CN104206013B - Led照明系统以及用于操作一个或多个led模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED照明系统，其包括用于供应LED电流的供电电路，该供电电路装配有用于连接到电压供应源的输入端子（K1，K2）以及输出端子（K3，K4）、耦合于输出端子之间的用于交替地将输出端子之间的电压维持在第一时间间隔期间的高水平和第二时间间隔期间的低水平的调制电路（MS，DC2）、用于感测在第二时间间隔期间通过输出端子的电流的电流传感器（R1，R2，S1）、以及耦合于输入端子和输出端子之间且耦合到电流传感器的驱动器电路（DC1，DC2），所述驱动器电路用于从电压供应源所供应的供应电压生成LED电流并且用于在每一个第一时间间隔期间将LED电流供应到输出端子，其中所述LED电流等于由电流传感器感测到的电流乘以预定的常数倍增因子。该LED照明系统进一步包括LED模块，该LED模块包括用于连接到供电电路的输出端子的LED模块输入端子（K5，K6）、耦合于LED模块输入端子之间的具有高于在每一个第二时间间隔期间存在于供电电路的输出端子之间的电压的正向电压的LED负载（LS）、以及耦合于输入端子之间的电流源（CS），所述电流源用于在LED模块输入端子连接到供电电源的输出端子时，在每一个第二时间间隔期间生成通过电流传感器的传感器电流，该传感器电流等于所期望的LED电流除以预定的常数倍增因子。

Description

LED照明系统以及用于操作一个或多个LED模块的方法

技术领域

本发明涉及一种包括供电电路和一个或多个LED模块的LED照明系统并且涉及一种用于操作一个或多个LED模块的方法。更具体地，本发明涉及一种LED照明系统，其中供电电路依赖于由包含在LED模块中的电路所生成的信号来调节被供应到LED模块中的LED的功率，所述信号又依赖于包含在LED模块中的LED的标称功率并且优选地还依赖于LED的温度。

背景技术

基于LED的照明系统在日益扩大的范围内使用。LED具有高效率和长寿命。在许多照明系统中，LED还提供比其它光源更高的光学效率。结果，LED提供对于诸如荧光灯、高强度放电灯或白炽灯的熟知光源的令人瞩目的替代方案。

基于LED的照明系统通常包括向包含在一个或多个LED模块中的LED供电的供电电路，在操作期间，该一个或多个LED模块连接到供电电路的输出端子。典型地，由供电电路所供应的总的电流依赖于连接到它的LED模块的数目，并且更具体地，依赖于适用于每一个LED模块的标称电流而且还依赖于LED模块的温度。包含在LED照明系统中的由飞利浦公司制造的被称作Fortimo（市面上现有的且在图1中示出）的LED模块LM包括具有表示适用于被包含在LED模块中的LED的标称电流的电阻的第一电阻器Rset，而且还包括具有依赖于温度的电阻的第二电阻器NTC。当这样的LED模块连接到供电电路PSC时，包含在供电电路中的电路MC使一路电流流过第一电阻器Rset以及另一路电流流过第二电阻器NTC。跨每一个电阻器的电压被测量并且每一个电阻器的电阻值由电路MC从跨它的电压来确定。根据这些数据，电路部分MC推导出所期望的LED电流的值。包含在供电电路PSC中的驱动器电路DC随后将被供应给LED模块的电流调节至所期望的值。

此现有技术的一个重要劣势在于需要三条导线将每一个LED模块中的电阻器与包含在供电电路中的电路相连接。这使这些现有的LED照明系统相当复杂。

发明内容

本发明旨在提供一种较不复杂的LED照明系统，它更容易制造并且也更容易安装。

根据本发明的第一个方面，提供了一种LED照明系统，其包括用于供应LED电流的供电电路。该供电电路装配有用于连接到电压供应源的输入端子以及输出端子、耦合于输入端子和输出端子之间的用于交替地将输出端子之间的电压维持在第一时间间隔期间的高水平和第二时间间隔期间的低水平的调制电路、用于感测在第二时间间隔期间通过输出端子的电流的电流传感器、以及耦合于输入端子和输出端子之间且耦合到电流传感器的驱动器电路，所述驱动器电路用于从电压供应源所供应的供应电压生成LED电流并且用于在每一个第一时间间隔期间将LED电流供应到输出端子，其中所述LED电流等于由所述电流传感器感测到的电流乘以预定的常数倍增因子。LED照明系统进一步包括LED模块，该LED模块包括用于连接到所述供电电路的输出端子的LED模块输入端子、耦合于LED模块输入端子之间的具有高于在每一个第二时间间隔期间存在于所述供电电路的输出端子之间的电压的正向电压的LED负载、以及耦合于LED模块输入端子之间的电流源，所述电流源用于在LED模块输入端子连接到供电电源的输出端子时在每一个第二时间间隔期间生成通过电流传感器的传感器电流，该传感器电流等于所期望的LED电流除以预定的常数倍增因子。

在根据第一方面的LED照明系统中，关于所期望的LED电流的幅度的信息在每一个调制周期的每一个第二时间间隔期间从LED模块传送到供电电路。一个重要的优势在于实现该传送无需任何导线，使得LED照明系统的制造或安装相对简单。当多于一个的LED模块与同一供电电路的输出端子并联连接时，由包含在LED模块中的电流源所生成的电流的总和流过电流传感器并且供电电路将向所有LED模块一起供应总的LED电流，该LED电流等于通过传感器的电流的幅度乘以预定的常数倍增因子。

根据另一个方面，提供了一种用于操作一个或多个LED模块的方法，该一个或多个LED模块并联连接并且每一个包括连接于LED模块输入端子之间且被电流源分流的LED负载，该方法包括以下步骤：

-向LED模块输入端子施加比LED负载LS的正向电压低的电压并且测量由包含在LED模块中的电流源所生成的且流过传感器的电流；

-将LED模块输入端子之间的电压提高到LED负载LS在其上传导电流的值，并且向LED负载LS供应具有等于所测量的电流乘以预定的常数倍增因子的幅度的电流；

-重复前两个步骤。

在根据本发明的LED照明布置的第一优选实施例中，调制电路包括与供电电路的第一输出端子串联耦合的调制开关、耦合到调制开关的控制电极的用于使调制开关在每一个第一时间间隔期间导通（conductive）并在每一个第二时间间隔期间非导通的控制电路、以及低压源，其中所述低压源和电流传感器包含在连接供电电路的输出端子的串联布置中。

在该第一优选实施例中，调制电路以简单且可靠的方式实现。优选地，低压源和传感器的串联布置包括二极管。

在根据本发明的LED照明系统的另一优选实施例中，由LED模块中的电流源所生成的电流的幅度是依赖于温度的。更具体地，期望的是在LED模块中的LED的温度增加到预定值以上使得LED可能损坏或寿命缩短时，电流源生成较小的电流。由电流源所生成的较小的电流导致较小的LED电流，从而引起温度的降低或者防止温度的进一步增加。

附图说明

将利用附图进一步描述根据本发明的LED照明系统的实施例。

在附图中，图1示出现有技术LED照明系统的实施例；

图2示出根据本发明的LED照明系统的第一实施例；以及

图3示出包含在如图2中所示的LED照明系统中的供电电路的输出端子之间的电压随时间的函数；以及

图4示出包含在图2中所示的实施例中的电流源的实施例。

具体实施方式

在图2中，K1和K2是用于供应LED电流的供电电路PSC的输入端子。在操作期间，输入端子K1和K2连接到电压供应源。输入端子K1和K2连接到电路部分DC1的相应输入端子，电路部分DC1与电路部分DC2一起形成用于从电压供应源所供应的供应电压生成LED电流的驱动器电路。电路部分DC1的第一和第二输出端子借助于电容器C相连接。电容器C被调制开关MS、二极管D1和形成低压源的电路部分LVS的串联布置分流。调制开关MS的控制电极与电路部分DC1的第一输入端子耦合到由微控制器形成的电路部分DC2的第一输出端子。在操作期间，电路部分DC2交替地使调制开关在第一时间间隔期间导通并在第二时间间隔期间非导通。低压源LVS的输入端子连接到电路部分DC1的第一输出端子。供电电路PSC的第一输出端子K3连接到调制开关MS和二极管D1的公共端子，并且供电电路PSC的第二输出端子K4经由电阻器R1耦合到电路部分DC1的第二输出端子。第二输出端子K4还连接到电路部分DC2的输入端子。电阻器R1被电阻器R2和开关S1的串联布置分流。电阻器R1和R2连同开关S1一起形成电流传感器。开关S1的控制电极连接到电路部分DC2的第二输出端子。在操作期间，电路部分DC2交替地使开关S1在第一时间间隔期间导通并在第二时间间隔期间非导通。结果，在每一个第一时间间隔期间R1和R2被切换为并联，而在每一个第二时间间隔期间R2被切换出电路。由电阻器R1和R2以及开关S1形成的电流传感器因此在每一个第一时间间隔期间具有相对低的电阻，使得LED电流不引起高的功率消耗，并且电流传感器在每一个第二时间间隔期间具有较高的电阻，此时由电流源CS所生成的电流被感测。电路部分DC2的第三输出端子连接到电路部分DC1的第二输入端子。

输入端子K1和K2、输出端子K3和K4、电路部分DC1和DC2、电容器C、低压供应LVS、二极管D1以及调制开关MS、开关S1以及电阻器R1和R2一起形成用于供应LED电流的供电电路。

K5和K6是LED模块LM的第一和第二输入端子，其用于连接到供电电路的输出端子。第一和第二输入端子K5和K6通过电流源CS并通过LED负载LS相连接。第一和第二输入端子K5和K6、电流源CS以及LED负载LS一起形成LED模块。

图2中所示的LED照明系统的操作如下。当输入端子K1和K2连接到供电电源，并且供电电路PSC的输出端子K3和K4连接到LED模块LM的输入端子K5和K6时，跨电容器C存在基本上恒定的DC电压。电路部分DC2交替地使调制开关MS和开关S1在第一时间间隔期间导通并在第二时间间隔期间非导通。当调制开关MS导通时，电路部分DC1生成被供应给LED串的LED电流。当调制开关非导通时，LED模块的输入端子K5和K6之间的电压降低到低于LED串LS的正向电压的值，使得LED串LS不再传导电流。低压供应LVS的输出电压经由二极管D1和电流传感器R1被供应给电流源CS，并且电流源CS生成作为用于LED模块的所期望的LED电流的预定部分的电流。通常该电流依赖于LED的数目和类型以及它们串联和并联布置的方式。由于LED负载LS不再传输电流，因此由电流传感器传输的唯一电流是由电流源所生成的电流。由于开关S1在第二时间间隔期间是非导通的，因此电流传感器的电阻并且因而跨电流传感器的电压二者都相对高，从而允许通过电路部分DC2精确测量电流。在第二时间间隔结束时，控制电路CC再次使调制开关MS在等于第一时间间隔的时间间隔内导通。在此时间间隔期间，电路部分DC1生成LED电流，其等于在第二时间间隔期间测量到的通过传感器的电流乘以预定的常数倍增因子，而且该LED电流被供应给LED串直到下一个第二时间间隔开始。应注意的是，通常将第一时间间隔选择成远长于第二时间间隔，例如是它的10倍长。

应注意的是，电流源可以被构建成使得它还在每一个第一时间间隔期间生成电流。替代地，电流源CS可以仅在每一个第二时间间隔期间生成电流。

如上文所说明的，当多于一个的LED模块与供电电路的输出端子并联连接时，由包含在LED模块中的电流源所生成的电流的总和流过传感器，并且供电电路将向所有LED模块一起供应总的LED电流，该LED电流等于通过传感器的电流的幅度（如在第二时间间隔期间测量到的）乘以预定的常数倍增因子。

由电流源所生成的电流优选地是依赖于温度的，使得当LED模块中的LED的温度增加时，生成较小的电流，以便防止LED可能损坏或者它们的寿命可能缩短。由电流源所生成的较小的电流导致较小的LED电流，从而引起温度的降低或者防止温度的进一步增加。

图3是针对图2中所示的LED照明系统的实际实现的存在于供电电路的输出端子之间的电压随时间的函数的示意性表示。可以看出，电压分别在第一和第二时间间隔期间交替地为高压（33V）和低压（5V）。该实际实现中的预定的常数倍增因子大约为一千。

图4示出电流源CS的实施例。电流源CS包括依赖于温度的电阻器NTC。当LED模块的温度增加时，由电流源CS所供应的电流增加。

尽管在附图和前文中已经具体地图示和描述了本发明，但是这些图示和描述应被视作说明性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，能够理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。某些措施被记载于相互不同的从属权利要求中的仅有事实不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (5)

1.LED照明系统，其包括：

-用于供应LED电流的供电电路，其装配有：

-用于连接到电压供应源的输入端子（K1，K2）以及输出端子（K3，K4），

-耦合于所述输出端子之间的调制电路（MS, DC2），其用于交替地将所述输出端子之间的电压维持在第一时间间隔期间的高水平和第二时间间隔期间的低水平，

-用于感测在所述第二时间间隔期间通过所述输出端子的电流的电流传感器（R1，R2，S1），

-耦合于所述输入端子和所述输出端子之间且耦合到所述电流传感器的驱动器电路（DC1，DC2），其用于从所述电压供应源所供应的供应电压生成所述LED电流并且用于在每一个第一时间间隔期间将所述LED电流供应到所述输出端子，其中所述LED电流等于由所述电流传感器感测到的电流乘以预定的常数倍增因子，

- LED模块，其包括：

-用于连接到所述供电电路的所述输出端子的LED模块输入端子（K5，K6），

-耦合于所述LED模块输入端子之间的LED负载（LS），其具有高于在每一个第二时间间隔期间存在于所述供电电路的所述输出端子之间的电压的正向电压，

-耦合于所述LED模块输入端子之间的电流源（CS），其用于在所述LED模块输入端子连接到供电电源的输出端子时，在每一个第二时间间隔期间生成通过所述电流传感器的传感器电流，所述传感器电流等于所期望的LED电流除以所述预定的常数倍增因子。

2.根据权利要求1所述的LED照明系统，其中所述调制电路包括：

-与所述供电电路的第一输出端子串联耦合的调制开关（MS），

-耦合到所述调制开关的控制电极的控制电路（DC2），其用于使所述调制开关在每一个第一时间间隔期间导通并在每一个第二时间间隔期间非导通，以及

-低压源（LVS），

其中所述低压源和所述电流传感器包含在连接所述供电电路的所述输出端子的串联布置中。

3.根据权利要求2所述的LED照明系统，其中所述串联布置包括二极管（D1）。

4.根据权利要求1所述的LED照明系统，其中由所述电流源生成的电流的幅度是依赖于温度的。

5.一种用于操作一个或多个LED模块的方法，所述一个或多个LED模块并联连接并且每一个包括连接在LED模块输入端子之间且被电流源分流的LED负载，所述方法包括以下步骤：

-向所述LED模块输入端子施加比所述LED负载（LS）的正向电压低的电压并且测量由包含在所述LED模块中的电流源所生成的且流过传感器的电流，

-将所述LED模块输入端子之间的电压提高到所述LED负载（LS）在其上传导电流的值，并且向所述LED负载（LS）供应具有等于所测量到的电流乘以预定的常数倍增因子的幅度的电流，

-重复前两个步骤。