專利名稱：發(fā)光二極管光控制器系統(tǒng)及方法
發(fā)光二極管光控制器系統(tǒng)及方法相關(guān)申請本申請按照35U. S. C. § 119要求于2007年10月29日遞交的美國臨時專利申請 No. 61/000，804的優(yōu)先權(quán)，本申請引用該申請的整個內(nèi)容以供參考。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)被用于各種類型的風(fēng)景畫、水池和溫泉燈光并能被連接到控制 系統(tǒng)以輸出各種彩色景觀。選擇彩色輸出的常規(guī)方法是通過用AC開關(guān)使來自總電源線路 的交變電流(AC)功率接通和斷開來完成的。然而，對大批能被選擇的固定顏色和彩色景 觀，用戶通過反復(fù)接通/斷開開關(guān)來選擇某一景觀將變得十分乏味。用于控制LED風(fēng)景畫、水池和溫泉燈光的當(dāng)前系統(tǒng)包含向LED輸出脈沖寬度調(diào)制 (PWM)信號的微控制器電路。在這些系統(tǒng)中，各種顏色的LED是必需的而PWM信號則控制這 些LED的強(qiáng)度以產(chǎn)生各種顏色和效果。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的實施例提供一種用于選擇由LED風(fēng)景畫、水池和/或溫泉燈光或源產(chǎn)生 的彩色景觀的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠包含指示可供從中選擇的彩色景觀的外罩(overlay)。該 系統(tǒng)包含鄰近外罩的選擇器，諸如旋轉(zhuǎn)開關(guān)，被定位以便選擇彩色景觀之一。該系統(tǒng)包含與 選擇器通信的微控制器和與微控制器通信的三端雙向可控硅開關(guān)電路(triaccircuit)。該 微控制器響應(yīng)選擇器的位置使用三端雙向可控硅開關(guān)電路控制LED風(fēng)景畫、水池和/或溫 泉燈光。在一些實施例中，該三端雙向可控硅開關(guān)提供AC源與LED源之間的通信。該三端 雙向可控硅開關(guān)接收來自微控制器的基于從用戶接口，諸如選擇器接收的數(shù)據(jù)的信號。該 三端雙向可控硅開關(guān)把來自AC源的電壓限幅至適合LED源以便根據(jù)從微控制器接收的信 號向LED源提供一個或多個電壓脈沖。在一些實施例中，該系統(tǒng)包含從AC源到LED源的輸出功率跡線(trace)。該系統(tǒng) 還能夠包含靠近輸出功率跡線定位的以便檢測輸出功率跡線的特征的感測電路。該感測電 路能夠向微控制器發(fā)送與輸出功率跡線的特征對應(yīng)的數(shù)據(jù)。該微控制器能夠根據(jù)由感測電 路發(fā)送的數(shù)據(jù)控制LED源。


圖1是按照本公開的容一個實施例的LED光控制器系統(tǒng)的示意圖。圖2是與圖1的LED光控制器系統(tǒng)一起使用的邏輯控制系統(tǒng)的示意圖。圖3是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的用戶輸入的示意圖。圖4是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的開關(guān)數(shù)據(jù)采集的示意圖。圖5是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的開關(guān)指示器的示意圖。圖6是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的編程端口的示意圖。
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圖7是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的微控制器電路的示意圖。圖8是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的比較器電路的示意圖。圖9是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的控制邏輯的示意圖。圖10是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的連接單元的示意圖。圖11是與圖1的LED光控制器系統(tǒng)一起使用的功率控制系統(tǒng)的示意圖。圖12是與圖11的功率控制系統(tǒng)一起使用的光隔離器的示意圖。圖13是與圖11的功率控制系統(tǒng)一起使用的三端雙向可控硅開關(guān)電路的示意圖。圖14是與圖11的功率控制系統(tǒng)一起使用的功率開關(guān)的示意圖。圖15是與圖11的功率控制系統(tǒng)一起使用的變壓器、整流器、和調(diào)節(jié)器的示意圖。圖16是與圖2的邏輯控制系統(tǒng)一起使用的過零點(diǎn)檢測電路的示意圖。圖17是與圖11的功率控制系統(tǒng)一起使用的電流感測電路的示意圖。圖18是與圖1的LED光控制器系統(tǒng)一起使用的示意操作流程圖。圖19A-19C是圖1的LED光控制器系統(tǒng)的物理實施例的不同視圖。圖20是按照本公開的一些實施例的LED光控制器系統(tǒng)的布線圖。
具體實施例方式在對本公開的任何實施例進(jìn)行詳細(xì)解釋之前，應(yīng)當(dāng)理解，本公開在它的應(yīng)用中不 限定于在下面的描述或在下面的附圖中敘述的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件安排。本公開能用于其它實 施例并能按各種方式實施或執(zhí)行。還應(yīng)當(dāng)理解，本文使用的措辭和術(shù)語是為了說明的目的 而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制?！鞍?、“包括”或“具有”及其在本文中的變化的使用，是指涵蓋 隨后列舉的條目及其等價說法連同附加條目。除非指出或另有限制，術(shù)語“安裝”、“連接”、 “支承”和“偶聯(lián)”及其變化被寬泛使用并涵蓋直接和間接兩種安裝、連接、支承和偶聯(lián)，不論 是機(jī)械的或是電的。此外，“連接”和“偶聯(lián)”不限于物理的或機(jī)械的連接和偶聯(lián)。此外應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施例包含硬件和電子部件或模塊兩者，為了討論的目 的，這類硬件和電子部件或模塊可以畫成和描述成大多數(shù)部件似乎是獨(dú)自按硬件實現(xiàn)的。 然而，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員根據(jù)閱讀該詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)至少從一個實施例認(rèn)識到，基于本 發(fā)明各方面的電子裝置是可以用軟件實現(xiàn)的。由此應(yīng)當(dāng)指出，基于裝置的多種硬件和軟件， 以及多種不同結(jié)構(gòu)部件，可以被利用來實施本發(fā)明。再有，也如在隨后段落中描述的，附圖 中畫出的具體機(jī)械配置，是為了舉例說明本發(fā)明的實施例，而其他替代的機(jī)械配置是可能 的。圖1示出按照本公開的一個實施例的發(fā)光二極管(LED)光控制器系統(tǒng)10的示意 圖。包含電路板以及用戶按鍵和旋轉(zhuǎn)開關(guān)的外殼能夠被裝配在標(biāo)準(zhǔn)電源插座/開關(guān)箱的壁 上。該箱可以是金屬的或塑料的。能在外殼的外罩上展示大批彩色景觀。用戶能夠使旋轉(zhuǎn) 開關(guān)對準(zhǔn)外罩上某一特定彩色景觀展示。LED光控制器系統(tǒng)能夠從用戶讀出該選擇并通過 控制水池、溫泉和/或風(fēng)景畫的燈光或源中的LED而輸出該特定的彩色景觀?？刂破飨到y(tǒng)10能夠包含用戶輸入101及功率開關(guān)110、邏輯控制系統(tǒng)11、功率控 制系統(tǒng)12、AC功率源(如AC電網(wǎng)線)13和LED源14。在一個實施例中，這些部件能夠被如 圖1中箭頭所示那樣連接；但是，其他的配置是可能的。LED源14能夠包含LED水池、溫泉 和/或風(fēng)景畫燈，或任何其他能以固定顏色或多種顏色景觀的形式實現(xiàn)光輸出控制的LED
5源。LED源14能夠是大批不同顏色的LED。LED源14能夠是120伏(V)的燈或包含降壓 變壓器的12V的燈。AC線13能夠通過接地故障電路斷路器(GFCI)被連接到功率控制系 統(tǒng)12而作為整個LED光控制器系統(tǒng)10的一部分的功率源，該LED光控制系統(tǒng)包含功率控 制系統(tǒng)12、邏輯控制系統(tǒng)11和LED源14。此外，功率開關(guān)110能夠被連接到功率控制系統(tǒng) 12以便有選擇地向或從LED光控制器系統(tǒng)10提供功率或消除功率。如果LED光控制器系 統(tǒng)10是接通的(例如功率開關(guān)110已啟動)，來自用戶輸入101的特定彩色景觀信息能夠 被邏輯控制系統(tǒng)11接收和處理。然后邏輯控制系統(tǒng)11能輸出特定電壓脈沖以便向功率控 制系統(tǒng)12發(fā)出信號，把供電的AC線13限幅或削幅至適合LED源14。AC線削幅的具體數(shù) 量(等于輸出脈沖數(shù))能夠被LED源14中的解碼電路解釋。結(jié)果，LED源14內(nèi)的單獨(dú)LED 能夠被接通或斷開以輸出用戶選擇的各種顏色的彩色景觀。圖2示出按照本公開的一個實施例的LED光控制器系統(tǒng)10的邏輯控制系統(tǒng)11。 邏輯控制系統(tǒng)11能夠包含用戶輸入101、開關(guān)數(shù)據(jù)采集電路102、微控制器電路103、改編程 序端口 104、比較器105、開關(guān)指示器106、輸出控制邏輯107、過零點(diǎn)檢測電路108和連接單 元109。連接單元109能夠在邏輯控制系統(tǒng)11和功率控制系統(tǒng)12之間起連接作用。邏輯 控制系統(tǒng)11的部件能夠是裝配在置于外殼內(nèi)的電路板上的集成電路。圖3進(jìn)一步示出來自圖2邏輯控制系統(tǒng)11的用戶輸入101。用戶輸入101能夠包 含旋轉(zhuǎn)開關(guān)135、再調(diào)用按鍵/開關(guān)136和保持按鍵/開關(guān)137。旋轉(zhuǎn)開關(guān)135能夠是連續(xù) 的12位置開關(guān)，諸如C&KComponents制造的那些旋轉(zhuǎn)開關(guān)。旋轉(zhuǎn)開關(guān)135能夠在外殼的前 面板上被對準(zhǔn)。該前面板還能夠包含與大批固定顏色或多種顏色景觀選擇對應(yīng)的外罩，景 觀的選擇與旋轉(zhuǎn)開關(guān)135的位置有關(guān)。彩色景觀選擇信息能夠經(jīng)連接122從旋轉(zhuǎn)開關(guān)135 被發(fā)送到開關(guān)數(shù)據(jù)采集電路102(如圖4中所示)內(nèi)的移位寄存器138、139。在一些實施 例中，旋轉(zhuǎn)開關(guān)135能夠被編碼器或電位計代替。編碼器或電位計能為不同選取的選擇而 通過發(fā)送不同信號來執(zhí)行如旋轉(zhuǎn)開關(guān)135那樣相同的功能，不需要為連接122而用大批導(dǎo) 線。再調(diào)用開關(guān)136和保持開關(guān)137能夠是單刀單擲(SPST)觸摸開關(guān)，諸如APEM制造的 MJTP1138B。如果再調(diào)用開關(guān)136被壓下，則它的兩個端子能接地而低電壓信號能被微控制 器電路103(如圖3所示)經(jīng)連接123接收。如果保持開關(guān)137被壓下，則微控制器電路 103能經(jīng)連接124接收信號。圖4示出邏輯控制系統(tǒng)11的開關(guān)數(shù)據(jù)采集電路102。開關(guān)數(shù)據(jù)采集單元102能夠 含有兩個移位寄存器138、139和電阻網(wǎng)絡(luò)146(包含電阻器R1-R12)以便向微控制器電路 103提供被解碼的旋轉(zhuǎn)開關(guān)位置信息。該兩個移位寄存器138、139能夠是8比特并行輸入 /串行輸出的移位寄存器，諸如NXP Semiconductors制造的74HC165D。電阻器R1-R12的 電阻能夠彼此相等并能夠是10千歐姆(本文描述的這些電阻器以及所有電阻器能夠是1/8 瓦額定功率的0805尺寸)?；谛D(zhuǎn)開關(guān)135位置的特定比特模式能經(jīng)連接125被路由到 微控制器電路103。來自微控制器電路103的連接128能提供中斷以便從移位寄存器138、 139調(diào)用數(shù)據(jù)(“LD”)。此外，移位寄存器138、139的時鐘信息(“CLK”)能經(jīng)連接129從 微控制器電路103進(jìn)來。當(dāng)保持和再調(diào)用功能之一正被使用時，微控制器電路103能觸發(fā)某一可視LED向 用戶指明該激活的功能。如在圖5中開關(guān)指示器單元106所示，可視LED Dl和D2能分別 與電阻器R13和R14及電源電壓V。。(如5伏)串聯(lián)。LED Dl和D2能夠是S0T-23表面安裝635nm紅色LED，諸如LUMEX制造的那些LED (零件號碼SSL-LSl51C-TR)。電阻器R13和R14 在一些實施例中能各為470歐姆。電阻器R13和R14起電流限制器的作用，而電阻器R13 和R14的值能隨使用的二極管類型變化。來自微控制器電路103的低輸出(經(jīng)連接126和 127)能夠允許足夠的電壓降落以激活兩個二極管的任一個，向用戶發(fā)出哪一種功能正在被 使用的信號(例如，是再調(diào)用開關(guān)136還是保持開關(guān)137已被壓下)。LED Dl和D2能夠被 安裝在外殼的前面板上使它們對用戶是可見的。圖6示出改編程序端口 104。一旦LED光控制器系統(tǒng)10已經(jīng)在外殼中安裝就緒， 該改編程序端口 104能夠允許微控制器電路103內(nèi)的微控制器141(如圖7所示)改編程 序。改編程序端口 104能經(jīng)連接132(引腳3)和134(引腳4)被直接連接到微控制器電路 103以分別同步系統(tǒng)時鐘和發(fā)送數(shù)據(jù)。在正常操作期間，電源電壓Vdd能被功率控制系統(tǒng)12 送至微控制器141 (在引腳2)。但是，在改編程序期間，功率能夠被從LED光控制器系統(tǒng)10 消除，從而Vdd將不再送至微控制器電路103。在這種情形中，Vdd能被改編程序端口 104經(jīng) 連接140送至微控制器141。此外，更高的電壓Vpp能從改編程序端口 104(在引腳5)經(jīng)連 接124送至微控制器電路103以使微控制器141進(jìn)入編程模式。圖7進(jìn)一步示出包含在邏輯控制系統(tǒng)11中的微控制器電路103。在一些實施例 中，包含在微控制器電路103中的微控制器141能夠是Microchip Technoloty公司或類似 公司制造的PIC16F684(14引腳的基于閃存的8比特CMOS)。如在本文和所附權(quán)利要求書 中所使用的，術(shù)語“微控制器”不只限于那些本領(lǐng)域稱為微控制器的集成電路，而寬泛地指 一種或多種微計算機(jī)、處理器、專用集成電路、或任何其他適合的可編程電路或電路組合。 微控制器141的引腳1能被連接到電壓源Vdd以便在正常操作期間對裝置供電，而引腳14 能夠被接地。電壓源Vdd在引腳1能有瞬態(tài)保護(hù)電路。瞬態(tài)電路能夠含有與電源電SVrc 串聯(lián)的肖特基二極管D3及電容Cl。二極管D3能夠是Diodes公司制造的SMA B360A-13。 電容Cl能夠是0. 1微法(士 10% )、尺寸0805、X7R介質(zhì)型電容器、額定電壓25V，諸如AVX Corporation制造的電容器(零件號碼08053C104KAT2A)。除非另有說明，所有本文描述的 電容器能夠是這種類型的電容器。由于大量的輸入和輸出，微控制器141的引腳能用跳線142來共享。如圖7所示， 微控制器141的引腳12和13分別有兩根分開的進(jìn)入微控制器電路單元103的導(dǎo)線連接 132及133，和134及127。在微控制器141用改編程序端口 104改編程序期間，跳線142能 被斷開以便允許引腳12和13的連接分別與連接132和134連接。在其他情形下，對于正 常操作，跳線142能被連接以便允許引腳12和13的連接被分別與連接133和127連接。來自微控制器141用于控制LED源14動作的輸出能由引腳8和12通過連接130 和133提供。微控制器141能分別經(jīng)連接123和124被連接到來自用戶輸入101的再調(diào)用 開關(guān)136 (在引腳2)和保持開關(guān)137 (在引腳4)。當(dāng)保持開關(guān)137被壓下時，微控制器141 能夠控制輸出信號(在引腳8和12)來保持在該時間正在展示的顏色。該信號信息還能夠 被儲存在微控制器141中供再調(diào)用開關(guān)136操作時使用。當(dāng)再調(diào)用開關(guān)136被壓下時，微 控制器141能夠控制LED源14以輸出在保持按鍵138操作期間儲存的最后顏色。該微控 制器141能夠包含用于開關(guān)(在引腳2)的內(nèi)上拉(pull-up)電阻器或能對再調(diào)用開關(guān)136 和保持開關(guān)137使用外上拉電阻器(如與引腳4上的與Vdd串聯(lián)的電阻器R31)。在一些實 施例中，電阻器R31能夠是10千歐姆。
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此外，來自開關(guān)數(shù)據(jù)采集電路102的數(shù)據(jù)能經(jīng)連接125被輸入微控制器141 (在引 腳3)。微控制器141能向移位寄存器138、139提供經(jīng)連接129調(diào)用數(shù)據(jù)的信號(在引腳 7)。微控制器141的內(nèi)部時鐘(引腳6上的輸出)能被開關(guān)數(shù)據(jù)采集電路102中的移位寄 存器138、139通過連接128使用。微控制器141還能分別經(jīng)連接126和127從引腳5和13 向開關(guān)指示器106輸出信號。微控制器141的兩根引腳(例如引腳9和10)能被用于比較器電路105，如圖8所 示。引腳9能從比較器電路105經(jīng)連接131接收參考電壓，而引腳10能從功率控制系統(tǒng)12 經(jīng)連接119接收電流感測電壓。還有，過零點(diǎn)檢測電路108(如在圖16中所示)能把AC線 13的過零點(diǎn)經(jīng)引腳11上的連接143傳遞到微控制器141 (如對功率控制系統(tǒng)12的進(jìn)一步 討論的)。一種包含輸出電流檢測的安全機(jī)構(gòu)能被包含在一些實施例中。最后的輸出功率跡 線的磁場能被檢測，被轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流感測電壓，并被反饋到微控制器141。響應(yīng)該輸入 電壓，微控制器141然后能向或從LED源14提供或消除輸出功率。這樣在起動期間如果任 一連接在輸出跡線之前短路或過載就能防止過多電流到達(dá)LED源14 (除保險絲Fl外，如圖 13所示)。來自功率控制系統(tǒng)12的電流感測電壓能經(jīng)連接119被路由至微控制器141。比較器電路105 (如圖8所示)能經(jīng)連接131被連接到微控制器電路103。比較器 電路105能使用有電阻器R15及R16、電容器C2和電源電壓Vee的電壓分壓器來產(chǎn)生參考 電壓；該參考電壓的幅值能夠是來自功率控制系統(tǒng)12的電流感測電壓的閾值(即電壓斷開 點(diǎn))。在一些實施例中，電阻器R15能有15千歐姆的電阻并且電阻器R16能有51千歐姆的 電阻，而電容器C2能有0. 1微法的電容。因此，只作為例子，如果電源電壓Vee約為5V，則 連接131上的參考電壓能約為IV。從電流感測電壓(在連接119上)到微控制器141的輸 入能夠被與參考電壓(在連接131上)比較。如果被檢測的電流感測電壓在電壓斷開點(diǎn)以 上，微控制器141能關(guān)閉它的輸出，因而消除給LED源14的功率。要確保適當(dāng)?shù)奈⒖刂破?41操作，在微控制器141上的兩根引腳(如圖7所示的引 腳8和12)能向功率控制系統(tǒng)12提供電壓脈沖形式的輸出信號。該兩根引腳的輸出能分別 經(jīng)連接130和133被發(fā)送到控制邏輯107 (如圖9所示)。如在圖9中所示，該兩個從微控 制器電路103的輸出能夠通過邏輯門被饋送以便在輸出到功率控制系統(tǒng)12之前確保一致 性。邏輯NOR門G1、G2(如型號74HC02/S0，可從好幾個制造商購得)能在一些實施例中被 使用。在可替換的實施例中，在向功率控制系統(tǒng)12發(fā)送信息之前為考核正確輸出的相同目 的，能夠使用和配置其他的邏輯門?？刂七壿?07中的電阻器R17、R18和R20能有10千歐 姆的電阻而電阻器R19能有4. 7千歐姆的電阻。晶體管Ql尤其能夠是由Phillip制造的 PMBT3904BJT。如果微控制器141不從引腳8和12發(fā)送任何信號，接地的下拉(pull-down) 電阻器R17能驅(qū)動連接130變低，同時與連接的上拉電阻器R18能驅(qū)動連接133變高。 連接130上被驅(qū)低的電壓能允許高邏輯電平電壓(如^或5力從Gl被發(fā)射。來自Gl的 高邏輯電平電壓和來自連接133的被驅(qū)高的電壓的組合能使低邏輯電平(如0V)從G2被 發(fā)射；因此，沒有信號將被發(fā)送到功率控制系統(tǒng)12。當(dāng)用戶輸入已被檢測時，微控制器141 能在(引腳8)上發(fā)射高電壓(5V)和同時的低電壓(OV)脈沖(在引腳12上)，導(dǎo)致在G2 輸出上高的邏輯電平。從微控制器141輸出的每一脈沖(由邏輯控制107考核)能允許從 G2發(fā)射的高邏輯電平通過包含電阻器R19和R20的電壓分壓器傳輸。經(jīng)過電阻器R19之后
8的電壓能超越晶體管Ql基極為按激活方式(activemode)操作該晶體管Ql所必需的臨界 電壓，讓電流從晶體管集電極(在連接121上)通過它的發(fā)射極流到地。來自控制邏輯107的最后信號能經(jīng)到連接單元109的連接121而被提供給功率控 制系統(tǒng)12，如圖10所示。連接單元109能在功率控制系統(tǒng)12和邏輯控制系統(tǒng)11之間提 供通信。連接單元109能夠是印刷電路板(PCB)連接器。如圖10所示，連接單元109上8 個引腳能在邏輯控制系統(tǒng)11和功率控制系統(tǒng)12之間發(fā)送4種不同的信號。每一側(cè)的其他 兩個引腳能夠被接地。來自邏輯控制系統(tǒng)11的控制邏輯107 (在連接121上)的輸出信號 能被路由到功率控制系統(tǒng)12，如同連接144 一樣。被邏輯控制系統(tǒng)11 (在連接119上)接 收的電流感測信息能從功率控制系統(tǒng)12被路由，如同連接145—樣。能向微控制器141、移 位寄存器138、139、旋轉(zhuǎn)開關(guān)136和邏輯控制系統(tǒng)10的其他設(shè)備供電的整流的降壓電壓Vcc 能從功率控制系統(tǒng)12的連接146被路由到邏輯控制系統(tǒng)11的連接118。還能把旁路電容 C3連接到連接118。電容C3能夠是220微法(士 10% )額定IOV的鉭電解電容器，諸如由 Nichicon Corporation制造的電容器(零件號碼UWX1A221MCL1GB)。另一個整流電壓(不 降壓到幅值)能從功率控制系統(tǒng)12 (在連接147上)被連接到邏輯控制系統(tǒng)11 (在連 接120上)用于過零點(diǎn)檢測單元108 (如圖16所示)。圖11示出按照本公開的一個實施例的LED光控制器系統(tǒng)10的功率控制系統(tǒng)12。 功率控制系統(tǒng)12能夠包含功率開關(guān)110、AC連接單元111、變壓器112、整流器113、電壓調(diào) 節(jié)器114、光隔離器115、三端雙向可控硅開關(guān)電路116、電流感測電路117和連接單元109。 功率控制系統(tǒng)12的部件能夠是安裝在置于外殼內(nèi)電路板上的集成電路。如在圖12中所示，在一些實施例中，光隔離器115能在邏輯控制系統(tǒng)11和三端雙 向可控硅開關(guān)電路116之間提供接口。光電二極管D4能夠被與電阻器R21和電壓電源Vcc 串聯(lián)。在一些實施例中，電阻器R21能夠是220歐姆。經(jīng)連接144從控制邏輯107中晶體 管Ql來的激活方式操作能拉動電流通過電阻器R21，使光電二極管D4導(dǎo)通。接著，來自光 電二極管D4的光輸出能觸發(fā)三端雙向可控硅開關(guān)Tl的操作。之后，流過三端雙向可控硅 開關(guān)Tl的電流(經(jīng)連接148和149)能激活三端雙向可控硅開關(guān)電路116 (如圖13所示)。 在一些實施例中使用的光隔離器115(包含光電二極管D4和三端雙向可控硅開關(guān)Tl)尤其 能夠是Fairchild Optoelectronics Group制造的型號M0C3021M的光隔離器。類似的用 于使低電壓的微控制器電路與高的電網(wǎng)電壓隔離的隔離電路能夠被用在別的實施例中。圖13還示出功率控制系統(tǒng)12的三端雙向可控硅開關(guān)電路116。三端雙向可控硅 開關(guān)T2 (或類似的AC開關(guān)裝置)能響應(yīng)從光隔離器115的三端雙向可控硅開關(guān)Tl (在連接 149上)接收的信號(或缺乏該信號)把AC線13 (來自連接151)限幅或削幅至適合LED 源14(經(jīng)連接150)。如在圖13中所示，來自光隔離器115的連接149能向三端雙向可控 硅開關(guān)T2的控制極輸送電流以觸發(fā)電流沿兩個方向之一(通過連接151到連接150或相 反)流過三端雙向可控硅開關(guān)T2，從而向LED源14提供完全的電網(wǎng)電壓(如120Vac)。電 阻器R24 (如39歐姆)和電容器C4 (如0. 01微法)能起RC濾波器的作用以防止一旦電流 中斷時電壓大的尖峰。電阻器R22(如470歐姆)和電阻器R23(如360歐姆)能為三端雙 向可控硅開關(guān)T2提供電流限制和電壓分壓器。電容器C5(如0.047微法)能濾去當(dāng)三端 雙向可控硅開關(guān)T2導(dǎo)通時可能出現(xiàn)的任何尖峰。電阻器R22、R23和R24能有1/4瓦額定 功率。該三端雙向可控硅開關(guān)電路還能包含保險絲Fl (如慢熔、長時遲滯的7安保險絲，諸
9如Littelfuse公司制造的0473007. YRT1)以防止到LED源14的電流過載。三端雙向可控 硅開關(guān)電路116的使用能使向LED源14提供的電壓源被削幅(如被限幅)而不是完全被 去激活(如被反復(fù)接通/斷開)。送至LED光控制器系統(tǒng)10的AC功率能經(jīng)由功率開關(guān)110而被控制。圖14示出 按照本公開的一個實施例的功率開關(guān)110。功率開關(guān)110能夠是向或從LED光控制器系統(tǒng) 10提供或消除功率的常開觸點(diǎn)開關(guān)。功率開關(guān)110能夠是由開關(guān)連接器組件連接到功率控 制電路12的防水按鍵開關(guān)(諸如E-Switch制造的LA系列開關(guān))。功率開關(guān)110還能包含 指示器燈158，如圖14所示。功率開關(guān)110能被連接到變壓器112 (經(jīng)連接154和153)和 AC連接單元(經(jīng)連接152和154)以便允許來自AC線13的功率通過功率控制系統(tǒng)12被提 供給LED源14。如在圖15中所示，降壓變壓器112能從完全的AC電源為橋式整流器113和 電壓調(diào)節(jié)器114提供低電壓。變壓器112能夠是單個10VAC、0. 5安的功率變壓器，諸 如Tamura制造的型號3FS-310。整流器113能夠是1A、DIL橋式整流器，尤其是諸如 FairchildSemiconductors制造的型號DF02S。電壓調(diào)節(jié)器114能夠是3端子、0. 1安、正電 壓調(diào)節(jié)器，諸如Fairchild Semiconductors制造的LM78L05A。給變壓器112的供電能來自 連接154 (連接154又被連接到AC連接單元109)和連接153 (連接153又被連接到三端雙 向可控硅開關(guān)電路116的連接151)。如果功率開關(guān)110是斷開的，沒有AC電壓通過連接 153因此變壓器112不能操作，從而沒有功率能被送至LED光控制器系統(tǒng)10。來自橋式整 流器113的輸出電壓(經(jīng)連接147)能向邏輯控制系統(tǒng)11提供被整流的DC電壓。從連接 147通過連接單元109到連接120，整流后的DC電壓能被提供給過零點(diǎn)檢測電路108。連接 153/151還能通向三端雙向可控硅開關(guān)電路116并能包含防止電流過載的保險絲F2 (例如 快動作、短時遲滯的3安保險絲，諸如Cooper/Bussmann制造的6125FA)。 在電壓調(diào)節(jié)器114前面和后面還能包含瞬時和反電壓保護(hù)電路，諸如二極管D9和 電容器C6-C8。二極管D9能夠是Diodes公司制造的SMA B360A-13。在一些實施例中，電 容器C6、C7和C8能分別有0. 1微法，0. 01微法和0. 33微法的電容。來自電壓調(diào)節(jié)器114 的輸出能向功率控制系統(tǒng)12和邏輯控制系統(tǒng)11兩者的部件提供降壓的整流的電壓V。。。電 壓V。。能經(jīng)連接146通過連接單元109到連接118提供給邏輯控制系統(tǒng)11。圖16畫出過零點(diǎn)檢測電路108。過零點(diǎn)檢測電路108能包含電阻器R25-R27和 晶體管Q2。1 25、1 26和1 27能分別有4.7千歐姆、1.0千歐姆和10千歐姆的電阻。晶體管 Q2尤其能夠是Phillips制造的PMBT3904BJT。向邏輯控制系統(tǒng)11的過零點(diǎn)檢測電路108 提供(經(jīng)連接120)的整流后DC電壓能允許微控制器141與AC線13同步。送至晶體管 Q2(經(jīng)晶體管Q2基極上的連接120)的該電壓當(dāng)AC線振幅過零伏時下降到零。零伏的基極 輸入能按激活方式使晶體管Q2導(dǎo)通，該晶體管Q2又能把微控制器電路103的相應(yīng)輸入拉 低(從晶體管Q2的集電極經(jīng)連接143)。之后，代表AC線13過零點(diǎn)的低的輸入信號能使微 控制器141與AC線13同步。這樣能為微控制器141提供適當(dāng)?shù)亩〞r以切換三端雙向可控 硅開關(guān)T2，從而降低尖峰出現(xiàn)的機(jī)會?；仡^再參考功率控制系統(tǒng)12，來自三端雙向可控硅開關(guān)T2(經(jīng)連接150)的最后的 被限幅的AC信號能被路由到AC連接單元111，該AC連接單元111能向LED源14供電，產(chǎn) 生需要的光輸出。電流感測電路117能被置于功率控制系統(tǒng)電路板與連接150處的輸出功率跡線相反的一側(cè)(即在該跡線之上或之下)并如圖17所示，能包含電流感測裝置155和 放大電路156。電流感測裝置155能夠是集成的磁場傳感器，諸如GMW制造的S0IC-8封裝 的CSA-1V。鐵氧體磁珠(未畫出)能被放置在跡線上靠近電流感測裝置155的地方，幫助 放大磁場。電流感測裝置155能把來自輸出跡線的磁能(在連接150上)轉(zhuǎn)換為與通過輸 出跡線的電流成比例的電壓。如在圖17中所示，來自電流感測裝置155的電壓信號(在連接157上)能經(jīng)放大 電路156被放大和被濾波。放大電路156能包含電阻器R28-R30、電容器ClO和運(yùn)算放大 器Al。運(yùn)算放大器Al能夠是S0T-23封裝的有低電壓、低功率、和軌對軌輸出擺動能力的單 獨(dú)的CMOS運(yùn)算放大器，諸如Texas Instruments制造的TLV341，型號(TLV341IDBVR)。在 一些實施例中，電阻器R28能夠是10千歐姆，電阻器R29能夠是82. 5千歐姆和電阻器R30 能夠是18千歐姆。電容器C9 (如1微法)、ClO (如100皮法)和Cll (如0. 1微法)能為 電流感測電路117提供瞬時保護(hù)。由放大電路156輸出的電流感測電壓能被路由到連接單 元109 (經(jīng)連接145)。來自連接單元109的電流感測電壓(在邏輯控制系統(tǒng)11的連接119 上)能被路由到微控制器電路103。如前面所討論的，如果被檢測的電流感測電壓在電壓 斷開點(diǎn)之上，微控制器141能關(guān)閉它的輸出，由此從LED源14消除功率。此外，如果被檢測 的電流在電壓斷開點(diǎn)之上，微控制器141能使開關(guān)指示器單元106的二極管Dl和D2閃光， 以警告用戶已經(jīng)出現(xiàn)了問題。AC連接單元111 (如圖11所示)能把電壓連接容納在AC線 13、功率控制系統(tǒng)12和LED源14之間。圖18示出描述按照一些實施例的LED光控制器系統(tǒng)10操作的部分的流程圖200。 首先，用戶輸入101被激活(任務(wù)201)。激活用戶輸入能夠包含壓下保持開關(guān)137、壓下再 調(diào)用開關(guān)136或旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)開關(guān)135以選擇彩色景觀。取決于哪一個開關(guān)被激活，能夠選取 不同的操作路徑(任務(wù)202)。如果是保持開關(guān)137被壓下，微控制器141確定LED源14的 當(dāng)前輸出顏色(任務(wù)203)并激活保持開關(guān)指示器106 (任務(wù)204)。如果是再調(diào)用開關(guān)136 被壓下，微控制器141確定在最后保持開關(guān)操作期間保持的輸出顏色(任務(wù)205)并激活再 調(diào)用開關(guān)指示器106 (任務(wù)206)。如果旋轉(zhuǎn)開關(guān)135被調(diào)整，開關(guān)數(shù)據(jù)采集102解釋旋轉(zhuǎn)開 關(guān)位置并建立專用于該位置的比特模式(任務(wù)207)。然后微控制器141把由開關(guān)數(shù)據(jù)采集 102建立的比特模式解釋為特定的彩色景觀(任務(wù)208)。在任務(wù)203、任務(wù)205或任務(wù)208 之后，微控制器141向控制邏輯107輸出特定數(shù)量的輸出電壓脈沖(任務(wù)209)。控制邏輯 107使微控制器141的操作生效(任務(wù)210)。任務(wù)210將不斷環(huán)回到任務(wù)209直到控制邏 輯107使適當(dāng)?shù)妮敵錾橹埂Ｒ坏┱_地生效，控制邏輯107輸出激活光隔離器115的 輸出電壓脈沖(任務(wù)211)。光隔離器115用脈沖化的電壓輸出激活三端雙向可控硅開關(guān)電 路116 (任務(wù)212)。脈沖化的電壓輸出以脈沖方式使三端雙向可控硅開關(guān)電路116導(dǎo)通并 把AC線13削幅至適合LED源14 (任務(wù)213)。LED源14解釋特定數(shù)量的脈沖并輸出相應(yīng) 的彩色景觀(任務(wù)214)。圖18還示出電流感測電路117對微控制器141起中斷作用的子流程圖300。電流 感測電路117感測輸出跡線在連接150上的電流(任務(wù)301)。電流感測電路117向微控制 器141發(fā)送與輸出跡線的電流成比例的電流感測電壓(任務(wù)302)。微控制器141向比較 器105發(fā)送電流感測電壓(任務(wù)303)。比較器105把電流感測電壓與閾值電壓比較(任務(wù) 304)。如果電流感測電壓在閾值電壓之下，微控制器141將繼續(xù)向LED源14提供輸出(任
11務(wù)305)。如果電流感測電壓大于閾值電壓，微控制器141將關(guān)閉它的輸出以從LED源14消 除功率并使開關(guān)指示器單元106的二極管Dl和D2閃光(任務(wù)306)。圖19A-19C示出按照本公開的一些實施例的LED光控制器系統(tǒng)10。LED光控制器 系統(tǒng)10能夠包含前蓋400和后蓋401。前蓋400能通過緊固件403 (如螺絲)與后蓋401 偶聯(lián)而形成外殼。電路組件402能被罩在外殼內(nèi)。電路組件402能包含邏輯控制系統(tǒng)11和 功率控制系統(tǒng)12。電路組件402還能包含再調(diào)用開關(guān)136、保持開關(guān)137、旋轉(zhuǎn)開關(guān)135和 功率開關(guān)110。前蓋400能包含允許旋轉(zhuǎn)開關(guān)135和功率開關(guān)110外伸通過前蓋400的孔 404。外罩405能被偶聯(lián)到前蓋400的前面。外罩405能包含代表彩色景觀的圖像，以允許 用戶確定旋轉(zhuǎn)開關(guān)135的位置以選擇需要的彩色景觀。前蓋400還能包含觸點(diǎn)(nOtch)406， 當(dāng)觸點(diǎn)406被壓下時，能激勵再調(diào)用開關(guān)136或保持開關(guān)137。外罩405還能包含放置在 觸點(diǎn)406之上代表再調(diào)用開關(guān)和保持開關(guān)的指示器。外罩405能由十分薄的材料制成，使 按壓指示器將壓下觸點(diǎn)406之一從而激勵再調(diào)用開關(guān)136或保持開關(guān)137。門407能與前 蓋400偶聯(lián)并能覆蓋外罩405和旋轉(zhuǎn)開關(guān)135。門406能包含門孔407。門孔408能夠被 定位使用戶在門407關(guān)閉時能接近功率開關(guān)110。標(biāo)記409能被包含在門407的內(nèi)側(cè)和后 蓋401的后側(cè)上。前蓋400能被偶聯(lián)到襯墊410。襯墊410能用緊固件411 (如螺絲)安 裝在電源插座/開關(guān)箱上。AC連接111能伸到后蓋401之外并能被連接到LED源14和AC 源13。圖20示出按照本公開的一些實施例的LED光控制器系統(tǒng)10的接線圖。LED光控 制器系統(tǒng)10能被罩在金屬套箱412內(nèi)。LED光控制器系統(tǒng)10的前蓋400能允許接近功率 開關(guān)110以控制送至LED光控制器系統(tǒng)10的功率。功率開關(guān)110能被連接到功率控制系 統(tǒng)12。功率控制系統(tǒng)12能從接地故障電路斷路器(GFCI) 413接收功率。送至GFCI 413的 功率能來自AC功率源(AC線)13。導(dǎo)線連接能用硬的或PVC管道414保護(hù)。功率控制系統(tǒng) 12能經(jīng)接線盒415連接到多個LED源14。該多個LED源14能包含風(fēng)景畫、水池和/或溫 泉燈。一旦功率開關(guān)110已被壓下，來自GFCI 413的“帶電”電壓導(dǎo)線能與“切換為帶電” 的電壓導(dǎo)線連接，從而向該多個LED源14提供電壓。功率控制系統(tǒng)12能對“已切換帶電” 的電壓導(dǎo)線上的AC電壓限幅以便向該多個LED源14提供脈沖。在該多個LED源14內(nèi)的 解碼電路能處理接收的該數(shù)量的脈沖并輸出對應(yīng)的燈光景觀。被提供的該數(shù)量的脈沖能由 邏輯控制系統(tǒng)11 (未畫出)根據(jù)用戶輸入101 (未畫出)確定。本領(lǐng)域熟練人員會明白，雖然上面已經(jīng)結(jié)合具體實施例和例子描述了本公開，但 本公開不必受其限制，且來自這些實施例、例子和使用的許多其他實施例、例子、使用、修改 和變更，都預(yù)定被本文所附的權(quán)利要求書涵蓋。本公開的各種特性和優(yōu)點(diǎn)都在下面的權(quán)利 要求書中闡明。
權(quán)利要求
一種用于控制多個發(fā)光二極管源以產(chǎn)生用戶選擇的彩色景觀的系統(tǒng)，由交變電流源向該系統(tǒng)提供電壓，該系統(tǒng)包括用戶接口，接收有關(guān)用戶選擇的彩色景觀的數(shù)據(jù)；微控制器，從用戶接口接收數(shù)據(jù)；三端雙向可控硅開關(guān)，與微控制器通信，該三端雙向可控硅開關(guān)提供交變電流源與多個發(fā)光二極管源之間的通信，該三端雙向可控硅開關(guān)接收來自微控制器的基于從用戶接口接收的數(shù)據(jù)的信號，該三端雙向可控硅開關(guān)把來自交變電流源的電壓限幅至適合該多個發(fā)光二極管源以便根據(jù)從微控制器接收的信號向該多個發(fā)光二極管源提供至少一個電壓脈沖以產(chǎn)生用戶選擇的彩色景觀。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該用戶接口包含旋轉(zhuǎn)開關(guān)、編碼器和電位計中的至少 之一。
3.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該用戶接口包含再調(diào)用開關(guān)。
4.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該用戶接口包含保持開關(guān)。
5.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該多個發(fā)光二極管源包含能解釋該至少一個電壓脈沖 并根據(jù)該至少一個電壓脈沖產(chǎn)生光輸出的解碼電路。
6.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括與微控制器通信的電流感測電路，該電流感測電路 向微控制器提供與從交變電流源到多個發(fā)光二極管的電流成比例的電壓信號。
7.一種用于控制多個發(fā)光二極管源以產(chǎn)生用戶選擇的彩色景觀的系統(tǒng)，由交變電流源 向該系統(tǒng)提供電壓，該系統(tǒng)包括微控制器；從交變電流源到多個發(fā)光二極管源的輸出功率跡線；和靠近輸出功率跡線定位以檢測輸出功率跡線的特征的感測電路，該感測電路向微控制 器發(fā)送與輸出功率跡線的特征對應(yīng)的數(shù)據(jù)，該微控制器根據(jù)感測電路發(fā)送的數(shù)據(jù)控制該多 個發(fā)光二極管源以產(chǎn)生用戶選擇的彩色景觀。
8.按照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中該輸出功率跡線的特征是電流。
9.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中由感測電路發(fā)送的數(shù)據(jù)是與輸出功率跡線的電流成比 例的電壓。
10.按照權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中該微控制器包含比較器電路，以便把與輸出功率跡線 的電流成比例的電壓與參考電壓進(jìn)行比較。
11.按照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中該感測電路包含磁場傳感器。
12.按照權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中該感測電路包含靠近輸出功率跡線定位以放大磁場 的鐵氧體磁珠。
13.一種用于選擇由發(fā)光二極管風(fēng)景畫、水池和溫泉燈光至少之一產(chǎn)生的多個彩色景 觀之一的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括指示可供從中選擇的多個彩色景觀的外罩；鄰近該外罩定位以便選擇該多個彩色景觀之一的選擇器；與該選擇器通信的微控制器；和與該微控制器通信的三端雙向可控硅開關(guān)電路，該微控制器響應(yīng)選擇器的位置使用該 三端雙向可控硅開關(guān)電路控制發(fā)光二極管風(fēng)景畫、水池和溫泉燈光中的至少之一。
14.按照權(quán)利要求13的系統(tǒng)，還包括與該微控制器通信的再調(diào)用開關(guān)，其中該外罩包 含與再調(diào)用開關(guān)通信的再調(diào)用開關(guān)選擇區(qū)，且該微控制器響應(yīng)再調(diào)用開關(guān)的狀態(tài)使用該三 端雙向可控硅開關(guān)電路控制發(fā)光二極管風(fēng)景畫、水池和溫泉燈光中的至少之一。
15.按照權(quán)利要求13的系統(tǒng)，還包括與該微控制器通信的保持開關(guān)，其中該外罩包含 與保持開關(guān)通信的保持開關(guān)選擇區(qū)，且該微控制器響應(yīng)保持開關(guān)的狀態(tài)使用該三端雙向可 控硅開關(guān)電路控制發(fā)光二極管風(fēng)景畫、水池和溫泉燈光中的至少之一。
16.按照權(quán)利要求13的系統(tǒng)，還包括與該微控制器通信的電流感測電路，且該微控制 器響應(yīng)電流感測電路使用該三端雙向可控硅開關(guān)電路控制發(fā)光二極管風(fēng)景畫、水池和溫泉 燈光中的至少之一。
17.按照權(quán)利要求13的系統(tǒng)，還包括與后蓋偶聯(lián)而形成外殼的前蓋，其中該外罩與該 前蓋偶聯(lián)且該微控制器被罩在該外殼內(nèi)。
全文摘要
公開的實施例提供一種用于選擇由LED風(fēng)景畫、水池和/或溫泉燈光產(chǎn)生的彩色景觀的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能包含指示可供從中選擇的彩色景觀的外罩。鄰近外罩的選擇器能被定位以便選擇彩色景觀之一。該系統(tǒng)包含與選擇器通信的微控制器和與微控制器通信的三端雙向可控硅開關(guān)電路。該微控制器響應(yīng)選擇器的位置使用三端雙向可控硅開關(guān)電路控制LED風(fēng)景畫、水池和/或溫泉燈光。
文檔編號G09G3/32GK101933073SQ200880119812
公開日2010年12月29日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者A·阿加沃, D·A·阿姆斯特朗, D·C·鄧恩, J·S·巴薩米安, L·F·特然, S·羅一, 大R·J·內(nèi)特澤 申請人:濱特爾水池水療公司