CN102804926B - 用于变化的输入电压源的led切换电路 - Google Patents

Abstract

一种LED阵列切换设备，包括：排布成串联路径的多个LED阵列；耦合到多个LED阵列的电压源；选择性耦合到LED阵列的多个电流源，每个电流源都可在电流调节状态和开路状态之间切换；以及输出至少一个控制信号的控制器。控制器、至少一个开关以及电流源共同配合以便：当电压源的电压低于至少一个参考电压时，和/或者当预定电平的电流通过一个或多个电流源时，闭合至少一个开关而且控制一个或多个相关联的电流源以将串联路径切断为一个或多个并联路径，每一个并联路径所包括的LED阵列都少于所有的LED阵列。

Description

用于变化的输入电压源的LED切换电路

相关申请的交互参考

这个申请要求2011年2月25日提交的序列号为13/035,556的美国申请的优先权，序列号为13/035,556的美国申请是2010年11月29日提交的申请号为12/955,030的美国申请的部分继续申请，申请号为12/955,030的美国申请要求享有2010年8月12日提交的美国临时专利申请61/373,058的权益，其中每一个的全部内容都通过参考并入本文。

技术领域

本发明涉及用于驱动LED光源的切换电路。尤其涉及其中LED被可调电流源驱动的电路。

背景技术

按常规，LED可以被电流源驱动，电流源调节流过LED的电流并因此保持LED的光输出。图1示出用于驱动LED电路的典型电路，在该LED电路中，V是输入电压源，D代表LED串，并且G是电流源。在这样的电路中，为了使电流流过D，由V表示的输入电压源必须比由D表示的LED的正向电压高。

然而，如果输入电压源V的电压比D的正向电压高得多，则在电流源G中存在大的压降。发生这样的事会导致电流源G中显著的功率损耗，尤其是在电流源G为线性电流源的情况下。

发明内容

根据本发明的第一方面，LED阵列切换设备包括：排布成串联路径的多个LED阵列，每个LED阵列都具有正向电压；耦合到多个LED阵列上的电压源；选择性耦合到这些LED阵列上的多个电流源，每个电流源都能够在电流调节状态和开路状态之间切换；以及输出至少一个控制信号的控制器，该控制信号基于如下至少一个而生成：(a)对电压源的电压和至少一个参考电压之间的至少一个比较，以及(b)通过一个或多个电流源的电流，这些控制信号控制至少一个开关以及与至少一个开关相关联的电流源的接通和断开。该控制器、该至少一个开关以及电流源共同配合以便：当该电压源的电压低于该至少一个参考电压时，和/或者当预定电平的电流通过一个或多个电流源时，闭合至少一个开关，而且控制一个或多个相关联的电流源以将该串联路径切断为一个或多个并联路径，每一个并联路径所包括的LED阵列都少于所有的LED阵列。

另一方面，对于电压源的电压低于至少一个参考电压的时间的至少一部分时间，该一个或多个并联路径包括每一个路径都包括至少一个LED阵列的多个并联路径，该多个并联路径供应电流给所有的LED阵列。

另一方面，该LED阵列切换设备还包括：至少一个二极管，该至少一个二极管排布在第一组LED阵列和第二组LED阵列中间的LED阵列的串联路径上；以及可切换的并联电流路径，其将电压源连接到该二极管和该第二组LED阵列之间的串联路径上的一点，该至少一个二极管防止来自该并联电流路径的电流朝该第一组LED阵列的方向流动。

另一方面，第一组LED阵列中LED阵列的数量等于第二组LED阵列中LED阵列的数量。

另一方面，当电压源的电压高于第一组LED阵列或第二组LED阵列两者的正向电压但低于所述至少一个参考电压时，多个并联路径供应电流给所有的LED阵列。

另一方面，电压源是经整流的AC电压，而且该切换设备还包括：填谷式电路，其被配置成防止在AC电压的过零部分发生光输出的任何关闭周期。

另一方面，该填谷式电路包括至少一个能量存储电容器，该能量存储电容器在该经整流的AC电压降低至低于其峰值的一半时放电，以防发生光输出的任何关闭周期。

另一方面，多个LED阵列中的至少一个阵列包括多个LED。

另一方面，形成多个LED阵列中的至少一个阵列的多个LED并联排布。

另一方面，该控制器包括一个或多个电压比较器。

另一方面，该控制器包括微控制器。

另一方面，将该微控制器配置成检测LED阵列中的故障并且修改切换次序以排除有故障的LED阵列。

另一方面，该至少一个参考电压是多个参考电压，而且该至少一个开关是多个开关，而且该多个参考电压中各个参考电压对应于这些开关中各个开关。

根据本发明的第二方面，LED阵列切换设备包括：排布成串联路径的多个LED阵列，每个LED阵列都有正向电压；耦合到该多个LED阵列上的电压源；将该电压源的电压与参考电压比较并在该电压源的电压大于或等于该参考电压时控制开关断开的电压比较器；以及选择性地耦合到这些LED阵列上的多个电流源，每个电流源可在电流调节状态和开路状态之间切换。该电压比较器、该开关和电流源共同配合以便：(a)当该电压源的电压低于该参考电压时，闭合该开关并控制该电流源以便将该串联路径切断成一个或多个并联路径，每个并联路径所包括的LED阵列少于所有的LED阵列，以及(b)当该电压源的电压大于或等于该参考电压时，随着该电压源的电压增大，这些LED阵列导通并发光以形成较高正向电压LED串，而且随着该电压源的电压减小，LED阵列关断并从以最近发光的阵列开始的LED串中被去掉。

另一方面，对于电压源的电压低于该参考电压的时间的至少一部分时间，该一个或多个并联路径包括每一个路径都包括至少一个LED阵列的多个并联路径，该多个并联路径供应电流给所有的LED阵列。

另一方面，该LED阵列切换设备还包括：二极管，该二极管排布在第一组LED阵列和第二组LED阵列中间的LED阵列的串联路径上；以及可切换的并联电流路径，其将电压源连接到该二极管和该第二组LED阵列之间的串联路径上的一点，该二极管防止来自该并联电流路径的电流朝该第一组LED阵列的方向流动。

另一方面，第一组LED阵列中LED阵列的数量等于第二组LED阵列中LED阵列的数量。

另一方面，当该电压源的电压高于该第一组LED阵列或第二组LED阵列两者的正向电压但低于该参考电压时，多个并联路径供应电流给所有的LED阵列。

另一方面，该电压源是经整流的AC电压，而且该切换设备还包括：填谷式电路，其被配置成防止在AC电压的过零部分出现光输出的任何关闭周期。

另一方面，该填谷式电路包括至少一个能量存储电容器，该至少一个能量存储电容器在经整流的AC电压降低至低于其峰值的一半时放电，以防出现光输出的任何关闭周期。

另一方面，该第一组LED阵列中LED阵列的正向电压的总和近似等于该第二组LED阵列中LED阵列的正向电压的总和。

另一方面，该多个LED阵列中的至少一个阵列包括多个LED。

另一方面，形成该多个LED阵列中的至少一个阵列的该多个LED并联排布。

附图说明

这些附图仅是用作图示说明，不必按比例画图。然而，通过参考下面的详细描述可以最好地理解该发明本身，下面的详细描述结合附图进行，其中：

图1是一种常规的利用电流源的LED驱动电路的电路图；

图2是根据本发明一个实施例的用于LED阵列切换的电路的功能框图；

图3A-3F是图示说明根据本发明一个实施例在该电压源的不同电压电平通过图2的电路而获得的电流路径的图；

图4是根据本发明一个方面具有可选的一套电流源的图2电路的功能框图，这套电流源用于平均LED之间的使用；

图5是示出图2中所示的电路的实际实现方式的电路图；

图6是横跨图5中节点A和B的电压波形图；

图7是通过图5中元件M1的电流图；

图8是通过图5中元件M2的电流图；

图9是通过图5中元件M3的电流图；

图10是通过图5中元件DX1的电流图；

图11是通过图5中元件DX3的电流图；

图12是通过图5中元件DX4的电流图；

图13是图5中的电路的光输出波形图；

图14是示出在图5中的AC主源上的输入波形的图；

图15是分压电路的电路，该电路可以用于图5的电路；

图16是根据本发明第二实施例的用于LED阵列切换的电路的功能框图；

图17是示出微控制器如何用于图16的电路的功能框图；

图18是根据本发明第二实施例的用于LED阵列切换的示例电路的功能框图；

图19A-19G是图示说明根据本发明第二实施例在电压源的不同电压电平通过图18中的电路而获得的电流路径的图；

图20是示出图18中所示的电路的实际实现方式的电路图；

图21是图20中经整流的电源电压的图；

图22是示出在半AC周期期间导通的LED阵列的图；

图23是通过图20中的元件D1的电流图；

图24是通过图20中的元件D2的电流图；

图25是通过图20中的元件D3的电流图；

图26是图20中的电路的光输出波形图；

图27是AC主源的电流图；

图28是示例性的填谷式无源功率因数校正电路图；

图29是具有填谷式电路的电源电压波形图；

图30是通过具有填谷式电路的元件D1的电流图；

图31是通过具有填谷式电路的元件D2的电流图；

图32是通过具有填谷式电路的元件D3的电流图；

图33是具有填谷式电路的电路的光输出波形图；以及

图34是通过具有填谷式电路的AC主源的电流波形图。

具体实施方式

图2-34图示说明LED阵列切换设备的优选实施例的各方面。对于使用变化的输入电压源比如经整流的AC源来工作的LED发光装置，根据本发明第一实施例所述的切换设备将LED串分成一系列的多个阵列。当输入电压低时，只有第一个LED阵列发光。当输入电压增加时，随后的LED阵列连续切换以形成更高的正向电压串。相反地，如果输入电压减小，则该次序颠倒并从以最后发光的阵列开始的串中去掉阵列。

图2示出所提出的电路的功能框。假设LED串分成n个LED阵列或阵列D1至Dn，在此n＞1。每个LED阵列可由以任何已知方式排布的一个或多个LED组成，即按次序或并列地，或者两种排布方式的组合。G1至Gn是可以被来自各个连续的电流源的电流感应信号禁用，即变成开路情况的电流源。

接着参照图3A-3F描述图2电路对于电压V1从零斜升的情况的运行。当电压V1刚好高于LED阵列D1的正向电压时，电流开始流过LED阵列D1和电流源G1，如图3A所示。随着电压V1进一步增加，电流源G1调节通过LED阵列D1的电流。当V1达到LED阵列D1和LED阵列D2的正向电压的总和时，LED阵列D2开始导通。随着通过LED阵列D2的电流增加至阈值(该阈值优选设置为低于电流源G2的调节值)，电流源G1被禁止，变为开路。然后通过LED阵列D1和LED阵列D2的电流被电流源G2调节，如图3C所示。

图3D示出当V1已经增加至电流源Gn-1调节电流通过LED阵列D1至Dn-1的点时该电路中的电流路径。进一步增加V1导致LED阵列Dn导通，如图3E所示。图3F示出当通过LED阵列Dn的电流增加以致触发电流源G1至Gn-1处于开路情况的电流路径。

如本领域普通技术人员会理解的，如果电压V1衰减则图3A-3F中所示的切换序列颠倒。尤其是，在图3F中示出了以下情况：电压V1高得足以使经调节的电流通过LED阵列D1至Dn和电流源Gn。随着V1减小，通过Gn的电流开始减小并达到低于阈值的一点，如图3E所示，电流源Gn-1启用而且电流开始流过电流源Gn-1。当V1减小到低于LED阵列D1至Dn的正向电压和的总和的值时，通过LED阵列Dn的电流停止，如图3D所示。

从上面的描述可见，在图2的电路中，LED阵列D1在这些电流源中任何一个导通时导通。另一方面，LED阵列Dn只在电流源Gn导通时导通。所以，运行时，LED阵列D1会比LED阵列Dn使用得更频繁。图4是平均LED阵列D1至Dn之间的使用的电路的框图。该电路包括一组附加的电流源GT1-GTn和添加到图2的电路中的电流源组拨动开关TS1。

如图4所见，电流源组拨动开关TS1具有两个互补的信号输出Q和

优选地，拨动开关TS1被配置，使得以20Hz以上的频率触发这些输出，以免察觉到闪烁。当拨动开关TS1的Q被激活时，连接到这个输出的开关ST1闭合，电流源GT1至GTn被禁用，而且开关S1打开。在这种情况，图4的电路与图2中所示的电路实质上相同，而且一旦输入电压V1斜升或斜降则像上述那样运行。

当

激活且Q没有激活时，开关S1闭合，电流源G1至Gn被禁用，开关ST1打开，而且电流源GT1至GTn能够运行。在这种情况下，如果V1从零电压起斜升，则不像图1的电路中那样，Dn将是第一个导通的阵列，接着是Dn-1，与图2的电路中所发生的恰恰相反。所以，经过一段时间，这些LED的使用将最终得到平衡。

图5示出图2中所提出的电路在n＝3时的实际具体实施方式。在该图中，AC 220V主电压源是整流信号。横跨结点A和B的电压波形在图6中示出。LED串由四个LED DX1-DX4组成而且划分成3个阵列，这四个LED每一个的正向电压都为50V。第一个阵列具有2个LED(DX1和DX2)，而第二个和第三个阵列每一个都具有单个LED(分别为DX3和DX4)。

如从该图中所见，晶体管M1、电阻器R1和R11、晶体管Q1和二极管D1形成驱动LED DX1和DX2的电流源。当通过晶体管M2的电流达到阈值时，晶体管Q11关断晶体管M1。

图7示出晶体管M1的电流波形。与晶体管M2和M3中的电流对应的波形分别在图8和9中示出。图10、11和12分别示出LED DX1、DX3和DX4的电流波形。LED DX1的电流是晶体管M1、M2和M3的电流总和，而LED DX3的电流是晶体管M2和M3的电流总和。图13示出所有LED阵列的光输出波形。

图14示出来自AC主电源的输入电流波形。在半个波形周期的大部分时间段，电流连续不断，这使该电路适合与可选的三端双向可控硅调光器一起运作，如图5中所示。可以增加可选的分压电路以便在三端双向可控硅开关断开时提供用于三端双向可控硅调光器的RC定时电路的电流路径。图15示出一种形式的分压电路，该分压电路连接到图5的结点A和B上。当该三端双向可控硅开关不导通时，该分压电路用作该调光器的电阻负载。当经整流的输入电压为低时(这表明该三端双向可控硅开关断开)，旁路电阻器110被晶体管2N60接通以跨接该经整流的输入电压。随着该旁路电阻器完成该电路，可以将充足的充电电流施加到三端双向可控硅调光器的内部RC定时电路上以确保正确运行。当经整流的输入电压为高(这表明三端双向可控硅开关接通)时，该旁路电阻被晶体管2N60断开连接以使浪费掉的功耗最小。

在第一实施例中，输入电压处在低电平时，只有第一阵列D1和第二阵列D2导通。这种情况导致光输出电流波形在输入电压处于低电平期间降低，如上面论述的图13中可见的。LED切换设备的第二实施参照图16-34来描述。该第二实施例提供在低输入电压时并联支路中的所有LED阵列都导通电流的时间段，在减轻了图13中所示的上述问题。图16示出根据该第二实施例用于LED切换的电路的功能框。

在图16中所示的电路中，V1是可变DC电压源。D1至Dn是LED阵列，其中每一个都可以是多于一个LED，形成串联或并联或串联和并联的组合形式。G1至Gn是电流源。S1至Sn是开关。Db1至Dbn是二极管。每个单个二极管Dbi用来在开关Si接通时防止电流通过开关Si至电流源Gi，在此i可以是1至n。控制信号CSi用来选择开关Si和电流源Gi的导通状态或开路状态。

当CS1至CSn未激活时，开关S1至Sn-1断开而且电流源G1至Gn-1处于开路情况。所有LED阵列D1至Dn通过二极管Db1至Dbn串联，而且电流由电流源Gn控制。在这种情况下，如果V1低于D1至Dn的总的正向电压，则这些LED阵列将不发光。然而，根据所公开的该实施例，这个低电压情况可以感应到，例如通过可以进行电压比较的控制器来感应，然后优选地该控制器可以施加一个或多个控制信号以便将串联路径切断为并联路径，每一个路径都有一个比V1低的正向电压排布，使并联路径上的这些LED即使在电压低时也得以发光。

例如，当单个控制信号CSi激活时，Gi导通而且通过LED阵列D1至Di的电流将被Gi控制。此外，开关Si导通而且电流从V1直接供应给LED阵列Di+1至Dn。在这种情况下，形成两个并联电流路径，即被Gi控制的从D1至Di的电流路径而且被Gn控制的从Di+1至Dn的电流路径。如果另一个控制信号CSj激活，则电路将变成分别被Gi、Gj和Gn控制的三个并联的电流路径：D1至Di、Di+1至Dj以及Dj+1至Dn，在此j＞i。

当所有的控制信号CS1至CSn激活，所有的LED阵列D1至Dn将分别通过电流源G1至Gn并联到V1上。不同的并联路径的形成使这些LED即使在输入电压V1为低时也得以发光。例如，为了使LED阵列即使在输入电压V1低时也得以发光，可以控制这些控制信号的激活，使得对于输入电压越低，形成的并联路径越多，每个路径都具有可以被本输入电压触发的正向电压。随着输入电压V1增加，可以通过施加如上所述的控制信号而形成较少量的并联路径，每个路径都有更多的LED阵列，直到输入电压V1高于某个电压，如大于或等于LED阵列D1至Dn的正向电压的电压时，形成LED阵列D1至Dn构成的单个串，在上面的例子中是在没有控制信号激活时形成。

该控制信号可以由电压比较器或电流感应器生成，电压比较器将电压V1与某一阈值电压比较，电流感应器感应通过各电流源的电流。更精密的控制可以用微控制器来完成。图17示出可以用于图16的电路的微控制器的功能框图。在图17中，V_V1和I_V1分别表示横跨V1的电压和通过V1的电流。V_Gi和I_Gi分别表示横跨Gi的电压和通过Gi的电流。微控制器优选取样并处理各种电压/电流信号，而且根据算法生成控制信号CS1至CSn，该算法被设计成优化效率、输入功率质量、LED阵列使用以及光输出均匀性等。

例如，这种算法一个简单的例子是保持V1和组合后的LED阵列的正向电压之间的电压差小，以使效率最高。假设所有LED阵列D1至Dn的正向电压等于相同的值Vd，而且V1的最大值高于D1至Dn的正向电压总和，即nVd。当V1＜2Vd时，所有的控制信号都被激活而且D1至Dn分别通过G1至Gn并联。当2Vd≤V1＜3Vd时，只有控制信号CSi被激活，在此i是偶数值并且i≤n。当3Vd≤V1＜4Vd时，只要控制信号CSi被激活，在此i是3的倍数并且i≤n。当jVd≤V1＜(j+1)Vd时，只有控制信号CSi被激活，在此i是j的倍数并且i≤n。当nVd≤V1时，所有控制信号失效，而且D1至Dn通过电流源Gn串联起来。这只是一个例子并且该发明不限于这一示例性实施例。

此外，该微控制器可以被编程以具有故障操控能力，如该微控制器可以检测出任何一个有故障的LED阵列而且重新排布该切换次序以排除该有故障的LED阵列。例如，该微控制器可以被编程，使得如果Di有短路故障，控制信号CSi-1将永久失效以使Di-1和Di可以被认为是单个阵列。如果Di有开路故障，电流将不再流过Di并且控制信号CSi将被永久激活，以使电流从V1供应到Di+1。

图18示出由电压比较器和电流感应器生成的控制信号的电路的一个例子。在该电路中，电流源G1和开关S1被电压比较器X1控制。电流源G2可以被来自电流源G3的电流感应信号禁用。参考电压源Vref耦合到该电压比较器X1上。应当指出的是在这个示例性电路D2和D3被直接串联起来而它们之间没有任何二极管。这是因为在这个例子中只需要两个并联的电流支路(D1和D2+D3)，并因而不需要将开关和隔离二极管连到D3的阳极。

出于解释说明的目的，假设LED阵列D1的正向电压大于D2和D3的正向电压总和，然而这不是必须的。接下来示出图18中所示的电路针对电压V1从零起斜升的情况的运行。当电压V1小于参考电压Vref时，比较器X1输出激活信号，其使电流源G1和开关D2都启用。当电压源的电压V1刚刚高于D2的正向电压时，如图19A所示电流开始流过开关S1、LED阵列D2和电流源G2。随着电压V1进一步增大，电流源G2调节通过LED阵列D2的电流。

当V1达到LED阵列D2和D3的正向电压的总和时，LED阵列D3开始通过电流源G3导通，如图19B所示。随着通过LED阵列D3和电流源G3的电流增大到某个阈值，优选为低于电流源G3的调节值，电流源G2被禁用，如图19C中所示。随着V1变得更高从而达到D1的正向电压，LED阵列D1开始通过电流源G1导通，如图19D所示。

优选的是将Vref设置成比LED阵列D1和D2的正向电压的总和稍高。图19E示出当V1增加到Vref或高于Vref时的电流路径。在这种情况下，开关S1和电流源G1被电压比较器X1设置成开路情况。电流流过LED阵列D1、二极管Db1(其防止反向电流)、LED阵列D2以及电流源G2。进一步增加V1导致LED阵列D3导通，如图19F所示。图19G示出当通过LED阵列D3的电流增加以致触发电流源G2处于开路情况时的电流路径。

如本领域普通技术人员会理解的，如果V1的电压衰减则图19A-19G中所示的切换次序颠倒。尤其是，如图19G中所示电压V1高到足以使经调节的电流通过LED阵列D1至D3和电流源G3的情况。随着V1减小，通过电流源G3的电流开始减小并达到低于该阈值的一点，启用电流源G2而且电流开始流过电流源G2，如图19F中所示。当V1减小到低于LED阵列D1至D3的正向电压和的总和的一个数值时，电流停止通过LED阵列D3，如图19E所示。

随着V1进一步减小到低于Vref，开关S1和电流源G1得以导通。通过LED阵列D1的电流被电流源G1调节。通过LED阵列D2和D3的电流被电流源G3调节。进一步减小V1导致通过电流源G1的电流减小到零。当通过电流源G3的电流减小到低于阈值的一点时，电流源G2启用，如图19B中所示。当V1减小到低于LED阵列D2和D3的正向电压的总和时，电流可以只流过LED阵列D2和电流源G2，如图19A中所示。

从上述内容可见，图18中所示的电路的设计提供驱动所有并联的LED阵列的时间段，甚至在这个时间段电压源的电压低于Vref。这将对给LED阵列的电流供应提供改进，并因此与第一个实施例的设计相比改进了在低电压运行期间的光输出。

图20示出图18所示的被提出的电路的起示范作用的详细的实际的实现方式。在该图中，230VAC电压源是经整流的信号。横跨节点A和B的电压波形在图21中示出。使用三个LED阵列D1-D3。在该图示说明的实施例中，LED阵列D1的正向电压为150V而且LED阵列D2和D3的正向电压均为75V。

从该图中可以看出，晶体管M1、电阻器R1和R11以及齐纳二极管ZD1形成驱动LED阵列D1的电流源(一般对应于图18和19中的电流源G1)。电阻器R4、R14和晶体管Q4形成与图18和19中的X1对应的电压比较器。晶体管M2、电阻器R2、R12和齐纳二极管ZD2形成与图18和19中的晶体管G2对应的电流源。晶体管M3、电阻器R3、R33以及R13和齐纳二极管ZD3形成与图18和19中的G3对应的电流源。

当经整流的电源电压低时，晶体管M1和Q6导通，以使LED阵列D1与LED阵列D2和D3并联。在该示范性实施例中，当经整流的电源电压电平高于225VDC时，晶体管Q4关断晶体管M1，晶体管Q5和接下来的晶体管Q6使LED阵列D1、D2和D3串联起来。图22是示出在半AC周期期间导通的LED阵列的图形。

从图22的图形以及上述与图19A-19G相关的描述中可以看出，在电压源的电压等于或大于该参考电压的时间段，形成串联的LED阵列的正向电压串，其随着电压源的电压在该参考电压之上继续增大而增长，而且其随着该电压开始衰减而减小。在该图中，该正向电压串初始时包括D1和D2。随着电压源的电压接近其峰值，该正向电压串包括D1-D3，然后随着电压源的电压减小，该正向电压串的长度减少为D1和D2。

还如该图形中所示，在每个时间段中的电压源的电压低于参考电压的那部分期间，电流将流过所有LED阵列D1-D3，但是这将在并联布置时出现，其中一个支路具有LED阵列D1，另一个支路具有LED阵列D2和D3，如参照图19A-19G所述的。

图23示出LED阵列D1的电流波形。LED阵列D2和D3的波形分别在图24和25中示出。图26示出所有LED阵列的光输出波形。应当指出的是在AC电源电压的过零期间的关闭时间比图13中的短。全部的光输出时间还比图13中的长。

图27示出来自AC主电源的输入电流波形。该示例性电路的功率因数大约为0.85。在半个波形周期的大部分时间，该电流连续不断，其使该电路适合与三端双向可控硅调光器一起运作。该示例性电路的效率大约为84％。

可以增加可选的填谷式无源功率因数校正电路以改进该功率因数并去掉上述过零时的关闭期。图28示出填谷式电路的一个示范性实施例，使用时可能会被用来连到图20的节点A和B上。在运行时，该经整流的电源电压使填谷式电容器通过路径C1、D5、R7和C2来充电。当该经整流的电源电压降至低于其峰值的一半时，C1开始通过D7放电而且C2开始通过D6放电。

图29示出利用该示例性填谷式电路的该经整流的电源电压波形。可以看出因为该填谷式电路中存在储能电容器C1和C2，所以该电压不会降到低于150VDC。

图30示出使用该填谷式电路的LED阵列D1的电流波形。要指出的是因为该填谷式电路，该波形不包含关闭期。图31示出LED阵列D2的电流波形，当使用该填谷式电路时，该电流波形与LED阵列D1的波形相似。应当指出的是由于该经整流的电压在该示例性电路中总是高于150V(在该例子中为LED阵列D2和D3的正向电压的总和)，上面图19A中所示的情况将不会在使用该填谷电路时出现。图32示出使用该示例性填谷式电路的LED阵列D3的电流波形。图33示出所有的LED阵列的光输出波形。应当指出的是由于有该填谷式电路，没有光输出的关闭期。

图34示出使用该示例性填谷式电路时来自AC主电源的输入电流波形。该功率因数被改进到0.9，而该电路的效率保持在大约84％。

虽然已经图示说明并在文中描述具体实施例，本领域普通技术人员将容易明白各种各样的替换和/或等效实现方式可以替代所示和所述的这些具体实施例而不脱离本发明的范围。这个申请意图在于覆盖文中所述这些具体实施例的任何调整和变型。因此，意图在于本发明只受权利要求及其等效物所限制。

Claims (23)

1.一种LED阵列切换设备，包括：

排布成串联路径的多个LED阵列，每个LED阵列都具有正向电压；

耦合到所述多个LED阵列上的电压源，其特征在于，所述设备还包括：

选择性耦合到所述LED阵列上的多个电流源，每个电流源都能够在电流调节状态和开路状态之间切换；以及

输出至少一个控制信号的控制器，所述控制信号基于如下至少一个而生成：（a）电压源的电压和至少一个参考电压之间的至少一个比较，以及（b）通过所述电流源中一个或多个电流源的电流，所述控制信号控制至少一个开关以及与所述至少一个开关相关联的电流源的接通和断开，

所述控制器、所述至少一个开关以及电流源共同配合以便：

当所述电压源的电压低于所述至少一个参考电压时，和/或者当所述一个或多个电流源到达电流调节状态时，闭合至少一个开关，而且控制一个或多个相关联的电流源以将所述串联路径切断为一个或多个并联路径，每一个并联路径所包括的LED阵列都少于所有的LED阵列。

2.根据权利要求1所述的LED阵列切换设备，其中对于所述电压源的电压低于至少一个参考电压的时间的至少一部分时间，所述一个或多个并联路径包括多个并联路径，该多个并联路径的每一个路径都包括至少一个LED阵列，所述多个并联路径供应电流给所有的LED阵列。

3.根据权利要求1所述的LED阵列切换设备，还包括：

至少一个二极管，所述至少一个二极管排布在第一组LED阵列和第二组LED阵列中间的LED阵列的串联路径上；以及

可切换的并联电流路径，其将所述电压源连接到所述二极管和所述第二组LED阵列之间的串联路径上的一点，

所述至少一个二极管防止来自所述并联电流路径的电流朝所述第一组LED阵列的方向流动。

4.根据权利要求3所述的LED阵列切换设备，其中所述第一组LED阵列中LED阵列的数量等于所述第二组LED阵列中LED阵列的数量。

5.根据权利要求3所述的LED阵列切换设备，其中当所述电压源的电压高于所述第一组LED阵列或第二组LED阵列两者的正向电压但低于所述至少一个参考电压时，多个并联路径供应电流给所有的LED阵列。

6.根据权利要求1所述的LED阵列切换设备，其中所述电压源是经整流的AC电压，而且所述切换设备还包括：

填谷式电路，其被配置成防止在所述AC电压的过零部分发生光输出的任何关闭周期。

7.根据权利要求6所述的LED阵列切换设备，其中所述填谷式电路包括至少一个储能电容器，所述至少一个储能电容器在所述经整流的AC电压降低至低于其峰值的一半时放电，以防出现光输出的任何关闭时期。

8.根据权利要求1所述的LED阵列切换设备，其中所述多个LED阵列中的至少一个阵列包括多个LED。

9.根据权利要求8所述的LED阵列切换设备，其中形成所述多个LED阵列中的至少一个阵列的多个LED并联排布。

10.根据权利要求1所述的LED阵列切换设备，其中所述控制器包括一个或多个电压比较器。

11.根据权利要求1所述的LED阵列切换设备，其中所述控制器包括微控制器。

12.根据权利要求11所述的LED阵列切换设备，其中将所述微控制器配置成检测LED阵列中的故障并且修改切换次序以排除有故障的LED阵列。

13.根据权利要求1所述的LED阵列切换设备，其中所述至少一个参考电压是多个参考电压，而且所述至少一个开关是多个开关，而且所述多个参考电压中的每个参考电压对应于所述开关中的各个开关。

14.一种LED阵列切换设备，包括：

排布成串联路径的多个LED阵列，每个LED阵列都有正向电压；

耦合到所述多个LED阵列上的电压源，其特征在于，所述设备还包括：

电压比较器，其将所述电压源的电压与参考电压比较并在所述电压源的电压大于或等于所述参考电压时控制开关断开；以及

选择性地耦合到所述LED阵列上的多个电流源，每个电流源能够在电流调节状态和开路状态之间切换，

所述电压比较器、所述开关和电流源共同配合以便：

（a）当所述电压源的电压低于所述参考电压时，闭合所述开关并控制所述电流源以将所述串联路径切断成一个或多个并联路径，每个并联路径所包括的LED阵列少于所有的LED阵列，以及

（b）当所述电压源的电压大于或等于所述参考电压时，随着所述电压源的电压增大，LED阵列导通并发光以形成较高正向电压LED串，而且随着所述电压源的电压减小，LED阵列关断并从以最近发光的阵列开始的LED串中被去掉。

15.根据权利要求14所述的LED阵列切换设备，其中对于所述电压源的电压低于所述参考电压的时间的至少一部分时间，所述一个或多个并联路径包括多个并联路径，该多个并联路径的每一个路径都包括至少一个LED阵列，所述多个并联路径供应电流给所有的LED阵列。

16.根据权利要求14所述的LED阵列切换设备，还包括：

二极管，所述二极管排布在第一组LED阵列和第二组LED阵列中间的LED阵列的串联路径上；以及

可切换的并联电流路径，其将所述电压源连接到所述二极管和所述第二组LED阵列之间的串联路径上的一点，

所述二极管防止来自所述并联电流路径的电流朝所述第一组LED阵列的方向流动。

17.根据权利要求16所述的LED阵列切换设备，其中所述第一组LED阵列中LED阵列的数量等于所述第二组LED阵列中LED阵列的数量。

18.根据权利要求16所述的LED阵列切换设备，其中当所述电压源的电压高于所述第一组LED阵列或第二组LED阵列两者的正向电压但低于所述参考电压时，多个并联路径供应电流给所有的LED阵列。

19.根据权利要求14所述的LED阵列切换设备，其中所述电压源是经整流的AC电压，而且所述切换设备还包括：

填谷式电路，其被配置成防止在AC电压的过零部分发生光输出的任何关闭周期。

20.根据权利要求19所述的LED阵列切换设备，其中所述填谷式电路包括至少一个储能电容器，所述至少一个储能电容器在经整流的AC电压降低至低于其峰值的一半时放电，以防出现光输出的任何关闭周期。

21.根据权利要求16所述的LED阵列切换设备，其中所述第一组LED阵列中LED阵列的正向电压的总和近似等于所述第二组LED阵列中LED阵列的正向电压的总和。

22.根据权利要求14所述的LED阵列切换设备，其中所述多个LED阵列中的至少一个阵列包括多个LED。

23.根据权利要求22所述的LED阵列切换设备，其中形成所述多个LED阵列中的至少一个阵列的多个LED并联排布。

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