CN110547047B - 用于降低源自高频电子镇流器的可听噪声的改型发光二极管led灯管 - Google Patents

Abstract

一种改型发光二极管LED灯管，用于连接到高频HF镇流器，该LED灯管包括用于确保镇流器不进入过电流保护模式的可切换电容器布置，其中基于LED灯管的期望的调光水平来控制切换。该可切换电容器布置被设置，并且所述控制电路被适配为：配置所述可切换电容器布置，以将第一电容器和第二电容器中的至少一个电容器切换为在整流器的AC端子中的一个AC端子和LED阵列之间串联，并且切断LED阵列到两个DC端子(C，D)中的一个DC端子的连接，从而阻挡去往所述LED阵列的DC功率。

Description

用于降低源自高频电子镇流器的可听噪声的改型发光二极管 LED灯管

技术领域

本发明总体上涉及照明领域，并且更特别地，涉及改型发光二极管LED灯管。本发明还涉及包括高频电子镇流器和改型LED灯管的照明系统，以及操作改型LED灯管的方法。

背景技术

已经开发出了利用发光二极管LED用于各种照明应用的照明设备。因为它们的寿命长且能量效率高，所以LED灯现在还被设计为代替常规荧光灯，即，用于改型应用。对于这种应用，改型LED灯管通常被适配为装入待被改型的相应灯器材的灯座中。而且，因为灯的维护通常由用户进行，所以改型LED灯管理论上应该很容易与任何类型的适当的器材一起操作，而不需要对器材再布线。

这种改型LED灯管例如公开于US2015/0198290中。这里，公开了一种用于替换具有用于向灯供电的镇流器的灯具中的荧光灯的LED灯布置。LED灯布置包括布置成多个组的多个LED，其中LED组能够以多个电路配置进行连接，该多个电路配置至少包括第一电路配置和具有LED组的不同电路布置的第二电路配置，在第二电路配置中LED组的至少一部分与第一电路配置不同地连接到电路中。不同的配置分别用于电磁镇流器和电子镇流器。

改型LED灯管的缺点之一是该改型LED灯管在LED灯管还允许调光的情况下不正常工作。更特别地，缺点是：在包括高频电子镇流器的照明系统中，在特定的、低的调光水平下感知到可听噪声，其中可听噪声源自照明系统所包括的高频电子镇流器。

WO2016/145264A1公开了一种固态荧光灯和高强度放电替换。它包括可以选择性地在两个AC输入之间并联耦合并且与整流器和LED并联耦合的电容器。

发明内容

发明人先前已经提出(但在本申请的提交日尚未公开)用于解决上述问题的第一方法。在根据本发明的第二方法被解释之前，将首先描述该第一方法。

参考图1至图3描述了先前提出的方法。

图1中的附图标记1表示用于荧光灯管的改型发光二极管LED灯管。在LED灯管装配于荧光灯管(例如适合于T5、T12或类似物的荧光灯管)的常规电枢中的情况下，LED灯管被改型。为了装配在这些常规电枢中，改型LED灯管1包括用于在常规电枢中连接和支撑改型LED灯管1的导电笔。

改型LED灯管1包括用于发射光的LED阵列17。LED阵列17可以包括多个串联和并联连接的LED。本领域技术人员将了解，在实际实施例中，LED跨越灯管1的长度均匀地分布且间隔开，以在其整个长度上由LED灯管1提供尽可能均匀的照明。本公开不限于任何特定类型的LED，也不限于任何色彩的LED。通常地，使用白色LED。

LED通过具有输入和输出的整流器来供电，其中整流器被布置成在其输入处从连接的HF镇流器接收AC电源电压，在使用中，将AC电源电压转换为DC电压，并且向LED阵列提供DC电压。

在图1中示出了整流器，该整流器组合使用由附图标记15和20指示的两个二极管与由附图标记14和19指示的开关。整流器被布置为在其输入处接收AC电源电压，其中输入由附图标记2和3指示。被布置成提供该AC电源电压的主电源不是改型LED灯管1的一部分，并且在图1中未示出。

在本示例中，开关14、19由控制单元8直接控制。工作原理如下。

在AC电源电压的正部分期间，由附图标记14指示的开关闭合，从而允许电流流过开关14、LED阵列17和动态电容18，流到由附图标记20指示的二极管。二极管20在正向方向上，使得电流能够流过二极管20回到输入3。在这种情况下，由附图标记19表示的开关被断开。

在AC电源电压的负部分期间，由附图标记19指示的开关闭合。电流然后从输入3流过二极管15(其在正向方向上)、LED阵列17、开关19和动态电容18，返回到用参考标记2指示的输入。

因此，图1中所示的整流器根据全波整流整流原理进行操作，因为该整流器在其输出处将整个AC电源电压转换为恒定极性中的一个恒定极性。

此外，存在用于检测AC电源电压的转换的同步电路13。也就是说，同步电路13能够检测AC电源电压的电流状态，即，电流状态是正还是负。控制单元8使用该信息来正确地并且及时地控制由附图标记14和19指示的开关。

控制单元8通常是微控制器、微处理器、现场可编程门阵列FPGA或任何类似物。同步电路13被描绘为独立单元。然而，出于效率的目的并且为了减少不同电子部件的物理空间的占用，同步电路13的功能也可以被并入在控制单元8中。

在本示例中，改型LED灯管1包括在整流器的输出处的电容器16，其用于使DC电源电压平滑并且用于减小任何纹波电流。

改型LED灯管1还包括调光单元12，调光单元12用于无线地接收输入调光水平，并且用于基于接收到的输入调光水平对由LED阵列发射的光进行调光。调光单元12可以包括外部或内部天线7，以便能够无线地接收输入调光水平。可用于无线地传输输入调光水平的通常传输技术包括ZigBee^TM、Bluetooth^TM、基于WiFi的协议、或任何网状类型的无线网络。

在本示例中，调光单元12与控制单元8协作以实现调光效果。也就是说，由附图标记14和19指示的开关以它们还提供调光功能的方式被控制。

即，在AC电源电压的正部分期间，由附图标记14指示的开关可以在整个正部分期间不闭合。类似地，在AC电源电压的负部分期间，由附图标记19指示的开关可以在整个负部分期间不闭合。然后通过控制开关14、19来实现调光。

可以在AC电源电压输入2中提供继电器5，以便接通和关断LED阵列17。继电器5可以经由控制单元8来控制。

在本示例中，控制单元8不由单独的电池供电，而是使用AC功率来馈电。首先，使用变压器4提供电流隔离。二极管桥6连接到变压器的第二绕组，以用于将AC电源电压转换为DC电源电压。DC电源电压存储在电容器11中。因此，电容器11提供DC功率以用于为控制单元8、调光单元12以及在某些情况下的同步电路13灌能(empower)。在这种情况下，即使在待机状态下，继电器5也不能完全关断，因为控制单元8需要来自干线的一些功率。

本示例关于230V的AC电源电压进行讨论，但是还可以在不同种类的AC电源电压下操作。此外，本示例不限于如图1所示的特定整流器或驱动器电路。技术人员熟知其它类型的整流器，这些整流器还适合于为LED阵列中的LED灌能。还应当注意的是，存在不同种类的调光原理以实际上使LED阵列中的LED调光，所有这些都适合于使用。

壳体(未示出)可以被设置用于容纳改型LED灯管1。更特别地，壳体可以被布置为容纳图1中所示的每个部件。例如，壳体可以是被配置为改型灯管类型的透光壳体或部分透光壳体。

本发明人已经发现，常规的高频镇流器(更特别地，在镇流器中包含的过电流功能)可能会引起可听噪声。可听噪声被定义为人类可感知的噪声。为了对抗该现象，发明人已经发现引入与镇流器的输出串联的(附加的)动态阻抗/电容器，使得可以增加镇流器的感知阻抗，并且使得可以控制(即，减少)由镇流器提供的总电流。从而防止镇流器能够进入过电流情况。

为了能够控制镇流器的输出电流，先前提出的(但未公开的)方法是使用动态电容18来实现与镇流器的输出串联(即，在整流器的输入处)的开关5。动态电容18被布置成当连接时引入与镇流器的输出串联的电容。

由动态电容提供的电容的量(即，电容值)由控制单元8控制。控制单元8使用接收到的输入调光水平来确定电容值，并相应地控制动态电容18。因此，所接收的输入调光水平与动态电容的电容值之间存在直接关系。

在图2中公开了动态电容18的一个特定实现，如框51所示。这里，左侧部分55被连接到或要被连接到在用于荧光灯管的常规电枢中存在的高频镇流器的输出。右侧部分57被连接到LED灯管的整流器。

通常，静态电容器54被布置为与镇流器的输出成一直线。动态电容51被布置为与静态电容器54串联。

动态电容51包括电容器53、电阻器52和开关56，开关56分流电容器53和电阻器52两者。在开关56由控制单元控制为断开的情况下，电容器53和电阻器52被有效地布置为与静态电容器54串联。因此，从镇流器的输出看到的总电容减小，并且阻抗增加。串联连接的两个电容器的等效电容符合公式：等效电容的倒数等于第一电容器的倒数加上第二电容器的倒数。

应当减小总电容(即上述等效电容)，以确保在镇流器中存在的过电流保护不会开始生效。这可以使用串联放置的电容器来实现。电阻器52可以被布置为与电容器53串联，以用于限制浪涌电流(如果有的话)。

图3示出了简化的电路图示71，电路图示71图示了根据本公开的实施例使用的高频镇流器的一个示例。

高频镇流器包括控制器74，控制器74被布置为控制两个开关73、75。这些开关73、75的控制通常发生在高于可听频谱的频率，例如大约40kHz到50kHz。

在该特定情况下，开关73、75被示出为场效应晶体管FET。注意，可以在镇流器中使用任何类型的开关73、75，诸如常规晶体管等。

开关73、75的输出被连接到电感72和电容器76，其中电感72与电容器76的交叉点77形成镇流器的输出。这样，该交叉点77将被连接到改型LED灯管的输入。

本公开已经找到了用于例如控制器74内部的过电流保护的解决方案。常规控制器74具有与过电流保护有关的控制信号的缺点，即用于控制两个开关73、75的信号具有可听频谱内的频率，例如在3kHz到8kHz的范围内。该频率作为声波被发射并且对于人类是可听的。

上面提到的缺点通过上面解释的方法克服，因为改型LED灯管包括动态电容，使得可以防止在镇流器71处发生过电流情况。

上面解释的方法的一个问题是动态电容由AC电源充电并且容易地达到非常高的电压，诸如1kV。这使得电容器的控制变得困难，因为切换高电压元件可能损坏所使用的开关。这意味着上面的方法主要关注于在待机模式期间的静态控制，但是它可能不适合于在高频发生的基于占空比的调光。还存在可能无法完全关闭LED以防止任何辉光的问题。

实现减少源自高频电子镇流器的可听噪声的改型发光二极管LED灯管以及包括这种改型LED灯管和高频电子镇流器的照明系统将是有利的。还希望实现一种操作LED灯管的方法，从而减少源自高频镇流器的可听噪声。

为了更好地解决这些关注点中的一个或多个，在本发明的第一方面中，提出了用于连接到高频HF镇流器的改型发光二极管LED灯管。改型的LED灯管包括：

用于发射光的LED阵列；

具有输入和输出的整流器，其中整流器被布置为在其输入处接收来自连接的HF镇流器的AC功率，并且在使用中，将所述AC功率转换为DC功率，并且向所述LED阵列提供所述DC功率；

调光单元，被布置用于接收输入调光水平；

可切换电容器布置，被布置用于向所述连接的HF镇流器引入电容；以及

控制单元，被布置用于基于接收到的所述输入调光水平来控制可切换电容器布置的切换，

其中可切换电容器布置包括开关、至少第一电容器和第二电容器，而且所述控制电路被适配为控制开关，以允许所述可切换电容器布置在AC功率的相反相位下通过将第一电容器和第二电容器中的交替选择的一个电容器切换为在整流器与LED阵列之间以阻挡去往所述LED阵列的DC功率，来传导AC功率。

发明人的见解是，应基于所接收的输入调光水平来控制可切换电容器布置。这具有可以控制高频镇流器输出电流并且因此可以控制源自高频电子镇流器的可听噪声的优点。

下面，提供关于可听噪声的原因的解释。

通常，高频镇流器以远高于可听频谱的频率(诸如例如高于20kHz)操作。这具有许多优点。首先，它减少了任何不期望的闪烁效果，并且其次，它确保在该特定频率范围内发出声波的情况下不打扰人们。

由于镇流器中出现的高电流水平，音频噪声可能出现在高频镇流器中。音频噪声频率通常是镇流器频率相互调制的结果，例如干线输入频率或镇流器过电流保护电路。

高频电子镇流器通常被描绘为控制半H桥的控制电路，其中半H桥的输出被连接到与电容器串联的电感，其中电感和电容器之间的交叉点形成镇流器的输出。如上所述，半H桥(即，半H桥的两个开关)以高于20kHz的频率操作，例如约50kHz到60kHz。在检测到过电流情况的情况下，频率增加。频率的增加通过由控制电路向半H桥提供控制信号来实现。控制信号具有它自身的频率，该频率通常在可听频率范围内，例如在5kHz与10kHz之间的某处。因此，源自高频电子镇流器的可听噪声的原因通常是过电流保护电路，即确保半H桥的操作频率增加的控制信号的频率。

当LED阵列的总发射光为低时，即当接收到的输入调光水平为低时，高镇流器输出电流将通常发生。这是由改型LED灯管中存在的整流器引起的。在本公开的上下文中，“低调光水平”意味着相比于高调光水平，所发射的光被减少。

通常，静态电容器已经存在于整流器的输入处。在选择具有电容值的静态电容器的情况下，LED灯管的效率将减小，该电容值的规格被确定为使得高频镇流器不会进入过电流保护模式。也就是说，具有足够大的阻抗以确保高频镇流器不进入过电流保护模式的静态电容器具有不利影响，即，在所接收的输入调光水平高的情况下，例如当没有调光将被应用时，不能提供足够的电流以完全使用LED阵列达到其电势。即，LED阵列的LED可以不在它们的全范围中使用。

根据本公开，调光单元被设置在改型LED灯管中。用户可以通过设置期望的输入调光水平来操作调光器开关。然后输入的调光水平例如无线地传输到调光单元，并且调光单元将基于接收到的输入调光水平来对由LED阵列发射的光调光。调光器开关与调光单元组合使得用户能够将LED阵列的强度调节到期望的水平。

改型LED灯管包括整流器，以便将LED灯管被用作荧光灯管的替代灯管。整流器被布置为在其输入处接收AC电源电压，以将AC电源电压转换为DC电压，并且将所述DC电压提供至LED阵列。存在不同类型的整流器，这些整流器中的每个整流器都适合在根据本公开的改型LED灯管中使用。例如，半波整流整流器仅允许AC电源电压的正部分经过，而阻止AC电源电压的负部分。这通常是使用单个二极管来完成的。在另一示例中，全波整流整流器将全部AC电源电压在其输出处转换为恒定极性之一。允许AC电源电压的正部分经过，并且AC电源电压的负部分被转换为正部分。这能够使用桥式整流器或通过使用两个二极管与开关组合来完成。

如上所述，提供了一种控制单元，该控制单元被布置成用于基于所述接收的输入调光水平来控制可切换电容器布置的切换。因此，在调光水平和可切换电容器布置的控制之间存在直接耦合，即直接关系。因此，控制单元使用调光水平作为用于确定可切换电容器布置的控制的输入。

控制单元可以是任何类型的硬件，诸如微处理器、微控制器、现场可编程门阵列FPGA或任何类似物。控制单元可以经由AC电源电压、经由相同的或另一整流器被灌能，或者可以使用辅助电源(诸如电池)被灌能。

注意，调光单元的功能可以结合在控制单元本身中。调光单元本身不是单独的硬件物理块。

第一方面相对于图1和图2的先前实施例的优点在于，可以以可靠的方式来实现调光。两个串联电容器分享电压压力，并且对它们中的每一个的切换不是在先前实施例中高达1000V的切换，因此允许高频切换来实现PWM(脉冲宽度调制)调光，此外待机的低频切换也被允许。此外，所要求保护的方面切换在整流器的输出和LED之间的两个电容器中的至少一个电容器，使得电容器能够阻挡到LED的DC功率。因此，LED中不发光。

第一电容器和第二电容器优选地在它们之间具有结，并且其中控制单元被适配为控制结和整流器的输出之间的连接。如果开关闭合，则建立正常连接。如果开关是断开的，则传导路径包括电容器中的备选电容器(取决于输入信号的极性)。该实施例提供相当简单的特定电路实施方案。如果开关闭合，则电容器像整流二极管的寄生电容一样，并且可以被省略，并且进而LED阵列可以被正常驱动。

结进一步连接到LED阵列的阳极或阴极。因此，控制单元还控制整流器的输出和LED阵列的连接。开关在与LED阵列的阳极或阴极的结与整流器的输出之间。该实施例提供使用在LED电极与整流器输出之间串联的电容器以阻挡DC功率的特定实施方案。

因此，开关在整流器输出与LED阵列之间，并且所述第一电容器和所述第二电容器在相应整流器输入与开关的LED阵列侧之间耦合。开关可以在整流器的高或低输出线上，因此整流器的输出可以是高或低输出。

开关例如包括双极晶体管和功率金属氧化物半导体MOS场效应晶体管FET中的任何一种。由于开关不再是高电压开关，所以可以使用高频开关部件。

控制单元可以被适配为在下述模式间进行控制：

第一模式，其中结和LED阵列与整流器的输出隔离，使得两个电容器中的交替选择的电容器位于LED阵列与所述整流器的输出之间以阻挡DC功率；以及

第二模式，其中结和LED阵列被连接到整流器的输出，由此允许LED阵列由DC功率供电。

在第一模式中，电容器将结和LED阵列与整流器解耦。在整流器和负载之间仅存在电容传导路径。在第一模式中，电容器中的交替选择的电容器沿着该传导路径串联。两个电容器中的哪一个电容器在串联路径中取决于AC输入功率的极性。串联电容器因此用作DC阻隔，使得没有DC电流通过LED负载。因此，可以避免任何电流流动，从而防止发光。

在第二模式中，每个电容器例如与整流器的二极管并联(在二极管桥式整流器的情况下)，并且简单地表现为附加的寄生电容。因此，可以恢复正常的整流功能。

控制单元可以包括用于检测LED电流或整流器的输出电流的检测电路，并且被布置为根据所述接收的输入调光水平和检测到的电流在第一模式和第二模式之间切换。因此，模式切换用于以简单的方式实现调光功能。检测电路的第一种方式是更精确的，因为LED电流被调节，并且它可能需要隔离电路。检测的第二种方式可以不需要隔离。

还可以确保输出电流限制，以便防止镇流器的过电流保护。特别地，可以控制峰值电流以及平均电流，以便实现期望的调光水平，而不触发过电流保护。

在第一和第二模式之间的所述切换能够以大于20KHz的频率发生，然而，可以根据成本、大小等使用任何合适的频率(例如从100Hz至10MHz)。通常，频率在500Hz至1MHz的范围内。因此，高频调光控制是可能的。使用两个电容器意味着开关两端的电压减小。

整流器例如包括具有第一输入和第二输入以及正输出和负输出的全桥二极管整流器，其中所述正输出和所述负输出分别被适配为连接到LED阵列的阳极和阴极，并且其中可切换电容器布置被设置为与第一输入和第二输入并联，并且开关在所述正输出端或所述负输出端与LED阵列的对应电极之间进行连接。

然后，当开关闭合时，可切换电容器布置的电容器各自与二极管中的相应一个二极管并联放置。

改型LED灯管还可以包括与LED阵列并联的虚设负载和平滑电容器。该虚设负载可以进一步将LED阵列电压限制在其正向电压以下以防止辉光。

例如，LED阵列、整流器、调光单元、可切换电容器布置和控制单元可以一体地容纳在单个壳体(诸如透光壳体或部分透光壳体)中，该单个壳体被配置为改型灯管类型。

本发明还提供一种照明系统，包括：

高频电子镇流器，以及

如上所述的改型LED灯管，

其中改型LED灯管被连接到所述高频电子镇流器。

照明系统还可以包括：

调光器开关，被布置用于由用户设置输入调光水平，并且被布置用于将所述输入调光水平传输到由所述改型LED灯管包括的所述调光单元。

调光器开关可以是可以在壁上等安装的、电池供电的开关。在这种情况下，调光器开关仅将输入的调光水平传输到改型LED灯管的调光单元。调光器开关可以使用螺钉或胶带等进行安装。

备选地，调光器开关可以这样的方式安装，即它将功率线从主电源切换到改型LED灯管。也就是说，调光器开关被布置为通过确保功率线从主电源连接到LED灯管而“接通”LED灯管，并且调光器开关被布置为通过确保主电源与LED灯管之间的功率线被中断而“关断”LED灯管。此外，调光器开关以这样的方式被设计，使得用户可以输入其期望的调光水平，并且输入的调光水平被无线地传输到由LED灯管包括的调光单元。

在又一备选方案中，调光器开关的功能可以被实现为在移动设备(诸如移动电话或平板电脑)上的应用“app”。即，移动设备被布置为经由触摸屏接收LED灯管的期望的调光水平，并且被布置为将期望的调光水平传输到LED灯管的调光单元。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种操作改型LED灯管的方法，该改型LED灯管被连接到高频HF镇流器，所述改型LED灯管包括用于发射光的LED阵列、具有输入和输出的整流器、以及可切换电容器布置，并且被布置用于向所述连接的HF镇流器引入电容，其中方法包括：

从连接的HF镇流器接收AC功率，并且使用整流器将所述AC功率转换为DC功率；

接收输入调光水平；以及

基于接收到的所述输入调光水平来控制所述可切换电容器布置的切换，

其中可切换电容器布置包括开关、串联的至少第一电容器和第二电容器，并且所述控制步骤包括：

控制所述开关以允许所述可切换电容器布置在AC功率的相反相位下通过将第一电容器和第二电容器中的交替选择的电容器切换为在整流器的输出和LED阵列之间串联以阻挡去往所述LED阵列的DC功率，来传导AC功率。

第一电容器和第二电容器优选地在它们之间具有结，并且其中控制切换包括在下述模式间进行切换：

第一模式，其中结和LED阵列与整流器的输出隔离，使得两个电容器中的交替选择的电容器在LED阵列与所述整流器的输出之间串联以阻挡DC功率；以及

第二模式，其中结和LED阵列被连接到整流器的输出，由此允许LED阵列由DC功率供电。

该方法可以包括：检测LED电流或整流器的输出电流，并且根据接收到的所述输入调光水平和检测到的电流在第一模式和第二模式之间切换。第一模式和第二模式之间的切换可以在大于100Hz的高频(诸如高于500Hz，诸如高于20KHz)处发生。

根据本公开的改型LED灯管和操作方法对于使用具有通常用于常规荧光灯管中的高频电子镇流器的LED阵列是有利的。一旦灯管中的气体被电离，常规荧光灯管通常具有负的内部电阻特性。这意味着随着通过灯管的电流增加，灯管的电阻减小。电阻的减小导致电流进一步增加，使得灯管可能潜在地被过量电流破坏。为此，在这些常规荧光管中提供限流高频电子镇流器。镇流器确保足够的电流可以流过灯管以用于荧光灯管的适当功能，但是将防止电流增加到灯管将自我破坏的水平。这样，高频电子镇流器用作某种电流限制设备。高频镇流器的电流限制方面以可听频率范围(例如，在5kHz到10kHz之间)的频率操作。这具有镇流器可能产生可听噪声的不利影响。本发明解决了这个问题。

本发明的这些和其他方面是明显的并且将参照在下文中所描述的(多个)实施例加以阐明。

附图说明

图1示出了申请人先前提出的改型发光二极管LED灯管的示例的电路图；

图2示出了动态电容的实施方式；

图3示出了图示根据本公开的实施例使用的高频镇流器的示例的简化电路图；

图4示出了用于改型LED灯管的电路的第一示例；

图5示出了处于第一模式的图4的电路；

图6示出了处于第二模式的图4的电路；

图7示出了用于改型LED灯管的电路的第二示例；

图8示出了用于改型LED灯管的电路的第三示例；以及

图9示出了一种驱动方法。

具体实施方式

本发明提供了一种用于连接到高频HF镇流器的改型发光二极管LED灯管，其中该LED灯管包括用于确保镇流器不进入过电流保护模式的可切换电容器布置，其中基于LED灯管的期望调光水平来控制切换。

本发明利用可切换电容器布置，但是它包括电容器布置，特别地，包括至少两个电容器，在AC功率的相反的半周期中，电容器中的任一个电容器在整流器的AC端子中的交替选择的一个AC端子与LED阵列之间串联，并且切断LED阵列到两个DC端子中的一个DC端子的连接，从而阻挡去往LED阵列的DC功率。进一步地，第一电容器和第二电容器中的另一电容器与AC端子中的另一AC端子以及一个电容器和LED阵列的串联连接进行并联。这避免了电流流过LED阵列，同时防止镇流器自保护(可听噪声)，并且还使得跨各个电容器的电压降低，从而使得切换更容易在高频处实现。从下面的说明中，该交替选择布置的优点将变得更加清楚。

参考图4至图9描述本发明。相同的组件在图4至图8中被给予相同的附图标记，并且那些重复的组件的描述不被重复。

图4示出了用于连接到高频HF镇流器82的改型发光二极管LED灯管的电路装置80的第一示例。改型LED灯管包括用于发射光的LED阵列LED1。整流器具有由两个端子A、B形成的输入和由两个端子C、D形成的输出，整流器在其输入处(即，跨两个端子A、B)从连接的HF镇流器82接收AC电源，将AC功率转换DC输出功率，该DC输出功率在输出端子C、D两端被提供，该DC输出功率被提供到LED阵列LED1。

全波整流器被示出为在全桥配置中具有四个二极管DB1至DB4，但是半波整流器仅可以例如使用单个二极管而被使用。优选全波整流器在其输出处将整个AC电源电压转换为一个恒定极性。AC电源电压的正部分被允许通过，并且AC电源电压的负部分被转换为正部分。这可以使用所示的二极管桥式整流器或通过使用与开关组合的两个二极管来实现。

调光单元84被布置用于接收输入调光水平“DIM”。

可切换电容器布置包括在整流器输入A、B之间的两个串联电容器C3、C4，整流器输入A、B被布置用于向所述连接的HF镇流器引入电容。可切换电容器布置还包括开关S1，诸如在整流器的输出D与电容器C3、C4之间的结85之间的晶体管。如下文所解释，开关S1可以被连接到两个输出端子C、D中的任何一个输出端子。

控制单元86(该控制单元86可以是调光单元的一部分)基于所接收的输入调光水平来控制可切换电容器布置的切换。因此，在调光水平和可切换电容器布置的控制之间存在直接耦合，即直接关系。因此，控制单元使用调光水平作为用于确定可切换电容器布置的控制的输入。需要注意的是，术语“调光水平”包括百分之百输出到百分之零输出，其中百分之零输出包括待机状态(无输出)。

这具有以下优点：高频镇流器输出电流可以被控制，并且因此源自高频电子镇流器的可听噪声可以由于所引入的电容而被控制。

调光单元84例如被设置在改型LED灯管中。用户可以通过设置期望的输入调光水平来操作远程调光器开关。然后，所输入的调光水平从调光开关例如被无线地传输到调光单元84，并且调光单元将基于接收到的输入调光水平来对由LED阵列发射的光进行调光。调光器开关与调光单元组合使得用户能够将LED阵列的强度调节到期望的水平。

开关S1用作阻抗转换开关。它允许可调的恒定电流流过LED串，并且允许电流在电容器负载和LED串负载之间切换，以保持镇流器功能并实现无线调光和待机控制。当开关S1接通时，来自镇流器的电流被整流并传递到LED负载。当开关S1断开时，来自镇流器的电流穿过两个电容器，并且因此没有DC电流被传递到LED负载(电容器阻挡整流器和LED阵列之间的DC电流)。因此，通过控制上述两种操作模式的占空比，可以实现LED电流的调光控制。

图4附加地示出了虚设负载R3、输出电容器C5和电流感测电阻器R2，电流感测电阻器R2被适配为感测用于控制单元84进行闭环控制的LED阵列电流。电容器C2是LED灯管和镇流器之间的匹配电容，以用于减少镇流器输出电流以匹配LED功率。它提供了满足泄漏电流要求的安全功能。

开关S1的操作实现两种操作模式。

在第一模式中，电容器C3和C4之间的结85和LED阵列与整流器的输出D隔离，使得两个电容器与所述连接的HF镇流器串联，并且两个电容器C3、C4中的交替选择的一个电容器位于LED阵列和所述整流器的输入A、B之间以阻挡DC功率。

如在图4中可以看到的，结85通过电容器中的相应一个电容器连接到两个输入A、B。镇流器输出由两个电容器连接。然而，在操作中，整流器的仅一对二极管在任何时间都是活动的，并且进而电容器中的仅一个电容器沿着实际电流传导路径在整流器和LED阵列之间串联。

图5示出了处于第一操作模式的等效电路。开关已经被开路代替。

可以看出，在第一操作模式期间的任何给定时间，电容器中的一个电容器被切换，使得该电容器处于整流器和LED阵列之间的有效电流路径中以阻挡到所述LED阵列的DC功率。

在第一模式中，C3和C4上存在高电压降，例如1kV。对于C3和C4具有相同的电容的情况下，每个电容器需要承受500V，因此通过使用两个电容器来降低电压。

在第二模式中，结85和LED阵列被连接到整流器的输出D，从而允许LED阵列由DC功率供电。

图6示出了处于第二操作模式的等效电路。开关已经被闭合电路取代。

在第二模式中，每个电容器例如与整流器的二极管并联(在二极管桥式整流器的情况下)，并且简单地表现为附加的寄生电容。因此，可以恢复正常的整流功能。C3与DB3并联，C4与DB4并联。

当S1永久接通时，S1的占空比是100％，因此镇流器输出电流流过LED串，并且实现最大电流输出(例如120mA)。当S1永久关断时，S1的占空比是0％，并且没有电流通过LED串。通过将S1的占空比调整在100％和0％之间，通过LED串获得不同电平的恒定电流。

存在各种方式来控制开关S1的操作的定时。第一种方法是使用电流感测电阻器R2检测通过LED串的平均电流。当输出电流相对于调光水平太高时，S1的占空比减小；并且当输出电流相对于调光水平太低时，S1的占空比增加。该方法可能需要用于开关S1的隔离栅极驱动器，因此成本相对较高。原因在于开关S1和感测电阻器R2不紧密地接地。

一种备选方案是检测通过LED负载的峰值电流。图7示出了用于该目的的示例电路。

电流感测电阻器R2移动到开关S1的输入侧。这意味着可以使用正常栅极驱动器，并且可以改为控制峰值电流以导出LED串的平均电流。当感测在整流器的下侧或上侧的电流时，感测到的电流信号处于MOSFET的源极节点的接近电势。GND与整流器的下侧连接。MOSFET的源极节点接近GND电势。因此，栅极驱动电路可以容易地布置，并且我们不需要电平移位器/隔离器，如果我们直接感测LED电流(在MOSFET的漏极节点处)，这将是必要的。该方法具有较低的成本。然后，在整流器输出电流和实际LED输出之间提供一定的映射，因此控制单元84可以通过调节整流器输出电流来控制LED输出。

上面的示例示出了在低侧上的开关S1。然而，如图8所示，该开关S1可以同样位于高侧，在结85和高侧输出C之间。

可以存在峰值电流和平均电流中的一者或两者的控制。例如，还可以确保输出电流限制，以便防止镇流器的过电流保护。

第一模式和第二模式之间的切换能够在高频处发生，例如在100Hz以上，并且可能进入kHz范围，诸如在500Hz和1MHz之间。因此，高频调光控制是可能的。

例如，LED阵列、整流器、调光单元、可切换电容器布置和控制单元可以一体地容纳在单个壳体中，诸如例如配置为改型管类型的透光壳体或部分透光壳体，。

图9示出了操作改型LED灯管的方法，该改型LED灯管使用上述电路连接到高频。

该方法包括：

在步骤90中，从连接的HF镇流器接收AC功率，并且使用整流器将所述AC功率转换为DC功率；

在步骤92中，接收输入调光水平；以及

在步骤94中，基于所接收的所述输入调光水平来控制所述可切换电容器布置的切换，以实现上述电流控制。

通过研究附图、公开内容以及所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能被用于获益。计算机程序可被存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是还可以以其他形式分布，诸如通过因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制它们的范围。

Claims (16)

1.一种用于连接到高频HF镇流器的改型发光二极管LED灯管，所述改型发光二极管LED灯管包括：

用于发射光的LED阵列(LED1)；

整流器(DB1，DB2，DB3，DB4)，具有两个AC端子(A，B)和两个DC端子(C，D)，其中所述整流器被布置为：在所述整流器的AC端子处接收来自所连接的HF镇流器(82)的AC功率，并且在使用中，将所述AC功率转换成DC功率，并且将所述DC功率经由所述两个DC端子(C，D)提供给所述LED阵列；

调光单元(84)，被布置用于接收输入调光水平；

可切换电容器布置(C3、C4、S1)，被布置用于向所连接的所述HF镇流器引入电容；以及

控制单元(86)，被布置用于基于接收到的所述输入调光水平来控制所述可切换电容器布置的切换，

其中所述可切换电容器布置包括开关(S1)、至少第一电容器(C3)和第二电容器(C4)，并且所述控制单元被适配为：控制所述开关(S1)，以在所述AC功率的相反的半周期中，将所述第一电容器和所述第二电容器中的交替选择的一个电容器切换为在所述整流器的AC端子(A，B)中的交替选择的一个AC端子与所述LED阵列之间串联，并且切断所述LED阵列到所述两个DC端子(C，D)中的一个DC端子的连接，从而阻挡去往所述LED阵列的所述DC功率。

2.根据权利要求1所述的改型发光二极管LED灯管，其中所述第一电容器和所述第二电容器两者之间具有结(85)，并且其中所述控制单元(86)被适配为控制在所述结和所述整流器的所述DC端子中的一个DC端子之间的连接，并且其中

所述控制单元被适配为：控制所述开关(S1)，以将所述第一电容器和所述第二电容器中的另一电容器切换为与所述AC端子(A，B)中的另一AC端子以及所述第一电容器和所述第二电容器中的所述一个电容器和所述LED阵列的所述串联连接进行并联。

3.根据权利要求2所述的改型发光二极管LED灯管，其中所述结(85)还被连接到所述LED阵列的阳极或阴极，并且所述开关(S1)位于具有所述LED阵列的所述阳极或所述阴极的所述结与所述整流器的所述一个DC端子之间。

4.根据权利要求3所述的改型发光二极管LED灯管，其中所述开关(S1)包括双极晶体管和功率金属氧化物半导体MOS场效应晶体管FET中的任一项，以及

所述控制单元被适配为允许：所述第一电容器和所述第二电容器中的所述一个电容器在一个相位进行以下操作之后的一个后续相位中放电，所述操作即在所述一个相位中，所述第一电容器和所述第二电容器中的所述一个电容器被切换为在所述整流器的所述一个AC端子与所述LED阵列之间串联，以阻挡去往所述LED阵列的所述DC功率。

5.根据权利要求3所述的改型发光二极管LED灯管，其中所述控制单元(86)被适配为在以下模式间是可控的：

第一模式，其中所述结(85)和所述LED阵列(LED1)与所述整流器的所述一个DC端子隔离，使得所述第一电容器和所述第二电容器中的所述交替选择的一个电容器在所述LED阵列与所述整流器的所述一个AC端子之间串联，以阻挡所述DC功率；以及

第二模式，其中所述结(85)和所述LED阵列(LED1)被连接到所述整流器的所述一个DC端子，从而允许所述LED阵列由所述DC功率供电。

6.根据权利要求5所述的改型发光二极管LED灯管，其中所述控制单元包括用于检测流过所述LED阵列的电流或在所述整流器的所述一个DC端子处的电流的检测电路，并且所述控制单元被布置为根据接收到的所述输入调光水平和所检测到的电流，在所述第一模式和所述第二模式之间切换。

7.根据权利要求6所述的改型发光二极管LED灯管，其中所述控制单元被适配成是可控的，以便在根据接收到的所述输入调光水平和所检测到的电流的占空比和大于20KHz的频率，在所述第一模式和所述第二模式之间切换。

8.根据权利要求3所述的改型发光二极管LED灯管，其中所述整流器包括全桥二极管整流器，所述全桥二极管整流器具有第一AC端子(A)和第二AC端子(B)、以及正DC端子(C)和负DC端子(D)，其中所述正DC端子和所述负DC端子分别被适配为连接到所述LED阵列(LED1)的阳极和阴极，并且其中所述可切换电容器布置被设置为与所述第一AC端子和所述第二AC端子并联，并且所述开关(S1)被连接在所述正DC端子(C)或所述负DC端子(D)与所述LED阵列的对应电极之间。

9.根据权利要求1所述的改型发光二极管LED灯管，还包括各自与所述LED阵列并联的虚设负载(R3)和平滑电容器(C5)。

10.一种照明系统，包括：

高频电子镇流器(82)；以及

根据权利要求1到9中任一项所述的改型发光二极管LED灯管，

其中所述改型发光二极管LED灯管被连接到所述高频电子镇流器(82)。

11.根据权利要求10所述的照明系统，还包括调光器开关，所述调光器开关被布置用于由用户设置输入调光水平，并且被布置用于将所述输入调光水平传输到由所述改型发光二极管LED灯管所包括的所述调光单元(84)。

12.一种操作改型LED灯管的方法，所述改型LED灯管被连接到高频HF镇流器(82)，所述改型LED灯管包括：用于发射光的LED阵列(LED1)、整流器、以及可切换电容器布置，所述整流器具有两个AC端子(A，B)和两个DC端子(C，D)，并且所述改型LED灯管被布置用于向所连接的所述HF镇流器引入电容，其中所述方法包括：

接收来自所连接的HF镇流器的AC功率，并且使用所述整流器将所述AC功率转换为DC功率；

接收输入调光水平；以及

基于接收到的所述输入调光水平来控制所述可切换电容器布置的切换，

其中所述可切换电容器布置包括开关(S1)、至少第一电容器(C3)和第二电容器(C4)，并且所述控制的步骤包括：

控制所述开关(S1)，以在所述AC功率的相反的半周期中，将所述第一电容器和所述第二电容器中的交替选择的一个电容器切换为在所述整流器的所述两个AC端子(A，B)中的交替选择的一个AC端子与所述LED阵列之间串联，并且切断所述LED阵列到所述两个DC端子(C，D)中的一个DC端子的连接，从而阻挡去往所述LED阵列的DC功率。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一电容器和所述第二电容器两者之间具有结，所述控制的步骤包括：将所述第一电容器和所述第二电容器中的另一电容器切换为与所述AC端子(A，B)中的另一AC端子以及所述第一电容器和所述第二电容器中的所述一个电容器和所述LED阵列的所述串联连接进行并联，并且

其中控制所述切换包括在下述模式间进行切换：

第一模式，其中所述结及所述LED阵列与所述整流器的所述一个DC端子隔离，使得所述第一电容器和所述第二电容器中的所述交替选择的一个电容器位于所述LED阵列与所述整流器的所述一个AC端子之间，以阻挡所述DC功率；以及

第二模式，其中所述结及所述LED阵列被连接到所述整流器的所述一个DC端子，从而允许所述LED阵列由所述DC功率供电，

其中在所述第一模式期间，允许所述第一电容器和所述第二电容器中的所述一个电容器在一个相位进行以下操作之后的一个后续相位中放电，所述操作即在所述一个相位中，所述第一电容器和所述第二电容器中的所述一个电容器被切换为在所述整流器的所述一个AC端子与所述LED阵列之间串联，以阻挡去往所述LED阵列的所述DC功率。

14.根据权利要求13所述的方法，包括检测流过所述LED阵列的电流或在所述整流器的输出电流，并且根据接收到的所述输入调光水平和所检测到的电流，在所述第一模式和所述第二模式之间切换。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一模式和所述第二模式之间的所述切换发生在大于100Hz的频率，并且还包括提供各自与所述LED阵列并联的虚设负载和平滑电容器。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一模式和所述第二模式之间的所述切换发生在500Hz至1MHz的范围内的频率，并且还包括提供各自与所述LED阵列并联的虚设负载和平滑电容器。

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