照明系統和用於控制多個光源的方法

2023-06-07 18:45:01

專利名稱：照明系統和用於控制多個光源的方法
技術領域：
本發明涉及照明系統和用於控制多個光源的方法。在 一 個照明系統中存在多個光源，它們可以安排在不同的位置。 這些光源按照某種方式電連接，以便可以提供電源並且可控制這些光 源的操作。
背景技術：
US - A - 2 003 / 0057886描述了一種網絡連接的照明系統。將多個 基於發光二極體的照明單元例如安排成一個計算機可控的"光串"。 將它們連接到一個公共的電源上，或者是串聯連接，或者是並聯連接。 每個照明單元都包括一個控制器，用於單獨地控制發光二極體(或其 它)光源。在數據鏈路上傳送控制數據，照明單元控制器按照這些控 制數據操作光源，藉此例如控制了每個發光二極體的光輸出。發光二 極管可以由脈沖寬度調製(PWM)驅動以便控制強度。照明單元相對於 數據鏈路串行排列。在配置和操作期間，數據串，配置地址或操作參 數，有選擇性地從一個單元傳送到下一個單元。發明內容本發明的目的是提供一種照明系統，它可以靈活地控制單獨的照 明單元同時保持很低的費用。這個目的是通過根據權利要求1所述的照明系統、根據權利要求6 所述的用在這樣一種系統中的照明單元以及根據權利要求7所述的用 於控制多個光源的方法實現的。從屬權利要求涉及的是本發明的優選 實施例。才姿照本發明，照明系統包括電流源和系統控制單元。它們可以是 分立的單元，但最好集成在一個器件中。電流源和控制單元一起提供 具有調製的命令數據的電流。這個電流可以是交流電流，但最好是直 流電流。這個電流最好除調製之外基本上恆定。調製的命令數據是從系統控制單元引向照明單元的命令信息，命令信息是以調製的形式給 定的。在本說明書的範圍內，調製被理解為任何類型的載波(電源電 流)隨時間的變化，從而可以傳遞信息。在直流情況下，調製可以包括脈衝調製，即在不同電流幅度之間，例如標稱值的100% /50%，電 流連續地或交替地接通或斷開。可替換地，可以使用比較複雜的尤其 是電流幅度的調製方法，並且在交流的情況下，還可以使用頻率或相 位的調製方法。4安照本發明的照明系統進 一 步包括多個照明單元，每個照明單元 都有至少一個光源，最好是發光二極體。照明單元串聯連接到電源。 在本說明書的範圍內，這應該理解為這些單元並非全部直接連接到電 源，而是一個接一個地連接。電源電流在操作期間穿過每個照明單元， 因此每個照明單元中的電流基本上相同(除了 一個照明單元短接 (shortcut)其他照明單元的操作模式以外，下面將會說明這種操作 模式)。在每個照明單元中，電源電流可以驅動光源。為了控制光源的操 作，按照本發明要提供可控的旁路裝置，允許有選擇性地旁路光源。 通過在照明單元中的控制單元控制旁路裝置。控制單元接收調製的命 令數據，並因此控制旁路裝置。以此方式，系統控制單元可以提供命 令作為調製的命令數據，並且合適的照明單元(一個或多個)的控制 單元將通過或者使光源由電源電流操作，或者使光源旁路來執行命令。本發明的照明系統與已知的系統相比有一系列優點。在串聯連接 的情況下，可保持連線最少化，因此可保持連線費用異常地低。對於 電源和數據連接不需要任何專用的連線。再者，穿過每個照明單元的 電流都相等，如同串聯連接的情況，這尤其在發光二極體光源的優選 情況下，可導致整個系統穩定的操作，具有恆定的光強度和色調。在每個照明單元中，代之以只有一個光源，還可以有多個光源。 這些光源可以有不同的顏色，並且可以通過選擇性地控制不同顏色的 光源來調節這種照明單元的光輸出的總體顏色。光源在空間的分布例如可以是排列成形成一條直線的 一維布局， 或者排列成例如形成一個矩陣的二維布局。在每種情況下的優選排列 是一維的，因為這是串聯連接；儘管如此，可以容易地將一維排列映 射成二維結構，例如通過將一條直線摺疊成幾條直線進行這樣的映射，由此可以產生矩陣結構。如下面將變得明顯的那樣，可以有利地使用 串聯連接以便易於進行系統的配置，從而可以按照每個照明單元的分 布位置來控制每個照明單元，實現自動安裝。按照本發明的一個優選實施例，旁路裝置包括並聯連接到光源的 旁路開關。在同一個照明單元上的多個光源可以包括一個共用的旁路 開關，或者包括逐個分開的旁路開關。如果旁路開關開路，由於電流 流過光源使光源可以操作。在旁路開關閉合的情況下，照明單元不工 作。按照另一個優選實施例，控制單元包括脈沖寬度調製驅動器單元 以控制旁路裝置。在這種情況下的旁路裝置按照脈沖寬度調製序列操 作，即旁路裝置連續地被激活和失活。例如，如果旁路裝置激活和失 活(對應於光源的停止操作/操作)的周期相等，則光源的總強度約為50%。如果脈衝寬度調製序列有足夠高的頻率(如400赫茲)，則 所產生的光給人的感受是恆定不變的，但有些昏暗。按照照明系統的 一個優選實施例，每個照明單元包括至少三個終 端電流輸入端、正向電流輸出端、和短接電流輸出端。通過將第二 照明單元的電流輸入端連接到第 一照明單元的正向電流輸出端，可以 串聯連接各個照明單元。然而，在每個照明單元內，正向電流輸出端並不是直接連接到電 流輸入端的。而是提供開關裝置，所說開關裝置有選擇性地將電流輸 入端或者連接到正向電流輸出端，或者連接到短接輸出端。這將允許 串聯連接的每個照明單元能夠操作開關裝置，從而可以或者將串聯連 接的後續照明單元連接到電源電流(通過激活正向電流輸出端)，或 者通過激活短接電流輸出端使串聯連接的所有後續照明單元失活。這可能有益地用來允許每個單元都能夠控制通過它的信息流動。 通過激活短接電流輸出端，可使正向電流輸出端失活。在本說明書的 範圍內，這應該理解為所有的後續單元不再接收全部的電流供給。它 們可以保持不通電，或者可替換地可以只接收全部的電源電流的 一部 分(如3/4，或1/2)。還有，如果激活正向電流輸出端，那麼短接 電流輸出端仍舊可以接收 一 部分電流，當然按照能量效率來說這不是 優選的。正向電流和短接電流的總和總是一個常數。調製指數即是減 小的正向電流和完整的正向電流之間的比例，可以按照意願進4亍選擇高的調製指數保證調製的良好的可檢測性，而低的調製指數可使隨後 的照明單元通電情況良好，並且可以避免在任何一個方向上的大的電流變4b, ^t人而可以將電壓感應和輻射減至最小。如下面將要討論的，開關裝置的操作可以有益地用於照明系統的 自動配置。每個單元控制通過它的信息流動的能力提供了一種檢測在 串聯連接中的照明單元的排列順序的簡易方式。然而，在正常的操作 期間，優選所有的照明單元(在串聯連接中的最後一個單元除外)都 能完全激活正向電流輸出端。按照本發明的一個優選實施例，控制單元包括時鐘裝置。時鐘裝 置用於提供時鐘信號，時鐘信號可以用於解碼調製的命令數據。另一 方面，各個照明單元的時鐘裝置可由一部分調製的命令數據同步，使 得各個照明單元中的時鐘信號同步到期望的精度。按照權利要求7的用於控制多個光源的方法，如以上所述提供具 有調製的命令數據的電流。在串聯連接的多個照明單元中的每個照明 單元中，所述的可控旁路裝置按照命令數據進行操作。在如以上所述的具有電流輸入端、正向電流輸出端和短接電流輸 出端的照明單元的優選情況下，配置步驟可以通過提供包括啟動符號 在內的調製的命令數據來開始。這個啟動符號可以是電流源中同樣地 可由各個照明單元的控制單元識別的任何信號序列。然後這些控制單 元操作開關裝置以便連接電流輸入端與短接電流輸出端。因此，使正 向電流輸出端斷開。要注意的是，術語"斷開"在這裡指的是不接收 任何電流，或者只接收全部電流的一部分，如以上所述。按照另一個優選實施例，配置步驟包括連續地關聯配置數據(例 如地址數據)與每個照明單元，在這裡，在接收配置數據以後，在每 個照明單元中都要操作開關裝置以便激活正向電流輸出端。以此方式， 按照照明單元的連線順序自動地配置照明單元。這極大地簡化了照明 系統的安裝。在隨後的操作期間，可以容易地按照照明單元的順序控 制這些照明單元，乂人而可以顯示照明的才莫式。還有，可以以此方式自 動地確定系統中照明單元的數目。將配置信息尤其是地址數據傳遞到照明單元有不同的可能性。在 一個實施例中，使用時鐘信號，時鐘信號允許在配置步驟將唯一的時 隙與每個照明單元關聯起來。使用在照明單元的控制單元中產生的時鐘信號對於輸入的電流波形進行採樣，藉此使控制單元能夠檢測用調 制電流傳遞的信息。在接收啟動符號以後，針對時隙和時鐘信號來評 估輸入的電流信號，以便確定地址數據。由於在接收啟動信號後每個 單元都使正向電流輸出端失活，因而只有第 一單元會在第 一 時隙期間 接收到電流信號，產生第一地址。在地址確定後，第一照明單元激活 正向電流輸出端，使得第二照明單元在第二時隙期間接收電流信號並 且確定第二地址。這種情況在整個系統中繼續進行。於是，可以使用 優選的等距時隙，按照每個照明單元在串聯連接中的順序來確定每個 照明單元的地址，其中的每個時隙都與串聯連接中的相應位置相關聯。 就這種配置方法而論，每個照明單元的控制單元都要識別它在行 中照明單元連線順序中的位置。然後，按照一種簡單的算法採用唯一的地址(例如，第一照明單元採用地址l,第二照明單元採用地址2， 等等)。另一方面，系統控制單元還要使用相同的算法來關聯第一照 明單元與這個地址(不過，這可以離線進行，即為系統控制單元提供 有關行中的照明單元和相關的地址之間的關係的先驗理解)。這樣， 系統控制單元和照明單元對於照明單元的地址就達成了共同的認識， 不需要任何進一步的溝通。然後將照明單元選擇的地址存儲在控制單 元中，從而使照明單元在隨後的操作期間能夠按照在相應地址中指示 的命令進行操作。地址數據可以是唯一的，因此每個單元具有不同的地址。此外，地址數據可以是由多個照明單元分享的群地址D按照另一個實施例，在多個配置周期內逐個地向每個照明單元發 送地址數據，同時已經配置好的照明單元保持淨皮動狀態。這樣，系統 控制單元在所說第一配置步驟期間(即當所有其它照明單元都暫時斷 開時)與第一照明單元通信，藉此向這個第一單元傳遞地址數據。對 於所有其它照明單元，這種情況繼續進行， 一直到配置好整個系統為 止。在操作期間，可以使用地址向各個照明單元傳遞控制命令。


下面參照附圖描述本發明的實施例。在所有的附圖中，類似的標i己對應於類似的部件圖1表示一種照明系統的符號電路圖；圖2表示圖1的照明系統的電源和系統控制單元的符號電路圖； 圖3表示圖1系統的照明單元的符號電路圖； 圖4表示圖3的照明單元的脈沖寬度調製驅動器單元的符號圖； 圖5表示一種照明系統的拓樸布局的第一實例，其中的照明單元 安排成一個鏈；圖6表示一種照明系統的拓樸布局的第二實例，其中的照明單元 安排成一個矩陣；圖7表示一個符號時序圖，表示按照第一實施例在配置照明系統 期間電流隨時間的變化；圖8表示按照圖7的符號時序圖，表示串聯連接的第四照明單元 遵循的電流隨時間的變化；圖9表示按照圖7的符號時序圖，表示電流源遵循的電流I隨時間 的變化；圖IO表示一個符號時序圖，表示按照第二實施例在配置期間電流 隨時間的變化；圖ll表示一個符號時序圖，表示在一種照明系統的操作期間電流 隨時間的變化。
具體實施方式
圖1表示一種照明系統10,照明系統10包括一個電流源12和多 個照明單元4、 6、 8。電流源12的電流輸出端傳遞輸出電流I。在另一個終端，返回反向電流Ibaek,在一般情況下Iback=I。每個照明單元4、 6、 8都有三個終端，第一個終端接受輸入電流Iin,第二個終端傳遞正向輸出電流Ifwd,第三個終端傳遞短接輸出電流Isc。照明單元(4、 6、 8)都按串聯接線連接方式連接到電流源12上。 從電流源12為行4中的第一發光二極體單元提供電流I。為隨後的照 明單元6提供在前的照明單元4的正向輸出電流Ifwd，等等。所有的短接電流輸出終端都連接到電流源12的第二終端以便傳遞Iback 。行8中的最後一個照明單元的連接方式可以不同。顯然，最後一 個單元8的正向輸出電流終端在操作期間可以不連接。然而，為了進 行下面將要描述的優選的自動調試(commissioning ),最後一個單元 8的正向輸出電流終端或者可以經過一個專用的電纜連接13(如虛線所示)連接到電流源12,或者可以連接到短接電流輸出端。這就允許電流 I在下面將會清楚明白的調試階段進行流動。圖2更加詳細地描述了電流源12。電流源12包括傳遞恆定電流I 的恆流源14。在所示的實施例中，電流源14傳遞的是直流。電流源進 一步還包括用作系統控制單元的電流源控制器16，用於訪問讀/寫存 儲器18。電流源控制器16控制調製裝置，在這個優選實施例中將調製 裝置表示為調製開關20。當由電流源控制器16控制的調製開關20連 續地打開和閉合時，由電流源12傳遞的電流I就受到了調製。要說明 的是，代替通/斷調製，存在其它可能的更加複雜的調製形式，這對 於本領域的普通技術人員是公知的。在本說明書的範圍內將電流源12稱之為"智能"電流源，因為它不僅傳遞基本上恆定的電流I (除調製外幅度恆定)，而且還傳遞調製 數據以便控制照明單元4、 6、 8，在下面的描述中這將變得清楚明白。圖3表示的是具有三個終端Iin、 Ifwd、 Isc的照明單元4、 6、 8當中 的一個。每個照明單元包括發光二極體光源22，它連接到Iin。旁路開 關24 (如電晶體)並聯連接到發光二極體22。如果旁路開關24閉合， 則發光二極體22由輸入電流Iin旁路，因此發光二極體22不工作。如 果旁路開關24打開，那麼發光二極體22通過流過它的電流Iin而工作。照明單元4、 6、 8進一步包括控制單元26和電源變換器28。電源 變換器28串聯接線連接到輸入電流Iin，並且根據流過它的電流(如通 過低阻抗電阻器)產生用於控制單元26的操作電壓(用符號表示為相 對地的電壓)。控制單元26所需的能量比操作光源的功率小几個數量 級。最好可以緩沖/存儲/積累所說的操作電壓(例如用高容量的電 容器)，從而即使切斷電流I控制單元26也能操作某個時間。控制單元26包括主控制器30、脈沖寬度調製控制器32、和時鐘 發生器34。在一個優選實施例中，這些控制器可以是單個集成電路的 一部分。主控制器30接收並評估電流Ita的測量值。主控制器30還要操作正向/短接開關36,開關36可選擇性地連接Iin到Ifwd或Isc。脈沖寬度調製控制器32按照脈沖寬度調製序列控制旁路開關24。 在圖4中用符號表示出脈衝寬度調製控制器32的操作。脈沖寬度調製 序列是作為移位寄存器36中的數字值給出的。移位寄存器36按照傳遞的時鐘脈沖連續地按位循環通過。旁路開關24的操作例如是通過寄 存器36的最低有效位確定的(1 =斷開，0 =接通)。開關38可以由信號New—Rotate進行切 換，以便選擇性地連接它的輸入端之一到它的輸出端。如果信號 New-Rotate是低電平，那麼脈沖寬度調製發生器32處在"轉動脈衝寬 度調製，，模式，連續循環通過移位寄存器36的值。如果New—Rotate 是高電平，那麼將一個新的數字值PWM—in裝入移位寄存器36。移位寄 存器36的數字值確定發光二極體22的操作。如杲例如移位寄存器36 保持一個4比特的序列，那麼PWM—in的值1111會導致發光二極體連 續地操作(旁路開關24連續打開)。按照同樣的方式，0000將導致發 光二極體22連續斷開(旁路)，0101將導致發光二極體按照時鐘脈衝 連續地接通和斷開，從而——在足夠高的時鐘頻率下——使人感覺到 發光二極體以大約50%的強度在操作。以此方式，由主控制器30控制 發光二極體22的有效強度。還可以有益地使用脈沖寬度調製控制器的 其它實施方案，例如使用計數器電路。圖5表示照明系統10a的拓樸布局的第一實例。在此例中，將四 個照明單元4a、 4b、 4c、 4d安排成鏈式結構。要說明的是，在這種情 況下的每個照明單元4a-d都有四個終端。但是，照明單元"-d仍舊 對應於圖3的電路圖，只是所示的短接電流輸出端Isc位於底部兩側(通 過連接)。在圖5的照明系統10a中，第一照明單元4a直接連接到電流源l2。 然後，連續地連接另外的照明單元4b-4d，每個照明單元都連接到前一 個照明單元。這個例子說明的是最小的連線費用。從電流源U到每個 單個的照明單元沒有任何連線連接。以此方式，照明系統10a的安裝 可能是非常容易的。還有，這種結構是容易改變的，例如通過在鏈的 任何位置增加另外的一些單元進行這種改變。作為另一個例子，圖6表示具有9個照明單元的照明系統10b,這 些照明單元以與前一個例子相同的方式串聯/連續地連接。然而，在 第 一個例子中照明單元在空間上安排成一條直線，而第二照明系統10b 的照明單元安排成一個矩陣的形式。不過乂人電學上來i兌，矩陣10b中 的照明單元仍舊形成串聯連接，矩陣的各個行是連續安排的。當然，還可能有另外許多特殊的安排，還可以有更高數目的照明單元，如10個、20個、50個或者更多。但在每一種情況下，照明單 元的安排都使得它們的光源在電學上形成串聯連接(只要短接/正向 開關處在正向的位置就成，這在下面有關正常操作模式的描述中將變得清楚明白)。只有串聯連接中的最後一個照明單元通過連接Isc到Iin來閉合所說的鏈。在操作階段，共用的、基本上恆定的電流I流過每一個模塊。各 個旁路開關確定了每個發光二極體的操作狀態，即這個發光二極體是 發光/導通還是不發光/不導通。以此方式，在各個控制單元的控制下，通過照明系統10a、 10b的空間分布的照明單元，就可以顯示任何不變 的或者隨時間變化的照明模式。下面說明照明系統10a、 10是如何操 作的以便在電流源12中的系統控制單元16的控制下顯示期望的照明模式或照明順序。如已經說明過的，電流源控制器16可以調製電流源提供的電流I。 使用這種調製來向照明單元4、 6、 8中的各個控制單元26發送配置和 控制數據，從而可以按照期望的模式或順序來操作發光二極體22。如 已經說過的，由於在所有的照明單元中的電流l都是相同的，所以，借 助在電流I上的調製發送的控制消息對應於在共享介質上進行的通信。 因此，需要某種類型的尋址來保證期望的模式或順序能夠以合適的方 式得到任何特定的照明單元的支持。雖然有許多方法(例如在製造期 間的預編程)可將地址分配給照明單元，但是按照優選實施例，地址 的調試，即地址的分配，是遵照單元在串聯連接中的順序自動進行的。 這種自動分配地址過程的好處是，在製造期間不需要提供任何有關鏈 中照明單元的數目和順序的先驗知識。如圖3所示，控制單元26(或者更加具體地說，它的主控制器30) 接收電流Iin的測量值，以便能夠接收和解碼調製的數據。為了進行自動調試，要定義一系列符號，它們對應於特徵調製序 列。這些符號如果包含在電流Ita的調製中將由控制單元26識別。在本 實例中，我們定義兩個符號，即ID —start，表示識別周期的開始，以及 ID —end,表示識別周期的結束。這些符號可以是在某種程度上任意選 擇的調製序列。應該選擇這些符號，以使它們具有唯一可識別的模式， 尤其是要不同於在識別周期發送的地址序列。而且，最好使用這些符 號來同步所有照明單元4、 6、 8的控制模塊26的時鐘34，並且對於時隙的位置有共同的理解。對應的序列相對於所需的定時精度應該具有 良好的同步質量，即在整個照明系統的所有配置步驟期間，這些時隙 必須是可識別的，具有高可信度。在下面的例子中，(按照圖2所示的具有調製開關20的實施例，) 通過中斷電流(1 = 0,對應於數字值0)或者通過使電流為它的標稱值 (I=IN,對應於數字值1 )來實現調製。如已經說過的，可能還有另外 的更加有益的調製類型；儘管如此，選擇通-斷類型的切換是為了簡 化附圖和說明。圖7是在調試階段由智能電流源提供的電流I隨時間變化的符號表 示。時間軸分割成等距離的時隙。符號ID—start和ID—end表示為方 塊，它們在圖中包括3個時隙。在實際的實施例中，這些符號最好是 較長的，以保證它們的確是唯一可識別的。圖7-圖9說明自動調試方法的第一實施例。為了調試照明系統 10 (圖1 )的照明單元4、 6、 8,電流源控制器16 (圖2 )要如圖7所 示調製電流I, -使其包4舌符號ID—start和ID—end。在這些符號之間的 ID—period期間，由電流源14連續提供電流I (I=IN)。在調試階段開始之前，要操作所有的照明單元4、 6、 8以使短接/正向開關36處在上部的正向位置，即Iin連接到Ifwd,並且所有的照明單元都接收電流。電纜連接13如圖1所示就位。智能電流源將行8 中的最後一個照明單元的Ifwd連接到Iback，藉此產生閉合的電流迴路， 並且終止了照明單元4、 6、 8這行的電連接。於是，電流I在一開始時 流過所有的照明單元4、 6、 8,並且通過各個照明單元的所有主控制器 30來測量電流I。電流源12 —旦流出電流，並且照明單元4、 6、 8的控制單元26 接收到符號ID-start，則單元4、 6、 8即進入調試才莫式。照明單元從 符號ID_start導出時鐘同步信號(即時隙長度和起始時刻)，並且開 始時隙的計數。在調試^t式下，照明單元4、 6、 8的控制單元26將短接/正向開關36設置到下面的短接位置，以連接Ita到Ise,藉此斷開正向終端Ifwd。智能電流源現在打開行中的最後一個照明單元的Iback 和Ifwd之間的內部連接；如下面將要明白的，為了允許智能電流源和照明單元通過觀察由最後一個照明單元從Ita切換到Ifwd引起的電流中斷能夠正確地檢測調試過程的結束和鏈中照明單元的數目，這樣做是必要的。這使除了該行中的第一個照明單元4以外的所有照明單元6、 8都 從電流I上斷開。雖然這些單元都不通電，但控制單元26仍舊繼續操 作，這是由於如以上所述有足夠大的緩沖或者有部分(剩餘)電流的緣故。第一照明單元4如圖7所示將保持輸入電流Iin,在ID—period期 間繼續"接通，，。尤其是可以看出，在第一時隙期間電流Iin接通。第 一照明單元4的控制單元26據此將推論出這是該行中的第 一照明單元 並因此確定了對應的地址，例如是# 00012。將這個地址存儲在主控制 器30的存儲器中。在存儲這個地址後，對於第一照明單元4的調試完 成，並且時隙2開始。在時隙2的開始，控制單元26將短接/正向開 關36設置到正向位置以連接Iin到Ifwd,由此將第二照明單元連接到電 源電流I。在第一時隙內，足夠迅速地實現接收、解碼、處理、和存儲。 然後，在第二時隙的開始，實現短接/正向開關36的切換。於是，該行中的第二照明單元6將注意到，它在第一時隙並沒有 接收到電源電流。但是它將注意到，在第二時隙接收到電流I。這將使 第二照明單元6推論出它被連接在第二位置，於是接收地址# 0 0102 。 再一次地，在完成第二照明單元6的調試之後(在第二時隙結束時)， 第二照明單元6還要允許Ifwd的輸出，由此照明單元6之後的再次連接。 對於所有的照明單元4、 6、 8繼續進行這個過程。圖8是下一個實例，表示在包括20個照明單元的系統中第四個照 明單元接收的電流I隨時間的變化(因此表示出20個時隙)。頭三個 時隙期間的電流是0。在第四個時隙存在的電流導致地址# 01002。這種情況繼續進行， 一直到配置該行中的最後一個照明單元8為 止。然後，這個照明單元8在它的時隙結束時^f吏它的正向短接開關36 進入正向位置。因為沒有後續的照明單元6，所以不再存在任何電流閉 合迴路。於是，在時隙20之後，如在符號ID—end之前緊接著的那個 時隙中所表示的那樣，電流;故中斷；事實上，智能電流源可通過電流 中斷而觸發，從而可以產生符號ID-end。在一個可替換實施例中，不 4吏用符號ID_end，但 f又將在^f亍中的最後一個照明單元的調試之後電流 的中斷解釋為"結束符號"。圖9表示智能電流源12遵循的電流I隨時間的變化(再一次地參照包括20個照明單元的系統的實例)。電流源12注意到開路電流回 路，並且從而確定ID—period的結束。才艮據其中電流流動^皮中斷第一 時隙的數目計算在這一行中照明單元4、 6、 8的數目。所有的照明單 元4、 6、 8還要遵循電流的中斷。如果必要，所有的照明單元還可能 以相同的方式了解這一行中照明單元的總數。在本例中，假定存在20 個照明單元4、 6、 8。因此ID-period包括20個時隙。考察電流的中斷，在最後一個時隙(即沒有電流流動的那個時隙) 結束時，在行8中的最後一個照明單元將它的正向短接開關36切換到 短接模式，於是，再一次閉合電流迴路，並且允許進行進一步的通信。在ID—period結束時，智能電源12發送符號ID_end。每個照明單 元4、 6 (除了最後一個照明單元8以外)都將它的正向短接開關36切 換到正向模式，準備進行正常的操作。要說明的是，在正常操作下不再需要電纜13。電流迴路通過最後 一個單元8閉合，單元8將I連接到Isc。所述的自動調試方法的第一實施例容易實施。調試只在一個 ID—period內快速地進行。一旦需要進行調試，即在初始設置期間、無論何時增加或去除了 照明單元4、 6、 8時或者某種重新排序已經發生時，都要通過在智能 電流源12的控制器16上運行的或者在與其相連的主控制器上運行的 一個應用程式來啟動這個調試過程。圖IO表示自動調試方法的第二實施例。與第一實施例相比，可以 預見多個配置間隔，將它們實施為專用的識別周期，在每個周期的前 面都有一個符號ID-start，並且由符號ID —end結束。再一次地，在收 到符號ID-start時，每個未經調試的照明單元4、 6、 8進入調試模式， 將短接/正向開關36設置在短接模式(下面的位置)，藉此切斷隨後 的照明單元6、 8。智能電流源12通過在多個識別周期ID—period發送例如圖10所 示的調製數據開始調試照明單元4、 6、 8。然而，由於發生了多個 ID—period,所以在ID —period序列的前後需要有一個"協議括號"， "協議括號，，的形式為COM—start (調試開始)和C0M_end (調試結束)。 符號COM—start是在第一個符號ID—start之前發出的。作為調試模式的結果，在這一行中只有第一照明單元4在ID_period# 1期間是通電的，並且可以接收在ID_period# 1期間以調 制形式傳送的唯一識別符。智能電流源保持已經配置好的照明單元的 數目，並且將該行中某個照明單元的位置和ID號碼一起向正在配置中 的照明單元發送。於是，第一照明單元4將自己指定為這一行內的邏 輯上的第一照明單元，並且將接收的ID數據作為它自己的地址存儲起 來。在ID_period# 1結束時，剛剛配置好的照明單元4將它的正向/ 短接開關36切換回到正向模式。這就可保證，所有配置好的照明單元 4、 6在配置完後立即可以操作所有配置好的照明單元使它們的開關 36處在正向模式，而所有未配置好的照明單元使它們的開關36都處在 短接模式。如果在第一個符號ID—end之後智能電流源還發出符號COM—end, 則所有的節點將它們的開關36設置成正向模式，並且智能電流源保證 通過Iback輸入端與來自這一行的最後 一個照明單元的Isc進行的內部連 接閉合所說的電流迴路。在隨後的第二識別周期，已經配置好的照明單元4忽略符號 ID—start,並且使它的正向/短接開關36處在正向模式(上面的位置)。 這些ID —period可以相互之間 一個接一個地緊跟著，或者可以在分開 的調試階段發生，即由符號COM —start和C0M_end分隔開。在第二識 別周期ID—period #2期間，所有未配置好的照明單元(即在這一行中 除第一照明單元以外的所有照明單元)仍舊使它們的正向/短接開關 36處在短接模式(下面位置)，切斷這一行中隨後所有的照明單元。 由於第一照明單元4已經配置好，所以它在隨後的所有的識別周期期 間是被動的，只使電流通過。第二照明單元在ID-period弁2期間解碼 由智能電流源12傳遞的識別符，並且作為它的地址存儲它，並且還要 存儲由智能電流源傳遞的位置號，以此作為它的位置號。作為COM—start和C0M_end機制的替換，未配置好的照明單元還 可以在一個暫停周期過後返回到它們的初始狀態，即在某個時間周期 之後它們操作它們的開關36進入正向模式。這種過程繼續進行，這一行的每個照明單元4、 6、 8具有指定的 ID — per iod。當最後一個照明單元8已經配置好時，在下一個ID-period這個 最後的照明單元也使它的正向/短接開關36進入正向位置。因為後面沒有照明單元，所以不再存在閉合電流迴路，從而沒有電流流動。在智能電流源12中，以及在照明單元4、 6、 8中，可以遵守這個狀態， 使得調試過程完成。智能電流源12在它的存儲器中存儲一個尋址表， 具有每個照明單元在這一行中的邏輯位置(和已經分配的地址)。還 有，通過永久性地存儲在斷電前發送的最後一個地址並且存儲發送到 最後一個配置的照明單元的位置號，所有的照明單元都可以知道這一 行中照明單元的總數。自動調試方法的第二實施例通常涉及從智能電流源12向照明單元 4、 6、 8發送的更多的數據。然而，它提供了調試期間的更大的靈活性， 因為任意長度的數據(在對應的ID—period期間傳遞的數據)的指定 部分都要發送到每個照明單元4、 6、 8。要注意的是，即使從電流源上斷開的照明單元保持完全不通電(包 括它們的控制單元26在內)，調試方法的第二實施例還可以工作。只 有數據的存儲需要是非易失性的。在隨後的操作期間，可以使用分配的地址來控制照明系統和各個 照明單元4、 6、 8。對於操作階段，要定義另外的與脈沖序列對應的符 號。符號IDo — start和IDo — end在才喿作階l殳為尋址周期IDo — period確 定界限。符號CTRL-start和CTRL —end在操作階段為控制周期 CTRL —period確定界限。要i兌明的是，IDo —end和CTRL_start可以是 等同的，即控制周期緊跟在尋址周期的後面。這種情況在圖11中進行 了說明。可以按照下面的方式實現各個發光二極體單元的控制，例如控制 亮度水平1. 智能電流源12產生一個電流模式，它具有如以上所述的尋址周 期和控制周期。在一個簡單的優選實例中，在CTRL- period期間只有 一個跳變；這個才莫式在CTRL- period中的通/斷比(佔空比)代表要用於控制發光二極體單元的脈沖寬度調製波形，這個發光二極體單元 已經在ID —period中尋過址了 。2. 在每個照明單元4、 6、 8中主控制器30檢測符號IDo —start3. 接下去，主控制器30比較來自智能電流源12的輸入ID與發光 二極體模塊自己的ID。a.如杲這兩個ID匹配，那麼製備CTRL —period的解釋200680027322. 9說明書第15/17頁b.如果這兩個ID不匹配，則忽略CTRL —period4. 接下去，主控制器30等待符號IDo_end/CTRL_start5. 如果ID匹配，那麼主控制器經過輸入選擇器將脈沖寬度調製控 制器切換到"新的脈沖寬度調製"模式，並且在脈衝寬度調製控制器 的移位寄存器中存儲在CTRL —period期間內傳遞的脈沖寬度調製模式。6. —旦檢測到符號CTRL_end,那麼脈衝寬度調製控制器切換回到 "轉動的脈沖寬度調製"模式，並且在時鐘發生器34的控制下，脈沖寬度調製控制器32使發光二極體周期性地導通和截止，由此可以得到 一定的亮度水平。照明單元4、 6、 8保持它的操作狀態(包括脈沖寬度調製波形)， 一直到解碼新的命令為止。符號IDo一start、 IDo —end/ CTRL —start和CTRL_end可以具有任 意長度，並且應該具有唯一識別模式。代替使用組合符號IDo-end/ CTRL_start,可以使用單獨的符號IDo —end和CTRL — start符號。上述的這個控制方案的第一實施例為具有單個光源22的照明單元 4、 6、 8提供了一個容易執行的方案，所述照明單元即只有單個參數要 進行控制的照明單元。下面將描述控制方案的第二實施例。按照下面的方法可以實現對於具有不止一個參數(例如亮度水平 和顏色)的各個照明單元4、 6、 8的控制1. 智能電流源12產生一個電流模式，它具有如以上所述的尋址周 期和控制周期。在這種情況下，CTRL— period中的波形代表了要送到 在相關的IDo-period中尋址的發光二極體單元的命令。2. 在每個照明單元4、 6、 8中，主控制器30檢測符號IDo —start3. 接下去，主控制器30比較來自智能電流源的輸入ID與發光二極體模塊自己的ID。a. 如果這兩個ID匹配，那麼製備CTRL —period的解釋b. 如果這兩個ID不匹配，則忽略CTRL —period4. 接下去，主控制器30等待符號IDo_end/CTRL_start。5. 如果ID匹配，那麼控制器接收在CTRL —period內傳遞的命令並 且存儲它(例如存儲到主控制器30內的一個命令寄存器中)。6. —旦檢測到符號CTRL_end，那麼主控制器執行與在照明單元4、6、 8中的這個命令有關的動作。這些動作可以包括a. 通過編程脈衝寬度調製控制器設置亮度b. 在多彩色發光二極體單元的情況下設置顏色c. 在可變光束寬度或可變光束取向的發光二極體單元的情況 下設置光束參數d. 設置任何其它合適的發光單元參數 這個第二實施例實現了對於具有不止一個參數需要控制的照明單元的控制。可控參數的種類和數目取決於形成這一行的照明單元的類型，並 且假定可控參數的種類和數目對於控制應用程式來說是已知的。在 CTRL —period中與參數有關的控制信號的順序和長度最好對於每個應 用程序是預先定義的。對於以上所述的優選實施例可有 一 系列改進和擴展-可以使用群(多播或廣播)地址，以便例如尋址行中的多個(或 所有)照明單元；為此目的，可以使用一系列預先定義的廣播地址(如 使用地址# 00002 )。-系統可以包括具有多個發光二極體的照明單元。對於多色發光 二極體，基本上有兩種設計選擇方案或者，整個模塊作為一件進行 調試，並且通過對於照明單元的適當控制協議獲得顏色控制；或者， 在照明單元中的每種顏色當作一個單獨的照明單元按照預先確定的順 序(如對於紅、綠、藍、琥珀色的RGBA)尋址。-可以擴展正向/短接開關，從而可以在短接模式通過一個高阻 抗電阻器使這個發光二極體行的未通電的其餘發光二極體放電。這可 以減小由電流的突然切斷引起的過沖電壓。-能改進調試階段，以使所有的照明單元4、 6、 8在整個調試當 中都使它的正向短接開關保持在正向位置。只有當前正在調試的照明 單元切換到短接模式，其中正向短接開關中的 一個高阻抗電阻器仍舊 向隨後的照明單元傳遞一部分電源電流，藉此使隨後的單元中的控制 電路通電。但需要保證，這個剩餘的小電源電流要明顯小於有效的電 源電流，以便可以允許照明單元能夠識別這個照明單元是在通電狀態 還是不通電狀態。-所說系統可以包括某種反向通道，以使照明單元能夠向智能電流源12發送消息。例如，照明單元可使用與以上所述相同的電流調製 技術向智能電流源12發送它們的地址。可以通過控制器16使這些照 明單元的地址與4亍中的各個照明單元位置匹配。還有，照明單元可以 以這種方式應答來自智能電流源12的消息的接收。-除了要設置照明單元的靜態參數(如亮度、顏色等)夕卜，還可 能傳遞對應於動態的、隨時間變化的、只由控制單元26控制的特性的 命令數據，例如光源的閃爍，所述照明單元的靜態參數將定義光源的 特性，直到它們在隨後的控制周期內發生變化。為了對於隨時間變化 的模式(如"螺旋光(chasing lights)")使用這種特性，最好使 共同的循環周期和持續時間對所有照明單元已知以便實現同步。例如， 可以使用IDo-period持續時間或CTRL-period或者二者之和作為參考定時時間。-從最後一個照明單元8返回到智能電流源12的電纜連接13可 以由最後一個照明單元8中連接I到Isc代替。這可能允許在調試期間 產生一個閉合的電流迴路而不需要另外的連接費用。然而，在調試階 段結束時可能沒有電流的中斷，因此會需要按照不同的方式來確定這 種結束，例如通過預先設置單元的數目來確定，或者通過提供特殊類 型的對於調試階段的結束髮出信號的最後單元來確定。
權利要求
1、一種照明系統，至少包括-具有系統控制單元(16)的一種電流源(12)，用於提供帶有調製的命令數據的電流(I、Iout、Iin)；-串聯連接到所說電源電流(I、Iout、Iin)的多個照明單元(4、6、8、4a-e)，每個所說照明單元(4、6、8、4a-e)至少包括-光源(22)；-可控的旁路裝置(24)，用於選擇性地旁路所說光源(22)；-控制單元(26)，用於接收所說的調製的命令數據並且按照所說命令數據控制所說旁路裝置(24)。
2、 根據權利要求1所述的照明系統，其中-所說旁路裝置包括並聯連接到所說光源(22 )的旁路開關(22 )。
3、 根據前述權利要求之一所述的照明系統，其中 -所說控制單元(26)包括脈沖寬度調製驅動器單元(32),用於按照脈沖寬度調製序列控制所說旁路裝置(24)。
4、 根據前述權利要求之一所述的照明系統，其中 -每個所說照明單元(4、 6、 8)至少包括-電法b輸入端(Iin) -正向電流輸出端(Ifwd)-4豆接電流輸出端(Isc);-開關裝置(36)，選擇性地連接所說的電流輸入端或者到 所i兌正向電流輸出端或者到所i兌短接電流輸出端； -並且其中第一照明單元(4a)的電流輸入端(Iin)連接到所 說電流源(12),第二照明單元(4b)的電流輸入端(Iin)連接到所 說第一照明單元(4a)的所說正向電流輸出端(IfWd)。
5、 根據前述權利要求之一所述的照明系統，其中-所說控制單元(26 )包括時鐘裝置(34 ),用於提供時鐘信號； -其中所說照明單元(4、 6、 8)的所說時鐘裝置(34)通過所說調製的命令數據同步。
6 、 一種用在根據上述權利要求之一所述的照明系統中的照明單 元，所i兌單元至少包4舌-電流輸入端(Iin)-電連接到所說電流輸入端(Iin)的光源(22);-可控的旁路裝置(24),用於選擇性地旁路所說光源(22);-連接到所說電流輸入端(Iin)的控制單元(26),所說控制單 元(26)適合於在所i兌的電流輸入端接收在電流Uin)上調製的調製 的命令數據，所說控制單元(26)進一步還適合於按照所說命令數據 控制所說旁路裝置(24)。
7、 一種用於控制多個光源的方法，所說方法包括 -提供具有調製的命令數據的電流(1、 I。ut、 Iin);-提供串聯連接到所說電流(1、 Inut、 Iin)的多個照明單元(4、 6、 8),每個所說的照明單元(4、 6、 8)至少包括連接到所說電流(1、I。u,、 Iin)的光源(22),允許所說電流(1、 I。ut、 Iin)選擇性地旁路所 說光源(22)的可控旁路裝置(24);-按照所說命令數據控制所說旁路裝置(24)。
8、 根據權利要求7所述的方法，其中-在所說多個照明單元(4、 6、 8)中，每個單元進一步包括 -電流輸入端(Iin); -正向電-危輸出端(IfWd); -4豆接電流輸出端(Isc);-開關裝置(36),選擇性地連接所說電流輸入端(Iin)或 者到所說正向電流輸出端(Ifwd )或者到所說短接電流輸出端(Isc); -連接所說的照明單元(4、 6、 8),以使電流(1、 I。ut、 Iin)傳 遞到第 一照明單元(4a )的所說電流輸入端，並且使第二照明單元(化) 的電流輸入端連接到所說第一照明單元(4a)的所說正向電流輸出端(Ifwd ) ，-所說方法進一步包括如下的一個步驟通過提供調製的命令數 據，至少使所說第一照明單元進入調試^t式，從而配置所說多個光源 /單元(4、 6、 8),在所說調試模式下，所說電流輸入端(Iin)從所 i兌正向電流輸出端(lfwd)上斷開。
9、 根據權利要求8所述的方法，其中-在所說配置步驟，每個照明單元在進入所說調試模式後控制所 說開關裝置(36)以連接所i兌電流輸入端(Iin)與所i兌短接電流輸出 端(Isc)，藉此斷開所i兌正向電流輸出端(Ifwd);-並且其中每個照明單元(4、 6、 8)連續地接收包含配置數據 的輸入電流(lin)，在接收所說配置數據後，操作所說開關裝置(36) 以^更連接所說電流輸入端(Iin)到所說正向電流輸出端(Ifwd)。
10、 根據權利要求9所述的方法，其中-在所說調試模式下，向所說照明單元(4、 6、 8)發送編碼成調 制的電流的地址數據；-在所說照明單元(4、 6、 8)接收並存儲所說地址數據。
11、 根據權利要求9所述的方法，其中-在所說多個照明單元(4、 6、 8)中，每個單元(4、 6、 8)進 一步包括時鐘裝置(34)，用於產生時鐘信號；-在所說調試模式期間，在接收到電流信號的每個照明單元(4、 6、 8)中，對於所說時鐘信號進行評估以確定所說地址數據。
12、 根據權利要求7 _ 11之一所述的方法，其中-在每個所說照明單元(4、 6、 8)中存儲相關的地址數據；-所說調製命令數據包含一個或多個所說照明單元(4、 6、 8)的地址數據和針對所說 一 個或多個照明單元的照明操作數據；-所說一個或多個照明單元(4、 6、 8)的所說控制單元(26)識別所說地址數據並且處理所說的照明操作數據以操作所說光源(22)。
全文摘要
描述了一種照明系統、照明單元和用於控制多個光源的方法。照明系統包括智能電流源12，用於提供帶有調製的命令數據的電流。多個照明單元4、6、8串聯連接到電流源12。每個照明單元包括光源22；可控旁路開關24，用於選擇性地旁路光源；和控制單元26。控制單元接收調製的命令數據並且因此控制旁路開關24。
文檔編號H05B37/02GK101233790SQ200680027322
公開日2008年7月30日 申請日期2006年7月18日 優先權日2005年7月27日
發明者B·埃德曼, W·O·巴德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司