CN105309048A - 具有两导线控制电路的led系统 - Google Patents

Abstract

一种可以由两个导体供电的LED模块，包括恒流驱动器。所述恒流驱动器被配置为在所述两个导体上提供的输入电压超过预定电平的条件下提供预定的电流。所述恒流驱动器向由所述LED模块支撑的LED串供电，并且可以基于输入信号调节提供给LED串的电流。转换电路将输入电压转换为输入信号，并且将所述输入信号提供给所述恒流驱动器，使得在仅使用两个导体供电的同时可以提供调光。

Description

具有两导线控制电路的LED系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年2月1日提交的、申请号为61/759847的美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及LED灯领域，尤其涉及结合恒流驱动器控制LED灯的领域。

背景技术

已知恒流驱动器对LED灯供电非常有用。典型的恒流驱动器可以接收一定范围的输入电压同时提供恒定的输出电流。换而言之，在输入电压超过激活LED串所需的最小正向电压(V_f)的条件下，改变用于向恒流驱动器供电的输入电压并不影响LED芯片串的光输出。因此，LED通常与驱动器一起使用(通常，如果输入电压超过以期望电流驱动LED所需的电压，则所述驱动器是被称为降压驱动器的驱动器)，所述驱动器被配置为在输入电压处于超过正向电压(V_f)的输入电压范围内的条件下提供恒定的输出电流。例如，在一实施例中，恒流驱动器可以接收在V_f+2伏至V_f+15伏之间的输入，并且以超过LED串的V_f的电压提供恒定的电流输出。许多这些恒流驱动器还具有基于接收的信号的调光能力，所述信号可以是从1X至10X范围的输入V(其中X是不同信号电平之间的电压阶跃的大小)，其可以允许电流的量以10％的增量从100％减小到10％。虽然在许多固定装置中提供调光电压信号很简单，但是有些人希望有为适于使用在轨道形照明应用或其他不容易提供输入信号的应用中的固定装置提供输入信号的改进方法。

发明内容

一种LED系统，包括由恒流驱动器供电的一个或多个LED构成的LED串。电压模块用于提供大于LED串的正向电压(V_F)的第一电压(V₁)并且提供所述第一电压以向恒流驱动器供电。转换电路至少部分基于一百分比的第一电压将第一电压V₁转换成第二电压(V_S)。转换电路可以包括电压减法电路以在将第一电压转换成一百分比的第一电压V₁之前使其降压。

在一实施例中，所述系统可以是固定装置，所述固定装置包括由电压模块供电的第一接触部和第二接触部，所述电压模块被配置为将第一电压提供给第一接触部。接触部可以可选地形为轨道。LED模块安装在第一接触部和第二接触部上，并且包括恒流驱动器。所述恒流驱动器被配置为提供电流到由LED模块支撑的LED串。所述恒流驱动器包括输入信号并且所述恒流驱动器被配置为基于提供给输入信号的电压而使输出电流降低。设置转换电路以将第一电压转换成信号电压并将信号电压提供给输入信号。在一实施例中，所述转换使信号电压变为一百分比的所述第一电压，以使两个电压成比例关系。信号电压可以在与恒流驱动器的输入信号一致的电压范围上变化。在另一实施例中，电压降压电路被配置为通过包括电压减法电路来响应于在预定的V_max和V_F之间变化的第一电压而提供范围可以从约10X至约1X的信号电压。

附图说明

本发明通过举例的方式示出，而不局限于附图所示，附图中相同的附图标记表示类似的元件，其中：

图1示出两个导体轨道灯固定装置的实施例的示意图。

图2示出使用两导体系统来控制可调光LED模块的方法的步骤。

图3示出包括转换电路的示例性LED系统的示意图。

图4示出适于在系统中使用的LED模块的示意图。

图5示出使用两导体系统适于控制可调光LED的控制电路的示例性实施例的示意图。

图6示出固定装置组件的示意图。

图7示出可以设置在图6所示的固定装置组件中的控制系统的示意图。

具体实施方式

下面的详细说明描述了示例性实施例，并且无意将其限制于所明确公开的一个或多个组合。因此，除非另有说明，本文所公开的特征可以组合在一起以形成为简明起见而未示出的另外的组合。

图1示出灯系统10的实施例的示意图。固定装置15包括第一接触部18和第二接触部20，在第一接触部18和第二接触部20之间具有导热界面16。如可以理解的，第一接触部和第二接触部被示为具有轨道形状并且彼此电隔离并与固定装置15电隔离。固定装置15可以视需要配置为用作散热器。经由导体32连接到电源的电压模块30被定位为电连接到第一接触部和第二接触部(从而提供第一电压V₁)。在一个实施例中，电压模块简单地提供电连接并且任何电压转换都在系统外进行。在另一个实施例中，电压模块可以被配置为将输入电压转换为所需的V₁。例如，输入电压可以是线电压(例如，120VAC或220VAC)并且V₁可以是24伏。电压模块还可以包括能够输出一定范围的电压V₁(例如，其可以是可调节的)的性能。

应当指出的是，虽然接触部18、20为细长的形状以提供与轨道结构一致的形状，但是在替代实施例中，两个接触部可以是其他形状。因此，无意限制接触部的形状，除非另有说明。然而，已确定的是，本文公开的许多系统的有益之处对轨道形系统有用，部分是因为提供常规的三线控制系统有些笨拙和不合需要。

LED模块40安装在固定装置15上并且包括带有LED发光区42的外壳41。LED发光区包括串联布置的多个LED。在某些实施例中，具有并联布置的多个LED串联组。在其他实施例中，具有单个LED串。可以理解的是，LED可以是用所需的方式(例如，使用板上封装芯片或COB封装)安装的简单芯片或者各包括一个或多个LED芯片的发光器。并且，如已知的，可以设置磷基盘(或纳米点基盘(nano-dotbaseddisk))以将LED芯片发出的光转换为更合需要的波长的光。然而，为了便于讨论，LED发光区域将视为一个或多个LED组成的串，而不讨论其他特征。

图2示出使用从电压模块接收的电压来调节由恒流驱动器提供的电流的方法。可以理解的是，本系统的一个有益之处在于，可以在很宽的范围内调节输入电压而不影响模块的性能。因此，在步骤110中，将输入电压提供给恒流驱动器。在步骤120中，将输入电压转换为信号电压。在步骤130中，使用信号电压改变恒流驱动器的输出电流。可以理解的是，此方法允许改变输入电压并基于输入电压的变化减少提供给LED串的电流量，而不必担心输入电压被降低到低于会使LED串停止工作的电平。如果有多个LED模块并联连接到输入电压，则这是特别有益的。

图3示出被配置为提供可调节的光输出同时使用两条导线向恒流驱动器340供电而无需编码信号的系统300。电压模块310被配置为提供一定范围的电压。电压模块可以可选地包括天线312，并且被配置为无线接收控制信号或者控制信号可以通过其他适宜的方式提供。无论何种方式，响应于控制信号而使电压改变。可以理解的是，可以通过一些已知的技术改变电压，诸如但不限于，使用开关稳压器、线性稳压器或两者的一些组合。恒流驱动器340被配置为提供恒定电流给LED串350，但是恒定电流的量可以由从转换电路330接收到的输入信号(例如，其可以是电压电平)调节。对于被配置为例如以1到10伏之间的输入信号工作的恒流驱动器，如果要减少恒流驱动器的输出，则有必要提供小于10伏的输入信号。通过减少由电压模块310提供的电压，可以降低输入信号的电压并且恒流驱动器340对应地可以降低提供给LED串350的电流。由此，转换电路330将电压模块提供的电压电平(其可单独加以控制并保持在V_F电平以上)转换成输入信号。应当指出的是，可以使用任何理想类型的电路。

如图4示意性所示，优选为可移除地安装在固定装置上的LED模块400包括在LED模块安装到固定装置上时分别电连接到第一接触部和第二接触部的第一端子410和第二端子412。LED模块400可以包括可选的电压供给电路420，如果由电压模块提供的电压是AC形式，则电压供给电路420包括整流器和其他稳压器，并且电压供给电路向恒流驱动器430提供具有电压V₁的输入电力。恒流驱动器430提供恒定电流输出到LED串450并且可以响应于提供给输入信号435的信号的变化而改变该恒定电流。转换电路440接收电压V₁，并且将其转换成信号电压，所述信号电压具有与由恒流驱动器430在输入信号435中预期接收的值的范围一致的电压电平。在一个实施例中，信号的电平可以在0.2V和1.2V之间变化(因而信号的电压电平中的0.1V差值将等于电流输出中的10％的差值)。

为了向恒流驱动器提供可变信号，由转换电路440转换V₁。如果电压供给电路420具有有限功能(limitedfunctionality)(或省略)，则可以远程调节V₁。如果电压供给电路420能够输出不同值的V₁，则可以直接控制电压供给电路420。在一个实施例中，可以通过提供控制V₁的无线信号来实现直接控制。可替代地，电压供给电路420可以包括手动开关，或者以常规方式接收控制信号(例如，响应于常规的调光控制)。

无论如何提供，电压输入V₁均可以在一定范围的电压上改变，该范围的电压均超过由LED模块400供电的LED串的正向电压V_F(例如，V₁在恒流驱动器430的正常工作范围内变化)。在常规系统中，电压V₁的变化不会影响恒流驱动器430的输出，因为其会继续输出恒定电流。或者换而言之，电压V₁的变化不会导致正施加到LED串450的电流改变。

为了使用V₁的变化提供调光能力，转换电路接受V₁并将其转换成与对应恒流驱动器的期望输入信号V_s对应的范围。例如，如果V₁的范围在24和12伏之间，则可以使用基于公式V_s＝(Z₂/(Z₁+Z₂))*V₁的电阻分压器通过设定Z₂＝1kΩ和Z₁＝23KΩ来提供范围在从1.0到0.5伏的信号。当然，可以调节分压器以便视需要提供不同的转换率/百分比。

为了提供更接近于1.0-0.0伏范围的信号，可以使用运算放大器或任何其他合适的电路/组件在使用分压器之前减去一些伏特数。在一示例中，当V₁从24V至12V变化时，可以首先减去10伏，然后可以用具有Z₂＝1kΩ和Z₁＝10kΩ的设定的分压电路转换14V到2V范围。当然，所用电路的类型可以有所不同，并且有许多替代电路。因而，所述转换电路可以是任何理想的电路，只要其接收一输入电压范围并将其转换成预定的信号输入范围，其中该输入电压范围大于V_F。然而，使用电阻分压器的一个显著优点在于，电阻分压器因为系数易于相互抵消而相对不受温度变化影响。但应指出的是，在一般情况下，可以期望电阻值使电压降低4倍，而在上述示例中，降低了略大于10倍。

图5示出示例性电路的示意图，所述电路包括具有一输入信号235的恒流驱动器240，其从转换电路230接收信号电压。恒流驱动器240向LED串250供电。可以理解的是，LED串250是串联连接的多个LED，并且向恒流驱动器240提供反馈使其可以按预期运行。可以理解的是，转换电路被示出为简单的分压器，提供1.5KΩ/(1.5KΩ+22.5KΩ)的比率，或者设定输入信号使得电压等于大约0.0625(V₁)。当然，视需要可以设置更复杂的转换电路(如上所述)。

图6和图7示出使用两条导线以提供调光控制的简化的LED固定装置500的另一实施例。导线532提供输入电压V₁给LED固定装置500，并且LED固定装置500包括LED模块540，LED固定装置500支撑LED模块540并向其供电。LED固定装置500包括恒流驱动器530，恒流驱动器530可以选择性地配置为在V₁超过预定的最小电压(其至少部分基于LED模块540的正向电压)的条件下提供恒流输出。恒流驱动器530被配置为基于输入信号选择性地改变电流。通常，可以使用第三导体来提供输入信号，然而所描述的实施例并不需要第三导体。相反，V₁在V_max和V_min之间变化，其中V_min大于恒流驱动器530工作所必须的预定最小电压。转换电路540将V₁转换至所需的输入信号。例如，如果恒流驱动器530被配置为接收在1-10伏之间变化的输入信号，则转换电路可以被配置为使用V_max和V_min与V₁之间的比率成比例地生成范围在1和10伏之间的对应的输入信号。

作为示例，但无限制地，如果V_max为24伏而V_min是15伏，则转换电路540可以简单地从V₁减去14伏并将其作为输入信号提供给恒流驱动器530。因此，如果V₁是15伏，则输入信号是1伏且电流水平将被设定在最大电流的1/10。当然，转换电路540还可以基于系统的V_max和V_min以及恒流驱动器的期望输入信号电平为多少来提供更复杂的转换。虽然一些驱动器可以基于对应的信号输入提供10个级别的电流，但是还可以提供更多或更少一些级别的电流。例如，恒流驱动器可以被配置为基于输入信号的四个级别(并且输入信号的级别可以是一定范围的电压)来提供四个级别的输出。因此，可以有相当大的灵活性。

应当指出的是，虽然图7所示的实施例适于DC输入，但是V₁可以是DC电压或AC电压。如果V₁是DC电压，则有可能无需额外的转换和调节功能，并且电路可以是如所示的那样，而可以忽略诸如前文所述电压模块310的电压模块。如果V₁是AC电压，则在转换电路和恒流驱动器之前可以使用整流器和稳压器/平滑电路来将V₁转换成DC电压。当然，转换电路和恒流驱动器还可以各包括其自己的AC至DC转换电路，但可预期的是，具有公用电压供给将使成本效益更高并且可能使系统更高效。

应当指出的是，转换电路可以直接集成至恒流驱动器中。这种集成的一个缺陷在于其可能针对每个应用都需要一个定制的恒流驱动器，而制作新驱动器的成本并不菲。然而，设想的是对于较大数量的应用，集成转换电路是有意义的，并且只要转换电路是将V_F以上的电压范围转换至对应的信号级别，这种集成就落入本公开的范围内。因而，举例但不做限制的是，分开描述的恒流驱动器530和转换电路540也可以设置为集成有转换电路的恒流驱动器的单个元件。

本文提供的公开内容根据其优选和示例性实施例进行了特征描述。本领域普通技术人员通过考察本公开可以想到所附权利要求的范围和精神内的许多其他实施例、修改和变型。

Claims (12)

1.一种LED模块，包括：

外壳；

LED串，由所述外壳支撑；

第一端子和第二端子，由所述外壳支撑；

恒流驱动器，联接到所述第一端子和第二端子，所述恒流驱动器被配置为针对最小电压V_F以上的电压范围来提供恒定输出电流以向所述LED串供电，所述恒流驱动器还被配置为基于输入信号来改变所述输出电流；以及

转换电路，位于所述外壳中且被配置为从所述第一端子和第二端子接收电压并将所述电压转换成在第一电平和小于所述第一电平的电平之间的范围内的信号电平，所述转换电路被配置为提供该信号电平作为所述输入信号。

2.根据权利要求1所述的LED模块，其中所述转换电路包括电阻分压器。

3.根据权利要求2所述的LED模块，其中所述转换电路包括电压减法电路。

4.一种LED系统，包括：

固定装置，包括第一接触部和第二接触部，所述第一接触部和第二接触部与所述固定装置电隔离并且彼此电隔离；

电压模块，由所述固定装置支撑，所述电压模块被配置为向所述第一接触部和第二接触部提供第一电压；以及

LED模块，可移除地安装在所述固定装置上，该模块包括恒流驱动器和LED串以及转换电路，所述转换电路被配置为将所述第一电压转换成小于所述第一电压的信号电压，其中所述恒流驱动器被配置为响应于所述信号电压而调节电流输出。

5.根据权利要求4所述的LED系统，其中所述固定装置以及所述第一接触部和第二接触部为细长的，以便提供轨道形的形状。

6.根据权利要求4所述的LED系统，其中所述电压模块被配置为提供可变的第一电压。

7.根据权利要求4所述的LED系统，其中所述转换电路被配置为提供0伏和1.5伏之间的信号电压。

8.根据权利要求4所述的LED系统，其中所述转换电路被配置为提供小于所述第一电压至少10倍的信号电压。

9.一种LED固定装置，包括：

外壳；

恒流驱动器，由所述外壳支撑，所述恒流驱动器被配置为响应于输入信号而选择性地提供恒定电流输出；

第一接触部和第二接触部，被配置为向所述恒流驱动器提供电压V₁；

至少一个LED，电联接到所述恒流驱动器；以及

转换电路，被配置为将所述电压V₁成比例地转换为输入信号。

10.根据权利要求9所述的LED固定装置，还包括电压供给电路，被配置为向所述恒流驱动器提供所述电压V₁。

11.根据权利要求10所述的LED固定装置，其中所述电压供给电路被配置为改变所述电压V₁。

12.根据权利要求11所述的LED固定装置，其中所述电压供给电路被配置为无线接收控制输入，并且响应于所述控制输入而改变所述电压V₁。