DE212017000278U1 - System-in-Package für eine LED-Antriebs- und LED-Beleuchtungsvorrichtung einschließlich derselben - Google Patents

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Abstract

Lichtemittierende Dioden (LED) Beleuchtungsvorrichtung, umfassend:
- mindestens eine LED-Gruppe, die eine Vielzahl von LEDs umfasst;
- einen Gleichrichter, der konfiguriert ist, um eine Wechselstrom(AC)-Spannung gleichzurichten und eine Antriebsspannung für die mindestens eine LED-Gruppe zu erzeugen; und
- ein System-in-Package (SIP), das konfiguriert ist, um die mindestens eine LED-Gruppe anzutreiben und zu steuern, wobei das SIP mit der mindestens einen LED-Gruppe und dem Gleichrichter verbunden ist, wobei das SIP ein Antriebsmodul, ein Funktionsmodul und einen ersten Widerstand umfasst, der auf einem einzelnen Substrat angeordnet ist.

Description

  • [Technischer Bereich]
  • Beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer mit Wechselstrom (AC) angetriebenen lichtemittierende Dioden-(LED) und auf ein System-in-Package (SIP) zum Antreiben einer darin enthaltenen LED.
  • [Stand der Technik]
  • Um eine LED mit einer Wechselspannung zu betreiben, kann im Allgemeinen eine Schaltung verwendet werden, die die Wechselspannung in eine gleichgerichtete Spannung umwandelt und die Anzahl der lichtemittierenden LED-Elemente entsprechend der Schwankung der Größe der gleichgerichteten Spannung einstellt. In den letzten Jahren werden häufig dimmbare LED-Beleuchtungsvorrichtungen, die in der Lage sind, die Lichtintensität an die Bedürfnisse des Benutzers anzupassen, zusätzlich zu LED-Beleuchtungsvorrichtungen, die nur ein konstantes Licht liefern, verwendet.
  • Bei wechselstromgetriebenen Beleuchtungsvorrichtungen ist es jedoch schwierig, die Dimmfunktion zu steuern und die Linearität in der Dimmsteuerung sicherzustellen, da die LED-Elemente mit einer gleichgerichteten Spannung betrieben werden. Dementsprechend können in der wechselstromgetriebenen Beleuchtungsvorrichtung verschiedene Schaltungselemente vorgesehen werden, um diese Nachteile zu überwinden. Diese verschiedenen Schaltungselemente werden jedoch separat verpackt und auf einem Substrat angebracht, was die Größe und die Herstellungskosten des Produkts erhöht.
  • Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt über den Stand der Technik offenbart werden, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds des erfinderischen Schritts und können daher Informationen enthalten, die keinen Stand der Technik darstellen.
  • [Offenbarung der Erfindung]
  • [Technisches Problem]
  • Beispielhafte Ausführungsformen betreffen einen SIP für das Betreiben einer LED-Antriebs sowie LED-Beleuchtungsvorrichtungen, welche das SIP umfassen, die geeignet sind, Größe und Herstellungskosten des Produkts zu reduzieren.
  • Zusätzliche Aspekte werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind zum Teil aus der Offenbarung ersichtlich sein oder können durch die Anwendung des erfinderischen Ansatzes abgeleitet werden.
  • [Technische Lösung]
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer lichtemittierenden Diode-(LED)- mindestens eine LED-Gruppe mit einer Vielzahl von LEDs, einen Gleichrichter, der konfiguriert ist, um eine Wechselstrom (AC)-Spannung gleichzurichten und eine Betriebsspannung für die mindestens eine LED-Gruppe zu erzeugen, einen SIP, der konfiguriert ist, um die mindestens eine LED-Gruppe zu betreiben und zu steuern, wobei der SIP, der mit der mindestens einen LED-Gruppe und dem Gleichrichter verbunden ist, ein Antriebsmodul, ein Funktionsmodul und einen ersten Widerstand umfasst, die auf einem einzigen Substrat angeordnet sind.
  • Das Antriebsmodul kann eine Antriebssteuerung umfassen, die konfiguriert ist, um die Größe der Antriebsspannung zu bestimmen und um das Antreiben der mindestens einen LED-Gruppe gemäß der Größe der Antriebsspannung zu steuern und eine Antriebsstromsteuerung, die konfiguriert ist, um einen Strom zu steuern, der in jeder LED-Gruppe fließt, um einen konstanten Wert zu haben.
  • Das Antriebsmodul kann eine interne Stromversorgungseinheit umfassen, die konfiguriert ist, um eine interne Leistung zu erzeugen, die im Antriebsmodul aus der Antriebsspannung verwendet wird, eine LED-Antriebsstromsteuerungseinheit, die konfiguriert ist, um einen LED-Antriebsstromwert für jede Betriebsperiode basierend auf Widerstandswerten externer LED-Antriebsstromeinstellungswiderstände einzustellen, und eine Dimmsteuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Dimmsignal an mindestens eine der Antriebssteuerungen und die LED-Antriebsstromeinstellungseinheit bereitzustellen.
  • Das Funktionsmodul kann einen Dimmwertdetektor umfassen, der konfiguriert ist, um die Antriebsspannung zu empfangen und den aktuell ausgewählten Dimmwert basierend auf der Antriebsspannung zu erfassen.
  • Das Funktionsmodul kann ferner einen Überspannungsschutz umfassen, der konfiguriert ist, um die mindestens eine LED-Gruppe vor einer Überspannung oder einem Überstrom zu schützen.
  • Der erste Widerstand kann ein Ableitwiderstand mit einem hohen Widerstandswert sein.
  • Das Antriebsmodul und der erste Widerstand können die größte Menge an Wärme im SIP erzeugen, und ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul und dem ersten Widerstand innerhalb des einzelnen Substrats kann größer sein als ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul und dem Funktionsmodul und ein Abstand zwischen dem ersten Widerstand und dem Funktionsmodul.
  • Das SIP kann ferner eine Wärmeableitungseinheit umfassen, die auf einer Unterseite gegenüber einer Oberseite des einzelnen Substrats angeordnet ist, auf der das Antriebsmodul, das Funktionsmodul und der erste Widerstand angeordnet sind.
  • Das Antriebsmodul und der erste Widerstand können mit der Wärmeableitungseinheit verbunden werden.
  • Die Wärmeableitungseinheit kann eine Vielzahl von Strukturen umfassen, die voneinander beabstandet sind, wobei die Strukturen auf der Unterseite des einzelnen Substrats angeordnet sind, um jeweils dem Antriebsmodul und dem ersten Widerstand zu entsprechen.
  • Das einzelne Substrat kann eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweisen, um das Antriebsmodul und den ersten Widerstand mit den Strukturen der Wärmeableitungseinheit zu verbinden.
  • Das SIP kann ferner erste Signalpins umfassen, die konfiguriert sind, um ein erstes Signal zum Steuern des Betriebs der mindestens einen lichtemittierenden Gruppen einzugeben und auszugeben, und zweite Signalpins, die konfiguriert sind, um ein zweites Signal zum Steuern des Antriebs der Antriebssteuerung einzugeben und auszugeben.
  • Die ersten Signalpins können entlang eines ersten Endes des einzelnen Substrats und die zweiten Signalpins entlang eines zweiten Endes gegenüber dem ersten Ende des einzelnen Substrats angeordnet sein.
  • Das Antriebsmodul und der erste Widerstand können jeweils angrenzend an gegenüberliegende Ecken des einzelnen Substrats angeordnet sein.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein SIP für eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einer LED-Gruppe und einem Gleichrichter, der zum Gleichrichten einer Wechselstrom(AC)-Spannung und zum Erzeugen einer Antriebsspannung konfiguriert ist, ein Antriebsmodul mit einer Antriebssteuerung, die zum Bestimmen der Größe der Antriebsspannung und zum Steuern des Antriebs der mindestens einen LED-Gruppe gemäß der Größe der Antriebsspannung konfiguriert ist, und eine Antriebsstromsteuerung, die konfiguriert ist, um einen Strom zu steuern, der in jeder LED-Gruppe fließt, um einen konstanten Wert zu haben, ein Funktionsmodul, das einen Dimmleveldetektor umfasst, der konfiguriert ist, um die Antriebsspannung zu empfangen und den aktuell ausgewählten Dimmlevel basierend auf der Antriebsspannung zu erfassen, und einen ersten Widerstand mit einem hohen Widerstandswert, um zu verhindern, dass hohe Leistung von dem Antriebsmodul verbraucht wird, wobei das Antriebsmodul, das Funktionsmodul und der erste Widerstand auf einem einzigen Substrat angeordnet sind.
  • Das Antriebsmodul und der erste Widerstand können die größte Menge an Wärme im SIP erzeugen, und ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul und dem ersten Widerstand innerhalb des einzelnen Substrats kann größer sein als ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul und dem Funktionsmodul und ein Abstand zwischen dem ersten Widerstand und dem Funktionsmodul.
  • Das SIP kann ferner eine Wärmeableitungseinheit umfassen, die auf einer Unterseite gegenüber einer Oberseite des einzelnen Substrats angeordnet ist, auf der das Antriebsmodul, das Funktionsmodul und der erste Widerstand ausgebildet sind, wobei die Wärmeableitungseinheit eine Vielzahl von Strukturen umfassen kann, die auf der Unterseite des einzelnen Substrats angeordnet sind und jeweils dem Antriebsmodul und dem ersten Widerstand entsprechen.
  • Das einzelne Substrat kann eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweisen, um das Antriebsmodul und den ersten Widerstand mit den Strukturen der Wärmeableitungseinheit zu verbinden.
  • Das SIP kann ferner erste Signalpins umfassen, die konfiguriert sind, um ein erstes Signal zum Steuern des Betriebs der mindestens einen lichtemittierenden Gruppe einzugeben und auszugeben, und zweite Signalpins, die konfiguriert sind, um ein zweites Signal zum Steuern des Antriebs der Antriebssteuerung einzugeben und auszugeben.
  • Die ersten Signalpins können entlang eines ersten Endes des einzelnen Substrats und die zweiten Signalpins entlang eines zweiten Endes gegenüber dem ersten Ende des einzelnen Substrats angeordnet sein.
  • Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung darstellen sollen.
  • [Vorteilhafte Wirkungen]
  • Beispielhafte Ausführungsformen stellen einen SIP für den LED-Antrieb und LED-Beleuchtungsvorrichtungen dar, einschließlich des SIP, das in der Lage ist, Größe und Herstellungskosten des Produkts zu reduzieren.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen, die zum besseren Verständnis der Erfindung beigefügt sind und in diese Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen die Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Grundsätze der Erfindung.
    • 1 ist ein Blockdiagramm einer LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 2A, 2B und 2C sind Ansichten, die ein Verfahren zum Antreiben einer LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigen.
    • 3 ist ein Wellenformdiagramm, das eine gleichgerichtete Spannung, einen LED-Antriebsstrom, einen Eingangsstrom und eine Beleuchtungsausgabebeziehung eines LED-lichtemittierenden Teils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt.
    • 4 ist ein schematischer Schaltplan, der den Betrieb der in 1 dargestellten Antriebsstromsteuerung darstellt.
    • 5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines System-in-Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 6 ist eine schematische Draufsicht, die eine Pin-Anordnung und eine LayoutBeziehung von internen Schaltungselementen eines System-in-Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II ' aus 6.
    • 8 ist ein Blockdiagramm einer LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
    • 9 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines System-in-Package gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zeigt.
    • 10 ist eine schematische Draufsicht, die eine Pin-Anordnung und eine LayoutBeziehung von internen Schaltungselementen eines System-in-Package gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zeigt.
  • [Modus der Erfindung]
  • In der folgenden Beschreibung werden zur Erläuterung zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein gründliches Verständnis verschiedener beispielhafter Ausführungsformen zu ermöglichen. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene beispielhafte Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details oder mit einer oder mehreren gleichwertigen Anordnungen ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform dargestellt, um zu vermeiden, dass verschiedene beispielhafte Ausführungsformen unnötig verdeckt werden.
  • In den beigefügten Figuren können die Größe und die relativen Größen von Schichten, Folien, Panels, Regionen usw. aus Gründen der Klarheit und Beschreibbarkeit übertrieben sein. Auch bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente.
  • Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt an“ ein anderes Element oder eine andere Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, verbunden mit oder gekoppelt an das andere Element oder die andere Schicht sein oder dazwischenliegende Elemente oder Schichten können vorhanden sein. Wenn jedoch ein Element oder eine Schicht als „direkt auf“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente oder Schichten vorhanden. Für den Zweck dieser Offenbarung können „mindestens eines von X, Y und Z“ und „mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus X, Y und Z“, als nur X, nur Y, nur Z oder eine Kombination von zwei oder mehreren aus X, Y und Z ausgelegt werden, wie zum Beispiel XYZ, XYYY, YZ und ZZ. Gleiche Zahlen beziehen sich durchgängig auf gleiche Elemente. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ jede und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Gegenstände.
  • Obwohl die Begriffe erste, zweite etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden verwendet, um ein Element, Komponente, Region, Schicht und/oder Abschnitt von einem anderen Element, Komponente, Region, Schicht und/oder Abschnitt zu unterscheiden. So könnte ein erstes Element, Komponente, Region, Schicht und/oder Abschnitt, die im Folgenden erläutert werden, als ein zweites Element, Komponente, Region, Schicht und/oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Räumlich relative Begriffe wie „unterhalb“, „darunter“, „unten“, „überhalb“, „oben“ und dergleichen können hierin zu Beschreibungszwecken verwendet werden und beschreiben somit ein Element oder Merkmal in Beziehung zu einem anderen Element/Elementen oder Merkmal/Merkmalen, wie in den Zeichnungen dargestellt. Räumlich relative Begriffe sollen verschiedene Orientierungen einer in Verwendung, Betrieb und/oder Herstellung befindlichen Vorrichtung zusätzlich zu der in den Zeichnungen dargestellten Orientierung umfassen. Wird zum Beispiel die Vorrichtung in den Zeichnungen umgedreht, würden Elemente, die als „ darunter “ oder „ unterhalb “ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben wurden, dann „oberhalb“ der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet. So kann der beispielhafte Begriff „darunter“ sowohl eine Orientierung von oben als auch von unten umfassen. Darüber hinaus kann die Vorrichtung anders ausgerichtet sein (z.B. um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen), und als solche werden die hierin verwendeten räumlich relativen Beschreibungen entsprechend interpretiert.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll keine Einschränkung darstellen. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ dazu bestimmt, auch die Pluralformen einzubeziehen, sofern aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Darüber hinaus spezifizieren die Begriffe „umfasst“, „ umfassend“, „beinhaltet“ und/oder „ beinhaltend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon, schließen aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Vorgängen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus.
  • Im Folgenden werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf abschnittsweise Darstellungen beschrieben, die schematische Darstellungen idealisierter beispielhafter Ausführungsformen und/oder intermediärer Strukturen sind. Daher sind Abweichungen von den Formen der Abbildungen aufgrund von zum Beispiel Fertigungstechniken und/oder Toleranzen zu erwarten. Daher sind Abweichungen von den Formen der Abbildungen aufgrund von zum Beispiel Fertigungstechniken und/oder Toleranzen zu erwarten. So sollten hierin offenbarte beispielhafte Ausführungsformen nicht als auf die einzelnen veranschaulichten Formen von Regionen beschränkt ausgelegt werden, sondern auch Abweichungen in Formen umfassen, die zum Beispiel durch die Fertigung entstehen. Die in den Zeichnungen dargestellten Regionen sind schematischer Natur und ihre Formen sollen nicht die tatsächliche Form einer Region eines Geräts veranschaulichen und sind nicht als Einschränkung zu verstehen.
  • Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie allgemein von einem Fachmann der Fachrichtung, zu zu der diese Offenbarung gehört, verstanden werden. Begriffe, wie sie in allgemein gebräuchlichen Wörterbüchern definiert sind, sollten so interpretiert werden, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der jeweiligen Fachrichtung übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder zu formalen Sinne interpretiert werden, es sei denn, sie sind ausdrücklich hierin definiert.
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einen Dimmer 20, einen Gleichrichter 100, einen Überspannungsschutz 110, einen Dimmleveldetektor 120, eine Antriebsstromsteuerung 300, eine Antriebssteuerung 400 und die LED-Elementgruppen LED1 und LED2 umfassen.
  • Der Dimmer 20 empfängt eine Wechselspannung Vac von einer Wechselspannungsquelle und erzeugt und gibt Wechselstrom aus, der in einen Dimmlevel moduliert wird, der durch die Bedienung eines Benutzers ausgewählt wird. Der Dimmer 20 kann einer von einem TRIAC-Dimmer sein, der eine Phase der Wechselstromversorgung unter Verwendung eines TRIAC, eines Pulsweitenmodulations-(PWM)-Dimmers und eines analogen Spannungsdimmers, der die Wechselspannung ändert und so weiter, phasenschneidet.
  • Wenn der TRIAC zum Beispiel als Dimmer 20 verwendet wird, kann eine phasengesteuerte Wechselspannung durch Phasenschnitt (z.B. Phasenschneiden) der Eingangs-Wechselstromleistung basierend auf dem vom Benutzer gewählten Dimmlevel ausgegeben werden.
  • Obwohl 1 zeigt, dass der Dimmer 20 in der LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 umfasst ist, sind die erfinderischen Konzepte nicht darauf beschränkt. So kann zum Beispiel der Dimmer 20 außerhalb der LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 angeordnet und elektrisch mit der LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 verbunden sein.
  • Wenn der TRIAC als Dimmer 20 verwendet wird, kann es notwendig sein, einen TRIAC-Auslösestrom zu steuern. Dementsprechend kann die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 ferner eine Auslösestrom-Halteschaltung 30 umfassen, die zwischen dem Dimmer 20 und dem Gleichrichter 100 verbunden ist. So kann zum Beispiel die Auslösestrom-Halteschaltung 30 eine Ableitschaltung mit einem Ableitkondensator und einem in Reihe geschalteten Ableitwiderstand sein.
  • Der Gleichrichter 100 gleichrichtet die phasengesteuerte Wechselspannungsausgabe des Dimmers 20 und gibt eine Antriebsspannung Vin aus. Die vom Gleichrichter 100 ausgegebene Antriebsspannung Vin wird an den Dimmleveldetektor 120, die Antriebssteuerung 400 und die LED-Elementgruppen LED1 und LED2 angelegt.
  • Die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 kann ferner den Überspannungsschutz 110 zum Schutz der Antriebssteuerung 400 und der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 vor einer Überspannung und/oder einem Überstrom umfassen.
  • Die LED-Elementgruppen LED1 und LED2 können eine Vielzahl von LED-Elementen umfassen, und die Beleuchtungssequenz der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 kann durch die Antriebssteuerung 400 gesteuert werden. Obwohl 1 und 2 zeigen, dass die LED-Elementgruppen die erste LED-Elementgruppe LED1 und die zweite LED-Elementgruppe LED2 umfassen, sind die erfinderischen Konzepte nicht darauf beschränkt, und die Anzahl der LED-Elementgruppen kann nach Bedarf variiert werden.
  • Die erste LED-Elementgruppe LED1 und die zweite LED-Elementgruppe LED2 können den gleichen Vorwärtsspannungslevel oder voneinander unterschiedliche Vorwärtsspannungslevel aufweisen. Wenn zum Beispiel die erste LED-Elementgruppe LED1 und die zweite LED-Elementgruppe LED2 eine unterschiedliche Anzahl von LED-Elementen umfassen, oder wenn die erste LED-Elementgruppe LED1 und die zweite LED-Elementgruppe LED2 verschiedene serielle und/oder parallele Verbindungsbeziehungen zueinander aufweisen, können die erste LED-Elementgruppe LED1 und die zweite LED-Elementgruppe LED2 unterschiedliche Vorwärtsspannungslevel aufweisen.
  • Im Folgenden werden die ersten und zweiten LED-Elementgruppen LED1 und LED2 beschrieben, die den gleichen Vorwärtsspannungslevel aufweisen.
  • Der erste Vorwärtsspannunglevel Vf1 kann ein Schwellenspannungslevel zum Antreiben der ersten LED-Elementgruppe LED1 sein, und der zweite Vorwärtsspannungslevel Vf2 kann ein Schwellenspannungslevel zum Antreiben der ersten und zweiten in Reihe geschalteten LED-Elementgruppe sein. So kann zum Beispiel der zweite Vorwärtsspannungslevel Vf2 die Summe aus dem Vorwärtsspannungslevel der ersten LED-Gruppe LED1 und dem Vorwärtsspannungslevel der zweiten LED-Gruppe LED2 sein.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist auf dem Stromweg der ersten LED-Gruppe LED1 ein Kondensator C1 vorgesehen, und der Kondensator C1 wird geladen, wenn die Eingangsantriebsspannung Vin gleich oder höher als eine erste Spannung ist, und entladen, wenn die Eingangsantriebsspannung Vin kleiner als eine zweite Spannung ist, so dass die LED-Elementgruppen LED1 und LED2 eine konstante Lichtmenge abgeben.
  • Darüber hinaus können die Dioden D1, D2 und D3 vorgesehen werden, um zu verhindern, dass in jedem Stromweg ein Gegenstrom zur Lichtemission der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 fließt. Der lichtemittierende Betrieb der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 wird im Folgenden anhand der 2A bis 2C detaillierter beschrieben.
  • Der Dimmleveldetektor 120 empfängt die vom Gleichrichter 100 ausgegebene Betriebsspannung Vin, erfasst den aktuell ausgewählten Dimmlevel basierend auf der Eingangsbetriebsspannung Vin und gibt das erfasste Dimmlevelsignal an die Antriebssteuerung 400 aus. So kann zum Beispiel der Dimmleveldetektor 120 einen Dimmlevel durch Mitteln einer Antriebsspannung Vin erfassen, deren Spannungslevel mit der Zeit variiert.
  • Wie zuvor beschrieben, kann der aktuell gewählte Dimmlevel durch Mitteln der Antriebsspannung Vin ermittelt werden, wenn der Dimmer 20 die Phase der Wechselspannung Vac (z.B. Phasenschnitt) entsprechend zum aktuell gewählten Dimmlevel steuert.
  • Darüber hinaus kann das Dimmlevelsignal Adim, das dem spezifischen Dimmwert entspricht, der vom Dimmleveldetektor 120 ausgegeben wird, ein Gleichstromsignal mit einem konstanten Spannungswert sein. Wenn der Dimmlevel zum Beispiel 100% beträgt, kann das entsprechende Dimmlevelsignal (Adim) 2V betragen, wenn der Dimmlevel 90% beträgt, kann das entsprechende Dimmlevelsignal (Adim) 1,8V betragen, und wenn der Dimmwert 50% beträgt, kann das entsprechende Dimmlevelsignal (Adim) 1V betragen. Der Wert und der Bereich des Dimmlevelsignals Adim entsprechend dem spezifischen Dimmlevel kann durch entsprechende Auswahl der Werte der Schaltungselemente, die den Dimmlevelsensor 120 bilden, geändert werden.
  • Die Antriebssteuerung 400 empfängt die vom Gleichrichter 100 ausgegebene Antriebsspannung Vin, bestimmt die Größe der Antriebsspannung Vin und steuert das Antreiben der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 entsprechend der Größe der Antriebsspannung Vin. So steuert zum Beispiel die Antriebssteuerung 400 die Antriebsstromsteuerungen 300a und 300b, die mit den LED-Elementgruppen LED1 und LED2 verbunden sind, so dass ein konstanter Strom durch die entsprechenden LED-Elementgruppen LED1 und LED2 fließt. Das Antriebsverfahren der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 wird nachfolgend anhand 2A bis 2C detaillierter beschrieben.
  • Die Antriebssteuerung 400 empfängt auch die Dimmlevelsignalausgabe Adim vom Dimmlevelsensor 120 und begrenzt einen Maximalwert des LED-Elementantriebsstroms ILED basierend auf dem Dimmlevelsignal Adim.
  • Insbesondere wenn das Dimmen durch den TRIAC wie zuvor beschrieben durchgeführt wird, kann ein sanftes Dimmverhalten über das gesamte Dimmlevel erreicht werden, da die Emissionszeit der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 durch die Phasensteuerung (z.B. Phasenschnitt) der Antriebsspannung Vin gesteuert wird und die Größe des LED-Elementantriebsstroms ILED gleichzeitig abhängig vom Dimmlevel gesteuert wird.
  • Wie zuvor beschrieben, kann die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verschiedene Schaltungselemente zum Antreiben und Implementieren von Dimmfunktionen der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 umfassen. In diesem Fall kann die Größe der LED-Beleuchtungsvorrichtung erhöht sein, und die Herstellungskosten wären ebenfalls erhöht, wenn jedes Schaltungselement als separates Package vorgesehen ist und einzeln auf einem Substrat montiert ist, während sie elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 1 dargestellt, ist jedes der Schaltungselemente mit dem Überspannungsschutz 110, dem Dimmleveldetektor 120, der Antriebsstromsteuerung 300 und der Antriebssteuerung 400 als ein einziges Package integriert, so dass die Größe des Produkts reduziert und auch dessen Herstellungskosten reduziert werden.
  • Die spezifische Anordnung, die Anordnung der Pins und die Anordnungsbeziehung der internen Schaltungselemente des System-in-Package (SIP) gemäß der beispielhaften Ausführungsform werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 bis 7 detaillierter beschrieben.
  • 2A bis 2C sind Ansichten, die ein Verfahren zum Antreiben einer LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellen. 3 ist ein Wellenformdiagramm, das eine gleichgerichtete Spannung, einen LED-Antriebsstrom, einen Eingangsstrom und eine Beleuchtungsausgangsbeziehung eines LED-lichtemittierenden Teils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt.
  • 2A bis 2C zeigen nur einige der Komponenten, die sich auf den Betrieb der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 beziehen, um die Beschreibung zu erleichtern, und daher sind die erfinderischen Konzepte nicht darauf beschränkt.
  • Unter Bezugnahme auf 2A und 3 darf bei aktivierter LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 der LED-Antriebsstrom nicht fließen, bis der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin den zweiten Vorwärtsspannungslevel Vf2 erreicht. Der erste LED-Antriebsstrom I1 kann den ersten Stromweg 1 ab dem Zeitpunkt (t1) durchfließen, wenn der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin den zweiten Vorwärtsspannungslevel Vf2 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ist der erste LED-Antriebsstrom I1 , der durch die erste LED-Elementgruppe LED1 und die zweite LED-Elementgruppe LED2 fließt, ein konstanter Strom, der von der ersten Antriebsstromsteuerung 300a gesteuert wird, um einen vorbestimmten Wert zu haben.
  • Unter Bezugnahme auf 2B und 3 kann die Antriebssteuerung 400, wenn der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin ansteigt und einen Eingangsspannungslevel Vc in einem Ladebereich (t2-t3) erreicht, den Betrieb der ersten Antriebsstromregelung 300a stoppen und die zweite Antriebsstromsteuerung 300b betreiben, um in den Ladebereich (t2-t3) zu gelangen. Hier kann sich die Ladezeit des Eingangsspannungslevels Vc auf einen Schwellenspannungslevel beziehen, bei dem der Kondensator C1, der mit der ersten LED-Elementgruppe LED1 in Reihe geschaltet ist, geladen werden kann. Unter Bezugnahme auf 2B emittiert während der Ladezeit nur die erste LED-Elementgruppe LED1 Licht und die zweite LED-Elementgruppe LED2 emittiert kein Licht. Das heißt, der zweite LED-Antriebsstrom I2 durchfließt den zweiten Stromweg 2 während eines Zeitraums von t2 bis t3, wobei der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin gleich oder höher als die Ladezeit des Eingangsspannungslevel Vc ist.
  • Wenn jedoch der zweite LED-Antriebsstrom I durch den zweiten Stromweg 2 fließt, kann der Strom I2 auf einen höheren Wert als der erste LED-Antriebsstrom I1 eingestellt werden, um die gleiche Lichtausgabe der gesamten LED-Elementgruppe zu erhalten, da die Anzahl der LEDs, die Licht emittieren, kleiner ist als diejenige, bei der der erste LED-Antriebsstrom I1 durch den ersten Stromweg 1 fließt.
  • Wenn der Spannungslevel der Betriebsspannung Vin sinkt und kleiner als Vc (t3-t4) wird, kehrt der Betrieb zu dem in 2A gezeigten zurück, und der erste LED-Antriebsstrom I1 fließt durch den ersten Stromweg 1. Wenn der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin wie in 3 dargestellt auf weniger als Vf2 (t4-t5) sinkt, entlädt sich die Spannung des während der Ladeperiode aufgeladenen Kondensators C1, so dass der dritte LED-Antriebsstrom I3 den dritten Stromweg 3 wie in 2C und 3 dargestellt durchfließt. Da der dritte LED-Antriebsstrom I3 zu diesem Zeitpunkt von der ersten Antriebsstromsteuerung 300a gesteuert wird, kann der dritte LED-Antriebsstrom I3 im Wesentlichen gleich dem ersten LED-Antriebsstrom I1 sein.
  • 4 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das den Betrieb der in 1 dargestellten Antriebsstromsteuerung darstellt. 4 zeigt als ein Beispiel nur die erste Antriebsstromsteuerung 300a, wobei die zweite Antriebsstromsteuerung 300b jedoch die gleiche Konfiguration aufweisen kann.
  • Unter Bezugnahme auf 4 umfasst die Antriebsstromsteuerung 300a einen linearen Verstärker 320, einen Transistor Qd und einen Erfassungswiderstand Rd. Die vom Erfassungswiderstand Rd erfasste Spannung wird an den negativen Eingangsanschluss des linearen Verstärkers 320 angelegt und an den positiven Eingangsanschluss kann eine Sollspannung Vt angelegt werden.
  • Der Ausgang des linearen Verstärkers 320 kann in die Gate-Elektrode des Transistors Qd eingegeben werden. Der Transistor Qd kann vielfältig als Schaltelement für eine konstante Stromsteuerung eingesetzt werden. Der Transistor Qd ist zwischen dem Kathodenanschluss jeder der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 und dem Erfassungswiderstand Rd angeschlossen und kann entsprechend dem an die Gate-Elektrode angelegten Ausgang des linearen Verstärkers 320 ein- und ausgeschaltet werden.
  • Der Transistor Qd und der lineare Verstärker 320 sind in einer Rückkopplungsschaltung enthalten, und wenn die erfasste Spannung am Erfassungswiderstand Rd kleiner als die Sollspannung Vt ist, gibt der lineare Verstärker 320 eine Hochpegelspannung (z.B. eine Spannung mit einem positiven Wert) aus, die an die Gate-Elektrode des Transistors Qd angelegt wird.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines System-in-Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
  • Das System-in-Package (SIP) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Antriebsstromsteuerung 300 umfassen, die die erste Antriebsstromsteuerung 300a und die zweite Antriebsstromsteuerung 300b umfasst, eine Antriebssteuerung 400 zum Steuern des Betriebs der Antriebsstromsteuerung 300, einen Überspannungsschutz 110 und einen Dimmleveldetektor 120 zum Antreiben und Steuern der LED-Elementgruppen LED1 und LED2. Der SIP in 5 umfasst die gleichen Schaltungselemente, die vorstehend mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben wurden, so dass eine wiederholte Beschreibung ausgelassen wird.
  • Unter Bezugnahme auf 5 kann das SIP ein Antriebsmodul 500, das als ein IC-Chip implementiert werden kann, die Funktionsmodule 110 und 120 und ein Widerstandselement 510 umfassen.
  • Das Antriebsmodul 500 kann eine interne Stromversorgungseinheit 410, eine LED-Antriebsstromeinstellungseinheit 420 und eine Dimmsteuerungseinheit 430, die Antriebsstromsteuerung 300 und die Antriebssteuerung 400 umfassen.
  • Die interne Stromversorgungseinheit 410 erzeugt aus der Eingangsantriebsspannung Vin eine im Antriebsmodul 500 verwendete interne Leistung und versorgt jede Komponente mit interner Leistung.
  • Die LED-Antriebsstromeinstellungseinheit 420 stellt den LED-Antriebsstromwert für jede Betriebsdauer basierend auf den Widerstandswerten der externen LED-Antriebsstromeinstellwiderstände Rset1 und Rset2 ein. So ist zum Beispiel der erste LED-Antriebsstromeinstellungswiderstand Rset1 ein Widerstand zum Einstellen des ersten LED-Antriebsstroms I1 und der zweite LED-Antriebsstromeinstellungswiderstand Rset2 ist ein Widerstand zum Einstellen des zweiten LED-Antriebsstroms I2 .
  • Die Dimmsteuerungseinheit 430 empfängt die Signalausgabe des Dimmleveldetektors 120 und stellt das Signal an die Antriebssteuerung 400 und/oder die LED-Antriebsstromeinstellungseinheit 420 zur Verfügung, wenn das Dimmen durch den Phasensteuerungstyp der Dimmsteuerung durchgeführt wird.
  • Wenn das Dimmen jedoch von einem analogen Dimmtyp durchgeführt wird, wird der Dimmlevel basierend auf der analogen Dimmsignaleingabe über den ADIMP-Anschluss anstelle des Dimmleveldetektors 120 erfasst und der erfasste Dimmlevel wird der Antriebssteuerung 400 und/oder der LED-Antriebsstromeinstellungseinheit 420 bereitgestellt.
  • Die Funktionsmodule 110 und 120 können ein Überspannungsschutz 110 und ein Dimmstandsdetektor 120 sein.
  • Das Widerstandselement 510 kann einen hohen Haltestrom, der durch die Auslösestromhalteschaltung 30 (siehe 1) erzeugt wird, auf das Antriebsmodul 500 übertragen. Das Widerstandselement 510 ist ein Ableitwiderstand RBLD , der so ausgebildet ist, dass verhindert wird, dass eine hohe Leistung durch das Antriebsmodul 500 aufgrund des Haltestroms verbraucht wird. Daher kann der Widerstandswert des Widerstandselements 510 hoch sein.
  • Das SIP gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Vielzahl von Pins. Die Pins umfassen erste Signalpins zum Ein- und Ausgeben eines ersten Signals (z.B. ein großes Signal) zum Steuern des Betriebs der LED-Elementgruppen LED1 und LED2 und zweite Signalpins zum Ein- und Ausgeben eines zweiten Signals (z.B. ein kleines Signal) zum Steuern des Antriebs der Antriebssteuerung 400.
  • Zum Beispiel können die ersten Signalpins einen ersten Verbindungspin DP1 umfassen, der mit dem Kathodenanschluss (vierter Knoten N4) der zweiten LED-Gruppe LED2 verbunden ist, einen zweiten Verbindungspin DP2, der mit dem Kathodenanschluss (zweiter Knoten N2) der ersten LED-Gruppe LED1 verbunden ist, einen dritten Verbindungspin CP1, der mit der ersten Elektrode (dritter Knoten N3) des Kondensators C1 verbunden ist, und einen vierten Verbindungspin CP2, der mit der zweiten Elektrode (dritter Knoten N5) des Kondensators C1 verbunden ist.
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist DP1 mit der ersten Antriebsstromsteuerung 300a verbunden, DP2 ist direkt mit CP1 verbunden und CP2 ist mit der zweiten Antriebsstromsteuerung 300b verbunden. Auf diese Weise kann das SIP mit den LED-Elementgruppen (LED1 und LED2) einschließlich des Kondensators C1 verbunden werden, wie in 1 dargestellt.
  • Die zweiten Signalpins können einen Ableiteingabepin BP zum Eingeben eines Haltestroms, Antriebsspannungseingabepins VP (+) P und VN (-) P zum Eingeben einer Antriebsspannung VP, einen Dimmlevelsignaleingabepin ADIMP zum Eingeben des Dimmlevelsignals Adim, Widerstandsverbindungspins Rset1P und Rset2P, die jeweils mit den Widerständen Rset1 und Rset2 verbunden sind, und einen internen Leistungspin VCCP, der mit der Erde verbunden ist, umfassen.
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist BP mit dem Ableitwiderstand RBLD verbunden, und die Antriebsspannungseingabepins VP (+) P und VN (-) P sind mit der internen Stromversorgungseinheit 410 und dem Überspannungsschutz 110 verbunden.
  • Darüber hinaus ist der Dimmlevelsignaleingabepin ADIMP mit dem Dimmlevelsensor 120 verbunden, wenn das an den ADIMP angelegte Signal eine phasengesteuerte Wechselspannung Vin ist, die vom Dimmer 20 ausgegeben wurde. Die Widerstandsverbindungspins Rset1P und Rset2P sind mit der LED-Antriebsstromeinstellungseinheit 420 verbunden.
  • 6 ist eine schematische Draufsicht, die eine Pin-Anordnung und eine LayoutBeziehung von internen Schaltungselementen eines System-in-Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II ' der 6.
  • Das SIP kann das Antriebsmodul 500, Funktionsmodule wie den Überspannungsschutz 110 und den Dimmleveldetektor 120 sowie ein Widerstandselement 510 gemäß 5 umfassen. Das Antriebsmodul 500, die Funktionsmodule 110 und 120 und das Widerstandselement 510 sind auf einem einzigen Substrat montiert, auf dem die Schaltungselemente montiert sind ist verpackt. In diesem Fall kann das Funktionsmodul ferner ein Schaltelement umfassen, das neben dem Überspannungsschutz 110 und dem Dimmleveldetektor 120 verschiedene Funktionen ausübt.
  • In 6 sind nur das Antriebsmodul 500 und das Widerstandselement 510, die die Schaltungselemente sind, die während des Betriebs die größte Menge an Wärme erzeugen können, in dunklen Linien zwischen den Schaltungselementen des SIP dargestellt. Die Funktionsmodule 110 und 120 sind durch Punkte dargestellt. Es ist jedoch zu beachten, dass auch andere Funktionsmodule in einem einzigen SIP-Substrat montiert werden können.
  • Das Antriebsmodul 500 kann als integrierte Schaltung (IC) implementiert werden, die eine Antriebsstromsteuerung 300, eine Antriebssteuerung 400, eine interne Stromversorgungseinheit 410, eine LED-Antriebstromeinstellungseinheit 420 und eine Dimmsteuerungseinheit 430 umfasst. Das Antriebsmodul 500 steuert das Antreiben der LED-Elementgruppen.
  • Das Widerstandselement 510 ist so ausgebildet, dass verhindert wird, dass eine große Menge an Leistung im Antriebsmodul 500 aufgrund eines hohen Haltestroms verbraucht wird. So kann zum Beispiel das Widerstandselement 510 einen Ableitwiderstand RBLD mit einem hohen Widerstandswert umfassen.
  • Daher können das Antriebsmodul 500 und das Widerstandselement 510 beim Betreiben der LED-Elementgruppen eine große Menge an Wärme erzeugen. Der SIP gemäß einer beispielhaften Ausführungsform trennt zwei Schaltungselemente voneinander, die innerhalb des einzelnen Substrats des SIP die größte Menge an Wärme unter den Schaltungselementen erzeugen, um die Wärmeentwicklung im SIP effektiv zu reduzieren.
  • Zum Beispiel, wie in 6 dargestellt, kann das Widerstandselement 510 am gegenüberliegenden unteren Ende des einzelnen Substrats montiert werden, wenn das Antriebsmodul 500 am oberen Ende eines einzelnen Substrats montiert ist. Insbesondere können das Antriebsmodul 500 und das Widerstandselement 510 um einen Abstand d1 voneinander beabstandet sein, um den größten Abstand dazwischen innerhalb des einzelnen Substrats aufzuweisen. Zum Beispiel kann der Abstand d1 zwischen dem Antriebsmodul 500 und dem Widerstandselement 510 größer sein als ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul 500 und den Funktionsmodulen 110 und 120 oder ein Abstand zwischen dem Widerstandselement und den Funktionsmodulen 110 und 120. In 6 sind das Antriebsmodul 500 und das Widerstandselement 510 jeweils auf der Ober- und Unterseite eines einzelnen Substrats angeordnet, aber die erfinderischen Konzepte sind darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel können das Antriebsmodul 500 und das Widerstandselement 510 jeweils an gegenüberliegenden Ecken des einzelnen Substrats angeordnet sein, um den größten Abstand dazwischen innerhalb des einzelnen Substrats aufzuweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 7 können das Antriebsmodul 500 und das Widerstandselement 510 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einer Wärmeableitungseinheit 620 (z.B. einem Wärmesenker) verbunden sein.
  • Die Wärmeableitungseinheit 620 kann auf einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche des einzelnen Substrats 600 ausgebildet sein, auf dem die Schaltungselemente ausgebildet sind. Die Wärmeableitungseinheit 620 leitet die in den Schaltungselementen erzeugte Wärme nach außen ab.
  • Die Wärmeableitungseinheit 620 kann als separate Struktur auf der zweiten Oberfläche des einzelnen Substrats 600 gebildet werden, um jeweils dem Antriebsmodul 500 und dem Widerstandselement 510 zu entsprechen. Die Wärmeableitungseinheit 620 kann aus einem Metall gebildet sein, das die Wärmeableitung erleichtert, wie beispielsweise Kupfer oder dergleichen.
  • Eine Vielzahl von Durchgangslöchern 610 kann in dem einzelnen Substrat 600 ausgebildet werden, um das Antriebsmodul 500 und das Widerstandselement 510 mit den jeweiligen Wärmeableitungseinheiten 620 zu verbinden. Insbesondere sind das Antriebsmodul 500 und die entsprechende Wärmeableitungseinheit 620 durch die dazwischen ausgebildeten Durchgangslöcher 610 verbunden, so dass die im Antriebsmodul 500 erzeugte Wärme durch die Durchgangslöcher 610 entweichen kann und somit die Wärme durch die Wärmeableitungseinheit 620 abgeleitet wird.
  • Ebenso sind das Widerstandselement 510 und die entsprechende Wärmeableitungseinheit 620 durch die dazwischen ausgebildeten Durchgangslöcher 610 verbunden, so dass die im Widerstandselement 510 erzeugte Wärme durch die Durchgangslöcher 610 entweichen kann und somit die Wärme durch die Wärmeableitungseinheit 620 abgeleitet wird.
  • Der SIP hat eine Vielzahl von Pins zur Verbindung mit externen Komponenten (z.B. Gleichrichter 100 und lichtemittierende Elementgruppen LED1 und LED2) und zur Übermittlung von Signalen. 6 zeigt einige der im SIP enthaltenen Pins, jedoch können zusätzlich zu den in 6 dargestellten Pins verschiedene Pins hinzugefügt werden.
  • Die Pins können erste Signalpins zum Eingeben und Ausgeben eines ersten Signals (z.B. ein großes Signal) zum Steuern des Betriebs der lichtemittierenden Elementgruppen LED1 und LED2 und zweite Signalpins zum Eingeben und Ausgeben eines zweiten Signals (z.B. ein kleines Signal) zum Steuern des Antriebs der Antriebssteuerung 400 umfassen.
  • Zum Beispiel können die ersten Signalpins einen ersten Anschlusspin DP1 umfassen, der mit dem Kathodenanschluss (vierter Knoten N4) der zweiten LED-Gruppe LED2 verbunden ist, einen zweiten Anschlusspin DP2, der mit dem Kathodenanschluss (zweiter Knoten N2) der ersten LED-Gruppe LED1 verbunden ist, einen dritten Anschlusspin CP1, der mit der ersten Elektrode (dritter Knoten N3) des Kondensators C1 verbunden ist, und einen vierten Anschlusspin CP2, der mit der zweiten Elektrode (dritter Knoten N5) des Kondensators C1 verbunden ist.
  • Die zweiten Signalpins können einen Ableiteingabepin BP zum Eingeben eines Haltestroms, einen Dimmlevelsignaleingangspin ADIMP zum Eingeben des Dimmlevelsignals Adim und die Widerstandsverbindungspins Rset1P und Rset2P umfassen, die jeweils mit den Widerständen Rset1 und Rset2 verbunden sind.
  • Die ersten Signalpins und die zweiten Signalpins können voneinander beabstandet sein, um die Interferenz zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen zu minimieren.
  • Wenn zum Beispiel die ersten Signalpins (z.B. DP1, DP2, CP1 und CP2) am linken Ende eines einzelnen Substrats angeordnet sind, wie in 6 dargestellt, können die zweiten Signalpins (z.B. ADIMP, Rset1P, Rset2P und BP) am rechten Ende in dem einzelnen Substrat gegenüber dem linken Ende angeordnet sein. Obwohl die in 6 dargestellten Pins auf der linken und rechten Seite eines einzelnen Substrats angeordnet sind, sind die erfinderischen Konzepte nicht darauf beschränkt.
  • 8 ist ein Blockdiagramm einer LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
  • Die LED-Beleuchtungsvorrichtung 2000 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist, ist im Wesentlichen die gleiche wie die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1000 aus 1, mit Ausnahme der Anzahl und des Verbindungsverhältnisses der LED-Elementgruppen und der Konfiguration der Antriebsstromsteuerung 300 zum Steuern des Betriebs der LED-Elementgruppen. Somit werden die gleichen Komponenten von 1 durch die gleichen Referenznummern in 8 gekennzeichnet, so dass eine wiederholte Beschreibung weggelassen wird.
  • Unter Bezugnahme auf 8 können die LED-Elementgruppen gemäß der beispielhaften Ausführungsform eine Vielzahl von LED-Elementgruppen LED1, LED2, LED3 und LED4 umfassen. Die Beleuchtungssequenz der LED-Elementgruppen LED1, LED2, LED3 und LED4 wird von der Antriebssteuerung 400 gesteuert. Obwohl 8 vier LED-Elementgruppen LED1, LED2, LED3, LED4 zeigt, sind die erfinderischen Konzepte nicht darauf beschränkt, und die Anzahl der LED-Elementgruppen kann nach Bedarf variiert werden.
  • Die erste LED-Elementgruppe LED1, die zweite LED-Elementgruppe LED2, die dritte LED-Elementgruppe LED3 und die vierte LED-Elementgruppe LED4 können den gleichen Vorwärtsspannungslevel oder voneinander unterschiedliche Vorwärtsspannungslevel aufweisen. Wenn zum Beispiel die erste LED-Elementgruppe LED1 bis zur vierten LED-Elementgruppe LED4 eine unterschiedliche Anzahl von LED-Elementen umfassen, kann die erste LED-Elementgruppe LED1 bis zur vierten LED-Elementgruppe LED4 unterschiedliche Vorwärtsspannungslevel aufweisen. Wenn die erste LED-Elementgruppe LED1 bis zur vierten LED-Elementgruppe LED4 die gleiche Anzahl von LED-Elementen umfasst, kann die erste LED-Elementgruppe LED1 bis zur vierten LED-Elementgruppe LED4 die gleichen Vorwärtsspannungslevel aufweisen.
  • Die Antriebssteuerung 400' kann den Spannungslevel der Antriebsspannung Vin aus dem Gleichrichter 100 bestimmen und die LED-Elementgruppen LED1, LED2, LED3 und LED4 entsprechend dem Spannungslevel der Antriebsspannung Vin nacheinander antreiben.
  • Zum Beispiel schaltet die Antriebssteuerung 400' in der ersten Betriebsdauer, in der der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin zwischen dem ersten Vorwärtsspannungslevel Vf1 und dem zweiten Vorwärtsspannungslevel Vf2 liegt, die erste Antriebsstromsteuerung 300a' so ein, dass der erste Stromweg verbunden ist und die restlichen Stromwege geöffnet werden, wodurch nur die erste LED-Elementgruppe LED1 Licht emittiert. In der zweiten Betriebsdauer, in der der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin zwischen dem zweiten Vorwärtsspannungslevel Vf2 und dem dritten Vorwärtsspannungslevel Vf3 liegt, schaltet die Antriebssteuerung 400' die zweite Antriebsstromsteuerung 300b' so ein, dass der zweite Stromweg verbunden ist und die restlichen Stromwege geöffnet werden, wodurch nur die erste LED-Elementgruppe LED1 und die zweite LED-Elementgruppe LED2 Licht emittieren. In der dritten Betriebsdauer, in der der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin zwischen dem dritten Vorwärtsspannungslevel Vf3 und dem vierten Vorwärtsspannungslevel Vf4 liegt, schaltet die Antriebssteuerung 400' die dritte Antriebsstromsteuerung 300c' so ein, dass der dritte Stromweg verbunden ist und die restlichen Stromwege geöffnet werden, wodurch die ersten bis dritten LED-Elementgruppen LED1, LED2 und LED3 Licht emittieren. In der vierten Betriebsdauer, in der der Spannungslevel der Antriebsspannung Vin über dem vierten Vorwärtsspannungslevel Vf4 liegt, schaltet die Antriebssteuerung 400' die vierte Antriebsstromsteuerung 300d so ein, dass der vierte Strompfad verbunden und die restlichen Stromwege geöffnet werden, wodurch die ersten bis vierten LED-Elementgruppen LED1, LED2, LED3 und LED4 Licht emittieren. Dementsprechend kann die Antriebssteuerung 400' die LED-Elementgruppen LED1, LED2, LED3 und LED4 entsprechend dem Spannungslevel der Antriebsspannung Vin, wie oben dargestellt, sequentiell ansteuern.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines System-in-Package gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform darstellt. 10 ist eine schematische Draufsicht, die eine Pinanordnung und eine Layoutbeziehung der internen Schaltungselemente eines System-in-Package gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform darstellt.
  • Die in 9 und 10 gezeigte beispielhafte Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie in 5 und 6, mit Ausnahme der Anzahl und des Verbindungsverhältnisses der LED-Elementgruppen, der Konfiguration der Antriebsstromsteuerung 300 zum Steuern des Betriebs der Gruppe, der LED-Antriebsstromeinstellungswiderstände Rset1, Rset2, Rset3 und Rset4, und der Anzahl der Widerstandsverbindungspins Rset1P, Rset2P, Rset3P und Rset4P, die mit den LED-Antriebsstromeinstellungswiderständen zu verbinden sind. Somit werden die gleichen Komponenten der 5 und 6 durch die gleichen Referenznummern in 9 und 10 gekennzeichnet, so dass eine wiederholte Beschreibung weggelassen wird.
  • Das System-in-Package (SIP') gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Antriebsstromsteuerung 300' umfassen, die die erste Antriebsstromsteuerung 300a', die zweite Antriebsstromsteuerung 300b', die dritte Antriebsstromsteuerung 300c' und die vierte Antriebsstromsteuerung 300d', eine Antriebssteuerung 400' zum Steuern des Betriebs der Antriebsstromsteuerung 300, einen Überspannungsschutz 110 und einen Dimmleveldetektor 120 zum Antreiben und Steuern der LED-Elementgruppen LED1, LED2, LED3 und LED4 umfasst.
  • Unter Bezugnahme auf 9 kann das SIP' ein Treibermodul 500', das als ein IC-Chip implementiert werden kann, andere Funktionsmodule 110 und 120 und ein Widerstandselement 510 umfassen.
  • Das Antriebsmodul 500' kann eine interne Stromversorgungseinheit 410', eine LED-Antriebsstromeinstellungseinheit 420' und eine Dimmsteuerungseinheit 430' zusätzlich zur Antriebsstromsteuerung 300' und der Antriebsteuerung 400' umfassen.
  • Die LED-Antriebsstromeinstellungseinheit 420' stellt den LED-Antriebsstromwert für jede Betriebsdauer basierend auf den Widerstandswerten der externen LED-Antriebsstromeinstellungswiderstände Rset1, Rset2, Rset3 und Rset4 ein.
  • Das SIP' gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Vielzahl von Pins. Die Pins umfassen erste Signalpins zum Ein- und Ausgeben eines ersten Signals (z.B. eines großen Signals) zum Steuern des Betriebs der LED-Elementgruppen LED1, LED2, LED3 und LED4 und zweite Signalpins zum Ein- und Ausgeben eines zweiten Signals (z.B. eines kleinen Signals) zum Steuern des Antriebs der Antriebssteuerung 400'.
  • Zum Beispiel können die ersten Signalpins einen ersten Verbindungspin DP1' umfassen, der mit dem Kathodenanschluss (erster Knoten N1') der ersten LED-Gruppe LED1 verbunden ist, einen zweiten Verbindungspin DP2', der mit dem Kathodenanschluss (zweiter Knoten N2') der zweiten LED-Gruppe LED2 verbunden ist, einen dritten Verbindungspin DP3', der mit dem Kathodenanschluss (dritter Knoten N3') der dritten LED-Gruppe LED3 verbunden ist, und einen vierten Verbindungspin DP4', der mit dem Kathodenanschluss (vierter Knoten N4') der vierten LED-Gruppe LED4 verbunden ist.
  • Unter Bezugnahme auf 9 ist DP1' mit der ersten Antriebsstromsteuerung 300a' verbunden, DP2' ist mit der zweiten Antriebsstromsteuerung 300b' verbunden, DP3' ist mit der dritten Antriebsstromsteuerung 300c' verbunden, und DP4' ist mit der vierten Antriebsstromsteuerung 300d verbunden. Über diese Verbindung kann der SIP' mit den LED-Elementgruppen (LED1, LED2, LED3 und LED4) verbunden werden, wie in 8 dargestellt.
  • Die zweiten Signalpins können einen Ableiteingangspin BP zum Eingeben eines Haltestroms, Antriebsspannungseingangspins VP (+) P und VN (-) P zum Eingeben einer Antriebsspannung VP, einen Dimmlevelsignal-Eingangspin ADIMP zum Eingeben des Dimmlevelsignals Adim, Widerstandsverbindungspins Rset1P und Rset2P, die jeweils mit den Widerständen Rset1 und Rset2 verbunden sind, und einen internen Powerpin VCCP, der mit der Erde verbunden ist, umfassen. Die Widerstandsanschlusspins Rset1P und Rset2P sind mit der LED-Antriebsstromeinstellungseinheit 420' verbunden.
  • Der SIP' gemäß der beispielhaften Ausführungsform trennt zwei Schaltelemente, die die größte Wärmemenge unter der Vielzahl von Schaltelementen erzeugen, die in dem einzelnen Substrat getrennt voneinander in dem SIP' verpackt sind, um die Wärme effektiv zu reduzieren.
  • Wenn zum Beispiel, wie in 10 dargestellt, das Antriebsmodul 500' am oberen Ende eines einzelnen Substrats montiert ist, kann das Widerstandselement 510 am gegenüberliegenden unteren Ende des einzelnen Substrats montiert werden. Insbesondere können das Antriebsmodul 500' und das Widerstandselement 510 um den Abstand d1 beabstandet sein, um den größten Abstand dazwischen innerhalb eines einzelnen Substrats zu haben. Zum Beispiel kann der Abstand d1 zwischen dem Antriebsmodul 500' und dem Widerstandselement 510 größer sein als ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul 500' und den Funktionsmodulen 110 und 120 oder ein Abstand zwischen dem Widerstandselement 51' und den Funktionsmodulen 110 und 120. In 10 sind das Antriebsmodul 500' und das Widerstandselement 510 auf der Ober- bzw. Unterseite eines einzelnen Substrats angeordnet, aber die erfinderischen Konzepte sind nicht darauf beschränkt. So können beispielsweise das Antriebsmodul 500' und das Widerstandselement 510 jeweils an gegenüberliegenden Ecken des einzelnen Substrats angeordnet werden, um den größten Abstand dazwischen innerhalb des einzelnen Substrats zu haben.
  • Ebenso können die ersten Signalpins und die zweiten Signalpins getrennt voneinander angeordnet werden, um die Interferenz zwischen Ein- und Ausgangssignalen zu minimieren.
  • Zum Beispiel können die zweiten Signalpins (z.B. ADIMP, RsetIP, Rset2P, Rset2P, Rset3P, Rset4P und BP) am gegenüberliegenden rechten Ende des einzelnen Substrats angeordnet sein, wenn die ersten Signalpins (z.B. DP1', DP2', DP3' und DP4') am linken Ende eines einzelnen Substrats angeordnet sind, wie in 10 dargestellt. Obwohl die Pins in 10 so dargestellt sind, dass sie auf der linken und rechten Seite eines einzelnen Substrats angeordnet sind, sind die erfinderischen Konzepte nicht darauf beschränkt.
  • Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen können dimmbare LED-Beleuchtungsvorrichtungen eine reduzierte Größe aufweisen, indem sie ein System-in-Package umfassen, bei dem die Schaltungselemente, die LED-Elemente antreiben, die in das Package integriert sind, wodurch die Herstellungskosten der Vorrichtungen reduziert werden.
  • Obwohl hierin bestimmte beispielhafte Ausführungsformen und Umsetzungen beschrieben wurden, werden andere Ausführungsformen und Modifikationen aus dieser Beschreibung ersichtlich sein. Dementsprechend beschränken sich die erfinderischen Konzepte nicht auf solche Ausführungsformen, sondern auf den breiteren Umfang der beigefügten Ansprüche und verschiedene offensichtliche Modifikationen und äquivalente Anordnungen.
  • [Gewerbliche Anwendbarkeit]
  • Beispielhafte Ausführungsformen stellen einen SIP für LED-Antriebs- und LED-Beleuchtungsvorrichtungen bereit, einschließlich des SIP, das in der Lage ist, Größe und Herstellungskosten des Produkts zu reduzieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 20 Dimmer Dimmer
    30 Trigger current holding circuit Auslösestrom-Halteschaltung
    100 Rectifier Gleichrichter
    110 Surge protector Überspannungsschutz
    120 Dimming level detector Dimmleveldetektor
    300a First driving current controller erste Antriebsstromsteuerung
    300a' First driving current controller erste Antriebsstromsteuerung
    300b Second driving current controller zweite Antriebsstromsteuerung
    300b' Second driving current controller zweite Antriebsstromsteuerung
    300c' Third driving current controller dritte Antriebsstromsteuerung
    300d' Fourth driving current controller vierte Antriebsstromsteuerung
    400 Driving controller Antriebssteuerung
    410 Internal power supply unit interne Stromversorgungseinheit
    420 LED driving current setting unit Antriebsstromeinstellungseinheit
    430 Dimming control unit Dimmsteuerungseinheit
    LED Current LED-Strom
    Cap Current DeckelStrom
    Input Current Eingangsstrom
    Lightning Output Lichtausgabe
    Charging Region Ladebereich
    Discharging Region Entladebereich

Claims (20)

  1. Lichtemittierende Dioden (LED) Beleuchtungsvorrichtung, umfassend: - mindestens eine LED-Gruppe, die eine Vielzahl von LEDs umfasst; - einen Gleichrichter, der konfiguriert ist, um eine Wechselstrom(AC)-Spannung gleichzurichten und eine Antriebsspannung für die mindestens eine LED-Gruppe zu erzeugen; und - ein System-in-Package (SIP), das konfiguriert ist, um die mindestens eine LED-Gruppe anzutreiben und zu steuern, wobei das SIP mit der mindestens einen LED-Gruppe und dem Gleichrichter verbunden ist, wobei das SIP ein Antriebsmodul, ein Funktionsmodul und einen ersten Widerstand umfasst, der auf einem einzelnen Substrat angeordnet ist.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Antriebsmodul umfasst: - eine Antriebssteuerung, die konfiguriert ist, um die Größe der Antriebsspannung zu bestimmen und das Antreiben der mindestens einen LED-Gruppe gemäß der Größe der Antriebsspannung zu steuern; und - eine Antriebsstromsteuerung, die konfiguriert ist, um einen Strom zu steuern, der in jeder LED-Gruppe fließt, um einen konstanten Wert zu haben.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Antriebsmodul ferner umfasst: - eine interne Stromversorgungseinheit, die konfiguriert ist, um eine interne Leistung, die im Antriebsmodul verwendet wird, aus der Antriebsspannung zu erzeugen; - eine LED-Antriebsstromeinstellungseinheit, die konfiguriert ist, um einen LED-Antriebsstromwert für jede Betriebsdauer basierend auf Widerstandswerten externer LED-Antriebsstromeinstellungswiderstände einzustellen; und - eine Dimmsteuerungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Dimmsignal an mindestens eine der Antriebssteuerung und der LED-Antriebsstromeinstellungseinheit bereitzustellen.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Funktionsmodul einen Dimmleveldetektor umfasst, der konfiguriert ist, um die Antriebsspannung zu empfangen und das aktuell ausgewählte Dimmlevel basierend auf der Antriebsspannung zu erfassen.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Funktionsmodul ferner einen Überspannungsschutz umfasst, der konfiguriert ist, um die mindestens eine LED-Gruppe vor einer Überspannung oder einem Überstrom zu schützen.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Widerstand ein Ableitwiderstand mit einem hohen Widerstandswert ist.
  7. Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: - das Antriebsmodul und der erste Widerstand die größte Wärmemenge im SIP erzeugen; und - ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul und dem ersten Widerstand innerhalb des einzelnen Substrats größer ist als ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul und dem Funktionsmodul und ein Abstand zwischen dem ersten Widerstand und dem Funktionsmodul.
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das SIP ferner eine Wärmeableitungseinheit umfasst, die auf einer Unterseite gegenüber einer Oberseite des einzelnen Substrats angeordnet ist, auf der das Antriebsmodul, das Funktionsmodul und der erste Widerstand angeordnet sind.
  9. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Antriebsmodul und der erste Widerstand mit der Wärmeableitungseinheit verbunden sind.
  10. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Wärmeableitungseinheit eine Vielzahl von Strukturen umfasst, die voneinander beabstandet sind, wobei die Strukturen auf der Unterseite des einzelnen Substrats angeordnet sind, um jeweils dem Antriebsmodul und dem ersten Widerstand zu entsprechen.
  11. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das einzelne Substrat eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, um das Antriebsmodul und den ersten Widerstand mit den Strukturen der Wärmeableitungseinheit zu verbinden.
  12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das SIP ferner umfasst: - erste Signalpins, die konfiguriert sind, um ein erstes Signal zum Steuern des Betriebs der mindestens einen LED-Gruppe einzugeben und auszugeben; und - zweite Signalpins, die konfiguriert sind, um ein zweites Signal zum Steuern des Antriebs der Antriebssteuerung einzugeben und auszugeben.
  13. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die ersten Signalpins entlang eines ersten Endes des einzelnen Substrats und die zweiten Signalpins entlang eines zweiten Endes gegenüber dem ersten Ende des einzelnen Substrats angeordnet sind.
  14. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Antriebsmodul und der erste Widerstand jeweils benachbart zu gegenüberliegenden Ecken des einzelnen Substrats angeordnet sind.
  15. System-in-Package (SIP) für eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einer LED-Gruppe und einem Gleichrichter, der konfiguriert ist, um eine Wechselstrom-Spannung (AC) gleichzurichten und eine Antriebsspannung zu erzeugen, wobei das SIP umfasst: - ein Antriebsmodul, umfassend: - eine Antriebssteuerung, die konfiguriert ist, um die Größe der Antriebsspannung zu bestimmen und das Antreiben der mindestens einen LED-Gruppe gemäß der Größe der Antriebsspannung zu steuern; und - eine Antriebsstromsteuerung, die konfiguriert ist, um einen Strom zu steuern, der in jeder LED-Gruppe fließt, um einen konstanten Wert zu haben; - ein Funktionsmodul, das einen Dimmleveldetektor umfasst, der konfiguriert ist, um die Antriebsspannung zu empfangen und den aktuell ausgewählten Dimmlevel basierend auf der Antriebsspannung zu erfassen; und - einen ersten Widerstand mit einem hohen Widerstandswert, um zu verhindern, dass hohe Leistung von dem Antriebsmodul verbraucht wird, wobei das Antriebsmodul, das Funktionsmodul und der erste Widerstand auf einem einzigen Substrat angeordnet sind.
  16. SIP nach Anspruch 15, wobei: - das Antriebsmodul und der erste Widerstand die größte Wärmemenge im SIP erzeugen; und - ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul und dem ersten Widerstand innerhalb des einzelnen Substrats größer ist als ein Abstand zwischen dem Antriebsmodul und dem Funktionsmodul und ein Abstand zwischen dem ersten Widerstand und dem Funktionsmodul.
  17. SIP nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Wärmeableitungseinheit, die auf einer Unterseite gegenüber einer Oberseite des einzelnen Substrats angeordnet ist, auf der das Antriebsmodul, das Funktionsmodul und der erste Widerstand ausgebildet sind, wobei die Wärmeableitungseinheit eine Vielzahl von Strukturen umfasst, die auf der Unterseite des einzelnen Substrats angeordnet sind, um jeweils dem Antriebsmodul und dem ersten Widerstand zu entsprechen.
  18. SIP nach Anspruch 17, wobei das einzelne Substrat eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, um das Antriebsmodul und den ersten Widerstand mit den Strukturen der Wärmeableitungseinheit zu verbinden.
  19. SIP nach Anspruch 15, ferner umfassend: - erste Signalpins, die konfiguriert sind, um ein erstes Signal zum Steuern des Betriebs der mindestens einen LED-Gruppe einzugeben und auszugeben; und - zweite Signalpins, die konfiguriert sind, um ein zweites Signal zum Steuern des Antriebs der Antriebssteuerung einzugeben und auszugeben.
  20. SIP nach Anspruch 19, wobei die ersten Signalpins entlang eines ersten Endes des einzelnen Substrats und die zweiten Signalpins entlang eines zweiten Endes gegenüber dem ersten Ende des einzelnen Substrats angeordnet sind.
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