用于為非dc燈具裝配中的dc燈具供電的驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種驅(qū)動電路，以用于調(diào)整LED（發(fā)光二級管）燈或燈陣列以被用在用于非LED類型燈的燈裝配中而無需修改燈裝配。該驅(qū)動電路使得LED燈或LED燈陣列可以被插入至燈裝配中以作為非LED燈的替代，以使得LED燈和驅(qū)動電路的合并單元被保留在燈裝配中并與用于為所插入的燈的燈裝配的電觸點進行電連接。驅(qū)動電路使得燈陣列的LED燈能夠利用任何的AC（交流）電源、電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器來操作。驅(qū)動電路包括第一階段，該第一階段包括濾波電路并具有可連接至燈裝配的任何的AC電源、電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器的輸入端；第二階段，該第二階段包括高頻切換網(wǎng)絡(luò)并具有連接至第一階段的輸出端的輸入端；以及第三階段，該第三階段包括AC/DC（直流）變換器并具有連接至第二階段的輸出端的輸入端和可連接至LED燈的輸出端。第三階段被配置成將DC功率傳送至連接的LED燈。第二階段被配置成當驅(qū)動電路被連接至燈裝配的AC電源或電磁鎮(zhèn)流器時以低頻模式操作，并被配置成當驅(qū)動電路被連接至燈裝配的電子鎮(zhèn)流器時以高頻模式操作。
【專利說明】用于為非DC燈具裝配中的DC燈具供電的驅(qū)動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于為非DC供電的燈裝配中的DC燈(如發(fā)光二級管(LED)燈)供電的驅(qū)動電路，尤其涉及用于使LED燈或LED燈陣列能夠被用在為非LED類型燈設(shè)計的燈裝配中。
【背景技術(shù)】
[0002]由于熒光燈提供的效率高(每瓦流明)并且已經(jīng)證實運行穩(wěn)定，因此熒光燈被廣泛地用在許多家居、商業(yè)和工業(yè)的照明應(yīng)用中。因為它們需要高的點亮電壓來使燈放電并具有負阻，所以被稱為鎮(zhèn)流器的設(shè)備被用于生成點亮電壓并調(diào)整燈的電流。
[0003]鎮(zhèn)流器主要有兩種:低頻電磁類型和高頻電子類型。電磁鎮(zhèn)流器由無源組件制成。它們具有可靠性高、使用壽命長、及對短暫的電壓浪涌和惡劣的工作環(huán)境具有魯棒性的優(yōu)點。然而，它們的能量效率、輸入功率因數(shù)和功率密度通常很低。因為電子鎮(zhèn)流器與其它方案相比具有整體的經(jīng)濟效益，因此如今被廣泛使用。而且，它們具有好的性能特性，如輸入功率因數(shù)高、輸入電流諧波低、燈電流波峰因數(shù)好、以及閃爍低。與主頻操作的電磁鎮(zhèn)流器相比，以高頻操作等還可以實現(xiàn)更高的效率。
[0004]隨著微電子技術(shù)的近期發(fā)展，對于普通照明和專用照明應(yīng)用來說，發(fā)光二級管(LED)照明如今變得越來越流行。與熒光燈相比，LED具有更長的期望壽命并對震動故障具有更高的抵抗力。而且它們消耗相當小的功率。此外，它們可以以低電壓運行。因此，如果在現(xiàn)有安裝的燈裝配中用LED燈來替代熒光燈，這將是有利的。這將使得現(xiàn)有等基礎(chǔ)設(shè)施能夠被保留，這是非?？扇〉摹Ｈ欢?，盡管現(xiàn)有熒光燈固定裝置/裝配可以被保留，但是安裝在內(nèi)部(如燈座)的鎮(zhèn)流器(電磁的或電子的)將必須被移除或由LED驅(qū)動器代替。這需要對照明電路重新布線，這既耗時又昂貴的，特別是因為這必須在現(xiàn)有裝配和固定裝置原位上被執(zhí)行。
[0005]發(fā)明目的
[0006]本發(fā)明的一個目的是在某種程度上緩解或消除與設(shè)計用于非DC或非LED類型等的已知的燈裝配相關(guān)聯(lián)的一個或多個問題。
[0007]上述目的由主權(quán)利要求的特征的組合來滿足，子權(quán)利要求進一步公開了本發(fā)明的有利實施方式。
[0008]本領(lǐng)域技術(shù)人員將根據(jù)以下描述得出本發(fā)明的其它目的。因此，上面所述的目的并不是詳盡的，并且只是為闡述本發(fā)明的許多目的中的某些目的服務(wù)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種用于使DC燈(如LED燈或LED燈陣列)適于被用在用于非LED類型燈(例如熒光燈)的非DC或非LED類型燈裝配中的驅(qū)動電路，其不需要修改燈裝配。該驅(qū)動電路使得LED燈或LED燈陣列可以被插入到非LED類型燈裝配中以作為非LED燈的替代，從而使得LED燈和驅(qū)動電路被保留在燈裝配中并構(gòu)成與燈裝配的電觸頭的電氣連接以用于為插入的燈供電。該驅(qū)動電路使得LED燈或燈陣列能夠利用燈裝配的任何AC電源、電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器(出現(xiàn)在該裝配中這些裝置作為為非LED類型的燈供電的器件)來運行。本發(fā)明還涉及與根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電路組合的LED燈以用作燈裝配中非LED燈的替代燈單元，并且在另一布置中，涉及被配置成為非LED燈供電的燈裝配，但是結(jié)合本發(fā)明的驅(qū)動電路，從而使所述燈裝配適于接受LED燈或LED燈陣列，代替或替代該裝配起初被配置用于的燈類型，以便在無線對燈裝配進行進一步修改的情況下供電。
[0010]驅(qū)動電路可以由不同的電源供電，如AC主電源、低頻電磁鎮(zhèn)流器、或高頻電子鎮(zhèn)流器。它的輸入阻抗被控制以符合不同電源的運作需求和條件，并且它的輸出被控制以將所需的功率傳送至LED燈/陣列。
[0011]當驅(qū)動電路由AC主電源或低頻電磁鎮(zhèn)流器供電時，其被配置為有源功率因數(shù)校正電路。它的輸入電流被控制以遵循源電壓的波形。當驅(qū)動電路由高頻電子鎮(zhèn)流器供電時，其被配置為具有可控的輸入電阻和電納的相移諧振變換電路。具有這種與有效AC電源的普通兼容性的驅(qū)動電路允許利用改進的DC燈或LED燈替代熒光燈，而無需移除或替代現(xiàn)有鎮(zhèn)流器或?qū)φ彰骰A(chǔ)設(shè)施進行修改。
[0012]在本發(fā)明的第一主要方面，提供一種驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括:第一階段，該第一階段包括濾波電路并具有可連接至任何AC電源的輸入端；非DC類型的燈裝配(如非LED類型的燈裝配)的電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器；第二階段，該第二階段包括高頻切換網(wǎng)并具有連接至第一階段的輸出端的輸入端；以及第三階段，該第三階段包括AC/DC變換器并具有連接至第二階段的輸出端的輸入端和連接至DC類型的燈(如LED燈或LED燈陣列)的輸出端。第三階段被配置成將DC功率傳送至連接的LED燈/陣列。優(yōu)選地，當所述驅(qū)動電路被連接至AC電源或燈裝配的電磁鎮(zhèn)流器時，第二階段被配置成以低頻模式運行，而當所述驅(qū)動電路被連接至燈裝配的電子鎮(zhèn)流器時，第二階段被配置成以高頻模式運行。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電路的一個意外技術(shù)益處是，在驅(qū)動電路運行以利用現(xiàn)有非DC燈裝配中的現(xiàn)有鎮(zhèn)流器為DC燈供電并然后鎮(zhèn)流器失效的情況下，驅(qū)動電路可以使DC燈能夠仍然利用燈裝配的AC電源直接運行，而不是通過鎮(zhèn)流器，從而無需修理或取代鎮(zhèn)流器。
[0014]優(yōu)選地，所述第一階段的濾波電路包括低通濾波器。
[0015]優(yōu)選地，第三階段包括用于將所述第三階段的DC輸出端與所述第三階段的AC輸入端隔離的變壓器。
[0016]而且優(yōu)選地，第二階段被配置成當以其低頻運行時作為功率因數(shù)校正電路運行，并且濾波電路作為低通濾波器運行以降低或消除由第二階段作為功率因數(shù)校正電路運行而產(chǎn)生的高頻諧波。第二階段可以被配置成當以其低頻運行時以不連續(xù)導(dǎo)電模式作為無橋功率因數(shù)校正電路運行。功率因數(shù)校正電路可以利用規(guī)定的切換頻率以其不連續(xù)導(dǎo)電模式而被操作。
[0017]優(yōu)選地，所述第二階段的開關(guān)晶體管按照0.23和0.5之間的占空比(duty cycle)被操作，但是，更為優(yōu)選地，開關(guān)晶體管按照等于0.5的占空比以或者低頻或者高頻模式的操作而被操作。
[0018]第二晶體管可以被配置成當一起高頻模式運行時作為相移諧振變換器來運行。
[0019]優(yōu)選地，第二階段被控制以根據(jù)雙邊三極管晶閘管(Triac)的切換狀態(tài)而以其低頻模式或其高頻模式運行，所述Triac包括所述第二階段的部分。[0020]而且優(yōu)選地，第二階段的開關(guān)晶體管被與驅(qū)動電路的第三階段共享。
[0021]驅(qū)動電路可以包括微處理控制器，該微處理控制器被配置成檢測第二階段的運行模式并被配置成基于檢測到的運行模式獲得同步信號。微處理控制器還可以基于所述獲得的同步信號來生成用于第二階段的開關(guān)晶體管的門信號。
[0022]在本發(fā)明的第二主要方面，提供一種包括根據(jù)第一主要方面的驅(qū)動電路的LED燈，其中所述LED燈可以被電連接至非LED燈類型的燈裝配中，從而所述驅(qū)動電路使得所述LED燈能夠通過所述燈裝配供電，而無需修改燈裝配。
[0023]在本發(fā)明的第三主要方面，提供一種被配置成為非LED燈供電的燈裝配，但是合并根據(jù)第一主要方面的驅(qū)動電路，并適于在不修改燈裝配的情況下接受LED燈，從而驅(qū)動電路使得LED燈能夠通過燈裝配供電。
[0024]在本發(fā)明的第四主要方面，提供一種為設(shè)計用于非LED燈類型的燈裝配中的LED燈供電的方法，所述方法包括:將根據(jù)第一主要方面的驅(qū)動電路連接至LED燈和燈裝配的電連接之間。
[0025]優(yōu)選地，所述方法包括將驅(qū)動電路連接至LED燈以形成組合的驅(qū)動電路和LED燈單元，如此組合的驅(qū)動電路和LED燈單元可插入至用于非LED燈類型的燈裝配中以被保留在燈裝配中，并且使得與所述燈裝配的電燈觸點連接。
[0026]本發(fā)明的概述不必公開限定本發(fā)明的所有特征要素；本發(fā)明可以存在公開的特征的子結(jié)合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]本發(fā)明的前述和進一步的特征將根據(jù)以下僅聯(lián)系附圖通過示例的方式提供的優(yōu)選實施方式的描述而明顯，其中:
[0028]圖1a是具有電磁鎮(zhèn)流器的傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器-燈系統(tǒng)的示意性電路圖；
[0029]圖1b是圖1a的鎮(zhèn)流器-燈系統(tǒng)的等效電路圖；
[0030]圖2a是具有電子鎮(zhèn)流器的傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器-燈系統(tǒng)的示意性電路圖；
[0031]圖2b是不具有逆變器電路反饋的圖2a的鎮(zhèn)流器-燈系統(tǒng)的等效電路圖；
[0032]圖2c是具有逆變器電路反饋的圖2a的鎮(zhèn)流器-燈系統(tǒng)的等效電路圖；
[0033]圖3a是根據(jù)本發(fā)明的LED燈系統(tǒng)的示意性電路圖；
[0034]圖3b是圖3a的LED燈系統(tǒng)的等效電路圖，示出了驅(qū)動電路與電子鎮(zhèn)流器、電磁鎮(zhèn)流器和主電源的替代連接；
[0035]圖4是根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電路的示意性電路圖；
[0036]圖5示出了在正半線周期(positive half-line cycle)中處于低頻運行模式的圖4的驅(qū)動電路，其中在圖5a中，Sa被斷開、Sb被接通并且Db導(dǎo)通，在圖5b中，Sa被接通、Sb被斷開并且Db導(dǎo)通，以及Sa被接通、Sb被斷開并且Db阻塞；
[0037]圖6示出高頻模式的圖4的驅(qū)動電路；
[0038]圖7a是示出了不具有電流反饋的情況下在G1-Yi平面中圖4的驅(qū)動電路的運行點的圖；
[0039]圖7b是示出具有電流反饋的情況下在G1-Yi平面中圖4的驅(qū)動電路的運行點的圖；[0040]圖8a是不具有電流反饋的圖3a的系統(tǒng)的等效電路；
[0041]圖8b是具有電流反饋的圖3a的系統(tǒng)的等效電路；
[0042]圖9是根據(jù)本發(fā)明的合并驅(qū)動電路的LED燈標準型態(tài)(prototype)的電路圖；以及
[0043]圖10是根據(jù)本發(fā)明的合并驅(qū)動電路的LED燈系統(tǒng)的透視圖。
【具體實施方式】
[0044]以下描述為僅以示例方式的優(yōu)選實施方式，但是不限制為本發(fā)明帶來效果所需特征的組合。
[0045]本發(fā)明提供用于DC燈的驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路使得所述DC等能夠在用于非DC供電的燈的現(xiàn)有燈裝配中工作而無需改變或修改現(xiàn)有照明固定裝置或基礎(chǔ)設(shè)施。驅(qū)動電路使如LED燈或LED燈陣列的DC燈適于被用在非DC或非LED類型燈裝配中，而無需修改燈裝配。驅(qū)動電路使得LED燈或LED燈陣列可以被插入至非LED類型燈裝配中以作為非LED燈的替代，從而使得LED燈和驅(qū)動電路被保留在燈裝配中并使得與燈裝配的電觸點連接以用于為插入的燈供電。驅(qū)動電路使得LED燈或等陣列能夠利用任何AC電源、燈裝配的電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器來運行，其中這些AC電源、燈裝配的電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器已經(jīng)作為之前為非LED類型(例如，熒光燈)的燈供電的器件而呈現(xiàn)在裝配中。
[0046]參考附圖，圖1和2分別示出具有電磁鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器的傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器-等系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)和等效電路。
[0047]如圖1 (a)所示，如熒光燈10的非DC燈被連接至AC電源12、電磁鎮(zhèn)流器14和起動器16。電磁鎮(zhèn)流器包括電感器。當功率被施加至整個電路時，閉合電路被形成。電流流過鎮(zhèn)流器、一個燈絲、起動器，然后通過其它燈絲。在起動器被加熱后，起動器開關(guān)將打開?？缃釉谄饎悠鏖_關(guān)20兩端的電容器18被用于降低射頻干擾并延長起動脈沖。一高壓將被生成在燈10的兩端以將其點亮。燈10兩端的穩(wěn)態(tài)電壓處于線頻率，并且燈電流通過鎮(zhèn)流器14來穩(wěn)定。圖1 (b)示出圖1 (a)的整個系統(tǒng)的等效電路，其中最左邊的虛線框22包括電磁鎮(zhèn)流器14的等效電路，而最右邊的虛線框24包括熒光燈10的等效電路。電感器L表示鎮(zhèn)流器14的電感，而電容器C表示起動器16兩端的電容器18。燈10由非線性元件rF1來模擬。
[0048]如圖2 Ca)所示，非DC燈10被連接在電子鎮(zhèn)流器30，電子鎮(zhèn)流器30反而被連接至AC電源12。電子鎮(zhèn)流器30包括鄰近鎮(zhèn)流器的輸出端的高頻DC/AC諧振逆變器電路32和接近鎮(zhèn)流器的輸入端的有源或無源功率因數(shù)校正電路34。功率因數(shù)校正電路34通過DC鏈路36而被連接至逆變器32。用于逆變器(諧振回路)32的典型電路為電壓饋入半橋串聯(lián)諧振并行載入的逆變器。諧振回路32被用于預(yù)熱燈絲38，保持燈絲溫度，產(chǎn)生足夠高的電壓來點亮燈10，促進逆變器32中的軟切換，以及給出接近正弦的燈電流。圖2 (b)示出圖2 Ca)的鎮(zhèn)流器-燈系統(tǒng)的等效電路模型，其中最左邊的虛線框40包括不具有逆變器電流反饋的電子鎮(zhèn)流器30的等效電路，而最右邊的虛線框42包括高頻熒光燈10的等效電路。高頻AC電壓源12被用于驅(qū)動由k和(；形成的諧振電路。熒光燈10通過以高頻操作的電阻器rF1來模擬。燈絲38由電阻器4來模擬。如圖2(c)的等效電路所示的一些電子鎮(zhèn)流器具有逆變器電流反饋。因此，那些鎮(zhèn)流器被模型化為高頻電流源。在圖2 (c)中，最左邊的虛線框44包括具有逆變器電流反饋的電子鎮(zhèn)流器的等效電路，而最右邊的虛線框46包括高頻熒光燈10的等效電路。
[0049]為了更好的理解根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電路的操作原理，進行對附圖3的參考。圖3Ca)示出包括LED燈或LED燈陣列56的驅(qū)動電路52如何可以適于包括根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電路52以使其適于作為現(xiàn)有熒光燈裝配54中的熒光燈的代替。為了方便的目的，對LED燈的參考應(yīng)該被認為是對LED燈陣列的參考。在圖3 (a)中，在圖4中被更加全面闡述的驅(qū)動電路52被連接至燈系統(tǒng)50的燈絲，該燈絲由兩個電感器Lf來表示。LED燈系統(tǒng)50和驅(qū)動電路52與圖1或圖2所示的任何傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器或現(xiàn)有非LED燈裝配54的AC主電源連接。Lf的值被選擇以給出類似于處于電子鎮(zhèn)流器的操作頻率fEB的圖2中燈絲電阻rf的阻抗。即
【權(quán)利要求】
1.一種用于使dc燈適于利用ac電源、電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器操作的驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括: 第一階段，包括濾波電路并具有能夠連接至任何的ac電源、電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器的輸入端； 第二階段，包括高頻切換網(wǎng)絡(luò)并具有連接至所述第一階段的輸出端的輸入端；以及 第三階段，包括ac/dc變換器并具有連接至所述第二階段的輸出端的輸入端和能夠連接至dc燈的輸出端，所述第三階段被配置成將dc功率傳送至連接的dc燈； 其中所述第二階段被配置成當所述驅(qū)動電路被連接至ac電源或電磁鎮(zhèn)流器時以低頻模式操作，并被配置成當所述驅(qū)動電路被連接至電子鎮(zhèn)流器時以高頻模式操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述驅(qū)動電路被配置成利用非LED類型燈裝配的任何的ac電源、電磁鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述第一階段的所述濾波電路包括低通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述第三階段包括用于使所述第三階段的所述dc輸出端與所述第三階段的所述ac輸入端隔離的變壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述第二階段被配置成當以其低頻操作時作為功率因數(shù)校正電路操作，并且濾波電路作為低通濾波器運行以降低或消除由所述第二階段作為功率因數(shù)校正電路操作而產(chǎn)生的高頻諧波。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動電路，其中所述第二階段被配置成當以它的低頻操作時以斷續(xù)導(dǎo)電模式作為無橋功率因數(shù)校正電路操作。`
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的驅(qū)動電路，其中所述功率因數(shù)校正電路利用固定的切換頻率以其斷續(xù)導(dǎo)電模式操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動電路，其中所述第二階段的開關(guān)晶體管以0.23和0.5之間的占空比操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動電路，其中所述第二階段的開關(guān)晶體管以等于0.5的占空比操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動電路，其中第二階段被配置成當以其高頻操作時作為相移諧振變換電路操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的驅(qū)動電路，其中所述第二階段的開關(guān)晶體管以等于0.5的占空比操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述第二階段被控制成根據(jù)雙邊三極管晶閘管(Triac)的切換狀態(tài)而以其低頻模式或其高頻模式運行，所述Triac包括所述第二階段的部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述第二階段的開關(guān)晶體管被與所述驅(qū)動電路的所述第三階段共享。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述驅(qū)動電路包括微處理器控制器，用于檢測所述第二階段的操作模式并用于基于檢測到的操作模式得到同步信號，其中所述微處理器控制器基于所述得到的同步信號產(chǎn)生用于所述第二階段的所述開關(guān)晶體管的門信號。
15.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1驅(qū)動電路的dc燈，其中所述dc燈能夠被電連接至用于非dc類型燈的燈裝配中，從而所述驅(qū)動電路使得所述dc燈能夠有所述燈裝配供電而無需修改所述燈裝配。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的dc燈，其中所述dc燈為LED燈。
17.一種燈裝配，該燈裝配被配置成為非dc燈供電，但合并根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動電路并適于接受dc燈而無需修改所述燈裝配，從而所述驅(qū)動電路使得所述dc燈能夠由所述燈裝配供電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燈裝配，其中所述dc燈為LED燈。
19.一種用于為被設(shè)計用于非dc燈的燈裝配中的dc燈供電的方法，所述方法包括: 將根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動電路連接在所述dc燈和所述燈裝配的電連接之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述dc燈為LED燈并且所述非dc燈裝配為非LED燈裝配。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法包括將所述驅(qū)動電路連接至所述LED燈以形成合并的驅(qū)動電路和LED燈單元，使得所述合并的驅(qū)動電路和LED燈單元能插入至用于非LED燈類型的所 述燈裝配中，以被保留在所述燈裝配并與所述燈裝配的電燈觸點進行連接。
【文檔編號】H05B37/02GK103688594SQ201280026520
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月1日
【發(fā)明者】H·樹鴻·鐘, 陳楠 申請人:香港城市大學(xué)