CN104221472A - 用于将led耦合至镇流器的适配电路 - Google Patents

用于将led耦合至镇流器的适配电路 Download PDF

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Abstract

适配电路(1)允许放电灯被具有发光二极管的照明电路(45)替代，同时保留设计成用于耦合至放电灯的镇流器电路(8)。适配电路(1)包括转换电路(2)，转换电路(2)用于将来自镇流器电路(8)的输入电压和电流信号转换为前往照明电路(45)的输出电压和电流信号。转换电路(2)在来自镇流器电路(8)的能量已经转移至转换电路(2)之后的预定时间间隔期间将输入电压信号的幅值降低至预定值以下的值。这些时间间隔与输入电压信号的周期同步。在用于排出能量的第一排出状态与用于释放能量的第二释放状态之间，已经引入了第三状态，例如用于保持能量的保持状态。第三状态允许镇流器电路(8)所经历的相关值以保持与放电灯被供电时的情形相当。

Description

用于将LED耦合至镇流器的适配电路
技术领域
本发明涉及用于将照明电路耦合至镇流器电路的适配电路。本发明还涉及装置和方法。
这种照明电路的示例是具有无论何种类型的一个或多个发光二极管以及无论何种组合的电路。这种装置的示例是灯及其部件。
背景技术
US 2002/0060526 A1公开了灯管和电源电路。该电源电路包括串联的常规的荧光灯镇流器、整流器/滤波器、脉冲宽度调节开关和要耦合至发光二极管阵列的限流器。
通常，通过在负载表现出特定的负载阻抗时提供特定的电压信号或电流信号以将功率从镇流器电路输送至负载。供给至负载的电压信号的波形在很大程度上由通过镇流器电路主动输出的电压信号的波形决定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于将照明电路耦合至镇流器电路的改进的适配电路。本发明的另外的目的在于提供装置和方法。
根据第一方面，提供了一种用于将照明电路耦合至镇流器电路的适配电路，该照明电路包括至少一个发光二极管，该镇流器电路被设计成用于连接至使用第一功率量的放电灯，该照明电路设计成使用等于或者不同于第一功率量的第二功率量，该适配电路包括转换电路，该转换电路用于将来自镇流器电路的输入电压信号和输入电流信号转换为前往照明电路的输出电压信号和输出电流信号，该转换电路适于：
-从镇流器电路排出能量；以及
-在来自镇流器电路的能量已经转移到转换电路之后的预定时间间隔期间将输入电压信号的幅值降低至预定值以下的值，该时间间隔与输入电压信号的至少一个周期同步。
通过将转换电路引入至适配电路中，介于第一排出状态与第二释放状态之间的第三状态已经变得可能。该第三状态允许镇流器电路所经历的相关值保持，以与放电灯被供电时的情形相当。结果，镇流器电路中的保护和监测方法将保持良好地执行，并且镇流器电路中和附近的部件不比平常压力更大。该第三状态允许常规的荧光灯镇流器保持原样，即使在照明电路使用的第二功率量不同于放电灯使用的第一功率量(例如，比第一功率量小得多)的情况下也是如此。结果，常规的荧光灯镇流器无需更换并且不比平时压力更大，这是很大的优点。
适配电路的实施例由如下转换电路限定，该转换电路进一步适于：
-在输入电压信号的幅值降低至预定值以下的值或另一值期间保持能量；以及
-释放能量。
介于第一排出状态与第二释放状态之间的第三状态优选地是用于保持能量的保持状态。这些状态将输出电压信号的波形调整为供给至照明电路的并且减小镇流器电路对该波形的影响。
适配电路的实施例由转换电路限定，该转换电路至少包括：用于存储能量的电抗元件；开关，其用于与电抗元件相组合地在预定时间间隔期间将输入电压信号的幅值降低至预定值以下的值；以及定时器电路，其用于控制开关。该电抗元件包括例如电感器。
适配电路的实施例由定时器电路限定，该定时器电路是可调节定时器电路，该可调节定时器电路用于根据第二功率量调节开关的控制。不同的第二功率量可能需要开关的不同控制。
适配电路的实施例由转换电路限定，该转换电路还包括电容器，电抗元件包括电感器，该电感器的一侧被耦合至转换电路的第一输入端子，该电感器的另一侧被耦合至二极管的一侧，该二极管的另一侧被耦合至电容器的一侧，该电容器的另一侧被耦合至转换电路的第二输入端子，电容器的两侧都被耦合至转换电路的输出端子，并且开关的主触头被耦合至二极管的所述一侧和电容器的所述另一侧。电容器例如具有滤波功能。
适配电路的实施例由转换电路限定，该转换电路还包括用于触发定时器电路的触发电路。优选地，定时器电路通过形成转换电路的一部分的触发电路被触发。
适配电路的实施例由触发电路限定，该触发电路适于在启动时和/或直到已经经过特定时间间隔和/或直到已经到达特定状态来去激活(deactivate)开关的操作。特定时间间隔的截止和特定状态的到达可以用来平衡启动问题。
适配电路的实施例由触发电路限定，该触发电路包括：
-限定电路，用于限定时间参数和/或电压水平；以及
-耦合至限定电路的决定电路，用于向定时器电路提供触发信号。
时间参数和电压水平的所述限定可以限定第三状态的开始。
适配电路的实施例由限定电路限定，该限定电路包括一个或多个电阻器、一个或多个电压限定电路以及电容器的串联电路，电容器可与另一个电阻器并联耦合，该限定电路与转换电路并联耦合，并且决定电路包括具有控制电极和主电极的晶体管，该控制电极耦合至限定电路中的互连点并且与主电极用于提供触发信号耦合。
适配电路的实施例由触发电路限定，该触发电路还包括：
-开关，其用于桥接限定电路的至少一部分以在启动时和/或直到已经经过特定时间间隔和/或直到已经到达特定状态来去激活输入电压信号的幅值至预定值以下的值的减小。
同样，特定时间间隔的截止和特定状态的到达可以用来平衡启动问题。
适配电路的实施例由转换电路限定，该转换电路包括用于连接至镇流器电路的整流电路。
根据第二方面，提供了一种包括如前面限定的适配电路并且还包括镇流器电路的装置。
根据第三方面，提供了一种包括如前面限定的适配电路并且还包括照明电路的装置。
根据第四方面，提供了一种用于将照明电路耦合至镇流器电路的方法，该照明电路包括至少一个发光二极管，该镇流器电路被设计成用于连接至使用第一功率量的放电灯，该照明电路被设计成使用等于或者不同于第一功率量的第二功率量，该方法包括来自镇流器电路的输入电压信号和输入电流信号向前往照明电路的输出电压信号和输出电流信号的转化，该转换包括：
从镇流器电路排出能量；以及
在来自镇流器电路的能量已经转移到转换电路之后的预定时间间隔期间将输入电压信号的幅值降低至预定值以下的值，该时间间隔与输入电压信号的至少一个周期同步。
根据第五方面，提供了一种通过使用等于或者不同于第一功率量的第二功率量的照明电路替代使用第一功率量的放电灯的方法，该照明电路包括至少一个发光二极管，该方法包括安装如前所述的用于将照明电路耦合至镇流器电路的适配电路的步骤，该镇流器电路设计成用于耦合至放电灯。
见地在于能够通过排出镇流器电路中的能量存储来改变输入波形，能够通过排出镇流器电路中的能量存储而从该镇流器电路接收功率，和/或第一排出状态和第二释放状态不是一定要彼此直接接续。
基本的理念是适配电路的输入级(stage)设计成在相对短的时间期间从镇流器电路排出能量，适配电路的输入级设计成在能量已经排出后的一定时期内保持输入电压信号在特定范围内，和/或在第一排出状态与第二释放状态之间引入第三状态，第三状态例如为保持状态。
已经解决了提供改进的适配电路以及装置和方法的问题。
常规的荧光灯镇流器的优点不需要被替代，并且不比平时压力更大，即使在照明电路使用的第二功率量不同于放电灯使用的第一功率量的情况下也是如此。
本发明的这些和其他方面将参照下文描述的实施例而显而易见并将参照这些实施例来阐释。
附图说明
在附图中：
图1示出了适配电路的实施例；
图2示出了镇流器电路的谐振槽的实施例；
图3示出了整流电路的实施例；
图4示出了开关电路的实施例；
图5示出了触发电路的实施例；
图6示出了定时器电路的实施例；以及
图7示出了波形。
具体实施方式
为了对诸如荧光灯管之类的放电灯进行改造，将包括发光二极管的照明电路集成到设计成替代荧光灯管的管状壳体中。通常，设计成与那些荧光灯管结合使用的镇流器电路不能够被容易地替代，并且保持原样。特别是当以与放电灯的功率水平相比不同的功率水平(优选地，以比放电灯的初始功率水平低的降低的功率水平)来运行这种照明电路时，镇流器电路的特性不应被忽略，例如镇流器电路中的谐振电感器的饱和水平和一些镇流器控制芯片中的各种保护和监测方法。
所述降低的功率水平能够通过为例如包括发光二极管串的照明电路选择合适的操作电压而实现。这样，功率水平降低，但是镇流器电路的性能也受到影响。这可能导致镇流器电路中的磁性部件的过热或饱和。另外，一些镇流器电路配备有控制芯片，这些控制芯片监测进入镇流器电路的谐振槽的电流。所述功率水平的降低不应当导致镇流器电路的误差检测和关闭。
下面讨论的适配电路允许照明电路的功率水平低于放电灯的初始功率水平，同时保持镇流器电路不变，而良好地工作和运行。
在图1中，适配电路1示出为包括转换电路2。适配电路1耦合至镇流器电路8，镇流器电路8包括源9(例如，半桥转换器)和谐振槽10。转换电路2例如包括整流电路3、开关电路4、触发电路5和定时器电路6。
在图2中，更详细地示出了镇流器电路8的谐振槽10，其包括电感器101和电容器102。电感器101耦合在镇流器电路8的输入端子(左侧)和输出端子(右侧)之间。电容器102与镇流器电路8的输出端子(右侧)并联耦合。不排除其他类型的镇流器电路，即具有用于向所谓的灯丝馈电的另外的输出端子的类型的镇流器电路。
在图3中，更详细地示出了整流电路3，其包括处于所谓的二极管桥的四个二极管31-34。不排除其他类型的整流电路，即具有模拟放电灯的所谓的灯丝的功能的另外的输入端子的类型的整流电路。
在图4中，更详细地示出了开关电路4，其包括电感器41和开关42的第一串联电路，其中开关42耦合至开关电路4的输入端子(左侧)并且还耦合至开关电路4的输出端子(右侧)，并且开关电路4还包括二极管43和电容器44的第二串联电路，其与开关42并联耦合。包括至少一个发光二极管的照明电路45与电容器44并联耦合。开关42可以是任何类型的开关，并且通过电极91接收控制信号，使得开关电路4与镇流器电路8以同步的方式工作。该开关电路4是所谓的升压转换器或增压转换器，但是不排除其他类型的开关电路。照明电路45可以替代性地位于开关电路4的外部或者位于适配电路1的外部。
尽管这里示出了仅仅一个发光二极管，但照明电路45一般包括多个发光二极管，这些发光二极管一般为串联。另外，照明电路45还可以包括：功率分配元件(例如开关)，其用于将输入能量以特定的配置(configuration)分配至发光二极管的一个或多个部件；功率转换元件(例如开关式电源)，其用于改变电压和/或电流水平；以及能量存储元件(例如电容器)，其用于缓冲能量以在低输入功率的时间间隔期间提供降低的闪烁水平或者更稳定的光。
在图5中，更详细地示出了触发电路5，其包括：电阻器51与耦合至触发电路5的输入端子(左侧)的开关52的第一串联电路；与开关52并联耦合的两个电阻器53和54的第二串联电路；二极管55、齐纳二极管56以及电容器57和电阻器58的并联电路的第三串联电路，其中第三串联电路与电阻器54并联耦合；以及晶体管60，晶体管60具有耦合至并联电路的两侧的控制电极和第一主电极以及耦合至电阻器59的一侧的第二主电极。电阻器59的另一侧和第一主电极形成触发电路5的输出端子，并且第二主电极形成用于向定时器电路6提供触发信号的电极93。开关52可以是任何类型的开关并且通过电极92接收控制信号。不排除其他类型的触发电路，即，触发取决于功率水平的电路。作为示例，实际功率或输送至照明电路45的功率可以被测量并与相应的期望值进行比较。触发水平根据比较结果被修改。
在图6中，更详细地示出了定时器电路6，其包括直流电压源65，直流电压源65耦合至定时器电路6的正极端子(上方)和负极端子或接地端子(下方)。该直流电压源65可以例如通过照明电路45(例如，通过分接发光二极管串内的电势)或其他方式来实现。定时器电路6还包括具有8个端子71-78的集成电路7，例如555定时器芯片。端子71耦合至定时器电路6的负极端子或接地端子(下方)。端子72通过电极93接收触发信号。端子73通过电极91提供控制信号并且通过电阻器61耦合至定时器电路6的负极端子或接地端子(下方)。端子74和75耦合至定时器电路6的正极端子(上方)。端子76和77通过电阻器63耦合至定时器电路6的正极端子(上方)并且通过电容器64耦合至定时器电路6的负极端子或接地端子(下方)。端子78通过电容器62耦合至定时器电路6的负极端子或接地端子(下方)。不排除其他类型的定时器电路，即，计时取决于功率水平的电路。作为示例，实际功率或输送至照明电路45的功率可以被测量并与相应的期望值进行比较。周期的持续时间根据比较结果被修改。
在图7中，示出了波形，其中波形A是镇流器电路中的集成电路所感测的电压信号(放电灯：浅色曲线图；适配电路1和具有发光二极管的照明电路45：深色曲线图)，波形B是通过灯的电流信号(具有发光二极管的照明电路45)，波形C是通过电感器41的电流信号，波形D是进入整流电路3的电流信号，以及波形E是整流电路3的输入处的电压信号(放电灯：曲线图F；具有发光二极管的照明电路45：曲线图G)。
利用该适配电路1，能够降低功率水平，例如，从常规的32W降低至大约10W。这能够实现巨大的功率节省和(远程控制)可调光照明电路。对于开关电路4的特殊定时导致镇流器电路8所经历的相关值保持与荧光灯常规灯管被供电时的情形相当。结果，镇流器电路8中的保护和监测方法将不会停止照明电路45的工作，并且镇流器电路8中的部件不比平时压力更大。
镇流器电路8和开关电路4与控制信号的脉冲(关于时间)的正确定位之间的同步这里通过电压测量来完成。定时器电路6设定通过开关电路4中的开关42实现的短电路持续时间。
在触发电路5中，测量接收到的电压信号，并且从测得的该电压信号中得出触发信号。当整流过的电压信号例如高于大约130V时，晶体管60触发定时器电路6。定时器电路6基于555定时器芯片，该芯片是低成本的、在世界范围内都能够得到的部件。电阻器63和电容器64设定开关42关闭期间的时间周期的持续时间。
开关52用来在第一20μs中阻断任何(错误的)触发信号，这代表了某种类型的受控的启动行为。在启动期间，镇流器电路8和照明电路45都需要使其工作稳定，直至到达稳定的工作点。关于照明电路45和电容器44，需要通过充电提供较大量的能量。该充电应当尽可能快地发生，以尽可能快地提供照明。因此，开关电路4的分流动作(意在降低功率水平)在特定时间周期的开始时被去激活。这可以是通过固定延时产生的预定时间周期。在启动期间，开关52进入导通状态，从而将测量分压分流至零，并且因而防止任何触发信号被供给至定时器电路6。当然，不同的实施例是可能的。触发信号可以被阻断直至已经达到电容器44的照明电路45处的特定电压。或者，触发信号可以不受影响，但是对开关42的控制信号可以被阻断。另外，可替代地，开关电路4中的短接间隔的持续时间可以被减短或延长以具有快速而稳定的启动程序。在常规的稳态工作时，开关52将处于非导通状态，使得能够供给触发信号。
关于图7所示的波形，波形C是通过电感器41的电流信号，其表示接近于期望脉冲电流。当来自镇流器电路8的输入电压信号达到触发水平时，开关42进入导通状态，并且流经电感器41的电流信号以由该输入电压信号和电感器41确定的速率上升。反过来，输入电压信号不是固定电压信号，而是源于电容器102的放电。因此，在电流信号的上升期间，镇流器8(图2的电容器102)中的能量存储被排出。由于电容器102通过电感器101接收其能量——这限制了电流信号的变化率——，因此电感器101将排出事件与镇流器8的其余部分隔离开。因此，电容器102能够被快速地排空而不导致电感器101中过多的电流流动。当输入电压信号已经减为零时，通过电感器41的电流继续流动，从而使二极管桥短路。电流信号然后仅仅是电感器101输送的电流信号。在大约3μs之后，开关42进入非导通状态，并且电流信号能够对(滤波器)电容器44充电并且向照明电路45供电。保持间隔(hold internal)的持续时间(这里为3μs)由定时器电路6确定并且可以改变以控制输送的功率。波形E示出了照明电路45两端的电压信号非常不同于荧光灯两端的电压信号。但是通常，镇流器电路8中的控制芯片不监测这种电压信号的形状；仅仅峰值水平被测量并与大约300V的“灯点火故障”阈值进行比较。因此，照明电路45将不触发在控制芯片中执行的保护步骤。最后，波形A示出了镇流器电路8中的集成电路感测到的对于照明电路45和常规的荧光灯的信号的幅值是非常相似的。这里的重要特征在于，正峰值不比常规的荧光灯高，这是因为这将触发镇流器控制芯片中的(电容模式)保护。由于该峰值较低，所以电感器101中的电流信号(均方根和峰值两者)也比常规的荧光灯的情况下低，从而防止了该部件中任何不期望的饱和。
综上所述，适配电路1允许放电灯被具有发光二极管的照明电路45替代，同时保留设计成用于耦合至放电灯的镇流器电路8。适配电路1包括转换电路2，转换电路2用于将来自镇流器电路8的输入电压和电流信号转换为前往照明电路45的输出电压和电流信号。转换电路2在来自镇流器电路8的能量已经输送至转换电路2之后的预定时间间隔期间将输入电压信号的幅值降低至预定值以下的值。这些时间间隔与输入电压信号的周期同步。在用于排出能量的第一排出状态与用于释放能量的第二释放状态之间，已经引入了第三状态(例如用于保持能量的保持状态)。第三状态允许镇流器电路8所经历的相关值保持与放电灯被供电时的情形相当。
尽管已经在附图中和前文的描述中详细地图示和描述了本发明，但这种图示和描述应当被认为是说明性或示例性的，而非限制性的；本发明并不局限于所公开的实施例。通过对附图、本公开以及所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施要求保护的本发明时能够理解实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，用词“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除复数多个。仅仅是在相互不同的从属权利要求中述及某些特征这一事实并不说明不能够有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应理解为限制保护范围。

Claims (15)

1.一种用于将照明电路(45)耦合至镇流器电路(8)的适配电路(1)，所述照明电路(45)包括至少一个发光二极管，所述镇流器电路(8)被设计成用于连接至使用第一功率量的放电灯，所述照明电路(45)被设计成使用等于或者不同于所述第一功率量的第二功率量，所述适配电路(1)包括转换电路(2)，所述转换电路(2)用于将来自所述镇流器电路(8)的输入电压信号和输入电流信号转换为前往所述照明电路(45)的输出电压信号和输出电流信号，所述转换电路(2)适于：
-从所述镇流器电路(8)排出能量；以及
-在来自所述镇流器电路(8)的所述能量已经转移到所述转换电路(2)之后的预定时间间隔期间将所述输入电压信号的幅值降低至预定值以下的值，所述预定时间间隔与所述输入电压信号的至少一个周期同步。
2.根据权利要求1所述的适配电路(1)，所述转换电路(2)还适于：
-在所述输入电压信号的幅值降低至所述预定值以下的值或另一值期间保持所述能量；以及
-释放所述能量。
3.根据权利要求1所述的适配电路(1)，所述转换电路(2)至少包括：用于存储所述能量的电抗元件；开关(42)，所述开关(42)用于与所述电抗元件相组合地在所述预定时间间隔期间将所述输入电压信号的幅值降低至所述预定值以下的所述值；以及定时器电路(6)，所述定时器电路(6)用于控制所述开关(42)。
4.根据权利要求3所述的适配电路(1)，所述定时器电路(6)是可调节定时器电路，所述可调节定时器电路用于根据所述第二功率量调节所述开关(42)的控制。
5.根据权利要求3所述的适配电路(1)，所述转换电路(2)还包括电容器(43)，所述电抗元件包括电感器(41)，所述电感器(41)的一侧被耦合至所述转换电路(2)的第一输入端子，所述电感器(41)的另一侧被耦合至所述二极管(43)的一侧，所述二极管(43)的另一侧被耦合至电容器(44)的一侧，所述电容器(44)的另一侧被耦合至所述转换电路(2)的第二输入端子，所述电容器(44)的两侧被耦合至所述转换电路(2)的输出端子，并且所述开关(42)的主触头被耦合至所述二极管(43)的所述一侧和所述电容器(44)的所述另一侧。
6.根据权利要求3所述的适配电路(1)，所述转换电路(2)还包括用于触发所述定时器电路(6)的触发电路(5)。
7.根据权利要求6所述的适配电路(1)，所述触发电路(5)适于在启动时和/或直到已经经过特定时间间隔和/或直到已经到达特定状态来去激活所述开关(42)的操作。
8.根据权利要求6所述的适配电路(1)，所述触发电路(5)包括：
-限定电路，用于限定时间参数和/或电压水平；以及
-被耦合至所述限定电路的决定电路，用于向所述定时器电路(6)提供触发信号。
9.根据权利要求8所述的适配电路(1)，所述限定电路包括一个或多个电阻器(51，53)、一个或多个电压限定电路(55，56)以及电容器(57)的串联电路，所述电容器(57)可与另一个电阻器(58)并联耦合，所述限定电路与所述转换电路(2)并联耦合，并且所述决定电路包括晶体管(60)，所述晶体管(60)具有控制电极和主电极，所述控制电极(60)被耦合至所述限定电路中的互连点，并且所述主电极用于提供所述触发信号。
10.根据权利要求9所述的适配电路(1)，所述触发电路(5)还包括：
-开关(52)，所述开关(52)用于桥接所述限定电路的至少一部分以在启动时和/或直到已经经过特定时间间隔和/或直到已经到达特定状态来去激活所述输入电压信号的幅值至所述预定值以下的值的减小。
11.根据权利要求1所述的适配电路(1)，所述转换电路(2)包括用于连接至所述镇流器电路(8)的整流电路(3)。
12.一种装置，包括根据权利要求1所述的适配电路(1)并且还包括所述镇流器电路(8)。
13.一种装置，包括根据权利要求1所述的适配电路(1)并且还包括所述照明电路(8)。
14.一种用于将照明电路(45)耦合至镇流器电路(8)的方法，所述照明电路(45)包括至少一个发光二极管，所述镇流器电路(8)被设计成用于连接至使用第一功率量的放电灯，所述照明电路(45)被设计成使用等于或者不同于所述第一功率量的第二功率量，所述方法包括将来自所述镇流器电路(8)的输入电压信号和输入电流信号转换为前往所述照明电路(45)的输出电压信号和输出电流信号，所述转换包括：
-从所述镇流器电路(8)排出能量；以及
-在来自所述镇流器电路(8)的所述能量已经转移到所述转换电路(2)之后的预定时间间隔期间将所述输入电压信号的幅值降低至预定值以下的值，所述预定时间间隔与所述输入电压信号的至少一个周期同步。
15.一种通过使用等于或者不同于第一功率量的第二功率量的照明电路替代使用所述第一功率量的放电灯的方法，所述照明电路(45)包括至少一个发光二极管，所述方法包括安装根据权利要求1所述的用于将所述照明电路(45)耦合至镇流器电路(8)的适配电路(1)的步骤，所述镇流器电路(8)被设计成用于耦合至所述放电灯。
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