CN103609199A - Led阵列辅助电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于将一个或多个操作电压和电流提供到一个或多个辅助负载的方法和装置。所述方法包括：分接由LED驱动器驱动的LED阵列以对所述LED阵列提供驱动电压，且/或使用此种分接接头将操作电压供应到LED驱动器本身。

Description

LED阵列辅助电源
技术领域
本申请是总体涉及使用LED电源而来驱动辅助负载，并且更具体地，本申请是涉及一种用于使用由适于LED阵列的电源驱动的LED阵列中的LED来调节一个或多个输出电压以驱动一个或多个辅助负载的装置和方法。
背景技术
由于制造技术改进，LED成本因而降低，由此，在照明应用中使用LED正在变得越来越为普遍。LED照明通常使用单独LED、如经串联连接的多个LED的阵列，以便增加输出达到所需量的光量。此类LED通常也会用于有其他部件的设备。然而，LED操作时所处的电压通常比其他部件的操作电压要高得多。添加附加电路系统以便供应某范围的电压来同时操作LED阵列和其他辅助部件使设备的附加重量、复杂程度以及成本增加。将会需要的是这样一种方式：在避免此附加电路系统和成本的同时，既将合适电压提供到LED阵列并且也将合适电压提供到辅助部件中的至少一些。
发明内容
提供了本发明的多个实施例，包括(但不限于)一种装置，所述装置包括：LED阵列，所述LED阵列包括经串联连接的多个LED，用于提供照明；用于将操作电压提供到所述LED阵列的驱动器；连接在所述LED阵列中的两个所述LED之间的分接接头(tap)，用于提供比所述操作电压小的辅助电压；以及辅助部件，所述辅助部件连接到所述分接接头上，以便使用所述辅助电压来向所述辅助部件提供电力。
还提供了一种装置，所述装置包括：LED阵列，所述LED阵列包括经串联连接的多个LED，用于提供照明；用于将操作电压提供到所述LED阵列的驱动器；以及连接在所述LED阵列中的两个所述LED之间的分接接头，用于提供比所述操作电压小的辅助电压，其中所述辅助分接接头连接到所述驱动器上以提供所述辅助电压作为所述驱动器的操作电压。
又进一步提供一种装置，所述装置包括：LED阵列，所述LED阵列包括经串联连接的多个LED，用于提供照明；用于将操作电压提供到所述LED阵列的驱动器；以及连接在所述LED阵列中的两个所述LED之间的第一分接接头用于向所述驱动器提供操作电压；连接在另外两个所述LED之间的第二分接接头，用于提供辅助电压；以及辅助部件，所述辅助部件连接到所述第二分接接头上，以便使用所述辅助电压来向所述辅助部件提供电力。
另外提供一种用于通过分接(tapping)LED阵列来将电压提供到部件的方法，所述方法包括以下步骤：使用LED阵列来对区域进行照明，所述LED阵列包括经串联连接的多个LED；使用来自电压源或者电流源的电压输出来驱动所述LED阵列；以及在所述LED阵列中的两个或更多所述LED之间分接辅助电压来向负载提供电力，其中所述辅助电压小于从所述电压源得到的所述电压输出。
还提供了一种照明器具中的照明元件，其中所述照明元件包括上述设备或者类似设备中的一个，或者所述照明元件使用上述方法或者类似方法。
还提供了本发明的附加的实施例，其中一些(但非全部)在下文中更详细地描述。
附图说明
参照附图阅读以下描述之后，本发明所涉及到的领域中的技术人员将更清楚本说明书中描述的本发明的实例的特征和优点，在附图中：
图1示出设备的一个实例实施例的方框图；
图1A示出设备的另一实例实施例的方框图；
图2示出分接一个实例LED阵列的示意图，所述一个实例LED阵列具有均匀LED和常规分接接头；
图3示出分接另一实例LED阵列的示意图，所述另一实例LED阵列具有非均匀的LED和常规分接接头；
图3A示出分接另一实例LED阵列的示意图，所述另一实例LED阵列具有经并联连接的三个串联子集中的非均匀的LED；
图4示出分接另一实例LED阵列的示意图，所述另一实例LED阵列在任意位置处具有均匀LED和分接接头；
图5示出分接另一实例LED阵列的方框图，所述另一实例LED阵列具有任意LED阵列；
图6示出分接另一实例LED阵列的示意图，所述另一实例LED阵列具有均匀LED和分接接头以驱动辅助负载；以及
图7示出实例LED阵列驱动器的示意图，所述实例LED阵列驱动器驱动带有分接接头的LED阵列以对驱动器电路进行反馈。
具体实施方式
布置方式为使多个LED串联连接的LED组(“阵列”)离散地操作并充分地了解正向电压范围。例如，这些LED可以包括经并联设置的LED子集，并且随后所述子集串联连接。由于在某些情况下与LED阵列一起提供的辅助部件对电源的需要可为处于较低电压并且约为穿过LED的电流量级或比其更小，因此，通过使用LED串联串作为电压调节电路、同时使得对LED本身操作影响最小，LED阵列即可适用。例如，在典型串联阵列中，使用在操作过程中每个LED上的压降为3V的LED，这种串联阵列可以通过分接串联LED串将例如3伏、6伏、9伏或12伏(或3V的其他倍数)直接提供到辅助设备，例如像主动冷却设备、风扇、合成射流或珀尔贴型设备，而无附加电子器件来提供此附加电压。在空间或效率受限的LED环境中，具有可用辅助电压但无附加驱动器空间要求的情况是有益的。
图1提供示出使用所提出的修改的实例装置的一般概念的简化方框图。LED照明阵列30由一系列的经串联连接的LED组成，所述LED由LED驱动器20部件提供电力，所述LED驱动器20部件连接到供电电源10(例如像120V或240V AC主源)。一个或多个分接接头分接LED阵列30，以向一个或多个辅助负载41、42、…、43提供电力。可任选地，如图1A所示，分接接头可以用于将DC电力提供回LED驱动器21(作为反馈路径)，以便降低用于驱动阵列的驱动器电路系统的部件要求。
图2示出用于分接简单LED阵列的简单实例实施例的示意图，其中DC电源201(例如，如可以由阵列驱动器电路来提供)将Vcc电压提供到使用四个相同LED301的四LED式阵列。通过在每个LED301之间添加分接接头，即可提供电压Vcc、四分之三Vcc、一半Vcc以及四分之一Vcc，其中四分之一Vcc是其中一个LED301上的压降。
当然，根据所需照明，可以使用更多或更少的经串联连接的LED，并且所有LED之间无需常规放置分接接头，因为分接接头基于对要接收电力的辅助部件的电压需要进行选择。
图3示出四LED式阵列的更普遍的实现方案的示意图，其中例如每个LED可以属于不同组成、如用于提供不同颜色。在此类情况中，每个LED302、303、304和305可以在该LED上具有不同压降，在这个情况中，分接电压可能不仅仅是Vcc的分数部分。在这种情况中，分接接头电压基于各个LED上的压降。因此，除了Vcc，在分接接头处所提供的电压通过以下所给等式Eq.1、Eq.2以及Eq.3示出：
Eq.1：V1＝Vcc-Vf1＝Vf2+Vf3+Vf4；
Eq.2：V2＝Vcc-Vf1-Vf2＝Vf3+Vf4；
Eq.3：V3＝Vcc-Vf1-Vf2-Vf3＝Vf4；
同样，LED数量、分接接头位置以及分接接头数量基于所需照明输出、所需电压以及使用分接接头的负载的类型进行选择。
图3A示出具有三个经串联连接的LED子集的另一实施例，图3所示第一子集包括LED302、LED303、LED304以及LED305；第二子集b包括LED302′、LED303′、LED304′以及LED305′；以及第三子集包括LED302″、LED303″、LED304″以及LED305″；其中这些三个子集并联连接(并且因此是用同一电源电压Vcc驱动)。提供两个分接接头，一个在第一串联中，且另一个在第三串联中，在第二串联中没有提供分接接头，电压以与上述类似的方式确定(如附图中示出)。清楚地说，在各种串联和并联配置中的许多不同LED布置都可支持将分接接头提供在任何所需位置。在图4的实施例中，分接接头所提供的负载电流因此是由不同串联LED子集承受，并且因此可以支持不同负载对支持电流和电压的较大灵活性的需要。
图4示出图2的实例的更复杂的实例实施例，其中使用任意r数量的相同LED306，带有四个分接接头V1至V4(当然，根据需要，可以使用从1至小于经串联连接的LED数量的任何数量的分接接头)。由AC电源211提供电力的LED驱动器210用于提供受控DC电源以将受控电压Vout提供到LED阵列上。
在图4的此实施例中，第一分接接头V1在以下n个LED后提供：LED1、LED2直至LEDn。第二分接接头V2在以下m-n个LED后提供：LEDn+1、LEDn+2直至LEDm。第三分接接头V3在以下p-m-n个LED后提供：LEDm+1、LEDm+2直至LEDp。第四分接接头V4在以下q-p-m-n个LED后提供：LEDp+1、LEDp+2直至LEDq。因此，除了Vout，在分接接头处所提供的电压通过以下所给等式Eq.4、Eq.5、Eq.6以及Eq.7示出(其中r是串联中的LED的总数量)：
Eq.4：V1＝(r-n)(Vout)/r
Eq.5：V2＝(r-m)(Vout)/r
Eq.6：V3＝(r-p)(Vout)/r
Eq.7：V4＝(r-q)(Vout)/r
因此，输出电压是输入电压的整数分数(whole number fraction)，这是因为每个LED306上的压降因此实施例中使用的LED相同而相同。分接接头之间所提供的LED数量范围可以从1至任何数量，并且所述LED数量基于LED阵列照明要求进行选择(更多LED即可提供更多照明输出)，或者如果照明输出的重要性不如这些标准，那么可以根据分接接头处的所需输出电压进行选择，或可根据源电压Vout的可用性进行选择。在这个实例中，可对辅助负载提供五个不同电压：Vout、V1、V2、V3、和V4，但是驱动器电路仅仅提供一个电压：Vout。因此，串联LED阵列允许提供附加电压，而不对驱动器添加电路系统或不添加附加电源。
相反，在更普遍的实施例中，可以使用具有不同组成的LED，其中每个可以在LED上单独具有不同压降，如在上文关于图3讨论。在这个情况中，分接接头电压通过单独LED上的压降确定。通过选择有所需压降的LED，可以在分接接头处所能提供的电压上实现附加的灵活性。
图5以方框图示出更普遍的实例。LED阵列驱动器220驱动三块(bank)LED阵列311、312和313，其中任何一个可由一个或多个各种类型LED组成，所述LED以各种方式布置，包括LED的任何所需并联和/或串联布置，并且所述LED阵列具有相应任意压降Va1、Va2和Va3。在这种情况下，等式8和9提供分接接头V1和V2的相应输出电压：
Eq.8：V1＝Vout-Va1＝Va2-Va3
Eq.9：V2＝Vout-Va1-Va2＝Va3
例如，如图6以示例实施例示意性地示出，其中提供一个分接接头，在500ma下串联操作的9个白色科锐XPG LED307将由整个串上、由LED阵列驱动器230提供的总共约27V电压驱动，因为每个LED压降各约3V。因此，例如，操作风扇的12V辅助源可以通过分接从第四LED到串的末端的电压提供。回扫(flyback)或降压转换器230可以用于LED阵列驱动器以便提供离线转换，从而继续用于整个LED串联的DC电流。
因此，在这个实例中，如果辅助电源需要约10ma电流，那么最后四个LED将会得到490ma，而辅助负载则引入10ma。所有其他LED仍是处于500ma。因此，一种方法提供用于在没有附加部件的情况下从27V转换器来向12V电路提供电力。最后3个LED驱动电流上的略微减少在总系统电力中所占百分数是微乎其微的，并且不对LED阵列性能造成不利影响。根据需要，附加分接接头可能已经在其他位置处提供，以便驱动其他负载。在这个实例中，3V任何倍数的电压、即从3V至27V可以使用合适分接接头提供。
应当注意，通过以并联子集使用LED(如图3A中提供的实例等等)的方式布置LED，更大量的电流可以提供到辅助负载上，使得设在分接接头后的LED子集可以使用较少量的LED而确保将足够电流提供给分接接头后的LED，从而正确点亮这些LED，同时将足够电流提供到更高电流辅助负载。
通过使用具有不同压降的不同类型的LED，分接电压可以进一步地微调成除了3V倍数外的其他电压。例如，如果具有2V压降的LED也可使用，那么可以提供电压，以便可以提供2V和3V的一些组合，如2V、3V、4V、5V、6V、7V等，只要串联中的所有LED上的电压总和相加起来至多等于阵列驱动器提供的源电压。
通过提供正确分接位置，LED压降(Vf)的任何倍数都可用于LED的串联串，以供应到辅助负载。例如，蓝晶(die)LED(白色由蓝晶激发)和绿晶LED的Vf大体为3V，而红晶LED的Vf大体为2伏，这将确定多彩LED系统中的辅助电压粒度。
大多数的LED照明电路使用了电子驱动器，并且大多数的这种驱动器具有控制集成电路(IC)，所述IC需要低压电源以便独立于所驱动的LED阵列的工作电压和电流来操作(其需要的电源电压Vcc为5至20伏，这取决于品牌)。因此，本说明书所公开的概念的另一良好应用是使用阵列分接此种电压以提供到IC。
图7示出实例经修改的回扫电路，所述实例经修改的回扫电路用于通过AC电源500驱动LED阵列505，其中电路在LED阵列上(在LED D28与LED D29之间)使用分接接头503来向集成电路501提供必要的Vcc，以向集成电路501提供电力。在这种情况下，提供给IC的电压是提供用于驱动阵列的电压(其为单个二极管上压降的4倍)的4/7。这会允许通过以下方式减少部件：消除另外要求提供所需电压以驱动IC501的多个二极管和电容。
通过分接LED照明阵列而来提供辅助动力，使用LED阵列实现照明目的的各种设备可以修改，从而驱动辅助部件，同时不再要向那些部件提供特殊操作电压电源。例如，在热量产生而要求另外冷却的情况中，风扇可以要求更高功率电平LED照明电路。通过如本说明书中讨论那样分接LED阵列，风扇和LED驱动器两者均可得到其所需的操作电压，而不要求更复杂的电源。
本方法的实例应用将是使用LED阵列替换100瓦特A-19白炽灯。在此小空间内并且借助提供大型照明输出所必需的许多LED，风扇将很可能必须得到附加冷却。
其中可以应用这种技术其他实例将包括各种低电流的电子设备，所述低电流的电子设备可以使用LED指示灯以及可以使用分接LED阵列供电的其他特征。如高功率的闪光灯或带有电子部件(例如，定时器、电池指示器等)的闪光灯的此类设备或者其他照明设备都可使用这种方法。也可使用这种技术实现使用控制器部件来实现各种功能的智能照明，其中所述功能包括定时控制、强度控制、调光或者其他功能。
通过对上述特征的各种组合，可以提供本发明的许多其他示例实施例。尽管在上文中本发明已使用特定示例和实施例进行描述，但是所属领域中的技术人员应当了解，在不背离本发明的范围的情况下，可以使用各种替代方式并且可用等效物来对本说明书所述元件和/或步骤进行替代。在不背离本发明的范围的情况下，修改可能必须使本发明符合具体状况或者符合具体需要。并不意图将本发明限制为本说明书中所述具体实现方案和实施例，而是意图给予权利要求最广泛的合理解释以便涵盖所有新颖且非显而易见的实施例，无论是字面的还是等效的实施例、是公开的还是未公开的实施例都涵盖在内。

Claims (21)

1. 一种装置，所述装置包括：
LED阵列，所述LED阵列包括用于提供照明的多个串联连接的LED；以及
驱动器，所述驱动器用于将操作电压提供到所述LED阵列；
分接接头，所述分接接头连接在所述LED阵列中的两个所述LED之间，用于提供比所述操作电压小的辅助电压；以及
辅助部件，所述辅助部件连接到所述分接接头上，以使用所述辅助电压向所述辅助部件提供电力。
2. 如权利要求1所述的装置，其中所述辅助部件是用于冷却所述装置的设备。
3. 如权利要求1所述的装置，其进一步包括连接在所述LED阵列中的另外两个所述LED之间的附加分接接头，用于提供附加辅助电压。
4. 如权利要求3所述的装置，其中所述附加分接接头连接到所述驱动器上，以提供所述附加辅助电压作为所述驱动器的操作电压。
5. 如权利要求1所述的装置，其中所述LED中的至少一个上的压降不同于所述LED中另一个上的压降。
6. 如权利要求1所述的装置，其中所述装置适于替代照明器具中的照明元件。
7. 如权利要求6所述的装置，其中所述辅助部件是用于冷却所述装置的设备。
8. 如权利要求1所述的装置，其中所述装置适于替代照明器具中的照明元件，并且其中连接在所述LED阵列中的两个所述LED之间的附加分接接头用于提供附加辅助电压，以便向所述驱动器提供操作电压。
9. 如权利要求8所述的装置，其中所述辅助部件是用于冷却所述装置的设备。
10. 一种装置，所述装置包括：
LED阵列，所述LED阵列包括用于提供照明的多个串联连接的LED；
驱动器，所述驱动器用于将操作电压提供到所述LED阵列；以及
分接接头，所述分接接头连接在所述LED阵列中的两个所述LED之间，用于提供比所述操作电压小的辅助电压，其中
所述辅助分接接头连接到所述驱动器上，以提供所述辅助电压作为所述驱动器的操作电压。
11. 如权利要求10所述的装置，其中所述驱动器包括集成电路，并且其中所述辅助电压设置用于将操作电压提供到所述集成电路。
12. 如权利要求10所述的装置，其进一步包括连接在所述LED阵列中的另外两个所述LED之间的第二分接接头，所述第二分接接头连接到辅助部件上，用于将第二辅助电压提供到所述辅助部件以向所述辅助部件提供电力。
13. 如权利要求12所述的装置，其中所述辅助部件是用于冷却所述装置的设备。
14. 如权利要求10所述的装置，其中所述装置适于替代照明器具中的照明元件。
15. 一种装置，所述装置包括：
LED阵列，所述LED阵列包括用于提供照明的多个串联连接的LED；
驱动器，所述驱动器用于将操作电压提供到所述LED阵列；以及
第一分接接头，所述第一分接接头连接在所述LED阵列中的两个所述LED之间，用于将操作电压提供到所述驱动器上；
第二分接接头，所述第二分接接头连接在另外两个所述LED之间，用于提供辅助电压；以及
辅助部件，所述辅助部件连接到所述第二分接接头上，以便使用所述辅助电压向所述辅助部件提供电力。
16. 如权利要求15所述的装置，其中所述装置适于替代照明器具中的照明元件，并且其中所述辅助部件是用于冷却所述装置的设备。
17. 一种用于通过分接LED阵列来将电压提供到部件的方法，所述方法包括以下步骤：
使用LED阵列对区域进行照明，所述LED阵列包括多个串联连接的LED；
使用来自电压源的电压输出来驱动所述LED阵列；以及
分接来自所述LED阵列中两个所述LED之间的辅助电压以向负载提供电力，其中所述辅助电压小于来自所述电压源的所述电压输出。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述负载是用于提供所述电压源的驱动器。
19. 如权利要求17所述的方法，其中所述负载是用于冷却所述阵列的设备。
20. 如权利要求17所述的方法，其进一步包括以下步骤：分接来自所述LED阵列中另外两个所述LED之间的另一辅助电压，以向另一负载提供电力。
21. 如权利要求17所述的方法，其进一步包括以下步骤：分接来自所述LED阵列中另外两个所述LED之间的另一辅助电压，以向驱动器提供电力来提供所述电压源。
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