CN102612791A - 减少led负载的谐波失真 - Google Patents

Abstract

通过如下方式来减少谐波失真的装置和相关方法：将激励电流从设置在串联电路中的多个LED上基本分流直至所述电流或其相关的周期性激励电压达到预定门限电平，并且当激励电流或电压基本超过预定门限电平时停止电流分流。在说明性的实施方式中，整流器可接收AC(例如正弦)电压，并向串联连接的LED串传输单向电流。当AC电压低于预定电平时，可通过对在LED串中的至少一个二极管周围的电流进行分流，从而减小二极管串的有效开启门限电压。在各个例子中，LED串内的选择性电流分流可扩展输入电流的导通角，从而基本减少AC LED照明系统的谐波失真。

Description

减少LED负载的谐波失真

技术领域

各个实施方式大体涉及包括发光二极管(LED)的照明系统。

背景技术

对于向用户传输电能的设施而言，功率因数非常重要。在要求相同等级的有效功率的两个负载中，具有较好功率因数的负载向设施实际要求的电流较小。功率因数为1.0的负载向设施要求的电流最小。设施可以向具有高功率因数负载的用户提供减小的功率。

电压与电流之间的相位差可导致差的功率因数。功率因数也会因电流的失真和谐波含量而变差。一些情况下，失真的电流波形趋于增加谐波电能含量，并减少基频(fundamental frequency)的电能。对于正弦电压波形，只有基频的电能可将有效功率传输到负载。非线性负载，例如整流器负载可导致失真的电流波形。整流器负载可包括，例如，诸如LED的二极管。

LED是广泛应用的能够在通电时进行照明的装置。例如，单个的红色LED可向设备操作者提供操作状态(例如开或关)的可见指示。又例如，LED可用在某些基于电子学的装置，例如手持式计算器中显示信息。LED现也已应用于例如照明系统、数据通信和电机控制。

通常，LED形成为具有阳极和阴极的半导体二极管。从理论上说，理想的二极管只在一个方向上传导电流。当在阳极和阴极之间施加足够的正向偏压时，常规电流流过二极管。流过LED的正向电流可以使光子与空穴重新结合，从而以光的形式释放能量。

一些LED发射的光处于可见波长光谱中。通过正确选择半导体材料，可使各个LED构造成发出特定的颜色(例如波长)，举例来说，诸如红、蓝、绿。

通常，LED可在传统的半导体晶粒(die)上制成。单个的LED可与同其它电路集成在相同的晶粒上，或封装成独立的单个部件。包含LED半导体元件的封装一般将具有透明窗，允许光线从封装透出。

发明内容

装置和相关方法通过如下方式来减少激励电流的谐波失真：将所述激励电流从设置在串联电路中的多个LED中的至少一个上基本上分流走直至所述电流或其相关的周期性激励电压达到预定门限电平(threshold level)，并且当所述激励电流或电压基本超过预定门限电平时停止电流的分流。在说明性的实施方式中，整流器可接收交流(AC)(例如正弦)电压，并向串联连接的LED串传输单向电流。当AC电压低于预定电平时，通过在二极管串中的至少一个二极管附近进行电流分流，从而减小二极管串的有效开启(turn-on)门限电压。在各个示例中，LED串内的选择性电流分流可增大输入电流导通角，从而实质上减少AC LED照明系统的谐波失真。

各实施方式可实现一个或多个优点。例如，一些实施方式采用例如非常简单、低成本、低功率的电路来基本减小AC输入电流波形的谐波失真。在一些实施方式中，用于实现基本上减少谐波失真的附加电路可包括单个晶体管，或者还可包括第二晶体管和电流感测元件。在一些示例中，电流传感器为一部分LED电流流过的电阻元件。在一些实施方式中，将谐波改善电路集成在具有受谐波改善电路控制的一个或多个LED的晶粒上，从而实现大大减小尺寸和制造成本。在一些例子中，谐波改善电路可与相应的受控LED集成在公共的晶粒上，无需增加单独制造LED需要的工艺步骤。在各实施方式中，例如使用半波或全波整流基本改善AC-驱动的LED负载的AC输入电流的谐波失真。一些实现方式仅可需要两个晶体管和两个电阻器，以提供受控旁通路径来调节输入电流，从而改善AC LED光引擎的电能质量。

各实施方式的细节将参照下面的附图和描述进行说明。其它特征和优点可从描述、附图和权利要求中显而易见地得出。

附图说明

图1示出了代表具有配置为全波整流器的多个LED和配置为从该整流器接收单向电流的LED串的示例性AC LED电路的示意图。

图2-5示出了图1的AC LED电路的代表性的性能曲线和波形。

图6-9示出了采用选择性电流分流改善电能质量的全波整流器照明系统的一些示例性实施方式。

图10-11示出了配置为未选择性电流分流的半波整流的AC LED串。

图12-13示出了配置为选择性分流的半波整流的AC LED串的示例性电路。

图14-16公开了使用传统(例如非LED)整流器的AC LED拓扑。

图17-19公开了说明应用到图14的AC LED拓扑的选择性分流的示例性实施方式。

图20示出了在照明装置的实施方式中用于调整(calibrating)或测试功率因数改善状况的示例性装置的框图。

图21示出了用于具有改善的谐波因数和/或功率因数性能的LED光引擎的示例性电路的示意图。

图22示出了作为图21中的光引擎电路的激励电压的函数的归一化的(normalized)输入电流的曲线图。

图23示出了图21的电路的实施方式的电压和电流波形的示波器测量结果。

图24示出了图23的电压和电流波形的电能质量测量结果。

图25示出了图23的电压和电流波形的谐波分布图(profile)。

图26示出了用于具有改善的谐波因数和/或功率因数性能的LED光引擎的示例性电路的示意图。

图27示出了作为图26中的光引擎电路激励电压的函数的归一化的输入电流的曲线图。

图28示出了图26的电路的实施方式的电压和电流波形的示波器测量结果。

图29示出了图28的电压和电流波形的电能质量测量结果。

图30示出了图26的电路的另一实施方式的电压和电流波形的示波器测量结果。

图31示出了图30的电压和电流波形的电能质量测量结果。

图32示出了参照图27-29描述的图26的电路的实施方式的电压和电流波形的示波器测量结果。

图33示出了图32的电压和电流波形的电能质量测量结果。

图34示出了图32的波形的谐波分量。

图35示出了图32的电压和电流波形的谐波分布图。

图36-37示出了参照图27所述的光引擎的光输出的实验测量的图和数据。

图38-43示出了在AC输入激励低于预定电平时采用选择性分流以旁路一组或多组LED的LED光引擎的示意性电路的示意图。

各附图中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

为了有助于理解，本文件总体组织如下。首先，为了便于介绍关于各实施方式的探讨，参照图1-5介绍具有使用LED的全波整流器拓扑的照明系统。其次，通过该介绍，引入参照图6-9的对采用选择性分流以改善功率因数性能(capability)的全波整流器照明系统的一些示例性实施方式的描述。第三，参照图10-13描述了在配置为半波整流的示例性LED串中应用的选择性分流。第四，参照图14-19，探讨转入到说明在使用传统(例如非LED)整流器的LED串中应用的选择性分流的示例性实施方式。第五，参照图20，本文件描述在照明装置的实施方式中用于调整或测试功率因数改善情况的示例性装置和方法。第六，本公开转向对实验数据的评论和对两种AC LED光引擎拓扑的讨论。参照图21-25评论一种拓扑。参照图26-37通过三个不同的实施方式(例如，三个不同的元件选择)评论另一拓扑。第七，参照图38-43，本文件介绍了结合选择性电流分流以调节输入电流波形的AC LED光引擎的多个不同的拓扑。最后，该文件讨论与AC LED照明应用中的改善的电能质量相关的更多实施方式、示例性应用和方面。

图1示出了代表具有配置为全波整流器的多个LED和配置为从该整流器接收单向电流的LED串的示例性AC LED电路的示意图。所示出的AC LED是自整流LED电路的一个示例。如箭头所指示的，整流器LED(示出在四条侧边上)仅在四个AC象限(Q1、Q2、Q3、Q4)中的两个象限内传导电流。负载LED(在整流器内对角地示出)在全部的四个象限内均传导电流。例如，在Q1、Q2内，当电压为正并且分别升高或降低时，电流通过整流器LED(+D1到+Dn)以及负载LED(±D1到±Dn)传导。在Q3、Q4内，当电压为正并且分别降低或升高时，电流经过整流器LED(-D1到-Dn)以及负载LED(±D1到±Dn)传导。在两种情况的任一种情况下(如Q1-Q2或Q3-Q4)，输入电压可以必须达到预定的传导角(conduction angle)电压，以使LED开始传导大的电流。

图2示出了具有一个跨越四个象限的激励周期的正弦电压。Q1跨度为0°-90°(电角度)，Q2跨度为90°-180°(电角度)，Q3跨度为180°-270°(电角度)，Q4跨度为270°-360°(或0°)(电角度)。

图3示出了LED的示例性特性曲线。在该图中，电流被描绘为在大约2.8V的门限电压以下基本可以忽略。尽管具有代表性，但此特定的特性仅针对一个LED而言，而对于其它适当的LED则可能有所不同，因此，本特定附图并不想要限定。该特性可以根据温度而变化。

图4示出了图2所示正弦电压应用于图1所示电路的说明性的电流波形图。对于正半周而言，如图所示，传导角始于大约30°，延伸到大约150°的电角度。对于负半周而言，传导角从大约210°(电角度)延伸到大约330°(电角度)。每个半周示出为传导电流仅约120°。

图5示出了电流波形例如在不同电路配置中的代表性变化。例如，可通过减少串联LED的数量来获得增大的传导角(如曲线“a”所示)，这可能造成过高的峰值电流。在示例中，可通过引入额外的串联电阻来力图谐波的减少(如曲线“b”所示)，这可能增大功率消耗和/或减少光输出。

下面所述的方法和装置包括选择性电流分流电路，其能够有利地增大ACLED的传导角和/或改善功率因数。某些实现方式还可以进一步有利地设置成实质性改善在负载LED中的电流负载的平衡。

图6示出了采用选择性电流分流来改善功率因数性能的全波整流器照明系统的第一示例性实施方式。本例中，跨越节点A、B之间的一组串联的负载LED增加了附加的旁通电路。旁通电路包括开关SW1和感测电路SC1。在操作中，当SW1闭合以分流在至少部分负载LED周围的电流时，旁通电路被激活。开关SW1由感测电路SC1控制，感测电路SC1选择何时激活旁通电路。

在一些实施方式中，SC1可通过感测输入电压进行操作。例如，当感测的输入电压低于门限值时，激活旁通电路，以促进在Q1或Q3内传导电流，然后在Q2或Q4内维持电流传导。

在一些实施方式中，SC1可通过感测电流进行操作。例如，当感测的LED电流低于门限值时，激活旁通电路，以促进在Q1或Q3内传导电流，然后在Q2或Q4内维持电流传导。

在一些实施方式中，SC1可通过感测来源于整流电压的电压进行操作。例如，可使用电阻分压器来进行电压感测。在一些实施方式中，门限电压可由高值电阻器确定，该高值电阻器通过控制SW1状态的光耦合器的LED连接到驱动电流。在一些实施方式中，可根据相关于电压波形中的规定点(例如过零点(zero crossing)或电压峰)的预定时延来控制SW1。此时应确定定时(timing)以最小化从AC电源供给照明装置的电流波形的谐波失真。

在说明性的例子中，旁通开关SW1可以设置为响应于超出门限的电压信号进行初次激活。电压感测电路可被装备为采用预定量的磁滞进行切换，以控制预定门限附近的抖动。为了增大和/或提供备份控制信号(例如在电压感测和控制中出现故障时)，一些实施方式还可包括辅助电流和/或基于定时的切换。例如，如果电流超出某一预定门限值和/或周期中的定时超出预定门限，并且尚未从电压感测电路收到信号，则可激活旁通电路以继续完成减少谐波失真。

在示例性实施方式中，电路SC1可配置为感测输入电压VAC。当输入电压低于某一或预定值VSET时，SC1的输出为高(真)。如果SC1为高(真)，则开关SW1闭合(传导)。类似地，当输入电压高于某一或预定值VSET时，SC1的输出为低(假)。如果SC1为低(假)，则开关SW1断开(不传导)。VSET被设置成表示在设定电流下整流器LED(+D1到+Dn)的总的正向电压值的值。

在说明性的例子中，一旦向始于Q1的周期的起点处的AC LED施加电压，则感测电路SC1的输出将为高，并且开关SW1将被激活(闭合)。电流只能通过整流器LED(+D1到+Dn)传导并且通过SW1流经旁通电路路径。在输入电压增大到VSET后，感测电路SC1的输出变为低(假)，开关SW1将转换到去活(deactivated)(断开)状态。此时，电流转换到通过整流器LED(+D1到+Dn)和负载LED(±D1到±Dn)进行传导，直到旁通电路中的SW1基本不再传导。感测电路SC1在正负两个半周起到的作用相似，即响应于VSET的绝对值控制SW1的阻抗状态。因此，除了在Q3-Q4期间负载电流将流经整流器LED(-D1到-Dn)，两个半周(例如，Q1-Q2或Q3-Q4)中发生的操作基本相同。

图7示出了使用和不使用旁通电路路径来为图6所示电路执行选择性分流的代表性电流波形。曲线(a)、(b)示出了采用选择性电流分流的输入电流的示例性特征波形。曲线(c)示出了不能选择性分流(例如在旁通路径中阻抗较高)的输入电流的示例性特征波形。通过旁通负载LED(±D1到±Dn)，可大大增加导通角。如图所示，曲线(a、b)导通角范围分别为在Q1、Q2中从大约10°-15°(电角度)延伸到大约165°-170°(电角度)，在Q3、Q4中从大约190°-195°(电角度)延伸到大约345°-350°(电角度)。

在另一说明性的实施方式中，SC1可响应于感测的电流而操作。在本实施方式中，SC1可分别感测流经整流器LED(+D1到+Dn)或(-D1到-Dn)的电流。当正向电流低于某一预设或预定值ISET时，SC1的输出为高(真)。如果SC1为高(真)，则开关SW1闭合(传导)。类似地，当正向电流高于某一或预定值ISET时，SC1的输出为低(假)。如果SC1为低(假)，则开关SW1断开(不传导)。ISET可被设置成这样的值，例如表示整流器LED(+D1到+Dn)在额定(nominal)正向电压时的电流。

下面描述示例性装置的操作。一旦向AC LED施加电压，则感测电路SC1的输出将为高，并且开关SW1将被激活(闭合)。电流只能通过整流器LED(+D1到+Dn)传导并且通过SW1流经旁通电路路径。在正向电流增大到门限电流ISET后，感测电路SC1的输出变为低(假)，开关SW1将转换到去活(断开)状态。此时，随着旁通电路转换到高阻抗状态，电流转换到通过整流器LED(+D1到+Dn)和负载LED(±D1到±Dn)进行传导。类似地，当输入电压为负时，电流将流经整流器LED(-D1到-Dn)。通过引入选择性电流分流以选择性地旁通负载LED(±D1到±Dn)，可以大大增加传导角。

图8示出了响应于激励电源(VAC)通过串联电阻器R3提供的输入电流而对旁通电路进行操作的示例性实施方式。在第一节点引入电阻器R1，与负载LED串(±D1到±D18)串联。R1与双极面结型晶体管(BJT)T1的基极和发射极并联，T1的集电极与N-信道场效应晶体管(FET)T2的栅极和上拉电阻器R2相连。电阻器R2的另一端与LED串上的第二节点相连。晶体管T2的漏极和源极分别连接到LED串的第一、第二节点。在本实施例中，感测电路自偏压，无需外部电源。

在一个示例性实施方式中，电阻器R1可设置成这样的值，在该值时使得在预定电流门限ISET下，跨越R1的电压降达到大约0.7V。例如，如果ISET为15mA，R1的近似值则可估算为R＝V/I＝0.7V/0.015A≈46Ω。一旦向AC LED施加电压，则晶体管T2的栅极变为正向偏置并通过电阻器R2馈通，电阻器R2的值可设为数百kΩ。在输入电压达到大约3V时开关T1将完全闭合(激活)。接着，电流流经整流器LED(+D1到+Dn)、开关T2和电阻器R1(旁通电路)。一旦正向电流近似达到ISET，晶体管T1将趋于减小晶体管T2的栅-源极电压，从而增加旁通路径的阻抗。在此情况下，随着输入电流幅值的增加，电流将从晶体管T2转移到负载LED(±D1到±Dn)。除了电流改为将流经整流器LED(+D1到+Dn)，类似的情况会在负半周中重复。

从上述针对各实施方式的描述可知，负载平衡可有利地减少整流器LED和负载LED(例如在全部四个象限内承载单向电流的LED)之间的不对称占空比(duty cycles)，或大体上均衡整流器LED和负载LED之间的占空比。在某些示例中，这种负载平衡还可有利地大体上减轻闪变效应，在具有较高占空比的LED处闪变效应通常较小。

旁通电路的实施方式可包括多于一个的旁通电路。例如，当使用两个或多个旁通电路来旁通所选LED时，可以进一步改善功率因数。

图9示出了两个旁通电路。SC1和SC2可具有不同的门限值并能有效地进一步改善输入电流波形，以实现更大的导通角。

单个AC LED电路的旁通电路的数量例如可为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或以上，例如15、约18、20、22、24、26、28或至少30，还可以包含可用的尽可能多地排列以改善电能质量。旁通电路可配置为响应于电路状况从单个LED或作为一个组的任意数量的串联、并联或串/并联LED分流电流。

如图6、8、10中所示的示例性实施方式，可将旁通电路应用于负载LED中的LED。在某些实现方式中，在全波整流阶段可应用一个或多个旁通电路在一个或多个LED周围选择性地分流电流。

从图8的示例可知，自偏压旁通电路可采用少量分立元件来实现。在一些实现方式中旁通电路可制造在具有LED的单个晶粒上。在一些实施方式中，旁通电路可使用分立元件整体或部分地实现，和/或集成到与一组旁通LED关联(associated with)的或与整个AC LED电路关联的一个或多个LED。

图10示出了示例性的AC LED照明装置，其包括配置为半波整流器的两串LED，其中每串LED在交替的半个周期内进行导电和照明。特别地，正组(+D1到+Dn)在Q1和Q2内导电，负组(-D1到-Dn)在Q3和Q4内导电。正如参照图4所探讨的，无论哪种情况(Q1-Q2或Q3-Q4)，AC输入电压必须达到对应于相应导通角的门限激励电压，使得LED开始传导大的电流。

图11示出了用于激励图10中的AC LED照明装置的典型正弦激励电压Vac波形。此波形与参照图2所描述的波形基本类似。

本文描述的一些示例性方法和装置可大大增加具有周期性交替的极性(如正弦AC、三角波、方波)中的至少一种极性的激励电压的AC LED的导通角。在一些实施方式中，可通过例如引导和/或跟踪相位调制、脉宽调制来改变激励电压。一些示例可通过向负载LED施加大致平衡的电流来实现有利的性能改善。

如图12所示，图10的电路改变成包括跨越至少部分负载LED添加的两个旁通电路。第一旁通电路包括由感测电路SC1控制的开关SW1。第二旁通电路包括由感测电路SC2控制的开关SW2。每个旁通电路分别提供由开关SW1或SW2激活和去活的旁通路径。

在说明性的例子中，示例性的光引擎可包括39个串联的LED，用于在各自的正负半周内导电。应当理解，串联和并联LED的任何适当的组合都可采用。在多个实施方式中，所选LED的数量和布置例如可为光输出、电流和电压规格的函数。在某些区域，rms线路电压(line votage)可为大约100V、120V、200V、220V或240V。

在第一说明性的实施方式中，响应于输入电压而激活旁通开关。SC1可感测输入电压。当电压低于某一或预定值VSET时，SC1的输出为高(真)。如果SC1为高(真)，则SW1闭合(传导)。类似地，当电压高于某一或预定值VSET时，SC1的输出为低(假)。如果SC1为低(假)，则开关SW1断开(不传导)。VSET被设置成例如这样的值，该值表示在设定电流下未经旁通电路旁通的所有LED的总的正向电压。

下面描述装置的操作。一旦向AC LED施加电压，则感测电路SC1的输出将为高，并且开关SW1将被激活(闭合)。电流仅通过(+D1到+D9)和(+D30到+D39)传导并且流经第一旁通电路。在输入电压增大到VSET后，感测电路SC1的输出变为低(假)，并且开关SW1将被去活(断开)。此时，电流转换到通过所有LED(+D1到+D39)进行传导，并且第一旁通电路转换到高阻抗(例如基本不传导)状态。

大致如参照正LED组的描述，当输入电压为负时，除了负载将流经负LED组(-D1到-D30)，将重复相同的过程。当输入电压达到VSET的负值时，可以相应地激活或去活感测电路SC2和开关SW2。

图13示出了图12中的电路采用或未采用旁通电路路径进行选择性电流分流的代表性电流波形。采用选择性电流分流的输入电流的示例性特征波形如曲线(a)、(b)所示。曲线(c)描绘了不能选择性电流分流(例如旁通路径中阻抗高)的输入电流的示例性特征波形。本例的选择性电流分流技术可大大增加导通角，大致如参照图7的描述。通过分别旁通LED(+D10到+D29)和(-D10到-D29)，可大大增加导通角。

在第二说明性的实施方式中，可响应于输入电压感测信号而激活旁通开关SW1、SW2。SC1、SC2分别感测流经LED(+D1到+D9)和(+D30到+D39)的电流。当正向电流低于某一值或预定门限ISET时，SC1的输出为高(真)。如果SC1为高(真)，则开关SW1闭合(传导)。类似地，当正向电流高于ISET时，SC1的输出为低(假)。当SC1为低(假)，则开关SW1转换到断开(不传导)状态。ISET可设置成例如这样的值，该值近似表示在额定正向电压下LED(+D1到+D9)和(+D30到+D39)全体的电流。

下面描述示例性装置的操作。一旦向AC LED施加电压，则感测电路SC1的输出将为高，并且开关SW1将被激活(闭合)。电流仅通过LED(+D1到+D9)和(+D30到+D39)传导并且流经旁通电路。在正向电流增大到ISET后，感测电路SC1的输出变为低(假)，开关SW1被去活(断开)。此时，电流可转换到通过LED(+D1到+D39)传导，并且第一旁通电路中的SW1基本不传导。类似地，当输入电压降低且电流降至基本低于ISET时，开关SW1被激活，至少一部分电流被分流流经旁通开关SW1而不经过LED(+D10到+D29)。

当输入电压为负时，除了负载电流将流经负LED组和/或第二旁通电路，将发生大致类似的过程。

在一些实施方式中，负载平衡可有利地减轻闪烁效应，如果有的话。在适用情况下，一般通过增大LED的占空比和/或导通角来减轻闪烁效应。

可操作为使用选择性电流分流技术来调节电流的旁通电路并不限于仅采用一个旁通电路的实施方式。为了进一步改善功率因数，一些示例可增加旁通电路的数量并且将LED设置成多个子组。具有多个旁通电路的示例性实施方式例如可参照图9、12、20、39或42-43描述。

在一些实现方式中，某些旁通电路实施方式，例如图8所示的示例性旁通电路，在AC LED光引擎中，可制造在具有一个或多个LED的单个晶粒上。

图14示出了包括馈送(feeding)一串LED的传统二极管整流器的示例性AC LED拓扑。如图14所示，本示例性拓扑包括全桥式整流器和负载LED(+D1到+D39)。

图15示出了经全桥式整流器处理后的正弦电压。跨越LED(+D1到+D39)的电压在极性上基本上总是单向的(例如正向)。

图16示出了说明图14的AC LED电路的操作的电流波形。特别地，输入电压必须达到预定导通角电压，以使得LED开始传导较大电流。此波形大致类似于参照图4所述的波形。

图17-19公开了示出应用到图14的AC LED拓扑的选择性电流分流的示例性实施方式。

图17示出了图14的AC LED拓扑的示意图，该AC LED拓扑还包括应用于负载中的部分LED的旁通电路。

此处所述的方法和装置可大大提高AC LED的导通角。如图17所示，跨越负载LED增加了附加的示例性旁通电路。该旁通电路由开关SW1激活和去活。开关SW1由感测电路SC1控制。

在第一说明性的实施方式中，SC1响应于输入电压而控制旁通开关。SC1可在节点A(见图17)感测输入电压。当电压低于某一或预定值VSET时，SC1的输出为高(真)。如果SC1为高(真)，则开关SW1闭合(传导)。类似地，当电压高于某一或预定值VSET时，SC1的输出为低(假)。如果SC1为低(假)，则开关SW1断开(不传导)。在一个例子中，VSET被设置成近似表示在设定电流下LED(+D1到+D9)和(+D30到+D39)全体的总的正向电压的值。

一旦向AC LED施加电压，则感测电路SC1的输出将为高，并且开关SW1将被激活(闭合)。电流仅通过LED(+D1到+D9)和(+D30到+D39)传导并且流经旁通电路。在输入电压增大到VSET后，感测电路SC1的输出变为低(假)，且开关SW1将被转换到去活(断开)状态。此时，电流转变到通过LED(+D1到+D9)、(+D9到+D29)和(+D30到+D39)进行传导。旁通电路可转换到基本不传导。类似地，当输入电压在Q2或Q4内降低到VSET以下时，开关SW1将被激活，且电流将旁通LED(+D10到+D29)。

图18示出了输入电流的示例性效果。通过旁通LED组(+D11到+D29)，可大大增加导通角。

在第二说明性的实施方式中，SC1响应于电流感测而控制旁通开关。SC1分别感测流经LED(+D1到+D9)和(+D30到+D39)的电流。当正向电流低于某一或预定值ISET时，SC1的输出为高(真)。如果SC1为高(真)，则开关SW1闭合(传导)。当正向电流高于某一或预定值ISET时，SC1的输出为低(假)。如果SC1为低(假)，则开关SW1断开(不传导)。ISET可被设置成表示在额定正向电压下LED(+D1到+D9)和(+D30到+D39)全体的电流值的值。

一旦向AC LED施加电压，则感测电路SC1的输出将为高，并且开关SW1将被激活(闭合)。电流仅通过LED(+D1到+D9)和(+D30到+D39)传导并且流经旁通电路。在正向电流增大到ISET后，感测电路SC1的输出变为低(假)，且开关SW1将去活(断开)。此时，电流通过LED(+D1到+D9)、(+D30到+D39)以及LED(+D10到+D29)传导。旁通电路不传导。类似地，当电流在Q2或Q4内降低到ISET以下时，开关SW1将被激活，且电流旁通LED(+D10到+D29)。

全波整流AC LED光引擎的各实施方式可有利的减少闪变效应，在较高的占空比下操作的LED的闪变效应通常较小。

一些实施方式可包括多于一个的旁通电路，这些旁通电路被设置为在一组LED周围分流电流。例如，为进一步改善功率因数，可采用两个或更多的旁通电路。在一些示例中，两个或以上的旁通电路可设置为将一组旁通LED分为多个子组。在另一些例子中，光引擎实施方式可包括设置为在独立的两组LED(例如参见图9、26)周围进行选择性分流电流的至少两个旁通电路。图12示出了包括两个旁通电路的示例性光引擎。具有多个旁通路径的光引擎电路的更多实施方式例如至少参照图42-43进行描述。

图19示出了LED光引擎的旁通电路的示例性实现方式。用于选择性旁通一组LED的旁通电路1900包括与待旁通的LED并联连接的晶体管T2(例如，n沟道MOSFET)。晶体管T2的栅极由上拉电阻器R2和双极面结型晶体管T1控制。晶体管T1响应于跨越感测电阻器R1的电压，感测电阻器R1承载了通过晶体管T2和LED的全部瞬时电流。由于应用于旁通电路的瞬时电路电压和电流状况以平稳和持续的状态变化，因此晶体管T2和LED之间的输入电流分流将以相应的平稳和持续的状态变化，后文例如将参照图32进一步详细描述。

各实施方式可通过调制晶体管T2的阻抗处于线路频率(line frequency)(例如大约50或60Hz)的整倍数(例如1、2、3倍)来操作光引擎。这种阻抗调制可包括例如在电路状态(例如电压、电流)的相应范围内，通过运用(exercising)晶体管T2的的饱和、线性和截止区而在旁通路径中以线性(例如连续或模拟)方式操作晶体管T2。

在一些例子中，晶体管的操作模式可为瞬时输入电流的电平的函数。这样的函数的例子将至少参照例如图22、27或32进行描述。

图20示出了在照明装置的实施方式中用于调整或测试功率因数改善状况的示例性装置的框图。该装置能够测试电流的谐波含量，并且测量在独立受控的电压或电流门限下旁通开关的众多配置的功率因数。通过这种方式，自动测试程序例如能够迅速确定用于任意照明装置的一个或多个旁通开关的最佳配置。得到的最佳配置可存储于数据库和/或下载到与测试下的照明装置相关联的数据存储装置中。

所描绘的装置2000包括与负载串联的整流器2005(其可包括LED或二极管，或包括二者)，该负载包括元件的辅助模块以及一串用于照明的LED。该装置还包括模拟开关矩阵2010，模拟开关矩阵2010能够将二极管串中的任一节点连接到许多旁通开关中的任一个的端子。在一些例子中，可使用测试针设备与测试下的照明装置的节点接触。该装置还包括光传感器2020，配置为监测照明装置输出的强度(intensity)和/或色温。该装置还包括控制器2025，其接收来自谐波分析器2030的功率因数(例如谐波失真)数据和来自光传感器2020的信息，并被编程生成控制命令以配置旁通开关。

在操作中，控制器发送命令，以将选择的照明装置的节点连接到旁通开关中的一个或多个。在测试环境中，旁通开关可实现为继电器、簧片开关、IGBT或其它可控的开关元件。模拟开关矩阵2010提供从LED串的可用节点到多个可用旁通开关的柔性连接。控制器还可设定各个旁通开关断开或闭合的门限条件。

控制器2025可以访问可执行指令程序2040，该程序被执行时使得控制器操作多个旁通开关，以提供多个旁通开关布置的组合。在一些实施方式中，控制器2025可以执行指令程序，以接收与任一或全部旁通开关相关联的预定门限电压电平。

例如，控制器2025可操作以使所选择的旁通开关中的一个在低阻抗状态和动态阻抗状态之间转换。在一些例子中，控制器2025可引起在施加的激励电压越过预定门限电压时的转换。在一些例子中，控制器2025可引起在输入电流越过预定门限电流和/或满足一个或多个基于时间的条件时的转换。

通过在各参数范围内进行电路性能的实证评价，一些实现方式能够确定出满足一组规定规格的配置。通过非限定性的举例来说，规格可包括功率因数、总谐波失真、效率、光强度和/或色温。

对于满足指定标准的每个配置，可确定一个或多个成本值(例如基于元件成本、制造成本)。作为说明性的示例，在包括两个旁通路径、将由每个旁通电路进行旁通的一组LED以及两个旁通路径的配置中，可以确定出最低成本或最佳输出配置。在每个旁通电路中，每条路径均具有指定阻抗特性的特征。

参照图21-37描述实验结果。收集了多个包含选择性电流分流以调节用于LED光引擎电流的说明性的实施方式的实验测量值。在每次测量中，使用安捷伦6812BAC电源/分析器将施加的激励电压设为在120Vrms(除非另有注明)下的60Hz正弦电压源。使用具有DP03PWR模块的泰克(Tektronix)DP03014数字荧光示波器采集输入的激励电压和电流的波形图和算出的电能质量参数。实验的激励电压幅值、波形以及频率都是示例性的，并且不要被理解为是必须的限定。

图21示出了具有改善的谐波因数和/或功率因数性能的LED光引擎的示例性电路的示意图。在描绘的例子中，光引擎电路2100包括从周期性电压源2110接收电激励的全波整流器2105。整流器2105向负载电路提供基本单向的输出电流。负载电路包括限流电阻器Rin、电流感测电阻器Rsense以及与5个LED组(LED组1-LED组5)的网络连接的旁通开关2115。

LED组1和LED组2是在第一并联网络中连接的两个LED网络。类似地，LED组4和LED组5是在第二并联网络中连接的两个LED网络。LED组3是与第一、第二并联网络串联的、且在第一、第二并联网络之间的LED网络。旁通开关2115与LED组3并联。图中未示出操作旁通开关的控制电路，但适当的实施方式将例如参照至少图6-8、19或26-27进行进一步的详细描述。

在操作中，在AC输入激励电流低于预定门限时，旁通开关2115在每个周期开始和结束时处于低阻抗状态。当旁通开关2115处于低阻抗状态时，流经LED组1、2的输入电流沿着经过与第三组LED并联的旁通开关2115的路径分流。因此，在AC输入激励2110低于预定门限时，光引擎2100发出的光基本只由LED组1、2、4、5提供。采用旁通开关2115在低激励电平对LED组3周围的电流进行分流可有效地降低开始引入(drawing)输入电流所需的正向门限电压。因此，与不具有旁通开关2115的相同电路相比，这种方式实质上增大了导通角。

当AC输入激励电流上升超过预定门限(例如LED组3的正向门限电压)时，旁通开关可展现出大致线性地转换到高阻抗状态。随着旁通开关2115转换到高阻抗状态，流经第一、第二组LED的输入电流也开始从流经旁通开关2115转换到流经LED组3。因此，在AC输入激励超出预定门限时，光引擎发出的光基本是由LED组1-5提供的光的组合。

在针对120Vrms应用的说明性的示例中，LED组1、2、4、5均可包括大约16个串联的LED。LED组3可包括大约23个串联的LED。LED组1、2、4、5可包括发出第一颜色输出的LED，LED组3可包括在基本电流(substantialcurrent)的驱动下发出至少一种第二颜色输出的LED。在各个示例中，各组LED中或各组LED之间的LED的数量、颜色和/或类型可以不同。

通过说明性举例的方式并且并非限制，第一颜色可基本上为暖色(例如蓝色或绿色)，色温约为2700-3000K。第二色可基本上为冷色(例如白色)，色温约为5000-6000K。随着提供给光引擎的AC激励减小，一些实施方式例如可通过降低调光控制上的用户输入元件的位置，有利且平稳地将具有输出颜色的示例性照明设备从冷(第二)色转换到暖(第一)色。提供颜色转移的电路示例，例如参照以下文件的图20A-20C进行了描述：编号为61/234094，标题为“用于可调光AC LED照明的色温偏移控制”，并由格拉卡(Grajcar)于2009年8月14日提交的美国临时专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

在一个例子中，分别的，LED组1、2、4、5的每个可包括大约8、9或10个串联的LED，而LED组3可包括大约23、22、21或20个LED。各实施方式可设置成具有适当的电阻和适当数量的串联连接的二极管，以例如使用可接受的峰值电流(例如在峰值AC输入电压激励下)来提供要求的输出照明。

LED组1-3中的LED可实现为封装或单个模块，或设置成独立的和/或成组的多LED封装。在一些例子中，独立的多个LED可输出所有的相同色谱(colorspectrum)。在另一些例子中，一个或多个LED可输出与其余LED基本不同的颜色。

在一些实施方式中，LED组1、2、4、5的并联布置可有利地大致减轻关于LED组3的老化相对于LED组1、2、4、5的老化的不平衡。例如当流经旁通LED的电流的导通角可能基本小于流经第一、第二组LED的电流的导通角时就可出现上述不平衡。每当AC激励输入电流流动时，LED组1、2、4、5基本传导电流。与此相反，LED组3仅当旁通开关2115未通过与LED组3并联的路径分流至少一部分输入电流时传导正向电流。

整流器桥2105描绘为全桥，用于对从电压源2110提供的单相AC激励进行整流。在此配置中，整流器桥2105对AC输入激励的正负半周二者均进行整流，以生成基频为输入线路激励频率的两倍的单向电压波形。因此，一些实现方式可通过增加LED输出照明脉冲时的频率来减少可感知的闪烁(如果有的话)。在另一些实施方式中可使用半波或全波整流。在一些例子中，可从多于单个的相位源，例如3、4、5、6、9、12、15或更多个相位源进行整流操作。

图22-25示出了通过对大致如参照图21示出并描述的示例性LED光引擎电路的操作而采集的实验结果。在实验中，LED的型号为CL-L233-MC13L1，例如可从日本的西铁城电子(Citizen Electronics)有限公司购买。测试的LED组1、2、4、5的每个包括8个串联成串的二极管，LED组3包括23个串联成串的二极管。测试的元件值规定如下：Rin为500欧姆，Rsense为23.2欧姆。

图22示出了作为图21的光引擎电路的激励电压的函数的归一化的输入电流的曲线图。如图所示，曲线图2200包括采用选择性电流分流以调节电流的输入电流的曲线2205，以及未采用选择性电流分流的输入电流的曲线2210。此处可认为曲线2210与电阻式调节相关联。

实验数据表明，对于类似的峰值电流，开始基本传导的有效正向门限电压从点2215处的大约85V(电阻式调节)降低到点2220处的大约40V(选择性电流分流)。这意味着门限电压降低了50％以上。当应用于每个周期的上升和下降象限二者时，该降低对应于导通角的基本扩展。

曲线2205表明，在一些例子中，第一拐点2220可以是LED组1、2、4、5的函数。特别地，拐点2220处的电压可基于LED组1、2、4、5的正向门限电压而确定，还可以是桥式整流器2105的操作支路的正向门限电压的函数。

曲线2205还包括第二拐点2225。在一些例子中，第二拐点2225可对应于与旁通控制电路相关联的电流门限。在各实施方式中，可根据例如输入电流来确定电流门限。

曲线2205在点2220和2225之间的斜率2230以其倒数(reciprocal)形式表明，采用选择性电流分流的光引擎电路2100在此范围内呈现的阻抗基本低于曲线2210呈现的任一阻抗。在一些实现方式中，这种减小的阻抗效应可通过在LED电流与光输出粗略成比例的低激励电压下，相对迅速地提升电流而有利地促使光输出增强。

曲线2205还包括第三拐点2240。在一些例子中，点2240可对应于这样的门限，即超过该门限时经过旁通开关路径的电流基本接近于零。在点2240以下，旁通开关2115对LED组3周围的至少一部分输入电流进行分流。

曲线2205在点2225、2240之间的范围2250内所示的多变的斜率以其倒数形式表明，旁通开关在该范围内响应于激励电压的增大呈现平稳且持续地增大的阻抗。在一些实现方式中，这种动态阻抗效应可有利地促成从电流基本只流经旁通开关2115到基本只流经LED组3的平稳且基本线性(例如低谐波失真)的转换。

图23示出了图21的电路的实施方式的电压和电流波形的示波器测量结果。图2300示出了正弦电压波形2305和电流波形2310。电流波形2310呈现头肩(head-and-shoulders)形状。

在本例子中，肩部2315对应于在较低AC输入激励电平的范围内流经旁通开关的电流。在AC输入激励电平的第二中间范围内，旁通电流的阻抗增加。由于激励电压在与第二范围重叠的第三范围内继续基本平稳且持续地升高，跨越旁通开关的电压增大到超过LED组3的有效正向门限电压，并且输入电流以基本平稳和持续的方式从流经旁通开关2115转换到流经LED组3。在更高的AC输入激励电平下，电流基本只流经LED组3，而不会流经旁通开关2115。

在一些实施方式中，第一范围具有下限，该下限是由LED组1、2、4、5形成的网络的有效正向门限电压的函数。在一些实施方式中，第二范围可具有由预定门限电压限定的下限。在一些例子中，第二范围的下限基本对应于预定门限电流。在一些实施方式中，预定门限电流可为结(junction)温度(例如基极-发射极结正向门限电压)的函数。在一些实施方式中，第三范围的下限可为LED组3的有效正向门限电压的函数。在一些实施方式中，第三范围的上限可对应于大致主要流经(例如通往负载的瞬时输入电流的至少大约90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或至少大约99.5％)LED组3的输入电流。在一些例子中，第三范围的上限可为基本接近于零(例如低于通往负载的瞬时输入电流的0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或低于大约10％)的流经旁通开关2115的电流的函数。

图24示出了对图23的电压和电流波形的电能质量的测量结果。特别地，测量结果表明功率因数测得为约0.987(例如98.7％)。

图25示出了图23的电压和电流波形的谐波分布图。特别地，测量的总谐波失真测得为约16.1％.

因此，具有选择性分流电路的LED光引擎的实施方式可有利地采用例如基本高于90％、92.5％、95％、97.5％或至少高于大约98％的功率因数进行操作，并同时在额定(rated)激励电压下实现例如基本低于25％、22.5％、20％或大约18％的THD。AC LED光引擎的一些实施方式还可以在幅值调制和/或相位控制调制时施加的激励电压的全部范围(例如0-100％)内基本平稳和持续地调光。

图26示出了采用改善的谐波因数和/或功率因数性能的LED光引擎的示例性电路的示意图。对于给定的来自LED的峰值照明输出，各实施方式可有利地实现功率因数的改善和/或谐波失真的减少。

光引擎电路2600包括桥式整流器2605和两个并联连接的LED组：LED组1和LED组2，两者均包括多个LED并且两者均连接在节点A和节点C之间。电路2600还包括连接在节点C和节点B之间的LED组3。在操作中，LED组1、2、3的每个均可具有实质上是施加的峰值激励电压的一部分的有效正向电压。LED组1、2、3的组合的正向电压结合电流限制元件可以控制峰值正向电流。电流限制元件示出为电阻器R1。在一些实施方式中，电流限制元件可包括例如一个元件或多个元件的组合，所述元件可从固定电阻器、电流控制半导体以及热敏电阻器中选择。

光引擎电路2600还可包括旁通电路2610，所述旁通电路2610进行操作以减小电路2600的有效正向开启电压。在各实施方式中，旁通电路2610有助于扩展在低AC输入激励电平下的导通角，从而可例如通过构造更接近正弦形状的电流波形而倾向于有利于功率因数和/或谐波因数。

旁通电路2610包括旁通晶体管Q1(例如金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、双极面结型晶体管(BJT)，诸如此类)，其连接的沟道用于分流来自节点C的并且在LED组3和串联电阻器R1周围的电流。沟道的导电性由控制端子(例如MOSFET的栅极)调制。n-沟道MOSFET Q1的栅极电压通过电阻器R2上拉到节点C。在另一些实施方式中，可将电阻器上拉到节点A。通过下拉晶体管Q2(例如MOSFET、IGBT、结型FET(JFET)、双极面结型晶体管(BJT)，诸如此类)，可将栅极电压降低到晶体管Q1的源极电压附近。在所述示例中，晶体管Q2(NPN双极面结型晶体管(BJT))的集电极配置用于响应于为晶体管Q2建立的基极-发射极电压的负载电流而调节栅极电压。感测电阻器R3跨越连接到晶体管Q2的基极-发射极。在各个实施方式中，晶体管Q1的栅极电压可响应于相应的输入电流强度的平稳且持续的变化而大体上平稳且持续地变化。

图27-29和36-37示出了通过对大致如参照图26示出并描述的示例性LED光引擎电路的操作而采集的实验结果。在实验中，LED组1、2的型号为EHP_A21_GT46H(白色)，例如可从台湾亿光电子(Everlight Electronics)有限公司购买。LED组3包括型号EHP_A21_UB 01H(蓝色)，例如也可从台湾亿光电子有限公司购买。测试的LED组1、2二者均包括24个串联成串的二极管，LED组3包括21个串联成串的二极管。测试的元件值规定如下：R1为13.4欧姆，R2为4.2欧姆，R3为806千欧姆。

图27示出了作为图26的光引擎电路的激励电压的函数的归一化的输入电流的曲线图。如图所示，曲线图2700包括采用选择性电流分流以调节电流的输入电流的曲线2705，以及未进行选择性电流分流的输入电流的曲线2710。此处可认为曲线2710与电阻式调节相关联。

实验数据表明，对于类似的峰值电流，开始基本传导的有效正向门限电压从点2715处的大约85V(电阻式调节)降低到点2720处的大约45V(选择性电流分流)。这意味着门限电压降低了大约45％。当应用于每个整流正弦周期的上升和下降象限二者时，该降低对应于导通角的基本扩展。

曲线2705表明，在一些例子中，第一拐点2720可以是LED组1、2的函数。特别地，拐点2720处的电压可基于LED组1、2的正向门限电压而确定，还可以是桥式整流器2605的操作支路的正向门限电压的函数。

曲线2705还包括第二拐点2725。在一些例子中，第二拐点2725可对应于与旁通电路2610相关联的电流门限。在各实施方式中，可根据例如晶体管Q1的输入电流、基极-发射极结电压、温度、电流增益和/或传输特性来确定电流门限。

曲线2705在点2720和2725之间的斜率2730以其倒数的形式表明，采用选择性电流分流的光引擎电路2600在此范围内呈现的阻抗基本低于曲线2710呈现的任一阻抗。在一些实现方式中，这种减小的阻抗效应可通过在LED电流与光输出粗略成比例的低激励电压下，相对迅速地提升电流而有利地促使光输出增强。

曲线2705还包括第三拐点2740。在一些例子中，点2740可对应于这样的门限，即超过该门限时经过晶体管Q1的电流基本接近于零。在点2740以下，晶体管Q1对LED组3周围的至少一部分输入电流进行分流。

曲线2705在点2725、2740之间的范围2750内所示的多变的斜率以其倒数的形式表明，晶体管Q1在该范围内响应于激励电压的增大呈现平稳且持续地增大的阻抗。在一些实现方式中，这种动态阻抗效应可有利地促成从电流基本只流经晶体管Q1到基本只流经LED组3的平稳且基本线性(例如低谐波失真)的转换。

图28示出了图26的电路的实施方式的电压和电流波形的示波器测量结果。图2800示出了正弦电压波形2805和电流波形2810。电流波形2810呈现头肩形状。

在本例子中，肩部2815对应于在较低AC输入激励电平的范围内流经晶体管Q1的电流。在AC输入激励电平的第二中间范围内，晶体管Q1阻抗增加。由于激励电压在与第二范围重叠的第三范围内继续基本平稳且持续地升高，跨越晶体管Q1的电压也增大到超过LED组3的有效正向门限电压，并且输入电流以基本平稳和持续的方式从流经晶体管Q1转换到流经LED组3。在更高的AC输入激励电平下，电流基本只流经LED组3，而不会流经晶体管Q1。

在一些实施方式中，第一范围具有下限，该下限是由LED组1、2形成的网络的有效正向门限电压的函数。在一些实施方式中，第二范围具有由预定门限电压限定的下限。在一些例子中，第二范围的下限基本对应于预定门限电流。在一些实施方式中，预定门限电流可为结温度(例如基极-发射极结正向门限电压)的函数。在一些实施方式中，第三范围的下限为LED组3的有效正向门限电压的函数。在一些实施方式中，第三范围的上限对应于大体上主要流经(例如通往负载的瞬时输入电流的至少大约95％、96％、97％、98％、99％或至少大约99.5％)LED组3的输入电流。在一些例子中，第三范围的上限为基本接近于零(例如低于通往负载的瞬时输入电流的0.5％、1％、2％、3％、4％或低于大约5％)的流经晶体管Q1的电流的函数。

图29示出了对图28的电压和电流波形的电能质量的测量结果。特别地，测量结果表明功率因数测得为约0.967(例如96.7％)。

图30-31示出了通过对大致如参照图26示出并描述的示例性LED光引擎电路的操作而采集的实验结果。在实验中，LED组1、2、3包括型号SLHNNWW629T0，例如可从韩国的三星LED有限公司购买。LED组3还包括型号AV02-0232EN，例如可从加利福尼亚的安华高科技(Avago Technologies)有限公司购买。测试的LED组1、2均包括24个串联成串的二极管，LED组3包括18个串联成串的二极管。测试的元件值规定如下：R1为47欧姆，R2为3.32欧姆，R3为806千欧姆。

图30示出了针对图26的电路的另一实施方式的电压和电流波形的示波器测量结果。图3000示出了正弦激励电压波形3005和输入电流波形的曲线3010。电流波形3010呈现头肩形状，基本上如参照图28所描述的电流波形，仅仅改变了特性门限、拐点或斜率。

图31示出了图30的电压和电流波形的电能质量的测量结果。特别地，测量结果表明测得的功率因数为约0.978(例如97.8％)。

图32-35示出了通过对大致如参照图26示出并描述的示例性LED光引擎电路的操作而采集的实验结果。在实验中，LED组1、2包括型号SLHNNWW629T0(白色)，例如可从韩国的三星LED有限公司购买，以及型号AV02-0232EN(红色)，例如可从加利福尼亚的安华高科技有限公司购买。LED组3包括型号CL-824-U1D(白色)，例如可从日本的西铁城电子有限公司购买。测试的LED组1、2二者均包括24个串联成串的二极管，LED组3包括20个串联成串的二极管。测试的元件值规定如下：R1为715欧姆，R2为23.2欧姆，R3为806千欧姆。

图32示出了参照图27-29描述的图26的电路的实施方式的电压和电流波形的示波器测量结果。如图所示，曲线图3200包括正弦激励电压波形3205、总的输入电流波形3210、流经晶体管Q1的电流的波形3215以及流经LED组3的电流的波形3220。

参照图27，实验数据表明，对于第一拐点2720和第二拐点2725之间的激励电压，总的输入电流波形3210与波形3215基本匹配。输入电流与流经晶体管Q1的电流在第二拐点2725之上的激励范围内保持基本相等。然而，在点2725、2740之间的范围2750内的转换拐点3225处，波形3215开始降低，降低的速率与对应的波形3220的升高基本相抵。随着激励电压将对应于拐点3225的电压升高到对应于拐点2740的电压，波形3215、3220呈现出具有大小相等、方向相反并且近似恒定(例如线性)的斜率。当激励电压在点2740以上时，流经LED组3的电流波形3220与输入电流波形3210基本相等。

图33示出了图32的电压和电流波形的电能质量测量结果。特别地，测量结果表明功率因数测得为约0.979(例如97.9％)。

图34示出了图32的波形的谐波分量。特别地，谐波大小基本只测量为奇次谐波，其中最大者为第7谐波(频率低于基频的20％)。

图35示出了图32的电压和电流波形的谐波分布图。特别地，测量的总谐波失真测得为约20.9％。

因此，具有选择性分流电路的AC LED光引擎的实施方式可有利地采用低于30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％或低于约21％的THD进行操作，并且在例如频率高于1kHz的谐波大小基本低于基频幅值的大约5％。

图36-37示出了参照图27所描述的光引擎的光输出的实验测量的曲线和数据。在采用施加的激励电压为120Vrms的实验中，光输出测得呈现与透镜和白色(例如大致为抛物线形)反射器相关联的大约20％的光损耗。在完全(full)激励电压(120Vrms)下，测得的输入功率为14.41瓦特。

因此，具有选择性分流电路的AC LED光引擎的实施方式在提供有大约120Vrms的正弦电压时，可有利地伴随每瓦至少大约42、44、46、48、50或51的流明，以及至少90％、91％、92％、93％、94％、95％或至少96％的功率因数进行操作。AC LED光引擎的一些实施方式还可以在幅值调制和/或相位控制调制下施加的激励电压的全部范围(例如0-100％)内基本平稳和持续地调光。

图36示出了在调光等级(dimming levels)范围内计算的光输出分量以及组合的总输出计算的图。图示表明，该实现方式中的选择性分流电路在基本的电压范围内提供了平稳地可调光输出。在本例子中，光输出从完全额定激励(例如本例子中的120V)时的100％平稳地(例如连续单调变化)降低到约额定激励的37％(例如本例子中的45V)时的0％。因此，使用采用选择性电流分流以调节电流的AC LED光引擎的一些实现方式的幅值调制进行平稳调光的可用控制范围可为额定激励电压的至少60％或至少大约63％。

图37示出了在调光等级范围内计算的光输出分量以及组合的总输出计算的实验数据。至少5流明的LED组1、2的输出光降至50V以下，而至少5流明的LED组3的输出光降至大约90V以下。

图38示出了在AC输入激励低于预定电平时，采用选择性电流分流以旁通一组LED的LED光引擎的示意性电路的示意图。对于给定的来自LED的峰值照明输出，各实施方式可有利地实现功率因数的改善和/或谐波失真的减少。

光引擎电路3800包括桥式整流器3805和两个串联连接的LED组：LED组1和LED组2，两者均包括多个LED。在操作中，LED组1、2二者均可具有实质上是施加的峰值激励电压的一部分的有效正向电压。LED组1、2的组合的正向电压结合电流限制元件可以控制峰值正向电流。电流限制元件示出为电阻器R1。在一些实施方式中，电流限制元件可包括例如一个元件或多个元件的组合，所述元件可从固定电阻器、电流控制半导体以及热敏电阻器中选择。

光引擎电路3800还可包括旁通电路3810，所述旁通电路3810进行操作以减小电路3800的有效正向开启电压。在各实施方式中，旁通电路3810有助于扩展在低AC输入激励电平下的导通角，从而可例如通过构造更接近正弦形状的电流波形而倾向于有利于功率因数和/或谐波因数。

旁通电路3810包括旁通晶体管Q1(例如MOSFET、IGBT、双结，诸如此类)，其沟道与LED组2并联连接。沟道的导电性由控制端子(例如MOSFET的栅极)调制。在所述示例中，栅极电压通过电阻器R2上拉到整流器的正输出端子(节点A)，也可由NPN晶体管Q2的集电极下拉到晶体管Q1的源极电压附近的电压。在各实施方式中，晶体管Q1的栅极电压可响应于流经感测电阻器R3的相应的输入电流强度的平稳和持续的变化而基本平稳且持续地变化。当NPN晶体管Q2的基极-发射极由足够的经过感测电阻器R3的LED电流正向偏置时，NPN晶体管Q2可下拉晶体管Q1的栅极电压。

所述示例还包括示例性保护元件以限制MOSFET的栅极-到-源极电压。在本例子中，稳压二极管3815(例如14V击穿电压)可用作将施加到晶体管Q1栅极的电压限制到安全级别。

图39示出了在AC输入激励低于两个相应的预定电平时，采用选择性电流分流以旁通两组LED的LED光引擎的示意性电路的示意图。

光引擎电路3900包括与图38的光引擎电路串联设置的附加LED组以及相应的附加旁通电路。光引擎电路3900包括连接在节点A和节点C之间的LED组1、连接在节点C和节点D之间的LED组2，以及连接在节点D和节点B之间并与LED组1、2串联的LED组3。旁通电路3905、3910分别与LED组2、3并联，以提供两个选择性电流分流的电平。

在所述实施方式中，旁通电路3905、3910包括上拉电阻器R2、R4，所述上拉电阻器R2、R4被连接以分别将它们的栅极电压上拉到节点C、D。在另一实施方式中，上拉电阻器R2、R4可被连接以分别将它们的栅极电压上拉到节点A、C。这样的实施方式的示例参照以下文件的至少图5B进行了描述：编号为61/255,855，标题为“用于畜牧业发展的LED照明装置”，并由申请人Z.格拉卡(Z.Grajcar)于2009年10月29日提交的美国临时专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

在各实施方式中，根据即时公开内容为旁通电路3905、3910的每一个设置适当的电流和电压门限，可以至少改善诸如光引擎3900的AC LED光引擎中的THD和功率因数的性能(单独的或结合的)。

随着在光引擎电路3900中的激励电压和输入电流的增大，例如旁通电路中的一个在第一激励范围内可从低阻抗转换到高阻抗，而旁通电路中的另一个可在第二激励范围内从低阻抗转换到高阻抗。在一些实现方式中，各旁通电路各自的电压和电流门限可被设置成使得第一、第二激励范围至少部分地重叠。这样的激励的重叠范围可通过适当选择电流和电压门限设置，以得到例如具有改善的功率因数的最佳THD性能。在其它一些实现方式中，第一、第二激励范围可以基本不重叠，这可有利地促成更宽的导通角，举例来说，例如实现接近整(例如大约97％、98％、98.5％、99％、99.25％、99.5％或大约99.75％)功率因数。

各个实施方式可有利地提供例如两个、三个或更多的旁通电路，从而在构造更接近正弦形状的电流波形和/或扩展导通角使之更接近每半周180°时，允许附加的自由度。附加电路可引入附加自由度，从而可针对给定的来自于LED的峰值照明输出获得功率因数的进一步改善以及谐波失真的进一步减少。

图40示出了在AC输入激励低于预定电平时采用选择性电流分流以旁通LED组的LED光引擎的示意性电路的示意图。图40所示的示意图包括一个实施方式，该实施方式包括：桥式整流器4005、电流限制电阻器R1以及两个并联的LED路径，所述两个并联的LED路径中的一个可由旁通电路4010中断。

光引擎电路4000包括桥式整流器4005，所述桥式整流器4005提供经过电阻器R1的单向负载电流。负载电流流经感测电阻器R2到达两个并联的LED组：LED组1和LED组2，两者均由多个LED(例如设置于串联、并联或串并联结合的网络中)形成。负载电流还向旁通电路4010提供围绕LED组1、2流动的偏置电流。旁通电路4010包括与通过LED组2的电流路径串联的P-沟道MOSFET晶体管Q1。晶体管Q1连接成使得漏极电流从电阻器R2流向LED组2。晶体管Q1的栅极电压由PNP双极面结型晶体管Q2控制，晶体管Q2的基极-发射极电压响应于经过感测电阻器R2流向LED组1、2的负载电流而受到控制。响应于流经电阻器R2的负载电流而流动的集电极电流，导致流经晶体管Q2和偏置电阻器R3的集电极电流。栅极电压是跨越电阻器R3的电压的函数。例如随着集电极电流的增大，栅极电压升高。在以额定激励电压进行的操作中，晶体管Q1从大致低阻抗状态(例如低于100、50、30、20、10、5.1、0.5、0.1、0.05欧姆)，到增加的阻抗状态(例如与电阻并联的大致恒定电流源的等效电路)，再到高阻抗状态(例如大致开路)的平稳转变，栅极电压相应于该平稳转变增大。

LED组1、2中的每个均可具有为施加的峰值激励电压的一部分的有效正向电压，并且基本所有的负载电流均可在LED组1、2中分流。当施加的峰值激励电压足以克服LED组1的有效正向门限电压时，流经电阻器R2的负载电流响应于流经LED组1的电流而将增大。在一些实施方式中，流经LED组2的电流响应于流经感测电阻器的电流在一定范围内基本平稳并且连续的增大而基本平稳并且连续地降低。在一些实现方式中，该范围对应于基本上高于LED组1的有效正向门限电压的激励电压。

在示例性操作中，LED组2的有效正向门限电压基本上低于LED组1的有效正向门限电压。根据处于AC激励连续且平稳增大期间的一些实施方式，负载电流首先流经LED组1。随着激励升高到LED组1的有效正向门限电压之上，负载电流既流经LED组1又流经LED组2。当负载电流达到门限时，随着旁通电路4010增大晶体管Q1的沟道阻抗，经过LED组2的电流可平稳且连续地向零转换。负载电流在超过某些门限电流值时，基本只流经LED组1，负载电流的一小部分向旁通电路4010中的晶体管Q2提供偏置电流。

因此光引擎电路4000包括旁通电路4010，该旁通电路4010进行操作以减小电路4000的有效正向开启电压。在各实施方式中，旁通电路4010可有助于扩展在低AC输入激励电平下的导通角，从而可例如通过构造更接近正弦形状的电流波形而倾向于有利于功率因数和/或谐波因数。

图41示出了图40的LED光引擎具有串联设置的附加LED组的示意性电路的示意图。在本实施方式中，光引擎电路4000改变为包括有与串联电阻器R1串联的LED组3。在所述示例中，LED组3可提高LED组1、2的有效正向门限电压要求。

可提供一些实施方式，在说明的平稳并且连续地增大的激励电压下，当LED组1在低激励电平下进行照明时，当LED组1、2在中激励电平下进行照明时，和当在高激励电平下，LED组2进行照明而LED组1不进行照明时，LED组3进行照明。

在说明的例子中，一些实施方式在LED组1和LED组2中使用不同颜色来提供基本不同的作为激励电平的函数的复合色温(例如，在0-100％的额定电压范围内响应于调光等级而颜色偏移)。通过为LED组1、2、3中的每个选择适当的光谱输出，一些实施方式可实现要求的颜色偏移能力(capability)。

图42示出了在AC输入激励低于预定电平时，采用选择性电流分流以旁通一组LED的LED光引擎的另一示意性电路的示意图。图42所示的示意图包括光引擎电路的一个实施方式，该实施方式包括：桥式整流器4205、电流限制电阻器R1和三条并联的LED路径，所述三条并联的LED路径中的两条可由独立的旁通电路中断，大致如之上参照图40的描述。

图42的示意图包括图40的光引擎电路4000的元件，并且还包括第三并联路径，第三并联路径包括可由旁通电路4210中断的LED组3。在本实施方式中，旁通电路4010、4210分别包括作为旁通晶体管的p-沟道MOSFET Q1、Q2。各旁通晶体管Q1、Q2的栅极由PNP型双极面结型晶体管Q3、Q4控制。PNP晶体管Q3、Q4设置为响应流经两个电流感测电阻器R2、R3的电流。在本例子中，当激励门限低于LED组2断开的对应门限时，LED组3的旁通电路4210断开。

图43示出了在AC输入激励低于预定电平时采用选择性电流分流以旁通一组LED的LED光引擎的又一示范性电路的示意图。图43所示的示意图包括大致如之上参照图42所述的光引擎电路的实施方式，还包括大致如参照图41所述的附加LED组。

图43示出了图42的LED光引擎具有串联设置的附加LED组的示范性电路的示意图。在本实施方式中，光引擎电路4200改变为包括有与串联电阻器R1串联的LED组4。在所述示例中，LED组4可提高LED组1、2和3的有效正向门限电压要求。

示出AC LED光引擎的示例性选择性分流电路(包括集成模块封装)的更多实施方式，例如至少参照了以下文件的图7A或10A进行了描述：编号为61/255,491，标题为“高功率因数和低谐波失真LED照明的结构”，并且由申请人Z.格拉卡于2009年10月28日提交的美国临时专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

尽管已经参照附图描述了各个实施方式，但是其它实施方式也是可能的。例如，可响应于来自分散、集成或为分散和集成二者组合的模拟元件或数字元件的信号来控制某些旁通电路的实现方式。一些实施方式可包括程控的和/或可编程的设备(例如PLA、PLD、ASIC、微控制器、微处理器)，并且可包括一个或多个数据存储器，所述数据存储器(例如单元(cell)、寄存器、块、页)提供单级或多级数字数据存储能力，所述数据存储器可为易失性和/或非易失性。一些控制功能可通过硬件、软件、固件或它们的任意组合而实现。

计算机程序产品可包括一组指令，该指令被处理器设备执行时，导致处理器执行规定的功能。这些功能可结合与处理器可操作通信的受控设备而执行。可包括软件的计算机程序产品可存储在有形嵌入地存储在存储介质(例如电子、磁性或转动的存储设备)的数据存储器中，并且可被固定或移除(例如，硬盘、软盘、拇指驱动器、CD、DVD)。

各实施方式中LED的数量是示例性的，并不具有限定意义。可根据所选LED的正向电压降以及施加的由源提供的激励幅值来设计LED的数量。例如，参照图26，可减少节点A、C之间的LED组1、2中的LED的数量来获得改善的功率因数。节点A、C之间的LED可有利地并联放置，从而根据它们相对的占空比来基本上平衡这两组LED之间的负载，例如，相对于LED组3的负载。在一些实现方式中，每当从源获取(draw)输入电流时，电流可从节点A流到C，而节点C、B之间的电流基本上只在峰值激励周围流动。在各实施方式中，装置和方法可有利地改善功率因数，而不必引入与LED串串联的大致电阻性的耗散元件。

在示例性实施方式中，照明装置中的一个或多个LED可具有不同颜色和/或电气特性。例如，图6的实施方式的整流器LED(只在交替的半周期内承载电流)可与在全部四个象限期间承载电流的负载LED具有不同的色温。

根据另一实施方式，例如可包括附加元件以减少流经二极管的反向泄漏电流。例如可包括非LED的低反向泄漏整流器，其与整流器的两条支路串联，以最小化在整流器中的正负电流路径中的反向泄漏。

根据另一实施方式，到整流器的AC输入可由其它功率处理电路改变。例如，可使用调光器模块，其利用相位控制在每个半周期内的选定点处延迟开启和/或中断电流流动。在一些情况下，即使电流由于调光器模块而失真，谐波改善仍然可以有利地实现。当整流正弦电压波形经过例如调光器模块、调压变压器或变阻器进行了幅值调制，仍然可以获得改善的功率因数。

在一个例子中，激励电压可具有大致的正弦波形，例如在50或60Hz，线路电压约120VAC。在一些例子中，激励电压可为经过调光电路处理的大致正弦波形，所述调光电路例如为进行操作以在每个半周期内的选定相位延迟开启或中断关闭的相位控制开关。在一些例子中，调光器可调制AC正弦电压(例如AC-到-AC变换器)的幅值，或调制整流正弦波形(例如DC-到-DC变换器)。

线路频率例如可包括约50、约60、约100或约400Hz。在一些实施方式中，基本(fundamental)操作频率可基本低于1kHz，这可有利地减少超出可与谐波电流关联的许可射频发射的问题。

在一些实施方式中，操作中大致平滑的线性波形可有利地产生基本可忽略的谐波电平。一些例子可以在音频或射频范围内可以基本忽略的低电平和低频率发射传导的或辐射的发射。一些实施方式基本不要求过滤元件以满足广泛适用的标准，该标准通常规定传导的或辐射的电磁发射，例如应用于住宅的或商务的照明产品的那些标准。例如，各实施方式可在住宅或商务应用中有利地进行操作而无需过滤元件，所述过滤元件诸如电容器(例如铝质电解电容器)、电感器、扼流圈或磁场或电场吸收或屏蔽材料。因此，这些实施方式可有利地提供高效率、可调光的照明，而无需考虑与这样的过滤元件相关的成本、重量、封装、有害物质和体积。

在一些实现方式中，旁通电路可制造在集成有部分或全部照明LED的单个晶粒(die)上。例如，AC LED模块可包括晶粒，所述晶粒包括待旁通的成组的一个或多个LED，所述晶粒还可包括部分或全部旁通电路元件和相互连接。这些实现方式通过减少或基本消除与旁通电路的实施方式相关的布置和接线，基本上进一步降低了装配和元件的成本。例如，旁通电路与LED集成在相同晶粒上或混合电路组件上可消除至少一条接线或一处接口电气连接。在说明性的例子中，在分立基板(separate substrates)上的旁通电路与LED之间的电气接口可包括接线或其它互联方式(例如，板对板连接器(header))以允许电流分流到旁通电路以及允许电流分流离开被旁通的LED。在集成的实施方式中，可基本减小或消除用于元件放置的空间和/或用于旁通路径的互联路由，进一步促进整个的AC LED光引擎的成本降低和小型化。

如本文中一般用于正弦激励的，导通角一般是指整流正弦波形的(半周期的180°)的部分(以度来测量)，在该整流正弦波的期间，基本激励输入电流流入负载中的一个或多个LED以使LED发光。作为说明，电阻性负载可具有180°的导通角。由于每个二极管的正向开启电压，典型的LED负载可呈现小于180°的导通角。

在说明性的例子中，例如可在60Hz用额定120V正弦电压激励AC输入，但是不限于此特定的电压、波形或频率。例如，一些实现方式可在400Hz以115V方波的AC输入激励进行操作。在一些实现方式中，激励例如可为基本单极(整流)正弦、矩形、三角形或梯形周期波形。在各实施方式中，AC激励的峰值电压可为大约46、50、55、60、65、70、80、90、100、110、115、120、125、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、260、280、300、350、400、500、600、800、1000、1100、1300或至少大约1500V。

示例性调光器模块可通过响应于通过与电位计相连(coupled)的滑动控制器的用户输入进行操作。在其它实施方式中，可采用一个或多个其它输入来增加或替换用户控制输入。例如，供给光引擎的AC激励可响应于自动生成的模拟和/或数字输入(单独或结合用户输入)而进行调制。例如，可编程的控制器可提供控制信号以为调光控制模块的建立操作点。

示例性调光器模块可包括相位控制模块，用于控制AC激励波形的哪部分被阻止(blocked)供给示例性光引擎电路的端子。在其它实施方式中，可采用一种或多种其它技术(单独地或结合地)对AC激励进行调制。例如，可使用脉冲宽度调制(单独或与相位控制结合)以在大致高于基本AC激励频率的调制频率下对AC激励进行调制。

在一些例子中，AC激励信号的调制可采用去激励(deenergized)模式，在该模式中基本不向光引擎施加激励。因此，一些实现方式可包括与激励调制控制器(例如相位控制模块)结合的隔离(disconnected)开关(例如固态继电器或机械继电器)。隔离开关可以串联设置以中断到光引擎的AC激励的供给连接。在一些例子中，隔离开关可设置在从电气设施源接收AC输入并向调光器模块分配AC激励的断路器面板上。在一些例子中，可将隔离开关设置在电路上的、与断路器面板上的节点不同的节点上。一些例子可包括设置为响应于自动输入信号(例如来自可编程控制器)和/或放置于预定位置的用户输入元件(例如，被移动到运行位置尽头、被推入以与开关接合等)的隔离开关。

一些实施方式可提供要求的强度以及一个或多个对应的颜色转移特性。一些实施方式可基本减小可调光的LED光源的成本、尺寸、元件数量、重量、可靠性和效率。在一些实施方式中，选择性电流分流电路可以减小的谐波失真和/或功率因数对使用例如非常简单、低成本、低功率的电路的AC输入电流波形进行操作。因此，一些实施方式可降低照明的能量要求，使用简单的调光控制器(dimmer control)在生物周期中提供要求的照明亮度和颜色，并且避免以不需要的波长进行的照明。一些实施方式可有利地封闭在防水壳体内，从而允许使用加压冷水喷射进行清洗。在几个实施方式中，壳体可被加固，需要低成本的材料和组件，并且在操作中向LED光引擎提供基本散热。各示例可包括透镜，以提供大致均匀和/或定向的照明图案。一些实施方式可提供简单且低成本的安装结构，所述结构可包括与悬垂绳(drop cord)的简单连接。

在一些实施方式中，用于实现基本减少的谐波失真的附加电路可包括单个晶体管，或者可进一步包括第二晶体管和电流感测元件。在一些例子中，电流传感器可包括一部分LED电流流过的电阻性元件。在一些实施方式中，可将谐波改善电路与受谐波改善电路控制的一个或多个LED集成在一个晶粒上，从而大大减小尺寸和制造成本。在一些例子中，谐波改善电路可与相应的受控LED集成在公共晶粒上，而无需增加单独制造LED需要的工艺步骤数目。在各实施方式中，例如使用半波或全波整流基本改善AC驱动LED负载的AC输入电流的谐波失真。

尽管可使用螺口型插座(有时也称为“爱迪生螺纹”式插座)构成到LED光引擎的电气接口并为LED灯组件提供机械支撑，但是也可使用其它类型的插座。一些实施方式可使用卡口(bayonet)式接口，其以一个或多个导电的径向导向的插脚(pin)为特征，在LED灯组件旋转到位时该插脚与插座中对应的槽相接合并且产生电气及机械支撑连接。一些LED灯组件可使用例如能够与对应插座接合的两个或多个接触插脚，例如，使用扭转运动以既电气又机械的方式将插脚接合入插座。例如(但不限于此)，例如在市售的GU-10型灯中的，电气接口可使用两个插脚的设置。

在一些实现方式中，计算机程序产品可包括多个指令，该指令由处理器执行时使得处理器调节照明装置(包括LED照明装置)的色温和/或光强。色温可由复合光装置操纵，该复合光装置将具有一个或多个色温的一个或多个LED与一个或多个非LED光源(各自具有唯一的色温和/或光输出特性)相结合。例如(但不限于此)，多个色温LED可与一个或多个荧光灯、白炽灯、卤素灯和/或水银灯光源相结合以在激励条件范围内提供所需的色温特性。

尽管一些实施方式可有利的平稳地随着供给光引擎的AC激励的降低而将照明设备输出颜色从冷色转换到暖色，但是也可采用其它的实现方式。例如，减小AC输入激励可将LED设备的色温从较暖色转变为较冷色。

在一些实施方式中，可以控制材料的选择和处理以调节LED色温和其它光输出参数(如强度、方向)，从而提供产生要求的复合特性的LED。对LED适当的选择以提供所需色温，并结合适当应用和对旁通电路门限的确定可有利的在输入激励的范围内实现色温变化的适应(tailoring)。

在一些实施方式中，例如可通过变压器分接头的受控切换来调制激励电压的幅值。通常，分接头的一些结合与多种不同的匝数比相关。例如，可使用固态继电器或机械继电器在变压器的初级和/或次级上的多个可用分接头中进行选择，从而提供最接近要求的AC激励电压的匝数比。

在一些例子中，由能够在操作范围内提供对AC激励电压的平稳且连续调节的调压变压器(例如自耦变压器)对AC激励幅值进行动态调节。在一些实施方式中，由变速/变压机电发电机(例如柴油动力发电机)产生AC激励。采用受控速度和/或电流参数对发电机进行操作，以向基于LED的光引擎提供要求的AC激励。在一些实现方式中，可使用公知的固态和/或机电方法提供到光引擎的AC激励，所述方法可结合AC-DC整流、DC-DC变换(例如升降压、升压、降压、回扫)、DC-AC反转(如半桥或全桥、变压器耦合)和/或直接的AC-AC变换。固态切换技术例如可单独地或与适当的调制策略(例如脉冲密度、脉冲宽度、脉冲跳跃、需求等)相结合地使用谐振(例如准谐振、谐振)、零交叉(例如零电流、零电压)切换技术。

在说明性的实施方式中，整流器可接收AC(例如正弦)电压，并且向串联设置的LED模块传输基本单向的电流。当AC输入电压低于预定等级时，通过在成串的二极管的至少一个二极管周围进行电流分流可以减小LED负载的有效开启电压。在各个示例中，LED串的选择性电流分流可扩展输入电流的导通角，从而基本减少AC LED照明系统的谐波失真。

在各实施方式中，装置和方法可有利地改善功率因数，而不必引入与LED串串联的大致电阻性的耗散元件。例如通过对在AC激励的预定门限值下、流经所选LED的一个或多个电流路径的受控调制，LED负载对于增高的AC激励电平可提供增高的有效开启正向电压电平。对于给定的导通角，可相应地减小用于维持要求的峰值输入激励电流的有效电流限制电阻值。

各实施方式通过操作LED在AC输入激励频率两倍的频率下承载单向电流，从而向人或动物提供可察觉的闪烁。例如，全波整流器可分别响应于50或60Hz正弦输入电压激励而提供100或120Hz负载电流(整流正弦波)。增加的负载频率引起相应的照明的闪烁频率的增加，这容易使闪烁能量达到或超过能够被人或动物察觉的等级。这样有利于减少与闪烁光相关的应力(stress)。

示例性装置和相关方法可包括旁通模块，用于调制一条或多条电流路径的导电性以提供第一LED设置，所述第一LED设置在最小输出照明附近传导，并且比在最大输出照明传导的第二LED设置具有更大的导通角。在说明性的例子中，当AC输入激励高于预定门限电压或电流时，与第二LED设置的一部分并联的旁通路径的导电性可以减小。旁通路径可在输入激励低于预定门限时提供减小的有效开启电压。对于给定的最大输入激励下的最大输出照明，旁通模块可控制流过所选LED的电流，以构建功率因数基本改善和谐波失真减小的输入电流波形。

在各个示例中，电流调制可扩展从电源获得的输入激励电流的有效导通角。

在一些例子中，调制可产生(draw)被构造为基本近似于输入激励电压的基频的波形和相位的输入激励电流，从而导致改善的谐波失真和/或功率因数。在说明性的例子中，可减小LED负载的开启电压，直到激励输入电流或其相关的周期性激励电压达到预定门限电平，并且当激励电流或电压基本高于预定门限电平时停止减小开启电压。

各实施方式可实现一个或多个优点。例如，一些实施方式可以容易地合并来提供改善的电气特性和/或调光性能，无需重新设计现有的LED模块。例如，使用少量离散元件结合现有的LED模块即可容易地实现一些实施方式。一些实现方式例如可使用非常简单、低成本、低功率的电路来基本减小AC输入电流波形的谐波失真。在一些实施方式中，用于实现基本减少的谐波失真的附加电路可包括单个晶体管，或者进一步包括第二晶体管和电流感测元件。在一些例子中，电流传感器可为电阻性元件，一部分LED电流流过该电阻性元件。在一些实施方式中，将谐波改善电路与一个或多个受谐波改善电路控制的LED集成在一个晶粒上，从而大大减小尺寸和制造成本。在一些例子中，谐波改善电路可与相应的受控LED集成在公共晶粒上，无需增加单独制造LED需要的工艺步骤。在各实施方式中，例如使用半波或全波整流，基本改善了AC-驱动LED负载的AC输入电流的谐波失真。

一些实施方式可为LED组提供多个并联的LED路径，以平衡经过所有LED组的每条路径之间的与该路径例如在额定激励下承载的电流的均方根(rootmean square)近似成比例的电流负载。这种平衡可在AC LED光引擎的使用寿命内有利地实现晶粒的大致平衡的老化(degradation)。

本说明书公开了与LED照明系统的高功率因数和低谐波失真的架构相关的技术。相关例子可参见在先申请的与本公开文件具有相同发明人关系(inventorship)的公开文件。

在一些实施方式中，可将实现方式与其它元件集成，所述其它元件诸如包装和/或热管理硬件。与此处描述的实施方式有利地集成的热元件或其它元件的示例例如参照以下文件的图15进行了描述：编号为2009/0185373A1，由Z.格拉卡于2008年11月19日提交的美国公开申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

采用AC激励的调光和颜色转移LED的技术的示例，例如参照以下文件的各个附图进行了描述：编号为61/234,094，标题为“可调光AC LED照明装置的色温偏移控制”，并由Z.格拉卡于2009年8月14日提交的美国临时专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

在AC激励下针对颜色转移LED照明装置改善功率因子并减少谐波失真的技术的示例，例如参照以下文件的图20A-20C进行了描述：编号为61/233,829，标题为“减少LED负载的谐波失真”，并由申请人Z.格拉卡于2009年8月14日提交的美国临时专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

LED灯组件的示例，例如参照以下文件的附图进行了描述：编号为29/345,833，标题为“LED筒灯(downlight)组件”，并由Z.格拉卡于2009年10月22日提交的美国外观设计专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

各实施方式可加入一个或多个电气接口，以建立从照明装置到激励源之间的电气连接。使用在筒灯的一些实施方式中的电气接口的例子，例如参照至少以下文件的图1-3或5进行了进一步详细描述：编号为29/342,578，标题为“灯组件”，并由Z.格拉卡于2009年10月27日提交的美国外观设计专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

LED光引擎的更多实施方式，例如参照以下文件的至少图1、2、5A-5B、7A-7B和10A-10B进行了描述：编号为61/255,491，标题为“高功率因数和低谐波失真LED照明装置的架构”，并且由Z.格拉卡于2009年10月28日提交的美国临时专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

各实施方式可涉及用于牲畜的可调光照明装置的应用。这样的装置和方法的例子，例如参照至少以下文件的图3、5A-6C进行了描述：编号为61/255,855，标题为“畜牧业发展的LED照明装置”，并由Z.格拉卡于2009年10月29日提交的美国临时专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

一些实现方式可包括使用具有顺应插脚(complaint pins)的LED将AC LED光引擎安装到电路基板，部分所述顺应插脚可提供基本的散热能力。这样的装置和方法的例子，例如参照至少以下文件的图11-12进行了描述：编号为12/705,408，标题为“发光二极管组件和方法”，并由Z.格拉卡于2010年2月12日提交的美国专利申请，其全部内容通过引用合并到本文中。

已经参照附图或其他在各方面对多个实施方式进行了描述。

在一个示例性方面，光引擎中的电流调节方法包括这一步骤：提供一对适于接收极性交替的激励电压的输入端子。流入一对端子中的每个端子的电流大小相等而极性相反。该方法还包括提供设置在第一网络中的多个发光二极管(LED)。第一网络设置为响应于超过至少与第一网络相关的正向门限电压的激励电压而传导所述电流。该方法还包括提供设置在与第一网络为串联关系的第二网络中的多个LED。该示例性电流调节方法还包括这一步骤：提供与第二网络并联并与第一网络为串联关系的旁通路径。另一步骤是响应于在所述电流幅值增加到门限电流值以上的范围，动态增大旁通路径的阻抗，所述阻抗作为电流幅值的基本平稳且连续的函数，并且当跨越旁通路径的电压降基本低于与第二网络相关的正向门限电压时，允许所述电流流过第一网络，并且将所述电流从第二网络上基本分流。

在各个例子中，该方法可包括：响应于跨越旁通路径的电压降增加到第二网络的正向电压以上，以基本线性的方式将所述电流从所述旁通路径转换到第二网络。选择性旁通的步骤还可包括当激励电压高于第二门限时允许电流经过所述第一、第二网络。选择性旁通的步骤还可包括响应于超过第二门限的激励电压的大小的基本平稳且连续的增加，基本平稳且连续地减小正被从所述第二网络分流的电流。选择性旁通的步骤还可包括接收表示所述电流大小的控制输入信号。

该步骤包括改变与第二网络并联的路径的阻抗，其中阻抗随着激励电压在第一门限与第二门限之间的至少一部分范围内的增加而单调增加。该步骤还包括在激励电压的大小在第一门限处或在第一门限与第二门限之间的至少一部分范围内时，提供与第二网络并联的低阻抗路径。选择性旁通的步骤可包括当激励电压基本高于第二门限时，提供与第二网络并联的基本高阻抗路径。

在一些实施方式中，该方法可包括将在输入端子处接收的激励电压整流成基本单极性的电压激励以驱动所述电流。该方法还可包括以激励电压的频率的整数倍数的基频对所述电流进行选择性旁通。整数倍数可至少为3.

在另一示例性方面中，光引擎可包括一对适于接收极性交替激励电压的输入端子。流入一对端子中的每个端子的电流大小相等而极性相反。光引擎包括设置在第一网络中的多个发光二极管(LED)，所述第一网络设置为响应于至少超过与第一网络相关的正向门限电压大小的第一门限的激励电压而传导所述电流。光引擎还包括设置在与第一网络串联的第二网络中的多个LED。第二网络设置为响应于至少超过与第一网络相关的正向电压大小以及与第二网络相关的正向电压大小之和的第二门限的激励电压而传导所述电流。光引擎还包括用于当激励电压低于第二门限时，通过允许电流流过第一网络并基本分流电流离开第二网络而选择性旁通第二网络的装置。

例如(但不限于此)，用于选择性旁通的装置至少参照图19、26和38-43进行了描述。

在一些实施方式中，选择性旁通装置还可在激励电压处于第一门限与第二门限之间的至少一部分范围内时，允许电流流过第一网络，并分流电流离开第二网络。选择性旁通装置还可在激励电压高于第二门限时允许电流流过所述第一、第二网络。选择性旁通装置还可响应于超过第二门限的激励电压的大小的基本平稳且连续的增加而操作为基本平稳且连续地减小流经旁通装置的电流。

在一些例子中，选择性旁通装置可包括响应于电流大小的控制输入。选择性旁通装置可操作为呈现与第二网络并联的可变阻抗路径，使得可变阻抗随着激励电压在第一门限与第二门限之间的至少一部分范围内的增加而单调增加。选择性旁通装置可操作为在激励电压的大小处于第一门限与第二门限之间的至少一部分范围内时，呈现与第二网络并联的低阻抗路径。选择性旁通装置可操作为在激励电压基本高于第二门限时，呈现与第二网络并联的基本高阻抗路径。

在一些实施方式中，光引擎还可包括整流器模块，用于将从输入端子处接收的激励电压转变为基本单极性的电压激励以驱动所述电流。

至此已经描述了多种实现方式。然而，应当理解可得出各种变型例。例如，如果以不同顺序执行公开的技术的步骤，或者如果公开的系统的部件以不同的方式组合，或者如果所述部件被其它部件所补充，也可实现有利结果。因此，其它实现方式也应落入以下权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种光引擎中的电流调节方法，该方法包括：

提供一对适于接收周期性激励电压的输入端子；

将大小相等而极性相反的电流接收到所述一对端子中的每个端子，所述电流响应于所述激励电压而流动；

提供设置在第一网络中的多个发光二极管(LED)，所述第一网络设置为响应于至少超过与所述第一网络相关的正向门限电压的所述激励电压而传导所述电流；

提供设置在与所述第一网络为串联关系的第二网络中的多个LED；

提供与所述第二网络并联并与所述第一网络为串联关系的旁通路径；

响应于在门限电流值以上的范围内的增加的所述电流幅值，动态增大所述旁通路径的阻抗，所述阻抗作为所述电流幅值基本平稳且连续的函数；

当跨越所述旁通路径的电压降基本低于与所述第二网络相关的正向门限电压时，允许所述电流流过所述第一网络，并且将所述电流从所述第二网络上基本分流走；以及

当跨越所述旁通路径的电压降超过与所述第二网络相关的正向门限电压时，响应于所述电流以基本平稳且连续的方式增大，平稳且连续地将全部所述电流从所述旁通路径基本转换到所述第二网络。

2.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：

响应于跨越所述旁通路径的电压降在高于与所述第二网络相关的正向门限电压的范围内的平稳且连续的增大，基本平稳且连续地减小流经所述旁通路径的电流。

3.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：

操作所述旁通路径，以响应于在所述门限电流值以下的范围内的所述电流幅值而提供与所述第二网络并联的基本低阻抗路径。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述激励电压包括在每个周期内具有极性交替的电压的周期性波形。

5.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：

对在所述输入端子处接收的所述激励电压进行整流，以形成基本单极性的激励电压以驱动所述电流。

6.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：

调制所述激励电压。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述调制所述激励电压包括：

控制所述激励电压的幅值。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述调制所述激励电压包括：

接收控制信号，并且响应于所述控制信号中包含的信息，仅在与所述控制信号中的信息相对应的激励电压波形的一部分周期内，将所述激励电压施加到所述输入端子。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述仅在与所述控制信号中包含的信息的相对应激励电压波形的一部分周期内将所述激励电压施加到所述输入端子包括：

在至少一个周期内，延迟将所述激励电压施加到所述输入端子，其中延迟时长响应于所述控制信号中包含的信息。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述仅在与所述控制信号中包含的信息相对应的激励电压波形的一部分周期内将所述激励电压施加到所述输入端子包括：

在至少一个周期内，从所述输入端子提前移除所述激励电压，其中提前的时长响应于所述控制信号中包含的信息。

11.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：

以两倍于激励电压波形基频的频率调制所述旁通路径的阻抗。

12.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：

以单极激励电压波形的基频调制所述旁通路径的阻抗。

13.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：

设置所述第一网络、所述第二网络、所述电流的所述基本平稳且连续的函数以及所述门限电流值，以使得所述电流响应于具有大致正弦波形的所述激励电压而呈现低于30％的总谐波失真。

14.一种光引擎，该光引擎包括：

一对输入端子，所述一对输入端子适于接收周期性激励电压，并将大小相等而极性相反的电流接收到所述一对端子中的每个端子，所述电流响应于所述激励电压而流动；

多个发光二极管(LED)，所述多个LED设置在第一网络中，所述第一网络设置为响应于至少超过与所述第一网络相关的正向门限电压的所述激励电压而传导所述电流；

多个LED，所述多个LED设置在与所述第一网络为串联关系的第二网络中；

旁通路径，所述旁通路径与所述第二网络并联并与所述第一网络为串联关系；

可控阻抗元件，所述可控阻抗元件位于所述旁通路径中；以及

动态阻抗控制模块，所述动态阻抗控制模块连接到所述可控阻抗元件，所述动态阻抗控制模块适于响应于增大到门限电流值以上的所述电流幅值，动态地操作所述可控阻抗元件以增大所述旁通路径的阻抗，所述阻抗作为所述电流幅值基本平稳且连续的函数；并且当跨越所述旁通路径的电压降低于与所述第二网络相关的正向门限电压时，允许所述电流流经所述第一网络并将全部所述电流从所述第二网络上基本分流走；以及当跨越所述旁通路径的电压降超过与所述第二网络相关的正向门限电压时，随着所述电流以基本平稳且连续的方式增大，平稳且连续地将全部所述电流从所述旁通路径基本转换到所述第二网络。

15.如权利要求14所述的光引擎，所述动态阻抗模块还可适于动态地操作所述可控阻抗元件，以响应于跨越所述旁通路径的电压降在高于与所述第二网络相关的正向门限电压的范围内的平稳且连续的增大，基本平稳且连续地减小流经所述旁通路径的电流。

16.如权利要求14所述的光引擎，所述动态阻抗模块还可适于动态地操作所述可控阻抗元件，以响应于在所述门限电流值以下范围内的所述电流幅值而将所述旁通路径的阻抗保持为与所述第二网络并联的基本低阻抗路径。

17.如权利要求14所述的光引擎，该光引擎还包括整流器，所述整流器配置为对在所述输入端子处接收的所述激励电压进行整流，以形成基本单极性的激励电压以驱动所述电流。

18.如权利要求14所述的光引擎，该光引擎还包括多个LED，所述多个LED设置在与所述第一网络为串联关系并且与所述第二网络为并联关系的第三网络中。

19.如权利要求14所述的光引擎，该光引擎还包括：

多个LED，所述多个LED设置在与所述第一网络为串联关系的第三网络中；

第二旁通路径，所述第二旁通路径与所述第三网络并联并且与所述第一网络为串联关系；

第二可控阻抗元件，所述第二可控阻抗元件位于所述第二旁通路径中；以及

第二动态阻抗控制模块，所述第二动态阻抗控制模块连接到所述第二可控阻抗元件，所述第二动态阻抗控制模块适于响应增大到第二门限电流值以上的所述电流幅值，动态地操作所述第二可控阻抗元件，以增大所述第二旁通路径的阻抗，所述阻抗作为所述电流幅值的第二基本平稳且连续的函数；当跨越所述第二旁通路径的电压降低于与所述第三网络相关的正向门限电压时，允许所述电流流经所述第一网络并将全部所述电流从所述第三网络上基本分流走；以及当跨越所述第二旁通路径的电压降超过与所述第三网络相关的正向门限电压时，响应于所述电流以基本平稳且连续的方式增大，平稳且连续地将全部所述电流从所述第二旁通路径基本转换到所述第三网络。

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