DE102015216594A1

DE102015216594A1 - Led-lampenvorrichtung

Info

Publication number: DE102015216594A1
Application number: DE102015216594.9A
Authority: DE
Inventors: Xusheng Yang; Moritz Engl; Shaoping Chen; Shijun Nie
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2016-03-10
Also published as: US20160073459A1; CN105472832A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine LED-Lampenvorrichtung. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine LED-Lampenvorrichtung vorgesehen, welche Folgendes umfasst: eine LED-Einheit zum Emittieren von Licht, eine Treibereinheit zum Ansteuern der LED-Einheit, so dass die LED-Einheit Licht an einem Arbeitspunkt emittiert, und eine Resonanzeinheit zum Empfangen einer Eingabe, zum Bereitstellen von Wechselstromleistung für die Treibereinheit und zum Schützen der Treibereinheit und der LED-Einheit davor, durch die Eingabe beschädigt zu werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Beleuchtung und insbesondere eine LED-Lampenvorrichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Im täglichen Leben sind Leuchtstofflampen herkömmliche Lichtquellen, die weit verbreitet verwendet wurden. Die meisten Beleuchtungsvorrichtungen verwenden Leuchtstofflampen als Lichtquellen.
In den letzten Jahren hat sich die LED-(Leuchtdioden)-Lichtemissionstechnologie jedoch schnell entwickelt. Weil LED-Lampen eine verhältnismäßig hohe Effizienz und eine verhältnismäßig lange Lebensdauer aufweisen, hat sich die Tendenz ergeben, Leuchtstofflampen allmählich durch LED-Lampen zu ersetzen. Eine LED-Lampe verbraucht weniger Energie als eine Leuchtstofflampe, um Licht mit der gleichen Helligkeit zu emittieren. Das heißt, dass LED-Lampen eine höhere Lichtemissionseffizienz aufweisen als Leuchtstofflampen. Überdies hat die Lebensdauer von LED-Lampen mit der Entwicklung der LED-Lichtemissionstechnologie ein zufrieden stellendes Maß erreicht, und sie kann sogar jene allgemeiner Leuchtstofflampen überschreiten. Zusätzlich nehmen die Kosten für die Herstellung von LED-Lampen allmählich ab. Daher werden in der Zukunft immer mehr Leuchtstofflampen durch LED-Lampen ersetzt werden, um Energiequellen zu schonen.
Infolge der inhärenten elektrischen und optischen Eigenschaften von Leuchtstofflampen wird bei den meisten existierenden Schaltungen, bei denen eine Leuchtstofflampe für das Emittieren von Licht verwendet wird, ein elektronisches Vorschaltgerät (ECG) als eine zwischen eine Wechselstromversorgung und eine Leuchtstofflampe geschaltete Komponente verwendet. Beispielsweise kann im Fall der Verwendung eines elektronischen Eigenresonanz-Vorschaltgeräts das elektronische Eigenresonanz-Vorschaltgerät während des Anschaltens eine momentane Hochspannung (beispielsweise 1000 V oder höher) erzeugen, so dass die Leuchtstofflampe einen ionisierenden Durchschlag erfahren kann, um Licht zu emittieren. Nach dem Ionisationsdurchschlag der Leuchtstofflampe wird die Betriebsspannung der Leuchtstofflampe auf einen geeigneten Spannungswert verringert und dort gehalten, um Licht kontinuierlich zu emittieren.
Weil sich das Lichtemissionsprinzip von LED-Lampen von jenem bei Leuchtstofflampen unterscheidet, ist bei LED-Lampen die momentane Hochspannung jedoch nicht für das Einschalten der LED-Lampen erforderlich. Eine momentane Hochspannung (beispielsweise 1000 V oder höher) kann die LED-Lampen beschädigen, was einen Nachteil darstellt. In der letzten Zeit wurden Treiber für die Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlung und die Ausgangsleistungseinstellung in einige LED-Lampenvorrichtungen integriert, und eine solche momentane Hochspannung kann auch die Treiber beschädigen.
Um zu ermöglichen, dass eine LED-Lampenvorrichtung nicht nur normal arbeitet, sondern auch frei von Beschädigungen ist, die sich aus einer momentanen Hochspannung in einer existierenden Beleuchtungsschaltung ergeben, muss die existierende Schaltung beim Ersetzen einer existierenden Leuchtstofflampe in der Beleuchtungsschaltung durch eine LED-Lampenvorrichtung weiter modifiziert werden, um beispielsweise das elektronische Vorschaltgerät zu deinstallieren oder es zu umgehen, so dass es deaktiviert wird. Diese Ansätze sind jedoch unzweckmäßig und verlängern die Zeit und die Arbeitskosten für das Verbessern der Beleuchtungsschaltung.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine der Aufgaben der Erfindung besteht darin, eine LED-Lampenvorrichtung bereitzustellen, die eine existierende Leuchtstofflampe in einer herkömmlichen Beleuchtungsschaltung zweckmäßig ersetzen kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine LED-Lampenvorrichtung vorgesehen, welche Folgendes umfasst: eine LED-Einheit zum Emittieren von Licht, eine Treibereinheit zum Ansteuern der LED-Einheit, so dass die LED-Einheit Licht an einem Arbeitspunkt emittiert, und eine Resonanzeinheit zum Empfangen einer Eingabe, zum Bereitstellen von Wechselstromleistung für die Treibereinheit und zum Schützen der Treibereinheit und der LED-Einheit davor, durch die Eingabe beschädigt zu werden.
Gemäß der durch die Erfindung bereitgestellten technischen Lösung können die Treibereinheit und die LED-Einheit durch das Vorhandensein der Resonanzeinheit davor geschützt werden, durch eine Eingabe von außerhalb der LED-Lampenvorrichtung beschädigt zu werden, während gewährleistet wird, dass die LED-Einheit Licht normal emittiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Beim Lesen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung werden andere Merkmale und Vorteile der Erfindung leichter verständlich werden. Die hier beschriebene anliegende Zeichnung veranschaulicht Ausführungsformen der Erfindung lediglich, schränkt sie jedoch nicht ein, und sie soll den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer LED-Lampenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Ansicht der in 1 dargestellten LED-Lampenvorrichtung, welche mit einem elektronischen Vorschaltgerät in einer existierenden Leuchtstofflampen-Lichtemissionsschaltung verbunden ist,
3 einen Vergleich zwischen der Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung mit einer Resonanzeinheit und jener der LED-Lampenvorrichtung ohne eine Resonanzeinheit bei Verwendung des gleichen elektronischen Eigenresonanz-Vorschaltgeräts,
4 eine schematische Ansicht einer LED-Lampenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, welche mit einem elektronischen Vorschaltgerät in einer existierenden Leuchtstofflampen-Lichtemissionsschaltung verbunden ist,
5 schematisch die Beziehung zwischen dem Strom und der Frequenz in der durch In-Reihe-Schalten des Induktors und des Kondensators in der Resonanzeinheit gebildeten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
6 eine schematische Ansicht einer LED-Lampenvorrichtung gemäß einem anderen Beispiel der Erfindung, welche an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, und
7 eine schematische Ansicht einer LED-Lampenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung detailliert mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Es sei bemerkt, dass die folgenden Beschreibungen nur als Beispiel dienen und die Erfindung nicht einschränken sollen. Zusätzlich sind in der folgenden Beschreibung identische oder ähnliche Komponenten in verschiedenen Figuren mit identischen Bezugszahlen bezeichnet.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer LED-Lampenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 dargestellt ist, kann eine LED-Lampenvorrichtung 100 eine LED-Einheit 110, eine Treibereinheit 120 und eine Resonanzeinheit 130 umfassen. Die LED-Einheit 100 kann eine oder mehrere LED als lichtemittierende Elemente umfassen, um Licht während der Versorgung mit Leistung zu emittieren. Die Treibereinheit 120 ist mit der LED-Einheit 110 verbunden und wird verwendet, um die LED-Einheit 110 anzusteuern, so dass die LED-Einheit Licht an einem geeigneten Arbeitspunkt emittiert. Die Treibereinheit 120 kann einen von der Resonanzeinheit 130 empfangenen Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandeln und dadurch den Gleichstrom der LED-Einheit 110 bereitstellen, damit sie Licht emittiert. Gemäß einem Beispiel der Erfindung können verschiedene LED-Einheiten verschiedene geeignete Arbeitspunkte (d.h. eine geeignete Nennleistung) aufweisen und kann die Treibereinheit 120 die der LED-Einheit 110 bereitgestellte Gleichstromleistung entsprechend dem Betriebszustand der LED-Einheit 110 einstellen, so dass die LED-Einheit 110 bei einem geeigneten Arbeitspunkt arbeitet. Die Resonanzeinheit 130 kann eine Eingabe von außerhalb der LED-Lampenvorrichtung 100 empfangen und der Treibereinheit 120 beim Empfang der Eingabe Wechselstromleistung bereitstellen. Gemäß der Erfindung können die Treibereinheit 120 und die LED-Einheit 110 durch das Vorhandensein der Resonanzeinheit 130 davor geschützt werden, durch die Eingabe von außerhalb der LED-Lampenvorrichtung 100 beschädigt zu werden, während gewährleistet wird, dass die LED-Einheit 110 geeignet Licht emittiert.
2 zeigt eine schematische Ansicht der in 1 dargestellten LED-Lampenvorrichtung, welche mit einem elektronischen Vorschaltgerät in einer existierenden Leuchtstofflampen-Lichtemissionsschaltung verbunden ist. Beim Ersetzen der herkömmlichen Leuchtstofflampe in der Beleuchtungsschaltung durch die LED-Lampenvorrichtung gemäß der Erfindung, um die Beleuchtungsschaltung zu verbessern, kann die herkömmliche Leuchtstofflampe direkt durch die LED-Lampenvorrichtung gemäß der Erfindung ersetzt werden. Wie in 2 dargestellt ist, weist die existierende Beleuchtungsschaltung bereits ein elektronisches Vorschaltgerät 200 auf, welches durch eine Wechselstrom-Leistungsversorgung versorgt wird. In 2 repräsentiert L eine Phasenleitung, repräsentiert N eine Neutralleitung und repräsentiert PE eine Schutzerdungsleitung. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Resonanzeinheit 130 der LED-Lampenvorrichtung 100 mit dem elektronischen Vorschaltgerät 200 verbunden, um eine Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 zu empfangen. Die Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 wird der Treibereinheit 120 über die Resonanzeinheit 130 bereitgestellt, wodurch die Resonanzeinheit 130 die jeweiligen Komponenten in der Treibereinheit 120 und der LED-Einheit 110 davor schützt, durch die Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 beschädigt zu werden.
Insbesondere wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die LED-Lampenvorrichtung 100 verwendet, um die Leuchtstofflampe in der existierenden Beleuchtungsschaltung zu ersetzen. Eine Funktion des elektronischen Vorschaltgeräts 200 in der existierenden Leuchtstofflampen-Lichtemissionsschaltung besteht darin, während des Einschaltens eine momentane Hochspannung (beispielsweise 1000 V oder höher) zu erzeugen, so dass die Leuchtstofflampe einen ionisierenden Durchschlag erfährt, damit sie Licht emittiert. Dagegen emittiert die LED-Einheit 110 gemäß der Erfindung Licht, ohne eine so hohe Einschaltspannung zu benötigen, und eine verhältnismäßig hohe Momentanspannung kann die Treibereinheit 120 und/oder die LED-Einheit 110 beschädigen. Daher können jeweilige Komponenten in der Treibereinheit 120 und der LED-Einheit 110 durch das Vorhandensein der Resonanzeinheit 130 vor einer Beschädigung durch die momentane Hochspannung, die durch das elektronische Vorschaltgerät 200 erzeugt wird, geschützt werden, so dass die LED-Lampenvorrichtung 100 dafür eingerichtet ist, die Ausgabe des existierenden elektronischen Vorschaltgeräts 200 für das Emittieren von Licht zu verwenden.
Demgemäß kann beim Ersetzen der herkömmlichen Leuchtstofflampe in der Beleuchtungsschaltung durch die LED-Lampenvorrichtung die herkömmliche Leuchtstofflampe direkt durch die LED-Lampenvorrichtung gemäß der Erfindung ersetzt werden, ohne dass eine weitere Modifikation an der existierenden Schaltung erforderlich wäre, d.h. ohne das elektronische Vorschaltgerät zu deinstallieren und ohne das elektronische Vorschaltgerät unter Deaktivierung des elektronischen Vorschaltgeräts zu umgehen, wodurch die Arbeitsvorgänge vereinfacht werden und die Zeit und die Arbeitskosten für das Verbessern der Beleuchtungsschaltung verringert werden.
3 zeigt einen Vergleich zwischen der Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung mit einer Resonanzeinheit und jener der LED-Lampenvorrichtung ohne eine Resonanzeinheit, wobei das gleiche elektronische Eigenresonanz-Vorschaltgerät verwendet wird. In 3 repräsentiert die X-Koordinate die Impedanz einer Ersatzschaltung der LED-Einheit 110 und repräsentiert die Y-Koordinate die Wechselstrom-Leistungseingabe in die LED-Lampenvorrichtung (d.h. die Leistungsausgabe vom elektronischen Vorschaltgerät). Wie anhand 3 ersichtlich ist, kann durch Hinzufügen einer Resonanzeinheit zur LED-Lampenvorrichtung offensichtlich die Wechselstrom-Leistungseingabe in die LED-Lampenvorrichtung verringert werden. Insbesondere ist die durch die Resonanzeinheit erzeugte Wirkung umso offensichtlicher, je größer die elektrische Leistungseingabe in die LED-Lampenvorrichtung ist. Daher kann die Resonanzeinheit die Funktion erfüllen, zu verhindern, dass die durch das elektronische Vorschaltgerät beim Einschalten erzeugte momentane Hochspannung jeweilige Komponenten in der Treibereinheit 120 und der LED-Einheit 110 beschädigt.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer LED-Lampenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, welche mit einem elektronischen Vorschaltgerät in einer existierenden Leuchtstofflampen-Lichtemissionsschaltung verbunden ist. Aus Gründen der Kürze betreffen die folgenden Beschreibungen hauptsächlich den Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der in 2 dargestellten Ausführungsform, und es wird auf die Beschreibung der Komponenten und Arbeitsvorgänge verzichtet, die mit jenen identisch sind, die in der in 2 dargestellten Ausführungsform gezeigt wurden.
Wie in 4 dargestellt ist, kann die Resonanzeinheit 130 der LED-Lampenvorrichtung 100 einen Induktor 131 und einen Kondensator 132 umfassen, die in Reihe miteinander geschaltet sind. Auf der Grundlage der in 4 dargestellten Verbindung wird, wenn die Resonanzeinheit 130 die Wechselstromausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 empfängt, eine Oszillation im Reihen-LC-Kreis gebildet, der aus dem Induktor 131 und dem Kondensator 132 besteht.
Wenn das elektronische Vorschaltgerät 200 während des Einschaltens eine momentane Hochspannung erzeugt, kann die durch den Induktor 131 und den Kondensator 132 der Resonanzeinheit 130 gebildete Oszillation die der Treibereinheit 120 und der LED-Einheit 110 hinter der Resonanzeinheit 130 bereitgestellte Spannung verringern, um jeweilige Komponenten in der Treibereinheit 120 und der LED-Einheit 110 davor zu schützen, durch die Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 beschädigt zu werden, so dass die LED-Lampenvorrichtung 100 Licht unter Verwendung der Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 emittieren kann.
Zusätzlich ist während normaler Betriebsvorgänge die Ausgangsleistung des elektronischen Vorschaltgeräts 200 größer als die für die Lichtemission durch die LED-Einheit 100 benötigte Leistung. Der aus dem Induktor 131 und dem Kondensator 132 bestehende LC-Kreis kann einen Teil der Leistung, der von der LED-Einheit 110 nicht benötigt wird, in Form reaktiver Leistung zum elektronischen Vorschaltgerät 200 zurückführen, so dass dieser Teil der Energie vom elektronischen Vorschaltgerät 200 zurückgewonnen werden kann, wodurch die Effizienz verbessert wird und Energiequellen geschont werden.
Tabelle 1 zeigt ein Messergebnis der Gesamteffizienz einer aus der erfindungsgemäßen LED-Lampenvorrichtung bestehenden Schaltung und anderer elektronischer Eigenresonanz-Vorschaltgeräte 1–4. In Tabelle 1 repräsentieren V_ein, I_ein und P_ein die Spannung, den Strom bzw. die Leistung eines Eingangsendes des elektronischen Vorschaltgeräts, repräsentiert PF den Gesamtleistungsfaktor der Schaltung und repräsentieren V_LED, I_LED und P_LED die Spannung an beiden Enden der LED-Einheit und den Strom bzw. die Leistung der LED-Einheit. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ist für alle elektronischen Vorschaltgeräte die Gesamteffizienz der Schaltung bei verschiedenen Spannungseingaben höher als 75 %.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können der Induktivitätswert des Induktors 131 und der Kapazitätswert des Kondensators 132 der Resonanzeinheit 130 bewirken, dass die Resonanzeinheit 130 insgesamt eine induktive Impedanz aufweist, wenn die Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 der Resonanzeinheit 130 bereitgestellt wird. Gemäß der elektronischen Kennlinie des existierenden elektronischen Vorschaltgeräts kann es Leistung nur einer Last zuführen, welche eine rein resistive Impedanz oder eine induktive Impedanz aufweist. Falls die Last des elektronischen Vorschaltgeräts 200 eine kapazitive Impedanz aufweist, schaltet das elektronische Vorschaltgerät 200 aus. Daher weist beim Ersetzen der herkömmlichen Leuchtstofflampe in der Beleuchtungsschaltung durch die LED-Lampenvorrichtung gemäß der Erfindung, um die existierende Beleuchtungsschaltung zu verbessern, die Resonanzeinheit 130 insgesamt eine induktive Impedanz auf, um Arbeitsvorgänge zu vereinfachen, Kosten zu verringern und es zu ermöglichen, dass das elektronische Vorschaltgerät in der existierenden Schaltung normal Leistung zuführt.
5 zeigt schematisch die Beziehung zwischen dem Strom und der Frequenz in der Schaltung, die durch In-Reihe-Schalten des Induktors und des Kondensators in der Resonanzeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wird. In 5 repräsentieren die X-Koordinate und die Y-Koordinate die Frequenz bzw. den Wert des Stroms in der durch In-Reihe-Schalten des Induktors und des Kondensators gebildeten Schaltung. Wie in 5 dargestellt ist, ist ein Spitzenwert I_max des Stroms I an einem Resonanzpunkt vorhanden, welcher der Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises entspricht. Wenn die Frequenz f einer an den LC-Kreis angelegten Wechselspannung (oder eines durch den LC-Kreis fließenden Wechselstroms) größer ist als die Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises, zeigt der LC-Kreis eine induktive Impedanz. Wenn dagegen die Frequenz f einer an den LC-Kreis angelegten Wechselspannung (oder eines durch den LC-Kreis fließenden Wechselstroms) kleiner ist als die Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises, weist der LC-Kreis eine kapazitive Impedanz auf.
Die induktive Impedanz X_L und die kapazitive Impedanz X_C der durch In-Reihe-Schalten des Induktors und des Kondensators in der Resonanzeinheit gebildeten Schaltung sind in den folgenden Formeln (1) und (2) dargestellt: X_L = 2πfL (1) X_C = 1 / 2πfC (2) wobei L den Induktivitätswert des Induktors 131 repräsentiert und C den Kapazitätswert des Kondensators 132 repräsentiert.
Wenn X_L = X_C ist, d.h. 2πfL = 1 / 2πfC , kann die Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises wie in der folgenden Formel (3) gezeigt berechnet werden:
Mit Bezug auf 5 wird verständlich sein, dass für eine gegebene Frequenz f einer Wechselspannung (oder eines Wechselstroms) gilt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der LC-Kreis dazu neigt, eine induktive Impedanz zu zeigen, umso größer ist, je kleiner die Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises ist. Mit anderen Worten sollen, um zu ermöglichen, dass die Resonanzeinheit 130 insgesamt beim Empfang der Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 eine induktive Impedanz zeigt, der Induktivitätswert L des Induktors 131 und der Kapazitätswert C des Kondensators 132 in der Resonanzeinheit 130 bewirken, dass die Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises kleiner ist als die Frequenz f_ECG der Ausgangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts 200, nämlich dass L und C die folgende Formel (4) erfüllen:
Vorzugweise erfüllen L und C die folgende Formel (5):
Wie anhand der vorstehenden Formeln ersichtlich ist, ist, je größer die Werte von L und C sind, die Wahrscheinlichkeit umso größer, dass die Resonanzeinheit 130 insgesamt dazu neigt, eine induktive Impedanz zu zeigen, wenn sie die Wechselstromausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200 empfängt. Allerdings werden die physikalischen Größen des Induktors 131 und des Kondensators 132 bei Erhöhung der Werte von L und C erhöht. Beim Ersetzen der herkömmlichen Leuchtstofflampe in der Beleuchtungsschaltung durch die LED-Lampenvorrichtung gemäß der Erfindung zum Verbessern der existierenden Beleuchtungsschaltung muss die Größe der LED-Lampenvorrichtung gleich oder ähnlich jener der existierenden Leuchtstofflampe sein, um Arbeitsvorgänge zu erleichtern. Fachleute können den geeigneten L- und C-Wert entsprechend den Anforderungen in der Praxis wählen, um die Formel (4) oder (5) zu erfüllen, während die Anforderungen in Bezug auf die Größe der LED-Lampenvorrichtung erfüllt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung beträgt die Frequenz der Ausgangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts in der existierenden Beleuchtungsschaltung etwa 25–70 kHz. Daher bewirken der Induktivitätswert L des Induktors 131 und der Kapazitätswert C des Kondensators 132 der Resonanzeinheit 130, dass die Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises kleiner als 25 kHz, vorzugsweise kleiner als 20 kHz und noch bevorzugter kleiner als 12,5 kHz ist.
6 zeigt eine schematische Ansicht einer LED-Lampenvorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung, welche mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist. Wie in 6 dargestellt ist, kann bei Nichtvorhandensein eines elektronischen Vorschaltgeräts die Resonanzeinheit 130 der LED-Lampenvorrichtung 100 direkt an die Wechselspannungsquelle angeschlossen werden, wobei L eine Phasenleitung repräsentiert und N eine Neutralleitung repräsentiert. Gemäß dem Beispiel bewirken der Induktivitätswert des Induktors 131 und der Kapazitätswert des Kondensators 132 der Resonanzeinheit 130, dass die Resonanzeinheit 130 insgesamt eine kapazitive Impedanz zeigt, wenn die Resonanzeinheit 130 an die Wechselspannungsquelle angeschlossen ist.
Für die Anwendbarkeit auf die Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts 200, wie vorstehend beschrieben, weist die LED-Lampenvorrichtung 100 gemäß der Erfindung eine Resonanzeinheit 130 auf. Wenn die Resonanzeinheit 130 dafür eingerichtet ist, direkt an die Wechselspannungsquelle angeschlossen zu werden, zeigt die Resonanzeinheit 130 insgesamt eine kapazitive Impedanz. Demgemäß kann die Resonanzeinheit 130, nachdem sie direkt an die Wechselspannungsquelle angeschlossen wurde, die von der Wechselspannungsquelle bereitgestellte elektrische Leistung nicht erheblich beeinflussen, so dass die Ausgabe der Wechselspannungsquelle, fast ohne dass sie einer Umwandlung unterzogen wird, auf die Treibereinheit 120 und die LED-Einheit 110 hinter der Resonanzeinheit 130 für die Lichtemission einwirken kann.
Auf diese Weise kann die LED-Lampenvorrichtung 100, welche die Resonanzeinheit 130 gemäß der Erfindung aufweist, auch direkt an eine Wechselspannungsquelle in der Art einer zivilen oder industriellen Elektrizitätsversorgung (mit einer Spannung von 220 V oder 380 V) für die Beleuchtung angeschlossen werden, ohne dass sich ein elektronisches Vorschaltgerät in der existierenden Schaltung befände.
Mit Bezug auf 5 wird verstanden werden, dass für eine gegebene Wechselspannungsquelle ihre Frequenz f fest ist. Je größer die Resonanzfrequenz f_r der Reihenschaltung aus dem Induktor 131 und dem Kondensator 131 ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der LC-Kreis in höherem Maße dazu neigt, eine kapazitive Impedanz zu zeigen. Mit anderen Worten sollen, um zu ermöglichen, dass die Resonanzeinheit 130 insgesamt eine kapazitive Impedanz zeigt, wenn sie direkt an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen wird, der Induktivitätswert L des Induktors 131 und der Kapazitätswert C des Kondensators 132 in der Resonanzeinheit 130 bewirken, dass die Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises größer ist als die Frequenz f_AC der Ausgangsspannung der Wechselspannungsquelle, nämlich dass L und C die folgende Formel (6) erfüllen:
Vorzugsweise erfüllen L und C die folgende Formel (7):
Gemäß einem Aspekt der Erfindung beträgt die Frequenz der Ausgangsspannung der Wechselspannungsquelle in der Art einer zivilen oder industriellen Elektrizitätsversorgung etwa 50–60 Hz. Daher bewirken der Induktivitätswert L des Induktors 131 und der Kapazitätswert C des Kondensators 132 der Resonanzeinheit 130, dass die Resonanzfrequenz f_r des LC-Kreises größer als 60 Hz, vorzugsweise größer als 100 Hz und bevorzugter größer als 120 Hz ist.
Wie anhand der vorstehenden Formeln (4)–(7) ersichtlich ist, kann die LED-Lampenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Licht nicht nur dann emittieren, wenn sie an ein elektronisches Vorschaltgerät in der existierenden Beleuchtungsschaltung angeschlossen ist, sondern auch wenn sie bei Nichtvorhandensein eines elektronischen Vorschaltgeräts direkt an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Demgemäß sollen der Induktivitätswert L des Induktors 131 und der Kapazitätswert C des Kondensators 132 in der Resonanzeinheit 130 der LED-Lampenvorrichtung die folgende Formel (8) erfüllen:
Vorzugsweise erfüllen L und C die folgende Formel (9):
Daher ist die LED-Lampenvorrichtung gemäß der Ausführungsform dafür eingerichtet, Licht nicht nur unter Verwendung der Ausgabe des existierenden elektronischen Vorschaltgeräts zu emittieren, wenn die herkömmliche Leuchtstofflampe in der Beleuchtungsschaltung ersetzt wird, sondern auch indem sie bei Nichtvorhandensein eines elektronischen Vorschaltgeräts in der existierenden Schaltung direkt an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen wird. Das heißt, dass die LED-Lampenvorrichtung gemäß der Ausführungsform sowohl mit dem elektronischen Vorschaltgerät als auch mit der Wechselspannungsquelle kompatibel ist.
7 zeigt eine schematische Ansicht einer LED-Lampenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Wie in 7 dargestellt ist, umfasst die Treibereinheit 120 der LED-Lampenvorrichtung 100 einen Brückengleichrichter 121 und ein Schaltnetzteil (SMPS) 122. Der Brückengleichrichter 121 ist an die Resonanzeinheit 130 angeschlossen und wandelt den Wechselstrom von der Resonanzeinheit 130 in einen Gleichstrom um, und der Gleichstrom wird der LED-Einheit 110 durch das Schaltnetzteil 122 bereitgestellt. Das Schaltnetzteil 122 ist zwischen den Brückengleichrichter 121 und die LED-Einheit 110 geschaltet, um den durch den Brückengleichrichter 121 umgewandelten Gleichstrom der LED-Einheit 110 bereitzustellen und die der LED-Einheit 110 bereitgestellte Gleichstromleistung einzustellen.
Wie Fachleute verstehen werden, muss das Schaltnetzteil in dem Fall, dass die Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung und die Lastimpedanz des Schaltnetzteils (d.h. eine äquivalente Impedanz der LED-Einheit) in einer positiven Wechselbeziehung stehen (d.h. die Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung bei einer Erhöhung der Lastimpedanz zunimmt), eine Mitkopplungs-Regelschleife aufweisen. Dagegen muss das Schaltnetzteil in dem Fall, dass die Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung und die Lastimpedanz für das Schaltnetzteil in einer negativen Wechselbeziehung stehen (d.h. die Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung bei einer Erhöhung der Lastimpedanz abnimmt), eine Gegenkopplungs-Regelschleife aufweisen.
Wiederum mit Bezug auf 3 sei bemerkt, dass, wenn die LED-Lampenvorrichtung mit der Resonanzeinheit gemäß der Erfindung an ein elektronisches Eigenresonanz-Vorschaltgerät angeschlossen ist, die Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung (d.h. die Ausgangsleistung des elektronischen Eigenresonanz-Vorschaltgeräts) bei einer Erhöhung der äquivalenten Impedanz der LED-Einheit abnimmt. Gemäß einem Beispiel der Erfindung weist das in der in 7 dargestellten LED-Lampenvorrichtung 100 enthaltene Schaltnetzteil 122 eine Gegenkopplungs-Regelschleife auf. Daher ist das Schaltnetzteil 122 für den Fall geeignet, in dem die Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung und die Lastimpedanz in einer negativen Wechselbeziehung stehen. Das heißt, dass die LED-Lampenvorrichtung 100, wenn das Schaltnetzteil 122 eine Gegenkopplungs-Regelschleife aufweist, infolge der in der LED-Lampenvorrichtung 100 enthaltenen Resonanzeinheit 130 Licht unter Verwendung der Ausgabe des elektronischen Eigenresonanz-Vorschaltgeräts in der existierenden Beleuchtungsschaltung emittieren kann. Wie Fachleute verstehen werden, ist die das Schaltnetzteil 122 mit der Gegenkopplungs-Regelschleife enthaltende LED-Lampenvorrichtung 100 auch dafür eingerichtet, Licht unter Verwendung der Ausgabe einer Wechselspannungsquelle zu emittieren. Daher ist die LED-Lampenvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel dafür eingerichtet, Licht nicht nur unter Verwendung der Ausgabe des existierenden elektronischen Eigenresonanz-Vorschaltgeräts zu emittieren, wenn die herkömmliche Leuchtstofflampe in der Beleuchtungsschaltung ersetzt wird, sondern auch indem sie bei Nichtvorhandensein eines elektronischen Vorschaltgeräts in der existierenden Schaltung direkt an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen wird. Das heißt, dass die LED-Lampenvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel sowohl mit dem elektronischen Eigenresonanz-Vorschaltgerät als auch mit der Wechselspannungsquelle kompatibel ist.
Ein nicht eigenresonantes elektronisches Vorschaltgerät hat jedoch eine Ausgangskennlinie, die von jener des elektronischen Eigenresonanz-Vorschaltgeräts verschieden ist. Wenn die LED-Lampenvorrichtung mit der Resonanzeinheit gemäß der Erfindung an ein nicht eigenresonantes elektronisches Vorschaltgerät angeschlossen wird, nimmt die Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung (d.h. die Ausgangsleistung des nicht eigenresonanten elektronischen Vorschaltgeräts) bei einer Erhöhung der äquivalenten Impedanz der LED-Einheit zu. Gemäß einem anderen Beispiel der Erfindung weist das in der in 7 dargestellten LED-Lampenvorrichtung 100 enthaltene Schaltnetzteil 122 eine Mitkopplungs-Regelschleife auf. Daher ist das Schaltnetzteil 122 für den Fall geeignet, in dem die Eingangsleistung der LED-Lampenvorrichtung und die Lastimpedanz in einer positiven Wechselbeziehung stehen. Das heißt, dass die LED-Lampe 100, wenn das Schaltnetzteil 122 eine Mitkopplungs-Regelschleife aufweist, Licht unter Verwendung der Ausgabe des nicht eigenresonanten elektronischen Vorschaltgeräts in der existierenden Beleuchtungsschaltung emittieren kann.
Die vorstehenden Beschreibungen in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sollen das Verständnis der Erfindung erleichtern, und sie dienen nur als Beispiel und sollen die Erfindung nicht einschränken. Es sei bemerkt, dass in den vorstehenden Beschreibungen ein für eine Ausführungsform beschriebenes und/oder dargestelltes Merkmal in einer identischen oder ähnlichen Weise in einer oder mehreren anderen Ausführungsformen verwendet werden kann, um mit Merkmalen in der einen oder den mehreren anderen Ausführungsformen kombiniert zu werden oder um ein Merkmal in der einen oder den mehreren anderen Ausführungsformen zu ersetzen. Wie Fachleute verstehen werden, fallen verschiedene an den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgenommene Abänderungen und Modifikationen in den Schutzumfang der Erfindung, ohne vom Konzept der Erfindung abzuweichen.

Claims

LED-Lampenvorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine LED-Einheit zum Emittieren von Licht, eine Treibereinheit zum Ansteuern der LED-Einheit, so dass die LED-Einheit Licht an einem Arbeitspunkt emittiert, und eine Resonanzeinheit zum Empfangen einer Eingabe, zum Bereitstellen von Wechselstromleistung für die Treibereinheit und zum Schützen der Treibereinheit und der LED-Einheit davor, durch die Eingabe beschädigt zu werden.
LED-Lampenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Resonanzeinheit einen Induktor und einen Kondensator umfasst, die in Reihe geschaltet sind.
LED-Lampenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Induktivitätswert des Induktors und der Kapazitätswert des Kondensators bewirken, dass die Resonanzeinheit eine induktive Impedanz aufweist, wenn die Resonanzeinheit eine Ausgabe eines elektronischen Vorschaltgeräts als Eingabe empfängt.
LED-Lampenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Induktivitätswert des Induktors und der Kapazitätswert des Kondensators die beiden folgenden Formeln erfüllen:
wobei L den Induktivitätswert des Induktors repräsentiert, C den Kapazitätswert des Kondensators repräsentiert und f_ECG die Frequenz der Ausgangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts repräsentiert.
LED-Lampenvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Frequenz der Ausgangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts 25–70 kHz beträgt.
LED-Lampenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Induktivitätswert des Induktors und der Kapazitätswert des Kondensators die beiden folgenden Formeln erfüllen:
wobei L den Induktivitätswert des Induktors repräsentiert, C den Kapazitätswert des Kondensators repräsentiert, f_AC die Frequenz der Ausgangsspannung einer Wechselspannungsquelle repräsentiert, wenn die Resonanzeinheit die Ausgabe der Wechselspannungsquelle als Eingabe empfängt, und f_ECG die Frequenz der Ausgangsspannung eines elektronischen Vorschaltgeräts repräsentiert, wenn die Resonanzeinheit die Ausgabe des elektronischen Vorschaltgeräts als Eingabe empfängt.
LED-Lampenvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Frequenz der Ausgangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts 25–70 kHz beträgt und die Frequenz der Ausgangsspannung der Wechselspannungsquelle 50–60 Hz beträgt.
LED-Lampenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Treibereinheit Folgendes umfasst: einen Brückengleichrichter zum Umwandeln eines Wechselstroms von der Resonanzeinheit in einen Gleichstrom und ein Schaltnetzteil zum Bereitstellen des durch den Brückengleichrichter umgewandelten Gleichstroms für die LED-Einheit und zum Einstellen der Leistung des der LED-Einheit bereitgestellten Gleichstroms.
LED-Lampenvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Schaltnetzteil ein Schaltnetzteil mit einer Gegenkopplungs-Regelschleife ist, wenn die Resonanzeinheit eine Ausgabe eines elektronischen Eigenresonanz-Vorschaltgeräts oder einer Wechselspannungsquelle als Eingabe empfängt.
LED-Lampenvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Schaltnetzteil ein Schaltnetzteil mit einer Mitkopplungs-Regelschleife ist, wenn die Resonanzeinheit eine Ausgabe eines nicht eigenresonanten elektronischen Vorschaltgeräts als Eingabe empfängt.