管状LED的制作方法

本发明描述了一种管状led或tled，以及一种从可调光荧光管灯的调光镇流器驱动多个led的方法。

背景技术：

荧光管灯被广泛使用(例如在商业或工业环境中)，是因为与白炽灯相比，它们具有相对高的功效的特性。这种类型的灯包括在灯的一端或两端处的灯丝或阴极，以及在管内部的气体填充物，气体填充物包括惰性或稀有气体以及一部分汞。为了点燃灯，电流通过灯丝以将其加热，以实现热离子发射来电离气体填充物并蒸发汞，然后汞发射紫外光。管内部的磷光体涂层将紫外光转换成可见光。虽然与等效白炽灯相比，荧光灯具有低功率消耗的特性，但是如果灯破裂，则气体填充物中包括的汞可能存在危险。

大多数类型的荧光管灯使用电子高频镇流器，电子高频镇流器用于调节流过灯的电流。基本上，存在两种类型的镇流器：“瞬时启动(instantstart)”(is)或“可编程启动(programmedstart)”(ps)。is镇流器不提供灯丝加热，并且通过简单地施加足够高的点火电压以快速电离气体填充物来启动灯。由于其低价格和低能耗，is类型的镇流器被广泛使用。然而，作为固定输出镇流器的is类型的镇流器不能够被用于可调光应用。调光通常使用ps类型的镇流器来实现，其在点燃灯之前预热灯丝，从而延长灯的寿命。具有ps镇流器的荧光管灯的典型应用是需要频繁切换的照明器具，例如由占用传感器或运动传感器控制的照明。

led照明领域的进步已导致许多类型的传统照明器具(例如，白炽灯和荧光灯)被led灯替代或使用led等效物改装。例如，为了替代白炽灯泡，相同的灯泡尺寸和标准配件能够与led光源和驱动器组合。类似地，用于荧光管的各种类型的led替代物(称为“管状led”或tled)目前是可获得的。例如，“t8”改装线性管状led包括相同尺寸的管(即，具有一英寸的直径)，并且具有布置在管中的代替传统填充气体、磷光体涂层和阴极布置的多个led。线性管可以由塑料制成，而玻璃管也是可获得的。在物理上，线性tled看起来与相应的荧光灯相同，在每个端部具有两个引脚用于连接到壳体的每个端部处的插座。一些tled还并入了灯丝模拟电路以模拟荧光灯对连接至灯的镇流器的存在。灯丝模拟电路还充当镇流器的灯丝加热电路的负载，以使原本旨在驱动荧光灯的镇流器，在用于驱动tled时，能够以正确和可靠的方式操作。以这种方式，tled显示出与等效荧光灯的特性类似的特性。目前市场上的大多数tled被设计为从市电输入输出，以使tled需要旁路镇流器(其通常被并入现有的灯的壳体的一端中)。在备选方法中，实现led改装管以与各种固定输出hf镇流器兼容，从而不需要旁路镇流器。用户能够简单地移除旧荧光管并插入相同尺寸的led改装管。

然而，可调光荧光管照明也在广泛应用(例如，在超市和办公室中)中使用。用于这种照明应用的照明器具需要可调光的ps镇流器，并且其已经被并入壳体中作为照明器具的一部分。由于调光ps镇流器输出与is镇流器输出显著不同，已知的“固定输出”改装tled(即，特定设计用于与固定输出镇流器一起使用的tled)不能被用于直接替代这种照明器具的荧光管。

当荧光管从壳体移除或插入壳体中时，灯的一端可以与插座电接触，而暴露另一端。这不会对持有灯的用户造成安全风险，因为电流仅能够在两端被正确地插入插座并且灯被点燃时流过荧光管灯。然而，基于led的改装灯的移除或插入可能是潜在危险的，因为假如有人接触它，引脚泄漏电流或“触摸电流”可能从这种灯的一个连接端流到另一个非连接或暴露端。因此，led改装灯应当设计为符合关于引脚泄漏电流或“接触电流”的既定安全标准。例如，用于插入已经并入非调光镇流器的壳体中的tled可以在灯的内部电路中包括串联电容器，以限制引脚泄漏电流到安全水平。这种串联电容器用于增加灯的阻抗并且因此限制泄漏电流。其它可能的实现能够使用端部盖子中的机械元件(例如，弹簧加载的元件)，以防止泄漏电流在安装或移除步骤期间到达暴露的引脚。然而，这种机械元件通常体积大并且可能需要管端的重新设计，因此增加了制造成本。us2013/0335959a1提出在灯内每个外端处布置这样的致动器。wo2013/150417a1和us2012/0181952a1公开了具有布置在灯端子和led驱动器之间的一个或多个安全开关的tled。这种开关必须能够在接通时传导ac电流，并且能够在断开时阻断ac电流，并且它们的实现相对复杂和昂贵。

因此，本发明的目的是提供一种用于改装替换荧光管灯的改进的tled，其避免或克服了上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是通过根据权利要求1所述的管状led灯以及通过根据权利要求13所述的从可调光荧光管灯的调光镇流器驱动多个led的方法来实现。

根据本发明，管状led灯被实现为替代等效的荧光管灯，并且包括：包含多个led的管；包含具有多个led的led装置的管；具有连接器的连接器装置，连接器被实现用于插入管状灯壳体的插座装置的插座中，管状灯壳体并入调光镇流器；用于驱动led装置的驱动器电路装置，所述驱动器电路装置被实现为基于由调光镇流器提供的输入电流来输出led电流；以及安全开关，其布置在管内，以在连接器装置未完全连接到插座装置时，将连接器装置的连接器电隔离，其中安全开关被布置在驱动器电路装置和led装置之间。

在本发明的上下文中，术语“在连接器装置未完全连接到插座装置时”应理解为在灯的连接器和壳体插座之间存在不完全电连接以使灯不能够被接通的任何情况或状态。相反，当连接器已正确地插入到壳体插座中，使得灯能够被接通时，建立灯的连接器和壳体插座之间的“完全连接”。

安全开关用于根据需要电隔离或“断开”管状led的连接器，并且仅当这样做是安全的时才电连接连接器。例如当线性管状led的一端处的双引脚连接器被插入到灯的壳体的一个插座中，但是在另一端处的双引脚连接器尚未被插入到其插座中时，电隔离或分离连接器的效果是防止任何显著的泄漏电流从灯的连接端到暴露端之间通过。以这种方式，根据本发明的管状led灯确保移除和插入步骤可以被安全地执行。

在本发明的上下文中，术语“调光镇流器”应理解为能够结合调光器操作的荧光管灯镇流器。这种调光镇流器(其可以被认为是高频电子镇流器)的目的是允许荧光管灯调光以实现期望的照明效果和/或降低功耗。根据本发明的管状led灯的优点是，其可以被操作以运行(runoff)已经并入壳体或器具中的这种可调光镇流器，使得不需要绕过可调光镇流器。此外，对管状led调光的可能性意味着这种灯能够被用于改装现有可调光应用的荧光管灯。因此，根据本发明的管状led能够直接以“即插即用”的方式用于替代等效的荧光管灯，其中术语“等效”被用于表示其替代的管状led和灯至少具有相同的物理尺寸(例如，直径、长度)和相同类型的连接器。然而，根据本发明的管状led灯不限于与这样的调光镇流器一起使用，而是还能够有利地与并入非调光镇流器(即，不支持调光功能的镇流器)的灯壳体结合使用。因此，根据本发明的管状led灯能够被用于利用经济的和有利于环境的led灯来改装广泛范围的照明器材，这是因为led灯具有长的寿命的特性，并且在断裂时不存在危险。根据本发明的管状led的另一个优点是，驱动器能够以有利地简单的并且成本有效的实现构建，因为调光功能已经由并入灯壳体中的镇流器提供，并且由驱动器输出的led电流简单地遵循由调光镇流器提供的电流。

根据本发明，从荧光管灯的调光镇流器驱动管状led灯的方法包括步骤：在灯管中布置多个led，所述灯管包括具有连接器的连接器装置，连接器用于插入管状灯壳体的插座装置的插座中，管状灯壳体包括调光镇流器；提供用于驱动led的驱动器电路装置，所述驱动器电路装置被实现为基于由调光镇流器提供的输入电流来输出led电流；以及在管内的驱动器电路装置和led装置之间布置安全开关，以当连接器装置未完全连接到插座装置时，电隔离连接器装置的连接器。

根据本发明的方法的优点是，能够以特别成本有效的方式制造改装管状led，因为驱动器电路能够保持简单，并且不需要包括用于镇流器的旁路电路。同时，如下面将变得清楚的，灯的设计允许在插入或移除管状led期间，确保引脚安全的直接方式。有效地，根据本发明的方法包括步骤：保持灯本身内的连接器装置的连接器的电断开，直到连接器均被正确地插入到插座装置中。

从属权利要求和以下的描述具体公开了本发明的有利的实施例和特征。实施例的特征可以适当地组合。在一个权利要求类别的上下文中描述的特征能够同等地应用于另一个权利要求类别。

在本发明的上下文中，认为管状led灯被实现为替代等效的荧光管灯。例如，能够根据t8灯的尺寸(即，具有1英寸的管直径，并且具有若干可能的标称的管长度中的任何一种)制造管状led灯。由于管状led灯通常简称为“tled”，因此术语“管状led”、“管状led灯”和“tled”在下文中可以互换使用。在管状led的情况下，灯本身包括一对连接器。例如，线性管状led能够在管的每个外端处包括双引脚连接器，并且对应的灯壳体包括在壳体的每个端部处的插座，双引脚连接器可以插入到该插座中。在本发明的上下文中，“led装置”可以被理解为在任何合适装置中包括任何数量的led，例如像布置在尺寸适合于装配到改装灯管中的一个或多个印刷电路板上的一个或多个led串。

用于荧光管灯的调光镇流器能够以多种方式实现。在一种类型的构造中，调光镇流器被实现用于连接到相切调光器中，相切调光器被电布置在到灯的两个市电线输入之一(例如，壁装式单元组合灯开关和调光器)中。这种类型的调光器斩切或切割到灯的电源输入信号的一部分，以使灯接收更少的电流并因此输出更少的光。在另一个实现中，市电电源被连接在调光镇流器的两个输入引脚上，并且调光器被连接在调光镇流器的两个控制引脚上。在任一情况下，调光镇流器包括一对电连接器，荧光管被连接在所述一对电连接器之间。在本发明的优选实施例中，tled的驱动器电路装置被实现为与“编程启动”的或ps类型的调光镇流器一起使用，因为大多数可调光荧光照明应用利用这种调光镇流器。

就荧光管能够以颠倒的任意之一方式(eitherwayaround)插入壳体中的意义而言，荧光管是对称的。因此，管状led的任一端的连接器也电连接到led驱动器。以这种方式，确保了改装tled的物理兼容性。

安全开关能够以任何合适的方式实现，并且其本身可以包括由若干电气部件和/或电子部件制成的电路模块。然而，在本发明的特别优选的实施例中，安全开关包括布置在驱动器和led之间的路径中的诸如场效应晶体管(例如，mosfet或者双极结型晶体管(bjt))的半导体器件，并且该半导体器件能够闭合(即，接通)以允许驱动器驱动led，并且该半导体器件能够打开(即，断开)以将驱动器与led断开，并且因此用于打开或中断在灯的电相对端处的连接器之间的电连接。使用mosfet或bjt的优点是其能够在没有电弧的情况下切换，并且因此其具有长的切换寿命的特性。在备选实施例中，能够使用诸如继电器的机电器件来实现安全开关。在期望安全开关的更高的阻断电压或者简化控制电路的实施例中，继电器可以是优选的。

如上所述，安全开关应当仅在安全闭合的情况下才闭合。因此，在本发明的另一个优选实施例中，管状led灯包括开关控制电路，开关控制电路被实现为仅当管状led灯的连接器均被正确地插入管状灯壳体的两个插座中时才闭合安全开关。这可以以任何合适的方式实现，例如通过使用传感器来检测连接器及其插座之间的物理连接。然而，优选地，开关控制电路被实现为仅检测单个连接器和插座之间的电连接。在本发明的优选实施例中，这是通过利用管状灯构造的特性来实现的，并且开关控制电路优选地包括用于检测灯的电压中的市电频率分量的市电频率检测电路。如上所述，管状灯壳体已经包括在调光镇流器和插座之间的布线，以及到调光镇流器的市电连接。有效地，插座均可以是“带电的”，以使当tled的仅一个连接器插入插座时，在该连接器处存在市电信号。由于市电频率是已知的(例如，在美国或北美地区是60hz；在欧洲是50hz)并且能够相对容易地检测到(例如，通过使用适当的低通rc滤波器电路)，因此灯的设计的这种性质被本发明的该实施例良好利用。

调光镇流器可以被实现以使用小的dc偏移电流(通常称为“抗辉纹(anti-striation)”电流)驱动荧光灯。然而，该dc偏移电流不应被开关控制电路解释为灯的不完全去除或插入。因此，在本发明的另一个优选实施例中，开关控制电路包括实现为阻断可调光镇流器的dc偏移电流的dc阻断电路部分。以这种方式，能够可靠地确定在灯连接器和壳体插座之间的完全或正确的连接，使得灯随后能够被接通。

一般地，为了确保荧光灯照明器具和改装tled之间的改装兼容性，tled将在两个端部均包括灯丝模拟电路。这种灯丝模拟电路用于使tled看起来像是荧光管灯的镇流器，其中灯丝需要离子化管中的惰性气体。显然，tled本身不需要任何灯丝，并且灯丝模拟电路能够简单地包括与保险丝串联的电阻器。电阻器能够具有与荧光灯的阴极类似的电阻，而如果连接器引脚被意外地直接连接到市电电源，则保险丝用于防止安全危险。因此，在本发明的另一个优选实施例中，开关控制电路被实现为检测在两个连接器处的灯丝电压，由此术语“灯丝电压”将被理解为灯丝模拟电路两端的电压。在该实施例中，安全开关保持断开，并且仅当在两个灯丝模拟电路处均检测到灯丝电压时(即，当两个连接器均被正确地插入灯壳体的插座中时)，安全开关才闭合。

在本发明的所有实施例中，由于安全开关布置在驱动器电路装置和led装置之间，所以安全开关仅在闭合时才传导dc电流。由于当开关断开时仅需要阻断dc电流，这简化了灯的构造和设计。

tled灯的不完全移除或插入不是可能发生的唯一关键情况。因此，为了保护led电路免受损坏，在本发明的另一个优选实施例中，tled包括保护电路模块，保护电路模块实现为在过高的灯温度和/或过大的灯电流和/或过高的灯电压的情况下，断开安全开关。例如，过高的温度可以永久损坏led，因此及时的断开可以延长tled的寿命。类似地，过高的灯电流可能对led是有害的。如果led串以某种方式从灯电路断开，则可能产生过高的灯电压。在任何这些情况下，保护电路能够快速响应以断开电路，从而防止tled损坏或避免在灯故障的情况下，损坏灯的壳体和/或镇流器。

上述tled能够实现为替代各种类型的荧光管灯。例如，当tled被实现为包括具有标称直径(例如，t5、t8、t12等)和长度的线性塑料管或玻璃管并且具有标准连接器(例如，双管脚连接器)时，tled能够用于改装商业可调光荧光照明应用中。然而，同样地，根据本发明的tled能够被实现为改装灯以替换弯曲的或圆形的可调光荧光管灯、紧凑型可调光荧光灯等，并且能够具有合适的卡口或螺纹连接器装置用于连接对应的壳体插座。

从结合附图考虑的以下详细描述中，本发明的其它目的和特征将变得显而易见。然而，应当理解，附图仅被设计用于说明的目的，而不是作为对本发明的限制的限定。

附图说明

图1示出了根据本发明的tled的实施例的示意表示；

图2示出了用于改装传统荧光管照明应用的图1的tled，传统荧光管照明应用包括第一类型调光镇流器；

图3示出了用于改装传统荧光管照明应用的图1的tled，传统荧光管照明应用包括第二类型调光镇流器；

图4示出了根据本发明的用于tled的开关控制电路的第一实施例的电路图；

图5示出了根据本发明的用于tled的开关控制电路的第二实施例的电路图；

图6示出了根据本发明的用于tled的开关控制电路的第三实施例的电路图；

图7示出了现有技术tled的危险移除或插入；

在附图中，相同的附图标记贯穿附图表示相同的对象。图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的tled1的实施例的示意表示。在该示例性实施例中，tled1包括可以由塑料、玻璃等制成的线性管或直管12，在管12的两端部均具有双引脚连接器16。管12可以以颠倒的任意之一方式插入用于线性荧光管灯的对应壳体(未示出)中。为了与已经并入壳体中的调光镇流器电兼容，tled1在管内部的两端均包括灯丝模拟电路160。led装置10装配在管12内部并且可以包括安装在一个或多个印刷电路板上的任何数量的led。驱动器电路装置11也被布置在灯管12内部，并且被连接以根据源自任一灯丝电路160的输入信号来驱动led装置10。滤波电容器cf并联连接在驱动器11的输出端上，并且用于过滤驱动器输出信号。开关s13连接在驱动器11和led装置10之间，并且用于根据源自开关控制电路13的控制信号来连接或断开这些部件。下面将解释开关控制电路13的操作。

图2示出了用于改装传统荧光管照明应用的图1的tled，传统荧光管照明应用包括第一类型调光镇流器20，即被实现用于连接到相切调光器30(例如，壁装式光开关/调光器单元)的输出的调光镇流器。调光器30连接在市电4和调光镇流器20之间，并且通过切割信号的一部分来有效地减小到调光镇流器20的均方根(rms)电压。该图还指示了灯壳体5的插座17a、17b与tled1的连接器装置16a、16b的引脚之间的插座/连接器联合。

图3是示出了用于改装传统荧光管照明应用的图1的tled的简化框图，传统荧光管照明应用包括第二类型调光镇流器21，即，实现用于连接到具有滑块的0-10v调光器31的调光镇流器，其中滑块用于调节期望的光输出水平。在这种情况下，调光器31连接在调光镇流器21的控制输入端处。调光镇流器21根据滑块的位置调节其输出电流。在这种情况下，该图也指示灯壳体(未示出)的插座17与tled1的引脚16之间的插座/连接器联合。

图4示出了示出根据本发明的用于tled的控制电路的第一实施例中的部件的电路图。这里，电路图示出了包括安装在板b2上的一串led100的led装置10。灯丝模拟电路160设置在每个端部，并且每个灯丝模拟电路160包括与保险丝f160串联的电阻器r160。在该示例性实施例中，右手侧灯丝模拟电路160在分离的板b3上实现，而左手侧的灯丝模拟电路160在板b1上实现，板b1也承载驱动器电路装置11、开关控制电路13、安全开关s13、保护电路14和各种其它部件。承载驱动器电路装置11的板b2可以被实现为装配到灯管的一端中的通常在任何情况下为“暗”的区域中，该区域对应于荧光灯的电路部件的位置。如图所示，能够在板b1、b2、b3之间使用简单的三引脚连接器以(根据需要)连接高低led端子led+、led-和高频供电端子hf。驱动器电路11还包括用于对经由连接器引脚16馈入的ac信号进行整流的二极管桥d1、d2、d3、d4。该实施例的电容器c1是可选的，并且如果必要，其能够被包括来分流高频电流以减少led的电流iled。

安全开关s13可以被实现为诸如晶体管的半导体元件或诸如继电器的机电元件。开关控制电路13连接在灯丝模拟电路160之间。在灯壳体中的tled1的操作期间，开关控制电路13将在两端被馈送来自调光镇流器的高频信号。这表示tled1正确就位，并且开关控制电路13发出使能信号en13以指示安全开关s13可以被闭合。该图还示出了另一个保护电路，其具有：用于感测过高灯电压的电压感测电阻器rsensev；用于感测过高灯电流的电流感测电阻器rsensei；用于感测过高灯温度的热敏电阻rtemp；以及保护控制电路14，以从由这些感测部件rsensei，rsensev，rtemp以及开关控制电路13提供的各种输入产生开关使能信号。当没有异常电压/电流/温度状况存在，并且开关控制电路13已经检测到tled1被正确插入时，保护控制电路14发出信号以闭合安全开关s13，使得驱动器电路11能够在由调光镇流器提供的电流电平处驱动led装置10。图5示出了示出本实施例的开关控制电路13的细节的电路图。这里，npnbjt(双极结型晶体管)q1被用于生成用于安全开关m1的使能信号en13，在本实施例中，该安全开关m1被实现为mosfetm1。开关控制电路13被实现为灯丝模拟电路160之间的基本对称的网络，并且包括：在每个端部处的dc阻断电容器c2、c6，以阻断由调光镇流器产生的抗辉纹(anti-striation)dc偏移信号；低通滤波器c1/r4、c5/r9，以通过市电频率信号并阻断来自电子调光器的高频信号；以及峰值电压检测器装置d5、d6、c3、r6，用于检测来自低通滤波器c1/r4、c5/r9的电压。如果检测到市电频率分量(例如，北美应用中的60hz分量)，则电容器c3将充电，并且使能晶体管q1将被接通。显著的市电分量仅在tled1的一端未正确地插入灯壳体的相应插座中，从而存在对用户的电击风险时才会被检测到。在这种情况下，以某种合适的方式耦合到mosfetm1的栅极的晶体管q1的集电极将栅极拉到“低”，从而保持安全开关m1在断开状态。

图6示出了根据本发明的用于tled1的开关控制电路13的第三实施例的电路图。这里，存在于tled的一端处的ac灯丝电压通过隔离变压器t1被转换为dc电压，并且用于对电容器c4充电。在灯的另一端存在的ac灯丝电压被整流并且用作到光耦合器t2的输入，光耦合器t2转而接通pnpbjtq2，pnpbjtq2转而用于接通mosfetm1。有效地，mosfetm1仅在tled1的两端均存在灯丝电压，即仅在tled1被正确地插入灯壳体的两个插座中时，才被接通。在该实施例中，如图中所示，可以在板b1、b2、b3之间使用四引脚连接器以(根据需要)连接高低led端子led+、led-以及两个高频供电端子hf1、hf2。

图7示出了现有技术的tled70的危险移除或插入。在管内示出了用于替代线性荧光管灯的该类型的改装tled70的基本元件。在这种改装灯70中，驱动器电路71被实现为诸如开关模式电源的电子驱动器。这里，不存在任何安全开关或检测电路来检测到壳体中的正确插入，这可能导致在改装管状灯70的暴露端处的高引脚泄漏电流。无意地接触到暴露的引脚16的人可能接收到电击。

尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多附加的修改和变化。

为了清楚，应当理解，贯穿本申请的“一(a)”或“一个(an)”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。提及“单元”或“模块”不排除多于一个的单元或模块的使用。