CN101690413A - 固态照明装置 - Google Patents

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CN101690413A CN200880012985A CN200880012985A CN101690413A CN 101690413 A CN101690413 A CN 101690413A CN 200880012985 A CN200880012985 A CN 200880012985A CN 200880012985 A CN200880012985 A CN 200880012985A CN 101690413 A CN101690413 A CN 101690413A
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杨忠哲
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Abstract

一种照明装置，包括：固态灯，包括：一个或多个固态照明元件，以及电源电路，包括电连接到所述灯的限流设备。所述限流设备被配置为在传送到所述灯的电流上施加最大限度的影响，该限流设备实质上用作一个恒流电源。该照明装置还包括用于所述电源电路和灯的机架，形成一个模块单元。

Description

固态照明装置
相关申请
本申请要求申请日为2007年4月25日、申请号为60/926,140的美国临时专利申请的优先权，以它的整体并入这里以供参考。本申请还要求申请日为2007年4月27日、申请号为60/926,476的美国临时专利申请的优先权，以它的整体并入这里以供参考。
发明领域
本发明涉及照明应用装置，尤其是涉及固态照明装置。
发明背景
照明产品已经成为一种正在进行全球增长的产品。典型的照明产品采用一种或多种白炽灯泡。白炽灯泡的购买价格低廉，但在发出90％热时只产生约10％的光，这使得它们的低效率以及实际操作成本的昂贵。而且，白炽灯泡只有非常段的产品寿命(通常为1000小时)。
荧光灯是比白炽灯泡更有效率的灯，但它采用了诸如水银等危险的材料。而且，荧光灯需要体积大的镇流器，而镇流器是昂贵的，且使得该荧光灯不适用于较小的地方。而且，荧光灯在低温下的表现较差。虽然荧光灯具有比白炽灯泡更长的寿命，但是荧光灯是比白炽灯泡更昂贵的，还需要经常保养，这会花费更多人力。
发明内容
本发明提供了一种固态照明装置和组件。在一个实施例中，这样的照明装置包括：固态灯，包括一个或多个固态照明元件；以及电源电路，包括电连接到所述灯的限流设备。该限流设备被配置为在传送到所述灯的电流上施加最大限度的影响，所述限流设备实质上用作一个恒流电源。该照明装置还包括用于所述灯和所述电源电路的机架，形成一个模单元。
所述电源电路还包括电连接到所述限流设备的电源转换器，所述电源转换器被配置用于将AC(交流)电源转换为适用于所述限流设备的DC(直流)电源。在一个应用例中，所述电源转换器包括：桥式整流器，用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源。
在一个应用例中，所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯，以致所述灯在低于AC线路频率的100％工作周期下操作。在一个实施例中，所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在AC线路频率的50％工作周期下操作。
至少一个照明元件包括LED(发光二级管)。而且，所述灯可包括多个LED，串联为一个单串电路。所述灯还包括并联的多个LED串电路，连接到所述电源电路，所述装置包括对于每个LED串电路的限流设备。
本发明的另一个实施例提供了一种照明组件，包括：多个固态照明装置单元，每个照明装置单元如上所述。在另一个实施例中，本发明提供了另一种照明组件，包括：一个或多个固态照明装置单元，每个照明装置单元包括：固态灯，包括一个或多个固态照明元件；以及电源电路，包括电连接到所述灯的限流设备，所述限流设备被配置为在传送到所述灯的电流上施加最大限度的影响，所述限流设备实质上用作一个恒流电源；桥式整流器，用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源；电路板，该电路板包括使所述灯和所述电源电路附着到所述电路板并通过所述电路板电连接的电气线路；以及用于一个或多个固态照明装置单元的机架，形成一个模单元。所述模单元具有适合装入采用现有电源线的现有照明环境的波形因数。
本发明的这些特征和其他特征、方面和优点，都将在以下说明书、附属的权利要求和相应附图中得到更清楚的说明。
附图简要说明
图1显示了根据本发明的一个实施例所述的照明装置的功能块框图。
图2显示了根据本发明的另一个实施例所述的照明装置的功能块框图。
图3显示了在根据本发明的一个实施例所述的照明装置中的用于所述照明元件(例如LED)的工作周期的示例图。
图4显示了根据本发明的一个实施例所述的模块照明装置。
图5显示了根据本发明的一个实施例所述的带有多个LED群的照明组件的功能块框图，多个LED串联为一个单串电路。
图6显示了根据本发明的一个实施例所述的带有并联的多个LED串电路的照明组件的功能块框图。
图7显示了根据本发明的一个实施例所述的包括并联连接到一个AC线路的多个照明装置的功能块框图。
图8显示了根据本发明的一个实施例所述的包括一个照明装置的已装配的模块照明单元。
图9显示了根据本发明的一个实施例所述的照明组件的示意图，该照明组件包括已装配的适合装入典型的荧光灯机架的照明模块。
优选实施例详述
本发明提供了采用固态照明元件的照明装置，这个应用方式用于替代白炽灯泡和荧光灯，而提供了更高效率，更长的照明寿命(通常50,000小时)，这也是对环境更友好和更紧凑的。
所述的照明装置还允许用于更多的紧凑装配，相比于传统的白炽灯和荧光灯。该照明装置还能被装配为适合装入现有白炽灯泡或者荧光灯的波形系数，这依次使得该照明装置能容易地安装进现有的机架并适用于白炽灯泡或荧光灯的电线。
图1显示了根据本发明的一个实施例所述的照明装置10的功能块框图。该照明装置10包括电源电路11，该电源电路包括电源转换器12，例如桥式整流器，将交流电(AC)转换为直流电(DC)。
该电源电路11还包括限流设备(限流器)14和固态灯16，该固态灯包括一个或多个固态照明元件，例如LED 18。该电源电路11和LED 18都是串联的。
图2显示了根据本发明的另一个实施例所述的照明装置20的功能块框图，其中，电源电路11还包括一个连接到电源线的AC线路19，例如在普通家庭或办公室中的AC线路。
在任一个例子中，限流设备14在传送到灯16的电流上施加最大限度的影响，因而降低了流入灯16的峰值电流。这降低了电力消耗和/或避免了对灯16的照明元件18的损害。
优选地，限流设备14是在设计上简单，在结构上紧凑，允许模块化和适用于照明装置的节省空间的波形因数。更优选地，该限流设备14提供了高电压，并作为一个恒流电源，它实质上不会受到温度变化的影响。
根据本发明所述，这样一个用于照明装置的限流设备允许简化在电源电路的电源转换步骤，并使得整体尺寸减小。因此，该照明装置允许用于模块化的小型或灵活的波形因数，并能被用于以下地方的照明：诸如冰箱容器、橱柜下面、演示搁板等，这些空间都是有限的。
限流设备14的一个例子是来自美国加利福利亚州森尼维耳的Supertex公司的CL2(说明书公布在http://www.supertex.com/pdf/datasheets/CL2.pdf)。限流设备14的另一个例子是来自美国德克萨斯州达拉斯的德克萨斯器械公司的调整器LM317(说明书公布在http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf)。
电源电路11可被连接到一个AC线路，或者在另一个实施例中，具备合适的DC电源，电路11的电源转换器12变得不必要了，以致可用的DC电源能被电偶联到所述限流设备14。
在一个应用例中，所述照明装置10在120V AC(通常家庭电源的可用电流)下操作。电源转换器12可应用作为一个桥式整流器，它将120V AC转换为在120Hz的正弦波120V DC信号，如图3的图形30的示例所示。该限流设备14在20mA具有5V至90V的操作范围。
LED的数量决定了可应用的线路电压，这里：
LED的数量＝(供电电压-限流设备的电压降)/每个LED的电压降。
当通过所述限流设备的电压降为45V时，对于120V AC输入，峰值供电电压是：170V(峰值)＝120V AC x 1.414。当每个LED的电压降为3.5V时，则：
LED的数量＝(170V(峰值)-45V)/3.5V，或者
LED的数量＝125V/3.5V＝35.7个LED或者36个LED。
在本例中，当LED 18在用于白LED的约3.5V电压降下操作时，36个LED的总电压降为126V。因此，如图3中图形30的示例所示，仅当应用在这些LED的DC电压高于126V DC时，这些LED是转为开(ON)状态。这些LED是串联连接的，以抵消75％的线路电压，这是在50％工作周期中取得的。通过这个简化的电路，在120V AC的应用条件下，在LED 18的来自AC线路频率的50％工作周期延长了这些LED的寿命，并导致了电力能源的节省。其他低于100％工作周期的应用实例也应当包括在本发明的范围之内。
这样一个简化的LED电路设计可被模块化、批量化、扩张化、重新装配或者单独替换。如图4的示意图所示，在该例的照明装置40中，限流设备14是嵌入在一个电路板42(例如，印刷电路板)上的用于LED 18的模块组件内。在电路板42上的电气线路44连接LED 18和限流设备14。因此，不需要外部灯泡的变压器，导致用于所述照明装置40的紧凑波形因数。电源转换器12也可放置在电路板42上，同时保持紧凑型。该电路板42也附着到用于结构支撑的背板46。
而且，根据本发明的一个实施例所述的照明组件，它包括多个模块化的照明装置单元10，串联为用于不同的应用的不同配置。如图5中的示例所示，根据本发明所述的一种照明组件50包括多个LED 18，它们被串联为一个单串电路。图5还显示了电源转换器12包括一个桥式整流器，带有4个连接的二极管15，用于AC到DC转换，每个都如图3中图形30所示。
如图6所示，根据本发明的一个实施例所述的另一种照明组件60包括多个(例如，两个)LED 18的串电路52，并联以形成固态灯。图7显示了根据本发明所述的另一种照明组件70的实施例，该照明组件包括并联连接到一个AC线路的多个照明装置单元10。
图8显示了根据本发明所述的一个模块化单元80的示例，它包括固态照明装置，诸如在图4中所示的照明装置40。在该模块化单元80中，照明装置40被放置在一个机架82内，可被支持体85的84L端与84R端所支持，电源线86连接到该照明装置40的电源电路中。
如图8所示，实质上整个照明装置40(包括限流器、LED和桥式整流器)被放置在机架82内，形成模块单元，然后，这可被“下降(dropped)”进入现有的支持体85内，用于提供与电源线路的电接触，或者也可采用其他方式来使用。所述机架82可具有以下的波形因数：诸如管形(在荧光灯中常采用)，基本上球形(在白炽灯泡中常采用)等。该机架82可以是透明的、不透明等。
图9显示了根据本发明所述的包括照明模块92的照明组件90的实施例，该组件被装配为适合装入典型的荧光灯机架94，该机架的支持部件93在两端具有支持体94L和94R，用于支持所述照明模块92的相应端。该照明模块92包括五个照明装置单元40(图4)，它们可串联或并联地电连接到AC电源，并装配入透明的机架95内。例如，照明模块92从端到端的长度是60英寸长(管状模块95的长为57又1/4英寸)，宽度是1又3/8英寸。其他例子也是可行的。
不需要容量大的灯泡、开关模式转换器或者变压器，根据本发明所述的照明装置可被应用于新的安装或者适用于现有的灯具以替换现有的设备，不需要额外的要求或者改变周围环境。虽然SSL(安全传输协议)工业仍关注在高能LED上，但在本发明的一个实施例中，采用了多个数量的低能LED与具有低电流级别的限流设备，作为这样的组合是低能耗的，产生基本上最低热量。
本发明已经参考特定的优选的不同方式进行了详细的描述，然而，其他不同的方式也是可行的。因此，所附权利要求的精神和范围并不限制于这里所包含的优选方式的描述。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
根据条约第19条修改时的声明
权利要求1-7没有修改。原权利要求8删去。原权利要求9至14依次重编为权利要求8至13。原权利要求15删去。加入新权利要求14和15。原权利要求16至28删去。
1、一种照明装置，包括：
固态灯，包括一个或多个固态照明元件；以及
电源电路，包括电连接到所述灯的限流设备，所述限流设备被配置为将最大极限的电流传送到所述灯，所述限流设备实质上用作一个恒流电源。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源电路还包括电连接到所述限流设备的电源转换器，所述电源转换器被配置用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源转换器包括：桥式整流器，用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述照明元件包括LED。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述桥式整流器将AC信号转换为正弦波DC信号。
6、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在低于AC线路频率的100％工作周期下操作。
7、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在AC线路频率的50％工作周期下操作。
8、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述一个或多个LED是串联连接的，以抵消75％的线电压，其中，用于所述LED的50％工作周期是从AC线路频率中获得的。
9、根据权利要求1所述的装置，还包括；用于所述灯和所述电源电路的机架，其中，所述灯和所述电源电路与机架形成一个模单元。
10、根据权利要求1所述的装置，还包括：电路板，该电路板包括使所述灯和所述电源电路附着到所述电路板并通过所述电路板电连接的电气线路。
11、根据权利要求1所述的装置，还包括：
电路板，包括使所述灯和所述电源电路附着到所述电路板并通过所述电路板电连接的电气线路；
用于所述电路板的机架，容纳所述灯和所述电源电路，其中，所述机架与所述电路板负载所述电源电路和所述灯，形成一个模单元。
12、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述灯包括多个LED，串联为一个单串电路。
13、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述灯包括并联的多个LED串电路，连接到所述电源电路，所述装置包括对于每个LED串电路的限流设备。
14、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述限流设备是限制有效电流的控制电路。
15、根据权利要求14所述的装置，其特征在于：所述限制有效电流的控制电路被配置为在传送到固态照明元件的电流和电压上施加恒量水平的影响。

Claims (28)

1、一种照明装置，包括：
固态灯，包括一个或多个固态照明元件；以及
电源电路，包括电连接到所述灯的限流设备，所述限流设备被配置为在传送到所述灯的电流上施加最大限度的影响，所述限流设备实质上用作一个恒流电源。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电源电路还包括电连接到所述限流设备的电源转换器，所述电源转换器被配置用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源转换器包括：桥式整流器，用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述照明元件包括LED。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述桥式整流器将AC信号转换为正弦波DC信号。
6、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在低于AC线路频率的100％工作周期下操作。
7、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在AC线路频率的50％工作周期下操作。
8、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在120V AC线路频率的50％工作周期下操作。
9、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述一个或多个LED是串联连接的，以抵消75％的线电压，其中，用于所述LED的50％工作周期是从AC线路频率中获得的。
10、根据权利要求1所述的装置，还包括：用于所述灯和所述电源电路的机架，其中，所述灯和所述电源电路与机架形成一个模单元。
11、根据权利要求1所述的装置，还包括：电路板，该电路板包括使所述灯和所述电源电路附着到所述电路板并通过所述电路板电连接的电气线路。
12、根据权利要求1所述的装置，还包括：
电路板，包括使所述灯和所述电源电路附着到所述电路板并通过所述电路板电连接的电气线路；
用于所述电路板的机架，容纳所述灯和所述电源电路，其中，所述机架与所述电路板负载所述电源电路和所述灯，形成一个模单元。
13、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述灯包括多个LED，串联为一个单串电路。
14、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述灯包括并联的多个LED串电路，连接到所述电源电路，所述装置包括对于每个LED串电路的限流设备。
15、一种照明组件，包括：
多个固态照明装置单元；
每个照明装置单元包括：
固态灯，包括一个或多个固态照明元件；以及
电源电路，包括电连接到所述灯的限流设备，所述限流设备被配置为在传送到所述灯的电流上施加最大限度的影响。
16、根据权利要求15所述的组件，其特征在于：每个电源电路还包括电连接到所述限流设备的电源转换器，所述电源转换器被配置用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源。
17、根据权利要求16所述的组件，其特征在于，每个电源转换器包括：桥式整流器，用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源。
18、根据权利要求17所述的组件，其特征在于：所述照明元件包括LED。
19、根据权利要求17所述的组件，其特征在于：所述桥式整流器将AC信号转换为正弦波DC信号。
20、根据权利要求17所述的组件，其特征在于：所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在低于AC线路频率的100％工作周期下操作。
21、根据权利要求17所述的组件，其特征在于：所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在AC线路频率的50％工作周期下操作。
22、根据权利要求17所述的组件，其特征在于：所述电源电路被配置为将DC电流传送到所述灯以致所述灯在120V AC线路频率的50％工作周期下操作。
23、根据权利要求21所述的组件，其特征在于：所述一个或多个LED是串联连接的，以抵消75％的线电压，其中，用于所述LED的50％工作周期是从AC线路频率中获得的。
24、根据权利要求15所述的组件，还包括：用于所述灯和所述电源电路的机架，其中，所述灯和所述电源电路与机架形成一个模单元。
25、根据权利要求15所述的组件，还包括：电路板，该电路板包括使所述灯和所述电源电路附着到所述电路板并通过所述电路板电连接的电气线路。
26、一种照明组件，包括：
一个或多个固态照明装置单元；
每个照明装置单元包括：
固态灯，包括一个或多个固态照明元件；
电源电路，包括电连接到所述灯的限流设备，所述限流设备被配置为在传送到所述灯的电流上施加最大限度的影响，所述限流设备实质上用作一个恒流电源；
桥式整流器，用于将AC电源转换为适用于所述限流设备的DC电源；
电路板，该电路板包括使所述灯和所述电源电路附着到所述电路板并通过所述电路板电连接的电气线路；以及
用于一个或多个固态照明装置单元的机架，形成一个模单元。
27、根据权利要求26所述的组件，其特征在于：所述模单元具有适合装入采用现有电源线的现有照明环境的波形因数。
28、根据权利要求26所述的组件，其特征在于：所述机架基本上是透明的。
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