CN105265018A - 包括用于在各种镇流器上安全操作的安全模块的led灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED灯(10)，其包括至少一个LED光源(103)，至少一个对所述LED光源(103)进行供电的驱动器(101)，至少一个具有多个二极管的输入整流器，以用于将来自市电的AC电流转换为DC电流的，从而提供电功率到所述驱动器(101)，所述LED灯(10)进一步包括安全模块，其包括一个第一模块和一个第二模块(F1，F2)用于保护免于过流以及EM镇流器的过热，所述第一模块(F1)与所述驱动器(101)串联放置并且设计为当所述LED灯(10)直接连接到市电时驱动器发生故障的情况下中断电流，并且所述第二模块(F2)设计为当LED灯经由EM镇流器连接到市电时输入整流器中的所述二极管中的至少一个发生故障时中断电流。

Description

包括用于在各种镇流器上安全操作的安全模块的LED灯
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)灯，其包括用于在各种镇流器上安全操作的安全模块。更为确切地，这里所公开的各种创新性的装置涉及一种LED灯，其可以兼容地改造成各种具有镇流器并且尤其是电磁(EM)镇流器的照明灯具中。
背景技术
许多商业、工业、以及零售业环境，诸如工厂、商店、仓库以及办公建筑中装备有大量的照明灯具，其具有诸如标记为T8或T12类型的灯管的已安装荧管，以及附属的电磁(EM)镇流器。
基于LED的照明设备倾向于成为具有优势的荧管的取代方案。基于LED的管普遍被标记为“LED管”或者由缩写“TLED”来指代。如今有各种现有的LED管，其中大多数被设计为由市电输入来提供，这种LED管被普遍地标记为“市电兼容的”。
在设计LED管中主要挑战之一为在各种现有的镇流器上使得产品具有故障保护。如今可获得的市电兼容的LED管在EM镇流器上并不完全安全。这种LED管典型地包括包含有二极管桥的输入整流器。然而，如果二极管桥中任何一个二极管发生故障，则直流电流将流经EM镇流器，并且如果灯输入熔丝在这种故障条件下没有熔断，EM镇流器将存在过热的风险。
发明内容
本发明的一个目的在于通过提供技术方案来改善安全性，尤其是在EM镇流器上使用的LED管或LED驱动器的安全性来解决上述的安全性问题。
根据本发明，提出一种LED灯，其包括驱动器，所述驱动器进一步包括两个模块用于保护免于过流，第一模块设计为当LED驱动器直接连接到市电时中断电流，并且第二模块设计为当包括在驱动器中的输入整流器发生故障时中断电流。
为了该目的，当前的发明提出一种LED灯，其包括：
至少一个LED光源，
至少一个用于以所需要的驱动电流对LED光源进行供电的驱动器，
至少一个具有多个二极管的输入整流器，其用于将来自市电的AC电流转换为DC电流，从而提供电功率到驱动器，
LED灯进一步包括安全模块，其包括一个第一模块和一个第二模块用于保护免于过流，该第一模块与驱动器串联放置并且设计为当LED灯直接连接到市电时驱动器发生故障的情况下中断电流，并且第二模块设计为当LED灯经由EM镇流器连接到市电时输入整流器中的二极管中的至少一个发生故障时中断电流。
在本发明的另一实施例中，所述保护模块的每一个可以包括熔丝。
在本发明的另一个实施例中，所述保护模块的每一个可以包括电流断路器。
在本发明的另一个实施例中，所述保护模块的每一个可以包括可重接熔丝。
在本发明的一个实施例中，用于保护免于过流的第二模块的额定电流可以低于用于保护免于过流的第一模块的额定电流。
在本发明的一个实施例中，用于保护免于过流的第二模块的额定电流可以比用于保护免于过流的第一模块的额定电流至少低20％。
在本发明的另一个实施例中，用于保护免于过流的第二模块的额定电流可以包含在200mA到500mA之间。
在本发明的一个实施例中，用于保护免于过流的第二模块的额定电流可以包含在250mA到300mA之间。
在本发明的示例性实施例中，LED灯可以为包括端帽的LED管，用于保护免于过流的第二模块位于该端帽中。
当前发明的另一个方面在于用于LED灯的安全模块，所述LED灯包括驱动器和至少一个具有多个二极管的输入整流器，其用于将来自市电的AC电流转换为DC电流，从而提供电功率到驱动器，所述安全模块包括一个第一模块和一个第二模块用于保护免于过流以及EM镇流器的过热，其中该第一模块设计为与驱动器串联放置并且当LED灯直接连接到市电时驱动器发生故障的情况下中断电流，并且第二模块设计为当灯经由EM镇流器连接到市电时输入整流器中的二极管中的至少一个发生故障时中断电流。
当前发明的另一个方面是一种用于保护LED灯的方法，所述LED灯包括驱动器和至少一个具有多个二极管的输入整流器，其用于将来自市电的AC电流转换为DC电流，所述方法至少包括提供一个第一模块和一个第二模块用于保护免于过流以及EM镇流器的过热，其中该第一模块设计为与驱动器串联放置并且当LED灯直接连接到市电时驱动器发生故障的情况下中断电流，并且第二模块设计为当灯经由EM镇流器连接到市电时输入整流器中的二极管中的至少一个发生故障时中断电流。
附图说明
本发明的这些以及另一些特性和优势将在阅览下面所给出的仅仅作为描述性和非限制性的例子而提供的优选实施例的详细描述以及附图中变得更为清晰，其中：
图1为描述了通过EM镇流器进行操作的典型的LED管的示意图；
图2A和图2B为描述了在LED驱动器的典型的输入整流器中的二极管故障情况的示意图；
图3为描述了在二极管短路故障的情况下通过EM镇流器进行操作的典型LED管的等效模型的示意图；
图4为描述了在二极管短路故障的情况下通过EM镇流器进行操作的典型LED管的等效DC模型的示意图；
图5为描述了各种典型的EM镇流器的镇流器电阻的图表；
图6为描述了典型熔丝的时间-电流特性的图表；
图7为描述了根据本发明示例性实施例的具有安全模块的LED灯在第一操作配置下的概要示意图；
图8为描述了根据本发明示例性实施例的具有安全模块的LED灯在第二操作配置下的概要示意图。
具体实施方式
在下面详细的描述中，为了阐释并且非限制的目的，列举出公开了特定细节的代表性的实施例从而提供对于本教导的全面理解。然而，对于已经受益于本公开的本领域的技术人员来说明显的是根据本教导的与这里所公开的特定细节相背离的其他实施例保持在所附权利要求的范围内。此外，对于公知的装置和方法的描述将被省略从而避免对于代表性实施例的描述造成淡化。这种方法和装置很明显地在本教导的范围内。
图1示出了描述用于在EM设备中操作LED管而没有对EM镇流器进行旁路的已知方案的示意图。
如图1所描绘的，LED管10可以通过EM镇流器12进行操作。EM镇流器12例如设计为由市电进行供应，即，例如由交流230-V电压。EM镇流器12可以被建模为镇流器电感L_ballast与镇流器电阻R_ballast相串连。
LED管可以包括驱动器101，对一个LED光源或者一系列的LED光源103进行供电，如示例性实施例中所图示的。LED管10进一步包括整流器，典型地为包括四个二极管D1、D2、D3、D4的全波整流器，如在示例性实施例中所图示的。在其他实施例中，整流器可以集成在驱动器101中。LED管10进一步包括一个第一熔丝F1，其与整流器或者驱动器101串连，并且连接到交流电压。LED管10可以进一步包括端帽105，其包括第二熔丝F2。
如图1所描绘的改造方案需要将EM镇流器和设备最初设计为利用其来进行操作的荧管的启辉器用哑启动器14来代替。哑启动器14典型地包括第三熔丝F3。
图2A和图2B示出了描述在LED驱动器中典型的输入整流器的二极管故障情况的示意图。
LED灯典型地包括其目的在于以所需要的电流对至少一个LED光源进行供电的LED驱动器。LED驱动器典型地包括输入整流器和开关模式供电源。该输入整流器被提供以例如来自市电的交流信号。在正常状况下，LED灯的输入为对称的。
然而，如果输入整流器的二极管中的任何一个发生故障，LED灯输入可能变得不对称。二极管故障可能导致短路或者断路，这些故障情况分别被指代为短路故障和断路故障。图2A和图2B描绘了分别在一个二极管短路故障情况下和一个二极管在断路故障情况下的包括四个二极管D1、D2、D3、D4的全波输入整流器的等效电路。
参照图2A，当全波整流器的例如第一二极管D1为短路故障，则包括第一二极管D1的电路分支实际上表现为短路电路。
现在参照图2B，当全波整流器的例如第一二极管D1为断路故障，则包括第一二极管D1的电路分支实际上表现为断路电路。
EM镇流器最初设计为典型地由来自于市电的交流信号来进行供应，并且用以操作荧光灯。在这种并不需要输入整流器的配置中，不会发生荧光管的二极管故障模式。
图3示出描述了如同参照图2A所描述的在二极管短路故障情况下，利用EM镇流器12进行操作的典型的LED管的等效模型的示意图。
为了简要起见，EM镇流器12被描绘为在与上面参照图1所描述的配置相似的配置中连接到第一熔丝F1和输入整流器，输入整流器处于短路故障情况，其中其第一二极管D1发生短路。所有连接在整流器下游的组件被描绘为负载30。
EM镇流器可以被建模为镇流器电感L_ballast与镇流器电阻R_ballast相串连。EM镇流器典型地在市电频率处进行操作，也就是：典型地处于在50Hz和60Hz之间的市电信号的频率处。在这种频率范围内，EM镇流器的阻抗由镇流器电感L_ballast的电感来主导决定。
在这种故障配置中，在电源信号的正半周期期间，上面所描述的电路的等效模型为这样一种电路，其中EM镇流器12、第一熔丝F1以及负载30和交流电压源被布置为串联，电流以上面它们所记载的相同顺序流过这些各个组件。
在电源信号的负半周期期间，上面所描述的电路的等效模型为这样一种电路，其中交流电压源、EM镇流器12以及第一熔丝F1被布置为串联，电流以上面它们所记载的相同顺序流过这些各个组件。
图4示出描述了在二极管短路故障的情况下，通过EM镇流器进行操作的典型LED管的等效DC模型的示意图。
利用图4所描述的等效DC模型，在任何情况下，输入整流器的任何二极管的故障产生信号的不对称，造成在电路中积累DC电流。在DC操作中，EM镇流器12等效于镇流器电阻R_ballast。DC电流的幅度于是由镇流器电阻R_ballast来决定。
图5示出描述了各种典型的EM镇流器的镇流器电阻的图表。在图5的图表中，横坐标任意地对应于不同的EM镇流器，而纵坐标则代表了相对应的电阻值。
根据其各自的能量效率等级，EM镇流器具有不同的内部电阻，典型地从20Ω到150Ω。低电阻EM镇流器，即典型地具有达到40Ω的EM镇流器，通常被设计为属于所谓的B1或B2类型，并且高电阻EM镇流器通常被设计为属于所谓的C或D类型。
较高的镇流器电阻导致较低的DC偏移；由此相对应的镇流器不太倾向于触发第一熔丝F1。
综上，当输入整流器的一个二极管发生故障，灯输入电流增加得显著高于正常操作电流并且由此导致了EM镇流器的饱和，并且结果是降低了其阻抗。这种故障条件导致了增加的通过EM镇流器的均方根(RMS)电流。在这种条件下，灯熔丝，即在所描述的示例性实施例中的第一熔丝F1将熔断从而中断故障电流。
然而，如上所述，如果第一熔丝F1由于故障电流受限于EM镇流器的电阻这一事实没有熔断，则EM镇流器将由于故障电流而过热。
图6通过在其中横坐标代表了故障电流和额定电流之间的比率Ifault/Irated并且纵坐标代表了时间的图表中的最小限制曲线和最大限制曲线示出了典型熔丝的时间-电流特性。如图6所描绘的，对于典型的熔丝，故障电流将至少是额定电流两倍高从而以可接受的时间触发熔丝。
有三个决定第一熔丝F1是否熔断的主要因素是EM镇流器电阻R_ballast、EM镇流器的饱和电流以及例如市电电压的输入电压：镇流器电阻R_ballast越高、或者EM镇流器的饱和电流越高或者输入电压越低，则第一熔丝F1越不容易熔断。
图7示出描述了根据本发明示例性实施例的具有安全模块的LED灯在第一操作配置下的概要示意图。
LED灯，例如跟随本发明实施例的TLED10，可以包括用于以所需要的驱动电流对至少一个LED光源103进行供电的驱动器101LED。
TLED10进一步包括安全模块，其包括两个用于保护免于过流的模块，例如分别由第一熔丝F1和第二熔丝F2形成。
更具体地，第一熔丝F1与驱动器101串联放置并且设计为在TLED10直接连接到市电时驱动器101发生故障的情况下，或者在驱动器101输入电流例如由于驱动器101组件或者LED中的一个发生故障而变得过高的情况下中断电流。如之后参照图8所描述的，第二熔丝F2设计为在输入整流器(没有在图7中描绘出来)中所包括的二极管中的至少一个发生故障时中断电流。
第二熔丝F2可以放置为与TLED10的端帽平齐。在图7所描绘的设置配置中，第二熔丝F2没有独特作用。
在图7所描述的示例性设置配置中，TLED10通过其两个端部中的一个直接连接到市电，而另一端部，也即与TLED10的端帽相平齐的一端部为未使用的开放端部。在这种配置中，TLED10连接到低阻抗电压源，即在所描述的示例性实施例中的市电电压，并且第一熔丝F1将在故障条件下熔断。
第一熔丝F1的额定电流可以被选择从而确保第一熔丝F1没有由于市电浪涌或者由于快速切换引起的其他瞬态过压而导致的前期故障。
图8示出描述了根据本发明示例性实施例的具有安全模块的LED灯在第二操作配置下的概要示意图。
作为图8所描述的示例性实施例，TLED10以交替的操作配置进行设置，其中TLED10被改造成EM设备，该EM设备包括与上面参照图1所描述的配置相似的配置中的EM镇流器12。EM镇流器12可以连接到市电输入以及连接到在与端帽相平齐的TLED10的一个端部处的第一管脚。端帽的第二管脚可以通过第二熔丝F2连接到第一管脚，并且通过包括第三熔丝F3的哑启动器14连接到TLED10的管脚。
第二熔丝F2被设计为当包括在输入整流器中的二极管中的至少一个(没有在图8中描绘)发生故障时中断电流。第二熔丝F2设计为使得在二极管故障状况下更易于熔断，其额定电流被选择为低于第一熔丝F1的额定电流。
第二熔丝F2的额定电流可以比第一熔丝F1的额定电流至少低20％。
为位于LED管的哑端部的第二熔丝F2提供更小的额定电流允许了LED管在EM镇流器上安全操作，而同时仍然可以在没有EM镇流器的情况下直接在市电电压上可靠地操作。
在4-英尺(120厘米)长的TLED10的实践性例子中，第一熔丝F1可以额定于约500mA到1A，并且第二熔丝F2额定于200mA到500mA，优选地为250mA到300mA。如发明人已经利用各种EM镇流器所测试过的，额定在约250mA处的第二熔丝F2可以在大多数情况下熔断，由此减轻了EM镇流器过热的风险。
虽然在附图和前面的描述中对本发明进行了描述和阐释，对于本领域的技术人员来说清楚的是这种描述和阐释应当被视为描述性和示例性而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例，相反，在本发明如权利要求所限定的保护范围内可能有若干变形和修改。
例如，所描述的示例性实施例包括熔丝，但是应当理解的是其他类型的用于保护免于过流的装置可以用来代替熔丝，这种装置很明显同样包括电流断路器、可重接熔丝。
虽然示例性的实施例适用于TLED，本发明还可以应用于所有种类的LED改装灯，诸如针对线性荧光TL管、还针对环形管的改装方案，以及针对通常用缩写“CFL”指代的紧凑型荧光灯的代替方案。
这里所限定并使用的所有定义应当被理解为在字典定义、通过参考并入的文献中的定义以及/或所限定的术语的通常含义之上进行掌握。
所公开的实施例的其他改变可以在本领域的技术人员通过对附图、公开和所附权利要求进行研究之后得以理解并实践。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他的元素或步骤，以及不定冠词“一”、“一个”并不排除复数。特定的措施记载在彼此不同的从属权利要求中这一单纯的事实并不指示着这些措施的合并不能用以获得优势。在权利要求中的任何参考标号不应当解释为限制范围。

Claims (11)

1.一种LED灯(10)，其包括：
至少一个发光二极管(LED)光源(103)，
至少一个用于以所需要的驱动电流对所述LED光源(103)进行供电的驱动器(101)，
至少一个具有多个二极管(D1,…,D4)的输入整流器，用于将来自市电的AC电流转换为DC电流，从而向所述驱动器(101)提供电功率，
所述LED灯(10)进一步包括安全模块，所述安全模块包括一个第一模块(F1)和一个第二模块(F2)，以用于保护免于过流，其特征在于所述第一模块(F1)与所述驱动器(101)串联放置并且被设计为在所述LED灯(10)直接连接到市电时所述驱动器发生故障的情况下中断电流，并且所述第二模块(F2)被设计为在所述LED灯(10)经由EM镇流器连接到市电时所述输入整流器中的所述二极管(D1,…,D4)中的至少一个二极管发生故障时中断电流。
2.根据权利要求1所述的LED灯(10)，其中所述保护模块中的每一个包括熔丝(F1，F2)。
3.根据权利要求1所述的LED灯(10)，其中所述保护模块中的每一个包括电流断路器。
4.根据权利要求1所述的LED灯(10)，其中所述保护模块中的每一个包括可重接熔丝。
5.根据前述任一权利要求所述的LED灯(10)，其中用于保护免于过流的所述第二模块(F2)的额定电流低于用于保护免于过流的所述第一模块(F1)的额定电流。
6.根据权利要求5所述的LED灯(10)，其中用于保护免于过流的所述第二模块(F2)的额定电流比用于保护免于过流的所述第一模块(F1)的额定电流至少低20％。
7.根据权利要求6所述的LED灯(10)，其中用于保护免于过流的所述第二模块(F2)的额定电流被包含在200mA到500mA之间。
8.根据权利要求7所述的LED灯(10)，其中用于保护免于过流的所述第二模块(F2)的额定电流被包含在250mA到300mA之间。
9.根据前述任一权利要求所述的LED灯(10)，其中所述LED灯(10)为包括端帽(105)的LED管，用于保护免于过流的所述第二模块(F2)位于所述端帽(105)中。
10.一种用于LED灯(10)的安全模块，所述LED灯(10)包括驱动器(101)和至少一个具有多个二极管(D1,…,D4)的输入整流器，所述输入整流器用于将来自市电的AC电流转换为DC电流，从而向所述驱动器(101)提供电功率，所述安全模块包括一个第一模块(F1)和一个第二模块(F2)，以用于保护免于过流以及免于EM镇流器的过热，其特征在于所述第一模块(F1)被设计为与所述驱动器(101)串联放置并且在所述LED灯(10)直接连接到市电时所述驱动器发生故障的情况下中断电流，并且所述第二模块(F2)被设计为在所述灯经由EM镇流器连接到市电时所述输入整流器中的所述二极管(D1,…,D4)中的至少一个二极管发生故障时中断电流。
11.一种用于保护LED灯(10)的方法，所述LED灯(10)包括驱动器(101)和至少一个具有多个二极管(D1,…,D4)的输入整流器，所述输入整流器用于将来自市电的AC电流转换为DC电流，所述方法至少包括提供一个第一模块(F1)和一个第二模块(F2)，以用于保护免于过流以及免于EM镇流器的过热，其特征在于所述第一模块(F1)被设计为与所述驱动器(101)串联放置并且在所述LED灯(10)直接连接到市电时所述驱动器发生故障的情况下中断电流，并且所述第二模块(F2)被设计为在所述灯经由EM镇流器连接到市电时所述输入整流器中的所述二极管(D1,…,D4)中的至少一个二极管发生故障时中断电流。
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