具体实施方式

现在将针对用于使用AC电力驱动LED装置(例如，LED照明)的AC驱动的LED系统和方法来进一步详细描述本公开的实施例。应当理解，在所有附图中使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的特征、元件或结构，并且因此，对于每个附图将不重复相同或相似的特征、元件或结构的详细解释。此外，如本文关于百分比、范围等所使用的术语“约”或“基本上”旨在表示接近或近似，但不完全相同。例如，如本文所用的术语“约”或“基本上”暗示存在小的误差余量，例如小于所述量的1％或更少。如本文所用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不应被解释为比其它实施例或设计更优选或有利。

图1示意性地示出了用于驱动LED照明的公用电源(本文称为AC市电)的示例性AC波形100。AC波形100包括具有相应的正半周期101和负半周期102的正弦波。AC波形具有正半周期101中的正峰值电压VP+、负半周期中的负峰值电压VP-，以及电压过零(0V)。例如，对于120Vrms的公用电力，正峰值电压VP+为约170V，并且负峰值电压VP-为约-170V。示例性AC波形100说明性地为具有约16.66毫秒时段的60Hz信号，其中每个半周期101和102具有约8.33毫秒的持续时间。

此外，图1示意性地示出了使用AC波形100的相应正半周期101和负半周期102的峰值部分101-1和102-1的AC到DC转换来驱动LED装置的传统方法。更具体地，在传统的LED照明系统中，AC到DC LED驱动器用于利用从AC市电信号100的峰值部分导出的DC电压来驱动LED装置。这导致可能可见或可能不可见的漫长的黑暗时段。在这点上，在变压器不可靠、昂贵、磁性元件笨重且电容器笨重、不可靠的情况下，传统的LED照明不能有效地将高压AC市电转换为DC，由此导致AC市电周期的可用部分被限制为具有相对长的黑暗时段，并且增加了提供低电平调光而没有闪烁的难度。

LED是DC电流源驱动装置，其似乎与诸如120Vrms和240Vrms公用电源的高压AC不兼容。然而，根据本公开的实施例，可以使来自串联和并联的相应变化长度的过零切换LED串的电压电平或时间直接与高电压AC源兼容。DC装置(例如低电压集成电路和二极管)具有可操作的输入电压范围，并且可以在对应于可允许输入电压范围的电压窗口期间经受得住连接到高电压AC源。例如，用于照明的典型LED具有3.5V的标称工作电压和2.8V至4.2V的允许工作范围。例如，10个LED的串可以在AC源的28V至42V电平操作。连续串联添加的多个LED串逐渐支持相应的越来越高的电压。可替换地，开关电路可以被配置为在每个区域期间释放能量，使得电流是恒定的并且电压变化由开关电源消耗而不是强加到LED。

图2A示意性地示出了LED电路200，该LED电路200包括多个LED级(级1-级10)、多个开关S1-S22、连接到用于驱动LED电路200的LED的AC电力(例如图1的公用电源的AC波形100)的第一电力线110(表示为“火线”)和第二电力线112。如图2A所示，每个LED级包括相应的串联连接的LED装置的块201-210。为了说明的目的，在图2A中仅示出了10级，尽管在一些实施例中，LED电路200将具有多于10级。在一些实施例中，如图2A所示，每个LED级201-210包括相同数量的串联连接的LED装置，例如10个LED装置，如LED级204的分解图所示。

开关S1-S22连接到LED级201-210的输入和输出中的相应一个，如图2A所示。每个LED级201-210包括：(i)连接到第一开关和第二开关的输入，其中第一开关和第二开关被配置为在开关控制电路的控制下选择性地将LED级的输入分别连接到第一电力线110和第二电力线112；以及(ii)连接到第三开关和第四开关的输出，其中第三开关和第四开关被配置为选择性地将LED级的输出分别连接到第一电力线110和第二电力线112。例如，级1中的第一LED块201具有连接到开关S1和S2的输入，以及连接到开关S3和S4的输出。此外，第二LED块202的输入连接到开关S3和S4，并且连接到第一LED块201的输出，以此类推。

LED电路200的配置允许通过根据与AC电力100的电压电平和相位同步的开关协议选择性地激活开关S1-S22，来从施加到第一电力线110和第二电力线112的AC电力100直接驱动LED装置。开关方案被配置为选择性地将串联连接的LED装置的块201-210中的一个或多个连接到第一电力线110和第二电力线112，以用AC电力(与DC电力对照)驱动LED级。例如，如以下更详细地解释的，图2B至图2K示出了图2A的LED电路200的不同开关状态，其中串联连接的LED装置的块201-210中的两个或多个串联和/或并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。

为了说明的目的，将在图3A的上下文中论述的图2B至图2K，其中图3A示出了施加到LED电路200的示例性AC电压波形100，并且其中AC电压波形100被示出为在AC波形100的正半周期中被分成多个区域300(例如，区域0、区域1、区域2、区域4和区域5)和在AC波形100的负半周期中被分成多个区域310(例如，区域0、区域6、区域7、区域8、区域9和区域10)。图3A示出了一种方法，该方法用于在AC电压波形100的正半周期和负半周期期间的各个时间驱动LED装置的块201-210以在AC电压波形100的正半周期和/或负半周期的部分期间照亮LED装置，除了刚好在AC电压波形100的零电压交叉之前和之后的区域0之外没有黑暗时段，在该区域0处没有足够的电压电平来驱动任何LED装置的块201-210。

例如，图2A示出了LED电路200的开关状态，其中对于AC电压波形100的区域0，所有开关S1-S22打开(即，未被激活)，使得所有LED级，即级1-级10，被停用。特别地，在该开关状态中，串联连接的LED装置的块201-210中没有一个连接到第一电力线110和第二电力线112。如图3A所示，区域0表示AC电压波形100的正半周期和负半周期的部分，其中电压小于30V。在这种情况下，假设30V是不足以适当地驱动串联连接的LED装置的块201-210中任一个的电压，每个串联连接的LED装置的块包括10个LED装置，每个LED装置具有3.5V的标称正向偏置电压，则这将需要至少35V来激活给定的10个串联连接的LED装置的块。

图2B示出了LED电路200的开关状态，其中开关S1、S4、S5、S8、S9、S12、S13、S16、S17和S20被激活用于AC电压波形100的正半周期的区域1。在这种状态下，LED级的级1、级3、级5、级7和级9被激活，使得串联连接的LED装置的块201、203、205、207和209并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的正半周期的区域1存在足以驱动10个串联连接的LED装置的块的电压(例如，大于30V)。

图2C示出了LED电路200的开关状态，其中开关S1、S6、S7、S12、S13和S18被激活用于AC电压波形100的正半周期的区域2。在这种状态下，LED级的级1、级2、级4、级5、级7和级8被激活，其中(i)串联连接的LED装置的块201和202被串联以形成20个串联连接的LED装置的第一串联块，(ii)串联连接的LED装置的块204和205被串联以形成20个串联连接的LED装置的第二串联块，以及(iii)串联连接的LED装置的块207和208被串联以形成20个串联连接的LED装置的第三串联块。如图2C进一步所示，LED装置的第一串联块、第二串联块和第三串联块并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的正半周期的区域2存在足以驱动20个串联连接的LED装置的第一串联块、第二串联块和第三串联块中的每一个的电压(大于60V)。

图2D示出了LED电路200的开关状态，其中开关S1、S8、S9和S16被激活用于AC电压波形100的正半周期的区域3。在这种状态下，LED级的级1、级2、级3、级5、级6和级7被激活，其中(i)串联连接的LED装置的块201、202和203被串联以形成30个串联连接的LED装置的第一串联块，以及(ii)串联连接的LED装置的块205、206和207被串联以形成30个串联连接的LED装置的第二串联块。如图2D进一步所示，LED装置的第一串联块和第二串联块并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的正半周期的区域3存在足以驱动30个串联连接的LED装置的第一串联块和第二串联块中的每一个的电压(大于90V)。

图2E示出了LED电路200的开关状态，其中开关S1、S10、S11和S20被激活用于AC电压波形100的正半周期的区域4。在这种状态下，LED级的级1-级4和级6-级9被激活，其中(i)串联连接的LED装置的块201、202、203和204被串联以形成40个串联连接的LED装置的第一串联块，以及(ii)串联连接的LED装置的块206、207、208和209被串联以形成40个串联连接的LED装置的第二串联块。如图2E进一步所示，LED装置的第一串联块和第二串联块并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的正半周期的区域4存在足以驱动40个串联连接的LED装置的第一串联块和第二串联块中的每一个的电压(大于120V)。

图2F示出了LED电路200的开关状态，其中开关S1和S12被激活用于AC电压波形100的正半周期的区域5。在这种状态下，LED级的级1-级5被激活，其中串联连接的LED装置的块201、202、203、204和205被串联以形成串联连接的LED装置的第一串联块50，该第一串联块50连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的正半周期的区域5存在足以驱动50个串联连接的LED装置的第一串联块的电压(大于150V)。

如图3A所示，在正半周期的下降部分，区域序列Z4、Z3、Z3、Z1和Z0导致图2A至图2E所示的开关级的反向重复序列。如图3A进一步所示，对于AC电压波形100的负半周期，波形在区域0、区域6、区域7、区域8、区域9、区域10、区域9、区域8、区域7、区域6和区域0的区域序列中转换。图2G至图2K示出了从区域6至区域10序列的LED电路200的不同开关状态。图2G至图2K示出了与图2B至图2F中所示相似的LED级激活配置，但是其中LED级的输入在AC电压波形100的负半周期中连接到第二电力线112，以将LED装置置于基于正向的状态。

特别地，图2G示出了LED电路200的开关状态，其中开关S2、S3、S6、S7、S10、S11、S14、S15、S18和S19被激活用于AC电压波形100的负半周期的区域6。在这种状态下，LED级的级1、级3、级5、级7和级9被激活，使得串联连接的LED装置的块201、203、205、207和209并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形的区域6存在足以驱动10个串联连接的LED装置的块的电压(例如，大于30V)。在这种配置中，如图2G所示，串联连接的LED装置的块201、203、205、207和209的输入端子连接到第二电力线112，第二电力线112在AC电压波形100的负半周期期间将LED装置置于正向偏置状态。

图2H示出了LED电路200的开关状态，其中开关S2、S5、S8、S11、S14和S17被激活用于AC电压波形100的负半周期的区域7。在这种状态下，LED级的级1、级2、级4、级5、级7和级8被激活，其中(i)串联连接的LED装置的块201和202被串联以形成20个串联连接的LED装置的第一串联块，(ii)串联连接的LED装置的块204和205被串联以形成20个串联连接的LED装置的第二串联块，以及(iii)串联连接的LED装置的块207和208被串联以形成20个串联连接的LED装置的第三串联块。如图2H进一步所示，LED装置的第一串联块、第二串联块和第三串联块并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的负半周期的区域7存在足以驱动20个串联连接的LED装置的第一串联块、第二串联块和第三串联块中的每一个的电压(大于60V)。

图2I示出了LED电路200的开关状态，其中开关S2、S7、S10和S15被激活用于AC电压波形100的负半周期的区域8。在这种状态下，LED级的级1、级2、级3、级5、级6和级7被激活，其中(i)串联连接的LED装置的块201、202和203被串联以形成30个串联连接的LED装置的第一串联块，以及(ii)串联连接的LED装置的块205、206和207被串联以形成30个串联连接的LED装置的第二串联块。如图2I进一步所示，LED装置的第一串联块和第二串联块并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的负半周期的区域8存在足以驱动30个串联连接的LED装置的第一串联块和第二串联块中的每一个的电压(大于90V)。

图2J示出了LED电路200的开关状态，其中开关S2、S9、S12和S19被激活用于AC电压波形100的负半周期的区域9。在这种状态下，LED级的级1-级4和级6-级9被激活，其中(i)串联连接的LED装置的块201、202、203和204被串联以形成40个串联连接的LED装置的第一串联块，以及(ii)串联连接的LED装置的块206、207、208和209被串联以形成40个串联连接的LED装置的第二串联块。如图2J进一步所示，LED装置的第一串联块和第二串联块并联连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的负半周期的区域9存在足以驱动40个串联连接的LED装置的第一串联块和第二串联块中的每一个的电压(大于120V)。

图2K示出了LED电路200的开关状态，其中开关S2和S11被激活用于AC电压波形100的负半周期的区域10。在这种状态下，LED级的级1-级5被激活，其中串联连接的LED装置的块201、202、203、204和205被串联以形成串联连接的LED装置的第一串联块50，该第一串联块50连接在第一电力线110与第二电力线112之间。在这种状态下，AC电压波形100的负半周期的区域10存在足以驱动50个串联连接的LED装置的第一串联块的电压(大于150V)。

再次参考图3A，在AC电压波形100的负半周期的上升部分，区域序列Z9、Z8、Z7、Z6和Z0导致图2G至图2J所示的开关级的反向重复序列。如上所示，图2A至图2K和图3A共同示出了本公开的示例性实施例，其中包括工作范围为约2.8V至4.2V的LED装置的10个串联连接的LED装置的LED块可以通过串联LED块来支持约30V至约40V的工作范围和更高的电压，从而允许在AC市电电力的大部分正周期和负周期内由LED器件产生相对稳定的光水平。如图2A至图2K所示的用于激活各个开关S1-S22的定时可以基于例如电压电平、相位和/或时间的检测，例如基于线频率和/或使用一个或多个过零检测器电路的过零事件的检测，或如下面进一步详细论述的其它方案来实现。

图3B示意性地示出了电流波形320，以示出在交流电压波形100的正半周期和负半周期期间，正电流流过图2B至图2K中的LED电路200的被激活的LED级的串联连接的LED装置的块201-210。在这点上，作为在AC电压波形100的负半周期期间将串联连接的LED装置的块201-210的正端子连接到第二电力线112(例如，中性线)的结果，如上文所论述的LED电路200和相关联的开关结构和开关配置使得能够对AC电压波形100的负半周期进行虚拟整流。如下面结合图6所解释的，在一些实施例中，每个开关S1-S22被实现为双向固态开关，其可以用单向电流以双向方式控制，使得AC市电波形100的负半周期具有与AC市电波形100的正半周期基本相同的照明能力。

在本公开的一些实施例中，非限制性地参考图2A至图2K的示例性实施例，区域1-10中的每一个的LED级的开关序列和激活被配置为在AC电压波形100的正半周期和负半周期的各个区域1-5和6-10上方提供相对恒定的照明水平。例如，图3C示意性地示出了通过以与电流大小成反比的方式激活每个区域中的N个LED来实现恒定亮度的示例性过程。特别地，图3C示出了叠加有(图3B的)第一曲线330和第二曲线340的电流波形320。

第一曲线330表示作为(基于频率，例如AC电压波形100的60Hz)的函数的LED的数量(N)。第二曲线340表示根据经验确定的亮度L，其根据经验确定为其中I表示电流波形320的幅值，N表示要激活的LED的数量，以及k表示根据经验确定的常数。第一曲线330和第二曲线340表示由处理器用来控制LED电路中的开关以基于电流的幅值I来激活给定区域的给定的N个LED的函数。在该控制过程中，当AC电力在正半周期和负半周期中通过区域300和310转换时，随着电流I增加，激活的LED的数量N将减少，反之亦然。

如图3C中示意性示出的，期望的亮度波形340在所有区域1-10上提供恒定的DC亮度水平L，同时在AC电力的正半周期和负半周期中为每个区域0提供短的黑暗周期。然而，由于其中L＝0的黑暗周期非常短(例如，小于全AC波形周期的10％)，因此由于这样短的黑暗时段引起的任何闪烁对于人眼将是不可见的。

在示例性的非限制性实施例中，图2B至图2K所示的LED电路200的各种开关状态可以实现根据图3C的原理的开关功能，以通过在区域1-10的每一个中激活的LED实现相对恒定的亮度。例如，在图2B中，对于电压达到30V的区域1，可以并联激活10个串联连接的LED块的15个级以接通150个LED。在图2C中，对于电压增加到约60V的区域2，激活的LED的总数N将为约100。在图2D中，对于电压增加到约90的区域3，激活的LED的总数N将为约90。在图2E中，对于电压增加到约120V的区域4，激活的LED的总数N将为约80。在图2F中，对于电压增加到约150V的区域5，激活的LED的总数N将为约50。对于区域6-10中每个区域的相同数量的LED对于区域1-5是相同的。以这种方式，随着序列区域中的电压增加(并且因此电流I增加，图3B)，激活的LED的数量N将被减少以维持区域上的恒定亮度水平，而随着序列区域中的电压减少，激活的LED的数量N将被增加以维持区域上的恒定亮度水平。

图4示意性地示出了根据本公开的另一实施例的LED电路400。LED电路400包括多个LED级(级1-级7)、多个开关S1-S16、以及连接到AC电力(例如图1的公用电源的AC波形100)的第一电力线110(表示为“火线”)和第二电力线112(表示为“中性线”)，AC电力用于驱动LED电路400的LED级。如图4所示，每个LED级包括相应的串联连接的LED装置的块401-207。为了说明的目的，图4中仅示出了7个级，但是在一些实施例中，LED电路400将具有多于7个LED级。

在图4的示例性实施例中，串联连接的LED装置的块401-407具有不同数量的串联连接的LED装置。例如，在第一LED级中，串联连接的LED装置的块401包括10个LED装置。在第二LED级中，串联连接的LED装置的块402包括3个LED装置。在第三LED级中，串联连接的LED装置的块403包括4个LED装置。在第四LED级中，串联连接的LED装置的块404包括5个LED装置。在第五LED级中，串联连接的LED装置的块405包括7个LED装置。在第六LED级中，串联连接的LED装置的块406包括9个LED装置。在第七LED级中，串联连接的LED装置的块407包括12个LED装置。在这种配置中，每一级中不同数量的LED装置提供了对在AC电力周期期间基于大量区域上电压的较小增加或减小而激活或停用的LED数量的更精细调整。

例如，图5A是示出图4的LED电路400中的开关S1-S16在十四个不同和重叠区域上方的各种开关状态的表。在图5A中，假设图4的LED具有3.5V标称工作电压，并且AC电压波形100包括120Vrms波形。如图5A所示，区域1至7和区域8至14的串联连接的LED装置的数量示出为：10、3、4、5、7、9和12个LED，其中区域被配置为重叠以消除区域之间潜在的短的黑暗时段。在这种配置中，LED电路400可以具有在9V而不是30V下激活的LED级(对于图2A至图2K中所示的10个LED级)。具体地，在图4的示例性实施例中，以下LED级可以用以下电压电平来激活：(i)3-LED级402可以用9V至12V之间的AC市电启用；(ii)所述4-LED级403可以用12V至15V之间的AC市电启用；(iii)5-LED级404可以用15V至20V之间的AC市电启用；(iv)7-LED级405可以用21V至27V(或更高)之间的AC市电启用；(v)9-LED级406区域可以用27V至30V(或更高)之间的AC市电启用；以及(vi)10-LED级可以用大约35V(或更高)的AC市电启用，等等。

图5B示出了AC电压波形100的一个完整周期，其中在AC电压波形100的正半周期中重叠区域1-7 500，并且在AC电压波形100的负半周期中重叠区域8-14。图5B示出了用于为各个区域中的开关状态提供时间重叠的示例性实施例，从而消除区域之间潜在的短的黑暗时段。

图6示意性地示出了固态双向开关600，其可用于实现图2A和图4的LED电路200和400中所示的开关。固态双向开关600包括第一输入/输出端子601和第二输入/输出端子602，以及控制端子603。固态双向开关600被配置当固态双向开关600通过施加到控制端子603的控制信号的操作而处于“接通状态”时允许电流双向流动。

固态双向开关600包括背靠背串联连接的第一MOSFET开关610和第二MOSFET开关620。在一些实施例中，第一MOSFET开关610和第二MOSFET开关620包括电力MOSFET装置，特别是N型增强型MOSFET装置，其如图所示具有栅极端子(G)、漏极端子(D)和源极端子(S)。在图6的示例性实施例中，使用具有共同连接的源极端子的两个N沟道MOSFET开关610和620来实现固态双向开关600。第一MOSFET开关610和第二MOSFET开关620分别包括本征体二极管610-1和620-1，它们表示MOSFET装置的P型衬底体到N掺杂漏极区之间的P-N结。体二极管610-1和620-1是MOSFET开关610和620的本征元件(即，非分立元件)，并且因此用虚线连接示出。应当注意，MOSFET开关610和620的本征体到源极二极管没有被示出，因为它们通过源极区和衬底体之间的连接而被短路(例如，N+源极和P体结通过源极金属化被短路)。固态双向开关600的操作是本领域普通技术人员公知的。

图7示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的光产生电路700。光产生电路700连接到公用AC电源100(本文中称为AC市电10)，其由光产生电路700利用以使用本文中所论述的技术来驱动LED装置。光产生电路700连接到AC市电100的相线110(称为“火线”)和AC市电100的中性相112(称为“中性线”)。如在图7中进一步示出的，中性线112被示出为接合到地线114(GND)，这提供本领域已知的附加保护。

光产生电路700包括AC到DC转换器电路710、过零检测电路720、开关控制电路730以及LED电路级和开关740的布置。在一些实施例中，LED电路级和开关740实现与图2A和图4所示的LED电路200或400相同或相似的LED电路。开关控制电路730实现开关协议以选择性地激活LED电路级的块内的开关和开关740，以选择性地将串联连接的LED装置的单独和/或串联的块连接到AC电源线，从而用AC电力驱动LED开关。开关控制电路730在多个(n)开关控制线SCL1、SCL2、SCLn上生成并且输出开关控制信号，开关控制线SCL1、SCL2、SCLn连接到开关结构内的相应开关的控制端子，该开关结构用于选择性地将LED级740内的串联连接的LED装置的单独和/或串联的块连接到AC电源线。

AC到DC转换器电路710被配置为向包括过零检测电路720和开关控制电路730的光产生电路700的各种电路和元件提供DC电源。然而，AC到DC转换器电路710不被配置为提供用于驱动LED装置的DC电源电压。在一些实施例中，AC到DC转换器电路710可以使用如以下共同未决申请中所公开的相同或类似的DC电力转换技术来实现：(1)于2018年10月9日提交(公开号US 2019/0165691)的标题为“高效AC到DC转换器和方法”的美国专利申请序列号16/092,263；和(2)于2019年4月9日提交(公开号US2019/0238060)的标题为“高效AC到DC转换器和方法”的美国专利申请序列号16/340,672，其公开内容全部通过引用全部并入本文。

过零检测电路720被配置为检测驱动LED的AC电压波形的零电压交叉。过零检测电路720可使用任何合适类型的电压过零检测电路来实施，该电压过零检测电路被配置为感测AC电源波形的电压的过零并且生成指示过零事件和电压波形的过零事件的相关联转换方向(例如，AC波形从负转换到正(称为“正转换方向”))的检测信号，或者AC波形从正转换到负(称为“负转换方向”))。在一些实施例中，过零检测电路720将火线上的AC电压与零参考电压(例如，中性线电压)进行比较，以确定火线路径上的AC波形的极性，并检测过零事件和AC波形的过零的相关联的转换方向。在一些实施例中，使用具有连接到火线路径的非反相输入和接收参考电压的反相输入的电压比较器来执行比较。电压比较器的输出(i)在输入电压从正到负转换时从逻辑1切换到逻辑0，并且(ii)在输入电压从负到正转换时从逻辑0切换到逻辑1。在这种情况下，在AC电压波形的每个检测到的过零时，过零检测电路720的输出将在逻辑“1”和逻辑“0”输出之间转换。开关控制电路730利用检测到的零电压交叉的定时和极性转换方向来控制激活具有LED电路级的块的开关和开关的定时和序列，并且将LED装置连接到AC电源线以驱动LED级，如上文所论述。

开关控制电路730可以包括中央处理单元、微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其它类型的处理器，以及这些处理器的部分或组合，其可以使用硬件控制、软件/固件控制及其组合来执行开关控制功能。

在其它实施例中，开关控制电路730可以实现诸如脉宽调制(PWM)的调制方案，以对不同区域中的LED级的激活进行模块化，从而实现无闪烁的调光水平，同时与本文所论述的AC直驱LED驱动方法完全兼容。该调制可以被配置为当添加或移除LED串时使状态之间的转换变柔和。此外，诸如CPU核、微控制器或其它数字/模拟装置的计算装置的实现可以有助于例如在制造和/或现场操作使用期间支持整体或本地系统重新配置，以减轻AC市电瞬态事件。

应当理解，LED串、LED数量的各种组合(无论是串联还是并联，和/或具有不同的开关配置和LED工作电压)可以是可以基于各种设计和/或成本限制来确定的线性和/或非线性优化问题。

由(例如)开关控制电路730实现的开关控制方法可在时间上与AC电压波形同步，以将AC波形划分为离散区域，如上文所论述。开关控制过程可与线频率同步，其中递增状态从零电压切换开始并且过零事件由过零检测电路720检测。可以从初始加电0时间/0Vs确定LED开关区域，可选地将其等分为持续时间与滑动变化相等的多个区域(例如，5个区域)。

在一些实施例中，每个开关区域可以是脉宽调制的(或其它调制技术)，以在区域重叠期间在每个区域处提供照明平衡，并且用于调光控制。此外，通过在算法控制下自动控制电流，可以并行添加附加的LED以增加每个区域的光输出，并且区域的数量可以通过设计和/或随后在工厂或现场中初始配置来调整。

在其它实施例中，可以使用例如LED中的每个区域内的电阻器-电容器时间常数来对状态改变进行定时。此外，为了在AC市电波形的上升部分和下降部分期间保持恒定的照明水平，可以通过PWM方案来控制每个后续区域(即，在初始区域之后)，该PWM方案使能前一区域之前禁用操作，由此PWM以AC市电波形的上升部分上的增加的占空比开始，直到前一区域禁用，并且在AC市电波形继续上升的同时逐渐减小。因此，在AC市电波形的下降斜率期间，PWM的占空比逐渐增加，以便随着电压电平的降低而保持强度；因此，在与地的中间连接实现的后续区域处的PWM是可能的。

图8示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的以单片晶圆形式实现的光产生装置800。光产生装置800包括半导体晶圆衬底802(例如，硅衬底)，其包括单片集成电路。单片集成电路包括LED阵列804、开关电路806、AC电力输入端子808和控制电路810。在一些实施例中，图8示出了图7的光产生电路700的单片晶圆实施方案。

AC电力输入端子808被配置用于连接到AC电力源。AC电力输入端子808耦合到第一电力线和第二电力线，该第一电力线和第二电力线包括用于将AC电力路由和分配到晶圆802的各个区域的金属化。LED阵列804包括被连接以形成多个LED级的多个LED装置820，其中每个LED级包括多个串联连接的LED装置820，例如图2A和图4中示意性示出的。开关电路806包括使用布线网络耦合到LED阵列804的多个开关(例如，固态双向开关)，以将开关连接到LED级的输入和输出。开关控制电路810被配置为控制开关电路806的多个开关，以在LED级处选择性地连接到第一电力线和第二电力线，从而用来自连接到AC输入端子808的AC电力源的AC电力来为LED级供电。开关控制电路806内的开关可以被配置为具有明确定义的标签位置的微单元布置或功能单元布置。

如图8进一步所示，在一些实施例中，每个LED装置820包括设置在LED装置820上方的滤光器822和设置在LED装置820上方的透镜元件824。在一些实施例中，滤光器822包括磷光体层，以过滤由LED装置820发射的光。透镜元件824被配置为引导、聚焦、准直等，或者以其它方式实现由LED装置820发射的光的期望方向。

图8示出了示例性实施例，其中以单片晶圆形式实现的光产生装置800可用于实现LED照明装置或系统，而不需要以不同形状因数重新封装的晶圆分割。可以使用各种标准晶圆尺寸来实现晶圆衬底802，以适应更大或更小的LED阵列，从而实现期望的光输出水平。较大的晶圆可以被分割成较小的管芯，其中每个管芯包括集成的光产生单片电路。

图9示意性地示出了根据本公开的另一示例性实施例的以单片晶圆形式实现的光产生装置900。光产生装置900包括半导体晶圆衬底902(例如，硅衬底)，其包括单片集成电路。单片集成电路包括LED阵列904、开关电路906、AC电力输入端子908和控制电路910。在一些实施例中，图9示出了图7的光产生电路700的单片晶圆实施方案。光产生装置900类似于图8的光产生装置800，除了光产生装置900在LED阵列904内具有不同的LED装置布置，其中LED阵列904包括布置在圆形覆盖区中的LED装置，其中每个圆形覆盖区由开关电路906围绕，该开关电路906包括开关布置，该开关布置用于将LED装置或串联连接的LED装置的块连接到电力线，或以其它方式将串联连接的LED装置的块串联以形成更大串的串联连接的LED装置，如上文所论述。

尽管这里参考附图描述了示例性实施例，但是应当理解，本公开不限于这些精确的实施例，并且在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员可以在其中进行各种其它改变和修改。