连接到步进驱动器的LED元件的设置的制作方法

本发明涉及照明设备并且涉及操作照明设备的方法。更具体而言，本发明涉及根据周期性变化的供应电压的瞬时电压值，选择性激活的LED元件组的操作。

背景技术：

具有LED元件的照明设备正变得越来越流行。特别是对于利用市电功率进行供电的照明设备而言，已知不同类型的功率供应电路，它们将市电功率(例如作为具有110或者230V_rms和50或者60Hz的频率的正弦变化的电压供应)转换为适合于LED的操作的电流和电压值。

虽然很多这种电源包括电压转换电路以从周期性变化的市电供应电压获得恒定的DC LED操作电压，步进驱动器(还称为抽头式线性驱动器(TLD))的概念允许由交变电流电源直接驱动LED元件。在TLD架构内，LED元件被电连接以形成连接至步进驱动器电路的分立的组。步进驱动器电路被供应有周期性变化的供应电压(诸如经整流市电)，并且根据供应电压的瞬时电压值选择性地激活所述组。

US2014/0210362 A1公开了照明装置，其使用包括多于两个LED组的半导体发光元件，多于两个LED组串联连接，每个LED组能够在AC输入电压的半个周期内辐射光。第一LED组优选地最先被设置，并且接着，其它LED组在从基板的中心向边缘的径向向外的方向上以连贯顺序一个接一个地设置。利用这一布局，在AC电压的半个周期内，位于电流流动路径上游的第一LED组被最先点亮，并且接着，位于电流流动路径下游的直至第四LED组的其它组被点亮。因此，照明过程在从基板的中心向边缘的方向上逐渐进行。

US2013/0278163 A1描述了用于控制LED分段提供照明效果的系统和方法。单个板载光引擎包括驱动器电子元件和多个LED分段。驱动器电子元件包括AC至AC步进驱动器，该AC至AC步进驱动器通过在AC波形从零交叉点去到最大电压并且返回零交叉点时控制LED分段之间的抽头点，选择性地为LED分段供电。为了提供中心至边缘的亮度，LED分段在板上具有不同的位置。在具有三个LED分段的一个示例中，第一LED分段的位置大约在板的中心处，第二LED分段至少部分地包围第一LED分段并且位置进一步远离中心，并且第三LED分段至少部分地包围第二LED分段并且位置距离中心最远。以这一方式，中心至边缘的亮度可以在通电并且在调光(即如果AC波形的形状由调光器控制)时被提供。

技术实现要素：

所考虑的目的可以是，提供具有改善的光学外观(特别是处于调光状态)的照明设备和操作方法。

这一目的是通过根据权利要求1所述的照明设备和根据权利要求15所述的操作方法实现的。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

发明人考虑了具有步进驱动器电路和LED元件的多个组的照明设备的光学外观。在步进驱动器电路根据供应电压的瞬时电压值选择性地激活这些组时，在周期性变化的供应电压的整个周期期间，LED元件的不同组不会全部都继续保持激活(即被供应以操作电压和电流以便发光)。在其中瞬时电压值不足以驱动所有LED元件的时间段期间，LED元件的一个或者多个组将保持禁用。

特别地，可以提供调光的供应电压，其中整个波形(例如，正弦变化的AC电压)通过相切操作被修改，诸如例如通过前沿(LE)或者尾沿(TE)相切调光器。这样修改的波形将在整流之后被供应到步进驱动器。特别地，在强调光操作中，照明设备中的一些LED元件可以在每个周期期间仅操作达非常短的时间，或者甚至可以贯穿整个周期保持禁用。

发明人意识到，照明设备的光学外观(特别是当被调暗时的光学外观)之前未被充分考虑。被禁用的LED元件，并且特别地，同时被禁用的LED元件的大簇，可以表现为单独可见，使得调光的照明设备可以被感知为单独LED元件或者其簇的部分激活/禁用的设置图案。

根据本发明的照明设备包括多个LED元件，该多个LED元件被连接以形成LED元件的至少两个组。“LED元件”可以是任何类型的固态照明元件，诸如特别地半导体发光二极管、OLED等。优选地，LED元件被以包装的形式提供，即被提供为可分立连接的部件。特别优选的是使用具有至少10V(优选地，至少20V)的操作电压的高电压LED。特别地，多结LED包装是优选的，诸如例如具有24V或者48V的额定电压。

至少两个组中的每个组至少包括至少两个LED元件的串联连接。如联系优选实施例将变得明显的，每个组的LED元件可以全部串联连接。备选地，在组内，LED元件的两个或者更多个串(串联连接)可以并联地电连接。

一个组中的LED元件的数目可以例如为2至30，优选地为2至12。LED元件的数目可以在组之间变化。可以优选的是，这些组中的至少一个组包括至少三个LED元件，更优选地包括至少四个、至少五个、或者至少六个LED元件。具有最多的LED元件的组可以是第一组，其在第一阶段被激活，这将在下文解释。其余的组可以包括更少的LED元件。

连接到步进驱动器电路的LED元件的组的数目可以变化。例如，可以有2至6个组，更优选地，可以有3或者4个组，每个组包括至少一串LED元件。在一些实施例中，可以有一个或者多个其它组，其中LED元件未串联连接，诸如例如如果在一个附加组中，仅存在一个单个的LED元件。

LED元件的组全部电连接到步进驱动器电路。步进驱动器电路被布置为接收周期性变化的供应电压的形式的电功率。步进驱动器电路包括电部件，电部件被连接为使得根据这一供应电压的瞬时电压值，自动激活或者禁用LED元件的整个组。

通过根据瞬时供应电压这样选择被激活的LED元件组，步进驱动器可以直接将供应电压递送到被激活的组，被激活的组优选地串联地电连接。更优选地，连接到步进驱动器电路的抽头被设置为串联连接在这些组之间，使得步进驱动器可以通过将供应电压连接到这些组而将它们激活。例如，步进驱动器可以在一个或者多个阶段中激活组，使得例如在第一阶段中，仅第一组被激活，并且在第二阶段中，第一组与至少一个其它组同时被激活。在具有三个组的一个示例中，仅第一组在第一阶段中被激活，第一和第二组在第二阶段中被激活，并且三个组全部在第三阶段中被激活。当然，同样的概念可以应用于(诸如例如具有四个或者更多个组的)其它配置。

根据瞬时电压值的对组的激活可以使得对于每个阶段，存在针对供应电压的关联阈值。步进驱动器电路按如下方式操作，例如使得如果瞬时供应电压低于第一阈值则其不激活任何组，并且如果瞬时供应电压大于第一阈值而小于第二阈值则仅激活LED元件的第一组，如果瞬时供应电压大于第二阈值则第一组与第二组同时激活等。

在根据本发明的照明设备中，LED元件被设置在载体上以形成设置图案。载体可以是适合于将LED元件保持在适当位置的任何结构，并且因此可以是合适的任何形状的本体。特别地，载体可以包括弯曲的或者优选地平坦的表面，设置图案形成在该表面上。优选地，设置图案包括连接到步进驱动器电路的所有LED元件。

根据本发明，组中的至少一个组的LED元件位于载体上以便在设置图案上均匀分布。这具有如下光学效果，即如果仅这一组被激活，则所发射的光看起来在设置图案上均匀分布。

LED元件的均匀分布被理解为使得，如果只有来自这一组的LED元件被激活，则设置图案不包括相对于设置图案的整个尺寸而言的大尺寸的黑暗区域(即具有多个邻近的被禁用LED)或者明亮区域(即具有多个邻近的被激活LED元件)。例如，覆盖邻近的LED元件的连续区域至整个设置图案的一侧(例如整个设置图案的一半)的LED元件组将不均匀分布。

作为一个示例，均匀分布的设置可以通过位于交错设置中的LED元件来提供，即其中一个组的LED元件或者簇(邻近提供的同一组的小数目的LED元件，例如在一起的两个、三个、或者四个LED元件)被提供为与彼此分隔，其中其间设置有来自其它组的LED元件。更优选地，元件或者簇均匀分隔。

均匀的分布可以已然利用相对小数目的LED元件实现，这将通过优选实施例(具有四个或者五个LED元件)而变得明显。然而，均匀分布可以更容易地利用整个设置图案中的更大总数目的LED元件实现，诸如利用至少六个LED元件，优选地至少八个LED元件。

来自组中的至少一个组的LED元件的均匀分布的设置的优势是保持了如下光学外观，该光学外观可以允许用户将整个照明设备(甚至在调光状态下)仍然感知为基本上在整个设置图案上发光，而不是单独LED元件变得明显。这特别适用于LED元件的第一组(即甚至当被强调光时将保持被激活的组)被提供为均匀分布的情况。如果不止一个组被提供为在整个设置图案上均匀分布，则该效果将进一步加强。例如，如果至少两个组位于载体上以便在设置图案上均匀分布，则这允许不仅在一个调光状态下，而是在若干调光状态下(特别是其中均匀分布的组中的仅一个或者多个组被激活的那些调光状态)，保持优选的外观。

根据本发明的优选实施例，至少一个组的LED元件(特别优选的是其中LED元件在设置图案上均匀分布的组)可以以对称组图案位于载体上。如果至少第一组是对称的，则这是特别有效的。因此，至少一个组(优选地，多个组)的LED元件，以及备选地或者附加地还有整个设置图案的LED元件，可以对称设置。对于一个组(而且还对于根据本发明的其中对称性是优选的所有其它设置)，这可以包括不同类型的对称性，诸如例如关于至少一个轴的镜像对称，优选地关于至少两个或者更多个轴的镜像对称，或者旋转对称。特别地，优选的是，至少一个组(优选地，不止一个组)的组图案和/或整个设置图案具有小于180°的旋转对称性。如联系优选实施例将变得明显的，例如90°或者更小角度的旋转对称性可以特别地是优选的。

在一个示例性实施例中，设置图案可以包括被设置为形成至少一个完整的或者部分的环的LED元件。作为高对称性的设置的环可以提供优选的外观。虽然完整的环可以是优选的，但是在一些实施例中，LED元件还可以被设置在部分的环中，例如以便提供用于连接接线、驱动器电子元件等的空间。优选地，部分的环在至少270°上延伸。在这样形成的环或者部分的环上，来自至少一个组(但是优选地来自不止一个组)的LED元件可以均匀分布。整个设置图案可以包括环，但是备选地，可以提供其它LED元件，例如放置在环内。

在特别优选的实施例中，其中设置图案包括至少一个完整的或者部分的环，沿着这一环设置的LED元件可以属于至少两个不同的组，并且接着优选地被以交错方式设置。交错设置在这一情形下被理解为使得沿着环，LED元件(或者其簇)交替地属于不同的组。这允许提供特别均匀的分布。

对于连接到步进驱动器的将要在如上文解释那样的阶段中驱动的组，特别优选的是，在这些阶段中的至少两个阶段中，被激活的LED元件在载体上形成对称图案。优选地，这至少适用于最低的活跃阶段(仅一个组被激活)，并且适用于最高的阶段(所有组被激活)。更优选的是，如果在中间阶段中，被激活的LED元件也形成对称图案。例如，在第一阶段和最高阶段中，可以提供旋转对称性，而在至少一个中间阶段中，至少存在镜像对称性。

根据本发明的另一优选的实施例，来自组中的至少一个组的LED元件被布置为发射与来自组中的另一组的LED元件不同的色温的光。作为一个优选示例，来自第一组的所有LED元件或者至少部分LED元件可以具有比来自至少一个其它组的LED元件更暖的色温，以提供自动的调光色调功能，其中整体色温在更强的调光状态下变得更暖。如果一个组内的元件的色温不同，特别优选的是，均匀分布地和/或在组图案内对称地设置具有共同色温的那些LED元件。

其它优选的实施例涉及由LED元件和步进驱动器电路形成的电路。如已经在上文解释那样，组优选地串联电连接。抽头可以在组之间以这一串联连接设置，并且可以连接到步进驱动器电路。至少一个电容性元件可以并联连接到每个组。在组之间，二极管元件(诸如普通的(非发光)半导体二极管)可以被提供为将组电分离。

本发明的这些方面和其它方面将通过下文描述的实施例而变得明显并且将参照下文描述的实施例来阐述。

附图说明

在附图中，

图1示出了照明设备的第一实施例的电路图；

图2a至图2c示出了图1中的照明设备的LED元件组的设置；

图3示出了照明设备的第二实施例的电路图；

图4a至图4c示出了图3中的照明设备的LED元件组的设置；

图5a至图5c、图6a至图6c示出了根据第三和第四实施例的LED元件的设置；

图7示出了根据图5a至图5c、图6a至图6c中的实施例的照明设备的电路图；

图8a、图8b示出了用于照明设备的第五实施例的LED元件的设置和电路图；

图9a、图9b；图10a、图10b；图11a、图11b；图12a、图12b；图13a、图13b；图14a、图14b各自示出了根据第六、第七、第八、第九、第十、以及第十一实施例的照明设备的LED元件的设置和电路图；

图15、图16示出了根据第十二和第十三实施例的LED元件的设置；

图17a、图17b；图18a、图18b；图19a、图19b；图20a、图20b各自示出了用于照明设备的第十四、第十五、第十六、以及第十七实施例的LED元件的设置和电路图。

具体实施方式

图1示出了照明设备10的第一实施例的电路图。照明设备10包括连接到步进驱动器电路14的多个LED元件12。

LED元件12电连接成组，在所示的示例中为第一组1、第二组2、以及第三组3。在所示的示例性电路中，每个组内的所有LED元件12被电连接成LED串30，即成为多个LED元件的串联连接。在图1的示例中，第一组1包括六个LED元件12的串30，第二组2包括四个LED元件12的串30，并且第三组3包括两个LED元件12的串30。

来自所有三个组1、2、3的串以及因此LED元件12串联电连接。

在一个优选实施例中，单独的LED元件12是多结LED包装，例如每个具有24V的额定电压。

组1、2、3以抽头式线性驱动器(TLD)架构连接到步进驱动器电路14。在组之间(组被(非发光)二极管18电分离)，提供了连接到步进驱动器电路14的抽头20。每个组通过并联电容器22被电稳定。

照明设备10由市电电功率24供电，市电电功率24被整流器16整流并且被供应到步进驱动器电路14。

步进驱动器电路14根据这样被整流的电压V的瞬时电压值选择性地激活组1、2、3。

如技术人员从TLD架构通常知道的那样，步进驱动器电路14将瞬时电压V与若干阈值比较，并且根据这一比较在若干阶段中激活组1、2、3。在本示例中，具有(24V额定电压的)六个LED元件12的第一组1需要144V的最小电压用于操作。只要被供应到步进驱动器电路14的整流电压低于这一值，则所有LED元件12保持被禁用。在电压超过144V的第一阈值但是仍然低于240V的第二阈值时(用于组1中的六个LED的144V+用于组2中的四个LED的96V)，在第一阶段中，仅第一组1被激活。高于240V但是低于288V，第一和第二组在第二阶段被激活。最后，高于288V，所有三个组在第三阶段被同时激活。

相应地，如果正弦供应电压以整流形式被供应到步进驱动器电路14，LED元件12的组1、2、3将一个接一个地连续地被开启。虽然第一组1的LED元件12将比其它组2、3被激活达更长的时间段，所有组将在供应电压的每个周期中被激活达特定时间段。

如果使用调光器，则原来正弦的供应电压的波形将根据调光器的类型而被修改，例如通过LE(前沿)或者TE(尾沿)调光器的相切。根据得到的相切波形，组1、2、3将不像未经修改的正弦供应电压那样一直被连贯地激活。例如，根据调光水平，第二组2和特别地第三组3仅可以被激活达较短的时段，或者被供应到步进驱动器电路14的整流电压不可以达到将它们完全激活的足够高的水平。因此，根据调光状态，特别地第二组2和第三组3的LED元件将显得较暗(由于较短的激活时段的持续时间)或者甚至完全暗的。

如技术人员将理解那样，除了TLD架构的所描述的特定示例，可以使用不同的实施例，其中的一些实施例将在下文描述。在每种情形下，LED元件12的单独的组将根据整流电压的瞬时值而被选择性地激活。激活将在各个阶段中发生，使得在第一阶段中，仅第一组被激活，在第二阶段中，第一和第二组被激活等，直到在最高阶段中，所有组被同时激活。由于技术人员通常知道实现这一功能的电路，在这里将不解释步进驱动器电路的其它细节。

例如，照明设备10为GU10PF类型的LED灯。在该示例中，12个LED元件12被设置在作为载体的平坦印刷电路板26上。图2a示意性地示出了单独LED元件12在PCB 26上的放置。每个LED元件12仅示意性地被示出为环，环具有其所属于的组的数字。在图2和用于示意性地图示LED元件12的放置的后续的图中，所有接线和其它电路出于清楚的原因而被省略。

PCB 26上的LED元件12共同形成设置图案。在第一实施例中，设置图案是环，其中LED元件12沿着环线设置。

如图2a所示，来自第一组1的LED元件12在设置图案上(即，在所形成的环上)均匀分布。来自第一组1的LED元件12以交错方式(即，每隔一个的LED元件12属于第一组1)被放置在设置图案内，使得来自第一组1的单独LED元件被均匀散布并且总是被其它组中的一个组的LED元件分开。

第二组2的四个LED元件也在环上均匀分布。来自第二组的LED元件也以交错方式设置，但是在这一情形下，其间的距离不是像第一组那样在每种情形下相等。

第一实施例中的LED元件12的整体设置图案是对称的。如将容易意识到那样，可以限定多个不同的镜像轴，设置图案相对于镜像轴展现出镜像对称性。此外，设置图案是旋转对称的，旋转角度为30°、60°、90°等。因此，整个设置图案具有高度对称性。

此外，由第一组1的LED元件12形成的组图案也是对称的。如将容易意识到那样，来自第一组1的LED元件12以具有多个镜像对称性和60°、120°等的旋转对称性的组图案设置。

图2a示出了在激活的第一阶段中的照明设备10，其中仅来自第一组1的LED元件被激活(由周围的箭头指定)。因此，图2a给出了对处于强烈调光状态的照明设备10的外观的印象。如可见的，被激活的LED元件12在设置图案内的均匀分布，以及被激活的LED元件12的高对称性，实现了非常均衡的光学外观。

图2b、图2c示出了照明设备10的第二和第三激活阶段。

在图2b所示的第二中间阶段中，组1和组2的被激活的LED 12形成如下图案，该图案在整个设置图案上仍然相对均匀地分布，其中仅来自第三组3的两个LED元件12被禁用。此外，甚至第二中间阶段中的被激活LED也被对称设置(但是以较低的对称度)，即具有相对于一个轴的镜像对称性。

在图2c所示的第三和最高激活阶段中，所有LED元件12被激活，从而再次形成高度对称的图案。因此，总体上，由于均匀分布和对称的设置，根据第一实施例的照明设备10在所有调光状态下、并且特别地在最低的调光状态下(第一阶段，图2a)、以及在最高调光状态下(第三阶段，图2c)，实现有利的光学外观。

图3示出了照明设备的第二实施例的部分电路图。所示的电路具有与图1中的电路相同的结构，其中LED元件的串30以TLD架构设置，只是每个组内的LED元件具有不同的设置，从而导致了不同数目的LED元件12。实施例一共包括16个LED元件12，未单独示出，而是仅示出在串30中(单独LED元件的串联连接)。在图3和后续的图中，每个串内的单独LED元件的数目在对应的符号旁边指示，例如图3中的“4x”表示每个串30包括四个LED元件。如在第一实施例中那样，每个组1、2、3包括并联的电容器22，并且组1、2、3全部都被设置为串联地电连接、被二极管18分离。在第二实施例以及其它实施例中，相同的附图标记指示相同的元件。

在图3中，步进驱动器电路14已被省略，并且出于清楚的原因，仅示出了将要连接到步进驱动器电路14的抽头32a、32b、32c、32d。

在根据第二实施例的电路中，第一组1包括并联连接的两个串30。16个LED元件每个具有24V的额定电压。因为在第一组1中提供了四个串联的LED元件的串，第一阈值为4x24V＝96V。第二阈值为192V并且第三阈值为288V。

图4a示出了来自第一组1、第二组2、以及第三组3的LED元件的设置。表示被激活的LED元件的箭头图示了图4a中针对第一阶段、图4b中针对第二阶段、以及图4c中针对第三阶段的光学外观。

在这一实施例中，LED元件12被设置在平坦的印刷电路板26上的环的整体设置图案中。这一整体设置图案具有高对称度，既旋转对称又相对于多个轴镜像对称。

来自第一组1的LED元件12在环形设置图案上均匀分布。来自第一组1的LED元件以交错方式沿着环线设置。然而，与第一实施例相反，该交错设置不是由单独的LED元件12形成的，而是由小簇形成的，每个小簇由两个LED元件形成。沿着环线，簇均匀分隔，其间留有来自其它组的两个LED元件12。因此，实现了均匀分布，从而产生了甚至在最低的调光状态下有利的外观(图4a)。

第一组1中的LED元件的设置也是对称的，在这一情形下具有90°的旋转对称性和相对于多个轴的镜像对称性。

来自第二组2的LED元件12也在环线上以交错方式被均匀分隔。这样形成的第二组的组图案也是对称的。在第二阶段中(图4b)，被激活的LED元件12形成均匀分布的、高度对称的图案。

比较第一阶段(图4a)和第二阶段(图4b)中的被激活的LED元件12的图案，随着图案从第一阶段到第二阶段改变，对称轴轻微旋转。这由图4b所示的箭头指示。

图5a至图5c示出了设置在PCB 26上的LED元件12的另一实施例。整体设置图案是具有放置在环内的两个附加LED元件的环。如图可见的，来自第一组1的LED元件12沿着环线以相等分隔的交错方式在环上均匀分布。至少这一第一组的设置是高度对称的。整体设置图案具有较低的对称度，但是至少示出相对于一个轴的镜像对称性。

图7示出了用于第一组内的六个LED元件12、第二组2内的四个LED元件12、以及第三组内的附加的单个LED元件12的对应的电路图。电路设计与之前的实施例略微不同，即二极管18未连接在组1、2、3的串联连接中，而是连接在这些组和抽头32b、32c、32d之间。

图6a至图6c示出了根据第四实施例的PCB 26上的LED元件12的设置。11个LED元件12(其中六个LED元件12在第一组1中，四个LED元件12在第二组2中，并且单个LED元件12在第三组3中)也可以被设置在如图7所示的电路中。例如，每个LED元件12可以是48V多结LED包装。

来自第一组的LED元件12的设置(如图6a至图6c所示)是均匀分隔的，其中两个三元件簇沿着环以交错方式设置。

在图8a、8b中示出了根据第五实施例的PCB 26上的LED元件12的电路图和设置图案。一共九个元件12被设置在整体高度对称的设置中。来自第一组1的六个LED元件12(两个并联的串，每个串具有三个LED元件)被设置在环上。

图9a、9b、10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13b、14a、14b示出其它实施例。图15、图16示出了具有PCB 26上的十个LED元件12的不同设置的再一些其它实施例，这些LED元件12可以由图14b所示的电路供电。

在图17a、17b、18a、18b、19a、19b、以及20a、20b中示出了再一些其它实施例。特别地，如从图18a、图18b和图20a、图20b中的实施例可见的，LED元件12还可以被设置在四个组1、2、3、4中。

在附图和以上描述中详细地图示和描述了本发明。这种图示和描述要被视为说明性或者示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

例如，电路设计的不同实施例可以用于LED元件的公开设置。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件，并且不定冠词“一(a)”或者“一个(an)”不排除多个。仅凭在互相不同的从属权利要求中记载某些措施的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制了范围。