[发明专利]利用多个受控功率耗散电路在照明系统中的热管理

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)和37C.F.R.§1.78要求于2010年11月4日提交的申请号为61/410,168的美国临时申请的利益，该临时申请通过引用全部并入本文。本申请根据35U.S.C.§120和37C.F.R.§1.78要求于2011年11月4日提交的申请号为13/290,003的美国申请的利益，该申请通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明总体涉及电子学领域，更具体地涉及在照明系统中利用多个受控功率耗散电路提供热管理的方法及系统。

背景技术

节能技术的开发及利用对包括许多公司及国家的多需实体来说仍然受到高度关注。感兴趣的一个领域是用更节能的灯比如基于电子光源的灯来替代白炽灯。对于本说明书，电子光源是发光二极管（LED）或紧凑型荧光灯（CFL）。如随后结合图4的描述，电子光源每流明的光输出所用的能量明显少于白炽灯。换句话说，对于给定量的能量，LED和CFL都比白炽灯更亮。

开发基于电子光源的灯有不少挑战。一个挑战是开发与现有基础设施兼容的基于电子光源的灯。另一个挑战是在基于电子光源的灯中散热。以下讨论侧重于基于LED的照明系统，但也适用于基于CFL的照明系统及基于LED及CFL组合的照明系统。

图1示出了至少与现有基础设施具有兼容性的示例性的基于LED的灯100。灯100包括设计为与现有白炽灯座兼容的螺纹体102。在其他实施方式中，灯100仅仅具有2线或3线连接器（未示出）。灯100从电压源104接收功率。电压源104提供输入电源电压V_IN，该电源电压例如是美国标称60Hz/110V的线路电压，或欧洲标称的50Hz/220V线路电压。调光器102对输入电源电压V_IN的进行相位切割以生成切相输入电压（phase cut input voltage）V_{Ф_IN}。白炽灯直接根据切相输入电压V_{Ф_IN}进行操作。然而，LED108根据大致恒定的输出电压V_LD进行操作并吸取（draw，消耗）大致恒定的电流i_LED以达到指定亮度。

灯100包括功率变换电路110，该功率变换电路110用于将切相输入电压V_{Ф_IN}及调光器输入电流i_DIM转换为LED108所使用的输出电压V_LD及输出电流i_LED。功率变换电路110包括接口112，用于对切相输入电压V_{Ф_IN}进行整流处理并提供电磁干扰（EMI）保护。升压型开关功率变换器114将切相输入电压V_{Ф_IN}转换为调节后的大致恒定的连接电压（link voltage）V_LINK。变压器电流116将连接电压V_LINK转换为输出电压V_LD。功率变换电路110还包括用于控制开关功率变换器114及变压器电路116进行的功率变换的控制器118。透镜120包围LED108以便进行保护和光扩散。

LED108发热，并且热量会劣化并缩短LED108的使用寿命。为了帮助管理LED108产生的热量，灯100包括围绕LED108并提供传导冷却的散热器122。

功率变换电路110在操作过程中也发热。灯100的许多组件变成静态热源。另外，在某些情况下，如随后更详细的讨论，至灯100的功率输入大于LED108的功率输出需求加上任何固有功率损耗。开关功率变换器（switching power converter）将从电源（比如电压源）接收的功率转换为适用于负载的功率。从电压源104接收的功率被称为“功率输入（POWER IN）”，提供给LED108的功率被称为“功率输出（POWER OUT）”。所有开关功率变换器因非理想组件特性而存在一些固有功率损耗。此等固有功率损耗倾向于最小化以便提高开关功率变换器的效率。固有功率损耗在本文中用“P_INH”表示。在某些场景中，提供给开关功率变换器的功率的量可以超过由开关功率变换器提供给负载的功率的量，即，功率输入>功率输出+P_INH。当功率输入大于功率输出+P_INH时，升压开关功率变换器114利用无源功率耗散电阻器126被动地耗散过剩能量。