具有與鎮流器一起使用的跨越整流器二極體的分流電容器的led改型燈的製作方法
2023-06-24 07:42:16 1
具有與鎮流器一起使用的跨越整流器二極體的分流電容器的led改型燈的製作方法
【專利摘要】本發明涉及適於與高頻螢光燈鎮流器一起操作的LED替換燈，其包括：含有串聯布置的LED的LED負載(LS)；第一燈端部電路，其包括：用於連接到包含在所述高頻螢光燈鎮流器中的第一燈連接端子的第一燈針(LP1)與第二燈針(LP2)；第一整流器(D1-D4；D1，D2)，其裝備有耦合到所述第二燈針的至少一個輸入端子並且裝備有耦合到所述LED負載的相應端部的第一輸出端子與第二輸出端子，所述第一整流器包括至少兩個二極體，其中一個通過第一電容器(C1)分流，第二燈端部電路，其包括：用於連接到包含在所述高頻螢光燈鎮流器中的第二燈連接端子的第三燈針(LP3)與第四燈針(LP4)；第二整流器(D5-D8，D5，D6)，其裝備有耦合到所述第四燈針的至少一個輸入端子並且裝備有耦合到所述LED負載的相應端部的第一輸出端子與第二輸出端子，所述第二整流器包括至少兩個二極體，其中一個通過第二電容器(C2)分流，其中第一電容器與第二電容器形成耦合在第二燈針與第四燈針之間的串聯布置。
【專利說明】具有與鎮流器一起使用的跨越整流器二極體的分流電容器的LED改型燈
【技術領域】
[0001]本發明涉及適於與螢光燈鎮流器，更具體地說與高頻螢光燈鎮流器一起操作的LED替換燈。與螢光燈類似LED替換燈準備有燈針，從而其可以直接地耦合到螢光燈鎮流器。
【背景技術】
[0002]螢光燈已經成為非常成功的光源。它們被大規模使用。實際上當今超過60%的人造光是通過螢光燈產生的。然而，在最近幾年LED發光技術快速地發展，並且由於LED燈的高效率以及它們長的使用壽命由LED替換燈替換螢光燈變得有吸引力。
[0003]當今市場上存在多種LED替換燈。在US2011121756中公開了此LED替換燈的實例。
[0004]為了適當的操作，這些替換燈的大部分需要螢光燈固定件的重新布線，通過取出鎮流器或繞過它。然而，升級螢光燈燈具最容易的方式是通過取出螢光燈並且以LED替換燈替換它。在此情形中無需固定件的重新布線或打開。
[0005]LED比螢光燈更高效(更高流明/瓦)。此外，包括在LED替換管中的LED將它們光的大部分向下地發光使得LED替換管比在管子全部周圍發射其光的螢光燈具有高得多的光學效率。因此，在例如具有32瓦的額定功率的四支腿螢光燈被在定位在其下方的桌子上產生相同數量光的LED替換燈替換的情形中，根據目前的LED效率，LED替換燈的功率消耗約為20-25瓦。當LED的效率在未來增加時LED替換燈的功率消耗將會進一步減少。針對其設計螢光燈趨異的處理由LED替換燈消耗的功率與由螢光燈消耗的功率上的此差異，在LED替換燈設計中是關鍵挑戰。
[0006]在US2011121756中公開的LED替換燈中，LED替換燈裝備有整流器與LC濾波器以通過螢光燈鎮流器供給的高頻電壓產生DC電流。然而，US2011121756未公開確保由LED替換燈消耗的功率低於由高頻螢光燈鎮流器供給的功率的任何特徵。
【發明內容】
[0007]本發明旨在提供LED替換燈，其包括可以直接地連接到螢光燈，優選地高頻螢光燈的鎮流器的燈連接端子的相當低數量的部件，以替換螢光燈並且消耗比設計用於高頻螢光燈鎮流器的螢光燈消耗更少功率。
[0008]根據本發明的第一方面，提供了適於與高頻螢光燈鎮流器一起操作的LED替換燈，其包括:
[0009]含有串聯布置的LED的LED負載；
[0010]第一燈端部電路，其包括:
[0011]用於連接到包含在高頻螢光燈鎮流器中的第一燈連接端子的第一燈針與第二燈針；
[0012]第一整流器，其裝備有耦合到所述第一燈針的至少一個輸入端子並且裝備有耦合到LED負載的相應端部的第一輸出端子與第二輸出端子，第一整流器包括至少兩個二極體，其中一個通過第一電容器分流，
[0013]第二燈端部電路，其包括:
[0014]用於連接到包含在高頻螢光燈鎮流器中的第二燈連接端子的第三燈針與第四燈針；
[0015]第二整流器，其裝備有耦合到所述第三燈針的至少一個輸入端子並且裝備有耦合到LED負載的相應端部的第一輸出端子與第二輸出端子，第二整流器包括至少兩個二極體，其中一個通過第二電容器分流，
[0016]其中第一電容器與第二電容器形成耦合在第二燈針與第四燈針之間的串聯布置。
[0017]首先應該注意的是根據本發明的LED替換燈優選地結合高頻螢光鎮流器使用，但是還可以結合電磁螢光鎮流器使用。當與電磁鎮流器一起操作時，燈將產生更多的光但是也會比當與高頻螢光燈鎮流器一起操作時消耗更多功率。在後面文檔中，將假設LED替換燈與高頻螢光鎮流器結合使用。
[0018]在根據本發明的LED替換燈的操作過程中，第一整流器與第二整流器整流將由高頻螢光燈鎮流器供給的高頻AC電壓整流成供給LED負載的DC電壓。第一電容器與第二電容器的串聯布置形成在操作過程中傳導AC電流的串。因此通過LED負載運送由螢光燈鎮流器產生的電流的僅一部分，使得由LED替換燈消耗的功率低於由高頻螢光鎮流器供給的功率，並且還低於針對其設計高頻螢光燈鎮流器的螢光燈的額定功率。因此節約了能量。
[0019]根據本發明的另一個方面提供了用於從高頻螢光鎮流器供給LED負載的方法，包括以下步驟:
[0020]提供含有LED的串聯布置的LED負載；
[0021]提供第一對燈針與第二對燈針並且將每對連接到所述高頻螢光鎮流器的燈連接端子；
[0022]整流存在於燈針對之間的電壓；
[0023]從經整流電壓供給LED負載；以及
[0024]在第一對燈針的燈針與第二對燈針的燈針之間提供電容連接。
[0025]在根據本發明的LED替換燈的第一優選實施方式中，LED負載電壓低於針對其設計高頻螢光燈鎮流器的螢光燈的穩定電壓。
[0026]由於許多燈鎮流器或多或少地用作恆流源，因此通過選擇低於螢光燈的穩定電壓的LED負載電壓使得LED替換燈中的功率低於針對其設計螢光燈鎮流器的螢光燈的功率。相對於由螢光燈消耗的功率降低LED替換燈中的功率的此種方法，可以與包括在承載由高頻鎮流器產生的電流的一部分的LED替換燈中的電容器的使用結合使用，從而其不流動通過LED負載。用於降低由LED替換燈消耗的功率的此兩種機制提供了用於微調LED替換燈中的電路的兩個自由度。
[0027]在根據本發明的LED替換燈的另一個優選實施方式中，第一濾波電容器耦合在第一整流器的輸出端子之間並且第二濾波電容器耦合在所述第二整流器的輸出端子之間。這些電容器均用於減小存在於跨越LED負載存在的整流電壓中的高頻波動。
[0028]在根據本發明的LED替換燈的又一個優選實施方式中，第一燈端部電路的兩個燈針通過第一燈絲模擬電路連接並且第二燈端部電路的兩個燈針通過第二燈絲模擬電路連接。燈絲模擬電路可以簡單的是具有與普通螢光燈的長絲電阻類似電阻的電阻器。對於裝備有長絲探測電路的一些螢光燈鎮流器來說此燈絲模擬電路的存在是必要的。優選地，第一燈絲模擬電路與第二燈絲模擬電路每個都包括熔斷電阻器。在此後面情形中，LED替換燈還被有效地保護以免遭第一對燈針或第二對燈針直接地錯誤連接到市電電壓。更優選地，第一燈絲模擬電路是包括兩個熔斷電阻器的串聯布置並且第一整流器含有兩個二極體並且兩個二極體的公共端子連接到這兩個熔斷電阻器之間的端子，並且第二燈絲模擬電路是包括兩個熔斷電阻器的串聯布置並且第二整流器含有兩個二極體並且兩個二極體的公共端子連接到兩個熔斷電阻器之間的端子。在此後者的構造中，熔斷電阻器還防止在LED替換燈中太高的電流。
[0029]在根據本發明的LED替換燈的另一個優選實施方式中，第一整流器是全橋整流器，其包括四個二極體並且具有耦合到第一燈端部電路的相應燈針的第一輸入端子與第二輸入端子，並且第一電容器稱合在第一整流器的第一輸入端子與第一輸出端子之間並且第一燈端部電路包括耦合在第一整流器的第二輸入端子與第二輸出端子之間的第三電容器，並且第二整流器是全橋整流器，其包括四個二極體並且具有耦合到第二燈端部電路的相應燈針的第一輸入端子與第二輸入端子，並且第二電容器耦合在第二整流器的第一輸入端子與第一輸出端子之間，並且其中第二燈端部電路包括耦合在第二整流器的第二輸入端子與第二輸出端子之間的第四電容器，其中第三電容器與第四電容器形成將第二燈針連接到第三燈針的串聯布置。
[0030]在根據本發明的LED替換燈的其它優選實施方式的情形中包括電極模擬電路，在這些電路中的功耗比根據本發明的LED替換燈的實施方式更小，其中整流器僅包括兩個二極體。
[0031 ] 在根據本發明的LED替換燈的又一個優選實施方式中，LED替換燈裝備有圍繞LED負載以及第一與第二燈端部電路的透明圓柱形燈管並且包括裝備有包括在第一燈端部電路中的兩個燈針的第一燈蓋與裝備有包括在第二燈端部電路中的兩個燈針的第二燈蓋。燈管與燈蓋用於保持LED負載以及第一和第二燈端部電路沒有塵土與汙物並且由此提高了燈壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]在附圖中，圖1、圖2和圖3示出了根據本發明的LED替換燈的第一實施方式、第二實施方式與第三實施方式的不意性描述；以及
[0033]圖4示出了作為包括分流電容器並分流燈的串聯布置的總電容的函數的燈功率。
【具體實施方式】
[0034]在圖1中，LV是在第一端連接到燈蓋LCl並且在第二端連接到燈蓋LC2的透明圓柱形玻璃或塑料燈管。燈蓋LCl裝備有兩個燈針LPl和LP2並且燈蓋LC2裝備有燈針LP3和LP4。燈針LPl和LP2各自連接到由二極體D1-D4形成的全橋整流器的第一輸入端子以及第二輸入端子。在此實施方式中該全橋整流器形成第一整流器。燈針LPl和LP2還通過由熔斷電阻器Fl形成的電極模擬電路連接起來。整流器的二極體D4和二極體D2各自通過電容器Cl和C3分流。電容Cl由此連接第一整流器的第一輸入端子與第一輸出端子並且電容器C3將第一整流器的第二輸入端子連接到第二輸出端子。第一整流器的第一輸出端子通過濾波電容器Cf耦合到第一整流器的第二輸出端子。燈針LPl和LP2、熔斷電阻器Fl、二極體D1-D4、電容器Cl、C3和Cf 一起形成第一燈端部電路。第一燈端部電路安裝在印刷電路板PCBl上。
[0035]燈針LP3和LP4連接到由二極體D5-D8形成的全橋整流器的第一輸入端子以及第二輸入端子。在此實施方式中該全橋整流器形成第二整流器。燈針LP3和LP4還通過由熔斷電阻器F2形成的電極模擬電路連接起來。第二整流器的二極體D8和二極體D5各自通過電容器C2和電容器C4分流。電容器C2由此連接第二整流器的第一輸入端子與第一輸出端子並且電容器C3將第二整流器的第二輸入端子連接到第二輸出端子。第二整流器的第一輸出端子通過濾波電容器Cf"連接到第二整流器的第二輸出端子。燈針LP3和LP4、熔斷電阻器F2、二極體D5-D8、電容器C2、C4和Cf" 一起形成第二燈端部電路。第二燈端部電路安裝在印刷電路板PCB3上。
[0036]第一整流器的輸出端子與第二整流器的輸出端子通過導體連接在一起。LS是由連接在第一整流器的輸出端子之間並且還連接到第二整流器的輸出端子的LED串形成的LED負載。LED負載LS安裝在印刷電路板PCB2上。
[0037]圖1中示出的LED替換燈的操作如下。當燈針LP1-LP4連接到裝備有燈存在探測的高頻螢光燈鎮流器的燈連接端子時，燈存在探測電路將試圖探測燈電極的存在。如果普通螢光燈連接到高頻螢光燈鎮流器，燈絲將會承載啟動電流。如果沒有燈連接，那麼將沒有啟動電流流動並且高頻螢光燈鎮流器將不會使高頻電壓供給到燈連接端子。在如圖1中示出的LED替換燈的情形中，將通過熔斷電阻器運送啟動電流，使得高頻螢光燈鎮流器將高頻電壓供給到燈連接端子並且由此還供給到燈針。通過第一整流器與第二整流器整流該電壓並且該整流過的電壓存在於每個整流器的輸出端子之間，跨越濾波電容器Cf和Cf"並且跨越LED負載。整流電壓致使DC電流流動通過LED負載LS。與此同時電容器Cl與電容器C2的串聯布置運送在燈針LP2與LP4之間流動的AC電流並且電容器C3和C4的串聯布置運送在燈針LPl與LP3之間流動的AC電流。因此，並不是由高頻螢光燈鎮流器產生的全部電流都通過LED負載運送，而是通過電容器C1-C4運送電流的一部分。此外，LED負載電壓通常地選擇為低於針對其設計高頻螢光燈鎮流器的螢光燈的負載電壓。
[0038]LED負載由此消耗針對其設計高頻螢光燈鎮流器的螢光燈的標定功率更低的功率。由於LED對於給定消耗功率來說比螢光燈產生更多的光並且LED替換燈具有高得多的光學效率，因此能夠設計LED替換燈使得其在定位於燈下方的桌子的表面上產生相同的光強，但是消耗遠比螢光燈更少的能量。由此LED替換燈提供了節能的可能性。
[0039]在圖2中示出了 LED替換燈的第二實施方式。在圖2中與包括在圖1中示出的實施方式中的部件與電路部件相應的部件與電路部件被以相同的附圖標記標識。
[0040]圖1中示出的實施方式與圖2中示出的實施方式之間的區別在於包括在後者中的第一整流器與第二整流器僅包括兩個二極體(分別為Dl、D2和D8、D6)。此外僅二極體D2和二極體D8各自通過電容器Cl和C2分流。除了濾波電容器Cf和Cf"以外，在LED替換燈中不包括其它電容器。圖2中的實施方式由於其包括較少的部件因此比圖1中的更便宜。
[0041]圖2中的LED替換燈的操作與圖1中示出的燈操作非常類似。區別在於由於對於一些燈構造來說熔斷電阻器需要運送鎮流輸出電流，因此在熔斷電阻器Fl和F2中的功耗可能大於圖1中示出的實施方式的功耗。
[0042]此外在燈針之間僅存在運送AC電流的電容器Cl和電容器C2的一個串聯布置。
[0043]在圖3中示出了根據本發明的LED替換燈的第三實施方式。再次相同的附圖標記用於相應的部件與電路部件。
[0044]圖3中示出的實施方式不同於圖2中示出的實施方式，其中通過兩個熔斷電阻器Fl和Fl'的串聯布置替換熔斷電阻器Fl並且通過兩個熔斷電阻器F2和F2'的串聯布置替換熔斷電阻器F2。熔斷電阻器Fl和Fl'的公共端子連接到二極體Dl和D2的公共端子，並且熔斷電阻器F2和F2'的公共端子連接到二極體D8和D6的公共端子。
[0045]圖3中示出的實施方式的操作與圖1和圖2中的實施方式的操作非常類似。重要區別在於包括在圖1和圖2中示出的實施方式中的熔斷電阻器僅在市電電壓直接地連接在燈針LPl與LP2之間或燈針LP3與LP4之間的情形中防止損壞。在圖3中示出的實施方式中，還存在對抗LED替換燈中的太高電流的保護。
[0046]圖4示出了作為以納法為單位的分流燈的總有效電容的函數的以瓦為單位的由LED替換燈消耗的功率。針對圖1中的實施方式的總有效電容是在一個方面串聯電容器Cl和C2並且在另一個方面串聯電容器C3和C4的並聯布置的電容。在圖2中和圖3中示出的實施方式中，此總電容是電容器Cl和C2的串聯布置的電容。此曲線是在諧振電感器Lr=2mH，諧振電容器Cr = 8.2nF，操作頻率45kHz，以及通過具有Ik歐姆的阻值的電阻模擬的燈負載下獲得的。
[0047]可以看出通過調節總電容可以跨越很寬範圍調節由LED替換燈消耗的功率。
[0048]最後，根據本發明的LED替換燈提供了多種重要優點:該LED替換燈僅包括少量部件、便宜、對稱、比較容易製造並且非常適於大量能量節約。此外，通過使整流二極體分流的電容實施使燈分流的電容。這些電容器由此包括在燈端部電路中，使得對於分流電容來說在印刷電路板之間沒有額外的連接是必要的。因此根據本發明的LED替換燈具有在燈端部之間僅存在三個軌道的重要優點:在第一整流器的輸出端子和第二整流器的輸出端子與LED負載之間的兩個連接。由於PCB之間的連接是易受損的，因此理想的是使它們的數量最小化。根據本發明的LED替換燈適於螢光燈的嵌入式布置，意味著固定件的重新布線或打開是不必要的:僅有必要將LED替換燈連接到螢光燈鎮流器的燈連接端子。
[0049]儘管已經在附圖與前面的描述中詳細地示出並且描述了本發明，此說明與描述應認為是說明性或示例性的而不是限制性的；本發明不限於公開的實施方式。
[0050]通過本領域中的技術人員，經由研究附圖、公開、以及所附權利要求實施要求的發明可以理解並且實現公開實施方式的變型。在此權利要求中，術語「包括」不排除其它元件或步驟，並且不定冠詞「一」或「一個」不排除多個。單個處理器或者其它單元可以實現在權利要求中列舉的幾個項的功能。在相互不同的從屬權利要求中敘述的一些措施的單純事實不表示不能利用這些措施的組合。
【權利要求】
1.一種LED替換燈，其適於與螢光燈鎮流器一起操作，包括: 包括LED的串聯布置的LED負載(LS)； 第一燈端部電路，其包括: 用於連接到包含在所述高頻螢光燈鎮流器中的第一燈連接端子的第一燈針(LPl)與第二燈針(LP2)； 第一整流器(D1-D4 ；D1, D2)，其裝備有耦合到所述第二燈針的至少一個輸入端子並且裝備有耦合到所述LED負載的相應端部的第一輸出端子與第二輸出端子，所述第一整流器包括至少兩個二極體，其中一個通過第一電容器(Cl)分流， 第二燈端部電路，其包括: 用於連接到包含在所述高頻螢光燈鎮流器中的第二燈連接端子的第三燈針(LP3)與第四燈針(LP4)； 第二整流器(D5-D8，D5，D6)，其裝備有耦合到所述第四燈針的至少一個輸入端子並且裝備有耦合到所述LED負載的相應端部的第一輸出端子與第二輸出端子，所述第二整流器包括至少兩個二極體，其中一個通過第二電容器(C2)分流， 其中所述第一電容器與所述第二電容器形成耦合在所述第二燈針與所述第四燈針之間的串聯布置。
2.根據權利要求1所述的LED替換燈，其中第一濾波電容器(Cf)耦合在所述第一整流器的所述輸出端子之間並且第二濾波電容器(Cf)耦合在所述第二整流器的所述輸出端子之間。
3.根據權利要求1所述的LED替換燈，其中所述第一整流器是全橋整流器(D1-D4)，其包括四個二極體並且具有耦合到所述第一燈端部電路的相應燈針的第一輸入端子與第二輸入端子，並且其中所述第一電容器耦合在所述第一整流器的所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間，並且其中所述第一燈端部電路包括耦合在所述第一整流器的所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間的第三電容器(C3)，並且 其中所述第二整流器是全橋整流器(D5-D8)，其包括四個二極體並且具有耦合到所述第二燈端部電路的相應燈針的第一輸入端子與第二輸入端子，並且其中所述第二電容器耦合在所述第二整流器的所述第一輸入端子與所述第一輸出端子之間，並且其中所述第二燈端部電路包括耦合在所述第二整流器的所述第二輸入端子與所述第二輸出端子之間的第四電容器(C4)，其中所述第三電容器與第四電容器形成將所述第一燈針連接到所述第三燈針的串聯布置。
4.根據權利要求1、2或3所述的LED替換燈，其中所述第一燈端部電路的所述兩個燈針通過第一燈絲模擬電路(Fl ;F1，F1')連接並且其中所述第二燈端部電路的所述兩個燈針通過第二燈絲模擬電路(F2 ；F2, F2')連接。
5.根據權利要求4所述的LED替換燈，其中所述第一燈絲模擬電路與所述第二燈絲模擬電路每個都包括熔斷電阻器(Fl，F2)。
6.根據權利要求4或5所述的LED替換燈，其中所述第一燈絲模擬電路是包括兩個熔斷電阻器(Fl，Fl')的串聯布置並且所述第一整流器含有兩個二極體並且所述兩個二極體的公共端子連接到所述兩個熔斷電阻器之間的端子，並且 其中所述第二燈絲模擬電路是包括兩個熔斷電阻器(F2，F2')的串聯布置並且所述第二整流器含有兩個二極體並且所述兩個二極體的公共端子連接到所述兩個熔斷電阻器之間的端子。
7.根據權利要求1-6中一項或多項所述的LED替換燈，其裝備有圍繞所述LED負載以及所述第一燈負載電路與第二燈負載電路的透明圓柱形燈管(LV)，並且包括裝備有包括在所述第一燈端部電路中的所述兩個燈針的第一燈蓋(LCl)與裝備有包括在所述第二燈端部電路中的所述兩個燈針的第二燈蓋(LC2)。
8.根據權利要求1所述的LED替換燈，其中所述LED負載電壓低於針對其設計所述螢光燈鎮流器的所述螢光燈的穩定電壓。
9.一種用於從高頻螢光鎮流器供給LED負載的方法，包括以下步驟: 提供包括LED的串聯布置的LED負載； 提供第一對燈針與第二對燈針並且將每對連接到所述高頻螢光鎮流器的燈連接端子， 整流存在於成對的所述燈針之間的電壓； 從所述整流的電壓供給所述LED負載；以及 在所述第一對燈針的燈針與所述第二對燈針的燈針之間提供電容連接。
【文檔編號】H05B33/08GK104137652SQ201380010771
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月22日 優先權日:2012年2月24日
【發明者】陶海敏, W·P·M·M·詹斯 申請人:皇家飛利浦有限公司