CN204465938U - 三相交流电源用led照明装置及led照明系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种三相交流电源用LED照明装置及LED照明系统。更具体地讲，公开了一种利用通过对三相交流电源进行全波整流而输出在最小电压电平以上的范围内进行脉动的整流电压的三相整流单元，从而能够与三相交流电源直接连接而被依次驱动的三相交流电源用LED照明装置及包括该装置的照明系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三相交流电源用LED照明装置及LED照明系统，更具体地讲，涉及一种与三相交流电源直接连接而能够被依次驱动的三相交流电源用LED照明装置及包括该装置的LED照明系统。
背景技术
LED驱动通常为直流驱动方式。对于直流驱动方式而言，必然需要SMPS等AC-DC转换器，这样的电源转换器存在如下问题：使照明设备的制造成本上升，难以实现照明设备的小型化，使照明设备的能源效率降低，并且因短寿命而使照明设备的寿命缩短。
为了解决这样的直流驱动方式的问题，提出了一种LED的交流驱动方式。然而，当前使用的交流驱动LED照明装置是单相二线制交流电源用LED照明装置。即，三相交流电源是通过三个或者四个电源线(R、S、T三个火(live)线及一个N中性(neutral)线)来供应各自具有120度相位差的交流电源的方式，通常用作需要大电力的电力输送(输配电)系统或者产业用大容量设备的电力供应源。实际上，对于通常在家庭或是办公室使用的交流LED照明装置而言，因电力使用量小而不使用三相交流电源，而是将给家里或办公室内供应的单相二线制交流电源用作电力供应源。然而，由于LED照明装置的优点(即，环保的照明元件、电力消耗低等)而呈现出LED照明装置的应用领域逐渐扩大的趋势，据此对于三相交流电源用LED照明装置的需求性正在逐渐增加。尤其是，作为诸如设置于室外的隧道灯、照明灯的户外照明装置，对于LED照明装置的需求正在急剧增加。
虽然存在这样的需求性，但能够与当前三相交流电源直接连接而使用的有效的三相交流电源用LED照明装置还未被开发。图1a是根据现有技术的三相交流电源用LED照明装置的构成框图，图1b是构成图1a所示的根据现有技术的三相交流电源用LED照明装置的AC LED模块的概略性的构成框图。如图1a所示，根据现有技术的三相交流电源用LED照明装置由分别与三相四线制交流电源的RN、SN、TN的各个相电压连接的三个AC LED模块100a～100c构成。此外，如图1b所示，分别与三相四线制交流电源的两个电源线连接的根据现有技术的AC LED模块100可包括过载保护单元110、单相二线制交流电源整流单元120、第一LED组132至第四LED组138及LED驱动控制单元140。根据这样的现有技术的AC LED模块100为与单相二线制交流电源用LED照明装置的构成相同的构成，并且根据相同的控制方式随着整流电压的增减而被依次驱动。这是因为，如图1a所示，由于AC LED模块100与R相电源线及N相电源线连接，或者与S相电源线及N相电源线连接，或者与T相电源线及N相电源线连接，因此实质上与单相二线制交流电源连接。即，图1a及图1b所示的根据现有技术的三相交流电源用LED照明装置不是真正意义上的三相交流电源用LED照明装置。此外，对于根据现有技术的LED照明装置而言，由于R相、S相及T相各相之间具有120度的相位差，因此第一AC LED模块100a、第二AC LED模块100b及第三AC LED模块100c依次工作。即，在三相交流电源的整个周期内总有一个以上的ACLED模块会工作，并且可期待LED光源连续被点灯的效果。因这样的三相交流电源的特性而会产生AC LED模块100a～100c中的多个AC LED模块一起被点灯的重叠发光区间，并且在这样的重叠发光区间以内有多个LED模块一起发光，因此存在发生光输出与平均光输出相比变大的现象的问题。这样的光输出偏差可用被称作频闪百分比(Percent Flicker)的数值来表示。频闪百分比是指使预定时间内的最小光量和最大光量数值化的指标。这样的频闪百分比可通过100×(最大光量-最小光量)/(最大光量+最小光量)来算出，这样的频闪百分比越接近于100％，表明LED照明装置的照明品质越差。因此，对于图1a及图1b所述的根据现有技术的三相交流电源用LED照明装置而言，存在频闪百分比性能差的问题。此外，对于图1a及图1b所示的根据现有技术的三相交流电源用LED照明装置而言，存在AC LED模块应为三个以上的问题。
图2是根据另一现有技术的三相交流电源用LED照明装置的构成框图。如图2所示，根据另一现有技术的三相交流电源用LED照明装置可包括三相交流电源用整流单元150、DC-DC转换器160及LED模块170。根据另一现有技术的三相交流电源用整流单元150被构成为通过对与三相交流电源连接而被输入的三相交流电源进行全波整流来生成并输出在预定电压以上的范围内进行脉动(pulsing)的整流电压。DC-DC转换器160将高电压的整流电压降压(step-down)并稳定化为LED模块170所需的直流电压而供应给LED模块170，LED模块170将从DC-DC转换器160输入的直流电压作为驱动电压得到驱动。图2所示的这样的三相交流电源用LED照明装置只是将输入电源用作三相交流电源而已，实质上还是存在与DC LED照明装置相同的构成及工作特性的问题。即，由于包括DC-DC转换器160，因此也具有以往的直流驱动方式的LED照明装置所具有的问题，即，使照明设备的制造成本上升，难以实现照明设备的小型化，使照明设备的能源效率降低，并且因短寿命而使照明设备的寿命缩短。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述现有技术中的问题。
本实用新型的目的在于，提供一种与三相交流电源直接连接而能够被依次驱动的三相交流电源用LED照明装置及LED照明系统。
本实用新型的另一目的在于，提供一种在对现有的单相二线制交流电源用LED驱动集成电路(IC)的设计不进行大幅变更的情况下与三相交流电源直接连接而能够被依次驱动的三相交流电源用LED照明装置及LED照明系统。
此外，本实用新型的另一目的在于，提供一种能够充分保护LED驱动IC不受三相交流电源的高电压的影响的三相交流电源用LED照明装置及LED照明系统。
此外，本实用新型的另一目的在于，提供一种利用三相交流电源的特性来改善光频闪性能的三相交流电源用LED照明装置及LED照明系统。
用于实现如上所述的本实用新型的目的并实现后述的本实用新型的特有的效果的本实用新型的特定构成如下。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种三相交流电源用LED照明装置，包括：三相整流单元，连接于三相交流电源而对接收的三相交流电压进行全波整流，并且将经全波整流的整流电压提供给LED发光单元；LED发光单元，包括第一LED组至第n LED组(n是2以上的正整数)，并且从所述三相整流单元接收所述整流电压来发光；LED驱动控制单元，根据所述整流电压的电压电平来控制所述第一LED组至所述第n LED组的依次驱动，并且对各个工作区间各自的LED驱动电流进行恒定电流控制而将各个工作区间各自的LED驱动电流控制为预先设定的LED驱动电流值，其中，所述整流电压为在最小电压电平与最大电压电平之间脉动(pulsing)的脉动电压。
优选地，所述第一LED组的正向电压电平可被设计为所述整流电压的最小电压电平以下。
优选地，构成所述第一LED组的LED的数量可被设计为所述第一LED组至所述第n LED组的总的LED数量的50％至90％之间。
优选地，所述LED驱动控制单元可从第一段工作区间到第n段工作区间为止随着工作区间的增加而使所述LED驱动电流增加。
优选地，所述LED驱动控制单元可使所述LED驱动电流从第一段工作区间到第n段工作区间为止均维持预定的值。
优选地，所述三相交流电源用LED照明装置还可包括：电压检测单元，位于所述三相整流单元的输出端与所述LED驱动控制单元之间，并且检测从所述三相整流单元输出的所述整流电压的电压电平，并将检测到的整流电压的电压电平输出到所述LED驱动控制单元；电流检测单元，位于所述三相整流单元的输出端与所述LED驱动控制单元之间，并且检测从所述三相整流单元输出的所述整流电压的电流电平，并将检测到的整流电压的电流电平输出到所述LED驱动控制单元。
优选地，所述三相交流电源用LED照明装置还可包括恒定电压电路，该恒定电压电路位于所述三相整流单元的输出端与所述LED驱动控制单元的电源输入端之间，并且将从所述三相整流单元输出的所述整流电压降压(step-down)为预先设定的恒定电压并输出到所述LED驱动控制单元的电源输入端。
优选地，所述三相交流电源用LED照明装置还可包括通信单元，该通信单元从外部照明控制系统接收控制命令，并且将所述三相交流电源用LED照明装置的工作状态信息发送至所述外部照明控制系统，其中，所述LED驱动控制单元可根据接收到的所述控制命令来控制所述第一LED组至所述第nLED组的工作，并且判断所述三相交流电源用LED照明装置的工作状态来生成工作状态信息，并将生成的工作状态信息输出到所述通信单元。
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种三相交流电源用LED照明系统，包括：并联连接于三相交流电源的第一LED照明装置至第m LED照明装置(m是2以上的正整数)，其中，所述第一LED照明装置至所述第m LED照明装置为以上记载的三相交流电源用LED照明装置中的一个三相交流电源用LED照明装置。
优选地，所述第一LED照明装置至所述第m LED照明装置中的每一个LED照明装置还包括用于接收控制命令并发送工作状态信息的通信单元，三相交流电源用LED照明系统还可包括通信接口模块，该通信接口模块从外部照明控制系统接收控制命令并发送至所述第一LED照明装置至所述第mLED照明装置中的每一个LED照明装置的所述通信单元，并且从所述第一LED照明装置至所述第m LED照明装置中的每一个LED照明装置接收工作状态信息而将所述第一LED照明装置至所述第m LED照明装置中的每一个LED照明装置的工作状态信息发送至所述外部照明控制系统的通信单元。
根据本实用新型的优选的一个实施例，可带来能够与三相交流电源直接连接而被依次驱动的效果。
此外，根据本实用新型，可带来在对现有的单相二线制交流电源用LED驱动IC的设计不进行大幅变更的情况下与能够三相交流电源直接连接而被依次驱动的效果。
此外，根据本实用新型，可带来能够充分保护LED驱动IC不受三相交流电源的高电压的影响的效果。
此外，根据本实用新型，可带来利用三相交流电源的特性来改善频闪性能的效果。
附图说明
图1a是根据现有技术的三相交流电源用LED照明装置的构成框图。
图1b是构成图1a所示的根据现有技术的三相交流电源用LED照明装置的AC LED模块的概略性的构成框图。
图2是根据另一现有技术的三相交流电源用LED照明装置的构成框图。
图3a是根据本实用新型的优选的一个实施例的三相交流电源用LED照明装置的构成框图。
图3b是图3a所示的三相整流单元的构成框图。
图4是图3a所示的AC LED模块的构成框图。
图5是示出图3a至图4所示的三相交流电源用LED照明装置的整流电压及LED驱动电流的关系的波形图。
图6是包括根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置的LED照明系统的构成框图。
具体实施方式
参照将本实用新型能够实施的特定实施例作为示例而示出的附图针对本实用新型进行详细说明。在本说明书中详细描述这些实施例，以使本领域技术人员能够充分地实施本实用新型。应该理解的是，虽然本实用新型的各种实施例是彼此不同，但是没有必要彼此对立。例如，在不脱离与一个实施例相关的本实用新型的构思和范围的情况下，这里记载的特定形状、结构和特性可以在另一实施例中实现。此外，应该理解，在不脱离本实用新型的构思和范围的情况下，可改变每个公开的实施例中的各个构成要素的位置和布置。因此，后述的详细说明不应被解释为限制性的含义，只要能够适当地描述本实用新型的范围，则由权利要求及其等同物限定。在附图中，相似附图标号表示各个方面的相同或相似功能。
以下，将参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，以使本领域技术人员可容易实施本实用新型。
[本实用新型的实施例]
在本实用新型的实施例中，术语“LED组”表示多个LED(或多个发光单元)被串联/并联/串并联连接并根据LED驱动模块的控制而作为一个单元得到控制(即，多个LED一起被点灯/熄灭)的多个LED的集合。
此外，术语“第一正向电压电平Vf1”表示可驱动第一LED组的阈值电压电平，术语“第二正向电压电平Vf2”表示可驱动串联连接的第一LED组和第二LED组的阈值电压电平(即，将第一LED组的正向电压电平与第二LED组的正向电压电平相加的电压电平)，术语“第三正向电压电平Vf3”表示可驱动串联连接的第一LED组至第三LED组的阈值电压电平。即，“第n正向电压电平Vfn”表示可驱动串联连接的第一LED组至第n LED组的阈值电压电平(即，将第一LED组的正向电压电平至第n LED组的正向电压电平全部相加的电压电平)。
此外，术语“基于驱动电压检测的依次驱动方式”或者“基于驱动电压检测的多级驱动方式”表示这样的驱动方式：在接收大小随时间发生变化的输入电压来驱动LED的LED驱动模块中，根据施加的输入电压的增加而使多个LED组依次发光，并且根据施加的输入电压的减小而使多个LED组依次熄灭。此外，术语“基于驱动电流检测的依次驱动方式”或者“基于驱动电流检测的多级驱动方式”表示这样的驱动方式：在接收大小随时间发生变化的输入电压来驱动LED的LED驱动模块中，根据流经LED发光单元或与LED发光单元连接的恒定电流开关的LED驱动电流的增减来依次点灯及熄灭构成LED发光单元的多个LED组。此外，与是否为驱动电压检测方式或者驱动电流检测方式无关，对于依次驱动方式或者多级驱动方式而言，第一段工作区间表示仅由所述第一LED组发光的工作区间，第二段工作区间表示仅由所述第一LED组及所述第二LED组发光的工作区间，类似地，第n段工作区间表示由所述第一LED组至所述第n LED组全部发光的工作区间。
此外，为了表示本实用新型中的任意的特定电压、特定时间点、特定温度等而使用的V1、V2、V3、…、t1、t2、….、T1、T2、T3等术语是为了相互区分而使用的相对值，而不是为了表示绝对值而使用的值。
三相交流电源用LED照明装置500的概括
在说明具体的构成及功能之前，对于根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500的主要技术特征进行说明。三相交流电源的最大优点中的一个是，在使用三相全波整流电路时，在没有额外的滤波电容器的情况下可获得与直流(dc)非常类似的整流电压Vrec。即，从三相交流电源的特性来看，三相交流电源在持有120度相位差的情况下进行输入，因此如果对其进行整流，则获得在最小电压电平(例如，460V左右)与最大电压电平(例如，530V左右)之间脉动(pulsing)的整流电压Vrec。因此，如果好好利用这样的三相交流电源的特性，则可以有效地去除依次驱动方式的LED照明装置的非发光区间，根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500被构成为利用这样的三相交流电源的特性。此外，根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500被构成为可利用这样的三相交流电源的特性来改善频闪性能。只是，在将这样的三相交流电源用作电源时应注意如下方面。由于这样的三相交流电源通常具有比在交流LED照明装置中作为电源而使用的单相二线制交流电源大很多的电压电平，因此在直接利用曾使用于单相二线制交流电源的LED驱动IC及周围电路时应注意LED发光元件及/或LED驱动IC因过电压及/或过电流而被损坏的危险性大。因此，根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500被构成为充分保护LED发光单元及LED驱动IC免受这样的过电压及/或过电流的影响。
以下，参照示出具体体现这样的技术特征的实施例的图2a至图6，对根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500的构成和功能进行说明。
三相交流电源用LED照明装置500的构成及功能
图3a是根据本实用新型的优选的一个实施例的三相交流电源用LED照明装置的构成框图，图3b是图3a所示的三相整流单元的构成框图。以下，参照图3a及图3b，对于根据本实用新型的一个实施例的三相交流电源用LED照明装置500进行概括地说明。
如图3a所示，根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500可包括过载保护单元200、三相整流单元210及AC LED模块300。
过载保护单元200位于三相交流电源与三相整流单元210之间并且执行保护三相整流单元210及AC LED模块300免受过电压及/或过电流的影响。这样的过载保护单元200可包括EMI滤波器、压敏电阻等公知的多种过载保护元件及/或过载保护电路，并且采用已公知的技术，因此省略更详细的说明。
三相整流单元210通过对输入的三相交流电压进行全波整流来输出整流电压Vrec。如图3b所示，根据本实用新型的三相整流单元210可由第一二极管D1至第六二极管D6构成。三相整流单元210的构成本身采用已公知的技术，因此省略更详细的说明。
此外，如上所述，从三相整流单元210输出的整流电压Vrec具有在最小电压电平与最大电压电平之间脉动的脉动波形，这样的整流电压Vrec被供应给AC LED模块300作为驱动电压。
AC LED模块300接收从三相整流单元210输出的整流电压Vrec作为驱动电压，并且根据整流电压Vrec的电压电平被依次驱动。以下，参照图4及图5，对于根据本实用新型的一个实施例的AC LED模块300的具体构成及功能进行详细说明。
AC LED模块300的构成及功能
图4是图3a所示的AC LED模块的构成框图。参照图4，对于根据本实用新型的一个实施例的AC LED模块300的构成及功能进行详细说明。
如图4所示，根据本实用新型的一个实施例的AC LED模块300可包括LED发光单元400及LED驱动IC 330。
首先，LED发光单元400可由多个LED组构成，LED发光单元400所包含的多个LED组根据整流电压Vrec的电压电平基于LED驱动IC 330的控制而依次发光，并且依次熄灭。虽然图4示出了包括第一LED组410、第二LED组420、第三LED组430及第四LED组440的LED发光单元400，但是本领域技术人员应该理解，根据需要LED发光单元400所包含的LED组的数量及/或各个LED组所包含的LED的数量可多样地变更。只是，以下，为了便于说明和理解，以LED发光单元400由四个LED组构成的实施例为基准进行说明，但本实用新型不限于此。例如，LED发光单元400可由第一LED组410至第三LED组430的三个LED组构成，并且只要原封不动地包含本实用新型的技术要点，则属于本实用新型的权利范围，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
此外，根据实施例的构成，第一LED组410至第四LED组440可分别具有彼此不同的正向电压电平。例如，在第一LED组410至第四LED组440分别包括彼此不同的数量的LED元件的情况下，或者在第一LED组410至第四LED组440各自具有不同的方式的串联或并联或串并联的连接关系时，第一LED组410至第四LED组440会具有彼此不同的正向电压电平。当然，第一LED组410至第四LED组440的全部或者一部分可具有相同的正向电压电平。
更优选地，根据本实用新型的第一LED组410可具有整流电压Vrec的最小电压电平以下的正向电压电平。即，可使LED发光单元400构成为LED发光单元400的第一正向电压电平Vf1为整流电压Vrec的最小电压电平以下。在通过这种方式构成LED发光单元400的情况下，由于在整流电压Vrec的全区间以内第一LED组410继续维持发光状态，因此三相交流电源用LED照明装置500的非发光区间会消失，据此根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500的频闪性能(闪烁指数(flicker index)及频闪百分比)可得到改善。
此外，优选地，可将第一LED组410至第四LED组440构成为，构成根据本实用新型的第一LED组410的LED的数量为构成第一LED组410至第四LED组440的总的LED数量的50％至90％之间。例如，可将第一LED组410至第四LED组440构成为使“第一LED组410的LED的数量：第二LED组420的LED的数量：第三LED组430的LED的数量：第四LED组440的LED的数量＝18：1；1：1”的关系成立。由于LED发光单元400的光输出与在各个工作区间发光的LED的数量成比例关系，因此在通过这种方式构成LED发光单元400的情况下，在整流电压Vrec的所有区间持续发光的第一LED组410的LED数量增加，从而可减小各个工作区间之间的光输出偏差，并且据此可改善根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500的频闪性能。
根据本实用新型的LED驱动IC 330根据输入的整流电压Vrec的电压电平来控制第一LED组410至第四LED组440的依次驱动。如上所述，根据本实用新型的LED驱动IC 330可根据“基于驱动电压检测的依次驱动方式”或者“基于驱动电流检测的依次驱动方式”中的一种方式来控制第一LED组410至第四LED组440的依次驱动。“基于驱动电压检测的依次驱动方式”是指这样的驱动方式：直接检测LED驱动IC 330接收的驱动电压(即，整流电压Vrec)的电压电平，并且基于检测出的整流电压Vrec的电压电平来控制第一恒定电流开关CS1至第四恒定电流开关CS4以控制第一LED组410至第四LED组440的依次驱动。相反，“基于驱动电流检测的依次驱动方式”是指这样的驱动方式：不是直接检测LED驱动IC 330接收的驱动电压(即，整流电压Vrec)的电压电平，而是检测流经LED发光单元400的LED驱动电流，由此判断整流电压Vrec的电压电平，并且根据判断出的整流电压Vrec的电压电平来控制第一恒定电流开关CS1至第四恒定电流开关CS4以控制第一LED组410至第四LED组440的依次驱动。
此外，如上所述，由于从三相交流电源被整流而生成的整流电压Vrec的电压电平比从单相二线制交流电源被整流而生成的整流电压的电压电平大很多，因此根据本实用新型的AC LED模块300可包括用于保护AC LED模块300免受过电压及过电流的影响的额外的保护单元310。如图4所示，为了执行这样的功能，AC LED模块300还可包括电压检测单元312及电流检测单元314。
根据本实用新型的电压检测单元312位于三相整流单元210的输出端与LED驱动IC 330之间，并且被构成为检测从三相整流单元210输出的整流电压Vrec的电压电平并将其输出到LED驱动IC 330。类似地，根据本实用新型的电流检测单元314位于三相整流单元210的输出端与LED驱动IC 330之间，并且被构成为检测从三相整流单元210输出的整流电压Vrec的电流电平并将其输出到LED驱动IC 330。根据本实用新型的LED驱动IC 330可监控从电压检测单元312输入的整流电压Vrec的电压电平及从电流检测单元314输入的整流电压Vrec的电流电平，并且在被施加过电压或者被施加过电流的情况下中断LED驱动IC 330的工作，从而保护AC LED模块300免受过电压及过电流的影响。
为了执行如上所述的功能，根据本实用新型的LED驱动IC 330可包括保护电路342。根据本实用新型的保护电路342可主要执行两个功能。第一，根据本实用新型的保护电路342接收从设置于LED驱动IC 330内部的温度传感器(未示出)输出的温度信息，并且根据输入的温度信息而在当前检测到的LED驱动IC 330的内部温度为预先设定的温度(例如，150℃，即，恒定电流开关CS1至CS4的Tj值)以上的情况下中断LED驱动IC 330的工作。第二，根据本实用新型的保护电路342可在从如上所述的电压检测单元312输入的电压电平为预先设定的电压电平以上的情况下或者从电流检测单元314输入的电流电平为预先设定的电流电平以上的情况下中断LED驱动IC330的工作。
此外，考虑到如上所述的相对高电压的三相交流电源的特性，根据本实用新型的AC LED模块300还可包括恒定电压电路320。如图4所示，根据本实用新型的一个实施例的恒定电压电路320由第一电阻R1、第一稳压二极管(Zener diode)D1及第一电容器C1构成，并且被构成为使从三相整流单元210输入的整流电压Vrec的电压电平一次性降压(step-down)。当然，除此之外，可根据需要来采用多种公知的恒定电压电路中的一个。根据恒定电压电路320而电压被降压的整流电压Vrec被供应给LED驱动IC 330的内部电源单元344，内部电源单元344利用所述整流电压Vrec来生成用于驱动LED驱动IC 330的内部电源并供应给构成要素。
此外，除如上所述的保护电路342及内部电源单元344之外，根据本实用新型的一个实施例的LED驱动IC 330还可包括LED驱动控制单元340、第一恒定电流开关CS1至第四恒定电流开关CS4、调光控制单元346、LED驱动电流设定单元348及通信单元350。
根据本实用新型的LED驱动控制单元340判断接收的整流电压Vrec的电压电平，并且根据判断出的整流电压Vrec的电压电平来控制第一恒定电流开关CS1至第四恒定电流开关CS4以控制第一LED组410至第四LED组440的依次驱动。更具体地讲，在整流电压Vrec的电压电平为第一正向电压电平Vf1以上且小于第二正向电压电平Vf2的区间(第一段工作区间)，LED驱动控制单元340接通第一恒定电流开关CS1来连接第一电流路径P1以控制只有第一LED组410发光。类似地，在整流电压Vrec的电压电平为第二正向电压电平Vf2以上且小于第三正向电压电平Vf3的区间(第二段工作区间)，LED驱动控制单元340接通第二恒定电流开关CS2来连接第二电流路径P2以控制第一LED组410及第二LED组420发光。此外，在整流电压Vrec的电压电平为第三正向电压电平Vf3以上且小于第四正向电压电平Vf4的区间(第三段工作区间)，LED驱动控制单元340接通第三恒定电流开关CS3来连接第三电流路径P3以控制第一LED组410至第三LED组430发光。最后，在整流电压Vrec的电压电平为第四正向电压电平Vf4以上的区间(第四段工作区间)，LED驱动控制单元340接通第四恒定电流开关CS4来连接第四电流路径P4以控制第一LED组410至第四LED组440全部发光。此时，根据本实用新型的LED驱动控制单元340控制第一恒定电流开关CS1至第四恒定电流开关CS4来按工作区间将LED驱动电流分别恒定电流控制为预先设定的值。在一个实施例中，为了改善功率因数及改善总谐波失真(Total Harmonic distortion：THD)，根据本实用新型的LED驱动控制单元340可对LED驱动电流ILED进行恒定电流控制而使LED驱动电流ILED的值从第一段工作区间到第四段工作区间依次增加，以使LED驱动电流ILED接近于接收的整流电压Vrec的波形。即，LED驱动控制单元340可被构成为按各个工作区间控制LED驱动电流以使“第一LED驱动电流ILED1＜第二LED驱动电流ILED2＜第三LED驱动电流ILED3＜第四LED驱动电流ILED4”的关系成立。然而，对于这样的实施例，虽然具有改善功率因数及总谐波失真的效果，但是存在频闪性能变差的问题。即，随着从第一段工作区间进行到第四段工作区间，发光的LED的数量逐渐增加，与此同时LED驱动电流ILED也一同增加，因此各个工作区间之间的光输出偏差变大，并且据此频闪性能变差。为了解决这样的问题，在本实用新型的另一个实施例中，根据本实用新型的LED驱动控制单元340可对LED驱动电流ILED进行恒定电流控制而使LED驱动电流ILED在从第一段工作区间到第四段工作区间均维持预定的值。此外，在本实用新型的又一个实施例中，根据本实用新型的LED驱动控制单元340也可构成为对LED驱动电流ILED进行恒定电流控制而使LED驱动电流ILED的值从第一段工作区间到第四段工作区间依次减小。在这种情况下，“第四LED驱动电流ILED4＜第三LED驱动电流ILED3＜第二LED驱动电流ILED2＜第一LED驱动电流ILED1”的关系成立。在这样的实施例中，由于LED的光输出与LED驱动电流成比例，因此可使各个工作区间之间的LED光输出偏差减小，从而可期待改善频闪性能的效果。
此外，根据本实用新型的第一恒定电流开关CS1至第四恒定电流开关CS4可根据LED驱动控制单元340的控制被接通或断开，并且可构成为对流经各个恒定电流开关的LED驱动电流ILED进行恒定电流控制。这样的第一恒定电流开关CS1至第四恒定电流开关CS4可利用多种公知的技术来实现。例如，根据本实用新型的第一恒定电流开关CS1至第四恒定电流开关CS4中的每个可包括：用于检测电流的感应电阻(sensing resistor)；用于比较标准电流值与当前检测到的电流值的差分放大器；开关元件，根据差分放大器的输出来控制路径的连接，并且构成为在路径被连接的情况下将流经路径的LED驱动电流值控制为恒定电流。此外，构成恒定电流开关的开关元件可由双极型晶体管(BJT：bipolar junction transistor)、场效应晶体管(FET：field effect transistor)等公知的多种电子式开关元件中的一个来实现。
此外，根据本实用新型的LED驱动电流设定单元348可利用与LED驱动IC 330的Rset端连接的第二电阻R2来执行设定标准LED驱动电流ILEDref值的功能。此时，第二电阻R2可由可变电阻构成，据此，可被构成为如果第二电阻R2的电阻值增加，则标准LED驱动电流ILEDref增加，如果第二电阻R2的电阻值减小，则标准LED驱动电流ILEDref减小。在这样的实施例中，各个工作区间各自的LED驱动电流ILED可以以标准LED驱动电流ILEDref的预定比例来设定。例如，在LED驱动控制单元340按各个工作区间控制LED驱动电流以使“第一LED驱动电流ILED1＜第二LED驱动电流ILED2＜第三LED驱动电流ILED3＜第四LED驱动电流ILED4”的关系成立的实施例中，第一LED驱动电流ILED1可被设定为通过第二电阻设定的标准LED驱动电流ILEDref的30％，第二LED驱动电流ILED2可被设定为标准LED驱动电流ILEDref的50％，第三LED驱动电流ILED3可被设定为标准LED驱动电流ILEDref的75％，第四LED驱动电流ILED4可被设定为标准LED驱动电流ILEDref的95％，由此受到恒定电流控制。
此外，根据本实用新型的调光控制单元346可被构成为根据通过LED驱动IC 330的ADIM端输入的ADIM信号(可以是模拟直流电压)来判断调光等级，并且根据判断出的调光等级来控制LED驱动电流ILED的值，从而执行对于LED发光单元400的调光控制。即，在调光等级为60％的情况下，调光控制单元346可将LED驱动电流ILED设定为在调光等级为100％时的LED驱动电流ILED的60％，由此执行调光控制。
此外，根据本实用新型的通信单元350与AC LED模块300的TX端及RX端连接，从而可与通过有线或者无线数据通信线连接的外部照明控制系统(未示出)及/或其他LED照明装置(未示出)执行数据通信。具体地讲，根据本实用新型的通信单元350通过数据通信接收从外部照明控制系统及/或其他LED照明装置发送的控制命令，并且将三相交流电源用LED照明装置500的工作状态信息发送至外部照明控制系统及/或其他LED照明装置。在这样的实施例中，LED驱动控制单元340基于与从如上所述的保护电路342输出的工作状态信息相关联的信息(例如，施加的整流电压Vrec的当前电压电平信息、当前电流电平信息、AC LED模块300内的当前温度、异常停止历史等)来生成三相交流电源用LED照明装置500的工作状态信息，并通过通信单元350将其发送至外部照明控制系统及/或其他LED照明装置。此外，在这样的实施例中，LED驱动控制单元340通过通信单元350接收外部照明控制系统及/或其他LED照明装置发送的控制命令(例如，调光控制命令)，并且根据接收到的控制命令来控制LED照明装置的工作。
三相交流电源用LED照明装置的驱动控制过程的一个示例
图5是示出图3a至图4所示的三相交流电源用LED照明装置的整流电压及LED驱动电流的关系的波形图。以下，参照图5，对根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置的驱动控制过程进行说明。
首先，对于图5所示的实施例而言，是关于如下实施例的波形图：使将第二正向电压电平Vf2(即，将第一LED组410的正向电压电平与第二LED组420的正向电压电平相加的正向电压电平)为整流电压Vrec的最小电压电平以下，并且使LED驱动电流ILED的值从第二段工作区间到第四段工作区间依次增加。因此，在整流电压Vrec的整个区间，第一LED组410及第二LED组420持续维持发光状态。
如图5所示，从三相整流单元210输出的整流电压Vrec在整流电压Vrec的最小电压电平Vrec_min与最大电压电平Verc_max之间脉动。因此，根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置500从被启动的时间点起使第一LED组410及第二LED组420处于发光的状态，此时LED驱动电流ILED按第二LED驱动电流ILED2的值受到恒定电流控制。随着经过一段时间，在整流电压Vrec的电压电平变为第三正向电压电平Vf3以上的时间点t1，第一LED组410至第三LED组430会发光，此时LED驱动电流ILED按第三LED驱动电流ILED3的值受到恒定电流控制。类似地，随着经过一段时间，在整流电压Vrec的电压电平变为第四正向电压电平Vf4以上的时间点t2，第一LED组410至第四LED组440都会发光，此时LED驱动电流ILED按第四LED驱动电流ILED4的值受到恒定电流控制。在整流电压Vrec经过最大电压电平Verc_max之后减小并且变为小于第四正向电压电平Vf4的时间点t3，第四LED组440被熄灭，并且LED驱动电流ILED按第三LED驱动电流ILED3的值受到恒定电流控制。接着，在整流电压Vrec的最大电压电平减小并且变为小于第三正向电压电平Vf3的时间点t3，第三LED组430也被熄灭，并且LED驱动电流按第二LED驱动电流ILED2的值受到恒定电流控制。然而，如图5所示，由于整流电压Vrec的最小电压电平Vrec_min总是为第二正向电压电平Vf2以上，因此第一LED组410及第二LED组420在整流电压Vrec的整个范围内维持点灯状态。整流电压Vrec的每个周期反复执行以上的过程。
包括三相交流电源用LED照明装置的三相交流电源用LED照明系统的
构成及功能
图6是包括根据本实用新型的三相交流电源用LED照明装置的LED照明系统的构成框图。以下，参照图6，对根据本实用新型的三相交流电源用LED照明系统1000的构成及功能进行详细说明。
如图6所示，根据本实用新型的三相交流电源用LED照明系统1000可包括过载保护单元200、第一AC模块500a至第n AC模块500n及通信接口模块510。过载保护单元200的构成及功能与参照图3a说明的过载保护单元200的构成及功能相同，因此可省略详细的说明。
第一AC模块500a至第n AC模块500n分别彼此并联连接于从过载保护单元200输出的三相电源线。此外，第一AC模块500a至第n AC模块500n与参照图3a、图3b及图4说明的三相交流电源用LED照明装置500的构成及功能相同。即，第一AC模块500a至第n AC模块500n中的每个包括三相整流单元210及与它连接的AC LED模块300，并且这样的构成要素与参照图3a至图4说明的前述三相整流单元210及AC LED模块300的构成及功能相同。因此，重复的说明引用以上的说明，并且以区别点为主进行说明。
如图6所示，在三相交流电源用LED照明系统1000中，各个AC模块可被构成为一个AC模块的电容量为10W～40W。此外，根据本实用新型的三相交流电源用LED照明系统1000还可包括通信接口模块510，该通信接口模块510从外部照明控制系统(未示出)接收控制命令并发送至各个AC模块500a～500n，且将各个AC模块的工作状态信息发送至外部照明控制系统。如同隧道灯照明系统或路灯照明系统等，上述三相交流电源用LED照明系统1000适合于需要对多个三相交流电源用LED照明装置500进行统一控制和管理的照明系统。即，与现有技术相比，根据本实用新型的三相交流电源用LED照明系统1000可通过简化的电路和LED模块(如上所述的LED驱动电路一体型单一三相交流电源用LED模块)来实现小型轻量化并且易于扩大为高容量照明系统。此外，如上所述包括通信接口模块510，由此可统一控制各个AC模块，并且通过统一监控各个AC模块的工作状态来易于进行故障诊断。
Claims (10)
1.一种三相交流电源用LED照明装置，包括：
三相整流单元，连接于三相交流电源而对接收的三相交流电压进行全波整流，并且将经全波整流的整流电压提供给LED发光单元；
LED发光单元，包括第一LED组至第n LED组，并且从所述三相整流单元接收所述整流电压来发光，n是2以上的正整数；
LED驱动控制单元，根据所述整流电压的电压电平来控制所述第一LED组至所述第n LED组的依次驱动，并且对各个工作区间各自的LED驱动电流进行恒定电流控制而将各个工作区间各自的LED驱动电流控制为预先设定的LED驱动电流值，
其中，所述整流电压为在最小电压电平与最大电压电平之间脉动的脉动电压。
2.根据权利要求1所述的三相交流电源用LED照明装置，其中，
所述第一LED组的正向电压电平为所述整流电压的最小电压电平以下。
3.根据权利要求1所述的三相交流电源用LED照明装置，其中，
构成所述第一LED组的LED的数量为所述第一LED组至所述第n LED组的总的LED数量的50％至90％之间。
4.根据权利要求1所述的三相交流电源用LED照明装置，其中，
所述LED驱动控制单元从第一段工作区间到第n段工作区间为止随着工作区间的增加而使所述LED驱动电流增加。
5.根据权利要求1所述的三相交流电源用LED照明装置，其中，
所述LED驱动控制单元使所述LED驱动电流从第一段工作区间到第n段工作区间为止均维持预定的值。
6.根据权利要求1所述的三相交流电源用LED照明装置，其中，
所述三相交流电源用LED照明装置还包括：
电压检测单元，位于所述三相整流单元的输出端与所述LED驱动控制单元之间，并且检测从所述三相整流单元输出的所述整流电压的电压电平，并将检测到的整流电压的电压电平输出到所述LED驱动控制单元；
电流检测单元，位于所述三相整流单元的输出端与所述LED驱动控制单元之间，并且检测从所述三相整流单元输出的所述整流电压的电流电平，并将检测到的整流电压的电流电平输出到所述LED驱动控制单元。
7.根据权利要求1所述的三相交流电源用LED照明装置，其中，
所述三相交流电源用LED照明装置还包括恒定电压电路，该恒定电压电路位于所述三相整流单元的输出端与所述LED驱动控制单元的电源输入端之间，并且将从所述三相整流单元输出的所述整流电压降压为预先设定的恒定电压并输出到所述LED驱动控制单元的电源输入端。
8.根据权利要求1所述的三相交流电源用LED照明装置，其中，
所述三相交流电源用LED照明装置还包括通信单元，该通信单元从外部照明控制系统接收控制命令，并且将所述三相交流电源用LED照明装置的工作状态信息发送至所述外部照明控制系统，
其中，所述LED驱动控制单元根据接收到的所述控制命令来控制所述第一LED组至所述第n LED组的工作，并且判断所述三相交流电源用LED照明装置的工作状态来生成工作状态信息，并将生成的工作状态信息输出到所述通信单元。
9.一种三相交流电源用LED照明系统，包括：并联连接于三相交流电源的第一LED照明装置至第m LED照明装置，m是2以上的正整数，
其中，所述第一LED照明装置至所述第m LED照明装置为权利要求1至8中的任意一项所述的三相交流电源用LED照明装置。
10.根据权利要求9所述的三相交流电源用LED照明系统，其中，
所述第一LED照明装置至所述第m LED照明装置中的每一个LED照明装置还包括用于接收控制命令并发送工作状态信息的通信单元，
三相交流电源用LED照明系统还包括通信接口模块，该通信接口模块从外部照明控制系统接收控制命令并发送至所述第一LED照明装置至所述第mLED照明装置中的每一个LED照明装置的所述通信单元，并且从所述第一LED照明装置至所述第m LED照明装置中的每一个LED照明装置接收工作状态信息而将所述第一LED照明装置至所述第m LED照明装置中的每一个LED照明装置的工作状态信息发送至所述外部照明控制系统。
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