电路布置和包括该电路布置的led灯的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于利用舍相操作电压操作至少一个低功率照明单元的电路布置、包括该电路布置的LED灯和操作低功率照明单元的方法。
【背景技术】
[0002]在照明领域，现在的努力以减少特别是住宅和商业照明应用的功率消耗为目标。现今，包含一个或多个发光二极管(LED)的灯或光源正被用于替代普通白炽灯或卤素灯。LED相比具有相同光通量的白炽灯以显著降低功率消耗为特征，并另外提供大幅增加的寿命。LED因此非常有希望作为新一代光源。
[0003]然而，为了改装应用，即作为白炽灯或卤素灯的替代物，LED通常不能直接与普通类型的安装电源供应一起使用，而是因为它的指数电压电流行为，需要专用的驱动器电路。LED驱动器电路一般使LED的电压适应于必需的电平而且还保持递送的电流恒定。最简单的“驱动器电路”包括与一个或多个LED串联的电阻元件。
[0004]特别的问题可以由LED的减小的功率消耗导致相应地减小的操作电流的事实而引起。特别地，当LED灯与具有诸如前沿或后沿调光单元之类的舍相调光单元的电源供应一起使用时，电源供应可具有最小的负载要求，这可能不被LED灯满足。这里，减小的电流可导致意想不到的调光器/灯组合行为，这可例如导致可见的闪烁。
[0005]例如，由于后沿(TE)类型的调光器通常是基于MOSFET的并且包括给定时和过零点检测电路供电的内部供应电路，“欠载(under-load) ”会导致内部供应不能向定时电路提供足够的操作功率，从而造成正弦市电电压的过零点检测的问题。在前沿(LE)类型的调光器中，使用了 TRIAC或两个反向并联连接的晶闸管，其中电流通常需要足够高以使TRIAC保持在导电状态，即在保持电流之上，使得具有这种类型的电源供应或调光器的LED灯的操作可导致一个或多个TRIAC的“意想不到的”或不合时宜的断开。
[0006]本发明的目的因此是提供电路布置，其允许利用舍相操作电压操作至少一个低功率照明单元，使得可能用各种类型的电源供应来操作所述照明单元，同时保持高质量的光输出。进一步的目的是提供有成本效益的电路布置，其允许用于大众市场应用。
【发明内容】
[0007]根据本发明，通过根据独立权利要求的利用舍相操作电压操作至少一个低功率照明单元的电路布置、LED灯、照明系统和方法来解决目的。从属权利要求涉及发明的优选实施例。
[0008]本发明的基本构思是提供具有级联的、即串联多级设置的电路布置来提供有成本效益的设计，而同时提供特别与具有调光器的电源供应的高兼容性。
[0009]根据本发明的电路布置包括至少在串联连接中的输入设备、功率整形电路和灯驱动器单元。
[0010]功率整形电路包括与阻尼电路串联的可控泄放器电路。泄放器电路提供，全局电流(即在操作期间从电源供应汲取的电流)对应于预定义的最小负载电流，以提供与各种类型的电源供应且特别是提供舍相操作电压、例如包括舍相调光器的这样的电源供应的增强的兼容性。阻尼电路使其可能发生在舍相操作电压的每个边缘处的高频振荡减弱，以允许高质量的光输出。
[0011]灯驱动器单元被配置为基于第一反馈信号将至少一个低功率照明单元的灯电流控制到设置点电流。
[0012]据此，级联的多级设置一方面允许保持提供到灯的电流(即灯电流)恒定，而同时提供在操作期间在电源供应上汲取的全局电流对应于预定义的最小负载电流(例如电源供应的)。本发明因此有利地允许将输入和输出电流二者相互独立地设置为各自期望的设置，从而实现双点控制。
[0013]如之前讨论的，发明的电路布置适于利用来自电源供应的舍相操作电压来操作至少一个低功率照明单元。
[0014]低功率照明单元可以是任何合适类型的。优选地，低功率照明单元是包括至少一个发光二极管(LED)的LED单元，按照本发明其可以是任何类型的固态光源，诸如无机LED、有机LED或例如激光二极管的固态激光器。LED单元可必定包括串联和/或并联连接的多于一个的先前提到的部件。术语“低功率”涉及与像白炽灯那样的传统光源的功率消耗相比较的照明单元的功率消耗。至少一个照明单元的功率消耗优选低于20W，更优选低于15W，最优选低于low。
[0015]舍相操作电压是正弦电压，其中每个波/周期的一部分(或通常每个半波/半周期)被斩断或切除。从正弦或交变电压的过零点开始，这可以是前沿部分或后沿部分。
[0016]虽然在这一上下文中的电源供应通常包括“调光器”，例如舍相调光器，有时候在如下意义上还称作“相点火(phase firing)控制器”，被斩断的波的部分一一其对应于舍相的定时一一可由用户调整，但是还设想这一部分恒定。不管怎样，电压的时间演化示出了在每个舍相操作时可比较地陡峭的下降或上升。本领域已知的任何舍相技术可在本发明的上下文中使用。然而，发明的电路特别适合用于与具有前沿(LE)类型的调光器的电源供应一起使用。
[0017]如之前提到的，发明的电路布置包括输入设备、双端口功率整形电路和灯驱动器单元，它们以级联的、即串联的三级设置而连接。
[0018]输入设备适于例如通过适合的(可拆卸的)连接端子连接到电源供应，且包括至少第一和第二供应(输出)端子。双端口功率整形电路包括第一和第二输入端子以及第一和第二输出端子。输出端子通过第一和第二供应连接与所述输入端子连接。
[0019]之前提到的端子中的每个端子可以通过永久的电连接(例如通过焊接)或通过可拆卸的连接(像插头和插座连接)而连接。端子应至少在电路布置的操作状态中提供导电连接。
[0020]在本发明的上下文中提到的任何电连接可以是可切换的，且此外可以是间接的，即包括中间部件，但是优选是直接的。
[0021]根据本发明的功率整形电路包括可控泄放器电路，其连接在第一和第二输入端子之间，以提供备选的电流路径。如前所述，泄放器电路被配置为将在操作期间从电源供应汲取的全局电流设置为预定义的最小负载电流。
[0022]可控泄放器电路因此允许将全局电流(即通过输入设备的第一和第二供应端子从电源供应汲取的电流)设置为预定义的最小负载电流，且独立于电路布置的其它部件。在本上下文中，泄放器电路可提供，全局电流至少对应于最小负载电流。当然，全局电流可被设置高于最小负载电流。然而更高的电流会降低电路布置的效率。
[0023]预定义的最小负载电流可在泄放器电路中被永久设置(假设通过外部信号)，和/或可由用户使用对应适配的用户界面、开关或用于单独适配于相应电源供应的要求的电位计而控制。预定义的最小负载电流优选对应于电源供应/调光器的最小保持电流，其中术语“对应”包含稍高于最小保持电流的电流设置，即在高于调光器最小保持电流不到15%的范围内。最小负载电流可高达50mA，但是优选是20mA，最优选22mA，且特别优选35mA。
[0024]可控泄放器电路可以是任何适合类型的。例如，泄放器电路可包括可变电阻器，以设置在第一和第二输入端子之间的电流。优选地，泄放器电路包括可控电流源或自适应电流源。本文中，术语“自适应电流源”涉及如下电流源，其中汲取的电流的振幅/接通时间依赖于调光水平、调光曲线、灯电流和/或最小负载电流而控制。最优选地，泄放器电路包括可控箝位电路，以在调光器的关闭状态中将电位设置为地电位，以允许近似200mA的大电流。泄放器电路可包括任何适合类型的控制电路系统，例如分立和/或集成的电子电路系统，且可包括微控制器和/或一个或多个比较器。
[0025]如上所述，功率整形电路另外包括阻尼电路，其在第一和第二连接点处连接到功率整形电路的第一和第二供应连接。因此，阻尼电路被耦合到与输入和输出端子串联的“中间”连接点。阻尼电路被布置为阻抑或减弱高频振荡，即通常对于操作在50Hz市电频率的调光器来说在8kHz -1OkHz的范围内并且对于操作在60Hz市电频率的调光器来说在1-1OOkHz之间，高频振荡可能存在于舍相操作电压中且特别在之前提到的调光器边缘处。特别重要的是，阻尼电路以提到的串联布置被布置在泄放器电路和输出端子(即灯驱动器单元)之间，使得两个电路的操作不会干扰相应另一电路。
[0026]阻尼电路可以是任何适合类型的且优选包括RC电路。例如，阻尼电路可以是电阻/电容网络，即一个或多个电阻器和电容器的组合。优选地，阻尼电路被配置为在舍相操作(即先前提到的由舍相调光器造成的陡峭下降或上升)时或其后不久从电源供应汲取附加电流。最优选地，阻尼电路是非耗散的且包括诸如电容器之类的能量存储设备。本文中，术语“非耗散的”被理解为，汲取的电流例如在舍相操作电压的不同相角或半周期，被大致上提供到电路布置的其它部件，且特别是提供到电源供应和/或灯驱动器单元。
[0027]发明的电路布置进一步包括灯驱动器单元，其被连接到功率整形电路的输出端子中的至少一个且被配置用于与至少一个低功率照明单元连接。灯驱动器单元包括至少可控的灯电流控制器，诸如可控/自适应电流源，其被配置为控制所述至少低功率照明单元的灯电流。在本上下文中，术语“灯电流”被理解为在电路布置的操作状态中流过至少一个低功率照明单元的电流。
[0028]灯驱动器单元另外包括第一反馈电路，第一反馈电路配置为提供其对应于低功率照明单元的瞬时灯电流的第一反馈信号。灯电流控制器与反馈电路连接，以根据第一反馈信号来控制灯电流，使得灯电流对应于给定的设置点电流，即以保持灯电流在闭环操作中大致恒定(+/-0，5mA?I % )。
[0029]反馈电路和灯电流控制器可以是任何适合类型的，以确定瞬时灯电流并据此控制灯电流。灯电流控制器可包括控制电路，例如分立和/或集成的电路系统，诸如微控制器或一个或多个比较