CN108668402A - 用于led灯的灯驱动器和用于布置在荧光灯灯具中的led灯 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于LED灯(1)的灯驱动器(10)，包括：电压输入端(61、62)，其用于将所述灯驱动器(10)连接至电源(60)；继电器(11)，其根据拾取电压可在通电状态和断电状态之间进行切换；以及继电器控制器电路(215)，其将继电器(11)连接至电压输入端(61、62)，并且其根据阈值电压可在导通状态和非导通状态之间进行切换，其中，拾取电压小于阈值电压。

Description

用于LED灯的灯驱动器和用于布置在荧光灯灯具中的LED灯

技术领域

本发明涉及一种用于LED灯的灯驱动器和一种用于布置在荧光灯灯具中的LED灯。

背景技术

荧光灯作为白炽灯泡的有效替代物而已经成为公知且普遍的照明设备。然而，随着LED灯的出现(LED是发光二极管的缩写)，可获得更加高效且使用寿命更长的照明装置。此外，与荧光灯相比，由于例如LED灯的材料无需汞而使得LED灯的材料更安全。因此，存在利用LED等替换现有荧光灯的需求，优选地，无需改变整个照明器或灯具。

当前可用的荧光灯灯具通常包括用于调节和限制被提供至荧光灯的电流的所谓的电子镇流器(也称为电子控制装置，ECG)。电子镇流器通常在高达50kHz的高频下对灯进行操作。将电子镇流器的频率选择为达到荧光气体的共振频率，由此能够主动控制通过荧光灯的电流，从而提高荧光灯的效率。

一些电子镇流器在已经关闭之后，该电子镇流器仍具有残余电压输出。该残余电压输出是由存储在电子镇流器的电子电路中的残余能量引起的。在电子镇流器关断(即，电源中断(power down))之后，该残余能量被缓慢释放，从而引起了小于10Hz的频率的残余电压和/或电流脉冲。如果普通荧光灯管连接到电子镇流器，则由于残余电压太小，这些残余脉冲不会导致该荧光灯重新启动。然而，在LED灯(特别是无源LED管形灯)连接到电子镇流器的情况下，残余电压和/或电流脉冲对于重新启动LED灯中的LED来说是足够高的，因此导致了LED灯的闪烁和/或闪光。在电子镇流器的电子电路断电(de-energized)之后，就不能再观察到残余电压和/或电流脉冲。

为了将LED灯连接到电子镇流器，LED灯通常包括将由电子镇流器提供的电压和/或电流调节到满足LED需求的电压和/或电流的灯驱动器。然而，目前可用的灯驱动器并不能解决在通过关闭电子镇流器来关闭LED灯时所引起的闪烁和/或闪光的问题。

发明内容

鉴于目前已知的灯驱动器的上述缺点，本发明的目的是提供一种减少甚至优选地消除由残余电压脉冲引起的LED灯的重新启动的灯驱动器。本发明的另一个目的是提供一种具有这种LED驱动器的LED灯。

该目的通过根据独立权利要求的灯驱动器和LED灯来实现。优选实施例由从属权利要求、说明书和附图给出。

因此，本发明提供了一种用于LED灯的灯驱动器。灯驱动器包括用于将灯驱动器连接至电源的电压输入端、继电器和继电器控制器电路。继电器(特别地，继电器的线圈)通过继电器控制器电路连接到电压输入端。继电器可根据拾取电压在通电状态和断电状态之间切换。继电器控制器电路可根据阈值电压在导通状态和非导通状态之间切换。根据本发明，拾取电压小于阈值电压。

本发明的一个关键思想是在通常向LED灯中的LED提供耦接的继电器电路之前提供继电器控制器电路。由于该继电器控制器电路，可能触发继电器并将其切换到通电状态的残余电压脉冲被阻断。因此，继电器控制器电路可以提供耦接在电压输入端和继电器之间的额外的开关的功能。因此，继电器的驱动电压本质上升高至阈值电压。

继电器可以是具有电磁线圈的常规电磁继电器。作为替代，可以使用固态继电器。继电器的输入端可以连接到继电器控制器电路的输出端。继电器的输出端可以连接到LED灯中的LED。

在继电器处于断电(de-energized)状态的情况下，继电器不导通(也称为“开路状态”)。在继电器处于通电(energized)状态的情况下，继电器导通(也称为“闭路状态”)。通电状态和断电状态可以由继电器的各个继电器线圈的状态提供。继电器的输入端可以与继电器的线圈相对应。如果继电器处于通电状态，则继电器的输出端以及因此可以连接到输出端的LED优选地连接到灯驱动器的电压输入端。

当施加到继电器的线圈的驱动电压超过拾取电压(也称为“吸合电压”)时，继电器从断电状态切换到通电状态。也就是说，继电器的拾取电压是当继电器输入端处的电压增加时，保证继电器切换到通电状态的最小电压。在施加到继电器的线圈的电压下降的过程中，当该电压降到低于跌落电压(dropout voltage)时，继电器从通电状态切换回断电状态。跌落电压通常小于拾取电压。特别地，跌落电压小于阈值电压。

类似地，当施加到继电器控制器电路的输入端的电压超过阈值电压时，继电器控制器电路从非导通(即，绝缘状态)切换到导通状态。例如，继电器控制器电路的输入端可以经由继电器控制器电路的变压器耦接到电压输入端。如果施加至继电器控制器电路的输入端的电压下降到低阈值电压以下，则继电器控制器电路可以切换回非导通状态。该低阈值电压可以与所述阈值电压相同。

在灯驱动器的优选实施例中，仅当继电器控制器电路处于导通状态时，继电器才连接到电压输入端。因此，只有当继电器控制器电路处于导通状态时，继电器才可以接通电压输入端与LED负载之间的连接。也就是说，继电器仅通过继电器控制器电路(如果适用)和附加的变压器才能连接到电压输入端。此外，LED负载可以仅通过继电器(如果适用的话)以及附加的变压器连接到电压输入端，其中继电器的通电状态由继电器控制器电路触发。继电器与电压输入端和/或LED负载与电压输入端之间不能存在其它连接。另外或作为替代，继电器控制器电路和电压输入端之间的其它连接可以包括与电压输入端和/或继电器控制器电路连接的二极管，使得当施加至电压输入端的电压低于阈值电压时，它们在阻断模式下工作。

根据至少一个实施例，灯驱动器适于连接到作为电源的荧光灯灯具的电子镇流器。换句话说，可连接到灯驱动器的电压输入端的电源可以是荧光灯灯具的电子镇流器。

根据灯驱动器的至少一个实施例，阈值电压低于电源的工作电压并且高于在电源的关断过程期间所提供的电源的残余电压脉冲。工作电压是在正常工作期间由电源提供的电压的峰值。残余电压脉冲是在电源中断(power down)期间由电源提供的电压的峰值。残余电压脉冲可以小于工作电压。因此，可以将阈值电压选择为使得其位于工作电压和残余电压脉冲之间。

因此，在灯驱动器的工作期间，仅在施加到电压输入端的电压超过处于关断状态中的残余电压脉冲的值的情况下，电压输入端以及电源才可以连接到继电器。

根据灯驱动器的至少一个实施例，在电源的正常工作期间，继电器控制器电路适于被锁定在导通状态。此外，灯驱动器(特别是继电器控制器电路)适于在电源关断和/或继电器断电时解除该锁定。在下文中，电源的“正常工作”是通过使用电源来将工作电压和/或工作电流施加到电压输入端的工作状态，其中，工作电压和/或工作电流适于向连接到灯驱动器的LED提供电力。特别地，连接到灯驱动器的LED灯在正常工作期间发光。在电源关断期间，电源将上述残余电压脉冲施加到电压输入端，这就要求继电器控制器电路能够对可能耦合到继电器线圈的这些脉冲进行衰减甚至消除。

根据灯驱动器的至少一个实施例，继电器电路与连接到继电器控制器电路的输入端的滤波电容器并联连接。通过滤波电容器和/或继电器电路处的电压降来锁定继电器控制器电路。

如果继电器正在切换到通电状态和/或处于通电状态，则滤波电容器可适于将继电器控制器电路锁定在导通状态。当继电器切换到通电状态时，LED负载可以连接到灯驱动器电路。此LED负载可能造成沿着灯驱动器的电压降。该电压甚至可以下降到阈值电压以下。为了防止该电压下降使继电器控制器电路切换到非导通状态，将继电器处的电压降传输到继电器控制器电路。这里，滤波电容器根据滤波电容器的时间尺度(time scale)来延迟电压降对继电器控制器电路的影响。因此，在LED灯的正常工作期间，继电器控制器电路的输入端处的电压降可以被锁定，从而将继电器控制器电路保持在导通状态。

优选地，如果输入电压下降到小于阈值电压的低阈值电压以下，则继电器控制器电路适于从导通状态切换到非导通状态。低阈值电压可以大于正常工作期间的继电器和/或延迟电容器处的电压降。

根据灯驱动器的优选实施例，继电器控制器电路包括触发电路和开关。开关可以根据触发电路的输出信号在导通状态和非导通状态之间切换。为此，开关的控制端(比如，开关的栅极端和/或基极端)可以连接到触发电路的输出端。开关可以是晶体管，特别是场效应晶体管。

如果触发电路的输入端处的电压超过阈值电压，则触发电路可以适于在其输出端处提供高电压信号，并且如果触发电路的输入端处的电压下降至低于阈值电压并维持某一时间段,则触发电路可以适于在其输出端处提供低电压信号。如果将高电压信号施加到开关的控制端，则开关会被切换到导通状态，并且当将低电压信号施加到控制端时，开关会处于非导通状态。触发电路可以具有如上所述的锁定功能。触发电路可以包括用于实现触发行为的至少两个耦接的晶体管。

此外，本发明提供了一种用于布置在荧光灯灯具中的LED灯。LED灯包括如上所述的灯驱动器。也就是说，针对灯驱动器公开的所有特征也针对LED灯公开，反之亦然。

LED灯包括具有继电器、电压输入端、和继电器控制器电路的上述灯驱动器以及LED。LED连接到灯驱动器的继电器的输出端。LED可以由具有多个LED的LED组组成。在LED灯的正常工作期间，LED可以发射可见光(特别是白光)。

根据LED灯的至少一个实施例，仅当继电器处于通电状态时，LED才连接到电压输入端。换句话说，继电器是LED和电压输入端之间的唯一的导电连接。由此，仅在施加到电压输入端的电压至少超过拾取电压的情况下，才可以确保LED发光。

根据LED灯的至少一个实施例，灯驱动器适于仅在施加到电压输入端的输入电压超过阈值电压时才向LED提供电压。也就是说，仅在继电器控制器电路处于导通状态的情况下，LED才可以连接到电压输入端。因此，仅在电压输入端处的电压超过阈值电压的情况下，LED才可以发光，从而防止在关断过程期间的闪烁。

附图说明

在下文中将参考附图来说明本发明的优选实施例。在附图中：

图1和图2示出了根据本发明的灯驱动器和LED灯的示例性实施例。

图3和图4示出了电子镇流器和连接到电子镇流器的可替代的LED灯的关断特性。

图5示出了电子镇流器和连接到电子镇流器的根据本发明的LED灯的关断电流特性。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来描述本发明的优选实施例。这里，在附图中，相同、相似或具有相同或相似效果的元件设置有相同的附图标记。可以省略对这些元件的重复性描述，以防止冗余的描述。

附图中示出的元件的图形和彼此之间的尺寸关系不应当被视为是成比例的。相反，可以以放大的尺寸来示出个别元件，以使得能够更好地图示和/或更好地理解。

参考图1的示意性电路图来详细说明具有根据本发明的灯驱动器10的LED灯1的实施例。LED灯1包括灯驱动器10和LED 30(也可以是一组LED 30)。LED 30可以构成LED负载。LED灯1经由电压输入端61、62连接到可以是电子镇流器的电源60。电源60连接到具有线路端(L)和中性端(N)的网络电源。经由电源开关63提供电源60到网络电源的连接。电源开关63可以是LED灯1的通/断开关。

在图1的示例性实施例中，灯驱动器10包括：变压器13，其将其余电路部件连接到电压输入端61、62；以及继电器控制器电路215，其包括触发电路20和作为n型场效应晶体管的开关15。触发电路20连接到用作开关15的控制端的开关15的栅极。输入二极管14连接在开关15的漏极和变压器13之间。

灯驱动器10还包括具有继电器线圈111和继电器开关112的继电器11和与继电器11并联连接的延迟电路(也称为滤波电容器或延迟电容器)12。继电器11的第一输入端连接到开关15的源极。另一电容器16与继电器控制器电路215和继电器11的组合并联连接。

继电器11的输出端用作LED电路输入端31、32，其通向至灯驱动器10的连接到LED30的LED电路部分。具有整流二极管50的整流电路耦接在LED电路输入端31和LED电路输入端32之间。此外，从提供至LED 30的电压和/或电流中滤除高频分量的另一滤波电容器51与LED 30并联连接。

参考图2的示意性电路图来详细说明根据本发明的LED灯1的实施例。与图1相比，图2中示出了触发电路20的更详细的结构。触发电路20包括第一晶体管21和耦接至第一晶体管21的第二晶体管22。在该示例中，第一晶体管21和第二晶体管22均为NPN型晶体管。第二晶体管22连接到第一晶体管21的集电极。此外，第二晶体管22的集电极连接到开关15。第一晶体管21的发射极和第二晶体管22的发射极分别与继电器电路11的第二输入端耦接。如之前在图1中所示出的那样，继电器电路11的第一输入端连接到开关15的源极。

触发电路20还包括用于调节沿着触发电路20中的各电路串的输入电压和/或输入电流的电阻器231、232、233、234、235。此外，齐纳二极管252耦接至继电器11，用以防止开关15经受高电压和/或用以限制被提供至继电器线圈111的电压。触发电路20的输入端经由滤波二极管251和滤波电阻器236连接到滤波电容器12，并因此连接到继电器11的第一输入端。

在LED灯1工作期间，灯驱动器10和LED灯1可以如下文所述地那样运行。

通过闭合电源开关63(即，将电源开关63切换到其导通状态)来接通LED灯1。然后，电路中第一点A处的电压将升高至第一电压值和/或高于第一电压值。第一电压值例如可以是40V。第一电压值可以对应于继电器控制器电路215的阈值电压或者可以超过该阈值电压。由于所述电压升高，第一晶体管21闭合(即，导通(conducting))，而第二晶体管22断开(即，截止(insulating))。这导致开关15变为导通状态。

当开关15处于导通状态时，继电器11将电源60和LED 30之间的连接接通。然后，将在灯驱动器10的第二点B处测量第二电压值(例如，12V)。第二电压值高于继电器11的拾取电压。因此，继电器11切换到其通电状态，并且LED 30连接到电源60。在开关15的这种导通状态下，由电源60提供的电流可以对延迟电容器12进行充电。

在LED 30与电源60接通的情况下，整个电路中的电流升高，并且第一点A处的电压由此而下降至第三电压值(例如，15V)。然而，由于滤波电容器12，电路中第三点C处的电压降被延迟，这导致第一晶体管21仍然在与滤波电容器12的时间尺度相对应的短时间尺度范围内保持关闭。因此，开关15在该短时间尺度范围内也保持导通状态。

在这短时间尺度期间，第二点B处的电压仍将是第二电压值。该第二电压值经由二极管251和电阻器236被传输至第三点C处。由此，第三点C处的电压被锁定为第二电压值。因此，在电源60的正常工作期间，开关15保持在导通状态。

当电源开关63断开时，电源60与网络电源断开。因此，第二点B处的电压降减小，并且所述锁定被移除。由于存储在电源60的残余能量，电源60将产生残余电压脉冲。然而，这些残余电压脉冲小于继电器控制电路215的阈值电压。因此，开关15不能切换回导通状态，并且LED 30保持关闭。

参考图3、图4和图5中所示的关断特性的测量数据，详细说明了根据本发明的灯驱动器10和LED灯1的工作原理。在附图中，以任意单位(a.u.)示出作为时间的函数的电流和/或电压。图3、图4和图5中的每一个示出了与连接到LED灯1的电源60的输出电流相对应的第一电流71和在LED 30的位置处的第二电流72。这里，图3的下部示出了在图3的上部中所示出的缩放时间t_Z的放大图。此外，图4和图5示出了在触发电路20的输入端处的第一电压降73和在继电器线圈111处的第二电压降74。

使用这样一种替代LED灯1来获取根据图3和图4的数据，该替代LED灯1具有与参考图1和图2的实施例所示的电子电路类似的电子电路，但不包括继电器控制器电路215。利用如参考图2所示的LED灯1来获取根据图5的数据。

对于测量值，电源开关63在第一时间T1处闭合。继电器11在第二时间T2处切换为通电状态。电源开关63在第三时间T3处断开。在电源开关63闭合之后，作为AC电流的第一电流71上升。这导致第二电流72的小幅上升。当继电器11闭合时(即，切换到通电状态时)，第一电流71和第二电流72达到LED灯1的工作电流的最大值。

在电源开关63断开之后，第一电流71和第二电流72减小到它们的初始值。然而，如在图3的下部中的放大图中可以看到的那样，存在与上述残余电压脉冲相对应的残余电流脉冲710。这些残余电流脉冲710可以引起在LED 30处的第二电流72中的第二电流脉冲720。

图4和图5示出了来自图3的第一电流71和第二电流72，此外还示出了第一电压73和第二电压74。图4与没有继电器控制器电路215的LED灯1相对应，在其中，残余电流脉冲710造成了第一电压73中的第一电压脉冲730和第二电压74中的第二电压脉冲740。这些第二电压脉冲740经由LED电路输入端31、32施加到LED 30，从而导致LED灯1的闪烁。

对于图5的测量值，向LED灯1的灯驱动器10中添加了继电器控制器电路215。仍然可以观察到第一电压73中的第一电压脉冲730。然而，由于通过继电器控制器电路215将继电器11与电源60解耦，因此，在第二电压74中没有观察到第二电压脉冲740。

利用本文中所描述的灯驱动器，可以提供对电源(特别是电子镇流器)的关断过程的具有良好性能的简单控制。由于仅需要标准的电子部件来实现灯驱动器，所以，可以以划算的方式来生产灯驱动器。

本发明不限于基于实施例的描述。相反，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，特别是包括本专利权利要求书中的特征的任意组合，即使该特征或该组合本身没有在本专利权利要求书或示例性实施方式中明确规定。

附图标记列表

1：LED灯

10：灯驱动器

11：继电器电路

111：继电器线圈

112：继电器开关

12：滤波电容器

13：变压器

14：输入二极管

15：开关

16：另一电容器

215：继电器控制器电路

20：触发电路

21：第一晶体管

22：第二晶体管

231、232、233、234、235：电阻器

236：电阻器

251：二极管

252：齐纳二极管

30：LED

31、32：LED电路输入端

50：整流二极管

51：另一滤波电容器

60：电源

61、62：电压输入端

63：电源开关

71：第一电流

710：残余电流脉冲

72：第二电流

720：第二电流脉冲

73：第一电压

730：第一电压脉冲

74：第二电压

740：第二电压脉冲

T₁：第一时间

T₂：第二时间

T₃：第三时间

A：第一点

B：第二点

C：第三点

Claims (12)

1.一种用于LED灯(1)的灯驱动器(10)，包括：

电压输入端(61、62)，其用于将所述灯驱动器(10)连接至电源(60)，

继电器(11)，其根据拾取电压能够在通电状态和断电状态之间进行切换，以及

继电器控制器电路(215)，其将继电器(11)连接至电压输入端(61、62)，并且其根据阈值电压能够在导通状态和非导通状态之间进行切换，

其中，拾取电压小于阈值电压。

2.根据权利要求1所述的灯驱动器(10)，其中，仅当所述继电器控制器电路(215)处于导通状态的情况下，所述继电器(11)才连接至所述电压输入端(61、62)。

3.根据权利要求1或2所述的灯驱动器(10)，其中，所述灯驱动器(10)适于连接到作为电源(60)的荧光灯灯具的电子镇流器。

4.根据权利要求1或2所述的灯驱动器(10)，其中，所述阈值电压低于所述电源(60)的工作电压，并且高于在电源的关断过程期间所提供的所述电源(60)的残余电压脉冲。

5.根据权利要求1或2所述的灯驱动器(10)，其中，所述继电器控制器电路(215)适于在所述电源(60)的正常工作期间被锁定在导通状态，并且其中所述灯驱动器(10)适于在所述电源(60)关断时解除该锁定。

6.根据前一项权利要求所述的灯驱动器(10)，其中，所述继电器电路(11)与连接到所述继电器控制器电路(215)的输入端的滤波电容器(12)并联连接，并且，其中通过滤波电容器(12)和/或继电器(11)处的电压降来锁定所述继电器控制器电路(215)。

7.根据前一项权利要求所述的灯驱动器(10)，其中，所述继电器控制器电路(215)适于在输入电压下降至低于比所述阈值电压小的低阈值电压的情况下，从导通状态切换到非导通状态。

8.根据权利要求1或2所述的灯驱动器(10)，其中，所述继电器控制器电路(215)适于在输入电压下降到低于所述阈值电压和/或更低阈值电压并维持第一时间段的情况下，从导通状态切换到非导通状态，其中第一时间段至少为施加至所述电压输入端的AC电压的持续时间。

9.根据权利要求1或2所述的灯驱动器(10)，其中，所述继电器控制器电路(215)包括触发电路(20)和开关(15)，所述开关(15)能够根据所述触发电路(20)的输出信号在导通状态和非导通状态之间切换。

10.一种用于布置在荧光灯灯具中的LED灯(1)，包括根据权利要求1或2所述的灯驱动器(10)和连接到所述灯驱动器(10)的继电器(11)的输出端的LED(30)。

11.根据前一项权利要求所述的LED灯(1)，其中，仅当所述继电器(11)处于通电状态时，所述LED(30)才连接到所述电压输入端(61,62)。

12.根据前一项权利要求所述的LED灯(1)，其中，所述灯驱动器(10)适于仅在被施加至所述电压输入端(61,62)的输入电压超过阈值电压的情况下，才向所述LED(30)提供电压。