TW200840414A - LED module and procedure for operating at least one LED - Google Patents

Description

200840414 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種LED模組和操作至少一個LED之方法。 該LED模組包括：一輸入端，其與直流電壓源相耦合；一 輸出端，其與至少一 LED相耦接；一濾波器裝置以及一 DC-DC-轉換器，其中該濾波器裝置和該DC-DC-轉換器串聯 耦合在該輸入端和該輸出端之間，且該DC-DC-轉換器之輸 出端是與LED模組之輸出端相耦接。本發明另外亦涉及一 ί 種具有電子式安定器之電路配置以及一種操作LED模組上 的至少一個LED的方法。 【先前技術】 本發明所要解決之問題可參考附圖中的第1至3圖來探 討。因此，在現代的LED照明系統中多個並聯之LED模組 l〇a, 10b之使用逐漸增加，這些LED模組可經由一種位於 家用電源上的中央電子式安定器來操作。該家用電源提供 一種電壓Un。Un在德國例如是230 V AC。電子式安定器 ( ~ 12在其輸出端上提供一種電壓Ue，其例如是24 V DC。電 子式安定器1 2通常不易短路且設有一種電流監視器，其在 過電流時被觸發。在去除一種可能存在的二次側短路之 後’該電子式安定器12又可獨立地運行。爲了防止系統之 無意中的錯誤功能，例如，操作時的中斷，跳動或周期性 的閃爍，則並聯之LED模組10a，10b之導通電流不可達到 該電子式安定器12之過（over)電流-斷開門限（threshold) 値0 200840414 第2圖顯示先前技術中習知的光模組l〇a，1 〇b之輸入電 壓Ue之時間曲線圖以及光模組l〇a，l〇b之輸入電流Ie之時 間曲線圖。於此，可確定的是：在導通之後大約2.2〇ms時 最大的導通電流Ie是300 mA。在操作期間此電流Ie只有 7 6mA。由於此種高的導通電流，則可與電子式安定器12 並聯操作的光模組1 〇a，1 Ob之最大可允許的數目須受到很 大的限制。 第3圖顯示先前技術中已爲人所知的LED模組1 0之構 造的圖解。此模組1 〇包括一輸入，其具有第一輸入端E 1 和第二輸入端E2。隨後跟隨著一濾波器裝置1 4，其包括一 電感L 1和一電容器C 1。此濾波器裝置1 4在輸入側具有終 端FE1和FE2，且在輸出側具有終端FA1和FA2。在濾波 器裝置14之後是DC-DC-轉換器16，其包括輸入端DCE1 和DCE2以及輸出端DCA1和DCA2。此濾波器裝置14用來 在該電子式安定器12和該DC-DC-轉換器16之間確保一種 高頻時之去耦合作用，以防止電磁干擾。輸出端D C A 1和 j DCA2同時形成LED模組1〇之輸出端^和A2。在輸出端 上例如連接一個LED 1 8。此LED 1 8於是可配置在與此電 路之其餘部份相同的一電路板上，然而，亦可將輸出端A 1 和A 2由L E D模組1 0所在的電路板上延伸而出，以便使個 別配置的LED 18可與LED模組1〇相耦接。於是，該導通 電流Ie基本上可藉由電感L1和電感L1之歐姆電阻來限 制。這樣會造成以下的缺點：在該電感L 1之歐姆電阻上的 操作電流會造成一種電壓降且因此會有持續的損耗發生， 200840414 以及會在LED模組1 〇中形成額外的加熱作用。 【發明內容】 本發明的目的是進一步製成上述形式的L E D模組，使較 先前技術中還多的LED模組可在一電子式安定器上操作。 本發明另外亦涉及操作至少一 LED的方法。 上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項特徵的LED 模組和一*種具有申請專利車B圍弟1 3項特徵的方法來達 成。依據本發明的另一態樣，本發明另外提供一種具有申 Γ 請專利範圍第1 2項特徵的電路配置。

本發明係基於以下的認知：輸入電流達到越高的振幅値 - 時，則在DC-DC-轉換器之導通的時間點時該輸入電壓UE 越小。然後，當該輸入電壓Ue已上升至一較高的値時，則 在DC-DCN轉換器導通之前可實現一種導通過程，其特徵是 非常小的輸入電流。於是，更多的LED模組可在唯一的電 子式安定器上操作。此外’電感L 1不需考慮該輸入電流所 受之限制且因此在尺寸上可設置成歐姆値較先前技術中的 歐姆値還低（較小的DC-電阻），即，損耗較小。 本發明的上述認知可最簡單地以下述方式來實現：本發 明的LED模組另包括一種電子式開關，其設計成可將 DC-DC-轉換器耦合至LED模組的輸入端上或由此輸入端上 去耦合（de-coupled)。於是，能以簡單的方式來實現DC-DC-轉換器之一種延遲的接通現象。 一特別有利的實施形式之特徵是：LED模組另外包括一 種時間元件，其設計成使該電子式開關達成一種在LED模 200840414 組之輸入端上依據信號之振幅而在時間上延遲的切換作 用。於是，只有在一足夠大的輸入電壓可使用時，該電子 式開關才可將該DC-DC-轉換器自動地耦接至該LED模組 的輸入端。一種足夠高的輸入電壓的存在會使該導通電流 以較小的方式下降。藉由該時間元件之適當的尺寸，則可 確定該DC-DC-轉換器何時接通。 不同的光模組之時間元件之時間常數可變化時特別有 利。於是，導通時的時間點的變化會變大，即，較少的LED 模組將同時導通且導通電流的總和之尖峰値會進一步下 降。 電子式開關較佳是具有一控制電極、一工作電極和一參 考電極，其中LED模組另外包括一種分壓器和一第一、一 第二歐姆電阻，其中由第一和第二歐姆電阻所構成的串聯 電路是與該LED模組的輸入端相並聯。於是，該電子式開 關之控制電極較佳是與第一和第二歐姆電阻之間的連接點 相耦接。因此，可使用該分壓器上所下降的電壓’以使該 ^ 電子式開關接通或斷開。 較佳是製成該時間元件，使至少一電容器是與該第二歐 姆電阻相並聯。於是，額外組件上的耗費可最小化。 以下將設置本發明的二種形式，其不同之處是該電子式 開關所配置的位置不同。 依據第一種形式，該電子式開關耦接在LED模組之輸入 端和濾波器裝置之間。於是，當LED模組之輸入具有一第 一和一第二輸入端時特別有利，其中第二輸入端是與一參 200840414 考電位相連接，且該濾波器裝置具有第一和第二輸入端， 其中第一輸入端是與led模組之第一輸入端相耦接，該電 子式開關之參考電極是與led模組之第二輸入端相耦接， 其中該電子式開關之工作電極是與濾波器裝置之第二輸入 端相稱接。 較佳是另外設置一第一二極體’其是與第二歐姆電阻相 並聯，且此第一二極體須定向成使該電子式開關之控制電 極定位在第—^•輸入細之電位處。於是，可貫現一*種極性保 護作用，其在該電壓Ue之輸入側的極性轉變時可防止該電 子式開關受損。在正常操作時，該二極體操作在截止方向 中且因此類似於（quasi)”不可看見”。 在第二種形式中，該電子式開關耦接在該濾波器裝置和 該DC-DC-轉換器之間。該DC-DC-轉換器較佳是具有一第 一和一第二輸入端，'濾波器裝置具有一第一和一第二輸出 端，其中該濾波器裝置之第二輸出端是與該電子式開關之 參考電極相耦接，該電子式開關之工作電極是與該DC-DC-轉換器之第二輸入端相耦接。 特別有利的是另外設置一第一二極體，其是與第二歐姆 電阻相並聯，且此第一二極體須定向成使該電子式開關之 控制電極定位在濾波器裝置之第二輸出端之電位處。這樣 亦可達成極性保護作用，如以上第一種形式中所述者。 其它較佳的實施形式描述在申請專利範圍各附屬項中。 這些以本發明的LED模組作爲參考所描述的實施形式及 其優點只要適合時亦可應用於本發明的電路配置和本發明 200840414 的操作至少一 LED的方法中。 在本發明的電路配置之一特別有利的實施形式中，該 LED模組之時間元件之各組件所具有的容許度至少是5 %， 其中該時間元件之歐姆電阻特別是具有5 %之容許度，且該 時間元件之電容器特別是具有10%之容許度。藉由此種尺 寸上的設定，則能以特別簡單的方式來確保：直至使不同 的LED模組之個別的DC-DC-轉換器接通爲止時的延遲時 間可互相不同。個別的最大導通電流因此發生在不同的時 f ^ 間點，這樣可使由該電子式安定器所提供的最大導通電流 進一步下降。 以下將參考附圖來說明本發明之LED模組之二個實施 例。 【實施方式】 第3圖中所導入的參考符號只要涉及相同或類似的元件 時亦可用於本發明的LED模組之第4a圖和第4b圖所示的 實施形式中。這些符號因此不再說明。 (^ 第4a圖之實施形式具有方塊20，其包括一電子式開關 Q 1。控制電極S是與二個歐姆電阻R 1，R2之連接點相連 接。電子式開關Q1之參考電極B是與LED模組1 〇之第二 輸入端E2相耦接，電子式開開Q 1之工作電極A是與濾波 器裝置之第二輸入端FE2相耦接。爲了形成一時間元件， 一電容器C2並聯至歐姆電阻R2。一個二極體D1將該電子 式開關Q 1之控制電極S定位在第二輸入端E2之電位處。 在該電源電壓Ue接通時，該電子式開關Q 1成爲高歐姆狀 -10- 200840414 態，該DC-DC-轉換器16因此處於不操作狀態。經由ri， 則C 2緩慢地以時間常數r二R 1 * C 2來充電。只要該電子式 開關Q1接通而在以MOSFET來製成的電子式開關qi之閘 極和源極之間的門限電壓U C S已達到時’則該電子式開關 Q1開始導通且因此使DC-DC-轉換器16成爲操作狀態。在 一較佳的例子中，R1是，R2是4.7kQ，C2是2.2// F，且使用Si2316DS作爲電子式開關Q1。 在第4b圖之實施形式中，方塊20耦接在該濾波器裝置 14和DC-DC-轉換器16之間。於是，該濾波器裝置之第二 輸出端FA2是與該電子式開關Q1之參考電極B相轉接， 且該電子式開關Q1之工作電極A是與該DC-DC-轉換器16 之第二輸入端DCE2相耦接。 以下將再參考第2圖且第一次參考第5圖。在該輸入電 壓U E之時間曲線圖中，短暫地在上升之後可確定一第一轉 折點，其是一種顯示該DC-DC-轉換器16接通時的時間點。 時段11表示該L E D模組接通直至該D C - D C -轉換器1 6接通 / 爲止時的時段，此時段11在第2圖中是2.2 m s，在第5圖中 由於本發明的延遲而使tl成爲31.2ms。結果，最大的導通 電流IE之振幅由3 00mA(請參閱第2圖）下降至188mA(請參 閱第5圖）。 多個並聯在電子式安定器12上而操作的LED模組l〇a， 1 〇b之接通時間點之特別簡單的變化可藉由選取較大容許 度之組件C2和R1來達成。 在接通之後’該操作電流經由已接通的電子式開關Q 1 -11- 200840414 之低歐姆的汲極-源極·區段而流動。藉由適當地選取電晶 體，例如，此電晶體Si23 16DS之電阻RDS〇n可以是50m Ω， 則可使持續性的損耗最小化，且因此可防止LED模組中其 它不利的加熱作用。 【圖式簡單說明】 第1圖 先前技術中已知的電路配置的圖解，其具有電 子式安定器和多個連接至電子式安定器的LED模組。 第2圖 先前技術中已知的LED模組之輸入電流和輸入 電壓之時間曲線圖。 第3圖 先前技術中已知的LED模組之構造上的圖解。 第4 a圖 本發明的L E D模組的第一實施例之構造上的 圖解。 第4b圖 本發明的LED模組的第二實施例之構造上的 圖解。 第5圖 本發明的LED模組之輸入電流和輸入電壓之時 間曲線圖。 【主要元件符號說明】 1〇 LED模組 l〇a LED模組 l〇b LED模組 12 電子式安定器 14 濾波器裝置 16 DC-DC -轉換器

18 LED

Claims (1)

1. 200840414 十、申請專利範圍： 1· 一種LED模組（10)，其用來操作至少一 LED(18)，此LED 模組（10)包括： --輸入（El，E2)，用來與直流電壓源（Ue)相耦接； - 一輸出（Al, A2)，用來與至少一 LED(18)相耦接； --濾波器裝置（14);以及 - 一 DC-DC-轉換器（16); 其中該濾波器裝置（1 4 )和該D C - D C -轉換器（1 6 )串聯耦 接在該輸入（El，E2)和該輸出（Al，A2)之間，且DC-DC-轉換器（16)之輸出（DCA1，DCA2)是與LED模組（10)之輸 出（Al，A2)相耦接·， 其特徵爲： 此LED模組（10)另外包括一電子式開關（Q1)，其設計 成將該DC-DC-轉換器（16)耦接至該LED模組（10)之輸入 (El，E2)或由該輸入（El，E2)去耦合。 2 .如申請專利範圍第1項之L E D模組（1 0 )，其中此L E D模 組（10)另外具有一種時間常數（Rl，C2)，其設計成使該電 子式開關（Q1)可依據該LED模組（10)之輸入（El，E2)上之 信號的振幅而在時間上延遲地進行切換。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之L E D模組（1 〇 )，其中該電 子式開關（Q1)具有一控制電極（S)、一工作電極（A)和一參 考電極（B)，其中該LED模組（10)另外包括一個具有第一 (R1)和第二歐姆電阻（R2)之分壓器，其中由第一（R1)和第 二歐姆電阻（R2)所構成的串聯電路是與該LED模組（10) 200840414 之輸入（El，E2)並聯而相耦接著。 4. 如申請專利範圍第3項之LED模組（10)，其中該電子式 開關（Q1)之控制電極（S)是與第一（R1)和第二歐姆電阻 (R2)之間的連接點相耦接著。 5. 如申請專利範圍第3或4項之LED模組（10)，其中與該 第二歐姆電阻（R2)並聯耦接著至少一電容器（C 2)。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之LED模組（10)， 其中該電子式開關（Q1)耦接在該LED模組（10)之輸入 (El，E2)和該濾波器裝置（14)之間。 7. 如申請專利範圍第6項之LED模組（10)，其中該LED模 組（10)之輸入具有一第一和一第二輸入端（E1，E2)，其中 第二輸入端（E2)是與一參考電位相連接， 該濾波器裝置（14)具有一第一（FE1)和一第二輸入端 (FE2)，其中第一濾波器裝置輸入端（FE1)是與LED模組 (1 〇)之第一輸入端（E 1)相親接， 電子式開關（Q1)之參考電極（B)是與LED模組（10)之第 二輸入端（E2)相耦接，其中此電子式開關（Q1)之工作電極 (A)是與濾波器裝置之第二輸入端（FE2)相耦接。 8. 如申請專利範圍第7項之LED模組（10)，其中另外具有 一個第一二極體（D1)，其是與第二歐姆電阻（R2)相並聯， 且須設計此第一二極體（D 1 )，使其將該電子式開關（Q 1 ) 之控制電極（S)定位在第二輸入端（E2)之電位處。 9 .如申請專利範圍第丨至5項中任一項之l E D模組（1 0)， 其中該電子式開關（Q1)耦接在該濾波器裝置（14)和該 200840414 DC-DC-轉換器（16)之間。 10.如申請專利範圍第9項之LED模組（10)，其中該DC-DC-轉換器（16)具有一第一（DCE1)和一第二輸入端（DCE2)， 該濾波器裝置（14)具有一第一（FA1)和一第二輸出端 (FA2)，其中該濾波器第二輸出端（FA2)是與該電子式開 關（Q1)之參考電極（B)相耦接， 該電子式開關（Q1)之工作電極（A)是與DC-DC-轉換器 (16)之第二輸入端（DCE2)相耦接。 、 11.如申請專利範圍第10項之LED模組（10)，其中另外具有 一個第一二極體（D1)，其是與第二歐姆電阻（R2)相並聯， 且須設計此第一二極體（D 1 )’使其將該電子式開關（Q 1 ) 之控制電極（S)定位在濾波器裝置之第二輸入端（FA2)之 電位處。 12. —種具有電子式安定器（12)之電路配置，其中該電子式安 定器（12)設計成可在其輸出端上提供一種直流電壓（UE)， 其特徵爲z ， 由申請專利範圍第1至1 1項中任一項之至少二個L E D 模組（1 〇 a，1 〇 b)所構成的並聯電路是與該電子式安定器 (12)之輸出相耦接。 13. 如申請專利範圍第12項之電路配置，其中LED模組（l〇a， l〇b)之時間元件（Rl，C2)之各組件具有至少 5%之容許 度，其中該時間元件之歐姆電阻（R1)特別是具有5%之容 許度，且該時間元件之電容器（C2)特別是具有10%之容許 200840414 14. 一種LED模組（10)上之至少一 LED(18)之操作方法，此 LED模組（10)包括：一輸入（El，E2)，用來與直流電壓源 (Ue)相耦接；一輸出（A1，A2)，用來與至少一 LED(18)相 耦接；一濾波器裝置（14);以及一 DC-DC-轉換器（16); 其中該濾波器裝置（1 4 )和該D C - D C -轉換器（1 6)串聯耦接 在該輸入（El，E2)和該輸出（Al，A2)之間，且DC-DC-轉換 器（16)之輸出（DCA1，DCA2)是與 LED模組（10)之輸出 (Al，A2)相耦接； C 其特徵爲以下各步驟： a) 將該直流電壓源（UE)耦接至LED模組（1〇)之輸入 (El，E2);以及 b) 在時間上較步驟a)延遲地使DC-DC-轉換器（1 6)親接 至該LED模組（10)之輸入（E1，E2)。