CN102647827B

CN102647827B - 照明装置

Info

Publication number: CN102647827B
Application number: CN201210040744.7A
Authority: CN
Inventors: 林美良; 水川宏光
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: EP2493267A1; JP2012174508A; US9510411B2; US20120212144A1; CN102647827A; EP2493267B1

Abstract

一种照明装置，包括：发光单元；以及点亮电路，所述发光单元安装到所述点亮电路，所述点亮电路用于向所述发光单元供应输出电压。所述发光单元包括连接到所述点亮电路的输出端子并且通过从所述点亮电路供应的所述输出电压发光的发光元件；以及在所述发光单元安装到所述点亮电路的时刻限制电流从所述点亮电路流入所述发光元件部分的电流限制单元。<pb pnum="1" />

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及一种包括点亮电路和发光单元的照明装置。

背景技术

近来，发光二极管(LED)作为具有长寿命的发光元件得到了关注。在发光二极管中，需要控制LED的正向电流以使得LED的性能最大化。

此外，在通电时瞬时流动的大量电流，即浪涌(inrush)电流，可能不仅影响除LED以外的电路元件，而且还导致噪声。因此，结合浪涌电流采取了各种措施。

例如，提出了一种用于提供串联至LED的MOS晶体管以抑制由于LED驱动电路中的浪涌电流导致的调光噪声的方法，该LED驱动电路基于PWM信号的占空比来调节LED的照明亮度(例如，参见日本专利申请公开No.2010-182883)。

此外，作为用于保护平滑电容器的技术，例如提出了一种用于使用电阻器等等防止浪涌电流流入电容器的技术，以降低由于浪涌电流对电路元件造成的损坏(例如，参见日本专利申请公开No.2008-125339和2002-125367)。

此外，提出了一种用于在输入电路处设置诸如电阻器和热敏电阻之类的电流限制元件或者电容器，以在输入电源电压时防止浪涌电流(例如，参见日本专利申请公开No.2010-177059和2005-176002)。

然而，上面提及的传统照明装置具有以下问题。流入LED的浪涌电流的问题仅在导通电源时发生而不是一直发生。在包括可替换LED模块的LED照明设备中，在LED模块安装到点亮电路的时刻，可能发生由于紧邻LED模块安装到点亮电路之前就从该点亮电路输出的输出电压导致的浪涌电流。

在LED模块的安装中，具体而言，在带电(live-wire)工作中，在电压输入至输入侧并且点亮电路仍然操作的同时，重复LED模块的附接和拆卸。在这种情况下，由于在没有降低点亮电路的输出侧上的电压的同时附接LED模块，因此浪涌电流可能由于输出电压导致流入LED模块，从而对LED造成损坏。

发明内容

本发明提供一种照明装置，尽管在没有降低点亮电路的输出侧上的电压的同时附接发光单元，所述照明装置也能够防止浪涌电流流入所述发光单元并且降低对所述发光单元的损坏。

根据本实施例的一个方面，提供一种照明装置，包括：发光单元；以及所述发光单元安装到其上的点亮电路，用于向所述发光单元供应输出电压，其中所述发光单元包括连接到所述点亮电路的输出端子并且通过从所述点亮电路供应的输出电压发射光的发光元件；以及电流限制单元，所述电流限制单元在将所述发光单元安装到所述点亮电路的时刻限制电流从所述点亮电路流入所述发光元件，其中所述点亮电路包括：AC/DC转换器或DC/DC转换器，所述AC/DC转换器或DC/DC转换器用于获得所述输出电压；以及控制源电压生成电路，所述控制源电压生成电路生成供应至所述AC/DC转换器或DC/DC转换器的控制源电压。

根据本发明，在将所述发光单元附接到所述点亮电路时，所述电流限制单元限制所述电流流入所述发光单元。因此，尽管在没有降低所述点亮电路的输出电压的同时附接所述发光单元，也能够防止浪涌电流流入发光单元，从而降低对所述发光单元的损坏。此外，通过抑制正常点亮模式中所述电流限制单元消耗的功率，能够降低不必要的功耗。

附图说明

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

图1示意性示出了根据本发明第一实施例的LED照明设备的配置；

图2是示出了图1的LED照明设备的详细配置的电路图；

图3例示了示出根据本发明第二实施例的LED照明设备的配置的电路图；

图4例示了示出根据本发明第三实施例的LED照明设备的配置的电路图；

图5是示出了负载去除检测单元的操作的示意图；

图6例示了示出根据本发明第四实施例的LED照明设备的配置的电路图；以及

图7是示出了负载去除检测单元的操作的示意图。

具体实施方式

将参考形成本发明一部分的附图来描述根据本发明实施例的照明装置。根据本发明实施例的照明装置应用于LED照明设备。

(第一实施例)

图1示意性示出了根据本发明第一实施例的LED照明设备的配置。LED照明设备1可拆卸地连接到电源端子5，从商用AC或者DC电源等等向所述电源端子5供应输入电压3。

LED照明设备1包括可替换的LED模块6以及用于驱动LED模块6的点亮电路8。

LED模块6包括彼此串联连接的多个LED(发光元件单元)13以及串联连接到LED13的电流限制元件(电流限制单元)10。

点亮电路8生成并且供应驱动用作负载的LED模块6所要求的电压Vout。点亮电路8包括对来自商用AC电源等等的输入电压进行整流的AC/DC转换器，并且对所述输入电压进行升压或者降压以获得合适的输出电压Vout。

此外，在DC电源的情况下，点亮电路8可以包括对DC输入电压进行升压或者降压以获得合适的输出电压Vout的DC/DC转换器。

负温度系数(NTC)热敏电阻或者电流调节二极管(CRD)用作电流限制元件10。NTC热敏电阻是在电流流动时通过自加热降低其电阻以有助于电流流动的元件。电流调节二极管(CRD)是尽管电压改变但在其中流动恒定电流的元件。

接下来，将描述图1的LED照明设备的详细配置。图2是示出了图1所示的LED照明设备的详细配置的电路图。

点亮电路8包括：二极管桥式整流电路(DB)27，其对作为输入电压供应的交变电流进行整流；升压斩波器电路21，其在整流之后平滑纹波电流并且使输入电压升压；以及降压斩波器电路22，其对所升压的电压进行降压。

此外，点亮电路8包括生成供应至升压斩波器电路21和降压斩波器电路22的控制源电压的控制源电压生成电路25。

升压斩波器电路21的输入连接至二极管桥式整流电路27。

升压斩波器电路21包括平滑电容器C1、扼流线圈L1、由N沟道MOSFET构成的开关元件Q1、二极管D1、电解电容器C2、以及升压斩波器控制电路33。

平滑电容器C1对由二极管桥式整流电路27整流的信号进行平滑。扼流线圈L1生成由开关元件Q1的导通/关断操作引起的感应电流。通过二极管D1对所述感应电流进行整流并且在电解电容器C2中累积电荷。

在升压斩波器控制电路33从控制源电压生成电路25接收控制源电压Vcc1时，其向开关元件Q1输出具有与控制源电压Vcc1相对应的占空比的脉冲信号，从而导通/关断开关元件Q1。根据占空比执行导通/关断操作，并且从升压斩波器电路21输出所升压的电压。

与此同时，降压斩波器电路22的输入端连接至升压斩波器电路21的输出端。降压斩波器电路22包括由N沟道MOSFET构成的开关元件Q2、扼流线圈L2、二极管D2、电解电容器C3、以及降压斩波器控制电路34。

扼流线圈L2生成由开关元件Q2的导通/关断操作引起的感应电流。从而感应的电流由二极管D2进行整流并且在电解电容器C3中累积电荷。

在降压斩波器控制电路34从控制源电压生成电路25接收控制源电压Vcc2时，降压斩波器控制电路34向开关元件Q2输出具有与控制源电压Vcc2相对应的占空比的脉冲信号，从而导通/关断开关元件Q2。

根据占空比执行导通/关断操作，并且从降压斩波器电路22输出所降压的电压。

如上所述，通过在点亮电路8的第一级安装升压斩波器电路21，能够实现高功率因数和输入电压的宽范围。

此外，通过在点亮电路8的第二级安装降压斩波器电路22，能够向LED模块6供应合适的输出电压。

控制源电压生成电路25具有用于自由改变控制源电压Vcc1和Vcc2的调节旋钮25a。调节旋钮25a能够对从LED模块6发射的光的照度进行调节。此外，在不执行调光控制的情况下，控制源电压Vcc1和Vcc2固定于恒定值。

如参考图1所述，LED模块6包括彼此串联连接的LED13，以及串联连接至LED13的NTC热敏电阻11。所述NTC热敏电阻11用作电流限制元件10。

此外，LED模块6具有可拆卸地连接至点亮电路8的功率端子6a。

在具有上述配置的LED照明设备1中，将描述其中LED模块6在紧邻关断灯之后安装到点亮电路8或者处于导通状态(即，带电状态)的情况。

在LED模块6的功率端子6a连接至点亮电路8时，将来自点亮电路8的输出电压Vout施加至LED模块6。此时，由于认为紧邻附接之后LED6的温度为室温，因此NTC热敏电阻11的电阻为高。

此外，与LED13的电阻相比，将处于室温的NTC热敏电阻11的电阻设置为高值，以防止浪涌电流流入LED13。

因而，由于其中具有高电阻的NTC热敏电阻11串联连接至LED13的LED模块6的总电阻也为高，因此紧邻安装之后就限制流入LED13的浪涌电流。

之后，在安装和导通时，LED模块6工作在其中从点亮电路向LED模块6施加稳定的输出电流的正常点亮模式。因此，NTC热敏电阻11的电阻由于NTC热敏电阻11的自加热而降低。

因此，LED13中的功耗增加并且降低了在NTC热敏电阻11中消耗的不必要功率。

如上所述，根据第一实施例的LED照明设备，即使在带电工作等等中还没有充分降低来自点亮电路的输出电压的同时安装LED模块，也能够防止浪涌电流流入LED，从而降低对LED的损坏。

此外，通过抑制在正常点亮模式中用作电流限制元件的NTC热敏电阻中消耗的功率，能够降低不必要的功耗。

(第二实施例)

在第一实施例中描述了电流限制元件串联连接至多个LED的情况。

在第二实施例中将描述电流限制元件并联连接至多个LED的情况。

图3是示出了根据本发明第二实施例的LED照明设备的配置的电路图。相同的附图标记指代与第一实施例相同的部件并且将省去对其的描述。

在第二实施例中，LED模块6包括彼此串联连接的多个LED13，以及并联连接至LED13的正温度系数(PTC)热敏电阻41。

PTC热敏电阻41是其电阻在电流流动时通过自加热增大从而使电流难以流动的元件。即，PTC热敏电阻41用作电流限制元件。

点亮电路8与第一实施例具有相同的配置和操作。即，在点亮电路8的第一级设置升压斩波器电路21以实现高功率因数和输入电压的宽范围。此外，在点亮电路8的第二级提供降压斩波器电路22以向LED模块6供应合适的输出电压。

将描述紧邻关断灯之后LED模块6就被安装到点亮电路8或者处于通电状态(带电状态)的情况。

在LED模块6的功率端子6a耦合至点亮电路8时，点亮电路8的输出电压Vout施加至LED模块6。此时，由于紧邻安装之后所以认为LED模块6的温度为室温，因此PTC热敏电阻41的电阻为低。

此外，与LED13的电阻相比较，将处于室温的PTC热敏电阻41的电阻设置为低值，这能够降低流入LED13的浪涌电流。

在其中具有低电阻的PTC热敏电阻41并联连接至LED13的LED模块6中，紧邻安装之后，浪涌电流从点亮电路8流到具有低电阻的PTC热敏电阻41以使得能够防止浪涌电流流入LED13。

在安装并且导通LED模块6时，之后，LED模块6工作在正常点亮模式，并且PTC热敏电阻41的电阻通过其自加热而增大。因此，大量电流流至LED13，LED13的功耗变大，并且降低了PTC热敏电阻41中的不必要功耗。

利用第二实施例的LED照明设备，与第一实施例一样，尽管在带电工作等等中没有降低点亮电路的输出侧上的电压的同时安装LED模块，也能够防止浪涌电流流入LED并且降低对LED的损坏。

此外，根据第二实施例的LED照明设备，紧邻安装之后，浪涌电流在PTC热敏电阻中流动，但是通过自加热期望PTC热敏电阻中的快速温度升高。因此，能够在导通LED模块时增大响应。

(第三实施例)

在第一和第二实施例中描述了作为电流限制元件的NTC热敏电阻和PTC热敏电阻分别串联和并联连接至LED的情况。在第三实施例中将描述开关电路代替作为电流限制元件的热敏电阻连接至LED的情况。

图4是例示根据本发明第三实施例的LED照明设备的配置的电路图。相同的附图标记指代与第一实施例相同的部件，并且将省去对其的描述。

点亮电路8与第一实施例具有相同的配置和操作。即，在点亮电路8中的第一级设置升压斩波器电路21以实现高功率因数和输入电压的宽范围。此外，在点亮电路8中的第二级设置降压斩波器电路22以向LED模块6供应合适的输出电压。

在第三实施例中，LED模块6包括多个LED13以及串联连接到多个LED13的开关电路51。开关电路51具有串联连接到LED13的电阻器Ra、以及开关元件SW1，所述开关元件SW1并联连接到电阻器Ra并且由通过来自将在后面描述的负载去除检测单元57的信号驱动的N沟道MOSFET构成。设置电阻器Ra具有比LED13更高的电阻，这使浪涌电流难以流入LED13。

在点亮电路8的输出端子处设置负载去除检测单元57以检测用作负载的LED模块6的去除。负载去除检测单元57具有由运算放大器构成的比较器OP1。

向比较器OP1的正(+)输入端子输入阈值Vth。

与此同时，将通过电阻器R1和R2划分点亮电路8的输出电压Vout获得的电压输入到比较器OP1的负(-)输入端子。

此外，比较器OP1的输出端子连接到信号端子6b，该信号端子6b连接到开关元件SW1的栅极。因而，在LED模块6的功率端子6a耦合至点亮电路8时，信号S1从比较器OP1的输出端子输入到开关元件SW1。

接下来，将描述负载去除检测单元(开关控制单元)57的操作。图5是用于解释负载去除检测单元57的操作的示意图。

在从点亮电路8去除LED模块6时，LED模块6中的电流停止流动。因此，来自点亮电路8的输出电压Vout(降压斩波器电路的电压)变为比正常点亮模式中的输出电压高。

在输入至比较器OP1的负(-)输入端子的输出电压Vout超出阈值Vth时，从比较器OP1输出的信号S1变为低电平。因此，作为开关元件SW1的N沟道MOSFET关断。

然后，在将LED模块6安装到点亮电路8时，点亮电路8的输出电压Vout随着时间从无负载模式中的电压降低到正常点亮模式中的电压(参见图5中的线A)。

在这种情况下，从比较器OP1输出的信号S1不改变到低电平，直到输入到比较器CP1的(-)输入端子的电压变为低于与比较器OP1的阈值Vth相对应的预定电压。

因此，作为开关元件SW1的N沟道MOSFET维持关断状态。此外，由于开关元件SW1关断，通过电阻器Ra限制在安装LED模块6时流入LED13的电流。

在输入到比较器OP1的负(-)输入端子的电压变为低于阈值Vth时，如在去除之前的正常点亮模式一样，比较器OP1的信号S1再次具有高电平。此外，作为开关元件SW1的N沟道MOSFET导通并且电阻器Ra被旁路以降低不必要的功耗。

如上所述，利用第三实施例的LED照明设备，并联连接至电阻器Ra的开关元件SW1在安装中关断。因此，电阻器Ra能够防止浪涌电流流入LED，从而降低对LED的损坏。

此外，在第三实施例的LED照明设备中，开关元件SW1在正常点亮模式中导通，并且电阻器Ra被旁路以降低电阻器Ra中的不必要的功耗。

(第四实施例)

第三实施例描述了开关电路串联连接至多个LED的情况。第四实施例将描述开关电路并联连接至多个LED的情况。

图6是描述根据本发明第四实施例的LED照明设备的配置的电路图。相同的附图标记指代与第三实施例相同的部件，并且将省去对其的描述。

点亮电路8与第一实施例具有相同的配置和操作。即，在点亮电路8的第一级设置升压斩波器电路21以实现高功率因数和输入电压的宽范围。此外，在点亮电路8的第二级设置降压斩波器电路22以向LED模块6供应合适的输出电压。

在第四实施例中，LED模块6包括多个LED13以及并联连接至所述多个LED13的开关电路61。

开关电路61具有并联连接至LED13的电阻器Rb，以及开关元件SW2，所述开关元件SW2串联连接至电阻器Rb并且由基于来自负载去除检测单元57的信号操作的N沟道MOSFET构成。

电阻器Rb的电阻值低于LED13的电阻值，这有助于浪涌电流流入电阻器Rb。

与第三实施例中一样，在点亮电路8的输出端子处设置负载去除检测单元57，从而检测用作负载的LED模块6的去除。负载去除检测单元57具有包括运算放大器的比较器OP1。

在本实施例中，与第三实施例不同，阈值Vth输入至比较器OP1的负(-)输入端子。与此同时，点亮电路8的输出电压Vout由电阻器R1和R2的比值进行划分，并且因而将所划分的电压输入到比较器OP1的正(+)输入端子。

比较器OP1的输出端子连接至耦合至开关元件SW2的栅极的信号端子6b。在LED模块6耦合到点亮电路8时，来自比较器OP1的输出端子的信号S1输入至开关元件SW2。

接下来，将描述负载去除检测单元57的操作。图7是示出了负载去除检测单元7的操作的示意图。

在将LED模块6从点亮电路8去除时，LED模块6中的电流停止流动，将比正常点亮模式中高的电压(降压斩波器电路的电压)作为来自点亮电路8的输出电压进行输出。

在输入至比较器OP1的正(+)输入端子的电压超出阈值Vth时，从比较器OP1输出的信号S1具有高电平。因此，由N沟道MOSFET构成的开关元件SW2导通。

然后，在LED模块6安装到点亮电路8时，点亮电路8的输出电压Vout随时间从无负载模式中的电压降低到正常点亮模式中的电压(参见图7中的线B)。

此外，从比较器OP1输出的信号S1不升高到高电平，直到输入至比较器OP1的(+)输入端子的电压变为低于比较器OP1的阈值Vth。

因而，由N沟道MOSFET构成的开关元件SW2维持导通状态。因此，输入至LED模块6的大多数电流绕过LED13并且流入具有相对低电阻的电阻器Rb。结果，限制了流入LED13的电流。

在输入到比较器OP1的正(+)输入端子的电压变为低于阈值Vth时，如在去除之前的正常点亮模式中，从比较器OP1输出的信号S1再次具有低电平。因此，在并联连接至LED13的电阻器Rb中流动的电流被切断，从而降低电阻器Rb中的不必要的功耗。

如上所述，利用第四实施例的LED照明设备，串联连接至电阻器Rb的开关元件SW2在安装中导通。因此，输入至LED模块6的浪涌电流也流至电阻器Rb，这能够防止浪涌电流入LED并且降低对LED的损坏。

此外，在第四实施例的LED照明设备中，开关元件SW2在正常点亮模式中被关断，并且消除了流入电阻器Rb的电流路径。结果，能够在电阻器Rb中降低不必要的功耗。

此外，本发明并不局限于上述实施例的配置，并且可以具有能够实现在权利要求中描述的功能或者上述实施例的功能的任意配置。

例如，在第一到第四实施例中，在点亮电路的第一级使用升压斩波器电路并且在点亮电路的第二级使用降压斩波器电路。然而，可以在第一级使用电容性输入电路来代替扼流输入型电路。此外，根据输入电压和输出电压可以在第二级使用升压斩波器电路。

此外，输入电压可以是DC电压。在这种情况下，第一级处的电路变为不必要。这同样适用于第二级处的电路。

尽管在第一实施例中使用NTC热敏电阻作为电流限制元件，但是并非局限于此，并且电流调节二极管(CRD)可以用作电流限制元件。

尽管在第三和第四实施例中使用电阻器作为电流限制元件，但是并非局限于此，并且诸如正温度系数(PTC)的电阻器元件可以用作电流限制元件。

尽管在第三和第四实施例中使用N沟道MOSFET作为开关元件，但是并非局限于此，N型晶体管、继电器开关等等可以用作开关元件。

此外，在第三实施例中，输出电压Vout输入至比较器OP1的负(-)输入端子。然而，可以按照这样的方式进行配置以使得输出电压Vout输入至正(+)输入端子，并且作为开关元件，使用P沟道MOSFET或者P型晶体管代替N沟道MOSFET。

通过相同方式，在第四实施例中，输出电压Vout输入至比较器OP1的正(+)输入端子。然而，可以按照这样的方式进行配置以使得输出电压Vout输入至负(-)输入端子，并且作为开关元件，使用P沟道MOSFET或者P型晶体管代替N沟道MOSFET。

此外，尽管在第三和第四实施例中使用比较器作为负载去除检测单元57，但是可以使用能够检测负载去除的任何配置。例如，可以通过使用机械开关代替电子部件来执行检测。

尽管参考实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，可以在不偏离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下做出各种改变和变型。

Claims

1.一种照明装置，包括：

发光单元；以及

点亮电路，所述发光单元安装至所述点亮电路，所述点亮电路用于向所述发光单元供应输出电压，

其中所述发光单元包括：发光元件，所述发光元件连接至所述点亮电路的输出端子并且通过从所述点亮电路供应的所述输出电压发光；以及电流限制单元，所述电流限制单元在将所述发光单元安装至所述点亮电路的时刻限制电流从所述点亮电路流入所述发光元件，

其中所述电流限制单元在正常点亮模式中不限制所述电流从所述点亮电路流入所述发光元件，

其中所述发光单元还包括可拆卸地连接至所述点亮电路的功率端子，并且

其中所述电流限制单元是串联连接至所述发光元件的NTC(负温度系数)热敏电阻或并联连接至所述发光元件的PTC(正温度系数)热敏电阻。

2.如权利要求1所述的照明装置，其中所述发光元件包括串联连接的多个发光二极管。