[发明专利]用于照明元件阵列的驱动器

说明书

相关申请

本申请要求于2011年12月31日提交的美国临时申请第61/582,351号的优先权，其通过引用合并到本文中。

技术领域

本发明的一个或更多个实施方式涉及用于驱动多个照明元件的系统和方法。

背景技术

发光二极管(LED)通常以串联和/或并联组合的方式布置成行/串或阵列以用于特定的照明应用。LED在电学上是仅在一个方向上导通的二极管，就像用于非光学应用的二极管一样。LED本质上是具有与正向驱动电流成比例的发光输出的低电压器件。因此，传统的LED照明系统包括某种电流驱动器，该电流驱动器被设计成将来自电源的可用电力如AC电力转换为适于驱动LED的DC电流。驱动器可以被设计成对单个LED进行驱动或者对包括以串联和/或并联方式布置的多个LED的系统进行驱动。当对多个LED进行驱动时，诸如短路或开路的故障是指任意的单个LED可通过无法驱动或损坏其余的LED而导致系统完全故障。

还存在使用AC电流的LED驱动器。Elferich和Lurkens的美国专利第7,573,729B2号公开了位于输出变压器的初级侧的谐振电路；次级侧驱动LED，以相反的极性成对以使得每对中的一个LED在AC电流的每半个循环期间导通。多个对可以串联连接。然而，这种设计对于单独的LED的故障也是敏感的。多个对的串对于驱动电路来说像是单个元件，并且串中的任何部件的故障都会导致整个串瘫痪。此外可能破坏所需的谐振。

Miskin等人的美国专利第8,145,905B2号公开了另一种使用AC电流的驱动器和“反向并联”LED。Miskin公开了具有固定频率和电压AC输出的“固定高频逆变器”。逆变器驱动LED偶对(couplet)(反向并联LED)的各种可能的网络。使用电容器或电阻器可以对电流进行调整以适应单独的偶对或偶对的串联的串。在LED电路中没有使用串联或并联的电感器并且没有使用旁路电容器。输出电路以特定频率和特定电压被驱动并且不利用任何固有谐振。所得的系统对单个LED的故障敏感。在LED中的电流波形很可能表现出明显的谐波失真并且因此有可能发射出明显的射频干扰。总体能效不如谐振系统中那样高。

和Hein的美国专利第6,826,059B2号公开了用于荧光照明的基于镇流器(ballast)的LED驱动器。输出是谐振电路。以串或阵列配置LED，其中任一个阵列或两个阵列被布置成相反的极性。每个阵列完全由不具有电抗性部件的LED构成。阵列外的两个电容器和单个电感器完成谐振电路；不存在遍及LED阵列分布的电抗性部件。

所需要的是一种可以自调整以给LED阵列中的单独的元件提供受控功率的驱动电路，该电路另外对单独的LED的故障(短路或开路)敏感并且不需要另外的有源半导体部件。

发明内容

公开了一种照明系统，该系统包括驱动至少一个反应器的激励器。激励器是产生频率在约50kHz与约100MHz之间的AC波形的电波形发生器。反应器是包括照明元件的网络的欠阻尼谐振电路。电抗性部件分布在照明元件中。这些电抗性部件可以对个体照明元件调节电流和电压。对于低压照明元件如LED的阵列，驱动系统是特别有用的。系统是故障容错的，在于个体元件的故障不影响其余元件的操作，并且可以添加和去除元件而不影响其它元件的可用性。

反应器不包含除了用于其基本功能的照明元件以外的半导体元件。对于大多数电抗性串拓扑，LED以偶对的对连接(一个的阳极到另一个的阴极)。可以通过增大激励器驱动频率或通过减小反应器谐振电路的谐振频率来减小谐振电路的谐振的Q，从而调暗照明系统。

反应器还可以被配置成具有多个不同的反应器，每个反应器具有独立的谐振电路。这些可以被单独地调暗。

附加的照明元件可以被添加至照明元件的网络，以及谐振电路继续振荡并且驱动附加的照明元件和已经是照明元件的网络的一部分的照明元件。在一个不同的反应器中的照明元件在类型和数量上可以与其它的反应器中的照明元件不同。个体照明元件和/或个体反应器可以被添加到系统或从系统去除，而不影响其余元件或反应器的操作。

示例性的照明系统可以用于区域照亮、光疗法、消毒、刺激光化学反应、刺激光致发光或用于发光显示装置的元件。

反应器可以使用双线连接而远离激励器。

附图说明

图1示出了用于DC驱动串联连接的LED链的现有技术的系统。

图2示出了用于DC驱动并联连接的LED链的现有技术的系统。

图3示出了根据本发明使用激励器-反应器布置的AC驱动的实施方式。