用于产生可变照明的光源及用于形成所述光源的方法
【专利摘要】本申请案涉及一种用于产生可变照明的光源及一种用于形成所述光源的方法。一种耦合到至少一个装置的用于产生可变照明的光源包含光芯片组合件及LED驱动器模块。所述光芯片组合件包含：多个LED，其在硅衬底上；散热器，其耦合到所述光芯片组合件，所述硅衬底经由导热粘合剂耦合到所述散热器的内芯区。所述LED驱动器模块包含：壳体；负载稳定LED驱动器电路，其在所述壳体内，所述负载稳定LED驱动器电路经配置以驱动所述光芯片组合件；印刷电路，其耦合到所述负载稳定LED驱动器电路；及电力供应器，其用于提供交流电。
【专利说明】用于产生可变照明的光源及用于形成所述光源的方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及基于LED技术的MR16⑶5.3可调光灯，且更特定来说，涉及一种可完全调光且兼容的MR16⑶5.3光源及其方法。
【背景技术】
[0002]在世界上，节省能量并找到取代常规照明技术的替代方案已越来越受关注。在许多国家且在许多州，白炽灯泡正被取代，且强制执行更高效的照明源。替代光源包含荧光灯管、卤素灯及发光二极管(LED)。尽管这些选项已可购得且效率改善，但许多人仍不愿换到这些替代光源。
[0003]然而，出于各种原因，较新的技术尚未被广泛地接受。一个此种原因是在照明源中使用了有毒物质。作为一实例，荧光照明源通常依赖于呈蒸气形式的汞来产生光。由于汞蒸气是有害材料，因此用过的灯无法简单地在路边被处置，而是必须被输送到指定的有害废物处置场。另外，一些荧光灯管制造商指导消费者避免在住宅的例如卧室的敏感区域中使用灯泡。
[0004]替代照明源的缓慢采纳的另一原因是其与白炽灯泡相比性能低。荧光灯依赖于单独的启动器或镇流器机构来起始照明。因此，其有时并不像消费者所预期的那样“瞬间”接通。另外，荧光灯通常不立即以全亮度提供光，而是随着时间斜升到全亮度。此外，大多数荧光灯为易碎的，不能够调光，具有可能有噪音的镇流器变压器，且可在频繁地循环开关的情况下失效。
[0005]最近引入的另一类型的替代照明源依赖于发光二极管(LED)的使用。LED具有胜过荧光灯的优点，包含固态装置中固有的稳健性及可靠性、缺少可能在意外破裂或处置期间释放的有毒化学品、即时接通能力、可调光性及缺少可听见的噪音。随着具有能量效率及低功率消耗的优点的发光二极管(LED)相关技术的出现，许多研究及开发部门的焦点已转向LED相关技术的研究。当前，对LED灯的目前需求正在增长，且MR16⑶5.3由于具体来说与兼容性及热相关的各种原因而成为在ANSI (美国国家标准局)尺寸方面的设计最具挑战性的产品。所面临的主要挑战是关于与目前安装在专业应用及住宅应用中的各种标准调光器(前沿的、落后的及通用的)及电子变压器的兼容性。
[0006]另一方面是满足对调光控制及周围照明的需求。多年以来，自从消费者已认识到LED不仅提供照明而且促成功率节省，LED相关技术就已变为重要的技术。为了满足消费者对实际应用的需求，调光控制及周围照明的设计对于LED器具的市场来说变得至关重要。又一方面是减少LED器具的成本。可调光LED器具由调光单元及LED器具构成。对于需要调光功能来控制每一单元的室内照明应用，成本将不可避免地增加。
[0007]此外，大多数现有调光器及变压器被设计为针对卤素灯、CFL及白炽灯起作用。这些灯为基于电阻的，其中通过负载因数来满足调光器及变压器操作要求。当前，MR16GU5.3基于LED的灯的兼容性的解决方案作为直接改装取代非常不成熟。不存在已由半导体工业开发来解决兼容性问题的被证实的集成电路或解决方案。
[0008]当前发展水平的技术采用例如机械风扇等主动冷却系统。市场上可用的目前技术采用风扇来冷却对于MR16GU5.3设计来说在热方面为关键的负载因数。然而，添加例如风扇等主动冷却系统并不自动解决针对变压器及调光器的兼容性。关于正确理解调光器及变压器操作特性，目前半导体技术尚不成熟。如此，设计的大部分是以离散形式连同特殊集成电路应用一起进行的。由于针对总体产品尺寸的ANSI尺寸界限，离散技术的大部分直到半导体工业形成用于调光器及变压器兼容性的突破性设计才能够作为集成电路集成为ANSI标准所需的较小形状因数的PCBA(印刷电路板组合件)。
[0009]因此，此项技术中仍需要避免使用机械风扇作为主动冷却系统的基于LED的技术。当前，不存在用于不具有主动冷却系统的根据ANSI尺寸的MR16的单一被证实的解决方案。
[0010]因此，此项技术中需要具有适合跨标准调光器及变压器的热要求及兼容性的驱动器表征设计的光源。
[0011]因此，此项技术中需要解决现有技术的限制的用以检测变压器及调光器操作特性的智能解决方案。
【发明内容】
[0012]一般来说，本发明的实施例揭示一种耦合到至少一个装置的用于产生可变照明的光源包含光芯片组合件及LED驱动器模块。所述光芯片组合件包含:多个LED,其在娃衬底上；散热器，其耦合到所述光芯片组合件，所述硅衬底经由导热粘合剂耦合到所述散热器的内芯区。所述LED驱动器模块包含:壳体；负载稳定LED驱动器电路，其在所述壳体内，所述负载稳定LED驱动器电路经配置以驱动所述光芯片组合件；印刷电路，其耦合到所述负载稳定LED驱动器电路；及电力供应器，其用于提供交流电。
[0013]一般来说，本发明的另一实施例揭示一种用于形成耦合到至少一个装置的用于产生可变照明的光源的方法包含以下步骤:提供具有安置于硅衬底上的电耦合到第一柔性印刷电路的多个LED的LED封装组合件；经由导热粘合剂将所述LED封装组合件直接接合到散热器；提供具有在印刷电路上的负载稳定LED驱动器电路的LED驱动器模块，所述负载稳定LED驱动器电路及所述印刷电路安置于导热灯头内；将电力供应器应用于向所述LED驱动器模块提供交流电；从所述电力供应器接收所述交流电并将所述交流电变换成输入电压；及从所述变压器接收所述输入电压，且所述负载稳定LED驱动器电路经配置以为所述多个LED产生变化电平的经调节电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]可参考实施例获得对上文经简要概括的本发明的更特定描述，使得可详细地理解本发明的上述特征的方式，其中一些实施例图解说明于附图中。然而，应注意，附图仅图解说明本发明的典型实施例，且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可容许其它等效实施例。
[0015]图1图解说明根据本发明的一个实施例的耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源的分解透视图；
[0016]图2图解说明根据本发明的一个实施例的耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源的框图；且
[0017]图3A以图表形式图解说明根据本发明的一个实施例的对耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源的后缘相位控制；
[0018]图3B以图表形式图解说明根据本发明的一个实施例的对耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源的前缘相位控制；
[0019]图4A图解说明根据本发明的一个实施例的耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的负载稳定LED驱动器电路的顶部层PCB布局；
[0020]图4B图解说明根据本发明的一个实施例的耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的负载稳定LED驱动器电路的底部层PCB布局；
[0021]图5A图解说明根据本发明的一个实施例的负载稳定LED驱动器电路的电路图；
[0022]图5B图解说明根据本发明的一个实施例的负载稳定LED驱动器电路的电路图；
[0023]图5C图解说明根据本发明的一个实施例的负载稳定LED驱动器电路的电路图；
[0024]图图解说明根据本发明的一个实施例的负载稳定LED驱动器电路的电路图；
[0025]图5E图解说明根据本发明的一个实施例的负载稳定LED驱动器电路的电路图；且
[0026]图6图解说明根据本发明的一个实施例的用于形成耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源的方法的流程图。
[0027]尽管本文中针对数个实施例及说明性图式以实例方式描述了可完全调光且兼容的MR16GU5.3光源及其方法，但所属领域的技术人员将认识到本发明并不限于所描述的实施例或图式。
[0028]应理解，所述图式及对其的详细描述不打算将实施例限制于所揭示的特定形式。而是，打算涵盖归属于用于利用直接编码器触发来检查放置于机械组合件上的物件的自动化检查的方法及系统的精神及范围的所有修改、等效形式及替代方案。
[0029]本文中所使用的任何标题仅出于组织目的且并不意在限制本描述或权利要求书的范围。如本文中所使用，词语“可”是以许可意义(即，意指具有可能性)而非强制意义(即，意指必须)来使用的。类似地，词语“包含(include、including及includes) ”意指包含但不限于。
【具体实施方式】
[0030]本发明的各种实施例旨在提供与改装应用具有80%兼容性的基于LED的灯。此夕卜，本发明致力于如何用正确的负载因数以电子方式满足变压器及调光器操作要求同时使峰值电流保持在控制之下。本发明进一步以减少的功率消耗、高功率因数及与各种标准调光器及变压器的互操作性改善卤素灯系统的现有解决方案。更具体来说，本发明的各种实施例揭示负载因数高效地切换以便确保负载电路的热特性并不为极端的，而是从热操作观点来看为可靠的。
[0031]另外，本发明的各种实施例旨在提供具有用于在调光过程期间处置峰值电流的内置电路的光源。然而，不能控制峰值电流将引起严重的热问题，其将导致产品失效。
[0032]一般来说，本发明的各种实施例是基于检测电子源(E-变压器)及调光器所需的负载因数，使得在对灯进行逐渐调光时变压器及调光器在操作曲线处不被扰乱。以此方式，实现从最大亮度到最小亮度的线性调光。重要地，不能超过半导体结温度的限制来过驱动电子电路组件。
[0033]在以下详细描述中，阐述众多特定细节以提供对所主张的标的物的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将理解可在无这些特定细节的情况下实践所主张的标的物。在其它实例中，未详细描述所属领域的技术人员将已知的方法、设备或系统以便不使所主张的标的物模糊。
[0034]图1图解说明根据本发明的一个实施例的耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源100的分解透视图。耦合到至少一个装置的用于产生可变照明的光源100包含光芯片组合件及LED驱动器模块。所述光芯片组合件包含在硅衬底上的多个LED105、耦合到所述光芯片组合件的散热器110。特定来说，所述硅衬底经由导热粘合剂耦合到散热器110的内芯区。所述衬底焊接到具有一对输入电力连接器的柔性印刷电路衬底(FPC)。所述硅衬底经由热环氧树脂物理接合到MR16形状因子散热器。
[0035]根据本发明的一个实施例，LED驱动器模块包含壳体115、在壳体115内的负载稳定LED驱动器电路120。在操作中，负载稳定LED驱动器电路120经配置以驱动光芯片组合件，且印刷电路耦合到负载稳定LED驱动器电路120且电力供应器210用于提供交流电。
[0036]此外，负载稳定LED驱动器电路120包含安置于第一柔性印刷电路122上的多个驱动组件。
[0037]图2图解说明根据本发明的一个实施例的耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源100的框图200。LED驱动器模块包含用于从电力供应器210接收交流电并将所述交流电变换成输入电压的变压器205。在操作中，负载稳定LED驱动器电路120电耦合到变压器205以从变压器205接收输入电压并为多个LED105产生变化电平的经调节电流。
[0038]根据本发明的实施例，负载稳定LED驱动器电路120检测变压器205以在稳定模式中操作，且负载稳定LED驱动器电路120包含调光输入。在操作中，所述调光输入检测调光角以确保至少一个装置的高效负载因数，且在调光期间控制峰值电流。
[0039]根据本发明的实施例，所述至少一个装置选自由调光器及变压器组成的群组。
[0040]根据本发明的实施例，光芯片组合件进一步包含耦合到硅衬底的电压升压器印刷电路215，且电压升压器印刷电路215电耦合到负载稳定LED驱动器电路120。此外，光芯片组合件进一步包含耦合到电力供应器210及变压器205的换能器220。此外，负载稳定LED驱动器电路120为热保护电路，且所述热保护电路经配置以用于线性调光。
[0041]根据本发明的实施例，负载稳定LED驱动器电路120在3%与100%亮度之间的照明强度范围内操作。
[0042]根据本发明的实施例，换能器220为指示器灯。
[0043]根据本发明的实施例，光源100产生大于约500流明的光效。
[0044]根据本发明的实施例，散热器包含MR-16兼容散热器。
[0045]根据本发明的实施例，壳体包含⑶5.3兼容灯头。
[0046]根据本发明的实施例，光源的功率消耗为约10瓦特。
[0047]根据本发明的实施例，光源具有与至少一个装置大约80%的兼容性。
[0048]根据本发明的实施例，负载稳定LED驱动器电路具有大约0.95的功率因数。
[0049]根据本发明的一个实施例，图3A以图表形式图解说明对耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源100的后缘相位控制300，且图3B以图表形式图解说明对耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源100的前缘相位控制350。符号“i”为电流源且符号“u”为电压源。通过所述后缘相位控制及前缘相位控制来控制电力信号的供应。
[0050]根据本发明的一个实施例，图4A图解说明耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的负载稳定LED驱动器电路120的顶部层PCB布局400，图4B图解说明耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的负载稳定LED驱动器电路120的底部层PCB布局450。图5A及图5B图解说明根据本发明的一个实施例的负载稳定LED驱动器电路120的电路图500。图5C、图及图5E图解说明根据本发明的一个实施例的负载稳定LED驱动器电路的电路图。
[0051]图6图解说明根据本发明的一个实施例的用于形成耦合到一个或一个以上装置的用于产生可变照明的光源的方法600的流程图。用于形成耦合到至少一个装置的用于产生可变照明的光源的方法600包含以下步骤:提供具有安置于硅衬底上的电耦合到第一柔性印刷电路122的多个LED105的LED封装组合件；经由导热粘合剂将LED封装组合件直接接合到散热器110 ;提供具有在印刷电路上的负载稳定LED驱动器电路120的LED驱动器模块。特定来说，负载稳定LED驱动器电路120及印刷电路安置于导热灯头内。
[0052]根据本发明的实施例，方法600进一步包含以下步骤:将电力供应器210应用于向LED驱动器模块提供交流电；从电力供应器接收交流电并将所述交流电变换成输入电压；及从变压器205接收输入电压，且负载稳定LED驱动器电路120经配置以为多个LED105产生变化电平的经调节电流。
[0053]根据本发明的实施例，提供LED封装组合件的步骤包含:提供具有多个LED105的光芯片；提供具有开口的第一柔性印刷电路122 ;及将所述光芯片接合到第一柔性印刷电路122。负载稳定LED驱动器电路120执行以下步骤:检测变压器205以在稳定模式中操作；调光输入用于检测调光角以便确保至少一个装置的高效负载因数；及在调光期间控制峰值电流。因此，确定调光角以便确保在调光器及变压器处于临界操作曲线时应用高效负载因数。
[0054]此外，在调光期间控制峰值电流提供对电子组件及电路的任何过驱动的保护。特定来说，光源为MR-16兼容光源，且导热灯头为GU5.3兼容灯头。
[0055]根据本发明的实施例，提供LED驱动器模块的步骤包含:将负载稳定LED驱动器电路120连接到印刷电路；将负载稳定LED驱动器电路120及印刷电路安置于导热灯头内；将LED驱动器模块物理耦合到散热器110 ;及将LED封装组合件电耦合到LED驱动器模块。
[0056]根据本发明的实施例，负载稳定LED驱动器电路120为热保护电路，且热保护电路经配置以用于线性调光。
[0057]因此，本发明提供耦合到至少一个装置的用于产生可变照明的光源。本发明检测所需的负载因数并使所述负载因数稳定以便使光源从最大光输出亮度线性地调光到最小光输出亮度。因此，用离散组件设计实现了调光及兼容性。本发明光源与前沿、落后及通用的调光器兼容。此外，本发明光源具有与电子及磁性变压器的兼容性。
[0058]本发明灯与市场上可用的最普遍的标准调光器及变压器兼容。在操作中，调光真正为线性的。本发明提供可靠热饱和曲线。此外，在无例如风扇等任何主动冷却系统的情况下，灯温度满足安全标准及EMC要求。此外，所述灯具有与ANSI标准要求兼容的标准配件。本发明是基于对针对卤素灯设计的标准调光器及变压器的特性的深入理解。
[0059]因此，尽管已展示及描述了本发明的优选实施例，但应了解，可以除本文中所具体展示及描述的方式以外的方式体现本发明，且在所述实施例内，可在本文所附权利要求书的范围内在部件的形式及布置上做出某些改变，此并不背离本发明的基本理念或原理。
【权利要求】
1.一种耦合到至少一个装置的用于产生可变照明的光源，所述光源包括: 光芯片组合件，其包含: 多个LED，其在硅衬底上； 散热器，其耦合到所述光芯片组合件，所述硅衬底经由导热粘合剂耦合到所述散热器的内芯区； LED驱动器模块，其包含:壳体；负载稳定LED驱动器电路，其在所述壳体内，所述负载稳定LED驱动器电路经配置以驱动所述光芯片组合件；印刷电路，其耦合到所述负载稳定LED驱动器电路；及电力供应器，其用于提供交流电。
2.根据权利要求1所述的光源，其中所述LED驱动器模块进一步包括: 变压器，其用于从所述电力供应器接收所述交流电并将所述交流电变换成输入电压，且所述负载稳定LED驱动器电路电耦合到所述变压器以从所述变压器接收所述输入电压并为所述多个LED产生变化电平的经调节电流。
3.根据权利要求2所述的光源，其中所述负载稳定LED驱动器电路检测所述变压器以在稳定模式中操作，且所述负载稳定LED驱动器电路包含调光输入，所述调光输入检测调光角以便确保至少一个装置的高效负载因数且在调光期间控制峰值电流。
4.根据权利要求1所述的光源，其中所述光芯片组合件进一步包括耦合到所述硅衬底的电压升压器印刷电路，且所述电压升压器印刷电路电耦合到所述负载稳定LED驱动器电路。
5.根据权利要求1所述的光源，其中所述光芯片组合件进一步包括耦合到所述电力供应器及所述变压器的换能器。
6.根据权利要求1所述的光源，其中所述负载稳定LED驱动器电路为热保护电路，所述热保护电路经配置以用于线性调光。
7.根据权利要求1所述的光源，其中所述负载稳定LED驱动器电路在3%与100%亮度之间的照明强度范围内操作。
8.根据权利要求1所述的光源，其中所述光源产生大于约500流明的光效。
9.根据权利要求1所述的光源，其中所述负载稳定LED驱动器电路包括安置于第一柔性印刷电路上的多个驱动组件。
10.根据权利要求1所述的光源，其中所述散热器包括MR-16兼容散热器。
11.根据权利要求1所述的光源，其中所述壳体包括⑶5.3兼容灯头。
12.根据权利要求5所述的光源，其中所述换能器为指示器灯。
13.根据权利要求1所述的光源，其中所述光源的功率消耗为约10瓦特。
14.根据权利要求1所述的光源，其中所述至少一个装置选自由调光器及变压器组成的群组。
15.根据权利要求1所述的光源，其中所述光源具有与所述至少一个装置大约80%的兼容性。
16.根据权利要求1所述的光源，其中所述负载稳定LED驱动器电路具有大约0.95的功率因数。
17.一种用于形成耦合到至少一个装置的用于产生可变照明的光源的方法，所述方法包括以下步骤: 提供具有安置于硅衬底上的电耦合到第一柔性印刷电路的多个LED的LED封装组合件; 经由导热粘合剂将所述LED封装组合件直接接合到散热器； 提供具有在印刷电路上的负载稳定LED驱动器电路的LED驱动器模块，所述负载稳定LED驱动器电路及所述印刷电路安置于导热灯头内； 将电力供应器应用于向所述LED驱动器模块提供交流电； 从所述电力供应器接收所述交流电并将所述交流电变换成输入电压；及从所述变压器接收所述输入电压，且所述负载稳定LED驱动器电路经配置以为所述多个LED产生变化电平的经调节电流。
18.根据权利要求17所述的方法，其中提供所述LED封装组合件的步骤包括: 提供具有所述多个LED的光芯片； 提供具有开口的所述第一柔性印刷电路；及 将所述光芯片接合到所述第一柔性印刷电路。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述负载稳定LED驱动器电路执行以下步骤: 检测所述变压器以在稳定模式中操作； 调光输入用于检测调光角以便确保至少一个装置的高效负载因数；及 在调光期间控制峰值电流。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述光源为MR-16兼容光源，且所述导热灯头为⑶5.3兼容灯头。
21.根据权利要求17所述的方法，其中提供所述LED驱动器模块的步骤包括: 将负载稳定LED驱动器电路连接到印刷电路； 将所述负载稳定LED驱动器电路及所述印刷电路安置于所述导热灯头内； 将所述LED驱动器模块物理耦合到所述散热器 '及 将所述LED封装组合件电耦合到所述LED驱动器模块。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述负载稳定LED驱动器电路为热保护电路，且所述热保护电路经配置以用于线性调光。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个装置选自由调光器及变压器组成的群组。
【文档编号】H05B37/02GK104154435SQ201310179041
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月15日 优先权日:2013年5月15日
【发明者】拉加比尔·辛格·莫欣德尔·辛格, 迪帕克·肯·查克拉瓦蒂, 黄施贻 申请人:列兹沃德私人有限公司