专利名称：可调光的交流led灯及其调光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流LED灯，特别是关于一种可调光的交流LED灯。
背景技术：
传统的白炽灯已逐渐由较环保的发光二极管灯取代。LED灯可分为直流LED灯以 及交流LED灯。传统的白炽灯使用交流电源，而直流LED灯却需要直流电源，因此要将白炽 灯更换为直流LED灯需要重新装潢以更换线路，这需要花费不少费用。交流LED灯可直接 以交流电源驱动，所以无需更换原有的线路。虽然交流LED灯可直接替换传统的白炽灯，但 目前的交流LED灯没有调光功能，因此不适合某些应用。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种可调光的交流LED灯。本发明的目的之一，在于提出一种交流LED灯的调光器。根据本发明，一种可调光的交流LED灯包括LED负载及调光器串联在第一及第二 电源输入端之间。该第一及第二电源输入端供连接电源，该调光器用以调节通过该LED负 载的第一方向的电流以及第二方向的电流，进而调整该LED负载的亮度。根据本发明，一种交流LED灯的调光器包括PWM产生器及电流调节器。该电流调节 器在第一状态下只允许第一方向的电流通过，在第二状态下只允许第二方向的电流通过， 并根据来自该PWM产生器的脉宽调变信号的占空比决定该第一方向的电流之平均值以及 该第二方向的电流的平均值。本发明公开的可调光的交流LED灯及其调光器，通过调节PWM产生器产生的脉宽 调变信号的责任周比可调整该LED负载的电流，进而调整该LED负载的亮度。
图13显示图12中双向限流装置的输入端连接正电压时的操作；图14显示图12中双向定电流装置的输入端连接负电压时的操作；图15显示图12中保护组件的实施例；图16显示图8至图12中定电流源的实施例；图17显示图8中双向限流装置的电流电压曲线；图18显示图1中电流调节器的第二实施例；图19是图18中电路在交流电源之正半周期期间的等效电路；图20是图18中电路在交流电源之负半周期期间的等效电路；以及图21显示图1中电流调节器的第三实施例。
具体实施例下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式
做详细描述。显然，所描述的实施 例仅仅是本发明的一部分实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获取 的其它实施例，都属于本发明的保护范围。如图1所示，本发明的可调光交流LED灯10包括两电源输入端12及14连接交流 电源16、LED负载18及调光器20。LED负载18可为交流LED灯泡或交流LED灯管，调光器 20用以调节通过LED负载18的第一方向的电流Il及第二方向的电流12，进而调节LED负 载18的亮度。LED负载18包括双向LED灯串22及双向限流装置对。双向LED灯串22因 应通过其上的电流Il及12而发光，双向限流装置M用以限制电流Il及12的最大值。图2A是双向LED灯串22的第一实施例，其包含第一方向配置的LED DlU D12及 D13串联在连接端30及32之间，以及第二方向配置的LED D21、D22及D23串联在连接端 30及32之间。图2B是双向LED灯串22的第二实施例，其中第一对LED含有第一方向配置的Dll 及第二方向配置的D21，第二对LED含有第一方向配置的D12及第二方向配置的D22，第三 对LED含有第一方向配置的D13及第二方向配置的D23，该第一对、第二对及第三对LED串 联在连接端30及32之间。调光器20包括PWM产生器沈及电流调节器28。电流调节器28根据PWM产生器 26提供的脉宽调变信号Spwm的占空比调节电流Il的平均值以及电流12的平均值，进而调 整LED负载18的亮度。电流调节器观在交流电源16的正半周期期间只允许电流Il及12 其中之一通过，在交流电源16的负半周期期间则只允许另一个电流通过。在此实施例中， 双向限流装置M放置在LED负载18中，但也可放置在调光器20中，如图3所示。图4是图1双向限流装置M及电流调节器28的实施例。双向限流装置M包括 限流电阻RES连接在双向LED灯串22及电流调节器28之间。电流调节器28包括连接端 52及M、保护装置40及42以及开关组件44及48。连接端52及M分别连接双向限流装 置M及电源输入端14。保护装置40与开关组件44串联在连接端52及M之间，保护装置 40只允许第一方向的电流Il通过以保护开关组件44。保护装置42与开关组件48串联在 连接端52及M之间，保护装置42只允许第二方向的电流12通过以保护开关组件48。保 护装置40及42分别包括二极管Dl及D2，开关组件44及48分别包括光耦合器46及50。 光耦合器46具有LED 56及晶体管58，光耦合器50具有LED 60及晶体管62，当脉宽调变信号Spwm为高准位时，LED 56及60导通而产生光给晶体管58及62，因而使晶体管58及 62导通。在图4中使用二极管Dl及D2当作保护装置40及42，在其它实施例中，也可使用 其它组件或电路取代二极管Dl及D2，例如图5A所示的双极性接面晶体管，图5B所示的P 型金属氧化物半导体晶体管，以及图5C所示的N型金属氧化物半导体晶体管。开关组件44 及48中的光耦合器46及50也可用其它可作为开关的组件取代，例如金属氧化物半导体晶体管。图6是图4的电路在交流电源16的正半周期期间的等效电路，图7是图4的电路 在交流电源16的负半周期期间的等效电路。参照图4及图6，在交流电源16的正半周期 期间，电源输入端12的电压为正电压，电源输入端14的电压为负电压，因此产生电流Il由 电源输入端12流向电源输入端14。在电流调节器观中，二极管D2阻挡电流11，使得二极 管D2及光耦合器50等同断路，电流Il经二极管Dl及光耦合器46流向电源输入端14。光 耦合器46受控于脉宽调变信号Spwm，当信号Spwm为高准位时，光耦合器46导通电流II， 相反的，当信号Spwm为低准位时，光耦合器46截止电流II，因此电流Il的平均值将由脉 宽调变信号Spwm的占空比决定。通过调整脉宽调变信号Spwm的占空比可调节电流Il的 平均值，进而调整双向LED灯串22的亮度。参照图4及图7，在交流电源16的负半周期期 间，电源输入端12的电压为负电压，电源输入端14的电压为正电压，因此产生电流12由电 源输入端14流向电源输入端12。在电流调节器观中，二极管Dl阻挡电流12，使得二极管 Dl及光耦合器46等同断路，电流12经二极管D2及光耦合器50流向连接端52。光耦合器 50受控于脉宽调变信号Spwm，当信号Spwm为高准位时，光耦合器50导通电流12，当信号 Spwm为低准位时，光耦合器50截止电流12，因此电流12的平均值将由脉宽调变信号Spwm 的占空比决定。通过调整脉宽调变信号Spwm的占空比可调整电流12的平均值，进而调整 双向LED灯串22的亮度。脉宽调变是成熟的技术，因此PWM产生器沈及调整脉宽调变信号Spwm的占空比 可以采用现有的电路及方法。图8是图1双向限流装置M的第二实施例，其包括定电流源74及76以反接方式 串联在双向限流装置M的连接端70及72之间，保护组件78与定电流源74并联以保护定 电流源74，保护组件80与定电流源76并联以保护定电流源76，该连接端70及72分别连 接双向LED灯串22及调光器20。定电流源74及76以及保护组件78及80可以整合在双 接脚的集成电路中，因此双向限流装置M占的空间非常小。图9及图10显示图8中双向 限流装置M的操作。参照图9，在交流电源16的正半周期期间，定电流源74处于逆向偏 压而保护组件80则形成断路，因此定电流源76与保护组件78建立起从连接端70流向连 接端72的电流II。参照图10，在交流电源16的负半周期期间，定电流源76处于逆向偏压 而保护组件78形成断路，因此定电流源74与保护组件80建立起从连接端72流向连接端 70的电流12。图11显示以二极管作为图8中保护组件的实施例，其中作为保护组件的二 极管82的阳极及阴极分别连接定电流源74的输出端及输入端，作为保护组件的二极管84 的阳极及阴极分别连接定电流源76的输出端及输入端。图12显示图1中双向限流装置M的第三实施例，其包括定电流源74及76以及分 别保护定电流源74及76的保护组件78及80，其中定电流源74及76以对接方式串联在双向限流装置M的连接端70及72之间。图13及图14显示图12中双向限流装置M的操 作。参照图13，在交流电源16的正半周期期间，定电流源76处于逆向偏压而保护组件78 形成断路，因此定电流源74与保护组件80建立起从连接端70流向连接端72的电流II。 参照图14，在交流电源16的负半周期期间，定电流源74处于逆向偏压而保护组件80形成 断路，因此定电流源76与保护组件78建立起从连接端72流向连接端70的电流12。图15 显示以二极管作为图12中保护组件的实施例，其中作为保护组件的二极管82的阳极及阴 极分别连接定电流源74的输出端及输入端，作为保护组件的二极管84的阳极及阴极分别 连接定电流源76的输出端及输入端。实现图8及图12中保护组件78及80的方式很多，除了使用二极管之外，也可以 使用MOS晶体管、BJT晶体管或其它只允许单方向电流通过的组件及电路。图16显示图8及图12中定电流源的实施例，其中晶体管Ml及M2串联在正压端 92及负压端94之间，电阻Rl连接在正压端92及晶体管Ml的闸极96之间，基纳二极管 (Zener diode) Dl连接在晶体管Ml的闸极及负压端94之间，控制回路90连接晶体管M2的 闸极以锁住晶体管M2闸极上的电压，其中控制回路90为现有技术，其内部结构不再赘述。 当正压端92上的电压上升时，晶体管Ml的闸极96上的电压VA也开始上升，由于基纳二极 管Dl的关系，电压VA最后将被限制在某一准位，例如8. 2V，晶体管Ml在电压VA高于一临 界值时被打开(turn on)，因此产生电流I由正压端经晶体管Ml及M2流向负压端，又控制 回路90提供定电压至晶体管M2的闸极，因此电流I为定电流。图17显示双向限流装置M的电流电压曲线。参照图8，提供交流电压VAC至双向 限流装置M的连接端70，在交流电压VAC的正半周期期间，电流源76提供稳定的电流II， 如第一象限的曲线，在交流电压VAC的负半周期期间，电流源74提供稳定的电流12，如第三 象限的曲线。图18显示电流调节器28的第二实施例，其与图4中的电路同样包括连接端52及 M、保护装置40及42以及开关组件44及48，但是开关组件44及48串联在连接端52及 54之间，保护装置40与开关组件48并联，而保护装置42与开关组件44并联，开关组件44 及48分别包括光耦合器46及50。图19是图18的电流调节器观在交流电源16的正半周 期期间的等效电路，图20是图18的电流调节器观在交流电源16的负半周期期间的等效 电路。参照图18及19，在交流电源16的正半周期期间，电源输入端12的电压为正电压，电 源输入端14的电压为负电压，因此产生电流Il由电源输入端12流向电源输入端14。在电 流调节器观中，二极管D2阻挡电流II，使得二极管D2等同断路，电流Il通过光耦合器46 及二极管D1。光耦合器46受控于脉宽调变信号Spwm，因此电流Il的平均值将由脉宽调变 信号Spwm的占空比决定。通过调整脉宽调变信号Spwm的占空比可调节电流Il的平均值， 进而调整双向LED灯串22的亮度。参照图18及图20，在交流电源16的负半周期期间，电 源输入端12的电压为负电压，电源输入端14的电压为正电压，因此产生电流12由电源输 入端14流向电源输入端12。在电流调节器观中，二极管Dl阻挡电流12，使得二极管Dl 等同断路，电流12通过光耦合器50及二极管D2。光耦合器50受控于脉宽调变信号Spwm， 因此电流12的平均值将由脉宽调变信号Spwm的占空比决定。通过调整脉宽调变信号Spwm 的占空比可调整电流12的平均值，进而调整双向LED灯串22的亮度。图21是电流调节器28的第三实施例，其与图4中的电路同样包括连接端52及M以及开关组件44及48，开关组件44及48串联在连接端52及M之间，且分别包括光耦合 器46及50。在交流电源16的正半周期期间，电源输入端12的电压为正电压，电源输入端 14的电压为负电压，因此产生电流11由连接端52经光耦合器46及50流向连接端M，光耦 合器46及50都受控于脉宽调变信号Spwm，因此电流Il的平均值将由脉宽调变信号Spwm 的占空比决定。在交流电源16的负半周期期间，电源输入端12的电压为正电压，电源输入 端14的电压为负电压，因此产生电流12由连接端M经光耦合器50及46流向连接端52， 光耦合器46及50都受控于脉宽调变信号Spwm，因此电流12的平均值将由脉宽调变信号 Spwm的占空比决定。 以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本 技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种可调光的交流LED灯，其特征在于，包括 第一及第二电源输入端供连接电源；LED负载；以及调光器，与该LED负载串联在该第一及第二电源输入端之间，用以调节通过该LED负载 的第一方向的电流以及第二方向的电流。
2.如权利要求1所述的交流LED灯，其特征在于，该调光器包括 PWM产生器，用以提供脉宽调变信号；以及电流调节器，用于连接该P丽产生器，且与该LED负载串联，根据该脉宽调变信号的占 空比决定该第一方向的电流的平均值以及该第二方向的电流的平均值。
3.如权利要求2所述的交流LED灯，其特征在于，该电流调节器包括 第一保护装置，只允许该第一方向的电流通过；第一开关组件，与该第一保护装置串联在该LED负载及第二电源输入端之间，且连接 该PWM产生器，受控于该脉宽调变信号以调节该第一方向电流的平均值； 第二保护装置，只允许该第二方向的电流通过；以及第二开关组件，与该第二保护装置串联在该LED负载及第二电源输入端之间，且连接 该PWM产生器，受控于该脉宽调变信号以调节该第二方向电流的平均值。
4.如权利要求3所述的交流LED灯，其特征在于，该第一保护装置及第二保护装置各选 自双极性接面晶体管、二极管、或金属氧化物半导体晶体管中的任意一种。
5.如权利要求3或4所述的交流LED灯，其特征在于，该第一开关组件和/或第二开关 组件为光耦合器。
6.如权利要求2所述的交流LED灯，其特征在于，该电流调节器包括第一开关组件，连接该PWM产生器，受控于该脉宽调变信号以调节该第一方向电流的 平均值；第二开关组件，与该第一开关组件串联在该LED负载及第二电源输入端之间，且连接 该PWM产生器，受控于该脉宽调变信号以调节该第二方向电流的平均值；第一保护装置，与该第二开关组件并联，只允许该第一方向的电流通过；以及 第二保护装置，与该第一开关组件并联，只允许该第二方向的电流通过。
7.如权利要求6所述的交流LED灯，其特征在于，该第一保护装置及第二保护装置各选 自双极性接面晶体管、二极管、或金属氧化物半导体晶体管中的任意一种。
8.如请求项权利要求6或7所述的交流LED灯，其特征在于，该第一开关组件和/或第 二开关组件为光耦合器。
9.如权利要求2所述的交流LED灯，其特征在于，该电流调节器包括 第一开关组件，连接该PWM产生器，受控于该脉宽调变信号；以及第二开关组件，与该第一开关组件串联在该LED负载及第二电源输入端之间，且连接 该PWM产生器，受控于该脉宽调变信号。
10.如权利要求9所述的交流LED灯，其特征在于，该第一开关组件和/或第二开关组 件为光耦合器。
11.如权利要求2所述的交流LED灯，其特征在于，该LED负载包括双向LED灯串因应该第一方向或第二方向的电流而发光，其亮度由该第一方向或第二方向的电流的平均值决定；双向限流装置，与该双向LED灯串串联在该第一电源输入端及调光器之间，用以限制 该第一方向及第二方向的电流的最大值。
12.如权利要求11所述的交流LED灯，其特征在于，该双向LED灯串包括 第一及第二连接端；以及多对LED串联在该第一及第二连接端之间，每一对LED含有第一方向配置的LED及第 二方向配置的LED ；或者由连接在该第一及第二连接端之间且分别对应于第一方向和第二 方向的两串LED组成。
13.如权利要求2所述的交流LED灯，其特征在于，该调光器更包括双向限流装置与该电流调节器串联，用以限制该第一方向及第二方向 的电流的最大值；该LED负载包括双向LED灯串，因应该第一方向或第二方向的电流而发光，其亮度由该 第一方向或第二方向的电流的平均值决定。
14.如权利要求11或13所述的交流LED灯，其特征在于，该双向限流装置包括电阻。
15.如权利要求11或13所述的交流LED灯，其特征在于，该双向限流装置包括第一及第二连接端；第一及第二电流源，串联在该第一及第二连接端之间； 第一保护组件，与该第一电流源并联；以及 第二保护组件，与该第二电流源并联；其中，在第一状态下，该第一电流源及该第二保护组件建立起从该第一连接端流向该 第二连接端的该第一方向的电流；以及在第二状态下，该第二电流源及该第一保护组件建 立起从该第二连接端流向该第一连接端的该第二方向的电流。
16.如权利要求15所述的交流LED灯，其特征在于，该第一及第二电流源以反接或对接 方式串联。
17.如权利要求15所述的交流LED灯，其特征在于，该第一保护组件和/或第二保护组 件为二极管。
18.如权利要求15所述的交流LED灯，其特征在于，该第一电流源包括 正压端及负压端；第一及第二晶体管串联在该正压端及负压端之间； 该正压端及该第一晶体管的控制电极之间连接有电阻； 该第一晶体管的控制电极及该负压端之间连接有基纳二极管连接；以及 该第二晶体管的控制电极连接控制回路，该控制回路用于锁住该第二晶体管间极上的 电压。
19.如权利要求15所述的交流LED灯，其特征在于，该第二电流源包括 正压端及负压端；第一及第二晶体管串联在该正压端及负压端之间；该正压端及该第一晶体管的控制电极之间连接有电阻；该第一晶体管的控制电极及该负压端之间连接有基纳二极管连接；以及该第二晶体管的控制电极连接控制回路，该控制回路用于锁住该第二晶体管间极上的电压。
20.一种交流LED灯的调光器，其特征在于，包括 PWM产生器，用以提供脉宽调变信号；以及电流调节器，用于连接该PWM产生器，在第一状态下只允许第一方向的电流通过，在第 二状态下只允许第二方向的电流通过，并根据该脉宽调变信号的占空比决定该第一方向的 电流的平均值以及该第二方向的电流的平均值。
21.如权利要求20所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该电流调节器包括第一及第二连接端；第一保护装置，只允许该第一方向的电流通过；第一开关组件，与该第一保护装置串联在该第一及第二连接端之间，且连接该PWM产 生器，受控于该脉宽调变信号以调节该第一方向电流的平均值； 第二保护装置，只允许该第二方向的电流通过；以及第二开关组件，与该第二保护装置串联在该第一及第二连接端之间，且连接该PWM产 生器，受控于该脉宽调变信号以调节该第二方向电流的平均值。
22.如权利要求21所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第一保护装置及第二保 护装置各选自双极性接面晶体管、二极管、或金属氧化物半导体晶体管中的任意一种。
23.如权利要求21或22所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第一开关组件和 /或第二开关组件为光耦合器。
24.如权利要求20所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该电流调节器包括 第一及第二连接端；第一开关组件，连接该PWM产生器，受控于该脉宽调变信号以调节该第一方向电流的 平均值；第二开关组件，与该第一开关组件串联在该第一及第二连接端之间，且连接该PWM产 生器，受控于该脉宽调变信号以调节该第二方向电流的平均值；第一保护装置，与该第二开关组件并联，只允许该第一方向的电流通过；以及 第二保护装置，与该第一开关组件并联，只允许该第二方向的电流通过。
25.如权利要求M所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第一保护装置及第二保 护装置各选自双极性接面晶体管、二极管、或金属氧化物半导体晶体管中的任意一种。
26.如请求项权利要求M或25所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第一开关 组件和/或第二开关组件为光耦合器。
27.如权利要求20所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该电流调节器包括 第一及第二连接端；第一开关组件，连接该PWM产生器，受控于该脉宽调变信号；以及 第二开关组件，与该第一开关组件串联在该第一及第二连接端之间，且连接该PWM产 生器，受控于该脉宽调变信号。
28.如权利要求27所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第一开关组件和/或第 二开关组件为光耦合器。
29.如权利要求20所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该调光器更包括双向限流装置与该电流调节器串联，用以限制该第一方向及第二方向的电流的最大值。
30.如权利要求四所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该双向限流装置包括电阻。
31.如权利要求四所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该双向限流装置包括第一及第二连接端；第一及第二电流源，串联在该第一及第二连接端之间； 第一保护组件，与该第一电流源并联；以及 第二保护组件，与该第二电流源并联；其中，在第一状态下，该第一电流源及该第二保护组件建立起从该第一连接端流向该 第二连接端的该第一方向的电流；以及在第二状态下，该第二电流源及该第一保护组件建 立起从该第二连接端流向该第一连接端的该第二方向的电流。
32.如权利要求31所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第一及第二电流源以反 接或对接方式串联。
33.如权利要求31所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第一保护组件和/或第 二保护组件为二极管。
34.如权利要求31所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第一电流源包括 正压端及负压端；第一及第二晶体管串联在该正压端及负压端之间； 该正压端及该第一晶体管的控制电极之间连接有电阻； 该第一晶体管的控制电极及该负压端之间连接有基纳二极管连接；以及 该第二晶体管的控制电极连接控制回路，该控制回路用于锁住该第二晶体管间极上的 电压。
35.如权利要求31所述的交流LED灯的调光器，其特征在于，该第二电流源包括 正压端及负压端；第一及第二晶体管串联在该正压端及负压端之间； 该正压端及该第一晶体管的控制电极之间连接有电阻； 该第一晶体管的控制电极及该负压端之间连接有基纳二极管连接；以及 该第二晶体管的控制电极连接控制回路，该控制回路用于锁住该第二晶体管间极上的 电压。
全文摘要
本发明公开一种可调光的交流LED灯及其调光器，以实现交流LED灯的调光控制。该交流LED灯包括LED负载及调光器用以调节该LED负载的亮度。该调光器包括PWM产生器提供脉宽调变信号，以及电流调节器根据该脉宽调变信号的占空比决定供应给该LED负载的电流。通过调节该脉宽调变信号的责任周比可调整该LED负载的电流，进而调整该LED负载的亮度。
文档编号H05B37/02GK102135238SQ20101000095
公开日2011年7月27日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者曹永铭, 黄礼宣 申请人:亮芯科技股份有限公司