具有用于在低电力区段期间施加电力的能量存储的led照明和操作方法
【专利摘要】照明装置包括一串串联耦接的发光二极管(LED)组，每个组包括至少一个LED；灯光展开电路，被配置为响应电力信号递增地使所述LED组的相应LED组导通；以及能量存储模块，被配置为在所述电力信号周期的第一区段期间存储能量，以及在所述电力信号的周期的第二区段期间把所存储的能量施加到所述串。
【专利说明】具有用于在低电力区段期间施加电力的能量存储的LED照 明和操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的主题涉及照明装置和方法，更确切地说，涉及固态照明装置和方法。
【背景技术】
[0002] 固态照明阵列被用于许多照明应用。例如，包括固态发光器件阵列的固态发光面 板已经被用作直接照明源，例如在建筑和/或重点照明中。固态发光器件可以包括例如包 括一个或多个发光二极管（LED)的封装的发光器件，所述封装的发光器件可以包括无机 LED以及/或者有机LED (0LED)，所述无机LED可以包括形成p-n结的半导体层，所述有机 LED可以包括有机发光层。
[0003] 固态照明阵列被用于许多照明应用。例如，包括固态发光器件阵列的固态发光面 板已经被用作直接照明源，例如在建筑和/或重点照明中。固态发光器件还被用在照明装 置中，比如白炽灯泡更换应用、工作照明、内嵌筒灯装置等。例如，Cree，Inc.生产了各种各 样的内嵌顶灯，比如使用LED照明的LR-6和CR-6。固态发光面板通常还被用作小型液晶显 示（IXD)屏比如便携式电子设备中所用的IXD显示屏，以及更大的显示器比如IXD电视显 不器的背光。
[0004] 固态发光器件可以包括例如，包括一个或多个LED的封装的发光器件。典型情况 下无机LED包括形成p-n结的半导体层。包括有机发光层的有机LED (0LED)，是另一种类型 的固态发光器件。典型情况下，固态发光器件通过在发光层或发光区域中重新结合电子载 体，即电子和空穴而产生光。
[0005] 提供固态光源的某些尝试已经涉及使用整流的交流（ac)波形驱动LED或者一串 或一组LED。不过，因为LED需要最低正向电压以导通，所以LED可以仅仅在整流的交流波形 的一部分导通，这可能导致可见的闪烁、可能不合期望地降低系统的功率因数以及/或者 可能提高系统中的电阻性损耗。用整流的交流波形驱动LED的技术实例在美国专利申请公 开号2010/0308738和待批准美国专利申请序列号12/777, 842 (代理机构卷号：5308-1188， 2010年5月7日提交）中描述，其中后者被共同委托给本申请的受托人。
[0006] 提供交流驱动的固态光源的其他尝试已经涉及把LED置于反并联配置中，所以在 ac波形的每半周期上驱动一半的LED。不过，这种方式需要两倍的LED来产生与使用整流 的交流信号相同的光通量。
【发明内容】
[0007] 根据本发明主题的某些实施例，照明装置包括串联耦接的一串LED组，每个组包 括至少一个LED ;灯光展开电路，被配置为响应电力信号递增地使所述LED组的相应LED组 导通；以及能量存储模块，被配置为在所述电力信号周期的第一区段期间存储能量，以及在 所述电力信号的周期的第二区段期间把所存储的能量施加到所述串。
[0008] 在其他实施例中，所述能量存储模块进一步被配置为在所述第一区段期间使电流 从所述串转向到电荷存储元件。
[0009] 在再其他实施例中，所述能量存储模块包括陷波电路，耦接到所述串的节点并被 配置为响应于所述电力信号的电压超过某阈值，比如所述相应LED组的正向偏置电压与一 对控制齐纳二极管的击穿电压之和，使所述串从所述电力信号电气断开。
[0010] 在再其他实施例中，所述能量存储模块包括填谷电路，被配置为响应于所述电力 信号的电压落到阈值以下，比如控制齐纳二极管的击穿电压，使所述电荷存储元件电气耦 接到所述串。
[0011] 在再其他实施例中，所述电力信号在所述第一区段期间具有峰值电压值。
[0012] 在再其他实施例中，所述电力信号在所述第二区段期间具有其最低电压值。
[0013] 在再其他实施例中，在所述第一区段期间所述电力信号的电压值大于在所述第二 区段期间所述电力信号的电压值。
[0014] 在再其他实施例中，所述第一区段和所述第二区段具有近似相同的持续时间。
[0015] 在再其他实施例中，所述串中的全部所述LED组在所述第二区段期间导通。
[0016] 在再其他实施例中，通过所述串的电流信号具有其所具有的频率值高于所述电力 信号主频的频率值的主频成分。
[0017] 在再其他实施例中，通过所述串的所述电流信号的主频成分的频率值是所述电力 信号主频的频率值的至少三倍。
[0018] 在再其他实施例中，所述照明装置进一步包括整流器电路，被配置为耦接到交流 电源以产生所述电力信号。
[0019] 在本发明主题的进一步实施例中，照明装置包括光源元件和能量存储模块，所述 能量存储模块被配置为在所述电力信号周期的第一区段期间使所述光源元件从电力信号 电气断开以存储能量，以及在所述电力信号周期的第二区段期间向所述光源元件施加所存 储的能量。
[0020] 在再进一步的实施例中，所述电力信号在所述第一区段期间具有峰值电压值。
[0021] 在再进一步的实施例中，所述电力信号在所述第二区段期间具有其最低电压值。
[0022] 在再进一步的实施例中，在所述第一区段期间所述电力信号的电压值大于在所述 第二区段期间所述电力信号的电压值。
[0023] 在再进一步的实施例中，所述第一区段和所述第二区段具有近似相同的持续时 间。
[0024] 在再进一步的实施例中，通过所述光源元件的电流信号具有其所具有的频率值高 于所述电力信号主频的频率值的主频成分。
[0025] 在再进一步的实施例中，通过所述光源元件的所述电流信号的主频成分的频率值 是所述电力信号主频的频率值的至少三倍。
[0026] 在再进一步的实施例中，所述照明装置进一步包括整流器电路，被配置为耦接到 交流电源以产生所述电力信号。
[0027] 在再进一步的实施例中，所述光源元件包括LED。
[0028] 在再进一步的实施例中，所述光源元件包括串联耦接的一串LED组，每个组包括 至少一个LED。
[0029] 在本发明主题的其他实施例中，照明装置通过在电力信号周期的第一区段期间使 光源元件从所述电力信号电气断开以存储能量，以及在所述电力信号周期的第二区段期间 向所述光源元件施加所存储的能量来运行。
[0030] 在再其他实施例中，所述电力信号在所述第一区段期间具有峰值电压值。
[0031] 在再其他实施例中，所述电力信号在所述第二区段期间具有其最低电压值。
[0032] 在再其他实施例中，通过所述光源元件的电流信号具有其所具有的频率值高于所 述电力信号主频的频率值的主频成分。
[0033] 在再其他实施例中，通过所述光源元件的所述电流信号的主频成分的频率值是所 述电力信号主频的频率值的至少三倍。
[0034] 在再其他实施例中，所述光源元件包括LED。
[0035] 在再其他实施例中，所述光源元件包括串联耦接的一串LED组，每个组包括至少 一个 LED。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 包括的附图提供对本发明主题的进一步理解，并且加入并构成了本申请的一部 分，展示本发明主题的某些实施例。在附图中：
[0037] 图1展示了根据本发明主题的某些实施例的照明装置；
[0038] 图2是不包括根据本发明主题的某些实施例的能量存储模块功能时，由整流电源 提供的整流电压和通过图1的LED串的电流的仿真曲线图；
[0039] 图3展示了根据本发明主题的某些实施例，对图2中整流电压和LED串电流波形 的频率域分析；
[0040] 图4是包括根据本发明主题的某些实施例的能量存储模块功能时，由整流电源提 供的整流电压和通过图1的LED串的电流的仿真曲线图；
[0041] 图5展示了根据本发明主题的某些实施例，对图4中整流电压和LED串电流波形 的频率域分析；
[0042] 图6是包括根据本发明主题的进一步实施例的能量存储模块功能时，由整流电源 提供的整流电压和通过图1的LED串的电流的仿真曲线图；
[0043] 图7展示了根据本发明主题的某些实施例，对图6中整流电压和LED串电流波形 的频率域分析；
[0044] 图8是包括根据本发明主题的进一步实施例的能量存储模块功能时，由整流电源 提供的整流电压和通过图1的LED串的电流的仿真曲线图；
[0045] 图9展示了根据本发明主题的某些实施例，对图8中整流电压和LED串电流波形 的频率域分析；
[0046] 图10是包括根据本发明主题的某些实施例的能量存储模块功能但是其中一部分 陷波电路功能未使用时，由整流电源提供的整流电压和通过图1的LED串的电流的仿真曲 线图；
[0047] 图11展示了根据本发明主题的某些实施例，对图10中整流电压和LED串电流波 形的频率域分析；
[0048] 图12是电路图，更详细地展示了根据本发明主题的某些实施例的图1的照明装 置；
[0049] 图13至图16展示了根据本发明主题的某些实施例，照明装置组件的多种布局。
【具体实施方式】
[0050] 后文将参考附图更全面地描述现在本发明主题的实施例，附图中显示了本发明主 题的若干实施例。不过，本发明主题可以以许多不同形式实施，所以不应当解释为限于本文 阐述的这些实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将彻底而完全，并且将本发明主 题的范围全面地传达给本领域的技术人员。描述中自始至终相似的附图标记指相似的元 件。本文介绍的每个实施例还包括了其互补电导率实施例。
[0051] 应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等描述多个元件，但是这些元件不应 当限于这些术语。这些术语仅仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可以被 称为第二元件，同样，第二元件也可以被称为第一元件而不脱离本发明主题的范围。正如本 文所用，术语"和/或"包括一个或多个相关联的列出项的随便什么组合。
[0052] 应当理解，某元件被称为"连接"或"耦接"到另一个元件时，它能够直接连接或耦 接到另一个元件，也能够存在着居间的元件。相反，元件被称为"直接连接"或"直接耦接" 到另一个元件时，则没有居间的元件。
[0053] 应当理解，某元件或层被称为在另一个元件或层"上"时，该元件或层能够直接在 另一个元件或层上，也可以存在着居间的元件或层。相反，某元件被称为"直接"在另一个 元件或层上时，则没有居间的元件或层。正如本文所用，术语"和/或"包括一个或多个相 关联的列出项的随便什么组合。
[0054] 空间相对术语，比如"低于"、"在…之下"、"下"、"高于"、"上"等，本文可用于方便描 述，以便把一个元件或功能部件与另一个元件或功能部件的关系描述为如附图中展示。应 当理解，空间相对术语意在包括使用和操作中设备除附图描述的朝向以外的不同朝向。本 说明书自始至终，附图中相似的附图标记表示相似的元件。
[0055] 本文描述本发明主题的实施例时参考了平面和透视展示，它们是本发明主题的理 想化实施例的示意展示。因此，作为例如制造技术和/或容差的结果，从展示形状的变化在 预期内。因此，本发明主题不应当解释为限于本文展示的物体的具体形状，而是应当包括例 如由制造引起的形状的偏差。因此，图中展示的物体性质上为示意的，并且它们的形状并非 意在展示器件的区域的实际形状，而且并非意在限制本发明主题的范围。
[0056] 本文使用的术语仅仅为了描述特定实施例的目的而并非意在限制本发明主题。正 如本文所用，单数形式的"某"和"所述"意在也包括复数形式，除非语境清楚地另外指明。 应当进一步理解，本文使用术语"包括"和/或"包含"时，指定了所陈述特征、整数、步骤、 操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组 件和/或上述内容的组合的存在或加入。
[0057] 除非以其他方式界定，本文所用的一切术语（包括技术的和科学的术语）都具有 与本发明主题所属领域的普通技术人员的通常理解相同的意义。应当进一步理解，本文所 用的术语应当被解释为具有的意义与它们在本说明书和相关领域的语境中的意义一致，而 不应当在理想化的或过度正式的意义中解释，除非本文明确地如此定义。本文使用术语"多 个"指两个或更多个引用项。
[0058] 本文使用的短语"照明装置"不限于只是指示该器件能够发光。也就是，照明装置 可以是照明某区域或空间的器件，如建筑物、游泳池或洗浴中心、房间、仓库、指示器、道路、 停车场、车辆、标志如道路标志、广告牌、船舶、玩具、镜子、容器、电子器件、船只、飞机、体育 场、计算机、远程音频设备、远程视频设备、蜂窝电话、树、窗、LCD显示器、窑洞、隧道、院子、 路灯柱或照明围场的器件或器件阵列，或者是用于侧光照明或背光照明的器件（如背光海 报、标志、LCD显示器）、灯泡更换（如用于取代交流白炽灯、低电压灯、荧光灯等）、用于室 外照明的灯、用于安全照明的灯、用于住宅外照明的灯（墙式安装、杆柱/立柱安装）、吊顶 灯具/壁突式烛台、壁橱下照明、电灯（地板和/或桌子和/或书桌）、景观照明、导轨照明、 作业照明、特制照明、吊扇灯、档案室/艺术显示照明、高振动/冲击照明、工作灯等，镜子/ 梳妆台照明以及任何其他光发射设备。
[0059] 本发明的主题进一步涉及被照亮的围场（其空间能够被均匀地或非均匀地照 亮），包括封闭空间和根据本发明主题的至少一个照明装置，其中该照明装置（均匀地或非 均匀地）照亮了该封闭空间的至少一部分。
[0060] 根据本发明主题的某些实施例，灯光展开电路能够被配置为递增地激活和停用串 联耦接形成串的多个LED组的相应LED组。能量存储模块被配置为在电力信号周期的第一 区段期间存储能量，比如在电力信号周期的峰值期间，以及在电力信号周期的第二区段期 间把存储的能量施加到所述一串LED组，比如在电力信号周期的波谷部分期间。这种为了 驱动一串LED组使能量从电力信号周期的一部分到电力信号周期的另一部分的转向可以 提供灯光的更均匀照明，因为通过LED组的电流信号的频率可以超过电力信号频率而减少 了闪烁。
[0061] 图1展示了根据本发明主题的某些实施例的照明装置100。装置100包括整流电 源110、能量存储模块120、电流控制和灯光展开模块130以及LED串140,如图所示相连。 LED串140包括串联的一串LED组。每个LED组包括至少一个LED。例如，各组可以包括单 一 LED以及/或者各组可以包括多种并联和/或串联排列的多个LED。
[0062] 电流控制和灯光展开模块130用于控制在LED串140中包括的LED组的激活和 停用。为了减少照明装置100的光输出中的闪烁，可以递增地激活和停用LED串140中的 LED组。例如，在2011年9月16日提交的美国专利申请No. 13/235, 127('127申请）和与 其同时提交的标题为 "SOLID STATE LIGHTING APPARATUS INCLUDING CURRENT DIVERSION CONTROLLED BY LIGHTING DEVICE BIAS STATES AND CURRENT UMITING USING A PASSIVE ELECTRICAL C0MP0NEN美国专利申请No._('XXX申请）中介绍了电流控制和灯光 展开电路的实例，这两个的全部内容都在此引用作为参考。
[0063] 在减少闪烁、发光颜色和效率方面，通过在电力信号周期的第一区段期间存储来 自整流电源110的能量，比如在电力信号的峰值期间，以及在电力信号周期的第二区段期 间把存储的能量施加到一串LED组140,比如在电力信号周期的波谷部分期间，能量存储模 块120都可以提供附加的性能改进。因此，能量存储模块120包括陷波电路122,被配置为 在第一区段期间通过使LED串140与整流电源110电气断开使电流从LED串140转向，以 及通过使存储元件126电气耦接到整流电源110把电流引导到存储元件126。这种操作在 第一区段期间在表示流经LED串140的电流的信号中产生了陷波。填谷电路124被配置为 在第二区段期间把电荷存储元件126电气耦接到LED串140。从整流器电路110向LED串 140提供了电源，整流器电路110被配置为耦接到交流电源并从其产生整流后电压和电流。 整流器电路110可以包括在照明装置100中也可以是耦接到装置100的分开单元的一部 分。
[0064] 图2是不包括根据本发明主题的某些实施例的能量存储模块120的功能时，由整 流电源110提供的整流电压和通过LED串140的电流的仿真曲线图。整流电压被显示为 具有100Hz的频率并且基于具有50Hz频率的交流电源。LED串140包括三个LED组，在时 间52ms、53ms和54ms在电流控制和灯光展开模块130的控制下被递增地激活即正向偏置。 在' 127和' XXX申请中详细地介绍了这样的递增激活。
[0065] 图3展示了根据本发明主题的某些实施例，对图2中整流电压和LED串140电流 波形的频率域分析。正如图3所示，对于整流电压和LED串140电流的主频都是100Hz，更 高的频率成分提供的贡献小得多。不过，LED串140的电流信号中的100Hz成分可能产生 有害的闪烁。
[0066] 图4是包括根据本发明主题的某些实施例的能量存储模块120的功能时，由整流 电源110提供的整流电压和通过LED串140的电流的仿真曲线图。正如图4所示，以在时 间55ms由整流电源110提供的整流电压峰值为中心时在其左右0. 5ms的区段，陷波电路 122使电流从LED串140转向。确切地说，在0. 5ms区段期间，陷波电路122使LED串140 与整流电压电气断开，使得电流从LED串140转向离开，并且通过使存储元件126电气耦接 到整流电源110把电流引导到存储元件126。在整流电压达到其零伏最小值的以60ms为中 心时在其左右的第二区段期间，填谷电路124把电荷存储元件126电气耦接到LED串140。 这被展示为在以60ms时间点为中心时在其左右0. 5ms的区段流经LED串140所示的电流。 当存储的能量被放电到LED串140之中时在存储单元126中存储的能量足以正向偏置LED 串140中的每个LED组。也就是，在LED组典型情况下被关断时的整流电压的波谷部分期 间，在LED串140中的每个LED组都导通。
[0067] 图5展示了根据本发明主题的某些实施例，对图4中整流电压和LED串140电流 波形的频率域分析。正如图5所示，整流电压的主频是100Hz，与图3的情况相同。LED串 140的电流140的主频也是100Hz，但是与图2和图3的仿真相反，更高的频率成分不再可 忽略，因为在300Hz、500Hz、700Hz和900Hz处存在着显著的奇次谐波。
[0068] 图6是包括根据本发明主题的某些实施例的能量存储模块120的功能时，由整流 电源110提供的整流电压和通过LED串140的电流的仿真曲线图。正如图6所示，以在时间 55ms由整流电源110提供的整流电压峰值为中心时在其左右1. 0ms的区段，陷波电路122 使电流从LED串140转向。确切地说，在1. 0ms区段期间，陷波电路122使LED串140与整 流电压电气断开，使得电流从LED串140转向离开，并且通过使存储元件126电气耦接到整 流电源110把电流引导到存储元件126。在整流电压达到其零伏最小值的在以60ms为中心 时在其左右的第二区段期间，填谷电路124把电荷存储元件126电气耦接到LED串140。 这被展示为在以60ms时间点为中心时在其左右1. 0ms的区段，流经LED串140所示的电流。
[0069] 图7展示了根据本发明主题的某些实施例，对图6中整流电压和LED串140电流波 形的频率域分析。正如图7所示，整流电压的主频是100Hz，与图3和图5的情况相同。与 图2至图5的仿真相反，LED串140电流的主频是300Hz，它是图2和图4实施例主频的三 倍。在100Hz、500Hz、700Hz和900Hz处也存在着不可忽视的奇次谐波。通过在LED串140 的电流中引入1. 〇ms的陷波，并且有效地把在电流中的陷波移动到LED串140电流的波谷 区段，能够把LED串140电流的主频提高到整流电压主频的三倍，其他更高频率的谐波也比 整流电压的主频更占优势。结果，可以降低低频闪烁并且也可以以更高效率运行LED串。
[0070] 图8是包括根据本发明主题的某些实施例的能量存储模块120的功能时，由整流 电源110提供的整流电压和通过LED串140的电流的仿真曲线图。正如图8所示，以在时 间55ms由整流电源110提供的整流电压峰值为中心时在其左右1. 0ms的区段，陷波电路 122使电流从LED串140转向。确切地说，在1. 0ms区段期间，陷波电路122使LED串140 与整流电压电气断开，使得电流从LED串140转向离开，并且通过使存储元件126电气耦接 到整流电源110把电流引导到存储元件126。在整流电压达到其零伏最小值的以60ms为中 心时在其左右的第二区段期间，填谷电路124把电荷存储元件126电气耦接到LED串140。 这被展示为在以60ms时间点为中心时在其左右1. 0ms的区段流经LED串140所示的电流。 不过，与图4和图6的仿真相反，LED串140包括三个LED组，早一毫秒在电流控制和灯光 展开模块130的控制下递增地激活，在时间51ms、52ms和53ms全部三个LED组发光，即正 向偏置3ms而不是2ms。
[0071] 图9展示了根据本发明主题的某些实施例，对图8中整流电压和LED串140电流 波形的频率域分析。正如图9所示，整流电压的主频是100Hz，与图3、图5和图7的情况相 同。类似于图6和图7的仿真，LED串140电流的主频是300Hz，它是图2和图4实施例主 频的三倍。在l〇〇Hz、500Hz、700Hz和900Hz处也存在着不可忽视的奇次谐波。通过在LED 串140的电流中引入1. 0ms的陷波，并且有效地把在电流中的陷波移动到LED串140电流 的波谷区段，即使利用LED串140组的增加的激活时间，也能够把LED串140电流的主频提 高到整流电压主频的三倍，其他更高的频率谐波也比整流电压的主频更占优势。
[0072] 图10是包括根据本发明主题的某些实施例的能量存储模块120功能，但是其中陷 波电路122功能的一部分未使用时，由整流电源110提供的整流电压和通过LED串140的 电流的仿真图。正如图10所示，在52ms至58ms时间帧期间，在LED串140电流中未形成 陷波。不过，在50. 5ms至59. 5ms时间帧期间，陷波电路122确实把存储元件126耦接到整 流电源110。在整流电压达到其零伏最小值的以60ms为中心时在其左右的第二区段期间， 填谷电路124把电荷存储元件126电气耦接到LED串140。这被展示为在以60ms时间点为 中心时在其左右1. 0ms的区段流经LED串140所示的电流。
[0073] 图11展示了根据本发明主题的某些实施例，对图10中整流电压和LED串140电 流波形的频率域分析。正如图11所示，整流电压的主频是100Hz，与图3、图5、图7和图9 的情况相同。LED串140电流的主频也是100Hz，在200Hz、300Hz、400Hz和500Hz处具有显 著的谐波。尽管LED串140电流的主频保持100Hz，但是间隔100Hz的附加谐波可以缓解归 结于低频100Hz成分的某些闪烁。
[0074] 图12是电路图，更详细地展示了根据本发明主题的某些实施例的图1的照明装 置。照明装置由通过包括二极管D1的全波整流电路转换的交流电压源供电。整流电压Vrec 用于向照明装置供电，它包括由填谷电路124和陷波电路122组成的能量存储模块、电流控 制和灯光展开模块130、由LEDULED2和LED3三个LED组组成的LED串140以及包含电容 器C1的存储元件126。
[0075] 电流控制和灯光展开模块130包括三个电流分流器电路。第一电流分流器电路包 括晶体管Q10和Q11、电阻器R8以及二极管D10。第二电流分流器电路包括晶体管Q8和Q9、 电阻器R7以及二极管D8和D9。第三电流分流器电路包括晶体管Q6和Q7、电阻器R6以及 二极管D5、D6和D7。电流控制和灯光展开模块130进一步包括限流和偏置控制电阻器R9。 这些电流分流器电路包括相应晶体管（如晶体管Q6、Q8和Q10)，被配置为提供相应可控的 电流分流通道。这些晶体管可以按LED组的偏置跃迁导通和关断，它们可以用于影响晶体 管的偏置。与使用比较器等控制串中LED组的激活的电路相比，这样的电路可以相对简单。 此外，这些电流分流器电路可以允许LED组的LED 1、LED2和LED3被递增地和累积地激活和 停用。例如，在'127申请中详细地介绍了管理LED串140的运行的电流控制和灯光展开模 块130的运行。不过，应当理解，根据本发明主题的多个实施例，也能够使用其他技术和电 路实施电流控制和灯光展开模块130。例如，'XXX申请提供了能够在图12的照明装置中使 用的电流控制和灯光展开模块130的进一步实施例。
[0076] 陷波电路122包括晶体管Q4和Q5、齐纳二极管Dz2和Dz3、电阻器R5以及二极管 D4,它们如图所示配置。填谷电路包括晶体管Q1和Q2、光耦合器二极管/晶体管U1、电阻 器R1、R2、R3和R4、齐纳二极管Dzl以及二极管D3,它们如图所示配置。现在将介绍根据本 发明主题的某些实施例的陷波电路122和填谷电路124的运行。
[0077] 当整流电压Vrec超过了 LED串140中LED组的正向偏置阈值电压之和连同齐纳二 极管Dz2和Dz3的击穿电压时，即Vrec>V_LEDl+V_LED2+V_LED3+V_Dz2+V_Dz3时，能量存储 模块120可用于存储能量，此时晶体管Q4导通，它允许电容器C1充电。在这个时段期间， LED串140从整流电压Vrec电气断开，因为齐纳二极管Dz3的击穿电压大于二极管D5、D6 和D7的正向偏置电压之和，即V_Dz3>V_D5+V_D6+V_D7。结果，晶体管Q6关断，在LED串140 与电阻器R9之间产生开路。齐纳二极管Dz3的击穿电压连同电阻器R9能够被用于限制电 容器C1充电期间的电流。也可以调整对齐纳二极管Dz3连同电阻器R9选定的特定值，以 控制陷波和填谷脉冲的宽度。
[0078] 能量存储模块120可用于在整流电压落到齐纳二极管Dzl的击穿电压之下即 Vrec〈Vdzl时，把电容器C1中存储的能量施加到LED串140,即LED组LEDULED2和LED3。 为了响应Vrec落到Vdzl之下，晶体管Q1关断而晶体管Q2导通。这就允许电流流经光奉禹 合器U1的二极管，这使U1的晶体管导通。然后电容器C1向LED串140中放电，以便提供 整流电压Vrec波谷部分的输出。二极管D2、D3和D4被配置为确保电容器C1充电和放电 期间所期望的电流流动。
[0079] 应当理解，本发明主题不限于图12所示的陷波电路122和填谷电路124的实施 例。例如，比较器电路可以用于取代陷波电路122中的齐纳二极管Dz2和Dz3以及晶体管 Q5把整流电压Vrec与参考电压对比并从其产生偏置电压以关断晶体管Q6开始对电容器 C1充电。同样，比较器电路可以用于取代晶体管Q1连同电阻器Rl、R2和R4把整流电压 Vrec与参考电压对比以从其产生偏置电压使晶体管Q2导通，或者在除去了晶体管Q2时操 作某开关让电流流经光耦合器U1。通过使用陷波电路122和填谷电路124中的相应比较器 电路，能够调整参考电压以控制存储元件126如电容器C1中的能量存储和释放。
[0080] 基于图12的示范电路实施例的照明装置可以以大约6000K的相关色温在CR4发 光单元中提供每瓦大约70流明的功效。
[0081] 在本文已经介绍的实施例中，通常在以整流电力电压中峰值为中心时在其左右， 在LED串电流中形成陷波。然后通常在以整流电压波谷为中心时在其左右产生脉冲。应当 理解，可以产生多个陷波和脉冲，这可以进一步改进性能。例如，在LED串电流中可以形成 两个陷波，其时间在整流电力电压中峰值部位的每一侧通常对称。
[0082] 应当进一步理解，本文介绍的使用被整流到100Hz的50Hz电力电压的实例仅仅是 为了展示，而本发明主题不限于任何特定的频率范围。例如，也能够使用其他频率的电力信 号，比如被整流到120Hz的60Hz电力电压。也可以使用非标准的低频电力信号，比如20Hz 电力电压。本文介绍的本发明主题的实施例基于正弦曲线基的波形，用于非整流和整流电 力电压。也能够使用其他波形，比如梯形波，三角形波等，包括非对称波形。
[0083] 根据本发明主题的多个实施例，可以用许多不同方式实施本文介绍的照明装置电 路。例如，整流器电路、能量存储电路、灯光展开电路以及LED，例如在图1和图12的实施例 中的展示，可以被集成在被配置为与交流电源耦接的公共单元中。这样的集成单元可以采 取的形式为例如发光固定装置、常规白炽灯或小型荧光灯的螺口或卡口更替、被配置为用 在发光固定装置或灯泡中的集成电路或模块或者各种各样的其他外形。在某些实施例中， 能量存储和/或灯光展开电路的若干部分可以与使用复合半导体结构的LED集成，如图12 展示的电流换向晶体管Q6、Q8和Q10可以与它们控制的各自LED集成，以提供多端子可控 的LED器件，被配置为用在类似于本文展示的装置中。
[0084] 在某些实施例中，比如图13所示，整流器电路、灯光展开/能量存储电路以及若干 LED可以实施为独立单元1410、1420、1430,被配置为与交流电源相连，以及例如由电线、连 接器和/或印刷电路板互连。在进一步的实施例中，正如图14所示，整流器电路、灯光展开 电路和能量存储电路可以集成在公共单元1510中，如在公共的微电子基底、厚膜总成、电 路卡、模块等中，被配置为与交流电源和LED 1520相连。正如图15所示，若干LED、灯光展 开电路和能量存储电路可以同样集成在公共单元1620中，被配置为与整流器单元1610耦 接。在再其他实施例中，整流器单元、能量存储电路、灯光展开电路以及若干LED可以实施 为独立单元1710、1720、1730和1740,如图16所示。
[0085] 在附图和说明书中，已经公开了本发明主题的典型实施例，并且尽管采用了特定 术语，但是它们仅仅用于普通和描述的意义，而不是为了限制，本发明主题的范围在以下的 权利要求书中阐述。
【权利要求】
1. 一种照明装置，包括： 一串串联耦接的发光二极管（LED)组，每个组包括至少一个LED; 灯光展开电路，被配置为响应电力信号递增地使所述LED组的相应LED组导通；以及 能量存储模块，被配置为在所述电力信号周期的第一区段期间存储能量，以及在所述 电力信号的周期的第二区段期间把所存储的能量施加到所述串。
2. 根据权利要求1的照明装置，其中所述能量存储模块进一步被配置为在所述第一区 段期间使电流从所述串转向到电荷存储元件。
3. 根据权利要求2的照明装置，其中所述能量存储模块包括陷波电路，耦接到所述串 的节点并被配置为响应于所述电力信号的电压超过某阈值，使所述串从所述电力信号电气 断开。
4. 根据权利要求3的照明装置，其中所述阈值是所述相应LED组的正向偏置电压与一 对控制齐纳二极管的击穿电压之和。
5. 根据权利要求2的照明装置，其中所述能量存储模块包括填谷电路，被配置为响应 于所述电力信号的电压落到阈值以下，使所述电荷存储元件电气耦接到所述串。
6. 根据权利要求5的照明装置，其中所述阈值是控制齐纳二极管的击穿电压。
7. 根据权利要求1的照明装置，其中所述电力信号在所述第一区段期间具有峰值电压 值。
8. 根据权利要求1的照明装置，其中所述电力信号在所述第二区段期间具有其最低电 压值。
9. 根据权利要求1的照明装置，其中，在所述第一区段期间所述电力信号的电压值大 于在所述第二区段期间所述电力信号的电压值。
10. 根据权利要求1的照明装置，其中所述第一区段和所述第二区段具有近似相同的 持续时间。
11. 根据权利要求1的照明装置，其中所述串中的全部所述LED组在所述第二区段期间 导通。
12. 根据权利要求1的照明装置，其中通过所述串的电流信号具有其所具有的频率值 高于所述电力信号主频的频率值的主频成分。
13. 根据权利要求12的照明装置，其中通过所述串的所述电流信号的主频成分的频率 值是所述电力信号主频的频率值的至少三倍。
14. 根据权利要求1的照明装置，进一步包括整流器电路，被配置为耦接到交流（ac)电 源以产生所述电力信号。
15. -种照明装置，包括： 光源元件；以及 能量存储模块，被配置为在所述电力信号周期的第一区段期间使所述光源元件从电力 信号电气断开以存储能量，以及在所述电力信号周期的第二区段期间向所述光源元件施加 所存储的能量。
16. 根据权利要求15的照明装置，其中所述电力信号在所述第一区段期间具有峰值电 压值。
17. 根据权利要求15的照明装置，其中所述电力信号在所述第二区段期间具有其最低 电压值。
18. 根据权利要求15的照明装置，其中，在所述第一区段期间所述电力信号的电压值 大于在所述第二区段期间所述电力信号的电压值。
19. 根据权利要求15的照明装置，其中所述第一区段和所述第二区段具有近似相同的 持续时间。
20. 根据权利要求15的照明装置，其中通过所述光源元件的电流信号具有其所具有的 频率值高于所述电力信号主频的频率值的主频成分。
21. 根据权利要求20的照明装置，其中通过所述光源元件的所述电流信号的主频成分 的频率值是所述电力信号主频的频率值的至少三倍。
22. 根据权利要求15的照明装置，进一步包括整流器电路，被配置为耦接到交流（ac) 电源以产生所述电力信号。
23. 根据权利要求15的照明装置，其中所述光源元件包括发光二极管（LED)。
24. 根据权利要求15的照明装置，其中所述光源元件包括一串串联耦接的发光二极管 (LED)组，每个组包括至少一个LED。
25. -种运行照明装置的方法，包括： 在电力信号周期的第一区段期间使光源元件从所述电力信号电气断开以存储能量；以 及 在所述电力信号周期的第二区段期间向所述光源元件施加所存储的能量。
26. 根据权利要求25的方法，其中所述电力信号在所述第一区段期间具有峰值电压 值。
27. 根据权利要求25的方法，其中所述电力信号在所述第二区段期间具有其最低电压 值。
28. 根据权利要求25的方法，其中通过所述光源元件的电流信号具有其所具有的频率 值高于所述电力信号主频的频率值的主频成分。
29. 根据权利要求28的方法，其中通过所述光源元件的所述电流信号的主频成分的频 率值是所述电力信号主频的频率值的至少三倍。
30. 根据权利要求25的方法，其中所述光源元件包括发光二极管（LED)。
31. 根据权利要求25的方法，其中所述光源元件包括一串串联耦接的发光二极管 (LED)组，每个组包括至少一个LED。
【文档编号】H05B37/02GK104106313SQ201280068828
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】安东尼·P·范德维恩, 倪丽琴 申请人:克里公司