CN112753283B - Led灯 - Google Patents

Abstract

一种用于照明设备的LED灯，适于从照明设备接收电力，并且包括：一个或多个LED；第一电源电路，包括包含阻抗的镇流器保护电路，该第一电源电路能够连接以从照明设备接收电力并且向LED供应电力；第二电源电路，包括滤波电路和开关模式电源，该第二电源电路能够连接以从照明设备接收电力并且向LED供应电力；以及切换电路，连接切换电路以用于感测电力，并且根据电力指示电力是通过磁性镇流器、作为恒流镇流器工作的电子镇流器、作为恒功率镇流器工作的电子镇流器还是不通过镇流器而提供而切换工作模式，其中，工作模式包括：第一工作模式，其中，连接第二电源电路以向LED供电，并且未连接第一电源电路以不向LED供电；以及第二工作模式，其中，连接第一电源电路以向LED供电，并且未连接第二电源电路以不向LED供电。

Description

LED灯

技术领域

本发明总体涉及发光二极管(LED)灯和LED照明，更具体地，涉及适于取代照明设备中的荧光灯的LED灯，该照明设备具有用于荧光灯的镇流器。

背景技术

荧光照明已经存在很多年。这种方式的照明最初是作为白炽灯泡的高效替代品，但近年来在效率和功耗方面以及在如下所述的其它方面已被LED照明超越。

荧光灯一般包含灯管，其填充有惰性气体与少量的汞，且在二端为覆盖有双销的端盖。端盖包含发热丝以预热管内的气体并且蒸发汞，从而有助于荧光灯的点火。在用户打开主开关(例如墙壁开关或天花板上的拉线开关)之后，荧光灯点火，并且由传导电流产生的热量使荧光灯保持在工作状态。为了有利于这些启动条件并且限制工作期间流过荧光灯的电流，且因此限制所消耗的功率，通常在荧光照明设备中安装连接在市电电源与荧光灯之间的镇流器，并且通过镇流器向灯供电。

当最初采用时，唯一可用的镇流器是与荧光灯的电源串联设置的简单的电感或电抗元件，其由于电感器的依赖于频率的阻抗来限制AC电流而限制所消耗的功率。不期望的结果是相对较低的功率因数和相对较高的电抗功率。这种类型的镇流器通常被称为磁性镇流器。

最近，已经采用了其它类型的镇流器(例如，电子镇流器)。这些镇流器通常首先将AC市电电力转换成DC电力，随后将DC电力转换成高频AC电力以驱动荧光灯。

电子镇流器还可以分为两类：恒流镇流器和恒功率镇流器。大多数电子镇流器是设计为以基本恒定的幅值输送电流的恒流镇流器。这些镇流器可以建模为恒定AC电流源。这些镇流器通常包括自保护/自校正机构，以避免保持恒定电流的潜在问题。恒功率镇流器被设计为输送基本恒定的功率，并且输出电流将根据负载而变化以试图保持设计功率输出。如果工作功率低于设计输出水平，则恒功率镇流器通常尝试增加输出电流以更接近设计功率水平。

LED灯比荧光灯更有效率，而且还具有诸多其他优点。例如，LED灯不需要汞，从LED灯输出的光更具方向性，可以更容易地控制或调节功率，并且LED的寿命通常比荧光灯长得多。因此，通常期望用LED灯代替荧光灯，并且还期望能够在不需要更改照明设备的情况下，将替换的LED灯装配到为荧光灯设计的现有照明设备中。然而，当与不同类型的镇流器一起使用时，LED灯通常不同地工作。在一些情况下，在荧光照明设备中直接用LED灯替换荧光灯造成整个照明设备的故障。

在申请人的美国专利第9832837号中描述了与上述所有三种类型的镇流器(磁性镇流器、恒流镇流器以及恒功率镇流器)兼容的LED灯装置，通过引用将其全部内容并入本文。该灯装置包括：多个LED，布置为多组，可根据镇流器是磁性镇流器或是电子镇流器而在串接连接与并列连接之间转换，并且该灯装置还包括：电感元件和开关，开关可根据电子镇流器是恒功率镇流器或是恒流镇流器而闭合，以短接电感元件。

近年来，对通用LED灯的需求越来越大，通用LED不论照明设备中的镇流器的类型，均可以装配至荧光照明设备中，并且还可以在没有镇流器情况下照明。这种照明设备例如可以是最初为荧光灯设计但去除镇流器的照明设备。例如，当镇流器太旧和/或在工作多年后镇流器损坏时，可能发生此种情况。在这种情况下，许多用户希望去除镇流器，但仍然希望保留照明设备，或者安装没有任何镇流器的新照明设备。可以在不需要确定在照明设备中是否存在镇流器或者在照明设备中镇流器是什么类型的情况下，将这种通用LED灯安装在照明设备中，从而能够制造和储存适于在任何荧光照明设备中使用的单一设计的LED灯。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种LED灯，当装配在各种照明设备中时具有良好的照明性能，而无论照明设备中使用的镇流器的种类如何(例如，照明设备是否具有磁性镇流器、恒流镇流器、恒功率镇流器，或者不具有镇流器)。

根据本发明的一个方面，提出了一种适用于照明设备(特别是为荧光灯设计的照明设备)的LED灯，LED灯适于从照明设备接收电力并且包括一个或多个LED。LED灯包括：第一电源电路，包括包含阻抗的镇流器保护电路；以及第二电源电路，包括滤波电路和开关模式电源。第一电源电路能够连接以从照明设备接收电力，并且通过镇流器保护电路向一个或多个LED供应电力。第二电源电路能够连接以从照明设备接收电力，并且通过开关模式电源向一个或多个LED供应电力。

LED灯还包括：切换电路，连接切换电路以用于感测从照明设备接收的电力，并且根据从照明设备接收的电力指示电力是通过磁性镇流器、作为恒流镇流器工作的电子镇流器、作为恒功率镇流器工作的电子镇流器还是不通过镇流器提供而在多个工作模式之间进行切换。

多个工作模式包括：第一工作模式，其中，连接第二电源电路以向一个或多个LED供电，并且未连接第一电源电路以不向一个或多个LED供电；以及第二工作模式，其中，连接第一电源电路以向一个或多个LED供电，并且未连接第二电源电路以不向一个或多个LED供电。

当切换电路检测到从照明设备接收的电力是通过磁性镇流器提供或不通过镇流器提供时，LED灯的切换电路可以适于切换至第一工作模式。LED灯可以配置为使得：在第一工作模式下，开关模式电源以工作频率工作，并且连接滤波电路以对由开关模式电源产生的噪声进行滤波(例如，在第二电源电路中连接以能够对噪声进行滤波)。在这种模式下，LED由开关模式电源驱动，并且不需要且可以断开镇流器保护电路(其为第一电源电路的一部分)。

当切换电路检测到从照明设备接收的电力是通过电子镇流器提供时，LED灯的切换电路适于切换至第二工作模式。LED灯可以配置为使得：在第二工作模式下，开关模式电源断开或者不工作，并且滤波电路断开(例如，从第二电源电路断开)。在这种模式下，通过镇流器保护电路驱动LED。不需要并可以断开开关模式电源(和相关的滤波电路)，或将开关模式电源置于非工作模式。

在实施方式中，LED灯配置为使得：在第二工作模式下，当连接镇流器保护电路以向一个或多个LED供电时，如果从照明设备接收的电力是通过作为恒功率镇流器工作的电子镇流器提供的，则阻抗与LED串联连接，并且如果从照明设备接收的电力是通过作为恒流镇流器工作的电子镇流器提供的，则阻抗被旁路。

在实施方式中，切换电路包括第一感测电路，适于产生用于操作第一开关的第一输出信号，其中，第一开关布置为连接第一电源电路以通过镇流器保护电路向一个或多个LED供电。

在实施方式中，切换电路包括包含于开关模式电源中的第二感测电路，其中，第二感测电路适于感测供应至开关模式电源的电压或电流，并且根据所感测的电压或电流来操作第二开关。

在实施方式中，当由开关模式电源接收的电压或电流超过预定阈值时，第二感测电路使开关模式电源操作。

在实施方式中，当LED灯从照明设备接收操作电力并且第一电源电路未连接时，第二感测电路使开关模式电源操作。

在实施方式中，切换电路包括第三感测电路，适于产生用于操作第三开关的第三输出信号，第三开关布置为当启用第一电源电路以向一个或多个LED供电时，断开滤波电路。

在实施方式中，切换电路包括第四感测电路，适于产生用于操作第四开关的输出信号，第四开关布置为使阻抗旁路。

在实施方式中，第四开关布置为当感测的电压或电流超过预定阈值时，将镇流器保护电路从低阻抗模式切换至高阻抗模式。在实施方式中，镇流器保护电路的阻抗具有在0.12mH与0.3mH之间的电感阻抗，优选为0.18mH的电感阻抗。

在实施方式中，LED灯还包括：辅助电路，限定与一个或多个LED并联连接的导电路径，其中，辅助电路包括：布置为旁路来自LED的突发电流的导电路径中的电容器，并且还包括用于使电容器不通过LED放电的电路。

在实施方式中，感测电路在从照明设备接收电力时，在至少75msec的时间段内具有至少2MOhm的阻抗。

根据本发明的另一方面，提出了一种适用于照明设备的LED灯，包括：一个或多个LED；镇流器保护电路，包括可与一个或多个LED串联连接的阻抗，以向一个或多个LED供电；开关模式电源，可与一个或多个LED串联连接，以向一个或多个LED供电；滤波电路，能够连接以对由开关模式电源产生的噪声进行滤波；一个或多个感测电路，被连接以测量从照明设备接收的电力，并且根据从照明设备接收的电力指示电力是通过磁性镇流器、作为恒流镇流器工作的电子镇流器、作为恒功率镇流器工作的电子镇流器、或是不通过镇流器(本文称为“直接市电”)而提供，来产生至少一个输出；以及多个开关，用于限定LED灯的多个工作模式，并且根据来自感测电路的至少一个输出来在多个工作模式间进行切换。

多个工作模式包括：第一工作模式，其中，开关模式电源以工作频率工作，连接滤波电路以对由开关模式电源产生的噪声进行滤波，并且断开镇流器保护电路；第二工作模式，其中，开关模式电源不工作，断开滤波电路，连接镇流器保护电路，并且使阻抗旁路；以及第三工作模式，其中，开关模式电源不工作，断开滤波电路，连接镇流器保护电路，并且阻抗与LED串联连接。

当从照明设备接收的电力指示电力是通过磁性镇流器或是不通过镇流器而提供时，LED灯可以适于切换至第一工作模式。在该模式下，通过开关模式电源向LED供电。

当从照明设备接收的电力指示电力是通过作为恒流镇流器工作的电子镇流器而提供时，LED灯可以适于切换至第二工作模式。在这种模式下，连接镇流器保护电路，并且旁路镇流器保护电路中的阻抗。不需要开关模式电源且开关模式电源不工作，并且可以断开滤波电路，以避免将从电子镇流器供给的电流的高频分量旁路，并且避免在镇流器点火阶段期间与某些设计的电子镇流器的兼容性问题。滤波电路可以包括浪涌保护电路或装置，以防止通过磁性镇流器或直接市电供给至LED灯的电力中的浪涌，并且优选在第二工作模式下也断开浪涌保护电路或装置。

当从照明设备接收的电力指示电力是通过作为恒功率镇流器工作的电子镇流器而提供时，LED灯可以适于切换至第三工作模式。在这种模式下，连接镇流器保护电路，并且镇流器保护电路中的阻抗与LED串联连接。这提供了与LED串联的增加的阻抗以减少流过LED的电流。

LED灯可以包括：第一电源电路，用于通过镇流器保护电路向一个或多个LED供电；以及第二电源电路，用于通过滤波电路和开关模式电源向一个或多个LED供电。当LED灯在第三工作模式下工作时，第一电源电路向LED供电，并且当LED灯在第一工作模式或第二工作模式下工作时，第二电源电路向LED供电。

一个或多个感测电路可以包括第一感测电路，用于产生操作第一开关的第一输出信号，其中，第一开关布置为连接第一电源电路以通过镇流器保护电路向一个或多个LED供电。第一感测电路可以布置为感测由照明设备供给的电压的频率，并且可以布置为将镇流器保护电路连接到供给至LED灯的整流的电压。

开关模式电源可以包括第二感测电路，用于感测供给至开关模式电源的电压或电流，并且根据感测的电压或电流操作第二开关。第二感测电路可以布置为：当由开关模式电源接收的电压或电流超过预定阈值时，使开关模式电源工作，并且当LED灯从照明设备接收工作功率并且第一电源电路未连接时，可以使开关模式电源工作。LED灯可以配置为使得第一电源电路的连接可以使供给至开关模式电源的感测电压或电流下降或保持在预定阈值以下。

一个或多个感测电路可以包括第三感测电路，用于产生操作第三开关的第三输出信号，其中，第三开关布置为当启用第一电源电路以向一个或多个LED供电时，断开滤波电路。第三感测电路可以布置为感测供给至LED灯的整流的电压或电流的幅值，并且产生输出信号，第三开关可以包括电磁继电器。滤波电路可以包括浪涌保护电路或装置，并且第三开关也可以断开浪涌保护电路或装置。

一个或多个感测电路可以包括第四感测电路，用于产生操作第四开关的输出信号，第四开关使阻抗旁路。第四感测电路可以布置为感测指示流过一个或多个LED的电流的电压或电流，并且第四开关可以布置为当感测的电压或电流超过预定阈值时，将镇流器保护电路从低阻抗模式切换至高阻抗模式。

LED灯还可以包括辅助电路，其限定与一个或多个LED并联连接的导电路径，其中，辅助电路包括布置为旁路来自LED的突发电流的导电路径中的电容器，并且还包括用于使电容器不通过LED放电的电路。

附图说明

将通过参考以下附图来理解本发明的特征和优点，其中：

图1是本发明的实施方式的图；

图2是图1中的LED灯1的示意图；

图3是图2的LED灯1的更详细的示意图；

图4是图3的LED灯1的替代实施方式；以及

图5是可用作LED灯1的实施方式的简化电路图。

具体实施方式

下面是本说明的示例性实施方式的更详细的说明。

图1是本发明实施方式的示意图。LED灯1配置为与为荧光灯管设计的照明设备2兼容，LED灯优选地具有与标准荧光灯管相同的长度和形状，以使LED灯1能够不经更改地装配到照明设备中。两个电连接器3(通常为引脚的形式)设置于LED灯1的每一端，用于可释放地连接到照明设备的相应连接器4。照明设备2可以包括镇流器5或者可以没有镇流器。如果在照明设备中包括镇流器5，则镇流器5可以是磁性镇流器、作为恒流镇流器工作的电子镇流器或者作为恒功率镇流器工作的电子镇流器。

照明设备2通过连接器4向LED灯1供电。由照明设备2提供的输入到LED灯1的电力根据照明设备的设计(即，照明设备是否具有镇流器，如果具有，是什么类型的镇流器)而变化。

无镇流器的照明设备通常在连接器4提供AC市电电压(例如，50Hz或60Hz的120Vac或230Vac)。尽管照明设备可以包括在AC市电输入与照明设备的连接器4之间的一些电路部件，也被称为“直接市电”。

磁性镇流器使用电感元件调节由照明设备供应的电流，通常以类似于直接市电情况的市电频率和电压在连接器4提供电力。

电子镇流器通常将AC市电电压功率(mains voltage power)转换为DC，然后转换回可变频率AC电压，以在连接器4提供高频电力(例如，20kHz至200kHz的100-110Vac)。电子镇流器通常被设计为：恒流镇流器，设计为以基本恒定的幅值提供电流；或者恒功率镇流器，设计为输送基本恒定的功率，并且其输出电流将根据负载阻抗而变化，以试图保持设计功率输出。如果负载电压(例如，LED灯1两端的负载电压)低于预期的荧光灯电压，则恒功率镇流器通常试图增加输出电流，以更接近设计功率水平。

图2是图1的LED灯1的示意图。整流器6(优选全波整流器)连接到连接引脚3，并且用于整流施加到连接引脚3的AC电压(即，由照明设备2的连接器4供给)，以产生用于为LED灯1供电的DC电压。

LED灯1包括用于发光的一个或多个LED7。虽然附图中示出了三个LED，但是考虑到所使用的LED的规格、发光量以及LED灯的整体设计，可以适当地使用任何数量的LED。LED7可以串联或并联连接，或者可以是并联连接的多个串联LED串，或者根据需要的任何其它连接组合。

LED灯1包括：镇流器保护电路10，用于在LED灯1检测到其从具有电子镇流器的照明设备接收电力时向LED7供电，并且包括：滤波电路20和开关模式电源30，用于在LED灯1检测到其从不具有镇流器或具有磁性镇流器的照明设备接收电力时向LED7供电。还包括切换电路40，用于感测接收电力并且根据接收电力的特性切换各种电路。切换电路40可以实现为用于产生多个切换信号的集中式电路，或者实现为多个单独电路，各单独电路产生切换信号，其中，多个信号一起执行切换电路40的功能。切换电路40可以实现为由分离的电路元件形成的一个或多个简单电路，或者可以实现为一个或多个集成电路或微控制器等。还可以另外地使用集成电路或微控制器，来确保切换信号不会将LED灯1的电路切换到不安全或不希望的配置。

在该实施方式中，LED灯1包括用于向LED7供电的两个并联电源电路，尽管在其它实施方式中可以不同地布置(例如，串联)两个电源电路。第一电源电路50包括镇流器保护电路10，并且通过镇流器保护电路10供给用于在具有电子镇流器的照明设备中工作的电力。第二电源电路51包括滤波电路20和开关模式电源30，并且从开关模式电源30供给用于在不具有镇流器或具有磁性镇流器的照明设备中工作的电力。

当LED灯1安装在不具有镇流器的照明设备中时，连接器3通常接收AC市电电压，并且整流器6(优选全波整流器)的输出是脉动DC电压，对于120Vac和230Vac的应用，脉动DC电压分别具有通常接近170Vpk和325Vpk的最大电压，并且纹波频率是市电频率的两倍(例如，100Hz或120Hz(对于全波整流))。

当LED灯1安装在具有磁性镇流器的照明设备中时，连接器3通常接收由镇流器中的电感元件调制的AC市电电压，并且在稳态工作期间，整流器6(优选全波整流器)的输出是类似于不具有镇流器的情况下的脉动DC电压。

当LED灯1安装在具有电子镇流器的照明设备中时，连接器3接收由电子镇流器产生的高频AC电压。当电子镇流器启动时，首先产生通常在400Vac左右的设计为点亮荧光灯的高输出电压。在点亮之后，输出电压下降，并且取决于负载阻抗，通常具有低于AC市电电压的电压(例如，取决于负载，在40-80Vac的范围内)，并且具有比AC市电电压高得多的频率(例如，从20kHz到200kHz的范围内)。因此，整流器6的输出是高频脉动DC电压，具有通常在40-80Vac范围内(取决于负载)的低的最大电压(在点亮之后)，并且具有通常为40kHz到400kHz的高频纹波。

切换电路40检测向LED灯1供电的镇流器(如果有的话)的类型，并且根据检测在不同的工作模式之间切换LED灯1。在一个实施方式中，切换电路40设计成区分直接市电电力或从磁性镇流器供给的电力与从电子镇流器供给的电力。

在一个实施方式中，切换电路40感测供给至LED灯1的电压，以区分电子镇流器与磁性镇流器或直接市电。对于磁性镇流器或直接市电，供给至LED灯1的电压基本上为市电电压(例如，120Vac或230Vac)。这显著高于电子镇流器的典型输出电压，根据串联的LED7的数量，电子镇流器的典型输出电压通常在40-80Vac的范围内。这使得可以使用简单、紧凑和低成本的电路来实现切换电路40，以检测电源电压何时高于或低于阈值(例如，100Vac)，从而区分所使用的镇流器的类型。

在另一个实施方式中，切换电路40感测供给至LED灯1的电压或电流的频率，以区分电子镇流器与磁性镇流器或直接市电。对于磁性镇流器或直接市电，供给至LED灯1的AC电压和电流的频率基本上为市电频率(例如，50Hz或60Hz)。这比电子镇流器的典型输出频率(典型地，在20至200kHz范围内)低得多。因此，切换电路40可以设计成检测供电频率何时高于或低于阈值，以区分所使用的镇流器的类型。

可以在整流器的AC侧进行供电电压或频率的感测，测量从照明设备接收的AC电压的幅值或频率，或者可以在整流器的DC侧进行，测量供给至LED灯1的整流的DC电压的幅值或纹波频率。

当切换电路40检测到LED灯1接收从电子镇流器供给的电力时，则切换电路40连接第一电源电路50，以通过镇流器保护电路10将从照明设备2接收的电力供给至LED7(例如，连接第一电源电路50，以将电力从整流器6的输出传导到LED7)。切换电路40还断开或禁用第二电源电路51，使得第二电源电路51不向LED7供电(例如，通过将第二电源电路51与整流器6或LED7断开或禁用开关模式电源30的工作或将其与电路断开)。在该工作模式下，镇流器保护电路10工作，并且优选断开滤波电路20，并且优选禁用开关模式电源30，即，置于非工作模式。

应注意的是，术语“开关”和“连接”、“闭合”或“接通”以及“断开”、“打开”或“关断”包括诸如由机电式继电器产生的数字On/Off开关，但是也包括涉及诸如由晶体管或MOSFET等产生的阻抗变化的模拟开关，即在具有相对低阻抗的接通或连接状态与具有相对高阻抗的关断或断开状态之间的变化。如此，切换电路40确定向LED7供电的电流路径。

当切换电路40检测到LED灯1接收从磁性镇流器或直接市电供给的电力时，切换电路40连接和/或启用第二电源电路51，以通过开关模式电源30向LED7供电，并且连接滤波电路20，以启用滤波电路20来滤波由开关模式电源30产生的噪声(例如，通过将滤波电路20连接到整流器6的输出或开关模式电源30的输入或输出，在整流器6的输出或开关电源的输入或输出两端连接滤波电路)。切换电路40还断开第一电源电路50，使得第一电源电路50不向LED7供电(例如，通过从整流器6或LED7断开第一电源电路50(或镇流器保护电路10))。在该工作模式下，断开镇流器保护电路10，而启用开关模式电源30，并且连接滤波电路20以滤波噪声。

开关模式电源30可以是用于转换来自整流器6的整流的DC电源以产生适于驱动LED7的开关DC输出的常规设计。滤波电路20对由开关模式电源30产生的电磁干扰(EMI)提供滤波。

滤波电路20还可以优选地包括浪涌保护电路或装置，用于在连接第二电源电路51以在磁性镇流器或直接市电的条件下工作时，防止AC市电供电中的浪涌。金属氧化物变阻器(MOV)或类似的电路元件可以用作浪涌保护装置(通常具有在275V到400V范围内的钳位电压)。当连接第一电源电路50以在电子镇流器的条件下工作时，由于电子镇流器通常在内部设有浪涌保护，所以该浪涌保护不是必须的。另外，由于快速启动荧光灯管的设计特征，电子镇流器通常包括在接通时产生高触发电压的点亮机构。当LED灯1安装于装有电子镇流器的照明设备中时，每次接通LED灯1时，反复暴露于初始高电压下可能导致浪涌保护装置过早失效。因此，当切换电路40检测到LED灯1接收从电子镇流器供给的电力时，切换电路40断开滤波电路20，并且也断开浪涌保护电路或装置。

因此，切换电路40根据LED灯1是从磁性镇流器或直接市电接收电力，还是从电子镇流器接收电力，来在不同的工作模式间切换LED灯1。如果LED灯1接收从电子镇流器供给的电力，则连接第一电源电路50以向LED7供电。然后，镇流器保护电路10工作，并且可以根据LED灯1是从作为恒功率镇流器工作的电子镇流器还是从作为恒电流镇流器工作的电子镇流器接收电力，来在其它工作模式之间切换LED灯1。

图3是图2的LED灯1的更详细的示意图，示出了均可用于LED灯1中的切换电路40的一个实施方式和镇流器保护电路10的一个实施方式的细节。

切换电路40

在该实施方式中，切换电路40包括实施为单独电路的四个感测电路41-44。第一感测电路41产生用于操作第一开关45的输出41a，第一开关45用于连接和断开第一电源电路50，以通过镇流器保护电路10向LED7提供电流。第二感测电路42(在该实施方式中，在开关模式电源30的内部电路中实现)产生输出，以启用或禁用开关模式电源30(例如，通过启用或禁用开关模式电源30的操作开关46)。第三感测电路43产生用于操作第三开关47的输出43a以连接或断开滤波电路20中的一个或多个部件。第四感测电路44产生用于操作镇流器保护电路10的开关48的输出44a。

开关45-48可以是任何类型的合适开关，例如，诸如继电器的机电式开关、或诸如晶体管、MOSFET等的半导体开关。应当注意的是，当涉及本说明书中描述的任何开关时，术语“打开”和“闭合”也应理解为分别表示“断开”和“导通”或者“禁用”和“启用”。

第一感测电路41提供用于控制第一开关45的操作的输出。当检测到LED灯1从电子镇流器接收电力时，当第一开关45闭合时，连接第一电源电路50以向LED7供电。第一开关45通过镇流器保护电路10将LED7直接连接到DC电源，即连接到DC电源线9。当第一开关45断开时，第一电源电路50断开。在一个实施方式中，第一开关45通常处于闭合位置，并且当第一感测电路41检测到LED灯1通过磁性镇流器或直接市电接收电力时，其输出使第一开关45断开，从而断开第一电源电路50。在另一个实施方式中，第一开关45通常处于断开位置，并且当第一感测电路41检测到LED灯1通过电子镇流器接收电力时，其输出使第一开关45闭合，从而第一电源电路50通过镇流器保护电路10连接至LED7。在本实施方式中，第一感测电路41在整流器的AC侧进行感测，以测量从照明设备2接收的AC电压的频率。因为频率在直接市电或磁性镇流器的相对较低频率与电子镇流器的相对较高频率之间变化很大，所以第一感测电路41可以容易地区分这些情况。尽管也可以感测电压，但是由于要测量的电压是浮动的，所以更困难。也可以在DC侧进行感测，但是需要更复杂的电路。

在该实施方式中，第二开关46是开关模式电源30的一部分，即，是电源中的产生开关输出以驱动LED7的开关。在本实施方式中，开关模式电源30包括第二感测电路42，以通过感测由开关模式电源30接收的电力的幅值或频率来启用或禁用开关模式电源30的工作。在一个实施方式中，第二感测电路42检测开关模式电源30的输入处的电压和/或流过开关模式电源30的电流，并且当开关模式电源30两端的电压或流过开关模式电源30的电流超过特定阈值时，产生输出以启动开关模式电源30的操作。例如，当开关模式电源30的输入电压在40-60V的范围内时，可以启动开关模式电源30的工作。

当闭合第一开关45以连接第一电源电路50同时向LED灯1供电时，开关模式电源30两端的电压和流过开关模式电源30的电流下降，并且感测电路42产生禁用开关模式电源30的工作的输出，并且开关46置于断开状态。当第一开关45断开同时向LED灯1供电时，开关模式电源30两端的电压和流过开关模式电源30的电流上升，并且感测电路42产生启用开关模式电源30的工作的输出。

当启用开关模式电源30时，以高频率(通常约50kHz)开关第二开关46，以产生输出用于驱动LED7。当禁用开关模式电源30时，第二开关46置于断开位置，使得开关模式电源30不向LED7供电(即，断开通过开关模式电源30的DC电源线9与LED7的连接)。在另一个实施方式中，开关模式电源30从切换电路40接收信号以启用或禁用开关模式电源30的工作。在另一实施方式中，设置有与开关模式电源30分开的额外开关，以连接或断开第二电源电路51(和开关模式电源30)。

第三感测电路43提供用于控制第三开关47的操作的输出。当第三开关47闭合时，连接滤波电路20并且用于滤波由开关模式电源30产生的EMI，并且当第三开关47断开时，滤波电路20的至少一些部件被断开或旁路。在一个实施方式中，第三开关47将滤波电路20连接至DC电源的两端(即，DC电源线9与整流器6的输出处的地(0V)之间)，以使滤波电路20能够滤除由开关模式电源30产生的EMI。当使用第一电源电路50(即，当LED灯1从电子镇流器接收电力时)并且不使用第二电源电路51时，第三开关47断开滤波电路20。这样做是因为滤波电路(连接在DC电源两端，在DC电源线9与地之间)中的前端电容可能通过将从电子镇流器供给的电流的高频分量(至少一些高频分量)旁路到地，而阻碍镇流器保护电路10的正确操作，也可能由于电流从LED7分流而导致系统效率的损失。该电容还可能在镇流器点火阶段期间导致与电子镇流器的一些设计的兼容性问题。一些电子镇流器通过使电流流过灯丝并感测返回电流以确认照明设备中安装有灯，从而在开始点火阶段之前感测其输出处是否存在灯。该小电流对滤波电路20的前端电容充电，镇流器将不会检测到返回电流，并且可能关闭。这将导致与这种镇流器一起使用LED灯1时兼容性差。开关47解决了这些问题。

在本实施方式中，第三感测电路43在整流器的DC侧进行感测，以测量供给至LED灯1的整流的DC电压的幅值。由于工作电压在直接市电或磁性镇流器的相对较高的峰值电压与电子镇流器的相对较低的电压(参照地(0V))之间变化很大，所以可以使用简单的电路来区分这些情况。这种设计使得能够使用简单且经济的电路。感测频率和/或在整流器的AC侧进行感测也是可能的，但导致电路更复杂。

在一个实施方式中，第三开关47在断开滤波电路10的情况下通常处于断开位置，并且当第三感测电路43检测到LED灯1通过磁性镇流器或直接市电接收电力时，其输出使第三开关47闭合，使得滤波电路20连接。在另一个实施方式中，第三开关47通常处于闭合位置，并且当第三感测电路43检测到LED灯1通过电子镇流器接收功率时，其输出使第三开关47断开，使得滤波电路20断开。第三开关47优选为电磁继电器，而不是诸如晶体管或MOSFET的半导体开关。继电器通常在闭合时具有非常低的阻抗，而半导体开关即使在接通时也具有相对较高的阻抗，例如几百毫欧。半导体开关的这种较高的“接通”阻抗导致来自电路的较高的EMI发射，通过使用继电器开关来避免此问题。

在一个实施方式中，将第一开关45的闭合延迟一小段时间(例如，几百毫秒)，以模拟荧光灯的点火行为。当接通LED灯1并且检测到电子镇流器向LED灯供电时，切换电路40将工作以连接第一电源电路50向LED7供电。然而，当从镇流器看的LED灯1的阻抗高时，在接通电子镇流器与闭合第一开关45之间施加短暂延迟会产生较短的时间段。该短延迟可以在第一感测电路41中实现，以在闭合第一开关45之前施加预定延迟。这模拟了在荧光灯管点火之前具有高阻抗的荧光灯的启动行为。该特征避免了带有电子镇流器的LED灯1操作时的问题，该电子镇流器设置为在启动时具有高负载阻抗，并且如果负载阻抗太低，则可能关闭或不稳定地工作。因此，该特征提高了LED灯1与电子镇流器的兼容性。

镇流器保护电路10

当LED灯1检测到由照明设备供给的电力是从电子镇流器供给时，滤波电路20和开关模式电源30被旁路，并且通过镇流器保护电路10向LED7供电。镇流器保护电路10作为与LED7串联布置的可变阻抗工作。当LED灯1汲取的电流或LED灯1两端的电压在预期范围内时，镇流器保护电路10的阻抗较低，但是当电流或电压超过阈值时，镇流器保护电路10的阻抗增加，从而增加了LED灯1的在照明设备2和向LED灯供电的镇流器5的输出两端的阻抗。当使用作为恒功率镇流器工作的某些类型的电子镇流器操作LED灯时，例如，通过增加电路中的阻抗而使这种镇流器的系统功率降低约15％，增加的阻抗减少了问题。

镇流器保护电路10可以在至少两个阻抗值之间切换，以便至少在低阻抗模式和高阻抗模式以及可选的其它模式(例如，在两个或更多个分立工作模式)下传导电流。可替代地，镇流器保护电路10可以包括可以连续地改变有效阻抗以在不同的阻抗值下传导电流的可变阻抗。

镇流器保护电路10与LED7串联连接，使得镇流器保护电路10的阻抗的变化将改变在照明设备2和镇流器5的输出两端显现的LED灯1的总阻抗。镇流器保护电路10根据由LED灯1汲取的电流和/或LED灯1两端的电压来改变阻抗。在该实施方式中，当从镇流器5汲取的电流和/或由镇流器5提供的电压超过预定阈值时，镇流器保护电路10设置为自动地从低阻抗模式切换到高阻抗模式，使得流过镇流器保护电路10和LED7的电流减小，从而减小从照明设备2汲取的电流，并且可以避免镇流器5的热失控和其它有害影响，并且可以增加镇流器5的寿命。

这样，即使当照明设备2配备有恒功率镇流器时，汲取低功率的LED灯1也可以安全地安装在为较高功率荧光灯设计的照明设备2中(例如，28W LED灯代替58W荧光灯管)。LED灯1的LED负载阻抗远低于荧光灯的负载阻抗。恒功率镇流器将试图保持设计输出功率(例如，58W)。镇流器负载(LED灯1)两端的输出电压将更低，并且镇流器将通过驱动更高的输出电流来做出反应，以保持恒定的输出功率水平。镇流器保护电路10设计为对较高的镇流器输出电流或电压作出反应，并且自动增加阻抗。从镇流器流出的电流流过镇流器保护电路10和LED7，并且保护电路10的阻抗的变化将影响镇流器输出上的总阻抗。LED灯1的总阻抗的增加增加了镇流器输出上的电压，并且减小了镇流器输出电流，以避免对镇流器的损坏。

镇流器保护电路10布置为测量电流和/或电压或者对电流和/或电压作出反应，其中，测量值的变化表示从镇流器汲取的总电流和/或LED灯1两端的电压的变化。镇流器保护电路10可以包括传感器(例如，电压或电流传感器)，或者可以使用在不同电流/电压值下具有不同特性的电气元件，或者当达到某一电流或电压阈值时反应或“跳闸”的电元件。

在图3的实施方式中，镇流器保护电路10包括布置为并联的阻抗11和第四开关48，它们一起形成可变阻抗。阻抗11可以是电感元件、电阻元件、有源元件或这些元件的任意组合。阻抗11优选为具有0.12mH至0.3mH间的电感(优选，0.18mH)的电感阻抗。第四开关48可以是熔断器或断路器元件，其将断路功能与感测流过第四开关48的电流的电流感测功能相结合，即，当流过熔断器或断路器的电流超过预定阈值时，熔断器熔断或断路器跳闸。可替代地，第四开关48可以是任何合适类型的开关，例如机电继电器或诸如晶体管或MOSFET的半导体开关，其由单独的第四感测电路44操作(断开/关断和闭合/接通)。

单独的第四感测电路44可以测量电流(表示由LED灯1从照明设备汲取的电流)和/或电压(表示从照明设备供给至LED灯1的电压)。在一个实施方式中，第四感测电路44包括有源感测组件(例如，设置有一个或多个运算放大器、和/或一个或多个晶体管、和/或一个或多个MOSFET、和/或微控制器或微处理器)，以监控从镇流器提取的电流和/或由镇流器供给的电压。第四开关48可以设计成一次性使用(例如，熔断器)或者可以是可复位的(例如，断路器)。也可以使用温度操作开关(例如，热开关)。

镇流器保护电路10可以布置为通过断开第四开关48，来从低阻抗模式切换至较高阻抗模式。在所示实施方式中，在低阻抗模式下，第四开关48闭合，并且阻抗11通过开关短路(旁路)。第四开关48的阻抗优选为低，使得在低阻抗模式下，镇流器保护电路10对镇流器5和LED灯1的操作具有可忽略不计的影响。在较高阻抗模式下(如图所示)，第四开关48断开，使得从镇流器5汲取的所有电流基本流过阻抗11。阻抗11具有足够大的阻抗，以增加LED灯1两端和镇流器5输出上的总阻抗，优选将阻抗增加至少20-30倍。作为示例，LED7的负载阻抗通常为几十欧姆，而镇流器保护电路10在高阻抗模式下增加大约100欧姆。

在优选实施方式中，低阻抗模式主要是电阻性的，并且优选地是默认工作模式，并且镇流器保护电路10布置为仅在测量的电流和/或电压的增加超过阈值时，才从低阻抗模式切换至较高阻抗模式。例如，当镇流器5是恒流镇流器时，这确保了LED灯1在低阻抗模式下工作。恒流镇流器通常具有自保护/自校正机构，以避免保持恒定电流的潜在问题。如果LED灯1的阻抗偏离通常的荧光灯管阻抗太多(例如，具有大的或复杂的诸如电感性或电容性的阻抗)，则存在镇流器将自动关闭或进入安全模式的风险。通过将LED灯1设计为默认地在低阻抗模式下工作，可以降低这种情况发生的风险。

在一个实施方式中，第四开关48或第四感测电路44布置为确定流过第四开关48的电流和/或第四开关48两端的电压是否超过预定阈值。

例如，当电流和/或电压低于阈值时(例如，当恒流镇流器连接到LED灯1时)，第四开关48保持闭合，使得镇流器保护电路10的有效阻抗具有由第四开关48的阻抗确定的数量级(低阻抗模式)。当电流/电压超过阈值时(例如，当镇流器是恒功率镇流器时，其相对于恒流镇流器可以产生例如两倍的镇流器的电流)，第四开关48断开，使得镇流器保护电路10的有效阻抗具有由阻抗11确定的数量级。因此，镇流器保护电路10从低阻抗模式切换至较高阻抗模式，以减少从镇流器汲取的电流，从而避免热失控。

图4是图3的LED灯1的替代实施方式。在本实施方式中，第三开关47与滤波电路20串联配置。当第三感测电路43检测到LED灯1从直接市电或磁性镇流器接收电力时，第三感测电路43提供用于闭合第三开关47的输出，以连接第二电源电路51，即，滤波电路20和开关模式电源30。许多类型的电子镇流器设计成在接通时执行内部诊断检查。当LED灯1从电子镇流器接收电力时，优选地，LED灯1向电子镇流器呈现高阻抗负载达足够长时间，以使镇流器执行内部诊断检查(即，类似于荧光灯管的初始高阻抗)。因此，在图4所示的实施方式中，在接通市电电源(具有或不具有镇流器)时，感测电路43优选地在至少75msec的时间段内具有至少2MOhm的阻抗。

图5是可用作图2和图3的LED灯1的实施方式的简化电路图。

滤波电路20包括：与开关模式电源30串联的电感L1、与电感并联的电阻R1、DC电源线9与地之间的电容C1、以及滤波电路20的输出与地之间的电容C2，两个电容均通过电磁继电器K1(用作第三开关47)接地。滤波电路20还包括通过继电器K1连接在DC电源线9与地之间的提供浪涌保护的金属氧化物变阻器MOV1。因此，当继电器K1打开(即，开关47断开)时，电容C1和C2以及浪涌保护器MOV1均断开，以避免在操作具有电子镇流器的LED灯1时出现问题。

通过第三检测电路43产生的信号来控制继电器K1。在该实施方式中，第三感测电路43用作电流感测电路，以根据通过变压器T1测量的开关模式电源30的输出电流来接通或关断继电器K1。这用作直接市电或磁性镇流器工作模式与电子镇流器工作模式之间的鉴别器。

开关模式电源30包括晶体管Q1(用作第二开关46)，其执行电源的开关功能，以产生用于驱动LED7的期望输出。通过串联连接的电阻R2、变压器T1和二极管D2连接晶体管Q1，以驱动LED7。由变压器T1的电感和电容C4来平滑开关模式电源30的开关输出。二极管D3用作续流，二极管D2用于将开关模式电源30与镇流器保护电路10和晶体管Q2(第一开关45)电断开。这使LED灯1的负载阻抗是电阻性的，并且提供与不同类型的镇流器的良好兼容性。对于电子镇流器，电阻R4用于在LED灯1关断之后对电容C4放电。晶体管Q1由微控制器控制，以提供所需的开关功能，从而产生用于驱动LED7所需的输出。微控制器还包括感测电路，用于感测电阻R2上的电压，以启用和禁用开关模式电源的工作。来自单独的感测电路的信号可用作微控制器的输入，以启用或禁用开关模式电源(例如，将晶体管Q1置于关断状态)。

晶体管Q2(用作第一开关45)与镇流器保护电路10串联连接。当晶体管Q2断开时，断开通过镇流器保护电路10向LED7的供电，并且当晶体管Q2导通时，连接通过镇流器保护电路10向LED7的供电。可通过上述第一感测电路41或执行感测功能的其他感测电路控制晶体管Q2。

镇流器保护电路10包括串联连接的二极管D4和晶体管Q3(用作第四开关48)，二极管D4和晶体管Q3与电感L2并联连接。当晶体管Q3断开时，电感L2的阻抗显现为与LED7串联，使得LED灯1上(即，DC电源线9与地之间)的阻抗包括添加到LED7的阻抗的电感L2的阻抗。当晶体管Q3导通时，电感L2被与晶体管Q3串联的二极管D4短路。由于在导通状态下二极管D4的正向阻抗和晶体管Q3上的阻抗均远小于电感L2的阻抗，所以通过有效地去除电感L2的阻抗来减小LED灯1上(即，DC电源线9与地之间)的阻抗。可通过上述第四感测电路44或执行感测功能的其他感测电路控制晶体管Q3。

在一些电子镇流器的设计中，镇流器在关灯后短时间内继续输出电力，特别是以电压尖峰、脉冲或电压尖峰或脉冲的突发(以下简称为突发)的形式继续输出功率。这些突发在镇流器驱动荧光灯时不会引起问题，但当用户关灯时可能导致LED灯产生闪光，这是不希望的。图5的实施方式包括附加电路，以在LED灯1与这种类型的电子镇流器一起使用时减少或避免这些闪光。

在该实施方式中，辅助电路60提供与LED7并联连接的导电路径，使得由突发产生的电流通过导电路径传导，以将LED7旁路。为了旁路突发电流，导电路径应具有比LED更低的阻抗。在此实施方式中，导电路径包括电容器C5。电容优选用于在高突发频率下提供低阻抗。电容器C5的电容优选为足够高以吸收突发电流，例如以避免在接收到突发时快速接近最大充电状态，并且足够低以使得电容器在突发之间的时间间隔期间充分放电，以便电容器可以吸收来自下一个突发电流。优选地，电容器C5具有在10μF-50μF范围内的电容。

当突发电压发生时，特别是在每个突发的峰值期间，电容器C5传导电流并且使LED7旁路。这样，仅一小部分突发电流或没有突发电流流过LED7，使得LED产生非常少的光或不产生光。因此，可以避免或减少由突发引起的闪光。

在所示的实施方式中，辅助电路60布置为在突发之间的时间间隔期间(通常在从1毫秒到300毫秒的范围内)使电容器C5放电。当电容器C5充电至二极管D6的阈值电压以上时，电阻R5和齐纳二极管D6导通以使电容器C5放电，并且二极管D5防止电容器C5通过LED7放电，这会产生闪光。

虽然上文结合具体实施方式描述了本发明的原理，但是，应当理解的是，该描述仅作为示例做出，而不作为对本发明范围的限制，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.一种适用于照明设备(2)的LED灯(1)，所述LED灯适于从所述照明设备(2)接收电力并包括：

一个或多个LED(7)；

第一电源电路(50)，包括包含阻抗(11)的镇流器保护电路(10)，所述第一电源电路(50)能够连接以从所述照明设备(2)接收电力，并且通过所述镇流器保护电路(10)向所述一个或多个LED(7)供应电力；

第二电源电路(51)，包括滤波电路(20)和开关模式电源(30)，所述第二电源电路(51)能够连接以从所述照明设备(2)接收电力，并且通过所述开关模式电源(30)向所述一个或多个LED(7)供应电力；以及

切换电路(40)，连接所述切换电路(40)以用于感测从所述照明设备(2)接收的电力，并且根据从所述照明设备(2)接收的电力指示电力是通过磁性镇流器、作为恒流镇流器工作的电子镇流器、作为恒功率镇流器工作的电子镇流器还是不通过镇流器提供而在多个工作模式之间进行切换，

其中，所述多个工作模式包括：

第一工作模式，其中，连接所述第二电源电路(51)以向所述一个或多个LED供电，并且未连接所述第一电源电路(50)以不向所述一个或多个LED供电，使得所述开关模式电源(30)以工作频率工作，并且所述滤波电路(20)被连接以对由所述开关模式电源(30)产生的噪声进行滤波；以及

第二工作模式，其中，连接所述第一电源电路(50)以向所述一个或多个LED供电，并且未连接所述第二电源电路(51)以不向所述一个或多个LED供电，使得所述开关模式电源(30)断开或不工作，并且所述滤波电路(20)断开。

2.根据权利要求1所述的LED灯，其中，当所述切换电路(40)检测到从所述照明设备(2)接收的电力是通过磁性镇流器提供或不通过镇流器提供时，所述切换电路(40)适于切换至所述第一工作模式。

3.根据权利要求1所述的LED灯，其中，当所述切换电路(40)检测到从所述照明设备(2)接收的电力是通过电子镇流器提供时，所述切换电路(40)适于切换至所述第二工作模式。

4.根据权利要求1所述的LED灯，其中，在所述第二工作模式下，所述开关模式电源(30)不工作并且所述滤波电路(20)断开。

5.根据权利要求1所述的LED灯，其中，在所述第二工作模式下，当连接所述镇流器保护电路(10)以向所述一个或多个LED供电时，如果从所述照明设备(2)接收的电力是通过作为恒功率镇流器工作的电子镇流器提供的，则所述阻抗(11)与所述LED(7)串联连接。

6.根据权利要求1所述的LED灯，其中，在所述第二工作模式下，当连接所述镇流器保护电路(10)以向所述一个或多个LED供电时，如果从所述照明设备(2)接收的电力是通过作为恒流镇流器工作的电子镇流器提供的，则所述阻抗(11)被旁路。

7.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述切换电路(40)包括：第一感测电路(41)，适于产生用于操作第一开关(45)的第一输出信号(41a)，其中，所述第一开关布置为连接所述第一电源电路(50)以通过所述镇流器保护电路(10)向所述一个或多个LED(7)供电。

8.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述切换电路(40)包括：包含于所述开关模式电源(30)中的第二感测电路(42)，其中，所述第二感测电路(42)适于感测供应至所述开关模式电源(30)的电压或电流，并且根据所感测的电压或电流来操作第二开关(46)。

9.根据权利要求8所述的LED灯，其中，当由所述开关模式电源(30)接收的电压或电流超过预定阈值时，所述第二感测电路(42)使所述开关模式电源(30)操作。

10.根据权利要求8或9所述的LED灯，其中，当所述LED灯(1)从所述照明设备(2)接收操作电力并且所述第一电源电路(50)未连接时，所述第二感测电路(42)使所述开关模式电源(30)操作。

11.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述切换电路(40)包括：第三感测电路(43)，适于产生用于操作第三开关(47)的第三输出信号(43a)，所述第三开关布置为当启用所述第一电源电路(50)以向所述一个或多个LED(7)供电时，断开所述滤波电路(20)。

12.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述切换电路(40)包括：第四感测电路(44)，适于产生用于操作第四开关(48)的输出信号(44a)，所述第四开关布置为使所述阻抗(11)旁路。

13.根据权利要求12所述的LED灯，其中，所述第四开关(48)布置为当感测的电压或电流超过预定阈值时，将所述镇流器保护电路(10)从低阻抗模式切换至高阻抗模式。

14.根据权利要求1所述的LED灯，其中，所述阻抗(11)具有在0.12mH与0.3mH之间的电感阻抗，优选为0.18mH的电感阻抗。

15.根据权利要求1所述的LED灯，还包括：辅助电路(60)，限定与所述一个或多个LED(7)并联连接的导电路径，其中，所述辅助电路(60)包括：布置为旁路来自所述LED(7)的突发电流的所述导电路径中的电容器(C5)，并且还包括用于使所述电容器(C5)不通过所述LED(7)放电的电路。

16.根据权利要求11所述的LED灯，其中，所述第三感测电路(43)在从所述照明设备(2)接收电力时，在至少75msec的时间段内具有至少2MOhm的阻抗。