CN103688592B - 包括led灯带的光源 - Google Patents

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Abstract

公开了一种LED光源，其包括由开关模式电源供电的LED灯带。该LED光源具有低的功耗并且很大程度上与对开关模式电源进行供电的DC电压的大小无关。该LED光源允许光线或存在检测器的任意定位。

Description

包括LED灯带的光源
技术领域
本发明涉及一种包括至少一个LED灯带的LED光源以及相对应的用于利用LED灯带产生光线的方法。
背景技术
LED灯带是柔性的并且能够进行裁切以进行测量并且具有许多室内和室外的应用。图1示出了已知LED灯带的典型实施例的示意图。两条导电材料的带沿LED灯带的长度进行延伸。在工作期间，例如12伏的DC供电电压出现在这些灯带之间。均包括电阻器R和LED串LS的串联配置在导电带之间并联连接。LED串可以包括一个或多个LED，在图1所示的实施例中，LED串中包括三个LED。导电带、电阻器和LED串全部安装在柔性PCB上并且被覆盖以透明材料或漫射体。用户能够在虚线所指示的地方将LED灯带裁切至所期望的长度。
已知LED灯带的缺陷在于每个LED串的电路并非高效，这也会导致热量的产生。此外，LED的光线输出对于输入电压的差异非常敏感。
US2010/0164409描述了一种整体形成的、具有多个导体的LED灯接线，并且特别地示出了有三个连续导体的配置。该导体向多个LED配置供应电力，该LED配置彼此平行地布置在导体之间。在该LED配置中，电阻器被设置为与LED串联。
发明内容
本发明的目标是提供一种包括LED灯带的光源以及相对应的用于使用LED灯带产生光线的方法，其效率有所提高并且针对输入电压的差异具有低敏感性，其还能够轻易地结合存在传感器和/或光线传感器使用。在当前上下文中，术语“LED灯带”一方面可以是指用于多个LED以及可能另外的电气组件的柔性安装部件，其中导电材料的带基本上沿其长度进行延伸。另一方面，“LED灯带”被理解为是指用于多个LED的一般安装部件，特别是诸如向LED提供电气连接和/或电力的轨线或轨道供电系统，即“LED轨线”。
根据本发明的一个方面，提供了一种LED光源，包括第一LED灯带，其被配备有
-用于连接至DC电源的输入端子，
-包括连接在输入端子之间的多个并联的串联配置的负载，其中每个串联配置包括串联的LED串和电阻器，并且电阻器和LED串的共用端子全部互相连接。
根据本发明的另一个方面，提供了一种相对应的用于利用LED灯带产生光线的方法。
优选地，根据本发明的LED光源包括用于生成DC供电电源的电流输出的开关模式电源，所述开关模式电源包括
-耦合至第一LED灯带的输入端子的输出端子，
-开关，
-单向元件，
-电感元件，
-控制电路，其配备有耦合至开关以便对开关的导通状态进行控制的输出端子以及耦合至电阻器和LED串的共用端子以用于感应每个LED串中的电流的输入端子。该开关模式电源作为电流源进行操作，并且由于跨接每个电阻器的电压相同，所以通过每个LED串的电流基本相等。能够使用不同的开关模式电源。利用下变频器类型的开关模式电源已经获得了良好的结果。该LED光源可以包括至少一个另外的LED灯带，其配备有
-连接至第一LED灯带的输入端子的输入端子，
-包括连接在输入端子之间的多个并联的串联配置的另外的负载，其中每个串联配置包括串联的LED串和电阻器并且电阻器和LED串的共用端子全部互相连接并且连接至控制电路的输入端子。该第一LED灯带和另外的LED灯带因此由相同的开关模式电源进行供电。通过将第一LED灯带以及一个或多个另外的LED灯带并联部署，能够形成发光表面。
在根据本发明的光源的优选实施例中，第一LED灯带包括与负载中所包括的电阻器和LED串的串联配置并联耦合的传感器和电阻器的串联配置，并且其中传感器和电阻器的共用端子连接至负载中所包括的电阻器和LED串的全部共用端子。该传感器和电阻器的串联配置可以位于沿LED灯带的任何地方，这例如允许用户将传感器定位在房间中的最优位置。传感器可以是存在传感器或光线传感器。
根据另外的优选实施例，至少一个所述串联配置的电阻器是可控的电阻器/传感器，其连接至相关联的灯具控制设备以控制所述电阻器的电阻。优选地，每个所述串联配置的电阻器是可控的并且连接至相关联的灯具控制设备。
该实施例使得能够对相应串联配置的亮度和/或颜色进行单独控制，允许光源的光线输出的控制有所提升。例如，在包括红色、绿色和蓝色的三个串联配置的情况下，可能通过调节相应的“测量”电阻器或传感器来设置照明的最终颜色。
在以上多于一个的串联配置具有可控电阻器的情况下，可以给出单个灯具控制设备来提供对所有电阻器的控制。可替换地，可行的是每个串联配置与“独立”灯具控制设备相关联以提供更具扩展性的解决方案，或者一些串联配置共享灯具控制设备而形成分组设置。
灯具控制设备可以被适当适配以控制电阻并且因此控制通过相应LED串的电流。灯具控制设备可以包括具有适当编程的、用户控制接口、亮度传感器和/或遥控接口的微处理器以设置电阻器的电阻并且因此设置LED串的亮度。
可控电阻器可以为任意适当类型。显然，多个电阻器可能互相串联和/或并联连接并且仅有一个或一些电阻器的电阻是可控的。
根据另一个优选实施例，该LED光源是轨线光源，其包括至少一条供电轨线。相对应的轨线或轨道系统是本领域已知的，因此在这里省略其详细描述。供电轨线或轨道可以进行适配以便可去除地与串联配置和/或开关模式电源相接合。优选地，开关模式电源与供电轨线整体形成。最为优选地，供电轨线包括与所述开关模式电源相连接的三条单独导线。
优选地，该串联配置包括在一个或多个照明设备中，所述照明设备可与所述供电轨线相连接。该照明设备例如可以包括相对应的电连接器以便与该供电轨线相接合，这允许LED光源简单的(重新)配置。该照明设备优选地利用(多个)LED串、相关联的电阻器以及诸如所提到的漫射体和/或灯具控制设备的任何可能的另外组件部署在其中的外壳所形成。该照明设备因此可以形成“聚光(spot)”，即聚光灯。
附图说明
将参考所包含的附图对根据本发明的LED光源的实施例进一步进行讨论。
在附图中，
图1示出了现有技术的LED灯带，并且
图2-7示出了根据本发明的LED光源。
具体实施方式
以上已经对图1进行了讨论并且因此无需进一步描述。
在图2中，端子1和3是用于连接至DC电源的输入端子。输入端子1和3利用多个串联配置互相连接，每个串联配置包括电阻器R和LED串LS。电阻器和LED串的共用端子全部互相连接并且连接至端子2。出于简明的原因，每幅图中仅向多个LED串中的一个串添加了附图标记LS。
在图3中，开关S、二极管D、电感元件L和控制电路CC共同形成开关模式电源。在工作期间，该开关模式电源由存在于端子1和4之间的DC供电电源进行供电。端子1和3是开关模式电源的输出端子。端子1和3利用多个并联的电阻器R和LED串LS的串联配置进行连接，它们共同形成(第一)LED灯带的电子部分。该LED灯带例如可以进一步包括漫射体。电阻器R和LED串LS的共用端子全部互相连接并且还连接至端子2，该端子2连接至控制电路CC的输入端子。电感元件L和开关S的串联配置将端子3与端子4相连接。二极管D将开关S和电感器L的共用端子与端子1相连接。控制电路CC的输出端子连接至开关S的控制电极。控制电路CC进一步配备有两个输入端子，它们分别连接至端子1和端子4。
如图3所示的LED光源的操作如下。
当DC供电电压出现在端子1和4之间并且开关S导通时，DC电流从端子1通过电阻器R和LED串LS的多个串联配置，并且通过电感元件L和开关S而流向端子4。只要开关S导通，该电流就线性增加。由于电阻器R和LED串LS的所有共用端子互相连接，所以跨接每个电阻器R的压降相同从而通过每个电阻器的电流的大小也基本上相同。结果通过LED串的电流也基本上相同。
控制电路CC通过感应跨接电阻器的压降(即，端子1和端子2之间的电压)而感应这些电流的大小。当电流的大小已经达到第一参考数值时，由控制电路CC使得开关3非导通。在开关S非导通的时间段期间，电流从电感元件L和开关S的共用端子通过二极管D并且通过多个电阻器R和LED串LS的串联配置而流向端子3。在该时间段期间，通过LED串的电流同样基本上相同，但是现在电流的大小线性减小。当电流的大小已经达到第二参考数值时，开关S再次被控制电路CC导通。随后重复以上所描述的循环。在实践中，第一和第二参考数值被选择为非常接近。因此开关S以高频率被交替导通和非导通并且通过LED串的电流是其上叠加有高频AC电流的DC电流。由于该高频AC电流的振幅非常小，所以出于大多数的目的而言，总电压可以被认为具有基本上恒定的振幅的DC电流。图3所示的LED光源对于DC供电电压的大小变化并非非常敏感并且电阻器R中的功耗非常低，从而图3所示的LED光源非常高效。另一个重要优势在于，每个LED串的光线输出基本上相同并且很大程度上与LED串的数量无关，或者换句话说，与LED灯带的长度无关。
在图1和图3的实际实施例中，使用了包括三个承载0.02A电流的、具有3.2V正向电压的LED的LED串。LED串中的功率因此为192mW。图1的LED光源利用端子1和2之间12V的DC供电电压进行供电，电阻器的电阻为120ohm并且电阻器中的功耗因此为48mW＝20％。在图3的LED光源中，电阻器为5ohm并且电阻器中的功耗因此仅为2mW。
在图4中，示出了根据本发明的LED光源的包括传感器的两个实施例。图3所示的实施例与图4所示的实施例之间的差异仅在于后者的LED带包括与电阻器R并联的传感器。
在图4A中，传感器被置于LED灯带中与开关模式电源所连接的一端相对的一端。在图4B中，传感器被置于电阻器R之间的任意位置。图4因此图示了传感器能够位于沿LED灯带的任何地方。
在传感器是光线传感器的情况下，它充当其电阻被照射它的光线数量所影响的电阻器。由于传感器与所有电阻器R并联，所以其影响从端子1流向端子2的电流数量，并且因此通过每个电阻器R的电流以及因此通过每个LED串LS的电流被传感器的电阻所影响。
在传感器是存在检测器的情况下，它是在检测到存在时具有非常低的电阻并且在没有检测到存在时具有高得多电阻的器件。结果，LED串的光线输出从低光线输出变为相当高的光线输出。
图3所示的实施例与图5所示的实施例之间的差异仅在于，后者的开关模式电源位于电阻器R和LED串LS的串联配置之间沿LED灯带的任意地方，而不是位于LED灯带的一端。图5因此图示了开关模式电源能够位于沿LED灯带的任何地方。图5所示实施例的操作与图3所示实施例相同。
在图6中示出了根据本发明的LED光源的实施例，其包括三个并联的LED灯带以及单个开关模式电源。每个LED灯带以与图3所示实施例中的单个LED灯带相同的方式连接至开关模式电源。图6因此图示了由相同开关模式电源进行供电的并联LED灯带如何能够形成发光表面。
LED光源的操作与图3所示实施例的操作相同。
在图7中示出了根据本发明的LED光源的实施例，其包括四个并联的LED灯带以及单个开关模式电源。在该实施例中，第一LED灯带和第二LED灯带朝向彼此进行定向而使得第一LED灯带中的LED串的阴极面向第二LED灯带中的LED串的阴极。
类似地，第三LED灯带和第四LED灯带朝向彼此进行定向而使得第三LED灯带中的LED串的阴极面向第四LED灯带中的LED串的阴极。因此，第二和第三LED灯带中所包括的电阻器R的与LED串相对的端部面向第三LED灯带中的电阻器R的相对应端部。通过将LED串面对的阴极互相连接并且还将电阻器R面对的端部互相连接，需要较少的连线来进一步将所有LED串的阴极连接至端子3并且将电阻器R面对的端部连接至端子1。图7所示的LED光源的操作与图3所示实施例的操作相同。
以上已经参考附图对本发明进行了描述。然而，可能在一个实施例中对本发明进行操作，其中
-至少一个所述串联配置的电阻器是可控的并且连接至相关联的灯具控制设备，
-每个串联配置的电阻器是可控的并且连接至相关联的灯具控制设备，
-LED光源是包括供电轨线的轨线光源，和/或
-LED串和电阻器的串联配置包括在照明设备中，所述照明设备例如使用相对应的可分离连接器而可去除地与所述供电轨线相连接。

Claims (12)

1.一种LED光源，包括第一LED灯带，所述第一LED灯带被配备有：
-用于连接至DC电源的输入端子；
-包括多个并联的第一串联配置的负载；
-多个导电路径，至少连接所述输入端子之间的所述第一串联配置；
-每个第一串联配置包括串联的LED串和电阻器；
-每个第一串联配置具有在所述LED串和所述电阻器之间的共用端子；以及
-所述多个导电路径中的感应导电路径，连接多个所述第一串联配置中的每个第一串联配置的所述共用端子。
2.根据权利要求1的LED光源，包括用于生成DC供电电压的电流输出的开关模式电源，所述开关模式电源包括
-输出端子，其耦合至所述第一LED灯带的所述输入端子，
-输入端子，其耦合到所述DC供电电压，
-提供在所述开关模式电源的所述输入端子和所述输出端子之间的电路，所述电路具有第二串联布置的开关和电感元件，以及用于限制所述输出端子之间的电流仅向一个方向流动的单向元件，以及
-控制电路，其配备有耦合至所述开关以便对所述开关的导通状态进行控制的输出端子以及通过所述感应导电路径耦合至所述电阻器和所述LED串的共用端子以用于感应每个所述LED串中的电流的输入端子。
3.根据权利要求2的LED光源，其中所述开关模式电源是下变频器。
4.根据权利要求1、2或3的LED光源，其中所述第一LED灯带包括与所述负载中所包括的电阻器和LED串的所有第一串联配置并联耦合的传感器和电阻器的第三串联配置，并且其中所述第三串联配置中的所述传感器和所述电阻器的共用端子连接至所述负载中所包括的所述电阻器和所述LED串的全部共用端子。
5.根据权利要求4的LED光源，其中所述传感器是存在传感器。
6.根据权利要求4的LED光源，其中所述传感器是光线传感器。
7.根据权利要求2的LED光源，其中所述LED光源包括至少一个另外的LED灯带，其配备有
-连接至所述第一LED灯带的输入端子的输入端子，
-包括连接在所述至少一个另外的LED灯带的所述输入端子之间的多个并联的第四串联配置的另外的负载，其中每个串联配置包括串联的LED串和电阻器并且所述第四串联配置的所述电阻器和所述LED串的共用端子全部互相连接并且连接至所述控制电路的所述输入端子。
8.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的LED光源，其中所有所述串联配置中的至少一个串联配置的所述电阻器是可控的电阻器，其连接至至少一个相关联的灯具控制设备以控制所述可控的电阻器的电阻。
9.根据权利要求8的LED光源，其中所有所述串联配置中的每个串联配置的所述电阻器是可控的并且连接至所述至少一个灯具控制设备。
10.根据权利要求1-3、5-7和9中任一项所述的LED光源，其中所述LED光源是包括供电轨线的轨线光源。
11.根据权利要求10的LED光源，其中LED串和电阻器的所有所述串联配置被包括在照明设备中，所述照明设备与所述供电轨线可去除地相连接。
12.一种用于利用LED灯带产生光线的方法，包括步骤：
-提供LED灯带，所述LED灯带配备有
-用于连接至DC电源的输入端子，
-包括多个并联的第一串联配置的负载，
-多个导电路径，至少连接所述输入端子之间的所述第一串联配置，
-每个第一串联配置包括串联的LED串和电阻器，
-每个第一串联配置具有在所述电阻器和所述LED串之间的共用端子，以及
-多个感应路径中的感应导电路径，连接多个所述第一串联配置中的每个第一串联配置的所述共用端子，从而提供开关模式电源，所述开关模式电源包括
-输出端子，其耦合至所述LED灯带的所述输入端子，
-输入端子，其耦合到DC供电电压，
-在所述开关模式电源的所述输入端子和所述输出端子之间的电路，所述电路具有第二串联布置的开关和电感元件，以及用于限制所述输出端子之间的电流仅向一个方向流动的单向元件；以及
-控制电路，其耦合至所述输入端子并且配备有耦合至所述开关的输出端子以及通过所述感应导电路径耦合至所述电阻器和所述LED串的所述共用端子的输入端子，
-通过感应电阻器和LED串的所述共用端子处的电压而感应通过所述LED串的电流，以及
-通过依赖于所述共用端子处的电压而交替地控制开关处于导通和非导通状态，来控制通过所述LED串的电流。
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