CN103202100A - 用于自动控制led照明设备的亮度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自动控制亮度的装置，其使用亮度控制电子开关基于交流电力的零交叉而发送调光信号。根据本发明实施方式的自动控制发光二极管(LED)的亮度的装置包括：调光控制电子开关，该调光控制电子开关用于在向LED灯提供交流电力期间感测到用户对开关的操作的情况下，基于所述交流电力的零交叉而在预置时间段期间中断所述交流电力的提供；以及LED灯控制设备，该LED灯控制设备用于通过检测所述交流电力的供应和中断来控制所述LED灯的亮度。

Description

用于自动控制LED照明设备的亮度的装置

技术领域

本发明总体上涉及用于自动控制亮度的装置，更确切地，涉及用于自动控制亮度的装置，该装置用于发光二极管(LED)照明设备。

背景技术

过去，白炽灯和荧光灯已主要用作照明设备。然而，相比于照明效率，白炽灯和荧光灯具有相对高的功耗，且每年由内部照明设备消耗2.1万亿千瓦时的电力。这相当于总电力消耗的12％至15％，并且还导致了每年排放17亿吨二氧化碳。此外，由于利用了水银来制造这种荧光灯并且其使用寿命短，因此必须频繁更换荧光灯，而且如果不适当地带走并丢弃荧光灯，则环境污染的问题也会突显。由于这些问题，近来，已在全世界以这样的一种方式加强了环境约束：通过将导致在一些国家禁止销售白炽灯和荧光灯的法案。

因此，近来，使用具有优异的节能效果和环保特性的发光二极管(LED)的照明设备已引起注意。这样的LED照明设备具有长使用寿命、高亮度和低功耗，从而获得节能的效果。LED照明设备的优异性以这样的一种方式被广泛认知以至于有以下的预测，如果到2015年，当前国内照明设备的30％由LED照明设备取代，则将使得每年节约大约160亿千瓦时的电力并减少约680万吨二氧化碳的排放。此外，LED灯被视为用于取代射灯等的装置，该射灯在典型的照明单元中实现为白炽灯或卤素灯。

如在图1中所示，当前的LED照明设备被配置以使得仅一个灯由LED灯14取代，而在现有的白炽灯或荧光灯中使用的照明开关11、照明布线12和基座13被不加更改地使用。这样的LED照明设备使用先前已使用且不能控制LED照明设备的亮度的照明开关11仅能控制LED灯14的开/关操作。

因此，如图2中所示，使亮度能够得到控制的LED照明设备被配置为还包括独立于现有照明开关11和现有照明布线12的亮度控制开关21、亮度控布线22、控制设备23和LED灯24。

也就是说，使用照明开关11控制LED照明设备24打开/关闭，且使用亮度控制开关21控制LED灯24的亮度。然后，控制设备23受照明开关11的开/关控制和亮度控制开关21的亮度控制，然后驱动LED灯24。

使亮度能够得到控制的这种传统LED照明设备存在的问题是：必须与现有的照明布线12独立地进行额外的布线，而且必须安装额外的开关，因此复杂化了整体安装并增加了其成本。

发明内容

技术问题

因此，在考虑以上问题的情况下做出本发明，本发明的目的是提供一种用于自动控制LED照明设备的亮度的装置，该装置能在不安装单独的亮度控制开关和亮度控制布线的情况下控制LED灯的开/关操作和亮度，并且该装置允许用户使用用于调光控制的电子开关容易地控制LED灯的亮度。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明实施方式的自动控制发光二极管(LED)照明设备的亮度的装置包括：调光控制电子开关，该调光控制电子开关用于在向发光二极管(LED)灯提供交流(AC)电力期间感测到用户对开关的操作的情况下，基于AC电力的零交叉(zero-crossing)而在预置时间段期间中断交流电力的提供；以及LED灯控制设备，该LED灯控制设备用于通过检测交流电力的供应和中断来控制LED灯的亮度。

有益效果

以上描述的本发明能通过替换现有的典型照明系统中的控制设备和LED灯来控制LED灯的开/关操作和亮度，从而延长照明灯的使用寿命，基于对亮度的控制获得额外的节电效果，且基于对亮度的控制的实现情感化照明。

附图说明

图1是示出传统LED照明系统的图；

图2是示出使得亮度能够得到控制的传统LED照明系统的图；

图3是示出包括LED灯控制设备的照明系统的图，该照明系统由申请号为2009-0110113的韩国专利申请公开；

图4是示出自动控制LED照明设备的亮度的装置的问题的图，该装置由申请号为2009-0110113的韩国专利申请公开；

图5是示出根据本发明的自动控制LED照明设备的亮度的装置的系统配置图；以及

图6是示出根据本发明的自动控制LED照明设备的亮度的装置的信号的波形图。

具体实施方式

本发明能以各种方式而变化且能有各种实施方式，所以将在附图中示出并在本说明书中详细描述具体的实施方式。

然而，这并不旨在将本发明限制于具体的实施方式，并且应被理解的是，在本发明的精神和范围内的所有的变化、等同物或替代物都包含在本发明中。

包含序数的术语，例如“第一”和“第二”，可被用于描述各种部件，但是那些部件不应被这些术语所限制。

这些术语仅仅被用于将一个部件区分于其它部件。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，第一部件可被指定为第二部件，且以相似的方式，第二部件可被指定为第一部件。

应被理解的是，指示第一部件“连接”或“耦接”至第二部件的表示可包括第一部件连接或耦接至第二部件且第三部件位于第一部件和第二部件之间的情况，也包括第一部件“直接连接”或“直接耦接”至第二部件的情况。相反，应被理解的是，指示第一部件“直接连接”或“直接耦接”至第二部件的表示意味着第一和第二部件之间没有布置部件。

在本说明书中使用的术语仅仅用于描述具体实施方式且并不意图用来限制本发明。单数的表达包含复数的表达，除非上下文中明确指出相反的描述。

在本说明中，应被理解的是如“包含”或“具有”的术语仅仅旨在指示特征、数量、步骤、操作、部件、部分或其组合是存在的，并不意图排除一个或多个其它的特征、数量、步骤、操作、部件、部分或其组合将存在或被添加的可能性。

此外，附于本说明书的附图应被理解为了描述的方便而被放大或缩小。

在下文中，将参考附图详细描述根据本发明实施方式的自动控制LED照明设备的亮度的装置。

本发明的申请人在韩国知识产权局提交了能够控制LED灯的开/关操作和亮度的LED照明系统作为申请号为2009-0110113的韩国专利申请。

图3是示出使亮度能够得到控制的LED照明系统的功能框图，该LED照明系统在申请号为2009-0110113的韩国专利申请中公开。在以上在先专利中公开的使亮度能够得到控制的LED照明系统包括照明开关11、照明布线12、LED灯控制设备30和LED灯24。

LED灯控制设备30包括：交流(AC)/直流(DC)转换器单元31；开/关检测装置，用于检测照明开关打开和关闭状态；调光确定装置，用于从开/关检测装置接收与照明开关的开/关状态有关的信息，确定照明开关的拨动(snapping)操作，然后输出调光信号；调光调节装置，用于在从调光确定装置输入了调光信号的情况下，调节LED灯的亮度；电力保持电路单元42，用于当执行照明开关的拨动操作时，向LED灯提供驱动电力；以及电力关闭装置，用于从开/关检测装置接收与照明开关的关闭状态有关的信息，并且在照明开关的关闭状态超过阈值时间时，关闭LED灯。

照明开关11通过照明布线12串联到交流电力，并且被配置为向LED灯24提供或中断交流电力。当用户在开状态下临时关闭照明开关11并随后再次打开照明开关11时(即，当照明开关11临时从打开状态进入关状态并随后再次进入打开状态(该操作被称为“拨动操作”)时)，LED灯控制设备30将该信号识别为调光控制信号。

开/关检测装置包括零交叉检测器单元32、非检测计数器单元33和时钟34。调光确定装置包括存储单元41、第一比较器39和调光确定单元37。电力关闭装置包括存储单元41、第二比较器40和电力关闭确定单元38。调光调节装置包括调光步骤计数器单元36和调光调节单元35。为了描述LED灯控制设备30的详细配置和操作，可参考申请号为2009-0110113的韩国专利申请的说明书。

当用户打开照明开关11时，在以上申请号为2009-0110113的韩国专利申请中公开的使亮度能够得到控制的LED照明系统以最大亮度打开LED灯24。在以这种方式打开LED灯24的状态(打开状态)下，如果在一临时时段(调光阈值时间)内关闭照明开关11(关闭状态)并随后打开该照明开关11(打开状态)，则LED灯的亮度被逐步地调节降低。如果用户在他或她期望的亮度上停止该操作，则亮度的状态被保持。如果在用户关闭照明开关后经过预定时间段，则所有的操作被复位，然后LED灯被关闭。

以上申请号为2009-0110113的韩国专利申请被配置以使得用户能够任意地关闭照明开关并随后打开该照明开关，以使得如图4所示，当用户关闭照明开关时，提供给LED灯控制设备30的交流电力被中断和切断。

以这种方式，在申请号为2009-0110113的韩国专利申请中公开的技术中，用户手动关闭/打开照明开关，并且当未检测到零交叉时，LED灯控制设备使用所执行的时钟计数来控制LED灯的亮度，以使得如图4所示，交流电力被中断的时间较长。然而，由于即使当用户执行拨动操作时，LED灯也必须被打开，所以即使当交流电力被中断时驱动电力也必须被提供给LED灯控制设备30和LED灯24。

对于这个操作，电力保持电路单元42充入(charge)输入电力，并在执行拨动操作时向LED灯控制设备30和LED灯24提供所充入的电力。然而，申请号为2009-0110113的韩国专利申请的问题在于：用户手动拨动照明开关，这时交流电力关闭时间较长，使得电力保持电路单元42的内部电容器(condenser)的容量必须较大。

为了解决申请号为2009-0110113的韩国专利申请的上述问题，本发明提出以下技术，其中，亮度控制电子开关基于交流电力的零交叉而在最小时间段内拨动，并且中断将向LED灯控制设备提供的电力，从而降低电力保持电路单元42的内部电容器的容量。

图5是示出根据本发明实施方式的自动控制LED照明设备的亮度的装置的配置框图。

根据本发明的自动控制LED照明设备的亮度的装置通常分为：调光控制电子开关510，用于通过根据用户的操作切换交流电力而产生调光控制信号；和LED灯控制设备520，用于分析根据交流电力的切换的调光控制信号，从而调节并控制LED灯24的亮度。

调光控制电子开关510包括：由用户操作的调光调节输入单元511；零交叉检测单元512，用于检测输入的交流电力的相位改变的零交叉；开关控制单元513，用于根据用户操作调光调节输入单元511的状态，基于由零交叉检测单元512检测到的零交叉，在预置的时间段内输出电力供应信号或输出电力中断信号；电子开关514，用于响应于从开关控制单元513输出的电力供应信号和电力中断信号在输入交流电力和LED灯控制设备520之间进行切换；电力单元515，用于从输入的交流电力产生驱动电力，并向调光控制电子开关510的内部组件提供驱动电力。开关控制单元513在显示单元516上显示LED灯的当前开/关状态、当前调光级别等。

调光控制电子开关510可实现为3线开关或2线时钟控制开关(clockcon switch)。调光调节输入单元511包括：打开/关闭开关，用于控制LED灯24的打开/关闭操作；和调光级别选择开关。用户通过操作调光级别选择开关来调节LED灯的亮度，并通过操作开/关开关来打开/关闭LED灯。

这里，输出电力中断信号的预置时间段被设置为比交流电力的一半周期更短的时间。

LED灯控制设备520包括：AC/DC转换器单元521，用于接收提供的或中断的交流电力并将交流电力转换为直流电力；零电位检测单元522，用于从提供的或中断的交流电力来检测零电位；零电位时间测量单元523，用于测量由零电位检测单元522检测到的零电位的持续时间；存储单元524，用于存储调光确定时间和电力关闭确定时间；调光控制单元525，用于将零电位持续时间与调光确定时间和电力关闭确定时间分别进行比较，然后输出LED灯控制信号；调光调节单元526，用于响应于LED灯控制信号而调节LED灯24的亮度；以及电力保持电路单元527，用于当调光控制电子开关510中断提供交流电力时向LED灯控制设备520的各个组件和LED灯24提供驱动电力。电力关闭确定时间被设置为比调光确定时间更长的时间。

零电位检测单元522检测提供的或中断的交流电力变为零电位的点。也就是说，当正常提供交流电力时，零电位检测单元522间歇地检测零电位，并且当交流电力的供应中断时连续地检测零电位。零电位时间测量单元523测量由零电位检测单元522检测到的零电位的持续时间。

电子开关514可实现为继电器或三端双向可控硅开关元件(triac)。调光调节输入单元511可实现为远程控制接收单元(未示出)以使得能够通过使用遥控来调节LED灯的调光程度，或除调光调节输入单元511之外还可以包括远程控制接收单元(未示出)以使得能够使用遥控来调节LED灯的调光程度。

以下将对根据本发明的自动控制LED照明设备的亮度的装置的操作方法进行描述。

当用户操作调光控制电子开关510的调光调节输入单元511的打开/关闭开关以打开该开关时，开关控制单元513识别打开状态并向电子开关514输出电力提供信号，以使得输入交流电力能够被提供给LED灯控制设备420。

零电位检测单元522从向LED灯控制设备420提供的交流电力检测零电位。由于当向LED灯控制设备420正常提供交流电力时仅交流电力的相位变化的零交叉与零电位对应，所以由零电位检测单元522检测到的零电位的持续时间非常短。零电位时间测量单元523测量零电位的持续时间并向调光控制单元525提供测量到的持续时间。调光控制单元525将零电位的持续时间与调光确定时间和电力关闭确定时间分别进行比较。在这种情况下，如果零电位的持续时间短于调光确定时间，则调光控制单元525控制调光调节单元526以使得LED灯24的当前亮度被保持。

同时，当用户通过操作调光控制电子开关510的调光调节输入单元511的调光级别选择开关来调节LED灯的亮度时，开关控制单元513从零交叉检测单元512接收与输入的交流电力的相位改变的零交叉有关的信息并基于输入交流电力的零交叉在预置的时间段内向电子开关514输出电力中断信号。这里，预置的时间段被预先设置为比输入交流电力的周期的1/4更短的任意时间。

当从开关控制单元513输入电力提供信号时，电子开关514向LED灯控制设备520提供输入的交流电力，而当从开关控制单元513输入电力中断信号时，中断输入的交流电力以使得不向LED灯控制设备520提供输入的交流电力。中断向LED灯控制设备520提供交流电力意味着所提供的交流电力为零电位，从而零电位检测单元522能够检测到该零电位。

开关控制单元513以特定的模式顺序地输出电力供应信号和电力中断信号，以使得提供给LED灯控制设备520的交流电力能够由电子开关514来切换，从而向LED灯控制设备520发送调光控制信号。

当AC电力被中断时，零电位检测单元522检测到零电位，且零电位时间测量单元523测量零电位的持续时间并向调光控制单元525提供测量到的持续时间。调光控制单元525将零电位的持续时间与调光确定时间和电力关闭确定时间分别进行比较，如果零电位持续时间长于调光确定时间且短于电力关闭确定时间，则通过控制调光调节单元526来调节LED灯24的亮度。调光调节单元526通过调节从AC/DC转换器单元521输出的DC电力中的提供给LED灯的DC电力来调节LED灯24的亮度。同时，当AC电力的供应被中断时，电力保持电路单元527向LED灯控制设备520的各个部件和LED灯24提供驱动电力，从而使LED灯24能够保持其预置的亮度。

当用户操作调光控制电子开关510的调光调节输入单元511的打开/关闭开关以关闭该开关时，开关控制单元513识别该关闭状态并向电子开关514输出电力中断信号，从而中断向LED灯控制设备420提供AC电力。

然后，AC电力持续地保持在零电位，且零电位检测单元522检测到该零电位。零电位时间测量单元523测量零电位的持续时间，并向调光控制单元525提供测量到的持续时间。如果零电位的持续时间长于电力关闭确定时间，调光控制单元525通过调节调光调节单元526而中断已提供给LED灯24的驱动电力，从而使得LED灯24被关闭。

虽然已公开了本发明的实施方式，但是本领域的技术人员将意识到落入本发明等同物范围内的各种修改和实施方式是可能的。因此，本发明的技术范围应由所附的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于自动控制亮度的装置，包括：

调光控制电子开关，该调光控制电子开关用于在向发光二极管(LED)灯提供交流电力期间感测到用户对开关的操作的情况下，基于所述交流电力的零交叉而在预置时间段期间中断所述交流电力的提供；以及

LED灯控制设备，该LED灯控制设备用于通过检测所述交流电力的供应和中断来控制所述LED灯的亮度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述调光控制电子开关包括：

调光调节输入单元，该调光调节输入单元包括由用户操作的调光级别选择开关；

零交叉检测单元，该零交叉检测单元用于检测所述交流电力的零交叉；

开关控制单元，该开关控制单元用于根据所述调光调节输入单元的用户操作状态，基于由所述零交叉检测单元检测到的零交叉而在所述预置时间段期间输出电力提供信号或输出电力中断信号；以及

电子开关，该电子开关用于响应于从所述开关控制单元输出的电力提供信号和电中断信号在交流电力和所述LED灯控制设备之间进行切换。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述调光控制电子开关还包括显示单元，该显示单元用于显示在所述开关控制单元的控制下的所述LED灯的开/关状态和调光级别。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述电子开关是继电器或三端双向可控硅开关元件。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述调光控制电子开关还包括远程控制接收单元，该远程控制接收单元用于接收用于调光调节的远程控制信号。

6.根据权利要求2所述的装置，其中所述调光调节输入单元是远程控制接收单元。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述调光控制电子开关被实现为3线开关或2线时钟控制开关。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述LED灯控制设备包括：

交流/直流转换器单元，该交流/直流转换器单元用于将通过所述调光控制电子开关输入的交流电力转换为直流电力；

零电位检测单元，该零电位检测单元用于从所述交流电力检测零电位；

零电位时间测量单元，该零电位时间测量单元用于测量由所述零电位检测单元检测到的零电位的持续时间。

存储单元，该存储单元用于存储调光确定时间和电力关闭确定时间；

调光控制单元，该调光控制单元用于将所述零电位的持续时间与所述调光确定时间和所述电力关闭确定时间分别进行比较，然后输出LED灯控制信号；和

调光调节单元，该调光调节单元用于响应于所述LED灯控制信号调节从所述交流/直流转换器单元输出并向所述LED灯提供的直流电力的大小，从而调节所述LED灯的亮度。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述LED灯控制设备还包括电力保持电路单元，该电力保持电路单元用于当所述调光控制电子开关提供交流电力时充入所述直流电力，并且当所述调光控制电子开关中断所述交流电力时向所述LED灯控制设备的各个组件提供驱动电力。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述预置时间段是比所述交流电力的1/4周期更短的时间。

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