CN109287022B - Led灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED灯，用于连接到外部电流源，其包括：包括若干个LED的光源；用于并联连接在外部电流源两端的功率控制模块；以及设置在功率控制模块和光源之间的驱动单元；其中，功率控制模块被配置用于根据若干个LED的输出功率需求将外部电流源两端的源电压转变为期望的负载电压；驱动单元被配置用于对期望的负载电压进行整流，并且输出驱动电压以驱动若干个LED。本发明的LED灯可以直接代替HID灯管使用而无须对现有的HID灯座进行改造，并且本发明的功率控制模块确保不同功率的LED灯管具有相同的外形尺寸，提高了LED灯管各组件的通用性，降低生产成本。

Description

LED灯
技术领域
本发明涉及一种LED灯，尤其涉及一种用于高压气体放电灯(High IntensityDischarge，HID)镇流器的LED改型灯。
背景技术
HID灯是通过在填充有惰性气体和卤化物盐的透明熔融石英玻璃管的电极之间形成高电压，激发惰性气体放电来产生光的弧光灯。其稳定工作需要借助于镇流器来实现，镇流器的作用在于提供一个高达数千伏的高压以将其内部的惰性气体击穿电离，因此HID镇流器经常集成在HID灯的灯座内部。
LED灯是近年发展的一种新产品，其核心器件是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。LED灯具有节能环保、寿命长、亮度高无频闪等诸多优势，在应用中可以比HID更高效地生成光，因而LED灯逐渐替代了现在的HID灯管。如前所述，在HID灯座内部往往集成有HID灯的镇流器，LED灯代替HID灯管时需连接在HID灯座上使用，故而需要设计一种LED灯以能够配合HID镇流器进行工作。更进一步地，实际应用中需要不同功率的LED灯，已有的解决方法是在LED灯的功率控制板上使用不同的电容来实现LED灯的功率调整，然而，该方案的问题在于，一方面，LED灯管的空间有限，可供其功率控制板使用的空间更是有限，从而限制了可以选用的电容；另一方面，某一容值的电容只对应于某一功率的LED灯，当不再生产该功率的LED灯时，相应的电容便成为过剩的原材料，不利于资源的有效利用。
因此，有必要提供一种改进的LED灯以解决如上所述的至少一个问题。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种LED灯，用于连接到外部电流源(10)，其包括：包括若干个LED的光源(11)；用于并联连接在所述外部电流源(10)两端的功率控制模块(31)；以及设置在所述功率控制模块(31)和所述光源(11)之间的驱动单元(32)，其中，所述功率控制模块(31)被配置用于根据所述若干个LED的输出功率需求将所述外部电流源(10)两端的源电压转变为期望的负载电压；所述驱动单元(32)被配置用于对所述期望的负载电压进行整流，并且输出驱动电压以驱动所述若干个LED。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一个具体实施方式的LED灯的示意性组成框图；
图2是图1所示的包含一个具体实施方式的功率控制模块的LED灯的示意图；
图3示出源电压以及经过前沿切相后的期望的负载电压的波形图；
图4示出源电压以及经过后沿切相后的期望的负载电压的波形图。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
图1示出根据本发明的一个具体实施方式的LED灯100的示意性组成框图。其中，LED灯100，例如可以是HID灯(High Intensity Discharge，高压气体放电灯)的替代型LED灯。HID灯包括发光部件和灯座，由于该发光部件的稳定工作需要高电压，因此相应的在其灯座内部集成有镇流器。本发明的LED灯100则可以直接配合现有的HID灯灯座使用而无须对现有的HID灯座进行改造。该LED灯100连接到外部电流源10使用，其中，外部电流源10可以是一个实际的恒流源，也可以是一个等效的电流源，例如，在本具体实施方式中，外部电流源10可以由市电电源101和与市电电源101串联连接的HID电感镇流器102组成，但并不限于此。如图1所示，该LED灯100包括具有若干个LED的光源11、用于并联连接在外部电流源10两端的功率控制模块31、以及设置在功率控制模块31和光源11之间的驱动单元32。功率控制模块31被配置用于根据若干个LED的输出功率需求将外部电流源10两端的源电压V1转变为期望的负载电压V2，其中，LED(发光二极管)是LED灯的基本发光单元，不同的LED灯所包含的LED的数量以及种类不同，决定了不同的LED所需要的功率不同，功率控制模块31即解决根据不同的LED灯的功率需求输出相应的功率这一技术问题。功率控制模块31所输出的期望的的负载电压V2是交流电压，不能直接用于驱动光源11，因此需要驱动单元32对期望的负载电压V2进行整流，进而输出驱动电压以驱动光源11。
如图1所示，功率控制模块31包括开关单元310和控制单元312，其中开关单元310在控制单元312的控制下，实现将源电压V1转变成期望的负载电压V2。在此，功率控制模块31可以有多种拓扑结构和实现方式，例如单相可控变流电路，但不限于此。在本实施方式中，功率控制模块31是一种前沿切相装置。在该前沿切相装置中，控制单元312用于控制开关单元310的操作以实现切相，即开关单元310在控制单元312的控制下交替地开通或关断，实现对所述源电压V1进行前沿相位切相，进而获得期望的负载电压V2并输出给驱动单元32。在另一种可选的实施方式中，功率控制模块31也可以是一种后沿切相装置。在该后沿切相装置中，控制单元312用于控制开关单元310的操作以实现切相，即开关单元310在控制单元312的控制下交替地开通或关断，实现对所述源电压V1进行后沿相位切相，进而获得期望的负载电压V2。
在本实施方式中，开关单元310是一个可控开关，其并联连接在外部电流源10的两端；控制单元312通过向开关单元310的控制端提供控制信号实现对开关单元310的控制功能。具体地，开关单元310是一种电压控制型开关，可以包括但不限于GTO(门极可关断晶闸管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)等。控制单元312与其控制对象开关单元310可以具有多种连接方式，例如，控制单元312可以独立于包含开关单元310的主电路之外，仅仅向开关单元310提供控制信号；或者控制单元312可以以某种方式连接到主电路中。
以下将结合图1和图3来详细说明控制单元312是如何控制开关单元310实现前沿切相的。在图3中，上半部分为未被切相时的源电压V1的波形图，下半部分为经过前沿切相后的电压即期望的负载电压V2的波形图。当提供给开关单元310的控制端的控制信号不大于预定电平时，对应于图3中的时间段t1～t2，图1中的开关单元310断开，时间段t1～t2对应区间内的源电压部分被提供给驱动单元32，成为负载电压；当控制信号大于预定电平时，对应于图3中时间段t2～t3，图1中的开关单元310导通，可近似认为外部电流源10通过开关单元310短路，外部电流源10对驱动单元32的供应路径被切断，此时的负载电压接近于零，对应于图3中时间段t2～t3的波形。在此，所述预定电平是一个可使电压控制型可控开关触发导通的电压阈值，具体的数值由所选择的开关单元310所决定，不同的开关单元其预定电平可能是不同的。相应的，图4给出了功率控制模块31是一种后沿切相装置时的电压波形图，其中上半部分为上半部分为未被切相时的源电压V1的波形图，下半部分为经过后沿切相后的电压即期望的负载电压V2的波形图。
图2揭示了本发明的一个具体实施方式的功率控制模块31的示意图。如图2所示，控制单元312并联连接在开关单元310的两端，其包括可变电阻50和与可变电阻50串联连接的电容45。可变电阻50和电容45的串联连接点和开关单元310的控制端连接，借此将电容45两端的电压用作所述控制信号传输至开关单元310的控制端。优选地，开关单元310是一个双向可控硅TRIAC(Triode AC semiconductor switch)，其包括用于并联连接于外部电流源10两端的两个电气端和所述的控制端。在该实施方式中，调整可变电阻50的阻值可改变电容45的充电电流大小，从而改变电容45充电至所述预定电平所需要的充电时间，充电时间的改变进而可以改变对所述源电压V1切相时的切相角,从而最终实现对期望的负载电压V2的控制，相应地控制了光源11所吸收的功率。
进一步地，如图2所示，控制单元312还可以包括一个与可变电阻50串联连接的保护电阻51。控制单元312并联连接在开关单元310的两端，即，控制单元312并联连接在外部电流源10的两端。当可变电阻50因误操作被调整至零电阻时，控制单元312便会过流甚至有短路风险，设置保护电阻51便可有效防止该风险。
本发明提供的LED灯能够配合HID镇流器进行工作，而无须对现有的HID灯座进行改造。更进一步地，当需要生产不同功率的LED灯时，传统的解决方法是通过使用不同的电容来实现LED灯的功率调整，该方案的问题在于，一方面，LED灯管的空间有限，从而限制了可以选用的电容；另一方面，某一容值的电容只对应于某一功率的LED灯，当不再生产该功率的LED灯时，相应的电容便成为过剩的原材料堆积在仓库，增加了生产成本。本发明提出的功率控制模块可以解决这一问题，确保不同功率的LED灯具有一致的外形尺寸，提高了LED灯各组件的通用性，从而降低生产成本。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (9)

1.一种LED灯，其用于连接到外部电流源(10)，其包括：
包括若干个LED的光源(11)；
用于并联连接在所述外部电流源(10)两端的功率控制模块(31)；以及
设置在所述功率控制模块(31)和所述光源(11)之间的驱动单元(32)，
其中，所述功率控制模块(31)被配置用于根据所述若干个LED的输出功率需求将所述外部电流源(10)两端的源电压转变为期望的负载电压；所述驱动单元(32)被配置用于对所述期望的负载电压进行整流，并且输出驱动电压以驱动所述若干个LED，
所述功率控制模块(31)包括开关单元(310)和控制单元(312)，其中所述开关单元(310)在所述控制单元(312)的控制下，实现将所述源电压转变成所述期望的负载电压，并且
所述开关单元(310)是电压控制型开关，包括与所述外部电流源(10)和驱动单元并联连接的两个电气端；所述控制单元(312)用于向所述开关单元(310)的控制端提供控制信号。
2.如权利要求1所述的LED灯，其中，所述外部电流源(10)包括市电电源(101)以及与所述市电电源(101)串联连接的HID电感镇流器(102)。
3.如权利要求1所述的LED灯，其中，所述功率控制模块(31)是前沿切相装置，在所述控制单元(312)的控制下，所述开关单元(310)对所述源电压进行前沿相位切相，以获得所述期望的负载电压。
4.如权利要求1所述的LED灯，其中，所当所述控制信号大于预定电平时，所述开关单元(310)导通，所述源电压被切断供应到所述驱动单元(32)；当所述控制信号不大于所述预定电平时，所述开关单元(310)断开，所述源电压的至少一部分作为所述负载电压被提供给所述驱动单元(32)。
5.如权利要求4所述的LED灯，其中，所述控制单元(312)与所述开关单元(310)并联连接，并包括可变电阻(50)和与所述可变电阻串联连接的电容(45)；所述开关单元(310)的控制端连接于所述可变电阻(50)和所述电容(45)的连接点处，并且，所述电容(45)两端的电压被用作为所述控制信号。
6.如权利要求5所述的LED灯，其中，所述开关单元(310)双向可控硅，其包括用于并联连接于所述外部电流源(10)的两个电气端和所述控制端。
7.如权利要求5所述的LED灯，其中，通过调整所述可变电阻(50)的阻值来改变所述电容(45)充电至所述预定电平所需要的充电时间，从而改变所述源电压切相时的切相角。
8.如权利要求5所述的LED灯，其中，所述控制单元(312)还包括与所述可变电阻(50)串联连接的保护电阻(51)。
9.如权利要求1所述的LED灯，其中，所述功率控制模块(31)是后沿切相装置，其中，在所述控制单元(312)的控制下，所述开关单元(310)对所述源电压进行后沿相位切相，以获得所述期望的负载电压。
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