包括配置用于響應(yīng)電壓和溫度而對發(fā)光二極管進行調(diào)光的驅(qū)動裝置的照明裝置制造方法
【專利摘要】一種具有用于對發(fā)光二極管(104)進行調(diào)光的驅(qū)動裝置(108)的照明裝置(100)。驅(qū)動裝置(108)包括調(diào)光組件(110)，其響應(yīng)輸入功率信號和系統(tǒng)的溫度的變化而操作開關(guān)(112)。在一個示例中，調(diào)光裝置(100)能夠包括波形發(fā)生器，其生成具有帶有響應(yīng)溫度的變化而發(fā)生變化的電平的波形的信號。波形定義其間開關(guān)斷開和閉合的時間，由此確定對LED供電的時間期間。通過按照這種方式操作LED，驅(qū)動裝置（108）有效地對LED進行調(diào)光，以降低工作溫度并且冷卻LED。
【專利說明】包括配置用于響應(yīng)電壓和溫度而對發(fā)光二極管進行調(diào)光的驅(qū)動裝置的照明裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的主題涉及照明裝置，以及更具體來說，涉及提供包括發(fā)光二極管(LED)的照明裝置中的熱保護和調(diào)光。
【背景技術(shù)】
[0002]100多年來，白熾燈泡一直是可用的。但是，其它光源作為對白熾燈泡的商業(yè)可行備選方案而展現(xiàn)前途。例如，部分由于經(jīng)過高效率光輸出的能量節(jié)省以及環(huán)境誘因、例如汞的降低，發(fā)光二極管(LED)對于在照明裝置中使用具有吸引力。
[0003]然而，使用LED的照明裝置與某些配置和應(yīng)用不兼容。例如，LED常常無法替代與調(diào)光電路結(jié)合工作的白熾燈泡。許多設(shè)施、例如家庭和大樓包括光源調(diào)光電路(本文中稱作“調(diào)光器”)。對光源進行調(diào)光在操作光源時節(jié)省能量，并且允許用戶將光源的強度調(diào)整到預(yù)期等級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開描述具有發(fā)光二極管(LED)以及能夠?qū)ED進行調(diào)光的驅(qū)動電路的照明裝置的實施例。但是，本公開的實施例的一個優(yōu)點在于，調(diào)光響應(yīng)平均輸入電壓以及系統(tǒng)溫度的變化而發(fā)生。這個特征使照明裝置與外部調(diào)光開關(guān)兼容，以及此外使用單個健壯和節(jié)省成本設(shè)計來保持和延長LED的使用壽命。
[0005]通過參照以下結(jié)合附圖的描述，本公開的其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]現(xiàn)在簡要地參照附圖，其中:
圖1示出示范照明裝置的框圖；
圖2示出供照明裝置、例如圖1的照明裝置中使用的示范熱保護裝置的框圖；以及 圖3示出用于熱保護裝置、例如圖2的熱保護裝置的示范拓撲的示意圖。
[0007]在適當(dāng)?shù)那闆r下，相似參考標(biāo)號在若干視圖中通篇表示相同或?qū)?yīng)組件和單元，其不是按規(guī)定比例的，除非另加說明。
【具體實施方式】
[0008]圖1示出具有不要求表示溫度的輸入信號的熱保護特征的示范照明裝置110的框圖。照明裝置100具有光引擎(light engine)102，其中具有作為主光源的一個或更多發(fā)光二極管(LED)104。外部開關(guān)106對到照明裝置100的輸入功率信號(例如交流(AC))進行調(diào)節(jié)。外部開關(guān)106的示例包括存在于家庭或辦公室的撥動和調(diào)光器開關(guān)。照明裝置100能夠替代諸如白熾燈泡、緊湊型熒光燈泡等現(xiàn)有的光生成裝置。例如，照明裝置100能夠取代存在于常規(guī)照明裝置的A系列(例如A-19)白熾燈泡種類的任一個。[0009]在本示例中，照明裝置100包括驅(qū)動裝置108，其與光引擎102耦合以操作LED104。驅(qū)動裝置108具有調(diào)光組件110和開關(guān)112，其共同工作以改變LED 104的操作。驅(qū)動電路108還包括一個或更多轉(zhuǎn)換器組件(例如整流器114和電源轉(zhuǎn)換器116)，以修改輸入功率信號。在一個示例中，驅(qū)動裝置108包括AC-DC轉(zhuǎn)換器(例如整流器114)和DC-DC轉(zhuǎn)換器(例如電源轉(zhuǎn)換器116)和/或?qū)C輸入(例如輸入功率信號)轉(zhuǎn)換成適合對LED104供電的LED輸入信號的組件的組合。
[0010]照明裝置100的組件能夠包括各種分立電組件(例如電阻器、晶體管等)，其駐留在基板、例如印刷電路板(PCB)或適當(dāng)基板上。那些組件能夠存在于相同和/或不同基板上，這取決于例如構(gòu)造和封裝限制。在一個實施例中，調(diào)光組件110作為驅(qū)動電路108的一部分來集成，但是體現(xiàn)這些裝置的一個或更多獨立組件結(jié)構(gòu)也落入本公開的范圍和精神之內(nèi)。
[0011]調(diào)光組件110的示例為基于LED的照明裝置、例如照明裝置100提供調(diào)光特征和熱保護特征。在一個實施例中，調(diào)光組件110改變開關(guān)112處于其閉合位置的時間期間，以調(diào)制(或者脈寬調(diào)制(PWM)) LED輸入信號，其被提供給LED 104并且使它們的一個或更多進行操作。這些變化響應(yīng)AC輸入(例如電壓的變化)和溫度(例如調(diào)光組件110的溫度的變化)其中之一或兩者的變化而發(fā)生。例如，調(diào)光組件110能夠響應(yīng)AC輸入的電壓的變化而切換開關(guān)112。這個電壓的變化常常通過最終用戶(其期望對照明裝置100的亮度進行調(diào)光)對外部開關(guān)106的操作來引起。為了對照明裝置100進行調(diào)光，調(diào)光組件110通過將開關(guān)112在其斷開位置比在其閉合位置保持更長時間，來響應(yīng)AC輸入的較低(平均)電壓。這個特征減少LED輸入信號對LED 104供電的時間，并且延長沒有對LED 104供電的時間。這個操作給予對來自照明裝置100的光進行調(diào)光的視覺印象。這個特征對降低LED104生成的熱量也是有用的，如以下進一步論述。
[0012]在一個示例中，調(diào)光組件110的熱保護特征利用上述調(diào)光特征。但是，不是響應(yīng)AC輸入的變化，調(diào)光組件Iio而是一般響應(yīng)調(diào)光組件110或驅(qū)動裝置106的溫度的變化而調(diào)制LED輸入信號。如以下進一步論述，調(diào)光組件110能夠包括具有隨著元件的溫度例如響應(yīng)LED的操作而更高或更低地波動來按照已知或遞增模式增加和降低的性質(zhì)、例如導(dǎo)通電壓的元件。在照明裝置100的延長操作期間，LED 104生成熱量，其升高照明裝置100、并且具體來說是調(diào)光組件110的溫度。溫度的增加使調(diào)光組件110切換開關(guān)112，并且有效地調(diào)制LED輸入信號。在一個實施例中，溫度的所產(chǎn)生變化使調(diào)光組件110切換開關(guān)112以脈寬調(diào)制(PMW) LED輸入信號，從而對LED 104進行調(diào)光。雖然調(diào)光可能沒有引起LED 104的亮度的顯著變化，但是調(diào)光確實降低照明裝置100中的工作溫度。降低工作溫度有效地改變LED輸入信號的調(diào)制速率，由此使開關(guān)112在其閉合位置保持越來越長的時間期間。
[0013]按照這種方式的調(diào)光組件110的操作降低熱量，并且延長LED 104的使用壽命。但是，調(diào)光組件Iio的操作的變化不要求溫度敏感組件(例如熱敏電阻或熱電偶)來提供與溫度有關(guān)的反饋，也不要求觸發(fā)LED 104的調(diào)光。調(diào)光組件110的示例自動改變開關(guān)112的操作，以提供調(diào)光和熱保護，而無需溫度的定量估值。這個特征消除溫度敏感組件以及例如監(jiān)測溫度敏感組件以相對溫度敏感組件傳送和接收輸入信號并且處理輸入信號以實現(xiàn)LED的操作的適當(dāng)變化所需的任何外圍組件。
[0014]為了進一步示出這些特征，圖2示出供一個實施例中用作圖1的調(diào)光組件110的示范調(diào)光組件200。調(diào)光組件200操作開關(guān)202 (例如圖1的開關(guān)112)，以將LED輸入傳導(dǎo)至LED。調(diào)光組件200包括:溫度補償元件204，其中具有響應(yīng)溫度的變化的開關(guān)；以及波形發(fā)生器元件206，其生成具有在低電平與高電平之間振蕩的波形的信號。比較器元件208從波形發(fā)生器元件206接收信號，并且將電平(例如高電平)與閾值進行比較。比較器元件208生成操作開關(guān)202的開關(guān)信號。電平與閾值的偏差能夠使比較器元件208按照上述調(diào)光模式和/或保護模式來斷開和/或閉合開關(guān)202。
[0015]溫度補償元件204的開關(guān)的操作響應(yīng)溫度的變化而調(diào)整波形的電平。在一個示例中，波形能夠包括鋸齒波形，其從低電壓向上斜升到高電壓。增加溫度補償元件204的溫度引起對應(yīng)地增加到鋸齒波形的高電壓。高電壓的變化能夠遵循遞增模式，其中高電壓增加與溫度補償元件204的變化溫度成比例的遞增值。在一個示例中，響應(yīng)高于閾值的高電壓的偏差，開關(guān)信號起動開關(guān)202，以按照上述保護模式來脈寬調(diào)制LED信號。但是，隨著溫度降低，溫度補償元件204能夠引起鋸齒波形的高電壓的對應(yīng)降低，這引起開關(guān)信號按照上述調(diào)光模式將開關(guān)202保持在其閉合位置。
[0016]圖3示出用于能夠操作開關(guān)302的調(diào)光組件300的示范拓撲的示意圖。調(diào)光組件300包括溫度補償元件304、波形發(fā)生器306和比較器元件308。電壓電路310和濾波電路312分別向熱保護裝置300提供參考電壓和線路輸入典型平均電壓(r印resentativeaverage voltage:RAV)。
[0017]在圖中從左向右移動，電壓電路310包括電壓源312以及分立元件(例如電阻器314、電容器316和二極管318)的組合，以調(diào)節(jié)來自電壓源312的電壓。溫度補償元件304包括一對晶體管(例如第一晶體管320和第二晶體管322)以及多個電阻器(例如電阻器324、326、328、330和332)。在一個示例中，電阻器324、326形成電壓參考電路，其向第一晶體管320的基極提供具有預(yù)定值的參考電壓。電阻器328、330分別為第一晶體管320和第二晶體管322提供集電極和基極電流限制功能。
[0018]示例晶體管包括雙極結(jié)晶體管(BJT)以及相關(guān)和衍生組件(例如IGBT、FET、MOSFET等)。這些晶體管能夠具有對熱保護裝置的操作是有用的操作參數(shù)。例如，某些類型的BJT具有操作參數(shù)，其中具有導(dǎo)通電壓的已知值(例如0.7 V)以及對溫度的變化的已知響應(yīng)。在一個示范實施例中，導(dǎo)通基極-發(fā)射極電壓隨著晶體管的溫度例如響應(yīng)LED的操作而更高和更低地波動來按照已知或遞增模式來增加和降低。遞增模式可遵循線性關(guān)系，例如其中導(dǎo)通電壓以2 mV/°C的速率發(fā)生變化。在一個實施例中，達靈頓復(fù)合晶體管對(Darlingtong pair)能夠替代熱補償組件304中的第一晶體管320。達靈頓復(fù)合晶體管對的示例包括一對雙極晶體管，其相互連接，使得由一個雙極晶體管所放大的電流由另一雙極晶體管來放大。在一個示例中，達靈頓復(fù)合晶體管對能夠具有1.4 V的導(dǎo)通電壓。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會了解如何將達靈頓復(fù)合晶體管對或者其它晶體管的任一個結(jié)合到圖3的拓撲中，因此本文中不提供細節(jié)。
[0019]波形發(fā)生器306包括運算放大器334、多個電阻器(例如電阻器336、338、340和342)、二極管344和電容器346。這些組件共同提供具有已知電壓外形或波形的信號。在一個示例中，波形發(fā)生器304的組件使信號具有I kHz鋸齒波形。比較器元件308包括運算放大器，其接收來自運算放大器334的信號。運算放大器348將波形的電壓與RAV進行比較。濾波電路312包括一對電阻器(例如電阻器350和352)以及電容器354。濾波電路312能夠耦合到以上結(jié)合圖1所述的轉(zhuǎn)換器組件(例如整流器112)其中之一。RAV與驅(qū)動裝置接收的、例如由調(diào)光器開關(guān)所調(diào)節(jié)的輸入功率信號成比例。
[0020]在正常操作期間，RAV高于波形(來自波形發(fā)生器306)的電壓，即，將開關(guān)302保持閉合并且將LED輸入信號連續(xù)傳導(dǎo)至LED(未示出)的條件。在調(diào)光操作期間，參考電壓小于第一晶體管320的導(dǎo)通電壓。這個配置將第一晶體管320保持在其斷開位置而將第二晶體管322保持在其閉合位置。通過第二晶體管322閉合，電阻器332與電阻器338并聯(lián)。這兩個電阻器的組件確定使調(diào)光發(fā)生的波形的電壓。
[0021]本設(shè)計的一個優(yōu)點在于，如果輸入功率信號的電壓例如因來自調(diào)光開關(guān)的操作的外部調(diào)光輸入而下降，則對波形占空比的至少一部分，RAV下降到低于波形的電壓。這個條件使調(diào)光發(fā)生，并且對小于RAV的波形占空比的每一部分來將開關(guān)302切換到其斷開位置。這個特征隨著輸入功率信號降低而以越來越長的截止時間有效地脈寬調(diào)制LED輸入信號，這對LED進行調(diào)光。
[0022]在一個實施例中，隨著第一晶體管320在延長使用期間變熱，將第一晶體管320從其斷開位置改變到其閉合位置所需的導(dǎo)通電壓按照上述遞增模式降低。熱保護在導(dǎo)通電壓達到參考電壓時發(fā)生。在這個條件下，第一晶體管320改變到其閉合位置，這使第二晶體管322轉(zhuǎn)到其斷開位置，從而將電阻器332與波形發(fā)生器306解耦合。沒有與電阻器338結(jié)合的電阻器332，波形的電壓增加到高于閾值，由此脈寬調(diào)制(PWM)LED輸入信號，如上所述。
[0023]本文所使用的、以單數(shù)形式所述并且具有數(shù)量詞“ 一 ”、“ 一個”的元件或功能應(yīng)當(dāng)被理解為并不排除多個所述元件或功能的情況，除非明確說明了這種排除情況。此外，要求保護的本發(fā)明的“一個實施例”的說法不應(yīng)當(dāng)被理解為排除也結(jié)合了所述特征的其它實施例的存在。
[0024]本書面描述使用示例來公開本發(fā)明的實施例，其中包括最佳模式，以及還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求來定義，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這類其它示例具有與權(quán)利要求的文字語言完全相同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求的文字語言的非實質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則預(yù)計它們落入權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于操作發(fā)光二極管的驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置包括: 耦合到所述發(fā)光二極管的開關(guān)；以及 耦合到所述開關(guān)的調(diào)光組件，所述調(diào)光組件包括波形發(fā)生器，以生成帶有具有低電平和高電平的波形的信號， 其中所述調(diào)光組件的溫度的增加將所述高電平從第一值改變到第二值，其起動所述開關(guān)以對所述發(fā)光二極管進行調(diào)光。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，其中，所述波形包括鋸齒波形。
3.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，其中，所述第二值超過線路輸入典型平均電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，其中，所述調(diào)光組件包括具有響應(yīng)溫度的變化而發(fā)生變化的導(dǎo)通基極-發(fā)射極電壓的晶體管，并且所述開關(guān)的起動將高電平從第一值改變到第二值。
5.如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動裝置，其中，所述晶體管包括雙極結(jié)晶體管。
6.如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動裝置，其中，晶體管包括達靈頓復(fù)合晶體管對。
7.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，還包括將AC輸入改變成LED輸入信號的一個或更多轉(zhuǎn)換器組件，其中所述晶體管將所述LED輸入信號傳導(dǎo)至所述發(fā)光二極管。
8.—種設(shè)備,包括: 包括發(fā)光二極管的光引擎； 耦合到所述光引擎的開關(guān)；以及 耦合到所述開關(guān)的比較器，所述比較器接收帶有具有低電平和高電平的波形的第一信號以及帶有線路輸入典型平均電壓的第二信號，所述比較器生成開關(guān)信號，其在所述第一信號的所述高電平超過所述線路輸入典型平均電壓時切換所述開關(guān)， 其中所述設(shè)備的溫度的增加起動晶體管，其將所述第一信號的所述高電平從第一值改變到第二值。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括耦合到所述比較器的一對晶體管，其中溫度的變化斷開和閉合所述晶體管，以將所述第一值改變到所述第二值。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括耦合到所述晶體管的分壓器電路，其中溫度的所述變化將電阻器與所述分壓器解耦合。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備的溫度的降低將所述高電平從所述第二值改變到所述第一值。
12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述比較器包括運算放大器。
13.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述開關(guān)響應(yīng)所述開關(guān)信號而在斷開位置與閉合位置之間進行切換，并且所述斷開位置的時間期間反映所述第二信號的波形占空比。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述時間期間響應(yīng)所述典型平均電壓的變化而增加。
15.一種照明裝置，包括: 包括發(fā)光二極管的光引擎； 耦合到所述光引擎的第一開關(guān)；以及 耦合到所述第一開關(guān)的調(diào)光組件，所述調(diào)光組件包括波形發(fā)生器，以生成帶有具有低電平和高電平的波形的信號，其中所述調(diào)光組件的溫度的增加將所述高電平從第一值改變到第二值，其起動所述第一開關(guān)以對所述發(fā)光二極管進行調(diào)光。
16.如權(quán)利要求15所述的照明裝置，其中，所述調(diào)光組件包括具有響應(yīng)溫度的所述增加的第二開關(guān)的溫度補償元件，并且所述第二開關(guān)的起動將所述第一值改變到所述第二值。
17.如權(quán)利要求15所述的照明裝置，其中，所述波形包括頻率為IkHz或更高的鋸齒波形。
18.如權(quán)利要求15所述的照明裝置，其中，所述調(diào)光組件包括具有響應(yīng)溫度的所述增加而變動的導(dǎo)通基極-發(fā)射極電壓的晶體管，并且所述變動遵循線性關(guān)系。
19.如權(quán)利要求18所述的照明裝置，其中，所述導(dǎo)通電壓為0.7 V或更高。
20.如權(quán)利要 求16所述的照明裝置，其中，所述調(diào)光組件包括響應(yīng)溫度的所述增加的達靈頓復(fù)合晶體管對，其中所述達靈頓復(fù)合晶體管對的起動將所述第一值改變到所述第二值。
【文檔編號】H05B33/08GK104025710SQ201280066241
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】B.R.羅伯茨 申請人:通用電氣照明解決方案有限責(zé)任公司