用于以交流電壓運行l(wèi)ed鏈的電路裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于以交流電壓運行由至少一個發(fā)光二極管(13)構(gòu)成的LED鏈(14)的電路裝置(A)，所述電路裝置具有：整流器(3)，所述整流器具有用于接收交流電壓的輸入回路(1，2)和輸出回路(5，6'，7，8'，9-12)，已整流的交流電壓輸出到所述輸出回路中；位于所述輸出回路(5，6’，7，8’，9-12)中的儲能器、特別是存儲電容器(5)，LED鏈(14)能夠以并聯(lián)的方式連接于所述儲能器；電流調(diào)節(jié)器(6’)，每當(dāng)輸出回路中的電流上升到確定的閾值電流時，所述電流調(diào)節(jié)器在運行時都中斷存儲電容器(5)的充電，并且當(dāng)輸出回路中的電壓隨后下降到確定的閾值電壓、特別是0V時，再次允許充電。閾值電流能夠固定地預(yù)設(shè)或調(diào)節(jié)。該電路裝置避免高的接通電流，具有相對高的效率，以少量的簡單的器件是合用的，是魯棒的和容錯的并且提供無閃爍的光。
【專利說明】用于以交流電壓運行LED鏈的電路裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于以交流電壓運行由至少一個發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成的鏈(LED鏈)的電路裝置。本發(fā)明還涉及一種具有這樣的電路的照明設(shè)備。此外，本發(fā)明涉及一種用于運行LED鏈的方法以及一種具有這樣的電流裝置和LED鏈的照明設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]如果LED應(yīng)直接以預(yù)設(shè)水平的交流電壓、例如電網(wǎng)上的交流電壓運行，那么或者必須轉(zhuǎn)換電壓或者必須將LED鏈設(shè)計為，使得其正向電壓位于供電電壓的范圍中。在后一種情況中，除了高頻開關(guān)的調(diào)節(jié)器，還提供兩個變型方案:LED鏈或者經(jīng)由(限流的)串聯(lián)電阻直接位于電網(wǎng)上(所謂的AC-LED)或者經(jīng)由線性調(diào)節(jié)器供電，其中已整流的電壓事先借助于電容器來平滑。
[0003]在第一變型方案中不利的是，LED以雙倍的電網(wǎng)頻率閃爍并且在不到一半的時間中輸出光。
[0004]第二變型方案也具有其特定的缺點:電容器的再充電電流相對于運行電流非常高。此外電容器和整流器在接通時超載，因為未限定電網(wǎng)上的接通時間點。最后，當(dāng)電路設(shè)計為使得所述電路應(yīng)經(jīng)受整個電網(wǎng)容差時，那么調(diào)節(jié)器中的損耗功率非常高。
[0005]為了緩解所述缺點，需要顯著的電路耗費。例如如果希望衰減閃爍，那么必須添加儲能的構(gòu)件或者產(chǎn)生對于眼睛不再可見的亮度調(diào)制。因此通常放棄補救措施并且承受現(xiàn)有的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是，克服已知的解決方案的缺點并且特別提出一種之前所提到類型的電路裝置，所述電路裝置尤其簡單且魯棒地構(gòu)成，在此實現(xiàn)了良好的效率，在臨界的接通階段中也僅稍大于在恒穩(wěn)狀態(tài)中負(fù)荷，能夠容許不可避免的電網(wǎng)波動和/或尤其能夠產(chǎn)生對于眼睛而言無閃爍的光。
[0007]所述目的通過用于以交流電壓運行由至少一個發(fā)光二極管構(gòu)成的鏈(LED鏈)的電路裝置來實現(xiàn)，所述電路裝置具有:
[0008]-整流器，所述整流器具有用于接收未整流的交流電壓的回路(“輸入回路”)和輸出已整流的交流電壓的回路(“輸出回路”)，
[0009]-位于輸出回路中的(也就是說在整流器下游連接的)儲能器、特別是儲能的電容器(“存儲電容器”)，LED鏈能夠以并聯(lián)的方式連接到所述儲能器上，
[0010]-電流調(diào)節(jié)器，每當(dāng)輸出回路中的電流上升到確定的最大值(“閾值電流”)時，所述電流調(diào)節(jié)器在運行中都中斷存儲電容器的充電，并且當(dāng)輸出回路中的電壓隨后下降到確定的值(“閾值電壓”)時，再次允許充電。
[0011]在此在本文中，當(dāng)輸出回路中的電流顯著下降、也就是說明顯低于閾值電流的10%、優(yōu)選低于5%并且尤其優(yōu)選低于2%時，充電過程才認(rèn)為是中斷的。除此之外，閾值電流和/或閾值電壓的值能夠固定地預(yù)設(shè)或者調(diào)節(jié)。
[0012]因此，電路裝置的設(shè)置在輸入回路中的元件連接在整流器上游，并且電路裝置的設(shè)置在輸出回路中的元件連接在整流器下游。
[0013]所提出的電路裝置的功能基于下述原理:所使用的電容器用作為儲能器。所述電容器充電直至達(dá)到閾值電流。在充電階段期間，電流流入存儲電容器中并且穿過LED鏈。如果達(dá)到了閾值，那么電容器充電電流急劇降低，因此電容器再次放電。在放電階段中，電荷被導(dǎo)入LED鏈中。能夠取消該階段中的限流，因為電流從相應(yīng)之前的充電階段中的一已經(jīng)受限制的一峰值電流中得出。就此而言電流調(diào)節(jié)器準(zhǔn)確地說作為充電平衡調(diào)節(jié)器來工作。
[0014]這樣的原理提供一系列優(yōu)點:
[0015]-接通電流峰值與整流器和電網(wǎng)電容器的變型形式相比更小，其水平與接通時間點和已限定的水平無關(guān)。因此所提出的電路裝置也可在許多這樣的系統(tǒng)中使用。
[0016]-效率與具有整流器和充電電容器的解決方案相比同樣是更好的。
[0017]-在半波內(nèi)被接收的電荷量如輸出給LED的電荷量近似相同。因此LED電流——除了其因充電和放電引起的殘余紋波一保持基本上恒定。
[0018]-電流殘余紋波相對小，因此能夠避免干擾性的閃爍。
[0019]-器件耗費可以想象是低的，特別是不需要變壓器或者電感器。與之相應(yīng)地，電路裝置和LED鏈特別是能夠安置在共同的電路板上，更確切地說，安置在一側(cè)上，以至于實現(xiàn)方便的冷卻并且以這種方式獲得了尤其簡單地構(gòu)成的照明模塊。
[0020]-所述裝置是非常容錯的:因此電壓頻率例如不僅能夠為50Hz而且能夠為60Hz,并且電壓水平允許在相對寬的范圍中波動。也容易經(jīng)受住并且可能甚至平衡相對大的電容波動、運行溫度變化和LED特性數(shù)據(jù)的分散。即使發(fā)光二極管中的一個可能發(fā)生故障，這在任何情況下從電壓角度來看都不產(chǎn)生不利的影響。
[0021]電路設(shè)置特別是提供用于來自于電網(wǎng)的供電電壓，但是也能夠使用其它的交流電壓源。與電壓源的選擇無關(guān)地推薦:閾值電壓位于過零上，但是這個值也不是強制性的。
[0022]優(yōu)選，電路裝置的尺寸被確定為，使得對于LED鏈的正向電壓(額定電壓)Ufges適用的是0.5Vcc〈Ufges〈0.9Vcc。特別地，0.6Vcc〈Ufges〈0.8Vcc能夠是適用的并且特別是
0.65Vcc<Vfges<0.75Vcc。在此Vcc = Umin*l.41是適用的(Umin是所接收的交流電壓的最小有效值并且Vcc是其峰值，對于LED鏈的額定電壓適用的是，Ufges = Uf*N，其中Uf =各個LED的額定電壓或者正向電壓并且N =鏈中的LED的數(shù)量)。因此在200V的Umin中對于Ufges得到140V和250V之間的尤其有意義的范圍。在此需注意的是，在額定電壓較小的情況下，效率降低，但是同時相對于交流電壓變化的敏感度也下降；在額定電壓更大的情況下相反。
[0023]優(yōu)選對于閾值電流適用的是，1.5Iled〈Ipeak〈4Iled，其中Iled表示各個LED的額定電流并且Ipeak表示閾值電流。在Ipeak值低于1.5Iled時，電容器可能僅不充分地充電,在Ipeak值高于4Iled時,可能必須經(jīng)受較高的損耗和峰值電流。
[0024]在一個優(yōu)選的設(shè)計方案中，電流調(diào)節(jié)器由在輸出回路中與由存儲電容器和LED鏈形成的并聯(lián)電路串聯(lián)的調(diào)節(jié)元件構(gòu)成，所述調(diào)節(jié)元件在達(dá)到閾值電流時從低歐姆的狀態(tài)過渡為高歐姆的狀態(tài)并且在達(dá)到閾值電壓時返回到低歐姆的狀態(tài)中。[0025]在一個尤其優(yōu)選的設(shè)計方案中，調(diào)節(jié)元件包括兩個在整流器的輸出回路中彼此并聯(lián)的支路，所述支路中的一個(第一支路)在調(diào)節(jié)元件的低歐姆的狀態(tài)中導(dǎo)通并且在高歐姆的狀態(tài)中截止，并且另一個支路(第二支路)在低歐姆的狀態(tài)中截止并且在高歐姆的狀態(tài)中導(dǎo)通。在最簡單的情況下，第一支路包含與低歐姆電阻串聯(lián)的開關(guān)(第一開關(guān))并且第二支路包含高歐姆電阻，所述高歐姆電阻同樣與開關(guān)串聯(lián)。如果例如將雙極型晶體管用作為第一開關(guān)，那么對此特別適合的是將閘流管作為第二開關(guān)。如果反之采用MOSFET作為第一開關(guān)，那么雙極型晶體管特別適合作為第二開關(guān)。優(yōu)選在開關(guān)對晶體管/閘流管中，低歐姆的和高歐姆的電阻位于晶體管的發(fā)射極側(cè)上或者位于其集電極-基極電路中，并且連接在高歐姆電阻下游的在開關(guān)晶體管的發(fā)射極和低歐姆電阻之間的閘流管的柵極引導(dǎo)到第一支路上。
[0026]優(yōu)選，高歐姆電阻具有高的電阻值，使得在電容器充電中斷時，能夠流過LED的額定電流的最高10%。如果借助于晶體管/閘流管的組合來工作，那么電阻特別是可以設(shè)置成，使得所述電阻在充電階段中提供用于開關(guān)晶體管的基極電流并且在充電中斷階段中用于使閘流管的保持電流不被超過。由此得出典型地位于5ΚΩ和20ΚΩ之間的值。
[0027]經(jīng)由關(guān)系Rno = Uth/Ipeak(其中Rno作為低歐姆電阻的電阻值并且Uth作為閘流管點燃電壓)確定閾值電流的低歐姆電阻的尺寸優(yōu)選被確定為，使得所述電流值位于已經(jīng)提到的在LED額定電流的1.5倍和4倍之間的范圍中。
[0028]第一支路中的開關(guān)特別是設(shè)計為，使得所述開關(guān)經(jīng)受住最大的已整流的運行電壓和閾值電流并且短時間地也經(jīng)受住從這兩個變量的乘積中得出的額定功率。
[0029]第二支路中的開關(guān)特別是承受最大的已整流的運行電壓；閘流管優(yōu)選應(yīng)需要〈0.1LED額定電流的保持電流。
[0030]優(yōu)選存儲電容器的電容對于每安培的LED額定電流位于100 μ F和1000 μ F之間，也就是說在20mA的LED額定電流中在2 μ F和20 μ F之間。大的值減小殘余紋波，小的值減小接通時間。存儲電容器能夠是簡單的電解電容器，因為所述存儲電容器受控地充電和放電并且不取決于確定的高頻特性。
[0031]對于電路裝置的整流器不提出特別的要求。所述整流器僅必須針對閾值電流和運行電壓來設(shè)計。
[0032]如果電流調(diào)節(jié)器的低歐姆電阻具有固定值，那么閾值電流優(yōu)選同樣固定地預(yù)設(shè)，也就是說，LED電流不直接被調(diào)節(jié)。因此根據(jù)LED鏈的設(shè)計，特別是能夠或者優(yōu)化效率或者優(yōu)化調(diào)節(jié)穩(wěn)定性。如果在高效率的同時期望高的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性，那么電路裝置特別是可通過添加對流經(jīng)LED鏈的電流的直接的調(diào)節(jié)來改進(jìn)。
[0033]以尤其簡單的方式通過集成下述功能實現(xiàn)這樣的直接的LED電流調(diào)節(jié):檢測LED電流并且對LED電流濾波，將已濾波的電流值作為實際變量通報給調(diào)節(jié)級并且在該級中將實際變量與額定變量比較以形成操控變量，所述操控變量作用于能改變的低歐姆電阻，使得LED電流例如相對于電網(wǎng)電壓波動變得較不敏感。
[0034]如果電路裝置設(shè)有所提到的附加的調(diào)節(jié)環(huán)路，那么推薦其元件按如下方式構(gòu)成和設(shè)計:
[0035]為了檢測電流，截取在位于LED鏈之后的歐姆電阻之上的電壓。這個電阻的尺寸被確定為，使得同時損耗盡可能小并且信號盡可能大；其值與之相應(yīng)典型在優(yōu)選在0.5Ω和15 Ω之間的歐姆范圍中。
[0036]電流檢測和電流濾波通常、但是非強制性地組合為功能塊。該塊必須具有差分輸入端，所述差分輸入端經(jīng)受所出現(xiàn)的高壓。濾波應(yīng)盡可能大程度地抑制電流紋波；其低通極限頻率優(yōu)選應(yīng)小于交流電壓源的頻率。
[0037]調(diào)節(jié)級經(jīng)由參考電壓源獲得其額定值。所述調(diào)節(jié)級優(yōu)選構(gòu)成為，使得系統(tǒng)在接通階段中也不振蕩。PI調(diào)節(jié)器尤其適合于當(dāng)前目的，所述PI調(diào)節(jié)器是足夠精確的并且足夠快速地進(jìn)行傳輸。
[0038]操控元件能夠尤其簡單地適應(yīng)于下述設(shè)計方案，其中電流調(diào)節(jié)器包含調(diào)節(jié)元件，所述調(diào)節(jié)元件具有由開關(guān)以與低歐姆電阻串聯(lián)的方式形成的第一支路和由高歐姆電阻以與另一個開關(guān)串聯(lián)的方式形成的第二支路。在這種情況下，以與低歐姆電阻并聯(lián)的方式，將由開關(guān)、優(yōu)選MOSFET與另一個固定電阻串聯(lián)構(gòu)成的路段接入，并且由調(diào)節(jié)級輸出的操控變量能夠作用于所述開關(guān)。在這種狀況下，應(yīng)實現(xiàn)調(diào)節(jié)元件的第一支路中的低歐姆電阻，使得在最小的運行電壓和最大的LED鏈電壓中達(dá)到LED額定電流。相對于開關(guān)的串聯(lián)電阻優(yōu)選設(shè)計為，使得在由這兩個電阻和開關(guān)構(gòu)成的并聯(lián)電路中在最大的運行電壓和最小的LED鏈電壓中達(dá)到LED額定電流；相對于開關(guān)的串聯(lián)電阻通常至少同第一調(diào)節(jié)元件支路中的電阻一樣大。
[0039]用于調(diào)節(jié)級和上游的功能塊的運行電壓并且還有參考電壓的供給也能夠方便地通過在調(diào)節(jié)元件的輸入端上的峰值整流產(chǎn)生。
[0040]如果電路裝置包含所描述的調(diào)節(jié)環(huán)路，那么在這個支路中即便沒有大的附加耗費也能夠?qū)崿F(xiàn)所謂的溫度遞減。已知的是，器件中的故障率隨著運行溫度上升而上升，并且為了抵抗例如能夠簡單地適當(dāng)?shù)嘏c溫度相關(guān)地降低電流額定值。
[0041]此外，調(diào)節(jié)環(huán)路完全不必強制性地直接調(diào)節(jié)LED電流。也完全可能使用其它的調(diào)節(jié)變量、特別是整流器輸入端上的——平均的——交流電壓。在這樣的情況中也實現(xiàn)，將高的效率與良好的LED電流穩(wěn)定性結(jié)合。
[0042]與是否安裝附加的調(diào)節(jié)環(huán)路不相關(guān)的是，電路裝置在本發(fā)明的范圍中設(shè)計為，使得所輸出的光能夠在一定范圍中調(diào)光。對此能夠以已知的方式使用脈寬調(diào)制、特別是相位選通控制。在這里為了補償無功功率，推薦將RC元件形式的低通濾波器裝入到輸入回路中，優(yōu)選所述RC元件具有100 Ω或者0.1 μ F的數(shù)量級的值。
[0043]一般而言也能夠使用任何其它的適合的儲能器來代替電容器，例如蓄電池。
[0044]所述目的也通過一種照明設(shè)備來實現(xiàn)，在所述照明設(shè)備中，將所提出類型的電路裝置與LED鏈互聯(lián)。如已經(jīng)提到的，該設(shè)備由于簡單的、節(jié)省空間的電路裝置尤其是借助于特別是在前側(cè)裝配并且在后側(cè)冷卻的電路板而能夠非常緊湊地并且便宜地構(gòu)成。
[0045]所述目的此外通過一種用于以交流電壓運行由至少一個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED鏈的方法來實現(xiàn)，所述方法至少包含如下步驟:
[0046]-對交流電壓整流，
[0047]-借助于已整流的交流電壓，將在已整流的交流電壓的回路(輸出回路)中與LED鏈并聯(lián)的電容器(存儲電容器)充電直至達(dá)到確定的最大電流值(閾值電流)，并且隨后放電直至達(dá)到確定的最小電壓值(閾值電壓)，其中在恒穩(wěn)狀態(tài)下，
[0048]-在充電階段期間中，電流不僅流經(jīng)存儲電容器而且流經(jīng)LED鏈，并且[0049]-在放電階段中，將存儲電容器的電荷引導(dǎo)到LED鏈中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]在下文中根據(jù)三個在附圖中示出的實施例示意性地詳細(xì)闡述本發(fā)明。相同的器件在此設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記。附圖示出:
[0051]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的第一實施例的電路圖，
[0052]圖2示出在根據(jù)圖1的設(shè)備的電路裝置接通后所計算的電流曲線、電壓曲線和功率曲線，
[0053]圖3示出、更確切地說針對不同數(shù)量的LED示出圖1中的設(shè)備的所計算的效率與電網(wǎng)電壓的相關(guān)性，
[0054]圖4示出根據(jù)圖1的設(shè)備中的所計算的LED電流，其同樣作為電網(wǎng)電壓的函數(shù)并且針對不同數(shù)量的LED，
[0055]圖5示出第二實施例的電路圖，以及
[0056]圖6示出第三實施例的電路圖。
【具體實施方式】
[0057]圖1中的照明設(shè)備LA的電路裝置A具有輸入端，所述輸入端具有兩個輸入端子I和2，供電交流電壓、在當(dāng)前情況下為230V的電網(wǎng)電壓能夠施加到所述輸入端子上。所接收的交流電壓在整流器3中一當(dāng)前是由四個二極管4形成的橋式整流器一轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓。因此，輸入回路1、2在這里通過兩個輸入端子I和2形成。
[0058]在脈動的直流電壓的回路(輸出回路)中，在IOyF的范圍中的電解電容器(Elkos)形式的存儲電容器5與電流調(diào)節(jié)器6串聯(lián)。電流調(diào)節(jié)器6包含兩個在輸出回路中彼此并聯(lián)的支路。一個支路(低歐姆支路)示例性地包括作為開關(guān)的雙極型晶體管7以及大小在10Ω范圍中的低歐姆電阻8(第一電阻)。雙極型晶體管7在集電極側(cè)與存儲電容器5連接并且在發(fā)射極側(cè)與電阻8連接。第二支路(高歐姆支路)包含——彼此串聯(lián)的——具有在10ΚΩ的范圍中的電阻值的高歐姆電阻9(第二電阻)和閘流管10。電阻9在此位于雙極型晶體管7的基極集電極回路中，而閘流管10連接在雙極型晶體管7的基極和電阻8的背離雙極型晶體管7的一側(cè)之間。閘流管-柵極在雙極型晶體管7的發(fā)射極和電阻8之間被引導(dǎo)至第一支路。兩個輸出端子11和12形成電路裝置A的輸出端，所述輸出端子安置在存儲電容器5之前或之后。
[0059]在所述輸出端子11和12上連接有由依次連接的各個發(fā)光二極管13形成的處于所示出的極性中的LED鏈14。各個發(fā)光二極管13具有大約3.3V的額定電壓和大約20mA的額定電流。整個LED鏈14具有大約200V的正向電壓。
[0060]因此，輸出回路5-12在這里通過連接在整流器3下游的直至并且包括輸出端子11和12的元件形成。
[0061]電路裝置A在這里按如下方式工作:在開始運轉(zhuǎn)時，存儲電容器5首先是空的。在已整流的電網(wǎng)電壓的第一半波期間，存儲電容器5的充電時間長至達(dá)到能夠經(jīng)由電阻8調(diào)節(jié)的閾值電流。隨后在電阻8上用于閘流管10的點燃電壓(在這里為0.65V)下降。因此閘流管10被點燃并且雙極型晶體管7截止。電流此時流經(jīng)高歐姆支路9、10來代替流經(jīng)低歐姆支路7、8并且小至使得不出現(xiàn)進(jìn)一步的充電。在已整流的交流電壓的下一次過零時，閘流管10再次熄滅，也就是說，電流調(diào)節(jié)器6的低歐姆支路7、8通過閉合雙極型晶體管7而再次導(dǎo)通；與此同時高歐姆支路9、10截止。因此，充電能夠再次開始。整個過程重復(fù)長至存儲電容器5上的電壓進(jìn)入LED鏈14的正向電壓的范圍(大約200V)中。此后開始恒穩(wěn)的、循環(huán)的運行。在這里然后在充電期間，電流的一部分流入存儲電容器5中，另一部分流經(jīng)LED鏈14，直至再次達(dá)到閾值電流。通過關(guān)斷實現(xiàn)兩個效果:流經(jīng)存儲電容器5的電流進(jìn)而整個電路的電流消耗被限制。除此之外引導(dǎo)到存儲電容器5中的電荷量總是大致相同的，由此放電電流大約保持恒定。
[0062]為了進(jìn)一步說明所描述的運行特性，在圖2中示出自接通時間點起的典型的根據(jù)模擬確定的電流曲線、電壓曲線和功率曲線的時間變化。在圖形中，曲線15示出接通后在LED鏈14上的電壓上升，曲線16示出LED鏈14中的電流，曲線17示出由LED鏈14消耗的功率，曲線18示出電流調(diào)節(jié)器6中的損耗并且曲線19示出總功耗?？梢钥闯?，電路裝置在接通后在一些半波的變化中過渡到穩(wěn)定的運行。LED鏈14上的電壓首先上升，直至其在大約60ms后達(dá)到其完整值，所述電壓圍繞所述完整值以非常小的殘余紋波擺動(曲線15)。如從曲線16中得知，電流僅從大約30ms起才開始流經(jīng)LED鏈14并且在與電壓相同數(shù)量的半波后達(dá)到其額定值。在瞬態(tài)振蕩的狀態(tài)下，電流在時間上與電壓同步地圍繞其平均值擺動，由于超線性的電流/電壓特性自然以相對較大的偏移擺動，但是所述偏移按百分比總是還明顯小于電網(wǎng)電壓改變。LED功率作為LED鏈14的電壓和電流的乘積遵循這兩個曲線15和16，更確切地說，具有通過電流殘余紋波表征的調(diào)制(曲線17)。如從曲線18中得知，電壓裝置A以相對高、但是總的來說完全受限的調(diào)節(jié)器損耗開始，所述調(diào)節(jié)器損耗在瞬時振蕩期間下降并且在恒穩(wěn)態(tài)中尤其適度，在所述恒穩(wěn)態(tài)中在大約一半時間期間，在調(diào)節(jié)器中完全不消耗任何功率。與曲線19的比較示出，在調(diào)節(jié)元件中消耗的功率在恒穩(wěn)的運行中僅具有占全部被消耗的功率的相對小的份額。所述功率此外在接通階段中幾乎不高于在恒穩(wěn)的階段中。通過示出的電路裝置可實現(xiàn)直至85%的效率。
[0063]圖3圖解說明效率η如何詳細(xì)地與所使用的LED的數(shù)量N和電網(wǎng)電壓V相關(guān)。在確定數(shù)量的LED中，所述效率隨著電壓增高而線性下降(曲線20)。如果將在當(dāng)前計算實例中具有2.9V正向電壓的LED的數(shù)量從70上升到95，那么所述效率反之上升。因此得到一組彼此平行的直線。在230V的電網(wǎng)電壓中，在具有由92個LED構(gòu)成的鏈的所計算的實例中得出85%的效率。
[0064]圖4又針對不同數(shù)量的LED示出:電流Iu5d-在這里表示為LED額定電流的百分
比一如何與電網(wǎng)電壓相關(guān)。從曲線21中看出，實際電流隨著電壓增高而線性上升，其中直線隨著LED數(shù)量增多而變得更陡；這些直線在230V處相交。換句話說:如果——在一定的范圍中——使得LED鏈更長，那么一方面效率上升；但是另一方面LED電流對電壓波動的反應(yīng)也更敏感。
[0065]LED的光輸出自然也與其它的變量、例如與運行溫度相關(guān)。但是這種相關(guān)性在當(dāng)前情況下降低，因為其它的器件如雙極型晶體管7具有補償?shù)臏囟绕啤?br> [0066]在根據(jù)圖5的照明設(shè)備的稍微更耗費地構(gòu)成的實施例中，LED電流附加地被穩(wěn)定，更確切地說，通過直接的LED電流調(diào)節(jié)。該實施方案具有如下電路裝置B，所述電路裝置與在圖1中示出的電路裝置A的不同之處基本上在于:電流調(diào)節(jié)器包含以附加的調(diào)節(jié)環(huán)路來補充的調(diào)節(jié)元件6’。對此在LED支路中連接到鏈14后方的大小為I Ω的電阻22 (第三電阻)上的電壓被截取并且引導(dǎo)至功能塊25的輸入端23、24上。所述塊檢測LED電流、通過濾波抑制電流紋波并且將相應(yīng)于平均電流的信號作為實際值發(fā)送給PI調(diào)節(jié)器27的第一輸入端26，所述PI調(diào)節(jié)器從由電壓源提供的發(fā)送到另一輸入端28上的參考電壓中形成額定值。通過額定-實際比較形成的差值信號被引導(dǎo)到M0SFET30的柵極上。MOSFET與源極側(cè)的低歐姆電阻31 (第四電阻)串聯(lián)。第一電阻8’和第四電阻31在當(dāng)前情況下是同樣大的，也就是20 Ω ;這是第一實施例中的第一電阻8的雙倍的值。MOSFET的電阻Rds (on)在導(dǎo)通狀態(tài)下一所述電阻主要在小信號范圍中運行一低于I Ω。因此，由元件8’、30和31形成的電阻網(wǎng)具有對于調(diào)節(jié)而言足夠的值域。
[0067]除此之外，與大約100 Ω大的第五電阻33串聯(lián)的大約IOOnF的電容器32位于整流器3的輸入回路中。這個RC元件用于補償所產(chǎn)生的無功功率。
[0068]在運行中，LED電流經(jīng)由由器件8’、30和31形成的可變的總電阻進(jìn)而——在閘流管10的預(yù)設(shè)的點燃電壓中一經(jīng)由閾值電流的水平調(diào)節(jié)到額定電流上。
[0069]圖6示出根據(jù)第三實施例的照明設(shè)備LC中的具體的電路裝置C。這個電路裝置C——通過由32個具有大約8.8V正向電壓的LED單元13’構(gòu)成的鏈——具有≥87%的效率。LED電流附加地被穩(wěn)定，更確切地說，又通過擴(kuò)展的調(diào)節(jié)元件6’’中的直接的LED電流測量來穩(wěn)定。
[0070]對于這種直接的調(diào)節(jié)，LED電流在第三電阻22’上降低，所述電阻在這里具有8 Ω的值。第三電阻22’的LED鏈側(cè)的(第一)端部經(jīng)由與第六電阻35(22ΚΩ)和第七電阻5Κ10ΚΩ)串聯(lián)的ρηρ晶體管34的發(fā)射極-集電極-路段與整流器3的負(fù)輸出端連接。第三電阻22’的第二端部 經(jīng)由第八電阻36 (100Κ Ω )、ηρη晶體管37的集電極-發(fā)射極-路段和第九電阻38(2ΚΩ)同樣被引導(dǎo)到整流器3的負(fù)輸出端上。晶體管34的基極與電阻22’的第二端部連接，而晶體管37的基極被引導(dǎo)到電阻35和51之間。此外，在晶體管37的基極和整流器3的負(fù)輸出端之間還有電容器39 (10 μ F)。齊納二極管40以及電容器41(2nF)與由晶體管37的集電極-發(fā)射極-路段和電阻38形成的鏈并聯(lián)。
[0071]M0SFET30的柵極位于電容器41的背離整流器3的負(fù)輸出端的一側(cè)上。所述晶體管的源極-漏極-路段與3 Ω大的電阻31’串聯(lián)，并且該串聯(lián)電路又與第一電阻8，’并聯(lián)，所述第一電阻在當(dāng)前情況下具有僅5Ω的值。第一電流調(diào)節(jié)器支路中的開關(guān)這一次由于熱學(xué)原因由兩個M0SFET42、43構(gòu)成，所述兩個MOSFET彼此并聯(lián)。所述MOSFET此外不必彼此并排連接，因此M0SFET43的柵極例如也能夠經(jīng)由固有的電阻被引導(dǎo)到整流器3的負(fù)輸出端。這兩個M0SFET42、43的柵極位于高歐姆電阻9’ (47ΚΩ)和開關(guān)的、在當(dāng)前情況中是ρηρ晶體管44的集電極-發(fā)射極-路段之間。所述晶體管的基極被引導(dǎo)到M0SFET43和低歐姆電阻8’’之間。
[0072]由于空間原因，充電電容器由兩個相同大小的、彼此并聯(lián)的電解電容器45、46組成。非常高歐姆的第十電阻52(1ΜΩ)與所述組合的電容器并聯(lián)，所述第十電阻用于電解電容器在關(guān)斷之后平緩地放電。
[0073]如能夠從圖6中得知，在電路裝置C的輸入端I和2和電路板的原本的端子(焊盤47、48)之間還分別存在SMD保險裝置49、50。
[0074]在電路裝置C的運行中，相應(yīng)于LED電流的在電阻22’上的電壓降低，通過器件35,51和39平滑并且通過器件36、37和38倒置(并且除此之外也被調(diào)節(jié))。齊納二極管40用于在接通階段中去除電壓尖峰。電容器41有助于，M0EFET30的柵極電壓在0.7V和3V之間擺動。
[0075]測量示出，所述設(shè)備本身的能量消耗在輸入交流電壓的波動相對大時，例如在230+/-30V的范圍中時，保持近似恒定(在200V、230V或者255V的輸入電壓中功率因數(shù)為
0.8,0.84 和 0.89)。
[0076]本發(fā)明顯然不受限于所描述的實施例。
[0077]如果這主要僅取決于電容器受控地充電并且直接經(jīng)由LED鏈再次放電，那么構(gòu)成余地是尤其大的。因此即使所述電流調(diào)節(jié)器以兩個交替導(dǎo)通的支路的并聯(lián)電路的形式而突出簡單且靈巧地構(gòu)成，電路裝置的電流調(diào)節(jié)器也能夠以其它的方式實現(xiàn)。相同的功能，也就是說檢測調(diào)節(jié)變量、在達(dá)到限定的充電/LED電流值時關(guān)斷或者在隨后經(jīng)過閾值電壓值時重新激活電流源，也能夠以已知的方式借助于例如復(fù)雜的電路來重現(xiàn)，在所述電路中例如微控制器檢測電流。除此之外 ，發(fā)光二極管也能夠在與可見光譜不同的頻率中、例如在紅外或者紫外范圍中進(jìn)行發(fā)射，構(gòu)成為OLED或者例如擴(kuò)展為由并聯(lián)的鏈構(gòu)成的陣列。
[0078]附圖標(biāo)記列表
[0079]I第一輸入端子
[0080]2第二輸入端子
[0081]3整流器
[0082]4整流器-二極管
[0083]5存儲電容器
[0084]6、6’、6”第一、第二或第三實施例中的調(diào)節(jié)元件
[0085]7雙極型晶體管
[0086]8、8’、8”第一、第二或第三實施例中的第一電阻
[0087]9、9’ 第一或第三實施例中的第二電阻
[0088]10閘流管
[0089]11第一輸出端子
[0090]12第二輸出端子
[0091]13、13’ 第一或第三實施例中的發(fā)光二極管
[0092]14LED 鏈
[0093]15接通以后LED鏈上的電壓的時間曲線
[0094]16接通以后LED鏈中的電流的時間曲線
[0095]17接通以后由LED鏈消耗的功率的時間曲線
[0096]18接通以后調(diào)節(jié)器損耗的時間曲線
[0097]19接通以后總功耗的時間曲線
[0098]20 針對不同數(shù)量的LED在LED鏈中的作為電網(wǎng)電壓的函數(shù)的電流
[0099]21 同樣針對不同數(shù)量的LED的作為電網(wǎng)電壓的函數(shù)的效率
[0100]22、22’ 第二或第三實施例中的第三電阻
[0101]23 功能塊25的第一輸入端
[0102]24 功能塊25的第二輸入端[0103]25用于檢測LED鏈中的電流和對其濾波的功能塊
[0104]26調(diào)節(jié)級27的第一輸入端
[0105]27用于產(chǎn)生操控信號的調(diào)節(jié)級
[0106]28調(diào)節(jié)級的第二輸入端
[0107]29調(diào)節(jié)級的輸出端
[0108]30MOSFET
[0109]31、31’ 第二或第三實施例中的第四電阻
[0110]32電容器
[0111]33第五電阻
[0112]34ρηρ 晶體管
[0113]35第六電阻
[0114]36第八 電阻
[0115]37ηρη 晶體管
[0116]38第九電阻
[0117]39電容器
[0118]40齊納二極管
[0119]41電容器
[0120]42MOSFET
[0121]43MOSFET
[0122]44ρηρ 晶體管
[0123]45電解電容器
[0124]46電解電容器
[0125]47焊盤
[0126]48焊盤
[0127]49SMD保護(hù)裝置
[0128]50SMD保護(hù)裝置
[0129]51第七電阻
[0130]52第十電阻
[0131]A第一實施例的電路裝置
[0132]B第二實施例的電路裝置
[0133]C第三實施例的電路裝置
[0134]LA具有電路裝置A的照明設(shè)備
[0135]LB具有電路裝置B的照明設(shè)備
[0136]LC具有電路裝置C的照明設(shè)備
【權(quán)利要求】
1.一種用于以交流電壓、特別是電網(wǎng)電壓運行由至少一個發(fā)光二極管(13，13’ )構(gòu)成的鏈(14)的電路裝置(A，B, C)，所述電路裝置具有: -整流器(3)，所述整流器具有用于接收所述交流電壓的輸入回路(1，2)和輸出回路(5-12 ;5，6，，7，8，，9-12 ;45，46，6’’，8’’，9，42，43)，已整流的交流電壓輸出到所述輸出回路中， -位于所述輸出回路(5-12 ;5，6，，7，8，，9-12 ;45，46，6’’，8’’，9，42，43)中的儲能器、特別是存儲電容器(5 ;45，46)，LED鏈(14)能夠以并聯(lián)的方式連接于所述儲能器， -電 流調(diào)節(jié)器(6，6’，6’’)，每當(dāng)所述輸出回路(5-12 ;5，6’，7，8’，9-12 ;45，46，6’’，.8’’，9，42，43)中的電流上升到確定的閾值電流時，所述電流調(diào)節(jié)器在運行中都中斷所述存儲電容器(5 ;45，46)的充電，并且當(dāng)所述輸出回路(5-12 ;5，6’，7，8’，9-12 ;45，46，6’’，.8’’，9，42，43)中的電壓隨后下降到確定的閾值電壓、特別是OV時，再次允許充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置(A，B，C)，其中所述LED鏈(14)具有正向電壓，對于所述正向電壓適用的是:0.5Vcc〈Ufges〈0.9Vcc，特別是0.6Vcc〈Ufges〈0.8Vcc并且特別是0.65Vcc<Vfges<0.75Vcc。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置(A，B，C)，其中適用的是:.1.5Iled〈Ipeak〈4Iled，特別是 2Iled〈Ipeak〈3Iled，其中 Iled =各個 LED (13，13，)的額定電流并且Ipeak =閾值電流。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置(A，B，C)，其中所述電流調(diào)節(jié)器出，6’，.6’’)是調(diào)節(jié)元件(6，6’，6’’)，所述調(diào)節(jié)元件在所述輸出回路(5-12 ;5，6’，7，8’，9-12 ;45，.46，6’’，8’’，9，42，43)中與由存儲電容器(5 ;45，46)和LED鏈(14)形成的并聯(lián)電路串聯(lián)，并且在所述存儲電容器(5;45，46)充電期間，在達(dá)到所述閾值電流時，所述調(diào)節(jié)元件從低歐姆的狀態(tài)過渡為高歐姆的狀態(tài)，并且隨后當(dāng)所述輸出回路(5-12 ;5，6’，7，8’，9-12 ;45，46，6’’，8’’，9，42，43)中的電壓下降到所述閾值電壓時，從所述高歐姆的狀態(tài)再次返回到所述低歐姆的狀態(tài)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路裝置(A，B,C)，其中所述調(diào)節(jié)元件(6，6’，6’’)包含兩個在所述輸出回路(5-12 ;5，6，，7，8，，9-12 ;45，46，6’’，8’’，9，42，43)中彼此并聯(lián)的支路(7-10 ;7，8，，9，10 ;42，43，8’’，9’，44)，所述支路中的第一支路(7,8 ;7，8，;42，43，8” )在所述低歐姆的狀態(tài)中導(dǎo)通并且在所述高歐姆的狀態(tài)中截止，并且第二支路(9，10 ;9’，44)在所述低歐姆的狀態(tài)中截止并且在所述高歐姆的狀態(tài)中導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路裝置(A，B,C)，其中所述第一支路(7，8;7，8，;42，43，.8’’)包含與低歐姆的電阻(8，8’，8’’)串聯(lián)的第一開關(guān)(7 ;42，43)，并且所述第二支路(9，.10;9’，44)包含與第二開關(guān)(10 ；44)串聯(lián)的高歐姆的電阻(9 ;9，)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項所述的電路裝置(A，B,C)，其中在所述調(diào)節(jié)元件(6，.6’，6’’)處于所述高歐姆的狀態(tài)時，所述LED鏈(14)的為所述額定電流的最高10%、特別是最高5%并且尤其優(yōu)選最高2%的電流在所述輸出回路(5-12 ;5，6’，7，8’，9-12 ;45，46，.6’’，8’’，9，42，43)中流動。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置(A，B,C)，其中所述存儲電容器(5 ；.45，46)、特別是電解電容器對于所述LED鏈(14)的每安培所述額定電流具有在100 μ F和.1000 μ F之間的電容。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置(B，C)，所述電路裝置為了調(diào)光而包含相位選通控制單元(32，33)，并且在所述相位選通控制單元的輸入回路中裝入有RC元件。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置(B，C)，其中所述電流調(diào)節(jié)器(6’、6’’)包含附加的調(diào)節(jié)環(huán)路，所述調(diào)節(jié)環(huán)路通過檢測所述整流器(3)的所述輸入回路(1，2)中的平均交流電壓來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述LED鏈(14)的電流(LED電流)。
11.一種照明設(shè)備(LB ;LC)，所述照明設(shè)備具有根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路裝置(B，C)和連接到所述電路裝置上的LED鏈(14)，其中所述電流調(diào)節(jié)器(6’，6’’)包含附加的調(diào)節(jié)環(huán)路，所述調(diào)節(jié)環(huán)路通過檢測所述LED電流來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述LED鏈(14)的電流(LED電流)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明設(shè)備(LB;LC)，所述照明設(shè)備具有如下機構(gòu)，所述機構(gòu)檢測所述LED電流并對其進(jìn)行濾波、對通過濾波所獲得的平均值進(jìn)行額定-實際比較并且借助于通過比較所獲得的差值信號將所述閾值電流的水平調(diào)節(jié)至所述LED額定電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的照明設(shè)備(LB;LC)，所述照明設(shè)備具有用于根據(jù)運行溫度降低所述額定值的機構(gòu)。
14.一種照明設(shè)備(LA ；LB ;LC)，所述照明設(shè)備具有根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的電路裝置(A，B，C)，其中所述電路裝置(A，B，C)與所述LED鏈(14) 一起安置在電路板上、特別是安置在所述電路板的兩側(cè)中的一側(cè)上。
15.一種用 于以交流電壓運行由至少一個發(fā)光二極管(13，13’)構(gòu)成的LED鏈(14)的方法，其中 -對所述交流電壓進(jìn)行整流， -借助于已整流的所述交流電壓將儲能器、特別是電容器(5)充電直至達(dá)到最大的閾值電流并且隨后放電直至達(dá)到最小的閾值電壓，所述儲能器以與所述LED鏈(14)并聯(lián)的方式位于已整流的所述交流電壓的輸出回路(5-12 ;5，6，，7，8，，9-12 ;45，46，6’’，8’’，9，42，43)中，其中 -在恒穩(wěn)的運行中，在充電階段期間，電流不僅流經(jīng)所述儲能器(5 ;45，46)而且流經(jīng)所述LED鏈(14)，并且 -在放電階段中，將所述儲能器(5 ;45，46)的電荷導(dǎo)入到所述LED鏈(14)中。
【文檔編號】H05B33/08GK103999548SQ201280061795
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】胡貝特·邁瓦爾德, 羅伯特·克勞斯 申請人:歐司朗股份有限公司