無起火和電擊危險的具有寬范圍輸入電壓和頻率的線性固態照明的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及線性發光二極管(LED)燈，其與配置成電連接電子式鎮流器或AC市電的線性管燈燈具一起使用。本發明尤其涉及通用、無電擊和起火風險、具有電擊保護機構的線性LED管燈。
【背景技術】
[0002]源于半導體發光二極管(LED)的固態照明迄今在一般照明應用領域已受到大量關注。由于其相較傳統的白熾燈泡和熒光燈管更節能、更保護環境(不使用危險物料)、效率更高、尺寸更小及壽命更長的潛力，基于LED的固態照明將在不久成為一般照明的主流。同時，隨著LED技術的發展，在全球范圍內能量效率和清潔技術的驅動下，越來越多的家庭和組織將采用LED照明用于其照明應用。在該趨勢下，對潛在安全的擔心如電擊和起火風險變得尤為重要，因此值得加以探討并解決。
[0003]在現今用線性LED管(LLT)燈代替現有熒光燈管的更新應用中，消費者可選擇采用兼容鎮流器的LLT燈(使用用于與熒光燈管搭配工作的現有鎮流器)或通過去除/繞過鎮流器而采用可與AC市電搭配工作的LED燈。任一應用均具有其優點和缺點。在前一情形下，盡管鎮流器消耗額外的功率，但更換熒光燈管簡單，不需重新接線，這使得消費者具有其為熒光管燈的最佳替代的第一印象。但事實是該方法的總成本高，盡管其初始成本非常低。例如，兼容鎮流器的LLT燈僅與特定類型的鎮流器一起工作。如果現有鎮流器與兼容鎮流器的LLT燈不兼容，消費者將不得不更換鎮流器。較早以前建立的一些設施包括不同類型的燈具，這需要大量的勞動力來識別鎮流器和更換不兼容的鎮流器。此外，兼容鎮流器的LLT燈的壽命比鎮流器長。當舊鎮流器壞掉時，將需要更換新的鎮流器以保持兼容鎮流器的LLT燈工作。維護將較復雜，有時對燈進行，有時對鎮流器進行。因針對遍及設施的數百個燈具調換兼容鎮流器的LLT燈產生的成本將超過初始節省的成本。當燈具中的鎮流器壞掉時，該燈具中的所有兼容鎮流器的管燈熄滅，直到更換鎮流器為止。此外，更換故障鎮流器需要經過認證的電工。勞動成本和長期維護成本對于終端用戶將不可接受。從節能角度，鎮流器始終消耗功率，即使兼容鎮流器的LLT燈壞掉或未安裝時也是如此。這樣，在使用兼容鎮流器的LLT時節約的任何能量因鎮流器恒定使用能量而變得沒有意義。從長遠來看，兼容鎮流器的LLT燈相較自立的可使用AC市電操作的LLT燈更貴但效率反而更低。
[0004]相反，可使用AC市電操作的LLT燈不需要鎮流器即可工作。在使用可使用AC市電操作的LLT燈之前，必須去除或繞過燈具中的鎮流器。去除或繞過鎮流器不需要電工，可由終端用戶進行更換。每一可使用AC市電操作的LLT燈獨立工作。如果燈具中的一個可使用AC市電操作的管燈熄滅，該燈具中的其它燈不受影響。一旦安裝好，可使用AC市電操作的LLT燈將僅需要在50000小時之后進行更換。鑒于兼容鎮流器的LLT燈和可使用AC市電操作的LLT燈的上述優點和缺點，似乎市場需要一種最有成本效益的解決方案，其使用可與AC市電一起使用并與電子式鎮流器兼容的通用LLT燈，使得LLT燈用戶可通過轉換到前述通用LLT燈節約初始成本，之后在鎮流器壞掉時翻新燈具以與AC市電一起使用。
[0005]電子式鎮流器有幾種類型。然而，在美國，瞬時啟動電子式鎮流器在燈具中最普遍，因為它們相較其它類型的電子式鎮流器效率更高、成本更低并只有很少幾根用于安裝的導線。盡管如此，對于兼容鎮流器的LLT燈，最好與瞬時啟動或快速啟動電子式鎮流器兼容。在下文中，在提及鎮流器時指瞬時啟動電子式鎮流器，除非明確說明是快速啟動電子式鎮流器。
[0006]如上所述，有成本效益的解決方案可以是將鎮流器用作LED驅動器的一部分以使管燈工作。在一些現有技術方案中，提出開關模式電源(SMPS)型LED驅動器與鎮流器一起使用，但由于鎮流器內偶爾起火而尚未被完全接受。這些起火的原因已被確定為SMPS型LED驅動器中的大dc輸入電容器，其由于過度的初始諧振電壓而可能破壞鎮流器中的電容器。用于AC市電的傳統SMPS型LED驅動器包括降壓(Buck)轉換器，其可將110?277VAC的輸入電壓有效地轉換為向線性管燈中的LED供電所需要的DC電壓。然而，鎮流器具有遠高于277VAC的輸出電壓，頻率也高于60Ηζ ο前述Buck轉換器受控制邏輯控制，而控制邏輯具有幾個限制其在鎮流器應用中使用的缺點。首先，控制邏輯具有低工作電壓范圍，這固有地限制可使用的輸入電壓的寬范圍。其次，控制邏輯中的過電壓保護(OVP)功能在受低工作范圍限制的低電壓時啟動。當來自電子式鎮流器的輸入電壓超過某一值時，OVP用于使停止工作，使燈停止工作。第三，Buck轉換器按連續傳導模式工作，其中輸入電流未能跟隨輸入電壓，導致AC市電的功率因數低及鎮流器的接通或其它工作故障。第四，控制邏輯僅由通過小電容輸入電容器建立的電壓供電以滿足短啟動需要。當輸入電壓下降到最小工作電壓水平時，控制邏輯不能工作及不向開關發送信號，及Buck轉換器停止工作直到輸入電壓水平恢復為止，這導致閃爍。對于僅與電子式鎮流器搭配工作的線性管燈，功率和電流控制基本上經阻抗或輸出電壓控制進行。在前者情形下，當輸入頻率變化時，阻抗變化，從而改變流入驅動電路的AC電流。在實踐中，一個鎮流器被期望使2-4個燈工作，及鎮流器的輸出頻率隨負載增加而降低，這意味著總功耗不會隨著所使用的燈的數量增加而線性增加。在最壞情形下，針對燈具中的一組3個或4個燈設計的、由鎮流器供電的LED管燈，如果其獨自安裝在燈具中，可能因超過額定電流的電流流入燈中的LED陣列而被燒壞。對于輸出電壓控制方法，其可與電子式鎮流器一起工作但不能用在AC市電中。總的來說，傳統LED驅動器不能與鎮流器一起工作及不能使LED管燈在調節功率下適當地工作，從而導致不穩定的發光輸出。不用說同樣的LED驅動器能使LED管燈能與AC市電搭配工作。因此，本發明的目的在于公開一種用來自AC市電或鎮流器的輸入單元及用在兩種情形下調節的LED電流使LED燈工作的方法。
[0007]在2014年8月21日申請的美國專利申請14/465，174中，在LLT燈中采用兩個雙電擊保護開關和頻率感測及控制機構，使得來自電子式鎮流器或AC市電的AC功率能使燈工作，而沒有運行不確定性和電擊危險。換言之，無論燈具是配置為兼容AC市電還是兼容電子式鎮流器方式，LLT燈自動檢測配置并針對任一配置工作。然而，LLT燈中使用的頻率感測和控制機構需要另外的感測和控制裝置，其可靠性可能受到損害。此外，當來自鎮流器的AC電壓提供給LLT燈中的LED驅動電路時，頻率感測和控制機構將從鎮流器的AC電壓輸出整流得到的DC電流無調節地導向輸出電容器，這可能產生不想要的輸出功率。在該情形下，一旦LLT燈中的LED陣列未適當地作為消耗輸出電容器中存儲的能量的負載，跨其的電壓可能超過其額定電壓并使其燒壞，從而導致LED驅動電路內部起火。
[0008]所有LLT燈，無論是可使用AC市電操作的還是兼容鎮流器的，均具有與產品安全有關的且需要在大范圍部署之前解決的結構問題。該類LLT燈總是不能通過安全測試，其測量通過燈泄漏的電流。由于高AC電壓在燈管連接到電源時施加到燈管的兩端，從一端到另一端的電流泄漏的測量始終導致可觀的電流，這存在在更換燈管期間遭受電擊的風險。由于對在現有焚光燈管燈具中更換LLT燈的人存在潛在電擊風險，Underwriters Laboratories(UL)使用其UL935標準(更換燈期間(通過燈)的電擊風險)進行電流泄漏測試并確定與AC市電搭配工作的LLT燈是否滿足消費者安全要求。實際上，當來自鎮流器的高AC電壓施加到LLT燈時，存在同樣的電擊危險。實驗結果表明，人的皮膚可能因這樣的電擊而被燒壞。在本發明中，所有這樣的問題將得以很好地解決。
【發明內容】
[0009]通用線性LED管(LLT)燈包括具有兩端的殼體、具有連接為LED陣列的多個LED的LED印刷電路板(PCB)、透鏡、其兩個輸入連接到所述燈的每一端處的雙插針的兩個插針之一的橋式整流器、一體化LED驅動電路及兩個輸入模塊，每一輸入模塊包括電擊保護開關，所述燈用于更換具有現有電子式鎮流器或簡單地具有AC市電就緒配置的、翻新或新生產的線性管燈具中的熒光燈管。當前述通用LLT燈安裝在燈具中時，一體化LED驅動電路可檢測輸入電壓和頻率有多高并進行適當和必要的管理，使得通用LLT燈可與現有電子式鎮流器或者簡單地與AC市電搭配工作，而沒有運行不確定性。當一體化LED驅動電路中的前述配置與通用LLT燈兩端的電擊保護開關一起使用時，電擊保護開關可有效地阻止電流通過一體化LED驅動電路流到尚未安裝在燈具插座中的暴露的雙插針，無論該電流是來