專利名稱：Combined ballast for fluorescent lamp and light emitting diode and method of ...的制作方法
技術領域：
本申請涉及燈組件，更具體來說，涉及合并有熒光燈、更優選地為緊湊型熒光燈 (CFL)光源與至少一個發光二極管(LED)光源的組合燈組件。更具體來說，本申請涉及用于 操作燈組件的組合布置，具體來說涉及兩種光源的組合驅動器電路。但是，要領會本公開可 在相關環境和應用中得到應用。
背景技術：
提供具有組合光源的燈組件一般是已知的。例如，不同類型的光源可組合在其中 各光源提供不同類型的光輸出的燈組件中，并且組合輸出提供無法通過任一光源單獨實現 的光線的混合。共同擁有和共同未決申請(Attorney Docket No. 226177/GECZ 2 00824(美 國序號12/021880，2008年1月29日提交))公開一種組合燈組件，它包括CFL光源和至少 一個LED光源，并且通過引用將其公開明確結合到本文中。具體來說，LED優選地是發出紅 光的LED。將LED的紅光與CFL的輸出混合，以便有利地向組合光輸出提供強化的紅色。對光源進行組合的已知燈組件通常采用獨立的第一和第二驅動器電路，即控制 CFL的專用第一驅動器電路和控制LED的專用第二驅動器電路。CFL要求高電壓、AC電源， 并且與其關聯的第一驅動器電路或鎮流器是持續發展和改進的領域。另一方面，LED通常要 求DC電源和低電壓。因此，雖然將不同類型的光源組合在單個燈組件中對于光輸出有利， 但是這種組合呈現獨特的問題，因為所需驅動器電路非常不同。如要領會的，獨立驅動器電 路給燈組件增加不希望的成本和復雜度。又一考慮是燈組件的空間要求。難以在與燈組件關聯的有限體積中包含獨立的 LED和CFL驅動電路。同樣，如果組合驅動電路，則空間要求的相同問題仍然存在。存在從AC線路(Iine-AC)源驅動LED的若干方式。例如，一個建議將變壓器用于 低電壓驅動以及將在變壓器之前或之后的電阻器或電容器用于限流。另一選項是采用使用 具有限流器或者電流發生器(generator)的開關式電源的電流發生器電路。開關式電源與 若干LED連接。電流受電容器和/或電阻器限制。在已發表國際申請W02007/066252 Al中公開了集成或組合電路的一種建議解決 方案。LED電路與熒光燈串聯連接，并且向LED電路供應驅動熒光光源的高頻交變電流。各 LED電路具有至少三個并聯支路，即第一支路包括阻抗電路，而第二和第三支路包含以逆并 聯(anti-parallel)關系連接的LED。阻抗電路控制在任一時刻流經第二和第三支路中之 一的電流量(即，如果存在高阻抗，則AC的大部分流經第二或第三支路，并且反過來，如果 存在低阻抗，則AC電流的小部分流經第二和第三支路)。由于LED允許電流僅沿一個方向 流動，并且LED以逆并聯關系設置在第二和第三支路中，所以交變電流可在任一時刻流經 第二和第三支路中之一。這種解決方案不合要求，因為LED和熒光燈串聯連接。如上所述，由于單獨LED通 常由DC電流驅動，并且熒光燈由AC電流驅動，所以組合燈組件必然需要至少兩個LED-— 個在各電流方向可操作。此外，由于這些部件以串聯關系設置，所以流經熒光燈和LED驅動器電路的電流必然相同。此外，熒光燈的點亮要求高電壓(例如對于緊湊型熒光燈組件大 約為100伏特)。這個電壓級別(level)對于LED不合要求，因為它可能損壞LED光源。因此，存在對廉價緊湊型低功率有效光組件以及針對不同類型光源的競爭性不同 要求并且克服上述缺陷的關聯組合驅動器電路的需要。
發明內容
本申請公開一種組合燈組件，它合并有具有組合驅動器電路的不同的第一和第二 光源(例如熒光燈和LED)，其中LED不由AC線路驅動。用于驅動熒光燈和至少一個發光二極管(LED)的光組件驅動器電路優選地包括 集成驅動器電路，該集成驅動器電路包括交流(AC)電路，包含用于驅動熒光燈的至少一 個鎮流器線圈；以及直流電路，具有與鎮流器線圈電感耦合的副邊繞組以用于驅動LED。在另一實施例中，將電荷泵電路添加到常規熒光燈電路。將軟開關電容器包含在 電荷泵電容器中。供應給LED的電流由電容器的值、開關頻率和DC母線電壓確定，并且因而 提供至LED的電流供應的延遲。這種延遲有利地防止LED免于點亮熒光燈所需的大電壓。一種驅動燈組件的方法，所述燈組件包括至少一個熒光燈和至少一個發光二極管 (LED)以及用于向熒光燈和LED供電的組合驅動器電路，該方法包括向熒光燈的驅動器電 路的第一部分供應高電壓AC ；向LED的驅動器電路的第二部分供應低電壓DC ；以及在驅動 器電路的第二部分中提供與驅動器電路的第一部分中驅動熒光燈的鎮流器線圈電感耦合 的副邊繞組。主要有益效果是有效集成組合燈組件的驅動器電路的能力。另一有益效果涉及不同光源的不同需要的低成本解決方案。又一有益效果與保護LED免于操作上關聯熒光燈驅動器電路的高電壓關聯。又一有益效果在于與熒光燈驅動器組合的緊湊型低功率耗散LED驅動器。另一有益效果產生于點亮燈的簡易性，因為在點亮期間沒有加載電路。又一有益效果通過對LED的過電壓保護來提供。通過閱讀和理解以下具體實施方式
，其它有益效果和優點對本領域技術人員將顯 而易見。
圖1示出合并有本公開的組合驅動器電路的類型的組合燈組件。圖2是用于驅動組合燈組件中熒光光源和LED光源二者的組合電路的第一優選實 施例。圖3以圖形方式示出組合燈組件的點亮階段期間的不同電路參數。圖4類似地示出一旦燈組件已經達到穩態操作時的不同電路參數。圖5是用于驅動組合燈組件中熒光光源和LED光源二者的組合電路的第二優選實 施例。圖6是可添加到組合燈組件中常規熒光光源電路的LED電路的第三優選實施例。圖7是用于驅動組合燈組件中熒光光源和LED光源二者的組合電路的第四優選實 施例。
具體實施例方式首先來看圖1，示出LED集成熒光燈組件100，它具有包括附連到通常由塑料制成 的殼體或外殼106的至少一個低壓放電管104的低壓熒光放電燈布置102。在所示實施 例中，熒光燈或光源是CFL燈，它包括兩個一般U形的低壓放電管108，各放電管放射白光 (3000K-4000K,480-12001m)。當然要領會，可使用其它熒光燈布置，例如具有延長路徑并且 按照本領域一般眾所周知的方式的螺旋放電管。放電管布置102和外殼106可裝配在一起 作為單個元件。例如玻璃封裝或外燈泡120的封裝可包含熒光放電燈布置102。將外封裝固定到 殼體的一端，并且殼體的另一端通常包括底座，例如將燈組件與關聯燈配件(fitting)或 燈座(未示出)機械和電連接的愛迪生類型螺紋底座122。LED 124設置在底座中，并且可 連接到例如黃銅圈126的散熱片以便耗散熱量。另外，在這個實施例中示為延長線性光導 的光導128接收來自設置在底座中的LED的光線，并且將光線(例如由LED發出的紅光) 傳送到放電管108的暴露長度附近或者沿其傳送，其中有利地將LED紅光與來自CFL的白 光混合。燈電子器件往往封裝在底座中。熒光燈由常規AC電源驅動，并且包括鎮流器線圈 130和關聯電子器件，以便啟動放電管中的電弧(arc)并提供CFL的穩態操作。由于CFL電 子器件的細節和操作是本領域眾所周知的，所以進一步論述被認為不是全面和完整理解本 公開所必要的。還要理解，放電管要求升高的電壓級別(例如在100伏特或以上的范圍)， 以便啟動電弧，并且此后電弧放電的持續操作要求更低的電壓級別。但是，如上所述，高電 壓級別可對LED光源具有不利影響。本公開獨特地將熒光燈和LED的驅動電路集成到有利地將LED驅動器連接到CFL 鎮流器的組合解決方案。更具體來說，并且參照圖2，鎮流器線圈130是CFL驅動器電路132 中唯一示出的組件。LED驅動器電路134從關聯鎮流器線圈130的副邊繞組136供電。優 選地，副邊繞組與CFL鎮流器130的變壓器/線圈以電感方式耦合，并且副邊繞組驅動LED 電路。因此，LED電路中的電流取決于CFL鎮流器處于點亮還是穩態模式。副邊繞組被中 心抽頭，并且包括第一和第二副邊繞組部分136a、136b，以便經由二極管Dl和D2形成全波 整流器。這種布置是優選的，因為電壓降與Gratez橋相比時近似為一半。此外，所應用二 極管Dl、D2是低電壓肖特基二極管，以便進一步提供增加的效率。第一和第二場效應晶體管(FET)Q1、Q2被合并到電路中，以便在點亮CFL期間保護 LED。如已知的，晶體管依靠電場來控制溝道的導電性，具體來說，柵極端子控制從源極到漏 極的電子流。在這里，電阻器橋R3、R4控制場效應晶體管Q2由二極管D3和電容器Cl供應 的柵電壓。當通過鎮流器線圈的電壓在CFL點亮期間為高時，Q2的柵電壓升高到斷開FET Q2的級別。當Q2斷開時，Ql的柵極被拉低，使得Ql閉合。相應地，沒有電流可流經FET Ql，并且LED截止。但是，在燈點亮之后，鎮流器原邊線圈的電壓降低到穩態操作，并且副邊繞組 136a、136b上的電壓同樣降低。由于降低的電壓級別，場效應晶體管Q2閉合，因為其由R3 和R4所設置的柵電壓低于斷開電壓。因此，Ql的柵電壓則由R2、R3設置，使得Ql這時斷 開，并且LED由于電流流動而變亮。圖2的電路布置還是有利的，因為一旦獲得LED的正常穩定操作，則在這個LED電路中存在極低的電壓降，因為LED供應電流僅流經一個FET Ql 和一個肖特基二極管。這些關系在圖3和圖4以圖形方式示出。具體來說，參照圖3，啟動熒光燈中電弧 所需的高電壓Vm如三個圖形表示的底部圖表C3所示。一旦點亮熒光燈或CFL，則電壓V皿 顯著降低，如在CFL穩態操作期間由降低的電壓所表示并且在時間上稍后沿χ軸線呈現。在 FET晶體管Ql柵極的對應電壓點亮電壓級別Vm降低到較低操作級別之后的時間在 圖3的上部圖表中示為增加。同樣，如圖3的中間圖表所示的流經LED的電流I·沒有出 現，直到CFL的點亮電壓已經降低到更低的穩態級別。圖4是這些參數VCFL、Vgate和Imi在 組合CFL/LED燈的持續操作期間的連續圖形表示。圖5示出操作熒光燈152并且其中LED 154由軟開關電容器Co供電的典型CFL 鎮流器150。將電荷泵電路(由圖5的框部分156所表示)添加到常規CFL鎮流器，并且電 荷泵電路包括電容器Co、二極管D3、D4以及濾波電容器Cl。電荷泵電路156由CFL鎮流器 以開關頻率進行驅動。在起動期間，在電容器Cp兩端產生的電壓足以點亮燈。在該起動電 壓幅度的開關頻率在熒光燈達到電弧模式時接近穩態操作頻率。電容器Ci兩端的電壓增 加到允許LED導通。Co用作軟開關電容器和電荷泵電容器。供應給LED的電流由Co的值、開關頻率 和DC母線電壓V確定。因此，這個布置提供至LED的電流供應的延遲，由此有利地保護LED 免于點亮熒光燈所需的大電壓，因為電荷泵電路在點亮電壓已經衰減之后僅向LED提供電流。相對簡單的備選LED電路160如圖6所示。副邊繞組162再次有利地用于從關聯 CFL或熒光燈的原邊線圈或鎮流器線圈的電壓在LED電路中感應電流。電容器164用于限 制通過LED電路160的電流。包含與LED 168并聯的功率齊納(zener) 二極管166，以便鉗 制LED兩端的電壓。這個簡單電路160保護LED免于在點亮熒光燈/CFL期間由鎮流器所 產生的高電壓，因為LED兩端的電壓受齊納二極管鉗制。組合燈組件中熒光燈182和LED 184的鎮流器電路180的又一實施例如圖7所示。 副邊線圈TlOl-A和場效應晶體管QlO是常規CFL驅動電路186的增加部件。在燈點亮之 后，QlO接通，并且TlOl-A上的電壓感應LED電路部分190的副邊繞組TlOl-B上的電壓。 方波電壓經過整流，以便提供驅動組合電路LED電路部分190中LED 184的恒定DC電流。四個二極管196a_d提供方波電壓的預期整流。此外，對組合電路熒光燈部分中的 RC網絡198進行配置，使得QlO直到燈點亮之后才接通。這個延遲和經由副邊繞組的耦合 再次保護LED免于與熒光燈點亮關聯的高電壓。參照優選實施例描述了本公開。顯而易見，通過閱讀和理解前面的具體實施方式
， 本領域技術人員會想到多種修改和變更。例如，LED可經由電壓整流器間接連接到副邊繞 組，其中電壓整流器可包括電流發生器、電壓/電流發生器、穩壓器、定時器和/或過電壓保 護器，這一般是本領域已知的并且沒有背離本公開的范圍和意圖。還要指出，在電子器件實 施中，高電壓一般表示在120-750千伏特的范圍之內，而低電壓表示0至700伏特。因此，與 本公開關聯的高電壓的范圍不應當誤解為電子器件實施中高電壓的這種一般理解。此外， 在本公開中，LED和CFL的工作電流均在數百毫安的范圍。一般來說，并且在本公開中，LED 由比CFL要高的電流驅動。預計本公開被理解為包括所有這類修改和變更。
權利要求
一種用于驅動熒光燈和至少一個發光二極管(LED)的電路，包括集成驅動器電路，包括高頻交流(AC)電路，包括用于驅動所述熒光燈的至少一個鎮流器線圈，以及用于驅動所述LED的低壓直流電路，具有與所述熒光燈鎮流器線圈電感耦合的副邊繞組以用于驅動所述LED。
2.如權利要求1所述的電路，由此向所述LED的供電被延遲直到點亮所述熒光燈，并且 熒光燈點亮所需的高電壓已經降低。
3.如權利要求1所述的電路，由此經由所述電感耦合繞組和鎮流器線圈保護所述LED 驅動電路免于熒光燈點亮所需的高電壓。
4.如權利要求1所述的電路，其中，所述LED經由電壓整流器間接連接到所述副邊繞組。
5.如權利要求4所述的電路，其中，所述電壓整流器包括電流發生器。
6.如權利要求4所述的電路，其中，所述電壓整流器包括電壓/電流發生器。
7.如權利要求4所述的電路，其中，所述電壓整流器包括穩壓器。
8.如權利要求4所述的電路，其中，所述電壓整流器包括定時器。
9.如權利要求4所述的電路，其中，所述電壓整流器包括過電壓保護器。
10.一種用于驅動緊湊型熒光燈(CFL)和至少一個發光二極管(LED)的電路，包括 集成驅動器電路，包括高頻交流(AC)電路，包括用于驅動所述CFL的至少一個鎮流器線圈，以及 用于驅動所述LED的低壓直流電路；用于延遲至所述LED的供電直到所述CFL已被點亮之后的部件。
11.如權利要求10所述的電路，其中，所述供電延遲部件包括與所述CFL鎮流器線圈電 感耦合的次級繞組以用于驅動所述LED。
12.如權利要求10所述的電路，其中，所述供電延遲部件包括限流電容器。
13.如權利要求10所述的電路，其中，所述供電延遲部件包括電荷泵電容器。
14.一種驅動燈組件的方法，所述燈組件包括至少一個熒光燈和至少一個發光二極管 (LED)以及用于向所述熒光燈和所述LED供電的組合驅動器電路，所述方法包括向所述熒光燈供應所述驅動器電路的第一部分中的高壓AC電源； 向所述LED供應所述驅動器電路的第二部分中的低壓DC電源；以及 在所述驅動器電路的第二部分中提供副邊繞組，所述副邊繞組與所述驅動器電路的第 一部分中驅動所述熒光燈的鎮流器線圈電感耦合。
15.如權利要求14所述的方法，包括延遲對所述LED的電壓供應直到點亮所述熒光 燈之后。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述延遲步驟包括阻止到所述LED的電流，直到 由所述副邊繞組提供預定電壓。
17.如權利要求16所述方法，其中，所述延遲步驟包括向第一場效應晶體管(FET)的柵 極端子提供電壓，以便準許到所述LED的電流。
18.如權利要求17所述的方法，還包括提供用于保護所述LED免于過電壓的第二場 效應晶體管(FET)，其中所述第一 FET的漏極向所述第二 FET的柵極端子供電。
19.一種驅動燈組件的方法，所述燈組件包括至少一個緊湊型熒光燈和至少一個發光 二極管(LED)以及用于驅動所述CFL和所述LED的電路，所述方法包括向所述CFL供應所述電路的第一部分中的高壓AC電源；以及 在供應給所述CFL用于點亮的高電壓已經衰減之后，向所述LED供應所述電路的第二 部分中的低壓DC電源。
20.如權利要求19所述的驅動燈組件的方法，還包括將所述電路第二部分的繞組與 所述電路的第一部分中的鎮流器線圈電感耦合。
21.—種驅動燈組件的方法，所述燈組件包括至少一個熒光燈和至少一個發光二極管 (LED)以及用于向所述熒光燈和所述LED供電的組合驅動器電路，所述方法包括向所述熒光燈供應所述驅動器電路的第一部分中的高壓AC電源； 向所述LED供應所述驅動器電路的第二部分中的低壓DC電源；以及 延遲對所述LED的電壓供應直到點亮所述熒光燈之后。
全文摘要
文檔編號H05B41/282GK101953229SQ20098010561
公開日2011年1月19日 申請日期2009年1月6日 優先權日2008年2月12日
發明者Maros Istvan, Louis R Nerone, Kumar Nitin, Bakk Istvan Peter, Chen Timothy 申請人:Gen Electric