CN107787605B - Led照明模块 - Google Patents

Led照明模块 Download PDF

Info

Publication number
CN107787605B
CN107787605B CN201680037019.0A CN201680037019A CN107787605B CN 107787605 B CN107787605 B CN 107787605B CN 201680037019 A CN201680037019 A CN 201680037019A CN 107787605 B CN107787605 B CN 107787605B
Authority
CN
China
Prior art keywords
led
voltage
current
input
led lighting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680037019.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107787605A (zh
Inventor
M·贝杰
B·J·E·洪特勒
P·A·M·德布鲁伊克
D·V·马利纳
D·科沃里克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Signify Holding BV
Original Assignee
Philips Lighting Holding BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Lighting Holding BV filed Critical Philips Lighting Holding BV
Publication of CN107787605A publication Critical patent/CN107787605A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107787605B publication Critical patent/CN107787605B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B44/00—Circuit arrangements for operating electroluminescent light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/395—Linear regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/185—Controlling the light source by remote control via power line carrier transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection
    • H05B47/24—Circuit arrangements for protecting against overvoltage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/232—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings specially adapted for generating an essentially omnidirectional light distribution, e.g. with a glass bulb
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/235—Details of bases or caps, i.e. the parts that connect the light source to a fitting; Arrangement of components within bases or caps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/238—Arrangement or mounting of circuit elements integrated in the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Abstract

本发明描述了一种LED照明模块(1)，该LED照明模块(1)包括：输入端子(13hi、13lo)，用于连接到输入电压(Uin)；LED负载(10)，被实现为在上阈值电压电平(Vdim)处操作；以及调节电路(11、12)，被实现为当输入电压(Uin)大于上阈值电压电平(Vdim)时减小通过LED负载(10)的LED电流(ILED)。本发明进一步描述了一种LED照明装置(4)和一种用于驱动LED负载(10)的方法。

Description

LED照明模块
技术领域
本发明描述了一种LED照明模块、一种LED照明装置、以及一种驱动LED负载的方法。
背景技术
LED作为光源正变得越来越广泛，并且由于其长寿命和低功率消耗而具有吸引力。一些LED和驱动电路可以被包含在“改装”灯泡中，例如以代替更不节能的白炽灯泡。白炽灯可以直接由AC市电电压(例如240V)驱动。卤素灯通常由降低输入电压电平的变压器驱动。这些类型的电源不适合需要相对低的DC电压来安全操作的LED。有通过现有电源使用LED的多种方式。例如，可以在配置中使用多个LED以匹配高输入电压。备选地，可以在电源和LED光源之间放置驱动器电子元件，以将输入电压和输入电流转换为合适的且安全的水平。
当LED负载两端的电压超过某个最小值时，LED负载将发光。随着电压增加，LED电流相应增加，导致更多的光输出。通常，输入电压不应超过额定电压电平，因为过高的LED电流最终会缩短LED的寿命。由于这些原因，将LED负载两端的电压维持在额定水平或以下，以及LED电流不会超过推荐的驱动水平是很重要的。这可以通过多种方式来实现。在一种方法中，可以以相对简单的方式来控制LED电流：使用与LED负载串联的诸如双极结型晶体管(BJT)的半导体开关，并且通过向BJT的基极施加适当的电压以调节开关所传递的电流量。电流控制电路调节BJT基极电压，以确保LED电流在最小电平和额定电平之间的输入电压范围内保持恒定。当输入电压超过额定电压时，LED电流保持恒定，并且剩余功率由电流控制电路耗散。结果，这种控制方法与不利的高损耗相关。
在包括并联的可变数量的LED灯的配置中(例如在具有改装LED灯泡的并联布置的照明器材中)，电源必须递送恒定电压，但是电流调节必须在每个单独的LED灯处完成。为了控制LED灯的光输出，即根据需要增加或减少其光输出，通常电源电压是唯一可用的控制参数，因此电压控制的调光是通常使用的技术。然而，在LED负载的情况下，限制驱动器损耗的愿望与LED照明装置的线性和控制范围冲突。
因此，本发明的目的是提供一种调节通过LED负载的电流的备选的方法。
发明内容
本发明的目的通过根据权利要求1所述的LED照明模块、根据权利要求7所述的LED照明装置、以及根据权利要求11所述的驱动LED负载的方法来实现。
根据本发明，LED照明模块包括：输入端子，用于连接到输入电压；LED负载，被实现为在标称电压电平处工作；以及调节电路，被实现为当输入电压大于标称电压电平时减小通过LED负载的LED电流。
LED负载可以包括一个或多个LED光源，例如安装在电路板上的任何合适配置中的一个或多个LED半导体。在本发明的上下文中，标称电压或额定电压应理解为意指应施加于LED负载的最大或推荐电压。
根据本发明的LED照明模块的优点是，通过相对小的努力和低成本，该LED照明模块可以为LED提供过压保护和/或可以与现有的电路(例如，包含有用于卤素灯的遗留高频变压器，相切调光器等的照明器材)兼容。这将在下面更详细地解释。本发明的核心思想是识别高于标称电压电平的电压的增加，并且响应于较高的输入电压来下调LED电流。响应于增加的输入电压而下调或减小LED电流的这种技术在下文中被称为“反向电压调光”。
根据本发明，LED照明装置包括这样的LED照明模块；并且还包括转换模块，该转换模块被实现为基于到LED照明装置的调光输入信号将LED照明模块的输入电压升高到LED照明模块的上阈值电压电平以上。
根据本发明的LED照明装置对于低电压替换或诸如MR16灯的“改装”灯而言提供了有吸引力的替代方案。改装灯必须与将要与该改装灯一起使用的器材兼容，并且投入了很多精力来确保这种兼容性。根据本发明的LED照明装置确保防止LED过电压，并且还可以被实现与照明器材的现有的调光调节器协同操作。根据本发明的LED照明装置的另一优点是所提出的电路可以以非常紧凑的方式来实现，使得即使诸如烛台灯的微型改装灯也成为可能。
根据本发明，驱动LED负载——实现为在标称电压电平处操作——的方法包括以下步骤：将LED负载连接到输入电压；并且当输入电压大于标称电压电平时减小通过LED负载的LED电流。
根据本发明的方法的优点在于，非常简单的但有效的LED电流控制是可能的，并且可以在以下各种情况下使用：诸如保护LED免受过电压和/或以节约成本的方式使LED照明装置与现有的器材兼容和/或为没有物理包含调光器的现有照明电路提供调光功能。
独立权利要求和以下描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。实施例的特征可以进行合适的组合。在一个权利要求类别的上下文中描述的特征可以同样应用到另一权利要求类别。
在本发明的优选实施例中，LED照明模块的调节电路被实现为LED照明装置的过压保护电路的一部分。在本发明的另一个优选实施例中，LED照明模块的调节电路被实现为LED照明装置的调光器电路的一部分。因此，根据本发明的LED照明装置可被实现为支持调光功能，而没有任何不期望的电磁干扰(EMI)或与脉宽调制(PWM)调光电路相关联的可听见的嗡嗡声。当然，这些功能(过电压保护和调光)甚至可以在本发明的LED照明装置中进行组合。
在下文中，表述“上阈值电压电平”应被理解为是这样的电压电平，在该电压电平以上，调节电路将下调LED电流。上阈值电压电平可以与LED标称电压相同。例如，对于三个3V LED(即，每个LED具有3V的正向电压)的串，当到LED模块的输入电压增加到9.0V以上时，调节电路可以开始下调LED电流，因为对于LED串的标称电压是9V。“上阈值电压电平”的可替代定义还可以考虑调节电路可能需要的任何额外的电压开销或“净空(headroom)”。
在本发明的一个优选实施例中，LED负载与第一半导体开关和电流感测电阻器串联连接，并且调节电路包括具有参考输入和可变输入的电流控制电路，该电流控制电路被实现为根据参考输入和可变输入之间的差来调节通过第一半导体开关的LED电流。调节电路还包括电压监测电路，该电压监测电路被实现为根据施加到LED照明模块的输入电压和上阈值电压电平来生成到电流控制电路的可变输入。
如上所述，可以使用与LED负载串联的诸如BJT的半导体开关以相对简单的方式控制LED电流，并且向BJT基极端子施加适当的电压以调节开关所传递的电流量。与开关串联的电流感测电阻器可以提供对流过LED负载的电流的测量。在本发明的优选实施例中，到电流控制器的可变的入是连接电流感测电阻器和电压监测电路的公共节点。
在本发明的上下文中，输入调光信号或调光输入可以被解释为实现对应的升压电压的控制信号。例如，调光器可以基于电位计进行操作，该电位计以低电压和高电压之间的范围中的电压的形式提供调光水平输入信号，该低电压和高电压之间的范围对应于低调光设置和高调光设置之间的调光范围。在本发明的优选实施例中，LED照明装置包括用于将调光水平输入信号转换成升压模块的控制信号的接口电路。在下文中，可以假设全光输出对应于0％调光水平，而零光输出对应于100％调光水平。当LED电流处于其标称驱动水平时，实现全光输出；当LED电流降低到LED有效“关闭”的水平时，实现零光输出。
优选地，电压监测电路被实现为当输入电压超过上阈值电压电平时升高在电流控制电路的可变输入处的电压电平。这可以使用任何适当的电路来实现。在本发明的一个特别优选的实施例中，电压监测电路包括可编程的分路调节器来完成这个功能。可编程分路调节器优选地经由其阴极连接到照明装置的输入电压端子。分路调节器的参考端子及其阳极的闭环反馈连接由分压器形成。通过适当选择电阻器值，分压器可以设置上阈值电平，超过该上阈值电平应该开始下调电流。在下文中，上阈值电压电平也可以被称为“调光触发水平”，由于当输入电压升高到该水平以上时，LED电流——以及因此还有LED模块的光输出——减小。
基于参考输入和控制输入来执行LED电流控制有各种可能的方式。例如，参考输入可以是电流控制电路内的内部节点。在备选的方法中，可以使用微处理器来监测电源电压并且相应地调整LED电流。
在根据本发明的LED模块的特别优选的实施例中，电流控制器包括实现为比较可变输入和参考输入的比较器，并且其中比较器的增益由输入电压控制。例如，可以使用单电源运算放大器(single-supply op amp)，其中其正电源端子连接到输入电压端子。运算放大器的输出信号的幅度将取决于其输入之间的差，并且也取决于其增益，在此配置中该增益由输入电压决定。与基于微处理器的更复杂的布置相比，这种实现方式的实现相对更经济。
在LED照明模块的“正常”工作期间，输入电压将不会超过上阈值电平。电流控制器的可变输入因此将经由电流感测电阻器来递送对通过LED的电流的测量。在本发明的优选实施例中，比较器将在这些情况下起作用来调整BJT基极端子电压，以便将LED电流保持在基本上恒定的驱动水平。一旦输入电压超过上阈值电压电平，比较器将作用以调整BJT基极端子电压，以便减小LED电流。例如，对于NPN晶体管开关，减小基极端子电压将会减小通过开关的电流。
当输入电压超过调光触发水平时，可以以任何合适的方式调节LED电流。例如，一旦输入电压增加到调光触发水平以上，LED电流会突然减小。备选地，随着输入电压增加调光触发水平以上，LED电流可以以阶梯式的方式降低。在本发明的一个特别优选的实施例中，随着输入电压增大到上阈值电压电平以上，LED电流线性降低。这样，随着输入电压稳定增加，LED电流稳步下降。
优选地，电流控制器和电压监测器被实现为随着输入电压接近最大输入电压值时导致LED电流减小到零。换句话说，在输入电压的一定电平以上，LED负载被关断并且不发光。
在本发明的优选实施例中，电压监测器和电流控制器被实现为过压保护电路的一部分，该过压保护电路使用上述控制技术来保护LED免受过高的电流，否则可能导致热失控和设备故障。
当LED照明装置具有调光能力时，输入电压与LED电流的线性关系可以起到良好的效果。因此，在本发明的另一优选实施例中，电压监测器和电流控制器被实现为调光器电路的一部分。这可能以多种方式实现。例如，LED照明装置可以在已经包括调光器的照明电路中使用。为此，根据本发明的LED照明装置优选地包括转换器电路，用于将由调光器输出的调光设置信号转换为增加的输入电压。优选地，这样的转换器电路被实现为随着调光设置减小而增加输入电压。换句话说，期望的低调光水平将导致对应的高输入电压。调光设置的调整将导致对输入电压的对应的调整。
诸如白炽灯或卤素灯的光源可以使用诸如AC输入的相切调光、PWM等的各种技术来调光。通常使用PWM技术或电流控制技术对LED光源进行调光，因为LED负载通常由固定的DC电压驱动。当改装灯中使用LED光源代替白炽灯时，需要电子驱动器电路将市电输入转换为基本恒定的DC输入电压并且控制LED电流。调光器可以被包含到这种驱动器中。在本发明的一个优选实施例中，可以通过在驱动器和LED照明装置之间包括如上所述的转换器电路，以便响应于调光输入信号将(由驱动器供应的)直流电压升高到阈值电平之上，来将调光能力嵌入到LED照明装置中。
根据本发明的LED照明模块和LED照明装置还允许在固定输入电压处的PWM控制输入。例如，大约40％的PWM占空比将降低平均LED电流，并且因此也将光输出降低到其标称水平的约40％。使用PWM控制对LED照明模块进行调光将不会激活或触发调节电路的电压监测电路，使得仅基于PWM调光设置来执行电流调节，并且串联晶体管开关中的功率损耗根据调光水平而降低。这种调光控制方法是用于诸如MR 16灯之类的低压改装灯的备选方法。
根据本发明的LED照明装置优选地被实现为改装LED灯，该改装LED等具有用于插入到照明器材的插座中的连接器。连接器可以是诸如双针、卡口式或螺纹连接器的任何标准连接器。例如，根据本发明的LED照明装置可以被实现为具有GU 10连接器的MR 16灯来代替卤素灯。
通过下文结合附图所考虑的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，应当理解，附图仅仅是为图示的目的而设计，并不作为对本发明限制的界定。
附图说明
图1是根据本发明的LED照明模块的第一实施例的电路图；
图2示出了图示根据本发明的LED照明模块的操作的曲线图；
图3示出了表示根据本发明的LED照明模块的功能元件的框图；
图4是根据本发明的LED照明装置的实施例的框图；
图5是根据本发明的实现为改装灯的LED照明装置的示意表示；
图6是包括根据本发明的LED照明装置的改装实施例的照明器材的示意表示；
图7示出了与根据本发明的LED照明模块的操作有关的另外的曲线图。
在附图中，相同的附图标记全文指代相同的对象。图中的对象不一定按比例绘制。
具体实施方式
图1是根据本发明的LED照明模块1的第一实施例的电路图，示出了包括多个LED100的LED负载10，以及包括电压监测电路11和电流调节电路12的调节电路12。合适的DC电源的输出端子可以连接到LED照明模块1的输入端子13hi、13lo。LED负载10与第一半导体开关Q1和电流感测电阻器Rsense串联连接。第一半导体开关Q1是NPN BJT，并且其基极端子连接到电流控制电路12的输出。
电流控制电路12包括运算放大器120和第二半导体开关Q2。运算放大器120的参考输入121连接到由电压源符号指示的恒定电压，即，参考电平。运算放大器120的正供电端子连接到正输入电压端子，并且负供电端子连接到地。
电流感测电阻器Rsense的尺寸决定了默认或标称的LED驱动电流。电流感测电阻器Rsense有助于在照明装置的正常操作期间将LED电流ILED调节到基本恒定的驱动水平。为此，电流感测电阻器Rsense经由节点N连接到电流控制电路12的控制输入122。
节点N还连接到电压监测电路11，该电压监测电路11被实现为可编程分路调节器110。只要输入电压Uin低于由分压器布置R1、R2设置的上阈值电平，节点N处的电压(并且因此控制输入122到运算放大器120的“电流控制水平”)将仅响应于LED电流ILED改变而改变。运算放大器120通过调整第二晶体管开关Q2的基极端子电压，对参考输入121处和控制输入122处的电压之间的任何微小差异作出反应，从而间接调整第一晶体管开关Q1的基极端子电压。因此，只要输入电压Uin高于特定的最小电平(取决于LED负载10中的LED的数量)并且低于上阈值电平，那么LED电流ILED将在驱动水平处基本上保持恒定，并且光输出也基本保持恒定在100％的光输出。上阈值电平或调光触发水平是LED负载10的标称或额定电压。
包括电流感测电阻Rsense、运算放大器120和第二晶体管开关Q2的电路的闭环行为总是试图保持控制输入122处的电压等于参考输入121处的电压或“电流控制水平”。换句话说，闭环行为用于校正电流控制水平处的电压，以使其等于参考电压。
当输入电压Uin增加到阈值电压以上时，电压监测电路11的分路调节器110将增加其经过电流。该经过电流将提高节点N处的电压，因为它会在电阻R4和电流检测电阻器Rsense两端产生额外的电压降。换句话说，分路调节器110将把控制输入122处的电压拉到参考电平以上。结果，通过电流感测电阻器Rsense的电流必须减小，以使控制输入端122处的电压回到参考电平。在控制输入122到运算放大器120处增加的电压增加了第二晶体管开关Q2的基极处的电压，使得它吸收更多的电流，由此降低了第一晶体管开关Q1的基极端子处的电压，并且减小了LED电流ILED。LED电流ILED的减少导致降低的或变暗的光输出。电流控制电路12有效地响应节点N和地之间的电压降的变化(由箭头指示)，并且努力将参考输入121处和控制输入端122处的电压保持在相同的电平。
电阻器R4被选择为比电流感测电阻器Rsense大得多，以确保流过分路调节器110的小电流将在LED电流ILED中产生大的下降。这样，流过电路的总电流将减小。
随着输入电压增加，减小LED电流ILED的过程将继续，直到第一晶体管开关Q1被有效地关断，导致0％光输出(100％调光)。当LED电流通过“反向电压调光”而被下调时，第一晶体管Q1的功率耗散也将减小，并且当LED电流ILED达到0mA时降至0W。
调光触发水平，即，LED负载10的“调光”开始的输入电压Uin的电平，可以通过电阻器R1、R2、R3、R4的适当值来设置。
在图2中示出了LED照明模块1的工作原理。这里，曲线图20示出了光输出[％]对施加到LED照明模块1的电压Uin。高达且低于上阈值电压电平或“调光触发水平”Vdim，光输出为100％或全光输出。当电压Uin增加到上阈值电压Vdim以上时，光输出开始减小。随着电压Uin接近最大Vmax，光输出接近零。由于增加的输入电压Uin导致通过LED负载10的电流减小，可以以简单和优雅的方式实现过压保护。同样，为了减少LED负载10的光输出，电压Uin可以被有意地增加：这是本发明的“反向电压调光”原理。与驱动LED模块的既定原则相反，到LED模块的电压可以有意地增加到标称电压以上，而不会对LED造成任何损坏，并且过压保护功能可以兼作调光功能。用于实现这些效果的相对简单的电路使得本发明的LED模块在成本和功能方面具有吸引力。
升压转换器11和调光模块12优选地被实现为在性能上彼此匹配，例如，使得升压转换器11被实现为在一定跨度或范围(例如，3.0V)上增加电压，并且调光模块12(其从升压转换器11的输出端子被驱动)被实现为从驱动水平(100％光输出)到关闭(0％光输出)的整个调光范围内减小LED电流ILED。
图3示出了表示根据本发明的LED照明装置1的功能元件的框图。输入电压被供给在第一级30处，该第一级30可以包括到市电的连接、到整流市电电压的连接等。由级30供给的输入电压应当通过上阈值电平Vdim到最大电平Vmax线性地增加。电流控制级31和电压监测级32如上所述执行以调节通过LED负载级33的LED电流。
图4是根据本发明的LED照明装置4的一个实施例的简化框图。在该示例性实施例中，LED照明装置4可以与调光电压源41结合使用，调光电压源41被实现为在全光输出下提供LED模块1的标称电压。响应于用户选择的调光设置，调光电压源41向LED照明装置1提供调光输入信号410，其中调光输入信号410被调光输入转换器43转换成用于升压模块42的控制信号。调光输入转换器43将期望的减少的光输出(即，调光设置)“翻译”成以下的控制信号430，该控制信号430使得升压模块的输出处的电压根据如上所述的本发明的反向电压调光原理而增加。转换电路43和升压模块42被实现为将100％的调光设置转换为处于如图2所示的上阈值电平Vdim处的输入电压Uin，并且将低于100％(例如80％光输出，60％光输出等)的调光设置转换成大于上阈值电平Vdim的输入电压Uin，这导致减小的LED电流和相应地减小的光输出，如上面在图1中所解释的。对应于零光输出的0％的调光设置将被转换为在图2中示出的电压范围的上限的最大电压Vmax。在该示例性实施例中，LED照明装置4包括LED照明模块1以及转换电路43和升压模块42，如虚线所指示的。
图5是根据本发明的LED照明装置4的示意图，其被实现为改装灯。这里，LED负载的LED 100被安装在反射器灯壳体50中。LED照明模块的控制电路(包括电流控制电路12和电压监测电路11)被适当地布置在壳体50的基座中。改装灯可以具有合适的连接器接口，该连接器接口在该示例中示出为双引脚连接器51。根据本发明的LED照明装置4的控制电路可以非常紧凑，使得改装微型灯是可能的。
图6是包括多个改装烛台灯泡4的照明器材6的示意图。每个改装烛台灯泡4可以包括封装一个或多个LED 100的微型壳体以及布置在灯壳体的基座中的调节电路11、12。在该实施例中，物理上分离的驱动电路61被连接到市电电源40，并且被实现为将AC市电电压转换成到改装灯4的合适的DC输入Uin。为此，驱动电路61包括升压模块61A和调光信号转换器61B。调光信号转换器16响应于用户输入将调光输入信号620转换成升压转换器61A的开关控制信号。调光输入信号620可以是源自诸如智能电话等的手持式控制器62的无线信号，该手持式控制器62具有作为调光应用程序安装的软件“调光器”6。响应于用户选择的调光设置，升压模块61A将输入电压Uin升高到将实现期望的光输出下降的电平，或者将输入电压Uin降低到将实现期望的光输出增加的电平。升压模块61A的输出电压范围位于调光触发水平Vdim和最大电平Vmax之间，如上面图2所解释的。
在本发明的上下文中描述的LED控制技术可以高度微型化，特别是与已知的市电电压可调光烛台灯相比。更微型的实现可以产生非常吸引人的灯设计。在进一步的开发中，功率转换器单元61可以不突出地位于照明器材的中央位置，例如在枝形吊灯的悬挂器材中。在本发明的LED照明装置的开发过程中，已经观察到在大多数可行的情况中，存在足够的电压余量来减轻电力电缆上的电压降。
图7进一步示出了光输出[lm]和功率[W]对输入电压Uin[V]的曲线图，该曲线图示出了根据本发明的LED照明模块的效果。该图示出了光输出的曲线图70，指示了只要输入电压Uin位于最小电平Vmin(在该示例中为9V)和最大电平Vmax(在该示例中为15V)之间，光输出是恒定的。在这段区间内，LED电流被调节到其基本恒定的驱动水平。一旦输入电压Uin达到上阈值电平Vdim(在该示例中为12V)，电压监测电路和电流控制电路根据输入电压作用以减小LED电流ILED。输入电压Uin越高，LED电流ILED越低。当输入电压Uin达到最大电平Vmax时，LED电流ILED减少到0mA。在该示例中，在从12V到15V的3V范围内设置“调光范围”。当输入电压Uin超过最小电平Vmin时，开关Q1开始耗散由Uin·ILED给出的额外功率。当输入电压超过标称工作电压(即，上阈值电平Vdim)时，达到“调光触发水平”并且电流控制模块经由开关Q1减小LED电流ILED。该图示出了由电路耗散的功率的曲线图71，由LED负载耗散的功率的曲线图72以及总功率损耗的曲线图73。一旦反向电压调光开始，LED照明装置的功率损耗开始减小，这与类似的传统LED电路不同，传统LED电路即使在光输出减小时仍然表现出高功率消耗。
虽然已经以优选实施例及其变化的形式公开了本发明，但是将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多附加的修改和变化。
为了清楚起见，应当理解，在本申请中“一”或“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元素。提及“单元”或“模块”不排除使用多于一个的单元或模块。

Claims (15)

1.一种LED照明模块(1)，包括：
-输入端子(13hi、13lo)，用于连接到输入电压(Uin)；
-LED负载(10)，被实现为在上阈值电压电平(Vdim)处操作；以及
-调节电路(11、12)，被实现为当所述输入电压(Uin)大于所述上阈值电压电平(Vdim)时，减小通过所述LED负载(10)的LED电流(ILED)；
其中，
-所述LED负载(10)被布置成与第一半导体开关(Q1)串联；
并且所述调节电路(11、12)包括：
-电流控制电路(12)，包括参考输入(121)和可变输入(122)，所述电流控制电路(12)被实现为根据所述参考输入(121)和所述可变输入(122)之间的差来调节通过所述第一半导体开关(Q1)的LED电流(ILED)；以及
-电压监测电路(11)，其中所述电压监测电路(11)以及所述电流控制电路(12)根据所述输入电压而作用以减小所述LED电流(ILED)。
2.根据权利要求1所述的LED照明模块，其中，
-所述LED负载(10)被布置为与电流感测电阻器(Rsense)串联；
并且其中所述电压监测电路(11)被实现为基于施加到所述LED照明模块(1)的输入电压(Uin)和上阈值电压电平(Vdim)来生成到所述电流控制电路(12)的所述可变输入(122)。
3.根据权利要求2所述的LED照明模块，其中所述电压监测电路(11)被实现为当施加到所述LED照明模块(1)的所述输入电压(Uin)超过所述上阈值电压电平(Vdim)时升高在所述可变输入(122)处的电压。
4.根据权利要求2或3所述的LED照明模块，其中所述电压监测电路(11)包括可编程分路调节器(110)。
5.根据前述权利要求1-3中任一项所述的LED照明模块，其中所述电流控制器(12)包括被实现为将所述可变输入(122)与所述参考输入(121)进行比较的比较器(120)，并且其中所述比较器(120)的增益由所述输入电压(Uin)控制。
6.根据权利要求5所述的LED照明模块，其中当所述输入电压(Uin)超过所述上阈值电压电平(Vdim)时，所述比较器(120)被连接以减小通过所述第一半导体开关(Q1)的电流(ILED)。
7.一种LED照明装置(4)，包括：
-根据权利要求1至6中任一项所述的LED照明模块(1)；以及
-转换模块(42、61)，被实现为基于到所述LED照明装置(4)的调光输入信号(620)将所述LED照明模块(1)的所述输入电压(Uin)升高到所述LED照明模块(1)的上阈值电压电平(Vdim)以上。
8.根据权利要求7所述的LED照明装置，所述LED照明装置被实现为改装LED灯泡(4)，所述改装LED灯泡(4)具有用于插入到照明器材的插座中的连接器(51)。
9.根据权利要求7或8所述的LED照明装置，其中所述LED照明模块(1)的所述调节电路(11、12)被实现为过压保护电路的一部分。
10.根据权利要求7至8中任一项所述的LED照明装置，其中所述LED照明模块(1)的所述调节电路(11、12)被实现为包括所述LED照明模块(1)的LED照明装置(4)的调光器电路的一部分。
11.一种驱动根据权利要求1-6中任一项所述的LED照明模块中的LED负载(10)的方法，所述LED负载(10)被实现为在上阈值电压电平(Vdim)处操作，所述方法包括以下步骤：
-将所述LED负载(10)连接到输入电压(Uin)；
-当所述输入电压(Uin)大于所述上阈值电压电平(Vdim)时，减小通过所述LED负载(10)的LED电流(ILED)。
12.根据权利要求11所述的方法，包括以下步骤：当所述输入电压(Uin)小于所述上阈值电压电平(Vdim)时，将所述LED电流(ILED)保持在恒定的驱动水平。
13.根据权利要求11或12所述的方法，包括以下步骤：当所述输入电压(Uin)超过所述上阈值电压电平(Vdim)时减小所述LED电流(ILED)。
14.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，包括以下步骤：随着所述输入电压(Uin)增加到所述上阈值电压电平(Vdim)以上时线性地减小所述LED电流(ILED)。
15.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，包括以下步骤：当所述输入电压(Uin)达到最大输入电压值(Vmax)时将所述LED电流(ILED)减小到零。
CN201680037019.0A 2015-06-25 2016-06-13 Led照明模块 Active CN107787605B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15173897.8 2015-06-25
EP15173897 2015-06-25
PCT/EP2016/063524 WO2016207013A1 (en) 2015-06-25 2016-06-13 Led lighting module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107787605A CN107787605A (zh) 2018-03-09
CN107787605B true CN107787605B (zh) 2020-04-03

Family

ID=53487309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680037019.0A Active CN107787605B (zh) 2015-06-25 2016-06-13 Led照明模块

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10257907B2 (zh)
EP (1) EP3314983B1 (zh)
JP (1) JP6391856B2 (zh)
CN (1) CN107787605B (zh)
ES (1) ES2844579T3 (zh)
RU (1) RU2718636C2 (zh)
WO (1) WO2016207013A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108575038A (zh) * 2018-05-31 2018-09-25 赛尔富电子有限公司 一种智能型电源及用于智能型电源的辅助监控方法
CN109496017A (zh) * 2018-12-26 2019-03-19 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Led负载驱动电路及其驱动方法
EP3813487B1 (en) 2019-10-25 2021-12-15 Lumileds LLC Automotive led lighting module

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103444263A (zh) * 2011-03-18 2013-12-11 皇家飞利浦有限公司 使用led串照明空间的方法和装置

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070114951A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-24 Tsen Chia-Hung Drive circuit for a light emitting diode array
US20080018261A1 (en) * 2006-05-01 2008-01-24 Kastner Mark A LED power supply with options for dimming
US7675245B2 (en) * 2007-01-04 2010-03-09 Allegro Microsystems, Inc. Electronic circuit for driving a diode load
TWI362639B (en) 2007-01-31 2012-04-21 Richtek Technology Corp Backlight control circuit with flexible configuration
US7804256B2 (en) * 2007-03-12 2010-09-28 Cirrus Logic, Inc. Power control system for current regulated light sources
JP2008310963A (ja) * 2007-06-12 2008-12-25 Toshiba Lighting & Technology Corp Ｌｅｄ点灯装置およびｌｅｄ照明器具
US8319445B2 (en) 2008-04-15 2012-11-27 Boca Flasher, Inc. Modified dimming LED driver
JP5227411B2 (ja) * 2008-09-17 2013-07-03 旭化成エレクトロニクス株式会社 チャージ・ポンプ回路及び半導体集積回路
RU2510602C2 (ru) * 2008-10-10 2014-03-27 Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. Способы и устройства для управления многочисленными источниками света посредством одной стабилизирующей схемы для обеспечения света с изменяемым цветом и/или цветовой температурой
DE102009003632B4 (de) 2009-03-17 2013-05-16 Lear Corporation Gmbh Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last
US8569956B2 (en) * 2009-06-04 2013-10-29 Point Somee Limited Liability Company Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices
US8531136B2 (en) 2009-10-28 2013-09-10 Once Innovations, Inc. Architecture for high power factor and low harmonic distortion LED lighting
US8450936B1 (en) * 2010-05-13 2013-05-28 Whelen Engineering Company, Inc. Dual range power supply
US9907139B2 (en) * 2010-07-07 2018-02-27 MIKPOWER, Inc. LED controller
KR20120080907A (ko) * 2011-01-10 2012-07-18 페어차일드코리아반도체 주식회사 Ｌｅｄ 발광 장치
JP5613577B2 (ja) * 2011-01-26 2014-10-22 ローム株式会社 発光ダイオードの駆動回路およびそれを用いた発光装置、電子機器
KR102011068B1 (ko) * 2011-05-06 2019-08-14 이동일 Ｌｅｄ 구동 장치 및 이를 이용한 ｌｅｄ 구동 방법
DE102012109722A1 (de) * 2011-10-18 2013-04-18 Samsung Electronics Co. Ltd. Lichtabgebende Vorrichtung und dieselbe verwendendes LED-Treiberverfahren
CN102630115B (zh) * 2012-04-23 2014-02-12 圣邦微电子（北京）股份有限公司 具有自动电流调节功能的led驱动器
US9024539B2 (en) 2012-09-27 2015-05-05 Immense Advance Technology Corp. PFC LED driver capable of reducing flicker
TWI583245B (zh) * 2012-10-05 2017-05-11 通嘉科技股份有限公司 發光二極體驅動電路以及相關之驅動方法
CN103857127B (zh) 2012-12-04 2018-01-09 通用电气公司 具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光led
US8884548B2 (en) * 2013-02-28 2014-11-11 Asahi Kasei Microdevices Corporation Power factor correction converter with current regulated output
WO2014141002A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Koninklijke Philips N.V. Current feedback for improving performance and consistency of led fixtures
WO2014151262A1 (en) 2013-03-15 2014-09-25 Luxtech, Llc Universal input led driver
KR20160007215A (ko) * 2014-07-11 2016-01-20 주식회사 루멘스 조명장치 및 발광장치
KR102286767B1 (ko) * 2015-02-03 2021-08-10 주식회사 실리콘웍스 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103444263A (zh) * 2011-03-18 2013-12-11 皇家飞利浦有限公司 使用led串照明空间的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20180192485A1 (en) 2018-07-05
RU2718636C2 (ru) 2020-04-10
US10257907B2 (en) 2019-04-09
CN107787605A (zh) 2018-03-09
JP6391856B2 (ja) 2018-09-19
ES2844579T3 (es) 2021-07-22
RU2017145303A3 (zh) 2020-01-30
RU2017145303A (ru) 2019-07-25
EP3314983A1 (en) 2018-05-02
WO2016207013A1 (en) 2016-12-29
JP2018515895A (ja) 2018-06-14
EP3314983B1 (en) 2020-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8217588B2 (en) Adaptive dimmable LED lamp
US10298014B2 (en) System and method for controlling solid state lamps
JP6143674B2 (ja) Ｌｅｄ回路装置、ｌｅｄ光源及び方法
US8680787B2 (en) Load control device for a light-emitting diode light source
JP6198733B2 (ja) 固体照明モジュールの主電源信号に基づく調光を実施するシステム及び方法
CN107787606B (zh) Led照明装置
US8183797B2 (en) 90-260Vac dimmable MR16 LED lamp
WO2017139298A1 (en) Solid state light fixtures having ultra-low dimming capabilities and related driver circuits and methods
CN107787605B (zh) Led照明模块
CN107852797B (zh) 直接ac驱动电路、灯具和照明系统
US20180054863A1 (en) Solid State Lighting Driver Circuit with Ballast Compatibility
TW201911970A (zh) 照明系統
US11963276B2 (en) Low standby power smart bulb based on a linear power supply
US11445586B2 (en) Adaptive power balancing in LED lamps
CN106954308B (zh) 一种led调光电源最小输出电流的规制系统
JP2015061472A (ja) 電源回路及び照明装置
CN111246619A (zh) 用于切相调光器的led驱动器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: The city of Eindhoven in Holland

Patentee after: PHILIPS LIGHTING HOLDING B.V.

Address before: The city of Eindhoven in Holland

Patentee before: PHILIPS LIGHTING HOLDING B.V.

CP01 Change in the name or title of a patent holder