CN104472015A - 适于多个电压源的照明设备 - Google Patents

Abstract

适于多个电压源的照明设备，包括具有二极管电路的第一电路(1)，所述二极管电路被耦合到输入端子(2，3)，用于从第一电路(21)，例如电压-电压转换器接收第一电压信号。所述二极管电路包括用于整流所述第一电压信号的二极管(11-14)，并被耦合到输出端子(4，5)，用于供应第二电压信号。第一电容器(15)被耦合到所述输出端子(4，5)，用于缓冲所述第二电压信号并用于将经缓冲的第二电压信号提供到诸如电压-电流转换器之类的第二电路(22)，用于供给包括一个或多个发光二极管的光电路(30)。并联耦合到所述二极管(11-14)中的一个二极管的第二电容器(16，17)提供电荷泵效应，以改善所述第一和第二电路(21，22)以及所述光电路(30)的性能。

Description

适于多个电压源的照明设备

技术领域

本发明涉及一种适于多个电压源的照明设备。本发明还涉及一种还涉及用于在这种照明设备中应用的电路和装置。

背景技术

US8,004,210B2涉及一种用于低电压灯的发光二极管更换，并公开了一种二极管桥形式的整流电路。

通常，变压器适用于供给低电压灯，例如卤素灯。变压器一般连接到交流电源电压。当用包括一个或多个发光二极管的照明设备替代低电压灯时，由于照明设备可能表现出与低电压灯不同的行为这一事实，如果不更换变压器，可能会出现问题。一个或更多个发光二极管表现出与低电压灯不同的电压-电流行为。此外，存在许多分别具有特定特性和规格的变压器和其他电压源。照明设备应该利用这些电压源中的大部分起作用。一般，不可能预先确定改型照明设备将必须使用哪个电压源。此外，特别是电子变压器需要一个最小负载以维持高频振荡。在某些变压器与其他电压源的组合中，这可能会导致照明设备的次优行为，诸如闪烁。特别是通过不同的电压源提供的电压的频率可能变化很大。

DE19604026A1公开了一种具有整流器和与整流器并联的电容器的电路。电容器接收来自整流器的电压信号。并联于整流器的两个二极管的第二和第三电容器被提供以增加电压。

US6272032B1公开了具有并联电容器的整流器。此外，提供了并联于整流器的二极管的极性反转电容器。

GB2454217A也公开了包括二极管的整流电路。提供了一种并联于二极管中的至少一个二极管的电容器。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的照明设备，其适用于与多个电压源，特别是多个变压器组合应用。本发明的进一步目的是提供一种待在照明设备中应用的电路和装置。

根据第一方面，适用于多个提供第一电压信号的电压源的照明设备，包括：

-耦合到输入端子、用于从电压源接收第一电压信号的第一电路，该第一电路包括用于整流第一电压信号和供应第二电压信号的二极管，用于缓冲第二电压信号的第一电容器和并联耦合到第一电路的其中一个二极管的第二电容器，

-接收对应于第二电压信号的输入电压信号，并且将输入电压转换成输出信号的第二电路，

-接收第二转换器的输出信号并且包括至少一个发光二极管的光电路，并且-第一电路包括被设置为并联于第二电容器的第四电路，第四电路包括至少两个二极管并通过第四电容器被连接到输入端子。

二极管电路整流来自于电压源，例如变压器或另一个电压-电压转换器的第一电压信号，并且提供第二电压信号给第一电容器。第一电容器缓冲第二电压信号并提供经缓冲的第二电压信号给第二电路，例如电压-电流转换器，用于供给包括至少一个发光二极管的光电路。通过引入(精确地)并联耦合到二极管电路的其中一个二极管的第二电容器，第一电路变得能够从电压源提取负载电流，并将能量从电压源转移到第二电路的输入，即使当电压源的第一电压信号的幅值小于由第一电容器缓冲的第二电压信号的幅值时。这可以被定义为电荷泵效应。特别是当电压源是电子变压器时，现在可以在电子变压器的第一电压信号的幅值的扩展范围内满足电子变压器的最小负载要求。更具体地，从电子变压器的振荡开始，接着沿着电源电压的零交叉供应电子变压器，直到并超过电子变压器的输出电压的幅值达到其峰值的点，该峰值在供应电子变压器的电源电压的峰值附近。其原因在于在第一电压信号的切换循环的第一部分期间，第二电容器被填充能量，并且在于在第一电压信号的切换周期的第二部分期间，第二电容器试图保持该能量。根据本发明的设置有第四电路的第一电路充当带有整流的电压四倍器。这种配置使电子变压器能够可持续地在较低的电压电平振荡，在零交叉之后更短(峰值电压的约25％)。照明设备的效率和整体行为得到改善。

每个二极管均可以是真正的二极管或齐纳二极管或肖特基二极管，或者可以是晶体管(的一部分)，或者可以其他形式创建，只要它表现出二极管行为即可。二极管电路可以是二极管桥或可被以其他形式创建，只要它表现出整流器行为即可。第一电压信号例如是交流(AC)电压信号，而第二电压信号例如是直流(DC)电压信号。

照明设备的一个实施例由输入端子的第一输入端和输入端子的第二输入端子限定，该第一输入端子经由第一二极管被耦合到输出端子的第一输出端子并且经由第二二极管耦合到输出端子的第二输出端子；该第二输入端子经由第三二极管被耦合到第一输出端子并且经由第四二极管被耦合到第二输出端子，所述二极管中的一个二极管是第一二极管。

整流电路的一个实施例被限定，因为其还包括并联耦合到二极管中的另一二极管的第三电容器。第三电容器将加强电荷泵效应。

照明设备的一个实施例由输入端子的第一输入端子和输入端子的第二输入端子限定，该第一输入端子经由第一二极管被耦合到输出端子的第一输出端子并且经由第二二极管被耦合到输出端子的第二输出端子，该第二输入端子经由第三二极管被耦合到第一输出端子并且经由第四二极管被耦合到第二输出端子，所述二极管中的一个二极管是第一二极管，并且所述二极管中的另一个二极管是第二二极管。该二极管电路是二极管桥。

照明设备的一个实施例由第二和/或第三电容器和导电通路限定，所述第二和/或第三电容器与串联二极管串联，并且所述导电通路包括在输入端子和节点之间的二极管，所述节点位于第二电容器或第三电容器和其串联二极管之间。

照明设备的一个实施例通过包括第四电路被限定，第四电路并联于第二电容器或第三电容器设置，第四电路包括至少两个二极管并通过第四电容器被连接到输入端子。

照明设备的一个实施例由并联于第二电容器或第三电容器设置的第五电路限定，第五电路包括至少两个二极管并通过第五电容器被连接到输入端子。

照明设备的一个实施例由并联于第二电容器设置的第四电路和并联于第三电容器设置的第五电路限定。

照明设备的一个实施例由第一电路限定，第一电路还包括用于改进与电压源的兼容性的第三电路。

照明设备的一个实施例由被缓冲的第二电压限定，其等于或小于第一电压信号的峰值的130％。

照明设备的一个实施例由适于具有多个电压源的应用限定，所述多个电压源提供在一个频率范围内的第一电压信号，其中第一电路的电容器的电容总和，不包括第一电容器的电容，约等于或小于光电路的输出功率乘以常数值(CV)并除以第一电压信号的峰值和最大第一电压信号应用频率的乘(multiplication)。

照明设备的一个实施例由常数值(CV)限定，该常数值在0.001至0.100的范围内，优选在0.003至0.03的范围内被选择，并且最优选约为0.01。

根据第二方面，提供一种适于照明设备中的应用的第一电路。

根据第三方面，提供了一种适于在照明设备中应用的装置，其包括第一电路和第二电路。

该装置的一个实施例由第二电路限定，第二电路是用于将输入直流电压信号转换成输出直流信号的转换器，并且输入直流电压信号与经缓冲的第二电压信号相对应。

第一装置的一个实施例由输出直流信号限定，该输出直流信号是预定用于包括至少一个发光二极管的光电路的输出直流电流信号，第二转换器被设计成测量用于控制目的的输出直流电流信号的幅值。

一个认知可能是，包括一个或多个发光二极管的光电路可以表现出不同于诸如卤素灯之类的低电压灯的行为。基本思想可以是，被并联耦合到二极管电路的其中一个二极管的电荷泵电容器(第二和其他电容器)能够从电压源提取负载电流，并将能量从该电压源转移到第二电路的输入，即使当电压源的第一电压信号的幅值小于由第一电容器缓冲的第二电压信号的幅值时。设置有缓冲电容器和一个或多个电荷泵电容器的本发明的照明设备适于具有多个电压源，特别是具有所供应的第一电压信号的相互不同的频率和/或幅值的电压源的应用。该照明设备也特别适于与电子变压器组合的应用。取决于照明设备的具体配置(一个、两个、三个或四个电荷泵电容器)，已在相对低的电压幅值下，将从电子变压器中得到用于持续振荡的足够负载。电子变压器可以例如开始于峰值电压幅值的25％或50％。

提供一种改进的照明设备的问题已经得到解决。进一步的优点在于，来自于第一电路的浪涌电流信号可以受电荷泵电容器(第二和其他的电容器)的限制，并且在于，与在二极管电路和缓冲电容器(第一电容器)之间增加功率调制级的另一解决方案相比，添加电荷泵电容器的解决方案更经济并更鲁棒。

此外，具有与照明设备的输出功率和一系列电压源的特性有适当关系的几个电荷泵电容器的累积电容，由电压信号的幅值和频率限定，这将优化电荷泵效应，将阻止缓冲电容器的实质超增压，并将实现该电子变压器在零交叉之后将开始和维持振荡。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐述。

附图说明

在附图中：

图1示出了电路的概观，

图2示出了第二电路的一个实施例，

图3示出了第一电路的第一实施例，

图4示出了第一电路的第二实施例，

图5示出了现有技术的波形，

图6示出了改进的波形，

图7示出了第一电路的第三实施例，

图8示出了第一电路的第四实施例，

图9示出了第一电路的第五实施例，

图10示出了第一电路的第六实施例，

图11示出了第一电路的第七实施例，以及

图12示出了第三电路的一个实施例。

具体实施方式

在图1中，示出了电路的概观。电压源21，例如电压-电压转换器，诸如磁性变压器或电子变压器，诸如开关模式电源，或者荧光灯镇流器被耦合到第一电路1。第一电路1还被耦合到诸如电压-电流转换器之类的第二电路22。第二电路22还被耦合到光电路30，所述光电路包括至少一个任何类型的发光二极管通常为任何组合的一个以上发光二极管。第二电路22可以可替代地是电压-电压转换器。

在图2中，示出了第二电路22的一个实施例。第一输入端子被耦合到芯片26的正常输入和第一侧或齐纳二极管23和电阻器25的第一侧和电容器24的第一侧。电阻器25的另一侧被耦合到第一输出端子和芯片26的感测输入。第二输入端子被耦合到芯片26的接地输入和电容器24的另一侧。齐纳二极管23的另一侧被耦合到芯片26的输出和电感器27的一侧。电感器27的另一侧被耦合到第二输出端子，并经由电容器28被耦合到第一输出端子。该第二电路22是电压-电流转换器。芯片26是本领域中常见的芯片。第二电路22的第一和第二输入端子待被耦合到图3和4中所示的整流电路1的输出端子。第二电路22的第一和第二输出端子待被耦合到光电路30的端子。该第二电路22的许多替代方式对本领域技术人员是可获得的。

在图3中，示出了第一电路1的第一实施例。第一电路1包括耦合到第一电路1的输入端子2、3，用于接收来自于电压源21的第一电压信号的二极管电路。二极管电路包括用于整流第一电压信号的二极管11-14并耦合到第一电路1的输出端子4、5，用于供应第二电压信号。第一电路1进一步包括被耦合到输出端子4、5，用于缓冲第二电压信号并用于提供经缓冲的第二电压信号到第二电路22的第一电容器15。第一电路1还进一步包括被(精确地)并联耦合到其中一个二极管11-14，用于提供电荷泵效应的第二电容器16。

优选地，输入端子2、3的第一输入端子2经由第一二极管11被耦合到输出端子4、5的第一输出端子4，并经由第二二极管12被耦合到输出端子4、5的第二输出端子5。并且输入端子2、3的第二输入端3经由第三二极管13被耦合到第一输出端子4，并经由第四二极管14被耦合到第二输出端子5。所述其中一个二极管11-14可以例如是第一二极管11，但二极管12-14中的任何其它一个二极管也将干得好。

在图4中，示出了整流电路1的第二实施例。该第二实施例与图3中所示的第一实施例的唯一不同之处在于，除了并联耦合到第一二极管11的第二电容器17外，存在并联耦合到第二二极管12，以加强电荷泵效应的第三电容器18。在相应的电容器17和18并联耦合到相应的二极管11和12的情况下获得良好的结果，反之亦然；并且在相应的电容器17和18并联耦合到相应的二极管13和14的情况下获得良好的结果，反之亦然。该实施例的第一电路充当具有峰值整流的倍压器。

在图5中，现有技术的波形被示出。上部的曲线图示出了跨第一电容器15的经缓冲的第二电压信号对时间的关系。下一个曲线图显示了流过输入端子2、3的输入电流信号对时间的关系。下部曲线示出了流过光电路30的输出电流信号对时间的关系。显然，经缓冲的第二电压信号具有相对低的平均值，并且输入电流信号具有相对短和高的峰值，并且在经缓冲的第二电压信号具有太低的值时，输出电流信号被中断。

在图6中，用于如图3所示的整流电路的改进波形被示出。再次，上部的曲线图中示出了跨第一电容器15的经缓冲的第二电压信号对时间的关系。下一个曲线图示出了流过输入端子2、3的输入电流信号对时间的关系。下部曲线图示出了流过光电路30的输出电流信号对时间的关系。显然，与现有技术的经缓冲的第二电压信号相比，经缓冲的第二电压信号具有相对高的平均值；并且与现有技术的输入电流信号相比，输入电流信号更平滑；并且输出电流信号不再被中断，这些是很大的优势。

第一电容器15可具有470μF的值，并且第二和第三电容器16-18均可具有22nF的值，但也不排除其它值，许多其他值将也将干得好。

在图7中示出了第一电路的第三实施例。除了图4的第二实施例外，第四电容器53、第五电容器54、第四电路51和第五电路52被提供。第四电容器53、第五电容器54分别被定位在输入端子2、3与第四电路51、相应的第五电路52之间。第四电路51和第五电路52分别并联于第二电容器17与第三电容器18，并都包括至少两个二极管56-59。在这种配置中，第一电路1充当具有峰值整流的电压四倍器。这种配置使电子变压器能够在较低的电压水平可持续振荡，在零交叉之后更短(峰值电压的约25％)，提高了效率并改善了照明设备的整体行为。

图8的第四实施例也提供了具有峰值整流的四倍频器。

第三和第四实施例将提供比第一电路的第二实施例更好的特性，然而，也将更加昂贵。本发明提供了具有根据照明设备的期望特性定制的第一电路的可能性，该期望的特性特别是还涉及成本。在本发明的范围内，具有特定特性的几个或多或少复杂的配置是可能的，而不会影响第一电路和照明设备的基本功能。特别是电容器的数目可以关于特定功能进行选择。在本发明的概念内，几个配置是可行的。例如可以使两个电荷泵电容器升至三倍频器，或者可以使三个电荷泵电容器升至四倍频器。

图9的第五实施例与第三实施例的不同在于，二极管11和12已被省略。在这种配置中，电压峰值整流沿二极管56-59发生，并且该配置仍然用作四倍频器。

如图10所示的第六实施例用作电压三倍器，具有两个电容器17和54。

最后，在图11中，第一电路的配置仅设置有并联于二极管13的一个电容器(第二电容器16)。与第二电容器16串联的是串联二极管62。具有二极管64的导电通路被设置在输入端子2和节点之间，该节点位于第二电容器16和串联二极管62之间。第二电容器16经由二极管64被充电到瞬时交流峰值电压。当电压源21的极性反转时，电荷经由二极管12、电压源21、第二电容器16和二极管64被供给到第一电容器15。

根据本发明，所述配置可被进一步优化，其中第一电路的电容器的电容(单位As/V)的总和(不包括第一电容器15的电容)近似等于或小于光电路的输出功率(单位W)乘以常数值(CV)并除以第一电压信号的峰值(单位V)与最大第一电压信号应用频率(Hz)的乘。令人惊奇的是，确定了，通过在0.001到0.100的范围内选择的常数值(CV)(单位1/V)，照明设备的性能被明显改进。在0.003到0.03范围内的常数值(CV)的情况下，可以得到进一步的优化，并且在约0.01的常数值下感知到最佳性。

在图12中，示出了用于改进与电压源21的兼容性的第三电路41-42的一个实施例。第三电路41-42例如包括电容器41和电阻器42的串联连接，电阻器42位于电压源21和第一电路1之间并耦合到电压源21的输出端子(并耦合到整流电路1的输入端子2、3)。替代地，第三电路41-42可形成第一电路1的一部分。可能地，如所示的电感器43和/或电阻器44可以被添加到第三电路41-44，用于将串联连接的一侧耦合到输入端子2，串联连接的另一侧被更直接地耦合到输入端子3。

兼容性由于以下事实得到改进：(a)第三电路41-42可以改变第一电路21的输出电流信号的相位(自振荡变压器需要两个条件以便启动和保持振荡，即该输出电流信号的特定相位和特定幅值)和/或(b)第三电路41-42可影响该输出电流信号的幅值(对于高频，第三电路41-42是一个低阻抗通路，其将加载电压源21，使得输出电流信号的幅值将更大，并且振荡条件得到改善)和/或(c)第三电路41-42可在电压源21的切换期间提供低阻抗通路(在边缘处)，在这里例如电压源呈电子变压器的形式。第三电路41-42可独立于电容器16-18的存在改善与电压源21的兼容性。为了改善与特定电压源21的兼容性，电容器41可具有4.7nF的值，并且电阻器42具有10Ohm的值(对于电感器43具有2.2μH的值)，但是不排除其他值，而对于其他类型的电压源21，也可以需要其他值。

总之，第一电路1包括电压源电路21，例如电压-电压转换器。二极管电路包括二极管11-14，用于整流第一电压信号，并被耦合到输出端子4、5，以用于供应第二电压信号。第一电容器15被耦合到输出端子4、5，用于缓冲第二电压信号并用于将经缓冲的第二电压信号提供到第二电路22，例如电压-电流转换器，其用于供应给包括一个或多个发光二极管的光电路30。附加电容器16、17、53、54在第一电路中被提供，并提供电荷泵效应，并提高了第一和第二电路21、22以及光电路30的性能。

从上述清楚可见，通过添加甚至更多的电荷泵电容器，可以实现进一步的倍增(5倍频器，6倍频器等)。

虽然在附图和前面的描述中本发明已经被说明并详细地描述，这种说明和描述被认为是说明性的或示范性的，而非限制性的；本发明不局限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的发明中，从附图、公开内容和所附权利要求的研究，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个。某些措施在相互不同的从属权利要求中被列举的单纯事实并不表示这些措施的组合不能被利用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (11)

1.一种适于多个电压源(21)的照明设备，所述电压源提供第一电压信号，所述照明设备包括：

-被耦合到输入端子(2，3)的第一电路(1)，用于从所述电压源(21)接收所述第一电压信号，所述第一电路包括用于整流所述第一电压信号并供应第二电压信号的二极管(11-14)，用于缓冲所述第二电压信号的第一电容器(15)，以及被并联耦合到所述第一电路的所述二极管(11-14)中的一个二极管的第二电容器(16，17)，

-第二电路(22)，其接收对应于所述第二电压信号的输入电压信号，并且将所述输入电压转换成输出信号，

-光电路(30)，其接收所述第二转换器的所述输出信号，并包括至少一个发光二极管，

其中

所述第一电路(1)包括第四电路(51)，其并联于所述第二电容器(16，17)设置，所述第四电路包括至少两个二极管(56-57)，并且通过第四电容器(53)被连接到输入端子(2，3)。

2.如权利要求1所限定的照明设备，所述输入端子(2，3)的第一输入端子(2)经由第一二极管(11)被耦合到所述输出端子(4，5)的第一输出端子(4)，并经由第二二极管(12)被耦合到所述输出端子(4，5)的第二输出端子(5)，并且所述输入端子(2，3)的第二输入端子(3)经由第三二极管(13)被耦合到所述第一输出端子(4)，并经由第四二极管(14)被耦合到所述第二输出端子(5)。

3.如权利要求1所限定的照明设备，所述第一电路(1)包括并联耦合到所述二极管(11-14)中的另一个二极管的第三电容器(18)。

4.如权利要求3所限定的照明设备，所述第一电路(1)包括第五电路(52)，所述第五电路(52)并联于所述第三电容器(18)设置，所述第五电路包括至少两个二极管(58-59)，并通过第五电容器(54)被连接到输入端子(2，3)。

5.如前述权利要求中的一项所限定的照明设备，其所述经缓冲的第二电压等于或小于所述第一电压信号的峰值的130％。

6.如前述权利要求中的一项所限定的照明设备，适于具有在频率范围内提供第一电压信号的多个电压源的应用，其中所述第一电路的所述电容器(16，17，18，53，54)的所述电容的总和(单位As/V)，不包括所述第一电容器(15)的电容，近似等于或小于所述光电路(30)的输出功率(单位W)乘以常数值(CV)并除以所述第一电压信号的所述峰值(单位V)与所述最大第一电压信号应用频率(Hz)的乘。

7.如权利要求6所限定的照明设备，所述常数值(CV)(单位1/V)在0.001到0.100的范围内，优选在0.003至0.03的范围内被选择，并且最优选为约0.01。

8.第一电路(1)，其适于在根据前述权利要求中的一项所述的照明设备中的应用。

9.一种装置，其包括根据前述权利要求中的一项所述的照明设备。

10.如权利要求9所限定的装置，所述第二电路(22)是转换器，用于将输入直流电压信号转换成输出直流信号，并且所述输入直流电压信号对应于所述经缓冲的第二电压信号。

11.如权利要求9所限定的装置，所述输出直流信号是预定用于包括至少一个发光二极管的光电路(30)的输出直流电流信号，所述第二转换器被设计成测量用于控制目的的所述输出直流电流信号的幅值。