明阵列的请求。照明阵列可响应手动或自动的照明阵列关闭请求而进行关闭。如果方法700判断照明阵列正被请求至关闭状态，则回应为是并且方法700进行至步骤716。否则，回应为否，并且方法700返回至步骤704。
在步骤716中，方法700命令POT值为零，从而命令零电流传送至照明阵列。在停止流向照明阵列的电流后，方法700结束。
因此，方法700响应照明阵列辐照度和照明阵列温度之间的线性关系，连续地确定照明阵列温度并调节供应至照明阵列的电流，如图5所示。因此，图7的方法可更准确地遵循期望的辐照度。进一步，图7的方法可以通过固定或变化的时间间隔执行。
现在参照图8，示出了控制照明***的辐照度输出的另一种方法。图8的方法可作为可执行指令被包括存储于图1-3所示的***的非暂时性存储器中。此外，图8的方法可操作如图6所示的照明***。进一步，图8的方法可响应所请求的辐照度的阶跃增加和减小，来调节照明阵列电流。
在步骤802中，方法800判断LED阵列当前是否被命令或LED阵列是否已经被激活。在一个示例中，方法800可响应控制器输入来判断LED是否被命令或已经被激活。控制器输入可以与按钮或操作控件相连接。如果LED正在被命令或如果LED已经被激活，则控制器输入可以为数值1。如果方法800判断LED正在被命令，或LED已经开启，则回应为是并且方法800进行至804。否则，回应为否，并且方法800进行至816。
在步骤804中，方法800确定对应于从照明阵列请求的期望辐照度级别的数字值，并且期望的辐照度级别与期望照明阵列电流(I)相关，如图4所示。方法800可确定从控制器108中的变量请求的期望辐照度级别。该变量可以被称为数字电位计，并且操作者可通过键盘或其他接口输入该变量的值。在其他示例中，输出对应于0和255之间的数字值的实际电位计可以为所请求的照明阵列辐照度的期望级别提供数字值。该数字值可以被称为POT0，是与从照明阵列输出的期望辐照度级别相关的数字电位计值。在确定期望的辐照度级别之后，方法800进行至步骤806。
在步骤806中，方法800判断照明阵列是否被激活。在一个示例中，如果变量是大于零的值，则方法800可判断照明阵列被激活。在其他示例中，可以感测流经照明阵列的电流，并且如果该电流大于阈值电流，则可确定照明阵列是激活的。如果方法800判断照明阵列是激活的，则回应为是，并且方法800进行至步骤810。否则，回应为否，并且方法800进行至步骤808。
在步骤808中，方法800在步骤804请求的期望辐照度下激活照明阵列。在一个示例中，该数字值被转换为提供给照明阵列的电流量。例如，如果操作者请求的POT值为200，而该值对应于三安培，则将三安培的电流提供给照明阵列。该电流可通过如图2所示的可变电阻器来调节。可基于值为200的POT值来调节可变电阻器，或者可将值200转换为模拟电压，该模拟电压调节可变电阻器的阻值以控制照明阵列电流。在照明阵列在期望的辐照度级别POT0被激活之后，方法800进行至步骤810。
在步骤810中，方法800确定照明阵列温度。照明阵列温度可在散热器或在照明阵列中的LED的结点处确定。在一个示例中，热敏电阻或热电偶可感测照明阵列温度并且向控制器提供电压或电流。控制器通过传递函数将电压转换为温度。在确定照明阵列温度之后，方法800进行至步骤812。
在步骤812中，方法800通过将在步骤804中确定的POT0值除以图5中所描述的驱动电流调节来调节照明阵列电流。具体地，值POT0除以斜率乘以在步骤810确定的温度加上如图5所述确定的偏移量。所得电流POT被命令输出至照明阵列。以这种方式，响应照明阵列温度或照明阵列散热器温度来调节照明阵列电流的初始POT0值，以提供所请求的辐照度级别。在照明阵列电流被调节并命令输出至照明阵列之后，方法800进行至步骤814。
在步骤814中，方法800判断是否存在关闭照明阵列的请求。照明阵列可响应手动或自动的照明阵列关闭请求而进行关闭。如果方法800判断照明阵列正被请求至关闭状态，则回应为是，并且方法800进行至步骤816。否则，回应为否，并且方法800进行至步骤820。
在步骤816中，方法800命令POT值为零，从而命令零电流传送至照明阵列。在停止流向照明阵列的电流后，方法800结束。图8的方法可以通过固定或变化的时间间隔执行。
在步骤820中，方法800确定照明阵列温度并将温度变量T调节至当前确定的照明阵列温度。换言之，存储在存储器中的照明阵列温度被调节至照明阵列温度的当前值。在照明阵列温度被更新至照明阵列或照明阵列散热器的当前温度之后，方法800进行至步骤822。
在步骤822中，方法800判断照明阵列温度或照明阵列散热器温度的变化量(如，T-T0)的绝对值是否大于-1/(m·POT0+1)或者判断所请求的辐照度请求是否存在变化(如，在步骤804确定的POT0的值的)。如果是，则回应为是，并且方法800返回至步骤810。否则，回应为否，并且方法800返回至步骤820。如果辐照度的变化被请求，则基于所请求的辐照级别来输出新的POT0值。以这种方式，直到照明阵列温度的变化量足够大以导致POT值增加或减小才调节照明阵列电流。
确定照明阵列温度的变化量以调节照明阵列电流的根据可由如下确定：
POT1＝POT0+1
其中POT1为POT0加上增量1(如，如果POT0为200，则POT1为201)，m为如前所述的斜率，T0为与POT0相关的温度，T1为与POT1相关的温度，b为如前所述的偏移量，以及ΔΤ为照明阵列温度的变化量，其将导致POT0的值增加1，以便保持恒定的光输出。可以假定，照明阵列在两种情况下输出相同的辐照度级别。由POT1值产生的驱动电流大于由POT0产生的驱动电流，其偏移量T1大于偏移量T0。
因此，图7和图8提供了用于操作一个或多个发光装置的方法，包括：响应所述一个或多个发光装置的期望辐照度输出的变化，选择对应于所述一个或多个发光装置的期望辐照度输出的电流；以及将通过线性化电流调节来修改的电流输出至所述一个或多个发光装置。所述方法包括所述线性化电流调节基于所述一个或多个发光装置的温度。
在一些示例中，所述方法包括使电流受到线性化电流调节分流。所述方法包括所述线性化校正基于斜率和偏移量。所述方法包括所述斜率和偏移量基于归一化的辐照度和所述一个或多个发光装置的温度。所述方法包括调节可变电阻器以将通过线性化电流调节来修改的电流提供给所述一个或多个发光装置。所述方法还包括所述变化为阶跃增加的变化。所述方法还包括所述变化为阶跃减小的变化。
在另一个示例中，图7和图8提供了用于操作一个或多个发光装置的方法，包括：响应所述一个或多个发光装置的温度变化小于阈值时，继续监测所述一个或多个发光装置的温度，并且不修改提供给所述一个或多个发光装置的电流；以及响应所述一个或多个发光装置的温度变化大于阈值时，响应基于温度的线性化电流调节来修改提供给所述一个或多个发光装置的电流。所述方法包括所述阈值基于斜率。所述方法包括所述斜率基于所述一个或多个发光装置的辐照度与所述一个或多个发光装置的温度之间的线性关系。所述方法包括所述辐照度是归一化的。所述方法包括提供给一个或多个发光装置的电流由电流调节器分流。
描述到此结束。本领域技术人员通过阅读本说明书，将会想到不背离本发明的精神和保护范围的多种替换和修改。例如，可以利用本说明书创想不同波长的光的光源。

Claims (20)

1.一种用于操作一个或多个发光装置的***，包括：
包含反馈输入的电压调节器，所述电压调节器与所述一个或多个发光装置电气通信；以及
控制器，该控制器包含非瞬态指令，以对所述一个或多个发光装置的供给电流提供线性化校正。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述线性化校正是基于归一化的光输出和照明装置温度的校正。
3.根据权利要求2所述的***，其中，所述线性化校正基于斜率和偏移量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的***，所述***还包括附加指令，以通过所述线性化校正来划分所述一个或多个发光装置的供给电流。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的***，所述***还包括附加指令，以响应所述一个或多个发光装置的温度变化来修改所述线性化校正。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的***，所述***还包括附加指令，以响应所述一个或多个发光装置的温度的不变化而不修改所述线性化校正。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的***，所述***还包括附加指令，以固定时间间隔修改所述线性化校正。
8.一种用于操作一个或多个发光装置的方法，包括：
响应所述一个或多个发光装置的期望辐照度输出的变化，选择对应于所述一个或多个发光装置的期望辐照度输出的电流；以及
输出经过一线性化电流调节所修改的电流至所述一个或多个发光装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述线性化电流调节是基于所述一个或多个发光装置的温度。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其中，所述电流由所述线性化电流调节进行分流。
11.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其中，所述线性化电流调节是基于斜率和偏移量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述斜率和偏移量是基于归一化的辐照度和所述一个或多个发光装置的温度。
13.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其中，调节可变电阻器以将通过线性化电流调节所修改的电流提供给所述一个或多个发光装置。
14.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其中，所述变化为阶跃增加变化。
15.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其中，所述变化为阶跃减小变化。
16.一种用于操作一个或多个发光装置的方法，包括：
响应所述一个或多个发光装置的温度变化小于阈值时，继续监测所述一个或多个发光装置的温度，并且不修改所述一个或多个发光装置的供给电流；以及
响应所述一个或多个发光装置的温度变化大于阈值时，响应基于温度的线性化电流调节来修改所述一个或多个发光装置的供给电流。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述阈值是基于斜率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述斜率是基于所述一个或多个发光装置的辐照度与所述一个或多个发光装置的温度之间的线性关系。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述辐照度是归一化的。
20.根据权利要求15-19中任一项所述的方法，其中，一个或多个发光装置的供给电流由电流调节器分流。
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