[发明专利]发光二极管灯

说明书

技术领域

本发明涉及驱动LED(发光二极管)灯以及更具体地涉及对LED灯进行调光(dimming)。

背景技术

LED被采用在各式各样的电子应用中，例如，建筑照明、汽车头灯和尾灯、用于液晶显示器设备的背光灯、以及闪光灯等等。较之于传统的光源，例如白炽灯和荧光灯，LED具有显著的优势，包括高效率、良好的方向性、颜色稳定性、高可靠性、长的寿命时间、小尺寸以及环境安全性。

由于LED在功率效率(每瓦流明(lumen))以及光谱质量方面较之于白炽灯(灯泡)而言提供了显著的优势，因此希望将其在照明应用中的使用进行拓展。此外，较之于由于荧光灯处置而可能导致汞污染的荧光照明系统(荧光镇流器和荧光灯相结合)而言，LED灯带来较低的环境影响。

然而，不经对已经围绕白炽灯泡而建造的现有布线和组件构架进行改造，传统的LED灯不能直接替代白炽灯泡和可调光的荧光系统。这是由于传统的白炽灯为电压驱动设备，而LED是电流驱动设备，需要不同的技术用来控制其各自的光输出强度。

图1示出了传统的白炽灯的操作特性曲线。如图1所示，在白炽灯中产生的光量与均方根(RMS)输入电压(其为对于白炽灯的瞬时输入电压的平方的均值的平方根)的比率的3.4次幂成比例。因此，如果RMS电压减少一半(1/2)，则光输出减少到(1/2)^3.4或是约十分之一(1/10)。简言之，所产生的光量与RMS输入电压成正比。

图2示出了在传统住宅和商业照明应用中典型的调光器布线配置。主要地，白炽灯以交流(AC)系统为动力来操作。特别地，调光器开关10与输入电压源15和白炽灯20串行放置。调光器开关10接收设置了需要的白炽灯20的光输出强度的调光输入信号25。通过调节施加到白炽灯20的灯输入电压的RMS电压值(V-RMS)30，可以实现对白炽灯20的光强度的控制。调光输入信号25可以手动地(通过旋钮或是滑动开关)或是通过自动照明控制系统提供。

许多调光开关通过控制施加到白炽灯的AC-输入功率的相位角来调节V-RMS从而对白炽灯进行调光。可以通过例如TRIAC(三端开关元件)设备的开关设备来提供相位角控制。图3A、图3B和图3C示出了由采用了相位角切换的调光开关输出的典型的灯输入电压波形。图3A示出了当调光器开关10设置到最大光强度时，即来自输入电压源15的电压信号不受调光器开关10的影响时的灯输入电压30。图3B示出了当调光器开关10消除了输入电压源15的局部部分32时的、具有轻微调光效应的灯输入电压30。图3C示出了通过进一步增加由调光器开关10进行切换的输入电压源15的部分34而具有增加的调光效应的灯输入电压30。控制相位角是调节提供到白炽灯泡的RMS电压并且提供调光能力的非常有效而简单的方法。

然而，由于LED并且因此LED灯为电流驱动的器件，因此控制输入电压相位角的传统调光器开关并不与传统的LED灯相兼容。来自LED灯的光输出依赖于通过LED的电流。图4示出了传统的LED的操作特性曲线。如图4所示，来自LED的光通量(单位为流明)随着LED的正向电流(单位为毫安mA)增加而增加。

图5示出了安装在住宅和商业应用中的传统调光器布线配置中的传统的LED灯，类似于图2所示。典型地，直接连接到AC功率的LED灯包含了电流调整控制电路以控制通过LED的正向电流。参考图5，LED灯50通过调光器开关10串行连接到AC输入电压源15并且包括一个或多个LED器件51和一个或多个LED驱动器52。LED驱动器52对LED51的正向电流53进行监视和调整并且在输入电压范围上提供恒定的电流源。即使调光器开关10响应于调光输入信号25而对到LED灯50的灯输入电压57进行调节，LED驱动器52也保持通过LED51的固定的正向电流53。因此，传统的LED灯50可能在灯输入电压57的可变范围上仅具有来自LED灯50的固定的光强度输出。因而传统的LED灯50可能不能利用通常在典型的住宅和商业设置中看到的、如图5所示的传统的调光器开关来进行调光。

发明内容