CN104025712B - 用于具有发光二极管的照明装置中的故障保护的装置 - Google Patents

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Abstract

照明装置包括：光引擎（102），具有一个或多个LED（104）；驱动电路（108），耦合到光引擎（102），并采用驱动信号电流对光引擎（102）供电；以及保护装置（114），耦合到驱动电路（108）。保护装置（104）包括故障开关（234），故障开关（234）具有将驱动信号电流保持在准许光引擎（102）在照明装置中的故障状况期间的持续工作的电平或者低于该电平的电平的位置。

Description

用于具有发光二极管的照明装置中的故障保护的装置
技术领域
本公开的主题涉及照明装置，以及更具体来说，涉及用于具有发光二极管(LED)的照明装置的故障保护(例如短路和组件破坏)。
背景技术
发光二极管(LED)是流行的光源。LED的示例包括：LED芯片，其发射光；颜色转换模块，包括半透明密封材料(例如环氧树脂和/或硅树脂)；以及磷层，其覆盖LED芯片。发射白光的LED的出现使LED更广泛地可用于供商业和住宅照明产品中使用。LED及其所在的照明装置与白炽灯相比，具有诸如更长寿命、优良响应性和紧凑构造之类的优点。因为LED本身是小巧轻便构造，所以薄和三维照明器材的形成提供其它优点，例如增强照明器材设计中的自由度。
发明内容
本公开描述与包括发光二极管(LED)的照明装置一起使用的保护装置的实施例。这些保护装置响应多种故障状况(包括短路状况和组件破坏状况)而起动。此外，本公开的保护装置满足工业要求和标准，包括但不限于：担保人实验室(Underwriters Laboratories, UL)2类。
通过参照以下结合附图的描述，本公开的其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
现在简要地参照附图，附图包括：
图1示出包括发光二极管的示范照明装置的框图；
图2示出供图1的照明装置中使用的示范保护装置的拓扑的示意图；
图3示出包括图2的保护装置的示范照明装置的拓扑的示意图；
图4示出例如图1、图2和图3的照明装置等照明装置的各种信号的电压的曲线图。
在适当的情况下，相似参考标号在若干视图中通篇表示相同或对应组件和单元，其不是按规定比例的，除非另加说明。
具体实施方式
图1示出具有防止故障状况(其能够包括短路状况和单个组件破坏状况中的任一个或两者)期间的损坏的特征的示范照明装置100的框图。这类故障状况引起电流和/或电压的迅速变化，其能够损坏照明装置100中的组件。在许多情况下，工业标准(例如担保人实验室(UL)标准)定义这类变化的可接受等级，以防止火灾或其它危险的发生。如以下更多地论述，照明装置100的实施例配置成满足这类工业标准，以及在一个实施例中，使用健壮并且节省成本的电路设计来解决短路状况和组件破坏状况。
图1中，照明装置100包括光引擎102，其中具有作为主光源的一个或多个发光二极管104。光引擎102与驱动装置106耦合，其中驱动装置106提供驱动信号以使LED 104工作。驱动装置106具有诸如LED驱动电路108和反馈电路110之类的组件，其两者均包括分立电气元件(例如电阻器、电容器、晶体管等)的各种配置。当这些元件的一个或多个出故障时，或者当短路例如在光引擎102发生时，故障状况会发生。这些故障状况常常表现为对照明装置100的一个或多个工作条件(例如电流和/或电压)的变更，以及具体来说是光引擎102的驱动信号电流的迅速增加。
要防止故障以及来自故障状况的损坏，保护装置114与反馈电路110耦合。保护装置114响应短路以及响应一个或多个电气元件的故障而限制驱动信号电流。在一个示例中，保护装置114将驱动信号电流保持在准许发光二极管在故障期间持续工作的电平或者低于该电平的电平。保护装置114包括参考组件116、比较器组件118(例如运算放大器)和开关组件120(例如场效应晶体管(FET)或者金属氧化物场效应晶体管(MOSFET))。这些组件能够包括分立电气元件(例如电阻器、电容器、晶体管等)的组件，其示例通过以下图2和图3的拓扑示出。
在照明装置100的工作期间，外部电流输入(交流(AC)输入)对照明装置100供电。驱动装置106将AC输入转换成驱动信号电流，其使LED 104发射光。反馈电路112监测驱动信号电流，并且生成保护装置114接收的输入信号。输入信号的性质的变化确定保护装置114是否限制驱动信号电流。在一个示例中，比较器组件118将输入信号与来自参考组件116的参考信号进行比较。比较器118生成开关信号，其在开关组件120的断开与闭合位置之间操作开关组件120。输入信号与参考信号的偏差使比较器118改变开关信号，由此使保护装置114限制驱动信号电流。
在一个示例中，保护装置112还包括复位组件122，其与开关组件120耦合，以便以周期或预定间隔来断开和闭合开关组件120。定时电路或者组件的其它配置测量预定间隔。定时电路能够响应故障状况而与保护装置112并发地起动。预定间隔的到期断开开关组件120，以从驱动装置106去除保护装置114的限流特征。故障状况的存在将使保护装置114重新接合，直到下一个预定间隔结束。另一方面，如果故障状况不再存在，则保护装置114仍然脱离，并且照明装置100将继续正常工作，直到下一个故障发生以及保护装置114进行接合以限制驱动信号电流。
图2和图3示出示范照明装置200的拓扑。拓扑示出对本设计是有用的组件(例如电阻器、电容器、开关、二极管等)。但是，本公开考虑形成除了附图所示之外的拓扑的这类组件的其它配置。
图2集中于供示范保护装置214中使用的电气元件的配置。图2中，保护装置214包括参考组件216、比较器组件218、开关组件220和复位组件222。图中从左至右，参考组件216包括电压供应224、电阻器226和电容器228。这些电气元件生成参考电压Vr，其充当确定如本文所考虑的保护装置200的工作的阈值。比较器组件218包括运算放大器230，其具有接收参考电压Vr的第一输入。运算放大器230的第二输入从反馈电路(未示出)接收反馈电压Vb。运算放大器230还具有输出，其与开关组件220和复位组件222耦合。在工作期间，运算放大器230包括参考电压和反馈电压，以将开关信号从输出传递给开关组件220和复位组件222。
在图2的示例中，开关组件220包括响应开关信号的故障开关234。复位组件222包括电阻器(例如电阻器236和电阻器238)、电容器240、二极管242和复位开关244。故障开关234和复位开关244均能够包括MOSFET和/或相关开关元件。在一个实施例中，开关信号改变故障开关234的位置，以降低保护装置214提供给驱动电路206的输出信号的性质。
图3的拓扑示出存在于照明装置200中的LED驱动电路208和反馈电路210的细节。反馈电路210包括光耦合器246和分压器248，其中分压器248包括电阻器(例如电阻器250、电阻器252和电阻器254)和电容器256。调节器电路258耦合到分压器248和保护装置214。调节器电路258提供反馈电压Vb。在一个示例中，调节器电路258包括电阻器260、电容器262和调节器开关264。反馈电路210还包括齐纳二极管266、整流器268和变压器272。调节器电路258提供钳位电压Va，其控制转换器276(例如半桥DC-DC转换器)的工作频率，以得到适合于照明装置200的发光二极管的驱动电压Vo。
在一个示例中，照明装置200中的故障状况将使反馈电压Vb下降到低于参考电压Vr。这种下降使来自运算放大器230的开关信号的开关电压超过故障开关242的门控电压。故障开关234响应开关电压而闭合。闭合故障开关234将钳位电压Va驱动为较低，这改变转换器276的工作频率。在一个示例中，工作频率增加，并且能够达到大约300 kHz或以上。在这些工作频率下，驱动信号电压Vo和驱动信号电流减小到保持和保护照明装置200的组件并且满足工业标准(例如UL标准)的电平。
图4示出各种组件的电压的曲线图，以帮助描述复位组件222的工作。图4中，曲线图示出钳位电压Va、开关电压Vd和电容器228的电容器电压Vc的每个的电压。在图4的曲线图左侧开始，故障状况的起始使电容器228开始充电，如通过增加的电容器电压Vc显而易见。当电容器228完全充电到例如复位开关244的阈值或门控电压时，复位开关244闭合，并且故障开关242断开，这使钳位电压Va增加。反馈电压Vb还因调节器开关264处的密勒效应原理而增加。电气领域的技术人员会知道密勒效应。当反馈电压Vb达到参考电压Vr时，开关电压Vd下降，并且电容器电压Vc经过运算放大器230的输出放电。当密勒效应结束时，以及如果故障状况存在，则反馈电压Vb变低，并且开关电压Vd变高。在这个配置中，复位完成，并且复位组件222开始另一个循环。
本文所使用的、以单数形式所述并且具有数量词“一”、“一个”的元件或功能应当被理解为并不排除多个所述元件或功能的情况，除非明确说明了这种排除情况。此外，要求保护的本发明的“一个实施例”的说法不应当被理解为排除也结合了所述特征的其它实施例的存在。
本书面描述使用示例来公开本发明的实施例，其中包括最佳模式，以及还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构要素，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构要素，则预计它们落入权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种照明装置，包括：
光引擎；
驱动电路，耦合到所述光引擎，所述驱动电路采用驱动信号电流对所述光引擎供电；
保护装置，耦合到所述驱动电路，所述保护装置包括故障开关，所述故障开关具有将所述驱动信号电流保持在准许所述光引擎在所述照明装置中的故障状况期间的持续工作的电平或者低于该电平的电平的位置；以及
耦合到所述驱动电路的反馈电路(110，210)，所述反馈电路包括耦合到所述保护装置的调节器电路(258)，所述调节器电路提供反馈电压并包括电阻器(260)、与电阻器耦合的电容(262)及耦合于所述电容器的调节器开关(264)，所述故障开关基于所述反馈电压与参考电压的比较在断开与闭合的位置之间操作。
2.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述故障状况是短路。
3.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述故障状况因单个组件破坏而发生。
4.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述驱动信号电流在故障状况期间满足如担保人实验室2类规范所提出的工业要求。
5.如权利要求1所述的照明装置，该照明装置还包括复位组件，以便以预定间隔起动所述故障开关，以使所述驱动信号电流在所述故障状况期间增加。
6.如权利要求5所述的照明装置，其中，所述复位组件包括耦合到所述故障开关的复位开关，并且其中所述驱动信号电流在所述故障开关断开而所述复位开关闭合时增加。
7.如权利要求5所述的照明装置，还包括电容器，所述电容器放电以将所述故障开关从闭合改变成断开。
8.如权利要求1所述的照明装置，还包括耦合到所述驱动电路的光耦合器，其中所述光耦合器的起动使所述故障开关断开。
9.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述保护装置包括耦合到所述故障开关的比较器组件以及生成参考电压的参考组件，并且其中所述比较器组件在与所述驱动信号电流关联的电压下降到低于所述参考电压时生成具有闭合所述故障开关的开关电压的开关信号。
10.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述故障开关包括金属氧化物场效应晶体管。
11.一种用于照明装置的保护装置，所述保护装置耦合到反馈电路并包括：
具有第一输入、第二输入和输出的比较器；
与所述输出耦合的故障开关；以及
与所述故障开关耦合的复位开关，
其中，所述比较器响应所述第一输入与所述第二输入之间的电压的差来生成开关信号，其起动所述故障开关和所述复位开关，以将驱动信号电流保持在准许所述照明装置在故障状况期间的持续工作的电平或者低于该电平的电平；
其中，所述反馈电路包括耦合到所述保护装置的调节器电路(258)，所述调节器电路提供作为所述第一输入的反馈电压并包括电阻器(260)、与电阻器耦合的电容(262)及耦合于所述电容器的调节器开关(264)，所述故障开关基于所述反馈电压与参考电压的比较在断开与闭合的位置之间操作。
12.如权利要求11所述的保护装置，其中，所述比较器包括运算放大器。
13.如权利要求11所述的保护装置，还包括向所述第一输入和所述第二输入其中之一提供参考电压的参考组件，其中所述参考电压提供指示所述照明装置中的故障状况的阈值，并且其中所述开关信号响应所述故障状况而闭合所述故障开关。
14.如权利要求11所述的保护装置，还包括电容器，其以预定间隔释放电压以闭合所述复位开关。
15.如权利要求11所述的保护装置，其中，所述故障开关和所述复位开关包括金属氧化物场效应晶体管。
16.如权利要求11所述的保护装置，其中，所述保护装置耦合到电源。
17.一种用于照明装置的驱动电路，所述驱动电路包括：
反馈电路，响应所述照明装置中的驱动电压而生成反馈电压；以及
保护装置，耦合到所述反馈电路以接收所述反馈电压，所述保护装置包括故障开关，其响应所述反馈电压的减小而断开，以保持所述照明装置在故障状况期间的工作；
其中，所述反馈电路包括耦合到所述保护装置的调节器电路(258)，所述调节器电路提供反馈电压并包括电阻器(260)、与电阻器耦合的电容(262)及耦合于所述电容器的调节器开关(264)，所述故障开关基于所述反馈电压与参考电压的比较在断开与闭合的位置之间操作。
18.如权利要求17所述的驱动电路，还包括耦合到所述反馈电路的转换器，其中所述保护装置生成增加所述转换器的工作频率的输出信号。
19.如权利要求18所述的驱动电路，其中，所述转换器包括半桥DC-DC转换器。
20.如权利要求17所述的驱动电路，其中，所述保护装置包括复位组件，其以预定间隔闭合所述故障开关。
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