具有改進的功率因數(shù)的led線性調(diào)節(jié)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種器件。該器件包括：整流器，被連接以從交流（AC）電壓源接收能量。電容器連接至整流器。多個LED和限流器串聯(lián)連接。限流器被配置成限制通過LED的電流。多個LED和限流器并聯(lián)地共同連接至電容器。電流控制器串聯(lián)地連接至電容器和限流器。電流控制器被配置成至少控制電容器的充電電流。該器件具有在第一操作周期內(nèi)的第一電流路徑和在第二操作周期內(nèi)的第二電流路徑。電容器在第一操作周期內(nèi)充電并且在第二操作周期內(nèi)放電。本發(fā)明還提供了具有改進的功率因數(shù)的LED線性調(diào)節(jié)電路。
【專利說明】具有改進的功率因數(shù)的LED線性調(diào)節(jié)電路
[0001]優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)
[0002]本申請是于2013年3月12日提交的標題為“LED LINEAR RE⑶LATOR CIRCUITWITH IMPROVED POWER FACTOR” (代理機構(gòu)卷號為 48047.133)的第 61/778，043 號美國臨時專利申請，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明一般地涉及發(fā)光器件，更具體地，涉及具有改進的功率因數(shù)的發(fā)光二極管(LED)線性調(diào)節(jié)電路。

【背景技術(shù)】
[0004]本文中所使用的LED器件或LED是用于生成指定波長或指定波長范圍的光的半導(dǎo)體光源。由于諸如器件尺寸小、壽命長、有效能耗以及良好的耐久性和可靠性的有利特征，使得LED日益流行。近年來，LED已經(jīng)部署在多種應(yīng)用中，包括指示器、光傳感器、交通燈、寬帶數(shù)據(jù)發(fā)送以及照明裝置。當(dāng)施加電壓時，LED發(fā)光。
[0005]LED線性調(diào)節(jié)器可以用于執(zhí)行多種LED驅(qū)動方法。LED線性調(diào)節(jié)器可以包括可以由交流(AC)電源驅(qū)動的多個LED。然而，傳統(tǒng)LED線性調(diào)節(jié)器通常具有關(guān)于總光輸出不足、閃變噪聲和/或低功率因數(shù)的缺陷。這些缺陷會導(dǎo)致傳統(tǒng)LED線性調(diào)節(jié)器的無效率和降低的性能。
[0006]從而，雖然現(xiàn)有LED線性調(diào)節(jié)器通常足夠用于它們的期望目的，但是它們不能在每個方面都符合要求。繼續(xù)探尋具有改進的功率因數(shù)和增加的總光輸出的改進LED線性調(diào)節(jié)器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種器件，包括:整流器，被連接以從交流(AC)電壓源接收能量；電容器，與所述整流器連接；串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管(LED)和限流器，所述限流器被配置成限制通過所述LED的電流，并且所述多個LED和所述限流器共同地與所述電容器并聯(lián)連接；以及電流控制器，與所述電容器和所述限流器串聯(lián)連接，其中，所述電流控制器被配置成至少控制所述電容器的充電電流；其中:所述器件在第一操作周期內(nèi)具有第一電流路徑以及在第二操作周期內(nèi)具有第二電流路徑；并且所述電容器在所述第一操作周期內(nèi)充電并且在所述第二操作周期內(nèi)放電。
[0008]在該器件中，所述多個LED通過以下電流進行驅(qū)動:在所述第一操作周期內(nèi)通過所述整流器的電流；以及所述電容器在所述第二操作周期內(nèi)的放電電流。
[0009]該器件進一步包括:電流傳感器，與所述電流控制器連接，所述電流傳感器被配置成感測所述電流控制器的電流強度。
[0010]該器件進一步包括:電壓傳感器，連接在所述整流器和所述電流控制器之間，所述電壓傳感器被配置成感測所述整流器的輸出電壓。
[0011]在該器件中，所述限流器、所述電流控制器、所述電流傳感器以及所述電壓傳感器均被實現(xiàn)為分立的電路組件。
[0012]在該器件中，在集成電路(IC)芯片上共同實現(xiàn)所述限流器、所述電流控制器、所述電流傳感器以及所述電壓傳感器。
[0013]在該器件中，所述LED以矩陣形式連接。
[0014]在該器件中，所述整流器包括橋接二極管組件。
[0015]在該器件中，所述電流控制器進一步被配置成提高所述器件的輸入電壓和輸入電流之間的相位對準。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種器件，包括:整流器，連接至交流(AC)電源；儲能元件，連接至所述整流器；多個光子器件和限流器，所述多個光子器件和所述限流器被串聯(lián)連接并且共同地與所述儲能元件并聯(lián)連接，所述限流器被配置成設(shè)置所述光子器件的最大電流；電流控制器，與所述儲能元件連接，所述電流控制器被配置成設(shè)置所述儲能元件和所述光子器件的最大總體電流；以及電流傳感器，與所述電流控制器連接，所述電流傳感器被配置成感測所述電流控制器的電流強度；其中:所述器件具有所述儲能元件充電的第一操作周期和所述儲能元件放電的第二操作周期，所述第一周期和所述第二周期以交替方式重復(fù)；所述器件在所述第一操作周期和所述第二操作周期內(nèi)具有不同的電路徑；在所述第一操作周期內(nèi)通過所述電源驅(qū)動所述光子器件；以及在所述第二操作周期內(nèi)通過所述儲能元件驅(qū)動所述光子器件。
[0017]在該器件中，所述光子器件包括:串聯(lián)和并聯(lián)連接在一起的多個發(fā)光二極管(LED)。
[0018]該器件進一步包括:電壓傳感器，連接至所述整流器，所述電壓傳感器被配置成感測所述整流器的輸出電壓。
[0019]在該器件中，所述電流控制器、所述電流傳感器以及所述電壓傳感器均被實現(xiàn)為分立的電路組件。
[0020]在該器件中，所述電流控制器、所述電流傳感器以及所述電壓傳感器共同地被實現(xiàn)為集成電路(IC)的一部分。
[0021]在該器件中，所述整流器包括橋接二極管電路。
[0022]在該器件中，所述儲能元件包括電解電容器。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種電路，具有明顯不同且交替的第一操作周期和第二操作周期，所述電路包括:橋接二極管組件，被配置成從AC電壓源接收電流；電解電容器，與所述橋接二極管組件連接，其中，所述電容器在所述第一操作周期內(nèi)通過從所述AC電壓源所接收的電流進行充電，并且在所述第二操作周期內(nèi)放電；串聯(lián)連接的多個LED和限流器，所述LED和所述限流器共同地與所述電容器并聯(lián)連接；電流控制器，與所述電容器和所述限流器串聯(lián)連接，其中，所述電流控制器被配置成在所述第一操作周期內(nèi)至少限制所述電容器的充電電流；以及電流傳感器，與所述電流控制器連接，所述電流傳感器被配置成感測所述電流控制器的電流強度；其中，所述電路在所述第一操作周期內(nèi)具有第一電流路徑以及在所述第二操作周期內(nèi)具有第二電流路徑，使得通過以下電流驅(qū)動所述多個LED:在所述第一操作周期內(nèi)由所述AC電壓源提供的電流；以及所述電容器在所述第二操作周期內(nèi)的放電電流。
[0024]在該電路中，所述多個LED以矩陣形式連接。
[0025]該電路進一步包括:電壓傳感器，連接在所述橋接二極管組件和所述電流控制器之間，所述電壓傳感器被配置成感測所述橋接二極管組件的輸出電壓。
[0026]在該電路中，所述電流控制器、所述電流傳感器以及所述電壓傳感器共同地被實現(xiàn)為集成電路(1C)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]當(dāng)結(jié)合附圖進行閱讀時，通過以下詳細說明最好地理解本發(fā)明的多個方面。應(yīng)該強調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，各種部件不必按比例繪制。實際上，為了論述的清楚起見，多種部件的尺寸可以被任意增加或減小。
[0028]圖1至圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的LED線性調(diào)節(jié)器的電路示意圖。
[0029]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的LED線性調(diào)節(jié)器中的電容器的采樣電流和電壓波形的曲線圖。
[0030]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的LED線性調(diào)節(jié)器的采樣輸入電流和輸入電壓波形的曲線圖。
[0031]圖6是具有電容性負載的LED線性調(diào)節(jié)器的采樣輸入電流和輸入電壓波形的曲線圖。
[0032]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的用于LED線性調(diào)節(jié)器的LED電流波形的曲線圖。
[0033]圖8是根據(jù)本發(fā)明的多個方面的示例性LED照明裝置的示意性部分截面?zhèn)纫晥D。
[0034]圖9是根據(jù)本發(fā)明的多個方面的包括圖8的LED照明裝置的照明模塊的示意圖。

【具體實施方式】
[0035]應(yīng)該理解，以下
【發(fā)明內(nèi)容】
提供用于實現(xiàn)多個實施例的不同特征的多個不同實施例或?qū)嵗?。以下描述組件和布置的特定實例，以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實例，并且不用于限制。例如，在以下說明中，第一部件在第二部件上方或上形成可以包括以直接接觸的方式形成第一部件和第二部件的實施例，并且還可以包括可以在第一部件和第二部件之間形成附加部件，使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。而且，為了便于說明，使用術(shù)語“頂部”、“底部”、“下方”、“上方”等，并且不旨在將實施例的范圍限于任何特定定向。為了簡單和清楚的目的，多種部件還可以按不同比例任意繪制。另外，本發(fā)明可以在多個實例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是為了簡單和清楚的目的，并且其本身沒有規(guī)定所論述的多種實施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0036]當(dāng)發(fā)光二極管(LED)器件導(dǎo)通時，其可以發(fā)出諸如可見光譜中的不同顏色的光的輻射、以及具有紫外線或紅外線波長的輻射。與傳統(tǒng)光源(例如，白熾燈泡)相比，LED提供諸如尺寸更小、能耗更低、壽命更長、多種可用顏色以及耐久性和可靠性更好的優(yōu)點。近年來，這些優(yōu)點以及使得LED更便宜并且更穩(wěn)定的LED制造技術(shù)的進步增加了 LED的日益流行。
[0037]然而，現(xiàn)有LED照明裝置仍然可能具有特定缺點。例如，LED線性調(diào)節(jié)器(一種類型的LED照明應(yīng)用)可以包括串聯(lián)地電連接在一起的多個LED。由AC電源驅(qū)動這些LED，以生成光輸出。然而，傳統(tǒng)LED線性調(diào)節(jié)器具有光輸出不足和過度閃變噪聲或者減小的功率因數(shù)的缺陷，從而會導(dǎo)致無效。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的多個方面，以下描述基本克服上述這些問題的LED線性調(diào)節(jié)器。圖1至圖7包括根據(jù)一些實施例的電路示意圖和LED線性調(diào)節(jié)器的多種電壓和電流波形。為了更好地理解本發(fā)明的發(fā)明思想，簡化了這些附圖。
[0039]參考圖1，示出LED線性調(diào)節(jié)器100的電路示意圖。通過例如AC電壓源110的能源(或電源)驅(qū)動LED線性調(diào)節(jié)器100。在一些實施例中，AC電壓源110提供60赫茲(Hz)，120伏特AC電壓。在其他實施例中，AC電壓源110可以提供相同或不同頻率的不同AC電壓。例如，可以在其他實施例中提供120伏特AC電壓。應(yīng)該理解，其他合適能源也可以用于可選實施例中。
[0040]LED線性調(diào)節(jié)器100包括整流器，例如，橋接二極管組件115。橋接二極管組件115電連接至AC電壓源110。橋接二極管組件115被配置成將從AC電壓源110所輸出的AC正弦電壓轉(zhuǎn)換為“M-形”電壓。換句話說，橋接二極管組件115 (或整流器的其他實施例)被配置成將AC輸出轉(zhuǎn)換為直流(DC)輸出。在可選實施例中，代替或除了橋接二極管組件115之外，可以實現(xiàn)其他合適類型的整流器，以將AC電壓源110的AC輸出轉(zhuǎn)換為期望DC輸出。
[0041]LED線性調(diào)節(jié)器100包括多個LED (還被稱為LED串)120。這些LED 120共同地電連接為矩陣(并聯(lián)和串聯(lián))。LED 120還電連接至橋接二極管組件115。LED 120可以用作LED線性調(diào)節(jié)器100的輸出負載，并且當(dāng)被導(dǎo)通時，發(fā)光。
[0042]LED線性調(diào)節(jié)器100包括限流器125。限流器125被配置成限制流經(jīng)LED 120的電流的量，以防止LED 120受到損害。在一些實施例中，作為一個或多個離散電路元件實現(xiàn)限流器125。在其他實施例中，限流器125被集成到集成電路(IC)芯片中。
[0043]LED線性調(diào)節(jié)器100包括儲能元件。在所示的實施例中,儲能元件包括電容器130,諸如，電解電容器130。在其他實施例中，不同類型的電容器或其他合適儲能裝置可以被用作儲能元件。電容器130并聯(lián)地與LED 120和限流器125電連接。電容器130還可以被稱為輸入電容器。諸如電容器130的儲能元件可以在不同操作周期內(nèi)充電和放電。由于電容器130的充電/放電特征，如以下更詳細論述的，該電容器在本文中用于增加總光輸出。
[0044]LED線性調(diào)節(jié)器100具有電壓傳感器135。電壓傳感器135被配置成感測橋接二極管115的輸出電壓(或LED線性調(diào)節(jié)器100的輸入電壓)。電壓傳感器135可以被配置成使輸入電流更趨于正弦。在一些實施例中，電壓傳感器135可以被省略，以減少電路復(fù)雜性并且降低成本。
[0045]LED線性調(diào)節(jié)器100包括在電壓傳感器135和電容器130之間電連接的電流控制器140。在多種實施例中，電流控制器140可以包括但不限于以下微電子電路元件中的一個或多個:比較器、反饋電路、功率輸入電路、驅(qū)動電路以及輸出電路。電流控制器140、電壓傳感器135、電流傳感器145以及限流器125均可以被集成到諸如專用集成電路(ASIC)芯片的集成電路芯片中。
[0046]在一方面中，電流控制器140通過限制流經(jīng)線性調(diào)節(jié)器100的電流的總量保護線性調(diào)節(jié)器100。這包括流經(jīng)電容器130的電流以及流經(jīng)LED 120的電流(其還由限流器限制)。然而，應(yīng)該理解，在線性調(diào)節(jié)器100 (以下參考圖3更詳細地論述的)的放電周期中，電流控制器140可以不是有源的，并且限流器125通過限制流經(jīng)LED 120的電流保護LED120。
[0047]在另一方面中，電流控制器140被配置成迫使輸入電流波形基本遵循(即，相位對準)輸入電壓波形。更具體地，在不具有電容器130的傳統(tǒng)線性調(diào)節(jié)器中，負載主要是電阻性的，因此電流和電壓對準。這導(dǎo)致良好的功率因數(shù)，功率因數(shù)可以被定義為為(流經(jīng)負載的有效功率)與(電路中的視在功率)的比率。有效功率不能超過電路中的視在功率，因此，功率因數(shù)是在O到I之間波動的無量綱數(shù)。通常，電路的功率因數(shù)測量電路的有效性。然而，對于沒有電容器130的傳統(tǒng)線性調(diào)節(jié)器，僅當(dāng)輸入電壓高于LED的總正向電壓時，驅(qū)動LED。因此，減少了有效發(fā)光時間(當(dāng)LED導(dǎo)通時)。影響在于，LED具有更低總光輸出，并且經(jīng)歷閃變噪聲問題(即，光輸出的不期望周期性變暗)。
[0048]這里，電容器130的存在用作LED線性調(diào)節(jié)器100 (用于驅(qū)動AC源110)的電容性負載。電容器130在LED線性調(diào)節(jié)器100的充電周期(以下參考圖2更詳細地論述)內(nèi)充電，并且在LED線性調(diào)節(jié)器100的放電周期內(nèi)提供用于LED 120的能源。從而，大幅提高用于LED的光輸出性能，并且LED閃變噪聲問題基本被最小化。然而，根據(jù)電路原理，電容性負載(關(guān)于這一點，或者是電感性負載)會導(dǎo)致電流的相位將與電壓的相位不對準(反之，電阻性負載會導(dǎo)致電流的相位與電壓的相位對準)。電流和電壓的相位不對準會導(dǎo)致減小的功率因數(shù)，由此降低電路的效率。
[0049]這里，根據(jù)本發(fā)明的多個方面，電流控制器140通過其本身的電阻并且還通過限制電容器充電電流，使總負載表現(xiàn)得更像電阻性負載。從而，輸入電流和輸入電壓的相位更緊密對準，由此增大電路的功率因數(shù)并且使電路更有效。
[0050]LED線性調(diào)節(jié)器100包括電連接至電流控制器140的電流傳感器145。在一些實施例中，電流傳感器145可以包括電阻器。電流傳感器145被配置成感測流經(jīng)電流控制器140的電流的量。電流傳感器145感應(yīng)電流值并且將反饋提供給電流控制器140。應(yīng)該理解，電流控制器140和電流傳感器145均可以包括本文中不必示出的多個引腳(用于電連接)。這些引腳中的一些接地，而其他引腳可以連接至其他電路元件。
[0051]如上所述，在多種實施例中，限流器125、電壓傳感器135、電流控制器140以及電流傳感器145均可以被實現(xiàn)為離散元件，或者可以被集成到IC芯片上。在某些實施例中，電壓傳感器135、電流控制器140以及電流傳感器145中的一個或多個可以共同地被集成在專用集成電路(ASIC)芯片中，例如，由圖1所示的虛線輪廓描繪的ASIC芯片150。必要時，該ASIC芯片150可以集成限流器125。
[0052]而且，如上所述，LED線性調(diào)節(jié)器100具有對應(yīng)于兩個不同時間周期的兩個不同電流路徑。在第一時間周期(此后，稱為Tl)內(nèi)，輸入電壓大于電容器130的電壓。因此，電容器130在該Tl時間段內(nèi)充電。在圖2中示出了(即，箭頭)該Tl周期內(nèi)的電流路徑。
[0053]在第二時間周期(此后，稱為T2)內(nèi)，輸入電壓低于電容器130的電壓。因此，電容器130在該T2時間段內(nèi)放電。輸入電流停止?，F(xiàn)在通過放電電容器130提供流經(jīng)LED 120的電流。在圖3中示出了(即，該循環(huán)，其是LED線性調(diào)節(jié)器100的部分電路)該T2周期內(nèi)的電流路徑。應(yīng)該理解，Tl和T2對應(yīng)于穩(wěn)定狀態(tài)操作，并且以交替方式重復(fù)。
[0054]圖4示出當(dāng)經(jīng)過上述Tl (充電)和T2 (放電)時間周期時的電容器130的電流和電壓波形。更具體地，圖4是包括X軸、以及結(jié)合(superimposed)在一起的兩個Y軸(Π和Y2)的曲線圖200。在所示的實施例中，X軸表示時間，Yl軸表示電容器電壓，以及Y2軸表示電容器電流。曲線圖200包括電壓波形210，作為Yl軸與X軸的曲線圖。電壓波形210表示電容器130的電壓關(guān)于時間的改變。曲線圖200還包括電流波形220，作為Y2軸與X軸的曲線圖。電流波形220表示電容器130的電流關(guān)于時間的改變。
[0055]電壓波形210和電流波形220均包括多個周期。每個周期都由Tl周期和T2周期構(gòu)成。如圖4所示，在Tl周期內(nèi)，流經(jīng)電容器130的電流大于零(由電流波形220高于零電流線230指示)。因此，電容器130在Tl周期內(nèi)充電。在T2周期內(nèi)，流經(jīng)電容器130的電流小于零(通過電流波形220低于零電流線230指示)，意味著電流反向流動。因此，電容器130在T2周期內(nèi)放電。
[0056]圖5示出用于LED線性調(diào)節(jié)器100的輸入電流波形和輸入電壓波形。更具體地，圖5是包括X軸、以及結(jié)合在一起的兩個Y軸(Yl和Y2)的曲線圖250。在所示的實施例中，X軸表不時間，Yl軸表不輸入電壓，以及Y2軸表不輸入電流。曲線圖250包括電壓波形260,作為Yl軸與X軸的曲線圖。換句話說，電壓波形260表示輸入電壓關(guān)于時間的改變。曲線圖250還包括電流波形270，作為Y2軸與X軸的曲線圖。換句話說，電流波形270表示輸入電流關(guān)于時間的改變。注意，輸入電流波形270具有由圖1的電流控制器140設(shè)置的峰值(例如，峰值275)。
[0057]如果僅電容器130連接至橋接二極管組件115，則負載完全是電容的，其會導(dǎo)致輸入電壓和輸入電流之間的相位不對準。這在圖6中示出，其中，波形260A和270A分別表示用于具有電容性負載的LED線性調(diào)節(jié)器的輸入電壓和輸入電流?？梢詮膱D6中看出，在輸入電壓和輸入電流之間存在基本相位不對準(由波形260A和270A之間的水平移位指示)。如上所述，不期望由于電容器控制負載所導(dǎo)致的這樣的相位不對準，因此下拉功率因數(shù)。
[0058]然而，電流控制器140的存在使整體負載具有更多電阻性以及更少電容性。如圖5所示，電阻性負載意味著輸入電壓和輸入電流的相位將相互對準。因此，本文中實現(xiàn)的電流控制器140基本減小輸入電壓和輸入電流之間的相位不對準。這改進LED線性調(diào)節(jié)器的功率因數(shù)并且提高了其效率。
[0059]圖7示出圖1的LED 120的電流波形。更具體地，圖7是包括X軸和Y軸的曲線圖280。在所示的實施例中，X軸表示時間，并且Y軸表示流經(jīng)LED 120的電流。從而，曲線圖280具有LED電流波形285，作為Y軸與X軸的曲線圖。可以從圖7看出，本文中的LED電流一直具有非零值(即，波形285從來沒有下降到O線下面)。這至少部分由于以下事實:當(dāng)電容器130充電時，AC電壓源110 (圖1)提供用于LED 120的電流并且當(dāng)電容器130放電時，電容器提供用于LED 120的電流。因此，只要LED線性調(diào)節(jié)器100導(dǎo)通，LED 120就一直具有至少一些量的非零電流。同樣地，LED線性調(diào)節(jié)器100貫穿其操作具有足夠的光輸出，并且可以基本消除閃變噪聲問題。
[0060]應(yīng)該理解，圖4至圖7所示的多種電流和電壓波形僅是實例，以幫助示出本發(fā)明的某些概念。在多種其他實施例中，這些電流和電壓波形的形狀、尺寸和/或相位可以改變，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
[0061]根據(jù)本文中所公開的實施例論述的LED線性調(diào)節(jié)器提供超過現(xiàn)有LED線性調(diào)節(jié)器的優(yōu)點。然而，應(yīng)該理解，本文中不必論述所有優(yōu)點，并且不同實施例可以提供附加優(yōu)點，并且沒有特定優(yōu)點是所有實施例都需要具備的。
[0062]在多種優(yōu)點中，一個優(yōu)點在于，電流控制器可以使整體負載表現(xiàn)為更多的電阻性，由此減少輸入電流和輸入電壓之間的相位不對準。結(jié)果，改進了 LED線性調(diào)節(jié)器的功率因數(shù)，并且也提高了 LED線性調(diào)節(jié)器的效率。另一個優(yōu)點在于，當(dāng)放電時，至少部分地由于由電容器提供的電流，導(dǎo)致LED電流一直具有非零值。因此，可以基本上消除困擾某些傳統(tǒng)LED線性調(diào)節(jié)器的閃變噪聲問題。在本文中所公開的實施例還容易和簡單地實現(xiàn)，因此，對制造成本的影響不明顯。
[0063]LED 120可以被實現(xiàn)為照明裝置的一部分。例如，LED 120可以被實現(xiàn)為基于LED的照明裝置300的一部分，在圖8中示出其簡化截面圖。
[0064]LED管芯120均包括具有不同類型的導(dǎo)電性的兩個摻雜的半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的多個方面，這些摻雜的半導(dǎo)體層可以是上述II1-V族化合物層220，或者可以使用上述類似工藝形成這些摻雜的半導(dǎo)體層。LED管芯120還均包括設(shè)置在這些II1-V族化合物層之間的多個量子阱(MQW)層。MQW層包括有源材料的交替(或周期)層，諸如，氮化鎵和氮化銦鎵(InGaN)。例如，MQW層可以包括多個氮化鎵層和多個氮化銦鎵層，其中，以交替或周期性方式形成氮化鎵層和氮化銦鎵層。在一些實施例中，MQW層包括十層氮化鎵和十層氮化銦鎵，其中，在氮化鎵層上形成氮化銦鎵層，并且在氮化銦鎵層上形成另一個氮化鎵層等等。發(fā)光效率取決于交替層的層數(shù)和厚度。
[0065]當(dāng)電壓(或電荷)被施加至LED的摻雜層時，MQff層發(fā)出諸如光的輻射。由MQW層所發(fā)出的光的顏色對應(yīng)于輻射的波長。輻射可以是諸如，藍光的可見光，或諸如紫外線(UV)光的不可見光?？梢酝ㄟ^改變構(gòu)成MQW層的材料的成分和結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)光的波長(并且從而光的顏色)。
[0066]應(yīng)該理解，每個LED管芯還可以包括預(yù)應(yīng)變層和電子阻擋層。預(yù)應(yīng)變層可以被摻雜，并且可以用于釋放應(yīng)力，以及減小MQW層中的量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)(根據(jù)量子阱的光吸收譜描述外部電場的影響)。電子阻擋層可以包括摻雜的氮化鋁鎵(AlGaN)材料，其中，摻雜劑可以包括鎂。電子阻擋層幫助限制在MQW層內(nèi)的電子空穴載流子再結(jié)合，從而可以改進MQW層的量子效率并且減少不期望帶寬的輻射。
[0067]在一些實施例中，LED管芯120均具有在其上涂覆的磷光層。磷光層可以包括磷光材料和/或熒光材料。可以在濃縮粘性流體介質(zhì)(例如，液態(tài)膠)中將磷光層涂覆在LED管芯120的表面上。當(dāng)粘性流體固定或硬化時，磷光材料變?yōu)長ED封裝件的一部分。在實際LED應(yīng)用中，磷光層可以用于變換由LED管芯120所發(fā)出的光的顏色。例如，磷光層可以將由LED管芯120所發(fā)出的藍光變換為不同波長光。通過改變磷光層的材料成分，可以實現(xiàn)由LED管芯120所發(fā)出的期望光顏色。
[0068]將LED管芯120安裝在襯底320上。在一些實施例中，襯底320包括金屬芯印刷電路板(MCPCB)。MCPCB包括金屬基底，其可以由鋁(或其合金)制成。MCPCB還包括設(shè)置在金屬基底上的導(dǎo)熱但是電絕緣的介電層。MCPCB還可以包括設(shè)置在介電層上由銅制成的薄金屬層。在可選實施例中，襯底320可以包括其他合適導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。襯底320可以包括或可以不包含有源電路，并且還可以用于建立互連。
[0069]照明裝置300包括擴散覆蓋件(diffuser cap)350。擴散覆蓋件350提供用于在其下的LED管芯120的蓋子。換句話說，由擴散覆蓋件350和襯底320共同地封裝LED管芯120。在一些實施例中，擴散覆蓋件350具有弧形的表面或輪廓。在一些實施例中，彎曲表面可以基本遵循半圓的輪廓，使得由LED管芯120所發(fā)出的每道光束都可以以基本豎直的入射角(例如，在90幾度內(nèi))到達擴散覆蓋件350的表面。擴散覆蓋件350的弧形形狀幫助減小由LED管芯120所發(fā)出的光的全內(nèi)反射(TIR)。
[0070]擴散覆蓋件350可以具有紋理表面。例如，可以使紋理表面變粗糙，或者可以包含多個小圖案，諸如，多邊形或圓形。這樣的紋理表面幫助分散由LED管芯120所發(fā)出的光，以使光分布更加均勻。在一些實施例中，擴散覆蓋件350涂覆有含擴散顆粒(diffuserparticle)的擴散層。
[0071]在一些實施例中，由空氣填充LED管芯120和擴散覆蓋件350之間的空間360。在其他實施例中，可以通過光學(xué)級硅凝膠材料(還被稱為光學(xué)凝膠)來填充空間360。在該實施例中，磷光顆?？梢员换旌显诠鈱W(xué)凝膠內(nèi)，以進一步擴散由LED管芯120所發(fā)出的光。
[0072]盡管所示的實施例示出所有LED管芯120都被封裝在單個擴散覆蓋件350內(nèi)，但是應(yīng)該理解，在其他實施例中，可以使用多個擴散覆蓋件。例如，每個LED管芯120都可以被封裝在多個擴散覆蓋件中的相應(yīng)一個內(nèi)。
[0073]照明裝置300還可以在光學(xué)上包括反射結(jié)構(gòu)370。反射結(jié)構(gòu)370可以安裝在襯底320上。在一些實施例中，反射結(jié)構(gòu)被成形為類似杯子，并且因此還可以被稱為反光杯。從俯視圖中觀看時，反射結(jié)構(gòu)以360度環(huán)繞或圍繞LED管芯120和擴散覆蓋件350。從俯視圖中觀看時，反射結(jié)構(gòu)370可以具有圓形輪廓、蜂窩狀六邊形輪廓或環(huán)繞擴散覆蓋件350的另一種合適蜂窩狀輪廓。在一些實施例中，LED管芯120和擴散覆蓋件350位于反射結(jié)構(gòu)370的底部附近。換句話說，反射結(jié)構(gòu)370的頂部或上部開口位于LED管芯120和擴散覆蓋件350之上或上方。
[0074]反射結(jié)構(gòu)370可操作地反射從擴散覆蓋件350傳播出來的光。在一些實施例中，反射結(jié)構(gòu)370的內(nèi)表面涂覆有反射膜，諸如，鋁、銀或它們的合金。應(yīng)該理解，在一些實施例中，以類似于擴散覆蓋件350的紋理表面的方式，反射結(jié)構(gòu)370的側(cè)壁的表面可以是有紋理的。從而，反射結(jié)構(gòu)370可操作地執(zhí)行由LED管芯120所發(fā)出的光的進一步散射，從而減小照明裝置300的光輸出的強度(glare)，并且使得光輸出對于人類的眼睛更柔和。在一些實施例中，反射結(jié)構(gòu)370的側(cè)壁具有傾斜或楔形的輪廓。反射結(jié)構(gòu)370的楔形輪廓提高反射結(jié)構(gòu)370的光反射效率。
[0075]照明裝置300包括散熱結(jié)構(gòu)380，還被稱為散熱器380。散熱器380通過襯底320熱連接至LED管芯120 (其在操作期間生成熱)。換句話說，散熱器380附接至襯底320，或者襯底320位于散熱器380的表面上。散熱器380被配置成促進熱消散至環(huán)境大氣中。散熱器380包含熱傳導(dǎo)材料，諸如金屬材料。可以將散熱器380的形狀和幾何尺寸設(shè)計成提供常見的燈泡的框架而同時從LED 120擴散出或?qū)С鰺?。為了增強熱傳遞，散熱器380可以具有從散熱器380的主體向外突出的多個鰭片390。鰭片390可以具有暴露給環(huán)境大氣以有助于熱傳遞的大量表面積。
[0076]圖9示出包括上述照明裝置300的一些實施例的照明模塊500的簡化示意圖。照明模塊500具有基座510、附接至基座510的主體520、以及附附接至主體520的燈530。在一些實施例中，燈530是射燈(或筒燈照明模塊)。燈530包括以上參考圖8論述的照明裝置300。燈530可操作地有效地投射光束540。另外，與傳統(tǒng)白熾燈相比，燈530可以提供更好的耐久性和更長的壽命。
[0077]應(yīng)該理解，其他照明應(yīng)用可以受益于使用上述本發(fā)明的LED。例如，本發(fā)明的LED可以在照明應(yīng)用中使用，包括但不限于車輛頭燈或尾燈、車輛儀表板顯示器、投影儀的光源、諸如液晶顯示器(LCD)電視或LCD監(jiān)控器的電子設(shè)備的光源、平板計算機、移動電話或筆記本/膝上型計算機。
[0078]本發(fā)明的一方面涉及一種器件。該器件包括:整流器，被連接以接收來自交變(AC)電壓源的能量；電容器，連接至整流器；串聯(lián)連接的多個LED和限流器，其中，限流器被配置成限制流經(jīng)LED的電流，并且其中，多個LED和限流器并行地共同連接至電容器；以及電流控制器，串聯(lián)地連接至電容器和限流器，其中，電流控制器被配置成至少控制電容器的充電電流；其中:該器件具有第一操作周期內(nèi)的第一電流路徑和第二操作周期內(nèi)的第二電流路徑；以及電容器在第一操作周期內(nèi)充電并且在第二操作周期內(nèi)放電。
[0079]在一些實施例中，多個LED通過以下電流驅(qū)動:在第一操作周期內(nèi)流經(jīng)整流器的電流；以及電容器在第二操作周期內(nèi)的放電電流。
[0080]在一些實施例中，該器件進一步包括:電流傳感器，連接至電流控制器，電流傳感器被配置成感測電流控制器的電流強度。在一些實施例中，該器件進一步包括:電壓傳感器，連接在整流器和電流控制器之間，電壓傳感器被配置成感測整流器的輸出電壓。在一些實施例中，電流控制器、電流傳感器以及電壓傳感器均被實現(xiàn)為離散電路組件。在一些實施例中，在集成電路(IC)芯片上共同實現(xiàn)電流控制器、電流傳感器以及電壓傳感器。
[0081]在一些實施例中，LED被連接為矩陣。
[0082]在一些實施例中，整流器包括橋接二極管組件。
[0083]在一些實施例中，電流控制器進一步被配置成增加器件的輸入電壓和輸入電流之間的相位對準。
[0084]在一些實施例中，該器件包括線性功率調(diào)節(jié)器。功率調(diào)節(jié)器的電路可以是與LED分離的可用模塊。在其他實施例中，用于功率調(diào)節(jié)器和LED的電路可以被集成到單個器件中。
[0085]本發(fā)明的另一方面涉及一種器件。該器件包括:整流器，連接至交流(AC)能源；儲能元件，連接至整流器；多個光子器件和限流器，串聯(lián)連接并且并聯(lián)地共同連接至儲能元件，限流器被配置成設(shè)置用于光子器件的最大電流；電流控制器，連接至儲能元件，電流控制器被配置成設(shè)置用于儲能元件和光子器件的最大總體電流；以及電流傳感器，連接至電流控制器，電流傳感器被配置成感測電流控制器的電流強度；其中:該器件具有儲能元件充電的第一操作周期和儲能元件放電的第二操作周期，第一和第二周期以交替方式重復(fù)；該器件在第一和第二操作周期內(nèi)具有不同電路徑；在第一操作周期內(nèi)由能量源驅(qū)動光子器件；以及在第二操作周期內(nèi)由儲能元件驅(qū)動光子器件。
[0086]在一些實施例中，光子器件包括串聯(lián)和并聯(lián)地連接在一起的多個發(fā)光二極管(LED)。
[0087]在一些實施例中，該器件進一步包括:電壓傳感器，連接至整流器，電壓傳感器被配置成感測整流器的輸出電壓。在一些實施例中，電流控制器、電流傳感器以及電壓傳感器均被實現(xiàn)為離散電路組件。在一些實施例中，電流控制器、電流傳感器以及電壓傳感器被共同實現(xiàn)為集成電路(IC)的一部分。
[0088]在一些實施例中，整流器包括橋接二極管電路。
[0089]在一些實施例中，儲能元件包括電解電容器。
[0090]本發(fā)明的又一方面涉及具有明顯不同和交替的第一和第二操作周期的電路。該電路包括:橋接二極管組件，被配置成從AC電壓源接收電流；電解電容器，連接至橋接二極管組件，其中，在第一操作周期內(nèi)通過從AC電壓源所接收的電流對電容器進行充電，并且在第二操作周期內(nèi)該電容器放電；串聯(lián)連接的多個LED和限流器，LED和限流器并聯(lián)地共同連接至電容器；電流控制器，與電容器和限流器串聯(lián)連接，其中，電流控制器被配置成在第一操作周期內(nèi)至少限制電容器的充電電流；以及電流傳感器，連接至電流控制器，電流傳感器被配置成感測電流控制器的電流強度；其中，電路具有在第一操作周期內(nèi)的第一電流路徑和在第二操作周期內(nèi)的第二電流路徑，使得多個LED通過以下電流驅(qū)動:在第一操作周期內(nèi)由AC電壓源提供的電流；以及在第二操作周期內(nèi)的電容器的放電電流。
[0091]在一些實施例中，多個LED被連接為矩陣。
[0092]在一些實施例中，電路進一步包括:電壓傳感器，連接在橋接二極管組件和電流控制器之間，電壓傳感器被配置成感測橋接二極管組件的輸出電壓。在一些實施例中，電流控制器、電流傳感器以及電壓傳感器被共同實現(xiàn)為集成電路(IC)。
[0093]以上概述了多個實施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解以下的詳細說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，它們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改用于實現(xiàn)與在此介紹的實施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)與其相同的優(yōu)點的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該認識到，這樣的等效結(jié)構(gòu)不脫離本發(fā)明的精神和范圍，并且它們可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此作出多種改變、替換和更改。
【權(quán)利要求】
1.一種器件，包括: 整流器，被連接以從交流(AC)電壓源接收能量； 電容器，與所述整流器連接； 串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管(LED)和限流器，所述限流器被配置成限制通過所述LED的電流，并且所述多個LED和所述限流器共同地與所述電容器并聯(lián)連接；以及 電流控制器，與所述電容器和所述限流器串聯(lián)連接，其中，所述電流控制器被配置成至少控制所述電容器的充電電流； 其中: 所述器件在第一操作周期內(nèi)具有第一電流路徑以及在第二操作周期內(nèi)具有第二電流路徑；并且 所述電容器在所述第一操作周期內(nèi)充電并且在所述第二操作周期內(nèi)放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述多個LED通過以下電流進行驅(qū)動: 在所述第一操作周期內(nèi)通過所述整流器的電流；以及 所述電容器在所 述第二操作周期內(nèi)的放電電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，進一步包括:電流傳感器，與所述電流控制器連接，所述電流傳感器被配置成感測所述電流控制器的電流強度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，進一步包括:電壓傳感器，連接在所述整流器和所述電流控制器之間，所述電壓傳感器被配置成感測所述整流器的輸出電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述限流器、所述電流控制器、所述電流傳感器以及所述電壓傳感器均被實現(xiàn)為分立的電路組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其中，在集成電路(IC)芯片上共同實現(xiàn)所述限流器、所述電流控制器、所述電流傳感器以及所述電壓傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述LED以矩陣形式連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述整流器包括橋接二極管組件。
9.一種器件，包括: 整流器，連接至交流(AC)電源； 儲能元件，連接至所述整流器； 多個光子器件和限流器，所述多個光子器件和所述限流器被串聯(lián)連接并且共同地與所述儲能元件并聯(lián)連接，所述限流器被配置成設(shè)置所述光子器件的最大電流； 電流控制器，與所述儲能元件連接，所述電流控制器被配置成設(shè)置所述儲能元件和所述光子器件的最大總體電流；以及 電流傳感器，與所述電流控制器連接，所述電流傳感器被配置成感測所述電流控制器的電流強度； 其中: 所述器件具有所述儲能元件充電的第一操作周期和所述儲能元件放電的第二操作周期，所述第一周期和所述第二周期以交替方式重復(fù)； 所述器件在所述第一操作周期和所述第二操作周期內(nèi)具有不同的電路徑； 在所述第一操作周期內(nèi)通過所述電源驅(qū)動所述光子器件；以及 在所述第二操作周期內(nèi)通過所述儲能元件驅(qū)動所述光子器件。
10.一種電路，具有明顯不同且交替的第一操作周期和第二操作周期，所述電路包括: 橋接二極管組件，被配置成從AC電壓源接收電流； 電解電容器，與所述橋接二極管組件連接，其中，所述電容器在所述第一操作周期內(nèi)通過從所述AC電壓源所接收的電流進行充電，并且在所述第二操作周期內(nèi)放電； 串聯(lián)連接的多個LED和限流器，所述LED和所述限流器共同地與所述電容器并聯(lián)連接； 電流控制器，與所述電容器和所述限流器串聯(lián)連接，其中，所述電流控制器被配置成在所述第一操作周期內(nèi)至少限制所述電容器的充電電流；以及 電流傳感器，與所述電流控制器連接，所述電流傳感器被配置成感測所述電流控制器的電流強度； 其中，所述電路在所述第一操作周期內(nèi)具有第一電流路徑以及在所述第二操作周期內(nèi)具有第二電流路徑，使得通過以下電流驅(qū)動所述多個LED: 在所述第一操作周期內(nèi)由所述AC電壓源提供的電流；以及 所述電容器在所 述第二操作周期內(nèi)的放電電流。
【文檔編號】H05B37/02GK104053271SQ201310234080
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】張銘順, 邱科智 申請人:臺積固態(tài)照明股份有限公司