CN111656867B - 改型灯以及使用该改型灯的照明系统 - Google Patents

Abstract

一种与镇流器一起使用的改型灯。提供分流开关以与输出负载并联，并且适于使用脉冲宽度控制来分流灯的输入端子，以便调节通过照明元件的电流。该电流控制用于实现与不同镇流器的兼容性并且用于提供调光控制。检测电路用于检测改型灯的异常驱动状况，并且然后可以通过在一定持续时间内将分流开关保持在稳定状态来超驰分流开关的脉冲宽度控制。这防止过载状况并且避免在部件故障的情况中的DC信号。

Description

改型灯以及使用该改型灯的照明系统

技术领域

本发明涉及改型灯，特别是用于与AC荧光灯镇流器和AC高强度放电(HID)灯镇流器一起使用的DC驱动灯(诸如LED)。

背景技术

HID或荧光灯照明装置通常用于照亮工业建筑或住用建筑。通常，这种照明装置包括包含汞的荧光灯管或HID灯，其中流过该灯的电流导致其发射光。

气体放电照明装置通常包括适于向气体放电灯提供交流电流的电磁(基于电感器的)或电子(基于半导体开关的)镇流器。镇流器调节流过气体放电灯的电流，以确保失控电流不会对灯造成损坏。

最近，越来越期望用LED装置代替气体放电灯。这可以是由于以下原因：诸如延长的使用寿命、更高的效率以及减少的潜在有害物质(诸如汞)的使用。因此，需要可以将电磁镇流器的输出转换成适合于LED装置的形式的装置。

在最简单的情况下，可以使用二极管桥和电容器将LED串连接到镇流器，该二极管桥用于将高频AC功率转换为DC，该电容器用于消除纹波电流。如果LED串电压被选择为基本上接近荧光灯管的稳定/放电电压，则LED串将接收与气体放电灯相似的功率和电流。

但是，有时LED灯的额定功率大幅低于传统镇流器的额定功率。此外，LED灯中的调光功能是期望的。因此，用作为改型灯的LED灯需要与镇流器兼容。诸如在US2013/221867A1中，已知使用将LED装置与镇流器旁路的分流开关来提供该兼容性。为了使镇流器顺利工作，该分流开关使镇流器的输出短路。在每个半周期中，分流开关的作用是在一定时间内提供短路来调节输出电流。通过调整LED电压和占空比可以控制LED电流。这实现兼容性以及启用调光功能。US2014/320007A1还公开了一种用于将荧光照明镇流器连接到发光二极管灯的功率转换器，并且其包括用于分流DC输出电流的晶体管。US2013/0278161A1还公开了一种使用用于荧光灯的镇流器的LED照明设备，并且其公开了使用MOSFET来将整流器的输出分流为远离LED。来自本申请人的US2015/181667A1公开了在整流器之前、之后使用或集成在整流器中的分路开关。来自本申请人的US2013/320869A1公开了在整流器之后的分路开关。

但是，如果存在异常供电事件(例如对电源的干扰)，则可能会出现不稳定和饱和。例如，如果存在半周期的电压中断，则电磁镇流器将变得不平衡并且将饱和。这可能会导致灯中不受控制的高电流，并且电源/镇流器的断路器功能可能会被触发。该问题是由于使用了分流开关拓扑，因为分流开关在导通时具有很高的阻抗并且导致高电流(而这对于传统的灯并不是一个实质问题，因为其总是具有足够高的阻抗)。

通常，镇流器以随时间的平衡电压工作，所以励磁电流和消磁电流将始终相等。中断会破坏该平衡。

还期望在故障情况下防止DC电压水平保持活动状态。在任何单一故障状况下，镇流器中输入电流和电压的DC分量应当例如低于2％，以便满足一些安全标准，诸如UL认证。对于分流开关拓扑，当整流桥二极管中的一个二极管被短路时，镇流器上的压降将再次变得不对称，并且具有很高的DC电流分量。这是另一类型的异常供电事件。因此，存在由向灯的外部供电造成的异常供电事件，以及由灯中的部件问题造成的异常供电事件。

为了解决该整流二极管故障的问题，提出的一些驱动器在每个桥臂中使用串联的两个二极管代替一个二极管，从而为整流桥提供总计8个二极管。这增加了成本、功率损耗，并且需要更多空间。在高流明分流开关驱动器中，二极管功率损耗是显著的，因此使用双二极管变得不可接受。

因此，分流开关驱动器拓扑在容忍由外部干扰或内部部件故障造成的异常驱动状况方面引入了一些困难。

发明内容

本发明的实施例的目标是处理基于分流开关的LED灯中的诸如上文所提到的异常状况。本发明的概念是提供一种与镇流器一起使用的改型灯，在该改型灯中分流开关的普通PWM控制被超驰，并且当存在改型灯的异常驱动状况时，分流开关例如在一定持续时间内被保持在一种状态中，而不是以脉冲宽度调制方式被切换，以减轻潜在风险。这用于防止由异常驱动状况引起的潜在风险，该风险可以是由于电源中断的过电流情况，或者在部件故障情况中形成的DC电流或电压。

本发明由权利要求限定。

根据与本发明的一个方面一致的示例，提供了一种与镇流器一起使用的改型灯，包括：

一对输入端子，其适于连接到所述镇流器；

输出负载，其由所述镇流器驱动并且至少包括照明元件；

分流开关，其与所述输出负载并联，并且适于使用脉冲宽度控制分流所述输入端子，以便调节通过照明元件的电流；

检测电路，其适于检测改型灯的异常驱动状况；

控制电路，其适于超驰分流开关的脉冲宽度控制，并且在一定持续时间内将分流开关保持在稳定状态。

该灯提供分流切换以调节输出电流。该分流切换例如在来自镇流器的输入信号的每个半周期发生，或者在镇流器输出信号的每多个周期发生。当分流开关关断时，照明元件(可选地连同储能元件)被提供有来自镇流器的电流；当分流开关接通时，照明元件被提供有来自储能元件(诸如电容器)的电流或照明元件完全不被提供功率，而不是来自输入。分流切换被实施为定期的周期性电流控制周期，以维持期望的照明元件电流。但是，如果存在异常驱动状况，诸如输入端子处的对电源的干扰或镇流器信号的整流中的问题，则可能会出现电流过载。控制电路和检测电路超驰分流开关的定期的周期性控制。例如，这防止镇流器变得饱和。

在一组示例中，异常驱动状况可以是过电流状况，并且然后检测电路包括：

电流感测元件，其适于在所述分流开关导通时感测通过分流开关的电流；以及

比较电路，其适于将所感测的电流与阈值进行比较；

并且控制电路适于在所感测的电流超过阈值时将分流开关保持在高阻抗状态以超驰所述脉冲宽度控制。

通过这种方式，可以检测到输入端子处的过电流风险，该过电流风险例如由对电源/镇流器的电源干扰引起。控制电路和电流感测元件通过在需要时关断分流开关(即增大分流开关的阻抗)来确保分流开关电流被保持在阈值之下。这增大改型灯的阻抗，并且有助于防止镇流器变得饱和，因为在分流开关接通时，该饱和引起大电流。特别地，此时由于分流开关的导通，由灯呈现给镇流器的负载是低的。在该实施例中，照明元件用于向镇流器提供高阻抗，并且有助于限制过电流。

在另一实施例中，灯可以包括在输入端子与输出负载之间的二极管桥式整流器，并且分流开关被放置在二极管桥式整流器与输出负载之间，其中所述镇流器为电磁镇流器。

由于电源中断的过电流的风险对于电磁镇流器至关重要。该实施例可以与电磁镇流器良好地配合并且减轻潜在风险。

例如，电流感测元件包括电流感测电阻器，该电流感测电阻器用于感测流向输入端子中的一个端子或从输入端子中的一个端子流出的电流，并且所述电流感测电阻器串联在二极管桥式整流器与分流开关和输出负载的互连之间，并且控制电路适于关断所述分流开关。

当分流开关接通时，所感测的电流是流过分流开关的电流。该实施例提供了电流感测元件的低成本实施方式。

比较电路可以包括比较器，该比较器用于将电流感测电阻器两端的电压与参考值比较，并且其中比较器的输出用于控制分流开关。

这提供了用于操作分流开关的简单控制电路，特别地在电流达到阈值时断开分流开关。

控制电路可以包括在比较电路的输出与分流开关的控制端子之间的控制栅极。

控制栅极改变/超驰分流开关的普通控制周期。特别地，比较器输出用作禁用线，所以每当比较器输出指示高电流时，分流开关就被关断并且被保持在高阻抗状态。

在照明元件仍然不足以安全地限制过电流的情况下，在另一实施例中，输出负载可以进一步包括与照明元件串联的电流限制电路。

该电流限制元件用于保护照明元件并且限制过电流。当分流开关由于所检测的高电流而被强制关断时，电流将流向输出负载。因此，期望限制可以流向照明元件的电流以防止损坏。注意到，这仅是一个可选的优选实施例，如果照明元件足以安全地限制过电流，则可以避免使用与照明元件串联的电流限制元件。

电流限制电路可以适于将通过照明元件的电流限制在最大值以下。例如，电流限制电路包括电流源电路。例如，电流源电路包括线性晶体管。这为电流限制电路提供了一种低成本的实施方式。

在另一组示例中，输入端子与输出负载之间同样存在二极管桥式整流器，并且分流开关被放置在二极管桥式整流器与输出负载之间，其中异常驱动状况是所述二极管桥式整流器中的至少一个二极管的短路。镇流器通常是电磁镇流器，短路在电磁镇流器处产生负载的不平衡驱动/不平衡电流。

在这种情况下，当检测到所述二极管桥式整流器中的至少一个二极管的短路时，控制电路适于将分流开关保持在低阻抗状态以超驰所述脉冲宽度控制。因此，改型灯被保持在低阻抗状态，并且由于整个周期中的恒定阻抗，整个周期中的镇流器的输出是对称的。

通过这种方式，通过接管分流开关的控制来减少DC分量，并且同样可以容忍整流二极管的短路。

然后，检测电路可以包括电压检测电路，该电压检测电路耦合到所述二极管桥式整流器中的第一二极管，并且适于根据所述第一二极管上的电压的变化来检测短路，并且所述控制电路适于在电磁镇流器的输出的正半周期和负半周期中恒定地接通所述分流开关。电压变化代表二极管短路，因为整流功能被改变。

在电流流过被短路的二极管的一个半周期中，被短路的二极管使灯的阻抗是低的；并且在备选的半周期中，其中电流不流过被短路的二极管，分流开关被接通，并且仍然使灯的阻抗是低的。因此，灯的阻抗在两个半周期中总是低的，来自镇流器的电流在两个半周期中是对称的，并且因此电流中存在较少DC分量。

在所有示例中，输出负载可以进一步包括在与照明元件的电路分支并联的电路分支中的存储电容器。

当分流开关接通时，该存储电容器提供电流以驱动照明元件。该存储电容器与照明元件电路支路并联，照明元件电路支路本身可以包括串联电流限制电路。

输出负载可以进一步包括在从分流开关到存储电容器的前向方向上的串联二极管。

二极管用作隔离器，以便在分流开关接通时，防止照明元件的短路(以及任何相关联的电荷存储元件(诸如存储电容器)的放电)。二极管就以下意义而言是串联的：二极管在输出负载的一个端子与输出负载的其余部分(即照明元件、存储电容器和电流限制电路)之间。

在本发明的又一个方面中，代替在缺少输入到镇流器的AC电源的相位的情况下被动地抑制由镇流器的饱和引起的过电流，控制分流开关以主动地抵消输入到镇流器的AC电源的相位的缺少，以便防止镇流器饱和。更具体地，在这个方面中，所述异常驱动状况包括缺少输入到镇流器的AC电压的相位，并且所述控制电路适于将分流开关保持在高阻抗状态，以便用输入到镇流器的AC电压的相位的所述缺少同步地超驰所述脉冲宽度控制。

该方面提出了一种原理，该原理使用电源骤降的检测以及一旦检测到骤降就关断分流开关MOSFET M1。通过这种方式，施加到镇流器的电感器的电压不再为零，而是LED电压。镇流器电流迅速衰减到零，并且磁通密度减小。开关保持断开，直到下一个过零点。当电源恢复时，镇流器的电感器仍然可以限制输入电流，并且输入电流保持在主断路器的限制之内。

更优选地，控制电路进一步适于：当在改型灯的异常驱动状况下将分流开关保持在高阻抗状态时，将输出负载的配置切换到高正向电压状态；并且否则将输出负载的配置切换到低正向电压状态。

在该实施例中，增大的LED负载电压将降低异常状况下的浪涌电流。但是考虑到点火器兼容性，预计LED负载电压应足够低以避免触发点火器操作。因此，在普通操作中，LED电压范围再次减小回到安全范围(例如<150V)，这不会触发点火器操作。在一个更具体的实施例中，LED装置可以从普通操作中的并联连接切换到异常操作中的串联连接，以便提供高正向电压。

在另一实施例中，在电源恢复之后仍然存在一些高LED电流。为了解决该问题，所述控制电路进一步适于控制分流开关在输入到镇流器的AC电压的相位恢复之后的随后的至少一个AC周期中交替地接通和关断，以便减小提供给输出负载的电流幅度。更具体地，当从镇流器到LED的电流高于阈值(诸如可能会导致LED的过早损坏的上限)时，分流开关可以被强制接通以减小到LED的电流。

在另一实施例中，所述控制电路包括：电流感测部件，其用于感测来自镇流器的电流；过零电检测部件，其用于从所感测的电流中检测来自镇流器的电流的过零点；骤降检测部件，其用于从所感测的电流中检测输入到镇流器的AC电压的所述缺少；以及触发器部件，其用于响应于在过零点检测部件处的所检测的过零点的触发或在骤降检测部件处的所检测的AC电压的缺少，输出逻辑以关断所述分流开关。

该实施例提供了一个用于控制分流开关的基于触发器的实施例，该实施例是快速、可靠和低成本的。

例如，照明元件包括LED阵列。灯可以是管状LED灯或HID灯。

本发明还提供了一种照明系统，其包括：

气体放电照明单元镇流器；以及

如上文所限定的改型灯。

例如，该镇流器是电磁镇流器。

通过参考下文所描述的(多个)实施例，本发明的这些和其他方面将是明显的。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出了连接到镇流器的已知的LED灯；

图2示出了在普通操作期间图1的电路中的波形；

图3示出了二极管桥的一个示例性二极管的导通时间；

图4示出了电源输入Vin的一个半周期的中断的影响；

图5示出了用于防止电流过载的电路的一个示例；

图6示出了用于检测整流桥中的二极管的故障的电路的示例；

图7示出了可以如何组合来自图5和图6的电路的控制信号；

图8示出了电压波形，以示出整流桥中的二极管的故障的影响；

图9示出了分流开关的操作与电源输入Vin的一个半周期的中断的关系；

图10示出了连接到镇流器的另一LED灯；

图11示出了图10中的灯中的图9中的实施例的基于R-S触发器部件的实施方式；以及

图12示出了图9中的实施例的进一步改进。

具体实施方式

本发明提供了一种与镇流器一起使用的改型灯，其中提供分流开关以与输出负载并联，并且适于使用脉冲宽度控制来分流灯的输入端子，以便调节通过照明元件的电流。该电流控制用于实现与不同镇流器的兼容性并且用于提供调光控制。检测电路用于检测改型灯的异常驱动状况，并且然后可以通过在一定持续时间内将分流开关保持在稳定状态来超驰分流开关的脉冲宽度控制。这可以防止由异常状况(诸如过载状况或在部件故障的情况中的DC信号)引起的风险。

图1示意性地示出了连接到电磁镇流器12的LED灯10。镇流器12接收电源输入Vin并且被示意性地表示为电感器L和电容器C。镇流器12通常是电磁镇流器。它具有连接到灯10的输入端子14、16的一对输出端子。这些端子两端存在灯输入电压“Vin lamp”，并且存在流入一个端子(并且从另一个端子流出)的输入电流“Iin lamp”。输入端子连接到包括四个二极管D1、D2、D3、D4的全桥整流器。经整流的功率信号以LED装置(“LED”)和并联的缓冲电容器C1的形式向负载18提供电流。在整流器的一个输出端子与LED装置LED和电容器C1的并联组合的一个端部之间存在二极管D5。该二极管防止除了通过LED装置之外的缓冲电容器C1放电。在整流器的另一个输出端子与LED装置LED和电容器C1的并联组合的另一个端部之间存在电流感测电阻器R。

与负载18并联的是使用栅极信号“gate”的脉冲宽度调制来控制的分流开关M1。

到LED灯10的输入的每个半周期中，更具体地，在输入电流Iin lamp的每个半周期中，分流开关M1通过在周期的一部分内短接负载来调节输出电流。在相反极性的半周期中执行相同的分流功能，以提供平衡的控制。

图2示出了在普通操作期间图1的电路中的波形。

顶部的图示出了电源输入Vin。

第二幅图示出了栅极信号。当栅极信号为高时，灯电压Vin lamp短路到零。

第三幅图示出了当前的Iin lamp。由于镇流器的电感L，Iin lamp与输入电压不同相位。它还示出了当分流开关闭合时，斜率大小的初始增大。当MOSFET M1的栅极信号为高时，电流被分流回到镇流器，而未流入LED；当MOSFET的栅极信号为低时，电流流入LED。在所示的示例中，非分流持续时间发生在每个半周期的开始处(在输入电流的过零点处)，并且分流持续时间紧随其后。可以理解，该顺序可以颠倒：分流持续时间可以发生在过零点处，并且非分流持续时间紧随其后。

第四幅图示出了一个过零点检测器(ZCD)信号，该过零点检测器检测灯电流Iinlamp的过零点。这用于设置栅极控制信号的时序，并且在该示例中，它限定了栅极控制信号的结束时序。该信号可以经由电流感测电阻器R或经由整流二极管中的一个二极管上的电压检测获得。

底部的图示出了灯电压Vin lamp。由于LED的恒定的正向电压、电感器和电容器的在AC周期的时间尺度上的平滑函数，镇流器实现待递送到灯的基本上恒定的电压幅度。

图3示出了对于二极管桥的一个示例性二极管D3的导通时间。每个二极管仅在半周期中的一个半周期期间并且仅在分流开关断开时导通。

顶部的图示出了灯输入电流Iin lamp，第二幅图示出了二极管桥中的一个二极管D3两端的电压VD3，并且底部的图示出了分流开关栅极信号。相反地，在该示例中，过零点检测器信号ZCD设置栅极控制信号“gate”的开始的时序。

从电流Iin lamp的过零点开始存在消隐期t_B，并且在该消隐期t_B中，不检测二极管D3上的电压或忽略任何触发，以便排除对伪过零电的错误检测。由于在每个过零点之后的特定时间(例如6ms)可能会出现的振荡，可能需要这样做。通过将t_B设置为较大(例如7ms)，该振荡被消隐并且总是检测到正确的信号。

本发明的第一个方面涉及以下问题：对电源信号Vin的干扰会破坏电路操作的(随时间的)平衡，这可能会导致过电流情况。

电源输入Vin的一个半周期的中断的影响在图4中示出。缺少一个正的半周期(或者缺少一个负的半周期)。这样的效果是输入电流“Iin lamp”不会由镇流电感器正向地驱动，而是保持恒定。通常，电源中断期间的电流将保持恒定，或者可能由于没有电压降而缓慢减小。因此，镇流器产生电流减小的两个连续的周期，从而导致电流减小(但幅度增大)超过镇流器的饱和电流Isat。

镇流器的这种不平衡和饱和将引起灯中不受控制的大电流，并且电源(镇流器)的断路器将触发。

图5示出了用于防止电流过载的电路的示例。

如在图1中所展现的相同的电路部件被给予相同的附图标记。

LED灯10再次连接到接收电源输入Vin的电磁镇流器12。镇流器具有连接到灯10的输入端子14、16的一对输出端子。全桥整流器再次包括四个二极管D1、D2、D3、D4。示出了负载18的三个LED(LED1、LED2、LED3)以及并联缓冲电容器C1和二极管D5。分流开关M1与输出负载18并联。

灯10进一步包括用于检测改型灯的异常驱动状况的检测电路50。在图5的示例中，检测电路用于检测过电流情况。

控制电路52适于超驰分流开关M1的脉冲宽度控制，并且在一定持续时间内将分流开关保持在稳定状态。例如，控制电路52包括在检测电路的输出与分流开关M1的控制端子之间的控制栅极。

在该实施例中，该持续时间与检测到过电流情况期间的时间有关。更具体地，持续时间和过电流情况可能会持续的时间一样长。

检测电路50包括电流感测电阻器R，该电流感测电阻器R还用于普通循环控制，诸如为了调光目的的电流控制，并且当分流开关导通时，电流感测电阻器R感测通过分流开关M1的电流。比较电路U1将所感测的电流与阈值“Ilimit”进行比较。比较电路U1包括比较器。

当超过限制时，比较器U1的输出升高。控制电路52是与门，并且其接收比较器输出的经反相的版本。与门的另一个输入是普通栅极控制信号“gate”，其是PWM信号。因此，当比较器输出为高时，与门的输出被强制为低，并且分流开关M1被关断。

因此，当所感测的电流超过阈值时，与门保持分流开关关断(即处于高阻抗状态)以超驰由信号“gate”提供的脉冲宽度控制。该布置通过减少镇流器出现短路负载的时间来防止镇流器变得饱和。

栅极控制信号提供分流开关的普通控制周期。比较器输出用作禁用线，所以每当比较器输出指示高电流时，分流开关被关断。

由于分流开关M1被关断，所以输入电流必须流过具有一定阻抗的LED，以便限制过电流。

在一个优选的实施例中，为了保护LED免受过电流损坏，以及提供更可靠的电流限制功能，输出负载18进一步包括与照明元件装置(LED1、LED、LED3)串联的电流限制电路54。如图所示，限流电路54可以位于LED串的中间，但是其可以同样地在任一端。

该电流限制电路54用于保护照明元件。当由于检测到的高电流分流开关M1被强制关断时，电流将流到输出负载(即缓冲电容器和LED装置)。因此，期望限制可以流向照明元件的电流以防止损坏。

在没有电流限制电路的情况下，可能会存在LED电流可以不断增大的情况。电流限制电路引起输出电容器存储更多的能量，并且从而有助于对镇流器进行放电。注意到，如果输出电流将仍然保持在LED装置的规格内，则可以不需要电流限制电路。

例如，电流限制电路54包括线性电流源，该线性电流源包括一对背对背双极性NPN晶体管Q1和Q2。电流由电阻器R2设置，例如0.7/R2，其中Q2的栅极电压为0.7V。当电流超过所期望的限制时，R2两端的电压接通晶体管Q2，这然后降低晶体管Q1的基极电压并且使晶体管Q1操作在线性模式中，因此负载的阻抗总体上增大并且减小LED装置的电流。Q1在普通操作期间在操作的饱和模式中，并且具有非常低的功耗。更具体地，当R2上的电流在限制内时，则晶体管Q2不导通，并且晶体管Q1的基极电压仍然为高并且晶体管Q1在饱和模式中。

晶体管Q2是小信号晶体管，其用于控制通过Q1的电流。通过Q2的电流非常低，所以(所有LED中的)LED电流与通过Q1的电流基本上相同。

整个电路限制了到LED装置的输入电流和输出电流两者。

可以使用许多不同的电流源电路用来提供电流限制功能，并且这仅是一个简单的示例。

本发明的第二个方面涉及整流器的二极管两端短路的问题。

再次参照图3，信号VD3通常具有与电源输入相同的频率并且具有对称的方波(当不考虑分流开关时)。但是，当整流器中的一个二极管短路时，VD3将是不对称的。

它将具有与电源频率相同的频率。但是，如果检测到上升沿和下降沿，并且每个边沿都被视为事件，则事件信号将具有电源频率的两倍的频率。该信号的不对称性可以用作检测机制。因此，使用控制器很容易诊断故障状况。还存在用于检测整流器中的二极管的短路的其他已知解决方案。

当控制器检测到异常的电源信号时，其再次向M1提供控制信号以接通M1。同样，通过使用M1的短路，镇流器将具有对称的电压和电流。分流开关M1以至少相对于被短路的二极管短接整流桥的持续时间互补的方式被接通。更具体地，如果例如D4在其中端子16为正的负半周期中短路，则D4经由二极管D2将输入电流直接传导回到端子14，并且在这里MOSFET M1可以是闭合的或断开的。在其中端子14为正的正半周期中，分流开关M1导通，并且输入电流经由二极管D1、MOSFET M1以及二极管D4流回到到端子16。在另一实施例中，MOSFET M1在正半周期和负半周期中总是闭合的。

在该实施例中，由于被短路的二极管不太可能被恢复，因此分流开关的状态被保持为低阻抗的一定持续时间可以是永远。

电路可以用于监测整流器的不同分支中的两个二极管(例如二极管D3和D4)两端的电压。如果在二极管桥中的任何二极管被短接，D3电压或D4电压将是恒定DC电压。

图6示出了示例电路60，该示例电路60用于检测改型灯的异常驱动状况的该备选形式。二极管D3和D4两端的电压被监测。例如，二极管D3两端的电压对应于输入14处的电压，并且二极管D4两端的电压对应于输入16处的电压。

对于每个被监测的电压，存在与感测电阻R3、R4串联的隔直电容器C3、C4。感测电阻器向晶体管Q3、Q4递送栅极电压。

当二极管D3或D4两端的电压恒定时，电阻器R3、R4不再从隔直电容器C3、C4接收充电电流，所以晶体管Q3、Q4将保持关断。

电容器C3、C4、电阻器R3、R4和晶体管Q3、Q4一起用作检测电路，该检测电路根据相应的被监测的二极管上的电压的频率和/或形状变化来检测短路。除了被短路的二极管之外的二极管两端的电压的对称性中也存在变化。

电流源I3、I4向电容器C30、C40递送电荷。当电容器C30、C40两端的电压高于参考电压Vref时，比较器U3、U4的输出升高。当这些比较器输出中的任何一个输出升高时(如由或门A2所确定的)，分流开关由超驰信号“OVR”接通。在普通操作中，基于由晶体管Q3和Q4循环地接通和关断引起的循环充电和放电，C30和C40在每个电源周期被复位到0V。每个电路中的整流二极管D7、D8确保在正半周期期间仅存在晶体管Q3、Q4的控制，从而实现循环充电操作。通过仔细地设置Vref的值，比较器将不会在普通操作期间触发。

在这种情况下，当检测到所述二极管桥式整流器中的至少一个二极管的短路时，控制电路适于将分流开关M1保持在低阻抗状态(导通)，以超驰脉冲宽度控制。当二极管短路故障仍然存在时，分流开关在正半周期和负半周期中不断导通。

图6的电路可以代替图5的电路50。在这种情况下，图6的信号“OVR”可以与主栅极控制信号“gate”一起被提供给或门，并且向分流开关提供或门的输出。

备选地，两种方法可以结合使用。在这种情况下，图6的电路优先，即每当检测到二极管故障时，分流开关被接通。这可以通过图7所示的电路来实现，在图7中，在图5的与门52与分流开关M1之间提供了附加的或门70。

图8示出了在二极管D3两端的短路的情况下对于输入电压Vin以及二极管D2和D4的电压波形。它示出了一个二极管中的短路会在其他二极管两端产生不对称的电压波形。

从上面的示例中可以看出，在不同情况下，取决于检测到的异常驱动状况的类型，分流开关可以需要保持接通(低阻抗短路)或断开(高阻抗开路)。

电流检测电路和电压监测电路仅是示例，并且可以使用许多备选电路。类似地，电流源电路可以是任何类型的，或者可以使用其他电流限制电路。

上面已经讨论了“异常驱动状况”的两个示例。但是，本领域技术人员可以理解，通过超驰分流开关的PWM切换并且保持其状态，可以处理其他异常驱动状况。在一个示例中，一个二极管的开路也可以被减轻。例如，如果图5中的D2开路，则当输入电压在负半周期中时，D4将承受高电压并且击穿，从而变为短路。该短路将被检测到，并且上面的实施例可以使用分流开关M1来使正半周期短路以减小DC分量。

在另一实施例中，处理又一种异常驱动状况。在第一实施例中，该异常驱动状况是上述的过电流的根本原因。它是到镇流器的AC输入电压的(多个)电源半周期的缺少，也被称为电源骤降。在缺少AC输入电压的(多个)电源半周期期间，镇流器的电感中的磁通密度在该骤降期间将保持在正最大值与负最大值之间的某个位置。当电源恢复并且再次应用时，当达到正最大值时，电感器将快速地饱和。电感器的饱和将作为高振幅的电流尖峰被观察到。该高电流尖峰将使电源断路器(MCB)自动断开，该电源断路器是电气装置的一部分，并且功率将关断。光的这种熄灭是完全不可接受的。当灯被关断时，在启动时也会发生类似的现象。镇流器饱和和随后的(高)浪涌电流的另一负面影响是当分流开关正在被断开时，浪涌电流将流到缓冲电容器，并且与增大的LED电流一起首先对缓冲电容器充电。太高的LED电流将会导致LED和灯的故障。

参照图9和图10，在镇流器输出电流的过零点之后，分流开关M1断开，该镇流器输出电流示出为L_ballast current。通过这种方式，镇流器输出电流流向LED。在由LED电流的控制回路确定的表示为T的一段时间之后，M1被闭合，并且没有镇流器输出电流流向LED。分流动作被执行，并且关断/接通是脉冲宽度调制控制。M1保持闭合，直到镇流器输出电流的下一个过零点。在电源骤降的情况下，电源的相位丢失，施加到镇流器的电感器L_ballast的电源电压为零。在其中不超驰分流开关的脉冲宽度控制的操作中，如栅极M1曲线中的阴影/点划线正方形所示，在持续时间T之后，分流开关M1将保持接通。然后，因此在输入处为0V(电源骤降)，并且由于分流开关M1被闭合，在输出处为零。因此，电感器L_ballast的退磁花费无限长的时间，并且在电源恢复时电感器迅速地饱和。该实施例提出了以下原理：使用电源骤降的检测，并且一旦检测到骤降，就使/保持分流开关MOSFET M1在高阻抗状态。通过该超驰，阴影/点划线正方形永远不会生效，并且分流开关M1的栅极电压始终为低。通过这种方式，施加到电感器L_ballast的电压不再为零，而是LED电压。镇流器电流迅速衰减到零，并且磁通密度减小。分流开关M1保持断开，直到下一个过零点发生，并且在持续时间T内保持断开，并且然后闭合使得切换动作被恢复。通过这种方式，可以至少部分地避免电感器L_ballast的饱和，并且输入电流保持在MCB的限制内。在如图11所图示的另一实施例中，当分流开关MOSFET M1在高阻抗状态时，经由串联地连接LED，LED1和LED2的配置被改变为高正向电压状态。这通过接通开关S2和关断开关S1和S3来实施。在没有电源骤降的普通操作中，LED被并联连接以恢复低正向电压，这通过接通开关S1和S3并且关断开关S2来实施。该低正向电压避免了镇流器固定装置中点火器的误触发。

在另一实施例中，由于在骤降之后的镇流器恢复，在随后的(多个)电源周期中观察到LED的峰值电流。超过LED的峰值脉冲电流的规格将导致灯的过早损坏。因此，一旦达到峰值LED电流，在时间段T期间(其中分流开关M1被设计为被关断)，分流开关M1也被接通。当LED电流从峰值衰减例如10％至20％时，开关M1被关断。在LED电流最终减小回到安全值之前，可能会需要执行几个切换动作。这在图9中的虚线框中示出，其中在输入到镇流器的AC电压的相位恢复之后，在随后的AC周期中，分流开关交替地接通和关断，以便减小向LED提供的电流振幅。

参照图11，提出了基于触发器部件的实施方式。电源骤降检测部件DIP在其检测到电源骤降时经由输出Q复位RS触发器，并且栅极控制逻辑AND超驰控制的动作。通过这种方式，分流开关M1被接通断开。在2017ID80243中描述了骤降检测方法。对于基于脉冲宽度调制的分流开关的普通控制，在过零点，L_ballast的电流衰减到零，并且过零点检测部件ZCD将检测到该过零点。当电流开始流过L_ballast时，RS触发器将由ZCD再次设置。DIP和ZCD检测器都使用灯的输入电流，该输入电流在图10中的电阻Rzcd上被感测。为了控制上述周期T/脉冲宽度调制，在图10中，从镇流器到负载的电流通过Rsense电阻被感测为Iripple。在图10中，LED的电流I_LED通过Rs_ILED电阻器被感测。比较器“＝＝”经由或门强制接通分流器M1，并且超驰其他电路的所有其他动作。这是针对以下情况：当通过LED的(直接来自镇流器或来自缓冲电容器C_elcap的)电流太大时，分流开关将被接通，以避免到LED的任何更多的功率。

在实践所要求保护的发明时，从对附图、公开内容以及所附权利要求的研究中，本领域技术人员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，单词“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。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种与镇流器一起使用的改型灯，包括：

一对输入端子(14、16)，其适于连接到所述镇流器；

输出负载(18)，其由所述镇流器驱动，并且至少包括照明元件LED；

分流开关(M1)，其与所述输出负载(18)并联，并且适于使用脉冲宽度控制来分流所述输入端子，以便调节通过所述照明元件的电流；

检测电路(50、60)，其适于检测所述改型灯的异常驱动状况；

其特征在于，所述改型灯还包括：

控制电路(52、70)，其适于超驰所述分流开关的所述脉冲宽度控制，并且适于在一定持续时间内将所述分流开关保持在稳定状态。

2.根据权利要求1所述的改型灯，所述异常驱动状况是过电流状况，并且所述检测电路包括：

电流感测元件(R)，其适于在所述分流开关导通时，感测通过所述分流开关的电流；以及

比较电路(U1)，其适于将所感测的所述电流与阈值进行比较；

其中所述控制电路(52)适于在所感测的所述电流超过所述阈值时，将所述分流开关保持在高阻抗状态，以超驰所述脉冲宽度控制。

3.根据权利要求2所述的改型灯，包括在所述输入端子(14、16)与所述输出负载(18)之间的二极管桥式整流器(D1、D2、D3、D4)，并且所述分流开关(M1)被放置在所述二极管桥式整流器与所述输出负载之间。

4.根据权利要求3所述的改型灯，其中所述电流感测元件包括电流感测电阻器(R)，所述电流感测电阻器(R)用于感测流入所述输入端子中的一个输入端子、或从所述输入端子中的一个输入端子流出的电流，并且所述电流感测电阻器串联在所述二极管桥式整流器与所述分流开关(M1)和所述输出负载的互连之间，并且所述控制电路适于关断所述分流开关。

5.根据权利要求4所述的改型灯，其中所述比较电路包括比较器(U1)，所述比较器(U1)用于将所述电流感测电阻器两端的电压与参考值(Ilimit)进行比较，并且其中所述比较器的所述输出用于控制所述分流开关(M1)。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的改型灯，其中所述控制电路包括在所述比较电路的所述输出与所述分流开关(M1)的控制端子之间的控制门(52)。

7.根据权利要求1所述的改型灯，其中所述输出负载进一步包括与所述照明元件串联的电流限制电路(54)。

8.根据权利要求7所述的改型灯，其中所述电流限制电路(54)适于将通过所述照明元件的所述电流限制在最大值以下。

9.根据权利要求7或8所述的改型灯，其中所述电流限制电路(54)包括电流源电路(Q1、Q2、R2、R3)。

10.根据权利要求1所述的改型灯，包括在所述输入端子与所述输出负载之间的二极管桥式整流器(D1、D2、D3、D4)，并且所述分流开关(M1)被放置在所述二极管桥式整流器与所述输出负载(18)之间，

其中所述异常驱动状况是所述二极管桥式整流器中的至少一个二极管(D1、D2、D3、D4)的短路，并且

其中所述控制电路适于在检测到所述二极管桥式整流器中的至少一个二极管的所述短路时，将所述分流开关保持在低阻抗状态，以超驰所述脉冲宽度控制。

11.根据权利要求10所述的改型灯，其中所述检测电路包括电压检测电路(R3、C3、Q3)，所述电压检测电路至少耦合到所述二极管桥式整流器中的第一二极管，并且适于根据所述第一二极管上的电压的变化来检测所述短路，并且所述控制电路适于在所述镇流器的输出的正半周期和负半周期中不断地接通所述分流开关。

12.根据权利要求1所述的改型灯，其中所述异常驱动状况包括输入到所述镇流器的AC电压的相位的缺少，并且

所述控制电路适于将所述分流开关保持在高阻抗状态，以便与输入到所述镇流器的所述AC电压的所述相位的所述缺少同步地超驰所述脉冲宽度控制。

13.根据权利要求12所述的改型灯，其中所述控制电路进一步适于：

在输入到所述镇流器的所述AC电压的所述相位的恢复之后，控制所述分流开关在随后的至少一个AC周期中交替地接通和关断，以便减小向所述输出负载(18)提供的电流振幅；并且

所述控制电路进一步适于：

当在所述改型灯的所述异常驱动状况中将所述分流开关保持在高阻抗状态时，将所述输出负载的配置切换到高正向电压状态；并且

否则将所述输出负载的所述配置切换到低正向电压状态。

14.根据权利要求12所述的改型灯，其中所述控制电路包括：

电流感测部件，其用于感测来自所述镇流器的电流；

过零点检测部件，其用于检测来自所述镇流器的所述电流的过零点；

骤降检测部件，其用于检测输入到所述镇流器的所述AC电压的所述缺少；以及

触发器部件，其用于响应于在所述过零点检测部件处的所检测的过零点的触发、或在所述骤降检测部件处的所检测的所述AC电压的缺少，输出逻辑以关断所述分流开关。

15.根据权利要求1所述的改型灯，其中所述照明元件包括LED阵列，和/或所述改型灯包括管状LED灯或高棚灯。

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