镇流器兼容的照明驱动器以及包括其的发光二极管灯

摘要

本公开包括一种设备，其包括：透明盖、用以与所述透明盖一起形成第一隔室的壳、布置在所述第一隔室内部的一个或多个发光二极管、以及布置在所述第一隔室内部且与所述一个或多个发光二极管电耦合的照明驱动器模块，所述照明驱动器模块包括：整流器，用于将AC信号转换为DC信号；电流传感器，用于测量被供应到所述一个或多个发光二极管的电流并提供有关所测量的电流的信息；第一开关装置，其与所述整流器和所述一个或多个发光二极管电耦合，并且能够被控制器控制以基于由所述电流传感器提供的所述信息中断或允许DC信号到所述一个或多个发光二极管的传输。

说明书

技术领域

本公开一般地涉及LED灯,并且更具体地涉及具有在有和没有镇流器的情况下都能工作的灵活的照明驱动器的LED灯。

背景技术

传统的荧光灯通过密封在灯内的气体的电离而发光，该电离允许高电流流过灯。通常荧光灯与镇流器相连接，镇流器用来限制流过灯的电流。在没有镇流器的情况下，直接连接至高电压电源的荧光灯可快速地且不可控制地增大其电流汲取，这然后可导致灯的过热和最终毁坏。

另一方面，诸如发光二极管(LED)的基于半导体光源的照明装置提供超过传统荧光照明系统的很多优势，诸如更高的能效和更长的预期使用寿命。但是,LED需要精确量的直流(“DC”)供应。这在人们尝试再利用包括灯头以及镇流器的现有的荧光照明器材时造成问题。简单地将荧光灯替换为LED灯是行不通的，因为镇流器由于各种因素可能向LED灯提供不受精确控制的交流电(“AC”),所述因素诸如镇流器电路设计、装置差异、电压差异、温度依赖性，等等。因此，通常LED灯与被设计用于荧光灯的现有系统不兼容，并且在现有系统可以用于LED灯之前需要额外的重新布线来移除或绕过镇流器。另一方面，这些LED灯可与被设计为仅用于不包括镇流器的LED灯的系统完全兼容。然而，对于这样的系统，仍有需要精确控制供应给灯内的LED的电流以控制由LED产生的光的强度。

因此，需要具有在有和没有镇流器的情况下都工作的灵活照明驱动器的LED灯，其允许容易地将LED灯改装到现有荧光灯照明器材以及LED器材中，同时提供对由LED灯提供的光强度的精确控制。

发明内容

本公开包括设备。该设备的实施例包括：透明盖、用以与所述透明盖一起形成第一隔室的壳、布置在所述第一隔室内部的一个或多个发光二极管、以及布置在所述第一隔室内部且与所述一个或多个发光二极管电耦合的照明驱动器模块。在一些实施例中，照明驱动器模块包括：整流器，用于将AC信号转换为DC信号；电流传感器，其被配置为测量被供应到所述一个或多个发光二极管的电流并提供有关所测量的电流的信息；第一开关装置，其与所述整流器和所述一个或多个发光二极管电耦合，并且能够中断或允许DC信号到所述一个或多个发光二极管的传输；以及控制器，用于基于由所述电流传感器提供的所述信息接通或关断所述开关装置以分别允许或中断所述DC信号到所述一个或多个发光二极管的传输。

应当理解的是，前面的一般描述和以下详细描述仅仅是示例性和说明性的，并且不限制本发明，如所声称的那样。

附图说明

现在将参考示出本申请的示例实施例的附图，在附图中：

图1A和1B每个均示出与本公开的实施例一致的包括示例性发光二极管管形灯的照明器材。

图2A和2B每个均是示出与本公开的实施例一致的示例性发光二极管管形灯的分解图。

图2C和2D每个均是示出与本公开的实施例一致的示例性发光二极管管形灯的截面图。

图2E示出与本公开的实施例一致的示例性灯帽的两个不同视图。

图3是示出与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器的框图。

图4是示出与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器的详细图。

图5是示出与本公开的实施例一致的另一示例性照明驱动器的详细图。

图6A示出当驱动器在有和没有镇流器的情况下工作时在与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器中测得的电感器电流和电压的测量结果。

图6B示出当驱动器在有和没有镇流器的情况下工作时由与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器提供的到LED装置的电流和电压的测量结果。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中被示出。只要可能，相同的附图标记贯穿全部附图将被用来指代相同或相似的部分。

注意，在实施例的相应附图中，信号用线来代表。一些线可能是更粗的以指示更多成分信号路径，以及/或者一些线在一个或多个端部处具有箭头以指示基本信息流动方向。这样的指示并不意图是限制性的。更确切地说，这些线与一个或多个示例性实施例相结合地被使用以促进对电路或逻辑单元的更容易的理解。如设计需要或偏爱所述的，任何被代表的信号实际上可包括可沿着两个方向中的任一方向行进且可利用任何合适类型的信号方案被实施的一个或多个信号。

图1A示出与本公开的实施例一致的包括示例性LED管形灯130的照明器材100。如图1A中所示，照明器材100被连接到电源110，照明器材100接收来自电源110的交流电(“AC”)信号。照明器材100还包括镇流器120。照明器材100可被用于传统荧光灯，并且镇流器120可被用来例如限制被供应给荧光灯的电流。

然而，在图1A中，LED管形灯130、而非荧光灯被安装在照明器材100中并从镇流器120接收具有被限制在一定值之下的电流的AC信号。LED管形灯130包括LED驱动器电路133以及串联连接的一个或多个LED灯135a-135h。LED驱动器电路133从镇流器120接收电流受限的AC信号，并向LED灯135a-135h提供具有预定量的电流的直流(“DC”)信号。

图1B示出与本公开的实施例一致的包括示例性LED管形灯130的照明器材150。如图1B中所示，照明器材150被连接到电源110，照明器材150接收来自电源110的AC信号。然而，不象照明器材100那样，照明器材150不包括镇流器，并且不可用于传统荧光灯。LED驱动器电路133在没有镇流器的情况下从电源110接收AC信号，并向LED灯135a-135h提供具有预定量的电流的DC信号。

图2A是示出与本公开的实施例一致的示例性发光二极管管形灯200的分解图。如图2A中所示，LED管形灯200包括基座壳210、透明盖212、驱动器模块214、一个或多个LED灯218被安装在其上的支持板216以及一个或多个灯帽220。驱动器模块214包括与本公开的实施例一致的用于向LED灯提供电流的照明驱动器电路，稍后将讨论其细节。

如图2A中所示，基座壳210和透明盖212形成隔室223，其中如图2C中所示，平台222将隔室223分割成上隔室223a和下隔室223b。下隔室223b可被用来容纳驱动器模块214，而支持板216可被安装在平台222上。如图2A和2C中所示，在一些实施例中，平台222包括沟槽，并且支持板216可被安装在平台222的沟槽的底部上。

在一些实施例中，平台222和基座壳210中的至少一个可由金属或具有良好导热性的材料做成。这样的布置允许平台222(和/或与基座壳210一起)经由支持板216将由LED灯218产生的热量传导离开，以向LED的装置提供冷却效果并延长装置的寿命。如图2A和2C中所示，在一些实施例中，透明盖212进一步包括一个或多个透明突出部板212a。当透明盖212与基座壳210一起形成隔室223时，突出部板212a可被适配为将支持板216压靠在平台222，这可以进一步改善平台222对LED灯218的冷却效果。

如图2C中所示，在一些实施例中，由壳210、透明盖212、和平台222形成的隔室223a和223b可以是椭圆形状，其中LED灯218被安置为略低于椭圆的中心并且远离透明盖。这样的布置可以提供使内反射最小化并使来自LED管形灯的光量最大化的好处。

在一些实施例中，支持板216包括具有配线的印刷电路板以向安装在其上的LED灯提供电力。在一些实施例中，支持板216包括钩或闩锁(在图2C中未示出)以可拆卸地安装LED灯，以便每个LED灯可以单独地被替换。

返回参考图2A，在一些实施例中，灯帽220被配置为封住透明盖212的一端和基座壳210的一端并提供结构性支持以将它们保持在一起。在一些实施例中，一对灯帽220可被用来封住透明盖212和基座壳210的两端。灯帽220还包括在例如电源110(或镇流器120)和驱动器模块214之间提供电连接的连接器224。在一些实施例中，灯帽220可容纳驱动器模块214的一部分或全部。在一些实施例中，灯帽220还可以包括开关(在图2A中未示出)，该开关可以中断或允许到驱动器模块214的电供应，并允许灯管在安装和测试期间被进一步从电源隔离以提高安全性。在一些实施例中，灯帽220可以经由螺钉226被拧到基座壳210，以进一步加强灯管的所组装的结构。

图2B是示出与本公开的实施例一致的示例性发光二极管管形灯250的分解图。如图2B中所示，LED管形灯250包括形成隔室263的基座壳260和透明盖262。LED管形灯250还包括平台272以安装支持板266。一或多个LED灯218可被安装在支持板266上，支持板266还包括连接器264以接收被供应给LED灯的电流。如图2D中所示，平台272也可将隔室263划分成上隔室263a和下隔室263b，其中平台272(和LED灯218)安置在隔室263的中心以下且更接近于基座壳260的底部，以使内反射最小化并使来自LED管形灯的光量最大化。

返回参考图2B，在一些实施例中，LED管形灯250还包括具有一个或多个中空的连接器272的灯帽270以及具有一个或多个连接器276的驱动器模块274。驱动器模块274包括与本公开的实施例一致的用于向LED灯提供电流的照明驱动器电路，稍后将讨论其细节。类似于图2A的连接器224，中空的连接器272也可以在例如电源110(或镇流器120)和驱动器模块274之间提供电连接。灯帽270可以容纳并保持驱动器模块274，其中驱动器模块274的连接器276被安装在中空的连接器262的内部。在一些实施例中，连接器276可以被焊接到中空的连接器272的内部，以改善连接器之间的连接性(以及减小电阻抗)并进一步改善组装效率。

虽然在图2A-2D中示出了灯管，但本领域普通技术人员将理解，灯可以采取各种形状且决不限于管状。

图2E示出与本公开的实施例一致的示例性灯帽240的两个不同视图。在一些实施例中，灯帽240可被用来替换图2A中的灯帽220或图2B中的灯帽270。如图2E中所示，灯帽240包括可以以类似于图2A的连接器224(和图2B的连接器图的272)的方式工作以提供与相应驱动器模块的电连接的一个或多个连接器241。灯帽240还包括在所示的实施例中可以通过按下开关而被接通或关断的一个或多个开关242。开关可以开启或关闭连接器241和驱动器模块之间的连接。这样的布置允许灯管在安装和测试期间被进一步从电源隔离，以提高安全性。

图3是示出与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器300的框图。如图3中所示，照明驱动器300包括输入滤波器和整流器单元310、电流调节器单元320和输出滤波器单元330。在图3中，照明驱动器300经由导线340连接到镇流器350，镇流器350然后连接至电源(在图3中未示出)。可替换地，照明驱动器300也可以经由导线360直接连接至电源。在从镇流器350或直接从电源接收AC信号后，输入滤波器和整流器单元310可以对AC信号进行整流并将其转换成DC信号，并对DC信号进行滤波以使其进一步稳定。单元310然后可以提供稳定的DC信号360到电流调节器单元320，电流调节器单元320可从DC信号370生成载送电流的DC信号380。电流调节器单元320也可以包括反馈机制，其中DC信号380的电流被监测，并且DC信号380可以被调整，以便其电流被维持在预定的水平。输出滤波器单元330可以进一步稳定DC信号380并将其提供给一个或多个LED 390。

图4是示出与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器400的框图。照明驱动器400包括整流器410、输入滤波器420、开关装置430、电流传感器440、控制器450、电压源460、电感器470和包括并联连接的电阻器和电容器的输出滤波器480。在一些实施例中，开关装置430是场效应晶体管(FET)，但是其他合适的开关装置可替代地被使用。控制器450可包括一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)以及外围电路，诸如收发器、接收器、A/D适配器等。电流传感器440可包括沿着电流路径的电阻器，以将电流转换成电压测量结果，并且电压测量结果可被控制器450用来监测经过电流传感器440的电流。

照明驱动器400接收来自镇流器或直接来自电源的AC输入，并输出DC信号至LED 490。在接收AC输入后，可使用整流器410来对AC输入进行整流以将其转换为DC信号。如图4中所示，在一些实施例中，整流器410包括二极管桥以执行全波整流。在一些实施例中，整流器410还可以包括电容器和电感器(在图4中未示出)以在输入信号进入二极管桥之前对其进行滤波。在整流后，可使用输入滤波器420来对整流后的DC信号进行进一步的滤波。可使用输入滤波器的各种拓扑，诸如π滤波器、T滤波器、L滤波器或双二阶滤波器可以被使用。在一些实施例中，可使用诸如运算放大器的有源电子部件来实施滤波器。本领域普通技术人员将认识到，用于输入滤波器拓扑的上面列出的选项仅仅是为了说明而并不代表可用于输入滤波器420的实施的所有选项。

被滤波后且被整流后的DC信号然后可以被提供给电压源460，电压源460可被用来从DC信号生成到控制器450的供应电压。在一些实施例中，控制器450可在比被整流后的DC信号(其在美国可处于110V或者在其他国家可处于220V)低得多的电压下工作。在这些实施例中，电压源460可以包括一个或多个电阻器以在DC信号被供应给控制器450之前将电压降引入DC信号。在工作期间，控制器450可以首先接通开关430，这可以允许DC信号到达并穿过电感器470。在开关被接通的时间期间，伴随DC信号的电流可以通过电流传感器440。当电感器经历电流的增大时，磁能量可以积累在电感器中，并且存储在电感器中的磁能量的量可取决于开关被接通的时间量。电流然后可以通过电感器，被输出滤波器480滤波，并且然后供应给LED490。

电流传感器440可以测量穿过电感器的电流，并且可以将测量结果提供给控制器450。基于所测得的电流，控制器450可决定是否继续保持开关装置430接通或关断。例如，如果所测得的电流(其基本上等于被供应给LED490的电流)超过阈值，则控制器450可以关断开关430，这会切断到电感器470的电流的供应，并迫使电感器470释放存储的磁能量，将它转换为电流并将电流供应给LED 490，以在开关430被关断的时刻维持通过电感器的电流的持续性。由于电感器所供应的电流量取决于存储的磁能量，当存储的磁能量下降(直到被耗尽以供应电流)时，电感器供应的电流也减少。控制器450可以检测通过电流传感器440的减少的电流。当电流降至阈值以下时，控制器450可以接通开关装置430以让DC信号再次供应电流到电感器(和LED 490)。由于开关装置430的接通时间和关断时间可以分别确定被电感器存储和释放的能量量，因此，通过使用其中控制器基于电感器电流调整开关装置430的接通时间和关断时间的量的反馈环，可以实现到LED 490的精确量的输出电流。另外，在被提供给LED 490的电流量由反馈环来调节的情况下，电流变得基本独立于输入AC信号或伴随其的电流的大小，并且可以大部分取决于反馈环所使用的阈值。

在一些实施例中，第二开关装置(在图4中未示出)可被包括在照明驱动器400中。第二开关装置也可被控制器450控制，以在开关装置430关断时将电感器470的输入侧(用标记A来表示)接地。这样的布置可以更快地消除开关装置430中的残留电荷并可以改善反馈环的响应能力。

在一些实施例中，并非具有连接在开关装置430(经由电流传感器440)和输出滤波器480之间的电感器470，可以使用包括第一电感器和第二电感器的变压器(在图4中未示出)来将通过开关装置430的电流磁耦合到输出滤波器。在此情况下，变压器的第一电感器与开关装置430电耦合，而第二电感器经由二极管与输出滤波器480电耦合。当开关装置430被接通时，电流可以在第一电感器中流动，从而产生磁场，该磁场然后可以被第二电感器捕获并被存储作为磁能量，而二极管可以防止第二电感器将电流供应给LED 490。因此，输出滤波器480中的电容器将电流供应给LED 490。当开关装置430被关断时，存储在第二电感器中的磁能量可被消耗作为电流，该电流然后可以对输出滤波器480中的电容器进行充电，以为LED 490提供电流。同时，第二电感器也可以磁耦合回第一电感器(当开关装置430被关断时)，以导致流过电流传感器440的电流，该电流指示流经LED 490的电流量。电流传感器440然后可以测量该电流并将信息提供给控制器450。控制器450然后可以调整开关装置430的接通时间和关断时间以控制通过LED490的电流。这样的布置可允许使输出负载(其包括例如输出滤波器480和LED 490)从输入AC信号隔离，这可以进一步稳定被供应给LED 490的DC电流。

图5是示出与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器500的框图。如图5中所示，照明驱动器500可以包括与照明驱动器400的那些相同的一些部件，诸如整流器410、输入滤波器420、电流传感器440、控制器450和输出滤波器480。照明驱动器500也包括作为连接在开关装置430(经由电流传感器440)和输出滤波器480之间的变压器510的一部分的第一电感器510a。第一电感器与同样是变压器510一部分的第二电感器510b磁耦合，第二电感器510b然后可以将电流供应给电压源520，电压源520然后可以供电给控制器450。这样的布置的好处是改善效率。在其中控制器450工作在比被整流后的DC输入电压低得多的电压(其可以是110V或220V)下的一些实施例中，在电压源520中使用电阻器来降低电压可能是不理想的，因为电阻器耗电，并且如果控制器450的大部分的电力是来自通过电阻器的、被整流后的DC输入信号则可能浪费大量的电。另一方面，在具有可以向控制器450提供第二电流源的第二电感器的情况下，允许控制器450避免主要从通过电阻器的DC输入信号获取电流，并且可以获得更高的能效。

图6A示出当驱动器在有和没有镇流器的情况下工作时在与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器中测得的电感器电流和电压的测量结果。在图6A中，左边的图表示出在驱动器电路(例如图4的驱动器电路400)直接从电源接收电力时在例如图4的电感器470的节点A测得的电压和电流，而右边的图表示出在驱动器电路400从镇流器接收电力时在电感器470的相同的节点A测得的电压和电流。如图6A中所示，开关430的接通/关断时间(如由电感器电压揭示的)在驱动器电路在具有和没有镇流器的情况下工作的时间之间被调整。由于接通/关断时间的变化，通过电感器的峰值电流也改变。

图6B示出当驱动器在有和没有镇流器的情况下工作时由与本公开的实施例一致的示例性照明驱动器提供的到LED装置的电流和电压的测量结果。在图6B中，左边的图表示出在驱动器电路(例如图4的驱动器电路400)直接从电源接收电力时跨例如图4的LED 490两端测得的电压和电流，而右边的图表示出在驱动器电路400从镇流器接收电力时在LED 490处测得的电压和电流。如图6B中所示，供应给LED的平均电压和电流保持在类似的水平，无论驱动器电路是否通过镇流器接收电力。

在前述说明书中，已经参考可以随着实施方式不同而改变的许多特定细节描述了实施例。可以做出对所描述的实施例的某些改动和更改。通过考虑本说明书和本文中所公开的发明的实践，其它实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。意图是，将说明书和示例视为仅仅是示例性的，其中本发明的范围和精神由下面的权利要求来指明。还意图，附图中示出的步骤序列仅仅出于说明性目的并且不意图被限制为任何特定的步骤序列。因此，本领域技术人员可以认识到，在实施相同的设备或方法时这些步骤可以以不同的顺序被执行。

另外，为了说明和讨论的简洁起见并且为了不模糊本公开，到集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接可在所提供的图中被示出或未被示出。另外，为了避免模糊本公开，并且还鉴于有关这样的框图布置的的细节高度依赖于本公开要在其中被实施的平台(即这样的细节应当完全在本领域技术人员的视界内)这一事实，可以以框图的形式示出布置。在阐述了特定细节(例如，电路)以便描述本公开的示例实施例的情况下，对本领域技术人员来说应当显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下或在改变这些特定细节的情况下实现本公开。因此该描述被视为是说明性的，而非限制性的。