CN110062490A - 用于led灯的串联驱动器和用于放置在荧光灯灯具中的led灯 - Google Patents

用于led灯的串联驱动器和用于放置在荧光灯灯具中的led灯 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种用于具有两个或更多个LED(50)的LED灯(1)的灯驱动器(10)和用于放置在荧光灯灯具中的LED灯。灯驱动器(10)包括：灯驱动器电压输入端口(11)，其被构造为将灯驱动器(10)连接到电源(60)；一个或多个开关(26、27、28)，其被构造为改变LED(50)的连接模式；以及MCU(20)，其被构造为检测由灯驱动器电压输入端口(11)供应的电压并且根据检测到的电压来调整开关(26、27、28)。

Description

用于LED灯的串联驱动器和用于放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放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已经是广为人知并且广泛应用的照明设备。然而，随着LED灯(LED是发光二极管的缩写)的出现，可以获得更有效和长寿命的照明装置。此外，与荧光灯相比，LED灯的材料更安全，因为例如不需要汞。因此，存在用LED灯替换现有的荧光灯(优选为不需要改变整个照明设备或灯具)的需求。
目前可用的荧光灯灯具通常包括用于调节和限制提供给荧光灯的电流的所谓的电子镇流器(也称为电子控制器，ECG)。电子镇流器通常以高达50kHz的高频操作灯。这样选择电子镇流器的频率是为了达到荧光气体的谐振频率，由此能够主动控制通过荧光灯的电流，并且导致荧光灯的效率提高。
除了被构造为接收单个荧光灯管的荧光灯灯具之外，所谓的串联灯或串联灯具被广泛使用。图1a和1b示出了这种情况，其中图1a示意性地示出了两个荧光灯管t1和t2的串联连接(串联构造)，而图1b示意性地示出了单个荧光灯管t1的构造。每个荧光灯管t1和t2分别设有开关s1和s2，用于分别接通和关断灯t1和t2。上述电子镇流器以参考标号b表示。
当用管状LED灯替换荧光灯管t1和t2时(例如使用或“改进”原来设计用于荧光灯管的现有灯具时)，希望LED灯满足图1a和1b所示的两种线路构造。
为了将LED灯连接到电子镇流器，LED灯通常包括灯驱动器，其将由电子镇流器提供的电压和/或电流调整到LED的电压和/或电流要求。但是，LED驱动器被设计成根据特定的AC输入电压(例如198V至264V)来操作。由于串联连接的两个LED驱动器共享上述输入电压，因此包括这种驱动器的LED灯不能用于串联灯具。此外，在串联情况下(图1a)，与单个灯具相比(图1b)，两个LED驱动器将产生不同的输出电流来操作LED。
发明内容
本发明的目的是提供一种对灯具提供改进的应用灵活性的灯驱动器，特别是可应用于单个灯具以及串联灯具的灯驱动器。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灯来解决。优选实施例由从属权利要求、说明书和附图给出。
因此，提供了用于具有两个或更多个LED的LED灯的灯驱动器。
灯驱动器包括灯驱动器电压输入端口，其被构造为将灯驱动器连接到电源。电源优选地经由灯驱动器电压输入端口向灯驱动器提供DC负载电压。电源可以包括整流器电路，其用于将例如经由网络电源供应的AC电压转换成DC电压。整流器电路可以经由二极管电桥实现，经由电压输入端口接收AC电力；然而，可以使用向灯驱动器提供和供应适当的DC电源的任何装置。电源可以是也可以不是灯驱动器的一部分。
灯驱动器进一步包括一个或多个开关，其被构造为改变LED的连接模式；以及MCU(微控制器单元)，其被构造为检测由灯驱动器电压输入端口供应的电压并且根据检测到的电压来调整开关。
检测由灯驱动器电压输入端口提供的电压的能力允许确定保持灯驱动器的灯具的类型。特别地，灯驱动器可以区分单个灯具(灯以单模式操作)和串联式灯具(灯以串联模式操作)。通过基于检测到的电压来调整开关以改变LED的连接模式，灯驱动器提供智能控制以实现对灯具的调整。该调整被高效率进行。由于只需要标准的电子元件来实现灯驱动器，灯驱动器可以以成本有效的方式生产。而且，这里描述的灯驱动器不需要改变LED的体积。以例如串联方式操作时，每个LED灯的输出电流几乎相同。这意味着在单模式和串联模式下操作的LED灯可以实现基本相同的光通量。
优选地，开关包括连接到MCU的第一门控位(gate)的第一开关、连接到MCU的第二门控位的第二开关和连接到MCU的第三门控位的第三开关。提供第一开关和第二开关允许例如在串联连接和并联连接之间容易地改变LED的连接模式。第一开关和/或第二开关可以例如使用继电器。第三开关可以被实现为调整提供给LED的电流。第三开关可以是n型场效应晶体管。
优选地，灯驱动器还包括具有ISEN端口的线性IC(线性集成电路)，其中ISEN端口连接到第三开关。因此，实现了能够调节提供给LED的电流的简单而可靠的构造。为此，可以在第三开关的漏极和ISEN端口之间连接电阻器和/或可以将电阻器并联连接到线性IC的ISEN端口和GND端口。根据更一般的优选实施例，MCU、第三开关和线性IC被构造为根据检测到的电压来调整提供给LED的电流。
优选地，第一开关、第二开关和MCU被构造为在检测到的电压满足第一条件的情况下将所有LED串联连接，并且在检测到的电压满足第二条件的情况下并联连接至少一些LED。如果检测到的电压处于电压的第一范围内，则可以满足第一条件，并且如果检测到的电压处于电压的第二范围内，则可以满足第二条件。优选地，第一范围的电压高于第二范围的电压。第一范围例如可以包括从220V到240V的电压，并且第二范围可以例如包括从110V到120V的电压。因此，如果MCU检测到高输入电压(例如220V)，则LED灯以单模式使用，如果MCU检测到低输入电压(例如110V)，则LED灯以串联模式使用，即可以放置在串联灯具中。
此外，提供了放置在荧光灯灯具中的LED灯。该LED灯包括如上所述的灯驱动器。也就是说，针对LED驱动器公开的所有特征也是针对LED灯公开的。LED灯进一步包括两个或更多个连接到灯驱动器的LED。
优选地，LED灯包括两组或更多组LED，每组LED具有一个或更多个LED，其中第一开关、第二开关和MCU被构造为在检测到的电压满足第一条件的情况下串联连接所有的LED，并在检测到的电压满足第二条件的情况下并联连接所述两组或更多组LED。
附图说明
下面将参考附图解释本发明的优选实施例。
图1a示意性地示出了两个荧光灯管的串联连接；图1b示意性地示出了单个荧光灯管的构造。
图2示出根据示例性实施例的以单模式操作的LED灯的示意性电路图。
图3示出根据示例性实施例的以串联模式操作的两个LED灯的示意性电路图。
图4示出根据示例性实施例的以单模式操作的LED灯的仿真结果。
图5示出根据示例性实施例的以串联模式操作的两个LED灯的仿真结果。
具体实施方式
以下，参照附图描述本发明的优选实施方式。这里，在附图中，相同、相似或具有相同或相似效果的元件具有相同的参考标号。可以省略对这些元件的重复描述以避免多余的描述。
图以及图中所示元件相互间的尺寸关系不应被视为按比例绘制。相反，单个元件可以夸大的尺寸示出以便更好地说明和/或更好地理解。
参考图2的示意性电路图详细解释以单模式操作的LED灯1的示例性实施例。
LED灯1包括灯驱动器10和两组LED 50，其也可以是单组或者三组或者更多组LED或者甚至单个LED。LED组50可构成LED负载。参考标号50表示LED组以及单个LED。即使指示LED组50的虚线框被绘制在指示灯驱动器10的虚线框内，LED 50也不是灯驱动器10的一部分。
LED灯1通过灯驱动器电压输入端口11连接到向灯驱动器10提供DC负载电压的电源60。在图2所示的示例中，电源60包括整流器电路。电源60可以是也可以不是灯驱动器10的一部分。整流器电路可以通过二极管电桥实现，经由电压输入端口61和62接收AC电力；然而，可以使用向灯驱动器10提供和供应适当的DC电源的任何装置。灯驱动器10或电源60可以例如连接到网络电源。
灯驱动器10包括并利用MCU(微控制器单元)20来检测经由灯驱动器电压输入端口11接收的输入电压。例如，MCU 20可以包括STM8S103或由其实现。MCU 20被构造为基于检测到的输入电压改变LED负载的连接模式。为此，MCU 20包括经由电阻器12连接到灯驱动器电压输入端口11的ADC端口21。MCU 20还包括连接到参考电位(优选为地)的GND端口22。电阻器13并联连接到ADC端口21和GND端口22。MCU 20还包括三个端口或门控位(gate)，即第一门控位23、第二门控位24和第三门控位25。第一门控位23控制第一开关26；第二门控位24控制第二开关27。第一开关26和第二开关27可以例如使用继电器。第三门控位25连接到第三开关28，在本示例性实施例中，第三开关28是n型场效应晶体管。第三开关28例如可以包括NMOS 2N7002或由其实现。
灯驱动器10的一般操作模式如下：如果MCU 20检测到高输入电压(例如220V)，则LED灯1被用于单模式。在这种情况下，MCU 20将开关26、27、28调整为串联连接所有LED 50(例如，LED总电压可以是260V)。同时，MCU 20也可以调整驱动器输出电流。这是用于单模式的LED灯1的典型应用。如果MCU 20检测到低输入电压(例如，110V)，则LED灯1以串联模式使用，即可以放置在串联灯具内。在这种情况下，MCU 20调整开关26、27、28以并联连接一些或全部LED 50(例如，LED总电压可以是130V)。同时，MCU 20也可以调整驱动器输出电流。这是以串联模式使用的LED灯1的典型应用。
为了实现上述功能，MCU 20的第三门控位25连接到开关28的栅极，开关28的栅极充当第三开关28的控制端口。电阻器29连接在第三门控位25和第三开关28的栅极之间。第三开关28的漏极连接到线性IC(线性集成电路)40的ISEN端口41。线性IC例如可以包括SIC9211E或由其实现。电阻器30连接在第三开关28的漏极和ISEN端口41之间。第三开关28的体(bulk)和源极连接到GND。电阻器31并联连接到线性IC的ISEN端口41和GND端口42。线性IC 40还可以包括连接到LED 50的一个或多个门控位，以提供调整后的驱动器输出电流。
当MCU 20在ADC端口21处检测到高输入电压的情况下，MCU 20打开第一开关26(断开状态)并且将第二开关27调整到右侧按钮(参考图2所示的电路)。这意味着所有LED 50现在串联连接。LED负载具有高电压。此外，MCU 20打开第三开关28(断开状态)。这意味着灯驱动器10的驱动器输出电流被调整。可以计算驱动器输出电流：Visen/R31，其中Visen是ISEN端口41处的电压，且R31是电阻器31处的电阻。
已经描述了将LED灯1用作单个灯的单模式，图3示出了将两个LED灯1放置在串联灯具中的串联模式。
参考图3的示意性电路图，示出了以串联模式布置的两个LED灯1、1'的示例性实施例。通过区分两个LED灯1、1'，如图2所示使用属于一个(第一)LED灯1的参考数字，而另一个(第二)LED灯1'的参考数字携带一个“'”。为了避免细节使图示过载，图3不包括所有的参考数字，因为相应的特征和部件对应于图2的实施例。
LED灯1、1'各自包括灯驱动器10、10'和两组LED 50、50'，其也可以是单组或者三组或更多组LED或甚至单个LED。类似于图2的实施例，即使指示LED组50、50'的虚线框被画在指示灯驱动器10、10'的虚线框内，LED组50、50'也不是灯驱动器10、10'的一部分。
LED灯1、1'连接到电源60、60'，每个电源向相应的灯驱动器10、10'提供DC负载电压。在图3所示的示例中，电源60、60'包括整流器电路。电源60、60'可以是也可以不是灯驱动器10、10'的一部分。整流器电路可以经由二极管电桥实现，经由电压输入端口61、62'接收AC电力；然而，可以使用向灯驱动器10、10'提供和供应适当的DC电源的任何装置。灯驱动器10、10'或电源60、60'可以例如连接到网络电源供应。
每个灯驱动器10、10'包括并利用上述MCU 20、20'来检测输入电压。
在(第一)MCU 20在ADC端口检测到高输入电压的情况下，MCU20闭合第一开关26(接通状态)，并将第一灯驱动器10的第二开关27调整到左按钮(参考如图3所示的电路)。这意味着例如一半的LED 50现在串联连接。LED负载具有低电压。此外，MCU 20闭合第一灯驱动器10的第三开关28(接通状态)。这意味着第一灯驱动器10的输出电流被调整。可以计算第一灯驱动器10的输出电流：Visen/(R31/R30)，其中Visen是线性IC 40的ISEN端口处的电压，R31是电阻器31处的电阻，R30是第一灯驱动器10的电阻器30处的电阻。
同时，第二灯驱动器10'的MCU 20'闭合第一开关26'(接通状态)，并且将第二灯驱动器10'的第二开关27'调整到左按钮(参考如图3所示的电路)。这意味着例如第二LED灯1'的一半LED 50'现在串联连接。LED负载具有低电压。此外，MCU 20'闭合第二灯驱动器10'的第三开关28'(接通状态)。这意味着第二灯驱动器10'的输出电流被调整。可以计算第二灯驱动器10'的输出电流：Visen'/(R31'/R30')，其中Visen'是线性IC 40'的ISEN端口处的电压，R31'是电阻器31’处的电阻且R30'是第二灯驱动器10'的电阻器30'处的电阻。
图4示出根据示例性实施例在单模式下操作的LED灯1的仿真结果。在本示例性情况下，LED灯1被提供高输入电压230V。曲线V(n010)表示MCU 20的第三门控位25的电压。曲线I(R5)表示灯驱动器10的输出电流。曲线V(n003)-V(n007)表示灯驱动器10的输入电压，曲线V(n001)-V(n011)表示LED串电压。
图4所示的仿真结果显示，对于230V的高输入电压，LED电压是267V，并且灯驱动器10的输出电流是10mA。第三开关28打开(断开状态)。
图5示出根据示例性实施例在串联模式下操作的两个LED灯1、1'的仿真结果。在本示例性情况下，LED灯1、1'被提供低输入电压115V。曲线V(n009)表示第一LED灯1的MCU 20的第三门控位25的电压。曲线I(R5)表示第一LED灯1的灯驱动器10的输出电流。曲线V(n004)-V(n005)表示第一LED灯1的灯驱动器10的输入电压。曲线V(n001)-V(n010)表示第一LED灯的LED串电压。曲线V(n024)-V(n026)表示第二LED灯1'的MCU 20'的第三门控位25'的电压。曲线I(R22)表示第二LED灯1'的灯驱动器10'的输出电流。曲线V(n020)-V(n005)表示第二LED灯1'的灯驱动器10'的输入电压。曲线V(n017)-V(n025)表示第二LED灯1'的LED串电压。
图5所示的仿真结果显示，对于115V的低输入电压(串联模式)，LED电压是133V，并且两个灯驱动器10、10'的输出电流是20mA。两个第三开关28、28'都闭合(接通状态)。
这里描述的灯驱动器通过使用MCU提供智能控制来实现具有高效率的串联功能。由于仅需要标准的电子元件来实现灯驱动器，灯驱动器可以以成本有效的方式生产。而且，这里描述的灯驱动器不需要改变LED的体积。即串联模式操作时，每个LED灯的输出电流几乎相同。这意味着在单模式和串联模式下操作的LED灯可以实现基本相同的光通量。
本发明不受基于实施例的描述的限制。而是本发明包括任何新的特征以及特征的任何组合，特别是包括专利权利要求中的特征的任何组合，即使该特征或者该组合本身没有在专利权利要求或者示例性实施例中明确地指定。
附图标记列表
t1 荧光灯管
t2 荧光灯管
s1 开关
s2 开关
b 镇流器
1、1’ LED灯
10、10’ 灯驱动器
11 灯驱动器电压输入端口
12 电阻器
13 电阻器
20、20’ MCU
21 ADC端口
22 GND端口
23 第一门控位
24 第二门控位
25 第三门控位
26、26’ 第一开关
27、27’ 第二开关
28、28’ 第三开关
29 电阻器
30、30’ 电阻器
31、31’ 电阻器
40、40’ 线性IC
41 ISEN端口
42 GND端口
50、50’ LED/LED组
60、60’ 电源
61 电压输入端口
62、62’ 电压输入端口

Claims (12)

1.一种用于具有两个或更多个LED(50)的LED灯(1)的灯驱动器(10)，其中所述灯驱动器(10)包括：
灯驱动器电压输入端口(11)，其被构造为将所述灯驱动器(10)连接到电源(60)；
一个或多个开关(26、27、28)，其被构造为改变所述LED(50)的连接模式；以及
MCU(20)，其被构造为检测由所述灯驱动器电压输入端口(11)供应的电压并且根据检测到的电压来调整所述开关(26、27、28)。
2.如权利要求1所述的灯驱动器(10)，其中，所述一个或多个开关(26、27、28)包括：连接到所述MCU(20)的第一门控位(23)的第一开关(26)，连接到所述MCU(20)的第二门控位(24)的第二开关(27)和连接到所述MCU(20)的第三门控位(25)的第三开关(28)。
3.如权利要求2所述的灯驱动器(10)，其中，所述第三开关(28)是n型场效应晶体管。
4.如权利要求2所述的灯驱动器(10)，进一步包括具有ISEN端口(41)的线性IC(40)，其中，所述ISEN端口(41)连接到所述第三开关(28)。
5.如权利要求3或4所述的灯驱动器(10)，其中，电阻器(30)连接在所述第三开关(28)的漏极与所述ISEN端口(41)之间。
6.如权利要求3或4所述的灯驱动器(10)，其中，电阻器(31)并联连接到所述线性IC(40)的所述ISEN端口(41)和GND端口(42)。
7.如权利要求4所述的灯驱动器(10)，其中，所述MCU(20)、所述第三开关(28)和所述线性IC(40)被构造为根据所述检测到的电压来调整供应给所述LED(50)的电流。
8.如权利要求2所述的灯驱动器(10)，其中，所述第一开关(26)、所述第二开关(27)和所述MCU(20)被构造为在所述检测到的电压满足第一条件的情况下将所有LED(50)串联连接，并且在所述检测到的电压满足第二条件的情况下并联连接至少一些LED(50)。
9.如权利要求8所述的灯驱动器(10)，其中，如果所述检测到的电压处于电压的第一范围内则满足所述第一条件，并且如果所述检测到的电压处于电压的第二范围内则满足所述第二条件，其中第一范围的电压高于第二范围的电压。
10.如权利要求9所述的灯驱动器(10)，其中，所述电压的第一范围是从220V到240V，并且所述电压的第二范围是从110V到120V。
11.一种用于放置在荧光灯灯具中的LED灯(1)，包括如前述权利要求中任一项所述的灯驱动器(10)以及连接到所述灯驱动器(10)的两个或更多个LED(50)。
12.如权利要求11所述的LED灯(1)，具有如权利要求8所述的灯驱动器(10)，其中，所述LED灯(1)包括两组或更多组LED(50)，每组具有一个或更多个LED(50)，其中，所述第一开关(26)、所述第二开关(27)和所述MCU(20)被构造为在所述检测到的电压满足所述第一条件的情况下串联连接所有的LED(50)，并在所述检测到的电压满足所述第二条件的情况下并联连接所述两组或更多组LED(50)。
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