包括配置用于响应电压和温度而对发光二极管进行调光的驱动装置的照明装置

摘要

一种具有用于对发光二极管(104)进行调光的驱动装置(108)的照明装置(100)。驱动装置(108)包括调光组件(110)，其响应输入功率信号和系统的温度的变化而操作开关(112)。在一个示例中，调光装置(100)能够包括波形发生器，其生成具有带有响应温度的变化而发生变化的电平的波形的信号。波形定义其间开关断开和闭合的时间，由此确定对LED供电的时间期间。通过按照这种方式操作LED，驱动装置（108）有效地对LED进行调光，以降低工作温度并且冷却LED。

说明书

技术领域

本公开的主题涉及照明装置，以及更具体来说，涉及提供包括发光二极管(LED)的照明装置中的热保护和调光。

背景技术

100多年来，白炽灯泡一直是可用的。但是，其它光源作为对白炽灯泡的商业可行备选方案而展现前途。例如，部分由于经过高效率光输出的能量节省以及环境诱因、例如汞的降低，发光二极管(LED)对于在照明装置中使用具有吸引力。

然而，使用LED的照明装置与某些配置和应用不兼容。例如，LED常常无法替代与调光电路结合工作的白炽灯泡。许多设施、例如家庭和大楼包括光源调光电路(本文中称作“调光器”)。对光源进行调光在操作光源时节省能量，并且允许用户将光源的强度调整到预期等级。

发明内容

本公开描述具有发光二极管(LED)以及能够对LED进行调光的驱动电路的照明装置的实施例。但是，本公开的实施例的一个优点在于，调光响应平均输入电压以及系统温度的变化而发生。这个特征使照明装置与外部调光开关兼容，以及此外使用单个健壮和节省成本设计来保持和延长LED的使用寿命。

通过参照以下结合附图的描述，本公开的其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

现在简要地参照附图，其中：

图1示出示范照明装置的框图；

图2示出供照明装置、例如图1的照明装置中使用的示范热保护装置的框图；以及

图3示出用于热保护装置、例如图2的热保护装置的示范拓扑的示意图。

在适当的情况下，相似参考标号在若干视图中通篇表示相同或对应组件和单元，其不是按规定比例的，除非另加说明。

具体实施方式

图1示出具有不要求表示温度的输入信号的热保护特征的示范照明装置110的框图。照明装置100具有光引擎（light engine）102，其中具有作为主光源的一个或更多发光二极管(LED)104。外部开关106对到照明装置100的输入功率信号(例如交流(AC))进行调节。外部开关106的示例包括存在于家庭或办公室的拨动和调光器开关。照明装置100能够替代诸如白炽灯泡、紧凑型荧光灯泡等现有的光生成装置。例如，照明装置100能够取代存在于常规照明装置的A系列(例如A-19)白炽灯泡种类的任一个。

在本示例中，照明装置100包括驱动装置108，其与光引擎102耦合以操作LED 104。驱动装置108具有调光组件110和开关112，其共同工作以改变LED 104的操作。驱动电路108还包括一个或更多转换器组件(例如整流器114和电源转换器116)，以修改输入功率信号。在一个示例中，驱动装置108包括AC-DC转换器(例如整流器114)和DC-DC转换器(例如电源转换器116)和/或将AC输入(例如输入功率信号)转换成适合对LED 104供电的LED输入信号的组件的组合。

照明装置100的组件能够包括各种分立电组件(例如电阻器、晶体管等)，其驻留在基板、例如印刷电路板(PCB)或适当基板上。那些组件能够存在于相同和/或不同基板上，这取决于例如构造和封装限制。在一个实施例中，调光组件110作为驱动电路108的一部分来集成，但是体现这些装置的一个或更多独立组件结构也落入本公开的范围和精神之内。

调光组件110的示例为基于LED的照明装置、例如照明装置100提供调光特征和热保护特征。在一个实施例中，调光组件110改变开关112处于其闭合位置的时间期间，以调制(或者脉宽调制(PWM))LED输入信号，其被提供给LED 104并且使它们的一个或更多进行操作。这些变化响应AC输入(例如电压的变化)和温度(例如调光组件110的温度的变化)其中之一或两者的变化而发生。例如，调光组件110能够响应AC输入的电压的变化而切换开关112。这个电压的变化常常通过最终用户(其期望对照明装置100的亮度进行调光)对外部开关106的操作来引起。为了对照明装置100进行调光，调光组件110通过将开关112在其断开位置比在其闭合位置保持更长时间，来响应AC输入的较低(平均)电压。这个特征减少LED输入信号对LED 104供电的时间，并且延长没有对LED 104供电的时间。这个操作给予对来自照明装置100的光进行调光的视觉印象。这个特征对降低LED 104生成的热量也是有用的，如以下进一步论述。

在一个示例中，调光组件110的热保护特征利用上述调光特征。但是，不是响应AC输入的变化，调光组件110而是一般响应调光组件110或驱动装置106的温度的变化而调制LED输入信号。如以下进一步论述，调光组件110能够包括具有随着元件的温度例如响应LED的操作而更高或更低地波动来按照已知或递增模式增加和降低的性质、例如导通电压的元件。在照明装置100的延长操作期间，LED 104生成热量，其升高照明装置100、并且具体来说是调光组件110的温度。温度的增加使调光组件110切换开关112，并且有效地调制LED输入信号。在一个实施例中，温度的所产生变化使调光组件110切换开关112以脉宽调制(PMW)LED输入信号，从而对LED 104进行调光。虽然调光可能没有引起LED 104的亮度的显著变化，但是调光确实降低照明装置100中的工作温度。降低工作温度有效地改变LED输入信号的调制速率，由此使开关112在其闭合位置保持越来越长的时间期间。

按照这种方式的调光组件110的操作降低热量，并且延长LED 104的使用寿命。但是，调光组件110的操作的变化不要求温度敏感组件(例如热敏电阻或热电偶)来提供与温度有关的反馈，也不要求触发LED 104的调光。调光组件110的示例自动改变开关112的操作，以提供调光和热保护，而无需温度的定量估值。这个特征消除温度敏感组件以及例如监测温度敏感组件以相对温度敏感组件传送和接收输入信号并且处理输入信号以实现LED的操作的适当变化所需的任何外围组件。

为了进一步示出这些特征，图2示出供一个实施例中用作图1的调光组件110的示范调光组件200。调光组件200操作开关202(例如图1的开关112)，以将LED输入传导至LED。调光组件200包括：温度补偿元件204，其中具有响应温度的变化的开关；以及波形发生器元件206，其生成具有在低电平与高电平之间振荡的波形的信号。比较器元件208从波形发生器元件206接收信号，并且将电平(例如高电平)与阈值进行比较。比较器元件208生成操作开关202的开关信号。电平与阈值的偏差能够使比较器元件208按照上述调光模式和/或保护模式来断开和/或闭合开关202。

温度补偿元件204的开关的操作响应温度的变化而调整波形的电平。在一个示例中，波形能够包括锯齿波形，其从低电压向上斜升到高电压。增加温度补偿元件204的温度引起对应地增加到锯齿波形的高电压。高电压的变化能够遵循递增模式，其中高电压增加与温度补偿元件204的变化温度成比例的递增值。在一个示例中，响应高于阈值的高电压的偏差，开关信号起动开关202，以按照上述保护模式来脉宽调制LED信号。但是，随着温度降低，温度补偿元件204能够引起锯齿波形的高电压的对应降低，这引起开关信号按照上述调光模式将开关202保持在其闭合位置。

图3示出用于能够操作开关302的调光组件300的示范拓扑的示意图。调光组件300包括温度补偿元件304、波形发生器306和比较器元件308。电压电路310和滤波电路312分别向热保护装置300提供参考电压和线路输入典型平均电压(representative average voltage：RAV)。

在图中从左向右移动，电压电路310包括电压源312以及分立元件(例如电阻器314、电容器316和二极管318)的组合，以调节来自电压源312的电压。温度补偿元件304包括一对晶体管(例如第一晶体管320和第二晶体管322)以及多个电阻器(例如电阻器324、326、328、330和332)。在一个示例中，电阻器324、326形成电压参考电路，其向第一晶体管320的基极提供具有预定值的参考电压。电阻器328、330分别为第一晶体管320和第二晶体管322提供集电极和基极电流限制功能。

示例晶体管包括双极结晶体管(BJT)以及相关和衍生组件(例如IGBT、FET、MOSFET等)。这些晶体管能够具有对热保护装置的操作是有用的操作参数。例如，某些类型的BJT具有操作参数，其中具有导通电压的已知值(例如0.7 V)以及对温度的变化的已知响应。在一个示范实施例中，导通基极-发射极电压随着晶体管的温度例如响应LED的操作而更高和更低地波动来按照已知或递增模式来增加和降低。递增模式可遵循线性关系，例如其中导通电压以2 mV/℃的速率发生变化。在一个实施例中，达灵顿复合晶体管对（Darlingtong pair）能够替代热补偿组件304中的第一晶体管320。达灵顿复合晶体管对的示例包括一对双极晶体管，其相互连接，使得由一个双极晶体管所放大的电流由另一双极晶体管来放大。在一个示例中，达灵顿复合晶体管对能够具有1.4 V的导通电压。相关领域的技术人员将会了解如何将达灵顿复合晶体管对或者其它晶体管的任一个结合到图3的拓扑中，因此本文中不提供细节。

波形发生器306包括运算放大器334、多个电阻器(例如电阻器336、338、340和342)、二极管344和电容器346。这些组件共同提供具有已知电压外形或波形的信号。在一个示例中，波形发生器304的组件使信号具有1 kHz锯齿波形。比较器元件308包括运算放大器，其接收来自运算放大器334的信号。运算放大器348将波形的电压与RAV进行比较。滤波电路312包括一对电阻器(例如电阻器350和352)以及电容器354。滤波电路312能够耦合到以上结合图1所述的转换器组件(例如整流器112)其中之一。RAV与驱动装置接收的、例如由调光器开关所调节的输入功率信号成比例。

在正常操作期间，RAV高于波形(来自波形发生器306)的电压，即，将开关302保持闭合并且将LED输入信号连续传导至LED(未示出)的条件。在调光操作期间，参考电压小于第一晶体管320的导通电压。这个配置将第一晶体管320保持在其断开位置而将第二晶体管322保持在其闭合位置。通过第二晶体管322闭合，电阻器332与电阻器338并联。这两个电阻器的组件确定使调光发生的波形的电压。

本设计的一个优点在于，如果输入功率信号的电压例如因来自调光开关的操作的外部调光输入而下降，则对波形占空比的至少一部分，RAV下降到低于波形的电压。这个条件使调光发生，并且对小于RAV的波形占空比的每一部分来将开关302切换到其断开位置。这个特征随着输入功率信号降低而以越来越长的截止时间有效地脉宽调制LED输入信号，这对LED进行调光。

在一个实施例中，随着第一晶体管320在延长使用期间变热，将第一晶体管320从其断开位置改变到其闭合位置所需的导通电压按照上述递增模式降低。热保护在导通电压达到参考电压时发生。在这个条件下，第一晶体管320改变到其闭合位置，这使第二晶体管322转到其断开位置，从而将电阻器332与波形发生器306解耦合。没有与电阻器338结合的电阻器332，波形的电压增加到高于阈值，由此脉宽调制(PWM)LED输入信号，如上所述。

本文所使用的、以单数形式所述并且具有数量词“一”、“一个”的元件或功能应当被理解为并不排除多个所述元件或功能的情况，除非明确说明了这种排除情况。此外，要求保护的本发明的“一个实施例”的说法不应当被理解为排除也结合了所述特征的其它实施例的存在。

本书面描述使用示例来公开本发明的实施例，其中包括最佳模式，以及还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构要素，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构要素，则预计它们落入权利要求的范围之内。