基于AC电压振幅的具有可调节的照明强度的LED灯

摘要

公开了一种基于AC电压振幅的具有可调节的照明强度的LED灯。该LED灯包括照明块，该照明块具有第一照明模块、第二照明模块和第三照明模块以及第一开关和第二开关。第一照明模块、第二照明模块和第三照明模块串联耦接在整流电压节点与第三连接节点之间。第一开关选择性地将由第一照明模块和第二照明模块共享的第一连接节点连接到基础电压节点。第二开关选择性地将由第二照明模块和第三照明模块共享的第二连接节点连接到基础电压节点。第三连接节点耦接到基础电压节点。控制块提供用于分别控制第一开关和第二开关的第一控制信号和第二控制信号，其中，第一控制信号和第二控制信号的逻辑状态基于在整流电压节点与基础电压节点之间测量的驱动电压的振幅。

说明书

技术领域

本发明涉及灯，更具体地说，涉及包括多个LED(发光二极管)元件的LED灯， 这些LED元件基于由该LED灯接收的源电压的振幅而被选择性地激活或去激活。

背景技术

通常，LED灯包括彼此串联连接的多个LED元件。这些LED元件中的每一个由 施加到该LED元件的电压来供电，并响应于所施加的电压来产生照明(illumination)。 LED灯具有包括尺寸小、寿命长和效率高的许多优点。因此，已经预测LED灯在许 多照明应用中将逐渐替代白炽灯和荧光灯，这些照明应用包括用于居住、商业和工业 应用中的环境照明、用于前灯(headlight)以及其它照明应用。

LED元件对跨接(across)其端子施加的电压很敏感。例如，当所施加的电压过 高时，LED元件中的电流很大，并且LED元件可能劣化或被损坏。此外，当所施加 的电压比边界电压低时，流经LED元件的电流很小，并且LED元件可能产生很少的 光或不产生光。因此，控制跨接LED元件施加的电压以避免LED元件损坏并使LED 元件产生足够的发光强度是非常重要的。

图1示出常规的LED灯。该常规的LED灯具有交流电压供应器10、桥式二极 管20和照明块30。交流电压供应器10提供交流电压VAC。桥式二极管20通过对交 流电压VAC进行整流来产生整流电压VREC。并且，照明块30的LED元件串联地 耦接(couple)并通过跨接这些LED元件的端子施加的整流电压VREC来照明。

但是，在常规的LED灯中，当整流电压的振幅比基准电压低时，LED元件所产 生的发光强度变得很低。如果整流电压很低，则全部这些LED元件可能熄灭。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种LED灯。该LED灯包括：整流块，其在整 流电压节点与基础(basis)电压节点之间提供驱动电压；照明块，其包括第一照明模 块、第二照明模块、第三照明模块、第一连接开关和第二连接开关，其中，所述第一 照明模块耦接在所述整流电压节点与第一连接节点之间，所述第二照明模块耦接在所 述第一连接节点与第二连接节点之间，并且所述第三照明模块耦接在所述第二连接节 点与第三连接节点之间，其中，所述第一连接开关被配置为响应于第一控制信号的激 活来选择性地将所述第一连接节点电连接到所述基础电压节点，所述第二连接开关被 配置为响应于第二控制信号的激活来选择性地将所述第二连接节点电连接到所述基 础电压节点，并且所述第三连接节点能够耦接到所述基础电压节点；以及控制块，其 提供所述第一控制信号和所述第二控制信号，其中，所述第一控制信号和所述第二控 制信号的逻辑状态取决于所述驱动电压的振幅。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并被并入本说明书且构成本说明 书的一部分，附图例示了本发明的示例性实施方式，并且与描述一起用于解释本发明 的多个方面。

图1示出常规的LED灯；

图2是根据本发明的第一实施方式的LED灯的图示；

图3是用于说明交流电压的整流的图示；

图4是用于说明图2的LED灯中的照明量的仿真图；以及

图5是根据本发明的第二实施方式的LED灯的图示。

具体实施方式

现在将参照附图来更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的实施方式。但是， 可以按照许多不同的形式来实现本发明，而不应当将本发明解释为限于这里阐述的实 施方式。更确切地说，提供这些实施方式以使得本公开将是彻底的和完全的，并且这 些实施方式将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在全部附图中，相似的附图 标记指示相似的元件。

将理解的是，当提到元件“耦接到”另一元件时，该元件可以直接耦接到其它元件 或者在这两个元件之间可以存在中间元件。相反，当提到元件“直接耦接到”另一元件 时，不存在中间元件。

将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件、组 件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该由这些术 语来限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与其它元件、组件、 区域、层或部分相区分。因而，下文讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被 称为第二元件、组件、区域、层或部分，而不偏离本发明的教导。

本文使用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的，而并不旨在限制本发明。除 非上下文另行明确地指示，否则如本文所使用的，单数形式“a(一、一个)”、“an(一、 一个)”和“the(该、所述)”旨在也包括复数形式。进一步可以理解的是，当被用在 本说明书中时，术语“comprises(包括、包含)”和/或“comprising(包括、包含)” 或者“includes(包括、包含)”和/或“including(包括、包含)”指的是存在所述的特 征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个 其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

除非另行定义，否则这里所用的所有术语(包括科技术语)具有与本发明所属领 域内的普通技术人员所通常理解的相同含义。进一步可以理解的是，术语(例如，在 通常所用的字典中所定义的那些术语)应当被理解为具有与其在相关领域的上下文环 境中的含义相一致的含义，并且，除非在此明确地定义，否则不应当以理想化或完全 形式的方式来理解。

(第一实施方式)

图2是根据本发明的第一实施方式的LED灯100的图示。再次参照图2，LED 灯100包括整流块110、照明块130和控制块150。

整流块110在其VREC输出节点处提供整流电压VREC，在其VBAS输出节点 处提供基础电压VBAS，并且在其VREC输出节点与VBAS输出节点之间提供驱动 电压差VLU。这里，驱动电压差VLU是整流电压VREC与基础电压VBAS之间的 定向(directional)电压差：V_VLU＝V_REC-V_BAS。在该实施方式中，驱动电压差VLU是 时变(time-varying)的。

优选地，整流块110包括交流电压源111和整流器113。交流电压源111提供跨 接其端子的交流电压VAC。整流器113接收跨接其输入节点的交流电压VAC，并通 过对交流电压VAC进行整流来在其输出节点VREC处提供整流电压VREC。并且， 整流器113在其输出节点VBAS处提供基础电压VBAS，该基础电压VBAS几乎为 地电压VSS。

优选地，整流器113是全波整流器，并在全部范围中对交流电压VAC进行整流， 如图3所示。利用全波整流器113将交流电压VAC中的负电压电平转换为整流电压 VREC中的正电压电平。

可以使用桥式二极管来实现整流器113，整流器113包括4个二极管。也可以将 其它的整流器结构用作整流器113，这些整流器结构包括：半波整流器、包括输出平 滑的整流器、包括跨接整流器的输入节点或输出节点而耦接的一个或更多个电容器的 整流器。

再次参照图2，照明块130包括串联连接的多个LED元件LD。这些LED元件 LD可以由整流电压VREC来供电。控制块150控制照明块130，使得被供电的LED 元件LD的数量取决于驱动电压差VLU。

下文更详细地描述照明块130和控制块150。

照明块130具有第一照明模块131、第二照明模块133、第三照明模块135和第 四照明模块137。

第一照明模块131至第四照明模块137串联连接在整流电压节点VREC与基础 电压节点VBAS之间。在第一照明模块131至第四照明模块137中的每一个照明模 块中，包括一个或更多个LED元件LD；在一个或更多个照明模块131至137包括多 个LED元件LD的实施方式中，LED元件LD被串联地耦接。

在该实施方式中，第一照明模块131连接在整流电压节点VREC与第一连接节 点NC1之间，而第二照明模块133连接在第一连接节点NC1与第二连接节点NC2 之间。第三照明模块135连接在第二连接节点NC2与第三连接节点NC3之间，而第 四照明模块137连接在第三连接节点NC3与第四连接节点NC4之间。

并且，照明块130具有第一连接开关SW1、第二连接开关SW2、第三连接开关 SW3和第四连接开关SW4。

第一连接开关SW1被控制为响应于第一控制信号VCON1的激活来选择性地将 第一连接节点NC1电连接到基础电压节点VBAS。第二连接开关SW2被控制为响应 于第二控制信号VCON2的激活来选择性地将第二连接节点NC2电连接到基础电压 节点VBAS。第三连接开关SW3被控制为响应于第三控制信号VCON3的激活来选 择性地将第三连接节点NC3电连接到基础电压节点VBAS。并且，第四连接开关SW4 被控制为响应于第四控制信号VCON4的激活来选择性地将第四连接节点NC4电连 接到基础电压节点VBAS。

控制块150检测驱动电压差VLU的瞬时值或振幅，并基于驱动电压差VLU的检 测值来产生第一控制信号VCON1至第四控制信号VCON4。第一控制信号VCON1 至第四控制信号VCON4的逻辑状态取决于驱动电压差VLU的值。

(表1)示出根据驱动电压差VLU的瞬时值来选择第一控制信号VCON1至第 四控制信号VCON4的逻辑状态的示例。

(表1)

在表1中，Vp是指理想情况下的驱动电压差VLU的最大电压振幅。在表1的示 例性实施方式中，0.25Vp、0.5Vp和0.75Vp是在该实施方式中用作用于选择性地激 活控制信号VCON1至VCON4的阈值电压的第一边界电压至第三边界电压；但是， 在其它实施方式中，可以使用其它值的边界电压。

根据表1，如果在周期I期间驱动电压差VLU的振幅不大于0.25Vp，则第一控 制信号VCON1处于逻辑“H”状态，并且第一连接开关SW1导通(即，开关SW1导 电并将节点NC1电连接到节点VBAS)。在这种情况下，第一照明模块131被供电并 产生照明，但第二照明模块133、第三照明模块135和第四照明模块137未被供电并 且不产生照明。

在周期II中，如果驱动电压差VLU超过0.25Vp并且不大于0.5Vp，则第二控制 信号VCON2处于逻辑“H”状态，并且第二连接开关SW2导通。在这种情况下，第一 照明模块131和第二照明模块133被供电并产生照明，但第三照明模块135和第四照 明模块137未被供电并且不产生照明。

在周期III中，如果驱动电压差VLU超过0.5Vp并且不大于0.75Vp，则第三控制 信号VCON3处于逻辑“H”状态，并且第三连接开关SW3导通。在这种情况下，第一 照明模块131、第二照明模块133和第三照明模块135被供电并产生照明，但第四照 明模块137未被供电并且不产生照明。

在周期IV中，驱动电压差VLU超过0.75Vp，第四控制信号VCON4处于逻辑“H” 状态，并且第四连接开关SW4导通。在这种情况下，第一照明模块131至第四照明 模块137全部被供电并且产生照明。

在该实施方式中，被加电并且产生照明的照明模块的数量取决于驱动电压差 VLU的值。即，被供电并产生照明的LED元件的数量取决于驱动电压差VLU。

因此，在图2的LED灯中，可以基于驱动电压的瞬时振幅来可变地调节照明块 130所产生的发光强度，使得总的发光强度显著增加，如图4所示。并且，没有LED 元件被供电并产生照明(即，产生零照度)的时间周期的长度被显著地减小。最后， 在驱动电压周期的各个周期期间，基于驱动电压在各个瞬时的振幅来多次选择性地激 活和去激活LED灯的照明块。

结果，根据图2的LED灯，提高了诸如功率因数和波峰因数(crest factor)的特性。

在另选的实施方式中，照明块中的最后的连接节点可以直接连接到基础电压 VBAS，而无需中间的相应连接开关。在图2的实施方式中，第四连接节点NC4可以 直接连接到基础电压VBAS，而无需经过第四开关SW4。在这种情况下，第四开关 SW4不是必需的，并且控制块150不需要提供第四控制信号VCON4。在整流电压节 点VREC与基础电压节点VBAS之间仅串联耦接第一LED模块131至第三LED模 块135的其它示例性实施方式中，第三连接节点NC3可以直接连接到基础电压节点 VBAS，而无需经过第三开关SW3。

(第二实施方式)

图5是根据本发明的第二实施方式的LED灯200的图示。再次参照图5，LED 灯200包括整流块210、照明块230和控制块250。

整流块210在其VREC输出节点处提供整流电压VREC，在其VBAS输出节点 处提供基础电压VBAS，并且在其VREC输出节点与VBAS输出节点之间提供驱动 电压差VLU。

优选地，整流块210包括交流电压源211和整流器213。交流电压源211提供跨 接其端子的交流电压VAC。整流器213接收跨接其输入节点的交流电压VAC，并通 过对交流电压VAC进行整流来提供整流电压VREC。

照明块230具有第一照明模块231、第二照明模块233、第三照明模块235和第 四照明模块237。第一照明模块231至第四照明模块237串联连接在整流电压节点 VREC与基础电压节点VBAS之间。在另选的实施方式中，可以包括更少的照明模块； 在其它实施方式中，在VREC节点与VBAS节点之间可以串联连接附加的照明模块。

在该实施方式中，第一照明模块231耦接在整流电压节点VREC与第一连接节 点NC1之间，而第二照明模块233耦接在第一连接节点NC1与第二连接节点NC2 之间。第三照明模块235耦接在第二连接节点NC2与第三连接节点NC3之间，而第 四照明模块237耦接在第三连接节点NC3与第四连接节点NC4之间。

照明块230具有第一连接部241、第二连接部243、第三连接部245和第四连接 部247。

第一连接部241被控制为响应于第一控制信号VCON1的激活来选择性地将第一 连接节点NC1电连接到基础电压节点VBAS。第二连接部243被控制为响应于第二 控制信号VCON2的激活来选择性地将第二连接节点NC2电连接到基础电压节点 VBAS。第三连接部245被控制为响应于第三控制信号VCON3的激活来选择性地将 第三连接节点NC3电连接到基础电压节点VBAS。并且，第四连接部247被控制为 响应于第四控制信号VCON4的激活来选择性地将第四连接节点NC4电连接到基础 电压节点VBAS。

控制块250检测驱动电压差VLU的瞬时值或振幅，并基于驱动电压差VLU的检 测值来产生第一控制信号VCON1至第四控制信号VCON4。第一控制信号VCON1 至第四控制信号VCON4的逻辑状态取决于驱动电压差VLU的值。

在该实施方式中，接收电力并产生照明的照明模块的数量取决于驱动电压差 VLU的值。

通过将相应的连接节点电连接到基础电压节点VBAS，第一连接部241至第四连 接部247中的每一个连接部可操作以形成闭合电流环路。并且，第一连接部241至第 四连接部247控制流经被包含(enclose)在该闭合电流环路中的LED模块的电流， 使得降低这些LED模块中的过电流(excessive current)。

具体地说，驱动第一连接部241以控制第一照明模块231中的电流。驱动第二连 接部243以控制第一照明模块231和第二照明模块233中的电流。驱动第三连接部 245以控制第一照明模块231至第三照明模块235中的电流。并且，驱动第四连接部 247以控制第一照明模块231至第四照明模块237中的电流。

由于第一连接部241至第四连接部247，可以降低流经第一照明模块231至第四 照明模块237中的每一个的过电流。

第一连接部241至第四连接部247彼此很相似。因此，在本说明书中代表性地描 述第三连接部245。

第三连接部245包括第三开关元件245a、第三比较元件245b和第三电阻器245c。 第三开关元件245a耦接在第三连接节点NC3与第三反馈节点NFB3之间。第三开关 元件245a可以是NMOS晶体管，该NMOS晶体管具有利用第三比较信号VCOM3 选通的栅极端子、连接到第三反馈节点NFB3的源极端子和连接到第三连接节点NC3 的漏极端子。第三开关元件245a利用取决于第三比较信号VCOM3的电压的开关电 导(switching conductance)来将第三连接节点NC3连接到第三反馈节点NFB3。也 就是说，由第三比较信号VCOM3中的电压电平来控制第三开关元件245a中的电导。

第三比较元件245b将第三反馈节点NFB3的电压与第三基准电压Vref3进行比 较，以产生第三比较信号VCOM3。此时，随着第三反馈节点NFB3中的电压增加， 第三比较信号VCOM3中的电压降低(即，第三反馈节点NFB3耦接到比较元件245 的反相输入端)。

第三电阻器245c将第三反馈节点NFB3连接到基础电压节点VBAS。

优选地，第一基准电压Vref1至第四基准电压Vref4相同。但是，在一些实施方 式中，第一基准电压Vref1至第四基准电压Vref4中的每一个可以具有不同的振幅或 可变的值。

现在将描述一种使用LED灯200的电路来降低流经LED模块的过电流的方法。

当交流电压VAC的振幅过高时，闭合电流环路中的LED模块可能经历过电流流 动。作为高电流流动的结果，反馈节点NFB1至NFB4中的电压增加，并且比较信号 VCOM1至VCOM 4的电压电平降低。作为反馈节点NFB1至NFB4中的电压电平增 加以及比较信号VCOM1至VCOM4中的电压电平降低的结果，开关元件241a至247a 中的电阻增加，从而流经包含在闭合电流环路中的LED模块的电流变得降低。

本发明不应当被认为限于上述具体的示例，而应被理解为覆盖如所附权利要求中 清楚地阐述的本发明的所有方面。本发明可适用的各种修改、等同的处理以及许多结 构对于阅读了本说明书的、本发明所针对的本领域技术人员是显而易见的。

本申请要求2010年5月6日提交的韩国专利申请No.10-2010-0042319的优先权， 通过引用将其全部内容并入本文。