CN112913328A - 功率可控的led灯装置 - Google Patents

Abstract

一种用于照明设备(2)的LED灯(1)，该LED灯包括：多个LED(14)，以多组LED(15、16)的方式连接在一起；一个或多个整流电路(10、10a、10b)，用于整流从照明设备(2)接收的电流以提供给LED(14)；第一控制电路(24)，适于估计由LED灯(1)接收或使用的电流或电功率，并适于基于所估计的结果产生输出；以及开关电路(20)，包括第一开关(21)，用于以至少300kHz的开关频率并根据占空比在多个不同的电路配置之间切换多组LED(15、16)，其中，开关电路(20)配置为根据第一控制电路(24)的输出来调节占空比，以调整LED灯(1)所使用的电功率。

Description

功率可控的LED灯装置

技术领域

本发明一般涉及发光二极管(LED)灯和LED照明，更具体地，涉及适用于取代具有用于荧光灯的镇流器的照明设备中的荧光灯的LED灯。

背景技术

荧光照明已经存在很多年。这种方式的照明最初是作为白炽灯泡的高效替代品，但近年来在效率和功耗方面以及在如下所述的其它方面已被LED照明超越。

荧光灯通常包含灯管，其填充有惰性气体与少量的汞，且在两端覆盖有双销端盖。端盖包含发热丝用于预热管内的气体并蒸发汞，从而有助于荧光灯的点亮。在用户打开主开关(例如墙壁上的开关或天花板上的拉线开关)之后，荧光灯点亮，由传导电流产生的热量使荧光灯保持工作状态。为了便于灯的启动并限制在工作期间流过灯的电流，从而限制所消耗的功率，通常在荧光照明设备中安装镇流器，镇流器连接在市电电源与荧光灯之间，通过镇流器向该灯供电。

在最初采用时，唯一可用的镇流器是与荧光灯的电源串联设置的简单的电感或电抗(reactive)元件，由于电感器的频率相关阻抗，镇流器通过限制AC电流来限制所消耗的功率。不良结果是相对较低的功率因子和相对较高的电抗功率。这些类型的镇流器通常被称为磁性镇流器(magnetic ballast)。近来还采用了其它类型的镇流器(例如，电子镇流器)。这些镇流器通常首先将AC市电电力转换成DC电力，随后将DC电力转换成高频AC电力来驱动荧光灯。

电子镇流器可进一步分为两类：恒流镇流器和恒功率镇流器。大多数电子镇流器是设计为以基本恒定的振幅传输电流的恒流镇流器。这些镇流器可以建模为恒定AC电流源。这些镇流器通常包括自保护/自校正机构，以避免保持恒定电流的潜在问题。恒功率镇流器被设计为输送基本恒定的功率，并且输出电流将根据负载而变化以试图保持设计功率输出。如果工作功率低于设计输出水平，则恒功率镇流器通常试图增加输出电流以更接近设计功率水平。

LED灯比荧光灯更高效，并具有诸多其他优点。例如，LED灯不需要汞，从LED灯输出的光更具方向性，可以更容易地控制或调节功率，并且LED的寿命通常比荧光灯长得多。因此，通常期望用LED灯代替荧光灯，并且还期望能够在不需要改动照明设备的情况下，将替换的LED灯装配到为荧光灯设计的现有照明设备中。然而，当与不同类型的镇流器一起使用时，LED灯的工作方式通常不同。在一些情况下，在荧光照明设备中直接用LED灯替换荧光灯会造成整个照明设备出现故障。

在申请人的美国专利第9,832,837号中描述了与上述所有三种类型的镇流器(磁性镇流器、恒流镇流器和恒功率镇流器)兼容的LED灯装置，通过引用将其全部内容并入本文。该灯装置包括：布置在多个群组中的多个LED，可根据镇流器是磁性镇流器还是电子镇流器而在串接连接和并列连接之间切换，并且该灯装置还包括：电感元件和开关，该开关可根据电子镇流器是恒功率镇流还是恒流镇流器而闭合，以短接电感元件。

近来，对通用LED灯的需求不断增加，通用LED不论照明设备中的镇流器的类型，均可以安装至荧光照明设备中，并且也可以安装在没有镇流器的照明设备中。这种照明设备可以是例如最初为荧光灯设计但移除镇流器的照明设备。例如，当镇流器太旧和/或在镇流器工作多年后损坏时，可能发生此种情况。在这种情况下，许多用户希望去除镇流器，但仍然希望保留照明设备，或者安装没有任何镇流器的新照明设备。这种通用LED灯可以安装在照明设备中，而无需确定在照明设备中是否存在镇流器或者在照明设备中镇流器是什么类型，从而能够制造和储存适于在任何荧光照明设备中使用的单一设计的LED灯。在申请人的美国专利第10,342,079号中公开了这种通用LED灯的示例，该专利的全部内容通过引用合并于此。

现有LED灯的一个问题是缺乏良好的功率调节。恒功率镇流器设计用于驱动比LED灯消耗更多功率的荧光灯，因此倾向于以相对较高的功率驱动LED灯。不同型号的现有恒流镇流器也可以以完全不同的功率水平驱动相同的LED灯。图1示出了市场上各种不同品牌和型号镇流器的功率输出的曲线图，包括大量的电子镇流器和少量的磁性镇流器。该图在水平轴上显示镇流器功率输出(即，LED灯输入功率)，在垂直轴上显示驱动没有功率调节装置的示例性LED灯时，输出对应功率的不同品牌和型号镇流器的数量。

如图1所示，在驱动相同的LED灯时，电子镇流器的功率输出变化很大，有些镇流器的输出功率在20W左右或更低，而大多数镇流器的输出功率在30W至40W之间。具有更高输出功率(有些在40以上W)的电子镇流器通常是恒功率镇流器。当LED灯安装到具有不同品牌和型号的镇流器的照明设备中时，镇流器输出功率的这种大的变化导致LED灯输出的光发生相应变化。这种情况对于宣传LED灯具有特定光输出的灯具制造商，以及不论安装LED灯的照明设备的设计如何，期望相同的LED灯产生相同光量的用户来说，都是不希望的。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种LED灯，其具有更稳定的灯功率消耗，即光输出较少地依赖于所使用的镇流器的品牌或型号。

一方面，本发明涉及一种用于照明设备中的LED灯，包括：多个LED，以多组LED的方式连接在一起；一个或多个整流电路，用于整流从照明设备接收的电流以提供给LED；第一控制电路，适于估计由LED灯接收或使用的电流或电功率，并适于基于所估计的结果产生输出；以及开关电路，包括第一开关，用于以至少300kHz的开关频率并根据占空比在多个不同的电路配置之间切换多组LED。开关电路配置为根据第一控制电路的输出来调节占空比，以调整LED灯所使用的电功率。通过在LED的多个不同电路配置之间切换，LED组在LED灯电路中的连接被改变。

开关电路可以配置为调节占空比以将多个LED的功率输出基本上保持在预定水平。通过改变占空比，LED灯可以适应LED灯消耗的平均功率，以实现基本稳定和可预测的灯功率消耗和光输出，而无论用于向LED灯供电的镇流器是何种品牌或型号。

第一控制电路可以包括执行代码的微处理器或微控制器，用于确定用于调节占空比的输出。第一控制电路可以实施算法或公式以控制开关电路的切换以产生LED灯的特定的预定功耗。在一个实施例中，第一控制电路使用流过LED的电流与以百分比表示的占空比之间的基本上直线关系来计算用于调节占空比的输出。第一控制电路可以适用关系式D＝mA+c来计算用于调节占空比的输出，其中D与占空比成比例，A与流过LED的电流成比例，并且m和c是具有预定值的系数。系数m和c的值根据LED灯的配置而变化，并且可以根据经验确定。特别地，m和c的值取决于LED的数量和LED在多个组中的划分。

多个LED组可以包括串联连接的第一组LED和第二组LED，其中第一开关与第二组LED并联连接。在这种配置中，当第一开关闭合时，第二组LED被第一开关旁路(即，基本上短路)。当第一开关断开时，来自整流电路的电流流过两组LED，并且当第一开关闭合时，电流流过第一开关和第一组LED。第二组LED被旁路，使得几乎没有或基本上没有电流流过第二组LED。

该LED灯还可以包括：电感元件，其被连接以从照明设备接收输入电流以供应至LED；以及第二开关，其被连接以在从照明设备接收的输入电流低于预定阈值时使电感元件旁路。第二开关可以由第二控制电路控制，第二控制电路适于测量由LED灯从照明设备接收的电流或在LED灯中流动的电流，并基于所测量的结果来控制第二开关。如果由LED灯接收的电流或流过LED灯的电流低于预定阈值，则第二控制电路可以闭合第二开关，以使电感元件旁路(即，短路)，并且当达到或高于预定阈值时，断开第二开关。这在使用恒功率电子镇流器工作时可以增加LED灯的输入阻抗，而在其他情况下则不会增加输入阻抗。电感元件可以被连接以在整流之前从照明设备接收电流，例如，电感元件可以被串联连接在LED灯的一个连接器引脚与一个整流电路之间。电感元件可以具有在200μH至500μH范围内的电感。

LED灯还可包括：开关模式电源，其被电连接以从一个或多个整流器接收已整流的电流并产生适合于驱动LED的开关DC输出电流；以及频率检测电路，其适于检测从照明设备提供给LED灯的电压或电流的频率，并产生输出，或者电压检测电路，其适于检测从照明设备提供给LED灯的电压。LED灯可以适于基于频率检测电路或电压检测电路的输出来断开或禁用或停用开关电路，并连接或启用或激活用于驱动LED的开关模式电源。

LED灯可以包括与其中一组LED串联连接的第三开关，其中当第三开关断开时，该组LED与整流器的输出断开连接。当第三开关断开时，第三开关还可将开关电路与整流器的输出断开。

附图说明

在考虑了本发明的示例性非限制性实施例的以下详细公开之后，尤其是当结合附图考虑时，本发明的优点将变得显而易见，其中：

图1是各种镇流器驱动示例性常规LED灯时的输出功率曲线图；

图2是LED灯和照明设备的示意图；

图3是包括用于功率调节的第一开关电路的LED灯的实施例的简化框图；

图4是LED灯两端式样的简化框图；

图5是包括可切换电感元件的LED灯的变型的简化框图；以及

图6是包括开关模式电源的LED灯的另一变型的简化框图。

具体实施方式

下面是本说明的示例性实施例的更详细的说明。图2示出了适于安装在为荧光灯设计的照明设备2中的LED灯1，LED灯1的尺寸和形状优选为使得能够在不经改动的情况下装配到照明设备2中。两个电连接器3(通常以引脚的形式)设置在LED灯1的每一端，用于可释放地连接到照明设备的相应连接器4。照明设备2可以包括镇流器5，也可以没有镇流器。如果在照明设备中包括镇流器5，则镇流器5可以是磁性镇流器、作为恒流镇流器工作的电子镇流器或者作为恒功率镇流器工作的电子镇流器。

照明设备2经由连接器4向LED灯1供电。由照明设备2提供的输入到LED灯1的电力根据照明设备的设计(即，照明设备是否有镇流器，如果有，是什么类型的镇流器)而变化。

照明设备1可以没有镇流器。这种类型的照明设备通常在连接器4提供AC市电电压(例如，50Hz或60Hz的120Vac或230Vac)。这被称为“直接市电”，尽管照明设备可能包括在AC市电输入与照明设备的连接器4之间的一些电路组件。

照明设备2可以安装有电磁镇流器，该镇流器使用电感元件调节供应给照明设备的电流，该电感器通常在连接器4以类似于市电情况的市电频率和电压提供电力。

照明设备2可以安装有电子镇流器，该电子镇流器通常将AC市电电压功率(mainsvoltage power)转换为DC，然后再转换回变频AC电压，在连接器4提供高频电力(例如，在20kHz至70kHz频率范围的100-110Vac)。电子镇流器通常被设计为恒流镇流器，设计为以基本恒定的振幅提供电流；或者设计为恒功率镇流器，设计为传输基本恒定的功率，并且其输出电流将根据负载阻抗而变化，以试图保持设计功率输出。如果负载电压(例如，LED灯1两端的负载电压)低于预期的荧光灯电压，则恒功率镇流器通常试图增加输出电流以更接近设计功率水平。

图3示出了根据本发明的LED灯1的实施例的简化框图。在本实施例中，LED灯1包括多个连接器引脚3，用于从照明设备2接收电力。连接器引脚3电耦合至整流电路10，整流电路10适于对由连接器引脚3接收的电压和电流进行整流。整流电路10的输出电耦合到可选的滤波电路12，并且电耦合到开关电路20(如果包括滤波电路，则经由滤波电路12)。开关电路20包括第一开关21。

可选的滤波电路12可以是EMI滤波器，即，用于减小由开关电路20(和图6的实施例中的开关模式电源40)产生的电磁干扰(EMI)的滤波器。通过引用并入本文的申请人的美国专利第10,342,079号描述了可在LED灯1中实现的滤波电路的示例。

在一些实施例中，开关电路20可以包括开关模式电源，该开关模式电源可以是常规设计，用于转换来自整流电路10的整流DC电源以生成适于驱动LED 14的开关DC输出。在图4所示的实施例中，开关电路20包括：第一开关21，电感器27与第一开关21和第一组LED15串联连接；以及二极管28和与第一组LED 15并联连接的电容器29。如本领域技术人员可以理解的，许多不同的配置可以用于开关电路20

LED灯1包括电耦合至整流器10的输出以接收由整流器10输出的电流的多个LED14。在该实施例中，LED 14被布置为两组，即，第一组LED 15和第二组LED 16。第一开关21操作以在两个不同的电路配置之间切换LED 14，在该两个不同的电路配置中，两组LED 15、16被不同地连接至LED灯1的电路中。在该实施例中，第一组LED 15和第二组LED 16串联连接，并且第一开关21与第二组LED 16并联连接。当第一开关21断开时，LED 14以第一电路配置连接，第二组LED 16不被旁路，并且整流器10输出的电流串联地流过两组LED 15、16。当第一开关21闭合时，LED 14以第二电路配置连接，第二组LED 16被第一开关21旁路(即，基本上短路)，使得整流器10输出的电流流过第一开关21和第一组LED 15，而绕过第二组LED16，从而很少或基本上没有电流流过第二组LED 16。

因此，在该实施例中，在第一电路配置中，当第一开关21闭合时，来自整流器10的电流基本上全部流过第一组LED 15而不流过第二组LED 16，从而LED灯消耗相对较低的功率。在第二电路配置中，当第一开关21断开时，来自整流器10的电流基本上全部流过第一和第二组LED 15、16，从而LED灯消耗相对较高的功率。当使用恒流电子镇流器进行操作时，切换LED组的电路配置可以最有效地控制灯功率，但也可以控制恒功率电子镇流器的灯功率。

尽管本实施例包括串联连接的两组LED，但LED灯1也可以包括三组或更多组LED和/或LED组的互连可以不同，并且每组中的LED的数量可以相同或在组之间可以不同。此外，尽管本实施例包括与LED组之一并联连接的第一开关21，但是第一开关21可以以不同的方式连接以限定LED组的不同电路配置，和/或LED灯1可以包括一个以上的用于改变LED组的配置的开关。例如，LED灯1可以包括并联连接的两组或更多组LED，其中第一开关21与LED组中的一组串联连接，该组LED中的LED的数量与其他组中的一组或更多组LED中的LED数量不同。

第一控制电路24适于估计由LED灯1接收或由其使用的电流、电压或功率，并且适于基于该估计来产生输出，用于控制开关电路20以切换第一开关21。例如，可以通过测量电流或电压并将该测量值用作第一控制电路24的输入来得出估计值。可以在LED灯1的电路中的不同位置进行测量，例如在整流器10的输入处、在整流器10的输出处、与LED 14串联处等。在图3所示的实施例中，传感器元件25与LED 14串联连接以测量流过LED 14的电流。传感器元件25可以是例如电阻器，在该电阻器上测量电压以得出第一控制电路24的输入。

开关电路20适于控制第一开关21以特定频率和特定占空比断开和闭合开关。在该实施例中，开关电路20适于以高频，优选地以300kHz或更高的频率来切换第一开关21。尽管频率可以更高，但合适的范围是300kHz至1MHz。电子镇流器通常提供在40kHz至60kHz范围内的输出，第一开关21的开关频率优选在该范围之上并且足够高，以使其不会干扰电子镇流器的操作，特别是在镇流器包括感测机构的情况下，如果LED灯表现得不像荧光灯管，则可能导致镇流器不必要地关断。

本文中使用的术语占空比是指在断开和关闭第一开关21的每个周期中，第一开关21闭合的部分。换句话说，占空比为100％是指第一开关21始终闭合(使得第二组LED 16始终被旁路)的情况，而占空比为0％是指第一开关21始终断开(使得第二组LED 16从不被旁路)的情况。开关电路20配置为根据第一控制电路24的输出来调节占空比，以调节LED灯1消耗或使用的功率。开关电路20还可以配置为根据第一控制电路24的输出来调节第一开关21的开关频率。

通过改变占空比，LED灯1可以调整由LED灯1消耗的平均功率，从而实现所需的灯功率水平。这样，无论用于向LED灯1供电的镇流器是什么品牌或型号，LED灯1都可以具有基本稳定且可预测的灯功率消耗和光输出。

第一控制电路24可以包括用于计算占空比应如何调节的逻辑，例如基于传感器元件25的输出。第一控制电路24可以使用硬连线逻辑或硬件结合软件来实现，例如使用ASIC、FPGA、微处理器、微控制器或其他合适的装置。在一个实施例中，第一控制电路24实施用于控制开关电路20的切换以产生LED灯1的特定预定功耗的算法或公式，以实现对灯功率的调节。第一控制电路24和开关电路20可以是单独的组件，或者可以集成在单个组件中。

在一个实施例中，第一控制电路24接收来自传感器元件25的输入，该输入与流过LED 14的电流成比例，第一控制电路24提供指示第一开关21占空比的输出。

在一个实施例中，第一控制电路24利用流过LED 14的电流与百分比占空比之间的基本上直线关系来计算用于调节占空比的输出。第一控制电路24可以适用关系式D＝mA+c来计算用于调节占空比的输出，其中D与占空比成比例，A与流过LED 14的电流成比例，并且m和c是具有预定值的系数。系数m和c的值根据LED灯的配置而变化，并且可以根据经验来确定。特别地，m和c的值取决于LED 14的数量以及LED在多个组15、16中的划分。上述关系式的一部分表示灯电路的固定部分(例如，第一组LED 15)的贡献，其余部分表示灯电路的可变部分(例如，循环接通和断开的第二组LED 16)的贡献。

在一个示例性实施例中，LED灯1包括二十四个LED 14，其被划分为具有十六个LED的第一组LED 15和具有八个LED的第二组LED 16。在该实施例中，第一控制电路24适用关系式D＝0.63A-224，其中D是占空比(百分比)，A是流过LED 14的平均电流，单位为mA。例如，如果平均电流测得为430mA，则占空比D＝40，即控制电路24将产生将占空比设置为40％的输出。在另一个示例性实施例中，LED灯1包括二十四个LED 14，其被分成第一组和第二组，第一组和第二组均具有十二个LED。在该实施例中，关系式变为D＝0.56A-198。使用测量电流为430mA的相同示例，控制电路24将生成将占空比设置为37％的输出。对于LED组的其他配置，系数m和c的值可以通过线性插值来计算。

上述示例性实施例中的系数m和c的值当被用于上述关系式时，适用于蓝光泵浦的白光LED(即，具有蓝光LED泵浦的荧光转换型白光LED)并且在大约500kHz的开关频率下使用。系数m和c的值可使用经验方法针对开关频率的变化或针对与不同的LED一起使用来调整。

在另一个实施例中，第一控制电路24实施查找表，该查找表包括具有相应占空比的测量值。查找表可以包括存储在存储器中的一系列值，或者可以包含在软件代码中(例如，作为代码中的一系列if-then语句)。

控制电路24可以配置为周期性地读取输入并计算相应的占空比，例如每40ms一次，以实现连续监测和调节占空比，从而实现对灯功率的稳定调节。

发明人使用根据图4所示实施例构造的LED灯1进行了实验，当由三个不同的市售恒流电子镇流器供电时，开关电路20以500kHz的开关频率工作。测量镇流器的输出电压和输出电流以计算灯的输入功率，并且第一控制电路24配置为调节开关电路20的占空比以实现约25W的灯功率。的所得到的用于操作开关电路20的占空比被记录下来。结果如下面的表1所示，其表明LED灯1在接近25W的设计功耗下成功运行。

表1

图4示出了图3的LED灯1的另一实施例，其两端构造类似于标准荧光灯管，并且适合安装在为荧光灯管设计的照明设备中。LED灯1包括两组连接器引脚3a，3b和两个整流电路10a，10b，在LED灯1的每一端步骤一组连接器引脚和一个整流电路。注意，所描述的所有实施例都可以利用如图4所示的具有两组连接器引脚3a，3b和两个整流电路10a，10b的两端构造。

图5示出了图3的LED灯1的另一实施例，包括串联连接在连接器引脚3和整流电路10之间(即，在整流器10的AC侧)的电感元件30和跨接在电感元件30上的第二开关31。第二开关31由第二控制电路32控制，该第二控制电路32适于测量由LED灯1从照明设备2接收的电流或在LED灯1中流动的电流。

恒功率镇流器被设计为输送基本恒定的功率，并且输出电流将根据负载而变化以试图保持设计功率输出。如果工作功率低于设计输出水平，则恒功率镇流器通常尝试增加输出电流以更接近设计功率水平。LED灯比荧光灯更有效率，它使用更少的功率来产生相同量的光。使用恒功率镇流器为LED灯供电可能会导致镇流器过度增加其输出电流以接近设计功率水平。这个问题可以通过增加LED灯1的输入阻抗(即，通过镇流器查看到的负载阻抗)来解决，但是，固定的高输入阻抗会给许多恒流电子镇流器的设计带来问题，这些镇流器具有安全关断功能，可以拒绝任何不像荧光灯那样的负载。

在该实施例中，电感元件30和第二开关31提供了一种用于在供应给LED灯1或在LED灯1中流动的电流达到或超过阈值时，增加LED灯1的输入阻抗的装置，由此使LED灯1能够具有可变的输入阻抗。

在该实施例中，当第二控制电路32确定LED灯1接收的电流或流过LED灯1的电流低于预定阈值时，第二开关31保持闭合状态(优选诸如继电器的常闭开关，或者如果第二控制电路是常开开关，则第二控制电路32可以断开第二开关31)，从而使电感元件30旁路(即，短路)，以使得LED灯1的输入阻抗不增加。当安装在装有恒流电子镇流器的照明设备2中时，此状态适合于操作LED灯1。

当第二控制电路32确定LED灯1接收的电流或流过LED灯1的电流等于或大于预定阈值时，第二控制电路32断开第二开关31(如果是常开开关，则不关闭第二开关31)，使得来自照明设备的电流流过电感元件30，这增加了LED灯1的输入阻抗。当安装在装有恒功率电子镇流器的照明设备2中时，此状态适合于操作LED灯1。

可替代地，第二开关31可以实现为适于当通过保险丝的电流超过预定阈值时熔断(变成开路)的保险丝，并且可以省略感测电路32。

优选地，电感元件30具有在200μH至500μH范围内的电感。电感元件30可以布置在整流器10的DC侧(例如，串联在整流电路10的输出和LED 14之间)，但优选布置在整流器10的AC侧。当与恒功率电子镇流器一起使用时，第一开关21的占空比的调节对灯功率的影响有限。然而，所包含的当使用恒功率镇流器时可切换到电路中的电感元件30，以及调节占空比的能力，能够改进在较低功率水平对LED灯1消耗的功率的调节，即使镇流器为恒功率镇流器。

发明人使用相同的参数进行了与上述实验类似的实验。使用根据图5所示实施例构造的LED灯1，测试了四种不同的市售恒功率镇流器。用于实验的电感元件30具有470μH的电感。其他参数与上述实验相同。结果如下面的表2所示。

表2

图6示出了LED灯1的另一实施例。该实施例与图5类似，增加了由第三控制电路36控制的第三开关35，以及开关模式电源40.

当LED灯1在具有电子镇流器的照明设备中操作时，引脚连接器3接收由电子镇流器产生的高频AC电压。当电子镇流器启动时，它首先会产生一个通常约为400Vac的高输出电压以点燃荧光灯。在点火期之后，输出电压下降并且取决于负载阻抗，通常具有比AC市电电压低的电压，例如根据负载情况在40-80Vac的范围内，并具有比AC市电电压高得多的频率，例如在20kHz至200kHz的范围内。

当LED灯1在直接市电照明设备中(即，没有镇流器)操作时，引脚连接器3通常接收AC市电电压，而整流器10的输出是脉动DC电压，其最大电压，对于120Vac和230Vac应用，通常分别接近170Vpk和325Vpk，并且纹波频率是市电频率的两倍，例如100Hz或120Hz(对于全波整流)。当将LED灯1安装在具有磁性镇流器的照明设备中时，连接器3通常接收由镇流器中的电感元件改变的AC市电电压，并且在稳态操作期间，整流器6(优选全波整流器)的输出是脉动DC电压，类似于没有镇流器的情况。

当LED灯1在直接市电照明设备中或与磁性镇流器一起操作时，通常不需要由开关电路20和第一开关21提供功率调节。在这种操作模式下，开关电路20被断开或禁用或停用，而由开关模式电源40为一组LED 15、16中的一个或多个供电。

在图6的实施例中，第三开关35与第二组LED 16串联连接，使得当第三开关35打开时，第二组LED 16与整流器10的输出断开。第三开关35也使开关电路20与整流器10的输出断开。

第三开关35由第三控制电路36控制，该第三控制电路36可以包括频率检测电路36a，该频率检测电路36a适于检测提供给LED灯1的电压或电流的频率，以区分电子镇流器与性磁镇流器或直接市电。对于磁性镇流器或直接市电，提供给LED灯1的AC电压和电流的频率基本上是市电频率，例如50或60Hz，远低于电子镇流器的典型输出频率(通常在20至200kHz的范围内)。如果第三控制电路36检测到频率等于或高于预定阈值(例如10kHz)，其闭合第三开关35以连接第二组LED 16和开关电路20，适于与电子镇流器一起操作。如果第三控制电路36检测到频率低于预定阈值，则其断开第三开关35以断开第二组LED 16和开关电路20，适合于无镇流器或具有电磁镇流器的操作。

可替代地，第三控制电路36可以包括电压检测电路36b，该电压检测电路36b适于检测提供给LED灯1的电压以区分电子镇流器与磁性镇流器或直接市电，因为由磁性镇流器或直接市电提供的电压通常明显高于电子镇流器的典型输出电压。

开关模式电源40经由可选的滤波电路12(如果包括)电连接至整流器10的输出，并且开关模式电源40的输出连接至第一组LED 15。开关模式电源40可以是常规设计，用于转换来自整流器10的整流DC电源以生成适合于驱动LED 14的开关DC输出。

开关模式电源40可以适于检测其输入的电压，或在整流器10或滤波电路12的输出处的电压。如果检测到的电压等于或低于预定阈值(例如100V)，则开关模式电源40被禁用或断开或停用。电压检测电路可以被集成到开关模式电源40中，或者可以是单独的组件。二极管42可以串联连接在开关模式电源40的输出与第一组LED 15之间，以在与电子镇流器一起工作时阻止电流流入开关模式电源。开关模式电源在LED灯中的应用还在申请人的美国专利第10,342,079号中进行了描述，该专利以引用方式并入本文。

因此，图6的实施例可以在具有恒流或恒功率电子镇流器、磁性镇流器或不带镇流器的照明设备中操作。当LED灯1用电子镇流器操作时，第三开关35由第三控制电路36闭合(其检测到供电频率高于阈值或供电电压低于阈值)，并且第一开关21以高开关频率(例如，500kHz)工作，以在LED组的不同电路配置之间切换，从而在由控制电路24基于来自传感器元件25的输入(例如，基于流过传感器元件25的电流)所计算的占空比下提供功率调节。当电子镇流器为恒流镇流器时，第二开关31闭合，当电子镇流器为恒功率镇流器时，第二开关31断开(以使来自镇流器的电流流过电感元件30)，以增加LED灯1的输入阻抗。当开关模式电源40的输入电压或整流器输出电压被检测到低于指示灯正在用电子镇流器工作的阈值时，开关模式电源40被禁用、断开或停用。

当LED灯1用磁性镇流器或直接市电操作时，第三开关35由第三控制电路36断开(其到检测供电频率低于阈值或者供电电压高于阈值)，并且开关电路20被断开或禁用或停用。第二开关31闭合，并且当检测到其输入电压或整流器输出电压达到或超过指示灯正在使用直接市电或磁性镇流器工作的阈值时，开关模式电源40被启用、连接或激活。开关模式电源40产生用于驱动第一组LED 15的开关DC输出。

本文描述的实施例提供了一种调节LED灯1所使用的功率的装置。例如，如图1所示，市场上的传统LED灯当由不同类型的镇流器驱动时，表现出在24W-50W范围内很大的灯功率变化，而在此描述的实施例可以实质性地减小灯功率变化。

第一开关21、第二开关31和第三开关35均可以实现为机电继电器或诸如晶体管或MOSFET等的半导体开关。在本公开中，术语“断开”和“闭合”涵盖诸如由机电继电器产生的接通/断开切换，或者晶体管或MOSFET等的断开和接通，即，从相当于闭合开关的低阻抗的“接通”或连接状态，到相当于开路开关的高阻抗的“关断”或断开状态之间的变化。第一开关21以高频(300kHz或更高)切换，并优选采用半导体开关，例如GaN开关，以减小开关中损耗的大小。上述实施例仅使用一个高频开关，即第一开关21，这降低了成本，并使得可以使用简单的电路来实现令人满意的和实用的功率调节电路。整流器10、10a、10b可以是全波整流器，其使用选择的二极管来降低高频的损耗，例如SiC二极管。

本领域技术人员将理解，本文描述的实施例都涉及具有用于调节灯功率的装置的LED灯组件，并且关于一个实施例描述的特征可以与其他实施例的特征一起使用或组合。尽管上面已经结合具体实施例阐述了本发明的原理，但是应当理解的是，该描述仅是示例性的，并不作为对本发明保护范围的限制，本发明的保护范围由所附权利要求书确定。

Claims (12)

1.一种用于照明设备(2)的LED灯(1)，所述LED灯(1)包括：

多个LED(14)，以多组LED(15、16)的方式连接在一起；

一个或多个整流电路(10、10a、10b)，用于整流从所述照明设备(2)接收的电流以提供给所述LED(14)；

第一控制电路(24)，适于估计由所述LED灯(1)接收或使用的电流或电功率，并适于基于所估计的结果产生输出；以及

开关电路(20)，包括第一开关(21)，用于以至少300kHz的开关频率并根据占空比在多个不同的电路配置之间切换所述多组LED(15、16)；

其中，所述开关电路(20)配置为根据所述第一控制电路(24)的输出来调节占空比，以调整所述LED灯(1)所使用的电功率。

2.根据权利要求1所述的LED灯(1)，其中，所述开关电路(20)配置为调节占空比，以将所述多个LED(14)的功率输出基本保持在预定水平。

3.根据权利要求1或2所述的LED灯(1)，其中，所述第一控制电路(24)包括执行代码的微处理器或微控制器，用于确定用于调节占空比的输出。

4.根据权利要求1或2所述的LED灯(1)，其中，所述多组LED包括串联连接的第一组LED(14)和第二组LED(15)，并且其中所述第一开关(21)与所述第二组LED(16)并联连接。

5.根据权利要求1所述的LED灯(1)，还包括：

电感元件(30)，被连接以接收来自所述照明设备(2)的输入电流以供应至所述LED(14)；以及

第二开关(31)，被连接以在从所述照明设备(2)接收的输入电流低于预定阈值时使所述电感元件(30)旁路。

6.根据权利要求5所述的LED灯(1)，其中，所述第二开关(31)由第二控制电路(32)控制，所述第二控制电路(32)适于测量由所述LED灯(1)从所述照明设备(2)接收的电流或在所述LED灯(1)中流动的电流，并基于所测量的结果控制所述第二开关(31)。

7.根据权利要求5或6所述的LED灯(1)，其中，所述电感元件(30)被连接以在整流之前从所述照明设备(2)接收电流。

8.根据权利要求5至6中任一项所述的LED灯(1)，其中，所述电感元件(30)具有在200μH至500μH范围内的电感。

9.根据权利要求1或2所述的LED灯(1)，还包括：

开关模式电源(40)，被电连接以从一个或多个整流器(10、10a、10b)接收已整流的电流，并产生适合于驱动所述LED(14)的开关DC输出电流；以及

频率检测电路(36a)，适于检测从所述照明设备(2)向所述LED灯(1)提供的电压或电流的频率并产生输出，或者电压检测电路(36b)，适于检测从所述照明设备(2)向所述LED灯(1)提供的电压；

其中，所述LED灯(1)适于基于所述频率检测电路(36a)的输出或所述电压检测电路(36b)的输出来断开或禁用或停用所述开关电路(20)，并连接或启用或激活用于驱动所述LED(14)的所述开关模式电源(40)。

10.根据权利要求9所述的LED灯(1)，还包括与其中一组LED(16)串联连接的第三开关(35)，其中当所述第三开关(35)断开时，所述一组LED(16)与所述整流器(10、10a、10b)的输出断开连接。

11.根据权利要求10所述的LED灯(1)，其中，当所述第三开关(35)断开时，所述第三开关(35)还将所述开关电路(20)与所述整流器(10、10a、10b)的输出断开。

12.根据权利要求1或2所述的LED灯(1)，其中，所述LED灯(1)仅包括一个开关，所述开关适于在300kHz以上的频率进行切换。

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