CN103444265A - 直管发光二极管照明灯 - Google Patents

直管发光二极管照明灯 Download PDF

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CN103444265A CN2012800138858A CN201280013885A CN103444265A CN 103444265 A CN103444265 A CN 103444265A CN 2012800138858 A CN2012800138858 A CN 2012800138858A CN 201280013885 A CN201280013885 A CN 201280013885A CN 103444265 A CN103444265 A CN 103444265A
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Abstract

本发明的直管发光二极管照明灯包括：发光二极管元件(3)；第1插头(2)，具有输出入端子(TM)与空端子(TS)；第2插头(4)，具有输出入端子(TM)与空端子(TS)；第1整流器(5)，连接至第1插头的输出入端子与第2插头的空端子，以将交流转换成直流；第2整流器(7)，连接至第2插头的输出入端子与第1插头的空端子，以将交流转换成直流；以及旁通电路(6)，使电流自第1整流器及第2整流器中的一者回流至另一者。旁通电路(6)具有防止第1整流器及第2整流器破损的限流电阻(RA)。

Description

直管发光二极管照明灯
技术领域
本发明涉及一种直管发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明灯，其包含将交流转换成直流的整流器。本发明尤其涉及一种可设置于现有的荧光灯设备中的直管LED照明灯。
背景技术
先前以来，LED元件作为显示用或照明用光源而被广泛用于信号灯、电光广告板、显示装置的背光灯(backlight)以及车的灯光。进而，市售有可替换传统的白炽灯泡的LED灯泡。LED灯泡具有许多优点。LED灯泡与白炽灯泡相比，同一光量下的电力消耗低。而且，LED灯泡可在点灯的同时获得最大光量。
于荧光灯中，藉由涂布于玻璃管内壁的荧光体来将紫外线转换成可见光线。在荧光灯的2个灯丝(filament)电极于放电前经预热后，瞬间的高电压被施加至两电极间。其结果，热电子藉由放电而自阴极灯丝朝向阳极灯丝释放，藉由热电子与汞粒子的碰撞而产生紫外线。
有一种荧光灯器具包含启动器(starter)，该启动器对灯丝电极进行预热并产生瞬间的高电压。荧光灯器具还包含安定器(ballast)，该安定器在产生放电后将电流维持为固定值。已知有被称作辉光管启动器(glow tube starter)式、快速启动(rapid start)式、反相器(inverter)式的三种点灯方式。对于点灯方式相同的荧光灯器具，亦使用有各种安定器。
LED照明灯为了对多个LED元件供给直流，而包含将商用交流转换成直流的整流器。进而，LED照明灯为了使亮度稳定而需要对LED元件供给恒电流的恒电流电路。被广为知晓的是电容器(condenser)式恒电流电路，其通过平滑电容器来对自整流器输出的直流电压进行平滑化。电容器式恒电流电路尽管结构相对较简单，但可获得接近理想的直流电压的电压波形。
电容器式恒电流电路的平滑电容器由于要求大的电流容量，因此包含电解电容器。耐久性低的电解电容器会缩短LED照明灯的耐用年限。而且，需要应对电解电容器的破损的对策。
使用二极管的半导体式恒电流电路具有比电容器式恒电流电路更高的安全性。然而，半导体式恒电流电路无法将电流的纹波(ripple)去除至使LED元件稳定地点灯的程度。近年来，LED照明灯的恒电流电路多为斩波器(chopper)式恒电流电路。斩波器式恒电流电路可藉由高频地反复进行开关(switching)元件的导通/断开(ON/OFF)切换来抑制电流的纹波。如此，可防止人能感知到的闪烁(flicker)。
当取代荧光管而将LED照明灯设置于荧光灯设备中时，需要配线更换工程。该配线更换工程包含下述工程：自交流电源切离现有的安定器并拆除点灯管。若将具备某类型的直流电源装置的直管LED照明灯设置于荧光灯设备中，则可能不容易于其中再次安装荧光灯。而且，可能亦不容易将具备其他类型的直流电源装置的直管LED照明灯设置于其中。
专利文献1揭示一种可安装于荧光灯设备中的直管LED照明灯。根据专利文献1的发明，不需要配线更换工程，即使是不具备专业知识者亦可将直管LED照明灯安装于现有的荧光灯设备中。而且，由于直管LED照明灯的结构简单，因此可将制造成本(cost)抑制得低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004—192833号公报
然而，若频繁地反复进行斩波器式恒电流电路的开关元件的导通/断开切换，则直管LED照明灯的光量会不稳定。而且，若将直管LED照明灯安装于现有的荧光灯设备中，则在启动时会白安定器施加高电压而有突入电流被供给至LED照明灯。有可能因此导致LED照明灯受到损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种难以发生故障的直管LED照明灯。而且，本发明的目的在于提供一种光量稳定而可防止闪烁的直管LED照明灯。藉由本发明的直管LED照明灯而达成的若干个优点将于后续的说明中详细叙述。
本发明的直管LED照明灯包括：LED元件(3)；第1插头(plug)(2)，具有输出入端子(TM)与空端子(TS)；第2插头(4)，具有输出入端子(TM)与空端子(TS)；第1整流器(5)，连接至第1插头的输出入端子与第2插头的空端子，以将交流转换成直流；第2整流器(7)，连接至第2插头的输出入端子与第1插头的空端子，以将交流转换成直流；以及旁通(bypass)电路(6)，使电流自第1整流器及第2整流器中的一者回流至另一者。旁通电路(6)具有防止第1整流器及第2整流器破损的限流电阻(RA)。
较佳的是，旁通电路(6)还包括阻断旁通电路的开关(SW)。参照编号是为了让发明易于理解而标注。并非意图将本发明限定于图示的LED照明灯。
本发明的直管LED照明灯包括：LED元件(3)；整流器(5、7)，将交流转换成直流；开关元件(TR)，串联地设在整流器与LED元件之间；检测器(RS)，对被供给至LED元件的实际的直流进行检测；以及高频脉波产生装置(10)，高频地反复进行开关元件的导通/断开切换，以将实际的直流维持为设定值。高频脉波产生装置(10)于实际的直流超过设定值时，将开关元件切换为断开，并于固定的断开时间内将开关元件维持为断开。
较佳的是，固定的断开时间长至即使实际的直流低于设定值亦将开关元件维持为断开的程度，且短至不会产生闪烁的程度。
发明的效果
点灯之后产生的突入电流将流入旁通电路。因此，不会对恒电流电路与LED元件供给超过允许值的电流。而且，点灯之后的LED元件的光量稳定。
当振动性的直流超过设定值时，开关元件被切换为断开，且于足够长的固定时间内，开关元件被维持为断开。其结果，不会频繁地反复进行开关元件的导通/断开切换，从而光量稳定。而且，开关元件难以发生故障。
附图说明
图1是表示本发明的直管LED照明灯的一例的电路图。
图2是表示取代荧光管而设置于辉光管启动器式荧光灯器具中的直管LED照明灯的电路图。
图3是表示取代荧光管而设置于快速启动式双灯荧光灯器具中的直管LED照明灯的电路图。
具体实施方式
参照附图来说明本发明的直管LED照明灯。与本发明无直接关系的元件则自附图中省略。对于同样的元件标注相同的参照编号。如图1中所示，直管LED照明灯1包括多个LED元件3、一对插头2、4、整流器5、7、旁通电路6及斩波器式恒电流电路10。插头2、4分别设于直管的两端。多个LED元件3、整流器5、7、斩波器式恒电流电路10及旁通电路6被收容于直管中。
多个LED元件3串联连接于整流器5、7。多个LED元件3彼此串联连接。多个LED元件3以与整流器5、7所供给的直流的大小相应的光量来发光。因此，若整流器5、7始终供给相同大小的直流，则对各LED元件3施加的负载与光量将由LED元件3的数量所决定。于图1中示出有LED元件3的一个串联电路，但亦可设置LED元件3的多个串联电路。
直管LED照明灯1具有与欲更换的荧光管相同的全长及最大外径。各插头2、4具有与荧光灯的灯头为相同规格的2个端子接脚(pin)。例如，插头2、4与日本工业规格(JIS)中规定的荧光灯用灯头G13等同。直管LED照明灯1如图2或图3中所示，可设置于具备安定器30的现有的荧光灯设备中。
插头2、4分别具有输出入端子TM与空端子TS。输出入端子TM是为了经由安定器30来使交流通过而设。空端子是指未与对LED元件3供给电力的电路相连接的端子。图2中的空端子TS连接于预热电路20。
整流器5、7为二极管电桥(diode bridge)电路，是进行单相全波整流的硅整流器。整流器5、7是将交流转换成直流的直流电源。第1整流器5连接至第1插头2的输出入端子TM与第2插头4的空端子T S。第2整流器7连接至第2插头4的输出入端子TM与第1插头2的空端子TS。
如图2中所示，直管LED照明灯1可设置于辉光管启动器式荧光灯器具中。交流经由安定器30被供给至直管LED照明灯1。理想的是拆除辉光灯(glow lamp)GL以预先阻断预热电路20。
斩波器式恒电流电路10是为了对多个LED元件3供给恒电流而设。斩波器式恒电流电路10设在整流器5、7与LED元件3之间。斩波器式恒电流电路10较旁通电路6更靠LED元件3侧设置。斩波器式恒电流电路10的耐久性比电容器式恒电流电路优异，因此可延长直管LED照明灯1的寿命。
斩波器式恒电流电路10具有开关元件TR，该开关元件TR串联地设在整流器5、7与LED元件3之间。斩波器式恒电流电路10对供给至LED元件3的实际的直流进行检测。斩波器式恒电流电路10以实际的直流不超过设定值的方式将开关元件TR维持为导通，当实际的直流超过设定值时，将开关元件TR切换为断开，并于固定的断开时间内将开关元件TR维持为断开。
将开关元件TR被维持为导通的期间称作“导通时间”，将开关元件TR被维持为断开的期间称作“断开时间”。导通时间取决于实际的直流，断开时间被规定为固定的值。斩波器式恒电流电路10使导通时间与断开时间交替地反复。
当振动性的直流被供给至斩波器式恒电流电路10且实际的直流超过设定值时，斩波器式恒电流电路10将开关元件TR切换为断开，并于固定的断开时间内将开关元件TR维持为断开。其结果，不再频繁地反复进行开关元件TR的导通/断开切换。如此，LED照明灯1的光量稳定。
特别有利的是将本发明的直管LED照明灯1设置于快速启动式双灯荧光灯设备中。图3表示设置于快速启动式双灯荧光灯设备中的两根相同的直管LED照明灯1。两根直管LED照明灯1为串联连接。交流经由安定器30先被供给至一个直管LED照明灯1后，再被供给至另一个直管LED照明灯1。
因此，两根直管LED照明灯1的各开关元件TR的导通/断开切换产生时间上的“偏移”。若开关元件TR的导通/断开切换的反复频率高，则两根直管LED照明灯1将围绕交流产生竞争。其结果，两根直管LED照明灯1的光量不同。
为了使开关元件TR响应实际的直流的速度降低，斩波器式恒电流电路10于固定的断开时间内将开关元件TR维持为断开。换言之，开关元件TR响应实际的直流而切换为导通的“灵敏度”变得迟钝。其结果，即使将交流依序供给至两根直管LED照明灯1，LED照明灯1亦不会产生竞争。于两根直管LED照明灯1之间对LED元件3供给的直流的大小无不同，两根直管LED照明灯1以相同的光量来点灯。
断开时间的下限(最短)是指可使开关元件TR切换为导通的反应迟缓至LED元件3的光量稳定的程度的时间。尤其是指可使开关元件TR切换为导通的反应迟缓至串联连接的相同的两根直管LED照明灯1不会对交流进行竞争的程度的时间。固定的断开时间长至即使实际的直流低于设定值亦将开关元件TR维持为断开的程度。
断开时间的上限(最长)是指直流的纹波被抑制至人无法感知到闪烁的程度的时间。换言之，固定的断开时间短至实际的直流的纹波不会产生闪烁的程度。例如，于实施形态的斩波器式恒电流电路10中，开关元件TR的导通/断开切换的反复频率被设定为200kHz。或者，断开时间被设定为数μs左右。
具体而言，斩波器式恒电流电路10具有：高速开关元件TR与检测电阻RS的串联电路8、以及高频脉波产生装置9。串联电路8串联地设在整流器5、7与LED元件3之间。尤其，串联电路8较旁通电路6更靠近多个LED元件3侧而设。亦可以多个串联电路8彼此并联地设置。
高频脉波产生装置9产生100kHz以上的高频脉波。高频脉波产生装置9将栅极(gate)信号供给至开关元件TR。栅极信号包含导通信号与断开信号，所述导通信号将开关元件TR维持为导通，所述断开信号将开关元件TR维持为断开。高频脉波产生装置9于实际的直流不超过设定值的期间，对开关元件TR供给导通信号。电流的设定值、开关元件TR的导通/断开切换的频率及断开时间已对高频脉波产生装置9预先设定。电流的设定值规定所需的光量。
旁通电路6串联连接于整流器5、7，且并联连接于LED元件3。旁通电路6较串联电路8更靠近整流器5、7侧设置。因此，旁通电路6使启动时自整流器5、7中的一者(正极)供给的振动性的突入电流回流至整流器5、7中的另一者(负极)。
点灯后自整流器5、7中的一者超过允许值而供给的直流被回流至整流器5、7中的另一者。其结果，启动时的突入电流不会供给至LED元件3与斩波器式恒电流电路10，开关元件TR的动作稳定。旁通电路6具有接点开关SW。当直管LED照明灯1不经由安定器而连接至商用交流电源时，无需旁通电路6。于此种情况下，只要藉由开关SW来阻断旁通电路6即可。
直流自整流器5、7通过电感(inductance)元件LA以稳定的状态被供给至LED元件3与斩波器式恒电流电路10。其结果，开关元件TR的动作稳定，自点灯后开始，光量立即稳定。尤其，当将直管LED照明灯1设置于快速启动式双灯荧光灯设备中时，自点灯后开始，两根直管LED照明灯1的光量立即相等。
旁通电路6具有限流电阻RA。限流电阻RA对回流至整流器5、7的电流进行限制，以使得整流器5、7不会破损。当整流器5、7的输出电压为50V～150V且斩波器式恒电流电路10中的设定值为数百mA时，限流电阻RA的电阻值例如为1MΩ左右。限流电阻RA阻止启动时的高电压与突入电流，因此可防止整流器5、7的损伤。
参照图1及图3，对设置于快速启动式双灯荧光灯设备中的两根直管LED照明灯1的动作进行说明。当将快速启动式双灯荧光灯的电源开关切换为导通时，商用交流被供给至安定器30。自安定器30供给的交流电压被施加至一个直管LED照明灯1后，再被施加至另一个直管LED照明灯1。
于一个直管LED照明灯1中，整流器5、7中的一者开始供给直流。继而，于另一个直管LED照明灯1中，整流器5、7中的一者开始供给直流。两根直管LED照明灯1具有各自的旁通电路6。突入电流被回流至整流器5、7，直至直流达到设定值并稳定为止。其结果，于两根直管LED照明灯1这两者中，供给至LED元件3的直流达到设定值并稳定。各直管LED照明灯1的LED元件3可获得用于以所需的光量来发光的电力。
检测电阻RS将电压(“检测电压”)供给至高频脉波产生装置9，所述电压表示对LED元件3供给的实际的直流。高频脉波产生装置9将检测电压与基准电压进行比较。基准电压表示电流的设定值。高频脉波产生装置9对开关元件TR进行控制，以将实际的直流维持为设定值。其结果，固定的电流被供给至LED元件3，光量稳定。
若实际的直流超过设定值时，高频脉波产生装置9将开关元件TR切换为断开。并且，高频脉波产生装置9于经过固定的断开时间时，将开关元件TR再次切换为导通。
直管LED照明灯1可免除配线更换工程而设置于辉光管启动器式荧光灯器具、快速启动式单灯荧光灯设备及快速启动式双灯荧光灯设备中。导入直管LED照明灯的作业负担得以减轻。直管LED照明灯1包含可靠性高的斩波器式恒电流电路10。
直管LED照明灯1具有对旁通电路6进行开闭的开关SW。藉由开关SW，直管LED照明灯1可不经由安定器而连接于商用交流电源。
本发明的直管LED照明灯并不意图与图示的结构完全相同。图示的直管LED照明灯可于不脱离本发明的思想的范围内进行变更。例如，设在整流器5、7与LED元件3之间的电感元件LA可配置于其他部位。
主要元件符号说明
1：直管LED照明灯
2、4：插头
3：LED元件
5、7：整流器
6：旁通电路
8：串联电路
9：高频脉波产生装置
10：斩波器式恒电流电路
20：预热电路
30：安定器
RA：限流电阻
RS：限流电阻
TR：开关元件
LA：电感元件
SW：开关

Claims (4)

1.一种直管发光二极管照明灯，包括：
发光二极管元件；
第1插头，具有输出入端子与空端子；
第2插头，具有输出入端子与空端子；
第1整流器，连接至所述第1插头的输出入端子与所述第2插头的空端子，以将交流转换成直流；
第2整流器，连接至所述第2插头的输出入端子与所述第1插头的空端子，以将交流转换成直流；以及
旁通电路，使电流自所述第1整流器及所述第2整流器中的一者回流至另一者，所述旁通电路具有防止所述第1整流器及所述第2整流器破损的限流电阻。
2.根据权利要求1所述的直管发光二极管照明灯，其中所述旁通电路还包括阻断所述旁通电路的开关。
3.一种直管发光二极管照明灯，包括：
发光二极管元件；
整流器，将交流转换成直流；
开关元件，串联地设在所述整流器与所述发光二极管元件之间；
检测器，对被供给至所述发光二极管元件的实际的直流进行检测；以及
高频脉波产生装置，高频地反复进行所述开关元件的导通/断开切换，以将所述实际的直流维持为设定值，所述高频脉波产生装置于所述实际的直流超过所述设定值时，将所述开关元件切换为断开，并于固定的断开时间内将所述开关元件维持为断开。
4.根据权利要求3所述的直管发光二极管照明灯，其中所述固定的断开时间长至即使所述实际的直流低于所述设定值亦将所述开关元件维持为断开的程度，且短至不会产生闪烁的程度。
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