包括保护电路的照明系统、及保护光源免于静电放电的相应方法
【专利摘要】一种照明系统，包括在第一端子(106)和第二端子(GND)之间串联连接的一串光源(L)，其中可使用一串光源(L)的至少一个电触点。系统还包括保护电路(30)，保护电路保护光源(L)免于施加到可使用的电触点(302)的静电放电。具体地，保护电路(30)包括：?连接到第二端子(GND)的至少一个TVS二极管或反并联二极管(D1、D2)组；和?用于每个电触点(302)的连接在各电触点(302)和TVS二极管或反并联二极管(D1、D2)组之间的各电容器(CESD1、CESD2、CESD3和CESD4)，使得施加到电触点(302)的静电事件通过各电容器(CESD1、CESD2、CESD3和CESD4)和各TVS二极管或反并联二极管(D1、D2)组朝向第二端子(GND)放电。
【专利说明】
包括保护电路的照明系统、及保护光源免于静电放电的相应方法
技术领域
[0001 ]本公开涉及照明系统。
[0002]在尤其注意到保护所述照明系统免受静电放电(ESD)的情况下开发出本公开。
【背景技术】
[0003]光源的电子转换器包括(例如，至少一个发光二极管(LED)或其它固态照明装置，诸如，例如激光二极管)可在输出提供直流电流。
[0004]图1示出包括电子转换器10和至少一个照明模块20的可能照明系统。例如，图1所示是并联连接的两个照明模块20a和20b。
[0005]—般情况下，每个照明模块20可与集成的照明系统中的电子转换器10结合或者可通过线缆连接到电子转换器10。
[0006]电子转换器10通常包括控制电路102和电源电路12(例如，AC/DC或DC/DC开关电源)，该电路在输入处(例如，从电力线)接收电源信号并经由电源输出106在输出处提供直流电流。该电流可以是稳定的或甚至随时间变化，例如，以便调节由照明模块发射的光的强度(即所谓的“调光”功能)。例如，控制电路102可经由电源电路12的参考信道Iref设置由一个LED模块或多个模块20所需的电流。
[0007]一般情况下，由照明模块20发射的光的强度的调节可通过调节跨越照明模块20的平均电流来实现，例如通过设置较低参考电流Irrf，或通过启用和禁用功率输出106，例如通过脉冲宽度调制(PWM)信号。
[0008]一般情况下，LED模块20可包括单个LED或多个LED。例如，图2示出其中照明模块20包括LED链(或LED串)(其中多个LED串联连接)的实例。
[0009]此外，LED也可在并联连接的不同分支处分离。例如，每个模块20可包括并联连接的多个LED串。
[0010]LED串可因为不同因素而彼此不同，例如，关于LED的数量和类型、操作温度或其它参数，例如以使一串两端的电压不同于一串或多串两端的电压。出于这个原因，将多个串直接并联连接在一起的图1所示的解决方案目前为止经常并不切实可行，因为电源是以不受控制的方式分布在各个串上。
[0011]图3和图4示出可用于确保电源在多个照明模块20上分布的更均匀性的各种解决方案。
[0012]例如，图3示出其中每个照明模块20经由附加电子转换器30供应的实例。具体地，特别地，在所考虑的实例中，示出三个照明模块20a、20b和20c，这些模块经由三个附加电流产生器30a、30b和30c(诸如，例如降压转换器)供应。例如，这些电流产生器30a、30b和30c可并联连接到线106，并且电子转换器10可在线106上建立恒定电压。
[0013]相反，图4示出一个实例，其中每个照明模块20a、20b和20c都串联连接到各自电流调节器40a、40b和40 c，诸如，例如线性电流调节器，且照明模块20a、20b和20 c经由公共电压供应。该电压也可例如通过检测线性调节器上的电压压差的传感器在可能确定的最小值上调整。
[0014]代替电流调节器40a、40b和40c，也可使用电流镜或具有多个次级绕组的变压器。
[0015]在这种情况下，可经由上述电流调节器40a、40b和40c进行调光功能，例如:
[0016]a)通过经由驱动信号(例如PffM信号)选择地启用或禁用各自电流调节器40a、40b和40c;或者
[0017]b)在使用可调节电流调节器的情况下，通过设置电流调节器40a、40b和40c的参考电压。
[0018]一般情况下，电流产生器30a、30b和30c或电流调节器40a、40b和40c也可在各自照明模块合并到20a、20b和20c中。
[0019]此外，每个分支的光源L也可在串联连接的多个照明模块上分离，S卩，串联连接的多个照明模块可用来代替图1至4中所示的每个照明模块20a、20b和20c。
[0020]通常情况下，照明模块20甚至可由非专业人士更换，且因此照明模块20和转换器10须被保护免于静电放电。
[0021 ]例如，图5示出典型保护电路的实例，其中每个照明模块20都包括与各自一串LEDL反并联连接的齐纳二极管Desd。一般情况下，可为每个LED或串的LED子组分别提供齐纳二极管Desd。实际上，通常，为每个单元或LED子组提供具有可使用的电触点的保护二极管。
[0022]本领域的技术人员应理解，代替齐纳二极管，也可使用瞬态电压抑制(TVS)二极管。
[0023]一般情况下，这种保护二极管可直接设置在光源L的封包内，或设置在照明模块20的印刷电路上。
[0024]例如，图6示出用于LED串的已知保护电路的实例。
[0025]在所考虑的实例中，LED串包括多个LED，例如四个LED L1、L2、L3和L4，可连接到电子转换器10。
[0026]在所考虑的实例中，各保护二极管反并联连接到每个LEDL，并且因此保护电路30包括四个二极管DeSD1、DeSD2、DeSD3和DESD4，诸如齐纳二极管。
[0027]此外，可设置其它二极管Darb，诸如，例如肖特基二极管(Schottkyd1de)，其串联连接至LED串，例如在转换器10的正端子106与LED串之间，以用于保护LED串免于反向偏压。
[0028]显然，上述保护二极管增加了其它成本，且在LED串不例如经由树脂或硅进行机械保护的情况下，应为每个LED提供保护二极管。
【发明内容】
[0029]本发明的目的是克服上述的缺点。
[0030]根据本发明，上述目的得益于包括具有在随后的权利要求中所述的特性的保护电路的照明系统而实现。权利要求还指出用于保护光源免于静电放电的对应方法。
[0031]权利要求形成与本发明相关的本文中提供的技术教导的整体部分。
[0032]—般情况下，本文描述的解决方案可应用于一串光源，诸如，例如LED或其它固态照明装置，其串联连接在第一端子(通常是正端子)和第二端子(其通常表示地面)之间。
[0033]在各种实施例中，串中的至少一个电触点不受机械保护并因此可使用。
[0034]因此，在各种实施例中，提供保护电路以用于保护光源免受可应用于上述电触点的静电放电。
[0035]在各种实施例中，保护电路包括用于此目的的连接到第二端子(S卩，连接到地)的一个或多个TVS 二极管或反并联二极管组。一般情况下，还可提供用于所有电触点的只是单个TVS 二极管或反并联二极管组。
[0036]在各种实施例中，与可使用的每个电触点相关联的是各电容器，其连接在各电触点与TVS 二极管或反并联二极管组中的一个之间。
[0037]因此，在各种实施例中，施加到电触点的可能静电事件通过各电容器和各TVS二极管或反并联二极管组朝向第二端子(即，地面)放电。
[0038]例如，在各种实施例中，光源之间的电触点不受保护且因此与每个光源相关联的是各电容器。同样地，该串也可包括附加的部件，诸如，例如串联连接到光源的电流调节器。在这种情况下，也可设想另一电容器与每个附加部件关联。
【附图说明】
[0039]现在将参考附图纯粹通过非限制性示例的方式描述本发明，其中:
[0040]-图1至图6已经在先前描述了；
[0041]-图7和图8示出根据本说明书的保护电路；以及
[0042]-图9示出可以在图8的实施例中使用的电流调节器。
【具体实施方式】
[0043]在随后的说明书中，示出各种具体细节旨在提供对实施例的深入理解。可在没有一个或多个具体细节，或通过其它方法、部件、材料等的情况下获得这些实施例。在其它情况下，没有详细示出或描述已知的结构、材料或操作，使得实施例的各个方面清楚。
[0044]在本说明书的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用旨在指示关于实施例描述的特定配置、结构或特征包括在至少一个实施例中。因此，诸如可存在于本说明书的各个点中的“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语不一定是指一个和同一个实施例。此外，特定构象、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何适当的方式组合。
[0045]本文中所使用的参考文献仅为了方便而提供且因此不限定保护的范围或实施例的范围。
[0046]如前面所提到，本发明公开提供了解决方案，该解决方案使固态照明装置(诸如例如LED)受保护以免于静电放电，从而基本上消除了对保护二极管的需要，或至少减少其数量。
[0047]图7示出根据本说明书的保护电路30的可能实施例。
[0048]—般结构基本上基于图6中所示的图。因此，也是在所考虑的实施例中，照明系统包括至少一个LED串，该LED串包括可连接到电子转换器10的多个LED(这些可分布于串联连接的一个或多个照明模块上)。因此，一般情况下，所描述的解决方案也可用于参考图1、图3和图4所描述的照明系统中。
[0049]在所考虑的实施例中，串中的至少两个电触点不受机械保护。因此，这些触点可使用且各电路(特别是LED)应受保护免于静电放电。
[0050]例如，在所考虑的实施例中，示出四个LED L1、L2、L3和L4，它们安装在印刷电路上，诸如，例如柔性印刷电路，而没有任何机械保护。由此，每个LED应受保护免于静电放电。
[0051]因此，还是在这种情况下，提供了保护电路30。基本上，根据本说明书的保护电路30包括串联连接到TVS 二极管或两个反并联二极管(诸如，例如两个肖特基二极管)的Y形配置的多个电容器。
[0052]具体地，在所考虑的实施例中，保护电路30包括多个电容器，其数量等于须被保护的单元的数量。如前面所提到，上述最小单位可以是LED串中的个体LED，或LED子组或整个照明模块。例如，在以没有任何机械保护的四个LED的实例的方式提供的情况下，也提供了四个电容器 Cesd1、Cesd2、Cesd3 和 Cesd4。
[0053]在各实施例中，如果各单元包括串联连接的多个LED，则每个电容器Cesd1、CESD2、Cesd3和Cesd4的第一端子优选直接连接到各LED的阳极，即，连接到最后LED的阳极。相反，电容器Cesd1、Cesd2、Cesd3和CesdJ^第二端子电连接在一起，优选直接连接，而没有其他中间组件。
[0054]在各种实施例中，以上的公共点通过TVS二极管或两个反并联二极管DjPD2(诸如，例如两个低电压二极管)连接到地。一般情况下，还可提供多个TVS二极管或多组反并联二极管，并且每个电容器的第二端子都可连接到TVS二极管或反并联二极管组中的一个。例如，每个照明模块可包括仅一个TVS 二极管或反并联二极管对DjPD2,并且关联到照明模块的LED的电容器可全部连接到上述TVS 二极管或反并联二极管对。
[0055 ]因此，在给定点(例如图7的LED 1^和1^3之间的点30 2)处的静电事件的情况下，电流将主要在电容器Cesd3中首先释放且随后通过TVS 二极管或两个反并联二极管DdPD2。具体地，在静电事件对应于正电压的情况下，电流将通过二极管Di放电，否则通过二极管D2放电。出于这个原因，TVS 二极管或二极管01和出应具有短启用时间(通常小于700ps)。
[0056]一般情况下，保护电容器Cesd1、Cesd2、Cesd3和Cesd4的电容的大小应适当。实际上，电容不宜太低，因为在这种情况下，电流也会通过相邻LED放电。相反，高电容需要很多空间并会增加成本。例如，在一个实施例中，保护电容器Cesd1、Cesd2、Cesd3和Cesd4具有10和250nF之间的电容。
[0057]所提出的解决方案也可防止失败而非常稳定(如CE声明所需)，因为存在着在电源电压106和地面GND之间串联连接的至少两个部件。
[0058]此外，保护电路30也可防止反向偏置而非常稳定，因为，在直流的情况下，电容器Cesd会表现的像开路。
[0059]最后，所提出的保护电路30也通过如本说明书的引言部分中所描述的低频HVM实现调光操作。
[0060]图8示出可连接到在线路106上产生调节电压VDD的电子转换器10的照明模块20的可能实施例，如例如图4所示。
[0061 ] 在所考虑的实施例中，照明模块20包括LED串，包括例如四个LED U、L2、L3和L4，和串联连接到LED的电流调节器40，其限制穿过LED串的电流。例如，在所考虑的实施例中，电流调节器40通过LED 1^的阴极和LED 1^2的阳极之间的两个端子402和404连接。
[0062]此外，在所考虑的实施例中，电流调节器40已经与识别元件相关联，诸如，例如电阻器Rset，其识别可穿过LED串的最大电流。
[0063]因此，通过将前面描述的解决方案应用于上述照明模块20，保护电路30将包括用于每组LED的一个电容器CESD(具有不受保护的触点)。因此，在所考虑的实施例中，需要四个电容器Cesd1、Cesd2、Cesd3和Cesd4，其中每个电容器的第一端子连接到各LED L的阳极。相反，第二端子通过TVS 二极管或两个反并联二极管01和出连接到地GND。
[0064]然而，在这种情况下，第一LEDL1的阴极也不会受到保护而免于静电放电。因此，在该终端也可使用的情况下，足以添加将阴极连接到TVS 二极管或二极管^和出的另一电容
§^CeSD5 O
[0065]因此，在一般情况下，LED串可使用的每个端子(除了表示地GND的端子)通过保护电容器连接到TVS 二极管或两个反并联二极管DjPD2,它们进而连接到地GND或正端子106。
[0066]最后，图9示出电流调节器的可能实施例。
[0067]在所考虑的实施例中，电流调节器40配置为用于检测穿过电流调节器40的电流I。并根据电流I。改变其电阻，使得前述的电流不会超过最大电流阈值Imax。
[0068]在所考虑的实施例中，电流调节器40通过端子402接收电压Vin。在所考虑的实施例中，正端子402通过电阻器Rsense连接到第一 PNP双极晶体管Ql的发射极且第一晶体管Ql的集电极直接连接到正输出端子404。
[0069]在所考虑的实施例中，正端子402也直接连接到第二PNP双极晶体管Q2的发射极，并且第二 PNP双极晶体管Q2的集电极通过电阻器Rl连接到地GND。
[0070]最后，第一晶体管Ql的基极直接连接到第二晶体管Q2的集电极，且第二晶体管Q2的基极直接或优选地通过电阻器R2连接到第一晶体管Ql的发射极。
[0071]基本上，电阻器Rl使得启用晶体管Ql，该晶体管获取电流I。的流动以朝向正输出端子404传递。
[0072]当穿过电阻器Rsense的电流超过给定阈值时，S卩，当电阻器Rsense两端的电压超过晶体管Q2的阈值电压时，晶体管Q2通过部分停用晶体管Ql而开始导通，这限制了通过晶体管Ql的电流的流动。
[0073]本领域技术人员应理解，电路40还可包括其它部件，诸如例如稳定通过输出404供电的供电信号的电阻器R3和电容器Cl。
[0074]此外，本领域技术人员应理解，用于限制电流的类似电路，甚至是使用NPN双极晶体管或MOSFET晶体管的电路是众所周知的，这因此使得任何进一步的详细描述是多余的。
[0075]综上，在考虑的实施例中，电阻Rsense的值确定电压降，使得一旦晶体管Q2的阈值电压被超过，则启用晶体管Q2。因此，最大电流阈值可由电阻器Rsense的电阻的装置设置，这可因此用作明确可穿过LED串的最大电流的识别元件RSet。
[0076]因此，本文描述的解决方案可用于保护LED串L免于静电放电。具体地，在各种实施例中，LED串连接在正端子和表示地GND的负端子之间。一般情况下，解决方案也可适用于其它固态照明装置，诸如，例如激光二极管。
[0077]根据本说明书的保护电路包括至少一个TVS二极管或反并联二极管对，以及各电容器，用于被保护免于静电放电的每个触点，例如正端子和可使用的LED L之间的端子。
[0078]具体地，被保护的每个端子通过各电容器和TVS二极管或反并联二极管对连接到地GND，使得可能的静电事件可通过各电容器Cesd和TVS 二极管或反并联二极管对朝向地GND释放。
[0079]当然，在不影响本发明的原理的情况下，相对于纯粹通过非限制性实例已经在本文所示出的，在不脱离本发明的范围的情况下(如由所附权利要求限定的)，结构和实施例的细节可甚至显著变化。
【主权项】
1.一种照明系统，包括: -第一端子(106)和第二端子(GND); -一串光源(L)，串联连接于所述第一端子(106)和所述第二端子(GND)之间；以及 -保护电路(30)，设计为用于保护所述光源(L)免于施加到所述一串光源(L)的至少一个电触点(302)的静电放电， 其特征在于，所述保护电路(30)包括: -连接到所述第二端子(GND)的至少一个瞬态电压抑制(TVS) 二极管或反并联二极管(D^D2)组；以及 _各电容器(0￡5卩1、0￡5卩2、0[5卩3和0￡5卩4)，连接在所述至少一个电触点(302 )与所述至少一个TVS二极管或反并联二极管(DhD2)组中的一个之间，使得施加到电触点(302)的静电事件通过各电容器(Cesd1、Cesd2、Cesd3和Cesd4)以及各TVS 二极管或反并联二极管(D1、D2)组朝向所述第二端子(GND)放电。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述保护电路(30)包括用于所有电触点(302)的单个TVS 二极管或反并联二极管(D1、D2)组。3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述光源(L)是固态照明装置。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述光源(L)是LED。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述光源(L)之间的电触点不受保护，并且其中与每个光源(U相关联的是各电容器(Cesd1、CESD2、CESD3和CESD4) O6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述照明系统包括串联连接到所述光源(L)的电流调节器(40)，并且其中另一电容器(Cesd5)与所述电流调节器(40)相关联。7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述照明系统设计为使得所述第一端子为正端子(106)且所述第二端子为负端子(GND)。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述照明系统集成在照明模块(20)中。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括电子转换器(10)，所述电子转换器设计为用于通过所述第一端子(106)和所述第二端子(GND)向所述一串光源(L)供电。10.—种用于保护一串光源(L)的光源(L)免于施加到所述一串光源(L)的至少一个电触点(302)的静电放电的方法，其中，所述光源(L)串联连接在第一端子(106)和第二端子(GND)之间， 其特征在于，所述方法包括以下步骤: -将至少一个TVS二极管或反并联二极管(D^D2)组连接到所述第二端子(GND);以及 -在每个所述至少一个电触点(302)与所述至少一个TVS 二极管或反并联二极管(D^D2)组中的一个之间连接电容器(0￡5卩1工￡5卩2、0￡5卩3和0￡5卩4)，使得施加到电触点(302)的静电事件通过各电容器(0￡5卩1、0￡5卩2、0￡5卩3和0￡5卩4)以及各TVS二极管或反并联二极管(Dl、D2 )组朝向所述第二端子(GND)放电。
【文档编号】H01L27/02GK105993204SQ201480075377
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年11月26日
【发明人】阿莱西奥·格里福尼, 洛伦佐·巴尔多
【申请人】欧司朗有限公司