CN104756603A - 调制指数得到改善的led照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用LED的照明装置，更为详细地涉及调制指数(以瞬时光放出量的最大值和最小值计算)得到改善的LED照明装置，其为使用根据时间而周期性地变化的瞬时交流电压来对LED进行点灯的交流驱动LED照明装置。主要特征在于，在通过开关控制电流流动的LED模块上以并联方式附加电容器，当LED模块无法从交流电源直接获得电流时，从并联连接的电容器获得电流，从而对所述LED模块进行点灯。由此，防止全部LED模块一次性全部未被点灯，从而提供调制指数得到改善的LED照明装置。此外，采用限制电源电流的电源，从而保护LED的同时达成高功率。
Description
技术领域
本发明涉及使用LED的照明装置，更为详细地，涉及调制指数(modulation depth，以瞬时光放出量的最大值和最小值计算)得到改善的LED照明装置，其为使用根据时间而周期性地变化的瞬时交流电压来对LED进行点亮的交流驱动LED照明装置。
背景技术
发光二极管(light emitting diode)作为如果电流流动则放出光的电光转换半导体元件，广泛应用于显示器背光(back light)等，并且由于技术的发展，电光转换效率高于现有的白炽灯及荧光灯，从而现在其使用范围扩大到用于一般照明。
驱动LED照明装置的技术中，多数开发出使用根据时间来周期性地变化的瞬时交流电压而对LED进行点亮的交流驱动LED照明装置。
例如，美国专利US6,989,807B2及US7,936，135B2，日本专利JP4581646B及JP-P-2009-260505，韩国申请专利KR 10-2011-0019213及KR 10-2010-0136362，以及本发明人开发的专利KR10-1110380。
以下，使用图1及图2对现有技术的问题进行说明。
在图1(引用KR 10-1110380的图15)中，简略观察现有技术的电路构成，包括：交流电源1，其提供交流电压；整流电路2，其对所述交流电压进行整流；多个LED模块(block)，其以串联连接；旁通开关(bypass switch)，其以并联设置于各个LED模块，以便电流绕开(bypass)；电流源CS，其对瞬时交流电源电流量进行限制；以及控制器4。
在周期性地变化的瞬时交流电压的一个时间点上对图1电路操作进行简单说明，1)调整以串联连接的LED模块的个数，从而在所述一个时间点的瞬时电压上对所述串联连接的LED模块进行点亮，2)以改善功率为目的，对限制电源电流的电流源CS通过正弦波Csin进行控制。
图2(引用KR 10-1110380的图18)是表示图1电路进行操作时，电流在各个LED模块流动的图。在图2中，最先(从最低瞬时电压开始)被点亮的LED模块流动有波形1AA的电流，而最后被点亮的LED模块流动有波形4AA的电流。
在此，观察各个LED模块中流动的电流波形1AA至电流波形4AA，则可知存在电流不流过的区间。尤其，在电流波形1AA中，电流为0的部分(交流电压相位0度及180度附近，换句话说，一个LED模块的门限电压以下的部分)在剩下的电流波形中电流也是0。换句话说，存在不发光的部分(时刻)。在此，计算调制指数(Modulation depth，以瞬时光放出量的最大值和最小值计算)，则调制指数为100％。
作为现有技术的问题，通常如果考虑到白炽灯的调制指数为6％左右，而荧光灯为25～40％的水准，则存在所述调制指数100％为过高的问题。
<先行技术文献>
(专利文献0001)US 6,989,807B2
(专利文献0002)US 7，936,135B2
(专利文献0003)JP 4581646B
(专利文献0004)JP-P-2009-260505
(专利文献0005)KR 10-2011-0019213
(专利文献0006)KR 10-2010-0136362
(专利文献0007)KR 10-1110380
发明内容
为解决本发明的现有技术的问题而提出。换句话说，即使在交流电压相位0度及180度附近，也能向一个以上的LED模块供给电流(换句话说，使光放出量为0以上)，从而提供调制指数得到改善的LED照明装置。
为此，根据本发明的调制指数得到改善的LED照明装置，其特征在于，包括：整流电路，其对所述交流电压进行整流，从而变换为直流的整流电压；电流源，其对整流电路的(电源)电流量进行限制；LED模块，其由至少一个以上的LED构成；负载，其由多个所述LED模块相互串联连接而成；开关(switch)模块，其由至少一个以上的开关构成，所述开关使在构成所述负载的LED模块中流动的电流绕开(bypass)；电容器(condenser)，其在构成所述负载的所述LED模块中并联于一个以上的LED模块，并且包括如下电路，所述电路构成为所述负载通过所述整流电压驱动，所述电容器的放电电流可流至并联连接的所述LED模块，但通过所述开关不流向其他电路。
此时，优选地，LED照明装置进一步包括控制器，其通过与所述交流电压相同相位的正弦波信号来控制所述电流源。
此外，优选地，LED照明装置进一步包括控制器，其在所述开关模块的开关变更时，变更所述电流源的控制量，从而使阶梯波电流供给至所述LED模块。
此外，优选地进一步包括放电电路，其当切断所述交流电压时，则使所述电容器进行强制放电。
此外，优选地进一步包括切断电路，其当切断所述交流电压时，则将所述电容器与所述LED模块分离。
此外，优选地，所述开关模块的开关以串联方式连接于所述LED模块，或以并联方式连接于所述LED模块，再或者以串并联混合式连接于所述LED模块。
通过根据如上所述的本发明的调制指数得到改善的LED照明装置，具有如下效果：即使在交流电压相位0度及180度附近，也能向一个以上的LED模块供给电流(换句话说，光放出量为0以上)，从而提供调制指数得到改善的LED照明装置。
附图说明
图1是现有技术中引用的电路图。
图2是根据现有技术的电流波形。
图3是根据本发明的电路图的一个例子。
图4是对本发明电路图中流动的电流进行图示的例子。
图5是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的一个例子。
图6是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图7是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图8是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图9是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图10是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图11是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图12是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图13是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图14是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
图15是根据本发明的又另一个电路图的一个例子。
图16是根据本发明的又另一个电路图的一个例子。
图17是根据本发明的又另一个电路图的一个例子。
图18是对本发明电路图通过计算机模拟实验结果的另一个例子。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。此时需注意附图中相同的构成要素尽可能以相同的标号表示。
此外，以下所说明的本说明书及权利要求中使用的术语或单词不限定于通常或词典中的意义来解释，而是应理解为符合本发明的技术思想的意义和概念。并且当公众所知的构成及功能被判断为可能模糊本发明的要点时，将省略对其的详细说明。
本发明的核心概念为，在通过开关控制电流流动的LED模块上以并联方式附加电容器(condenser)，当LED模块无法从交流电源直接获得电流时，从并联连接的电容器获得电流，从而对所述LED模块进行点亮。由此，防止全部LED模块一次性全部未被点亮的情况，从而提供调制指数得到改善的LED照明装置。此外，采用限制电源电流的电流源，从而保护LED的同时达成高功率。
以下，使用图3及图4，对根据本发明的调制指数得到改善的LED照明装置进行详细说明。
图3是根据本发明的调制指数得到改善的LED照明装置电路图的一个例子。
首先，如图3所示，本发明包括：交流电源1，其提供交流电压；整流电路2，其对所述交流电压进行整流；以及作为负载的第一LED模块1a至第四LED模块4a。尤其，包括：第一电容器1c至第四电容器4c，其分别并联连接于LED模块；以及第一防止放电二极管(diode)1d至第四防止放电二极管(diode)4d，其在所述电容器放电时控制电流流向LED模块，而不流向其他电路。此外，包括：第一旁通开关(bypass switch)1s至第四旁通开关(bypass switch)4s，其使流向各个LED模块的电流绕开(bypass)；以及电流源CL，其对电源电流量进行限制。各个LED模块和电流源CL全部串联连接并连接至整流电压Vrect和接地Vss之间。
在此，包括第一LED模块1a和第一防止放电二极管1d及第一电容器1c的电路被称作“第一发光模块”。剩余的以相同方式分别被称为“第二发光模块”、“第三发光模块”及“第四发光模块”。一般性表述为包括第N LED模块Na和第N防止放电二极管Nd及第N电容器Nc的电路可被称为“第N发光模块”。此外，将相互串联连接的“第一发光模块”到“第N发光模块”称为“负载”。
此时，所述第一LED模块1a至第四LED模块4a由一个以上的LED构成，并且多个LED可以以串联、并联、或串/并联排列来构成。所述各个LED模块可以由广为人知的公知技术来构成，因此以下为了说明的简略化，省略具体技术。
并且，优选地包括控制器(未示出)，其产生与交流电压相同相位的正弦波信号，并对所述正弦波信号进行整流(将阴极电压转换为阳极电压)，并调节整流的正弦波的大小，从而生成电流量调节信号Csin，并将所生成的调节信号Csin供给至限制电源电流量的电流源CL。
所述控制器(未示出)产生与交流电压相同相位的正弦波的原因在于，从交流电源1供给的交流电流与交流电压为相同相位，并且其形态为正弦波，从而意图在于使功率得到改善。
电流源CL如果满足供给电流的条件，所述电流与从所述控制器(未示出)所提供的所述调节信号Csin相应(负载中流动有充分的电流)，则在所述电流源CL两端引发电压下降，从而减少所述负载的两端电压，进而使负载电流以所需的标准进行流动。并且如果条件不成立(负载中所流动的电流低于所需电流)，则将所述电流源CL两端电压变为最小(电流源饱和电压)，从而使负载流动有可流出的最大电流。
换句话说，瞬时整流电压以高于设计值进行供给时，剩余电压施加于电流源CL两端，而在负载中施加设计电压，从而优选地，负载电流通过所述电流源CL来进行限制。
对所述电流源CL的操作的更为详细的说明，本发明人在申请的专利第10-1110380号中进行了详细说明，因此省略具体说明。
以下，使用图4，对根据本发明的调制指数得到改善的LED照明装置进行详细说明。对调制指数(也称作“闪烁百分比(percent flicker)”)的说明，因为本发明人在申请的专利10-2012-0045950中做过详细说明，所以省略对其的说明。【调制指数使用瞬时光放出量的最大值和最小值来计算。调制指数＝(最大值-最小值)/(最大值+最小值)x100】
首先，对在整流电压上升区间(电压相位0度到90度)的电路运作进行说明。
图4中第一旁通开关(bypass switch)1s为开放状态，因此直接向第一发光模块供给电源电流。向所述第一发光模块供给的所述电源电流分为：通过第一防止放电二极管1d，从而对第一电容器1c进行充电的电流；和通过第一LED模块1a，从而供给至下一个发光模块的电流。此时，随着电压相位增加而整流电压持续增加，因此电流持续充电至所述第一电容器1c，所述第一电容器1c的电压也持续上升。并且，在电压相位90度上所述电容器1c为最大充电，从而电容器两端电压也变为最大。【二极管1d电流＝电容器1c充电电流+LED模块1a电流】
图4中第二旁通开关2s为连接状态，因此通过所述第一发光模块的电流绕开(bypass)第二发光模块。并且，充电至第二电容器2c的电流通过并联连接的所述第二LED模块2a进行放电。换句话说，即使不直接供给电源电流，第二LED模块也会被点亮。此时，第二防止放电二极管2d的作用在于，所述第二电容器2c放电电流通过所述第二开关2s不进行放电，而是流向并联连接的所述第二LED模块2a。
如果，没有第二防止放电二极管2d，则所述第二电容器2c通过所述第二旁通开关2s必然快速进行放电。【二极管2d电流＝0，电容器2c放电电流＝LED模块2a电流】
换句话说，电路构成为，所述第二电容器2c的放电电流虽然可流向并联连接的第二LED模块2a，但通过第二旁通开关2s而不流向其他电路。
在LED模块2a的门限电压以下，因为电流微弱地进行流动，所以所述第二电容器2c的放电也微弱，并且最终所述第二电容器2c的电压变动也将微弱。换句话说，简略地概括为，不直接供给电源电流时，向LED模块供给电流的电容器的最小电压为LED模块的门限电压。
以下，对在整流电压下降区间(电压相位90度到180度)的电路运作进行说明。
图4中第三旁通开关3s为开放状态，因此直接向第三发光模块供给电源电流。向所述第三发光模块供给的所述电源电流通过第三防止放电二极管3d及第三LED模块3a而供给至下一个发光模块。此外，随着电压相位增加而整流电压持续减小，因此所述第三电容器3c通过并联连接的第三LED模块3a而进行放电，从而所述第三电容器3c电压减小。【LED模块3a电流＝电容器3c放电电流+二极管3d电流】
图4中第四旁通开关4s为连接状态，因此通过所述第三发光模块的电流绕开(bypass)第四发光模块。并且，充电至第四电容器4c的电流通过并联连接的所述第四LED模块4a进行放电。换句话说，即使不直接供给电源电流，第四LED模块也会被点亮。此时，第四防止放电二极管4d的作用在于，所述第四电容器4c放电电流通过所述第四开关4s不进行放电，而是流向并联连接的所述第四LED模块4a。
如果，没有第四防止放电二极管4d，则所述第四电容器4c通过所述第四旁通开关4s必然快速进行放电。
换句话说，电路构成为，所述第四电容器4c的放电电流虽然可流向并联连接的第四LED模块4a，但通过第四旁通开关4s而不流向其他电路。
在第四LED模块4a的门限电压以下，因为电流微弱地进行流动，所以所述第四电容器4c的放电也微弱，并且最终第四电容器4c的电压变动也将微弱。换句话说，简略地概括为，不直接供给电源电流时，向模块供给电流的电容器的最小电压为LED模块的门限电压。
由此，即使不直接向LED模块供给电源电流，也可通过并联连接于所述LED模块的电容器来供给电流。换句话说，在现有技术中，如果切断向LED模块供给电源电流，则光放出发生为0，从而调制指数为100％，但根据本发明，因为持续供给电流，所以提供调制指数得到改善的LED照明装置。
<实施例1>
本发明的第一实施例为，利用具体的值进行了计算机模拟实验。
首先，在图4电路中，交流电源1为110Vac、50Hz，电流源CL设定为瞬时最大值为60mA的正弦波，并且第一电容器1c至第四电容器4c使用10uF。
并且，第一LED模块1a至第四LED模块4a全部相同地构成。将第一LED模块1a和第一防止放电二极管1d进行串联连接的电流-电压特性如表1所示。换句话说，与以正向电压32.22V(20mA)串联连接10个白色LED相类似。
如果电流流动1mA时将电压视为门限电压，则门限电压为25.85V。并且，电流流动60mA时正向电压为34.63V，因此开关变更设定为在36V的倍数上执行。
表1
[Table 1]
| 电流[mA] | 电压[V] | 电流[mA] | 电压[V] | 电流[mA] | 电压[V] |
| 0.1 | 10.5 | 2.0 | 27.27 | 50.0 | 34.22 |
| 0.2 | 19.9 | 5.0 | 29.25 | 60.0 | 34.63 |
| 0.5 | 24.31 | 10.0 | 30.73 | 100.0 | 35.78 |
| 1.0 | 24.85 | 20.0 | 32.22 |
换句话说，1)整流电压为0～36V时，开关1s开放，以便直接向第一LED模块1a供给电源电流，并且剩余开关进行连接。【结论，第一开关1s始终为开放状态】
2)整流电压为36V以上～不满72V时，可以对两个LED模块进行点亮，因此无开关的变更。【只开放第一开关1s】
3)整流电压通过72V而上升时，立即开放开关2s，从而向两个LED模块直接供给电源电流。换句话说，向第一LED模块1a及第二LED模块2a供给电源电流。
4)整流电压通过108V而上升时，立即开放开关3s，从而向三个LED模块直接供给电源电流。换句话说，向第一LED模块1a至第三LED模块3a供给电源电流。
5)交流电压为100Vac，从而整流最大电压为141.4V，因此对于驱动4个LED模块(144V＝36x 4)来讲整流电压较低。由此，第四开关4s始终保持连接状态。
整流电压通过108V及72V而下降时(90度～180度区间)，相反，第三开关3s及第二开关2s分别进行连接。
使用sine函数对整流电压通过30V、36V、72V及108V时的电源电流(正弦波设计电流)、电源电压相位、电压相位90度前的通过时刻、电压相位90度以上的通过时刻进行计算，则如表2所示。
表2
[Table2]
所述电路条件下进行计算机模拟实验的结果为图5至图9。(电源投入后显示出从180ms至195ms之间，在赋予使得电流充电至各个电容器的期间之后)
图5是与第一发光模块相关联的模拟实验结果波形。垂直轴作为电流轴，单位为mA，水平轴作为交流电压相位，单位为度(或ms，此时一刻度为50Hz，因此为1ms)。
在图5中，区间A是第一发光模块被点亮的区间，区间B是第一发光模块至第二发光模块被点亮的区间，并且区间C是第一发光模块至第三发光模块被点亮的区间。【在其他附图中，关于区间A至区间C的内容相同，以下省略说明。】
在图5中，通过第一防止放电二极管1d的电流101da与电源电流的大小相同，符号全是正(+)。其与现有技术中所引用的图2的电流波形1AA相应。
并且，通过第一防止放电二极管1d的电流101da在时刻为0.7ms附近具有尖峰电流(spike current)，这是因为整流电压高于第一电容器的电压，从而电源电流开始向电容器急剧流动的缘故。此外，整流电压在72V(时刻1.71ms)也具有尖峰电流，这是因为此时LED模块变为两个的缘故，所述LED模块直接被供给有电源电流。并且整流电压在108V(时刻2.78ms)也具有尖峰电流，这是因为此时LED模块变为三个的缘故，所述LED模块直接被供给有电源电流。
在此，从整流电压36V(时刻0.82ms)以上至整流电压不满72V(时刻1.71ms)，由于仅直接向第一发光模块供给电源电流，因此负载特性上变为可以流出100mA(35.78V)以上的电压，但是通过限制电流的电流源CL，从而以正弦波形态限制电源电流。
以相同的原因，从整流电压72V(时刻1.71ms)以上至整流电压不满108V(时刻2.78ms)，由于驱动两个发光模块，因此负载特性上虽然变为可以流出100mA(35.78x2V)以上的电压，但是通过限制电流的电流源CL，从而以正弦波形态限制电源电流。
仍以相同的原因，在整流电压108V(时刻2.78ms)以上，由于驱动三个发光模块，因此负载特性上虽然变为可以流出100mA(35.78x 3V)以上的电压，但是通过限制电流的电流源CL，从而以正弦波形态限制电源电流。
在图5中，第一电容器1c的电流101ca具有正(+)值时，意味着所述第一电容器1c为充电中，具有负(-)值时，意味着所述第一电容器1c为放电中。并且可知所述第一LED模块的电流101aa未跌落至0，而是继续具有正(+)值。
换句话说，即使在切断电源电流的状态下，充电至电容器的电流也会向LED模块供给，并继续放出光，由此，最小光亮度变高，可知调制指数得到改善。这意味着由多个LED模块构成负载，并且即使具有并联连接于仅一个LED模块的电容器和防止放电二极管，也使得调制指数得到改善。
图6是与第二发光模块相关联的模拟实验结果波形。在图6中，通过第二放电防止二极管2d的电流102da与现有技术中引用的图2的电流波形2AA相应。第二LED模块电流102aa和第二电容器电流102ca也一同示出。
图7是与第三发光模块相关联的模拟实验结果波形。在图7中，通过第三防止放电二极管3d的电流103da与现有技术中引用的图2的电流波形3AA相应。第三LED模块电流103aa和第三电容器电流103ca也一同示出。
在图5至图7中观察第一LED模块电流101aa至第三LED模块电流103aa，则可知与整流电压相位0～90度区间相比，90～180度区间中电流流动更多。换句话说，可知与整流电压上升区间相比，整流电压下降区间更亮。
并且，即使只使用第一电容器1c至第三电容器3c中任意一个【因为在电源电流不流动的区间(电压相位0度及180度附近)中，充电至电容器的电流供给至LED模块，从而放出光】，LED照明装置的瞬时最小光亮度也会变高，从而调制指数必然得到改善。
图8是将第一LED模块1a至第三LED模块3a的电流全部合并的计算机模拟实验结果100aa。因为各个LED模块全部为相同构成，所以所述实验结果100aa与LED照明装置的瞬时亮度相对应。所述图表(graph)100aa中最大值约为180，最小值约为20。由此计算调制指数，则调制指数为80％。【(180-20)/(180+20)*100＝80】
图9是以所述条件进行的计算机模拟实验，是对第一电容器1c至第三电容器3c的电压进行示出的图。
在图9中，可知所述各个电容器的最大电压在整流电压相位90度附近最高，电源电流向各个电容器充电开始(换句话说，向所属发光模块直接开始供给电源电流)的时间点上最低。
在图9中，观察第二电容器2c的最低电压，则整流电压上升区间中区间A和区间B的界限(换句话说，电源电流向一个LED模块直接供给后，开始向两个LED模块直接供给的时刻)上，第二电容器电压102cv大概为29V。
但是，相反地，在整流电压下降区间中，区间B和区间A的界限(换句话说，电源电流向两个LED模块直接供给后，开始向一个LED模块直接供给的时刻)上，第二电容器电压102cv大概为33V。
这意味着，优选地，在整流电压上升区间中使各个发光模块绕开(bypass)的开关变更基准电压(低值)与整流电压下降区间中使各个发光模块绕开(bypass)的开关变更基准电压(高值)不同。
并且，从另一侧面，将所述开关变更基准电压设定为规定值【例如，相比于电容器最大电压的总和稍高的电压(考虑电流源饱和电压和防止放电二极管的正向电压)】的倍数，则效果在于使得产生基准电压的电路及判断开关变更的电路变简单，因此这也是优选的。
以上对本发明的优选第一实施例进行了详细说明。
<实施例2>
本发明的第二实施例是将所述第一实施例中第一电容器1c至第四电容器4c变更为47uF,从而进行计算机模拟实验的例子。
图10是与第一发光模块相关联的模拟实验结果波形图。
在图10中，通过第一防止放电二极管1d的电流471da与现有技术中引用的图2的电流波形1AA相应。第一LED模块电流471aa和第一电容器电流471ca也一同示出。
图5(使用电容器10uF)中，第一LED模块电流101aa在电压相位90度附近具有最大值(约60mA)。相反地，图10(使用电容器47uF)中，第一LED模块电流471aa在电压相位125度(7ms附近，50Hz)附近具有最大值(约50mA)。
换句话说，可知如果第一电容器1c的容量提高，则第一LED模块1a的瞬时电流最大值降低。这是因为调制指数瞬时最大值和瞬时最小值的差越小则越能得到改善，所以瞬时最大电流变小本身就意味着调制指数得到改善。此外，在电压相位180度附近电容器放电的电流量也随着电容器容量越大而越多，因此瞬时最小值变得更高而调制指数得到改善。
图11是与第二发光模块相关联的模拟实验结果波形图。图11中，通过第二防止放电二极管2d的电流472da与现有技术中引用的图2的电流波形2AA相应。第二LED模块电流472aa和第二电容器电流472ca也一同示出。
图12是与第三发光模块相关联的模拟实验结果波形图。图12中，通过第三防止放电二极管3d的电流473da与现有技术中引用的图2的电流波形3AA相应。第三LED模块电流473aa和第三电容器电流473ca也一同示出。
图10至图12中，观察第一LED模块电流471aa至第三LED模块电流473aa，则可知各个LED模块电流在整流电压上升区间和下降区间几乎流动有相同量的电流。(更为正确的叙述为，在下降区间电流量略多)
图13是将第一LED模块1a至第三LED模块3a的电流全部合并的计算机模拟实验结果470aa。因为各个LED模块全部为相同构成，所以所述实验结果470aa与LED照明装置的瞬时亮度相对应。所述图表(graph)470aa中最大值约为140，最小值约为60。由此计算调制指数，则调制指数为40％。【(140-60)/(140+60)*100＝40】
图14是以所述条件进行的计算机模拟实验，是对第一电容器1c至第三电容器3c的电压进行示出的图。
在图14中，可知所述各个电容器的最大电压在整流电压相位125度(7ms附近，50Hz)上最高，电源电流向各个电容器充电开始(换句话说，向所属发光模块直接开始供给电源电流)的时间点上最低。
在图14中，观察第二电容器2c的最低电压，则整流电压上升区间中区间A和区间B的界限(换句话说，电源电流向一个LED模块直接供给后，开始向两个LED模块直接供给的时刻)上，第二电容器电压472cv大概为31V。
但是，相反地，在整流电压下降区间中，区间B和区间A的界限(换句话说，电源电流向两个LED模块直接供给后，开始向一个LED模块直接供给的时刻)上，第二电容器电压472cv大概为33V。
这意味着，优选地，整流电压上升区间中使各个发光模块绕开(bypass)的开关变更基准电压(低值)，与整流电压下降区间中使各个发光模块绕开(bypass)的开关变更基准电压(高值)不同。
并且，从又另一侧面，将所述开关变更基准电压设定为规定值【例如，相比于电容器最大电压的总和稍高的电压(考虑电流源饱和电压和防止放电二极管的正向电压)】的倍数，则效果在于使得产生基准电压的电路及判断开关变更的电路变简单，因此这也是优选的。
以上对本发明的优选第二实施例进行了详细说明。
<实施例3>
本发明的第三实施例为利用将开关并联配置的开关模块(并联配置)体现的实施例。
以下，使用图15对开关为并联配置的本发明优选的一个实施例进行说明。
首先，参照图15，观察电路构成，本发明构成包括：交流电源1，其提供交流电压；整流电路2，其对所述交流电压进行整流；作为负载的第一LED模块1a至第四LED模块4a；第一电容器1c至第四电容器4c，其分别并联连接于各个LED模块；第一防止放电二极管1d至第四防止放电二极管4d，其在所述各个电容器放电时使电流流向并联连接的所述LED模块，而不通过各个旁路开关流向其他电路；电流源CL，其限制电源电流量；并联配置开关模块，其由连接于所述各个LED模块的阴极(cathode)端子和所述电流源CL的阳极电压端子之间的第一旁路开关1s至第四旁路开关4s构成；以及电流源CL，其限制电源电流量，并且各个LED模块和电流源CL全部按顺序串联连接，从而连接至整流电压Vrect和接地Vss之间。
在此，由与第一LED模块1a串联连接的第一防止放电二极管1d及与所述第一LED模块1a并联连接的第一电容器1c构成的电路可被称为“第一发光模块”。并且由与第四LED模块4a串联连接的第四防止放电二极管4d及与所述第四LED模块4a并联连接的第四电容器4c构成的电路可被称为“第四发光模块”。将其进行一般化表示，则为由与第N LED模块Na串联连接的第N防止放电二极管Nd及与所述第N LED模块Na并联连接的第N电容器Nc构成的电路可被称为“第N发光模块”。
以下，对图15的优选电路操作的一个例子进行说明。
首先，优选地，并联配置开关模块在时间上的一瞬间，保持只有一个开关为连接状态，剩余开关全部为开放状态。
作为一个例子，只有第一开关1s为连接状态时，只有第一LED模块1a连接于整流电路2和电流源CL之间，因此电源电流直接供给至第一LED模块1a。此时，所述第一电容器1c在整流电压上升时充电，下降时放电。并且，剩余电容器(第二～第四电容器)向全部并联连接的各个LED模块放电。此时，各个电容器放电电流根据各个防止放电二极管而被切断，因此通过并联连接的各个LED模块进行放电，所述各个防止放电二极管防止除各个LED模块外，向其他电路放电。
但是，仔细观察所述图15电路，则可知各个放电电容器除了并联连接的各个LED模块外，无法形成电流闭环(closed loop)电路，从而即使没有各个防止放电二极管也可行(最终电路为图16)。由此，从本发明的整体观点来看，则优选地，在本发明的第一实施例及第二实施例中所说明的防止放电二极管被称为防止放电电路。
在图15电路中可知，即使没有最后的开关，换句话说，即使没有第四开关4s(即，短路)，第四电容器4c也向第四LED模块放电。换句话说，第四防止放电二极管4d进行运作，从而防止所述第四电容器4c放电电流流向其他电路。但是，在去除全部防止放电二极管的图16电路中，如果没有第四开关4s(即，短路)，则所述第四电容器4c的放电电流可以通过第三开关3s进行流动。由此，在图16电路中可知，第四开关4s作为防止放电电路，是必要的。【所述第四开关4s也可由作为单向开关的二极管来替换。】
对限制电流的电流源CL、整流电路2及各个LED模块的构成等的说明，因为已经在本说明书中进行了详细说明，所以为了说明的简略化而进行省略。
如图15及图16所示，开关并联配置时，限制电源电流量的电流源(如在本说明书中作为先行技术被提及的专利US6,989,807的图5A、JP-P-2009-260505的图1及KR10-2011-0019213的图1所示)可由多个电流源构成，对从业人员来讲是当然的。以上，对本发明的优选第三实施例进行了详细说明。
<实施例4>
本发明的第四实施例为，与各个LED模块并联配置的电容器配置是和之前的示例不同的一个实施例。
以下，使用图17,对电容器并联配置的本发明的优选的一个实施例进行说明。
首先，参照图17观察电路构成，本发明构成包括：交流电源1，其提供交流电压；整流电路2，其对所述交流电压进行整流；电流源CL，其限制电源电流量；第一LED模块1a至第四LED模块4a，其作为串联连接的负载；第一电容器1c至第四电容器4c，其连接(与各个LED模块并联连接)于各个LED模块的阳极(anode)和所述电流源CL的阳极电压端子之间；第一旁路开关1s至第四旁路开关4s，其连接作为所述整流电路2的输出的整流电压Vrect和各个LED模块的阳极(anode)，并且各个LED模块和电流源CL全部按顺序串联连接，从而连接至整流电压Vrect和接地Vss之间。
在此，由与第一LED模块1a及与所述第一LED模块1a并联连接的第一电容器1c构成的电路可被称作“第一发光模块”。此外，由与第四LED模块4a及与所述第四LED模块4a并联连接的第四电容器4c构成的电路可被称作“第四发光模块”。将其进行一般化表示，则为由与第N LED模块Na及与所述第N LED模块并联连接的第N电容器Nc构成的电路可被称为“第N发光模块”。
以下，对图17电路运作的优选的一个例子进行说明。
首先，优选地，并联配置开关模块在时间上的一瞬间，保持只有一个开关为连接状态，剩余开关全部为开放状态。(第四开关由作为单向开关的二极管构成，因此为例外。)
作为一个例子，只有第二开关2s为连接状态时，第一LED模块1a和第二LED模块2a连接于整流电压Vrect和电流源CL之间，从而电源电流直接供给至第一LED模块1a及第二LED模块。此时，第一电容器1c至第二电容器C2在整流电压上升时充电，下降时放电。并且，剩余电容器(第三～第四电容器)通过全部并联连接的各个LED模块进行放电。
此时，第三电容器3c的放电电流因为第三开关开放，所以向第三LED模块放电。此外，第四电容器4c由于第四开关4s向相反方向切断，因此向第四LED模块4a放电。例如，假设各个LED模块的最高电压为30V，则第四电容器4c在整流电压及循环(cycle)经过后，以约120V的电压进行充电，并且所述图17中，因为整流电压Vrect为60～90V之间的电压，所以切断所述第四开关4s。换句话说，电路构成为，所述各个电容器的放电电流可流向并联连接的各个LED模块，但通过各个旁通开关不流向其他电路。
对限制电流的电流源CL、整流电路2及各个LED模块的构成等的说明，因为已经在本说明书中进行了详细说明，所以为了说明的简略化而进行省略。
以上对本发明的优选第四实施例进行了详细说明。
<实施例5>
本发明第五实施例涉及不供给电源电流时，对向并联连接的LED模块供给电流的电容器进行强制放电(discharge)或切断放电(disconnect)。
优选地，如果切断交流电压，则LED照明装置立即熄灯。但是，本发明的构成要素中具有电容器，所述电容器将电源电流存储后，如果没有电源电流供给，则向并联连接的LED模块供给电流的。
如果所述电容器的容量小，切断交流电压，则立刻耗尽电量，从而LED照明装置立即熄灯，但为了改善调制指数，如果使用大容量的电容器，则需要很长的放电时间。
图18是通过计算机对电容器的放电特性进行模拟实验的结果。
模拟实验，1)将47uF电容器以34V充电10ms，2)开始向具有所述表1特性的LED模块放电。3)观察时间经过的同时记录所述LED模块放电电流。
在图18中，放电电流波形47d1至放电电流波形47d3全部为相同的放电电流，并且只是对垂直轴的度量(scale)作了不同表示。换句话说，放电电流波形471d1是通过整体度量来观察的，而放电电流波形47d2及放电电流波形47d3是为了观察较低水准的放电电流而进行了放大表示。
观察放电电流波形47d1至放电电流波形47d3，放电初期流动有60mA以上的放电电流，但仅0.1秒放电电流降低为1mA水准。并且经过1秒后，放电电流变为0.1mA水准。这是因为LED特性为电压降低则电流按指数减小并流动，是因为电容器电压减小的时间按指数增加。
LED特性上，电流即使只有微微地流动也会放出光。一般而言，LED流动有0.1mA左右的电流，则在一般办公室的工作条件下，勉强可通过肉眼对光的放出进行确认。
但是，因为照明是将黑暗的地方变亮，所以即使是0.1mA放出的光也会成为非常大量的光。举相似的例子，荧光水平的亮度虽然在白天无法被人认知，但在夜晚可被认知为非常亮。
如所述图18中所示，将电容器仅向作为负载的LED模块放电时，如果对交流电压进行切断，则即使经过1秒，也会向LED模块流动0.1mA左右的电流，因此在夜晚LED照明装置微弱地点亮可被人认知。
由此，如果切断交流电压，经过规定的时间(例如，相当于五个左右的整流循环(cycle)的时间)，则优选地包括对所述电容器进行强制放电的电路(dischargecircuit)。并且，优选地包括将所述电容器和与所述电容器并联连接的LED模块分离，从而切断向所述LED模块供给电流的电路(disconnect circuit)。
并且，又另一个方法为，切断交流电压，从而所述电容器电压减小，进而降至规定值以下【例如，在图9中25V(因为各个电容器电压约为27V～34V)，在图14中28V(因为各个电容器电压约为30V～34V)】，则优选地包括对所述电容器进行强制放电的电路(discharge circuit)。并且，优选地包括将所述电容器和与所述电容器并联连接的LED模块分离，从而切断向所述LED模块供给电流的电路(disconnect circuit)。
在此，所述放电电路可由在微处理器(microprocessor)使用的复位(reset)电路等构成，并且所述切断电路可由锂离子电池(Lithium-ion battery)的防止过度放电电路等构成。由此，省略对放电电路及切断电路的详细说明。
以上对本发明的优选第五实施例进行了详细说明。
常规的电源装置(Switch-Mode Power Supplies，以下称为“SMPS”)因为驱动频率为数十KHz，所以尖峰电流(spike current)每秒流入数万次，但根据本发明的LED照明装置中，每秒只要数百次即可。由此，电容器的内部温度相对较低。此外，因为电流的充电或放电相比于一般电源装置(SMPS)需要经过长时间慢慢实现，所以电容器相比于常规的电源装置(SMPS)使用寿命必然长。
本发明的说明书中，示出并说明了包括四个LED模块和四个开关的实施例。但是，本发明的技术思想可包括0个以上LED模块、一个以上发光模块来实现，对于从业人员来讲是显而易见的。
并且，对开关为串联连接的开关模块(串联配置)及开关为并联配置的例子进行了说明，但观察本说明书中所提及的现有技术，开关可由串并联配置的开关模块来实现，对于从业人员来讲是显而易见的。
此外，在本发明中说明了通过与交流电压相同相位的正弦波信号对限制电源电流的电流源CL进行控制。但是在开关模块的开关进行变更的同时，调节电流源CL，从而使电源电流变为阶梯形态(以下，称作“阶梯波电流”)，进而必然可实现本发明。(换句话说，按照开关个数显示出阶梯的电源电流的情况)
并且，控制限制电源电流的电流源(CL)，从而无关于开关模块的开关变更，跟随正弦波的阶梯形波形态电源电流也必然应解释为与交流电压相同相位的正弦波电流。(换句话说，显示出多于开关个数的阶梯的电源电流的情况)
此外，控制器(未示出)产生频率低于整流频率的正弦波(以下，称作“正弦波2”)，在各个整流电压相位90度上显示出所述正弦波2的最大瞬时电压，并且为了将与所述正弦波2信号对应的电流供给至负载，控制电流源CL也必然应解释为通过与交流电压相同相位的正弦波信号进行控制。(换句话说，功率虽然稍差，但在低整流电压供给了较多的电流，从而实现更亮的LED照明装置的情况)
以上，针对本发明，观察了其优选实施例，但这仅为示例性的，应理解为本技术领域具有通常知识的人能够由此进行各种变形实施例。因此，本说明书和附图所公开的本发明的实施例仅仅是为了易于说明本发明的技术内容，并且为了有助于本发明的理解而提出的特定例子，并且目的并非在于限制本发明的范围。
标号说明
1 交流电源
2 整流电路
CL 电流源(限制电流量)
A 一个LED模块被点亮的区间
B 两个LED模块被点亮的区间
C 三个LED模块被点亮的区间
1a，2a，3a，4a，Na LED 模块
1c，2c，3c，4c，Nc 电容器
1d，2d，3d，4d，Nd 防止逆流二极管
100aa，470aa供给至LED 照明装置的电流(瞬时光亮度)
101da，102da，103da，104da，471da，472da，473da，474da 二极管电流
101aa，102aa，103aa，104aa，471aa，472aa，473aa，474aa LED 模块电流
101ca，102ca，103ca，104ca，471ca，472ca，473ca，474ca 电容器电流
101cv，102cv，103cv，104cv，471cv，472cv，473cv，474cv 电容器电压
产业上利用可能性
通过根据本发明的调制指数得到改善的LED照明装置，使用根据时间而周期性地变化的瞬时电流电压，从而对LED进行点亮的交流驱动LED照明装置的调制指数得到改善。
本发明的优点在于，使用一般DC电源装置(例，SMPS：Switch-Mode Power Supplies)的LED灯如果电源装置的电容器寿命用尽，则不放出光。相反地，根据本发明的调制指数得到改善的LED照明装置即使电容器寿命用尽，也能放出作为LED灯的基本目的的光。
并且，又另一个优点在于，使用相同的电容器时，SMPS的情况，以电容器容量相比初期减少20％的时间点来计算使用寿命，但是，根据本发明的LED照明装置(使用相比初期50％容量的电容器时，保证调制指数的情况)将电容器使用寿命可以相比初期减少50％容量的时间点来进行计算。由此，即使使用相同的电容器，也能提供更长使用寿命的LED灯，因此产业利用价值高。
Claims (6)
1.一种调制指数得到改善的LED照明装置，其特征在于，包括：
整流电路，其对交流电压进行整流，从而变换为直流的整流电压；
电源，其对所述整流电路的(电源)电流量进行限制；
LED模块，其由至少一个以上的LED构成；
负载，其由多个所述LED模块相互串联连接而成；
开关模块，其由至少一个以上的开关构成，所述开关使在构成所述负载的LED模块中流动的电流绕开；
电容器，其在构成所述负载的所述LED模块中并联连接于一个以上的LED模块，
并且包括如下电路，所述电路构成为所述负载通过所述整流电压进行驱动，且所述电容器的放电电流可流向并联连接的所述LED模块，但通过所述开关而不流向其他电路。
2.根据权利要求1所述的调制指数得到改善的LED照明装置，其特征在于，进一步包括：
控制器，其通过与所述交流电压相同相位的正弦波信号来控制所述电源。
3.根据权利要求1所述的调制指数得到改善的LED照明装置，其特征在于，进一步包括：
控制器，其在所述开关模块的开关变更时，变更所述电源的控制量，从而使阶梯波电流供给至所述LED模块。
4.根据权利要求1所述的调制指数得到改善的LED照明装置，其特征在于，进一步包括：
放电电路，其若切断所述交流电压，则使所述电容器进行强制放电。
5.根据权利要求1所述的调制指数得到改善的LED照明装置，其特征在于，进一步包括：
切断电路，其若切断所述交流电压，则使所述电容器与所述LED模块分离。
6.根据权利要求1至5之中任意一项所述的调制指数得到改善的LED照明装置，其特征在于：
所述开关模块的开关以串联方式连接于所述LED模块，或以并联方式连接于所述LED模块，再或者以串并联混合式连接于所述LED模块。
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