具有集成功率供应器的LED设备及采用其的方法技术

一种发光二极管(LED)设备具有：功率源，其输出处于源DC电压下的源DC功率；多个LED，其能够在低于源DC电压的驱动DC电压下驱动；以及电路径，其将功率源连接到每个LED以由功率源为LED供电。每个电路径包括：第一部分，其连接到处于源DC电压的功率源；和第二部分，其连接到处于驱动DC电压的LED；第一部分的长度长于第二部分的长度。

LED equipment with integrated success rate provider and its method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成功率供应器的LED设备及采用其的方法对相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月22日提交的美国临时专利申请No.62/475,049的权益，该申请的全部内容在此通过引用并入本文。
本公开内容涉及发光二极管(LED)设备和系统，特别涉及具有功率供应器的LED设备和系统、以及对其LED控制和供电的方法。
技术介绍
发光二极管(LED)是已知的，已经广泛用于工业中，主要作为低功率光指示器。近年来，已开发出具有更大功率输出或更大发光强度的LED用于照明。LED等提供更好的能量效率、安全性、和可靠性，并在市场上(例如白炽灯、紧凑荧光灯(CFL)，等等)替换其他类型的灯。由于日常照明构成电网负载的相当大部分并显著增大发电总需求，因而LED的能量效率将在未来节能上起到关键作用。LED由于其优越的能量效率而很可能将主导照明市场。具有更大功率输出或更大发光强度的LED还已经用于图像/视频显示，例如数字标志物或类似物。由于营销、广告或类似活动的需求增长，数字LED标志物成为快速增长的产业。现有技术的数字LED标志显示器利用分立的功率转换单元以及LED驱动器将电力从外部功率源(例如电网)提供给LED。虽然外部功率源常常输出交流(AC)功率，不过LED通常需要直流(DC)功率。因此，数字LED标志物的功率转换单元同时需要交流－直流(AC/DC)转换器和直流－直流(DC/DC)转换器将来自外部功率源的AC输入功率转换为适合于LED的DC功率。不过，这样的转换器常是笨重的。另外，它们常产生相当大的热量，因而需要适合的冷却结构，例如风扇或大型散热器，用于散热。良好设计的热管理系统对于LED的功率转换单元至关重要。图1显示出现有技术的LED标志显示器10的示例。如图所示，LED标志显示器10包括：一个或多个LED显示模块12，其具有多个LED用于显示；柜14，用于装容LED标志显示器10的各种电部件，例如功率转换器、中央控制器，等等。LED显示模块12经由一条或多条电缆(未示出)连接到柜14中的电部件。在此示例中，LED显示模块12物理联接到柜14。不过，本领域技术人员应认识到，在一些现有技术的LED标志显示器10中，LED显示模块12可与柜14物理上分离。图2A是常用LED标志物10的示意图。如图所示，LED标志物10的LED显示模块12经由一条或多条电缆16A和16B电连接到柜14中的功率转换器18和中央控制器20。换言之，功率转换器18和中央控制器20与LED显示模块12物理上分离，并经由电缆16A和16B与其电连接。LED显示模块12包括：一个或多个LED驱动器22，其驱动多个LED24，多个LED24常以矩阵形式(具有一个或多个行和一个或多个列)布置。每个LED24可为单色LED(仅发射单色光，例如红、绿、或蓝光)、或者多色LED(例如三色LED，可选择性地发射多色光，例如红、绿、和蓝光)。如果使用单色LED，则单色LED可分为一个或多个LED组，其中每个LED组包括相互紧密布置的红、绿、和蓝LED，由此形成LED显示模块12的像素。另一方面，如果使用三色LED，则每个三色LED形成LED显示模块12的像素。LED驱动器22从功率转换器18经由一条或多条功率线或电缆16A接收电功率向LED24供电。LED驱动器22还从中央控制器20经由一条或多条单一线或电缆16B接收控制信号以调节被传输到LED24的功率，由此控制每个LED24的发光(例如关闭、开启、发光强度、颜色、和/或类似参数)以控制LED标志物10的显示。根据LED驱动器22的驱动能力，每个LED驱动器22可电连接到且可调节LED24的子组，例如4、8、或16个LED24。如前所述，功率转换器18位于柜14中，并与LED显示模块14物理上分离，但经由电缆16A和16B与其电连接。功率转换器18包括AC/DC转换器26和DC/DC转换器28。AC/DC转换器26将来自外部功率源30的AC电功率转换为高电压DC功率并将转换后的高电压DC功率输出到DC/DC转换器28。DC/DC转换器28将从AC/DC转换器26接收的高电压DC功率转换为适于向LED显示模块12中的LED24供电的低电压DC功率(例如约5V、7.5V、或类似值)，并经由电缆16A将低电压DC功率输出到LED显示模块12。因此，现有LED标志显示器10具有低电压功率分配(例如5V)至其LED显示模块12。如前所述，每个LED驱动器22经电缆16B电连接到中央控制器20。中央控制器20经由适合的有线或无线连接方式功能性地连接到一个或多个计算装置32(例如，台式计算机、膝上型计算机、智能手机、平板电脑、个人数字助理(PDA)，等等)以由此接收指令。响应于接收到的指令，中央控制器20发送控制信号至LED驱动器22，以调节被传输到LED显示模块12的LED24的功率，由此控制其每个LED24的发光(例如关闭、开启、发光强度、颜色，等等)以控制LED标志物10的显示。图2B的电路示意图显示出LED驱动器22驱动LED显示模块12中的多个LED24。为易于例示，图2B仅显示出三个LED24，分别发射红、绿、蓝光，并形成LED显示模块12的像素。如图所示，每个LED24串联地电连接到电阻器R和开关34，例如半导体开关，如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关。LED驱动器22经由有线数据总线38从中央控制器(图2B中未示出)接收控制信号，并经由电线40单独控制每个开关34以：(i)开启和关闭相应的LED24；(ii)控制其发光强度。LED驱动器22使用脉宽调制(PWM)方式按照足够高的频率开启和关闭相应的开关34以控制流动通过每个LED24的电流。特别地，LED驱动器22调节脉宽调制电流的工作循环以控制每个LED24的发光强度，由此控制其发光强度。通过增大工作循环的持续时间，开关34开启的持续时间增大，因而流动通过其中的电流变大，由此使LED24更亮。通过响应于经由数据总线38发送到LED驱动器22的一组控制信号而控制从像素中的红、绿、蓝LED24中每个发射的光的发光强度，像素的颜色可动态地调节以在LED显示模块12上显示图像。图2C显示出现有技术的LED驱动器22，其在Min等人的美国专利No.6,586,890中公开。存在多种与现有技术数字LED标志显示器相关的挑战和困难。例如，由于事实上DC低电压从功率转换器18分配到LED显示模块12，因此，电缆16A(见图2A)中和LED标志显示器10的其他布线中的电流显著较大(因为LED标志显示器10的功率消耗恒定)，由此导致相当大量的热量形式的能量损耗。因此，现有技术的数字LED标志显示器常需要多个风扇和/或大型散热器以进行散热，因而需要有效的热管理系统。大量发热也是对数字LED标志显示器安全可靠操作的威胁。另外，使用风扇或旋转部件用于数字LED标志显示器，显著降低其可靠性，这是因为，旋转部件常常是这些产品中的故障点。由于每个LED驱动器22经由电缆16B(例如带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管(LED)设备，包括：/n功率源，其输出处于源直流(DC)电压下的源直流(DC)功率；/nLED模块，其与所述功率源物理上分离并包括一个或多个LED子模块，每个LED子模块在其中包括直流－直流(DC/DC)转换器，所述DC/DC转换器电联接到多个LED，所述多个LED能够通过驱动DC功率以低于所述源DC电压的驱动DC电压驱动；/n其中每个LED子模块的所述DC/DC转换器还经一条或多条电缆电联接到所述功率源，并被构造以将所述源DC功率转换为所述驱动DC电压下的所述驱动DC功率以驱动所述LED子模块的所述多个LED。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170322 US 62/475,0491.一种发光二极管(LED)设备，包括：
功率源，其输出处于源直流(DC)电压下的源直流(DC)功率；
LED模块，其与所述功率源物理上分离并包括一个或多个LED子模块，每个LED子模块在其中包括直流－直流(DC/DC)转换器，所述DC/DC转换器电联接到多个LED，所述多个LED能够通过驱动DC功率以低于所述源DC电压的驱动DC电压驱动；
其中每个LED子模块的所述DC/DC转换器还经一条或多条电缆电联接到所述功率源，并被构造以将所述源DC功率转换为所述驱动DC电压下的所述驱动DC功率以驱动所述LED子模块的所述多个LED。


2.根据权利要求1所述的LED设备，其中所述源DC电压高于12V。


3.根据权利要求1所述的LED设备，其中所述源DC电压约为48V。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED设备，其中在每个LED子模块中，所述DC/DC转换器单独输出所述驱动DC功率至所述LED子模块中的所述多个LED中的每个LED。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的LED设备，还包括网关，用于与计算装置进行无线通信；其中每个LED子模块进一步包括无线通信单元，其被构造以与所述网关进行无线通信；并且其中所述网关被构造以从所述计算装置无线接收用于控制所述LED设备的命令，并响应地与每个LED子模块的所述无线通信单元进行无线通信以控制所述LED子模块中的所述多个LED的发光。


6.根据权利要求5所述的LED设备，其中每个LED子模块进一步包括控制单元，其与所述无线通信单元处于信号通信并被构造以控制所述LED子模块中的所述多个LED的发光。


7.根据权利要求6所述的LED设备，其中在每个LED子模块中，所述控制单元被构造以单独控制所述LED子模块中的所述多个LED中的每个LED的发光。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的LED设备，其中所述功率源至少包括交流(AC)－交流(AC/DC)转换器，其能够电连接到AC功率源。


9.根据权利要求1至7中任一项所述的LED设备，其中所述功率源至少包括太阳能板和能量储存单元的组合。


10.根据权利要求1至7中任一项所述的LED设备，其中所述功率源至少在能够电连接到AC功率源的AC/DC转换器与太阳能板和能量储存单元的组合之间能够进行切换。


11.一种LED设备，包括：
功率源，其输出处于源DC电压下的源DC功率；
多个LED，其能够在低于所述源DC电压的驱动DC电压下驱动；
电路径，其将所述功率源连接到每个LED以由所述功率源为所述LED供电；
其中每个电路径包括：第一部分，其连接到处于所述源DC电压的所述功率源；和第二部分，其连接到处于所述驱动DC电压的所述LED；
其中所述第一部分的长度长于所述第二部分的长度。


12.根据权利要求11所述的LED设备，其中所述源电压高于12V。


13.根据权利要求11所述的LED设备，其中所述源电压约为48V。


14.根据权利要求11至13中任一项所述的LED设备，还包括：
一个或多个DC/DC转换器，其在所述电路径的主部分与次部分之间联接到所述电路径，用于将所述源DC电压转换为所述驱动DC电压。


15.根据权利要求14所述的LED设备，其中每个LED通过所述一个或多个DC/DC转换器的输出而被单独供电。


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【专利技术属性】
技术研发人员：马希德·帕勒万尼奈扎得，山姆·施沃维兹，
申请(专利权)人：一零六四四一三七加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA