發(fā)光二極管燈以及為發(fā)光二極管串供電的方法
【專利說明】發(fā)光二極管燈以及為發(fā)光二極管串供電的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年9月15日提交的美國臨時專利申請第62/050，704號“Dynamic Bleeder Current Control For LED Dimmer(用于LED調(diào)光器的動態(tài)泄放電流控制)”的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容合并至本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容涉及對LED (發(fā)光二極管)燈進行驅(qū)動，并且更具體地涉及對LED燈進行自適應(yīng)調(diào)光。
【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)在各種電子應(yīng)用使用LED燈。這些應(yīng)用包括建筑照明、汽車頭燈和尾燈、用于液晶顯示裝置的背光燈、閃光燈和電子標志。LED燈與常規(guī)照明源如白熾燈和熒光燈相比具有顯著優(yōu)點。這些優(yōu)點包括高效率、良好的方向性、顏色穩(wěn)定性、高可靠性、長壽命、小尺寸和環(huán)境安全性。因此，LED燈在很多應(yīng)用中取代了常規(guī)照明源。例如，LED燈常用于對光源的亮度進行調(diào)節(jié)的應(yīng)用如可調(diào)光照明系統(tǒng)中。
[0005]可調(diào)光照明系統(tǒng)常使用切相式調(diào)光開關(guān)，切相式調(diào)光開關(guān)采用三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置(triac device)通過在供應(yīng)至三端雙向可控娃開關(guān)元件的交流(AC)電壓的一定時段期間的導(dǎo)通來調(diào)節(jié)傳遞至燈的功率。為將三端雙向可控硅開關(guān)元件維持在導(dǎo)通狀態(tài)，需要將最小保持電流供應(yīng)至三端雙向可控硅開關(guān)元件。然而，因為LED燈負荷變化很大，所以三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置可能不能可靠地工作。此外，最小保持電流在三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置間變化很大，這可能進一步使基于LED的可調(diào)光照明系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜化。當通過三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置的電流小于最小保持電流閾值時，三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置復(fù)位并且過早地關(guān)斷。因此，LED燈會當它們應(yīng)該導(dǎo)通時過早地關(guān)斷，這會導(dǎo)致可察覺的燈光閃爍或LED燈的完全失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文描述的LED燈系統(tǒng)包括調(diào)光開關(guān)和泄放電路(bleeder circuit)。泄放電路提供泄放電流(bleeder current)以防止調(diào)光開關(guān)過早地關(guān)斷。三端雙向可控娃開關(guān)元件調(diào)光器在觸發(fā)操作模式期間通常需要約100mA至200mA來導(dǎo)通。當被觸發(fā)時，三端雙向可控硅開關(guān)元件調(diào)光器進入三端雙向可控硅開關(guān)元件導(dǎo)通操作模式，其中，三端雙向可控硅開關(guān)元件調(diào)光器持續(xù)導(dǎo)通直到通過三端雙向可控硅開關(guān)元件調(diào)光器的電流下降至閾值電流水平(例如，5mA至20mA)以下。在導(dǎo)通操作模式期間，當通過三端雙向可控娃開關(guān)元件調(diào)光器的電流下降至閾值電流水平以下時三端雙向可控硅開關(guān)元件調(diào)光器可能關(guān)斷，從而導(dǎo)致LED燈的可感知的閃爍。泄放電路可以監(jiān)測由調(diào)光開關(guān)輸出的AC輸入電壓。當AC輸入電壓小于第一閾值時，泄放電路提供泄放電流。當AC輸入電壓大于第二閾值時，泄放電路將泄放電流調(diào)節(jié)成低于預(yù)定水平。
[0007]根據(jù)一個實施例，一種發(fā)光二極管燈包括:發(fā)光二極管串，其包括一個或更多個發(fā)光二極管；整流電路，被配置成接收交流輸入電壓并且生成與交流輸入電壓對應(yīng)的整流電壓，整流電壓是指示調(diào)光水平的切相式交流輸入電壓；泄放電路，被耦合至整流電路，并且被配置成響應(yīng)于交流輸入電壓低于第一閾值電壓而導(dǎo)通以提供第一電流水平的泄放電流，并且響應(yīng)于交流輸入電壓超過第二閾值電壓而將泄放電流降低至第二電流水平；以及發(fā)光二極管驅(qū)動電路，被配置成根據(jù)基于整流電壓的占空比來導(dǎo)通或關(guān)斷功率級開關(guān)，以調(diào)節(jié)通過發(fā)光二極管串的驅(qū)動電流。
[0008]根據(jù)另一個實施例，一種為發(fā)光二極管串供電的方法包括:接收交流輸入電壓并且生成與交流輸入電壓對應(yīng)的整流電壓，整流電壓是指示調(diào)光水平的切相式電壓；確定交流輸入電壓的水平；響應(yīng)于交流輸入電壓低于第一閾值電壓而提供第一電流水平的泄放電流，并且響應(yīng)于交流輸入電壓超過第二閾值電壓而將泄放電流降低至第二電流水平；以及通過根據(jù)基于整流電壓的占空比導(dǎo)通或關(guān)斷功率級開關(guān)來調(diào)節(jié)通過發(fā)光二極管串的驅(qū)動電流。
[0009]本說明書中描述的特征和優(yōu)點并未包括全部，并且特別地，鑒于附圖和說明書，大量另外的特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是明顯的。此外，應(yīng)當注意，本說明書中使用的語言主要被選擇用于可讀性和指導(dǎo)的目的，并且不被選擇用于劃定或限定發(fā)明主題。
【附圖說明】
[0010]通過結(jié)合附圖考慮下面的詳細描述易于理解本公開內(nèi)容的教導(dǎo)。
[0011]圖1是示出根據(jù)一個實施方式的LED燈系統(tǒng)的電路圖。
[0012]圖2是示出根據(jù)一個實施方式的LED燈系統(tǒng)的電路圖。
[0013]圖3A示出根據(jù)一個實施方式的圖2的LED燈系統(tǒng)的示例電壓波形。
[0014]圖3B示出根據(jù)一個實施方式的圖2的LED燈系統(tǒng)的示例控制信號波形。
[0015]圖3C示出根據(jù)一個實施方式的圖2的LED燈系統(tǒng)的示例泄放電路控制信號波形。
[0016]圖4A示出根據(jù)另一個實施方式的圖2的LED燈系統(tǒng)的示例電壓波形。
[0017]圖4B示出根據(jù)另一個實施方式的圖2的LED燈系統(tǒng)的示例控制信號波形。
[0018]圖4C示出根據(jù)另一個實施方式的圖2的LED燈系統(tǒng)的示例泄放電流波形。
【具體實施方式】
[0019]附圖和下面的描述涉及僅為說明目的的本公開內(nèi)容的實施方式。應(yīng)當注意，根據(jù)下面的討論，本文所公開的結(jié)構(gòu)和方法的替選實施方式會容易被認為是在不偏離本公開內(nèi)容的原則的情況下可以采用的可行替選方案。
[0020]現(xiàn)在將詳細參考本公開內(nèi)容的幾個實施方式，其示例在附圖中示出。注意，只要可行，類似或相同的附圖標記可以用于附圖中，并且可以表示類似或相同的功能。附圖描述本公開內(nèi)容的實施方式僅用于說明的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會根據(jù)下面的描述容易地認識到:在不偏離本文描述的公開內(nèi)容的實施方式的原則的情況下可以采用本文示出的結(jié)構(gòu)和方法的替選實施方式。
[0021]圖1是示出了包括交流(AC)電源114、調(diào)光開關(guān)104和LED燈電路102的LED燈系統(tǒng)100的電路圖。AC電源114向LED燈電路102提供AC電壓122。調(diào)光開關(guān)104與AC電源114和包括LED串112的LED燈電路102串聯(lián)耦合。LED串112包括一個或更多個LED。調(diào)光開關(guān)104通過對AC電源114進行相位調(diào)制以將經(jīng)調(diào)節(jié)的AC輸入電壓提供至LED燈電路102來控制由LED串112輸出的光量(即，強度)。在一個實施方式中，調(diào)光開關(guān)104是包括三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置(未示出)的切相式調(diào)光器。調(diào)光開關(guān)104中所包括的三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置是當其導(dǎo)通(或觸發(fā))時能夠沿任一方向傳導(dǎo)電流的雙向裝置。美國專利第7，936，132號中描述了包括三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置的調(diào)光開關(guān)的一個示例。當包括三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置的調(diào)光開關(guān)104導(dǎo)通時，調(diào)光開關(guān)104持續(xù)導(dǎo)通直到通過調(diào)光開關(guān)104和LED串112的電流下降至保持電流閾值以下。
[0022]調(diào)光開關(guān)104基于施加至調(diào)光開關(guān)104的調(diào)光輸入信號116的值來確定施加至由AC電源114提供的AC電壓122的調(diào)節(jié)量。即，基于調(diào)光輸入信號116的值來生成由調(diào)光開關(guān)輸出的AC輸入電壓。在一些實施方案中，調(diào)光輸入信號116是由旋鈕、滑動開關(guān)或能夠提供具有可變調(diào)節(jié)設(shè)置范圍的調(diào)節(jié)信號的其它合適的電氣或機械裝置產(chǎn)生的模擬信號。在其它實施方案中，調(diào)光輸入信號116是數(shù)字信號。調(diào)光開關(guān)104向LED燈電路102輸出AC輸入電壓118。LED燈電路102與所接收的AC輸入電壓118基本上成比例地調(diào)節(jié)LED串112的光輸出強度，從而呈現(xiàn)出與白熾燈類似的特征。LED燈電路102以以下調(diào)節(jié)方式控制通過LED串112的電流:響應(yīng)于調(diào)光輸入信號116來提供LED燈電路102的光強度水平輸出的平穩(wěn)過渡而沒有可感知的閃爍。
[0023]LED燈電路110包括整流電路106、泄放電路108、驅(qū)動電路110和LED串112。整流電路106接收AC輸入電壓118并輸出與AC輸入電壓118對應(yīng)的整流電壓120?？梢哉{(diào)節(jié)LED串112的調(diào)光水平使得通過LED串112的電流低于調(diào)光開關(guān)104的三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置的保持電流閾值。在這種情況下，泄放電路108確保調(diào)光開關(guān)104的三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置保持導(dǎo)通，同時LED串112能夠在調(diào)光設(shè)置內(nèi)被調(diào)節(jié)。當AC輸入電壓118低于第一閾值電壓時泄放電路108導(dǎo)通以提供泄放電流。因此，泄放電路108提供跨整流電路106的輸出端的電路通路。由泄放電路108提供的泄放電流使輸入電容器放電并且提供低阻抗電流通路以確保調(diào)光開關(guān)104的三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置正常工作。調(diào)光開關(guān)104的三端雙向可控硅開關(guān)元件裝置的內(nèi)部定時器能夠適當復(fù)位并且同時充電，這防止了調(diào)光器相位在周期間抖動。在一些實施方式中，泄放電路108提供不同水平的泄放電流以減少熱損失并且增加總體系統(tǒng)效率。當AC輸入電壓118超過第二閾值電壓時，泄放電路減小泄放電流。第二閾值電壓大于第一閾值電壓。將參照圖2來進一步描述泄放電路108的細節(jié)。驅(qū)動電路110向LED串112提供驅(qū)動電流。驅(qū)動電路110根據(jù)基于整流電壓120確定的占空比來導(dǎo)通和關(guān)斷從而調(diào)節(jié)通過LED串112的驅(qū)動電流。
[0024]圖2是示出了包括