CN102754530A - 高频率多电压和多亮度led照明器件 - Google Patents

高频率多电压和多亮度led照明器件 Download PDF

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M·米斯金
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Abstract

将AC电压变换成高频率AC电压并将高频率AC电压提供给ACLED电路或将高频率电路整流到DC电压并将DC电压提供给DCLED电路的系统和方法。

Description

高频率多电压和多亮度LED照明器件
相关申请
本申请是要求在2007年10月6日提交的美国临时申请No.60/997771作为优先权的在2008年10月6日提交的美国专利申请No.12/287267的部分继续申请；本申请还是作为要求在2004年2月25日提交的美国临时申请No.60/547653和在2004年4月6日提交的美国临时申请No.60/559867作为优先权的在2005年2月25日提交的美国申请No.11/066414（现在为美国专利No.7489086）的继续申请的在2009年2月3日提交的美国专利申请No.12/364890的部分继续申请；本申请还是作为美国申请No.12/287267的部分继续申请的在2010年5月28日提交的国际申请No.PCT/US2010/001597的部分继续申请，并且要求在2009年5月28日提交的美国临时申请No.61/217215作为优先权；本申请还是作为美国申请No.12/287267的部分继续申请的在2010年4月30日提交的国际申请No.PCT/US2010/001269的部分继续申请，并且要求在2009年5月1日提交的美国临时申请No.61/215144作为优先权；本申请还要求在2009年12月28日提交的美国临时申请No.61/284927和在2009年12月31日提交的美国临时申请No.61/335069作为优先权；在这里明确加入这些申请中的每一个的内容作为参考。
技术领域
本发明一般涉及用于AC操作的发光二极管（“LED”）。本发明特别涉及多电压级别、多亮度级别和电压可选择LED器件、封装和灯，高频率驱动LED电路，以及用于LED的高频率驱动器和驱动方法。
联邦资助研究或开发
无
背景技术
本发明的领域
本发明一般涉及用于高频率和可选择电压、多电压级别和/或多亮度级别操作的发光二极管（“LED”）。本发明特别涉及用于直接AC电压电源操作或桥整流AC电压电源操作的高频率操作、电压可选择、多电压级别和多亮度级别发光二极管电路、单个芯片、封装和灯“器件”。
现有技术的描述
LED是当被供给电流时产生光的半导体器件。LED固有地为DC器件，该DC器件仅通过一个极性的电流，并且在历史上已通过使用电阻器、电流调节器和电压调节器的DC电压源被驱动以限制向LED传输的电压和电流。一些LED具有内置于LED封装中的电阻器，从而提供一般通过5V DC或12V DC驱动的更高电压LED。
世界上的一些标准AC电压包含12VAC、24VAC、100VAC、110VAC、120VAC、220VAC、230VAC、240VAC和277VAC。因此，具有可被容易地配置为通过当封装多电压和/或多电流单芯片LED时简单地选择电压和/或电流级别或通过当将LED封装集成到印刷电路板上或完成的照明产品内时选择特定的电压和/或电流级别操作在多个电压级别和/或多个亮度级别的单芯片LED或多芯片单个LED封装和/或器件会是有利的。为了提供通过正如对于标准白炽灯切入附加的灯丝那样切入附加的电路而增加LED灯中的亮度的装置，具有用于LED灯应用的多电流LED芯片和/或封装也会是有利的。
US 7525248公开了包括能够在电绝缘、导电或半导电基板上构建的离散的LED的芯片级LED灯。并且，LED灯的构建使得能够对于高电压AC或DC功率操作配置灯。在已形成于基板的支撑表面上的电绝缘层上构建基于LED的固态发光器件或灯。特别地，绝缘层可外延生长于基板上，随后是依次由n型半导体层、光学活性层和p型半导体层构建的LED。通过蚀刻LED向下构建到绝缘层的特定的部分，形成各个离散的LED的隔离的台面结构，由此在相邻的LED之间形成沟槽。然后，各个LED通过对于连接一个LED的n型层和相邻的LED的p型层沉积的导电元件或迹线被电气耦合在一起，从而跨着所有的LED连续以形成固态发光器件。因此，器件可形成为具有用于供给的电力的正负引线的集成AC/DC光发射器。例如，LED灯可配置为通过高电压DC功率（例如，12V、24V等）或高电压AC功率（例如，110/120V、220/240V等）供电。
US 7213942通过使用可对于标准高AC电压（对于北美为110伏并且对于欧洲、亚洲等为220伏）操作使用的集成电路技术公开了单芯片LED器件。单芯片AC LED器件集成许多更小的被串联连接的LED。在LED制造过程中完成集成，并且最终的产品是可被直接插入外壳或构建的电力出口中或者直接拧入通过标准AC电压供电的白炽灯插孔中的单芯片器件。串联连接的更小的LED通过单个芯片上的光刻、蚀刻（诸如等离子干蚀刻）和金属化被构图。通过将发光材料蚀刻到绝缘基板中使得在小的LED之间不存在发光材料，实现单芯片内的小的LED之间的电气绝缘。跨小的LED中的每一个的电压大致与由相同的类型的材料制造的常规的DC操作LED中的电压相同（例如，对于蓝光LED为约3.5伏）。
因此，单芯片LED已受到限制，并且，在开发AC LED之前还没有成为超出为固定串联、固定并联或串联并联电路配置的集成电路。但是，AC LED仍为单个电路或并联电路固定单个电压设计。
LED封装在历史上还没有成为超出为固定串联、固定并联或固定串联并联LED电路配置的集成电路。
现有技术的缺点在于，它不提供会有利的单片集成于单个基板上的多电压和/或多电流电路。
具有可在电压级别、亮度级别和/或AC或DC供电输入功率偏好上提供选项的多电压和/或多亮度电路会是进一步有利的。
向多电压级别和/或多亮度级别发光LED电路、芯片、封装和灯提供可通过直接AC电压耦合、桥整流AC电压耦合或恒定电压DC电源耦合对于至少两个正向电压驱动级别很容易地电气配置的“多电压和/或多亮度LED器件”会是进一步有利的。本发明包括可以通过基于通过电气连接串联或并联电路配置中的LED电路实现的可选择的希望的操作电压级别的多于一个在6V或更大处AC或DC正向电压的“多电压”和/或基于使至少一个附加的LED电路连接和/或断开第一LED电路的开关装置的多于一个亮度级别的“多亮度”驱动的电路和器件。当多电压和/或多亮度电路和/或单个芯片被集成到LED封装中时，可在LED封装级别上实现和/或完成希望的操作电压级别和/或希望的亮度级别电连接，或者，LED封装可具有匹配其中集成多电压和/或多亮度电路和/或单个芯片的外部电气触点，由此允许驱动电压级别和/或亮度级别选择能力被转送到LED封装的外部，并允许在LED封装用户或PCB组件设施或最终产品制造商处选择电压级别或亮度级别。
在单个芯片上或在单个LED封装内提供具有至少12VAC或12VDC或更大的正向电压的至少两个集成电路会是进一步有利的，这些集成电路提供当通过使用离散裸片（一次一个LED芯片）封装多电压和/或多亮度电路并将它们导线接合到封装级别上的电路内或者当在LED封装内封装一个或多个多电压和/或多亮度级别单个芯片时选择正向电压的装置。
提供可在6V或更大的预设的正向电压级别下对于AC或DC电压操作提供电气连接选项的多电压和/或多亮度级别器件会是进一步有利的。
提供可通过除了单个芯片和或LED封装内的第一操作电路以外简单地开关附加的电路被切换到不同的亮度级别的多亮度LED器件会是进一步有利的。这会允许正如当前的2向或3向白炽灯那样将LED灯切换到更高的亮度级别。
在单个芯片上提供6V或更大的多电压电路的益处在于，LED封装器可使用该单个芯片作为平台，以通过针对用于各种最终顾客设计需求的多个电压级别的单个芯片提供多于一个的LED封装产品。这还对于芯片制作者增加单个产品上的产量，并改善库存控制。当使用一个芯片时，这还改善购买力和对于LED封装器的库存控制。
具有包含用于AC或DC驱动的LED电路和可用于在不改变提供的电压的情况下将诸如例如干线电压或50/60Hz上的一些其它的低电压的低频率电压转换成高频率的高频率AC电压变压器或逆变器的LED照明组件会是进一步有利的。例如，具有能够接收60Hz上的120VAC并能够直接向AC驱动LED电路或者替代性地在与对于电源和/或驱动器的原输入电压相等或不同的电压上通过AC至DC整流器向DC驱动LED电路提供高频率AC输出的LED照明电源和/或驱动器会是有利的。
通过直接连接高频率变压器或逆变器与AC驱动LED电路或者通过在高频率变压器或逆变器与DC驱动LED电路之间操作连接AC至DC整流器而组合多电压LED芯片、封装、电路、灯等，高频率AC电压电源和/或变压器以驱动LED会是进一步有利的。通过适当的设计考虑，与通过恒定电压或恒定电流DC驱动方案相比，可以通过直接AC或整流AC更有效地驱动LED。与恒定电流或恒定电压DC驱动器或当前用于向LED供电的电源相比，可使得高频率AC变压器或逆变器更小和更成本有效。频率越高，则可使得变压器越小。通过适当的设计考虑并基于电源的AC电压输出的瓦特数和频率，可使得高频率AC电压变压器足够小以直接将其安装于LED照明PCB组件上。
本发明提供这些优点并解决现有技术中的缺点。
发明内容
根据本发明的一个方面，在单个芯片上或者在基板上形成至少两个单个电压AC LED电路，从而提供用于直接AC功率操作的多电压AC LED器件。每个单个电压AC LED电路具有以相反的并联关系相互连接的至少两个LED。
根据本发明的另一方面，每个单个电压AC LED电路被设计为通过至少6VAC的预定的正向电压被驱动，并且，优选地，每个单个电压AC LED电路具有用于每个单个电压AC LED电路的6VAC、12VAC、24VAC、120VAC或其它的AC电压级别的匹配的正向电压。
根据本发明的另一方面，每个多电压AC LED器件将能够以至少两个不同的AC正向电压被驱动，从而通过并联电连接两个单个电压AC LED电路导致第一正向电压驱动级别，并通过串联电连接至少两个单个电压级别AC LED电路导致第二正向电压驱动级别。作为例子，串联连接的AC LED电路的第二正向电压驱动级别会为并联连接的AC LED电路的第一正向电压驱动级别的电平的约两倍。至少两个并联连接的AC LED电路会为至少两个串联连接的AC LED电路的电流的两倍。在任一电路配置中，亮度会与多电压LED器件的任一正向电压驱动选择大致相同。
根据本发明的另一方面，在单个芯片上或在基板上形成分别具有至少两个串联连接的LED的至少两个单个电压串联LED电路，从而提供多电压AC或DC可操作LED器件。
根据本发明的另一方面，每个单个电压串联LED电路被设计为通过至少6V AC或DC的预定正向电压被驱动，并且，优选地，每个单个电压串联LED电路具有6V、12V、24V、120V或其它的AC或DC电压级别的匹配正向电压。作为例子，每个多电压AC或DC LED器件会能够通过至少两个不同的AC或DC正向电压被驱动，从而通过并联电连接两个单个电压串联LED电路导致第一正向电压驱动级别，并通过串联电连接至少两个单个电压级别串联LED电路导致第二正向电压驱动级别。串联连接的串联LED电路的第二正向电压驱动级别会大致为并联连接的串联LED电路的第一正向电压驱动级别的电平的两倍。至少两个并联连接的串联LED电路会为至少两个串联连接的串联LED电路的电流的两倍。在任一电路配置中，亮度会与多电压串联LED器件的任一正向电压驱动选择大致相同。
根据本发明的另一方面，在单个芯片上或在基板上形成至少两个单个电压AC LED电路，从而提供用于直接AC功率操作的多电压和/或多亮度AC LED器件。
根据本发明的另一方面，每个单个电压AC LED电路具有以相反的并联关系相互连接的至少两个LED。每个单个电压AC LED电路被设计为通过至少6VAC的预定正向电压被驱动，并且，优选地，每个单个电压AC LED电路具有用于每个单个电压AC LED电路的6VAC、12VAC、24VAC、120VAC或其它的AC电压级别的匹配正向电压。每个多电压和/或多电流AC LED器件内的至少两个AC LED电路会能够通过至少两个不同的AC正向电压被驱动，从而通过并联电连接两个单个电压AC LED电路导致第一正向电压驱动级别，并通过串联电连接至少两个单个电压级别AC LED电路导致第二正向电压驱动级别。串联连接的AC LED电路的第二正向电压驱动级别会大致为并联连接的AC LED电路的第一正向电压驱动级别的电平的两倍。至少两个并联连接的AC LED电路会为至少两个串联连接的AC LED电路的电流的两倍。在任一电路配置中，亮度会与多电压LED器件的任一正向电压驱动选择大致相同。
根据本发明的另一方面，在单个芯片上或在基板上形成至少两个单个电压LED电路，并且，在相同单个芯片或基板上形成至少一个由LED制成的桥电路，从而提供用于直接DC功率操作的多电压和/或多亮度LED器件。每个单个电压LED电路具有相互串联连接的至少两个LED。每个单个电压LED电路被设计为通过预定的正向电压并且优选通过诸如12VDC、24VDC、120VDC的用于每个电路的匹配正向电压或用于每个单个电压LED电路的其它DC电压级别被驱动。每个多电压和/或多亮度LED器件会能够通过至少两个不同的DC正向电压被驱动，从而当并联连接两个单个电压LED电路时导致第一正向电压驱动级别，并且当串联连接至少两个LED电路时导致为第一正向电压驱动级别的电平的两倍的第二正向电压驱动级别。
根据本发明的另一方面，在单个芯片上或在基板上形成至少两个单个电压LED电路，从而提供用于直接DC功率操作的多电压和/或多亮度LED器件。每个单个电压LED电路具有相互串联连接的至少两个LED。每个单个电压LED电路被设计为通过预定的正向电压并且优选通过诸如12VAC、24VAC、120VAC的用于每个电路的匹配正向电压或用于每个单个电压LED电路的其它DC电压级别被驱动。每个多电压和/或多亮度LED器件会能够通过至少两个不同的DC正向电压被驱动，从而当并联连接两个单个电压LED电路时导致第一正向电压驱动级别，并且当串联连接至少两个LED电路时导致为第一正向电压驱动级别的电平的两倍的第二正向电压驱动级别。
根据本发明的另一方面，在单个芯片上或在基板上形成至少两个单个电压LED电路，并且，与LED电路分开地提供或者在同一单个芯片或基板上形成由标准二极管、LED或它们的一些组合制成的至少一个桥电路，从而提供用于直接DC功率操作的多电压和/或多亮度LED器件。每个单个电压LED电路具有相互串联连接的至少两个LED。每个单个电压LED电路被设计为通过预定的正向电压并优选通过诸如12VDC、24VDC、120VDC的用于每个电路的匹配正向电压或用于每个单个电压LED电路的其它DC电压级别被驱动。每个多电压和/或多亮度LED器件会能够通过至少两个不同的DC正向电压被驱动，从而当并联连接两个单个电压LED电路时导致第一正向电压驱动级别，并且当串联连接至少两个LED电路时导致为第一正向电压驱动级别的电平的两倍的第二正向电压驱动级别。
根据本发明的另一方面，在单个芯片LED内集成多电压和/或多电流AC LED电路。每个多电压和/或多电流单个芯片AC LED包含至少两个单个电压AC LED电路。每个单个电压AC LED电路具有反并联配置的至少两个LED，以容纳直接AC电压操作。每个单个电压AC LED电路可在电路的每个相反的端部具有至少一个电压输入电触点，或者，至少两个单个电压AC LED电路可在单个芯片上被串联电连接在一起，并且，在两个串联连接的单个电压AC LED电路的各相反的端部上具有至少一个电压输入电触点，并在串联连接的至少两个单个电压AC LED电路的中心结上具有一个电压输入电触点。在单个芯片内集成至少两个单个电压AC LED电路，以形成多电压和/或多电流单个芯片AC LED。
根据本发明的另一方面，可以在LED灯内集成至少一个多电压和/或多亮度LED器件。可以在LED封装过程中通过LED封装器在串联或并联电路配置中接线多电压和/或多亮度LED器件内的至少两个单独LED电路，由此提供至少两个正向电压驱动选项，例如，可由LED封装器选择的12VAC和24VAC或者120VAC和240VAC。
根据本发明的另一方面，提供多电压和/或多电流AC LED封装，包含在LED封装内集成的至少一个多电压和/或多电流单个芯片ACLED。多电压和/或多电流AC LED封装向在LED封装内集成的至少一个多电压和/或多电流单个芯片AC LED的电连接焊盘提供LED封装的外部上的匹配电连接焊盘，由此允许LED封装用户在PCB组装过程或最终产品集成过程中将多电压和/或多电流AC LED封装接线到串联或并联电路配置中，并进一步提供具有至少两个正向电压驱动选项的AC LED封装。
根据本发明的另一方面，使用多个单独离散LED芯片以在LED封装内形成至少一个多电压和/或多电流AC LED电路，由此提供多电压和/或多电流AC LED封装。封装内的每个多电压和/或多电流ACLED电路包含至少两个单个电压AC LED电路。每个单个电压ACLED电路具有反并联配置的至少两个LED，以容纳直接AC电压操作。LED封装在LED封装的外部上提供匹配在多电压和/或多电流ACLED封装内集成的至少两个单个电压AC LED电路的电连接焊盘的电连接焊盘，由此允许LED封装在PCB组装过程中被接线到串联或并联电路配置中，并进一步提供具有至少两个正向电压驱动选项的LED封装。
根据本发明的另一方面，在LED灯内集成多电压和/或多电流单个芯片AC LED和/或多电压和/或多电流AC LED封装。LED灯具有包含散热片、镜头盖和标准灯电气基座的结构。多电压和/或多电流单个芯片AC LED和/或封装被配置为提供打开多电压和/或多电流ACLED电路内的至少一个附加的单个电压AC LED电路以从LED灯提供更高的亮度的装置。
根据本发明的另一宽的方面，在LED封装内集成至少一个多电流AC LED单个芯片。
根据本发明的另一方面，在具有标准灯基座的LED灯内集成具有标准二极管、LED或它们的一些组合的至少一个单个芯片多电流桥电路。单个芯片多电流桥电路可以以并联配置被电连接在一起，但保持开放，以容纳对于单个芯片上的多于一个的开关的打开，并且，在两个串联连接的电路的每个相反的端部上具有至少一个可访问的电气触点，并在至少两个单独串联连接的LED电路的中心结上具有一个可访问电气触点。在单个芯片内集成至少两个单独电路。
根据本发明的另一方面，当至少两个电路在单个芯片上保持未连接并且在封装过程中提供用于连接的电气焊盘时，LED封装器可基于最终LED封装产品提供的希望的电压级别规范将它们接线成串联或并联连接
根据本发明的另一方面，高频率变压器或逆变器可向至少一个多电压和/或多亮度LED器件或芯片提供功率。高频率变压器或逆变器可通过LED器件或芯片被封装，并且可向LED器件或芯片提供直接AC电压，或者，作为能够与LED器件或芯片电连接的用于LED器件或芯片的单独的驱动器或电源。高频率变压器或逆变器被设计为接收诸如例如干线电压那样的50/60Hz下的电压的低频率的电压，并且输出高频率的电压。高频率变压器或逆变器也可被配置为增加或降低从源电压提供给变压器或逆变器的电压。
根据本发明的另一方面，高频率变压器或逆变器可向DC驱动LED电路、芯片或器件提供功率，或者，包含LED的一个或多个串联串的LED电路、芯片或器件可通过具有标准二极管、LED或它们的一些组合的整流器被电连接在高频率变换器或逆变器之间。整流器可与高频率变压器或逆变器以及LED电路、芯片或器件分开地被提供，并且在其输入上与高频率变压器或逆变器电连接并在其输出上与LED电路、芯片或器件电连接。作为替代方案，整流器可以与高频率变压器或逆变器封装，从而形成用于LED电路、芯片或器件的电源或驱动器。整流器可类似地直接与LED电路、芯片或器件或者作为它们的一部分封装。本领域技术人员可以理解，整流器直接与LED电路、芯片或器件封装允许包含DC驱动LED电路、芯片或器件或者LED的一个或多个串联串的LED封装被直接插入到提供AC电压输出的任何电源或驱动器中并操作。作为另一替代方案，高频率逆变器、整流器以及LED电路、芯片或器件可被封装到能够被直接加入照明元件中的单个照明器件中，或者可被直接加入到灯或其它的利用LED光的OEM产品中。
根据本发明的另一方面，双向或三向开关可被直接提供在向LED电路、芯片或器件提供功率的高频率逆变器和LED电路、芯片或器件之间，或者，在替代方案中，被直接提供在LED电路、芯片或器件和与高频率变压器或逆变器电连接的具有标准二极管、LED或它们的一些组合的整流器之间。
附图说明
图1表示本发明的优选实施例的示意图；
图2表示本发明的优选实施例的示意图；
图3表示本发明的优选实施例的示意图；
图4表示本发明的优选实施例的示意图；
图5表示本发明的优选实施例的示意图；
图6a表示本发明的优选实施例的示意图；
图6b表示本发明的优选实施例的示意图；
图7a表示本发明的优选实施例的示意图；
图7b表示本发明的优选实施例的示意图；
图8表示本发明的优选实施例的示意图；
图9表示本发明的优选实施例的示意图；
图10表示本发明的优选实施例的示意图；
图11表示本发明的优选实施例的示意图；
图12表示本发明的优选实施例的示意图；
图13表示本发明的优选实施例的示意图；
图14表示本发明的优选实施例的示意图；
图15表示本发明的优选实施例的示意图；
图16表示本发明的优选实施例的框图；
图17表示本发明的优选实施例的框图；
图18表示本发明的优选实施例的框图；
图19表示本发明的优选实施例的框图；和
图20表示本发明的优选实施例的框图。
具体实施方式
图1公开了多电压和/或多亮度LED照明器件10的示意图。多电压和/或多亮度LED照明器件10包含以不平衡桥电路配置的至少两个AC LED电路12，每个AC LED电路具有至少两个LED 14。至少两个AC LED电路在相反的端部上具有电气触点16a、16b、16c和16d，以提供用于AC电压源输入的各种连接选项。例如，如果16a和16c被电连接在一起并且16b和16d被电连接在一起，并且AC电压输入的一侧被施加到16a和16c并且AC电压输入的另一侧被施加到16b和16d，那么电路变为具有第一操作正向电压的并联电路。如果只有16a和16c被电连接并且AC电压输入被施加到电气触点16b和16d，那么需要第二操作正向电压以驱动单个芯片18。单个芯片18也可被配置为通过电连接例如16a和16b并向16a和16b施加AC电压源的线的一侧并单独地向26b和26c施加来自AC电压源的线的另一侧而在多于一个亮度级别的“多亮度”上操作。
图2公开了与以上在图1中描述的多电压和/或多亮度LED照明器件10类似的多电压和/或多亮度LED照明器件20的示意图。至少两个AC LED电路12被集成到基板22上。至少两个AC LED电路12以不平衡桥电路配置，每个AC LED电路12具有至少两个LED 14。至少两个AC LED电路在基板22的外部具有电气触点16a、16b、16c和16d，并且可被用于电气配置和/或控制多电压和/或多亮度LED照明器件的操作电压和/或亮度级别。
图3公开了与在图1和2中描述的多电压和/或多亮度LED照明器件10和20类似的多电压和/或多亮度LED照明器件30的示意图。多电压和/或多亮度LED照明器件30包含具有以串联和反并联配置连接的至少两个LED 34的至少两个AC LED电路32。至少两个AC LED电路32在相对的端部具有电气触点36a、36b、36c和36d，以提供用于AC电压源输入的各种连接选项。例如，如果36a和36c被电连接在一起并且36b和36d被电连接在一起，并且AC电压输入的一侧被施加到36a和36c并且AC电压输入的另一侧被施加到36b和36d，那么电路变为具有第一操作正向电压的并联电路。如果只有36a和36c被电连接并且AC电压输入被施加到电气触点36b和36d，那么需要第二操作正向电压以驱动多电压和/或多亮度照明器件30。多电压和/或多亮度照明器件30可以是单片集成的单个芯片38、集成于LED封装38内的单片集成的单个芯片或集成到基板38上以形成多电压和/或多亮度照明器件30的大量的单个离散的裸片。
图4公开了与图3中描述的相同的多电压和/或多亮度LED器件30的示意图，具有以并联配置连接到AC电压源的至少两个AC LED电路32并在第一正向电压下操作。可以使用电阻器40以限制到多电压和/或多亮度LED照明器件30的电流。
图5公开了与图3中描述的相同的多电压和/或多亮度LED器件30的示意图，具有以串联配置连接到AC电压源的至少两个AC LED电路32并在为在图4中描述的并联电路的第一正向电压的约两倍的第二正向电压下操作。可以使用电阻器以限制到多电压和/或多亮度LED照明器件的电流。
图6a和图7a公开了多电压和/或多亮度LED照明器件50的示意图。多电压和/或多亮度LED照明器件50包含分别具有以串联和反并联配置连接的至少两个LED 54的至少两个AC LED电路52。至少两个AC LED电路52具有至少三个电气触点56a、56b和56c，并且，在图7a的情况下，具有第四电气触点56d。至少两个AC LED电路52在一端56a上被并联电连接在一起，并且，在电气触点56b和56c的相反的端部上保持不连接，并且，在图7a的情况下，为56d。AC电压源线的一侧与56a电连接，并且，AC电压源线的另一侧通过固定的连接或开关的连接单独地与56a、56c和56d电连接，由此当向56a和56b施加AC电压时提供第一亮度并在向56a、56b和56c施加AC电压时提供第二亮度并在向56a、56b、56c和56d施加AC电压时提供第三亮度。可以设想多电压和/或多亮度LED照明器件50是单个芯片、LED封装、LED组件或LED灯。
图6b和图7b公开了在灯58内被集成并与开关60连接以控制多电压和/或多亮度LED照明器件50的亮度级别的与图6a和图7a所示的多电压和/或多亮度LED器件50类似的示意图。
图8公开了具有与LED电路69串联的至少两个桥整流器68的多亮度LED照明器件62的示意图。与LED电路69串联的至少两个桥整流器68中的每一个包含在桥电路68中配置的四个LED 70。LED电路69具有串联连接的至少两个LED 71和电气触点72a、72b和72c。当AC电压的一侧被施加到72a并且AC电压线的另一侧被单独地施加到72b和72c时，多亮度LED照明器件62的亮度级别可以以固定的方式或在开关的过程中增加和/或降低。
图9公开了具有电连接于多亮度LED照明器件62与AC电压源78之间的开关74的以上在图8中表示的多亮度LED照明器件62的示意图。
图9公开了与单个芯片或在基板内集成并形成多电压和/或多亮度LED器件的至少两个单个电压LED电路的示意图。
图10公开了具有被配置于桥电路中并单片地集成于基板82上的四个LED 81的单个芯片LED桥电路80的示意图。全波LED桥电路具有电气触点86，以提供AC电压输入连接性和DC电压输出连接性。
图11公开了单个芯片多电压和/或多亮度LED照明器件90的另一实施例的示意图。多电压和/或多亮度LED照明器件90具有分别具有串联连接的至少两个LED 94的至少两个串联LED电路92。至少两个串联LED电路92在相反的端部上具有电气触点96，以提供电气连接的装置。至少两个串联LED电路被单片地集成于单个芯片98中。电气触点96被用于将至少两个串联LED电路92接线成串联电路、并联电路或AC LED电路，全部都在单个芯片内。
图12公开了以上在图11中表示的相同的多电压和/或多亮度LED照明器件90的示意图。多电压和/或多亮度LED照明器件90具有分别具有串联连接的至少两个LED 94的至少两个串联LED电路92。至少两个串联LED电路可被单片集成于单个芯片内，或者，离散的各个裸片可被集成于基板内，以形成LED封装100。LED封装100具有被用于将至少两个串联LED电路接线成串联电路、并联电路或反并联以全部在单个LED封装内形成AC LED电路的电气触点102。
从图13～15可以看出，可对于分别包含串联连接的至少两个LED94的两个或更多个LED电路92提供单个整流器110。单个整流器110包含与AC电压源116连接的标准二极管112，或者，在替代方案中，与例如高频率AC驱动器118类似地，可与最终提供AC电压的驱动器或电源连接。单个整流器110与LED电路92电连接。特别地，整流器110与每个LED电路92中的至少一个LED 94的阳极的共同结连接，并且与每个LED电路92中的至少一个LED 94的阴极连接。如图15所示，整流器可替代性地与开关连接，从而允许LED电路92中的一个或两个在任何给定的时间操作。
通过本发明可以设想，图13～15中的二极管112可与图8和图9中的整流器68中的LED 70互换，反之亦然。本领域技术人员可以理解，只要整流器68和110从AC源提供DC功率，则可以在整流器68和110中使用LED 70和二极管112的任意组合。
如图13和图14所示，并且，进一步如图16～20所示，可通过高频率AC驱动器、逆变器或变压器118向由本发明设想的任何照明器件、芯片或者AC LED或DC LED电路供电。如图13所示，任何AC源116可与高频率驱动器或逆变器或变压器118连接，但是，如图16～20所示，可以设想对于高频率驱动器或变压器或逆变器118提供与例如干线电压类似的低频率电压124。
图16和图17表示AC LED照明系统140的两个实施例，其中，高频率AC驱动器、逆变器或变压器118用于向AC LED电路、照明器件或芯片126提供高频率电压。AC LED电路、照明器件或芯片126可以是在图1～7中表示和描述的器件、电路或芯片中的任一个，诸如例如LED照明器件10、20、30和/或AC LED电路12、32或它们的任意的组合。当多个AC LED电路、照明器件或芯片与高频率驱动器组合连接时，这种AC LED电路、照明器件或芯片可以以串联的关系、并联的关系或串并联的关系被连接在一起。
如图16所示，高频率AC驱动器、逆变器或变压器118可与ACLED电路、器件或芯片126分开地被封装。在这些实施例中，电源128向将电压的频率增加到更高的频率的高频率AC驱动器、逆变器或变压器118提供电压，并且向AC LED电路、器件或芯片126提供更高频率电压。高频率AC驱动器、逆变器或变压器118可进一步包含用于增加或降低由电源128提供的AC电压的必要的电路，例如，变压器。
如图17所示，可以在单位的AC LED电灯泡中将AC LED电路、器件或芯片126与高频率AC驱动器、逆变器或变压器118封装。通过本发明可以设想，为了选择性地操作一个或多个AC LED电路、照明器件或芯片，可以在高频率AC驱动器、逆变器或变压器118与ACLED电路、器件或芯片126之间配置开关。例如，如图6A、图6B、图7A和图7B所示，可以在AC LED电路、器件或芯片的输入侧附接2向或3向开关。这种开关可位于高频率AC驱动器、逆变器或变压器118与AC LED电路、照明器件或芯片之间。
图14和图18～20表示具有通过整流器110由高频率AC驱动器、逆变器或变压器118供电的DC LED电路、器件或芯片92、132的DC LED照明系统142。在操作中，AC源116、128，高频率AC驱动器、逆变器或变压器118，以及DC LED电路、器件或芯片92、132的组合以基本上与关于图16和图17描述的方式的相同的方式操作。但是，在图14和图18～20所示的每个系统中，整流器110在向DC LED电路、器件或芯片92、132提供电压之前将高频率AC驱动器、逆变器或变压器的高频率AC电压输出整流。DC LED电路、器件或芯片132不仅限于电路92的形式，并且可替代性地采取例如在图8～12中表示和描述的照明器件、电路或芯片中的任一种。当多个DC LED电路、照明器件或芯片与高频率驱动器组合连接时，这种DC LED电路、照明器件或芯片可以以串联的关系、并联的关系或串并联的关系被连接在一起。另外，如图15所示，也可在DC LED电路、器件或芯片的输入侧附接诸如例如2向开关或3向开关的开关。
如图18～20所示，如在AC实施例中那样，AC驱动器、逆变器或变压器118，整流器110，以及DC LED电路、器件或芯片132可以以任意数量的方式被封装。如图18所示，每个元件可被单独地封装并被串联电连接在一起。作为替代方案，如图19所示，可通过组合高频率AC驱动器、逆变器或变压器118与整流器110形成DC LED驱动器134。如图20所示，由本发明设想的附加的替代方案是，形成可体现为灯泡、照明系统、灯等的DC LED照明元件136，其中，DC LED照明元件136包含高频率AC驱动器、逆变器或变压器118，整流器110，以及DC LED电路、照明器件或芯片132中的每一个。本领域技术人员应当理解，也可设计仅包含整流器110以及DC LED电路、照明器件或芯片132的照明元件。这种照明元件具有能够被插入任何AC源中的优点，不管它是高频率AC驱动器、逆变器或变压器还是简单的干线电压，并且，以与在例如图1～7中表示的不平衡电路相同的方式提供光输出。

Claims (42)

1.一种通过AC电压源供电的照明系统，该照明系统包括：
a.在相对恒定的频率下输出相对恒定的电压的高频率AC驱动器，其中，相对恒定的频率输出基本上比输入电压的频率高；和
b.与高频率AC驱动器电连接的至少两个LED电路，所述至少两个LED电路中的每一个具有至少两个串联连接的LED。
2.根据权利要求1的照明系统，其中，所述至少两个LED电路中的每一个包含：
a.至少两个LED，该至少两个LED以相反的串联关系被连接，使得该至少两个LED中的每一个的阳极形成第一节点；
b.至少两个LED，该至少两个LED以相反的串联关系被连接，使得该至少两个LED中的每一个的阴极形成第二节点；和
c.交叉连接的LED，该交叉连接的LED连接第一节点与第二节点，使得交叉连接的LED的阴极与第一节点连接并且交叉连接的LED的阳极与第二节点连接。
3.根据权利要求2的照明系统，其中，所述至少两个LED电路中的每一个能够以串联关系或并联关系与高频率AC驱动器连接。
4.根据权利要求3的照明系统，其中，所述两个LED电路中的每一个具有基本上相同的正向操作电压。
5.根据权利要求4的照明系统，还包括配置于高频率AC驱动器与所述至少两个LED电路之间的开关。
6.根据权利要求5的照明系统，其中，开关是双向开关。
7.根据权利要求5的照明系统，其中，开关是三向开关。
8.根据权利要求1的照明系统，其中，高频率AC驱动器和所述至少两个LED电路被单独地封装。
9.根据权利要求1的照明系统，其中，高频率AC驱动器和所述至少两个LED电路被封装在一起，从而形成AC LED照明器件。
10.根据权利要求1的照明系统，还包括电连接在高频率AC驱动器与所述至少两个LED电路之间的桥整流器。
11.根据权利要求10的照明系统，其中，所述至少两个LED电路包含至少两个串联连接的LED。
12.根据权利要求10的照明系统，其中，桥整流器是使用二极管形成的。
13.根据权利要求10的照明系统，其中，桥整流器是使用LED形成的。
14.根据权利要求10的照明系统，其中，桥整流器是使用二极管和LED的组合形成的。
15.根据权利要求11的照明系统，其中，所述至少两个LED电路中的每一个能够以串联的关系或并联的关系被连接。
16.根据权利要求15的照明系统，其中，所述至少两个LED电路中的每一个具有基本上相同的正向操作电压。
17.根据权利要求16的照明系统，还包括被配置于在高频率AC驱动器与所述至少两个LED电路之间的开关。
18.根据权利要求17的照明系统，其中，开关是双向开关。
19.根据权利要求17的照明系统，其中，开关是三向开关。
20.根据权利要求10的照明系统，其中，高频率AC驱动器、桥整流器和至少两个LED电路被单独地封装。
21.根据权利要求10的照明系统，其中，高频率AC驱动器和桥整流器被封装在一起，从而形成DC LED驱动器。
22.根据权利要求10的照明系统，其中，高频率AC驱动器、桥整流器和所述至少两个LED电路被封装在一起，从而形成DC LED照明器件。
23.根据权利要求10的照明系统，其中，整流器和所述至少两个LED电路被封装在一起。
24.一种LED照明器件，包括：
a.至少一个LED电路；
b.所述至少一个LED电路具有至少两个串联连接的LED；
c.桥整流器，其中，所述至少一个LED电路与桥整流器电连接。
25.根据权利要求24的LED照明器件，还包括至少一个附加的LED电路，其中，所述至少一个附加的LED电路包含串联连接的两个LED。
26.根据权利要求25的LED照明器件，其中，第二桥整流器与所述至少一个附加的LED电路电连接。
27.根据权利要求25的LED照明器件，其中，所述至少一个附加的LED电路与桥整流器电连接。
28.根据权利要求27的LED照明器件，其中，开关被电连接在以下的两者之间：
a.桥整流器；和
b.所述至少一个LED电路和所述至少一个附加的LED电路。
29.根据权利要求26的LED照明器件，其中，开关与桥整流器和第二桥整流器中的每一个的输入电连接。
30.根据权利要求28和29的LED照明器件，其中，所述至少一个LED电路和所述至少一个附加的LED电路具有基本上相同的正向电压。
31.根据权利要求30的LED照明器件，其中，所述至少一个LED电路和所述至少一个附加的LED电路能够以串联的关系或并联的关系被连接。
32.根据权利要求24～31的LED照明器件，还包括附接于桥整流器和第二桥整流器中的一个或多个的高频率AC驱动器。
33.一种LED照明器件，包括：
a.至少两个LED电路；
b.所述至少两个LED电路中的每一个具有至少两个串联连接的LED；
c.桥整流器，其中，所述至少两个LED电路中的每一个以并联的关系与桥整流器电连接。
34.一种提供光的方法，该方法包括以下的步骤：
a.提供第一频率下的AC电压；
b.将第一频率下的AC电压变换成第二频率下的提供电压；
c.将第二频率下的提供电压供给到至少两个LED电路。
35.根据权利要求34的方法，其中，高频率AC驱动器将第一频率下的AC电压变换成第二频率下的提供电压。
36.根据权利要求35的方法，其中，AC电压和提供电压是基本上相同的AC电压。
37.根据权利要求35的方法，其中，提供电压是低于AC电压的第二AC电压。
38.根据权利要求35的方法，其中，提供电压是高于AC电压的第二AC电压。
39.根据权利要求35的方法，还包括在将提供电压供给到所述至少两个LED电路之前将第二频率下的提供电压整流的步骤。
40.根据权利要求39的方法，其中，桥整流器将第二频率下的提供电压整流。
41.根据权利要求35～40的方法，还包括选择所述至少两个LED电路中的多少个接收提供的AC电压的步骤。
42.根据权利要求41的方法，其中，双向开关或三向开关中的一个被用于选择所述至少两个LED电路中的多少个被供给提供电压。
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