CN106195728B - 发光二极管灯以及用于驱动发光二极管灯的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及发光二极管灯以及用于驱动发光二极管灯的方法。根据一个号实施例的LED灯包括LED驱动器和一个或更多个LED，该LED驱动器从调光开关接收的指示用于LED灯的调光量的输入信号。LED驱动器基于该输入信号来控制通过一个或更多个LED的被调节的电流，使得该一个或更多个LED的输出光强度与用于LED灯的调光量基本上对应。被调节的输出向LED驱动器提供工作电力。控制器对被调节的输出进行调节以向LED驱动器供电。控制器从两个或更多个电源中选择用于对被调节的输出进行充电的电源，并且使用由控制器选择的电源来对被调节的输出进行充电。该两个或更多个电源包括在被启动时在调光开关中生成泄放电流的泄放电路。

Description

发光二极管灯以及用于驱动发光二极管灯的方法

技术领域

本公开内容涉及驱动LED(发光二极管)灯，并且更具体地涉及生成用于向LED灯的内部部件供电的电压。

背景技术

LED正被用于各种各样的电子应用中，比如建筑照明、汽车的头灯和尾灯、用于液晶显示设备的背光灯以及闪光灯。与传统光源比如白炽灯和荧光灯相比，LED具有以下显著的优点，包括：高效率、良好的方向性、颜色稳定性、高可靠性、长寿命，小尺寸以及环境安全。

由于LED在功率效率(每瓦流明)和光谱质量方面提供了比白炽灯(灯泡)显著的优势，所以LED在照明应用中的使用有望被扩展。此外，与可能会由于荧光灯处置而导致汞污染的荧光照明系统(与荧光灯结合的荧光镇流器)相比，LED灯表现出较低的环境影响。

然而，在不修改已内置在白炽灯泡周围的当前布线和部件基本结构的情况下，传统LED灯不能直接替代白炽灯和可调荧光灯系统。这是因为传统白炽灯为电压驱动器件，而LED为电流驱动器件，因此需要不同的技术来控制其各自的光输出的强度。

许多调光开关通过控制被施加到白炽灯的AC输入电力的相位角来调节灯输入电压的RMS电压值，以对白炽灯进行调光。控制相位角是调节被供给白炽灯泡的RMS电压并且提供调光能力的有效且简单的方法。然而，由于LED为电流驱动器件并且因此LED灯为电流驱动器件，所以控制输入电压的相位角的传统调光开关与传统LED灯不兼容。

解决此兼容性问题的一个解决方案使用以下LED驱动器，该LED驱动器感测灯输入电压以确定调光开关的工作占空比，并且在调光开关的工作占空比降低时减小通过LED灯的被调节的正向电流。LED驱动器为依赖于电源来操作的有源器件。许多LED灯提供用于LED驱动器和LED灯的其他有源部件的单独电源。然而，单独电源的使用增加了LED灯出于除点亮LED以外的目的而使用的电量，从而降低了LED灯的整体效率。

发明内容

为了提高LED灯的整体工作效率，使用LED灯内的电源来对调节单元(例如，电容器)进行充电，并且跨调节单元两端的电压被用于向LED灯的内部部件供电。在一个实施方式中，LED灯包括LED驱动器和一个或更多个LED。LED驱动器从调光开关接收指示用于LED灯的调光量的输入信号，并且基于该输入信号来控制通过一个或更多个LED的被调节的电流，使得该一个或更多个LED的输出光强度与用于LED灯的调光量基本上对应。调节单元被耦接至LED驱动器，并且该调节单元两端的电压向LED驱动器提供电力，以使LED驱动器工作。控制器提供来自调节单元的被调节的输出，以向LED驱动器供电。控制器选择用于对调节单元进行充电的电源，并且使用所选择的电源来对调节单元进行充电。在一个实施方式中，控制器在泄放电路与LED灯中的一个或更多个其他电源(比如向一个或更多个LED递送电力的电感器)之间进行选择，该泄放电路被配置成生成LED灯中的泄放电流，以在调光开关中维持至少阈值电流。

根据一个实施例，一种LED灯包括：一个或更多个LED；LED驱动器，LED驱动器从调光开关接收指示用于LED灯的调光量的输入信号，LED驱动器基于输入信号来控制通过一个或更多个LED的、被调节的电流，使得一个或更多个LED的输出光强度与用于LED灯的调光量对应；被调节的输出，被调节的输出向LED驱动器提供工作电力；以及控制器，控制器调节被调节的输出，控制器从两个或更多个电源中选择用于对被调节的输出进行充电的电源，两个或更多个电源包括在被启动时在调光开关中生成泄放电流的泄放电路，其中，使用所选择的电源来对被调节的输出进行充电。

根据另一个实施例，提供一种用于驱动LED灯的方法，LED灯包括一个或更多个LED、LED驱动器以及向LED驱动器提供工作电力的被调节的输出，该方法包括：从调光开关接收指示用于LED灯的调光量的输入信号；利用LED驱动器、基于输入信号来控制通过一个或更多个LED的被调节的电流，使得一个或更多个LED的输出光强度与用于LED灯的调光量对应；提供被调节的输出，以向LED驱动器供电；以及从两个或更多个电源中选择用于对被调节的输出进行充电的电源，两个或更多个电源包括在被启动时在调光开关中生成泄放电流的泄放电路，其中，使用所选择的电源来对被调节的输出进行充电。

在说明书中描述的特征和优点并不是包括全部的，并且具体地，鉴于附图、说明书和权利要求书，许多另外的特征和优点对于本领域技术人员来说将是明显的。此外，应当指出的是，说明书中所使用的语言主要是为了易读和指导的目的而选择的，它可能未被选择成描绘或限制发明主题。

附图说明

通过结合附图来考虑以下详细描述，可以容易地理解本发明的实施方式的教导。

图1示出了根据一个实施方式的LED灯电路。

图2是示出根据一个实施方式的LED灯的部件的框图。

图3是示出根据一个实施方式的LED灯中的泄放电路的框图。

图4是示出根据一个实施方式的用于生成用于向LED灯的内部部件供电的电压的处理的流程图。

具体实施方式

附图和以下描述仅通过说明的方式涉及本发明的优选实施方式。应当注意的是，根据以下讨论，将容易认识到本文所公开的结构和方法的替选实施方式为在不背离所要求保护的发明的原理的情况下可以采用的可行替选方案。

现在将详细地参照在附图中示出其示例的本发明的若干实施方式。要注意的是，在任何可实行的情况下，可以在附图中使用相似或相同附图标记，并且其可以表示相似或相同的功能。附图仅出于说明的目的描绘了本发明的实施方式。本领域技术人员根据以下描述将容易认识到在不背离本文所描述的发明的原理的情况下可以采用本文所示的结构和方法的替选实施方式。

如将要参照附图在下面更详细地说明的，根据各种实施方式的LED灯系统和方法使用耗散源来向LED灯的内部部件供电。特别地，LED灯对调节单元(比如电容器)进行充电，以生成用于向该灯中的各种有源部件(比如一个或更多个开关控制器)供电的Vcc电压。另外，LED灯使用耗散电流源(比如泄放电路)来对调节单元进行充电，从而提高了LED灯的整体效率。

图1示出了包括与传统调光开关120一起使用的LED灯130的LED灯系统。根据各种实施方式的LED灯130是传统调光开关设置中白炽灯的直接替代。调光开关120与AC输入电压源110和LED灯130串联地放置。调光开关120接收调光输入信号125，并且使用该输入信号125来设置LED灯130的期望光输出强度。调光开关120接收AC输入电压信号115，并且响应于调光输入信号125来调整灯输入电压135的V-RMS值。换言之，调光开关120对由LED灯130输出的光强度的控制通过调整被施加到LED灯130的灯输入电压135的RMS值来实现。LED灯130控制LED灯130的光输出强度，以与灯输入电压135成比例地改变，尽管LED为电流驱动器件而不是电压驱动器件，但是LED表现出与白炽灯类似的行为。调光输入信号125可以手动地(经由在本文中未示出的旋钮或者滑块开关)来提供或者经由自动化照明控制系统(在本文中未示出)来提供。

调光开关120通过控制AC输入电压信号115的相位角来调整灯输入电压135的V-RMS。特别地，调光开关120通过消除AC输入信号115的每个半周期的一部分来减小输入电压135的V-RMS。通常，调光开关120通过增加每个半周期的被消除的部分并且因此减小调光器的导通时间来增加调光效果(即，降低光强度)。在一个实施方式中，调光开关120采用双向可控硅器件来生成相位角切换，以调整灯输入电压135。一旦被触发，则该双向可控硅器件继续向LED灯130传导电流直到该电流下降到阈值(被称为保持电流)以下为止。

图2是示出了LED灯130的部件的框图。在一个实施方式中，LED灯130包括桥式整流器DB1、输入电容器C1、电感器L1、输出电容器C2、晶体管S1、功率开关S2、至少一个充电开关S4以及开关控制器U1和U3。LED灯130的其他实施方式可以包括不同的或附加的部件。

桥式整流器DB1对通过调光开关120输入至LED灯130的电压信号135进行整流，并且提供输入电容器C1两端的被整流的电压。电感器L1、二极管D1、电容器C2、晶体管S1以及开关S2形成非隔离降压升压型功率转换器，该非隔离降压升压型功率转换器提供输出至一个或更多个LED(比如图2所示的LED1)的被调节的电流。在一个实施方式中，晶体管S1为双极结型晶体管并且保持在导通状态以提供高电压隔离。控制器U1控制开关S2(其为例如场效应晶体管)的导通周期和关断周期，以将被调节的输出电流提供给LED1。当开关S2导通时，输入至LED灯130的电力被存储在电感器L1中。在开关S2的关断周期期间，电流被提供给跨电容器C2两端的LED1。控制器U1控制开关S2的切换，使得保持基本上恒定的电流通过LED1。在一个实施方式中，控制器U1接收指示通过LED1的输出电流的反馈电压或电流(未示出)，并且响应于该反馈来控制开关S2的切换。此外，在一个实施方式中，控制器U1从调光开关120接收指示用于LED灯130的调光量的调光信号。在此情况下，控制器U1控制通过LED1的电流，使得来自LED1的输出光强度与用于LED灯130的调光量基本上对应。

充电开关S4、控制器U3以及调节单元C3形成电压充电电路。调节单元C3存储可用于向LED灯130中的一个或更多个内部部件(比如控制器U1或U3)提供电力的电压Vcc。在一个实施方式中，调节单元C3包括一个或更多个电容器。使用来自功率开关S2的漏极端的电力和来自一个或更多个辅助电源210的电力来对调节单元C3进行充电。控制器U3控制辅助电源210和开关S4的切换，以调节由调节单元C3存储的电压。控制器U3接收指示由调节单元C3存储的电压的量的信号Vsense，并且调节辅助电源210和开关S4的切换以调整该电压。例如，如果信号Vsense指示电压Vcc下降到阈值以下，则控制器U3接通开关S4或辅助电源210以增加电压Vcc。控制器U3可以替选地采用其他调节方案来提供来自调节单元C3的被调节的输出电压Vcc。

辅助电源210可以为LED灯130中的各种各样的耗散电流源或非耗散电流源中的任何电流源。在一个实施方式中，控制器U3选择性地启动开关S4或辅助电源210，以提高LED灯130的整体效率。例如，如果辅助电源210耗散来自LED灯130的电力，则在可能的情况下控制器U3使用来自辅助电源210的电力对调节单元C3进行充电，以重新获得否则将从辅助电源耗散的电力的一部分。因此，调节单元C3存储否则将从LED灯130耗散的能量的一部分，以向LED灯130的内部部件供电。

由控制器U3使用以对调节单元C3进行充电的一个示例辅助电源210为泄放电路。如以上所述，当通过调光开关120中的双向可控硅器件的电流超过保持电流时，该双向可控硅器件向LED灯130传导电流。因为LED灯比按照惯例与调光开关一起使用的白炽灯泡更高效，所以由LED灯130吸取的电流可能会下降到双向可控硅的保持电流以下。如果由LED灯130吸取的电流在保持电流以下，则LED灯中的泄放电路被启动以吸取来自调光开关的额外电流，并且从而使通过双向可控硅的电流增加到保持电流以上。

图3示出了包括示例泄放电路305的LED灯130的一个实施方式。在一个实施方式中，如图3所示，泄放电路305被耦接至调节单元C3，并且该泄放电路305包括开关S3和电流源I1(包括例如一个或更多个电阻器)。如在本文所使用的，术语“耦接”可以指的是两个部件之间的直接连接以及部件之间的间接连接二者。泄放电路305的除了图3所示的配置以外的众多配置是可能的。当电流源I1被启动时，泄放电路305增加由LED灯130吸取的电流的量，以维持至少阈值保持电流通过调光开关120的双向可控硅器件。在一个实施方式中，响应于检测到通过双向可控硅器件的电流在阈值电流(例如，保持电流或者在保持电流以上指定量)以下，控制器U3启动泄放电路305。在其他实施方式中，LED灯130包括单独的控制器(未示出)，该单独的控制器接收指示通过双向可控硅器件的电流的信号，并且基于该双向可控硅器件的电流来启动或关闭泄放电路305。

在一个实施方式中，控制器U3控制开关S3的切换，以引导由电流源I1生成的泄放电流。当开关S3关断时，泄放电流对调节单元C3进行充电并且从而使由调节单元C3存储的电压Vcc增加。当开关S3导通时，泄放电流被耗散至地。可替选地，单独的控制器可以基于Vsense或来自控制器U3的信号来控制开关S3的切换。

图4是示出了根据一个实施方式的用于生成用于向LED灯的内部部件供电的Vcc电压的处理的流程图。在一个实施方式中，由控制器U3执行处理的步骤。其他实施方式可以包括更少的步骤、不同的步骤或附加的步骤，并且该步骤可以以不同的顺序来执行。

控制器U3确定402LED灯130中是否需要泄放电流来增加通过调光开关120的双向可控硅器件的电流的量。例如，控制器U3接收指示双向可控硅器件的电流负荷的信号并且将该电流负荷与双向可控硅器件的保持电流进行比较。如果不需要泄放电流(例如，如果双向可控硅器件的电流负荷大于该器件的保持电流)，则控制器U3继续监视电流负荷。

如果控制器U3确定402需要泄放电流来增加双向可控硅器件的电流负荷，则控制器U3启动电流源I1以启动404泄放电流。控制器U3还测量跨调节单元C3两端的电压Vcc并且确定406Vcc是否被充电。例如，控制器U3将Vcc的测量结果与阈值进行比较。如果所测量到的电压小于阈值，则控制器U3确定406Vcc未被充电。在这种情况下，控制器U3将开关S3置于关断状态以使用泄放电流对调节单元C3进行充电408。

如果控制器U3确定406Vcc被充电(例如，如果所测量到的电压超过阈值)，则控制器U3允许410泄放电流泄放至地。例如，控制器U3将开关S3置于导通状态，从而使由电流源I1生成的泄放电流绕过调节单元C3并且泄放至地。

根据本公开内容的各种实施方式的LED灯具有以下优点：LED灯可以直接替代在住宅和商业照明应用中发现的典型布线配置中的传统白炽灯，以及LED灯可以与通过改变至灯的输入电压来实施调光的传统调光开关一起使用。此外，因为LED灯的内部部件使用LED灯的耗散电源(比如维持至少阈值电流通过与LED灯耦接的调光开关的泄放电路)来供电，所以根据本文所述的各种实施方式的LED灯比采用单独的电源向内部部件供电的LED灯更有效。

在阅读本公开内容时，本领域的技术人员将理解仍存在用于LED灯的附加替选设计。因此，尽管已经示出了并描述了本发明的特定实施方式和应用，但要理解的是，本发明不限于本文所公开的确切的结构和部件，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所公开的本发明的方法和装置的布置、操作和细节做出对于本领域技术人员来说将是明显的各种修改、改变和变型。

Claims (16)

1.一种发光二极管LED灯，包括：

一个或更多个LED；

LED驱动器，所述LED驱动器从调光开关接收指示用于所述LED灯的调光量的输入信号，所述LED驱动器基于所述输入信号来控制通过所述一个或更多个LED的、被调节的电流，使得所述一个或更多个LED的输出光强度与用于所述LED灯的调光量对应；

被调节的输出，所述被调节的输出向所述LED驱动器提供工作电力；以及

控制器，所述控制器调节所述被调节的输出，所述控制器从两个或更多个电源中选择用于对所述被调节的输出进行充电的电源，所述两个或更多个电源包括在被启动时在所述调光开关中生成泄放电流的泄放电路，其中，使用所选择的电源来对所述被调节的输出进行充电。

2.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述控制器选择所述两个或更多个电源中、耗散较高能量的电源来对所述被调节的输出进行充电。

3.根据权利要求1所述的LED灯，

其中，使用所述泄放电流来对所述被调节的输出进行充电。

4.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述泄放电路包括电流源和一个或更多个开关，并且其中，所述控制器控制所述一个或更多个开关的切换来启动所述电流源以生成所述泄放电流。

5.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述控制器还适于：

响应于检测到所述被调节的输出的电压在阈值电压以下而使用所述泄放电流对所述被调节的输出进行充电；以及

响应于检测到所述被调节的输出的电压在所述阈值电压以上而将所述泄放电流耗散到所述LED灯的接地节点。

6.根据权利要求1所述LED灯，其中，所述控制器还适于：

从所述调光开关接收指示通过所述调光开关的电流的量的信号；以及

响应于通过所述调光开关的电流在阈值电流以下而启动所述泄放电路。

7.根据权利要求1所述的LED灯，还包括：

电感器，所述电感器被耦接至所述LED灯的输入和所述一个或更多个LED；

其中，所述LED驱动器包括被耦接至所述电感器的开关，在所述开关的导通周期期间能量被存储在所述电感器中，以及在所述开关的关断周期期间能量被传送至所述一个或更多个LED。

8.根据权利要求7所述的LED灯，其中，所述被调节的输出被耦接至所述电感器，并且其中，所述控制器在所述电感器与一个或更多个其他电源之间进行选择用于对所述被调节的输出进行充电。

9.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述被调节的输出由调节单元来提供，所述调节单元包括电容器。

10.一种用于驱动发光二极管LED灯的方法，所述LED灯包括一个或更多个LED、LED驱动器以及向所述LED驱动器提供工作电力的被调节的输出，所述方法包括：

从调光开关接收指示用于所述LED灯的调光量的输入信号；

利用所述LED驱动器、基于所述输入信号来控制通过所述一个或更多个LED的被调节的电流，使得所述一个或更多个LED的输出光强度与用于所述LED灯的所述调光量对应；

提供所述被调节的输出，以向所述LED驱动器供电；以及

从两个或更多个电源中选择用于对所述被调节的输出进行充电的电源，所述两个或更多个电源包括在被启动时在所述调光开关中生成泄放电流的泄放电路，其中，使用所选择的电源来对所述被调节的输出进行充电。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

选择所述两个或更多个电源中、耗散较高能量的电源来对所述被调节的输出进行充电。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括：

使用所述泄放电流对所述被调节的输出进行充电。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述泄放电路包括电流源和一个或更多个开关，所述方法还包括：

控制所述一个或更多个开关的切换来启动所述电流源，以生成所述泄放电流。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括：

响应于检测到所述被调节的输出的电压在阈值电压以下而使用所述泄放电流对所述被调节的输出进行充电；以及

响应于检测到所述被调节的输出的电压在所述阈值电压以上而将所述泄放电流耗散到所述LED灯的接地节点。

15.根据权利要求10所述的方法，还包括：

从所述调光开关接收指示通过所述调光开关的电流的量的信号；以及

响应于通过所述调光开关的所述电流在阈值电流以下而启动所述泄放电路。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述LED灯还包括电感器和开关，其中，所述电感器被耦接至所述LED灯的输入、所述被调节的输出以及所述一个或更多个LED，其中，所述开关被耦接至所述电感器，在所述开关的导通周期期间能量被存储在所述电感器中，以及在所述开关的关断周期期间能量被传送至所述一个或更多个LED，并且其中，所述方法还包括：

在所述电感器与一个或更多个其他电源之间进行选择用于对所述被调节的输出进行充电。