CN211531377U

CN211531377U - Led板和照明设备

Info

Publication number: CN211531377U
Application number: CN201890000520.4U
Authority: CN
Inventors: 方玉红; E·门多萨; A·D·肖特里亚
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV; Signify NV
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: US20190373689A1; US11071185B2

Abstract

本公开的各实施例涉及LED板和照明设备。LED板包括LED的装置、用于感测流经LED装置的电流的电流传感器以及与LED装置串联的截止开关。根据感测电流控制截止开关。以这种方式，在LED板的水平提供过电流保护，不需要LED板和LED驱动器之间的任何信号通信。

Description

LED板和照明设备

技术领域

本实用新型涉及LED板和照明设备。

背景技术

LED照明设备通常由LED驱动器和PCB板上的LED组成。 LED以串联或并联连接、或以串联和并联连接的网络连接。

为确保LED输出正确的照明水平并具有较长的使用寿命，需要为LED提供正确的电流。对于给定的设备，LED的数目和LED 类型是固定的，并且额定电流也是固定的。

US2011/0109231示出了LED电流控制的一个示例，其中LED电流控制电路适用于LED模块。US2011/0109231公开了电源170、LED模块160和LED电流平衡器100，该LED电流平衡器100用于在LED驱动器侧上的LED模块的调节和保护。

US2012/0223644示出了为组装在一起的LED模块提供电流的LED驱动电路。US2012/0223644公开了电流的保护和调节。

然而，在许多LED照明应用中，LED驱动器被设计为可调节的。LED驱动器输出电流可以被配置或调节以驱动不同的LED 并适应不同LED设备。

有许多配置LED驱动器的方式，例如使用LED板的一部分的电阻器来设定输出电流，该电流设定电阻器(“Rset”)提供一种简单的方式将信息从LED板提供给驱动器。备选地，可以使用数字通信来设定输出电流，诸如DALI协议或其它数字协议，或者还可以使用近场通信。

当驱动器是可配置的，驱动器用于驱动的特定的LED PCB 板可能会引起安全问题。例如，如果为了匹配LED额定值，为 LED驱动器配置减少的输出电流(与其最大值相比)，如果配置失效或发生错误，传递到LED的实际电流可能会更高。LED将过驱动，并且LED中的过电流会导致高温甚至存在起火的风险。如果电阻器被用于电流设定配置，电阻器可以变为开路或变为截止，因此导致潜在的过电流问题或过热。这是个关键的安全问题。

有几种解决这个问题的不同的方式。

可以使用过热保护以检测LED板的过驱动和其他错误状况。例如，可以在LED板上放置温度传感器(具有负电阻温度系数 -NTC)。然后将该传感器通过电缆连接到LED驱动器。当LED 板具有高温时，驱动器接收信号，接着关闭驱动器或减少输出电流。

这个方法有一些缺点。温度传感器需要通过电缆或电线连接到驱动器上。如果电线或电缆损坏，保护就失效了。在具有多个 LED板的应用中，每个LED板有一个温度传感器，并且这使连接复杂化。电线或电缆以及它们的连接也会增加设备的成本。

一种备选的解决方案是将过热保护系统完全放置在LED板上。过热保护第一个已知的示例是在LED板上提供热熔丝。热熔丝通常是自加热器件。它们通常具有较高的耐受性并具有较慢的响应时间。当热熔丝被触发时，LED板已经被损坏了，并且必须更换，这增加了安装成本。热熔丝的另一个缺点是其具有较高的内电阻。在正常的应用中，其消耗功率导致系统效率降低。

过热保护第二个已知的示例是在LED板上提供双金属恒温开关，用作热控开关。然而这增加了尺寸和成本并且可能不容易在LED板上安装。

另一个LED板上的过热保护的示例在WO2012/018915中公开。

这些过热保护系统响应较慢，并且可能只在LED板已经损坏之后响应。

因此需要一种保护机制，该保护机制具有简单的低成本结构，能够可靠地检测错误状况。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面的示例，提供了一种LED板，该 LED板适用于与单独的LED驱动器有线连接，包括：

电路板，承载：

LED的装置；

用于感测流经LED装置的电流的电流传感器；

与LED装置串联的截止开关；和

适用于根据感测电流控制截止开关的开关控制电路。

这种装置在LED板本地提供电流感测，使得安全截止可以被实现。电流保护能够更准确地感测并且可以在任何风险前检测到，然而温度感测有较慢的响应时间。过量电流是温度增加的最可能的原因，使得过流保护也可以用作一种用于温度保护的更迅速的或甚至预测性的方法。

可以精确地设置LED装置电流的保护触发点。通过使用串联开关，可以无限次的触发和释放保护。电路部件都可以用低成本的表面安装的半导体部件来实现，这些半导体部件具有较长的寿命。在正常工作期间，保护电路元件可以被配置为消耗很低的功率，由此保持较高的系统效率。

开关控制电路可以包括参考电压单元和比较电路，该比较电路用于比较电流感测信号和参考电压单元设置的电压参考。这使得简单的电压比较用于过电流检测。

电压参考单元可以包括用于生成内部电源电压的电阻器-二极管电路和用于从内部电源电压生成参考电压的电阻器分压器。内部电源电压可以基于齐纳二极管电压，齐纳二极管电压提供了恒定的参考，不考虑到LED板的驱动电压。

在一组示例中，开关控制电路包括定时电路。这可以被用于为特定时间段提供截止功能。以这种方式，截止功能不是永久的，但是以循环的方式工作，确保任何存在的过电流状况都不被允许在足够的时间内保持活跃，从而导致过热或其他损坏。

定时电路可以包括比较电路的输入和输出之间的反馈电路，该反馈电路包括电容器，该电容器适用于当截止开关闭合时充电并且当截止开关断开时放电。电容的充电和放电因此可以被用于设置开关的截止时段，并因此实现自动开关重置功能。

例如定时电路可以包括并联的电阻器和二极管以及与并联的电阻器-二极管串联的电容器。

在另一组示例中，开关控制电路可以包括锁存电路。这提供了更永久的截止功能，但是不会导致电路的任何损坏。当为LED 板供电的电压关闭时，供电截止功能重置。

锁存电路可以包括与截止开关的输入耦合的晶体管电路。各种基于晶体管的锁存电路都可以。

电路板还可以携带温度传感器，并且开关控制电路还可以适用于根据感测温度控制截止开关。

以这种方式，可以提供电流和温度感测。大多数温度问题将由电流保护阻止，但是如果有电路缺陷导致了与过量电流无关的温度问题，这也可以被检测到。

例如开关控制电路包括参考电压单元、电阻器过热传感器和具有迟滞的比较电路。比较电路和参考电压单元当然可以是相同的用于电流保护的电路模块。

同时，电压参考单元可以包括用于生成内部电源电压的电阻器-二极管电路和用于从内部电源电压生成参考电压的电阻器分压器。

比较电路最好包括比较器，参考电压被提供到第一比较器的输入处，开关控制电路包括了包括电阻器过热传感器的第二电阻器分压器，第二电阻器分压器被提供到第二比较器输入处并且比较电路还包括用于实现迟滞的反馈电阻器装置。

以这种方式，有定义两个比较器输入的两个电阻器分压器，其中一个是温敏的。反馈电阻器装置定义了迟滞，使得在过温事件之后在截止开关重新打开之前实现延迟。

本实用新型还提供照明设备，包括：

可配置的LED驱动器；和

上文定义的LED板。

根据本实用新型的另一个方面的示例提供了一种在LED板上本地提供过电流保护的方法，该LED板与LED驱动器有线连接，该方法包括：

感测流经LED装置的电流；

根据感测电流控制与LED装置串联的截止开关。

可以控制截止开关以实现定时截止时段，或实现锁存截止。

根据本公开的一个方面，提供了一种LED板，所述LED板适于被线连接到单独的LED驱动器，所述LED板包括：电路板，所述电路板承载：LED的装置；电流传感器，用于感测流经所述 LED的装置的电流；截止开关，与所述LED的装置串联；和开关控制电路，所述开关控制电路适于根据所感测的所述电流来控制所述截止开关。

在一些实施例中，所述开关控制电路包括参考电压单元和比较电路，所述比较电路用于比较所述电流传感器的信号和由所述参考电压单元设置的电压参考。

在一些实施例中，所述电压参考单元包括用于生成内部电源电压的电阻器-二极管电路和用于从所述内部电源电压生成所述参考电压的电阻器分压器。

在一些实施例中，所述开关控制电路包括定时电路。

在一些实施例中，所述定时电路包括在所述比较电路的输出和输入之间的反馈电路，所述反馈电路包括电容器，所述电容器适于在所述截止开关闭合时充电并且在所述截止开关断开时放电。

在一些实施例中，所述定时电路包括并联的电阻器和二极管以及与并联的电阻器-二极管串联的所述电容器。

在一些实施例中，所述开关控制电路包括锁存电路。

在一些实施例中，所述锁存电路包括耦合到所述截止开关的控制输入的晶体管电路。

在一些实施例中，所述电路板还承载温度传感器，并且其中所述开关控制电路还适于根据所感测的温度来控制所述截止开关。

在一些实施例中，所述开关控制电路包括参考电压单元、电阻器热传感器、和具有迟滞的比较电路。

在一些实施例中，所述比较电路包括比较器；所述参考电压被提供给第一比较器输入；所述开关控制电路包括第二电阻器分压器，所述第二电阻器分压器包括所述电阻器热传感器；所述第二电阻器分压器的输出被提供给第二比较器输入；并且所述比较电路还包括用于实现所述迟滞的反馈电阻器装置。

根据本公开的第二方面，提供了一种照明设备，包括：可配置的LED驱动器；和根据前述方面所述的LED板。

附图说明

现在将通过参考附图详细描述本实用新型的示例，其中：

图1示出了通常的LED照明设备，其中可配置的LED驱动器驱动LED板；

图2示出了LED板，该LED板适用于提供本地过电流保护；

图3示出了第一个图2电路更详细的示例；

图4示出了第二个图2电路更详细的示例；

图5示出了LED板，该LED板适用于提供本地过温保护；

图6是图5电路更详细的示例。

具体实施方式

本实用新型提供LED板，该LED板包括LED装置、用于感测流经LED装置的电流的电流传感器以及与LED装置串联的截止开关。根据感测电流控制截止开关。以这种方式，在LED板的水平提供过电流保护，不需要LED板和LED驱动器之间的任何信号通信。

图1示出了通常的LED照明设备，其中可配置的LED驱动器10驱动LED板12。它们共同形成照明设备。在LED板12上，多个LED并联和/或串联连接。图1示出了一组并联的LED串，表表示为D1、D2、D3和D4。

LED驱动器10为LED板提供正确的电流。LED驱动器10 是可配置的，使得其可以在不同LED装置的不同电流设置下工作。如果输出电流被编入错误的值，LED可能会过驱动，这会导致温度相关的问题并且甚至可能导致安全问题。

图2示出了适用于提供本地过电流保护的LED板12。

LED板12带有LED D1、D2、D3、D4的装置和过电流保护电路。过电流保护电路包括用于感测流经LED装置的电流的电流传感器20和与LED装置串联的截止开关W1。开关控制电路22、 24、26适用于根据感测电流控制截止开关W1。

截止开关W1作为保护元件被单独提供。如下文所述，该截止开关执行过电流保护并且视需要也执行过温保护。然而，其不执行任何正常的驱动器功能并因此不是LED驱动器的一部分。在 LED板正常工作期间，随着LED被驱动到其所期望的照明水平，截止开关保持闭合。LED驱动器与LED板是分开的，且LED驱动器通过有线接口连接到LED板。LED驱动器具有其自己单独的PCB。例如LED驱动器包括开关电源，该开关电源包括用于控制流经功率感应器的电流的功率开关。因此LED驱动器的功率开关位于与截止开关分开的板上并且它们是分开的设备。

在LED板上本地提供电流感测，使得可以实现安全截止。开关控制线路包括参考电压单元22和比较电路24，该比较电路用于将电流传感器信号与参考电压单元设置的电压参考作比较。这使得简单的电压比较被用于过电流检测。开关驱动器电路26控制截止开关W1。

电流保护使得感测更加准确并且可以在任何高温风险前检测，然而温度感测响应时间较慢。

当电流高于设定点时，触发保护。开关W1将继而关断。当开关关断时，电流立刻变为零。如下文详细的讨论，开关驱动器电路26可以包括锁存电路，该锁存电路将永久将开关W1锁存在关断状态，或者开关驱动器电路可以包括定时电路，该定时电路在某一时间保持开关W1关断并在预先设定的时间后使开关再次返回接通状态。

当使用定时电路时，如果电流仍然很高，那么电路将进入另一个保护周期。LED装置将因此在打嗝模式工作。定时电路以这种方式设计，使得LED中的平均电流不会引起过温状况。

图3示出了带有定时电路的图2电路示例。

电压参考单元22包括用于生成内部电源电压(在R1的较低一端)的由电阻器R1、齐纳二极管D5和电容器C1构成的电阻器-二极管电路和用于从内部电源电压生成参考电压的电阻器分压器R3、R4。内部电源电压特别根据于齐纳二极管的导通电压。内部电源电压通过电阻器R2被用于驱动截止开关W1的栅极。在本示例中截止开关作为MOSFET晶体管M1实现。

参考电压是比较电路24的比较器U1的提供的正相输入。

电流传感器20包括电流感测电阻器Rsen，该电流感测电阻由滤掉高频波的低通滤波器R7和C2组成。其提供了比较器的反相输入信号。

定时电路26包括电容器C3、二极管D6和电阻器R6。定时电路是比较器输出和反相输入之间的反馈电路。电容器适用于当截止开关闭合时充电并且当截止开关断开时放电。电路具有并联的电阻器R6和二极管D6以及与并联的电阻器-二极管串联的电容器C3。二极管允许电流在充电期间从比较器输出流向电容器 C3，并且其通过电阻器R6放电因此具有较大的时间常数和较慢的响应。

在正常工作状态下，由驱动器提供的电流低于LED额定值，使得感测电阻器Rsen两端的电压低于由电阻器分压器R3和R4 确定的阈值。比较器U1的输出因此较高并且截止开关M1被接通。LED因此由驱动器正常供电。

在这段时间期间，反馈定时电路26的电容器C3通过二极管 D6从内部电源电压充电。

当LED中的电流高于额定值时，电流感测电阻器Rsen两端的电压高于阈值，因此比较器U1的输出变低。截止开关M1被变为OFF状态，并且LED被保护。

同时，电容器C3将比较器U1的正相输入拉到负的水平。比较器的输出将保持低水平。

然而，电容器C3接着将通过反馈定时电路26中的电阻器 R6以及通过电阻器分压器的电阻器R3和R4缓慢放电。在比较器U1正相输入处的电压将缓慢增加。

当正相输入处的电压变为零然后稍微升高时，比较器U1的输出将再次变高。以这种方式，截止开关M1被接通，并且LED 再次被供电。电路随之进入下一个保护周期。

因此，可以看出反馈定时电路的电容器的充电和放电指示了截止开关的关断时段的计时。

图4示出了开关驱动器电路26提供锁存功能的示例。

使用与图3的电路中相同的附图标记表示执行相同功能的部件。

因此，R1、C1和D5再次创建了为电路的剩余部分供电的供电电源，并且电阻器分压器R3、R4提供参考电压。电流感测电阻器Rsen再次与滤波器R7和C2结合。

在本电路中，MOSFET M2连接在参考电压和低电压导轨 LED-之间。其由小信号晶体管Q1控制，该小信号晶体管具有集电极电阻器R8和基极电阻器R9。这两个晶体管和相关联的电阻器创建了锁存电路。

在正常工作状态下，由驱动器提供的电流低于LED的额定值，因此电流感测电阻器Rsen两端的电压低于由电阻器分压器 R3和R4确定的阈值。比较器U1的输出较高。截止开关M1被接通并且LED由驱动器正常供电。

同时，晶体管Q1被接通，并且MOSFET M2被关断。当LED 中的电流高于额定值时，电流感测电阻器Rsen两端的电压高于阈值，因此比较器U1的输出变低，使得截止开关M1被关断且 LED被保护。

LED中的电流变为零并且电流感测电阻器Rsen两端的电压变为零。

偏压电阻器R5在内部电源和比较器U1的正相输入(图3中不需要)之间提供。其在比较器U1的反相输入处创建了一个小的偏压。同时，晶体管Q1被关断，并且MOSFET M2被接通。比较器U1的正相输入被MOSFET M2拉到零。因此正相输入的电压总是低于具有电阻器R5创建的偏压的反相输入。比较器U1 的输出以这种方式被锁存在较低的状态。截止开关M1被永久锁存在关断状态。

LED板还可以包括直接的温度保护，以及基于过电流保护的间接的温度保护。

图5以图解形式示出了装置。保护电路包括上文讨论的电压参考电路22，以及温度感测电路50。可以使用相同的截止开关 W1以及用于控制截止开关W1切换的相关联的比较电路24。

温度感测电路50感测LED板上的温度。当驱动截止开关 W1时，保护电路设置保护触发点并实现迟滞。当温度在限制值以上时，截止开关被关断，因此保护了LED免受过高的温度损坏。当温度下降低于某一水平时(与作为结果的迟滞的最初阈值不同)，截止开关再次被接通。

图6是实现这个功能的电路的示例。

使用与图3和图4的电路相同的附图标记表示执行相同功能的部件。

因此，电阻器R1、电容器C1和二极管D5再次创建内部电源电压，例如5V，并且电阻器分压器R3、R4将参考电压提供给比较电路24的比较器U1的正相输入。

温度感测电路50表现为第二电阻器分压器的形式，该电阻器分压器由电阻器R10和电阻器热传感器RNTC(具有负电阻温度系数的电阻器)。将第二电阻器分压器的输出提供给比较器U1的反相输入。比较电路24还包括用于实现迟滞的反馈电阻器装置 (本示例中为单个电阻器)。这是比较器U1的正反馈路径的一部分。

比较器U1，以及相关联的电阻器R3、R4、R11、R2和R10 设置了温度保护触发点和迟滞。

在正常工作期间，比较器U1的输出很高，因此截止开关为接通状态。电阻器R3、R4和R11确定了在比较器U1的正相输入处的电压。电阻器RNTC和R10在比较器U1的反相输入处的电压。当温度在正常的范围内时，电阻器RNTC具有相当高的值，因此在比较器U1的反相输入处的电压较低，且低于正相输入处的电压，因此比较器U1的输出较高。

当温度增加时，电阻器RNTC的电阻下降，因此反相输入处的电压增加。当温度到达触发点时，反相输入处的电压变为与正相输入处的电压相等并且接着会稍微高一些，因此比较器U1的输出变低以关断截止开关M1。

同时，正相输入处的电压被电阻器R11拉低。这为保护提供了迟滞。截止开关M1将因此保持关断状态。在截止晶体管M1 关断后，LED中没有电流，因此LED上的温度开始下降并且电阻器RNTC的电阻增加。

比较器U1的反相输入处的电压因此下降。当温度下降到第二触发温度，在反相输入处的电压等于或低于比较器正相输入处的电压，使得输出再次变高。截止开关M1接着被接通，并且LED 被重新供电。

以这种方式，LED板上的温度将在两个触发温度之间振荡并因此总是保持低于上限。

两种保护机制由一个电路提供，并且它们可以分享参考电压电路，以及截止开关(使得截止开关基于存在的控制信号被切换到关断状态)，或者它们还可能是分开的。虽然这将增加总损失，但是还是会有两个串联的截止开关。

电流感测方法可以是基于上文的示例中的流到LED装置的总电流。然而可能只在一组有代表性的LED中流动的电流具有电流监测。

电路示例成本较低并且可能只使用SMD部件，创建了低成本紧凑且节能的设计。其他特定的电路可以被用于实现上文解释的功能。

本公开实施例的其他变种可以从附图、公开、以及所附权利要求，由实践本实用新型的本领域的技术人员理解和影响。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。某些措施被列举在相互不同的根据的权利要求中，并不是指这些测量的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制范围。

Claims

1.一种LED板，其特征在于，所述LED板适于被线连接到单独的LED驱动器，所述LED板包括：

电路板(12)，所述电路板(12)承载：

LED的装置(D1、D2、D3、D4)；

电流传感器(20)，用于感测流经所述LED的装置的电流；

截止开关(W1)，与所述LED的装置串联；和

开关控制电路，所述开关控制电路适于根据所感测的所述电流来控制所述截止开关。

2.根据权利要求1所述的LED板，其特征在于，所述开关控制电路包括参考电压单元(22)和比较电路(24)，所述比较电路(24)用于比较所述电流传感器的信号和由所述参考电压单元设置的电压参考。

3.根据权利要求2所述的LED板，其特征在于，所述电压参考单元(22)包括用于生成内部电源电压的电阻器-二极管电路(R1、C1、D5)、以及用于从所述内部电源电压生成所述参考电压的电阻器分压器(R3、R4)。

4.根据权利要求2或3所述的LED板，其特征在于，所述开关控制电路包括定时电路(26)。

5.根据权利要求4所述的LED板，其特征在于，所述定时电路包括在所述比较电路的输出和输入之间的反馈电路，所述反馈电路包括电容器(C3)，所述电容器(C3)适于在所述截止开关闭合时充电，并且在所述截止开关断开时放电。

6.根据权利要求5所述的LED板，其特征在于，所述定时电路包括并联的电阻器(R6)和二极管(D6)、以及与并联的电阻器-二极管串联的所述电容器(C3)。

7.根据权利要求2或3所述的LED板，其特征在于，所述开关控制电路(26)包括锁存电路(Q1、M2、R8、R9)。

8.根据权利要求7所述的LED板，其特征在于，所述锁存电路包括耦合到所述截止开关(W1)的控制输入的晶体管电路(Q1、M2)。

9.根据权利要求1、2、3、5、6或8中任一项所述的LED板，其特征在于，所述电路板还承载温度传感器(50)，并且其中所述开关控制电路还适于根据所感测的温度来控制所述截止开关。

10.根据权利要求9所述的LED板，其特征在于，所述开关控制电路包括参考电压单元(22)、电阻器热传感器、以及具有迟滞的比较电路(24)。

11.根据权利要求10所述的LED板，其特征在于，所述电压参考单元(22)包括用于生成内部电源电压的电阻器-二极管电路(R1、C1、D5)、以及用于从所述内部电源电压生成所述参考电压的电阻器分压器(R3、R4)。

12.根据权利要求11所述的LED板，其特征在于：

所述比较电路包括比较器(U1)；

所述参考电压被提供给第一比较器输入；

所述开关控制电路包括第二电阻器分压器，所述第二电阻器分压器包括所述电阻器热传感器；

所述第二电阻器分压器的输出被提供给第二比较器输入；并且

所述比较电路还包括用于实现所述迟滞的反馈电阻器装置。

13.一种照明设备，其特征在于，包括：

可配置的LED驱动器(10)；和

根据前述权利要求中任一项所述的LED板(12)。