螢光照明燈具的led替換照明的製作方法

2023-07-14 07:57:01

專利名稱：螢光照明燈具的led替換照明的製作方法
技術領域：
本發明涉及照明，更具體地，涉及為LED發光裝置提供電源的控制電路，該發光裝 置可以被用作原來的緊湊型螢光燈泡照明燈具內部緊湊型螢光燈泡的直接替代品。
背景技術：
在現有技術中，緊湊型螢光照明在機櫃(cabinet)和陳列櫃中的使用是眾所周知 的。一個典型的應用是在要照明物品的高度之上，使用支持螢光燈泡(比如PL-13型)的 固定裝置。燈的電源往往設置在機櫃或盒子的底部，有供電線連接到照明燈具。電源從典 型的交流電源出口提供交流電或者電線直接接入包含開關和/或斷路器的電源插板。自從螢光照明被引入工作場所，就出現了有關頭疼，視覺疲勞和一般的眼睛不適 的抱怨。這些抱怨都與螢光燈的光閃爍有關。雖然人們無法看到在60赫茲電力供應速率 下的螢光燈閃爍，但是大多數人的感覺系統仍然能夠以某種方式察覺出這種閃爍。再者，熒 光燈泡利用螢光粉塗層來影響發出的光的波長。還有，因為發出的光顯得更藍並且與標準 的白熾燈或LED光源相比通常更不適於眼睛而使光顯得很「冷」。雖然這種螢光燈泡的理論壽命長(有些報告顯示大約10，000小時)，但是由於燈 泡和電源問題，故障出現的也更加頻繁。例如，螢光燈泡需要專門的鎮流器和啟動設備，提 供足夠的能量在燈泡內部產生等離子使燈泡發光。高電流浪湧會引起鎮流器或啟動設備的 頻繁故障。這些元件的更換通常需要拆卸安置它們的機櫃或陳列櫃。雖然螢光燈泡可以持續約10，000小時，但是這明顯低於目前的LED技術。具備LED 特徵的照明源可以承受超過60，000小時的連續使用。另外，LED源不會由於開/關轉換而 很容易的出現故障。螢光燈泡需要一個初始的高電流浪湧來啟動照明。這個浪湧在LED光 源中不存在。使用螢光燈的另一個缺點是它產生漫射和柔和光模式，減弱被照明首飾的明亮 度。當用於零售陳列櫃時，目的是使明亮度最大化，以吸引潛在買家的注意。假設大多數 LED光帶使用了大量的LED來實現足夠的亮度，那麼當前的LED照明解決方案在增加明亮度 上用處不大。通過提供如此大量的LED，產生的光鑑於數量過多的點光源(即LED)變得擴散。因此，存在對可靠的LED光源的需要，其在很少或根本不用修改現有電源的情況 下，可以改進現有的機櫃和陳列櫃中使用的緊湊型螢光燈具。此外，還存在對改進的LED光 源的需要，其加強被照亮首飾的明亮度。本發明滿足了這種需要，其他方面在閱讀和理解了 下面的詳細描述之後會變得很明顯。

發明內容
本發明的重點為連接到現有的G23型螢光照明連接器的LED照明設備。一種新穎 的控制電路設計從連接器獲得交流電並將其轉換為直流。直流電被提供給產生信號脈衝的 脈衝寬度調製(PWM)控制器。對這個信號脈衝電感耦合來為LED陣列生成驅動電壓。比較器電路檢測LED電流，並提供反饋給PWM控制器以調節光輸出。本發明可供應在一個腔室中，該腔室為控制電路印刷電路板和組件，以及LED陣 列留有空間。為了使原來的固定裝置(fixture)和散熱片上的光線保持設備內部的溫度， 腔室還具有凸出部。在根據所提供的附圖閱讀接下來的詳細公開內容之後，這些以及其他的改進將變 得很明顯。此概括的目的不是將本發明的範圍限制到任何具體描述的實施方式和特徵。它 只是為了簡要描述一些關鍵的特徵，以便讀者能夠迅速確定這一公開內容的主題。在閱讀 詳細的公開內容時，本發明的範圍僅由權利要求確定。


參照下面對本發明優選實施方式的詳細描述，並結合參閱附圖， 將會對本發明有 更充分的理解，其中圖1是為陳列櫃照明採用了照明燈具的陳列櫃的主視圖；圖2是用於螢光燈的傳統螢光照明系統的仰視圖，照明系統的螢光燈已移除；圖3是圖2照明系統沿線3-3的截面視圖，並顯示了螢光照明系統的插孔；圖4是一種可以用於改進例如圖2和圖3所示的螢光照明系統的LED照明配件的 仰視圖；圖5是圖4中LED照明配件的側視圖；圖6是圖4和圖5中LED照明配件的端面圖；圖7是可以用於圖2和圖3的照明系統的LED照明配件的另一個實施方式的側視 圖；圖8是具有相對於照明配件底部旋轉的LED照明配件照明源的圖7中LED照明配 件的端面圖；圖9是可以用於圖2和圖3的照明系統的LED照明配件的另一個實施方式的側視 圖；圖10是本發明一個實施方式中控制電路的示意圖；圖11是本發明一個實施方式中LED電路的示意圖；圖12描繪了本發明中以元件為特徵的LED照明配件的另一實施方式的截面；圖13描繪了該另一實施方式的透視圖；圖14描繪了圖12中LED照明配件被安裝和保持在典型燈具中的截面。提供上述附圖的目的僅在於例示和描述，並不是為了限定所公開發明的範圍。在 多幅圖中使用相同的附圖標記是為了指代相同或相似的部分。另外，當術語「頂部」、「底 部」、「第一」、「第二」、「上」、「下」、「高度」、「寬度」、「長度」、「端部」、「側面」、「水平」、「垂直」 以及類似的術語在此被使用時，應該理解這些術語都只是相對圖中顯示的結構的參考並僅 用來幫助描述特定的實施方式。這些附圖關於部件的數量、位置、關係、及尺寸的擴展構成 優選實施方式，這在閱讀和理解了本發明的下述教導之後，會得到解釋或者屬於本領域的 技能。
具體實施例方式該專利文件公開內容的一部分包含有受版權保護的材料。對於出現在專利商標局 的專利文件或記錄中的專利文件或者專利公開內容，版權所有人不反對任何人傳真複製， 但就其他方面要全然保留所有版權。參照圖1，示出了一個機櫃或者陳列櫃10，比如用於零售商店等，以在所提供的櫃 子10內展示供出售的產品或者物品。陳列櫃10由玻璃或透明壁12構成，以使柜子10內 的物品很容易被看到。為了方便觀察柜子10內的物品，將一個或一個以上的照明系統14 安裝到柜子10或者置於柜子10內部或附近。通常使用的照明系統14是採用一個或多個 螢光燈的常規螢光照明系統。在所示出的實施方式中，將照明系統14安裝在陳列櫃的頂部 或者頂部附近。此處描述的一個或多個照明系統14被示出用於玻璃或透明陳列櫃，比如用於零 售商店，它們也可以用於其他各種領域，例如家庭、辦公室、企業、工作區等的櫃下照明，或 者需要照明的任何地方，而不應該局限於任何特定的用途或使用。圖2示出了照明系統14更詳細的視圖，照明系統14的螢光燈已經移除。照明系 統14可以是原有的照明系統，用於緊湊型螢光燈(CFL)，比如用於PL-13型螢光燈或者其 它的CFL螢光燈。如此處使用的，「緊湊型螢光燈」或者「CFL」或者類似的表達方式都指代 這些螢光燈或者照明系統，其中燈的螢光管通常是U型或環型或者螢光管的兩端大體上返 回同一端並且一般來說兩端彼此很接近，以便於燈可以插入單一的插座或只在燈的一端插 入插座或者在燈的一端電耦合。緊湊型螢光燈的一些例子在美國專利3191087 ；4199708 ； 4587453和4833574中都有描述，其中每一個都以引用的方式將其全文併入於此。照明系統14可以包括屏蔽(shield)或者腔室16，用於容置燈和系統14的其他組 成部分。可以將屏蔽16形成為延伸通道，該延伸通道通常沿一側開放，以允許來自燈(未 圖示)的光以期望的方向穿過開口部17(如圖3)通過，並且在某些實施方式中，防止光線 被導向其他的方向。屏蔽16可以具有一般的U型或C型橫截面，如圖3所示，並可以用任 何合適的材料來形成，如金屬，塑料等，可以通過擠壓，成型，或以其他方式製作成所需的形 狀。屏蔽16可以為照明系統14的其他組成部分提供足夠的空間和安裝設備。屏蔽16可 以提供外罩，以使得從屏蔽16的外部觀察時，系統14的其他組成部分通常可以被隱藏。可 以為屏蔽16配備可選的透明或半透明的蓋子(cover)(未圖示)以覆蓋開口部17，該蓋子 可以是彩色的也可以不是。照明系統14設置有通過電源線20電耦合到電源的燈插座18。電源線20可以設 置有用於插入現有電源插口的插頭(未圖示)，或者可以將電源線20連線到足以為照明系 統14供電的電力系統上。也可以設置選擇性地為照明系統14供電的控制開關(未圖示) 來開關燈。
可以配置插座18以容納有GX23型基座的螢光燈泡，並且插座18還設置有一對凹 形的或者有孔的電氣接點22(圖3)來容納螢光燈(未圖示)的管腳(prong)。應當指出 的是，插座18也可以配置來容納其他螢光燈基座，例如但不限於G23-2，GX23-2，G24D-1， G24D-2, G24D-3, G24Q-1, G24Q-2, G24Q-3, GX24D-2，GX24D-3，GX24Q-1, GX24Q-2, GX24Q-3, GX24Q-4，2G7，2G11，2GX7和G23基座。插座18設置有凹槽24來連接PL-13螢光光源基 座的相應的凸出部分。還可以設置一個或更多個夾子(clip)或託架(bracket) 26，用來與PL-13燈管基座的對應裝置可釋放地鎖定銜接。插座18的大部分設計和配置用來促進適當 螢光燈的正確安裝。因此，除非是為其專門設計的，否則人們無法把螢光燈安裝到插座上。插座18可以通過鎮流器28電耦合到電源，鎮流器28通常與螢光燈一起使用，安 裝到屏蔽16或併入到照明系統14中。當和螢光燈一起使用時，鎮流器28提供初始電壓的 電平來電離螢光燈單元中的氣體混合物，然後起到具有合適阻抗的限流器的作用，以將供 給螢光燈單元的電流限制到合適的值。如接下來更詳細的討論，和照明系統14 一起使用的 發光二極體(LED)照明配件被配置以與布置在電源線上的鎮流器(例如鎮流器28) —起工 作，從而在不需要更改或去除鎮流器28的情況下，方便LED照明配件與現有的螢光照明燈 具一起使用。在其他實施方式中，可以去除或更改鎮流器28，以便它不再耦合到插座或併入 到電源線。通過這種方式，LED照明配件可以直接通過正常的線路電壓獲得電源，無需使用 任何鎮流器。參照圖4-6，示出了一個實施方式中與照明系統14 一起使用的LED照明配件30。 照明配件30包括一個或更多個LED光源32。LED光源32可以由各種半導體材料構建和形 成，以提供任何所需的光的顏色或波頻率。LED光源在現有技術中眾所周知，並且可通過許 多來源由商業途徑輕易地獲得。在某些實施方式中，可以構建LED光源32以發出與自然光 相同或相似的白光。也可以使用其他顏色，如藍色，紅色，綠色，黃色和橙色。放射出紫外線 或紅外線光的LED光源也可用於某些特定應用。LED光源32可提供每單個光源發光效率約20流明/瓦到約150流明/瓦，更典 型地，每個光源約40流明/瓦到約100流明/瓦。已發現提供約80流明/瓦的發光效率 的光源適合多種應用。市售的LED光源的例子是LUXEON. RTM. I和LUXEON. RTM. Rebel LED 光發射器，可從加利福尼亞州聖何塞的飛利浦高亮度白光照明公司購買。如圖4所示，6個 LED光源以通常的線性陣列或結構安裝在一個延長的面板34上。在一些實施方式中，有些 地方可能要用到一個到大約10個或更多的光源，典型地，大約2至大約8個LED光源。光 源可間隔1/2英寸到2英寸或更大尺寸，典型地，約3/4英寸到約1. 5英寸。在示出的實施 方式中，光源32沿著面板34的長度方向線性間隔大約1英寸。LED光源也可以非線性，交 錯或以其他結構排列。LED燈陣列可提供約400到約800或更高流明的光通量，典型地，約 450流明到約500流明。對於LED光源陣列，適當的輸出示例可以為大約480流明。流明大 小是在距離光源約18英寸處測得的。應當指出的是，當前的說明和描述的實施方式僅僅是為了闡述本發明的目的，而 不必解釋為對本發明的範圍和應用的限制。在說明書中，每個數值應當被理解為如同用術 語「大約」修飾(除非已明確了如此修飾)，然後除非在上下文中有表示，再次理解為未做如 此修飾。另外，應該認識到，在說明書中所列出的或描述的有用的、適當的或者類似的值或 者範圍意思是範圍內的任一個、每一個值，包括端點，被視為是已經陳述過的。例如，「從1 到10的範圍」應被理解為表示了沿著大約1到大約10之間的連續數中的任一個和每一個 可能數值。因此，即使範圍內的特定的值，或者甚至範圍內的點，都明確表示或指代僅少數 特定的值，應該認識到發明人認識和理解的即是範圍內任何和所有點或值都被視為已經確 定，並且發明人佔有範圍內的全部數值和所有點。在所示實施方式中，面板34採用通常的平板印刷電路板(PCP)的形式，印刷電路 板具有為每一個光源32提供電力的電路36。電路36可以以串聯或並聯結構電耦合全部或一部分光源32。此外，串聯耦合的一些燈的一個或更多個陣列或排可以用電線連接，以使陣列或排並聯或串聯，反之亦然。在許多情況下，光源32以串聯結構電耦合。面板34可以 設置有焊盤，孔或其他結構，以便於固定LED光源32，光源32可以具有與面板34相應的焊 盤，引腳等。焊接或其他固定手段，可以是可拆的或者不可拆的，可用於把LED光源32固定 或耦合到面板34上。面板34具有通常的矩形平面，其它形狀和結構，平面的或非平面的，對於面板34 也適用。面板34的長度足以為LED燈陣列提供所需的空間。因此，例如對於間隔大約1 英寸的四個LED燈的線性陣列，面板可以有5到6英寸的長度。假設面板34上有通常可以 環繞在LED光源所固定區域的熱墊(heat pads)或者熱沉38。熱墊38可以通過面板34厚 度的全部或一部分延伸。面板34以密切毗鄰關係固定或耦合到熱傳遞配件40。在所示實施方式中，熱傳遞 配件40充當熱沉，是由導熱材料(如鋁，銅，鋼等金屬)形成的通常為固體的、矩形形狀的 部件或板，，來加速LED光源32和面板34的散熱。對於熱傳遞配件40也可以使用其他結 構，這些結構可以對應以與面板34以密切毗鄰關係安裝。鋁由於其傳熱性能和輕量化尤其 適合熱傳遞配件40。面板34的熱墊38可以與熱傳遞配件40緊密或者直接接觸。面板34可通過螺絲或緊固件(fastener)42固定到熱傳遞部件40。螺絲或緊固 件42可以是一種高導熱材料，並可以穿過面板34的厚度進入熱傳遞部件40以促進從面板 34到配件40的熱傳輸。緊固件42也可以穿過面板34的熱沉38。帶有光源32的合成面 板34和熱傳遞部件40形成細長的LED照明帶43。LED照明帶可以設置有可選的透明或半 透明的蓋子(未圖示)帶有來遮擋LED燈32。通過熱傳遞配件40和LED燈配件30的組件傳遞走的熱量應當提供充足的熱傳 遞，以使配件能大體保持在環境溫度以上的約25F至60F的溫度。LED燈配件30包含電流轉換器44。電流轉換器可以以LED電源驅動器的形式通過 電源線20和任何現有的鎮流器，如鎮流器28，從大功率電源(如標準的100V到120V的交流 電)進行功率或者電流的轉換，以提供合適的電力輸出為LED光源32供電。例如，輸入電壓 可以從約50V到約300V，但輸入電壓也可以有所不同。電流轉換器44的電力(electrical) 輸出可以是低電壓的直流電流，其可以包括5V，10V, 12V，24V或27V的直流電流，為LED光 源32供電。電流轉換器的輸出電流可以為大約200mA到大約1A，典型地為大約350mA到大 約750mA。一個適用的LED電源驅動器的例子是市售的，如伊裡諾斯州羅斯蒙特的推進變壓器 的Xitanium LED驅動器，型號是No. LEDUNIA700C12F,該驅動器可提供8ff, 700mA的電流輸出。其他的電流轉換器也可用於為LED光源提供合適的電流。燈配件30的一些部 件可以被配置為以交流電源工作，而其他的部件以直流電源工作。在一些實施方式中，電 流轉換器可以包括以硬體，軟體，固件或其結合形式存在的控制器，控制器用來以所需工作 周期驅動LED光源配件30。例如，在一些實施方式中，根據預定間歇率(predetermined intermittent rate)電流轉換器可能會引起LED光源發光或激活，如LED燈的脈衝或間歇 性激活。轉換器44的輸出可使用電線46通過PCP 34的接觸點48 (圖4)電耦合到PCP 34 的電路36。其他電耦合方式也可使用。轉換器44可置於用來接收轉換器44的大小和配置 合適的驅動室50中。驅動室50可通過緊固件，例如緊固件42，安裝在面板34和/或熱傳遞部件40上。其他緊固或安裝方法，如粘合，粘接，焊接，成型等，也可以用來把室50和轉 換器44安裝到照明帶43上。基座52可以與驅動室50合併或者可以被電耦合到轉換器44和LED照明帶43。 在所示實施方式中，基座52被配置以與照明系統14的現有插座18相應。因此，基座52 被配置以與GX23型基座大體相應。基座52也可以有其它的結構來對應不同配置的插座。 因此,基座52也可配置為對應下列插座G23-2，GX23-2, G24D-1，G24D-2，G24D-3，G24Q-1, G24Q-2, G24Q-3, GX24D-2，GX24D-3，GX24Q-1, GX24Q-2, GX24Q-3, GX24Q-4, 2G7, 2G11, 2GX7 和G23基座，以及其他基座。作為GX-23型基座，基座52包括一對橫向間隔的管腳或凸出的電氣連接器54以 容納插座14的凹形的或有孔的接觸點22並與其進行電接觸。管腳通過導線(未圖示)或 其他電耦合方式電耦合到轉換器44，以從電源線20和/或鎮流器28為LED燈32提供電流。此外，基座52還設置有凸出的公插座銜接部件56，它與插座24的凹槽24相對應 並由其容納。部件56由大體塊狀的部分形成，塊狀部分帶有單個或一對上部和下部傾斜鎖 定或者銜接部件60，其可拆卸地與插座24的託架或多個託架26嚙合。但是，基座52的結 構可以改變。基座52可以便於將照明配件30安裝到照明系統上，以使得不需要另外的裝 置來保持照明配件30，而不是將基座52插入插座18。但是，如果需要的話，也可以提供另 外的固定裝置。也可以配置普通的基座以使基座52能夠被安裝到許多具有不同結構的不 同插座中。這可以通過除去或改變凸出部件56來實現。配置LED照明配件30的組件以使整個照明配件30很容易地適配於照明系統14 的屏蔽16中並且容置於其中。如果屏蔽16設置有任何透明或半透明的蓋子(未圖示)，那 麼LED照明配件也可以被配置以使它很容易在這個蓋子後適配。LED照明系統的總長度可 以為大約2英寸到大約10或12英寸，並且橫跨最大橫向尺寸的寬度可以從大約3/4英寸 到大約2或3英寸。使用時，LED照明配件30隻是取代了和照明系統14 一起使用的任何現有的螢光 燈或其他照明配件。使用人可以僅僅從插座18解開或移走該現有的照明配件以及只通過 將基座52插入插座18來用LED照明配件30替換它，以使管腳54與接觸點22相接觸。當 從電線20和/或鎮流器28提供電流時，電流經電流轉換器改變來為LED光源32供電，以 向使用照明系統的陳列櫃10或其它區域提供光照。沒有必要對照明系統14進行修改或進 行不同配置來使它接受LED照明配件30。照明配件30是完全獨立的，與現有的螢光燈照明 系統14 一起工作時不需要額外的部件或修改。圖7和圖8闡明了 LED照明配件70的另一個實施方式。LED照明配件70與配件 30相似，相似的組件標有相同的附圖標記。配件70不同於配件30的地方在於照明帶71設 置有熱傳遞配件72，配件72包括如同部件40的平面部件或板74，部件40包括多個縱向間 隔分布的熱傳遞表面或鰭狀物(fin) 72，其橫跨板74寬度的全部或者一部分，與面板34相 對、從板74的表面延伸。此外，照明帶71可旋轉地安裝到基座80，以使在基座被固定到對應的插座(如插座18)內時照明帶71可以繞縱軸旋轉，如圖8中的箭頭所示。這使得在不需要調整或旋轉 屏蔽16或照明系統14的情況下來自照明帶71的光即可聚焦到不同的方向。在被旋轉360度以提供無限多個位置時，照明帶71可以被保持在任何位置而連續的旋轉，或者照明帶71 可以設置有可拆卸的鎖定機構以使其能夠旋轉到少量或有限數量的位置。LED照明配件70的不同之處還在於，電源驅動器44被取消，取而代之的是集成電 路(IC)晶片84被用於把電流轉換到適當水平上來與LED照明帶71共同使用。IC晶片84 可以容置於基座80內，基座80可以被掏空來容納IC晶片，並且IC晶片電耦合到照明帶 71的電路和基座的管腳54。用於電流轉換的合適的市售IC晶片的例子包括VIPer22A和 VIPer22A晶片，可從意法半導體公司購買，在同一個晶片上包括集成的電流模式PWM和高 壓電源MOFSET。LED照明配件70與照明配件30以相似的方式使用，如關於照明配件30所描述的， 配件70僅僅是被插入照明系統的現有插座中。圖9顯示了 LED照明配件90的另一個實施方式。照明配件90與之前描述的照明 配件70相似，類似的部分標有相同的附圖標記。LED照明配件90還包括與照明帶71結合 的小型電風扇92，例如用於計算機的CPU風扇等。風扇92電耦合到管腳54，以使當配件90 被插入燈插座18時，將來自同一電源的電能供給風扇92。圖10描述了本發明控制電路的示意圖。為了使螢光燈的電源能為L ED供電，鑑於 兩者完全不同的電源需求，就需要一種電子元件的新組合。新穎的控制電路包括交流到直 流的電源轉換器(1002)，PWM驅動電流控制器(1004)，以及LED電流傳感器(1006)。參考圖10，設置插口(J4)以與螢光燈泡相同的方式連接螢光照明燈具。插口(J4) 允許來自螢光照明燈具的電能被控制電路配件使用。在該實施方式中，LED照明配件採用 與GX23型插座適配的PL-13型連接器。但是，本領域的技術人員會理解其他螢光照明連接 器(比如之前所述的)也可以使用，並且也在本發明的範圍內。來自插口(J4)的交流電作為首先被調節並被轉換成直流。橋式整流器Dl對交流 進行整流，以提供直流電驅動PWM驅動電流控制器(1004)。濾波電容器Cl，C2，C18和C19 消除由於PWM驅動電流控制器(1004)的運轉在轉換器(1002)的輸出端所感知的的紋波電 壓。在本實施方式中，採用四個精密薄膜電容器，每一個都有1微法的電容。鑑於LED燈的長壽(約60，000小時)，有必要確保控制電路基本上有相同的壽命。 此外，為了經受LED燈具的高溫環境(約60攝氏度或更高)，控制電路也必須能耐高溫。由 於這些原因，鑑於薄膜電容器相對於其它電容器(例如鋁質電解電容器)所具有的穩定性 和長壽命，為C1，C2，C18和C19選擇了薄膜電容器。此外，選擇四個這樣的電容器來減少中 空腔室中所需要的總體空間。電源轉換器(1002)還具有在輸入附近使用共模扼流圈(Li和Cll)的特徵。鑑於 PWM驅動電流控制器(1004)的PWM輸出，在整個控制電路中感知到大量的高頻噪聲。共模 扼流圈(Li和Cll)抑制高頻噪聲，以減少來自控制電路的電磁幹擾EMI的發射。設置電阻 器(Rl)來控制首次施加電力時的浪湧電流。在本實施方式中，PWM驅動電流控制器(1004)採用電流模式PWM控制器(UlO)，例 如前邊提到的VIPer22A晶片。將來自轉換器(1002)的直流電源施加到控制器(UlO)的漏 極電路(D1-D4)。當控制器(UlO)工作時，產生PWM的60kHz的方波輸出。絕緣變壓器(Tl) 的初級線圈把該交流電耦合到兩個單獨的次級線圈(VAUX和VSEC)。「VAUX」線圈逐步降低 電壓，來為PWM控制器(UlO)提供合適的驅動電壓(VDD)，而「VSEC」線圈為LED提供電源。
在工作時，PWM控制器(UlO)產生與次級線圈(VSEC)電感耦合的方波，為LED電 流控制器(1006)供電。當電感/電容濾波電路(L2/C12)提供濾波時，整流二極體(D3)阻 止任何負電壓成分。然後該直流電源通過與圖11中LED電路相連的另一個插孔(J5)被傳 遞到LED上。參考圖11，描述了本實施方式中的LED電路的示意圖。來自控制電路的直流電通 過又一個插孔(Jl)進入LED電路。然後這個電源被分配給多個LED (所描述的LED1-LED6)， 每個LED串聯連接。很容易明白LED的數量可以 與本實施方式中所示出的不同，以使得可 以採用至少一個、超過六個LED。在本實施方式中，LED(LED1_LED6)是串聯的。鑑於通過導電二極體上的電壓降基 本恆定，在該結構中產生的每個壓降都是附加的。不過，也可以採用並聯排列。LED的並聯 結構在即使有一個或者更多(但不是全部)的LED發生故障時還保持發亮，然而，串聯結構 中這樣的故障會造成所有的LED停止工作。此外，並聯結構會改變LED電流傳感器(1006) 必須提供的對電壓和電流的限制要求。不過，任一種結構都在本發明的範圍之內。再次參考圖10，LED電流控制器(1006)採用了比較器和電壓鉗位電路(U12)，以調 整供給LED的電流。在本實施方式中，電流被控制在恆定的350mA。當電流流過LED時，電 壓降被電流檢測電阻(R18)感知。電壓降被產生響應反饋信號的比較電路(U12)所監控。 如果LED電流過大(即檢測電阻R18上的電壓降太大)，LED電流傳感器(1006)提供適當 的反饋給PWM電流控制器(1004)，以縮短PWM輸出和減少供給LED的功率。相反，如果LED 電流太低，到PWM電流控制器(1004)的反饋會引起PWM控制器的輸出增大以供應更大的電 流給LED。比較器(U12)所產生的反饋通過光隔離器設備(Ull)傳送給PWM控制器(UlO)。 出於安全的目的，這種裝置的使用會提供電路中線電壓側的瞬時的電壓脫離。以這種方式， 比較器(U12)的輸出可能會直接影響到PWM控制器(UlO)的反饋電流，引起PWM控制器輸 出做出相應變化，在LED電流中引起後繼的響應。一旦LED發生故障，電壓鉗(U12)提供保護。如果串聯結構中的LED不能導通，就 沒有電流流動。LED電流驅動電路(1006)的響應在試圖迫使電流通過導通的LED電路時增 加電壓輸出。為防止過電壓的情況，電壓鉗(U12)將電壓限制在固定的水平上。在本實施 方式中，電壓鉗把次級線圈(VSEC)的電壓限制在30伏。如圖10中所見，絕緣變壓器(Tl)和光耦合器(Ull)使高電壓電路(1002和1004) 與低電壓電路(1006)隔離。鑑於LED照明配件所應用的環境，這是很重要的。圖12描繪了本發明的又一個實施方式的截面。在該圖中，顯示了擠壓成形 (extruded)的LED照明配件(1200)。這個擠壓件的特徵是矩形空心中心截面(1216)，用 於散熱的冷卻鰭片(1212)，和銜接照明燈具的柄腳(1214)。擠壓件的內部存在有具有分 離的電路元件(1206)的控制電路印刷電路板(1204)。單獨的印刷電路板支持一個或多個 LED(1218)。擠壓件的另一個特點是提供與突出的中心線並行延伸的反向槽(1210)。這些槽 (1210)保留了可選的透鏡，遮光物，或對LED燈保護和/或濾光的透明蓋(1208)。在本實施方式中，擠壓件由金屬製成，優選為鋁。然而，任何可以用來擠壓或者機 械加工的金屬或者塑料都是適用的並且在本發明的範圍內。另外，這樣的腔室可以採用機械加工代替擠壓，並且不僅可以由金屬和塑料，還可以由例如木頭的有機物質來進行機械加工。圖13描繪了本實施方式的透視圖，進一步強調了 GX23型連接器(1302)。在本視 圖中示出了多個LED燈(1218)的位置和間隔。因為這個設備使用了高亮LED，所以只需要 更少的LED即可提供所期望的照明。由於需要的LED較少，LED之間的間隔就會加大，結果 為給定的燈具中有較少的點光源，每一個點光源都具有更高的亮度。由於使用較少的點光 源，結果是光線會更加集中，加強了被照射珠寶(例如鑽石)的明亮度。在本視圖中，可以 看到配件(1200)提供了手指拖曳(finger-pull)設備(1304)來協助配件從已安裝的位置 上移除。當用在照明燈具典型的「C」形通道中時，手指拖曳設備(1304)提高了配件(1200) 上的緊固力，並允許在迫切需要這樣的操作時移除配件。圖14描繪了安裝在照明燈具典型的「C」形通道(1402)內的LED照明配件(1200)。 一旦螢光燈泡被移除，LED配件(1200)就可插入提供的燈具。插座提供支持配件(1200)插 座端的物理連接。然後配件(1200)另一端的柄腳(1214)與燈具(1402)的開口(1404)銜 接，以提供物理支撐以及容易的安裝和移除。因此，要移除配件(1200)只需要使用者同時 抓住兩個柄腳(1 214)並向著配件本身的方向按壓，直到柄腳與「C」形通道(1402)脫離。配 件(1200)就會從柄腳一端輕輕脫落，然後能夠從插座中隨意拔出，從通道(1402)中移除。在典型的陳列櫃中，燈具通道(1402)安裝在柜子的靠近前部頂端或者背部角落 處，光線呈交角的射向陳列櫃容納物。再一次參考圖12，本實施方式採用了新穎的設計 來指引照明錐角(1222)以防止眩光。給LED(1218)供電後，燈上以錐形發射光。通過對 LED (1218)在電路板(1202)(圖12所示)一側進行偏置，結合遮光罩(1220)，光(1222)就 會呈一定角度脫離觀看者的眼睛，並且更加直接的照射在被照明物體的表面。因此，如所闡 明的，從腔室上發出的光(1222)以較銳的角度射向左邊，以較鈍的角度射向右邊。如果燈 具和供電插座如上使LED配件(1200)必須面向反方向安裝，光(1222)的角度可以通過移 除和旋轉LED電路板而反轉。這樣的反轉將LED(1218)置於圖12中描述的電路板(1202) 的中心線相反的一側。本發明在不違背其精神或必要特徵的情況下，可以以其他特定形式來具體實現。 因此現有實施方式應被認為在各個方面都只是示例性而非約束性的。因此，本發明的範圍 由所附的權利要求來確定，而不是由上述的說明來確定。落入權利要求等價物的內涵和範 圍內的所有變換都要被包括於其中。此外，方法步驟的列舉，並不意味著是執行步驟的特定 順序。因而這種方法步驟也可以按除了所列舉的順序之外的其他順序進行，除非特定的權 利要求做出另外的明確陳述。相關申請的交叉引用不適用聲明聯邦政府資助的研究或開發不適用聯合研究協議的締約方的名稱不適用以光碟形式提交的材料的引用併入不適用
權利要求
一種用於替換螢光照明燈具的LED照明設備，該設備包括電連接器，其被配置來用與原來的螢光燈泡實質上相同的方式與現有的照明燈具的插座相適配；至少一個LED；控制電路，為原來的照明燈具電源上的所述至少一個LED供電，所述控制電路包括絕緣電路，把所述原來的照明燈具電源從所述控制電路中物理隔離開；以及恆定電流穩壓器，用於給所述至少一個LED提供電流；以及腔室，所述腔室包括容納所述控制電路的內部腔；以及開口，來自所述至少一個LED的光可以通過所述開口射出。
2.權利要求1中的設備，所述腔室還包括至少兩個柄腳，能夠接合所述照明燈具的所述開口，其中所述柄腳使得燈具開口內可 拆卸地容納所述設備。
3.權利要求1中的設備，所述控制電路還包括高壓初級電路，其與照明燈具電源相連接，並與為所述至少一個LED供電的低壓次級 電路電絕緣。
4.權利要求3中的設備，所述控制電路還包括 為所述至少一個LED供電的恆流源。
5.權利要求4中的設備，所述控制電路還包括 電壓鉗，當LED發生故障時來限制電壓。
6.權利要求1中的設備，所述腔室還包括 遮光罩，與所述腔室的所述開口成一體。
7.權利要求6中的設備，該設備還包括至少一個LED安裝件，其中所述至少一個LED被貼到所述安裝件上以使所述LED從腔 室開口的中心線上偏置。
8.權利要求7中的設備，其中所述LED安裝件可被旋轉以將所述LED偏置設置於所述 中心線的另一側。
9.權利要求1中的設備，其中原來的照明燈具使用GX23型基座連接器。
10.權利要求1中的設備，其中腔室開口包括透明或半透明的蓋子。
全文摘要
一種螢光照明燈具的LED替換照明。替換照明配件包括用於散熱和結構支撐的金屬腔室。設置與原來的照明燈具連接器相適配的標準插座以實現對現有的螢光燈泡的直接替換。具有電源，電流控制器，和電流傳感器的控制電路把螢光燈電源輸出轉換為足以驅動LED的輸出。所述電流控制器產生可變脈衝寬度的波形為LED供電，所述電流傳感器電路調節通過LED的電流流動。在保持總的同等明亮度時，採用高亮度LED並且以充足間隔安置，以設置較少的點光源。遮光罩控制從LED發出的光模式來指導照明模式。
文檔編號F21Y101/02GK101832479SQ200910159939
公開日2010年9月15日 申請日期2009年7月23日 優先權日2008年12月12日
發明者託馬斯·O·迪恩斯, 葛蘭·斯圖爾特 申請人:斯皮瑞特商業集團有限公司