CN103444263B - 使用led串照明空间的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在照亮至少部分空间的方法中，使用发光二极管(LED)串。该LED串包括串联连接的第一LED段和至少一个另外LED段，每个LED段都包括至少一个LED。该LED串由经整流AC电压供电。当经整流AC电压高于第一电压电平时，向第一LED段供电，并且当经整流AC电压高于比第一电压电平高的第二电压电平时，向第一LED段和另外LED段供电。第一LED段被设置为将光辐射到空间的第一体积，并且另外LED段被设置为将光辐射到该空间的第二体积，第一体积至少部分地不同于第二体积。第一体积可以至少部分的重叠于第二体积。

Description

使用LED串照明空间的方法和装置
技术领域
本发明涉及LED(发光二极管)照明的领域。更特别是，本发明涉及使用串联连接的LED段的LED串照亮空间的方法和装置。
背景技术
美国专利US7081722、US2010/0194298和US2004/0233145公开了用于驱动多相中的LED的方法和/或电路。提供了被分为彼此串联的组的一串LED。每组通过单独的导电路径耦合到地。在每个导电路径中提供相位开关。通过增加该输入电压，在所述串的下游中依序使LED串一组一组地接通。
在LED照明领域，存在进一步增强照明功能性以及创建具体的空间分布照明的需要。
发明内容
期望提供用于具有空间分布照明的照亮空间的方法和装置。也期望以简单的方式且以降低的成本提供空间分布照明。此外期望通过调光影响分布的光。
为了更好地处理这个被关心的问题，在根据本发明的第一方面中，提供了使用包括彼此串联的第一LED段和至少一个另外LED段发光二极管(LED)串来照亮至少部分空间的方法，每个LED段都包括至少一个LED，该LED串是由整流AC电压供电。当整流AC电压高于第一电压电平时，供电第一LED段，并且当整流AC电压高于比第一电压电平高的第二电压电平时，供电第一LED段和另外LED段。第一LED段被设置为将光辐射到空间的第一体积，并且另外LED段被设置为将光辐射到该空间的第二体积，第一体积至少部分地不同于第二体积。第一LED段发出具有第一光属性的光，并且另外LED段发出具有第二光属性的光，其中第二光属性等同于或不同于第一LED段的光属性。光属性可以包括光强度和光颜色。
该LED串在下文中也被称为LED模块，其包括串联连接的多个LED。每个LED段可以包括按照需要相互连接的一个或更多LED。每个LED的电压可以相同或不同于其他段。可以不同地选择LED串中LED段的数目，并且该数目至少是两个。
该LED串可以包括全都辐射相同颜色光的LED段。
在其他实施例中，一个或更多第一LED段可以发出具有第一色温的光，并且一个或更多另外LED段可以发出具有第二色温的光。由一个第一LED段发出的光的第一色温可以不同于由另一个第一LED段发出的光的第一色温，并且由一个另外LED段发出的光的第二色温可以不同于由另一个另外LED段发出的光的第二色温。第一LED段可以发出红色、橙色、黄色或琥珀色光，包括其任何组合，并且包括饱和或较不饱和的颜色的光。
当AC电压没有减弱时，在市电电压的半周期期间向第一LED段和另外LED段两者供电，其中市电电压会超出第一电压电平和第二电压电平两者。
当用减弱的经整流AC电压来驱动如上所述的LED段的串时，LED段会根据所应用的电压电平工作。在市电电压的半周期中，当瞬时电压上升时，最初会在高于第一电压电平上向第一LED段供电从而辐射光，然后，另外当瞬时电压进一步上升时，可以在高于第二电压电平上向另外LED段供电从而辐射光，而当瞬时电压分别降到低于第二电压电平和第一电压电平时，另外LED段和第一LED段随后停止辐射光。当第一LED段和另外LED段被设置为分别照亮第一和第二体积(两个体积至少部分不同于彼此)，由LED段的串生成的光的一部分照亮第一体积，并且另一部分照亮第二体积。
当AC电压减弱时，在市电电压的半周期期间向第一LED段供电的持续时间和向另外LED段供电的持续时间两者都减少。当AC电压减弱以便在市电电压的半周期期间超过第一电压电平但没有超过第二电压电平时，在半周期期间将仅仅向第一LED段供电。因此，调暗越高，第一LED段就将更明显地主导作为整体的由LED串发出的光的强度和/或色温。
当诸如通过AC电压的相角切割、或者通过减少电压振幅、或者通过其组合来对LED段的串进行调光时，也就是说，根据LED段的固有属性(例如，正向工作电压)和各自的驱动电路操作，由分别照亮第一体积和第二体积的LED段的串生成的各部分光的比率会自动改变。这个见地已经产生本发明，其中，改变的比率被用于当调光时设计特定的空间光分布，其适合于特定目的。在这个设计中，可以考虑由LED段生成的光强度和光颜色。
当LED在低于为其设计的标称电压低的平均电压下工作时，调光LED模块。由于电压减小，因此LED模块功率和光输出减少。用于调光LED模块的可变电压由在AC电压和LED模块之间耦合的调光装置产生。该调光器可以是用于改变电压振幅的装置，然而，通常其为固态开关器件，在市电电压频率下接通和断开AC电压，由此将功率脉冲供给到LED模块。
通过在电压的半周期的第一部分期间断开电压并且在电压的半周期的后部分期间接通电压(也被称作正向切相调光)，或者通过在电压的半周期的第一部分期间接通电压并且在电压的半周期的后部分期间断开电压(也被称作反向切相调光)，该调光器可以通过切相调光而工作。正向切相调光低廉，并且使用耐用的电子装置。反向切相调光更加昂贵，并且需要更复杂的电子装置，但是当使用这个类型的调光时，诸如电子变压器的一些负载工作更好并且生成的声频噪声较少。
当用户在调光器(输入端)上设定调光水平时，光水平产生(输出)。在大多数调光器中，调光器的输出不直接与输入成比例。不同的调光器产生不同调光器曲线，其定义调光水平和光水平之间的关系。
在本发明的方法的实施例中，第一体积至少部分地重叠第二体积。在重叠部分中，当第一LED段和另外LED段两者都在工作中从而发光时，光强度最高，而在重叠部分外光强度较低。这可以提供远离重叠部分逐渐减少的光强度。另外，或可替换地，当由第一LED段辐射的光的的颜色不同于由另外LED段辐射的光的颜色时，在重叠部分中，当第一LED段和另外LED段两者在操作中从而发光时，光颜色可以不同于重叠部分外面的光颜色。
在本发明的第二方面中，提供了用于照亮至少部分空间的LED模块，LED模块包括串，所述串包括串联连接的第一LED段和至少一个另外LED段，其中每个LED段都包括至少一个LED。当整流AC电压高于第一电压电平时，适合于向第一LED段供电，并且当整流AC电压高于比第一电压电平高的第二电压电平时，适合于向第一LED段和另外LED段供电。第一LED段被设置为将光辐射到空间的第一体积，并且另外LED段被设置为将光辐射到该空间的第二体积，第一体积至少部分地不同于第二体积。
在LED模块的实施例中，第一LED段适合于在具有第一方向的束中辐射光，并且另外LED段适合于在具有不同于第一方向的第二方向的束中辐射光。这里，可以使光束的方向由在相关LED段的中心开始的矢量表示，远离所述中心指向，并且位于光束的中心。
在实施例中，第一方向与第二方向相反。在LED模块的具体应用中，第一方向可以向下，并且第二方向可以向上。可以在台灯中使用这种设置，其中LED模块的调暗将引起由LED模块向上辐射的光的部分相对于LED模块向下辐射的光的部分减少，由此在提高调暗时创建逐渐亲密的照明气氛。
在LED模块的实施例中，第一LED段和另外LED段以具有相同辐射方向的束辐射光。在这种实施例中，每个束可以照亮不同的体积，而所有束重叠。
在本发明的另一方面中，提供了LED照明模块，该LED照明模块包括本发明的LED模块。LED照明模块进一步包括LED驱动电路，该电路包括：LED驱动器输入端子，其适合于被连接到整流AC电压；开关器件，被并联连接到每个另外LED段；电流控制装置，其被连接在LED驱动器输入端子之间；和控制电路，用于控制每个开关器件的断开状态或闭合状态。控制电路适合于当整流AC电压低于预定电压电平时控制每个开关器件以便其处于闭合状态，并且当整流AC电压高于预定电压电平时控制被连接到另外LED段的开关器件从而其处于断开状态。
在本发明的另一方面中，提供了LED照明模块，该LED照明模块包括本发明的LED模块。LED照明模块进一步包括LED驱动电路，该电路包括：LED段，其适合于被连接到整流AC电压；被并联连接到第一LED段的开关器件，和被并联连接到每个另外LED段的开关器件；电流控制装置，其被连接在LED驱动器输入端子之间；和控制电路，用于控制每个开关器件的断开状态或闭合状态。该控制电路适合于分别在整流AC电压高于第一电压电平并且低于比第一电压电平高的第二电压电平时，控制被并联连接到该第一LED段的开关器件以便其处于断开状态并且控制被并联连接到另外LED段的开关器件以便其处于闭合状态，以及在整流AC电压高于第二电压电平时，控制被连接到另外LED段的开关器件以便其处于断开状态。
在本发明的另一方面中，提供了LED照明模块，该LED照明模块包括本发明的LED模块。LED照明模块进一步包括LED驱动电路，该电路包括：LED驱动器输入端子，其适合于被连接到整流AC电压；用于每个LED段的电流控制装置，被连接在LED段的一个端子和LED驱动器输入端子之间；和控制电路，用于控制每个电流控制装置中的电流。控制电路适合于控制第一LED段的该电流控制装置，以便当该整流AC电压高于第一电压电平时，允许电流流动，并且在整流AC电压高于比第一电压电平高的第二电压电平时，不允许电流流动。
在一个LED照明模块的实施例中，至少一个电流控制装置适合于对流过其的电流进行脉宽调制，从而提供额外的LED段光输出控制。
在本发明的另一方面中，提供了可调光的LED照明模块，该可调光LED照明模块包括本发明的LED照面模块、整流器和调光装置。
通过参考下列详细说明，并连同附图考虑，本发明的这些及其他情况变得更容易体会以及更容易理解，在附图中相同的附图标记标示相同的部件。
附图说明
图la描述了其中由点划线指示不同模块的LED照明电路的第一实施例的图形。
图lb描述了其中由点划线指示不同模块的LED照明电路的第二实施例的图形。
图2描述了在不同LED段中作为根据图1a的LED照明电路中的(经整流)AC电压的半周期中的相位角的函数的电流。
图3描述了，与所有LED段的总光输出相比，不同LED段的光输出的比率的模拟结果，和在根据图1a的LED照明电路中的(经整流)AC电压的切相角α的变化下的图2中所述的电流的平均电流。
图4描述了图3的细节。
图5描述了在不同LED段中作为根据图1b的LED照明电路中的(经整流)AC电压的半周期中的相位角的函数的电流。
图6描述了与所有LED段的总光输出相比，不同LED段的光输出的比率的模拟结果，和在根据图1a的LED照明电路中的(整流)AC电压的切相角的变化下的图5中所述的电流的平均电流。
图7描述了在不同LED段中作为图1a的LED照明电路中的(经整流)AC电压的半周期中的相位角的函数的电流。
图8描述了与所有LED段的总光输出相比的不同LED段的光输出的比率的模拟结果，和在根据图1a的LED照明电路中的(经整流)AC电压的切相角的变化下的图7中所述的电流的平均电流。
图9描述了色温对于LED串和对GLS(白炽灯)色温对光强度的测量图形。
图10示意地描述了包括四个LED段的LED串的(部分)照明模块。
图11示出曲线，所述曲线图解说明LED照明模块中AC电压的切相角与，来自在一个方向上辐射的LED段的辐射和来自在另一个方向上辐射的LED段的辐射之间的比率之间的关系。
图12示意地描述了照明装置，特别是包括类似于图10的照明模块的台灯的侧视图。
图13示意地说明了从本发明的LED照明模块的不同LED段发出的射束。
图14说明了由图13的照明模块的不同LED段照亮的不同区域。
图15a、15b、15c和15d说明了由被布置成一行的图13的不同LED照明模块的不同LED段照亮的不同的复合区域。
具体实施方式
图la描述了用于驱动LED模块2的LED驱动器电路1的实施例。该LED驱动器电路1适合于被耦合到电源3，电源3可以包括被耦合到整流器的AC电压电源4和调光装置5。
该电源3具有输出端子6、7，用于根据本地应用的电压振幅和频率来提供经整流的AC电压。由电源3供给的电压可以是正向切相电压或反向切相电压，从而通过改变在输出端子处的平均电压提供调光功能，这取决于在整流器和调光装置5中自动地或通过用户设定的切相角。
该LED模块2包括串联连接的多个LED段11、12、13、14。每个LED段11、12、13、14都可以按照需要包括相互连接的一个或更多LED。每个LED段11、12、13、14的电压都可以是相同或不同于其他段的，例如大约30V、大约36V、或者大约70V。LED模块中LED段的数目可以选择为是不同的，并且该数目至少是两个。该LED模块2具有端子21、22、23、24、和25，借此每个引线段都是可由两端接近(accessible)的。LED段11具有端子21和22，LED段12具有端子22和23，LED段13具有端子23和24，并且LED段14具有端子24和25。每个端子21、22、23、24和25都可利用而耦合到LED驱动器电路1。
该LED驱动器电路1包括多个端子30、31、32、33、34、35和39。端子30和39适合于被耦合到电源3的输出端子6、7。端子31、32、33、34和35适合于被分别耦合到LED模块2的端子21、22、23、24和25。该LED驱动器电路1包括被分别连接在端子32和33、33和34、以及34和35之间的开关器件41、42和43。适合供LED驱动器电路1中使用的开关器件的实例是可开关晶体管，诸如场效应晶体管或双极晶体管。电流控制装置45被连接在LED驱动器电路1的端子35和39之间。该LED驱动器电路1进一步包括可操作连接到开关器件41、42和43的控制电路46，该电路用于在使用时在期望的定时下使开关器件41、42和43进入断开状态(不导电)或闭合状态(导电)。这种定时操作的实例如下。该控制电路46可以进一步选择性地被操作连接到电流控制装置45，从而在使用中在期望的定时下控制流过该电流控制装置45的电流，其也可以是脉宽调制。
应当注意，在替换的实施例中，整流器和调光器装置5可以是LED驱动器电路1的部件。
LED驱动器电路1和LED模块2的组合将被称作LED照明模块。
图lb描述了用于从电源3驱动LED模块2的LED驱动器电路8的实施例。LED模块2和电源3的配置可以与参考图1a所解释的配置类似或一致，并且相同的附图标记已经用于标示相同部件。
该LED驱动电路8包括多个端子50、51、52、53、54、55和59。端子50和59适合于被耦合到电源3的输出端子6、7。端子51、52、53、54和55适合于被分别耦合到LED模块2的端子21、22、23、24和25。该LED驱动电路8包括多个分别连接在端子52和59、53和59、54和59、以及55和59之间的电流控制装置61、62、63和64。该LED驱动器电路8可以进一步任选包括控制电路66，该控制电路可操作连接到电流控制装置61、62、63和64，从而在使用中控制流过电流控制装置61、62、63、64的每个的电流。这种操作的实例如下。
当使用时，LED段11、12、13、14发出不同颜色的光。光的颜色区别如下：
冷白色(CW)光，其具有高色温，例如大约5000K；
中性白色或正常白色(NW)光，其具有比冷白色低的色温，例如大约4000K；
暖白光(WW)光，诸如黄色或橙色光，具有低于NW的色温；
琥珀色(AM)光，具有低于WW的色温；
红色(RD)光，具有低于AM的色温。
在LED模块2中，所有LED段可以发出相同颜色的光。在其他实施例中，至少一个LED段可以发出NW光、WW光、AM光和/或RD光，并且至少另一个其它LED段可以发出CW光、NW光(当至少一个LED段没有发出NW光时)和/或WW光(当至少一个LED段没有发出NW或WW光时)。因此，根据下列表格1可以存在由不同的LED段11、12、13和14发出的光的不同组合，其中X指示相同列和行中的光的组合：
NW WW AM RD
CW X X X X
NW X X X
WW X X
表格1：LED模块中的颜色组合
图2说明了图1a的电路的实施例的操作，其中LED段11可以发出WW或RD或AM或RD/AM光，并且至少一个其它LED段12、13和14可以发出色温比LED段11高的光。在其他实施例中，由LED段11、12、13和14发出的光的色温可以相同。操作模式是由电源3传送恒定电流。以这种操作模式，通过LED段的电流并未被调节为接通的LED段数目的函数。
在图2中，曲线V表示经整流的市电电压V。如通过曲线V所示，在整流市电电压的半周期中(相位角从0-180度运行)，电压V的振幅从在0度的零值增加到在90度的最高值，并且在180度降回到零值。
假定所有LED段11、12、13、14具有大约相同的导通电压。进一步假定，在0度，所有开关器件41、42和43处于闭合状态，或者开关器件41、42和43中的至少一个处于断开状态。
当该电压V从0度向前增加时，在大约11度，电压V在足够让电流I由电流控制装置45振幅控制下在LED段11中运行的第一电平。然后，所有开关器件41、42和43应该处于闭合状态，或者进入闭合状态，并且电流I会流过LED段11、闭合开关41、42和43、和电流控制装置45。流过LED段11的电流I的值由I 11指示。
在大约23度，该电压V在第二电平，其足够让LED段11和12传导并足够让电流I仍旧由电流控制装置45振幅控制第二电平，从而在串联连接的LED段11和12中运行。然后，该开关器件41应该进入断开状态，而开关器件42和43保留在闭合状态，从而允许已经流过LED段11的电流I也在LED段12中运行。流过LED段12的电流由I 12指示。
在大约36度，该电压V在足够让LED段11、12和13传导并足够让电流I仍旧由电流控制装置45振幅控制第三电平，从而在串联连接的LED段11、12和13中运行的第三电平。然后，该开关器件41此时应保持在断开状态，而开关器件42和43应该进入断开状态，并且开关器件43应该保持在闭合状态，从而允许已经流过LED段11和12的电流I也在LED段13中运行。流过LED段13的电流由I 13指示。
在大约52度，该电压V在足够让LED段11、12，13和14传导并且足够让电流I仍旧由电流控制装置45振幅控制第四电平，从而在串联连接的LED段11、12，13和14中运行的第四电平。然后，该开关器件41和42此时应保留在断开状态，而开关器件43应该进入断开状态，从而允许已经流过LED段11、12和13的电流I也在LED段14中运行。流过LED段14的电流由I14指示。
在大约52和大约128度之间，该电压V保持高于足够让LED段11、12，13和14传导并足够让电流I仍旧由电流控制装置45振幅控制，从而在串联连接的LED段11中运行的第四水平。所有开关器件41、42和43保持断开。
在大约128度，该电压V减少到低于第四电平，并且变为不足够让LED段14传导，但是仍旧足够让LED段11、12和13传导，并且足够让电流I仍旧由电流控制装置45振幅控制，从而在串联连接的LED段11、12和13中运行。然后，该开关器件43应该进入闭合状态，而开关器件41和42保留在断开状态，从而允许电流I继续在LED段11、12和13中运行。电流I 14变为零。
在大约144度，该电压V减少到低于第三电平，并且变为不足够让LED段13传导，但是仍旧足够让LED段11和12传导，并且足够让电流I仍旧由电流控制装置45振幅控制，从而在串联连接的LED段11和12中运行。然后，该开关器件42应该进入闭合状态，而开关器件41保留在断开状态，并且开关器件43保留在闭合状态，从而允许电流I继续在LED段11和12中运行。电流I 13变为零。
在大约157度，该电压V减少到低于第二电平，并且变为不足够让LED段12传导，但是仍旧足够让LED段11传导，并且足够让电流I仍旧由电流控制装置45振幅控制，从而在LED段11中运行。然后，该开关器件41应该进入闭合状态，而开关器件42和43保留在闭合状态，从而允许电流I继续在LED段11中运行。电流I 12变为零。
在大约169度，该电压V降低到低于第一电平，并且变为不足够让LED段11导电。电流I 11变为零。
在大约169度以后，每个开关器件都可以处于断开或闭合状态中。该电压V不足够让LED段11、12、13或14的任何一个中具有流动的电流I。
图3说明了在整流器和调光装置5中的AC电压的切相角α变化下，与LED模块2(纵轴)的总的光输出相比的，每个LED段11、12、13、14的LED段11(比率R11)、12(比率R12)、13(比率R13)和14(比率R14)的比率。在每个切相角α，下列等式适用：Rl1+R12+R13+R14＝100％。
如果该切相角是0度(没有相切割)，那么如在AC电压的半周期上看出的，LED段11的光输出与LED模块2的总的光输出的比率R11大约是33％。对于段12、13和14，比率R12、R13和R14分别是大约28％>、23％>和16％>。
如从图2能够理解，并且在图3中能够看出，当切相角α在0度和11度之间时，比率R11、R12、R13和R14保持相同，因为其不影响任何LED段的导电时间。如能够从图2进一步理解并且能够在图3中看出的那样，当切相角α大于128度时，比率R14变为零，因为LED段14在这个切相角α不能导电。当切相角大于144度时，该比率R13变为零，因为LED段13在这个切相角α不能导电。当切相角大于157度时，该比率R12变为零，因为LED段12在这个切相角α不能导电。当该切相角在157和169度之间时，该比率R11变为100％，因为LED段11是唯一一个在电压V的半周期期间会进入导通状态的。当该切相角α大于169度时，该比率R11变为零，因为LED段在这个切相角α不能导电。事实上，当切相角α大于169度时，LED段11、12、13或14都不能导电。
在图3中，曲线I av示出在不同切相角α通过LED段11、12、13、14的平均电流。
图4示出了图3的细节，即曲线R11用于30度和150度之间的切相角，这是用于整流器和调光装置5的典型工作范围。如由图3所示出的，对于LED段12、13和14，当切相角α在图4的工作范围内增加时，各自的比率R12、R13和R14保持大体相同，或者减少。然而，当切相角α在图4的工作范围内增加时，该比率R11显著增加。
如果由LED段11发出的光的色温低于至少一个其他LED段12、13、14的色温，那么LED模块2的LED串的调暗效果是，由于LED段11超过一个或更多其他LED段12、13、14而变为主导，当切相角增加时，由LED段11和LED模块2的至少LED段12发出的光的色温可以减少，或者换句话说：比率R11的增加超过比率R12、R13、R14的任何一个。因此，当调暗LED模块2时，由LED段11和LED段12、13和14的一个或更多发出的光的(整个)色温可以展示出类似于白炽灯的下降。LED模块的用户可以察觉到类似于BBL(黑体线)行为的颜色行为。
例如，至少该LED段11可以发出RD光，或者RD/AM光，然而至少一个其他LED段12、13和14可以发出WW、NW和/或CW光。
在替换实施例中，所有LED段可以发出具有相同色温的光。
图5说明了图1b的电路的实施例的工作，其中LED段11可以发出WW或RD或AM或RD/AM光，并且至少一个其它LED段12、13和14可以发出色温比LED段11高的光。在其他实施例中，由LED段11、12、13和14发出的光的色温可以相同。操作模式是由电源3传送恒定功率。以这个操作模式，调节通过LED段的电流，作为LED段接通的数目的函数。
在图5中，曲线V表示整流市电电压V的半周期(相位角从0-180度运行)。
假定所有LED段11、12、13、14具有大约相同的导通电压。
当该电压V从0度向前增加时，在大约11度，电压V在第一电平，所述第一电平足够让具有值I 1的电流I在由电流控制装置61振幅控制下在LED段11中运行第一电平。在其他LED段12、13、14中没有电流流过。
在大约23度，该电压V在足够LED段11和12导电的第二电平。该电流I被调节到具有值I 2，其由电流控制装置62振幅控制，从而在串联连接的LED段11和12中运行。电流控制装置61由控制电路66控制从而不传导电流。在其他LED段13和14中没有电流流过。
在大约36度，该电压V在足够LED段11、12和13导电的第三电平。该电流I被调节到具有值I 3，其由电流控制装置63振幅控制，从而在串联连接的LED段11、12和13中运行。电流控制装置61和62由控制电路66控制从而不传导电流。在LED段14中没有电流流过。
在大约52度，该电压V在足够LED段11、12、13、14导电的第四电平。该电流被调节到具有值I 4，其由电流控制装置64振幅控制，从而在串联连接的LED段11、12、13和14中运行。电流控制装置61、62和63由控制电路66控制从而不传导电流。
在大约52和大约128度之间，电压V保持高于足够让LED段11、12、13和14传导并足够让电流I由电流控制装置64仍旧振幅控制第四电平，从而在串联连接的LED段11、12、13和14中运行的第四电平。所有电流控制装置61、62和63都处于断开状态，即不传导电流。
在大约128度，该电压V减少到低于第四电平，并且变为不足够让LED段14传导，但是仍旧足够让LED段11、12和13传导，并且足够让电流I仍旧由电流控制装置45振幅控制，从而在串联连接的LED段11、12和13中运行。然后，该电流控制装置63调节电流I的振幅具有值I 3。电流控制装置61和62由控制电路66控制从而不传导电流。
在大约144度，该电压V减少到低于第三电平，并且变为不足够让LED段13和14传导，但是仍旧足够让LED段11和12传导，并且足够让电流I在串联连接的LED段11和12中运行。然后，该电流控制装置62调节电流I的振幅具有值I 2。电流控制装置61由控制电路66控制从而不传导电流。
在大约157度，该电压V减少到低于第二电平，并且变为不足够让LED段12、13和14传导，但是仍旧足够让LED段11传导，并且足够让电流I在串联连接的LED段11中运行。然后，该电流控制装置61调节电流I的振幅具有值I 1。
在大约169度，该电压V降低到低于第一电平，并且变为不足够让LED段11导电。电流I变为零。
超过大约169度外，该电压V不足以使电流I在LED段11、12、13或14的任何一个中流动。
图6说明了在整流器和调光装置5中的AC电压的切相角α(水平轴)的变化下，与LED模块2的总的光输出相比的每个LED段11、12、13、14的的比率(纵轴)(LED段11(比率R11)、12(比率R12)、13(比率R13)和14(比率R14))。在每个切相角α，下列等式适用：R11+R12+R13+R14＝100％。
如果该切相角是0度(没有相切割)，那么如在AC电压的半周期上看出的，LED段11的光输出对LED模块2的总的光输出的比率R11大约是42％。对于LED段12、13和14，比率R12、R13和R14分别是大约27％、19％和12％。
如从图5能够理解，并且在图6中能够看出的那样，当切相角α在0度和11度之间时，比率R11、R15、R16和R14保持不变，因为在这些值处不影响任何LED段的导电时间。如能够从图5进一步理解并且能够在图6中看出的那样，当切相角α大于128度时，比率R14变为零，因为LED段14在这个切相角α不能导电。当切相角大于144度时，该比率R13变为零，因为LED段13在这个切相角不能导电。当切相角大于157度时，该比率R12变为零，因为LED段12在这个切相角α不能导电。当该切相角在157和169度之间时，该比率R11变为100％，因为LED段11是唯一一个在电压V的半周期期间会进入导通状态的。当切相角大于169度时，该比率R11变为零，因为LED段11在这个切相角α不能导电。事实上，当切相角α大于169度时，LED段11、12、13或14都不能导电。
在图6中，曲线I av示出在不同切相角α下通过LED段11、12、13、14的平均电流。
从图6得出，LED模块2的LED串的调光效果是由于LED段11超过其他LED段12、13、14而变为主导，或者换句话说：比率R11增加超过比率R12、R13、R14的任何一个，当切相角α增加时，由LED模块2发出的光的色温可以减少。因此，当调暗LED模块2时，由LED段11和一个或更多LED段12、13和14发出的光的(整体)色温可以以类似于白炽灯的方式减少。
图7说明了图1a的电路的实施例的工作，其中LED段11可以发出WW或RD或AM或RD/AM光，并且至少一个其它LED段12、13和14可以发出色温比LED段11高的光。在其他实施例中，由LED段11、12、13和14发出的光的色温可以相同。该操作模式传递由电源3进行的50％调制的LED段电流。以这个操作模式，通过LED段的电流在电压V的半周期上变化。
在图7中，曲线V表示整流市电电压V的半周期(0-180度)。
假定所有LED段11、12、13、14具有大约相同的导通电压。
为了以图7中说明的操作模式描述图1a的电路，将参考上面图3的描述，其中唯一差异是一旦电流I流过LED段，其就被50％脉宽调制。
图8说明了在整流器和调光装置5中的AC电压的切相角α(水平轴)的变化下，与LED模块2(纵轴)的总的光输出相比的每个LED段11、12、13、14的比率(纵轴)(LED段11(比率R11)、12(比率R12)、13(比率R13)和14(比率R14))。在每个切相角α，下列等式适用：R11+R12+R13+R14＝100％。
当该切相角α是0度(没有相切割)，那么如在AC电压的半周期上看出的那样，LED段11的光输出在LED模块2的总的光输出中的比率R11大约是33％。对于LED段12、13和14，比率R12、R13和R14分别是大约28％、23％和16％。
如从图7能够理解，并且在图8中能够看出，当切相角α在0度和11度之间时，比率R11、R12、R13和R14保持不变，因为在这些值处不影响任何LED段的导电时间。如能够从图7进一步理解并且能够在图8中看出，当切相角α大于128度时，比率R14变为零，因为LED段14在这个切相角α不能导电。当切相角大于144度时，该比率R13变为零，因为LED段13在这个切相角不能导电。当切相角大于157度时，该比率R12变为零，因为LED段12在这个切相角α不能导电。当该切相角在157和169度之间时，比率R11变为100％，因为LED段11是唯一一个在电压V的半周期期间会进入导通状态的。当切相角大于169度时，该比率R11变为零，因为LED段11在这个切相角α不能导电。事实上，当切相角α大于169度时，LED段11、12、13或14都不能导电。
在图8中，曲线I av示出在不同切相角α下通过LED段11、12、13、14的平均电流。
从图8得出，LED模块2的LED串的调光效果是：由于LED段11超过其他LED段12、13、14而变为主导，或者换句话说：比率R11的增加超过比率R12、R13、R14的任何一个，当切相角α增加时，由LED模块发出的光的色温可以减少。因此，当调暗LED模块2时，由LED段11和一个或更多LED段12、13和14发出的光的(整体)色温可以以类似于白炽灯的方式减少。
当比较图3(结合图4)、6和8时，似乎是在所有三个方案中，在诸如图4中所说明的工作范围的切相角α的表示性工作范围中，LED段12、13和14的各自的比率R12、R13和R14保持大体上相同或减少。然而，当切相角α在工作范围内增加时，比率R11显著增加。可以通过分别由电流控制装置45(图1a、2、3、4、7和8)或61(图1b、5和6)的预定控制来调节流过LED段11的电流，加上可能由电流控制装置62、63和/或64(图1b、5和6)进行的预定控制作为补充，而额外地调节该比率R11。
应当注意，图1a中的LED驱动器电路1具有开关器件41、42和43，这些开关被适配为以便与相应的LED段12、13和14并联连接。对于LED段11，不存在相应的开关器件。然而，在LED驱动器电路1的替换实施例中，开关器件可以与LED段11并联连接，并且可操作地连接到控制电路46，用于以受控方式断开和闭合该开关器件。在这种情况中，当电压V在第一电平时，通过使LED段的相应的开关器件进入断开状态，可以选择LED段11、12、13、14的任何一个传导电流I。这意味着，在这个情形中，LED段11不需要是将传导的第一LED段，并且不需要发出色温比至少一个其它LED段的色温低的光。当LED驱动器电路具有适合于与每个LED段并联连接的开关器件时，将要传导并且发出色温低于至少一个其它LED段的色温的光的第一LED段可以被选择为LED段11、12、13或14的任何一个。在其他实施例中，所有LED段的色温可以是相同的。
在上面分别如图1a和1b中所示的LED驱动器电路1和8的工作的描述中，已经假定，所有LED段都具有大约相同的导通电压，即LED段在该电压开始传导电流。然而，不同的LED段可以具有不同的导通电压，其会影响所涉及的LED段开始传导并发光或停止传导并发光的相位角。
图9示出标为EMB的LED模块的实施例的色温T(K)的测量的第一图形，该模块包括六个每个50V的LED段，其中第一LED段发出琥珀光，其它五个LED段发出白光，该图形在调光的范围上相对于LED模块的光强度LI(％)画出。为了比较，在同一图形中，画出相对于光强度的普通GLS(白炽灯)的色温。能够看出，对于LED模块和GLS两者，发出的光的色温整体式以类似的方式减少，说明作为整体，所述LED模块总显示出其发出的光的色温行为与GLS类似。
图10示出了具有其上安装有四个(4)LED段11、12、13和14的支座70的LED模块。该LED段11、12、13和14可以是如图1a或1b中描述的LED模块2的部件。该LED段11、12、13和14串联连接，并且每个都可以按照需要包括(串联、并联、或者串联-并联)相互连接的一个或更多LED。每个LED段11、12、13、14的工作电压都可以是相同或不同于其他段的，例如大约30V、大约36V、或者大约70V。可以不同地选择LED模块中LED段的数目，并且该数目至少是两个。如上面所解释的，在图10的设置中，由LED段11、12、13和14的每个在正常工作电压下发出的光的颜色和/或强度可以与一个或更多其它LED段相同或不同。
对于下面的解释，假定图10的LED模块的支座70上的LED段11和12向下辐射光，而图10的LED模块的LED段13和14向上辐射光。
例如，如分别参考图3或图6所解释的，当LED段11、12、13和14被包括在如图1a或1b中所示的LED照明电路中并且在调光操作中由切相电压操作时，向下辐射的光强度(由LED段13、14)对向上辐射的光强度(由LED段11、12)的比率可以被测量为导电角P的函数(其中P＝180°-α，α是在正向(上升沿)切相调光或在反向(下降沿)切相调光中的切相角)。图11的图形中示出这些测量的结果，其中已经为正向切相调光获得标记FD的曲线，并且已经为反向切相调光获得标记RD的曲线。两个曲线都示出，在相对小的调光量，即大的(例如超过70°)导电角P(对应于例如小于110°的切相角)下，向下辐射的光的比例与向上辐射的光的比例相比可以是相对恒定的。然而，随着导电角P减少(对应于切相角α的增加)，向下辐射的光对向上辐射的光的比率增大，以至于大部分光向下辐射。
如图12中所说明的，当如图11中所示操作图10的LED模块时，具有包括携带LED段11、12、13、14的支座70的灯罩75的台灯71可以向下辐射光束72并向上辐射光束73。在大的导电角β，在束72中向下并在束73中向上都辐射光。随着导电角β减少，在束73中向上辐射的光减少，同时在束72中向下辐射的光也减少，但程度较轻。随着导电角β的进一步减少，将会达到不再有向上辐射的光的点，而仍旧向下辐射光。因此，通过以上面解释的方式操作一串LED段11、12、13和14，获得与常规调光相比增强的对照明气氛的控制，其中从台灯71向上辐射的光和向下辐射的光将受该灯中LED模块的调光的影响。如果不同的LED段11、12、13和14辐射相同颜色的光，那么在束72中辐射的光对在束73中辐射的光的强度的比率受到对该灯中LED模块进行调光的影响。如果不同的LED段11、12、13和14辐射不同颜色的光，那么在束72中辐射的光的强度对在束73中辐射的光的强度的比率以及每个束72、73中光的颜色可以受到对该灯中LED模块进行调光的影响。
图13说明了在LED模块的支座80上的LED段11、12、13和14的另一个配置。所有LED段11、12、13和14都在相同方向上辐射光。例如，LED段11在束B11中辐射光，LED段12在比束B11宽的束B12中辐射光，LED段13在比束B11和B12宽的束B13中辐射光，并且LED段14在比束B11、B12和B13宽的束B14中辐射光。所有束B11、B12、B13和B14展示出重叠。
图14说明了分别由束B11、B12、B13和B14照明的示例性区域A11、A12、A13和A14。如此，区域A11、A12、A13和A14能够被分别看作束B11、B12、B13和B14的横截面，其中每个束都至少部分定义体积。能够看出，在一个方向上，区域A11、A12、A13和A14具有相同尺寸，然而在与所述方向成直角的方向上，区域A14比区域A13宽，区域A13比区域A12宽，区域A12比区域A11宽。
当LED段11、12、13和14的串没有被调光时，将照亮区域A14，以便区域A11内的光强度和/或光颜色不同于区域A11外面的区域A12内的光强度和/或光颜色，由于所有LED段11、12、13和14都提供光(具有相同或不同强度和/或颜色)。这也适用于区域A12外面的区域A13，和区域A13外面的区域A14。当诸如通过切相调光和/或电压振幅调光对所述一串LED段11、12、13和14进行调光时，将提供逐渐减少的光到区域A13外面的区域A14、区域A12外面的区域A13、和区域A11外面的区域A12，直到达到仅仅提供光到区域A11的点。因此，当调暗增加时，被照亮的区域变窄。
当以沿直线的间隔配置来布置一系列LED模块(每LED模块都包括LED段11、12、13和14)从而照亮例如具有长度和宽度的走廊时，所述直线在其长度方向上在走廊的上部延伸，并且该光指向走廊的地板，能够如图15a、15b、15c和15d中所示那样照亮该走廊。如果所有(在非限制性的说明性的实例：实例四中)LED模块以相同的方式调暗，那么在非调暗状态中，将照亮一串区域A14-1、A14-2、A14-3和A14-4，因此区域A11-1、A11-2、A11-3和A11-4内的光强度和/或光颜色不同于在区域A11-1、A11-2、A11-3和A11-4外面的区域A12-1、A12-2、A12-3和A12-4内的光强度和/或光颜色，这是由于所有LED模块的所有LED段11、12、13和14都提供光(具有相同或不同的强度和/或颜色)。这同样适用于区域A12-1、A12-2、A12-3和A12-4外面的A13-1、A13-2、A13-3和A13-4，以及区域A13-1、A13-2、A13-3和A13-4外面的A14-1、A14-2、A14-3和A14-4。这在图15d中说明。当通过诸如切相调光和/或电压振幅调光来调暗LED模块的LED段11、12、13和14的串时，将提供逐渐少的光到区域A13-1、A13-2、A13-3和A13-4外面的区域A14-1、A14-2、A14-3和A14-4，直到区域A13-1、A13-2、A13-3和A13-4外面的区域A14-1、A14-2、A14-3和A14-4不再被照亮(如图15c中所示)，将提供逐渐少的光到区域A12-1、A12-2、A12-3和A12-4外面的区域A13-1、A13-2、A13-3和A13-4，直到区域A12-1、A12-2、A12-3和A12-4外面的区域A13-1、A13-2、A13-3和A13-4不再被照亮(如图15b中所示)，将提供逐渐少的光到区域A11-1、A11-2、A11-3和A11-4外面的区域A12-1、A12-2、A12-3和A12-4，直到到达其中仅仅将光提供到区域A11-1、A11-2、A11-3和A11-4的点(如图15a中所示)。因此，当调暗增加时，被照亮的细长区域变窄。这照明走廊的LED的调光对将照明的宽度适配到走廊的使用条件有用处，例如没有调暗并因此在正常使用期间中为全宽，而在减少使用期间中为经适配的调暗，而最大调暗可以适合于维持安全照明水平在走廊的中央区域，同时减少LED模块的功耗。
如上所说明和所述的本发明通常可应用在不同的市电电压和市电频率下，诸如欧洲230V、50Hz或者在美国110V，60Hz。在50Hz，市电电压的半周期(0-180度)用10ms。在60Hz，市电电压的半周期用0.83ms。
如上面所解释的，在照明至少部分空间的方法中，使用发光二极管(LED)串。该LED串包括串联连接的第一LED段和至少一个另外LED段，每个LED段都包括至少一个LED。该LED串由经整流AC电压供电。当经整流AC电压高于第一电压电平时，供电第一LED段，并且当整流AC电压高于比第一电压电平高的第二电压电平时，供电第一LED段和另外LED段。第一LED段被设置为将光辐射到空间的第一体积，并且另外LED段被设置为将光辐射到该空间的第二体积，第一体积至少部分不同于第二体积。第一体积可以和第二体积至少部分重叠。
尽管在附图和前面描述中已经详细说明并描述本发明，但是这些图示和描述将被认为是说明性的或者示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员能够从附图、本公开和权利要求的研究在实践所要求权利的本发明中理解并实现所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或者步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。某些措施记载在彼此不同的从属权利要求中中这一事实并不表明这些措施的组合不能用于有利目的。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为是对保护范围的限制。

Claims (14)

1.一种使用发光二极管(LED)串照明至少一部分空间的方法，所述发光二极管(LED)串包括串联连接的第一LED段(11)和至少一个另外LED段(12、13、14)，每个LED段都包括至少一个LED，所述LED串由经整流可调光AC电压供电，
其中当所述经整流可调光AC电压高于第一电压电平时，向所述第一LED段供电，并且当所述经整流AC电压高于比所述第一电压电平高的第二电压电平时，向所述第一LED段和所述另外LED段供电，
其中所述第一LED段被布置为将光辐射到所述空间的第一体积，并且所述另外LED段被布置为将光辐射到所述空间的第二体积，所述第一体积至少部分地不同于所述第二体积，以及
其中，在对LED段的串进行调光时由第一LED段和第二LED段产生的各部分光的比率改变。
2.根据权利要求1所述的使用LED串照明至少一部分空间的方法，其中所述第一体积与所述第二体积至少部分地重叠。
3.一种用于照明至少一部分空间的LED模块(2)，所述LED模块包括LED串，所述LED串包括串联连接的第一LED段(11)和至少一个另外LED段(12、13、14)，其中每个LED段包括至少一个LED；
其中所述LED串适配成由经整流可调光AC电压供电
其中当所述经整流AC电压高于第一电压电平时，所述第一LED段适配成被供电，并且当所述经整流AC电压高于比所述第一电压电平高的第二电压电平时，所述第一LED段和所述另外LED段适配成被供电，其中所述第一LED段被布置为将光辐射到所述空间的第一体积，并且所述另外LED段被布置为将光辐射到所述空间的第二体积，所述第一体积至少部分地不同于所述第二体积，以及
其中，在对LED段的串进行调光时由第一LED段和第二LED段产生的各部分光的比率改变。
4.根据权利要求3所述的用于照明至少一部分空间的LED模块，其中所述第一LED段适配成在具有第一方向的光束中辐射光，并且所述另外LED段适配成在具有不同于所述第一方向的第二方向的光束中辐射光。
5.根据权利要求4所述的用于照明至少一部分空间的LED模块，其中所述第一方向与所述第二方向相反。
6.根据权利要求3所述的用于照明至少一部分空间的LED模块，其中所述第一LED段和所述另外LED段在具有相同辐射方向的光束(B11、B12、B13、B14)中辐射光。
7.根据权利要求3所述的用于照明至少一部分空间的LED模块，其中由所述第一LED段辐射的光的色温不同于由所述另外LED段辐射的光的色温。
8.一种LED照明模块，包括：
权利要求3所述的LED模块(2)；以及
LED驱动器电路(1)，其包括：
LED驱动器输入端子(50、59)，其适配成被连接到经整流AC电压；
开关器件(41、42、43)，其被并联连接到每个另外LED段；
电流控制装置(45)，其被连接在所述LED驱动器输入端子之间；以及
控制电路(46)，用于控制每个开关器件的断开状态或闭合状态，所述控制电路适配成当所述经整流AC电压低于预定电压电平时控制每个开关器件以便其处于闭合状态，并且当所述经整流AC电压高于所述预定电压电平时控制连接到另外LED段的所述开关器件以便其处于断开状态。
9.一种LED照明模块，包括：
权利要求3所述的LED模块(2)；以及
LED驱动器电路(1)，其包括：
LED驱动器输入端子(50、59)，其适配成被连接到经整流AC电压；
并联连接到所述第一LED段的开关器件，和并联连接到每个另外LED段的开关器件；
电流控制装置(45)，其被连接在所述LED驱动器输入端子之间；以及
控制电路(46)，用于控制每个开关器件的断开状态或闭合状态，所述控制电路适配成当所述经整流AC电压高于第一电压电平并低于比所述第一电压电平高的第二电压电平时，控制并联连接到所述第一LED段的所述开关器件以便其处于断开状态，并且控制被并联连接到另外LED段的所述开关器件处于闭合状态，并且当所述经整流AC电压高于所述第二电压电平时控制被连接到另外LED段的所述开关器件以便其处于断开状态。
10.一种LED照明模块，其包括：
权利要求3所述的LED模块(2)；以及
LED驱动器电路(1)，其包括：
LED驱动器输入端子(50、59)，其适配成被连接到经整流AC电压；
用于每个LED段的电流控制装置(61、62、63、64)，其被连接在所述LED段的一个端子和LED驱动器输入端子(59)之间；和
控制电路(66)，其用于控制每个电流控制装置中的电流，所述控制电路适配成在所述经整流AC电压高于第一电压电平时控制所述第一LED段的所述电流控制装置以便允许电流流动，并且当所述经整流AC电压高于比所述第一电压电平高的第二电压电平时不允许电流流动。
11.根据权利要求8到10的任一项所述的LED照明模块，其中至少一个所述电流控制装置适配成对流过其的所述电流进行脉宽调制。
12.一种可调光LED照明模块，其包括根据权利要求8到11的任一项所述的LED照明模块，以及整流器和调光装置。
13.根据权利要求12所述的可调光LED照明模块，其中所述调光装置是切相角调光器。
14.根据权利要求12所述的可调光LED照明模块，其中所述调光装置改变电压幅度。
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