[发明专利]可调光交流LED照明的频谱偏移控制

说明书

技术领域

各个实施方式大体涉及包括发光二极管(LED)的照明系统。

背景技术

对于向用户传输电能的设施而言，功率因数非常重要。在要求相同等级的有效功率的两个负载中，具有较好功率因数的负载向设施实际要求的电流较小。功率因数为1.0的负载向设施要求的电流最小。设施可以向具有高功率因数负载的用户提供减小的功率。

电压与电流之间的相位差可导致差的功率因数。功率因数也会因电流的失真和谐波含量而变差。一些情况下，失真的电流波形趋于增加谐波电能含量，并减少基频(fundamental frequency)的电能。对于正弦电压波形，只有基频的电能可将有效功率传输到负载。非线性负载，例如整流器负载可导致失真的电流波形。整流器负载可包括，例如，诸如LED的二极管。

LED是广泛应用的能够在通电时进行照明的装置。例如，单个的红色LED可向设备操作者提供操作状态(例如开或关)的可见指示。又例如，LED可用在某些基于电子学的装置，例如手持式计算器中显示信息。LED现也已应用于例如照明系统、数据通信和电机控制。

通常，LED形成为具有阳极和阴极的半导体二极管。从理论上说，理想的二极管只在一个方向上传导电流。当在阳极和阴极之间施加足够的正向偏压时，常规电流流过二极管。流过LED的正向电流可以使光子与空穴重新结合，从而以光的形式释放能量。

一些LED发射的光处于可见波长光谱中。通过正确选择半导体材料，可使各个LED构造成发出特定的颜色(例如波长)，举例来说，诸如红、蓝、绿。

通常，LED可在传统的半导体晶粒(die)上制成。单个的LED可同其它电路集成在相同的晶粒上，或封装成独立的单个部件。包含LED半导体元件的封装一般将具有透明窗，允许光线从封装透出。

发明内容

装置和相关方法涉及操作LED光引擎，其中，选定波长的相关强度作为电激励的函数移动。在说明的范例中，电流可基本上从设置于串联电路中的多个LED中的至少一个LED选择性地和自动地分流走，直至电流或其相关的周期激励电压达到预定门限电平。随着激励电流或电压上升至大体上超过预定门限电平，电流分流可在转换中平稳减小。光输出的色温可作为激励电压的预定函数而大致改变。例如，一些实施方式可响应于对AC电压激励的调光(例如，通过相位切割(phase-cutting)或幅值调制)，通过固态光引擎基本增加或降低色温输出。

在各个例子中，LED串内的选择性电流分流可扩大输入电流导通角，从而实质上改善交流LED(AC LED)照明系统的功率因数和/或减少AC LED照明系统的谐波失真。

各实施方式可实现一个或多个优点。例如，一些实施方式可采用例如非常简单、低成本、低功率的电路来基本减小AC输入电流波形的谐波失真。在一些实施方式中，实现基本上减少的谐波失真的附加电路包括单个晶体管，或者还可包括第二晶体管和电流感测元件。在一些示例中，电流传感器为一部分LED电流流过的电阻性元件。在一些实施方式中，将谐波改善电路集成在具有受谐波改善电路控制的一个或多个LED的晶粒上，从而实现大大减小尺寸和制造成本。在一些例子中，谐波改善电路可与相应的受控LED集成在公共的晶粒上，无需增加单独制造LED需要的工艺步骤。在各实施方式中，例如采用半波或全波整流基本改善AC-驱动的LED负载的AC输入电流的谐波失真。一些实现方式仅需要两个晶体管和三个电阻器，以提供受控旁通路径来调节输入电流，从而改善AC LED光引擎的电能质量。一些实现方式在输入激励的选定范围，可提供预定的增加、减少或基本恒定的色温。

各实施方式的细节将参照下面的附图和描述进行说明。其它特征和优点可从描述、附图和权利要求中可显而易见地得出。

附图说明

图1示出了代表具有配置为全波整流器的多个LED和配置为从该整流器接收单向电流的LED串的示例性AC LED电路的示意图。

图2-5示出了图1的AC LED电路的代表性的性能曲线和波形。

图6-9示出了采用选择性电流分流改善电能质量的全波整流器照明系统的一些示例性实施方式。

图10-11示出了配置为未选择性电流分流的半波整流的AC LED串。

图12-13示出了配置为选择性分流的半波整流的AC LED串的示例性电路。

图14-16公开了使用传统(例如非LED)整流器的AC LED拓扑。

图17-19公开了说明应用到图14的AC LED拓扑的选择性分流的示例性实施方式。