用于發光二極管燈的兼容電子鎮流器的照明驅動器的制造方法

用于發光二極管燈的兼容電子鎮流器的照明驅動器的制造方法
【專利摘要】一種照明驅動器包括：整流器，具有被連接用于從電子鎮流器接收AC電功率的輸入并且具有被連接用于向在串中相互串聯布置的多個發光二極管(LED)供應電流的輸出；以及切換器件，設置于整流器的輸出處并且被配置用于接收切換控制信號并且響應于切換控制信號執行切換操作以調制向多個LED供應的功率量以便使向多個LED供應的功率的平均值等于目標功率水平。可以提供電流傳感器以感測電流，并且提供控制器，控制器被配置用于響應于感測的電流控制切換器件的切換操作。
【專利說明】用于發光二極管燈的兼容電子鎮流器的照明驅動器
【技術領域】
[0001]本發明主要地涉及一種用于驅動一個或者多個發光二極管(LED)光源的照明驅動器。更具體而言，這里公開的各種發明方法和裝置涉及一種可以兼容地更新(retrofit)到具有電子鎮流器的照明燈具中的基于LED的燈和相關照明驅動器。
【背景技術】
[0002]有許多商用設置(例如工廠、商店、倉庫等)，這些商用設置具有大量照明燈具，這些照明燈具具有安裝的熒光管(例如T8或者T12管)和附帶電子鎮流器。
[0003]應當注意電子鎮流器以許多方式不同于傳統電磁(EM)鎮流器。EM鎮流器在線路頻率(例如50Hz或者60Hz)操作，而電子鎮流器在顯著更高頻率(例如40kHz)操作、由此減少可見閃爍。電子鎮流器也通常比EM鎮流器更高效、比EM鎮流器更小和更輕并且有時也提供在它們的輸入與輸出之間的電隔離，而EM鎮流器通常不這樣。在另一方面，電子鎮流器比EM鎮流器更復雜并且需要更多電路。
[0004]基于半導體光源、比如發光二極管(LED)的照射設備賦予傳統熒光HID和白熾燈的可行替代。LED的功能優點和益處包括高能量轉換和光效率、更長預計壽命、更低操作成本以及許多其它優點和益處。
[0005]因而在一些情況下希望用更新、更能量高效的LED光源替換現有傳統熒光光源。具體而言，在許多安裝中，將希望用LED光源替換安裝的熒光管燈。
[0006]有如今在市面上銷售的各種LED替換管燈。為了恰當操作這樣的LED燈，它們中的多數需要通過去除現有電子鎮流器或者通過將它旁路來重新布線現有熒光管燈照明燈具。然而這是勞動力密集的并且增加總替換成本。用于用LED光源升級現有熒光管照明單元的最容易方式是通過簡單地去除舊熒光管燈并且用新管狀LED(TLED)燈替換它。應當無需重新布線或者打開熒光管燈照明燈具。
[0007]TLED燈的主要挑戰之一也在于減少成本。LED驅動器成本可以是整個照明單元的顯著部分，特別是如果使用切換模式功率供應(SMPS)驅動器。通過利用現有電子鎮流器作為LED驅動器系統的部分，帶現有電子鎮流器的操作提供了用于減少TLED燈的成本的機
A
ο
[0008]另外，能量節省是TLED燈的關鍵優點之一。由于TLED燈通常向下(即光出射窗通常在180至240度之間)而不是在管四周(熒光管燈按照定義具有360度的光出射窗)照射，所以TLED燈可以提供比熒光管燈顯著更高的光效率。因此，TLED燈的功耗將低于對應熒光管燈。例如為了替換36W4ft TL燈，TLED燈的功耗通常被指定約為20W。因此，40%以上的功耗減少需要由LED驅動器實現。
[0009]然而在現有熒光管燈照明燈具中的安裝的電子鎮流器旨在于操作熒光燈。具有電子鎮流器的標準4英尺T8熒光管燈的額定功率為32W，并且鎮流器被設計成針對這一功率水平以正確電流驅動TL燈。在最簡單情況下，LED串可以借助二極管橋以及電容器連接到電子鎮流器，該二極管橋用于將電子鎮流器供應的高頻AC功率轉換成用于LED串的DC電流，該電容器用于平滑掉脈動電流。如果選擇LED串基本上接近TL燈的點燃電壓(burningvoltage)，則LED燈將接收與TL燈相比的相似功率和電流。
[0010]然而這一簡單方法并不具有TLED燈的閉環功率/電流控制。因此，光輸出量將嚴重遭受不同電子鎮流器電路設計、燈具的燈配置(即單、雙燈)、市電電壓變化和LED前向電壓的擴展及其溫度依賴性的影響。這很難讓這樣的電路實現+/-10%的LED電流容差。
[0011]也就是說，提供用于對具有電子鎮流器的現有熒光管燈照明燈具進行改型的TLED燈的挑戰之一是提供LED照明驅動器，該LED照明驅動器可以與為熒光管燈設計的多種現有安裝的電子鎮流器和與具有合理前向電壓變化的LED可靠地操作。
[0012]概括而言，為了消除與安裝新照明燈具或者重新布線現有照明燈具關聯的勞動力成本，將希望將管狀LED (TLED)燈更新(retoofit)到具有電子鎮流器的現有熒光管燈照明燈具中，以取代現有熒光管燈而又留下現有電子鎮流器。此外，將希望能夠將相同TLED燈更新到具有各種不同電子鎮流器的不同照明燈具中，該各種不同電子鎮流器具有不同輸出電平。另外，將希望提供一種可以在LED本身的容差范圍內與具有不同輸出電平的各種不同電子鎮流器一起操作的TLED燈設計。

【發明內容】

[0013]本公開內容涉及用于基于LED的管(“ TLED”)的燈的發明方法和裝置，該TLED燈可以更新到與為熒光燈設計的各種安裝的電子鎮流器兼容的現有照明燈具中。例如在一些實施例中，如這里公開的一種TLED燈可以更新到具有電子鎮流器的現有熒光管燈照明燈具中以取代現有熒光管燈而又同時保留現有電子鎮流器、可以更新到具有不同輸出電平的各種不同電子鎮流器的廣泛的各種不同照明燈具中并且可以在LED本身的容差范圍內與具有不同輸出電平的多種不同電子鎮流器一起操作。
[0014]一般而言，在一個方面中，本發明涉及一種包括管狀發光二極管(“TLED”)燈的裝置。該TLED燈包括:具有至少一個電連接器的管，被配置用于安裝于熒光燈具中；多個發光二極管(LED)，在串中相互串聯布置并且設置于管內；以及照明驅動器，設置于管內并且連接到至少一個電連接器并且被配置用于向多個LED供應功率。照明驅動器包括:整流器，具有被連接用于從至少一個電連接器接收AC電功率的輸入并且具有被連接用于向多個LED供應功率的輸出；切換器件，連接到整流器的輸出并且被配置用于被關斷和閉合以調制在整流器的輸出兩端出現的來自多個LED的LED電壓；電流傳感器，被配置用于感測穿過LED串的LED電流；以及控制器，被配置用于響應于感測的LED電流控制切換器件的切換操作。在一些實施例中，切換器件可以直接連接到整流器的輸出，并且在其它實施例中，一個或者多個居間元件可以存在于整流器的輸出與切換器件之間。
[0015]在一個實施例中，控制器被配置用于執行算法以比較感測的LED電流與參考值并且控制向切換器件提供的切換控制信號的占空比和切換速率中的至少一項以便驅動感測的LED電流以等于參考值。
[0016]根據這一實施例的一個可選特征，該裝置也包括:第二電流傳感器，被配置用于感測整流器的輸出電流；以及過零檢測器，連接到第二電流傳感器的輸出并且被配置用于檢測過零在接收的AC電功率的AC輸入電流中出現時的近似時間(times)并且向控制器提供指示AC輸入電流中的過零的近似時間的信號，其中控制器被配置用于同步切換控制信號的脈沖與AC輸入電流中的過零的近似時間。
[0017]在另一實施例中，控制器被配置用于執行算法以比較感測的LED電流與參考值以產生比較結果；對比較結果進行比例積分以確定脈沖持續時間；并且用脈沖持續時間調制向切換器件提供的切換控制信號以便驅動感測的LED電流以等于參考值。
[0018]根據另一實施例，該裝置也包括被配置用于感測LED電壓的電壓傳感器，其中控制器被配置用于執行算法以根據感測的LED電流和感測的LED電壓計算向LED供應的平均LED功率，比較平均LED功率與參考值，并且控制向切換器件提供的切換控制信號的占空比和切換速率中的至少一項以便驅動平均LED功率以等于參考值。
[0019]根據又一實施例，該裝置還包括:電子鎮流器，被連接用于向至少一個電連接器供應AC電功率。
[0020]根據又一實施例，該裝置還包括:第二切換器件，連接到整流器的輸出并且被配置用于被關斷和閉合以調制來自多個LED的在整流器的輸出兩端出現的LED電壓，其中切換器件和第二切換器件被一起關斷并且一起閉合以便使得串中的LED的第一子組與串中的LED的第二子組在整流器的輸出兩端并聯。
[0021]根據又一實施例，該裝置還包括被配置用于向切換器件提供切換控制信號的開關驅動器，其中切換控制信號具有周期性切換速率和占空比，并且其中控制器控制切換控制信號的占空比以便使得向LED供應的平均功率等于參考值。
[0022]根據又一實施例，切換器件在LED的第一子組兩端并聯連接，第一子組包括比所有LED少的相互串聯的LED。
[0023]根據又一實施例，串中的LED包括第一 LED子組和第二 LED子組，其中該裝置還包括在串中的第一 LED子組與第二 LED子組之間串聯連接的橋接二極管。該裝置還包括與第一 LED子組和橋接二極管的串聯組合并聯連接和/或與第二 LED子組和橋接二極管的串聯組合并聯連接的第二切換器件。
[0024]一般而言，在另一方面中，本發明涉及一種用于驅動多個發光二極管(LED)的方法。該方法包括:從至少一個電連接器接收AC電功率的供應；整流供應的AC電功率的AC輸入電壓并且向LED供應LED電流；感測LED電流；并且響應于感測的LED電流控制切換器件的切換操作以調制向多個LED供應的功率量以便使向多個LED供應的功率的平均值等于目標功率水平。
[0025]一般而言，在又一方面中，本發明涉及一種照明驅動器，該照明驅動器包括:整流器，具有被連接用于從電子鎮流器接收AC電功率的輸入并且具有被連接用于向在串中相互串聯布置的多個發光二極管(LED)供應電流的輸出；以及切換器件，設置于整流器的輸出處并且被配置用于接收切換控制信號并且響應于切換控制信號執行切換操作以調制向多個LED供應的功率量以便使向多個LED供應的功率的平均值等于目標功率水平。
[0026]如這里出于本公開內容的目的而使用的那樣，應當理解術語“LED”包括能夠響應于電信號生成輻射的任何電致發光二極管或者其它類型的基于載流子注入/結的系統。因此，術語LED包括但不限于響應于電流發射光的各種基于半導體的結構、發光聚合物、有機發光二極管(OLED)、電致發光帶等。具體而言，術語LED是指可以被配置用于在紅外線光譜、紫外線光譜和可見光譜(一般包括從近似400納米至近似700納米的輻射波長)的各種部分中的一個或者多個光譜中生成輻射的所有類型的發光二極管(包括半導體和有機發光二極管)。LED的一些示例包括但不限于各種類型的紅外線LED、紫外線LED、紅色LED、藍色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED (以下進一步討論)。也應當理解，LED可以被配置和/或控制用于生成針對給定的光譜(例如窄帶寬、寬帶寬)具有各種帶寬(例如半高全寬或者FWHM)并且在給定的一般色分類內具有各種主導波長的輻射。
[0027]例如被配置用于生成實質上白光的LED (例如白色LED)的一個實現方式可以包括分別發射不同電致發光光譜的多個管芯，這些電致發光光譜組合以混合形成實質上白光。在另一實現方式中，白光LED可以與將具有第一光譜的電致發光轉換成不同第二光譜的磷光體材料關聯。在這一實現方式的一個示例中，具有相對短波長和窄帶寬光譜的電致發光“泵浦”磷光體材料，該磷光體材料又輻射具有有些更寬光譜的更長波長輻射。
[0028]也應當理解，術語LED未限制LED的物理和/或電氣封裝類型。例如，如以上討論的那樣，LED可以是指具有多個管芯的單個發光設備，這些管芯被配置用于分別發射不同輻射光譜(可以例如個別可控或者可以不這樣)。LED也可以與視為LED(例如一些類型的白色LED)的整體部分的磷光體關聯。一般而言，術語LED可以是指封裝的LED、非封裝LED、表面裝配LED、板上芯片LED、T封裝裝配LED、徑向封裝LED、功率封裝LED、包括某一類型的裝箱和/或光學元件(例如擴散透鏡)的LED等。
[0029]應當理解術語“光源”是指各種輻射源中的任何一個或者多個輻射源，這些輻射源包括但不限于基于LED的源(包括一個或者多個如以上定義的LED)、白熾源(例如燈絲燈、鹵素燈)、熒光源、磷光源、高強度放電源(例如鈉蒸汽、汞蒸氣和金屬鹵素燈)、激光器、其它類型的電致發光源、火致發光源(例如火焰)、燭致發光源(例如汽燈罩、碳電弧輻射源)、光致發光源(例如氣態放電源)、使用電子飽和的陰極發光源、電流發光源、晶體發光源、動致發光源、熱致發光源、摩擦發光源、聲納發光源、放射發光源和發光聚合物。
[0030]給定的光源可以被配置用于生成在可見光譜內、在可見光譜以外或者其組合的電磁輻射。因此，這里可互換地使用術語“光”和“輻射”。此外，光源可以包括一個或者多個濾波器(例如濾色器)、透鏡或者其它光學部件作為整體部件。也應當理解，光源可以被配置用于包括但不限于指示、顯示和/或照射的多種應用。“照射源”是具體被配置用于生成輻射的光源，該輻射具有用于有效照射內部或者外部空間的充分強度。在本文中，“充分強度”是指在空間或者環境中生成的用于提供環境照射(即可以間接感知的并且可以例如在被完全或者部分感知之前從多種居間表面中的一個或者多個居間表面反射的光)的在可見光譜中的充分輻射功率(單位“流明”經常用來在輻射功率或者“發光通量”方面代表在所有方向上來自光源的總光輸出)。
[0031]術語“照明單元”這里用來是指包括相同或者不同類型的一個或者多個光源的裝置。給定的照明單元可以具有多種用于光源的裝配布置、罩/殼布置以及形狀和/或電氣和機械連接配置中的任一項。此外，給定的照明單元可選地可以與各種與光源的操作有關的其它部件(例如控制電路)關聯(例如包括，被耦合到這些部件和/或與這些部件一起封裝)。“基于LED的照明單元”是指如下照明單元，該照明單元僅包括如以上討論的一個或者多個基于LED的光源，或者包括與其它非基于LED的光源組合的上述一個或者多個基于LED的光源。
[0032]應當解釋術語“燈”是指包括用于接收電功率并且用于生成從接收的電功率生成輻射(例如可見光)的連接器的照明單元。示例包括燈泡和管，這些燈泡和管包括白熾燈泡、熒光燈泡、熒光管、LED燈泡、管狀LED (TLED)燈等。
[0033]術語“照明燈具”這里用來是指一個或者多個照明單元在具體外型規格、組件或者封裝中的實現方式或者布置并且可以與具體用于供應功率的其它部件例如電磁(EM)鎮流器關聯(例如包括，被耦合到這些部件和/或與這些部件一起封裝)。
[0034]術語“控制器”這里一般用來描述與一個或者多個光源的操作有關的各種裝置。可以用多種方式(如比如用專用硬件)實施控制器以執行這里討論的各種功能。“處理器”是控制器的一個示例，該控制器運用可以使用軟件(例如微代碼)來編程以執行這里討論的各種功能的一個或者多個微處理器。控制器可以運用或者不用處理器來實施并且也可以被實施為用于執行一些功能的專用硬件與用于執行其它功能的處理器(例如一個或者多個編程的微處理器和關聯電路)的組合。可以在本公開內容的各種實施例中運用的控制器部件的示例包括但不限于常規微處理器、專用集成電路(ASIC)和現場可編程門陣列(FPGA)。
[0035]如這里所用，“市電”是指來自公用電網的通用交流(AC)電功率供應并且有時也可以稱為家庭功率、家庭電力、家用功率、墻壁功率、線路功率、城市功率、街道功率和電網功率。
[0036]在各種實現方式中，處理器或者控制器可以與一個或者多個存儲介質(這里通稱為“存儲器”、例如易失性和非易失性計算機存儲器、比如RAM、PROM、EPROM和EEPR0M、軟盤、緊致盤、光盤、磁帶等)關聯。在一些實現方式中，存儲介質可以用一個或者多個程序編碼，該一個或者多個程序在一個或者多個處理器和/或控制器上被執行時執行這里討論的功能中的至少一些功能。各種存儲介質可以固定于處理器或者控制器內或者可以是可移植的，從而在其上存儲的一個或者多個程序可以被加載到處理器或者控制器中以便實施這里討論的本發明的各種方面。術語“程序”或者“計算機程序”這里在通用意義上用來是指可以用來對一個或者多個處理器或者控制器編程的任何類型的計算機代碼(例如軟件或者微代碼)。
[0037]將理解在元件稱為“連接”或者“耦合”到另一元件時，它可以直接連接或者耦合到另一元件或者居間元件可以存在。對照而言，在元件稱為“直接連接”或者“直接耦合”到另一元件時，無居間元件存在。
[0038]應當理解，設想前述概念和以下更具體討論的附加概念的所有組合(假設這樣的概念未互不一致)作為這里公開的發明主題內容的部分。具體而言，設想在本公開內容的篇尾出現的要求保護的主題內容的所有組合作為這里公開的發明主題內容的部分。也應當理解，應當向也可以在通過引用而結合的任何公開內容中出現的這里明確運用的術語賦予與這里公開的具體概念最一致的含義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]在附圖中，相似標號一般貫穿不同視圖指代相同部分。附圖也未必按比例、代之以
一般著重于強調圖示本發明的原理。
[0040]圖1圖示照明燈具的一個示例實施例，該照明燈具包括取代熒光管燈而安裝的管狀發光二極管(LED) (TLED)燈。
[0041]圖2是圖示供應有來自電子鎮流器的功率的TLED燈的一個示例實施例的部件的部分框圖。[0042]圖3圖示如何可以在多個時間間隔期間通過控制接收功率的LED數目來變化向TLED燈供應的AC輸入電壓。
[0043]圖4是圖示供應有來自電子鎮流器的功率的TLED燈的一個示例實施例的具體圖。
[0044]圖5A示出如下控制回路的一個實施例，該控制回路可以用來控制LED驅動器向多個LED供應的功率。
[0045]圖5B示出如下控制回路的另一實施例，該控制回路可以用來控制LED驅動器向多個LED供應的功率。
[0046]圖6描繪用于圖4的TLED燈的仿真電壓和電流波形。
[0047]圖7以更大時間分辨率描繪圖6的仿真電壓和電流波形。
[0048]圖8圖示調節供應到TLED燈中的LED的功率的方法的一個實施例。
[0049]圖9是圖示供應有來自電子鎮流器的功率的TLED燈的另一示例實施例的具體圖。
[0050]圖1OA圖示電流檢測器和過零檢測器的一個實施例的操作。
[0051]圖1OB圖示過零檢測器的一個示例實施例。
[0052]圖11是圖示供應有來自電子鎮流器的功率的TLED燈的另一示例實施例的部件的部分框圖。
[0053]圖12圖示可以在圖1的照明燈具中安裝的TLED燈的一個示例實施例。
【具體實施方式】
[0054]已經提出用于將管狀發光二極管(LED) (TLED)燈更新到具有電磁(EM)鎮流器的現有熒光管燈照明燈具的解決方案。在通過引用而結合于此、以發明人William Jans等人的名義于2011年2月16日提交的美國臨時專利申請61/443，300中描述了一些示例。然而這些解決方案不適用于以上描述的具有電子鎮流器的熒光管燈照明燈具。
[0055]因此，本發明人已經認識和理解提供用于將TLED燈更新到具有電子鎮流器的現有熒光管燈照明燈具中，以取代現有熒光管燈而同時留下現有電子鎮流器的解決方案將是有益的。此外，將希望能夠將相同TLED燈更新到成具有不同輸出電平的各種不同電子鎮流器的不同照明燈具中。另外，將希望提供一種可以在LED本身的容差范圍內與具有不同輸出電平的各種不同電子鎮流器一起操作的TLED燈設計。
[0056]鑒于前文，本發明的各種實施例和實現方式涉及一種可以更新到具有電子鎮流器的現有熒光管燈照明燈具中的TLED燈和用于TLED燈的照明驅動器。
[0057]圖1圖示照明燈具100的一個示例實施例，該照明燈具包括取代熒光管燈安裝的管狀發光二極管(LED) (TLED)燈30。TLED燈30包括基本上圓柱形殼或者管32和兩個端帽34，每個端帽具有隨其提供的連接器35，并且還包括照明驅動器36和一個或者多個發光二極管(LED)38。在一些實施例中，LED燈30可以僅有一個端帽34和/或連接器35。TLED燈30的(多個)連接器35經由(多個)連接器20連接到電子鎮流器10，該電子鎮流器向TLED燈30供應來自市電12的電子驅動器10產生的AC輸入功率。具體而言，照明驅動器36經由電連接器35從電子鎮流器10接收功率并且被配置用于向一個或者多個發光二極管38供應功率。
[0058]在一些實施例中，基本上圓柱形殼或者管32的至少一部分為金屬、例如鋁，在該情況下，TLED燈30可以視為具有基于鋁管的架構。在其它實現方式中，基本上圓柱形殼或者管32由玻璃(或者塑料)制成，在該情況下，TLED燈30可以視為具有基于玻璃(或者塑料)管的架構。
[0059]圖2是圖示供應有來自電子鎮流器10的AC輸入功率15的TLED燈200的一個示例實施例的部件的部分框圖。TLED燈200包括整流器210、切換器件220、電容器231和232以及多個LED38。
[0060]整流器210具有用于接收AC輸入功率15 (例如經由連接器、比如如圖1所示35)的輸入和被連接用于向多個LED38供應功率的輸出。
[0061]LED38在整流器210的輸出兩端中相互串聯連接成串。如以下更具體討論的那樣，將LED38劃分成第一子組51和第二子組52。
[0062]分別在LED38的第一和第二子組51和52兩端連接的電容器231和232平滑掉整流器210輸出的脈動電流。
[0063]切換器件220與電容器232和LED38的第一組51并聯地連接到整流器210的輸出。在所示示例中，切換器件220是場效應晶體管(FET)，但是可以代之以采用其它適當切換器件。
[0064]在操作中，整流器210從電子鎮流器10接收AC輸入功率15。AC輸入功率15具有對應AC輸入電壓和AC輸入電流。在一個典型實施例中，AC輸入電壓和AC輸入電流具有比向電子鎮流器10供應功率的AC市電的線路頻率大得多的頻率。在一個典型實施例中，從電子鎮流器10向TLED200供應的AC輸入電壓和AC輸入電流的頻率具有在IOkHz與70kHz之間的值(例如40kHz)。另外，電子鎮流器10被設計用于向它旨在于與之操作的熒光管供應某個功率水平、例如32瓦特。更具體而言，電子鎮流器10被設計用于輸出與具有某個功率額定值(例如32瓦特)的熒光管的電流要求一致的AC輸出電流。
[0065]在另一方面，在一個典型實施例中，TLED燈200的功率要求顯著低于電子鎮流器10的設計的輸出功率水平。例如在其中電子鎮流器被設計用于供應32瓦特的一個實施例中，TLED燈200可以僅需20瓦特。
[0066]在一個有益特征中，如以下將描述的那樣，可以控制TLED燈的切換器件220以調節從電子鎮流器10向LED38供應的功率。
[0067]切換器件220接收切換控制信號，該切換控制信號控制切換器件220選擇性地接通和關斷。
[0068]在關斷切換器件220時，切換器件220具有高阻抗，并且很小電流(例如近似為無)穿過該切換器件，并且來自整流器210的LED電流穿過第一子組51的LED38。在該情況下，在切換器件220兩端的電壓等于第一子組51的LED38的個別電壓之和。作為結果，在關斷切換器件220時，在整流器210的輸出兩端的LED電壓等于串中的所有LED38的個別電壓之和。
[0069]在接通切換器件220時，切換器件220然后提供在LED38的第一組51兩端的電流旁路路徑，并且很小電流(例如近似為無)穿過第一子組51的LED38。在該情況下，在切換器件220兩端的電壓等于切換器件220的“接通”電壓，該電壓與在切換器件220關斷時第一子組51的LED38的LED電壓之和相比很低(例如接近零)。作為結果，在接通切換器件220時，在整流器210的輸出兩端的LED電壓僅等于第二子組52中的所有LED38的個別電壓之和。[0070]由于切換器件220分流或者旁路LED串的部分，所以它通過變化或者調制電子鎮流器10所見的電壓來提供燈功率控制手段。如果控制切換控制信號反復地(例如周期性地)接通和關斷切換器件220，則切換器件220調制在整流器210的輸出兩端呈現的、來自串中的多個LED38的LED電壓。還注意在這一情況下，切換器件220也在多個時間段中的每個時間段的一部分內周期性地防止LED電流被提供到LED38的第一子組51，該第一子組至少包括LED38中的第一 LED。然而切換器件220未防止向LED38的第二子組52提供LED電流，無論它是否被接通或者關斷，該第二子組至少包括LED38中的第二 LED。
[0071]圖3圖示如何可以在多個時間間隔期間通過控制從整流器210的輸出接收功率的LED38的數目來變化或者調制電子鎮流器10向TLED燈200供應的AC輸入電壓。
[0072]具體而言，在關斷切換器件220時，然后向電子鎮流器10加載具有總電壓Vl (即整串LED38的LED電壓之和)的LED串，而在接通切換器件220時，向電子鎮流器10加載電壓V2 (即串中的LED38的僅第二子組52的LED電壓之和)的串。
[0073]切換器件220對于AC輸入功率15的若干周期分流部分LED串，從而經由整流器210向電子鎮流器10僅呈現LED串電壓的部分V2，并且對于AC輸入功率15的接下來若干周期依次關斷切換器件220從而經由整流器210向電子鎮流器10呈現整個LED串電壓VI，其中:
[0074](1)V2 = k*Vl (O < k〈l)。
[0075]因此，通過變化切換器件220的切換操作的占空比D，電子鎮流器10所見的(在長時間段內平均的)等效電壓Vequ是:
[0076](2)VEQU = V1*(1_D)+V2*D。
[0077]由于電子鎮流器10根據在整流器的輸出兩端出現的LED電壓向TLED燈遞送兩個不同功率。向LED串38供應的平均功率Pmi主要由占空比D確定、也就是:
[0078](3)PLED = P1*(1_D)+P2*D。
[0079]其中Pl是在開關關斷時向LED供應的功率，并且P2是在開關接通時向LED供應的功率。
[0080]因此，通過控制切換器件220的切換操作的占空比D，可以調節LED電流Im和平均LED功率I\ED。在一個實施例中，可以控制或者調節占空比D以使平均LED功率Pmi等于目標功率水平。
[0081]在一個實施例中，可以在某個頻率fs固定切換器件200的切換頻率或者速率。在一些示例實施例中，fs可以具有在IOOHz到20kHz之間的值，該值少于電子鎮流器10的典型操作頻率(約40kHz)。在另一實施例中，可以使切換器件220的切換頻率可變，以便例如減少TLED燈200生成的電磁干擾(EMI)。
[0082]圖4是圖示供應有來自電子鎮流器10的功率的TLED燈400的一個示例實施例的具體圖。
[0083]TLED燈400包括LED驅動器402和多個LED38。
[0084]LED驅動器402包括整流器210、切換器件220、電容器231和232、控制器430、電流傳感器440、電壓傳感器450、開關驅動器460以及控制器電壓供應470。
[0085]整流器210具有用于接收AC輸入功率15 (例如經由連接器、比如如圖1中所示35)的輸入和被連接用于向多個LED38供應功率的輸出。[0086]LED38在整流器210的輸出兩端的串中相互串聯連接。如以上討論的那樣，將LED38劃分成第一子組51和第二子組52。
[0087]切換器件220與電容器232和LED38的第一組51并聯連接到整流器210的輸出。在所示示例中，切換器件220是場效應晶體管(FET)，但是可以代之以運用其它適當切換器件。
[0088]在操作中，電流傳感器440感測通過感測電阻器Rs和低通濾波器感測LED電流Iled并且向控制器430提供指示感測的LED電流Im的信號。
[0089]如以上關于圖2和3描述的那樣，響應于感測的LED電流1_，控制器430控制開關驅動器460以向切換器件220提供切換控制信號，該切換控制信號控制有選擇地接通和關斷切換器件220。
[0090]在一個實施例中，控制器430被配置用于執行算法，該算法用于比較感測的LED電流U與參考值Ikef并且控制向切換器件220提供的切換控制信號的占空比D以便驅動感測的LED電流Imi以等于參考值IKEF。
[0091]圖5A示出控制回路500的一個實施例，如以上描述的那樣，可以運用該控制器回路以基于感測的LED電流控制LED驅動器向多個LED供應的功率。
[0092]控制回路500包括比較器510、比例積分(PI)控制器520、調制器530和門驅動器540 (該門驅動器可以是圖4中的開關驅動器460)。
[0093]具體而言，控制回路500可以由控制器430實現，該控制器可以包括處理器，可能的一些外圍電路以及用于配置處理器以執行控制算法的編程指令。在一個實施例中，算法可以包括:比較感測的IED電流Imi與參考值Ikef以產生比較結果；對比較結果進行比例積分以確定脈沖持續時間；并且用脈沖持續時間調制向切換器件220提供的切換控制信號以便驅動感測的LED電流Imi以等于參考值IKEF。在一些實施例中，可以選擇Ikef以與TLED400將被安裝到其中的照明燈具的電子鎮流器10的標稱或者設計的輸出電流電平匹配。
[0094]在以上描述的實施例中，可以從TLED400和TLED驅動器402省略電壓傳感器450。
[0095]在另一實施例中，控制器430被配置用于執行以下算法，該算法用于根據感測的LED電流和感測的LED電壓計算向LED供應的平均功率P.，比較平均LED功率Pmi與參考值Pkef，并且控制向切換器件220提供的切換控制信號的占空比D以便驅動向LED供應的平均LED功率Pmi以等于參考值PKEF。
[0096]圖5B示出控制回路550的另一實施例，如以上描述的那樣，可以運用該控制器回路以基于感測的LED電流和感測的LED電壓控制LED驅動器向多個LED供應的功率。
[0097]控制回路50包括乘法器560、比較器510、比例積分(PI)控制器520、調制器530和門驅動器540。
[0098]具體而言，控制回路550可以由控制器430實現，該控制器可以包括處理器，可能的一些外圍電路裝置以及用于配置處理器以執行控制算法的編程指令。在一個實施例中，算法可以包括:基于感測的LED電流Im和感測的LED電壓Vmi (例如通過將Imi和Vmi —起相乘)來確定向LED供應的功率Pm ；比較確定的LED功率Pm與參考值Pkef以產生比較結果；對比較結果進行比例積分以確定脈沖持續時間；并且用脈沖持續時間調制向切換器件220提供的切換控制信號以便驅動確定的LED功率Pmi以等于參考值PKEF。在一些實施例中，可以選擇Pkef以與TLED400將被安裝到其中的照明燈具的電子鎮流器10的標稱或者設計的輸出功率水平匹配。在一些實施例中，可以選擇Pkef以少于TLED400將被安裝到其中的照明燈具的電子鎮流器10的標稱或者設計的輸出功率水平。
[0099]以上描述的控制算法運用具有固定切換頻率fs的切換控制信號，并且控制器430在切換控制信號的每個時段內變化脈沖(例如接通脈沖)的持續時間以實現希望的LED電流Im和/或平均LED功率Ρ_。然而在其它實施例中，脈沖持續時間可以保持恒定，并且控制器430可以變化在脈沖之間的間隔、由此變化切換控制信號的頻率Fs以實現希望的LED電流Imi和/或平均LED功率Pmi。
[0100]圖6描繪用于TLED燈400的一個示例實施例的仿真電壓和電流波形。
[0101]從上至下，圖6根據時間描繪:(I)切換控制信號、(2) AC輸入電壓、(3) AC輸入電流、(4)整流器210的輸出電流、(5)經過LED38的第二子組52的電流和(6)經過LED38的第一子組51的電流。
[0102]圖7在更大時間分辨率描繪圖6的仿真電壓和電流波形。
[0103]圖8圖示調節向TLED燈中的LED供應的功率的方法的一個實施例。圖8中所示方法是以上關于圖2-7描述的方法的變化。在圖8中所示方法中，同步切換器件與來自電子鎮流器10的燈輸入電流。具體而言，檢測燈輸入電流的過零時序以便同步。有益地，如圖8中所示，優選地將切換器件的切換操作與過零對準。在一個實施例中，切換頻率fs實際上是電子鎮流器10的操作頻率的兩倍(例如電子鎮流器10的典型切換頻率在約30至70kHz)。
[0104]為了實施圖8中所示同步，可以向LED驅動器添加過零檢測。
[0105]圖9是圖示供應有來自電子鎮流器10的AC輸入功率的TLED燈900的另一示例實施例的具體圖。TLED燈900包括LED驅動器902和多個LED38。同前，LED38在耦合到整流器210的輸出的串中相互串聯連接。如以上討論的那樣，將LED38劃分成第一子組51和第二子組52。
[0106]LED驅動器902在構造和操作上與LED驅動器402相似，因此為了簡潔，這里將僅描述在它們之間的不同。具體而言，與LED驅動器402對照，LED驅動器902包括向控制器930供應輸入的第二電流傳感器910和過零檢測器920。
[0107]在操作中，第二電流傳感器被配置用于感測整流器210的輸出電流。過零檢測器920連接到第二電流傳感器910的輸出并且被配置用于確定在過零在來自電子鎮流器10的AC輸入電流中出現時的近似時間(times)并且向控制器930提供指示AC輸入電流中的過零的近似時間的信號。控制器930被配置用于同步向切換器件220提供的切換控制信號的脈沖與AC輸入電流中的過零的近似時間。
[0108]圖1OA圖示電流檢測器和過零檢測器的一個實施例的操作。如圖1OA中所示，在整流器210的輸出的燈電流是來自電子鎮流器10的AC輸入電流的整流版本。因此在AC輸入電流變負時，在整流器210的輸出的燈電流保持為正、因此在技術上從未過零。然而AC輸入電流中的過零它們本身表現為在整流器210的輸出的燈電流中的零值，這可以用閾值檢測器檢測。
[0109]圖1OB圖示過零檢測器的一個示例實施例。這里如以上指示的那樣，比較器比較在整流器210的輸出的檢測的燈電流與恰在零伏特以上的很低閾值電壓以生成短輸出脈沖，這些短輸出脈沖指示AC輸入電流中的過零的近似時間。[0110]圖11是圖示供應有來自電子鎮流器10的AC輸入功率的TLED燈1100的另一示例實施例的部件的部分框圖，從電子鎮流器10向該TLED燈供應功率。
[0111]TLED燈1100在構造和操作上與TLED燈200相似，因此為了簡潔，這里將僅描述在它們之間的不同。具體而言，與TLED燈200對照，TLED燈1100包括第二切換器件225。LED串38也包括被橋接二極管1150與LED38的第二子組52串聯連接的38的第一子組51。
[0112]在一個實施例中，兩個切換器件220和225用來配置串中的LED38的第一子組51和串中的LED38中的第二子組52以在整流器210的輸出兩端相互串聯或者相互并聯。在有益布置中，在相同時間接通和關斷切換器件220和225。在切換器件220和225均接通(閉合)時，LED38的第一子組51和LED38的第二子組52然后被連接成以相互并聯出現在整流器210的輸出兩端。在另一方面，在切換器件220和225均關斷(斷開)時，LED38的第一子組51和LED38的第二子組52然后被連接成以相互串聯出現在整流器210的輸出兩端。橋接二極管1150將LED38的第一子組51的一端連接到LED38的第二子組52的一端以便防止在切換器件220和225均接通(閉合)時在整流器210的輸出兩端短路整串LED38。
[0113]圖12圖示可以在圖1的照明燈具中安裝的TLED燈1200的一個示例實施例。
[0114]圖12示出TLED燈1200中的不同部分的布局示例。由于功率來自管的兩側，所以將整流器劃分成放置于每側的兩半。包括切換器件、控制器、和LED驅動器的除了整流器之外的其它部分的接口電路位于管的一側。在管的每側，提供圖中表示為塊的阻抗元件(電阻器、電感器等)以模擬傳統熒光管的燈絲。有益地，串的兩個部分或者子組的LED在印刷電路板1250上均勻分布于管內。這由于圖4和圖9的實施例的LED串的兩個子組中的不同驅動電流而可以提高光均勻性。
[0115]盡管這里已經描述和圖示若干發明實施例，但是本領域普通技術人員將容易設想用于執行這里描述的功能和/或獲得這里描述的結果和/或這里描述的優點中的一個或者多個優點的多種其它手段和/或結構并且每個這樣的變化和/或修改視為在這里描述的發明實施例的范圍內。更一般而言，本領域技術人員將容易理解這里描述的所有參數、尺度、材料和配置是為了舉例并且實際參數、尺度、材料和/或配置將依賴于本發明教導被運用于的一個或者多個具體應用。本領域技術人員將認識或者能夠僅使用例行實驗來確立這里描述的具體發明實施例的許多等效實施例。因此將理解僅通過示例呈現前述實施例并且在所附權利要求及其等效含義的范圍內可以用除了具體描述并且要求保護的方式之外的方式實現發明實施例。本公開內容的發明實施例涉及這里描述的每個個別特征、系統、產品、材料、工具包和/或方法。此外，如果兩個或者更多這樣的特征、系統、產品、材料、工具包和/或方法未互不一致，則在本公開內容的發明范圍內包括這樣的特征、系統、產品、材料、工具包和/或方法的任何組合。
[0116]如這里定義和使用的所有定義應當理解為支配詞典定義、在通過引用而結合的文獻中的定義和/或定義的術語的普通含義。
[0117]如這里在說明書中和在權利要求中使用的不定冠詞“一個/ 一種”除非清楚地相反指明，則應當理解為意味著“至少一個/ 一種”。
[0118]如這里在說明書中和在權利要求中所使用的，“或者”應當理解具有與如以上定義的“和/或”相同的含義。例如在分隔列表中的項目時，應當解釋“或者”或者“和/或”為包含意義、即包括多個要素或者要素列表中的至少一個要素、但是也包括多于一個要素并且可選地包括附加的未列舉的項目。僅除了清楚地相反指示之外，術語、比如“......中的
僅一個”或者“......中的確切一個”或者在權利要求中使用時“由......構成”將是指包
括多個要素或者要素列表中的確切一個要素。一般而言，如這里所用術語“或者”在前置有
排他術語、比如“......中的任一個”、“......中的一個”、“......中的僅一個”或者“中
的確切一個”時應當僅解釋為指示排他備選(即“一個或者另一個、但是并非二者”)。“實
質上由......構成”在權利要求中使用時應當具有它的如在專利法領域中使用的普通含義。
[0119]如這里在說明書中和在權利要求中所使用的，短語“至少一個”在引用一個或者多個要素的列表時應當理解為意味著從要素列表中的要素中的任何一個或者多個要素中選擇的至少一個要素、但是未必包括在要素列表內具體列舉的每一個要素中的至少一個要素并且未排除要素列表中的要素的任何組合。這一定義也允許可以可選地存在除了在短語“至少一個”引用的要素列表內具體標識的要素之外的、無論是與具體標識的那些要素有關還是無關的要素。也應當理解，除非清楚地相反指示，在這里要求保護的包括多于一個步驟或者動作的任何方法中，方法的步驟或者動作的順序未必限于記載方法的步驟或者動作的順序。
[0120]在權利要求中在括號之間出現的標號，如果有則是僅為了方便而提供的并且未旨在于以任何方式限制權利要求。
[0121]在權利要求中以及在以上說明書中，諸如“包括”、“攜帶”、“具有”、“包含”、“涉及
至IJ”、“保持”、“由......組成”等所有過渡短語將理解為開放式、即意味著包括但不限于。
如在美國專利局專利審查程序手冊第2111.03節中闡述的那樣，僅過渡短語“由......構
成”或者“實質上由......構成”應當分別是閉合或者半閉合過渡短語。
【權利要求】
1.一種包括管狀發光二極管(TLED)燈的裝置，所述TLED燈包括: 具有至少一個電連接器的管，被配置用于安裝于熒光燈具中； 多個發光二極管(LED)，在串中相互串聯布置并且設置于所述管內；以及照明驅動器，設置于所述管內并且連接到所述至少一個電連接器并且被配置用于向所述多個LED供應功率，所述照明驅動器包括: 整流器，具有被連接用于從所述至少一個電連接器接收AC電功率的輸入并且具有被連接用于向所述多個LED供應功率的輸出； 切換器件，連接到所述整流器的所述輸出并且被配置用于被關斷和閉合以調制在所述整流器的所述輸出兩端出現的來自所述多個LED的LED電壓； 電流傳感器，被配置用于感測穿過所述LED串的LED電流；以及 控制器，被配置用于響應于所述感測的LED電流而控制所述切換器件的切換操作。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述控制器被配置用于執行算法以將所述感測的LED電流與參考值進行比較并且以控制向所述切換器件提供的切換控制信號的占空比和切換速率中的至少一項，以便驅動所述感測的LED電流以與所述參考值相等。
3.根據權利要求2所述的裝置，還包括: 第二電流傳感器，被配置用于感測所述整流器的輸出電流；以及過零檢測器，連接到所述第二電流傳感器的輸出并且被配置用于確定當過零在所述接收的AC電功率的AC輸入電流中出現時的近似時間并且向所述控制器提供指示所述AC輸入電流中的所述過零的所述近似時間的信號， 其中所述控制器被配置用于將所述切換控制信號的脈沖與所述AC輸入電流中的所述過零的所述近似時間進行同步。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述控制器被配置用于執行算法以: 將所述感測的LED電流與參考值進行比較以產生比較結果； 對所述比較結果進行比例積分以確定脈沖持續時間；并且 用所述脈沖持續時間調制向所述切換器件提供的切換控制信號以便驅動所述感測的LED電流以與所述參考值相等。
5.根據權利要求1所述的裝置，還包括被配置用于感測所述LED電壓的電壓傳感器，其中所述控制器被配置用于執行算法以根據所述感測的LED電流和所述感測的LED電壓計算向所述LED供應的平均LED功率，將所述平均LED功率與參考值進行比較，并且控制向所述切換器件提供的切換控制信號的占空比和切換速率中的至少一項以便驅動所述平均LED功率以與所述參考值相等。
6.根據權利要求5所述的裝置，還包括: 第二電流傳感器，被配置用于感測所述整流器的輸出電流；以及過零檢測器，連接到所述第二電流傳感器的輸出并且被配置用于確定當過零在所述接收的AC電功率的AC輸入電流中出現時的近似時間并且向所述控制器提供指示所述AC輸入電流中的所述過零的所述近似時間的信號， 其中所述控制器被配置用于將所述切換控制信號的脈沖與所述AC輸入電流中的所述過零的所述近似時間進行同步。
7.根據權利要求1所述的裝置，還包括被配置用于感測在所述LED兩端的LED電壓的電壓傳感器，其中所述控制器被配置用于執行算法以: 基于所述感測的LED電流和所述感測的LED電壓確定向所述LED供應的LED功率； 將所述確定的LED功率與參考值進行比較以產生比較結果； 對所述比較結果進行比例積分以確定脈沖持續時間；并且 用所述脈沖持續時間調制向所述切換器件提供的切換控制信號以便驅動所述感測的LED電流以與所述參考值相等。
8.根據權利要求1所述的裝置，還包括被連接用于向所述至少一個電連接器供應所述AC電功率的電子鎮流器。
9.根據權利要求1所述的裝置，還包括:第二切換器件，連接到所述整流器的所述輸出并且被配置用于被關斷和閉合以調制來自所述多個LED的在所述整流器的所述輸出兩端出現的所述LED電壓，其中所述切換器件和第二切換器件被一起關斷并且一起閉合以便在兩個開關均閉合時使所述串中的所述LED的第一子組與所述串中的所述LED的第二子組在所述整流器的所述輸出兩端并聯，并且以便在兩個開關均關斷時使所述串中的所述LED的第一子組與所述串中的所述LED的第二子組在所述整流器的所述輸出兩端串聯。
10.根據權利要求1所述的裝置，還包括被配置用于向所述切換器件提供切換控制信號的開關驅動器，其中所述切換控制信號具有周期性切換速率和占空比，并且其中所述控制器控制所述切換控制信號的所述占空比以便使得向所述LED供應的平均功率等于參考值。
11.根據權利要求1所述的裝置，其中所述切換器件在所述LED的第一子組兩端并聯連接，所述第一子組包括比所有LED少的相互串聯的所述LED。
12.根據權利要求1所述的裝置，其中所述串中的所述LED包括第一LED子組和第二LED子組，其中所述裝置還包括在所述串中的所述第一 LED子組與所述第二 LED子組之間串聯連接的橋接二極管，并且其中所述裝置還包括第二切換器件，其中所述切換器件與所述第一 LED子組和所述橋接二極管的串聯組合并聯連接，并且其中所述第二切換器件與所述第二 LED子組和所述橋接二極管的串聯組合并聯連接。
13.—種驅動多個發光二極管(LED)的方法，所述方法包括: 從至少一個電連接器接收AC電功率的供應； 整流所述供應的AC電功率的AC輸入電壓并且向所述LED供應LED電流； 感測所述LED電流；并且 響應于所述感測的LED電流控制切換器件的切換操作以調制向所述多個LED供應的功率量以便使得向所述多個LED供應的所述功率的平均值等于目標功率水平。
14.根據權利要求13所述的方法，還包括:將所述感測的LED電流與參考值進行比較，并且控制所述切換操作的占空比和切換速率中的至少一個以便驅動所述感測的LED電流以與參考值相等。
15.根據權利要求13所述的方法，還包括:確定當過零在所述AC電功率的AC輸入電流中出現時的近似時間，并且將所述切換操作與所述AC輸入電流中的所述過零的所述近似時間進行同步。
16.—種設備,包括: 整流器，具有被連接用于從電子鎮流器接收AC電功率的輸入并且具有被連接用于向在串中相互串聯布置的多個發光二極管(LED)供應電流的輸出；以及 切換器件，設置于所述整流器的所述輸出處并且被配置用于接收切換控制信號并且響應于所述切換控制信號而執行切換操作以調制向所述多個LED供應的功率量以便使得向所述多個LED供應的所述功率的平均值等于目標功率水平。
17.根據權利要求16所述的設備，還包括: 電流傳感器，被配置用于感測所述電流，以及 控制器，被配置用于響應于所述感測的電流控制所述切換器件的所述切換操作。
18.根據權利要求17所述的設備，還包括:電壓傳感器，被配置用于感測在所述整流器的所述輸出兩端出現的來自所述多個LED的LED電壓，其中所述控制器還被配置用于響應于所述感測的LED電壓控制所述切換器件的所述切換操作。
19.根據權利要求16所述的設備，還包括所述多個LED。
20.根據權利要求19所述的設備，其中所述串中的所述LED包括第一LED子組和第二LED子組，其中所述裝置還包括在所述串中的所述第一 LED子組與所述第二 LED子組之間串聯連接的橋接二極管，并且其中所述裝置還包括第二切換器件，其中所述切換器件與所述第一 LED子組和所述橋接二極管的串聯組合并聯連接，并且其中所述第二切換器件與所述第二 LED子組和所述橋接二極管 的串聯組合并聯連接。
【文檔編號】H05B33/08GK103748961SQ201280039943
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年8月2日 優先權日:2011年8月15日
【發明者】陶海敏 申請人:皇家飛利浦有限公司