CN102149960A - 用于普通照明的集成led基照明器 - Google Patents

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Abstract

描述了采用LED光源的照明设备和方法。该LED光源与其它部件集成为照明器或其它通用照明结构的形式。一些照明结构形成为抛物面铝反射器(PAR)照明器，允许它们插入于常规灯座。该照明结构表现出有益的操作特性，诸如高效操作、高热散逸、高输出和良好颜色混合。

Description

用于普通照明的集成LED基照明器
相关申请的交叉引用
本申请主张2007年10月9日提交的题为“IntegratedLED-Based Luminaire For General Lighting”的美国临时申请No.60/978,612的利益，其全文引用结合于此。
政府利益的声明
本发明是在由美国能源部授予的、授权号为DE-DE-FC26-06NT42932的政府支持下做出的。美国政府对本发明享有一定的权利。
背景技术
封闭式灯随处可见且用于各种照明应用。举例来说，它们被采用作为汽车头灯、舞台灯、户外建筑用灯、飞机降落灯和聚光灯。“封闭式”灯是这样的一种灯，其包含制成单一组件的反射器和灯丝，通常由透明玻璃形成的前盖或透镜永久地附连到该组件之上。封闭式灯的流行尺寸为PAR56、PAR38和PAR30，其中“PAR”为抛物面铝反射器的首字母缩写。PAR已经被接受成为一种非国际制计量单位，其等于1/8英寸。举例来说，PAR38灯泡是直径等于4.75英寸的灯泡。封闭式灯的常见光束扩散为泛光束、点光束、窄点光束或者极窄点光束。
聚光灯在日常中被发现用于各种零售、住宅和建筑设置。举例来说，基本上所有的超市、便利店、药店、百货市场、珠宝店、折扣店、汽车销售商以及专业服装店使用聚光照明。然而，在聚光照明应用中所典型地采用的常规光源具有许多缺点。
具体而言，荧光光源尽管经常是高效且不昂贵的，但是太过漫射而对于聚光照明是无效的。换言之，这些源很不适合于需要定向光的应用。除了不良的光输出分布之外，这些源的色温对于许多应用而言不是非常适合的。另外，尽管卤素灯趋于具有低的前期费用、良好的现色性(color rendition)和良好的光束控制，它们对于聚光灯应用而言典型地效率非常低，光输出效率在仅10-20流明/瓦特的范围。典型地用于聚光照明的另一类型的灯为陶瓷金属卤化物(“CMH”)灯。尽管CMH灯可以提供良好的光束控制和能量效率，但是它们典型地具有高的最初成本并且会太亮以及无法调光，使得相较之下相邻区域经常显暗。最后，传统白炽灯照明对于聚光照明应用而言趋于效率太低。
鉴于聚光照明和其它类型照明总体来说的广泛使用，如果照明的能量效率可得以改善而不折中性能，则可以实现对于商户和消费者用户以及环境而言都有益的巨大能量节省。然而，尽管存在这些潜在的能量节省以及世界上已经存在多年的不断增长的环境关注，但是仍然存在对于具有显著改进的能量效率的封闭式灯的需求。具体而言，存在对于非常高效、耐久且相对不昂贵的聚光灯的需求，这种聚光灯能够提供具有均匀光束图案的美观照射以适于应用和终端用户期望。
数字照明技术，即基于半导体光源诸如发光二极管(LED)的照射的出现，提供了对传统荧光灯、HID和白炽灯的一种可行的备选。LED的功能优点和益处包括高的能量转换和光学效率、鲁棒性、较低操作成本以及许多其它方面。LED的较小尺寸、长操作寿命、低能量消耗和耐久性使得它们成为各种照明应用的主要选择。
相应地，将期望提供一种改进的照明器，其采用LED光源，解决了常规技术的缺陷，但提供了高质量照射。除了所要求的高现色属性之外，光的质量的考虑包含若干其它可观察和可测量的标准，比如有用且可应用的照射空间分布，以及不具有“光晕”或其它纹理和彩色伪影的期望色温的白色发射。还期望此照明器保留常见的形状因数，使得现有的硬件、插座和功率连接可以被采用，由此进一步降低成本并降低与重新整备相关联的浪费，并利于这种改进的照明器被采用。
发明内容
本发明总体上涉及能量高效的LED基照明器，其具有标准形状因数，使得它们可以与现有照明硬件结合使用。更具体而言，本发明的各种实施例涉及适合取代常规照明源的高输出照明系统。实施此处公开的各种发明构思，这些系统将用于驱动高亮度LED的高效和紧凑电源和控制部件以及热管理和光学系统集成到照明器内，提供了与普通通用白炽灯、荧光灯和卤素灯照明器等价的形式和功能适配。在一些实施方式中，本发明考虑到一种采用LED基光源的集成LED基照明器，其能够产生对于诸如PAR38聚光灯的聚光照明有用的光束扩散。
大体上，本发明的一个方面涉及一种照射设备(illuminationapparatus)，该照射设备采用：LED基光源，耦合到LED基光源的光学元件，耦合到LED基光源的热沉，用于与灯座机械和电学配合的底座，以及由不导电材料制成且机械耦合到该底座的外壳，其中该LED基光源、该光学元件和该热沉放置在该外壳内。
本发明的另一方面涉及一种照射设备，该照射设备采用：包含耦合到衬底的第一管芯和第二管芯的LED基光源。第一管芯配置成产生第一光谱辐射以及第二管芯配置成产生第二光谱辐射。LED基光源进一步采用：在其至少一部分上具有第一纹理的主要光学元件以及，可选地，耦合到LED基光源且配置成准直由LED基光源产生的光的辅助光学元件，其中辅助光学元件具有第二纹理。在一个示例性实施方式中，该主要光学元件包含抬升高于衬底一距离的半球形透镜。
本发明的另一方面涉及一种以抛物面铝反射器(PAR)38形状因数配置的照明设备(lighting apparatus)。该设备采用：至少一个第一LED，用于产生具有第一光谱的第一辐射；以及至少一个第二LED，用于产生具有第二光谱的第二辐射，第二光谱与第一光谱不同，其中由该设备产生的大致上为白光的光包含第一辐射和第二辐射的混合。该设备进一步采用：开关电源，用于提供功率因数校正、操作电压给该至少一个第一LED和该至少一个第二LED，提供第一电流给该至少一个第一LED，以及提供第二电流给该至少一个第二LED。该设备包含：底座，用于与灯座机械和电学配合；以及外壳，由不导电材料制成、机械耦合到底座且以PAR38形状因数配置，其中该至少一个第一LED、该至少一个第二LED和该开关电源放置在该外壳内。开关电源配置成控制第一电流和第二电流使得由该设备产生的大致上为白光的光具有在大约2600K至3000K范围内的色温以及在10瓦特至少约700流明的输出。
本发明的另一方面涉及一种照明设备，该照明设备采用：至少一个第一LED，用于产生具有第一光谱的第一辐射；以及至少一个第二LED，用于产生具有第二光谱的第二辐射，第二光谱与第一光谱不同。该至少一个第一LED和该至少一个第二LED串联电连接在第一节点和第二节点之间。当操作电压施加在第一节点和第二节点两端时，串联电流在第一节点和第二节点之间流过。开关电源提供功率因数校正和操作电压。开关电源控制与该至少一个第一LED和该至少一个第二LED其中之一并联连接的至少一个可控制电流路径，从而至少部分地转移该串联电流绕开该至少一个第一LED和该至少一个第二LED其中之一，使得经过该至少一个第一LED的第一电流和经过该至少一个第二LED的第二电流不同。
本发明的另一方面涉及一种用于控制LED基照明设备在热瞬变期间产生的白光的色温的方法。LED基照明设备包含：至少一个第一LED，用于产生具有第一光谱的第一辐射；以及至少一个第二LED，用于产生具有第二光谱的第二辐射，第二光谱与第一光谱不同，其中白光由第一辐射和第二辐射混合而成。该至少一个第一LED和该至少一个第二LED串联电连接在第一节点和第二节点之间，且当操作电压施加在第一节点和第二节点两端时，串联电流在第一节点和第二节点之间流过。该方法包含：产生表示接近该至少一个第一LED和该至少一个第二LED的温度的温度信号；以及基于温度信号，控制与该至少一个第一LED和该至少一个第二LED其中之一并联连接的至少一个可控制电流路径，从而至少部分地转移该串联电流绕开该至少一个第一LED和该至少一个第二LED其中之一，使得经过该至少一个第一LED的第一电流和经过该至少一个第二LED的第二电流不同。
本发明的另一方面涉及一种用于控制由LED基光源在热瞬变期间产生的白光的色温的设备。LED基光源安装到热传导衬底，且热传导衬底中形成有接近LED基光源的凹陷。该设备包含印刷电路板，该印刷电路板具有突部，用于插入形成于热传导衬底中的凹陷。该设备进一步包含放置在印刷电路板的突部上的温度传感器，使得当印刷电路板插入形成于热传导衬底中的凹陷时，温度传感器大致上嵌在热传导衬底中接近LED基光源。该设备还包含多个部件，该多个部件放置在印刷电路板上并构成开关电源用于提供功率因数校正和操作电压给LED基光源，开关电源包含至少一个集成电路(IC)控制器。
如出于本公开的目的而在此处所用的，术语”LED”应当理解为包含任何电致发光二极管或者其它类型的能够响应于电信号生成辐射的基于载流子注入/结的系统。因此，术语LED包含但不限于各种响应于电流而发射光的基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等等。具体而言，术语LED指代所有类型(包含半导体和有机发光二极管)的发光二极管，其可以配置成生成处于红外光谱、紫外光谱和可见光光谱(通常包含从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)的各部分中的一个或多个中的辐射。LED的一些示例包含但不限于各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED以及白色LED(下面进一步讨论)。还应当明白，LED可被配置和/或控制以生成对于给定光谱(例如窄带宽、宽带宽)具有各种带宽(例如，半高全宽或FWHM)和给定一般颜色分类内的各种主波长的辐射。
术语“光谱”应当理解为指代由一个或多个光源产生的辐射的任一或更多频率(或波长)。相应地，术语“光谱”不仅指代在可见光范围内的频率(或波长)而且指代在红外、紫外以及总电磁频谱的其它区域内的频率(或波长)。而且，给定的光谱可以具有相对窄的带宽(例如，具有大致上很少频率或波长分量的FWHM)或者相对宽的带宽(具有各种相对强度的若干频率或波长分量)。还应当明白，给定的光谱可以是混合两个或更多其它光谱的结果(例如，混合分别从多个光源发射的辐射)。出于本公开的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互换地使用。然而，术语“颜色”通常用来主要指代可由观察者察觉的辐射的属性(尽管这种使用不旨在限制这个术语的范围)。相应地，术语“不同颜色”隐含地指代具有不同波长分量和/或带宽的多个光谱。还应当明白，术语“颜色”可以与白光和非白光两者一起结合使用。
术语“色温”在此处通常与白光一起结合使用，尽管这种使用不旨在限制这个术语的范围。色温大致上指代白光的特定颜色内容或阴影(例如，泛红的、泛蓝的)。给定辐射样本的色温常规地根据辐射与所讨论的辐射样本大致上相同光谱的黑体辐射体的以开氏度(K)为单位的温度来表征。黑体辐射体色温通常落入从大约700开氏度(典型地被认为是对人眼可见的第一色温)到大于10,000开氏度的范围内；白光通常在大于1500-2000开氏度的色温被察觉。
较低色温通常指示具有更多的红色分量或“较暖感觉”的白光，而较高色温通常指示具有更多的蓝色分量或“较冷感觉”的白光。通过示例的方式，火具有大约1,800开氏度的色温，常规白炽灯泡具有大约2848开氏度的色温，早晨日光具有大约3,000开氏度的色温，且多云的正午天空具有大约10,000开氏度的色温。在具有大约3,000开氏度的色温的白光下查看的彩色图像具有相对泛红的色调，而在具有大约10,000开氏度的色温的白光下查看的相同彩色图像具有相对泛蓝的色调。
术语“控制器”在此处通常用来描述涉及一个或多个光源的操作的各种设备。控制器可以以众多方式(例如，诸如用专用硬件)来实施以执行此处所讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，该微处理器可以使用软件(例如微代码)进行编程以执行此处所讨论的各种功能。控制器可以采用或不采用处理器来实施，并且还可以被实施为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其它功能的处理器(例如，一个或多个编程微处理器和相关联电路系统)的组合。在本公开的各个实施例中可以采用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(在此处通称为“存储器”，例如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM，软盘，高密度磁盘，光盘，磁带等等)相关联。在一些实施方式中，存储介质可以用一个或多个程序进行编码，该程序当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时执行此处所讨论的功能中的至少一些功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或者可以是可传送的，以使得其上存储的一个或多个程序可以被加载到处理器或控制器中以便实施此处所讨论的本发明的各个方面。在此处使用的术语“程序”或“计算机程序”在一般意义上用来指代可以被采用来对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。
应当明白，前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念不相互矛盾)都被预期作为此处公开的发明主题的一部分。还应当明白，此处所明确采用的也可能出现在通过引用并入的任何公开中的术语应当给予最符合此处公开的特定概念的意义。
附图说明
在图中，类似参考字符通常在所有不同视图中指相同部分。另外，图不一定是按比例的，通常重点反而在于说明原理。
图1A和1B分别说明根据本发明一个实施方式的LED基照明器正面和后面透视图；
图2说明图1A-1B的LED基照明器的分解视图；
图3说明图1A-1B的LED基照明器的截面视图，示意性地说明根据本发明一个实施方式的堆叠电源；
图4为说明图3所示LED模块和热连接器的相对定位的特写视图；
图5为示意性地说明根据本发明一个实施方式的LED模块的LED管芯布局的俯视平面图；
图6A和6B为说明根据本发明各种实施方式的包含纹理(texturing)的LED模块的侧视图；
图6C为说明图6A-6B的透镜203的一个实施例的侧视图，其中透镜具有抬升的半球形状；
图7A-7B分别说明图2-3所示反射器光学元件的透视图和截面视图；
图8说明根据本发明一个实施方式的LED基照明器的聚光照明应用；
图9A-9C分别说明根据本发明一个实施方式的外壳的自上而下视图、侧视图和截面视图，其中LED基照明器的各种部件可放置在该外壳内；
图9D说明图9A-9C所示外壳的备选外壳；
图10A和10C分别说明根据本发明另一实施方式的LED基照明器的分解视图和组装截面视图；
图10B说明图10A的LED基照明器的覆盖透镜(cover lens)的自上而下视图；
图11为说明图10A的LED模块和热沉的相对定位的自上而下视图；
图12A-12B分别说明图10A的LED模块和环形电路板的侧视图和自上而下视图；
图13A和13B说明根据本发明各种实施方式的LED模块和柔性电路板的备选配置；
图14说明图10A的照明器的各种部件的特写视图；
图15为说明根据本发明一个实施方式的用于多个串联连接负载的电源的各种电学部件的一般性框图；
图16为说明根据本发明一个实施方式的图15所示电源的功率因数校正级的电路图；
图17为说明根据本发明一个实施方式的图15所示电源的功率因数校正级以及相关控制器的电路图；
图18为说明根据本发明一个实施方式的图15所示电源的负载控制级的电路图；
图19为说明根据本发明一个实施方式的图15所示电源的负载控制级以及相关控制器的电路图；
图20说明示出根据本发明一个实施方式的由图19的用于控制负载控制级的控制器实施的温度补偿方法的流程图；
图21说明根据本发明一个实施方式，基于图20的温度补偿方法的所产生的光的色温对时间的两条曲线；以及
图22说明根据本发明一个实施方式，其上放置有图15的电源的印刷电路板以及印刷电路板到承载有LED负载的衬底的耦合的示例性配置。
具体实施方式
本发明的各种实施方式和相关的发明构思在下文予以描述，包含涉及PAR38照明器的某些实施方式。然而应理解的是，本发明不限于任何具体方式的实施方式，且此处明确地所讨论的各种实施例主要是用于说明之目的。举例来说，此处讨论的各种构思可以合适地实施于具有不同形状因数和光输出的各种照明器。
如上所述，此处公开的本发明的一些方面涉及适合取代常规光源的高输出照明系统。这些系统将用于驱动高强度LED的高效和紧凑电源及控制部件以及热管理和光学系统一起集成到照明器内，提供了与普通通用白炽灯、荧光灯和卤素灯照明器等价的形式和功能适配。申请人已经意识和理解到，高性能LED基照明器的任何部件或子系统都无法孤立地设计，并且系统性能是互相关联的技术问题达成的结果。因此，系统的一个方面的设计选择的影响会在其它方面产生不期望的后果。举例来说，试图从LED源产生更多的输出，这会招致更大的功率密度、恶化的热负载以及进而总体系统效率方面的代价。操纵管芯和封装约束会产生需要通过仔细考量光学元件才能解决的下游效应。相应地，下面详细公开的方法旨在通过包含高效热管理和功率管理的各种系统设计关注来优化LED源效率和几何特征。
图1A和1B说明根据本发明一个实施方式的LED基照明器100的一个非限制性示例。照明器100包含螺丝底座110、底座外壳120、热沉130、覆盖透镜140和反射器光学元件160，这些在下文更详细描述。螺丝底座110配置成螺旋到标准照明灯座内用于供应交流功率给照明器100，且因此可以是爱迪生式螺丝底座或者任何其它合适的螺丝底座。举例来说，底座外壳120可由金属或者诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)的耐冲击塑料材料通过诸如注射成型的任何常规工艺来形成。在本发明的各种实施方式中，底座外壳120具有诸如鳍121(示于图2，在下文描述)的热散逸特征，这些特征对于传导热和/或用于促进冷却空气流过照明器是有用的。底座外壳通过例如螺丝125的任何常规紧固装置连接到热沉130。
热沉130由例如铝的热传导材料形成，且配置成促进热散逸同时保持质量较轻。举例来说，在一个实施方式中，热沉130具有类似笼的设计且包含散开的多个热散逸鳍135，这为热散逸提供了显著的表面积。例如通过喷砂，热沉130可被处理以促进热散逸。
覆盖透镜140可由诸如玻璃、丙烯酸树脂或聚碳酸酯的任何已知透明材料制成。覆盖透镜140置位在热沉130的平台上，且随后通过诸如螺丝的任何方便的紧固器或连接器来固定。在一个实施方式中，如图1A-1B所说明，LED基照明器100具有PAR38灯的形状因数，因而其最宽直径的测量值为4.75英寸。其它形状因数也是可行的。
现在参考图2和3，照明器100的分解视图和截面视图分别揭示收纳在底座外壳120和热沉130内的特征。在本发明的各种实施方式中，底座外壳120收纳包含一个或多个印刷电路板175的电源和电子电路控制模块414(此处也简称为“电源”)，该印刷电路板上放置有用于驱动和控制设在LED模块150内的发光二极管(LED)的功率管理和驱动器电路系统部件180(例如，电源、控制器/处理器、和/或存储器部件等)，如下文更详细所描述。
电源414可具有各种配置从而在将底座外壳的空间限制考虑在内来优化其性能。举例来说，在与图2和3所示类似的一个实施方式中，该电源包含一个堆叠在另一个顶上且按期望间隔与底座外壳相紧固的多个印刷电路板。电路板通过贯穿它们的引线而电连接。在本发明的其它实施方式中，连续(例如，柔性)电路板例如通过滚轧或缠绕而装配到设在底座外壳内的空间中。在再一实施方式中，单个电路板垂直地固定到热沉，如下面结合图10A和10C所描述。其它配置也是可行的。
举例来说，可以在美国专利专利No.6,016,038和6,211,626中找到适于结合根据本公开的照明器来使用的LED基照明单元以及其控制方法的一些普通示例。此外，举例来说，可以在美国专利No.7,233,115、美国专利No.7,256,554和美国专利申请序号No.12/113,320中找到适于结合根据本公开的照明器来使用的数字功率处理以及将功率和数据管理集成在LED灯具内的一些普通示例，这些专利或专利申请的每一个通过引用结合于此。根据本发明实施例的电源和控制电子电路的一些具体示例在下文结合图15-22予以详细讨论。
电源414和LED模块150之间的电学连接可按任何合适方式来提供，例如热沉130底座内的通孔。其它形式的互连也是可行的。
在本发明的各种实施方式中且如图3所说明，热连接器190放置在LED模块150和热沉130之间以提供其间的热传导性从而促进热散逸。热连接器190由诸如铜的热传导材料制成，且通过感应焊接或任何其它合适方法而附连到LED模块背部。此配置使LED模块150和热沉130之间热界面的数目最小化，且进而降低由LED模块经历的热阻。热连接器190可采取插塞或栓塞的形式，如图3所示，其插入热沉内的腔体或凹陷内，或者可采取任何其它合适形式。举例来说，根据一个实施例，热连接器190可形成为位于热沉上的薄层，或者形成在热沉130表面一部分上形成的一个或多个诸如铜的金属性迹线。例如使用感应焊接，LED模块随后可焊接到金属性迹线。
图4为热连接器190、LED模块150和一部分的热沉130的特写视图，热沉的外部边缘用虚线示出以表示热沉的仅一部分被示出。如所说明，在一个非限制性实施例中，热连接器190不与热沉130齐平，而是延伸至比热沉130的表面高出量Z1。因此，LED模块150定位成比热沉高出距离Z1。通过将LED模块150定位在热沉表面上方，LED模块150相对于反射器光学元件160(示于图3)的位置可被优化。因此，距离Z1可采取任何合适值，例如为0.5mm、1mm或任何其它合适值。
LED模块150可采取任何合适形式，因为本发明的各方面不限于与任何具体类型的LED光源结合使用。图5和6A-6C说明LED模块150可包含的特征的示例。然而应理解的是，这些特征只是可选的，且其它形式的LED模块150是可行的。
如图5所示，根据一个实施例，LED模块150包含衬底206(例如，印刷电路板)，多个LED管芯202和204放置在该衬底上。选择个体LED管芯的属性以提供LED基照明器100所期望的具体类型的光输出。举例来说，在各种实施例中，第一类型的LED管芯202可包含一个或多个LED结用于产生具有第一光谱的第一辐射，以及第二类型的LED管芯204可包含一个或多个LED结用于产生具有第二光谱的第二辐射，该第二光谱与第一光谱不同。尽管针对该照明器给出了两种不同类型的LED的一般示例，但应理解的是，各种不同类型的LED可以按各种数目/组合一起被采用，以提供基于各个不同源光谱的混合所得到的光。
在本发明的一个示例性实施方式中，LED管芯的发光属性被分别选择以提供期望色温的白光。举例来说，配置成产生基本上白光的LED模块的一个实施方式可包含分别发射不同光谱的电致发光的许多管芯，这些不同光谱的电致发光相组合而混合形成大致上为白光的光。在另一实施方式中，白光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换成不同的第二光谱的磷光体材料相关联。在此实施方式的一个示例中，具有较短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料，该磷光体材料进而辐射具有略宽光谱的较长波长的辐射。
参考图5，选择LED模块150中LED管芯(或封装)的布局以提供LED基照明器100所期望的组合光的类型。在特定实施方式中，LED基照明器100发射预定色温或色温范围的白光。在各种实施方式中，该布局包含直接发射LED(例如，大致上单色或窄带宽辐射)和磷光体转换LED(例如，较宽波段辐射)的组合。举例来说，在一个实施方式中，多个发射第一辐射503的第一LED 202与多个发射第二辐射505的第二LED 204组合。第一LED 202可以是直接发射LED管芯，而第二LED 204可以是磷光体转换LED管芯。
在一个实施方式中，图5所示布局被用于产生白光。第一LED202为直接发射LED管芯，以及第二LED 204为磷光体转换LED管芯。所得到的白光的相关色温(CCT)取决于应用到蓝色发光LED(即，此非限制性示例中的第二LED 204)的磷光体材料的量，以及来自红色直接发射LED(即，此非限制性示例中的第一LED 202)的光的量。为了获得期望色点，通过独立地偏置磷光体转换和直接转换LED而改变来自源模块的红色发射的量，一起控制这两个参数。
在一个用于提供具有约2800开氏度相关色温(CCT)的白光的一个实施方式中，提供了二十个第二LED 204和六个第一LED 202的混合，此示例中每个第二LED为磷光体转换LED管芯，以及此示例中每个第一LED为直接发射LED管芯，然而，管芯的其它数目和组合是可行的。第二LED 204包含从Cree，Inc.of Durham，NC可获得的与合适磷光体材料耦合而用于产生白光的蓝色LED。第一LED202包含从Cree，Inc.of Durham，NC也可获得的红色LED。在本发明某些实施例中，选择直接发射LED管芯(例如，第一LED 202)与磷光体转换LED管芯(例如第二LED 204)的比例以提供在约85-90范围或更高的高现色指数(CRI)以及约2800开氏度的CCT。在图5的实施方式中，此比例为3/10，其中直接发射LED为6个且磷光体转换LED为20个。
总体上，选择LED模块中LED的数目以提供有利的驱动器效率和发光效力。在各种实施方式中，使用更多数目的较小LED芯片。在照明器的形状因数约束内(特别是考虑到反射器160的后方开口的直径)优化LED芯片的尺寸，以提供有利的光输出、热属性和电流密度，并权衡封装成本、衬底和光学元件成本、管芯键合成本、产量损失等。在一些实施方式中，使用直径为700微米的标准可购得的LED芯片。在其它实施方式中，本发明考虑使用定制LED芯片以进一步降低LED模块的成本同时维持期望水平的整体性能。具体而言，通过增加LED的数目或密度获得多个益处，诸如光、电、热、封装、成本和能量效率益处。第一，更致密的管芯群(constellation)产生更均匀的光输出，由此改善颜色混合、眩光问题和亮度。第二，当串联连接时，更多数目的LED允许使用可由更低成本的驱动器提供的更低的电学电流。第三，更多数目的较小芯片的功率密度更低，且整体热质量改善。由于通过使用较小管芯/封装而降低功率要求，所以封装成本也下降。最后，组合的电、热和光益处提供了整个集成系统的更高效率。
总体上，选择各种管芯类型的布局以提供良好的颜色混合和颜色和/或色温的改进的均匀性，从而获得照明器100的光输出的均匀视觉表现。在图5的实施方式中，第一LED 202(例如，直接发射LED管芯)略微朝向LED模块150边缘放置，但是是以随机分布方式放置的。此配置在靠近和远离照明器100的位置处都提供了非常均匀的颜色分布。
在各种实施方式中，选择流过个体控制管芯类型的电学电流以部分地获得LED基照明器100的期望光通量和效力。举例来说，为了从照明器100获得CCT为约2800开氏度且光通量为约600流明的白光输出，流过串联连接的第二LED 204的电流为约0.142安培，且流过也是串联连接的第一LED 202的电流为约0.125安培。此PAR38实施方式的输出和效率约为一些现有PAR38灯的输出的三倍以及效率的两倍，表明与常规方法相比的显著改进。
如图6A和6B所示，在各种实施方式中，LED模块150进一步包含主要光学元件。图6A和6B中的主要光学元件为安装在衬底206上的透镜203，该衬底206可支持一个或多个LED管芯。透镜203可以是覆盖LED管芯的硅树脂透镜。根据一些实施例，LED模块150的主要光学元件可包含纹理以促进由LED模块150产生的光的混合。
举例来说，参考图6A，透镜203可包含凸点205形式的位于内表面上的纹理。可存在任何合适数目的凸点205，且凸点可具有任何合适形状和尺寸。此外，凸点205彼此之间可采取任何合适间隔，且可形成于透镜203的基本上整个内表面之上，或者形成于透镜203的仅一部分内表面之上。
备选地，如图6B所示，LED模块150可包含在外表面上具有纹理的透镜203，如由凸点207所示。与结合图6A所描述的凸点205类似，凸点207可采取任何合适形状、尺寸和间隔，且任意数目的凸点207可被包含。此外，应理解的是，图6A所示的凸点205和图6B所示的凸点207可以仅覆盖透镜203的一部分，且不一定覆盖整个透镜203。再者，应理解的是，凸点205和207可以组合使用，使得透镜203可包含位于内表面和外表面两者上的纹理。再者，应理解的是，凸点205和207为主要光学元件的纹理的一个非限制性示例，而且其它形式的纹理，诸如凹痕、脊、沟道、栅格或者任何其它合适类型的纹理可被采用。再者，应理解的是，在一些实施例中透镜203可以根本不包含任何纹理。
再者，透镜203可采取不同形状。举例来说，根据一个实施例，透镜203为基本上半球形。然而，在各种实施方式中，透镜203被成型以具有不是完美半球形的形状。相反，半球的中心抬升一定距离。图6C说明一示例。如所示，透镜203A不是完美半球形，而是包含在衬底206上方抬升了量H1的半球形部分。因此，用Pcenter表示的半球的中心被抬升得比衬底206高量H1，且基本上可与第一LED 202和/或第二LED 204的上表面共平面。因此，穹顶的轮廓抑制了光被重定向朝向管芯并损失，并允许诸如覆盖透镜140的辅助光学元件捕获更多的从主要光学元件发射的光。在各种实施方式中，主要光学元件覆盖的区域延伸超过LED管芯的区域到这样程度，即，减少或消除由于与主要光学元件的壁相关联的高角度引起的光损失。在一个实施方式中，LED模块150的LED管芯阵列的直径为约7mm，且主要光学元件(例如，透镜203)的直径为约11mm。
如图1B、2和3所说明，LED基照明器100还包含反射器光学元件160，该反射器光学元件160收纳在热沉130内用于定形由LED模块150发射的光的光束。在各种实施方式中，反射器光学元件160由涂敷有诸如铝的反射性材料的塑料材料制成。LED模块150定位为使得由主要光学元件(例如，透镜203)发射的光透射传输穿过反射器光学元件160的后方开口(即，出口光阑)。覆盖透镜140定位于反射器光学元件160上方，用于提供均匀光的光束。在各种实施方式中，附加的全息漫射器(未示出)-举例来说，5°漫射器-可以添加到辅助光学元件以进一步使光输出均匀。然而应理解的是，在一些实施方式中，在由反射器光学元件形成的出口光阑的上方可不包含漫射器。优选地，各个不同光谱LED源(例如，在一个示例性实施方式中的蓝色和红色LED“通路”)的照明输出的角度分布接近相同。在一个实施方式中，使用反射器光学元件160的90％的反射性表面，该光学系统效率为约83％，光束角为约25度FWHM。
反射器光学元件160可采取任何合适形状。如图7A所示，反射器光学元件160可包含外表面161，该外表面161为有小面的(faceted)表面。然而应理解的是，在一些实施例中外表面161可以是连续的，因为本发明各个方面在这一点上不受限制。由于LED模块放置在反射器光学元件160内部，外表面161的形状可以不影响反射器光学元件的功能。
反射器光学元件160还包含内表面163，该内表面163在图7B中更详细地示出，该图说明沿图7A的线A-A的反射器光学元件160。如图7B所示，反射器光学元件160的内表面163可包含纹理。举例来说，内表面163可包含一个或多个凸点167，该凸点可采取任何合适尺寸和形状。这种纹理可促进由诸如LED模块150的LED光源产生的光的混合。因此，应理解的是，图7B所说明的纹理是可选的，并且在纹理包含在反射器光学元件160的内表面163上的情形中，纹理可采取任何合适形式和图案结构。举例来说，反射器光学元件160的内表面163可包含在几何图案方面形式为草皮块(divot)、脊、小面、栅格、抬升表面的纹理，或者任何其它合适类型的纹理。
应理解的是，图6A-6C、7A和7B中说明的特征可以单独或者组合地使用。举例来说，根据一些实施例，照明器可包含具有纹理的LED模块以及具有纹理的反射器光学元件。根据其它实施例，仅一个或另一个可被纹理化。根据一些实施例，LED模块和反射器光学元件均不被纹理化。
现在描述照明器100的各种操作特性。举例来说，根据一个方面，实施此处所述一个或多个方面的照明器可在大约2700-2800K的色温操作。照明系统可进一步展现出大于或等于90的CRI，或者在一些实施例中，在85至90范围内的CRI。再者，照明系统可输出70流明每瓦特，并在10瓦特提供700流明。再者，由照明器100或此处所述其它照明系统提供的光束角可以足以提供有效的室内或室外照射。图8说明一示例。
参考图8，如上所述，聚光照明为具有PAR38形状因数的LED基照明器100的一个尤为有用的应用。如图8所示，光束302具有这样的空间分布，即，获得约25度的光束角304。再者，在此具体实施方式中，照明器100的光输出足够均匀，且对于给定天花板高度和照明角度，光点尺寸被恰当地调适以提供对货物和其它通常展示物品的出色照明。
概言之，照明器100是非常高效、耐久、环境友好的LED基灯，其与标准照明硬件兼容，提供均匀的光分布且具有出色的热散逸和现色属性。举例来说，本发明的一个实施方式已经获得了在稳态下在约55流明每瓦特的约600流明的输出，并且在另一实施方式中已经获得了在约70流明每瓦特的700流明的输出，由此提供与常规源相比的显著改进。
尽管图1A-7B已经说明一个示例性照明器的一个或多个特征的非限制性示例，应理解的是，其它配置和形状因数是可行的。举例来说，根据一个方面，照明器可包含照明器的一个或多个部件可放置于其中的罩盖或外壳。罩盖可由塑料或者任何其它合适不导电材料诸如聚碳酸酯或ABS形成。根据一些实施例，罩盖可由玻璃形成，其中玻璃可提供热散逸。罩盖可抑制从外部接近照明器的电学有源部件，因而降低震动或失火的风险。根据一些方面，罩盖涵盖基本上照明器的所有部件，且可包含一个或多个孔以促进热散逸。
图9A-9C说明根据一个实施例的非传导罩盖的一个非限制性示例。图9A说明罩盖400的自上而下视图，该罩盖400包含多个孔402。在图9A的非限制性示例中，多个孔402的每一个的直径小于或等于2mm。应理解的是，其它尺寸也是可行的。再者，图9A所说明的孔402的图案仅仅是示例，这是因为可包含任意数目和布置的孔402。可选择孔402的数目和布置以优化从罩盖的内部到外部的热散逸，由此防止照明器过热。
图9B说明图9A的罩盖400的侧视图。从该视图应理解的是，每个孔402取向为沿着线Y-Y的方向，换言之，沿着罩盖400的长度。因此，孔的对称轴(例如，线Y-Y可以是一个孔的对称轴)可以定位为不与照明器的活性电学部件相交。使孔402沿着这个方向取向可抑制接近有源电子部件，因而降低震动和失火的风险。然而，孔402的其它取向是可行的。
图9C说明沿图9B所示截面B-B截取的罩盖400横截面。从该视图可以理解，罩盖400可形成为包含腔体404，该腔体404适合于容纳电源、控制电路或者照明器的其它元件，如下文更详细所描述。
图9D说明图9A-9C所示罩盖的备选罩盖400A。罩盖400A由玻璃制成且不具有孔402。相反，玻璃本身可提供足够的热散逸。然而，罩盖400A的定形可以类似于或者基本上与罩盖400的定形相同。此外，根据一些实施例，罩盖400A可通过任何合适方法而连接到玻璃覆盖透镜140B。此外，在一个实施例中，玻璃罩盖400A可形成有鳍以增大罩盖的表面积，且因此促进热散逸。
图10A说明根据另一实施例的照明器100A的分解视图。照明器100A包含上面结合图9A、9B和9C所讨论的罩盖400，该罩盖400在此非限制性示例中是由聚碳酸酯或ABS制成的。螺丝底座110可连接到罩盖400以使得照明器100A能够螺旋到常规照明灯座内，其中螺丝底座110可以是爱迪生式螺丝底座。照明器100A进一步包含当照明器100A组装时、放置在罩盖400的腔体404内的电源和控制电子电路414。如在下文将更详细所描述，还可包含诸如热敏电阻器的温度传感器416以监测照明器100A的温度。如同照明器100那样，照明器100A进一步包含LED模块150，可通过将LED模块150感应焊接到热连接器190而将该LED模块150安装到热沉130，该热连接器190植在热沉130内或以其它方式连接到热沉130。
可以按任何合适方式提供电源和控制电子电路414与LED模块150之间的电学连接。根据图10A的非限制性实施方式，提供环形电路板424，该环形电路板424放置在LED模块150周围并通过一个或多个引线或者金属迹线电连接到电源414，如图12A和12B中更详细所示。提供到LED模块150的电学连接的其它方式也是可行的。
照明器100A还包含反射器光学元件160。反射器光学元件160可安装到热沉130，使得LED模块150放置在反射器光学元件160内，以便从LED模块150发射的光被反射器光学元件160反射、准直和/或聚焦。最后，可包含覆盖透镜140A，且可通过任何合适方式紧固到罩盖400，诸如举例来说，通过夹在罩盖400内，使用螺丝固定，使用胶紧固，或者以任何合适方式固定。
如图10B所示，该图为覆盖透镜140A的自上而下视图，该覆盖透镜可具有中心部430，该中心部430对于由LED模块150发射的光可以基本上透明，或者在一些实施例中可以是漫射器。中心部430在尺寸上可基本上对应于反射器光学元件160。此外，覆盖透镜140A可包含外部432。反射器光学元件160可将LED模块150出射的光限制成穿过覆盖透镜140A的中心部430出射。因此，来自LED模块150的光不穿过覆盖透镜140A的外部432。然而，覆盖透镜140A的外部432可包含一个或多个孔434以促进从照明器的热散逸。孔434可采取任何合适的数目、形状和图案结构。举例来说，根据一些实施例，每个孔434的直径等于或者小于大约2mm。
图10C说明照明器100A组装时的截面图。为了简化，图10C中未对照明器100A的所有部件编号。然而可以看出，罩盖400固定到覆盖透镜140A和螺丝底座110，使得照明器的其余部件被包含在其中。此外应理解的是，功率和控制电子电路414安装在电路板上，该电路板垂直于热沉130的底座部分取向。
现在更详细地说明和描述照明器100A的各种特征。举例来说，图11说明LED模块150和热沉130的相对定位。如这个自上而下视图所示，热沉130包含多个促进热散逸的鳍。LED模块150放置在热沉130的中心，且可安装在热连接器190上，该热连接器190在图11中不可见。可包含焊盘436以促进将LED模块150焊接到环形电路板424和/或焊接到热连接器190。
图12A和12B说明环形电路板424和LED模块150的相对定位。如图12A所示，该图为两个所说明的部件的侧视图，环形电路板424可以通过沿图中箭头的方向移动而与LED模块150接触。如结合图11所提及，LED模块150可包含一个或多个焊盘436，该焊盘可促进环形电路板424向LED模块150的键合。
如图12B所示，该图为图12A的自上而下视图，环形电路板424可定位在LED模块150周围。环形电路板可包含孔438和440，这些孔可容纳来自图10A所示电源和控制电子电路414的电学引线，该电学引线提供LED模块150和电源和控制电子电路414之间的电学互连。应理解的是，可以使用任意数目的孔以及孔的相对定位，并且环形电路板424可包含适于用于提供恰当电学功能的一个或多个金属迹线。
应理解的是，图12A和12B所说明的配置为一个非限制性示例。因此，可以使用其它形式的电路和LED模块。举例来说，如图13A所示，作为使用环形电路板的备选实施方式可涉及将电路和电学连接定位在LED模块一侧上。如所示，LED模块442可连接到具有一个或多个电学触点446的柔性电路444。电学触点446布置在LED模块442的单一侧上，这可以简化LED模块442和电源之间的电学互连的形成。通过管芯键合或者通过任何其它合适方式，该LED模块可连接到柔性电路444。
图13B说明一备选实施方式，其中柔性电路448安装在陶瓷次载具(ceramic submount)450上。LED 452随后可管芯键合到柔性电路448或者直接键合到陶瓷次载具，且可以通过一个或多个引线键合454而引线键合到柔性电路448以形成电学互连。随后，陶瓷次载具450可感应焊接到诸如热沉130的热沉或者焊接到诸如热连接器190的热连接器。其它配置也是可行的。
根据一个实施例，在照明器100A中提供温度传感器，以使得能够测量照明器的操作温度以及促进对照明器的控制。温度传感器416示于图10A并且可安装在热沉130中的开口或凹陷内，可以安装成接近热沉130，可以放置在热连接器190的凹陷内，可以位于LED模块150内，或者可以安装在任何其它合适位置内，以使得能够确定照明器100A的温度。温度传感器416可连接到电源和控制电子电路414以提供到温度传感器的电学连接。
图10A和14说明照明器100A中温度传感器的定位的一个非限制性示例。如图10A所示，温度传感器416可定位成接近或者位于电路板175的突部456上，举例来说，紧挨着电子部件458，其中该突部456保持电源和控制电子电路414的各种部件180。图14说明热沉130、温度传感器416、电源和控制电子电路414、热连接器190、LED模块150和环形电路板424被组装时的特写视图。
如图14所示，温度传感器416可安装在用于电源和控制电子电路414的电路板上，且可以随后插入热沉130中的凹陷内。温度传感器可通过环氧树脂或者任何其它合适方法而紧固在热沉130的凹陷内。因此，根据一个实施例，保持电源和控制电子电路的印刷电路板包含突部，该突部插入热沉130的凹陷中。温度传感器416可放置在插入热沉内的该电路板的突部上。然而应理解的是，其它配置是可行的。举例来说，温度传感器416无需位于与保持电源和控制电子电路414的印刷电路板相同的印刷电路板上，而是可以再不同的印刷电路板上。此外，应理解的是，温度传感器416可以是任意合适类型的温度传感器，诸如热敏电阻器，或者任意其它类型的温度传感器。
图15为说明上文结合各图所讨论的照明器100的各种电学部件的一般性框图，其包含多个串联连接LED负载以提供具有各种颜色和/或相关色温的彩色和/或白光。应理解的是，图15所说明的电学部件的一部分是可选的，并且不是所有部件都一定出现在根据本公开的方法和设备的各个发明实施例中。
如图15所示，包含多个LED光源的照明器100包含电源和控制电子电路414，该电子电路接收交流输入电压514并提供用于LED光源操作电压516。在图15中，示出构成多个串联连接负载的两种不同类型的LED光源，即，用于产生具有第一光谱的第一辐射503的一个或多个第一LED 202，以及用于产生具有第二光谱的第二辐射505的一个或多个第二LED 204，该第二光谱与第一光谱不同(在图15为了简化，该一个或多个第一LED示于用L1标记的块以及该一个或多个第二LED示于用L2标记的块)。
在一个非限制性示例性实施方式中，第一LED 202可包含一个或多个红色LED，用于产生包含大致上单色红色光的第一光谱辐射，且第二LED可包含一个或多个白色LED(例如，照射磷光体的蓝色LED)，用于产生包含较宽波段白光的第二光谱辐射。当第一辐射503和第二辐射505均存在时，由照明器产生的光是由这二者的混合而得到的。在一个具体示例中，在照明器中采用相对少数目的红色LED(例如，六个)以及相对大数目的白色LED(例如，二十个)，以提供特定相关色温的白光(例如，大约2800至3000开氏度)和相对高的现色指数(例如，CRI大约为85-90)。
在图15中，第一LED 202和第二LED 204串联电连接在第一节点516A和第二节点516B之间。当电源414提供操作电压516时，串联电流550(IL)流过第一节点和第二节点之间。
如图15的框图所示，电源414可以是用于提供功率因数校正和操作电压516这二者的多级开关电源。更具体而言，电源414可包含功率因数校正级502，用于经由桥式整流器506接收交流输入电压514并提供功率因数校正和操作电压516。由于由功率因数校正级502提供的高的功率因数校正，照明器/设备100对于所施加的输入电压514表现为大致上电阻性元件。
电源414还可包含负载控制级504以控制节点516A和516B之间串联电流550的流动。具体而言，如图15所说明，负载控制级504包含可控制电流路径518(包含开关560)，该可控制电流路径耦合到第一LED 202和第二LED 204之间的节点520并与第二LED204并联连接，从而绕开第二LED 204至少部分地转移串联电流550。在一个方面，电流路径518可被控制，使得经过第一LED的第一电流552(I1)和经过第二LED的第二电流554(I2)是不同的。对经过第一LED和第二LED的相应电流I1和I2的这种控制，促进了对由照明器产生的光的颜色或色温的设置和调节。在下文详细讨论的示例性实施方式的一个方面，从第二LED转移的第二电流的一部分可被“再循环”并添加到第一电流。
尽管图15具体说明负载控制级504的与第二LED并联的可控制电流路径518，仍应理解的是，一个或多个可控制电流路径可以与第一LED 202和第二LED 204之一或二者并联地在负载控制级504被采用，用以将至少一部分串联电流550转移绕开第一LED和第二LED之一或二者。另外如图15所示，负载控制级504可从功率因数校正级502接收与操作电压516不同的电压517，用于促进对可控制电流路径518中的开关560以及负载控制级504中的其它部件的控制，如下文进一步所讨论。
在图15所示实施例的另一方面，设备/照明器100可进一步包含一个或多个温度传感器416(TS)，该温度传感器放置成接近第一LED 202和第二LED 204且与之热连通。附加地，电源414可包含与至少负载控制级504相关联的控制器510，用于接收由温度传感器416提供的温度信号526。如图15另外所示，取代温度信号526或者除了温度信号526之外，控制器510可接收一个或多个外部信号524。在一个方面，控制器510提供控制信号522到负载控制级504，用于至少部分基于温度信号526和/或外部信号524来控制可控制电流路径518(即，控制开关560)。以此方式，对于第一电流552(经过第一LED 202)和第二电流554(经过第二LED 204)之一或二者的控制可以是LED源附近温度随时间变化(经由温度信号526)和/或任意数目的外部参数(经由外部信号524)的函数。如下文结合图19更详细讨论，作为LED温度的函数来改变第一和第二电流之一或二者的能力显著地减轻了在热瞬变期间(例如，当照明器通电之后LED预热一段时间到热稳态时)由照明器提供的光的颜色或色温的不期望变动。
在图15所示实施例的再一方面，电源414可包含耦合到功率因数校正级502的第二控制器508。控制器508提供控制信号532到功率因数校正级502，从而控制操作电压516和/或由功率因数校正级基于各种参数的任何一种提供的功率。为此，控制器508可接收下述信号作为输入：表示与功率因数校正级502相关联的至少一个电压或电流的第一信号528，表示交流输入电压514的频率的第二信号534，或者外部信号530。具体而言，控制器508的内部定时可以经由第二信号534被“线驱动”(通过使用50Hz或60Hz交流线电压基准而允许精确定时特征)。
应理解的是，尽管与功率因数校正级502相关联的控制器508以及与负载控制级504相关联的控制器510均示于图15的电源414中，控制器508和510的一个或二者构成在根据本公开的设备/照明器100的各种实施方式中无需出现的可选特征。附加地，在一些发明实施例中，可采用单个控制器以提供一个或多个控制信号到功率因数校正级502和负载控制级504这二者，从而实施如此处结合这些各级所讨论的各种功能。
图16为说明根据本发明一个实施例的图15所示电源414的功率因数校正级502的细节的电路图。图16所示的电路的整体架构基于集成电路功率因数校正控制器602(U1)，且基于此整体架构的各种电路在2008年5月1日提交的，题为“High Power Factor LED-basedLighting Apparatus and Methods”的美国非临时申请No.12/113,320中详细讨论，该申请通过引用结合于此。
更具体而言，功率因数校正级502采用由ST MicroelectronicsL6562控制器例示的功率因数校正控制器602。在一些常规应用中，L6562控制器和有关的ST Microelectronics L6561控制器利用“过渡模式”(TM)技术(即，在连续模式和不连续模式之间的边界附近操作)，这种技术通常在较低功率应用中被采用用于功率因数校正。L6561控制器和过渡模式技术的细节在2003年3月，Claudio Adragna的ST Microelectronics Application Note AN966，“L6561EnhancedTransition Mode Power Factor Corrector”中讨论，其从http://www.st.com可获得且引用结合于此。L6561和L6562控制器之间的差异在2004年4月，Luca Salati的ST MicroelectronicsApplication Note AN1757，“Switching from the L6561to the L6562”中讨论，其从http://www.st.com也可获得且引用结合于此。出于本公开的目的，这两种控制器一般地作为具有相似功能来讨论。
除了促进功率因数校正之外，ST Microelectronics L6561和L6562控制器备选地可以在“非标准”配置中被采用作为回扫DC-DC转换器实施方式的控制器。关于L6561/L6562控制器的这个以及有关备选应用的细节在下述中予以讨论：2003年1月，C.Adragna和G.Garravarik的ST Microelectronics Application Note AN 1060，“Flyback Converters with the L6561PFC Controller”；2003年9月，Claudio Adragna的ST Microelectronics Application Note AN 1059，“Design Equations of High-Power-Factor Flyback Converters based onthe L6561”；以及2003年10月，Claudio Adragna的STMicroelectronics Application Note AN1007，“L6561-based SwitcherReplaces Mag Amps in Silver Boxes”，其每一个从http://www.st.com可获得且引用结合于此。
具体而言，Application Note AN1059和AN1060讨论用于L6561基回扫转换器(高功率因数回扫配置)的一种示例性配置，其操作于过渡模式且利用L6561控制器的能力来执行功率因数校正，由此提供用于较低负载功率要求(例如，多达大约30瓦特)的高功率因数单个开关级DC-DC转换器。回扫转换器配置需要电压调节反馈控制回路，该回路接收由该转换器提供的DC输出电压的样本作为输入并提供误差信号作为反馈，该反馈施加到L6561控制器的INV输入。
从http://www.st.com可获得且引用结合于此的题为“Design ofFixed-Off-Time-Controlled PFC Pre-regulators with the L6562”，2003年11月，Claudio Andragna的ST Microelectronics Application NoteAN1792，公开了用于控制功率因数校正器预调节器的另一种方法，作为过渡模式方法和固定频率连续传导模式方法的备选。具体而言，举例来说，L6562控制器可采用“固定关断时间”(FOT)控制方法，其中仅脉冲宽度调制信号的接通时间被调制，而关断时间保持恒定(导致开关频率的调制)。与过渡模式方法类似，使用L6562控制器的传统上考虑的固定关断时间(FOT)控制方法类似地需要电压调节反馈控制回路。
从图16可看出，与上文所述L6561和L6562控制器的常规应用不同，功率因数校正级502不需要任何反馈控制回路来调节操作电压516，由此与常规实施方式相比简化了电路设计。具体而言，申请人已经意识和理解，对于涉及大致上固定/稳定负载功率要求的实施方式，实现有效操作不一定需要电压调节反馈控制回路。具体而言，涉及发光二极管(LED)本身的负载为大致上电压调节器件，因为单个LED或以各种串联、并联、或者串联/并联配置而互连的多个LED要求在负载两端的特定电压。因此，功率因数校正级502可以可靠地配置成向LED负载提供适当稳定的操作电压516和功率而不需要反馈控制回路。
在图16的电路图中，功率因数校正级502基于降压型DC-DC转换器配置，其中功率因数校正控制器602控制开关604(由晶体管Q1实施)，该开关604进而要求用于(由变压器T1的绕组之一提供的)电感器的能量存储和释放周期。更具体而言，在晶体管开关604“接通”或闭合(即，在用作电感器的变压器绕组两端施加电压)期间，基于所施加的电压，电流流经电感器，且该电感器将能量存储在其磁场内。当开关“关断”或断开(即，从电感器除去电压)时，存储在电感器中的能量经由二极管D9传递到滤波电容器C7，操作电压516被提供在该滤波电容器C7两端(即，该电容器在电感器能量存储周期之间提供大致上连续的能量)。
基于各种电路部件的恰当选择，功率因数校正级502可以配置成用于各种不同的输入电压514、操作电压516和负载串联电流550(IL)。具体而言，考虑到构成负载的串联连接LED的类型和数目大致上确定目标操作电压，则由R10和R11形成的电阻分压器网络606基本上确定经过负载的串联电流550。在图16所示具体电路示例中，电路配置成接收120伏特RMS的输入电压，并提供约80伏特的操作电压以及约150毫安的串联电流550。在图16所示电路的一个方面，功率因数校正控制器602配置成采用固定关断时间(FOT)控制技术来控制开关604(Q1)。FOT控制技术允许使用较小的变压器T1用于降压配置。这允许变压器在更为恒定的频率操作；对于给定芯尺寸，其进而向负载递送更高功率。
在一些示例性实施方式中，交流输入电压514可以从交流调光器的输出导出(该交流调光器进而接收交流线电压作为输入)。在各个方面，举例来说，由交流调光器提供的电压514可以是电压幅值受控或者占空比(相位)受控的交流电压。在一个示例性实施方式中，通过改变经由交流调光器施加到电源414的交流电压514的RMS值，操作电压516(以及进而串联电流550)可以类似地改变；因此，交流调光器可被采用以改变由照明器产生的光的整体亮度。
图17为说明根据本发明另一实施例的图15所示电源414的功率因数校正级502以及相关控制器508的电路图。图17所示功率因数校正级502在许多突出方面基本上类似于图16所示功率因数校正级，不过某些具体分量值可以不同以说明不同操作参数(例如，输入电压、操作电压、电流)的可能性。如结合图15在上文所讨论，可选的控制器508可以与功率因数校正级502相关联地被采用以提供施加到电阻分压器网络606的控制信号532，从而控制操作电压516和/或串联电流550，且因此控制由功率因数校正级提供的功率。控制器508可基于作为输入提供到控制器508的各种参数的任何其一而产生控制信号532。如下文结合图19进一步所讨论，在一个示例性实施方式中，由控制器508提供的控制信号532可以是脉冲宽度调制(PWM)控制信号，且其占空比影响由电阻分压器网络606建立的电压；因此，通过改变PWM控制信号532的占空比，由功率因数校正级502提供的操作电压516和/或串联电流550可以通过控制器508来改变。
就控制器508响应于其而可以改变控制信号532的参数而言，如图17所示，控制器508可接收表示与功率因数校正级502相关联的至少一个电压或电流的一个或多个输入528(例如，IC U3的引脚6被耦合以接收信号控制开关Q1，以及U3的引脚2和3耦合到与电阻分压器网络606相关联的电压)。以此方式，控制器508可起到反馈控制功能，并且响应于与功率因数校正级502相关联的的许多受监测电路参数的任何其一来提供控制信号532。
控制器508也可接收表示交流输入电压514(经由由R15、R18和R19形成的电阻分压器网络，施加到IC U3的引脚7)的频率的信号534。具体而言，控制器508的内部定时可经由信号534被“线驱动”，通过使用50Hz或60Hz交流线电压基准而允许精确定时特征。在一个示例性应用中，将信号534作为构成负载的LED光源的“操作时间”的度量，控制器508可维持交流输入电压514的周期计数(例如监测过零点)。进而，控制器508可经由控制信号532基于该操作时间来调节功率因数校正级的操作参数，从而补偿与LED相关联的老化效应(例如，增大操作电压516和/或串联电流550以补偿老化的LED的较低的效率/降低的通量)。备选地或者除了调节功率因数校正级的操作参数以补偿老化效应之外，控制器508可使用与LED光源的“操作时间”相关联的信息来提供“剩余灯寿命”的某种指示。举例来说，控制器508可提供控制信号532，该控制信号532调制提供到LED负载的功率以明显地影响所产生的光(例如，有意闪烁或者调制光亮度)，从而经由该有意调制的光来提供涉及某种条件(例如，灯的老化程度)的信息。
附加地，控制器508可接收一个或多个外部信号530(例如，在图17的示例中施加到IC U3的引脚5)，使得功率因数校正级502的控制可以基于许多种外部条件(例如，温度条件、环境照明条件、其它环境条件、过电压或负载故障条件、紧急条件、运动等)的任何其一。响应于一个或多个这种外部信号，该控制器可提供控制信号532，其中该控制信号调节功率因数校正级的一个或多个操作参数，和/或可以调制提供到LED负载的功率从而经由该故意调制的光来提供涉及由该外部信号表示的某种条件的信息。
图18为说明根据本发明一个实施例的图15所示电源414的负载控制级504的细节的电路图。类似于功率因数校正级502，用于图18所示负载控制级504的整体电路架构基于ST MicroelectronicsL6562集成电路控制器，其示为IC U4，利用了固定关断时间(FOT)控制技术并实施成降压转换器配置。具体而言，由U4构成的IC控制器562控制开关560(由晶体管Q6实施)以进而控制电流路径518，该电流路径518中也放置电感器L3作为降压转换器配置中的能量存储/释放器件。
如上文结合图15所讨论，在图18中，第一LED 202和第二LED 204串联连接在节点516A和516B之间，操作电压516被提供在节点516A和516B两端。可控制电流路径518耦合到串联连接的第一LED 202和第二LED 204之间的节点520。尽管对于每个串联连接LED负载在图18中出于说明目的而仅示出单个LED，如上文所述应理解的是，每个LED负载202和204可包含按照各种串联、并联、或者串联并联布置的任何一种来连接的多个LED光源，且可具有不同数目的给定类型LED。在此处讨论的一个示例性实施方式中，第一LED 202可包含大约六个串联连接红色LED，以及第二LED204可包含大约20个串联连接白色LED。假设红色LED的正向操作电压约为3.3伏特以及白色LED的正向操作电压约为3伏特，则在此示例中施加在节点516A和516B两端的恰当的操作电压516将约为80伏特(即，[3.3伏特×6]+[3伏特×20])。
经由对开关560且进而对电流路径518的控制，图18的负载控制级504控制节点516A和516B之间串联电流550的流动。具体而言，经由开关560的操作，串联电流550可以至少部分地转移绕开第二LED 204，使得经过第一LED的第一电流552(I1)和经过第二LED的第二电流554(I2)不同；具体而言，当开关560“接通”或导通时，电感器L3经由电阻器R38连接到地电势，由此提供节点516A和516B之间的备用电流路径并允许至少一些串联电流550转移绕开第二LED 204。在图18的电路中，由IC控制器562控制的开关560的占空比，且因此第一电流552和第二电流554之间的差异，是由由R41和R16构成的电阻分压器网络652来设置的。在图18说明的具体示例中，假如R41为10千欧姆且R16为20千欧姆，并且基于大约80伏特的操作电压516和大约150毫安的串联电流550，则第一电流552约为180毫安且第二电流554约为120毫安。前文说明了绕开第二LED被转移的部分串联电流未丢失而是再循环，这是因为该电流被转移到存储元件(电感器L3)并(在该周期的下一半)往回转存到第一LED，且损耗最低(例如，从第二电流扣除30毫安并添加到第一电流)。
第一电流552和第二电流554一般地确定由第一LED和第二LED产生的第一辐射503和第二辐射505的相应量(光通量)。相应地，通过恰当选择图18中电阻器R41和R16的值，且基于每个第一LED202和第二LED 204采用的LED的类型和数目，则可以设置所产生的光的颜色或色温(基于第一辐射和第二辐射的混合)。
除了前文描述之外，申请人已经意识和理解到，不同类型LED的电流到通量关系作为温度的函数而不同地变化。这种现象对于涉及多个不同类型LED的一些应用会产生问题，在这些应用中预期出现热瞬变。举例来说，系统最初在某一环境温度且随后通电以“预热”操作经过某一热瞬变阶段，电流在该热瞬变阶段开始并继续过LED。基于涉及用于相应串联连接负载的红色LED和白色LED的说明性实施方式，随着系统继续预热到某种热稳态，来自红色LED的通量随温度函数变化的速率不同于来自白色LED的通量随温度函数变化的速率，导致在该热瞬变阶段所产生的光的色温的可察觉偏移；更具体而言，在第一和第二电流的恒定相应值，随着系统预热，来自红色LED的通量减少的速率快于来自白色LED的通量减少的速率。通过示例的方式，在最初通电之后大约二十分钟热瞬变阶段，由于与白色LED相比的来自红色LED通量的减少，所产生的光的色温会偏移(例如，增大)多达100开氏度。对于某些应用，特别是在较低额定色温，这种效应是不期望的，其中在较低额定色温下人眼对颜色偏移更敏感。
鉴于前文所述，本发明的另一实施例涉及用于补偿包含多个不同类型的串联连接LED光源的照明设备中源于热瞬变的颜色和/或色温偏移的方法和设备。
为此，图19为说明根据本发明另一实施方式的图15所示电源的负载控制级504以及相关控制器510的电路图。在此实施例的一个方面，控制器510响应于从温度传感器416接收到的温度信号526来控制负载控制级504从而提供上述的热补偿功能，其中该温度传感器416放置成接近第一LED 202和第二LED 204并与之热连通。然而应理解的是，此热补偿功能仅仅构成可以如何实施控制器510以控制负载控制级504的各个方面的一个示例，以及除了LED光源附近的温度之外的参数或条件可被输入到控制器510并被控制器510利用以影响对负载控制级504的控制(例如，参考上文结合图15所示外部信号524所讨论)。
如图19所示，在一个示例性实施方式中，控制器510包含从集成电路电压调节器U2接收操作功率的集成电路微控制器U3。对于热瞬变补偿，微控制器U3还接收由温度传感器416(U5)输出的温度信号526作为输入，以及提供施加到负载控制级504的电阻器网络/过滤器652的控制信号522作为输出。在一个示例性实施方式中，温度传感器416可以是低功率线性有源热敏电阻集成电路，其示例包含从Microchip Technology，Inc.可获得的MCP9700/9700A和MCP9701/9701A集成电路族。
在一个示例性实施方式中，控制器510可以向负载控制级504提供脉冲宽度调制(PWM)控制信号形式的控制信号522，该控制信号的占空比影响由负载控制级504的电阻器网络/过滤器652确立的电压。因此，通过改变PWM控制信号522的占空比，控制器510可进而改变经过第一LED 202的第一电流552和经过第二LED 204的第二电流554之间的差异，并由此变更由不同LED类型产生的相应通量。通过响应于温度信号526而控制PWM控制信号522的占空比，控制器510可以有效地提供针对在热瞬变期间产生的光的颜色或色温偏移(例如，由于不同类型LED的不同的温度依存电流到通量关系)的补偿。
图20说明示出根据本发明一个实施例，由控制器510实施的用于响应于由温度信号526表示的温度变动来调节PWM控制信号522的占空比的方法700的流程图。在方法700的一个方面，如块704所指示，先验地定义将PWM控制信号522的占空比关联到由温度信号526表示的温度变动的关系(例如，方程)。一旦此关系被定义，如图20所说明，控制器510从温度传感器416采集(块702)温度值，如温度信号526所表示，并基于该预定义关系/方程(块704)而计算(块706)作为测量温度的函数的占空比。控制器510随后将PWM控制信号522的占空比调节到新计算的值(块708)，且该方法返回到块702来重复。
对于块704指定PWM控制信号522的占空比为温度的函数的关系，此关系可以是在校准过程期间凭经验确定的，其示例在下文详细讨论。这种关系可以模拟成线性、分段线性、或者非线性关系，至少部分取决于给定应用所期望的补偿程度。在一个示例性模型中，该关系由线性方程(其中该方程的各种参数凭经验确定)来阐述，该线性方程由下述给出：
PWM Duty Cycle＝[Ambient Temp Duty Cycle]-
[(Temp Reading)-Ambient Temp)]×[Slope](方程1)
在方程1中，“PWM Duty Cycle”(PWM占空比)指代在图20的块706中计算的控制信号522的占空比；“Ambient Temp Duty Cycle”(环境温度占空比)为这样的控制信号522的占空比，在该占空比下当LED 202和204处于环境温度时第一和第二电流为所产生的光提供期望目标色温；“Temp Reading”(温度读数)为由温度信号526(在图20的块702中采集)表示的温度；“Ambient Temp”(环境温度)为环境温度(例如，在通电之前)；以及“Slope”(斜率)为单位温度变化的占空比变化。
在一个示例性实施方式中，方程(1)中表示的所有值被转换成介于0和255的二进制值(使得它们的每一个可以被控制器510的微控制器U3作为8比特的数据字来处理)。对于占空比值，二进制值255表示100％(即，二进制值128表示大约50％占空比)。对于“TempReading”和“Ambient Temp”参数，在一个示例中，单位为摄氏度的温度根据floor([(温度[℃]×0.01+0.414)/5]×255)被转换。
在示例性校准过程以促进确定方程(1)的各种参数时，该过程的一个方面涉及在一些示例性范围上改变PWM控制信号522的占空比以及测量第一电流552和第二电流554。下面的表1提供这些测量结果的一个示例。
  占空比(％)   第一电流(mA)   第二电流(mA)
  12.5   177   122
  25   168   124
  50   155   128
  62.5   150   130
  75   145   130
表1
校准过程的另一方面涉及测量所产生的光的色温与施加到各个第一和第二LED的第一和第二电流的函数。该处理涉及一系列的“瞬间接通”光度测试，在该测试中两个个体已知电流源被分别连接到第一LED和第二LED相对短的时间段，且所产生的光的色温在施加该电流的几秒之内被测量。电流随后立即断开足够久，使得在施加另一对电流之前该LED维持在环境热稳态。在一个示例性实施方式中，其中红色LED用作第一LED且白色LED用作第二LED，可以假设红色通量变化大于白色通量，且因此可以为第二电流选择额定值而改变第一电流。下面的表2提供这种测量过程的一个示例。
  第二(白色)电流(mA)   第一(红色)电流(mA)   相关色温(°K)
  130   150   2994
  130   160   2853
  130   170   2175
  130   180   2777
表2
基于表2所例示的测量过程，可以为所产生的光选择额定目标操作色温。基于此目标色温，所需的相应第一和第二电流(根据表2)被匹配到表1中的类似的第一和第二电流以确定方程(1)的“AmbientTemp Duty Cycle”(环境温度占空比)。举例来说，如果目标色温为3000开氏度，根据表2，这对应于在环境温度的150mA的第一电流和130mA的第二电流，根据表1，这进而对应于62.5％的PWM控制信号522的占空比。因此，此示例中方程(1)的“Ambient TempDuty Cycle”(环境温度占空比)将具有的二进制值为62.5％(255)＝159。
校准过程促进确定方程(1)中各种参数的最后方面涉及确定“Slope”(斜率)项。同样，“Slope”项表示诸如在通电之后预热阶段的热瞬变期间，维持足够稳定的所产生光的颜色和/或色温所需的单位温度变化时的占空比变化。在一个示例中，确定恰当的Slope项可包含选择“Slope”项的初始种子值，在评估的热瞬变阶段(例如，二十到三十分钟)上重复方法700，对所产生的光的色温进行定期测量(例如，每三十秒)，以及绘制这些色温测量结果对时间的曲线。可以使用“Slope”项的不同值来反复该处理，直到发现得到最平滑的色温对时间曲线的恰当值。
图21提供基于“Ambient Temp Duty Cycle”(环境温度占空比)二进制值159(表示3000开氏度的目标色温)以及“Ambient Temp”(环境温度)二进制值38(表示25摄氏度的环境温度)的两条这种示例性曲线。第一曲线800使用“Slope”项具有二进制值4来产生，以及第二曲线802使用“Slope”项具有二进制值6来产生。从图21可以容易地观察到，在此示例中，“Slope”项具有二进制值6得到在热瞬变阶段显著更加平滑的色温对时间曲线。因此，在图20所示方法700的块704中，通过采用方程：
PWM Duty Cycle＝[159]-[(Temp Reading)-38)]×[6]
对于此具体示例，实施方法700的控制器510有效地补偿热瞬变并在热瞬变(例如，“预热”)阶段始终提供大约3000开氏度的稳定色温。
应理解的是，前述校准过程的整体概述可以应用到其它类型LED源和/或其它感兴趣色温范围以有效地实施图19所示控制器510的温度补偿功能。具体而言，应理解的是，在一些情形中，利用完全相同的硬件，仅仅通过为上述方程(1)中的“Ambient Temp DutyCycle”(环境温度占空比)项选择不同值，可将两个相同照明器配置成提供显著不同的颜色和/或白光色温。附加地，方程(1)中的“Ambient Temp Duty Cycle”项在一些实施方式可以是时间的预定函数(例如，以补偿LED逐渐老化以及通量随时间降低)。再者，如上所述，图20所示方法700的块704中采用的具体关系可以模拟成如上述方程(1)中的线性关系，或者备选地模拟成分段线性或非线性关系，这至少部分地取决于给定应用所期望的补偿程度)。
图22说明根据本发明一个实施例的印刷电路板175的示例性配置，该印刷电路板175上放置有构成电源414的多个部件180以及温度传感器416。图22还示出承载第一LED 202和第二LED 204的衬底420(例如，在较前图中示出的热沉)。图22所示布置促进温度传感器416和LED之间的热连接，以及因此促进有效地追踪LED温度(例如，出于在热瞬变期间提供颜色和/或色温稳定性的目的)。具体而言，第一LED 202和第二LED 204安装到接近LED 202和204的热传导衬底420，该衬底中形成有凹陷457。印刷电路板175具有用于插入凹陷457的突部456；为此，尽管图22的具体视图主要说明矩形突部和矩形凹陷，应理解的是，突部456可具有各种形状和尺度的任何一种，凹陷457互补地形成从而收纳突部。温度传感器416放置在印刷电路板的突部上，使得当印刷电路板175插入凹陷457时，温度传感器大致上嵌入接近LED的热传导衬底。如上文结合图15-19所讨论，电源414可包含基于多个过渡模式控制器的多级，以及构成电源414的多个电路部件可以恰当地放置在印刷电路板175上。
尽管此处已经描述和说明了各种发明实施例，但是本领域技术人员将容易想到用于执行该功能和/或获得该结果和/或一个或多个此处所述优点的各种其它装置和/或结构，并且每个这样的变化和/或修改被视为在此处所描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易明白，此处所描述的所有参数、尺寸、材料和配置意指是示例性的并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于本发明教导被用于的特定一个或多个应用。本领域技术人员将意识到或仅仅利用常规的实验能够确定此处所描述特定发明实施例的许多等价物。因此要理解，前面的实施例仅仅通过示例的方式提出，并且在所附权利要求及其等效表述的范围内，发明实施例可以以与所具体描述和要求保护以外的方式来实践。本公开的发明实施例涉及此处描述的每个个体特征、系统、物件、材料、套件和/或方法。另外，如果两个或更多这样的特征、系统、物件、材料、套件和/或方法不是相互矛盾的，则这些特征、系统、物件、材料、套件和/或方法的任意组合包含在本公开的发明范围内。
如此处定义和使用的所有定义应当理解为控制字典定义、通过引用合并的文档中的定义和/或所定义术语的普通意义。
如此处在说明书和权利要求中所用的不定冠词“一”或“一个”应当理解为意指“至少一个”，除非相反地明确指出。
如此处在说明书和权利要求中所用的短语“和/或”应当理解为意指如此结合的元件，即在一些情况下结合地出现而在其它情况下分离地出现的元件中的“任一个或两者”。用“和/或”列举的多个元件应当以相同的方式进行解释，即如此结合的元件中的“一个或多个”。除了由“和/或”分句具体标识的元件之外，其它元件可以可选地出现，不管与具体标识的那些元件相关还是不相关。因而，作为非限制的示例，对“A和/或B”的引用当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时在一个实施例中可以仅指代A(可选地包括除B之外的元件)；在另一个实施例中仅指代B(可选地包括除A之外的元件)；在又一个实施例中指代A和B两者(可选地包括其它元件)；等等。
如此处在说明书和权利要求中所用的，“或”应当理解为具有与如上面定义的“和/或”相同的意义。例如，当在列表中分隔项时，“或”或者“和/或”应当解释为包括性的，即包括多个元件或元件列表和可选地附加的未列举项中的至少一个而且包括不止一个。仅相反清楚指出的术语诸如“...中的仅一个”或“...中的正好一个”，或者用在权利要求中的“由...组成”将指代包括多个元件或元件列表中的正好一个元件。一般而言，如此处所用的术语“或”当放在诸如“任一”、“...中的一个”、“...中的仅一个”或“...中的正好一个”的排他性术语之后时应当仅解释为指示排他的备选方案(即“一个或另一个但不是两者”)。当在权利要求中使用时，“大致上由...构成”应具有其如在专利法领域中使用的普通含义。
如此处在说明书和权利要求中所用的关于一个或多个元件列表的短语“至少一个”应当理解为意指从该元件列表中的任一或更多元件中选择的至少一个元件，但不必包括该元件列表内具体列举的每一个元件中的至少一个并且不排除元件列表中的元件的任何组合。这个定义还允许除了在短语“至少一个”所涉及的元件列表中具体标识的元件之外的元件可以可选地出现，不管与那些具体标识的元件相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或等价地“A或B中的至少一个”或者等价地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指代至少一个(可选地包括不止一个)A，其中不出现B(并且可选地包括除B之外的元件)；在另一个实施例中指代至少一个(可选地包括不止一个)B，其中不出现A(并且可选地包括除A之外的元件)；在又一个实施例中指代至少一个(可选地包括不止一个)A和至少一个(可选地包括不止一个)B(以及可选地包括其它元件)；等等。
还应当理解，除非相反清楚指出，在此处要求保护的包括不止一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不必限于该方法的步骤或动作所叙述的顺序。
在权利要求以及上面的说明书中，所有过渡短语诸如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由...组成”等等被理解为开放式的，即意指包括但不限于此。仅过渡短语“由...构成”和“大致上由...构成”分别是封闭或半封闭的过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册§2111.03中所阐述。

Claims (28)

1.一种照射设备(100)，包含：
LED基光源(150)；
耦合到LED基光源(160)的光学元件；
耦合到该LED基光源的热沉(130)；
用于与灯座机械和电学配合的底座(110)；以及
包含不导电材料且机械耦合到该底座的外壳(400)，其中该LED基光源、该光学元件和该热沉放置在该外壳内。
2.如权利要求1所述的设备，其中该LED基光源包含用于产生具有第一光谱的第一辐射的至少一个第一LED以及用于产生具有第二光谱的第二辐射的至少一个第二LED，该第二光谱与该第一光谱不同。
3.如权利要求2所述的设备，其中该至少一个第一LED和该至少一个第二LED串联电连接在该第一节点和该第二节点之间，其中当操作电压施加在该第一节点和该第二节点两端时，串联电流在该第一节点和该第二节点之间流过，以及其中该设备包含：
放置成接近该LED基光源的用于产生温度信号的温度传感器；以及
用于提供功率因数校正和该操作电压的开关电源，该开关电源接收该温度信号并响应于该温度信号来控制与该至少一个第一LED和该至少一个第二LED其中之一并联连接的至少一个可控制电流路径，从而至少部分地转移该串联电流绕开该至少一个第一LED和该至少一个第二LED其中之一，使得经过该至少一个第一LED的第一电流和经过该至少一个第二LED的第二电流不同。
4.如权利要求1所述的设备，其中该外壳包含塑料且限定多个孔，该多个孔配置成促进空气流动经过该外壳。
5.如权利要求4所述的设备，其中该多个孔的每一个具有取向成与该设备的电学部件不相交的对称轴。
6.如权利要求4所述的设备，其中该多个孔的至少一个的尺寸小于或等于大约2mm。
7.如权利要求1所述的设备，其中该外壳由玻璃制成。
8.如权利要求1所述的设备，进一步包含连接到该外壳的覆盖透镜，其中该覆盖透镜和外壳相组合而基本上围绕该LED基光源、该光学元件和该热沉。
9.如权利要求1所述的设备，其中该光学元件具有出口光阑，来自该LED基光源的光穿过该出口光阑，以及其中该设备进一步包含放置在该外壳内跨该出口光阑的漫射器。
10.如权利要求1所述的设备，其中该底座为爱迪生式螺丝底座。
11.一种照射设备，包含：
包含耦合到衬底(206)的第一管芯(202)和第二管芯(204)的LED基光源(150)，该第一管芯配置成产生第一光谱辐射(503)且该第二管芯配置成产生第二光谱辐射(505)，该LED基光源进一步包含在其至少一部分上具有第一纹理(205，207)的主要光学元件(203)；以及
耦合到该LED基光源(150)且配置成准直由该LED基光源(150)产生的光的辅助光学元件(160)，其中该辅助光学元件在该辅助光学元件的光接收表面的至少一部分上具有第二纹理(167)。
12.如权利要求11所述的设备，其中该主要光学元件包含抬升高于该衬底(206)一距离(H1)的半球形透镜(203)。
13.如权利要求11所述的设备，其中该辅助光学元件形成出口光阑，由该LED基光源产生的光穿过该出口光阑，以及其中不存在跨该出口光阑的漫射元件。
14.如权利要求11所述的设备，进一步包含与该LED基光源热耦合的热沉，以及安装在该热沉之内或之上的热连接器。
15.如权利要求14所述的设备，进一步包含机械耦合到该热沉并且其中具有用于容纳用于向该LED基光源提供功率的功率电路系统的腔体的元件，该元件配置成与螺丝底座相配。
16.如权利要求15所述的设备，进一步包含该功率电路系统，以及互连该LED基光源和该功率电路系统的柔性电路。
17.如权利要求15所述的设备，进一步包含由不导电材料形成的外壳，以及其中该LED基光源、该辅助光学元件和该热沉放置在该元件内。
18.如权利要求17所述的设备，其中该外壳限定配置成促进热散逸的一个或多个孔。
19.如权利要求18所述的设备，进一步包含耦合到该外壳的覆盖透镜，其中该覆盖透镜和外壳相组合而基本上围绕该LED基光源、该辅助光学元件和该热沉。
20.如权利要求14所述的设备，其中该热连接器为铜插塞。
21.如权利要求20所述的设备，其中该铜插塞具有抬升高于该热沉的第一表面，以及其中该LED基光源安装在该铜插塞的该第一表面上。
22.如权利要求21所述的设备，其中该设备进一步包含安装在该热沉内或接近该热沉并且热耦合到该LED基光源的温度传感器。
23.如权利要求11所述的设备，其中该辅助光学元件具有出口光阑，以及其中该设备进一步包含跨该出口光阑放置的漫射器。
24.如权利要求11所述的设备，进一步包含该LED基光源安装到其的陶瓷载具，且进一步包含该LED基光源引线键合到其以形成电学互连的柔性电路。
25.一种以抛物面铝反射器(PAR)38形状因数配置的照明设备，该设备包含：
至少一个第一LED(202)，用于产生具有第一光谱的第一辐射(503)；
至少一个第二LED(204)，用于产生具有第二光谱的第二辐射(505)，该第二光谱与该第一光谱不同，其中由该设备产生的大致上为白光的光包含该第一辐射和该第二辐射的混合；
开关电源(414)，用于提供功率因数校正、操作电压(516)给该至少一个第一LED和该至少一个第二LED，提供第一电流(552)给该至少一个第一LED，以及提供第二电流(554)给该至少一个第二LED；
底座(110)，用于与灯座机械和电学配合；以及
外壳(400)，由不导电材料制成、机械耦合到该底座且以PAR38形状因数配置，其中该至少一个第一LED、该至少一个第二LED和该开关电源放置在该外壳内，
其中该开关电源配置成控制该第一电流和该第二电流使得由该设备产生的大致上为白光的光具有在大约2600K至3000K范围内的色温以及在10瓦特至少约700流明的输出。
26.如权利要求25所述的设备，其中第一数目的该至少一个第一LED、第二数目的该至少一个第二LED、该第一电流和该第二电流至少其一被选择为使得由该设备产生的大致上为白光的光提供至少90的现色指数(CRI)。
27.如权利要求25所述的设备，进一步包含放置成接收该第一辐射和该第二辐射的准直光学元件。
28.如权利要求27所述的设备，其中该至少一个第一LED和该至少一个第二LED的布置和该准直光学元件至少其一配置成提供由该设备产生的大致上为白光的光的大约25度的半高全宽光束角。
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