[發(fā)明專利]用于LED照明的效率調節(jié)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210539175.0
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103167689B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設計）人: S·W·霍利
• 申請（專利權）人: 馬克西姆綜合產品公司
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 舒雄文,蹇煒

技術領域

本發(fā)明涉及開關模式調節(jié)器，并且更具體地，涉及使用開關模式調節(jié)器來調節(jié)LED電流以提高總的系統(tǒng)功效并抑制可調光發(fā)光二極管（以下，“LED”）照明系統(tǒng)的功耗的系統(tǒng)、設備和方法。該開關模式調節(jié)器也可以用于LED照明系統(tǒng)以外的應用中。

背景技術

隨著基于半導體的固態(tài)照明（SSL）方案與其它照明技術相比持續(xù)改進，直到最近主要與電子設備和玩具中的簡單指示器燈聯(lián)系在一起的SSL已經變得更普遍。特別是，在過去的那些年，已經對發(fā)光二極管（LED）實現了巨大的技術改進。LED已經可用于各種波長，并適合于白光照明。LED的壽命也延長到超過100千小時，并且能夠在高達許多瓦的輸入功率工作。

當與常規(guī)燈比較時，LED是相對較小的，需要顯著較低的功率量，并且具有較長的操作壽命。LED通常串聯(lián)連接為LED串用于照明應用中。用于照明的LED串中的每個功率LED需要在35-1400mA的范圍中的標稱LED電流、3V的正向電壓降、以及大的制造公差。LED操作的功率量比典型鹵素燈操作的功率量要小得多。鹵素燈可操作在20-50瓦的范圍內，而LED在約5-10瓦足以提供類似的亮度水平。然而，總是存在進一步增強LED照明系統(tǒng)的能量效率的需求。

圖1A示例了標準LED照明系統(tǒng)100和該系統(tǒng)中的功率耗散。LED照明系統(tǒng)100包括LED驅動器102和LED燈模塊104。LED驅動器102耦合為從DC源106接收DC供應電壓VSUP，并且VSUP電壓還由LED驅動器102轉換為驅動電壓VT和LED電流108。LED燈模塊104由此驅動電壓VT和LED電流108驅動。模塊104中的LED二極管的照明功率P_LED，即亮度，直接與通過LED二極管的LED電流108相關聯(lián)。

在LED照明系統(tǒng)100中，由源106提供的輸入功率P_IN未被完全轉換為LED燈模塊104的照明功率。LED驅動器102和LED燈模塊104在用于電壓轉換和LED照明的它們各自的過程中以熱和可見輻射的形式耗散一些能量。特別是，LED驅動器102典型地基于線性或開關模式調節(jié)器。線性調節(jié)器在其負載范圍上呈現差的效率特性。開關模式調節(jié)器比線性調節(jié)器呈現更好的效率，但是由于開關模式調節(jié)器內的固有切換和靜態(tài)偏置損失，當其加載于最大效率操作點以下時，其仍然可以受到減小的效率的影響。

LED系統(tǒng)功效E_SYS指LED照明系統(tǒng)100的總的照明效率。因為必需考慮LED驅動過程中的任何能量損失，所以LED系統(tǒng)功效E_SYS是驅動器效率η_DRV和LED模塊104中的LED的功效E_LED的組合。因此，LED系統(tǒng)功效、LED的功效以及驅動器效率可以分別表示為：

其中，P_OUT為來自LED驅動器120的輸出功率。

圖1B示例了指示與LED電流108相關的LED的功效E_LED和驅動器效率η_DRV的兩個范例性曲線152和154的圖150。LED的功效E_LED和驅動器效率η_DRV分別在不同的LED電流I_SMAX和I_DMAX達到它們的峰值水平E_LOPT和η_DOPT。在典型的LED照明系統(tǒng)100中，優(yōu)選的LED電流I_DMAX確定于I_MIN與最大LED電流I_MAX之間，使得最大驅動器效率η_DOPT保持在I_MIN與I_DMAX之間。因此，與通過LED的DC調光電流組合，在整個調光范圍I_MIN至I_MAX上最大化了最大系統(tǒng)功效E_SYS。