[发明专利]基于发光二极管的照明设备的分段驱动方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于发光二极管的照明装置，尤其涉及分段驱动多个基于发光二极管的照明单位，来提升照明设备的效率的装置和方法。

背景技术

发光二极管(LED)是一种基于半导体的光源，经常被应用在低耗电仪表和家电的指示器，应用发光二极管在各种照明装置也已越来越普遍。例如，高明亮度的发光二极管已被广泛用于交通信号灯，车辆指示灯，以及剎车灯。

发光二极管的电流对电压(IV)特性曲线类似于一般的普通二极管，当加于发光二极管的电压小于二极管的正向电压时，只有非常小的电流通过发光二极管。当电压超过正向电压时，通过发光二极管的电流则大幅增加。一般来说，在大多数操作范围，基于发光二极管的照明装置的发光强度是和通过的电流成正比，但操作在高电流时则不如此。通常为基于发光二极管的照明装置设计的驱动装置，都是以提供一个恒定的电流为主，以便能发出稳定的光和延长发光二极管的寿命。

为了提高基于发光二极管的照明装置的亮度，通常是将多数个发光二极管串联在一起，形成一个基于发光二极管的照明单位，而且多数个基于发光二极管的照明单位可以更进一步串联在一起，形成一个照明装置。例如，美国专利6777891号揭露将多个基于发光二极管的照明单位，形成一个可由计算机控制的灯串，其中每个照明单位在灯串里形成一个可单独控制的节点。

每个照明装置所需要的工作电压，通常是取决于照明单位里的发光二极管的正向电压，每个照明单位里有多少个发光二极管，每个照明单位是如何相互接联的，以及每个照明单位在照明装置里，是如何接收来自电源的电压。因此，在大多数的应用中，都需要某种类型的电源电压转换装置，来将一般较普遍的高电压电源，转换成较低的电压，以提供给一个或多个基于发光二极管的照明单位。因为需要这样的一个电压转换装置，造成基于发光二极管的照明设备效率减低，成本增高，也难以减小其体积。

美国专利7781979号提供了一个控制串联的发光二极管的装置。其中有两个或两个以上的发光二极管串联连接。当施加电压时，一串联的电流即流经发光二极管。其中至少有一个发光二极管被并联一个或多个可控制的电流路径，来使串联的电流部分流经这些可控制的电流路径，以便不需要电压转换装置即可使用一般较普遍的高电压电源。因此该装置可使用如120V或240V的交流电压。

美国专利公告2010/0308739号揭露了将多个发光二极管互接串联成多个发光二极管段的装置，以及多个开关器与此多个发光二极管段互接，来选取控制某一发光二极管段，将其从一个发光二极管串联电流通路中串联接入或切隔分出。图1显示了该照明装置的简化示意图，其中包含三个发光二极管段各别有一个、二个和四个串接的发光二极管，该照明装置可以串联方式连接一到七个发光二极管。

因为已有越来越多的基于发光二极管的照明单位被应用在高亮度的照明设备上，如何使用墙上现有的交流电源，灵活和有效地提高发光二极管的利用率，并提供稳定性和高亮度，来驱动和连接多数个基于发光二极管的照明单位的设计方法和装置，已经形成一种不可或缺的需求。此外，如何控制连接在一起的基于发光二极管的照明单位，使照明亮度可以根据不同的照明要求，或交流电源电压的变化，来提供不同的照明模式，也是非常重要的。

发明内容

本发明为满足上述基于发光二极管的照明装置的应用的需要而创作的，主要目的是提供一种用分段的方式，灵活地连接多个基于发光二极管的照明单位，而且各别控制每一个基于发光二极管的照明段，使其被串接在照明装置里，或被以短路方式绕过。

因此，本发明的照明装置包括由控制器控制的多个基于发光二极管的照明段。每个基于发光二极管的照明段有一个以上的基于发光二极管的照明单位串联，并有至少一个串接开关器串联，而且整串多个基于发光二极管的照明单位又与一个绕接开关器以并联方式连接。该控制器各别控制每一个照明段，使其与其它的照明段串接，或被以短路方式绕过。输入电源的电压连接于第一个基于发光二极管的照明段，以提供电力给本发明的照明装置，最后一个基于发光二极管的照明段，则经由一个电流控制器连接到地面。

本发明的另一个目的是提供一个根据输入电源电压变化，或照明装置中的电流控制器上的电压变化，或是这两者的电压变化，来控制多个基于发光二极管的照明段的连接的照明装置。在本发明的优选实施例中，电流控制器可能是一个电流检测电阻器或可变电流源。在某些优选实施范例中，本发明也将该多个基于发光二极管的照明段再串接一个单独的基于发光二极管的照明单位。