Led陣列輔助電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于將一個或多個操作電壓和電流提供到一個或多個輔助負(fù)載的方法和裝置。所述方法包括：分接由LED驅(qū)動器驅(qū)動的LED陣列以對所述LED陣列提供驅(qū)動電壓，且/或使用此種分接接頭將操作電壓供應(yīng)到LED驅(qū)動器本身。
【專利說明】LED陣列輔助電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請是總體涉及使用LED電源而來驅(qū)動輔助負(fù)載，并且更具體地，本申請是涉及一種用于使用由適于LED陣列的電源驅(qū)動的LED陣列中的LED來調(diào)節(jié)一個或多個輸出電壓以驅(qū)動一個或多個輔助負(fù)載的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于制造技術(shù)改進，LED成本因而降低，由此，在照明應(yīng)用中使用LED正在變得越來越為普遍。LED照明通常使用單獨LED、如經(jīng)串聯(lián)連接的多個LED的陣列，以便增加輸出達到所需量的光量。此類LED通常也會用于有其他部件的設(shè)備。然而，LED操作時所處的電壓通常比其他部件的操作電壓要高得多。添加附加電路系統(tǒng)以便供應(yīng)某范圍的電壓來同時操作LED陣列和其他輔助部件使設(shè)備的附加重量、復(fù)雜程度以及成本增加。將會需要的是這樣一種方式:在避免此附加電路系統(tǒng)和成本的同時，既將合適電壓提供到LED陣列并且也將合適電壓提供到輔助部件中的至少一些。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]提供了本發(fā)明的多個實施例，包括(但不限于)一種裝置，所述裝置包括:LED陣列，所述LED陣列包括經(jīng)串聯(lián)連接的多個LED，用于提供照明；用于將操作電壓提供到所述LED陣列的驅(qū)動器；連接在所述LED陣列中的兩個所述LED之間的分接接頭(tap)，用于提供比所述操作電壓小的輔助電壓；以及輔助部件，所述輔助部件連接到所述分接接頭上，以便使用所述輔助電壓來向所述輔助部件提供電力。
[0004]還提供了一種裝置，所述裝置包括:LED陣列，所述LED陣列包括經(jīng)串聯(lián)連接的多個LED，用于提供照明；用于將操作電壓提供到所述LED陣列的驅(qū)動器；以及連接在所述LED陣列中的兩個所述LED之間的分接接頭，用于提供比所述操作電壓小的輔助電壓，其中所述輔助分接接頭連接到所述驅(qū)動器上以提供所述輔助電壓作為所述驅(qū)動器的操作電壓。
[0005]又進一步提供一種裝置，所述裝置包括:LED陣列，所述LED陣列包括經(jīng)串聯(lián)連接的多個LED，用于提供照明；用于將操作電壓提供到所述LED陣列的驅(qū)動器；以及連接在所述LED陣列中的兩個所述LED之間的第一分接接頭用于向所述驅(qū)動器提供操作電壓；連接在另外兩個所述LED之間的第二分接接頭，用于提供輔助電壓；以及輔助部件，所述輔助部件連接到所述第二分接接頭上，以便使用所述輔助電壓來向所述輔助部件提供電力。
[0006]另外提供一種用于通過分接(tapping)LED陣列來將電壓提供到部件的方法，所述方法包括以下步驟:使用LED陣列來對區(qū)域進行照明，所述LED陣列包括經(jīng)串聯(lián)連接的多個LED ;使用來自電壓源或者電流源的電壓輸出來驅(qū)動所述LED陣列；以及在所述LED陣列中的兩個或更多所述LED之間分接輔助電壓來向負(fù)載提供電力，其中所述輔助電壓小于從所述電壓源得到的所述電壓輸出。
[0007]還提供了一種照明器具中的照明元件，其中所述照明元件包括上述設(shè)備或者類似設(shè)備中的一個，或者所述照明元件使用上述方法或者類似方法。[0008]還提供了本發(fā)明的附加的實施例，其中一些(但非全部)在下文中更詳細(xì)地描述?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]參照附圖閱讀以下描述之后，本發(fā)明所涉及到的領(lǐng)域中的技術(shù)人員將更清楚本說明書中描述的本發(fā)明的實例的特征和優(yōu)點，在附圖中:
[0010]圖1示出設(shè)備的一個實例實施例的方框圖；
[0011]圖1A示出設(shè)備的另一實例實施例的方框圖；
[0012]圖2示出分接一個實例LED陣列的示意圖，所述一個實例LED陣列具有均勻LED和常規(guī)分接接頭；
[0013]圖3示出分接另一實例LED陣列的示意圖，所述另一實例LED陣列具有非均勻的LED和常規(guī)分接接頭；
[0014]圖3A示出分接另一實例LED陣列的示意圖，所述另一實例LED陣列具有經(jīng)并聯(lián)連接的三個串聯(lián)子集中的非均勻的LED ；
[0015]圖4示出分接另一實例LED陣列的示意圖，所述另一實例LED陣列在任意位置處具有均勻LED和分接接頭；
[0016]圖5示出分接另一實例LED陣列的方框圖，所述另一實例LED陣列具有任意LED陣列；
[0017]圖6示出分接另一實例LED陣列的示意圖，所述另一實例LED陣列具有均勻LED和分接接頭以驅(qū)動輔助負(fù)載；以及
[0018]圖7示出實例LED陣列驅(qū)動器的示意圖，所述實例LED陣列驅(qū)動器驅(qū)動帶有分接接頭的LED陣列以對驅(qū)動器電路進行反饋。
【具體實施方式】
[0019]布置方式為使多個LED串聯(lián)連接的LED組(“陣列”)離散地操作并充分地了解正向電壓范圍。例如，這些LED可以包括經(jīng)并聯(lián)設(shè)置的LED子集，并且隨后所述子集串聯(lián)連接。由于在某些情況下與LED陣列一起提供的輔助部件對電源的需要可為處于較低電壓并且約為穿過LED的電流量級或比其更小，因此，通過使用LED串聯(lián)串作為電壓調(diào)節(jié)電路、同時使得對LED本身操作影響最小，LED陣列即可適用。例如，在典型串聯(lián)陣列中，使用在操作過程中每個LED上的壓降為3V的LED，這種串聯(lián)陣列可以通過分接串聯(lián)LED串將例如3伏、6伏、9伏或12伏(或3V的其他倍數(shù))直接提供到輔助設(shè)備，例如像主動冷卻設(shè)備、風(fēng)扇、合成射流或珀爾貼型設(shè)備，而無附加電子器件來提供此附加電壓。在空間或效率受限的LED環(huán)境中，具有可用輔助電壓但無附加驅(qū)動器空間要求的情況是有益的。 [0020]圖1提供示出使用所提出的修改的實例裝置的一般概念的簡化方框圖。LED照明陣列30由一系列的經(jīng)串聯(lián)連接的LED組成，所述LED由LED驅(qū)動器20部件提供電力，所述LED驅(qū)動器20部件連接到供電電源10 (例如像120V或240V AC主源)。一個或多個分接接頭分接LED陣列30，以向一個或多個輔助負(fù)載41、42、…、43提供電力?？扇芜x地，如圖1A所示，分接接頭可以用于將DC電力提供回LED驅(qū)動器21 (作為反饋路徑)，以便降低用于驅(qū)動陣列的驅(qū)動器電路系統(tǒng)的部件要求。
[0021 ] 圖2示出用于分接簡單LED陣列的簡單實例實施例的示意圖，其中DC電源201 (例如，如可以由陣列驅(qū)動器電路來提供)將V。。電壓提供到使用四個相同LED301的四LED式陣列。通過在每個LED301之間添加分接接頭，即可提供電壓V。。、四分之三V。。、一半V。。以及四分之一 Vcc，其中四分之一 V。。是其中一個LED301上的壓降。
[0022]當(dāng)然，根據(jù)所需照明，可以使用更多或更少的經(jīng)串聯(lián)連接的LED，并且所有LED之間無需常規(guī)放置分接接頭，因為分接接頭基于對要接收電力的輔助部件的電壓需要進行選擇。
[0023]圖3示出四LED式陣列的更普遍的實現(xiàn)方案的示意圖，其中例如每個LED可以屬于不同組成、如用于提供不同顏色。在此類情況中，每個LED302、303、304和305可以在該LED上具有不同壓降，在這個情況中，分接電壓可能不僅僅是V。。的分?jǐn)?shù)部分。在這種情況中，分接接頭電壓基于各個LED上的壓降。因此，除了 V。。，在分接接頭處所提供的電壓通過以下所給等式Eq.1、Eq.2以及Eq.3示出:
[0024]Eq.1 =V1 = Vcc-Vfl = Vf2+Vf3+Vf4 ；
[0025]Eq.2:V2 = Vcc-Vfl-Vf2 = Vf3+Vf4 ；
[0026]Eq.3:V3 = Vcc-Vfl-Vf2-Vf3 = Vf4 ；
[0027]同樣，LED數(shù)量、分接接頭位置以及分接接頭數(shù)量基于所需照明輸出、所需電壓以及使用分接接頭的負(fù)載的類型進行選擇。
[0028]圖3A示出具有三個經(jīng)串聯(lián)連接的LED子集的另一實施例，圖3所示第一子集包括LED302、LED303、LED304 以及 LED305 ;第二子集 b 包括 LED302'、LED303'、LED304'以及LED305';以及第三子集包括LED302"、LED303"、LED304"以及LED305";其中這些三個子集并聯(lián)連接(并且因此是用同一電源電壓V。。驅(qū)動)。提供兩個分接接頭，一個在第一串聯(lián)中，且另一個在第三串聯(lián)中，在第二串聯(lián)中沒有提供分接接頭，電壓以與上述類似的方式確定(如附圖中示出)。清楚地說，在各種串聯(lián)和并聯(lián)配置中的許多不同LED布置都可支持將分接接頭提供在任何所需位置。在圖4的實施例中，分接接頭所提供的負(fù)載電流因此是由不同串聯(lián)LED子集承受，并且因此可以支持不同負(fù)載對支持電流和電壓的較大靈活性的需要。
[0029]圖4示出圖2的實例的更復(fù)雜的實例實施例，其中使用任意r數(shù)量的相同LED306，帶有四個分接接頭V1至V4 (當(dāng)然，根據(jù)需要，可以使用從I至小于經(jīng)串聯(lián)連接的LED數(shù)量的任何數(shù)量的分接接頭)。由AC電源211提供電力的LED驅(qū)動器210用于提供受控DC電源以將受控電壓Vrat提供到LED陣列上。
[0030]在圖4的此實施例中，第一分接接頭V1在以下η個LED后提供=LED1' LED2直至LEDn。第二分接接頭V2在以下m-n個LED后提供:LEDn+1、LEDn+2直至LEDm。第三分接接頭V3在以下p-m-n個LED后提供:LEDm+1、LEDm+2直至LEDp。第四分接接頭V4在以下q-p-m-n個LED后提供:LEDp+1、LEDp+2直至LED,。因此，除了 Vtjut,在分接接頭處所提供的電壓通過以下所給等式Eq.4、Eq.5、Eq.6以及Eq.7示出(其中r是串聯(lián)中的LED的總數(shù)量):
[0031]Eq.4 = (r-n) (Vout) /r
[0032]Eq.5:V2 = (r~m) (Vout) /r
[0033]Eq.6:V3 = (r-p) (Vout) /r
[0034]Eq.7:V4 = (r-q) (Vout) /r
[0035]因此，輸出電壓是輸入電壓的整數(shù)分?jǐn)?shù)(whole number fraction),這是因為每個LED306上的壓降因此實施例中使用的LED相同而相同。分接接頭之間所提供的LED數(shù)量范圍可以從I至任何數(shù)量，并且所述LED數(shù)量基于LED陣列照明要求進行選擇(更多LED即可提供更多照明輸出)，或者如果照明輸出的重要性不如這些標(biāo)準(zhǔn)，那么可以根據(jù)分接接頭處的所需輸出電壓進行選擇，或可根據(jù)源電壓Vrat的可用性進行選擇。在這個實例中，可對輔助負(fù)載提供五個不同電壓:￥_、'、％、V3、和V4，但是驅(qū)動器電路僅僅提供一個電壓:V0Uto因此，串聯(lián)LED陣列允許提供附加電壓，而不對驅(qū)動器添加電路系統(tǒng)或不添加附加電源。
[0036]相反，在更普遍的實施例中，可以使用具有不同組成的LED，其中每個可以在LED上單獨具有不同壓降，如在上文關(guān)于圖3討論。在這個情況中，分接接頭電壓通過單獨LED上的壓降確定。通過選擇有所需壓降的LED，可以在分接接頭處所能提供的電壓上實現(xiàn)附加的靈活性。
[0037]圖5以方框圖示出更普遍的實例。LED陣列驅(qū)動器220驅(qū)動三塊(bank)LED陣列311、312和313，其中任何一個可由一個或多個各種類型LED組成，所述LED以各種方式布置，包括LED的任何所需并聯(lián)和/或串聯(lián)布置，并且所述LED陣列具有相應(yīng)任意壓降Val、Va2和Va3。在這種情況下，等式8和9提供分接接頭V1和V2的相應(yīng)輸出電壓:
[0038]Eq.8 =V1 = Vout-Val = Va2-Va3
[0039]Eq.9:V2 = Vout-Val-Va2 = Va3
[0040]例如，如圖6以示例實施例示意性地示出，其中提供一個分接接頭，在500ma下串聯(lián)操作的9個白色科銳XPG LED307將由整個串上、由LED陣列驅(qū)動器230提供的總共約27V電壓驅(qū)動，因為每個LED壓降各約3V。因此，例如，操作風(fēng)扇的12V輔助源可以通過分接從第四LED到串的末端的電壓提供?；貟?flyback)或降壓轉(zhuǎn)換器230可以用于LED陣列驅(qū)動器以便提供離線轉(zhuǎn)換，從而繼續(xù)用于整個LED串聯(lián)的DC電流。
`[0041]因此，在這個實例中，如果輔助電源需要約IOma電流，那么最后四個LED將會得到490ma，而輔助負(fù)載則引入10ma。所有其他LED仍是處于500ma。因此，一種方法提供用于在沒有附加部件的情況下從27V轉(zhuǎn)換器來向12V電路提供電力。最后3個LED驅(qū)動電流上的略微減少在總系統(tǒng)電力中所占百分?jǐn)?shù)是微乎其微的，并且不對LED陣列性能造成不利影響。根據(jù)需要，附加分接接頭可能已經(jīng)在其他位置處提供，以便驅(qū)動其他負(fù)載。在這個實例中，3V任何倍數(shù)的電壓、即從3V至27V可以使用合適分接接頭提供。
[0042]應(yīng)當(dāng)注意，通過以并聯(lián)子集使用LED(如圖3A中提供的實例等等)的方式布置LED，更大量的電流可以提供到輔助負(fù)載上，使得設(shè)在分接接頭后的LED子集可以使用較少量的LED而確保將足夠電流提供給分接接頭后的LED，從而正確點亮這些LED，同時將足夠電流提供到更高電流輔助負(fù)載。
[0043]通過使用具有不同壓降的不同類型的LED，分接電壓可以進一步地微調(diào)成除了 3V倍數(shù)外的其他電壓。例如，如果具有2V壓降的LED也可使用，那么可以提供電壓，以便可以提供2V和3V的一些組合，如2V、3V、4V、5V、6V、7V等，只要串聯(lián)中的所有LED上的電壓總和相加起來至多等于陣列驅(qū)動器提供的源電壓。
[0044]通過提供正確分接位置，LED壓降(Vf)的任何倍數(shù)都可用于LED的串聯(lián)串，以供應(yīng)到輔助負(fù)載。例如，藍(lán)晶(die) LED (白色由藍(lán)晶激發(fā))和綠晶LED的Vf大體為3V，而紅晶LED的Vf大體為2伏，這將確定多彩LED系統(tǒng)中的輔助電壓粒度。
[0045]大多數(shù)的LED照明電路使用了電子驅(qū)動器，并且大多數(shù)的這種驅(qū)動器具有控制集成電路(IC)，所述IC需要低壓電源以便獨立于所驅(qū)動的LED陣列的工作電壓和電流來操作(其需要的電源電壓V。。為5至20伏，這取決于品牌)。因此，本說明書所公開的概念的另一良好應(yīng)用是使用陣列分接此種電壓以提供到1C。
[0046]圖7示出實例經(jīng)修改的回掃電路，所述實例經(jīng)修改的回掃電路用于通過AC電源500驅(qū)動LED陣列505，其中電路在LED陣列上(在LED D28與LED D29之間)使用分接接頭503來向集成電路501提供必要的V。。，以向集成電路501提供電力。在這種情況下，提供給IC的電壓是提供用于驅(qū)動陣列的電壓(其為單個二極管上壓降的4倍)的4/7。這會允許通過以下方式減少部件:消除另外要求提供所需電壓以驅(qū)動IC501的多個二極管和電容。
[0047]通過分接LED照明陣列而來提供輔助動力，使用LED陣列實現(xiàn)照明目的的各種設(shè)備可以修改，從而驅(qū)動輔助部件，同時不再要向那些部件提供特殊操作電壓電源。例如，在熱量產(chǎn)生而要求另外冷卻的情況中，風(fēng)扇可以要求更高功率電平LED照明電路。通過如本說明書中討論那樣分接LED陣列，風(fēng)扇和LED驅(qū)動器兩者均可得到其所需的操作電壓，而不要求更復(fù)雜的電源。
[0048]本方法的實例應(yīng)用將是使用LED陣列替換100瓦特A_19白熾燈。在此小空間內(nèi)并且借助提供大型照明輸出所必需的許多LED，風(fēng)扇將很可能必須得到附加冷卻。
[0049]其中可以應(yīng)用這種技術(shù)其他實例將包括各種低電流的電子設(shè)備，所述低電流的電子設(shè)備可以使用LED指示燈以及可以使用分接LED陣列供電的其他特征。如高功率的閃光燈或帶有電子部件(例如，定時器、電池指示器等)的閃光燈的此類設(shè)備或者其他照明設(shè)備都可使用這種方法。也可使用這種技術(shù)實現(xiàn)使用控制器部件來實現(xiàn)各種功能的智能照明，其中所述功能包括定時控制、強度控制、調(diào)光或者其他功能。
[0050]通過對上述特征的各種組合，可以提供本發(fā)明的許多其他示例實施例。盡管在上文中本發(fā)明已使用特定示例和實施例進行描述，但是所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使用各種替代方式并且可用等效物來對本說明書所述元件和/或步驟進行替代。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，修改可能必須使本發(fā)明符合具體狀況或者符合具體需要。并不意圖將本發(fā)明限制為本說明書中所述具體實現(xiàn)方案和實施例，而是意圖給予權(quán)利要求最廣泛的合理解釋以便涵蓋所有新穎且非顯而易見的實施例，無論是字面的還是等效的實施例、是公開的還是未公開的實施例都涵蓋在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，所述裝置包括: LED陣列，所述LED陣列包括用于提供照明的多個串聯(lián)連接的LED ;以及 驅(qū)動器，所述驅(qū)動器用于將操作電壓提供到所述LED陣列； 分接接頭，所述分接接頭連接在所述LED陣列中的兩個所述LED之間，用于提供比所述操作電壓小的輔助電壓；以及 輔助部件，所述輔助部件連接到所述分接接頭上，以使用所述輔助電壓向所述輔助部件提供電力。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輔助部件是用于冷卻所述裝置的設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其進一步包括連接在所述LED陣列中的另外兩個所述LED之間的附加分接接頭，用于提供附加輔助電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述附加分接接頭連接到所述驅(qū)動器上，以提供所述附加輔助電壓作為所述驅(qū)動器的操作電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述LED中的至少一個上的壓降不同于所述LED中另一個上的壓降。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置適于替代照明器具中的照明元件。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述輔助部件是用于冷卻所述裝置的設(shè)備。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置適于替代照明器具中的照明元件，并且其中連接在所述LED陣列中的兩個所述LED之間的附加分接接頭用于提供附加輔助電壓，以便向所述驅(qū)動器提供操作電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述輔助部件是用于冷卻所述裝置的設(shè)備。
10.一種裝置，所述裝置包括: LED陣列，所述LED陣列包括用于提供照明的多個串聯(lián)連接的LED ； 驅(qū)動器，所述驅(qū)動器用于將操作電壓提供到所述LED陣列；以及分接接頭，所述分接接頭連接在所述LED陣列中的兩個所述LED之間，用于提供比所述操作電壓小的輔助電壓，其中 所述輔助分接接頭連接到所述驅(qū)動器上，以提供所述輔助電壓作為所述驅(qū)動器的操作電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述驅(qū)動器包括集成電路，并且其中所述輔助電壓設(shè)置用于將操作電壓提供到所述集成電路。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其進一步包括連接在所述LED陣列中的另外兩個所述LED之間的第二分接接頭，所述第二分接接頭連接到輔助部件上，用于將第二輔助電壓提供到所述輔助部件以向所述輔助部件提供電力。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述輔助部件是用于冷卻所述裝置的設(shè)備。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述裝置適于替代照明器具中的照明元件。
15.一種裝置，所述裝置包括: LED陣列，所述LED陣列包括用于提供照明的多個串聯(lián)連接的LED ； 驅(qū)動器，所述驅(qū)動器用于將操作電壓提供到所述LED陣列；以及第一分接接頭，所述第一分接接頭連接在所述LED陣列中的兩個所述LED之間，用于將操作電壓提供到所述驅(qū)動器上；第二分接接頭，所述第二分接接頭連接在另外兩個所述LED之間，用于提供輔助電壓；以及 輔助部件，所述輔助部件連接到所述第二分接接頭上，以便使用所述輔助電壓向所述輔助部件提供電力。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述裝置適于替代照明器具中的照明元件，并且其中所述輔助部件是用于冷卻所述裝置的設(shè)備。
17.一種用于通過分接LED陣列來將電壓提供到部件的方法，所述方法包括以下步驟: 使用LED陣列對區(qū)域進行照明，所述LED陣列包括多個串聯(lián)連接的LED ； 使用來自電壓源的電壓輸出來驅(qū)動所述LED陣列；以及 分接來自所述LED陣列中兩個所述LED之間的輔助電壓以向負(fù)載提供電力，其中所述輔助電壓小于來自所述電壓源的所述電壓輸出。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述負(fù)載是用于提供所述電壓源的驅(qū)動器。
19.如權(quán)利要求1 7所述的方法，其中所述負(fù)載是用于冷卻所述陣列的設(shè)備。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包括以下步驟:分接來自所述LED陣列中另外兩個所述LED之間的另一輔助電壓，以向另一負(fù)載提供電力。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包括以下步驟:分接來自所述LED陣列中另外兩個所述LED之間的另一輔助電壓，以向驅(qū)動器提供電力來提供所述電壓源。
【文檔編號】H05B33/08GK103609199SQ201280030669
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月21日
【發(fā)明者】B.R.羅伯茨 申請人:通用電氣公司