需求侧启动的可调光led灯的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]调光器是可以通过改变灯的功耗来改变灯的光发射的装置。诸如荧光灯的某些灯没有商用调光器，因此，它们的功耗和亮度保持相对恒定。诸如白炽灯的其他灯可以由简单的调光器电路系统来调光。
[0002]这些调光器的主要部件(通常为可控硅整流器(即，SCR)或交流用三极管(即，TRIAC))通过由电阻器(诸如可变电阻器)设置的电阻来激活，以在AC电力循环的一部分内产生周期性电流抑制。该周期性电流抑制包括减少向白炽灯的灯丝的电力供应，从而降低白炽灯的光(即，热)功率，并且从而降低灯亮度。
[0003]由于由调光器的激活而导致的发热功率降低，因此灯丝温度降低。灯丝的黑体辐射功率(此后，光发射)对于其温度非常敏感。每个白炽灯被设计为针对该温度参数进行优化。与其最优条件的小偏差会导致光发射大大减少。因此，白炽灯的功耗的小降低会导致亮度不成比例地大大降低。换言之，相比于功耗降低，这些调光器通常成比例地更多降低白炽灯的亮度。例如，一些调光器可以通过降低原始功耗的仅10%来将亮度降低至原始水平的10%。因而，相比于具有100%的功率利用率，90%的功率利用率仅产生10%的亮度。从节能的观点来看，这不是期望的性能。
[0004]商用的可调光LED灯通常用脉宽调制(PWM)和/或TRIAC子系统来制造。可调光LED灯还可以包括更多一些的子系统，包括:1)能源，诸如电源或电池；2)包括至少一个LED的LED照明子系统；以及3)对向LED照明子系统供给的电流(电压)进行调整的恒流(或恒压)驱动集成电路(1C)。电源可以与PWM (或TRIAC)模块组合以变成PWM (或TRIAC)修改的电源。
[0005]PWM子系统将输入功率修改成具有调整占空比因子的周期性脉冲电流的形式。调整占空比因子的水平导致输入到LED照明子系统中的相应的(所谓的“有效的”)电流水平。该电流水平(并且从而该脉冲电流的占空比因子)使LED照明子系统产生相应的光发射水平。PWM的占空比因子由包括可变电阻器的电路系统来控制，该可变电阻器具有由旋钮(knob)或其他控制器控制的可调电阻。为了对LED灯进行调光，可以使用旋钮来调节可变电阻器以调整PWM的占空比因子，从而产生期望的照明水平，由此实现期望的调光操作。如在前面段落中所描述的，TRIAC执行周期性的输入电流抑制，从而也对“有效的”输入功率进行调整。
[0006]如上所述，可调光LED灯的商用设计都包括复杂的PWM电路系统或TRIAC ;对提供给灯的功率水平进行调整。简言之，这些调光器将(来自供应侧的)功率抑制至调整水平，然后在不改变LED照明子系统(即“灯泡”)的任何部分的情况下，将该功率以调整水平递送至照明子系统(或所谓的灯泡)。从而，在该专利公开内容中将这些调光器分类为“供应侧启动的调光器”或“供应侧调光器”。与“需求侧启动的调光器”或“需求侧调光器”相对比，对该术语“供应侧调光器”进行命名，“需求侧启动的调光器”或“需求侧调光器”是在下文中将详细描述的本发明的概念。
【发明内容】
[0007]如在【背景技术】部分中所阐述的，可调光LED灯的所有常规设计包括PWM模块和/或TRIAC，其对占空比因子进行调整以向灯供电；并且对来自供应侧的功率量进行调整。另一方面，本文中所描述的实施例不利用任何占空比因子修改或调整。从而，不需要PWM或TRIACo
[0008]该专利公开内容展现了从需求侧对功耗量进行调整的原理。简言之，本文中所描述的实施例将LED灯(“灯泡”)从具有一个(即，较高的)功率需求水平的一个网络配置变换成另一(即，较低的)功率需求网络配置。在这样做时，其导致具有关联的(即，较低的)功耗的变化的(即，较低的)照明水平，从而实现调光操作。因此，将这些可调光LED灯命名为“需求侧启动的可调光LED灯”或“需求侧可调光LED灯”。本公开内容还描述了新颖的实施例以及对于需求侧控制的可调光LED灯的廉价设计。
[0009]如将在【具体实施方式】部分中描述的，利用所公开的原理构建的所有原型被验证具有节能特性，使得光发射的减少导致功耗成比例地大大降低。此外，所设计的原型的基本模型(即，利用本文中所公开的原理的可调光LED灯)仅涉及包括下列中的一些元件的网络:1)( 一个或多个)LED、2)( 一个或多个)电阻器、3)( 一个或多个)可变电阻器、和/或4)(一个或多个)开关。从而，这些可调光灯不仅提供节能，而且还可以总体上比常规的可调光LED灯更加价格实惠。
[0010]本文中所描述的很多实施例还可以与远程控制器合并而变成远程控制的可调光LED灯，从而远程地执行调光功能。此外，它们可以与需要的传感器(诸如运动传感器)和/或定时器合并以在特定的指定时段期间控制和执行适当设计的调光功能。所构建的至少一种原型合并有可变电阻器；其亮度可以被连续地调暗。
[0011]提供该
【发明内容】
是为了以简化形式引入对下面在【具体实施方式】中进一步描述的概念的选择。该
【发明内容】
不意在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意在用作帮助确定所要求保护的主题的范围。
【附图说明】
[0012]为了描述可以获得上述及其他优点和特征的方式，将参照附图来呈现各种实施例的更详细描述。应当理解，这些附图仅描绘示例实施例，并且因此不应当被认为是对本发明的范围的限制，通过使用附图、以另外的特性和细节来描述和说明实施例，在附图中:
[0013]图1理论上示出了根据本文中描述的原理的示例“需求侧可调光LED灯”的框结构；
[0014]图2A示意性地示出了原型中所构建的八个网络的三个选择的1-V特性和L-P特性以详细阐述本文中描述的发明的设计原理；
[0015]图2B示意性地示出了原型中所构建的八个网络的三个选择的L-V特性以详细阐述本文中描述的原理；
[0016]图3示出了上述原型中的网络结构；
[0017]图4示出了按开关动作产生的网络；以及
[0018]图5示出了上述原型中的设计的电气连接。
【具体实施方式】
[0019]如在【背景技术】部分中所描述的，商用可调光LED灯通常用脉宽调制(PWM)和/或TRIAC子系统来制造。这些调光器可以从供应侧将输入功率调整至调整(降低)水平，然后将该调整后的(降低后的)功率递送至照明子系统以将它们的亮度调暗。在本文中这样的调光器被称作“供应侧调光器”。
[0020]PWM和/或TRIAC相对昂贵，并且还耗费相当大量的功率来进行操作。因此，这些设计不仅是制造成本高，而且还引入不期望的调光器特性。具体地，不期望的调光器特性包括:1) “光发射的减少导致功耗不成比例地较少降低”;或者2) “功耗的降低导致光发射成比例地大大降低”。从而，从财务的角度或者从节能的角度来看，这些“供应侧调光器”都不具有吸引力。
[0021]相比之下，下文中将描述的可调光LED灯被架构为照明子系统连接至调光单元，其整体上利用DC能源来进行操作。LED照明子系统被构建有无源网络(具有至少一个LED)。能源是电池或具有允许纹波的适当电压的电源。本文中进一步详细的描述将展现设计和操作原理的重要差异。
[0022]图1示意性地示出了(以框图形式)根据本文中描述的原理的可调光LED灯的子系统的电气连接。DC电源100的一端(S卩，负极端子)通过电源接通/关断开关130连接至调光单元110的一端。调光单元110的另一端连接至具有至少两对端子的照明子系统(或所谓的“灯泡”)120的一端；然后“灯