[发明专利]可调光的发光二极管灯

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(Light-Emitting Diode；以下简称：LED)灯，且特别涉及一种发光二极管灯的多层次调光。

背景技术

照明调光器可节省能源，但由于安装不同类型的电子调光器需花费额外的成本，多数的白炽灯泡和省电灯泡，节能灯和新兴的发光二极管照明，皆不配备任何调光设施。在使用中，这些照明装置不是完全开启就是完全关闭的状态。在多数情况，为了安全上的考量，可将灯光调暗而非完全地关闭灯光是非常有必要的。例如在商场，商店，学校，医院，小型办公室，走廊，楼梯，工厂和仓库等场所，强烈地需要在下班后或夜间调暗部分的照明。

三端双向可控硅开关调光器(Tri-electrode AC switch dimmer；以下简称：TRIAC dimmer)可改进单刀单掷(Single-Pole Single-Throw；以下简称：SPST)的墙壁开关而不需更换既有的墙壁开关布线系统，亦即没有重新布线的需求。三端双向可控硅开关调光器主要的工作方式为切断一部分的交流电压，使得其他部分的交流电压可传到灯泡。发光二极管灯的亮度决定于传输至其本身的能量多少而定，因此越多的交流电压被切断，发光二极管灯的亮度就越暗。

三端双向可控硅开关基本上为一直接操作于交流线路的三端固态元件。当一短路脉冲电流被注入闸极端时，三端交流开关为开启状态，也就是说，其可传输电流直至目前的半周期(half-cycle)结束。假设负载主要是电阻，例如使用白炽灯的情形下，当交流电压超过结束每半周期的零准位时，自负载电流降至零起，三端双向可控硅开关将重新开始其关闭状态(将其本身整流至关闭)。

图1为一白炽灯泡10的传统三端双向可控硅开关调光电路20的示意图。三端双向可控硅开关调光电路20配置于单刀单掷的墙壁开关12和电源线AC1之间。电阻R23和电容C24决定交流线电压零交越(zero-crossing)后的延迟时间。其中电阻R23为一可变电阻。使用者可通过调节电阻R23的电阻值来控制前述的延迟时间。在三端双向可控硅开关25开启之前，除了小电流之外，基本上没有电流流经电阻R23而对电容C24充电。此小电流也流经白炽灯泡10，其中白炽灯泡10具有数百欧姆的电阻。在一延迟时间(决定于电阻R23、电容C24)后，电容C24的跨压已达到一足够高的值，例如30V以致使双向触发二极管(diac)26崩溃而进入一低电阻状态。双向触发二极管26的崩溃提供一短电流脉冲进入三端双向可控硅开关25的闸极端(GT)，并开启三端双向可控硅开关25进入一传导状态。

图2为图1的传统三端双向可控硅开关调光电路20中一些重要信号的示意图。如图2所示，通过增加延迟时间，可降低可控硅开关调光电路20的传导角，从而控制传至白炽灯泡10的电流或能量大小。这种以调整延迟时间来调节可供给负载的功率的机制被称为相位控制。

在开启三端双向可控硅开关25后，三端双向可控硅开关25的端点MT1、MT2上的跨压实质上降低至零。电容C24上的剩余电压经由电阻R23和三端双向可控硅开关25而被消除。值得注意的是，由于总是需要一些延迟时间使电容C24累积一些电荷以触发双向触发二极管26，因此最大传导角小于180度。

传统的三端双向可控硅开关调光器具有一些缺点。(1)使用三端双向可控硅开关调光器将降低灯具的功率因子。若调光器设定为非常暗的状态，灯具的功率因子可能低至0.20或是更低。

(2)由于在交流周期中突然开启三端双向可控硅开关，将使得三端双向可控硅开关调光器产生电磁干扰(Electro-Magnetic Interference；以下简称：EMI)与蜂音(buzzing sound)。通常一些电磁干扰滤波器的手段必须从增加和影响其它连接至同一布线系统的电气或电子装置的操作来制止电磁干扰噪声。图1画出了使用电容21和电感22的典型的电磁干扰滤波器。

(3)三端双向可控硅开关调光器原本设计用以控制例如像白炽灯的电阻负载。白炽灯透过加热其钨丝至摄氏3000度以上以放射光线。切断一部份的交流电压对人眼来说不会出现闪烁的情形，因为即使当交流电压以60Hz/120Hz的频率脉动，灯丝温度也不会变动。然而，调暗灯光将使得白炽灯操作在较低的温度并发出微红的光线。

(4)三端双向可控硅开关调光器通常不兼容于大多数的萤光灯和节能灯(Compact Fluorescent Lamp；以下简称：CFL)。三端双向可控硅开关调光器常导致灯泡闪烁或立即地损坏。事实上，萤光灯是出了名地难以调光。