CN107710872A - 具有改进的辉光减少的led光源 - Google Patents

具有改进的辉光减少的led光源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种LED光源，包括：‑用于连接到市电电压源的输入端子(K1，K2)；‑整流器(RB)，耦合到输入端子以用于对由市电电压源供给的市电供电电压进行整流，并且包括整流器输出端子；‑用于从经整流的市电供电电压中产生DC电流的DC‑DC变换器(CONV)，包括被连接到整流器输出端子的变换器输入端子并且包括第一变换器输出端子(A)和第二变换器输出端子(B)；‑LED负载(LL)，该LED负载的阳极经由第一电流控制元件(D5)被耦合到第一变换器输出端子，用于阻断从LED负载的阳极流向第一变换器输出端子的电流，并且该LED负载的阴极经由第一可控开关(M1)被耦合到第二变换器输出端子，该第一可控开关具有被耦合到第一控制电路的控制电极，以用于在LED光源处于待机模式的情况下使得可控开关非导通，由此LED负载的阴极经由第二电流控制元件(D)被耦合到第一可控开关(M1)以用于阻断从第一可控开关(M1)流向LED负载的阴极的电流。

Description

具有改进的辉光减少的LED光源
技术领域
本发明涉及LED光源的领域。更具体地，本发明涉及配备有待机功能的LED光源，换句话说，在市电源仍然被连接到LED光源的同时，可以停止LED光源的操作。
背景技术
基于LED的照明***被越来越广泛地被使用。LED具有高效率和长寿命。在许多照明***中，LED还提供比其他光源更高的光学效率。因此，LED为诸如荧光灯、高强度放电灯或白炽灯的公知光源提供了感兴趣的备选方案。
LED光源通常被包括在照明***中，其中LED光源的操作由控制命令所控制。这类控制命令包括用于激活LED光源的命令和用于停止LED光源操作的命令，即分别是开始产生LED电流的命令和停止产生LED电流的命令。在后一种情况下，操作并不通过中断LED光源到市电源的连接而停止，而是通过停止例如LED光源中所包括的变换器电路的操作而停止。在这样的后一种情况下，LED光源被称为处于待机模式。在这种待机模式中，因为市电源仍然被连接到LED光源，所以LED光源仍然能够接收更多的命令并处理那些命令。然而，与此同时，市电源可能通过包括在LED光源中的LED负载(的一部分)和寄生电容而引起泄漏电流。该泄漏电流可能使得LED串产生导致辉光效应(glow effect)的少量的光，这通常是不希望的。
公布的国际专利申请WO 2013/132379(与本申请共同转让给同一申请人)涉及一种LED光源，该LED光源允许在操作期间，供给LED的电流可以流过电流控制元件并且还可以流过被维持在导通状态的第一可控开关。在由变换器供给到LED负载的LED电流停止的情况下，LED光源处于待机状态并且使得第一可控开关是非导通的。因此，从市电源经由寄生电容流向LED负载的泄漏电流被有效地抑制，以使得LED在待机状态期间不产生少量的光。然而令人惊讶的是，上面引用的WO 2013/132379中所描述的LED光源，在操作期间在某些状况下，仍然可能遭受不希望的辉光效应。
值得注意的是，尽管这种LED光源与具有相对于保护性接地有相对较小电容的LED板的组合以及与具有相对于保护性接地有相对较高的电容的LED板的组合正常工作，但是当这种LED光源与具有中等寄生电容的LED板结合时，可能会发生一些辉光效应。
在本公开中，将被称为LED负载的部分可以包括一个LED或多个LED。当LED负载包括串联布置的多个LED时，那么将被称为LED负载的阳极的部分将是电流所流过的该串联布置中第一个LED的阳极，并且将被称为LED负载的阴极的部分将是电流所流过的该串联布置中最后一个LED的阴极。类似地，当LED负载包括并联布置的多个LED时，该并联布置可能具有多个并联支路，每个支路包括串联布置的多个LED，那么将被称为该布置的阳极的部分将是与电流所流过的每个并联支路的第一个LED的阳极具有相同电势的电节点，而将被称为该布置的阴极的部分将是与电流所流过的每个并联支路中最后一个LED的阴极具有相同电势的电节点。换句话说，LED负载的阳极将被认为是LED负载的最高正电势的节点，而阴极将被认为是最高负电势的节点。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有改进的辉光减少的LED光源，尤其地是与上面引用的WO 2013/132379中所描述的LED光源相比。
根据本发明的第一方面，提供了一种LED光源，包括：
用于连接到市电电压源的输入端子，
整流器，被耦合到输入端子以用于对由市电电压源供给的市电供电电压进行整流，并且包括整流器输出端子，
用于从经整流的市电供电电压中产生DC电流的DC-DC变换器，包括被连接到整流器输出端子的变换器输入端子并且包括第一变换器输出端子和第二变换器输出端子，
LED负载，包括一个或多个LED并且具有作为其最高正电势节点的阳极以及作为其最高负电势节点的阴极，所述LED的阳极经由第一电流控制元件耦合到第一变换器输出端子，该第一电流控制元件用于阻断从LED负载的阳极流向第一变换器输出端子的电流，并且LED负载的阴极经由第一可控开关耦合到第二变换器输出端子，该第一可控开关具有耦合到第一控制电路的控制电极，以用于在LED光源处于待机模式的情况下使得可控开关非导通，由此，LED负载的阴极经由第二电流控制元件被耦合到第一可控开关以用于阻断从第一可控开关流向LED负载的阴极的电流。
因此，无论所使用的LED板的配置如何，第一电流控制元件和第二控制元件都不允许任何不希望的电流流过负载，该流过负载的电流将可能导致辉光效应。
根据本发明的又一方面，第二电流控制元件可以包括二极管。
根据本发明的又一方面，第一电流控制元件可以包括二极管。
在本发明的又一实施例中，LED光源可以设置有保护性接地端子PED，以及耦合在保护性接地端子PE与耦合第一可控开关和第二电流控制元件的节点之间的主要为电容性的元件。
在本发明的又一实施例中，至少DC-DC变换器可以位于第一PCB上，第一电流控制元件和/或第二电流控制元件位于该第一PCB上。
在本发明的又一实施例中，至少LED负载可以位于第二PCB上，第一控制元件和/或第二电流控制元件位于该第二PCB上。
在本发明的又一实施例中，第一电流控制元件和第二电流控制元件可以各自具有比跨第一可控开关的寄生电容小的寄生电容。
附图说明
鉴于下面给出的仅通过说明性和非限制性示例提供的优选实施例以及附图的详细描述，本发明的这些特性和优点以及其他特性和优点将变得更清楚，其中附图描绘了：
图1示出了现有技术中已知的不包括辉光减少电路的LED光源；
图2示出了现有技术中已知的包括辉光减少电路的LED光源；
图3示出了本发明的示例性实施例中的具有改进的辉光减少电路的LED光源；
图4示出了描绘包括如图2所示的辉光减少电路的LED光源中的寄生电容所产生的电压波形的图。
具体实施方式
在图1中，K1和K2是用于连接到市电源的输入端子。二极管D1-D4形成包括整流器输出端子的整流器RB。整流器输出端子被连接到DC-DC变换器CONV的相应的变换器输入端子，以用于从经整流的市电供电电压中产生DC电流。变换器CONV包括第一变换器输出端子A和第二变换器输出端子B。变换器输入端子通过电容器Cin被连接并且第一变换器输出端子和第二变换器输出端子通过电容器Cout被连接。
变换器CONV配备有用于接收控制信号的输入端子K3，该控制信号激活或停止包括在DC-DC变换器中的变换器控制电路的操作并且由此分别启动LED光源的操作或使得LED光源进入待机模式。控制信号可以例如由LED光源形成其一部分的照明***中的光控制电路产生。
DC-DC变换器CONV可以包括一个或多个变换器级。在DC-DC变换器包括多个级的情况下，第一级可以是将LED光源匹配到供电的市电源的功率因数校正(PFC)级，以及将变换器匹配到LED负载的一个或多个输出级。
第一变换器输出端子A被连接到LED负载LL的阳极。在图1中，该LED负载LL由两个LED(即LED 1和LED 2)来示意性地表示。实际上，LED负载通常将包括数目多得多的LED。LED负载LL的阴极被连接到第二变换器输出端子B。
图1所示的LED光源非常适合用于灯具中。出于安全原因，这种灯具通常被连接到保护性接地PE，保护性接地PE转而被耦合到市电源的“中性线”。PE到市电源的“中性线”的耦合并不必需通过如图1所示的直接连接来完成。这种耦合可以在公用电网级完成，或者经由诸如所谓的“Y形电容器(Y cap)”的线路滤波电容器而完成。LED负载可以与灯具耦合，并且因此还通过图1中示意性表示为Cpar1、Cpar2和Cpar3的寄生电容与保护性接地耦合。
在图1所示的LED光源的正常操作期间，市电供电电压通过整流器RB被整流，并且DC-DC变换器从经整流的市电供电电压中产生被供给到LED负载LL的DC电流。该DC电流使得LED产生光。
然而，在端子K3处接收到停止DC-DC变换器操作的控制信号的情况下，流过LED的DC电流不再产生，并且LED光源处于待机模式。
因为LED光源的输入端子仍然被连接到市电源，将保护性接地耦合到LED负载的寄生电容引起AC泄漏电流流动。
在市电周期的第一部分期间，第一电流从端子K2通过寄生电容Cpar3和二极管D3流向输入端子K1。第二电流从输入端子K2通过Cpar2、LED 2和二极管D3流向输入端子K1。第三电流从端子K2通过寄生电容Cpar1、电容器Cout和二极管D3流向输入端子K1。这些电流对寄生电容充电。
在市电周期的第二部分期间，电流从端子K1通过二极管D1和电容器Cin流向变换器输出端子B。第一电流从变换器输出端子B通过电容器Cout和寄生电容Cpar1流向输入端子K2。第二电流从变换器输出端子B通过电容器Cout、LED1和寄生电容Cpar2流向输入端子K2。第三电流从变换器输出端子B通过寄生电容Cpar3流向端子K2。这些电流使寄生电容放电。
因此，泄漏电流流过寄生电容并且还部分地流过LED，由此使得LED产生被认为是不希望的少量的光。
图2所示的LED光源在前面引用的专利申请WO 2013/132379中进行了描述。它与图1所示的LED光源的不同之处在于，图2的LED光源还包括电阻器R1和R2、二极管D5、第一可控开关M1以及齐纳二极管Z1。在图2所示的实施例中，第一可控开关是FET。DC-DC变换器CONV的变换器输出端子通过电阻器R1和电阻器R2的串联布置连接。电阻器R1和电阻器R2的公共端子被连接到第一可控开关M1的控制电极，并且电阻器R2被齐纳二极管Z1分路。电阻器R1、电阻器R2和齐纳二极管Z1一起形成第一控制电路，以用于在DC-DC变换器的操作停止且LED光源处于待机模式的情况下，使可控开关M1非导通。
在图2所示的LED光源的正常操作期间，跨电容器Cout的电压足够高，并且因此跨电阻器R1和电阻器R2的串联装置的电压足够高，以保持第一可控开关M1处于导通状态。结果，图2所示的LED光源的正常操作非常类似于图1所示的LED光源的正常操作，这是因为二极管D5和可控开关M1传导由DC-DC变换器CONV所产生的DC电流。
在DC-DC变换器在其端子K3处接收控制信号以从正常操作改变到待机模式的情况下，停止DC-DC变换器的操作，供给LED负载的DC电流不再产生，并且变换器输出端子之间的电压减少使得第一可控开关M1变为非导通。二极管D5和可控开关M1的体二极管阻断泄漏电流，以使得寄生电容不再被充电和放电，并且在LED光源处于待机模式时LED不再产生少量的光，使得辉光效应被有效地抑制。
要注意的是，在二极管D5被省去的情况下，LED将仍然产生少量的光。这是因为对于市电电压的高瞬时幅值，当端子K2处的电压高于端子K1处的电压时，LED将承载从其阴极流向其阳极的反向电流。这一电流将对寄生电容充电。LED将随后在端子K1处的电压高于端子K2处的电压的情况下承载使寄生电容放电并从LED阳极流向LED阴极的电流。在图2所示的实施例中，流过LED的反向电流被用作第一电流控制元件的二极管D5所阻断。
然而，如在下文中参考图3和图4更详细解释的，如图2所示的LED光源在某些情况下可能仍然显现出一些辉光效应。
图3示出在本发明的示例性实施例中的具有改进的辉光减少电路的LED光源。图3基本上类似于图2，并且图3中示出的大部分元件在上面参考图2进行了介绍。与图2相反，图3还公开了诸如所谓“Y形电容器”Ycap的典型线路滤波电容器，其为将可控开关M1的漏极耦合到PE的主要为电容性的元件。此外，可控开关M1本身在可控开关M1的漏极与源极之间具有寄生电容，这在图3中表示为Cpar。可控开关M1的寄生电容Cpar已经被本发明人确定为即使在可控开关M1的非导通状态期间，仍然导致辉光效应的不希望的电流流动的根本原因。图4示出变换器CONV的第二输出端子B与PE之间的电压差的波形。Cpar和Ycap形成第二输出端子B与PE之间的电压差的电容分压器。然而，可控开关M1的漏极与PE之间的电压差的剩余幅值可能仍然足够高以导致流过LED负载LL的电流，可能使得LED负载发射辉光。如图3所示，主要为电容性的元件可以被耦合在保护性接地PE与耦合第一可控开关M1和第二电流控制元件D的节点之间，这具有进一步改进的辉光电流减少的有益技术效果。
本发明提出，采用第二电流控制元件以用于阻断从第一可控开关M1流向LED负载LL的阴极的电流。在图3所示的示例性实施例中，第二电流控制元件优选地由二极管D形成，但是还可以例如由晶闸管、sidac(硅对称二端开关元件)或齐纳二极管形成。二极管D的阳极被电耦合到LED负载LL的阴极，而二极管D的阴极被电耦合到可控开关M1的漏极。
第二电流控制元件的技术功能是，可以被表示为CparD的该第二电流控制元件的寄生电容与LED板的寄生电容Cpar3一起形成可控开关M1的漏极与PE之间的电压差的另一电容分压器，以使得只有低纹波电压保留在LED板上。如果该纹波电压低于LED负载LL的正向电压，那么将不会存在可见的辉光。优选地，选择第一电流控制元件和第二电流控制元件以各自具有小于跨可控开关M1的寄生电容Cpar(即：可控开关M1的源极与漏极之间的电容)的寄生电容。
在一些实施例中，LED光源的全部部件都可以在相同的印刷电路板(PCB)基板上实施。
在其他示例性实施例中，DC-DC变换器CONV和可能的整流器RB以及电容器Cin和Cout，可以物理地位于第一PCB(或所谓的“驱动器PCB”)上，而LED负载LL可以物理地位于第二PCB(或如上所述的“LED板”)上。第一电流控制元件D5和/或第二电流控制元件D可以物理地在第一PCB或第二PCB上实施。
虽然已经在附图和前面的描述中说明并详细描述了本发明，这样的说明和描述被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所请求保护的发明时可以理解并实现所公开的实施例的其它变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。在权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对权利要求范围的限制。

Claims (7)

1.一种LED光源，包括：
-输入端子(K1，K2)，用于连接到市电电压源，
-整流器(RB)，耦合到所述输入端子以用于对由所述市电电压源供给的市电供电电压进行整流，并且包括整流器输出端子，
-用于从经整流的所述市电供电电压中产生DC电流的DC-DC变换器(CONV)，包括被连接到所述整流器输出端子的变换器输入端子，并且包括第一变换器输出端子(A)和第二变换器输出端子(B)，-LED负载(LL)，包括一个或多个LED，并且具有作为其最高正电势节点的阳极以及作为其最高负电势节点的阴极，
所述阳极经由第一电流控制元件(D5)被耦合到所述第一变换器输出端子，所述第一电流控制元件(D5)用于阻断从所述LED负载的所述阳极流向所述第一变换器输出端子的电流，并且所述阴极经由第一可控开关(M1)被耦合到所述第二变换器输出端子，所述第一可控开关具有被耦合到第一控制电路的控制电极，所述第一控制电路用于在所述LED光源处于待机模式的情况下使得所述可控开关非导通，由此所述LED负载的所述阴极经由第二电流控制元件(D)被耦合到所述第一可控开关(M1)，所述第二电流控制元件(D)用于阻断从所述第一可控开关(M1)流向所述LED负载的所述阴极的电流。
2.根据权利要求1所述的LED光源，其中所述第二电流控制元件(D)包括二极管。
3.根据前述任一项权利要求所述的LED光源，其中所述第一电流控制元件(D5)包括二极管。
4.根据前述任一项权利要求所述的LED光源，其中所述LED光源设置有保护性接地端子(PE)，以及主要为电容性的元件(Ycap)被耦合在所述保护性接地端子(PE)与用于耦合所述第一可控开关(M1)和所述第二电流控制元件(D)的节点之间。
5.根据前述任一项权利要求所述的LED光源，其中至少所述DC-DC变换器(CONV)位于第一PCB上，所述第一电流控制元件(D5)和/或所述第二电流控制元件(D)位于所述第一PCB上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的LED光源，其中至少所述LED负载(LL)位于第二PCB上，所述第一电流控制元件(D5)和/或所述第二电流控制元件(D)位于所述第二PCB上。
7.根据前述任一项权利要求所述的LED光源，其中所述第一电流控制元件(D5)和所述第二电流控制元件(D)各自被选择为具有比跨所述第一可控开关(M1)的寄生电容(Cpar)小的寄生电容。
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