Led照明系统的制作方法_3

文档序号:9848510阅读:来源:国知局
用相同的附图标记标明,并且其仅以示例的方式提供,并且不应被解释 为以任何方式对本发明中的实施例进行限制。在附图中:
[0055] 图1示出用于具有基于磁性电感器的镇流器的照明装置中的布置的配置;
[0056] 图2示出用于具有电子镇流器的照明装置中的布置的配置;
[0057] 图3示出用于电子镇流器具有沿着垂直轴的功率对沿着水平轴的电压的功率特 性;
[0058]图4示出用于基于磁性电感器的镇流器具有沿着垂直轴的功率对沿着水平轴的电 压的模型化的功率特性;
[0059]图5示出LED灯布置的一个实施例的示意图表示;
[0000]图6示出LED灯布置的另一个实施例的示意图表示;
[0061] 图7示出图6的实施例且还包括线路调整电路的示意图表示;
[0062] 图8示出LED灯布置的进一步实施例的示意图表示;
[0063 ]图9示出用于LE:D灯布置的能量存储电路的示意图表示;
[0064] 图10示出用于LED灯布置的可变阻抗电路的示意图表示;
[0065] 图11示出用于模型化的磁性镇流器(曲线A)和模型化的电子镇流器(曲线B、曲线 C、曲线D个曲线E)、用于LED组的若干不同的配置,以及用于使用电路配置的同步切换的模 型化的磁性镇流器(曲线F)的功率特性的组合表示;
[0066] 图12示出在装配有传统的荧光灯的照明装置中到磁性镇流器的输入电压和来自 磁性镇流器的输出电流的示波器测量;
[0067] 图13示出到负载的输入电压、输入电流、整流电流以及在不具有线路调整装置的 LED灯布置的实施例中的开关电流的示波器测量;以及
[0068] 图14示出到负载的输入电压、输入电流、整流电流以及在具有线路调整电路的LED 灯布置的实施例中的开关电流的示波器测量。
【具体实施方式】
[0069] 提供了对于关于技术属性和现象的本发明的实施例的特征的解释,后面接着提供 本发明的示例性实施例。
[0070] 磁性镇流器和电子镇流器两者被设计成用于启动、控制和限制供应到荧光管的电 流,并且调整由管消耗的功率。因为LED的电子特性,本发明的实施例基于两种类型的镇流 器可以适于用作未加工的LED驱动器的惊人的见解,其中具有特定数量的LED的一个或多个 串或组的总正向电压确定实际消耗的功率。如果在LED的正极的电压与在LED的阴极的电压 相比更正,则LED的正向电压是在LED之间的电压降。在可以通过串联连接具有已知特性的 特定数量的LED近似的特定的正向电压处,LED将消耗与在相同的镇流器上的等同的荧光管 相等或近似相等数量的功率。
[0071 ] LED可以被布置在电路中形成LED串,并且LED可以被添加到该串,或者从该串移除 以改变该串中的LED的数量和/或改变该串中串联连接或并联连接的LED的数量。因此,可以 调整LED串的总正向电压,从而增加或减少功率输出。
[0072] 就不同的输入功率水平而言,磁性镇流器和电子镇流器可以表现出不同的行为。 图3以当输出电压增加时由镇流器供应的功率近似线性增加描绘了用于典型电子镇流器的 特性曲线,证明作为电流源它的适用性。应当注意,电子镇流器通常包括过功率保护,一旦 功率达到一定水平,过功率保护就自动将由镇流器生成的电流下移。
[0073] 图4描绘了用于典型磁性镇流器(不包括过功率保护)的特性曲线。如图4所示,由 镇流器供应的功率随着输出电压增加到点10处的最大值,并且然后随着电压进一步增加降 低。当磁性镇流器被用于为LED串供电,相对于最大值点10处的情况,LED串的总正向电压增 加将导致将操作点移位到导致功率降低的最大值点10的右边。
[0074]如图4中可以看出,当在低于最大值10处操作时,特性曲线在两个不同的电压处表 现出相同的功率输出。例如,在大约50V和21OV的操作电压处实现40瓦的功率输出,以图4中 的虚线11和虚线12表明。在这两个电压处,照明装置将在具有基本上相同的输出功率的两 个不同的电流水平和两个不同的功率因数处操作。在较高的电压操作点处,尽管显著地减 少无功功率,并且因此还减少了线圈和连接线中的电阻损耗以及镇流器核心的磁化强度和 饱和损耗,使得在上述输出功率处,照明装置具有较低的输入功率,并且因此它更有效地进 行操作。
[0075] LED-般比荧光管(稍微)更有效地产生光,并且因为LED照明具有方向性,所以来 自在所期望的方向上重定向光的损耗较低,使得在相同的光水平下LED照明所需的功率一 般明显地低于荧光照明。然而,当在低电压点操作时可以显著地损害效率,这可以完全使通 过LED照明的使用设想的省电无效。
[0076]相反,在由图4中的虚线12标识的较高的电压点处,根据本发明的方面提出的布置 的效率显著地较高。因此,至少对于具有磁性镇流器的照明装置,较高的电压配置(具有在 和与图4中的最大值点10相关联的电压水平相比较高电压水平处的操作点)是优选的。相 反,电子镇流器一般经配置用于"(有源)功率因数校正",这使得功率因数在全输出功率范 围上基本上恒定(g卩,不管操作点的电压水平)。因此,在电子镇流器中,主要由将主输入功 率转换为电子镇流器的高频输出功率的效率确定系统效率。因为有源功率因数校正,所以 降低输出功率与减少输入功率结合在一起,使得系统的操作消耗较少的功率。
[0077] 相对于磁性镇流器和电子镇流器两者的上述考虑的结果是根据本发明的实施例 的布置可以在两个不同的电压水平处和在两个不同的电流水平处进行操作,对于通常布置 在与更换的荧光灯一起使用的照明装置中的两种类型的(即,磁性和电子)镇流器,两个不 同的电压水平和两个不同的电流水平可以显著地不同,其中所述布置优选地与电子镇流器 和磁性镇流器两者兼容。
[0078] 在下面的表中示出了操作状况的示例。
[0079] 表1.1对于荧光灯
[0084] 根据一个实施例,提供了适合于在由不同类型的镇流器所需的不同电压和电流水 平处操作的布置。
[0085] 在本发明的实施例中,通过在可以根据安装在照明装置中的镇流器的类型改变的 电路配置中布置多个LED实现用于相应类型的磁性镇流器和电子镇流器的不同的电压和电 流水平。可以以LED串布置LED,并且在LED串之间强加来自镇流器的电源电压。LED串包括多 个LED组或LED的子串,其可以以至少两种不同的电路配置进行布置。每组LED通常将包括多 个LED,一组中的LED串联连接或并联连接或两者的组合,并且具有包括单个LED的一个或多 个组也是可能的。
[0086] -个可能的实施方式是将LED布置成连接的多个组,使得一个或多个组可以串联 或并联布置,以改变LED串的电路配置。另一个可能性是使一个或多个LED组被旁路或短路 或断开,以改变LED串的电路配置。
[0087] 可以通过包括一个或多个开关以改变LED组之间的连接来改变LED串的电路配置。 可以独立切换LED组(即,将一组或LED切换到与其他组串联或并联配置,或者使一组旁路、 短路或断开),或者多组可以被同时切换以实现多组LED的电路配置中协调一致的变化。例 如,对于包括三个LED组的LED串,三组可以在串联配置和并联配置之间切换,其中在所述串 联配置中三个LED组串联连接在电源电压之间,其中在所述并联配置中三个LED组彼此并联 连接在电源电压之间。
[0088] 图5示出包括两个全波整流器31a、全波整流器31b和阻抗32a、阻抗32b(其可以是 电感器、电阻器或在不同实施例中的其组合)以及在整流器的输出处布置在电源线30a、电 源线30b之间的LED串(还在整流器31a、整流器31b和阻抗32a、阻抗32b之间示出安全开关) 的示例性LED灯布置13的示意图表示。布置13可以被装配在具有与传统的荧光管相比较的 尺寸的单个壳体中,并且能够装配到代替荧光管的传统荧光装置中。
[0089] 图5中所示的实施例是具有位于朝向壳体的一端的整流器31a和位于另一端的整 流器31b、适于接收两个整流器的输入的两端的主电源电压的两端设计。然而,布置13还可 以适于接收壳体的一端处的整流器中的一个的两端的主电源电压的一端操作。
[0090] LED串包括被布置在第一组16中的LED 14和被布置在第二组17中的LED 15。组16、 组17中的每个包括在子串中串联连接的多个LED,以及可选的在与第一子串并联连接的第 二子串中串联连接的多个LED。可以以下面描述的方式选择在每组中LED的总数量和组的布 置,以具有等于由例如要被更换的荧光灯消耗的功率的所得实际消耗的功率。
[0091] 布置13还包括具有并联连接到第一组LED 16和连接二极管23的第一开关19的第 一旁路连接18、以及具有并联连接到第二组LED 17和连接二极管23的第二开关21的第二旁 路连接20。在另选的实施例中可以由合适的受控开关更换连接二极管23。由于开关19和开 关21用于改变LED串的电路配置,所以此后开关19和开关21被称为配置开关。
[0092] 可以通过操作配置开关19和配置开关21改变LED串的电路配置。当配置开关19和 配置开关21都打开(即,不导电)时,LED组16和LED组17(通过二极管23)串联连接在电源线 30a、电源线30b之间。当配置开关19和配置开关21都关闭(即,传导电流)时,LED组16和LED 组17并联连接在电源线30a、电源线30b之间。如果开关19关闭且开关21打开,则第二组LED 17被连接在电源线30a、电源线30b之间,然而第一组16仍然与第二组17串联,并且被有效地 旁路。如果开关19打开且开关21关闭,则第一组LED 16被连接在电源线30a、电源线30b之 间,然而第二组17仍然与第一组16串联,并且被有效地旁路。
[0093] 因此,实现了布置13的四种操作模式。在优选的实施例中,通过控制配置开关19、 配置开关21,使得它们都表现出相同的状态(例如,两个开关打开(open)或两个开关关闭 (closed)),有助于切换控制,同时实现足够的操作多样性以允许布置13适于磁性镇流器或 电子镇流器。
[0094] 可以根据照明装置中使用的镇流器的类型控制配置开关19、配置开关21以调整电 路配置。这可以通过提供检测磁性镇流器、或电子镇流器的存在、或在这两种类型的镇流器 之间进行区分,以及控制相应的配置开关的控制电路来完成。例如,控制电路可以例如通过 检测电压或电流的频率来检测由镇流器输出的电压或电流的特性。在图7和下面的描述中 示出了控制电路的一个实施例,但是还可以使用很多其他实施方式。
[0095] 在一个实施例中,当控制电路接收表明磁性镇流器被使用的输入时,控制电路打 开配置开关19和配置开关21两者,并且当控制电路接收表明电子
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