CN104254177A - 连接三通插座的led的强度控制 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管(LED)照明器材被配置成与三通插座连接并且提供三个级别的输出光强度。检测单元确定三通插座的一条或两条输入电压线是否是激活的，并且向LED控制器提供控制信号，以指示哪条输入电压线是激活的。LED控制器被配置成基于一条或两条输入电压线是否是激活的，来提供给LED组不同的输出电流级别。通过根据哪条输入线是激活的来调整输出电流级别，LED照明器材提供三个输出光强度级别。根据各种实施例的LED照明器材因此能够作为三通白炽灯泡的直接替代。

Description

连接三通插座的LED的强度控制

技术领域

本发明涉及驱动LED(发光二极管)照明器材，并且更具体地，涉及控制连接三通插座(three way socket)的LED照明器材的光强度。

背景技术

LED正被用在各种各样的电子应用中，例如，建筑照明、汽车头灯和尾灯、液晶显示装置的背光源、手电筒等。相比于传统的照明源，如白炽灯和荧光灯，LED具有显著的优点，包括效率高、方向性好、颜色稳定、可靠性高、寿命长、尺寸小、以及环境安全。

在照明应用中使用LED的使用有望扩大，因为它们在功率效率(流明每瓦)和光谱质量方面相比白炽灯(灯泡)具有显著的优势。而且，相比于可能由于荧光灯处理导致汞污染的荧光照明系统(荧光镇流器与荧光灯相结合)，LED照明器材表现出较低的环境影响。

常规的三通白炽灯泡包含两个灯丝：低功率灯丝和高功率灯丝。三通爱迪生插座使用两条AC电压输入线来控制灯泡的输出光强度。具体来说，低强度的设置是通过只激活与白炽灯低功率灯丝连接的第一输入线来实现的。对于中等强度的设置，三通插座激活耦合到高功率灯丝的第二输入线。对于高强度的设置，两条输入线都被激活。

然而，当LED照明器材代替常规的白炽灯泡被用于三通插座时，多个灯丝不可用于提供不同的输出光强度。该兼容性问题的一个解决方法是使用两组LED，每组连接到不同单通道LED控制器的输出或多通道LED控制器的不同输出。LED控制器获取三通插座的输入电压线并给LED组供电。然而，用于将LED组之一连接到第二输入线的额外的接线增加了LED照明器材的制造成本。此外，为了不同强度的设置而点亮不同的LED组导致不均匀的光分布。使用复杂的LED布局或漫射透镜可以使光重新分布，但是这些解决方案增加了复杂性，并且增加了LED照明器材的制造成本。

发明内容

本文所描述的实施例包括用于控制连接三通插座的LED照明器材的输出强度的系统和方法。三通插座包括两条输入电压线以提供三个级别的输出光强度。取决于所希望的输出光强度，一条或两条输入电压线可能被激活。根据各种实施例的LED照明器材检测一条或两条输入电压线是否是激活的，并且基于检测来调整提供给LED的经调节的电流的级别。

在一个实施例中，被配置成接收来自第一输入电压线和第二输入电压线信号的LED照明器材包括LED组和LED控制器。LED组包括一个或多个LED。LED控制器被配置成检测第一和第二输入电压线是否是激活的。如果第一输入电压线是激活的而第二输入电压线不是激活的，那么LED控制器被配置成向LED组的第一部分提供第一级别的经调节的输出电流。如果第二输入电压线是激活的而第一输入电压线不是激活的，那么LED控制器被配置成向LED组的第二部分提供第二级别的经调节的输出电流。如果第一和第二输入电压线都是激活的，那么LED控制器被配置成向所述LED组的第三部分提供第三级别的经调节的输出电流。LED组的第二部分至少部分重叠第一部分，以及第三部分至少部分重叠第一和第二部分。

通过响应于三通插座的激活的输入电压线而调整提供给LED组的电流级别，根据本文所述实施例的LED照明器材可以是三通白炽灯泡的直接替代。

本说明书所描述的特征和优点并非是无所不包的，特别是，基于附图、说明书和权利要求，许多附加的特征和优点对于一个本领域普通技术人员将是显而易见的。而且，应该指出的是，在本说明书中所使用的语言主要是为了可读性和指导性的目的而选择的，而不可能选来以划定或界定本发明的主题。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解实施例的教导。

图1示出了根据一个实施例的LED照明器材的电路。

图2是示出了根据一个实施例的LED驱动器的框图。

图3A示出了根据一个实施例的检测单元的电路。

图3B示出了根据一个实施例的检测单元的备选电路。

图4A示出了根据一个实施例的解码单元的电路。

图4B示出了根据一个实施例的解码单元的备选电路。

具体实施方式

附图和下面的描述仅通过举例说明的方式与优选实施例关联。应该指出的是，根据下面的讨论，本文所公开的结构和方法的备选实施例将被容易地识别为可被采用的可行替代，而不脱离所要求保护的发明的原理。

现在将具体参考几个实施例，其示例在附图中示出。需指出的是，只要可行，相似或相同的参考数字可以在图中被使用，并且可以指示相似或相同的功能。附图描述实施例仅以说明的目的。根据下面的描述，本领域技术人员将容易地认识到，本文所示结构和方法的备选实施例可被采用，而不脱离所要求保护的发明的原理。

如下面将参照附图更加详细说明的，根据各种实施例的LED照明系统和方法(1)检测三通插座的一条或两条输入电压线是否是激活的(即，其电压高于或低于阈值电压)，(2)基于被确定为激活的输入线，产生照明级别控制信号，以及(3)基于照明控制信号，向LED照明器材中的LED提供相应的输出驱动电流，以实现所希望的LED光强度。在各种实施例中，LED照明器材系统提供三个离散级别的输出驱动电流。因为LED是电流控制器件，所以调节其电流会有效地调节其亮度。因此，通过响应于检测到的输入线而将输出驱动电流调整至三个级别之一，LED照明器材提供三个输出照明强度级别。根据本文所述实施例的LED照明器材因此能够作为三通白炽灯泡的直接替代。

图1示出了LED照明器材系统，包含与常规的三通爱迪生插座110连接的LED照明器材100。在常规的三通照明设置下，根据各种实施例的LED照明器材100是三通白炽照明器材的直接替代。三通插座110与AC输入电压源10和LED照明器材100连接。三通插座110接收AC输入电压信号15，并且响应于照明级别控制输入信号25而选择一条或两条照明器材输入线120。换句话说，三通插座110通过响应于控制输入信号25选择哪条输入电压线120(或者两条)被施加到LED照明器材100，来控制LED照明器材100输出的光强度。LED照明器材100控制LED照明器材100的光输出强度的改变，以响应一条或两条输入线120的激活，从而表现出类似三通白炽照明器材的行为。照明级别控制输入信号25可以以多种方式来提供，例如手动地(通过旋钮或开关，本文未示出)或通过自动照明控制系统(本文未示出)。

如图1所示，LED照明器材100包括LED驱动器130和LED引擎150。LED引擎150包括含有一个或多个LED的LED组155。LED驱动器130检测输入线120A或120B，或两者，是否是激活的，并且基于检测到的输入线120，向LED引擎150提供驱动电流140。基于检测到的输入线120，LED驱动器130驱动LED引擎150以实现所希望的光强度，如下面将更加详细描述的。

图2是示出LED驱动器130细节的框图。在一个实施例中，LED驱动器130包括桥式整流器205、LED控制器210、检测电路220、以及解码电路230。本领域技术人员将认识到，其他实施例可以具有与这里所描述的模块不同的模块，并且功能可以以不同的方式在电路或模块中分配。此外，赋予各种电路或模块的功能可以由多个电路或模块来执行。

整流器205对AC输入电压信号120A和120B进行整流，并且将经整流的信号Vin_A和Vin_B提供给LED控制器210。检测电路220接收经整流的信号Vin_A和Vin_B，并检测信号电压。基于检测到的电压，检测电路220提供检测信号225A和225B给解码框230。

图3A和3B是示出检测电路220示例性结构的电路图。在图3A中，经整流的输入电压Vin_A和Vin_B被输入到带有放电电阻R1和R2的单端RC积分器。第一线的检测信号225A代表R1两端的电压，并且第二线的检测信号225B代表R2两端的电压。图3B示出了检测电路220的差分模式结构。在图3A和3B中，检测电路220产生与Vin_A成比例的第一线检测信号225A和与Vin_B成比例的第二线检测信号225B。如果输入电压线的幅值大于阈值电压的幅值，那么输入线被确定是激活的。阈值电压的幅值可以根据AC输入电压15的预期电压和特定应用期望的精确度来选择。例如，对于120V的预期AC输入电压15(比如，对于北美的应用)，当检测信号225指示相应的输入电压线具有高于70V的电压时，可以认为线是“激活的”。又例如，对于230V的预期AC输入电压15(比如，对于欧洲的应用)，当检测信号225指示相应的输入电压线具有高于160V的电压时，可以认为线是“激活的”。其他的阈值电压值也可以根据期望应用来选择，例如为了避免检测电路220环境中的串扰。此外，除了图3A和3B所示的那些结构，其他的检测电路220结构也是可能的。例如，在一个实施例中，检测电路220可以被实施为数字电路。

返回到图2，解码电路230接收来自检测电路220的检测信号225A和225B，并且基于检测信号产生控制信号235。具体地，根据检测电路220的输出信号，解码电路230识别输入电压线120是否是激活的，并且产生用于LED控制器210的控制信号235以在所希望的强度级别驱动LED。

图4A和4B示出了解码电路230的示例性电路图。在图4A和4B中，解码电路230被配置为电阻分压器，其中根据开关Sw1和Sw2的状态，电路的不同部分可以被短接到地。用于解码电路230的DC偏压可以通过耦合到LED驱动器输入电压的低压降稳压器(low-dropout regulator)来提供。解码电路230可以被配置成提供三个控制信号235的值，其对应于解码电路230的三个状态：1)开关Sw1和Sw2都打开(或都闭合)，(2)开关Sw1打开、开关Sw2闭合，以及(3)开关Sw1闭合、开关Sw2打开。

在图4A和4B中，从检测电路220接收到的检测信号225A和225B驱动开关控制器405A和405B。开关控制器405A和405B打开或关闭相应的开关Sw1和Sw2以响应第一线检测信号225A和第二线检测信号225B的值。例如，开关控制器405A可以打开Sw1以响应超过阈值电压的第一线检测信号225A。同样，开关控制器405B可以打开开关Sw2以响应超过阈值电压的第二线检测信号225B。在另一个实施例中，开关控制器405可以关闭开关Sw1和Sw2以分别响应超过阈值电压的第一线检测信号225A和第二线检测信号225B。阈值电压可以根据预期的AC输入电压15来选择。例如，可以选择阈值电压使得当检测信号225指示输入电压线120与AC电压源10连接时开关Sw1和Sw2被打开(或被关闭)。

图4A所示的解码电路230产生DC电压信号235，其值取决于开关Sw1和Sw2开或闭的状态。在另一个实施例中，如图4B所示，解码电路230产生脉冲宽度调制信号235。脉冲宽度调制(PWM)框410将电压V1与DC偏压比较，并通过例如增量调制产生PWM脉冲波。除了图4A和4B所示的那些结构，其他的解码电路230结构也是可能的。例如，在一个实施例中，解码电路230可以实施为数字电路。

再次返回到图2，基于从解码电路230接收到的控制信号235，LED控制器210提供通过LED组155的恒定的输出电流140。LED控制器210可以被配置成本领域技术人员所知的反激(flyback)拓扑结构、降压拓扑结构、或其他拓扑结构。LED控制器210可以采用很多熟知的调制技术中的任何一项，如脉冲宽度调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)，来控制通过LED组155的输出电流140。

LED控制器210基于控制信号235，通过向LED组155提供不同的调节的输出电流，来控制LED组155中LED的输出亮度。在一个实施例中，LED控制器210被配置成选择对应于控制信号235三个值的三个电流级别中的一个。例如，如果LED控制器210被配置为反激功率转换器，其包含变压器和用于控制通过变压器初级绕组电流的开关，LED控制器210可以基于控制信号235将初级侧的电流幅值调节至三个级别中的每一个。或者，LED控制器210可以通过控制开关的开关频率或占空比来调节输出电流140。LED控制器210可以提供第一电流级别给LED组155(或其部分)，以响应控制信号指示输入电压线120A是激活的而输入电压线120B不是激活的。第二电流级别可被提供给LED组155(或其部分)，以响应控制信号指示输入电压线120B是激活的而输入电压线120A不是激活的。第三电流级别可被提供给LED组155(或其部分)，以响应控制信号指示两条输入电压线都是激活的。

在一个实施例中，第三电流级别等于第一和第二电流级别之和，以模仿常规的三通白炽灯泡，其中最高的光强度级别是较低的两个强度级别之和。然而，在其他实施例中，第三电流级别可以被任意地设置到其他级别；例如，可以为不同的应用设置不同的级别。例如，第三电流级别可以大于第一和第二电流级别之和，或者可以小于第一和第二电流级别之和。

根据各种实施例的LED照明器材的优点是，LED照明器材可以是常规的白炽灯和常规三通插座中的照明器材的直接替代，常规三通插座激活不同的输入电压线来控制照明器材的光强度。本文所述的实施例提供了三个输出光强度级别，而没有额外的接线连接到LED组。而且，如本文所述的LED照明器材提供均匀的光分布，而没有复杂的LED或漫射透镜分布。最后，所述的LED照明器材的三个光强度级别可以随意地为想要的应用而设置。

在阅读本公开内容时，本领域技术人员将意识到仍然有LED照明器材的另外备选的设计。因此，虽然示出和描述了特定的实施例和应用，但是应当理解，本发明并不局限于本文公开的确切的结构和组件，以及对本领域技术人员将是显而易见的修改、改变和变更都可以在本文所公开的方法和装置的布置、操作以及细节之中进行，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种发光二极管(LED)照明器材，被配置成接收来自第一输入电压线和第二输入电压线的信号，所述LED照明器材包括：

LED组，包含一个或多个LED；以及

LED控制器，被配置成检测所述第一输入电压线和第二输入电压线是否是激活的，并且向所述LED组提供经调节的电流，所述LED控制器被配置成：

向所述LED组的第一部分提供第一级别的经调节的输出电流，以响应检测到的所述第一输入电压线是激活的、且所述第二输入电压线不是激活的；

向所述LED组的第二部分提供第二级别的经调节的输出电流，以响应检测到的所述第二输入电压线是激活的、且所述第一输入电压线不是激活的，所述LED组的所述第二部分与所述第一部分至少部分重叠；以及

向所述LED组的第三部分提供第三级别的经调节的输出电流，以响应检测到的所述第一输入电压线和第二输入电压线都是激活的，所述LED组的所述第三部分与所述第一部分和所述第二部分至少部分重叠。

2.根据权利要求1所述的LED照明器材，还包括：

检测电路，被配置成检测所述的第一输入电压线和第二输入电压线是否是激活的并且产生第一检测信号和第二检测信号，所述第一检测信号指示所述第一输入电压，所述第二检测信号指示所述第二输入电压；以及

解码电路，被配置成接收所述的第一检测信号和第二检测信号并且基于所述第一检测信号和第二检测信号产生控制信号，其中所述LED控制器被配置成基于所述控制信号来检测所述第一输入电压线和第二输入电压线是否是激活的。

3.根据权利要求2所述的LED照明器材，其中所述控制信号具有：响应于所述第一检测信号的第一值，从而指示所述第一输入电压线是激活的且所述第二输入电压线不是激活的；响应于所述第二检测信号的第二值，从而指示所述第二输入电压线是激活的、且所述第一输入电压线不是激活的；以及响应于所述第一检测信号和第二检测信号的第三值，从而指示所述第一输入电压线和第二输入电压线都是激活的。

4.根据权利要求1所述的LED照明器材，其中所述第三电流级别大约等于所述第一电流级别和所述第二电流级别之和。

5.根据权利要求1所述的LED照明器材，其中所述第三电流级别大于所述第一电流级别和所述第二电流级别之和。

6.根据权利要求1所述的LED照明器材，其中所述第三电流级别小于所述第一电流级别和所述第二电流级别之和。

7.一种用于控制发光二极管(LED)照明器材的输出光强度的方法，所述LED照明器材被配置成接收来自第一输入电压线和第二输入电压线的信号，所述方法包括：

检测所述第一输入电压线和第二输入电压线是否是激活的；

向所述LED组的第一部分提供第一级别的经调节的输出电流，以响应检测到的所述第一输入电压线是激活的、且所述第二输入电压线不是激活的；

向所述LED组的第二部分提供第二级别的经调节的输出电流，以响应检测到的所述第二输入电压线是激活的、且所述第一输入电压线不是激活的，所述LED组的所述第二部分与所述第一部分至少部分重叠；以及

向所述LED组的第三部分提供第三级别的经调节的输出电流，以响应检测到的所述第一输入电压线和第二输入电压线都是激活的，所述LED组的所述第三部分与所述第一部分和所述第二部分至少部分重叠。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

产生第一检测和第二检测信号，所述的第一检测信号指示所述第一输入电压，所述第二检测信号指示所述第二输入电压；以及

基于所述第一检测信号和第二检测信号产生控制信号，其中检测所述第一输入电压线和第二输入电压线是否是激活的包括：基于所述控制信号检测所述第一输入电压线和第二输入电压线是否是激活的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述控制信号具有：响应于所述第一检测信号的第一值，从而指示所述第一输入电压线是激活的且所述第二输入电压线不是激活的；响应于所述第二检测信号的第二值，从而指示所述第二输入电压线是激活的、且所述第一输入电压线不是激活的；以及响应于所述第一检测信号和第二检测信号的第三值，从而指示所述第一输入电压线和第二输入电压线都是激活的。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述第三电流级别大约等于所述第一电流级别和所述第二电流级别之和。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述第三电流级别大于所述第二电流级别，并且其中所述第二级别大于所述第一级别。

12.根据权利要求7所述的方法，其中所述第三电流级别小于所述第一电流级别和所述第二电流级别之和。