CN114600558A

CN114600558A - 一种led装置和控制led装置的方法

Info

Publication number: CN114600558A
Application number: CN202080074091.7A
Authority: CN
Inventors: H·M·J·M·卡尔曼; T·G·齐杰尔曼
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-06-07
Also published as: WO2021078697A1; EP4049515B1; US11792903B2; EP4049515A1; US20220394834A1

Abstract

一种LED装置，具有并联连接的LED串和平滑电容器。可控限压器能够限制LED串两端的电压，以选择性地防止LED串输出光。当LED装置接通时，可控限压器可以激活，使得在不激活LED串的情况下，平滑电容器可以被高电流充电。

Description

一种LED装置和控制LED装置的方法

技术领域

本发明涉及LED装置的领域，特别是涉及在启动过程期间控制LED装置的操作。

背景技术

可调光LED装置越来越多地在灯光应用中使用，例如作为现有卤素灯泡的替代品。一直期望最大化这种LED装置的效率。

典型地，LED装置包括可连接到整流市电(mains)输出或其他电压源(诸如蓄电池或电池)的LED串。可控电流源可以控制通过LED串汲取的电流，以便控制由LED串输出的亮度水平。例如，可以使用脉冲宽度调制(PWM)技术来控制电流。在一些应用中，为了改善LED装置的功率因数和效率，将平滑电容器与LED串并联连接，以便执行市电电流整形。

然而，发明人已经认识到，引入该平滑电容器的结果是LED装置(诸如在启动过程期间)对期望亮度强度的变化的固有缓慢响应。具体地，这种LED装置对从“关闭”或“待机”状态(即没有光输出)到低强度光输出(即低亮度水平)的变化的响应特别慢。

因此，期望减少平滑电容器对改变由LED串输出的亮度水平的速度的影响。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本发明一个方面的示例，提供了一种用于连接到电压源的LED装置。该LED装置包括：LED串，包括一个或多个LED并且适于从电压源接收功率；可控电流源，与LED串串联连接；电容器，与LED串并联连接；电阻性负载，与LED串并联连接；可控限压器，适于选择性地将LED串两端的电压限制为不大于第一电压电平，其中第一电压电平低于LED串的正向电压；以及控制器，适于响应于指示信号来控制可控电流源和可控限压器，该指示信号至少指示LED串的期望输出亮度水平的变化。该控制器适于：响应于指示将LED串的亮度水平从第一亮度水平切换到第二亮度水平的期望的指示信号：在第一时间段期间，控制可控电压源将LED串两端的电压限制为不大于第一电压电平，并且控制可控电流源调节由电容器存储的电荷；以及在第一时间段完成之后，控制可控限压器停止将LED串两端的电压限制为不大于第一电压电平，并且控制可控电流源尝试从电压源汲取通过的LED串的电流，使得LED串的亮度处于第二亮度水平。

本发明提供了一种方式来适当且快速地对电容器充电或放电以具有合适的电荷量，以用于经由LED串提供第二亮度水平而不需要激活LED串，从而在接通LED装置的情况下避免闪光，或者在关断LED装置的情况下避免逐渐变暗(“渐暗”)。

在接通场景中，即在启动期间，通过将LED串两端的电压设置为小于LED串的正向电压，可以(例如使用非常大的电流)快速调节电容器的电荷，而不使用所述大电流驱动LED串。由此，这可以增加接通速度，并且减少接通或启动过程的长度。

在关断场景中，即在切断期间，通过将LED串两端的电压设置为小于LED串的正向电压，可以通过允许电容器上的任何残余电荷通过电阻性负载放电而不经过LED串(因为LED串两端的电压小于正向电压)来快速关断LED串(即停止输出光)。由此，这可以增加关断速度，并且减少关断或切断过程的长度。

由此，实施例提供了一种LED装置，其对亮度水平的期望变化响应更加迅速，特别是对在“开启(ON)”状态与“关闭(OFF)”状态之间切换LED装置的期望响应更加迅速。

控制器可以适于在第一时间段之后，使用脉冲宽度调制技术来控制可控电流源汲取电流。这提供了控制由LED串输出的光的亮度水平以实现第二亮度水平的一种简单且直观的方法。

控制器可以被适配成使得由可控电流源在第一时间段期间汲取的平均电流大于由可控电流源在第一时间段之后汲取的平均电流。

这确保了电容器在第一时间段期间将会比其他在不使用所提出的方法(例如，仅使用实现第二亮度水平所需的电流对电容器充电)的情况下更快速地被充电(放电)。

第一亮度水平可以小于第二亮度水平。当用于从低亮度水平切换到较高亮度水平时，本发明特别有利，因为可以实现电容器的快速充电(以达到较高亮度水平所需的电荷)。

在一个实施例中，第一亮度水平为零，并且第二亮度水平为非零。在其他实施例中，第一亮度水平为非零，并且第二亮度水平为零。因此，在一些实施例中，第一亮度水平为零，并且第二亮度水平非零，反之亦然。

在一些实施例中，第一亮度水平为零，并且第二亮度水平为非零，且不超过LED串的最大(可能)亮度水平的一半或四分之一。已经描述了当需要小电流通过LED串(以达到第二亮度水平)时，电容器充电缓慢是如何特别普遍。因此，当用于从关闭状态切换到具有低调光的开启状态时，实施例是特别有利的。

在一些实施例中，如果第二亮度水平大于LED串的最大可能亮度水平的预定部分，例如大于最大可能亮度水平的一半或四分之一，则可以跳过第一时间段(例如，可以不使用可控电压源)。

第一时间段的长度可以取决于第二亮度水平的大小。在低调光水平下，在电容器处所需的电荷变化(例如以在第一亮度水平与第二亮度水平之间切换)小于在高调光水平下电容器处所需的电荷变化。因此，考虑到所需的电荷变化，第一时间段的长度可以不同。

在一些实施例中，可控限压器包括：第一阻抗装置，由与LED串并联连接的一系列一个或多个阻抗元件形成；第二阻抗装置，连接在第一阻抗装置与接地或参考电压之间，第一阻抗装置和第二阻抗装置被布置成在电压源与接地或参考电压之间形成分压器；以及开关装置，被布置成响应于控制器可控地旁路第一阻抗装置的一个或多个阻抗元件，从而控制第一阻抗装置的有效阻抗，并且从而控制LED串两端的电压。

开关装置可以包括第一晶体管，该第一晶体管具有由控制器控制的基极和连接在第一阻抗装置的至少一个阻抗元件的两侧之间的集电极和发射极。

由此，第一晶体管能够通过控制器对基极的适当控制来选择性地旁路第一阻抗装置的至少一个阻抗元件。当然，集电极和/或发射极可以通过一个或多个另外的阻抗元件(例如具有与第一阻抗装置的被旁路的阻抗元件不同的组合电阻)连接到第一阻抗装置的至少一个阻抗元件的一侧。

在至少一个实施例中，第一阻抗装置至少包括第一阻抗元件和不同的第二阻抗元件；开关装置的第一晶体管的集电极和发射极分别连接在第一阻抗元件的第一侧与第二侧之间；并且开关装置还包括第二晶体管，该第二晶体管具有：连接到第一阻抗元件的第二侧和第二阻抗元件的第一侧的基极；连接到第一阻抗元件的第一侧的集电极；以及连接到第二阻抗元件的第二侧的发射极。

LED装置还可以包括与LED串并联连接的电阻性负载。

根据本发明一个方面的示例，提供了一种控制由LED串、可控电流源和电容器形成的LED装置的方法，该LED串包括一个或多个LED并且适于从电压源接收功率，该可控电流源与LED串串联连接，该电容器与LED串并联连接。该方法包括：响应于指示将LED串的亮度水平从第一亮度水平切换到不同的第二亮度水平的期望的指示信号：在第一时间段期间：将LED串两端的电压限制为第一电压电平，并且控制从电压源汲取的电流，从而对电容器充电；以及在第一时间段完成之后，解除对LED串两端的电压的限制，并且控制从电压源汲取的通过LED串的电流，使得LED串的亮度处于第二亮度水平。

在第一时间段期间从电压源汲取的平均电流可以大于在第一时间段之后从电压源汲取的平均电流。第一亮度水平可以小于第二亮度水平。第二亮度水平可以不超过LED串的最大亮度水平的一半。

参考下文描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见并得到阐述。

附图说明

为了更好地理解本发明并且为了更清楚地示出如何实施本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：

图1示出了根据已知示例的LED装置；

图2示出了根据第一实施例的LED装置；

图3示出了根据第二实施例的LED装置；

图4示出了用于触发对第二实施例的理解的波形；以及

图5示出了根据一个实施例的方法。

具体实现方式

将参照附图描述本发明。

应该理解，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。根据以下描述、所附权利要求和附图，本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的，并且没有按比例绘制。还应该理解，在所有附图中，相同的附图标记用于指示相同或相似的部分。

根据本发明的概念，提出了一种具有并联连接的LED串和平滑电容器的LED装置。可控限压器能够限制LED串两端的电压，以选择性地防止LED串输出光。当LED装置接通时，可控限压器可以激活，使得可以在不激活LED串的情况下，利用高电流对平滑电容器充电。

实施例至少部分地基于这样的认识，即LED装置中的平滑电容器可能导致LED装置的接通时间和关断时间缓慢。这是因为在LED串可以分别激活或不激活之前，平滑电容器需要存储或移除一定量的电荷。已经认识到，在接通或关断过程或序列期间，限制LED串两端的电压可以防止LED串在电容器适当充电/放电时被激活(即输出光)。这使得接通序列或关断序列能够更快地执行。

例如，说明性实施例可以用在LED装置或LED系统中，并且在点亮多通道和单通道的灯驱动器中有特别用途。

图1示出了根据已知示例的LED装置100，提供该装置是为了阐明本发明的优点。

LED装置100包括并联连接的LED串D和电容器C1。LED串D适于从电压源V汲取功率。LED装置还包括与LED串和电容器C1并联连接的电阻性负载R1。

可控电流源CS与LED串D串联连接(从而与电容器C1和电阻性负载R1串联连接)，并且包括用于可控电流源的公知配置。可控电流源CS包括可控电压源V_CS、电流源CS_CS、感测电阻器R_sense和运算放大器A，它们被适当地连接使得对可控电压源V_CS的控制控制由可控电流源汲取的(平均)电流。

电流源Cs的功能是独立于电流源两端的电压向LED传递固定电流。根据欧姆定律，通过LED的电流(I_LED)由下式定义：

运算放大器A充当控制元件，以将感测电阻器R_sense两端的电压维持在控制电压V_CS，从而维持电流。

在所示的示例中，可控电流源在两种状态(即它汲取电流的第一状态和它不汲取任何电流的第二状态)之间是可控的或可切换的。对控制电流源的状态的适当控制(例如使用脉冲宽度调制技术)允许对由可控电流源汲取的平均电流进行控制。

电压源V可以例如包括整流市电电源或电池电源。因此，电压源V可以被建模为DC(直流)电源。电压源提供用于驱动LED串的功率。

由LED串D输出的光的亮度水平由可控电流源CS控制。具体地，可控电流源CS可以控制通过LED串汲取的平均电流，从而控制由LED串D输出的光的亮度水平。

LED装置100由此在至少关闭或待机状态(即不期望LED串D输出光)与开启状态(即期望LED串D输出光)之间是可切换的。这可以通过控制由可控电流源S汲取的电流来执行。在关闭状态下，没有电流通过LED串被汲取。在开启状态下，电流通过LED串被汲取。当在开启状态下操作时，可以控制由可控电流源汲取的电流的大小，以便控制由LED串D输出的光的亮度水平。

(平滑)电容器C1有助于平滑通过LED装置汲取的电流，从而改善功率因数、效率并减少闪光。当LED串D两端的电压下降到LED串D的正向电压以下时(例如，如果LED装置从开启状态切换到关闭状态)，电阻性负载R1提供电流路径(以用于对电容器C1放电)。

现有的LED装置(诸如LED装置100)由于将电容器充电到适当电平所需的时间而遭受缓慢的接通时间(即从关闭或待机状态切换到开启状态)。当从关闭/待机状态切换到具有低亮度水平的开启状态时，这尤其成问题。

考虑一种期望亮度水平被从零切换到低照明水平的场景。在这种场景中，为达到低照明水平，通过LED串汲取的(平均)电流将会导致电容器花费相对长的时间来适当充电，从而导致接通时间缓慢。

克服这个问题的一种方法可以是最初通过LED装置汲取大电流，以便快速对电容器充电。然而，这会不利地导致“闪光”，因为通过LED串的大电流会使得LED串输出强光。

本发明通过使用可控限压器将LED串两端的电压限制为低于LED串的正向电压(即接通电压)的水平、同时对电容器快速充电，来克服这两个问题。这防止了LED串输出强光，同时减少了将电容器充电到适当水平所需的时间。

类似地，现有的LED装置也遭受关断时间缓慢的问题，因为电容器将存储一定量的电荷，这些电荷在可控电流源被切断之后的一段时间内可以通过LED串继续耗散(从而使其发射光)。这种效果有时被称为“渐暗”(fade)。

本发明的可控限压器使得LED串两端的电压能够被快速限制为低于正向电压电平的电压，从而防止LED串输出光并将LED装置快速切换到关闭状态。

图2示出了根据本发明实施例的LED装置200，其包括如前所述的LED串D、电容器C1和可控电流源CS。

LED装置200还包括可控限压器VL1。可控限压器VL1被配置为将LED串D两端的电压V_D可控地限制(即约束和不约束)为第一预定电压电平。第一预定电压电平小于LED串D的正向电压。LED串的正向电压对于技术人员来说是公知的，并且有时被称为“压降(voltagedrop)”。

换句话说，可控限压器能够在第一模式与第二模式之间切换，在第一模式中，可控限压器将LED串D两端的电压V_D约束为不大于第一预定电压电平，在第二模式中，可控限压器不将LED串D两端的电压V_D限制为不大于第一预定电压电平。因此，当在第二模式中操作时，LED串D两端的电压V_D能够达到或超过LED串的正向电压。

LED装置200的可控限压器VL1的所示实施例包括第一阻抗装置R1、第二阻抗装置R2和开关装置Q1、R3。

第一阻抗装置R1与LED串D并联连接。第二阻抗装置R2连接在LED串(即第一阻抗装置)与接地或参考电压GND之间。因此，第一阻抗装置和第二阻抗布装置实际上形成分压器。

当LED串D两端的电压下降到LED串D的正向电压以下时(例如，如果LED装置从开启状态切换到关闭状态)，第一阻抗装置R1还充当用于提供电流路径的电阻性负载。

开关装置Q1、R3包括适于可控地旁路第一阻抗装置R1从而控制第一阻抗装置R1的有效阻抗的开关，诸如晶体管(例如MOSFET或BJT)。具体地，开关装置Q1被配置为实际上在第一阻抗装置R1与阻抗R3之间切换阻抗。

因此，开关装置Q1、R3可以通过在第一模式与第二模式之间切换(即分别断开或闭合开关Q1)来实际上修改LED串D两端的电压。在第一模式中，第一阻抗装置R1和第二阻抗装置R2充当分压器，从而将LED串两端的电压固定为不大于特定电压电平。在第二配置中，第一阻抗装置R1和阻抗R3并联连接，从而修改LED串D两端的固定电压电平。

适当地选择组件R1、R2和R3的阻抗值(适当参考由电压源V提供的电压电平)，使得当开关装置处于第二模式并且LED装置处于稳定状态时，跨第一阻抗装置R1和LED串D两端的电压小于LED串的正向电压。

适当地选择组件R1、R2的阻抗值(适当参考由电压源V提供的电压电平)，使得当开关装置处于第一模式并且LED装置处于稳定状态时，LED串D两端的电压V_D大于或等于LED串的正向电压。

以这种方式，可控限压器VL1可以被控制为选择性地将LED串D两端的电压电平V_D固定(在稳定状态下)为第一预定电压电平，该第一预定电压电平小于LED串的正向电压。

阻抗R3是可选的，并且在一些实施例中可以省略。这将实际上导致开关装置使LED串短路(即，除了任何集电极/发射极或源极/漏极压降之外，LED串两端实际上没有压降)。在这种场景中，第一预定电压电平实际上为零(或等于开关Q1的集电极到发射极或源极到漏极的电压降)。

LED装置200还包括控制器250。控制器250适于控制可控电流源CS和可控限压器VL1。这可以分别使用第一控制信号s₁和第二控制信号s₂来执行。

控制器250响应于指示信号s_i，指示信号s_i至少指示改变由LED串D输出的光的强度的期望。这可以由与用户接口(例如调光器或开关)或另一设备(诸如定时器、调度器或路由器)交互的用户来提供。

控制器250适于响应于指示将LED串的亮度水平从第一亮度水平切换到不同的第二亮度水平的期望的指示信号来执行某些步骤。

响应于对期望的切换的指示，控制器在第一时间段期间控制可控电压源将LED串两端的电压限制为第一电压电平，并且控制可控电流源汲取通过可控限压器的电流，从而对电容器充电。

在第一时间段完成之后(即当第一时间段结束时)，控制器250控制可控限压器VL1解除对LED串D两端的电压的限制，并且控制可控电流源CS汲取通过LED串D的电流，使得LED串的亮度处于第二亮度水平。

通过将LED串两端的电压限制为第一电压电平，LED串两端的电压足够低以防止LED串被激活，从而防止闪烁，同时允许电容器的快速充电(或放电)。

因此，在接通场景中，在不会由于高电流引起LED闪烁的情况下，电容器能够在第一时间段期间快速充电，从而减少LED装置的接通时间。类似地，在关断场景中，电容器能够在第一时间段期间快速放电，并且在电容器放电的同时防止LED装置输出光。

优选地，在第一时间段期间，控制器控制可控电流源汲取最大可能的平均电流，从而对电容器快速充电或放电。

在一些实施例中，可控电流源被设计成可使用脉冲宽度调制技术来控制。相应地，控制器250可以适于通过提供采用脉冲宽度调制技术的脉冲宽度调制信号来控制可控电流源。

因此，在第一时间段完成之后，控制器250可以使用脉冲宽度调制技术来控制可控电流源，以控制通过LED串的平均电流，从而达到第二亮度水平(例如，如果期望非最大的光量，则提供占空比小于100％的脉冲宽度调制信号)。

在另一实施例中，在第一时间段期间，控制器250可以向可控电流源提供占空比为100％的脉冲宽度调制信号。这确保了电容器最快速的充电或放电，从而最小化接通过程或关断过程的时间。

如前所述，发明人已经认识到，当期望将LED串的亮度水平从零切换到非常低的亮度水平时，本发明特别有利。因此，在一些实施例中，第二亮度水平不超过LED串的最大亮度水平的一半。在一些另外的实施例中，第二亮度水平不超过LED串的最大亮度水平的四分之一。

当可控电流源以最大可允许平均电流(例如基于可控电流源的组件或安全要求，其可以限制最大允许平均电流)汲取通过LED串的电流时，最大亮度水平是由LED串输出的亮度水平。

第一时间段的所需长度可以取决于由LED串D输出的期望亮度水平而不同。具体地，亮度水平越低，为了有效地操作而需要存储在电容器C上的电荷越少，这意味着第一时间段的长度可以减少。

因此，在一些实施例中，第一时间段的长度取决于第二亮度水平的大小。在特定示例中，第二亮度水平的大小越低，第一时间段的长度越低。

图3示出了根据本发明第二实施例的LED装置300。LED装置300与LED装置200的不同之处在于包括不同的可控限压器VL2。

LED装置300的可控限压器VL2同样包括第一阻抗装置R4、R5和第二阻抗装置R6。可控限压器还包括开关装置Q2、Q3、Q4、R7、R8、R9、R10、R11、R12。

第一阻抗装置与LED串D并联连接。第二阻抗装置连接在LED串D与接地或参考电压之间。

第一阻抗装置R4、R5包括第一阻抗元件R4和不同的第二阻抗元件R5。这里，第二阻抗装置R6包括单个阻抗元件R6，但是在其他实施例中可以包括一个以上的阻抗元件。

开关装置包括第一PNP晶体管Q2。第一PNP晶体管Q2的集电极经由电阻器R8(其为可选的)连接到第一阻抗元件R4的第一侧。第一PNP晶体管Q2的发射极直接连接到第一阻抗元件的第二侧。在不同的实施例中，一个或多个附加的电阻器可以连接在发射极/集电极与第一阻抗元件R4的对应侧之间。

开关布置还包括第二PNP晶体管Q3。第二PNP晶体管的基极连接到第一阻抗元件R4的第二侧和第二阻抗元件R5的第一侧(即在第一阻抗元件与第二阻抗元件之间)。第二PNP晶体管的集电极连接到第一阻抗元件的第一侧。第二PNP晶体管的发射极连接到第二阻抗元件的第二侧(即集电极和发射极连接在第一阻抗元件的任一侧之间)。基极、集电极和/或发射极可以经由一个或多个附加的电阻(诸如电阻器R7)连接，这些电阻是可选的。

第一PNP晶体管Q2的基极由第一控制信号s₁控制，从而选择性地控制LED串D两端的电压。

为了便于对第一PNP晶体管Q2的基极进行适当的控制，开关装置包括充当电平移位器的一些附加的(但是可选的)组件。

第一NPN晶体管Q4的集电极(经由可选的电阻器R10)连接到第一PNP晶体管Q2的基极，并且第一NPN晶体管Q4的发射极连接到接地或参考电压。第一NPN晶体管Q4的基极由第一控制信号s₁控制(这里，经由分压器R12、R11适当地偏置第一NPN晶体管的基极处的电压)。此外，第一PNP晶体管的基极经由电阻器R9(其可以用一个以上的电阻代替)连接到电压源V。

第一NPN晶体管Q4以及电阻器R11、R12和R10充当电平移位器。第一PNP晶体管Q2和电阻器R8、R9充当启用/禁用电路(由第一控制信号控制)。第二PNP晶体管Q3以及电阻器R4、R5和R7响应于启用/禁用电路来限制电压。

第一阻抗装置R4、R5和附加的电阻R7的组件值限定了LED限制电压电平。

LED装置300包括控制器350，控制器350以类似于第二实施例的LED装置的方式使用第一控制信号s₁控制可控限压器VL2以及使用第二控制信号s₂控制可控电流源CS(如前所述)。稍后将进一步解释控制器的操作。

LED装置300还包括可以充当电流路径的电阻性负载R13。在一些实施例中，电阻性负载R13可以省略，因为它的作用可以由可控限压器VL2的组件(例如电阻器R4和R5)来承担。

电阻性负载R13和第二阻抗装置R6可以用来保持电容器C1两端的预偏置电压。

因此，在一些实施例中，电阻性负载可以形成可控限压器VL2的一部分。

图4示出了用于帮助解释控制器350的操作的波形。当LED装置从关闭或待机状态切换到开启状态(具有由LED串D输出的低的期望亮度水平)(即“接通”序列)时，在一段时间内提供所示的波形。

图4提供了表示LED串D两端的电压V_D的第一波形、表示通过LED串D的电流I_D的第二波形、表示第一控制信号s₁的第三波形s₁和表示第二控制信号s₂的第四波形s₂。

在第一时间点t₁，指示信号(未示出)指示将LED装置从关闭状态切换到开启状态的期望。因此，这指示将由LED串D输出的亮度水平从第一亮度水平(即零)切换到更大的第二亮度水平(其为非零)的期望。

在该第一时间点，控制器设置第一控制信号s₁，使得LED串两端的电压V_D保持不大于预定电压电平V_pd。预定电压电平V_pd被设置为小于LED串的正向电压，使得没有电流I_D通过LED串。

在该第一时间点t₁，控制器还设置第二控制信号s₂，使得可控电流源汲取电流。控制第二控制信号s₂，使得由可控电流源汲取的电流处于最大值(例如，如果使用PWM控制，则占空比为100％)。

第二时间点t₂被定义为跟随在第一时间点t₁后的在第一时间段t_p1期满之后的时间。

在第二时间点t₂，第一控制信号s₁被设置为使得它不再限制LED串两端的电压V_D，电压V_D从而上升到LED串的正向电压。

在第二时间点t₂，第二控制信号s₂被设置为控制通过LED串的(平均)电流，以达到由LED串输出的光的期望亮度水平。如前所述，这可以通过使用脉冲宽度调制技术控制电流来执行(如图所示)。

由此，所描述的方法使得可控电流源在第一时间段t_p1期间能够汲取最大电流，从而能够对电容器C1进行快速充电，以改善LED装置的“接通”时间。

参考图2和图3，本文提出的LED装置200、300可能遭受缓慢的关断时间(即从开启状态切换到关闭状态)。这可能是由于当可控电流源被控制成不汲取电流时(即LED装置被切换为关闭)电容器C1两端的电荷花费了一定量的时间来耗散(即通过LED串D和第二阻抗装置R2、R6)。

因此，控制器250、350可以执行“关断”序列来减少这种影响。

具体地，控制器可以适于响应于指示切断LED装置的期望(即，LED串不发射输出光)的指示信号s₁，控制可控电压源VL1、VL2将LED串D两端的电压限制为第一电压电平，并且控制可控电流源不汲取电流。这防止了LED串D输出光(因为LED串两端的电压小于正向电压)，同时允许电容器C1(例如通过电阻性负载R1、R13和/或可控限压器)放电。

在一定时间段(例如“第二时间段”)过去之后，存储在电容器上的电荷将充分下降到可能没有电流或可忽略的电流流过LED的量。因此，在第二时间段过去之后，不需要控制可控电压源来限制LED串两端的电压。这里不需要控制可控限压器停止限制LED串两端的电压(除了最小化通过操作可控限压器而引起的任何功率损耗)。

第二时间段的长度可以是固定的、动态的(例如基于第二时间段之前的亮度水平或电流)或不确定的(例如直到第一时间段被再次触发)。优选地选择第二时间段的长度，使得电容器C1有足够的时间放电到这样的水平以使得，如果可控限压器停止限制电压，则LED串两端的电压将小于LED串的正向电压。技术人员将能够适当地选择或定义第二时间段的长度。

在任何上述实施例中，LED装置可以适于连接到AC(交流)电压源(例如其自身包括整流器)，而不是连接到DC电压源。这种修改对技术人员来说是已知的。

在任何上述实施例中，提及“电容器”是指具有有意的(intentional)(即非寄生)的电容元件的任何阻抗装置，诸如电容器阵列、单个电容器等。

在一个实施例中，提供了一种LED系统，包括本文描述的LED装置的任何实施例以及用于定义指示信号s_i的用户接口。指示信号指示由LED串输出的光的期望亮度水平，使得用户接口充当调光器。具体地，指示信号可以响应于在用户接口处提供的用户输入。

定义指示信号的其他方法对于技术人员来说是显而易见的，例如使用响应于以下一项或多项的另外的控制器：时间表、环境光水平、运动、无线信号、红外信号等。可以提供一种包括任何所描述的LED装置和这种另外的控制器的LED系统。

图5示出了控制LED装置的方法500。

该方法用于与由LED串、可控电流源和电容器形成的LED装置一起使用，该LED串包括一个或多个LED并且适于从电压源接收功率，该可控电流源与LED串串联连接，该电容器与LED串并联连接。

响应于指示信号来执行方法500，该指示信号指示将LED串的亮度水平从第一亮度水平切换到不同的第二亮度水平的期望。

该方法包括在第一或初始时间段期间执行的第一步骤501。第一步骤501包括将LED串两端的电压限制为第一电压电平，并且控制从电压源汲取的电流，从而对电容器充电。第一步骤在整个第一/初始时间段内执行。

在第一时间段完成之后，执行第二步骤502，第二步骤502包括解除对LED串两端的电压的限制，并且控制通过LED串从电压源汲取的电流，使得LED串的亮度处于第二亮度水平。

该方法可以被适当地适配为执行前述控制器的任何功能。

在提及晶体管的情况下，MOSFET和BJT被认为是合适的选择，在适当的地方使用相关的术语。因此，术语“基极”可以与术语“栅极”互换，术语“集电极”可以与术语“源极”互换，并且术语“发射极”可以与术语“漏极”互换。

技术人员将能够容易地开发出用于执行本文描述的任何方法的控制器。因此，流程图的每个步骤可以表示由控制器执行的不同动作，并且可以由处理系统的相应模块执行。类似地，技术人员将能够容易地开发出用于执行本文描述的任何控制器的功能的方法。

实施例利用了控制器。控制器可以用软件和/或硬件以多种方式实现以执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，微处理器可以使用软件(例如，微码)来编程以执行所需的功能。然而，控制器可以在使用或不使用处理器的情况下实现，并且也可以实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。

可以在本公开的各种实施例中使用的控制器组件的示例包括但不限于传统的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实现方式中，处理器或控制器可以与诸如易失性和非易失性计算机存储器之类的一个或多个存储介质相关联，非易失性计算机存储器诸如是RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以用一个或多个程序编码，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，这些程序执行所需的功能。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器内，或者可以是可移动的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载到处理器或控制器中。

将会理解，所公开的方法优选地是计算机实现的方法。这样，还提出了包括代码部件的计算机程序的概念，当所述程序在处理系统或控制器上运行时，该代码部件用于实现任何描述的方法。

根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的几项的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。如果上面讨论了计算机程序，则它可以被存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统。如果在权利要求或说明书中使用了术语“适配为”，应当注意，术语“适配为”旨在等同于术语“配置为”。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims

1.一种用于连接到电压源(V)的LED装置(100)，所述LED装置(100)包括：

LED串(D)，包括一个或多个LED并且适于从所述电压源(V)接收功率；

可控电流源(CS)，与所述LED串(D)串联连接；

电容器(C1)，与所述LED串(D)并联连接；

可控限压器(VL1)，适于选择性地将所述LED串(D)两端的电压限制为不大于第一电压电平，其中所述第一电压电平低于所述LED串(D)的正向电压；以及

控制器(250)，适于响应于指示信号来控制所述可控电流源(CS)和所述可控限压器(VL1)，所述指示信号至少指示所述LED串(D)的期望输出亮度水平的变化，其中所述控制器(250)适于：

响应于指示将所述LED串(D)的亮度水平从第一亮度水平切换到第二亮度水平的期望的所述指示信号：

在第一时间段期间，控制所述可控电流源(CS)以将所述LED串(D)两端的电压限制为不大于所述第一电压电平，并且控制所述可控电流源(CS)以调节由所述电容器(C1)存储的电荷；以及

在所述第一时间段完成之后，控制所述可控限压器(VL1)停止将所述LED串(D)两端的电压限制为不大于所述第一电压电平，并且控制所述可控电流源(CS)尝试从所述电压源(V)汲取通过所述LED串(D)的电流，使得所述LED串(D)的亮度处于所述第二亮度水平，

其中所述可控限压器(VL1)包括：

第一阻抗装置(R4，R5)，由与所述LED串(D)并联连接的一系列一个或多个阻抗元件形成；

第二阻抗装置(R6)，连接在所述第一阻抗装置(R4，R5)与接地或参考电压之间，所述第一阻抗装置和所述第二阻抗装置被布置成在所述电压源(V)与所述接地或所述参考电压之间形成分压器；以及

开关装置(Q2，Q3，Q4，R7，R8，R9，R10，R11，R12)，被布置成响应于所述控制器(250)来可控地旁路所述第一阻抗装置(R4、R5)的阻抗元件中的一个或多个阻抗元件，从而控制所述第一阻抗装置(R4，R5)的有效阻抗，并且从而控制所述LED串(D)两端的电压。

2.根据权利要求1所述的LED装置(100)，其中所述控制器(250)适于在所述第一时间段之后使用脉冲宽度调制技术控制所述可控电流源(CS)汲取电流。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的LED装置(100)，其中所述控制器(250)被适配使得在所述第一时间段期间由所述可控电流源(CS)汲取的平均电流大于在所述第一时间段之后由所述可控电流源(CS)汲取的平均电流。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED装置(100)，其中所述第一亮度水平小于所述第二亮度水平。

5.根据权利要求4所述的LED装置(100)，其中所述第一亮度水平为零，并且所述第二亮度水平为非零。

6.根据权利要求4或5所述的LED装置(100)，其中所述第二亮度水平不超过所述LED串(D)的最大亮度水平的一半。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的LED装置(100)，其中所述第一时间段的长度取决于所述第二亮度水平的大小。

8.根据权利要求1所述的LED装置(100)，其中所述开关装置(Q2，Q3，Q4，R7，R8，R9，R10，R11，R12)包括第一晶体管，所述第一晶体管具有由所述控制器(250)控制的基极和连接在所述第一阻抗装置(R4，R5)的至少一个阻抗元件的两侧之间的集电极和发射极。

9.根据权利要求8所述的LED装置(100)，其中：

所述第一阻抗装置(R4，R5)至少包括第一阻抗元件和不同的第二阻抗元件；

所述开关装置(Q2，Q3，Q4，R7，R8，R9，R10，R11，R12)的所述第一晶体管的所述集电极和所述发射极分别连接在所述第一阻抗元件的第一侧与第二侧之间；以及

所述开关装置(Q2，Q3，Q4，R7，R8，R9，R10，R11，R12)还包括第二晶体管，所述第二晶体管具有：

基极，连接到所述第一阻抗元件的所述第二侧和所述第二阻抗元件的第一侧；

集电极，连接到所述第一阻抗元件的所述第一侧；以及

发射极，连接到所述第二阻抗元件的第二侧。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的LED装置(100)，还包括与所述LED串(D)并联连接的电阻性负载。

11.一种控制LED装置(100)的方法，所述LED装置(100)由LED串(D)、可控电流源(CS)和电容器(C1)形成，所述LED串(D)包括一个或多个LED并且适于从电压源(V)接收功率，所述可控电流源(CS)与所述LED串(D)串联连接，所述电容器(C1)与所述LED串(D)并联连接，所述方法包括响应于指示将所述LED串(D)的亮度水平从第一亮度水平切换到不同的第二亮度水平的期望的指示信号：

在第一时间段期间：将所述LED串(D)两端的电压限制为第一电压电平，并且控制从所述电压源(V)汲取的电流，从而对所述电容器(C1)充电；以及

在所述第一时间段完成之后，解除对所述LED串(D)两端的所述电压的限制，并且控制从所述电压源(V)汲取的通过所述LED串(D)的电流，使得所述LED串(D)的亮度处于所述第二亮度水平。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第一时间段期间从所述电压源(V)汲取的平均电流大于在所述第一时间段之后从所述电压源(V)汲取的平均电流。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中所述第一亮度水平小于所述第二亮度水平。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二亮度水平不超过所述LED串(D)的最大亮度水平的一半。