发光二极管热返送控制装置及方法与流程

相关案的交叉参考

本申请案主张于2015年2月20日提出申请的美国临时申请案第62/118,746号的权益，所述临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

背景技术：

本申请案涉及灯夹具(举例来说，发光二极管(led)灯夹具)的控制装置及方法。

led越来越多地用于各种各样的灯光照明应用中，举几例来说，汽车头灯及尾灯、街道灯光照明、建筑灯光照明、用于液晶显示器装置的背光灯及闪光灯。led具有优于常规灯光照明源(例如，白炽灯及荧光灯)的显著优势。这些优势包含高电力效率、良好的方向性、色彩稳定性、高可靠性、长寿命、小大小及环境安全性。

技术实现要素：

识别并论述与热管理有关且与大多数led及其应用相关联的一些挑战。这些热挑战中的一些可通过使用将控制信号提供到嵌入于led驱动器中的调光器控制件的热返送控制电路来缓和或解决。接下来，描述热返送控制电路的各种配置的组件、结构、功能及实施方案。

尽管led代表着相对新的照明应用市场，但led作为常规灯光照明产品的替代品也随之带来了某些难以解决的热挑战。即，led的效率很大程度上取决于装置的结温度。举例来说，由led产生的流明(或光强度)通常随着结温度升高而以线性方式减弱。led的寿命也随着结温度升高而减少。

一些灯光照明系统制造商通过设计具有适当散热器、高热传导性外壳的系统及其它热设计技术来解决这些热挑战。然而，这些热设计技术并未将led驱动器集成电路(ic)视为热管理系统中的控制组件。

led驱动器可用作控制组件以基于温度而修改led的驱动电流。因此，使用具有智能过温度保护的led驱动器可提供额外控制机构，所述控制机构可显著增加led光源的寿命、确保额定寿命且减小缺陷产品的发生率。

取决于灯光照明制造商及应用，led灯光照明产品的使用寿命的范围为从大约20,000小时到大于50,000小时不等，与白炽灯泡的小于2,000小时形成对比。然而，随着结温度升高，不仅led的光输出减少，而且led的寿命也会减少。智能热保护也可通过使系统整合者能够设计具有低安全裕度的散热器来帮助减小系统损耗。

通常，对led灯光照明装置的热管理系统的设计聚焦于散热器及印刷电路板(pcb)的设计，却并不考虑由led驱动器ic及驱动电路进行热管理的可能性。由led驱动器ic进行的智能过温度保护可显著增加led光源的寿命。

已以各种方式实施借助led驱动器ic进行的温度保护。一些led驱动器装置包含感测引脚，外部温度传感器可附接到所述感测引脚。在led灯光照明应用中可使用不同温度感测装置(包含二极管、芯片上传感器、正温度系数(ptc)或负温度系数(ntc)热敏电阻器)以辅助保护led使其免于过热。在准确地感测到温度之后，接着实施对任何过温度条件的响应。一种响应是在超过阈值温度时迅速关断去往led的驱动电流。接着，包含此类型响应的灯光照明装置在温度降低时“重新启动”光源，或另一选择为灯光照明装置等待直到发生电力循环为止，此通常重新启动灯。然而，存在与此方法有关的劣势。

举例来说，突然关闭方法通常需要将阈值温度设定得很高以避免不正确地触发灯的关闭。虽然此高阈值可保护灯免于毁坏性故障，但其仍可导致led的寿命显著减少。此外，关断led电流意味着灯被突然关断。此可导致像公共区域恐慌等严重状况。许多已知led驱动器在系统已冷却之后自动地重新启动，且一旦被重新启动系统便会反复地变热并关闭，此导致干扰性“闪烁”效应。

本申请案的实施例通过在一个实施例中提供电连接到发光二极管(led)驱动器的热返送控制电路来帮助解决上述问题。热返送控制电路包含分压器及分流调节器。分压器包含第一电阻器组件、与第一电阻器组件呈串联型配置的第二电阻器组件及输出。第一电阻器组件具有第一电阻，且第二电阻器组件具有响应于参考点处的温度而变化的第二电阻。输出经配置以基于第一电阻及第二电阻而输出参考电压。分流调节器与分压器呈并联型配置，且经配置以接收参考电压且基于所述参考电压而控制led驱动器的驱动器输出。

在另一实施例中，本申请案提供一种发光二极管(led)系统，其包含：一或多个led；led驱动器，其向所述一或多个led提供电力；及热返送控制电路。所述热返送控制电路电连接到所述led驱动器且经配置以基于参考点处的温度而将控制信号输出到所述驱动器。

在另一实施例中，本申请案提供一种控制去往一或多个led的电力的方法。所述方法包含：感测参考点处的温度；将所述所感测到的温度与预定温度阈值进行比较；及当所述所感测到的温度超过所述预定温度阈值时，减少去往所述一或多个led的电力。

通过考虑详细说明及所附图式，本申请案的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本申请案的实施例的发光二极管(led)系统。

图2是根据本申请案的实施例的图1的led系统的热返送控制电路。

图3是根据本申请案的实施例的图1的led系统的热返送控制电路。

图4a是图解说明根据本申请案的实施例的所感测到的温度与图1的led系统的led驱动器的输出电流百分比之间的关系的曲线图。

图4b是图解说明根据本申请案的实施例的所感测到的温度与图1的led系统的热返送控制电路的输出电压之间的关系的曲线图。

图5是根据本申请案的实施例连接到图1的led系统的led驱动器的热返送装置的透视图。

图6是根据本申请案的实施例的图5的热返送装置的俯视图。

图7是根据本申请案的实施例的图5的热返送装置的侧视图。

图8是根据本申请案的实施例的图5的热返送装置的侧视图。

图9是图解说明根据本申请案的实施例的图1的led系统的热返送装置的操作的流程图。

图10是图解说明根据本申请案的实施例的图1的led系统的热返送装置的操作的流程图。

具体实施方式

在详细地解释本申请案的任何实施例之前，应理解，本申请案在其应用上并不限于在以下描述中所陈述或在以下图式中所图解说明的组件的构造及布置的细节。本申请案能够具有其它实施例并以各种方式来实践或执行。

应注意，如本文中所使用的短语“串联型配置”是指以下电路布置：其中通常以顺序方式布置所描述元件使得一个元件的输出耦合到另一元件的输入，但相同电流可未必通过每一元件。举例来说，在“串联型配置”中，额外电路元件可能与“串联型配置”中的元件中的一或多个并联连接。此外，额外电路元件可连接在串联型配置中的节点处，使得在电路中存在支路。因此，串联型配置中的元件未必形成真“串联电路”。

另外，如本文中所使用的短语“并联型配置”是指以下电路布置：其中通常以使得一个元件连接到另一元件的方式布置所描述元件使得电路形成电路布置的并联支路。在此配置中，跨越电路的个别元件，所述元件可未必个别地具有相同的电位差。举例来说，在并联型电路配置中，彼此并联连接的两个电路元件与电路的一或多个额外元件串联连接是可能的。因此，呈“并联型配置”的电路可包含未必个别地形成真并联电路的元件。

图1描绘用于控制光源的温度的系统的实施例。根据此实施例，led组件的过热被减弱且led的突然关闭被消除。热返送装置100连接到led驱动器102，led驱动器102控制具有一或多个光源(举例来说，led模块(未展示))的led引擎104。led驱动器102具有电源连接106及输出连接108。在各种实施例中，电源连接106包含可耦合到交流(ac)电源(例如，商业电网电源)的ac线、ac中性线及接地端子。在另一实施例中(未展示)，电源连接包含来自dc电源的正直流(dc)端子及负直流端子。led驱动器102还具有输出连接108，输出连接108包含与led引擎104的dc正连接与dc负连接。led驱动器产生去往led引擎104的电流及电压(例如，驱动器输出)以给led供电。尽管先前论述是针对led的，但本文中所描述的装置及方法可经更改以在由光源产生的过多热量可使与光的产生相关联的电子组件降级时与其它光源(例如荧光灯)使用，如所属领域的技术人员将理解。

led驱动器102包含调光器接口110，调光器接口110经设计以利用正电连接与负电连接112连接到标准调光器开关(未展示)。在一个实施例中，调光器接口110驱动电流且感测电压。调光器接口110的所感测电压输出确定由led驱动器产生的去往led的电流或电压。通常，调光器开关包含某种类型的电位计以使电阻变化，此会改变由调光器开关产生的电压。在各种实施例中，调光器接口110是0v到10v的调光器接口，其感测介于0伏特(v)到10伏特之间的电压。led驱动器102具有0v到10v的调光器接口110，例如，戴乐格半导体(dialogsemiconductor)iw3630，其可购得且包含用以执行各种功能的不同组件，如所属领域的技术人员将理解。

热返送装置100可使用led驱动器102的调光器接口110来进行热管理。热返送装置100通过调光器接口110连接到led驱动器102。热返送装置100经设计以基于热返送装置100的位置或具体来说热返送装置100的热敏电阻器(或电阻器)而感测特定点的温度。如果所感测到的温度超过参考温度，那么热返送装置100将信号自动提供到led驱动器102以将光源调暗。led驱动器102通过减小供应到光源的电流来将灯模块调暗。所减少的光会减少由光源产生的热量，借此阻止任何温度升高且有效降低温度。如果温度继续升高，那么热返送装置100致使led驱动器102将灯进一步调暗且在适当时候驱动器可经配置以完全关断光源。一旦温度恢复到安全操作水平，热返送装置100便发信号通知led驱动器102将供应到光源的电流或电压增大回到正常照明水平。通过此过程，热返送装置100可用于基于指示过热的预定最大可允许温度而设定led照明的平衡水平。通过防止过热，热返送装置100帮助增加led驱动器102及led引擎104的寿命且保护这些组件及其它组件免于过早出故障。

在各种实施例中，热返送装置100连接到或靠近参考点以测量特定位置处的温度。举例来说，热返送装置100可连接到led驱动器102、led引擎104、led或者灯夹具中的其它热点或温度敏感点。所述连接必须是热连接及机械连接。在各种实施例中，热返送装置100连接到一个以上参考点，或者多个热返送装置100可连接到不同参考点。当使用多个热返送装置100时，可并联连接热返送装置100。所监测参考点的上限取决于调光驱动器源的电流额定、相关联灯夹具的大小及配置，如所属领域的技术人员将理解。

图2描绘实施为控制电路120的热返送装置100的一个实施例。控制电路120是温度敏感模块，其用于测量所关注点处的温度且经由调光接口110将信号提供到led驱动器102。根据一个实施例，控制电路120包含具有第一电阻的第一电阻器组件122及具有第二电阻的第二电阻器组件124。在一些实施例中，第一电阻器组件122与第二电阻器组件124呈串联型配置。

第一电阻器组件122可以是电阻器或热敏电阻器，举例来说但不限于，负温度系数(ntc)型热敏电阻器或正温度系数(ptc)型热敏电阻器。第二电阻器组件124可以是电阻器或热敏电阻器，举例来说但不限于，负温度系数(ntc)型热敏电阻器或正温度系数(ptc)类型热敏电阻器。在一个实施例中，至少一个电阻器组件122、124是热敏电阻器。如果两个电阻器组件122、124均是热敏电阻器，那么热返送装置100的控制电路120也可提供调光功能。在一个实施例中，控制电路利用单个热敏电阻器，因此第一电阻器组件122及第二电阻器组件124中的仅一个是热敏电阻器且另一个是电阻器。

控制电路120还包含分流调节器126。在一些实施例中，分流调节器126与第一电阻器组件122及第二电阻器组件124呈并联型配置。在各种实施例中，分流调节器126(或分流电压调节器)是低电压可调整精度分流调节器(例如，tlv431)。在各种实施例中，分流调节器126利用齐纳(zener)二极管、雪崩击穿二极管或电压调节器管。在一些实施例中，分流调节器126是具有阳极、阴极及参考电压端子的的三端子装置。分流调节器126的阳极电连接到第二电阻器组件124的第一端子及控制电路120(或调光接口110)的负端子128。分流调节器126的阴极电连接到第一电阻器组件122的第一端子及控制电路120(或调光接口110)的正端子129。分流调节器126的参考输入电压端子电连接于第一电阻器组件122与第二电阻器组件124(亦即，第一电阻器组件122的第二端子与第二电阻器组件124的第二端子)之间。分流调节器126在工业及商业的适用温度范围上具有规定的热稳定性。在实施例中，控制电路120是由电流源供电。可从供应到光源的电流或来自led驱动器102(例如，0v到10v的调光器接口110)的次级输出电流提供所述电流源。

第一电阻器组件122及第二电阻器组件124提供用于分流调节器126的参考电压的可变分压器，因此参考电压基于温度而变化。在ptc实施例中，第一电阻器组件122是电阻器且第二电阻器124组件是ptc热敏电阻器。随着温度升高，ptc热敏电阻器将以比电阻器更大的速率增大其电阻，此将增大去往参考输入端子的电压，从而致使参考输出电压下降且致使电流被吸收。由于ptc可以是电阻相对于温度而线性改变的装置，因此电压的改变也基本上是线性的。随着参考输入端子增大，会越过阈值电压(参考装置的额定值)且分流调节器126开始远离分压器而转向(或吸收)来自电流源(例如，来自调光接口110)的驱动电流的一部分，因此跨越控制电路120的正端子129及负端子128减小电压。调光接口处的较低电压会减小led驱动器102的电流及电压输出(这是由通过二极管的电压与电流之间的关系决定的)，此会将led调暗。经调暗led产生较少热量且降低由控制电路120感测到的温度。

在ntc实施例中，第一电阻器组件122是ntc热敏电阻器且第二电阻器124组件是电阻器。随着温度升高，ntc热敏电阻器将以比电阻器更快的速率减小其电阻，此将增大到参考端子的输入电压，而致使参考输出电压随着ntc热敏电阻器吸收电流而下降，此类似于ptc实施例。由于ntc可以是电阻相对于温度而线性改变的装置，因此电压的改变也基本上是线性的。随着参考输入端子增大，会越过阈值电压且分流调节器126开始远离分压器而转向(或吸收)来自电流源(例如，来自调光接口110)的驱动电流的一部分，此跨越控制电路120的正端子129及负端子128减小电压。调光接口处的较低电压减小led驱动器102的电流及电压输出(这是由通过二极管的电压与电流之间的关系决定的)，此会将led调暗。ptc或ntc实施例随着温度升高而减小参考输出电压(吸收更多电流)，且随着温度降低而增大参考输出电压(吸收更少电流)。当所感测到的温度致使分压器增大到高于阈值电压(参考装置的额定值)时，通过分流调节器126的电流被接通。

因此，第一电阻器组件122及第二电阻器组件124以及分流调节器126经配置使得随着所感测到的温度升高，热敏电阻器的电阻改变(例如，随ptc增大或随ntc减小)，这改变分流调节器126的参考电压输入。当参考输入电压达到某一阈值电平(参考装置的额定值)时，分流调节器126吸收电流且跨越控制电路120的正端子129及负端子128减小电压。较低电压致使led驱动器102减少led引擎104的光输出。阈值电平选择为接近0v到10v系统的最小调光电压(通常约1v)以允许正常操作且在热量过多时提供调光控制。除了所描述的那些组件之外或代替所描述的那些组件，可使用额外组件以形成将控制信号提供到驱动器的温度敏感电路以将灯夹具调暗或以其它方式减小灯夹具的光输出，如所属领域的技术人员在审视本发明时将理解。举例来说，可提供电位计以允许用户调整灯夹具的最大光输出，或可提供组件以允许用户经由热返送装置100调整灯夹具的最大光输出。

图3图解说明用于测量参考点处的温度且将控制信号提供到led驱动器102(图1)的热返送控制电路130的另一实施例。控制电路130包含热敏电阻器rt1132(例如，ptc热敏电阻器)、电阻器r1134、分流调节器ic1136(例如，tlv431)及与热敏电阻器132一起实施的电容器c1138。分流调节器136的参考端子vref电连接到热敏电阻器132、电阻器134及电容器138的共同节点。控制电路130通过调光器接口110的正端子140(例如，p1、紫色引脚)及负端子142(例如，p2、灰色引脚)连接到led驱动器102。热敏电阻器132、电阻器134、分流调节器136及电容器138提供热返送控制电路的ptc实施例。可由从来自led驱动器102的次级输出电压供应的电压或电流给控制电路130供电。除了所描述的那些组件之外或替代所描述的那些组件，可使用额外组件以形成温度敏感电路，所述温度敏感电路将控制信号提供到驱动器以将灯夹具调暗或以其它方式减少灯夹具的光输出，如所属领域的技术人员在审视本发明时将理解。基于热敏电阻器132、电阻器134及分流调节器136的预定值而设定允许电流流动通过分流调节器的温度阈值及流动通过分流调节器的电流量。

图4a展示当热返送装置100耦合到led驱动器102的调光接口110时所感测到的温度与led驱动器102的输出电流百分比之间的关系。图4b展示温度与用于调光接口110的热返送装置100的输出电压之间的关系。参考点处超过温度阈值(举例来说但不限于大约80℃)的温度会激活热返送机构，此减小跨越调光接口端子的电压。因此，led驱动器102(图1)成比例地减少供应到光源(举例来说，led模块)的电流。电流遵循100％与最小调光器电平(举例来说在所描绘实施例中是30％)之间的线性线。随着温度降低，光可沿着相同曲线增加。如果温度超过另一温度阈值(举例来说，大约100℃)，那么led驱动器102可完全关断光源以保护灯夹具。led驱动器102可包含当达到最小调光器电平或热返送装置100产生最小阈值电压时关断关断电源或从led移除电流的设定。当温度降低到安全水平(例如，预定电压电平(例如大约80℃))时，led驱动器102重新接通。

根据一个实施例，热返送装置100(图1)集成于单个芯片或如图5到8所展示的印刷电路板(pcb)144上。pcb144具有相对小的占用面积，此允许热返送装置100安装到外部的各个参考点，举例来说，安装于led驱动器壳体146的外侧。pcb144可安装于驱动器壳体146上的敏感位置或热点位置。热点可通过分析计算或测试(例如，热成像)来确定。在所图解说明实施例中，pcb是使用螺杆148安装到壳体146，但可使用其它机械紧固件或粘合连接。热返送装置100通过一或多个导体电连接到驱动器102。在所图解说明实施例中，导体通过连接件150连接到热返送装置且延伸穿过导管152，但仅可使用绝缘线导体。

在某些实施例中，热返送装置100集成安装在不同参考点处的一个以上温度敏感单元。一个以上热返送装置100也可定位在不同参考点处且连接到驱动器102。热返送装置100及/或受监测参考点的上限取决于相关联灯夹具的大小及配置，如所属领域的技术人员将理解。

图9图解说明用于监测及控制以操作方式连接到热返送装置100的灯夹具的温度的方法200的一个实施例。在操作中，热返送装置100检测参考点处的温度(框205)。热返送装置100确定所检测到的温度是否已超过温度阈值(框210)。如果所检测到的温度已超过温度阈值，那么热返送装置100减小电流(框215)，接着方法200行进返回到框205。如果所检测到的温度尚未超过温度阈值，那么正常操作条件继续(框220)，接着方法200行进返回到框205。

图10图解说明控制电路的方法、操作300的实施例。在操作中，随着参考点处的温度改变，电阻器组件(例如，电阻器组件122、电阻器组件124、热敏电阻器132等)的电阻也改变(框305)。随着电阻器组件的电阻改变，控制电路的电压也将变化(框310)。将控制电路的电压与齐纳类型的二极管或分流调节器的预定电压进行比较(框315)。确定控制电路的电压是否已越过预定电压(框320)。如果控制电路的电压已越过预定电压，那么减小电流，因此将led调暗(框325)，接着方法300行进返回到框305。如果控制电路的电压尚未越过预定电压，那么正常操作条件继续(框330)，接着方法300进行返回到框305。

可在多个参考点处监测温度且当参考点中任一个处的温度越过预定阈值时减小供应到发光器的电流。每一参考点处的阈值不必相同，且每一阈值可经设计以满足特定关注点处的要求。举例来说，led驱动器102的温度阈值可不同于led引擎104的温度阈值。

在一个实施例中，热返送装置100以物理方式连接到灯夹具的组件(举例来说，驱动器壳体146)且通过led驱动器102(举例来说，通过调光器接口110)以操作方式连接到发光装置。在各种实施例中，热返送装置100经配置以在任何0v到10v的控制下操作。如果超过温度阈值(举例来说，大约80℃)，那么热返送装置100致使驱动器102(举例来说)通过减小所供应电流以减小发光装置的亮度及热量输出来将发光装置调暗。如果温度继续上升，那么进一步减小供应到发光装置的电流。电流的减小可与温度的上升具有线性关系、曲线关系或阶梯式关系(视需要)。也可建立完全关断发光装置的第二阈值。

因此，本申请案提供文本及其它内容。在以下申请专利范围中陈述本申请案的各种特征及优点。