CN103069210A

CN103069210A - 发光二极管（led）照明系统和方法

Info

Publication number: CN103069210A
Application number: CN2011800386105A
Authority: CN
Inventors: 理查德·斯卡尔佩利
Original assignee: Eco Lumens LLC
Current assignee: Eco Lumens LLC
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-04-24
Also published as: EP2580519A1; EP2580519A4; US20110304270A1; WO2011156779A1

Abstract

一种用于发光二极管（LED）照明的方法、系统及装置，包括以下部件中的至少一种：多通道LED驱动电路，所述LED驱动电路包括电磁干扰（EMI）滤波器和整流电路、功率因数校正（PFC）电路、电流和电压隔离电路、电压控制电路以及电流控制电路；印刷电路板（PCB），所述PCB包括表面安装的或螺旋安装的一个或多个LED，且电连接至所述LED驱动电路；散热器，所述散热器包括设置于所述散热器中的用于空气或水冷却的中间冷却和通风室，且热连接至所述PCB；以及透镜箱，所述透镜箱具有一体地形成在所述透镜箱中的一个或多个透镜，且利用设置在所述LED上的透镜可移除地连接至所述散热器。

Description

发光二极管(LED)照明系统和方法

相关文献的交叉引用

本发明要求Richard SCARPELLI在2010年6月10日提交的、发明名称为“发光二极管（LED）照明系统和方法（LIGHT EMITTING DIODE(LED)LIGHTING SYSTEMS AND METHODS）”、序列号为61/353,643的美国临时专利申请的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本申请中。

技术领域

本发明总体涉及用于提供照明的系统和方法，尤其涉及改进的发光二极管（LED）照明系统和方法。

背景技术

近年来，全部电能的22%用于照明。电气照明能量的42%由白炽灯产生，这代表了所用的总电力的约9%。因此，需要开发提供更好照明的系统和方法，相比传统照明，该更好的照明具有更高的效率、更少的热量和更大的亮度，同时降低了电气照明用的总成本。

此外，传统照明，例如使用白炽灯和荧光灯的照明，产生大量的废弃物。预计到2017年将因用于能源节约的能源标准而完全消除白炽灯，由此每年的可用电力节省到180亿美元。因此，这些变化需要新的标准和使用下一代照明系统中的所有可用技术。

从约1965年起，发光二极管（LED）已经存在。LED技术为照明系统中的进一步技术进展开启大门。此外，已经开发了高功率LED，但是这些LED通常比荧光灯和高强度放电（HID）光源昂贵。为了证明这种额外成本是合理的，LED照明系统应当由较少的电力产生较多的光，并且应当具有较长的工作寿命。

以上内容表明，需要比传统照明系统可靠的、成本效益高的且提供改进性能的LED照明系统和方法。

发明内容

因此，需要用于发光二极管（LED）照明的改进的方法和系统来解决传统照明系统和方法的以上和其它问题。通过本发明的示例性实施方式解决以上和其它需要，这些示例性实施方式提供改进的发光二极管（LED）、固态照明（SSL）系统和方法。例如，该系统和方法可以包括改进的相位校正电路、LED驱动电路、印刷电路板（PCB）、散热器、LED、透镜箱、端盖、墓石、接装板、支架、夹具、改装应用、照明应用等。有利地，相比于传统的照明系统和方法，新颖的LED系统和方法可提供在40%到80%范围内的平均能量节省。相比于传统的照明系统和方法，新颖的系统和方法可包括可互换的LED子系统部件和新的照明应用，这些LED子系统部件提供高能量、高效率、高流明和低发热量，且可用在改装中。

因此，在本发明的示例性方面中，提供用于发光二极管（LED）照明的方法、系统和装置，包括以下部件中的至少一种：多通道LED驱动电路，该LED驱动电路包括电磁干扰（EMI）滤波器和整流电路、功率因数校正（PFC）电路、电流和电压隔离电路、电压控制电路以及电流控制电路；印刷电路板（PCB），该PCB包括表面安装的或螺旋安装的一个或多个LED，且电连接至LED驱动电路；散热器，该散热器包括设置于散热器中的用于空气或水冷却的中间冷却和通风室，且热连接至PCB；以及透镜箱，该透镜箱具有一体地形成在透镜箱中的一个或多个透镜，且利用设置在LED上的透镜可移除地连接至散热器。

该方法、系统和装置可以包括连接至LED驱动电路的输入端的相位校正电路。

该方法、系统和装置可以包括以下部件中的至少一种：端盖，该端盖可移除地连接至散热器和透镜箱的端部；以及墓石，该墓石可移除地连接至端盖。

该PCB可以是正方形的，并且多个LED均匀地散布在PCB上且与相应的多个透镜光学对准。

该PCB可以是矩形的，并且多个LED沿着PCB的长度而串联地、均匀地散布且与沿着透镜箱的长度而设置的相应的单个透镜光学对准。

从以下详细描述中，仅通过阐述多个示例性实施方式和实现方式，包括为进行本发明所考虑的最佳模式，本发明的其它方面、特征和优势将显而易见。本发明也可使用其它的和不同的实施方式，可以在各方面修改其几个细节，而不脱离本发明的精神和范围。因此，事实上，附图和描述将被视为说明性的，而非限制性的。

附图说明

参照附图，通过示例而非限制的方式阐述本发明的实施方式，在附图中，相似的附图标记指代相似的元件，且在附图中：

图1A至图1C用于示出根据示例性实施方式的示例性的发光二极管（LED）照明系统和方法；

图2A至图2B示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的印刷电路板（PCB）；

图3A至图3B示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的LED透镜箱；

图4A至图4B示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的散热器；

图5示出根据示例性实施方式的可用在图1A的LED照明系统和方法中的示例性的端盖；

图6示出根据示例性实施方式的可用在图1A的LED照明系统和方法中的示例性的墓石；

图7示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的LED驱动电路；

图8至图9示出根据示例性实施方式的图7的LED驱动电路的示例性的子电路；

图10示出根据示例性实施方式的图1A至图1C的LED照明系统和方法的示例性的相位校正电路；

图11示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的电子硬币（e-coin）型LED；

图12至图13示出根据示例性实施方式的针对图1A至图1C的LED照明系统和方法的示例性的改装应用；

图14A示出根据示例性实施方式的可与图1B至图1C的LED照明系统和方法一起使用的示例性的接装板；

图14B示出根据示例性实施方式的用于图14A的接装板的示例性的接装板应用；

图15示出根据示例性实施方式的可与图1B至图1C的LED照明系统和方法一起使用的示例性的支架；

图16A至图16B示出根据示例性实施方式的可与图1B的LED照明系统和方法一起使用的示例性的灯具；

图17至图20为根据示例性实施方式的用于阐述图1A至图1C的LED照明系统和方法的电气性能的示例性图形、图表和视觉效果；

图21至图22为根据示例性实施方式的用于阐述可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的LED的电气性能的示例性图形、图表和视觉效果；

图23示出根据示例性实施方式的用于图1A至图1C的LED照明系统和方法的示例性的照明应用；

图24示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的e-coin LED；以及

图25示出根据示例性实施方式的可与图24的e-coin LED一起使用的示例性的运动灯具。

具体实施方式

描述用于发光二极管（LED）照明的改进的方法、系统和装置。在以下描述中，出于解释的目的，陈述多个具体细节，以便透彻地理解本发明。然而，显然，对于本领域的技术人员来说，可以不利用这些具体细节，或者利用等同配置实践本发明。在一些实例中，用方块图形式示出所熟知的结构和装置，以便避免不必要地使本发明含糊。

下面参照附图，图1A至图1C示出根据示例性实施方式的示例性的发光二极管（LED）照明系统和方法。在图1A中，示例性的LED照明系统和方法100可以接收来自电源122（例如，双相的120VAC、240VAC等）的电力，且可以包括：相位校正电路120、LED驱动电路102、通过电线106连接至LED驱动电路102的印刷电路板（PCB）104、一个或多个LED108（例如，三星LED包，一个包中包括9个单独的LED管芯）、具有一个或多个透镜112的透镜箱110、散热器114、端盖116和墓石118。有利地，图1A的示例性的LED照明系统和方法可以与T系列的照明设备和改装应用（例如，T5、T8和T10应用）等一起使用。

在图1B中，示例性的LED照明系统和方法100’可以接收来自电源122（例如，双相的120VAC、240VAC等）的电力，且可以包括：相位校正电路120、LED驱动电路102、通过电线106连接至LED驱动电路102的印刷电路板（PCB）104’、一个或多个LED108（例如，三星LED包，一个包中包括9个单独的LED管芯）、具有一个或多个透镜112’的透镜箱110’和散热器114’。有利地，图1B的示例性的LED照明系统和方法可以与Hubbell系列的照明设备、Lithonia系列的照明设备、凹入式的舞台的定制设计照明设备以及改装应用等一起使用。

在图1C中，示例性的LED照明系统和方法100’’可以接收来自电源122（例如，双相的120VAC、240VAC等）的电力，且可以包括：相位校正电路120、LED驱动电路102、通过电线106连接至LED驱动电路102的印刷电路板（PCB）104或104’、一个或多个LED108（例如，三星LED包，一个包中包括9个单独的LED管芯）、具有一个或多个透镜112或112’的透镜箱110或110’、以及并入具有现有照明透镜126的现有照明箱124中的散热器114或114’。有利地，图1C的示例性的LED照明系统和方法可以用在针对Hubbell系列的照明设备、Lithonia系列的照明设备、凹入式的舞台照明设备等的改装应用中。

在示例性实施方式中，可以配置图1A至图1C的LED照明系统和方法，使得其被列入12V系统。例如，LED驱动电路102可以通过电线106向PCB104和PCB104’提供约10V到约12V（或者，例如10.9V）的直流（DC）电力。例如，相比于在4V DC时以约350毫安工作的传统系统，可将LED108配置成在12V DC时以约180毫安工作。有利地，相比于传统的系统和方法，这种12V配置允许改进的功率因数校正、改进的LED108与AC电源之间的分段传输、改进的AC到DC的转换等。

图2A至图2B示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的印刷电路板（PCB）。在图2A中，PCB104可以通过LED焊接区204（例如，用于表面安装的焊接连接）容纳一个或多个LED108。PCB焊接区202（例如，用于焊接连接）被提供用于将PCB104连接到电线106，且用于通过连接器210将两个或更多个PCB104串联在一起。还提供热膨胀孔206和安装孔208。在示例性实施方式中，PCB104可在其两侧配置有露出的Gerber结构。有利地，露出的Gerber结构允许PCB104、散热器114和LED108之间的更可靠的热接触，允许LED108与散热器114之间的更快速的热位移，并且节省制造成本。然而，在另一示例性实施方式中，可以采用制造成本增加的传统PCB。

相比传统的照明系统和方法，图1A的LED照明系统和方法包括多个优势，这些优势包括：改装成任何合适的夹具，提供可靠的连接，且允许通过端盖116和墓石118而直接安装到天花板或墙壁上，以及提供线性固态（LED）改装照明灯代替物（例如，用于T5、T8和T10应用），这种代替物比基于荧光管照明（FTL）的照明设备平均节省约大于40%的能量。此外，图1A的LED照明系统和方法可以在实际应用中进行保养或维修，包括使用端盖116和墓石118组成的接合器的即插即用安装，避免不良连接，并且可以直接安装到天花板或墙壁上，避免阴影叠加和回收利用的需要，能控制光线（例如，光区、运动和光线传感器兼容），可利用硅控整流器（SCR）型的壁式调光器而调光，提供了光功率校正透镜保持辐射（例如，电磁辐射）的理想光学系统，增大了覆盖区和勒克斯（LUX）输出，具有5个或8个LED时产生250lm250mA，具有高的发光效率，具有约0.99的功率因数且总谐波失真（THD）约小于10%，可接收约90VAC至305VAC、50Hz至60Hz、300mA至150mA、以及480VAC和600VAC/24VDC的输入电压，具有约3000开尔文、4000开尔文和5000开尔文的相关色温（CCT），具有约81的高显色指数（CRI），在4英尺高的输出端处提供约为3040lm30W、1900lm18W的总流明数且在2英尺高的输出端处提供约为1520lm14W、950lm9W的总流明数，以高湿度运行，具有瞬间启动，是太阳能光伏（PV）板和风力涡轮机兼容的，在复古风格的夹具上具有波束角底座，以及在固态（LED）光源上具有约50000小时的寿命。

在图2B中，PCB104’可以通过LED焊接区204’（例如，用于表面安装的焊接连接）容纳一个或多个LED108。通用电源焊盘202’被提供用于通过各种布线结构（例如，用于焊接、Molex连接、刮水片连接等）将PCB104’连接到电线106。在示例性实施方式中，相比于露出的Gerber结构，PCB104’可以被配置成金属芯板。有利地，金属芯板结构允许PCB104’、散热器114’和LED108之间的适当的散热。然而，在另一示例性实施方式中，可采用适于任何增加的散热的具有露出的Gerber结构的PCB。

相比传统的照明系统和方法，图1B至图1C的LED照明系统和方法包括多个优势，这些优势包括：提供相比于白炽灯、荧光灯或高强度放电（HID）灯（例如，汞蒸气灯、高压钠灯、金属弧卤化物灯、脉冲启动型金属卤化物灯、金属卤化物灯等）的约大于70%的平均节能。此外，图1B至图1C的LED照明系统和方法具有在实际使用中进行维护或替换的能力，高的发光效率，极化匹配的LED，约3000开尔文、4000开尔文和5000开尔文的相关色温（CCT），约81的高显色指数（CRI），约250lm250mA光通量（1W）的LED的光通量（例如，约100lm/W（120mA），电气性能：反向电压VP IF=5mA--16.5V正向电压VF IF=250mA S0S18.9V-10.0V），以及单面的MCPCB材料（例如，约1oz铜/.0626061T6铝合金1掩膜，白色，丝绿色，IMM AU，在1000VDC的高电位测试3秒）。

图3A至图3B示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的LED透镜箱。在图3A中，LED透镜箱110（例如，由塑性材料制成）可以包括LED透镜112，LED透镜112与LED透镜箱110为一体且沿着LED透镜箱110的整个长度设置，且配置成与PCB104的LED108光学校准。轨道302被提供用于将LED透镜箱110和散热器114可滑动地安装在一起，有利地使得组装、拆卸和维修更容易。

在图3B中，LED透镜箱110’（例如，由塑性材料制成）可以包括一个或多个LED透镜112’，LED透镜112’与LED透镜箱110’为一体且均匀地贯穿LED透镜箱110’放置，且配置成与PCB104’的LED108光学校准。安装孔302’被提供用于将LED透镜箱110’和散热器114’固定地安装在一起，有利地使得组装、拆卸和维修更容易。

有利地，透镜112和透镜112’提供光线放大和传播功能，可基于透镜112和透镜112’的几何构型改变以上功能。此外，透镜112和透镜112’可以由各种颜色（例如，红色、蓝色、绿色、黄色等）构成，提供理想的光学系统，提供光功率校正，提供辐射（例如，电磁辐射）的保持，以及提供增大的发射光覆盖区和LUX输出，以便适应各种各样的照明应用。

图4A至图4B示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的散热器。在图4A中，散热器114（例如，由铝制成）可以包括用于可滑动地安装有LED透镜箱110的轨道402，用于热连接至PCB104和安装PCB104的PCB平面404，以及用于改善散热的散热片406和安装/通风孔/中间冷却室408（例如，配置成用于液体和/或空气冷却）。

如图4B（A）和图4B（B）中所示，两件式散热器114’（例如，由铝制成）可以包括用于可滑动地安装有加热板410的滑轨402’，滑轨402’附接于LED透镜箱110’，且包括用于热连接至PCB104’和安装PCB104’的PCB平面404’，以及用于改善散热的散热片406’和通风孔/中间冷却室408’（例如，配置成用于液体和/或空气冷却）。如图4B（C）和图4B（D）中所示，单件式散热器114’还包括与PCB104’上的LED108的行对齐的冷却通道412和冷却板414，用于改善散热和冷却。

图5示出根据示例性实施方式的可用在图1A的LED照明系统和方法中的示例性的端盖。图6示出根据示例性实施方式的可用在图1A的LED照明系统和方法中的示例性的墓石。在图5至图6中，墓石118可通过安装孔604而被可移除地固定到照明箱夹具上。端盖116通过连接器602和相应的安装孔502卡入墓石118上的合适位置。散热器114通过安装孔和槽508可滑动地安装入端盖116中。类似地，透镜箱110通过透镜箱槽510可滑动地安装入端盖116中。通过槽606在墓石118和端盖116的相应的槽510上提供布线路径。以这种方式，布线路径从槽510连续穿到端盖116的后壁，然后下降90度，并通过端盖116的槽502穿出底面进入墓石118的相应的槽606。墓石118还可以包括用于安装到传统灯具上的线性安装槽608。有利地，利用安装孔604以及端盖116和墓石118的卡扣特性，提供各种垂直或水平的安装选择。

图7示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的LED驱动电路。在图7中，LED驱动电路102接收来自电源122的电力，且被安装在印刷电路板702上，并且可以包括电磁干扰（EMI）滤波器/整流电路704、功率因数校正（PFC）电路706、电流/电压隔离电路708、电压控制电路710和电流控制电路712。尽管将图7的LED驱动电路102显示成驱动LED108的3个通道或支路，但是有利地，LED驱动电路102可以配置成具有一个通道至与按照适当缩放电路704至电路712所需的通道一样多的通道。如图7所示，可以在电流控制电路712上提供调光功能（DIM）。

相比于传统的LED驱动电路，LED驱动电路102包括多个优势，这些优势包括：具有高功率因数（PF）和低的总谐波失真（THD）的宽输入电压范围；可优化的效率，功率越高，效率越大；利用各种源的调光功能（例如，相位切割、0V至10V、数字可寻址照明接口（DALI）等）；光线控制功能（例如，光区、运动和光线传感器兼容等）；可利用典型的硅控整流器（SCR）型的壁式调光器而调光；提供多个可调输出；利用50W以上的功率用在更加昂贵的高端应用中的能力；约90VAC至305VAC、50Hz至60Hz、300mA至150mA、480V以及600VAC/24VDC的输入电压；先进的PFC+压载控制集成电路；临界导通模式的升压型的功率因数校正（PFC），功率因数校正（PFC）具有约0.99的功率因数且总谐波失真约小于10%；符合国际电工委员会标准（IEC）60384-14第三版；具有压降（step down）的隔离；PFC过流保护；半桥过流保护；预热频率；预热时间；闭环点火电流调节；用于可靠的灯点火的闭环点火调节；超低THD；灯去除/自动重启功能；基于红外（IR）高压集成电路（HVIC）组合芯片的前置电路LED驱动器（例如，PFC+高/低侧驱动器）；利用LED降压调节器控制集成电路（IC）的电流调节；约30W24VDC的输出电压；约大于等于120Hz的输出运行频率；以及在高输出电流应用中用于提高的效率的同步整流（例如，用于具有二极管压降的1.5A的LED面板：1.5A x1V=1.5W（+开关损耗），同步整流：25mOhm x1.5A x1.5A=0.06W*部件上大于30℃的温度差）。

图8至图9示出根据示例性实施方式的图7的LED驱动电路的示例性的子电路。在图8中，示出在LED驱动电路102内的主要级，包括：PFC升压转换器级706，其在前端处连接至EMI滤波器/整流电路704，随后是半桥切换器和降压变压器级708/710，以及最后的后端级712，后端级712包括连接至PCB104或PCB104’的具有固有短路保护的恒流降压调节器。在图9中，示出LED驱动电路102的电路710/712，包括具有功率因数校正和半桥控制的红外（IR）组合LED驱动器集成电路（IC）902。IC902保持可调的高压母线且驱动降压变压器904的初级线圈，同时还在具有低的总谐波失真（THD）的AC输入端处提供高于0.9的功率因数。

图10示出根据示例性实施方式的图1A至图1C的LED照明系统和方法的示例性的相位校正电路。在图10中，相位校正电路120被配置成位于双相电源122与LED驱动电路102之间的箝位电路1002。有利地，箝位电路1002可用于解决在实现A/B切换（例如，实现标题24能源效率标准）时不平衡的中性点的问题。箝位电路1002可以包括一个或多个电容器、稳压二极管等，这些元件用于箝制因A/B切换期间不平衡的中性点而造成的任何高电压/电流峰值。稳压二极管可以箝制高电压/电流峰值，伴随有电容器充电然后缓慢地放电。图10的箝位电路设计优于使用压敏电阻的设计和/或基于电力循环的设计。

图11示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的e-coin LED。在图11中，e-coin LED108可以包括安装在金属盘散热器/基底1102上的单个LED包1104（例如，三星LED包，一个包中包括9个单独的LED管芯），金属盘散热器/基底1102具有紧固件1108（例如，螺旋式紧固件）和安装槽1110（例如，用于气动组件）。E-coin LED108还包括用于LED1104的安装（例如，表面安装、焊接安装）的LED焊接区1106、双线式布线焊接区1112（例如，用于焊接接线）、以及无线布线焊接区1114（例如，用于使用相应的刮水片的无焊接线，未示出）。有利地，利用本设计，在将e-coinLED108向下拧到合适的位置时，螺栓1108提供接地连续性，且将上述刮水片（未示出）与无线安装焊接区1114配合，以形成电连接。

图12至图13示出根据示例性实施方式的用于图1A至图1C的LED照明系统和方法的示例性的改装应用。在图12中，图1A至图1C的LED照明系统和方法100至100’’可以被并入现有照明设备1202中且可采用现有照明透镜1204。在图13中，图1B至图1C的LED照明系统100’至100’’可通过支架1304和接装板1302而被并入现有照明箱124中。有利地，可以在接装板1302中设置一个或多个开口1306，以容纳图1B至图1C的照明系统100’至100’’的PCB104或PCB104’中的一个或多个。

图14A示出根据示例性实施方式的可与图1B至图1C的LED照明系统和方法一起使用的示例性的接装板。在图14A中，有利地，可利用图案、孔和槽的任何合适的组合来配置接装板1302，如图14A（A）至图14A（L）中所示，用以容纳图1B至图1C的照明系统100’至100’’的PCB104或PCB104’中的一个或多个。

图14B示出根据示例性实施方式的针对图14A的接装板的示例性的接装板应用。在图14B中，接装板可用在壁式安装应用、天花板式安装应用、舞台照明应用、凹入式照明应用、Hubble照明应用、Lithonia照明应用等中，如图14B（A）至图14B（F）中所示。

图15示出根据示例性实施方式的可与图1B至图1C的LED照明系统和方法一起使用的示例性的支架。在图15中，支架1304可以配置成各种结构，如图15（A）至图15（G）中所示，用以适应图14A至图14B所描述的各种应用。

图16A至图16B示出根据示例性实施方式的可与图1B的LED照明系统和方法一起使用的示例性的灯具。在图16A中，灯具1600可以包括：用于容纳一个或多个LED驱动器102的箱体1602、安装支架1628、用于容纳对应于LED驱动器102的一个或多个散热器114’的箱体1614、包括对应于散热器114’的中间冷却室408’的冷却室窗口1606的支架1630、以及用于容纳一个或多个PCB104’的反射器箱体1604。在图16B中，有利地，灯具1600可以配置成各种结构，如图16B（A）至图16B（G）中所示。

图17至图20为根据示例性实施方式的用于阐述图1A至图1C的LED照明系统和方法的电气性能的示例性图形、图表和视觉效果。在图17中，用图形示出LED驱动电路102的性能，LED驱动电路102包括具有功率因数校正（PFC）的全波整流器，其中，功率因数约为0.99，总谐波失真（THD）约小于10%，可从输入电压线轨迹714和电流线轨迹716上测得。在图18中，示出示例性的光度测量，包括波束宽度测量。在图19中，相比于如图19（B）中所示的传统系统和方法（例如，荧光灯照明（FTL）），如图19（A）中所示，利用图1A至图1C的LED照明系统和方法没有阴影叠加。在图20中，示出用于图1A至图1C的LED照明系统和方法的示例性寿命预测和相应的测量值。

图21至图22为根据示例性实施方式的用于阐述可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的LED的电气性能的示例性图形、图表和视觉效果。在图21中，示出针对LED108（例如，三星LED包，一个包中包括9个单独的LED管芯）的示例性的LED制造过程。在图22中，示出LED108的LED特性，其中，LED108为极化匹配的LED，相比于传统的LED，极化匹配的LED的光线输出增大了约18%，电光转换效率（例如，其实际上测量LED将电转换成光的量）增大了约22%。

图23示出根据示例性实施方式的图1A至图1C的LED照明系统和方法的示例性的照明应用。在图23中，图1A至图1C的LED照明系统和方法可用在各种应用中，包括普通照明、街道照明等应用。例如，图1A至图1C的LED照明系统和方法可用在针对办公室、住所、区域隧道、地下通道、铁路、地下停车场、公园、广告板、公路、工业建筑、仓库、市场、庭院、工厂、城市街道、人行道、广场、学校和院子等的应用中。

图24示出根据示例性实施方式的可用在图1A至图1C的LED照明系统和方法中的示例性的e-coin LED。在图24中，e-coin LED108’可以包括安装在金属盘散热器/基底2402上的单个LED包2404（例如，三星的LED包，一个包中包括多个单独的LED管芯，且在8W下运行），金属盘散热器/基底2402具有紧固件2408（例如，螺旋式紧固件）和导电/粘附焊接区2406。e-coin LED108’还包括LED电力线2414（例如，用于焊接布线）。有利地，利用本设计，在将e-coinLED108’向下拧到合适的位置时，螺栓1108提供接地连续性。

图25示出根据示例性实施方式的可与图24的e-coin LED一起使用的示例性的运动灯具。在图25中，运动灯具2500可以包括：用于容纳PCB2504上的一个或多个e-coin LED108’的箱体2502、安装支架2528、散热器/驱动器2514、反射器2510和透镜2512。有利地，运动灯具2500可以用在高输出光应用中，例如体育场应用、泛光照明应用等。

相比传统的照明系统和方法，图1A至图1C的LED照明系统和方法包括多个优势，这些优势包括：

能量效率—LED灯低温点亮，然而白炽灯将其98%的能量作为热发出。尽管当前购买LED灯较昂贵，但是从长期操作看，LED照明节省操作成本且满足美国采暖、制冷与空调工程师协会（ASHRAE）所提出的新标准及其它使用低瓦数固态系统的标准。当在室外或室内利用LED照明系统照射一设施时，低能电子衍射（LEED）点是易于达到的。方向性和可用流明使得LED照明系统成为有利的选择。

长使用寿命—LED照明系统可以持续使用达100000小时。白炽灯通常持续约1000小时，荧光灯在约10000小时内有效，其中，在针对LED照明的L70使用寿命与传统照明的平均寿命的定义之间存在实质性差异。

坚固耐用—LED灯不具有需要解决的脆弱的灯丝和脆弱的灯管。LED灯耐热、耐冷且抗震。本质上是固态的LED照明远比其它类型的照明设备更耐用。无灯丝、无气体或薄玻璃确保挽救因环境因素（例如风、振动、运动和人为错误）而造成的损坏和较短寿命。

抗震—不像典型的传统灯源，LED不会发生突然故障或烧坏，因为不存在灯丝烧坏或断开。在LED中，光线从浸入磷光剂中的完全密封的硅二极管发出，可用非常低的电压输入激励发光。

每瓦流明（LPW）—尽管制造商仍在寻找增大该比率的新的方式，但是制造商已经能够在研究中生产产生130流明/瓦的LED。可用LED平均从50流明/瓦至90流明/瓦，白炽灯约为15流明/瓦。

LED技术减少碳排放—不像白炽灯、荧光灯或HID灯，LED灯是对环境安全的且节能环保。在构件制造中不使用有毒元素，例如汞或其它有毒的且污染环境的气体或物质（例如，二氧化碳、氧化硫）。LED灯减少污染，因此不会滤出有害毒素给地球和大气。LED灯是可重复使用的，因此不会最终丢弃于垃圾堆中，然而其它类型的照明系统必须考虑特殊处理成本。

兼容性—LED照明与大多数系统是兼容的。把一些模型拧入，替代白炽灯。其它的模型可以替代卤素灯、荧光灯或高强度放电（HID）灯。

无与伦比的维护费用节约—当确定升级照明设备时，在投资回报方面，维护费用的节约是主要因素。尽管重要，但是许多财务分析完全忽视这个因素。必须考虑总系统和总成本。对于LED照明，光线输出的损耗最小，每单元50000小时的典型总寿命消除了周期性换灯和定期维护的成本。LED单元也是耐拆装/损坏的。

控制选项—LED照明系统可以连同传感器和其它照明控制，例如调光器、日光控制及基于智能计算机的程序一起使用。这具有以指数方式增加照明系统的寿命的可能。

消除光污染—光污染几乎被消除，因为从LED输出的光是定向的，仅指向需要光的地方。当相比于来自灯泡或灯管的光一般是多向的传统照明时，这是高效的，因为没有浪费光。对于来自光源的特定光引导，光束可从2°至135°。方向性是LED照明的重要特征，其将光投放在需要的地方。

多功能性—LED固态照明可以以以前不可能的各种方式进行包装。多年来，发光体的制造商发现采用总体分散光并将其指向有需要的地方的创新方式。固态照明（SSL）使得可以完全地重新思考发光体形成因素和安装方法。

不需要拥有不同类型的灯的存货—一旦安装了LED照明系统，则不再需要储存灯。LED照明系统利用可互换的LED e-coin、通电可编程的模拟器件（epad）和驱动器以及利用所有其它可再用的零件提供照明。

安装成本—随着LED照明得到广泛应用，许多与照明相关的安装技术发生改变。新的发展和建设工程可以节省因照明系统的电力建设所导致的成本。LED照明的低压操作允许大量低成本材料的设计选择。

颜色变化能力—在需要颜色的应用中，可以智能地控制LED照明，从而允许具有实际上数百万的颜色可能性。

较低的总体拥有成本（TCO）—当用作为使用降低的电压电源功率（例如，110Vac或240Vac转换成12Vdc或24Vdc）的替换光源时，LED照明系统利用最小初始系统支出提供成本效益高的、长期的、完全的拥有成本。如果使用光伏太阳能技术来应用LED照明，则成本节约是相当大的。

更宽范围的工作电压选择—LED照明仅需要少量的电力来有效地运行，当考虑到将从光伏太阳能或风产生的电力（例如，24Vdc或48Vdc）来运行系统时，这是理想的。还具有借助变压器而从电源产生的电力（例如，110Vac至277Vac，50Hz至60Hz）来运行LED照明系统的选择，大大降低了运行成本。

低的热输出—最大的LED工作温度通常为60℃，而不是传统的照明解决方案的300℃至450℃的工作温度。因此减小了热污染，节省了次级内部系统，例如空调。

光的质量—利用LED照明可定制可用的“白”光的质量，以适合人眼—消除眼疲劳，在某些工作和生活环境中，眼疲劳可具有不利的且代价高的牵连问题，以及健康和安全问题。LED不产生紫外线，且可针对工业和管理标准的要求，完全匹配于特定的显色指数（CRI）。

应当理解，图1至图25的示例性实施方式的装置和子系统出于示例性目的，将如相关领域中的技术人员所领会的，示例性硬件和/或装置的许多变型可以用于实现示例性实施方式。此外，可通过准备专用集成电路或通过将传统的部件电路互连成适当的网络来实现图1至图25的示例性实施方式的装置和子系统，将如电气领域中的技术人员所领会的。因此，示例性实施方式不限于硬件电路和/或装置的任何具体组合。

尽管已参照示例性结构描述了图1至图25的示例性实施方式的装置和子系统，但是如相关领域中的技术人员所领会的，可以按照任何合适的组合一起使用和/或单独使用图1至图25的示例性实施方式的装置和子系统。

尽管已结合多个示例性实施方式和实现方式描述了本发明，但本发明不限于此，而是涵盖各种变型和等效配置，其落在所附的权利要求的范围内。

Claims

1.一种发光二极管LED照明系统，所述系统包括以下部件中的至少一种：

多通道LED驱动电路，所述LED驱动电路包括电磁干扰EMI滤波器和整流电路、功率因数校正PFC电路、电流和电压隔离电路、电压控制电路以及电流控制电路；

印刷电路板PCB，所述PCB包括表面安装的或螺旋安装的一个或多个LED，且电连接至所述LED驱动电路；

散热器，所述散热器包括设置于所述散热器中的用于空气或水冷却的中间冷却和通风室，且热连接至所述PCB；以及

透镜箱，所述透镜箱具有一体地形成在所述透镜箱中的一个或多个透镜，且利用设置在所述LED上的所述透镜可移除地连接至所述散热器。

2.如权利要求1所述的系统，还包括：

相位校正电路，所述相位校正电路连接至所述LED驱动电路的输入端。

3.如权利要求1所述的系统，还包括以下部件中的至少一种：

端盖，所述端盖可移除地连接至所述散热器和所述透镜箱的端部；和

墓石，所述墓石可移除地连接至所述端盖。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述PCB是正方形的，并且所述多个LED均匀地散布在所述PCB上且与相应的多个透镜光学对准。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述PCB是矩形的，并且所述多个LED沿着所述PCB的长度而串联地、均匀地散布且与沿着所述透镜箱的长度而设置的相应的单个透镜光学对准。

6.一种发光二极管LED照明方法，所述方法包括对应于权利要求1至5所述的系统的一个或多个处理步骤。

7.一种发光二极管LED照明装置，所述装置包括对应于权利要求1至5所述的系统的一个或多个装置。