用於螢光照明系統的發光二極體改造系統的製作方法
2023-08-05 14:53:16
專利名稱：用於螢光照明系統的發光二極體改造系統的製作方法
技術領域：
本申請涉及固態照明源，並且尤其是涉及一種用於螢光照明系統的發光二極體 (LED)改造系統。
背景技術：
螢光照明廣泛用於很多應用中。一種類型的螢光照明系統包括具有與交流(AC)電壓源耦合的鎮流器的螢光燈設備(fluorescent lamp fixture)和多個用於將一個或多個螢光燈耦合到該鎮流器的管腳。該鎮流器可以被配置為向螢光燈提供穩壓AC電源。儘管螢光照明一般可以比白熾照明更高效，但螢光照明確實會經受若干缺陷。一種缺陷是很多螢光燈使用危險或有毒的材料，諸如磷、汞等，這些材料可能產生環境問題。另一種缺陷是螢光燈的壽命在其中燈被頻繁打開和關閉的應用中可能會顯著縮短。
發明內容
一般地，本公開提供用於對螢光照明設備改造一個或多個發光二極體(LED)光源的系統和方法。特別地，包括LED光源的LED改造系統可以電氣耦合到螢光照明設備的現有管腳。LED改造系統可以從與螢光照明設備關聯的鎮流器接收高壓AC輸入。LED改造系統可以包括用於提供隔離和用於將高壓AC逐步降低至適於驅動LED改造系統的LED光源的較低AC電壓的變壓器電路系統。接著整流器可以將較低的AC電壓轉換為較低的直流(DC) 電壓。整流器的輸出可能具有一定量的AC波紋，該輸出可以可選地例如通過使用平滑電容器等等被平滑。有利地，本公開的系統和方法可以允許螢光照明設備被改造以給LED光源供電而無需對該螢光照明設備進行任何修改。另外，本公開的系統和方法可以提供接近鎮流器效率的高效率。此外，本公開的系統和方法可以提供減小的部件數量和/或尺寸，這可以轉化為功率因數效率的增加以及相對於常規LED驅動系統的顯著成本節省，和/或可以使LED 改造系統適於更廣闊的應用範圍。此外，本公開的系統和方法可以包括提供鎮流器輸出的隔離的變壓器電路系統，這可以減小和/或消除在安裝期間的任何潛在電擊或危險並且可以允許在設計中更寬泛地選擇光學部件。在一種實施例中，提供一種用於與具有現有鎮流器的螢光燈設備一起使用的發光二極體(LED)改造系統。LED改造系統包括至少一個LED光源；變壓器電路系統，被配置為從現有鎮流器接收高壓AC信號以及輸出低壓AC信號；整流器電路系統，被配置為接收該低壓AC信號和生成用於驅動LED光源的DC電壓；以及至少一個管腳，被配置為將該變壓器電路系統電氣耦合到現有鎮流器；該LED改造系統被配置為可移除地耦合到螢光燈設備。在相關的實施例中，LED改造系統可以進一步包括支撐襯底，所述至少一個管腳、 LED光源、變壓器電路系統以及整流器電路系統耦合到該支撐襯底，其中所述至少一個管腳可以被配置為將LED改造系統可移除地耦合到螢光燈設備的至少一個連接器。在另一種相關的實施例中，整流器電路系統可以包括全波橋式整流器電路系統和與LED光源並聯的濾波電容器，該全波橋式整流器電路系統被配置為根據來自變壓器電路系統的低壓AC信號生成經過全波整流的AC電壓；其中所述濾波電容器可以被配置為將所述經過全波整流的 AC電壓濾波為用於驅動LED光源的DC電壓。在再一相關的實施例中，所述變壓器電路系統可以包括被配置為向現有鎮流器提供用於以現有鎮流器的額定規範運行的負載的變壓器。 在進一步相關的實施例中，所述變壓器電路系統可以包括被配置為提供大約350Ω的負載的變壓器。在又一進一步相關的實施例中，所述變壓器可以包括被配置為以20kHz或更大運行的高頻變壓器。在進一步相關的實施例中，所述高頻變壓器可以包括初級繞組和次級繞組，所述初級繞組被配置為從現有鎮流器接收高壓AC信號，而次級繞組被配置為提供具有基於LED光源的電壓的低壓AC信號。在進一步相關的實施例中，可以基於與所述現有鎮流器相配的螢光燈的電感和運行頻率來調諧所述變壓器的初級側。在另一相關的實施例中，LED改造系統可以進一步包括被配置為調節提供給LED 光源的功率的控制電路系統。在進一步相關的實施例中，所述控制電路系統可以包括控制器、開關電路系統和溫度傳感器，其中所述控制器可以被配置為從溫度傳感器接收表示LED 光源的溫度的信號並且輸出PWM信號以控制所述開關電路系統的導通狀態。在又一進一步相關的實施例中，所述控制電路系統可以包括控制器、開關電路系統和電流檢測電路系統， 其中所述控制器可以被配置為從電流檢測電路系統接收表示通過LED光源的電流的信號並且輸出用於控制所述開關電路系統的導通狀態以防止過電流情形的信號。在另一實施例中，提供一種改造照明系統。所述改造照明系統包括螢光燈設備和被配置為可移除地耦合到該螢光燈設備的發光二極體(LED)改造系統。所述螢光燈設備包括框架；現有鎮流器，被配置為耦合到AC電源並且提供被配置為驅動螢光燈的高壓AC信號；以及耦合到現有鎮流器的輸出的至少一個連接器，所述至少一個連接器被配置為耦合到所述螢光燈。所述LED改造系統包括至少一個管腳，被配置為可移除地耦合到所述至少一個連接器並且從現有鎮流器接收高壓AC信號；至少一個LED光源；變壓器電路系統，耦合到所述至少一個管腳並且被配置為接收高壓AC信號和輸出低壓AC信號；以及整流器電路系統，被配置為接收所述低壓AC信號並且生成用於驅動LED光源的DC電壓。在相關的實施例中，所述整流器電路系統包括全波橋式整流器電路系統和與LED 光源並聯的濾波電容器，該全波橋式整流器電路系統被配置為根據來自變壓器電路系統的低壓AC信號生成經過全波整流的AC電壓；其中所述濾波電容器可以被配置為將所述經過全波整流的AC電壓濾波為用於驅動LED光源的DC電壓。在另一相關的實施例中，所述變壓器電路系統可以包括被配置為向現有鎮流器提供用於以現有鎮流器的額定規範運行的負載的變壓器。在進一步相關的實施例中，所述變壓器包括初級繞組和次級繞組，所述初級繞組被配置為從現有鎮流器接收高壓AC信號，而次級繞組被配置為提供具有基於LED光源的電壓的低壓AC信號，其中可以基於螢光燈的電感和運行頻率來調諧所述變壓器的初級側。在另一相關的實施例中，LED改造系統可以進一步包括控制電路系統，該控制電路系統包括控制器、開關電路系統和溫度傳感器，其中所述控制器可以被配置為從溫度傳感器接收表示LED光源的溫度的信號並且輸出PWM信號以控制所述開關電路系統的導通狀態。在又一相關的實施例中，所述LED改造系統進一步包括控制電路系統，所述控制電路系統包括控制器、開關電路系統和電流檢測電路系統，其中所述控制器可以被配置為從電流檢測電路系統接收表示通過LED光源的電流的信號並且輸出用於控制所述開關電路系統的導通狀態以防止過電流情形的信號。在一種實施例中，提供一種使用螢光燈設備的現有鎮流器來驅動LED光源的方法。該方法包括從所述螢光燈設備的現有鎮流器接收高壓AC信號；使用變壓器電路系統將所述高壓AC信號轉換為低壓AC信號；使用整流器電路系統對所述低壓AC信號整流以生成經過整流的DC電壓；以及用該DC電壓驅動LED光源。在相關的實施例中，整流的步驟可以包括全波橋式整流器電路系統和與LED光源並聯的濾波電容器，該全波橋式整流器電路系統被配置為根據來自變壓器電路系統的低壓 AC信號生成經過全波整流的AC電壓；其中所述濾波電容器可以被配置為將所述經過全波整流的AC電壓濾波為用於驅動LED光源的DC電壓；以及其中所述變壓器電路系統包括變壓器，所述變壓器具有初級繞組和次級繞組，所述初級繞組被配置為從現有鎮流器接收高壓AC信號，而次級繞組被配置為提供具有基於LED光源的電壓的低壓AC信號，其中可以基於與現有鎮流器相配的螢光燈的電感和運行頻率來調諧所述變壓器的初級側，使得所述變壓器向現有鎮流器提供用於以現有鎮流器的額定規範運行的負載。
在此公開的前述和其它目標、特徵和優點將從下面對在此公開的特定實施例的描述中變得明顯，這些特定的實施例在附圖中圖解說明，在附圖中貫穿不同的視圖，同樣的附圖標記指代相同的部件。附圖不一定按比例，而是重點在於圖解說明在此公開的原理。圖1是圖解說明根據在此描述的實施例的包括LED改造系統的改造照明系統的系統圖。圖2是根據在此描述的實施例更詳細地圖解說明圖1的LED改造系統的系統圖。圖3是圖解說明根據在此描述的實施例的改造照明系統的電路圖。圖4包括電流和電壓對時間的圖，圖解說明圖3所示的改造照明系統的性能。圖5是圖解說明根據在此描述的實施例的LED改造系統的電路圖。圖6是圖解說明根據在此描述的實施例的方法的流程框圖。
具體實施例方式本公開並不打算限於在此提出的具體形式。要理解當環境可能暗示或呈現方便的時候，等效物的各種省略和替換都在預計之內。應當理解在此使用的措詞和術語是為了描述的目的而不應當被認為是限制。圖1是圖解說明根據在此描述的實施例的改造照明系統100的系統圖。在圖1 中，改造照明系統100包括AC電壓源102、螢光燈設備104和LED改造系統106。AC電壓源 102被配置為生成AC電壓，例如正弦AC電壓。例如，AC電壓源102可以包括120VAC/60Hz， 277VAC/60Hz, 204VAC/60Hz 和 / 或 220V_240VAC/50Hz，347VAC/60Hz 電源。本領域技術人員將認識到其它類型的AC電源102可以用於驅動改造照明系統100。螢光燈設備104可以包括任何螢光燈設備設計並且可以包括一個或多個被配置為機械地和/或電氣地與一個或多個螢光燈(未示出)連接的連接器108，110。連接器 108，110可以耦合到框架112並且可以採取用於與螢光燈耦合的任何連接器配置，諸如但不限於標準線性柱狀管T8，T10, T12配置、U形彎曲燈配置、圓形T5燈配置、緊湊型螢光燈(CFL)配置、PL燈配置等。螢光燈設備104還可以包括一個或多個鎮流器114。鎮流器114的輸出可以直接或間接地耦合到一個或多個連接器108，110。鎮流器114可以被配置為在連接器108，110 上提供適當的電壓以便在螢光燈(未示出)的電極之間建立電弧並且向螢光燈提供受控的電能量，即使用基於螢光燈的設計運行規範的受控電壓來控制提供給螢光燈的電流量。例如，鎮流器114可以被配置為提供在200-600VAC範圍內的輸出電壓(例如400VAC)，以運行在25kHz至IOOkHz的頻率下。可以至少部分地基於AC電壓源102和螢光燈的數量和類型來確定鎮流器114的設計。鎮流器114例如可以被配置為磁鎮流器、電子鎮流器、和/或各種類型的混合鎮流器，諸如但不限於瞬時啟動的鎮流器、快速啟動的鎮流器和/或可編程的鎮流器。鎮流器114可以與框架112形成整體部件和/或可以可移除地耦合到框架112， 例如以允許更換鎮流器114。LED改造系統106可以通過連接器108，110耦合到鎮流器114。如圖1所示，LED 改造系統106包括變壓器電路系統116、整流器電路系統118、LED光源120和一個或多個電氣的和/或機械的連接器(例如管腳12h-n)。LED光源120可以包括一個或多個耦合到支撐襯底IM的LED。在一些實施例中，例如LED光源120可以包括串聯耦合的多個LED的一個或多個陣列或可以被同時和/或單獨控制的LED條的一個或多個陣列。在LED光源120 中的LED可以包括任何固態光源和/或半導體光源，諸如但不限於常規的高亮半導體LED， 有機發光二極體(0LED)，雙色LED，三色LED，聚合物發光二極體(PLED)，電致發光條(EL) 等。LED光源120中的LED可以包括但不限於封裝LED和未封裝LED，板上晶片LED，以及表面安裝LED。LED還可以包括具有用於將從LED發射的能量轉換為不同波長的光的磷等等的 LED。除了 LED光源120之外，變壓器電路系統116、整流器電路系統118和管腳
全都可以耦合到支撐襯底124，使得整個LED改造系統106可以可移除地耦合到螢光燈設備 104的連接器108，110。如進一步在圖2中示出的，管腳12 -!!可以與設置在支撐襯底IM 的相對端部上的端部蓋121a，121b適配。端部蓋121a-b可以被配置為將管腳間隔開以使得管腳12 -!!與圖1所示的連接器108，110 (電氣地和/或機械地)配對。LED改造系統106 (例如支撐襯底124)的總體尺寸和/或形狀可以與LED改造系統106打算代替的標準螢光管的總體尺寸和/或形狀相同。如圖2所示的支撐襯底IM可以包括可以與變壓器電路系統116、整流器電路系統 118,LED光源120和管腳耦合的一個或多個印刷電路板(PCB)和/或其它襯底。支撐襯底1 可以可選地包括一個或多個光學器件126，諸如但不限於漫射體，透鏡等等。光學器件1 可以被配置為對通過LED光源120提供的光整形以使得實現期望的觀察角度和 /或分布圖案。光學器件126可以設置在支撐襯底IM的僅一部分附近(例如在靠近LED光源120的區域中)，可以一般地覆蓋整個支撐襯底124，和/或可以設置在LED光源120內的每個LED或LED子集上。因此，儘管LED改造系統106可以可移除地耦合到螢光燈設備104，但是LED改造系統106被認為是與螢光燈設備104分離的且不同的部件。因此，LED改造系統106可以被改造到已被設計為與螢光燈(未示出)一起使用的螢光燈設備104內。因此，LED改造系統106可以用作用於初始設施螢光燈設備104的直接替換光源，而無需移除鎮流器114或修改現有(例如所安裝的)螢光燈設備104的布線。變壓器電路系統116可以提供鎮流器114的高壓輸出與LED改造系統106的其餘部分的隔離。提供這樣的隔離可以有利地允許變壓器電路系統116向更寬範圍的部件(例如LED光源120)提供電力，同時減小和/或消除在LED改造系統106的其餘部分中的危險電壓並且減小和/或消除各個通道之間的串擾。一般來說，變壓器電路系統116可以將鎮流器114生成的高AC輸入電壓逐步降低為較低的AC輸出電壓。變壓器電路系統116的較低的AC輸出電壓可以至少部分地取決於在LED光源120中使用的LED的數量和類型。變壓器電路系統116可以耦合到地，由此消除浮動狀況(floating condition)。由於鎮流器114 可以以高頻率(諸如但不限於至少20kHz，例如40kHz或更大)運行，變壓器電路系統116可以包括被配置為與鎮流器114的頻率兼容的高頻變壓器117，如圖2所示。例如，高頻變壓器117可以是公知的變壓器配置，包括以例如25kHz至IOOkHz的高頻高效工作的鐵氧體。 一般來說，變壓器117可以包括初級繞組和一個或多個次級繞組(例如分別為L2和L3，如圖3所示)以實現鎮流器114的高壓輸出與LED改造系統106的其餘部分的隔離。初級繞組和次級繞組之間的匝數比可以確定由變壓器電路系統116輸送的電壓。使用高頻變壓器 117可以允許減小變壓器電路系統116的尺寸，並進而減小總體LED改造系統106的尺寸。整流器電路系統118可以包括任何用於將來自變壓器電路系統116的AC輸出轉換為DC輸出(或DC輸出的形式)的整流器。例如，整流器電路系統118可以包括全波整流器。可選地，整流器電路系統118可以包括平滑電路或濾波器128。平滑電路/濾波器128 可以減小與全波整流器118關聯的波紋以便根據AC電壓產生基本上穩定的DC電壓輸出。 例如，平滑電路/濾波器1 可以包括位於整流器118的DC輸出處的儲存電容器或平滑電容器。儘管濾波電容器1 可以將經過整流的DC電壓平滑為DC或準DC信號，但是這樣的經過平滑的信號仍然可能展現出明顯的、與AC源102的峰間值相關的AC變化。因此，為了減小或消除由於濾波電容器的不完全的平滑效果而導致的在視覺上可看見的閃爍，濾波電容器1 可以被選擇為具有例如基於AC源102的運行頻率和需要提供給LED光源120的供應電流的時間常量。為了進一步減小該波紋，可以使用公知的電容器輸入濾波器。這可以向儲存電容器補充扼流圈(電感)和第二濾波電容器，使得可以在濾波電容器128的兩個端子上獲得更穩定的DC輸出。現在轉向圖3，示出改造照明系統IOOa的電路圖。改造照明系統IOOa可以包括鎮流器電路系統114a、變壓器電路系統116a、整流器電路系統118a和LED光源120a。鎮流器電路系統IHa可以是與螢光照明系統關聯的現有鎮流器。如在此所使用的，「現有鎮流器」術語意欲指代被設計和/或售賣為與螢光照明系統的螢光燈一起使用的鎮流器，而不是用於基於LED的照明系統。鎮流器電路系統IHa可以包括電氣耦合到AC信號Vl (例如120V/60HZ的AC信號)的一個或多個電感Ll以及鎮流器電容器Cl，C2。鎮流器電路系統11 (例如現有鎮流器)可以被設計為基於其意欲驅動的螢光燈配置以指定的頻率和負載運行，諸如但不限於在600VAC時以40kHz和350歐姆運行。鎮流器電路系統11 可以基於為螢光燈建立的標準的、一般接受的運行參數來設計，這些運行參數例如由保險商實驗室(UL)、美國職業安全與保健總署(OSHA)、CE標記、工業標準等等建立。鎮流器電路系統IHa的輸出可以例如通過諸如圖1所示的連接器108，110的連接器而耦合到變壓器電路系統116a。變壓器電路系統116a可以包括高頻變壓器117a，該高頻變壓器117a包括初級繞組L2和次級繞組L3。特別地，鎮流器電路系統IHa的輸出可以由初級側繞組L2接收，該初級側繞組結合次級繞組L3可以將來自鎮流器電路系統11 的AC電壓逐步降低為次級繞組L3上的較低的AC電壓。初級繞組和次級繞組L2，L3之間的匝數比可以確定由變壓器電路系統116a輸送的電壓，並且可以至少部分基於驅動LED光源120a所需要的最小電壓。變壓器電路系統116a可以被配置為與鎮流器電路系統11 的設計規範兼容。例如，變壓器電路系統116a可以被配置為向鎮流器電路系統11 提供接近鎮流器電路系統 11 被設計為驅動以輸送最大功率的負載的負載(例如但不限於40kHz時的350歐姆)。 變壓器電路系統116a還可以被配置為以鎮流器電路系統IHa的運行頻率(例如但不限於 40kHz)運行和/或在該運行頻率附近運行。變壓器電路系統116a的初級繞組L2可以可選地例如通過電阻器R3耦合到地332。整流器電路系統118a可以耦合到變壓器電路系統116a的輸出並且可以被配置為對變壓器電路系統116a的AC輸出進行整流和濾波。如圖3所示，整流器電路系統118a包括布置為全波橋的4個二極體D1-D4以便將變壓器電路系統116a的AC輸出整流為經過全波整流的DC輸出。該布置作為全波整流器公知，並且可以在此稱為全波橋、FWB或全波整流器。可以提供濾波電容器Cf以對全波整流器的經過整流的DC輸出進行濾波並且生成具有減小的波紋的DC或準DC輸出。儘管濾波電容器Cf可以將經過整流的DC輸出平滑為DC 或準DC信號，但是這樣的經過平滑的信號仍然可能展現出明顯的、與向系統提供電力的AC 源(諸如圖1所示的AC源102)的峰間值相關的AC變化。因此，為了減小或消除由於濾波電容器Cf的不完全的平滑效果而導致的在視覺上可看見的閃爍，濾波電容器Cf可以被選擇為具有例如基於AC源的運行頻率和驅動LED光源120a所需要的供應電壓的時間常量。在圖3中，LED光源120a包括在整流器電路系統118a的兩個DC輸出上、即在濾波電容器Cf的兩端上串聯連接的多個LED 321a-n。整流器電路系統118a的輸出由此可以驅動LED 321a-n，使得LED 321a_n發光。LED光源120a可以可選地耦合到地332，地332 可以包括例如系統MAINS (幹線)地和/或共同(地面)地。將LED光源120a耦合到地332 可以防止LED光源120a處於「浮動」狀態，這可以減小或消除由LED光源120a散發或接收的電磁幹擾(即噪聲)。儘管示出單個LED光源120a，但是LED光源120a可以包括多個LED 光源120a，每一個LED光源可以包含不同數量和/或類型的LED 321a-n。例如，變壓器電路系統116a可以包括被配置為從單個AC電壓源Vl驅動多個LED通道(例如多個LED光源 120a)的多個次級繞組L3，並且每個LED通道可以配備有其自己的整流器電路118a。圖4包括電流和電壓對時間的圖402，404，406，408，以圖解說明圖3所示的改造照明系統IOOa的性能。特別地，圖402圖解說明圖3所示的鎮流器電路系統11 的示例性輸出。如圖所示，在鎮流器電路系統的輸出上的電壓可以接近200VAC (400VAC峰間值)。 圖404圖解說明變壓器電路系統116a響應於圖402所圖解說明的鎮流器電路系統輸出電壓的輸出，即次級繞組L3的輸出。如圖所示，在變壓器電路系統的輸出上的電壓可以接近 40VAC。圖406圖解說明整流器電路系統118a響應於圖404所圖解說明的變壓器電路系統 116a輸出電壓的輸出，即提供給LED光源120a的經過整流的DC電壓。如圖所示，整流器電路系統118a的輸出上的電壓可以接近40VDC。圖408圖解說明由LED光源120a響應於圖406圖解說明的整流器電路系統118a輸出電壓而吸收的電流。如圖所示，改造照明系統IOOa可以提供基本上恆定的電壓和/或電流以使用現有鎮流器電路系統11 來驅動LED 光源120a。圖5圖解說明改造照明系統100b。所圖解說明的改造照明系統IOOb包括鎮流器電路系統114、變壓器電路系統116、整流器電路系統118和LED光源120，它們全都按照上面結合圖1-3所描述的方式來配置。改造照明系統IOOb還包括控制電路系統550。控制電路系統550可以被配置為控制提供給LED光源120的功率。例如，控制電路系統550可以被配置為在過電流情形的情況下控制輸送給LED光源120的功率，例如以防止對LED光源 120的損壞，和/或補償LED光源120的溫度變化，例如以從LED光源120提供恆定的總體亮度(發光度)。在一些實施例中，控制電路系統550可以包括控制器552、溫度傳感器5M 和開關電路系統陽6。控制器552可以包括處理器、微控制器、專用集成電路(ASIC)等等， 它們被配置為從溫度傳感器5M接收表示LED光源120的溫度的信號，例如LED光源120 內的LED的溫度和/或靠近LED光源120的環境溫度。接著控制器552可以將該信號與存儲在查找表(LUT) 558中的值進行比較並基於該差值生成脈寬調製(PWM)信號560以控制開關電路系統陽6的導通狀態。儘管開關電路系統556被繪製成通用的開關電路，但是本領域技術人員將認識到開關電路系統556可以包括FET開關(例如但不限於MOSFET)、BJT 開關或其它能夠切換導通狀態的電路系統。正如所知道的，由控制器552生成的PWM信號560可以具有可控的佔空比以控制 LED光源120的亮度和/或顏色。例如，假設佔空比為50%，則驅動電流在開關電路系統556 導通時間期間被輸送給LED光源120，並且在開關電路系統556斷開時間期間中斷。為了控制從LED光源120輸出的光的總體亮度，可以調節PWM信號560的佔空比。例如，佔空比可以從0% (開關總是打開)變化到100% (開關總是閉合)以控制LED光源120的總體亮度 (發光度)和/或顏色。當PWM信號560為開(高)時，開關電路系統556可以閉合，因此產生通過開關電路系統556、LED光源120和整流器電路系統118的導通路徑。當PWM信號560 為關時，開關電路系統556可以打開，因此解除LED光源120和開關電路系統556與整流器電路系統118的耦合。因此，流經LED光源120的電流可以被調節，由此允許針對溫度來校正LED光源120的發光度。PWM信號560的頻率可以被選擇為防止來自LED光源120的在視覺上可看見的閃爍。附加地或替換地，控制電路系統550可以包括電流檢測電路系統562。根據一些實施例，電流檢測電路系統562可以例如使用檢測電阻器Iisense產生表示流經LED光源120的電流的信號564。控制器552可以接收信號564並且將該信號與一個或多個閾值(例如存儲在LUT 558中的一個或多個閾值)進行比較。在信號564大於第一閾值的情況下(例如過電流情形)，控制器552可以生成用於打開開關電路系統556的信號。例如，控制器552可以生成具有0%佔空比的PWM信號560，以使得開關電路系統556打開，由此解除LED光源120 和開關電路系統陽6與整流器電路系統118的耦合。替換地，控制器552可以生成可以控制開關電路系統陽6的狀態的簡單的開/關信號。控制電路系統550可以包括被配置為提供控制電路系統550的控制器552和/或其它部件所需要的必要供應電壓的電源566。例如，電源566可以包括公知的齊納二級管穩壓器配置，該配置可以可選地包括如圖所示地被配置為向控制器例如提供5VDC或3. 3VDC 的一個或多個齊納二極體568、電容器570和/或電阻器572。如圖5所示，控制器552耦合到地532，地532可以包括例如系統MAINS地和/或共同(地面)地。將控制器552耦合到地532可以防止控制器552處於「浮動」狀態，這可以減小或消除在開關556中的諧波噪聲並且實現在LED光源120上的精細控制。當然，圖5僅圖解說明可被使用的控制電路系統550的一個示例，本領域技術人員可以認識到可以使用控制電路系統550的其它實施例。例如，控制電路系統550可以提供在除了控制器552的電路系統中。替換地(或附加地)，光電檢測器可以設置在LED光源120 附近以接收光並生成與LED光源120所發射的光成比例的反饋信號。控制器552可以被配置為將該反饋信號與用戶定義的值和/或預設的值(例如存儲在LUT 558中)相比較，以生成控制信號用於控制由控制器552 (或替換地是PWM電路系統)生成的PWM信號560的佔空比並且最終控制開關電路系統556的導通狀態以控制LED光源120的發光度。圖6示出根據在此描述的實施例的使用螢光燈設備的現有鎮流器來驅動LED光源的一種方法的流程框圖600。該流程框圖可以示出和描述為包括特定的步驟順序。然而要理解，該步驟順序只是提供在此描述的一般功能如何可以實現的示例。除非另有說明，這些步驟不是必須按照所給出的順序執行。在圖6中，從螢光燈設備的現有鎮流器接收610高壓AC信號。使用變壓器電路系統將高壓AC信號轉換620為低壓AC信號。使用整流器電路系統將低壓AC信號整流630以生成經過整流的DC電壓。通過該DC電壓驅動640 LED光源。在一些實施例中，所描述的方法可以使用例如圖5中的控制器552的控制器和/或其它可編程設備來實現。為了這個目的，根據在此描述的實施例的方法可以在有形的計算機可讀介質上實現，該計算機可讀介質具有存儲於其上的指令，所述指令在通過一個或多個處理器執行時執行所述方法。因此例如圖5中的控制器552可以包括存儲介質(未在圖5中示出)以存儲用於執行在此描述的運行的指令(例如用固件或軟體)。如在這裡的任何實施例中使用的，「電路」或者「電路系統」可以例如單個地或者以任何組合地包括硬連線電路系統、可編程電路系統、狀態機電路系統和/或存儲由可編程電路系統執行的指令的固件。在至少一個實施例中，在此描述的電路和/或電路系統可以集體地或者單獨地包括一個或多個集成電路。「集成電路」可以包括數字的、模擬的或混合信號的半導體設備和/或微電子設備，諸如例如但不限於半導體集成電路晶片。在此描述的方法和系統不限於特定的硬體或軟體配置，並且可以在很多計算或處理環境中找到可應用性。這些方法和系統可以用硬體或軟體或硬體和軟體的組合來實現。 這些方法和系統可以用一個或多個電腦程式來實現，其中電腦程式可以被理解為包括一個或多個處理器可執行指令。(一個或多個)電腦程式可以在一個或多個可編程處理器上執行，並且可以存儲在可由處理器(包括易失和非易失存儲器和/或存儲元件)、一個或多個輸入設備和/或一個或多個輸出設備讀取的一個或多個存儲介質上。處理器因此可以存取一個或多個輸入設備以獲得輸入數據，並且可以存取一個或多個輸出設備以傳送輸出數據。輸入和/或輸出設備可以包括以下的一個或多個隨機存取存儲器(RAM)，獨立盤的冗餘陣列(RAID)，軟盤，⑶，DVD，磁碟，內部硬碟驅動器，外部硬碟驅動器，存儲棒，或其它能夠被這裡提供的處理器存取的存儲設備，其中前面提到的這樣的示例不是詳盡的，而是為了圖解說明而並非限制。(一個或多個)電腦程式可以使用一種或多種高級程序的或面向對象的程式語言來實現以便與計算機系統通信；然而如果需要，(一個或多個)程序可以用彙編或機器語言來實現。這種語言可以被編譯或解釋。因此如這裡所提供的，(一個或多個)處理器可以嵌入在可以單獨或一起在聯網環境中運行的一個或多個設備中，其中該網絡可以例如包括區域網(LAN)、廣域網(WAN)和/ 或可以包括內部網和/或網際網路和/或另一網絡。(一個或多個)網絡可以是有線的或無線的或它們的組合，並且可以使用一個或多個通信協議來促進不同處理器之間的通信。處理器可以被配置為用於分布式處理，並且在一些實施例中可以按照需要使用客戶機-伺服器模型。因此，所述方法和系統可以使用多個處理器和/或處理器設備，並且處理器指令可以在這樣的單個或多個處理器/設備之間劃分。與(一個或多個)處理器集成的(一個或多個)設備或計算機系統可以例如包括(一個或多個)個人計算機、(一個或多個)工作站(例如Sim，HP)、(一個或多個)個人數字助理 (PDA)、諸如(一個或多個)蜂窩電話或(一個或多個)智慧型電話的(一個或多個)手持設備、 (一個或多個)膝上型電腦、(一個或多個)手持計算機或能夠與可以如在此所提供的那樣運行的(一個或多個)處理器集成的其它(一個或多個)設備。因此，在此提供的設備不是詳盡的，而是提供用於圖解說明而不是限制。對「微處理器」和「處理器」和「控制器」或「所述微處理器」、「所述處理器」和「所述控制器」的引用可以被理解為包括可以在(一個或多個)獨立式和/或分布式環境中通信的一個或多個微處理器，並且因此可以被配置為經由有線或無線的通信與其它處理器通信， 其中這樣的一個或多個處理器可以被配置為運行在一個或多個處理器控制的設備上，這些設備可以是相似或不同的設備。使用這樣的「微處理器」或「處理器」或「控制器」術語因此也可以被理解為包括中央處理單元、算術邏輯單元、專用集成電路(IC)和/或任務引擎，其中這樣的示例提供用於圖解說明而不是限制。此外，對存儲器和/或存儲介質的引用，除非另外指定，可以包括一個或多個處理器可讀取和可存取的存儲器元件和/或部件，這些存儲器元件和/或部件可以在處理器控制的設備內，在處理器控制的設備外，和/或可以使用各種通信協議經由有線或無線網絡被存取，並且除非另外指定，可以被布置為包括外部和內部存儲器設備的組合，其中這樣的存儲器可以基於應用而相連和/或分隔。因此，對資料庫的引用可以被理解為包括一個或多個存儲器關聯，其中這樣的引用可以包括市場上可獲得的資料庫產品(例如SQL， Informix,Oracle)以及還可以包括專用資料庫，並且還可以包括用於將諸如鏈路、隊列、圖表、樹的存儲器與這樣的被提供用於圖解說明而並非限制的結構關聯的其它結構。對網絡的引用，除非另外提供，可以包括一個或多個內部網和/或網際網路。在此對根據上述的微處理器指令或微處理器可執行指令的引用可以被理解為包括可編程硬體。在此使用的術語「耦合」指代用於將由一個系統元件運送的信號給予「耦合的」元件的任何連接、耦合、鏈路等等。這樣的「耦合的」設備，或信號和設備不需要直接彼此連接， 而可以通過可以操縱或修改這樣的信號的中間部件或設備分離。在說明書中對本公開的「一個實施例」或「一種實施例」的引用意味著結合該實施例描述的特定特徵、結構或特性包含在本公開的至少一個實施例中。因此，在整篇說明書的不同地方出現的術語「在一個實施例中」的出現不一定全都指代相同實施例。在此的術語「第一」、「第二」等等不表示任何順序、數量或重要性，而是用於將一個元件與另一個元件區分開來，並且在此的術語「a (—)」和「an (—個)」不表示對數量的限制，而是表示存在至少一個所引用的項目。除非另有說明，單詞「基本上」的使用可以被解釋為包括精確的關係、條件、布置、 取向和/或其它特性、以及本領域技術人員所理解的它們的差異，達到這樣的差異不會實質上影響所公開的方法和系統的程度。貫穿本公開的全部內容，用於修飾名詞的冠詞「a」和/或「an」和/或「所述」的使用可以被理解成為方便使用並且包括所修飾的名詞的一個或多於一個，除非另外具體說明。術語「包括」、「包含」和「具有」意欲是總括性的，並且意味著可能存在除了所列出的元件的附加元件。通過附圖描述和/或以其它方式描繪的、用於與其它東西通信、關聯和/或基於該其它東西的元件、部件、模塊和/或其部分可以被理解為以直接和/或間接方式如此通信、 關聯和/或基於，除非在此另外規定。儘管與方法和系統的具體實施例相關地描述了這些方法和系統，但是它們不限於此。顯然很多修改和變化可以根據上述教導而變得明顯。在此描述和圖解說明的細節上的、 材料上的以及部件布置上的很多附加改變可以由本領域技術人員進行。
權利要求
1.一種用於與具有現有鎮流器的螢光燈設備一起使用的發光二極體(LED)改造系統， 所述LED改造系統包括至少一個LED光源；變壓器電路系統，被配置為從現有鎮流器接收高壓AC信號以及輸出低壓AC信號；整流器電路系統，被配置為接收該低壓AC信號和生成用於驅動LED光源的DC電壓；以及至少一個管腳，被配置為將所述變壓器電路系統電氣耦合到現有鎮流器；所述LED改造系統被配置為可移除地耦合到螢光燈設備。
2.根據權利要求1的LED改造系統，進一步包括支撐襯底，所述至少一個管腳、LED光源、變壓器電路系統以及整流器電路系統耦合到該支撐襯底，其中所述至少一個管腳被配置為將LED改造系統可移除地耦合到螢光燈設備的至少一個連接器。
3.根據權利要求1的LED改造系統，其中所述整流器電路系統包括全波橋式整流器電路系統和與LED光源並聯的濾波電容器，該全波橋式整流器電路系統被配置為根據來自變壓器電路系統的低壓AC信號生成經過全波整流的AC電壓；其中所述濾波電容器被配置為將所述經過全波整流的AC電壓濾波為用於驅動LED光源的DC電壓。
4.根據權利要求1的LED改造系統，其中所述變壓器電路系統包括被配置為向現有鎮流器提供用於以現有鎮流器的額定規範運行的負載的變壓器。
5.根據權利要求4的LED改造系統，其中所述變壓器電路系統包括被配置為提供大約 350 Ω的負載的變壓器。
6.根據權利要求4的LED改造系統，其中所述變壓器包括被配置為以20kHz或更大運行的高頻變壓器。
7.根據權利要求6的LED改造系統，其中所述高頻變壓器包括初級繞組和次級繞組， 所述初級繞組被配置為從現有鎮流器接收高壓AC信號，而次級繞組被配置為提供具有基於LED光源的電壓的低壓AC信號。
8.根據權利要求7的LED改造系統，其中基於與所述現有鎮流器相配的螢光燈的電感和運行頻率來調諧所述變壓器的初級側。
9.根據權利要求1的LED改造系統，進一步包括被配置為調節提供給LED光源的功率的控制電路系統。
10.根據權利要求9的LED改造系統，其中所述控制電路系統包括控制器、開關電路系統和溫度傳感器，其中所述控制器被配置為從溫度傳感器接收表示LED光源的溫度的信號並且輸出PWM信號以控制所述開關電路系統的導通狀態。
11.根據權利要求9的LED改造系統，其中所述控制電路系統包括控制器、開關電路系統和電流檢測電路系統，其中所述控制器被配置為從電流檢測電路系統接收表示通過LED光源的電流的信號並且輸出用於控制所述開關電路系統的導通狀態以防止過電流情形的信號。
12.一種改造照明系統，包括螢光燈設備，包括框架；現有鎮流器，被配置為耦合到AC電源並且提供被配置為驅動螢光燈的高壓AC信號；以及耦合到現有鎮流器的輸出的至少一個連接器，所述至少一個連接器被配置為耦合到所述螢光燈；和被配置為可移除地耦合到該螢光燈設備的發光二極體(LED)改造系統，所述LED改造系統包括至少一個管腳，被配置為可移除地耦合到所述至少一個連接器並且從現有鎮流器接收高壓AC信號；至少一個LED光源；變壓器電路系統，耦合到所述至少一個管腳並且被配置為接收高壓AC信號並且輸出低壓AC信號；以及整流器電路系統，被配置為接收所述低壓AC信號並且生成用於驅動LED光源的DC電壓。
13.根據權利要求12的改造照明系統，其中所述整流器電路系統包括全波橋式整流器電路系統和與LED光源並聯的濾波電容器，該全波橋式整流器電路系統被配置為根據來自變壓器電路系統的低壓AC信號生成經過全波整流的AC電壓；其中所述濾波電容器被配置為將所述經過全波整流的AC電壓濾波為用於驅動LED光源的DC電壓。
14.根據權利要求12的改造照明系統，其中所述變壓器電路系統包括被配置為向現有鎮流器提供用於以現有鎮流器的額定規範運行的負載的變壓器。
15.根據權利要求14的改造照明系統，其中所述變壓器包括初級繞組和次級繞組，所述初級繞組被配置為從現有鎮流器接收高壓AC信號，而次級繞組被配置為提供具有基於 LED光源的電壓的低壓AC信號，其中基於螢光燈的電感和運行頻率來調諧所述變壓器的初級側。
16.根據權利要求12的改造照明系統，其中LED改造系統進一步包括控制電路系統， 該控制電路系統包括控制器、開關電路系統和溫度傳感器，其中所述控制器被配置為從溫度傳感器接收表示LED光源的溫度的信號並且輸出PWM信號以控制所述開關電路系統的導通狀態。
17.根據權利要求12的改造照明系統，其中所述LED改造系統進一步包括控制電路系統，所述控制電路系統包括控制器、開關電路系統和電流檢測電路系統，其中所述控制器被配置為從電流檢測電路系統接收表示通過LED光源的電流的信號並且輸出用於控制所述開關電路系統的導通狀態以防止過電流情形的信號。
18.一種使用螢光燈設備的現有鎮流器來驅動LED光源的方法，該方法包括從所述螢光燈設備的現有鎮流器接收高壓AC信號；使用變壓器電路系統將所述高壓AC信號轉換為低壓AC信號；使用整流器電路系統對所述低壓AC信號整流以生成經過整流的DC電壓；以及用該DC電壓驅動LED光源。
19.根據權利要求18的方法，其中整流的步驟包括全波橋式整流器電路系統和與LED光源並聯的濾波電容器，該全波橋式整流器電路系統被配置為根據來自變壓器電路系統的低壓AC信號生成經過全波整流的AC電壓；其中所述濾波電容器被配置為將所述經過全波整流的AC電壓濾波為用於驅動LED光源的DC電壓；以及所述變壓器電路系統包括變壓器，所述變壓器具有初級繞組和次級繞組，所述初級繞組被配置為從現有鎮流器接收高壓AC信號，而次級繞組被配置為提供具有基於LED光源的電壓的低壓AC信號，其中基於與現有鎮流器相配的螢光燈的電感和運行頻率來調諧所述變壓器的初級側，使得所述變壓器向現有鎮流器提供用於以現有鎮流器的額定規範運行的負載。
全文摘要
本發明涉及用於螢光照明系統的發光二極體改造系統。公開了一種用於包括螢光燈設備的螢光照明系統的發光二極體(LED)改造系統。所述螢光燈設備包括框架；現有鎮流器，被配置為耦合到AC電源；以及耦合到現有鎮流器的輸出的至少一個連接器。所述連接器被配置為耦合到螢光燈。所述LED改造系統包括至少一個管腳，被配置為可移除地耦合到所述連接器並且從現有鎮流器接收高壓AC信號。LED改造系統包括至少一個LED光源；變壓器電路系統，耦合到所述管腳並且被配置為接收高壓AC信號並且輸出低壓AC信號；以及整流器電路系統，被配置為接收所述低壓AC信號並且生成用於驅動LED光源的DC電壓。
文檔編號H05B35/00GK102573166SQ20111043492
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者B.安東尼, S.巴克爾 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司