CN203618183U - 由整流电压供电的led列照明装置 - Google Patents

Abstract

一种LED照明电路，其中两个或多个LED的连接的配置通过固态开关的使用从并联变至串联，其中固态开关的使用取决于由电压检测器测量的交流源的电压电平是否超过LED的正向电压的和。

Description

由整流电压供电的LED列照明装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年10月11日提交的美国序号14/052,045的优先权和利益，其以引用的方式并入本文中。

技术领域

本实用新型涉及根据源电压的电平来使用开关以改变发光二极管（“LED”）阵列的配置。更具体地，两个或多个LED的连接的配置通过固态开关的使用在并联和串联之间变化，其中固态开关的使用依赖于由电压检测器测量的整流交流源的电压电平是否超过LED的正向电压的和。

背景技术

典型的，对于交流（“AC”）供电的灯，LED的使用需要电流限制设备以调整通过LED的电流并且保持稳定的光输出。图1是传统交流LED电路的示意图。LED可直接由交流电源驱动，例如，90VAC至135VAC或207VAC至253VAC源。在这个实例中，LED串D1和D2反向并行连接使得在每个半周期中仅有一个LED被偏置打开。尽管图示只有一个LED，众所周知，LED可以是一个LED串或列。

图1的电路的操作如图2所示，源电压202是正弦波形，其具有正的半周期和负的半周期。在正半周期中，LED串D2反向偏置且当源电压202超过LED串D1的正向电压时，在区域204所示的时间里LED串D1导通且发光。在源电压202的负半周期中，LED串D1反向偏置且当源电压202超过LED串D2的正向电压时，在区域206所示的时间里LED串D2导通且发光。在这个实例中，LED串D1和D2的正向电压相等，电阻R1和R2线性地限制通过LED串D1和D2的电流。然而，正弦交流线电压在线频率两倍的比率上关闭LED串，如图2所示，LED串的点亮时间是约40%。

图3显示了由整流交流电压供电的LED串的示意图，其具有调节LED电流的线性电流源。交流功率源302提供正弦输入至桥式整流器304。整流电压随后用在功率电流源306和正向偏置LED串308上。LED串308仅当桥式整流器304的输出超过LED串308的正向电压之和时是正向偏置的。图4显示了整流电压402的图形化描述以及通过曲线404的高信号来表示LED串308的点亮时间。类似于图1的电路，此电路在线频率的两倍的比率上关闭LED串。LED串的点亮时间大约是40至50%。

为了在提高效率并减少灯关闭时间的同时保持LED列的线性模型功率供应的简单设计，制造商想到当源电压不足够高以点亮整个LED串时，仅为LED串的部分供电。图5显示了驱动三个LED串的线性LED驱动的实例。交流电源502提供交流电，其由桥式整流电路504整流。集成电路506，在这个实例中市售的集成电路AIC6600，包括用于基于输入电压的检测电压电平控制LED串的打开和关闭的电压检测器。在更低的输入电压电平时，集成电路506激活主要LED串508，并不激活LED串510和512。在更高电压电平时，集成电路506打开主要LED串508和LED串510和512。这如图6所示，其显示整流电压602与LED串点亮时间的比较。在整流电压602的初始升高期间，当电压电平不超过主LED串508的正向电压时，LED串中没有一个被激活，如段604所示。当整流电压602超过主LED串508的正向电压时，主LED串508被供电，如段606所示，而LED串510和512是关闭的。当整流电压602超过了第二阈值电平，主串508和LED串510被激活，如段608所示。当整流电压602超过了第三阈值电平，主LED串508、LED串510和LED串512被激活，如段610所示。LED串中LED的个数取决于交流电源的电压电平。如图5可见使用该电路LED点亮时间增加至85%。然而LED串的使用率并不相同，LED主串508比LED串510和512更频繁地点亮，这会导致LED串的寿命的不同。

因此，考虑到这些和其他的因素，作出了本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的一个实施例是由整流电压供电的LED列照明装置，其具有一对LED，其中每个具有正向偏置电压，第一和第二电流驱动器，三个固态开关和电压检测器，三个固态开关配置成使得在第一状态中，该对LED并联连接至整流电压，且由第一电流驱动器驱动，在第二状态中，该对LED串行连接至整流电压，且由第二电流驱动器驱动，电压检测器用于比较整流电压和该对LED的正向偏置电压的和，当整流电压低于该对LED的正向偏置电压的和时电压检测器导致三个固态开关进入第一状态，当整流电压高于该对LED的正向偏置电压的和时电压检测器导致三个固态开关进入第二状态。

本实用新型的另一实施例中，LED具有相等的正向电压，固态开关是单刀双掷开关，或该对LED中的每一个是LED列。电压检测器可包括齐纳二极管，其具有等于或大于该对LED的正向偏置电压的和的齐纳电压。

本实用新型的又一实施例是由整流电压供电的LED列照明装置，其中整流电压具有两个或多个LED，其中每个具有正向偏置电压，第一和第二电流驱动器，固态开关和电压检测器，该固态开关配置以使得在第一状态中至少有两个LED并联连接至整流电压，且由第一电流驱动器驱动，在第二状态中至少有两个LED串联连接至整流电压，且由第二电流驱动器驱动，电压检测器基于整流电压是否低于或高于至少两个LED的正向偏置电压的和在第一和第二状态之间拨动固态开关。LED具有不等的正向电压，固态开关是单刀双掷开关，两个或多个LED中的每个都是LED列。LED由第一电流驱动器驱动，且在第二状态，LED由第二电流驱动器驱动。电压检测器可包括齐纳二极管，其具有等于或大于LED对的正向偏置电压的和的齐纳电压。

附图说明

附图仅作说明的目的，并不一定按比例绘制。然而，结合附图参考如下的说明书，本实用新型能够被更好地理解，附图如下：

图1是传统交流LED电路的示意图；

图2是图1中电路的施加的电压和LED点亮时间的图形化描述；

图3是由整流交流电压供电的LED串的传统示意图，其中整流交流电压具有调节LED电路的线性电流源；

图4是图3中电路的施加的电压和LED点亮时间的图形化描述；

图5是使用集成电路驱动三个LED串的LED驱动器的示意图；

图6是图5中电路的施加的电压和LED点亮时间的图形化描述；

图7是本实用新型一实施例的施加的电压和LED点亮时间的图形化描述；

图8A和8B是本实用新型一实施例的使用单刀双掷开关在串联和并联之间切换的概图；

图9是使用固态继电器作为单刀双掷开关的本实用新型一实施例的示意图；

图9A是本实用新型一实施例在第一状态下由单刀双掷开关创建的电路通路；

图9B是本实用新型一实施例在第二状态下由单刀双掷开关创建的电路通路；

图10是本实用新型另一实施例的施加的电压和用于等正向电压的四个LED串的LED点亮时间的图形化描述；

图11A至11C显示电路通路和施加的电压和用于等正向电压的四个LED串的LED点亮时间；

图12显示使用固态继电器作为四个LED串的单刀双掷开关的本实用新型另一实施例的示意图；以及

图13A至13C显示等正向电压的四个LED串的固态继电器的不同状态期间的电路通路。

具体实施方式

不同实施例将参照附图进行描述，这形成了说明书的一部分，且以各种方式说明了具体实施例。然而本实用新型可以多种不同的方式描述，不应解释为这里所述的具体实施例的限制。相反，这些实施例的提供使得本公开彻底和完整，且对于本领域技术人员来说完全表达了本实用新型的范围。如下所述，本实用新型的不同实施例在不脱离本实用新型范围或精神的情况下容易结合。

下面主要描述了本实用新型的实施例以提供本实用新型一些方面的基本理解。这不意味着确定重要的或关键的元素，或描述甚至限制本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式描述一些概念。

本实用新型的一个实施例使用具有等正向电压的LED串，其中LED串的连接根据整流正弦输入电压的电压电平从串联变为并联。在该实例中具有相同正向电压的两个LED串，当整流正弦输入电压低于两个LED串的正向电压的两倍时，两个LED串配置为并联连接，通过它们的电流由线性电流源控制。当输入电压超过正向电压值的两倍时，电路被重新配置，因此两个LED串串联连接，且LED电流由另一线性电流源控制。这如图7所示。在图7中，整流电压702是整流正弦电压曲线。当整流电压702小于LED串正向电压时，没有LED串点亮。随着整流电压702增加，且超过LED串的正向电压时，电路被配置使得两个LED串并联连接，且由线性电流源驱动，这在段704中由数字“1”指示。当电压曲线达到LED串中之一的正向电压值的两倍时，电路随后被配置使得两个LED串串联连接，且由第二线性电流源驱动，如段706中由数字“2”指示。尽管在这个实施例中LED串具有相等的正向电压，可选地，正向电压可以不相等。

图8A和8B显示了使用单刀双掷（SPDT）开关在串联和并联之间切换的概图。图8A显示当开关Y1和Y2在“P”位置时，对于正和负端子，LED串802和804并联连接。图8B显示当开关在“S”位置时，对于正和负端子，LED串802和804串联连接。

图9显示了使用固态继电器作为单刀双掷（SPDT）开关的本实用新型的示例性电路。电路包括开关904、906、908，线性电流源910、912和LED串914、916。开关904、906和908可以是固态继电器，例如由Vishay生产的市售LH1502继电器，包括常开的和常闭的开关，其可独立使用作为1形式A和1形式B继电器，或当一起使用时，作为1形式C继电器。可通过红外LED驱动控制。输出开关是具有MOSFET开关和控制电路的光电二极管阵列的组合。在一实施例中，电压检测器902可由齐纳二极管和电流源组成。零二极管电压选为LED串正向电压的两倍。在这个实施例中，随着输入电压增加至超过零二极管电压，电流开始流过控制开关，且导致控制开关从“P”位置变至“S”位置。

图9A显示当输入电压低于LED串914、916的正向电压的两倍时的LED电流通路918和控制电流通路920。在这个实例中，开关904、906和908都在“P”位置，因此对于输入电压并联连接LED串914、916。图9B显示当输入电压大于LED串914、916的正向电压的两倍时的LED电流通路922和控制电流通路924。在这个实例中，开关904、906和908均在“S”位置，因此对于输入电压串联连接LED串914、916。

并联/串联开关的概念可引申至两个LED串的倍数。图10显示使用每个具有相等正向电压的并联/串联概念的连接四个LED串的概念。源电压如整流电压1002所示。开始，当整流电压1002小于LED串的正向电压时，LED串没有点亮。当整流电压1002超过LED串中一个的正向电压时，所有四个LED串并联连接，且由图10中的段1激活。随着整流电压1002增加，在段2中，两个LED串中的每个并联连接，随后两个并联LED串串联连接。在段3，所有四个LED串串联连接。可见在这个配置下LED点亮时间进一步增加至大于90%。

图11A至11C显示了对于四个LED串使用单刀双掷（SPDT）开关在串联和并联之间切换的概图。在图11A，所有开关均在“P”位置，对于整流电压源，使得LED串1104、1106、1108和1110并联连接。这个配置对应于段1低于整流电压源1102的曲线。随着整流电压源1102增加，且超过两个LED串的正向电压之和，开关Y_2p和Y_2n变至“S”位置，使得LED串1104和1106并联连接，且LED串1108和1110并联连接。然而，LED串1104、1106与LED串1108和1110串联连接。这个配置对应于段2低于整流电压源1102的曲线。随着整流电压源1102增加，且超过LED串中所有四个的正向电压之和，剩下的开关也变至“S”位置，使得所有的LED串串联连接。这个配置对应于段3低于整流电压源1102的曲线。

图12显示了对四个LED串使用固态继电器作为SPDT开关的本实用新型的示例性电路。有十个开关1202至1220，两个电压检测器1222、1224和三个线性电流源1226至1230。在这个实施例中，开关和电压检测器会如图9所示的那样以相同的方式操作。图13A、13B和13C显示了如图10所示的LED开关的三级中的LED电流通路。图13A显示当整流电压超过一个LED串的正向电压并且所有LED串并联连接时的LED电流通路1302。图13B显示当整流电压超过LED串中的两个的正向电压的和时的LED电流通路1304。在这个实例中，LED串中的两个并联连接，两组并联LED串串联连接。图13C显示了当整流电压超过所有的LED串的正向电压的和时的LED电流通路1306，其中所有的LED串串联连接。

尽管本领域技术人员会建议其他的修改和改变，发明者实施这里的专利的意图是落入该技术方案的范围中的所有合理和合适的改变和修改。

Claims (11)

1.一种由整流电压供电的LED列照明装置，其特征是，包括： 

一对LED，每一个均具有正向偏置电压； 

第一和第二电流驱动器； 

三个固态开关，其配置使得在第一状态中该对LED并联连接至整流电压且由第一电流驱动器驱动，在第二状态中该对LED串联连接至整流电压且由第二电流驱动器驱动；以及 

电压检测器，其用于比较整流电压和该对LED的正向偏置电压的和，当整流电压低于该对LED的正向偏置电压的和时，电压检测器使得三个固态开关进入第一状态，并且当整流电压高于该对LED的正向偏置电压的和时，电压检测器使得三个固态开关进入第二状态。 

2.根据权利要求1所述的LED列照明装置，其特征是，LED具有相等的正向电压。 

3.根据权利要求1所述的LED列照明装置，其特征是，固态开关是单刀双掷开关。 

4.根据权利要求1所述的LED列照明装置，其特征是，该对LED中的每一个都是LED列。 

5.根据权利要求1所述的LED列照明装置，其特征是，电压检测器包括具有等于或大于该对LED的正向偏置电压的和的齐纳电压的齐纳二极管。 

6.一种由整流电压供电的LED列照明装置，其特征是，包括： 

两个或多个LED，其中每个具有正向偏置电压； 

第一和第二电流驱动器； 

固态开关，其配置使得在第一状态中至少两个LED并联连接至整流电压且由第一电流驱动器驱动，在第二状态中至少两个LED串联连接至整流电压且由第二电流驱动器驱动；以及 

电压检测器，其基于整流电压是否低于或高于至少两个LED的正向偏置 电压的和在第一和第二状态之间拨动固态开关。 

7.根据权利要求6所述的LED列照明装置，其特征是，LED具有不相等的正向电压。 

8.根据权利要求6所述的LED列照明装置，其特征是，固态开关是单刀双掷开关。 

9.根据权利要求6所述的LED列照明装置，其特征是，两个或多个LED中的每个都是LED列。 

10.根据权利要求6所述的LED列照明装置，其特征是，在第一状态中，LED由第一电流驱动器驱动，在第二状态中，LED由第二电流驱动器驱动。 

11.根据权利要求6所述的LED列照明装置，其特征是，电压检测器包括具有等于或大于LED对的正向偏置电压的和的齐纳电压的齐纳二极管。 

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