CN114303443B

CN114303443B - 用于在多个led通道之间分离led电流的基于发光二极管led的电流分离器以及基于多通道发光二极管led的照明设备

Info

Publication number: CN114303443B
Application number: CN202080061656.8A
Authority: CN
Inventors: H·M·J·M·卡尔曼
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2025-08-22
Anticipated expiration: 2040-09-01
Also published as: WO2021043730A1; JP7142186B2; EP4026402A1; CN114303443A; JP2022536874A; US11997773B2; EP4026402B1; US20220287164A1; ES2951391T3

Abstract

一种基于发光二极管LED的电流分离器，用于在多个LED通道之间分离LED电流，其中所述电流分离器包括至少两个串联连接的LED电路，其中每个LED电路包括：第一分支(B1.1，B2.1)，其包括至少一个LED；第二分支(B1.2，B2.2)，其与所述第一分支(B1.1，B2.1)并联连接并且包括至少一个LED；以及分支开关(W1，W3)，其与所述至少一个LED串联连接，其中所述第二分支(B1.2，B2.2)中的所述至少一个LED的正向电压低于所述第一分支(B1.1，B2.1)中的所述至少一个LED的正向电压；以及第三分支(B1.3，B2.2)，其与所述第一分支和第二分支(B1.2，B2.2)并联连接并且包括用于分流所述第一分支(B1.1，B2.1)和所述第二分支(B1.2，B2.2)的分流开关(W2，W4)。

Description

用于在多个LED通道之间分离LED电流的基于发光二极管LED 的电流分离器以及基于多通道发光二极管LED的照明设备

技术领域

本公开涉及一种用于在多个LED通道之间分离LED电流的基于发光二极管LED的电流分离器，其中所述电流分离器包括并联和串联连接的分支，其中这些分支中的至少一些包括至少一个LED。

背景技术

已经开发了利用发光二极管LED的照明设备，用于各种照明应用。由于LED灯的长寿命和高能效，现在LED灯也被设计用于替代传统的荧光灯，即用于改型应用。对于这样的应用，改型的LED灯通常适于装配到待改型的相应灯具的插座中。此外，由于灯的维护典型地由用户进行，所以改型的LED灯理想地应当易于用任何类型的合适的灯具操作，而不需要重新布线该灯具。

本公开涉及基于多通道LED的照明设备。每个通道可以包括能够发射特定颜色的光的一个或多个LED。例如，可以引导第一通道发射红色光。可以引导第二通道发射绿色光，并且可以引导第三通道发射蓝色光。

在这种照明设备中，可以使用固定电压源来为每个通道中的LED供电。通过每个通道的电流可以在工厂中通过调谐与特定通道的LED串联放置的电阻器来设置。这种方法的其中一个缺点涉及几种干扰因素，诸如电源的电压变化、电缆长度(即阻抗)、通道之间的相互作用，该相互作用可能导致目标通量和色点的误差。

另一选择是为照明设备提供电流源，其中照明设备包括用于在不同通道上分离电流的电流分离器。

更具体地，典型地，存在具有多个通道的可用控制器，其中每个通道设置有开关，其中每个开关因此被布置为启用特定的相应通道。例如，第一开关可以启用红色通道，第二开关可以启用绿色通道，第三开关可以启用蓝色通道等。

可以向开关提供具有特定占空比的脉宽调制PWM信号。应该选择PWM信号的频率，使得其超过人眼的刷新率。这将防止用户看到任何闪烁。通过控制占空比，可以控制每个通道对发射的光的总量的贡献，并且因此还控制由基于LED的照明设备发射的光的颜色。

上述结构的一个缺点是PWM信号的控制分辨率通过增加更多的通道而降低。

发明内容

本公开的目的是提供一种电流分离器，其减小PWM信号的控制分辨率的降低的影响。本公开的其它目的包括基于多通道发光二极管LED的照明设备，其中所述基于多通道LED的照明设备包括根据本公开的基于LED的电流分离器。

在第一方面，提供了一种基于发光二极管LED的电流分离器，用于在多个LED通道之间分离LED电流，其中所述电流分离器包括至少两个串联连接的LED电路。

每个LED电路包括：

－第一分支(B1.1，B2.1)，包括至少一个LED；

－第二分支(B1.2，B2.2)，与所述第一分支(B1.1，B2.1)并联连接并且包括至少一个LED和与所述至少一个LED串联连接的分支开关(W1，W3)，其中所述第二分支(B1.2，B2.2)中的所述至少一个LED的正向电压低于所述第一分支(B1.1，B2.1)中的所述至少一个LED的正向电压；

－第三分支(B1.3，B2.3)，与所述第一分支和第二分支(B1.2，B2.2)并联连接，并且包括用于分流所述第一分支(B1.1，B2.1)和所述第二分支(B1.2，B2.2)的分流开关(W2，W4)。

使用示例可以最好地理解根据本公开的电流分离器优于根据现有技术的电流分离器的优点之一。

在现有技术中，使用四个开关来启用四个通道。每个开关启用一个特定通道。每个通道可以指向特定的颜色光。通过提供PWM信号作为用于控制每个开关的控制信号，可以使用通道的组合。这样，可以实现不同的颜色。换句话说，可以通过混合这四种原色来产生四种原色和多种其它颜色。

根据本公开的电流分离器还可以利用四个开关。在这种情况下，电流分离器可以包括串联连接的两个LED电路，其中每个LED电路包括并联连接的三个分支。第一分支包括至少一个LED，第二分支包括至少一个LED和分支开关，以及第三分支包括分流开关。

第一LED电路中的三个分支中的一个分支可以一次被“启用”，并且第二LED电路中的三个分支中的一个分支可以一次被“启用”，导致总共九个不同的布局。九种不同布局中的一种布局包括LED电路的两个分支开关都被激活的情况，从而有效地产生短路。同样地，剩余八个可用布局，其可视为八个通道。因此，与使用四个开关仅获得四个通道的现有技术情况相比，根据本公开的电流分离器可以使用四个开关提供八个通道。换句话说，可以产生八个原色以及通过混合这八个原色来产生多个其它颜色。

以上通过增加更多的通道减少了PWM的控制分辨率降低的不希望的影响。

注意，根据本发明，所述第二分支(B1.2，B2.2)中的所述至少一个LED的正向电压低于所述第一分支(B1.1，B2.1)中的所述至少一个LED的正向电压。发明人已经发现，只要第二分支中的至少一个LED的正向电压低于第一分支中的至少一个LED的正向电压，就不必在第一分支中包括分支开关。

如果在第一分支中不存在开关，则不可能主动地、功能性地断开第一分支，使得电流不流过第一分支。发明人已经发现，通过确保第二分支中的至少一个LED的正向电压低于第一分支中的至少一个LED的正向电压，电流仍然可以被引导到第二分支。这样，通过激活第二分支中的分支开关，第一分支有效地被去激活。

还应注意，根据本公开的电流分离器在其连接到电流源时或在其包括电流源时有效地操作。电流源可以被视为能够提供与其两端的电压无关的电流的电子电路。

根据本公开，存在于电流分离器中的任何LED可以涉及冷白色LED，暖白色LED，青色LED，蓝色LED或任何类似的LED。

在一个示例中，所述LED电路中的至少一个LED电路进一步包括：

－另一分支(B1.4)，与所述第一，第二和第三分支并联连接，并且包括至少一个LED和与所述至少一个LED串联连接的另一分支开关(W5)，其中所述另一分支(B1.4)中的所述至少一个LED的正向电压低于所述第一分支(B1.1，B2.1)中的所述至少一个LED的正向电压。

上述示例描述了其中附加分支与LED电路中的其它分支并联连接的情况。附加分支可以具有用于启用或禁用该特定分支的分支开关。应注意，根据本公开，可利用多个附加分支。

注意：优选地，电流分离器具有正好两个串联连接的LED电路。本发明人已经知道，这种特定布局对于目前市场上的许多照明设备可能是有益的。

在另一示例中，根据本公开的LED电路可以是同质LED电路或异质LED电路。

在本公开的上下文中，同质电路是具有相同拓扑的电路；例如，所有LED电路具有三个分支。异质电路是具有不同拓扑的电路；例如，第一LED电路具有三个分支，而另一LED电路具有四个分支等。

在进一步的示例中，基于LED的电流分离器进一步包括：

控制器，用于控制所述LED电路中的任何所述开关。

在此，该控制器可以被布置成用于对所述LED电路中的每一个LED电路至多一次激活一个开关。

在另一示例中，控制器还被布置为通过激活任何所述分支开关来使对所述至少一个LED进行调光。

分流开关可用于提供调光功能。根据本公开的电流分离器尤其适于与具有固定电流量的电流源结合使用。通过使用分流开关，电流可以在特定分支上被分流，从而减少了由该特定分支发射的光量。PWM信号特别适合于该目的。

控制器可以与用于控制每个开关的存储器接口连接，从而发出特定的颜色。根据本公开，存储器可以是只读存储器ROM，随机存取存储器RAM，高速缓存或任何类似的存储器。

根据本公开，控制器例如可以是微控制器或任何其它控制装置，例如微处理器，现场可编程门阵列FPGA或任何类似装置。例如，微控制器可以在一些可用输入引脚处接收相关输入信号，并且可以在其它可用输出引脚处提供输出控制信号。

在另一示例中，分支被布置为通过在每个所述分支中使用不同类型的LED来提供不同颜色的照明。

在第二方面中，提供了一种基于多通道发光二极管LED的照明设备，其中所述基于多通道LED的照明设备包括根据前述示例中的任一个的基于LED的电流分离器，其中通道以下组成：由所述至少两个串联连接的LED电路中的第一LED电路中的所述分支中的一个分支；和所述至少两个串联连接的LED电路中的随后LED电路中的所述分支中的一个分支。

参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1公开了根据现有技术的用于分离LED电流的电流分离器；

图2公开了根据本公开的用于分离LED电流的电流分离器；

图3公开了根据本公开的另一示例的用于分离LED电流的电流分离器；

图4示出了指示基于被激活的开关而被启用的通道的表格。

具体实施方式

图1公开了根据现有技术的用于分离LED电流的电流分离器1。

LED电流分离器1可以被包括在基于多通道发光二极管LED的照明设备中。多通道表示基于LED的照明设备具有多个通道，其中每个通道指向发射特定颜色的LED。例如，第一通道可以被引导发射红色光，第二通道可以被引导发射绿色光，第三通道可以被引导发射蓝色光。

图1的LED电流分离器1具有四个通道，其中每个通道包括开关3，4，5，6和相应的至少一个LED 7，8，9，10。每个开关3，4，5，6可以由控制器利用脉宽调制PWM信号来控制。以上允许控制器发射四种原色，例如红色，绿色，蓝色和白色，并且通过将通道彼此混合来发射多种二次色。

电流源2用于向LED电流分离器1提供LED电流。注意，电流源2可以以多种方式实现。例如，电流源2可以实现为LED驱动器。

图2公开了根据本公开的用于分离LED电流的电流分离器21。电流分离器21包括两个串联连接的LED电路，如附图标记22和23所示。

第一LED电路22包括第一分支B1.1，第二分支B1.2和第三分支B1.3。

在该示例中，第一分支B1.1包括至少一个LED。分支B1.1可以包括单个LED，例如功率LED，或多个LED。LED可以全部是相同类型的，或者可以是不同类型的。LED可以发射相同颜色的光，或者可以发射不同颜色的光。注意，第一分支B1.1不包括分支开关。

第二分支B1.2与第一分支B1.1并联连接，并且包括至少一个LED和分支开关W1。分支开关W1用于激活或去激活第二分支B1.2。发明人注意到，只要第二分支B1.2中的至少一个LED的正向电压低于第一分支B1.1中的至少一个LED的正向电压，则第二分支B1.2中的至少一个LED可以与第一分支B1.1中的至少一个LED并联布置。这确保了当分支开关W1被激活时，电流流经第二分支B1.2而不流经第一分支B1.1。

通常，LED的正向电压在1.8伏和3.3伏之间。然而，它可以根据LED的颜色而变化。红色LED通常下降约1.8伏，但由于电压降和光频率随带隙增加，蓝色LED可从3伏下降到3.3伏。

第三分支B1.3与第一分支B1.1和第二分支B1.2并联，其中第三分支B1.3包括用于分流第一分支B1.1和第二分支B1.2的分流开关W2。分流开关W2基本上短路第一分支B1.1和第二分支B1.2。

对于第二LED电路23重复如上所述的用于第一LED电路22的拓扑。

第二LED电路23的第一分支用附图标记B2.1表示，第二LED电路23的第二分支用附图标记B2.2表示，并且第二LED电路23的第三分支用附图标记B2.3表示。第二LED电路23的第二分支B2.2中的分支开关用附图标记W3表示，并且第二LED电路23的第三分支B2.3中的分支开关用W4表示。

图3公开了根据本公开的另一示例的用于分离LED电流的电流分离器31。

这里，与图2的附图标记相比，相同的附图标记用于相同或相似的方面。注意，三个LED电路串联放置，如附图标记22，23和24所示。第三LED电路24还包括三个分支，如附图标记B.31，B3.2和B3.3所示。

电流分离器31可以连接到具有固定电流量作为输出的电流源2。为了建立调光效果，可以周期性地激活分流开关W2，W4和W6中的每一个分流开关，以分流任何分支中的LED。

图4示出了指示基于被激活的开关而被启用的通道的表格。

该表格的前四列涉及如图2所示的电流分离器的开关W1，W2，W3和W4。第五列指示基于四个开关中的哪一个开关被激活而选择的特定颜色，即通道。这里，“WW”表示暖白光，“CW”表示冷白光，“青”表示青色光，“蓝”表示蓝光。

该表格显示：例如，如果分支开关W1被去激活，分流开关W2被去激活并且分流开关W4被激活，则暖白色被选择。这意味着电流将仅流过第一LED电路22的第一分支的至少一个LED。

注意，在分支开关W2和W4都被激活的情况下，没有一个LED将发光，因为在这种情况下，电流将简单地返回到电流源。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。

Claims

1.一种基于发光二极管LED的电流分离器，用于在多个LED通道之间分离LED电流，其中所述电流分离器包括至少两个串联连接的LED电路，其中每个LED电路包括：

－第一分支(B1.1，B2.1)，包括至少一个LED；

－第三分支(B1.3，B2.3)，与所述第一分支和所述第二分支(B1.2，B2.2)并联连接，并且包括用于分流所述第一分支(B1.1，B2.1)和所述第二分支(B1.2，B2.2)的分流开关(W2，W4)。

2.根据权利要求1所述的基于LED的电流分离器，其中所述LED电路中的至少一个LED电路进一步包括：

－另一分支(B1.4)，与所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支并联连接，并且包括至少一个LED和与所述至少一个LED串联连接的另一分支开关(W5)，其中所述另一分支(B1.4)中的所述至少一个LED的正向电压低于所述第一分支(B1.1，B2.1)中的所述至少一个LED的正向电压。

3.根据前述权利要求中任一项所述的基于LED的电流分离器，其中所述电流分离器具有两个串联连接的LED电路。

4.根据权利要求1和2中任一项所述的基于LED的电流分离器，其中所述LED电路是同质LED电路。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的基于LED的电流分离器，其中所述LED电路是异质LED电路。

6.根据权利要求1和2中任一项所述的基于LED的电流分离器，其中所述基于LED的电流分离器进一步包括：

-控制器，用于控制所述LED电路中的任何所述开关。

7.根据权利要求6所述的基于LED的电流分离器，其中所述控制器被布置用于一次至多为每个所述LED电路激活一个开关。

8.根据权利要求6所述的基于LED的电流分离器，其中所述控制器还被布置为通过激活所述分流开关(W2，W4)中的任一个分流开关来对所述至少一个LED进行调光。

9.根据权利要求1、2、7和8中任一项所述的基于LED的电流分离器，其中所述分支被布置成通过在每个所述分支中使用不同类型的LED来提供不同颜色的照明。

10.一种基于多通道发光二极管LED的照明设备，其中所述基于多通道LED的照明设备包括根据前述权利要求中任一项所述的基于LED的电流分离器，其中通道由以下构成：

所述至少两个串联连接的LED电路中的第一LED电路中的所述分支中的一个分支；以及

所述至少两个串联连接的LED电路中的随后LED电路中的所述分支中的一个分支。