CN102548140B - Led点亮装置以及包括该led点亮装置的照明设备 - Google Patents

Abstract

一种LED点亮装置，包括：功率转换器，用于输出可变的输出电压，两个LED灯串联连接在所述功率转换器的输出端子之间；电流检测器，用于检测来自所述功率转换器的输出电流；第一检测器，用于检测所述功率转换器的所述输出电压并且生成与所述输出电压对应的第一检测电压；第二检测器，用于检测施加至所述两个LED灯之一的电压并且生成与所施加的电压对应的第二检测电压；以及控制器，用于控制所述功率转换器以调节所述输出电压，使得所述输出电流与目标值一致。所述控制单元控制所述功率转换器，使得如果所述第一检测电压与所述第二检测电压之间的差和所述第二检测电压和的至少之一未落入一范围，则减小所述输出电压。

Description

LED点亮装置以及包括该LED点亮装置的照明设备

技术领域

本发明涉及一种用于开启LED(发光二极管)的LED点亮装置，以及包括该LED点亮装置的照明设备。

背景技术

近来，LED开始取代荧光灯作为光源。例如在日本专利申请公开No.2009-043447(JP2009-043447A)中已经公开了一种形状与直管荧光灯的形状类似的LED灯。这种LED灯包括：光源块，通过在大板状的安装基板上安装多个LED而形成；直的玻璃管，其中容纳有所述光源块；底销(pin base)，密封所述玻璃管的相对端；以及尾销(terminal pin)，从用于向光源块提供电力的底销的侧表面延伸。LED灯可拆卸地安装在设置于专用照明设备中的灯座上，并通过灯座从照明设备中所包括的LED点亮装置通电，从而开启LED灯。

此外，例如在日本专利申请公开No.2006-210271中已经公开了LED点亮装置的一种传统示例。在LED点亮装置的该传统示例中，检测施加至LED灯(灯座)的电压(输出电压)以及流经LED灯的电流(输出电流)。然后，以将输出电流调节到稳定在期望值(例如，LED灯的额定电流)的这样一种方式，执行调节输出电压的控制(恒定电流控制)。

如果由LED点亮装置持续地执行基于恒定电流控制的电力馈送，则当LED灯损坏(例如，开路或短路)时，输出电压可能变为不正常地增加，从而超过LED灯的额定电压或者过大的电流流经LED灯。为此原因，在传统LED点亮装置中，上限电压和下限电压被分别设定为充分地高于和充分地低于LED灯的额定电压，并且如果施加到LED灯的输出电压超过上限电压或低于下限电压，则输出电压降低或输出电压的供应停止(灯异常监测控制)。

因此，当发生故障(例如开路或短路)时，由于LED灯中的老化失效等，LED点亮装置通过灯异常监测控制降低输出电压或停止输出电压的供应。因此，能够抑制过大的应力施加到LED点亮装置的电路元件。

然而，在两个LED灯串联连接在LED点亮装置的输出端子之间并且仅监测LED点亮装置的输出电压的情况下，可能不适当地执行灯异常监测控制。例如，如果由于LED灯之一的损坏导致了LED芯片开路并且如果另一LED灯中的LED芯片短路，则前一LED灯的灯电压(正向电压)增加。反之，后一LED灯的灯电压(正向电压)降低。为此原因，即使这两个LED灯都发生故障，LED点亮装置的输出电压也没有改变。因此，灯异常检测控制可能不适当地操作，因而可能不执行停止供应或降低LED点亮装置的输出电压。

发明内容

考虑到上述情况，本发明提供了一种LED点亮装置以及包括该LED点亮装置的照明设备，其即使在LED灯串联开启时也能够通过可靠地监测多个LED灯的异常来执行输出控制。

根据本发明的一个方面，提供了一种LED点亮装置，其包括：功率转换单元，用于输出可变的输出电压，两个LED灯通过两个灯座串联连接在所述功率转换单元的输出端子之间；电流检测器，用于检测来自所述功率转换单元的输出电流；第一电压检测器，用于检测所述功率转换单元的所述输出电压并生成与所述输出电压对应的第一检测电压；第二电压检测器，用于检测对所述两个LED灯之一施加的电压并且生成与所施加的电压对应的第二检测电压；以及控制单元，用于控制所述功率转换单元调节所述输出电压，从而使所述输出电流与目标值一致。所述控制单元控制所述功率转换单元，使得如果所述第二检测电压和所述第一检测电压与所述第二检测电压之间的电压差中的至少之一没有落入预定电压范围，则减小所述输出电压。所述控制单元可对所述LED灯的累积发光时间进行计时，并在所述累积发光时间达到转换时间之后，随着所述累积发光时间的增加单调地降低所述电压范围的上限。

当满足重置条件时，所述控制单元可以将所述累积发光时间重置为零。

在所述累积发光时间达到比所述转换时间更大的重置禁止时间之后，即使满足所述重置条件，所述控制单元也不能重置所述累积发光时间。

根据本发明的另一方案，提供了一种照明设备，包括：所述LED点亮装置；两组灯座；以及设备主体，在所述设备主体中保持所述LED点亮装置和所述灯座组。

根据本发明，能够提供一种LED点亮装置以及包括该LED点亮装置的照明设备，其即使在LED灯串联开启时也能够通过可靠地检测多个LED灯中的异常来执行输出控制。

附图说明

根据下面结合附图给出的实施例的描述，本发明的目的和特征将变得显而易见，在附图中：

图1为示出了根据本发明实施例的LED点亮装置的电路方框图；

图2A至图2C为用于解释在LED点亮装置中的累积发光时间段和上限电压之间的关系的示意图；

图3A至图3C示出了LED点亮装置的外观；以及

图4A至图4D分别为示出了本发明的示例照明设备的平面图、前视图、侧视图以及半剖面图。

具体实施方式

现在将参考形成为本发明一部分的附图来描述本发明的实施例。

图1为示出了根据本发明实施例的LED点亮装置的电路方框图。

本实施例的LED点亮装置用于使两个LED灯110A、110B发光，每个LED灯均具有与在JP2009-043447A中所公开的LED灯的配置类似的配置。具体而言，LED灯110A和110B中的每一个均包括：多组两个并联连接的发光二极管(LED)111构成的串联电路(图1中仅示出了三组)；电阻器RX1或RX2，其连接到所述串联电路；直玻璃管135(参见图4C)；以及两个底销137，其密封玻璃管135的相对端。一对尾销(未示出)突出地设置在每个底销137上。LED灯110A和110B中的每一个的两个尾销分别通过灯座120A或120B连接到LED点亮装置的输出端子。DC电流(输出电流I₀)通过灯座120A和120B以及连接到灯座120A和120B的尾销供应到LED111。

本实施例的LED点亮装置包括AC/DC转换器1、功率转换单元2、电流检测器3、第一电压检测器4A、第二电压检测器4B、控制单元5、连接确定单元6、恒定电压源7以及连接器121A、121B。所述AC/DC转换器1例如包括升压斩波电路(功率因素改善电路)并且用于将商业AC电源100供应的AC电压转换成期望的DC电压。

功率转换单元2具有公知的降压斩波电路，其包括电感器L、二极管D、电容器C2以及诸如双极晶体管或场效应晶体管之类的半导体开关器件20(在下文中，简称为“开关器件”)。在功率转换单元2的输出端子之间，第一连接器121A与第二连接器121B串联连接。灯座120A和120B分别串联连接到第一连接器121A和第二连接器121B。换言之，安装在灯座120A和120B上的两个LED灯110A、110B通过连接器121A和121B以及灯座120A和120B串联连接在功率转换单元2的输出端子之间。

第一电压检测器4A具有串联电路，该串联电路包括连接在功率转换单元2的输出端子(电容器C2的相对端)之间的分压电阻器R1、R2以及齐纳二极管8，并且第一电压检测器4A用于检测在功率转换单元2的输出端子之间产生的输出电压V₀。由分压电阻器R1、R2分压的第一检测电压VS1(与输出电压V₀成比例的电压)从第一电压检测器4A输出到控制单元5。

第二电压检测器4B用于检测通过连接器121B和灯座120B施加到LED灯110B的电压(灯电压)V1，并且向控制单元5输出与灯电压V1成比例的第二检测电压VS2。第二电压检测器4B具有与第一电压检测器4A相同的电路配置，因而将省略对其电路配置的详细描述。

电流检测器3包括设置在功率转换单元2的负电势输出端子与灯座120B的负端口之间的检测电阻器R3，并且电流检测器3用于检测从功率转换单元2输出的输出电流I₀。输出由于输出电流I₀导致的检测电阻器R3中的电压降作为从电流检测器3到控制单元5的检测电压。

控制单元5包括控制集成电路或微型控制器和存储器，并且用于控制功率转换单元2以由电流检测器3所检测到的输出电流I₀被调节为稳定在目标值的这样一种方式来降小或增大输出电压V₀。

在控制单元5由微型控制器和存储器构成的情况下，存储器预先存储LED灯110A和110B的额定电流值。微型计算机(控制单元5)获得与从电流检测器3获得的检测电压对应的输出电流I₀的幅值(电流值)，并且将开关器件20的占空比控制为以电流值被调节为稳定在存储器中所存储的额定电流值(目标值)的这样一种方式来降小或增大输出电压V₀。换言之，控制单元5执行允许恒定电流(额定电流)流经LED灯110A、110B的恒定电流控制。

在这里，通过将LED111的正向电压“Vf”乘以一起串联连接的LED的数量“n”(即Vf×n)，来获得LED灯110A、110B的额定电压的和。例如，当正向电压V为3.5V并且串联连接的LED111的数量n(即，两个并联连接的LED111的组数)为20时，通过将3.5乘以20获得70V作为额定电压。当LED111的数量n为10时，通过将3.5乘以10,额定电压为35V。此外，控制单元5例如可至少在从30V到70V的范围内执行恒定电流控制，使得能够使用具有不同额定电压的多个LED灯。

具体而言，控制单元5执行用于监测LED灯110A、110B中的至少之一是否操作异常并且如果LED灯110A、110B中的至少之一操作异常则用于降低或优选停止功率转换单元2的输出的灯异常监测控制。例如，当LED灯110A损坏(其中至少一个LED111开路或短路)时，从第一检测电压VS1获得的输出电压V₀和从第二检测电压VS2获得的灯电压V1之间的差超过比一个LED灯的额定电压高的预设上限(假定LED灯110A、110B相同)或变为低于比额定电压低的预设下限。类似地，当LED灯110B损坏时，从第二电压检测器4B所检测的第二检测电压VS2获得的灯电压V1超过预设上限或变为低于预设下限。因此，控制单元5以当输出电压V₀和灯电压V1之间的差(＝V₀-V1)或灯电压V1不在预定正常范围(从下限到上限的预定电压范围)内时停止输出电压的供应的这样一种方式，来控制功率转换单元2。

恒定电压源7包括：电阻器R4，其一端连接到AC/DC转换器1的高电势输出端子；以及齐纳二极管70，其具有连接到电阻R4的另一端的阴极以及连接到灯座120B的负端口的阳极。在齐纳二极管70的相对侧(阴极和阳极)之间生成的恒定电压(齐纳电压Vz)被施加到连接确定单元6。从恒定电压源7所施加的齐纳电压Vz需要小于LED灯110A和110B的额定电压的和。为了使用具有不同额定电压的LED灯，优选将齐纳电压Vz设定为小于能够被采用为LED灯110A和110B的LED灯的额定电压的最小和。

当LED灯的额定电压的和超过危险电压电平并且由电阻器R5、R6以及R7所分的电压超过危险电压电平时，从恒定电压源7所施加的齐纳电压Vz需要小于危险电压电平。危险电压电平可以根据LED灯的标准略有改变，但是高于DC50V的DC电压一般被看作危险电压电平。

连接确定单元6包括：具有三个电阻器R5、R6以及R7构成的串联电路，其连接在齐纳二极管70的阴极与灯座120B的负端口之间；以及比较器60，用于对由电阻器(检测电阻器)R7所引起的电压降与阈值电压Vref进行比较。两个电阻器R5和R6之间的连接节点连接到灯座120A的正端口。换言之，当LED灯110A和110B两者均连接到LED点亮装置时，齐纳电压Vz通过电阻器R5施加到灯座120A和120B。

当LED灯110A和110B中的任何一个没有连接到LED点亮装置时(未加载状况)，由三个电阻器R5、R6以及R7所分的齐纳电压(电阻器R7处的电压降)输入到比较器60的同相输入端。相反地，当灯座120A和120B连接有LED灯110A和110B时(加载状况)，LED灯110A和110B的电阻器Rx1和Rx2并联连接到电阻器R6和R7。因此，在加载状况下电阻器R7引起的电压降变为小于在未加载状况下的。

在这里，输入到比较器60的反相输入端的阈值电压Vref分别被设定为在加载状况下和在未加载状况下的电阻器R7引起的电压降之间的值。因此，在未加载状况下比较器60的输出变为H电平，在加载状况下比较器60的输出变为L电平。比较器60的输出(连接确定单元6的确定结果)被输入到控制单元5，使得控制单元5根据比较器60的输出将功率转换单元2控制为操作，或停止功率转换单元2的操作。

接下来，将描述本实施例的LED点亮装置的操作。首先，一旦开启电源开关(未示出)以开始从商业AC电源100供应功率，则AC/DC转换器1操作输出DC电压。如果高于齐纳电压Vz的DC电压从AC/DC转换器1输出，则当LED灯110A和110B两者均被加载到LED点亮装置时，来自恒定电压源7的恒定齐纳电压Vz通过电阻器R5被施加到连接确定单元6以及灯座120A和120B。

在这里，如果没有设置齐纳二极管8，则当功率转换单元2的操作停止时，不仅具有连接确定单元6的两个电阻器R6和R7的串联电路连接在AC/DC转换器1的输出端子之间，具有第一电压检测器4A的分压电阻器R1和R2的串联电路也连接在AC/DC转换器1的输出端之间。然后，当AC/DC转换器1的输出电压在操作之后逐渐增加时，在电阻器R4和R5之间的连接节点处的电压需要相对较长时间来达到齐纳二极管70的齐纳电压Vz(即，恒定电压源7的输出电压需要较长时间来变得稳定)。

然而，根据本实施例，齐纳二极管8(其齐纳电压高于齐纳二极管70的齐纳电压)连接到第一电压检测器4A和功率转换单元2的正(高)电势端子之间的连接节点。为此，当AC/DC转换器1的输出电压逐渐增大时，第一电压检测器4A与连接确定单元6和恒定电压源7分离，直到电阻器R5和R6之间的连接节点处的电压增大到高于齐纳二极管8的齐纳电压Vz为止。换言之，能够缩短恒定电压源7的输出电压相比于不提供齐纳二极管8的情况下变得稳定的时间段。

此外，第二电压检测器4B包括齐纳二极管，其齐纳电压高于齐纳二极管70的齐纳电压，与第一电压检测器4A类似。为此，第二电压检测器4B被分离，直到LED灯110A的电阻器Rx1与LED灯110B的电阻器Rx2之间的连接节点处的电压增大到高于比齐纳二极管70的齐纳电压高的齐纳电压为止。

然后，一旦恒定电压源7的输出电压变得稳定，则连接确定单元6确定连接是处于加载状况还是未加载状况。在加载状况作为确定结果的情况下，控制单元5将功率转换单元2操作为开始恒定电流控制。另一方面，在未加载状况作为确定结果的情况下，控制单元5不操作功率转换单元2。

如果在未加载状况下超过LED灯110A和110B的额定电压的和的电压从功率转换单元2输出，则在LED灯110A和110B分别连接到灯座120A和120B之后超过额定值的过大电流可能立即流动。然而，在本实施例中，控制单元5停止功率转换单元2的操作，直到连接确定单元6确定LED灯110A和110B的连接状况为止。然后，当连接确定单元6将连接确定为加载状况时，控制单元5开始操作功率转换单元2。因此，超过额定电平的电压没有被施加到LED灯110A和110B。结果，当LED灯110A和110B分别安装在灯座120A和120B上时流动的电流被调节到期望水平，因而能够防止LED灯110A和110B损坏。

接下来，将描述当操作功率转换单元2时LED灯110A和110B中的一个损坏的情况。

例如，在LED灯110A中并联连接的两个LED111之一开路的情况下，流经LED灯110A和110B的电流暂时降低，并且由于控制单元5连续执行恒定电流控制从而功率转换单元2的输出电压VO增大。如果此时LED灯110B中并联连接的两个LED111之一短路，则流经LED灯110A和110B的电流暂时增大，并且由于控制单元5连续执行恒定电流控制从而功率转换单元2的输出电压VO降低。

最终，当同时发生开路和短路时，功率转换单元2的输出电压V₀可能会与损坏之前的情况下的输出电压V₀基本上相同。

然而，在本实施例中，如果施加到发生短路的LED灯110B的电压减小到低于下限，则控制单元5确定LED灯110B损坏并且停止功率转换单元2的操作。类似地，如果施加到发生开路的LED灯110A的电压增大到高于上限，则控制单元5确定LED灯110A损坏并且停止功率转换单元2的操作。

如上所述，当在LED灯110A或110B中发生开路或短路时，控制单元5停止功率转换单元2的操作，因而能够防止损坏的LED灯110A或110B的连续使用。此外，在本实施例中，即使串联连接的多个LED灯110A和110B开启时，也能够通过可靠地检测LED灯110A和110B的异常状况来执行输出控制。

在本实施例中，在未加载状况或损坏的情况下，控制单元5停止功率转换单元2的操作。然而，不需要停止功率转换单元2的操作。例如，在未加载状况或损坏的情况下，控制单元5可以控制功率转换单元2，使得输出电压V₀被限制到远低于比LED灯110A和110B的额定电压低的下限的电平。此外，在商业AC电源100开始供电之后，连接确定单元6可以确定连接状况是为未装载状况还是装载状况。然后，在加载状况作为确定结果的情况下，控制单元5可以操作AC/DC转换器1和功率转换单元2。

控制单元5通过使用在微型控制器中设置的计时器对LED灯110A和110B的累计发光时间进行计时，并在累计发光时间(横轴)达到如图2A中用实线L1所示的预定转换时间T1之后，单调地减小在确定LED灯110A和110B的异常时采用的上限。在这里，图2A到图2C示出的每个阴影区域“S”表示具有个体差异的LED灯110A和110B的额定电压范围。此外，优选将转换时间T1设定为约等于LED灯的额定寿命(由亮度衰减所限定的寿命或在LED灯中所包括的电路部分的额定寿命)或LED点亮装置的额定寿命(在LED点亮装置中所包括的电路部分的额定寿命)的时间段。

如上所述，在累计发光时间达到转换时间T1之后，在确定LED灯110A和110B的异常时所采用的上限随时间单调地减小。因此，即使当LED灯110A和110B已经使用了约超过照明设备(LED点亮装置)的额定寿命的长时间段时，也能够快速可靠地检测由于老化失效所引起的LED灯110A和110B的损坏。在这里，控制单元5不需要线性地降低上限。例如，控制单元5可以以分步地方式降低上限。

此外，如图2A的实线Ll所示，控制单元5将上限保持为大于LED灯110A和110B的额定电压(区域S)。然而，如图2B的实线Ll所示，上限可以降低到等于或小于LED灯110A和110B的额定电压(区域S)。

在这里，当满足预定重置条件时，控制单元5将累计发光时间重置为零。例如，当在由于施加到LED灯110A或110B的电压增大到高于上限从而停止功率转换单元2的操作之后再次操作功率转换单元2时，满足重置条件，然后连接确定单元6在确定未加载状况之后确定加载状况(替换LED灯110A或110B)。然而，在控制单元5将上限降低为等于或小于LED灯110A和110B的额定电压(区域S)的情况下，在上限的实线L1与区域S交叉的时间(重置禁止时间)T2之后，即使满足重置条件，也优选不重置累计发光时间。

例如，如果LED点亮装置已经被使用了超过重置禁止时间T2的长时间段，并且继续更多地被使用，则很有可能在LED点亮装置中产生各种功能错误。为此，当用新的LED灯替代LED灯110A和110B时，除非重置累计发光时间，否则LED灯110A和110B可能打不开。这能够促进用户用新的来替代LED点亮装置(照明设备)。此外，由于LED灯的不同老化失效水平并且上限随时间单调地降低引起的LED灯关闭的时刻的变化，能够防止在普通办公室等中所有的LED灯同时关闭。

如图3A-图3C所示，本实施例的LED点亮装置容纳在金属壳90中。连接器121A和121B沿壳90的径向设置在壳90的一端侧处，并且分别连接到灯座120A和120B。此外，连接器121C沿壳90的径向设置在在壳90的另一端侧处，并且连接到商业AC电源100。

此外，容纳在壳90中的LED点亮装置例如安装在图4A-图4D中所示的照明设备中。所述照明设备例如包括：设备主体130，直接附接至天花板；以及一对灯座120A和120B，用于供电并且设置在设备主体130中；以及一对灯座120C，设置在设备主体130中用于接地。

设备主体130由在平面视图中基本具有矩形形状的金属板制成，并且用于供电的所述一对灯座120A和120B和用于接地的所述一对灯座120C分别沿设备主体130的径向方向附接至设备主体130的一端侧和另一端侧。此外，容纳在壳90中的LED点亮装置附接至设备主体130的下侧。当沿设备主体130的径向观察时基本上具有三角形的反射板131附接至设备主体130的下侧。LED灯110A和110B布置在反射板131下方。此处，由于灯座120A和120B具有与传统直管荧光灯的灯座相同的结构，从而当荧光灯错误地安装到灯座120A和120B时，DC电流可以供应到其灯丝。

然而，在本实施例中，当电压检测器4B所检测的电压落在比额定电压低的预设下限以下时，则如上所述，功率转换单元2的操作停止。因此，即使荧光灯被错误地安装，也不会发生例如不安全现象和/或点亮装置损坏。在这里，用户不能识别出这种错误安装是否会引起安全或不安全状况。为此，可以使LED灯110A和110B的底销具有与荧光灯的形状不同的电极形状，以防止错误安装，并且灯座120A、120B以及120C可以形成为与LED灯110A和110B的底销形状相符。

在照明设备中包括的LED灯底销、灯座等由树脂材料形成的情况下，转换时间T1可以以由于树脂材料的老化失效而不会发生不安全现象的这样一种方式被适当地设定。

在上述实施例中，通过使用功率转换单元2的输出电压V₀和施加到LED灯110A和110B之一的灯电压V1，执行灯异常监测控制。然而，可以基于检测电压差(＝VS1-VS2)和检测电压VS2直接地执行灯异常监测控制。在这种情况下，需要根据以异常确定为基础的变化来适当地修正正常范围。

虽然已经参考实施例示出并描述了本发明，然而本领域普通技术人员应当理解，在不偏离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明作出各种修改和变型。

Claims (4)

1.一种LED点亮装置，包括：

功率转换单元，用于输出可变的输出电压，两个LED灯通过灯座串联连接在所述功率转换单元的输出端子之间；

电流检测器，用于检测来自所述功率转换单元的输出电流；

第一电压检测器，用于检测所述功率转换单元的所述输出电压并且生成与所述输出电压对应的第一检测电压；

第二电压检测器，用于检测施加至所述两个LED灯之一的电压并且生成与所施加的电压对应的第二检测电压；以及

控制单元，用于控制所述功率转换单元以调节所述输出电压，从而使所述输出电流与目标值一致，

其中所述控制单元控制所述功率转换单元，使得如果所述第一检测电压与所述第二检测电压之间的电压差和所述第二检测电压中的至少之一未落入预定电压范围，则减小所述输出电压，并且

其中所述控制单元对所述LED灯的累积发光时间进行计时，并且在所述累积发光时间达到转换时间之后，随所述累积发光时间的增大单调地减小所述电压范围的上限。

2.根据权利要求1所述的LED点亮装置，其中当满足重置条件时，所述控制单元将所述累积发光时间重置为零。

3.根据权利要求2所述的LED点亮装置，其中，在所述累积发光时间达到比所述转换时间更大的重置禁止时间之后，即使满足所述重置条件，所述控制单元也不重置所述累积发光时间。

4.一种照明设备，包括：

权利要求1-3中的任一项所述的LED点亮装置；

两对灯座；以及

设备主体，通过所述设备主体来保持所述LED点亮装置和所述灯座。