LED照明组装件的制作方法

本公开总体涉及发光二极管(“led”)照明，并且更具体地涉及用于用作荧光灯泡的替代物的led照明组装件。

背景技术：

荧光照明是一种相对古老的技术。传统的荧光灯包括镇流器，该镇流器通过施加高的初始电压来激活荧光灯泡，该高的初始电压通常称为“冲击电压”，其可以是500伏至1000伏的量级。一旦荧光灯开启，其只需要相对较低的电压来保持灯泡点亮。随着led灯变得越来越流行，已开发出适配到荧光灯具的led替代灯泡市场。这种替代灯泡面临的一个挑战是冲击电压的问题。led灯通常不能设计成承受与冲击电压一样高的电压。因此，许多当前的led替代灯泡需要将镇流器从荧光灯具中移除，以防止led灯损坏。

附图说明

虽然所附权利要求具体地阐述了本技术的特征，但是从以下结合附图的详细描述中可以最好地理解这些技术及其目的和优点，附图中：

图1是根据实施例配置的led照明组装件的分解视图。

图2是根据实施例配置的灯具的框图。

图3a和图3b是根据实施例配置的led照明组装件的电路图。

具体实施方式

本公开的各种实施例包括led照明组装件，该led照明组装件具有与荧光灯泡相同的物理形状和外观，但具有led灯的优异照明特性(例如，使暗淡的能力、没有闪烁)。

在各种实施例中，led照明组装件包括用于保护led灯免受电压或电流浪涌的各种机构，各种机构包括吸收冲击电压的硬件和提供旁路路径的硬件。在led串中的一个或led灯发生故障的情况下，提供旁路路径允许串实际上“关闭”以保护剩余的led灯，从而允许健康的led灯光保持点亮。

根据各种实施例，led照明组装件包括具有旁路路径的电路，其呈现的电压(例如，呈现的阻抗)通过使用驱动器硬件(例如，晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管))来控制。该配置允许电路向镇流器电路(例如，在荧光照明单元上)呈现相对恒定的电压(例如，相对恒定的负载)，但是仍然允许led灯的亮度变化。换句话说，led灯由镇流器电路供电，但是旁路路径(与led灯并联)可以用于分流额外的电流以减少流向led灯的电流量。这允许照明组装件的电路保持大致相同的总正向电压(例如，在几伏内)，但是减少led灯的输出，其中过量的功率在驱动器硬件处并且通过与驱动器硬件串联电连接的其他电阻元件(例如，镇流器电阻器)被转换成热量。这使得能够以例如在视觉上优于常规荧光灯但在电压方面仍对镇流器透明的方式使led灯变亮(fadeon)和变暗(fadeoff)。此外，其还能够微调led灯的亮度，使得例如，如果存在用于led灯的不同的led箱(bin)，并且led灯比以前的箱更亮，则可以通过旁路适当的电流量来减少亮度。

转到图1，通常标记为100的led照明组装件包括印刷电路板(“pcb”)102，其上存在led灯104。每个led灯104可以包括led和透镜。第一对引脚106附接到pcb102的第一端，并且第二对引脚108附接到pcb102的第二端。实际上，引脚106形成第一双引脚(bi-pin)，并且引脚108形成第二双引脚。第一双引脚和第二双引脚被配置成适配到标准管式荧光灯插座。总的来说，led照明组装件100被配置成荧光灯泡的替代物。

pcb102被包含在壳体110中，壳体110的至少一部分是半透明或透明的。第一端盖112在第一端封闭壳体110，并且第二端盖114在第二端封闭壳体110。第一端盖和第二端盖各自具有一对孔，(第一双引脚和第二双引脚的)引脚穿过该孔。

转到图2，示出了根据实施例配置的灯具的框图。通常标记为200的灯具包括镇流器202，镇流器202接收具有400赫兹(“hz”)频率的115伏交流电(“vac”)形式的功率。应理解，本文公开的电流、电压和频率值仅是说明性的，并且可以使用其他值。灯具200还包括led照明组装件204(“照明组装件204”)。照明组装件204可以是可拆卸和可更换的，并且可以具有图1中所描绘的配置。照明组装件204包括桥式整流器206(“整流器206”)，整流器206从镇流器202(通过双引脚，图2中未描绘)接收交流电(“ac”)，并将ac整流成直流电(“dc”)。换句话说，整流器206将由照明组装件204接收的ac电压转换为dc电压。照明组装件204还包括调节dc电流的电压的电压调节器208、感测照明组装件204的温度(特别是在led灯附近，例如在pcb102处)的温度传感器210、逻辑电路系统212、反馈电路214、驱动器硬件216、电阻元件218(例如，镇流器电阻器)、led灯220、感测电阻器222。驱动器硬件216的可能实施方式包括场效应晶体管(例如，金属氧化物半导体fet(“mosfet”))。温度传感器210和逻辑电路系统212都从电压调节器208接收功率。电阻元件沿第一电路路径226串联电连接，并且led灯220沿第二电路路径227和第三电路路径229串联电连接。所示的电路路径的数量仅仅是说明性的，但是通常包括用于至少一个驱动器硬件的至少一个电路路径，以及用于至少一组led灯的至少一个电路路径。

逻辑电路系统212(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路(“asic”)或现场可编程门阵列(“fpga”))产生脉冲宽度调制(“pwm”)电压信号并且将信号以一个或多个频率和/或脉冲宽度提供给驱动器硬件216，以便控制驱动器硬件216以(通过控制驱动器硬件216的阻抗)增加或减小第一电路路径226的电压。换句话说，逻辑电路系统控制驱动器硬件216以允许或限制从桥式整流器206到led灯220的dc电流的流动。

在实施例中，pwm电压通过一个或多个滤波元件(图2中未示出)转换为dc电压。反馈电路214接收(a)dc电压和(b)节点224的电压(其也是感测电阻器222处的电压)作为输入。反馈电路214操作以维持两个输入电压(第一输入214a和第二输入214b处)处于相同或大约相同的电平(level)。如果第一输入214a处的电压超过第二输入214b处的电压，则反馈电路214增加其输出电压，这具有增加驱动器硬件216的输入216a处的电压的效果。一旦输入216a处的电压超过预定阈值，驱动器硬件216就允许电流从216b流到216c(或增加从216b流到216c的电流量)，这将具有增加节点224处的电压并因此增加第二输入214b处的电压的效果。另一方面，如果第二输入214b处的电压超过第一输入214a处的电压，则反馈电路214降低其输出电压，这具有降低驱动器硬件216的输入216a处的电压的效果。一旦216a处的电压下降到低于预定阈值，驱动器硬件216就减小(或防止)电流从216b流到216c，这将具有降低节点224处的电压并因此降低214b处的电压的效果。

通过上述调整过程，反馈电路214可以在逻辑电路系统212的控制下线性调节沿第一电路路径226向下流动的电流，在图2所示的实施例中，该电流是流过一系列电阻元件218的电流。换句话说，通过降低第一电路路径226的电压，逻辑电路系统212使得(通过整流器206)源自镇流器202的更多总电流被第一电流路径226汲取，从而减少向下经过第二电流路径227和第三电流路径229的电流量。这具有降低led灯218两端的电压的效果。结果，逻辑电路系统212能够控制led灯218的输出。简而言之，逻辑电路系统212实际上调节流过led灯220的电流(并因此调节它们的亮度)。

该实施例中的电阻元件218用作镇流器电阻器，以确保驱动器硬件216不会经受过大的电压。然而，其他实施例可以不具有电阻元件218。

转到图3a和图3b，示出了根据实施例配置的led照明组装件的电路图。通常标记为300(“照明组装件300”)的led照明组装件是图2的照明组装件204的更具体的实施方式。照明组装件300包括第一对引脚302和第二对引脚304，其用于与上面图1中所述的(引脚104和引脚106)相同目的，并且还可以被配置成双引脚。照明单元300还包括经由引脚302和引脚304接收输入功率的瞬态电压抑制器(“tvs”)306(例如，修改的齐纳二极管)，以及与tvs306并联连接的整流器308。在实施例中，整流器308包括快速恢复二极管308a、308b、308c和308d，并且电连接到节点309。

照明组装件300还包括电压调节器310、温度传感器312、逻辑电路系统314、差分放大器316(描绘为具有负反馈的运算放大器)(其正输入电连接到逻辑电路系统314的输出314b)，以及驱动器硬件318(描绘为金属氧化物半导体场效应晶体管(“mosfet”)，其栅极电连接到差分放大器316的输出)。照明组装件300还包括安全电路322(描绘为mosfet，其栅极电连接到逻辑电路系统314的输出314c)。

电压调节器310可以以低功率操作，以便提供恰好足够的功率以允许温度传感器312、逻辑电路系统314和差分放大器316操作。温度传感器312测量其附近(例如，在pcb102处)的温度并产生表示温度的信号。温度传感器312将信号提供给逻辑电路系统314的输入314a。然后，逻辑电路系统314可以基于温度信号调整其到差分放大器316的输出，以便考虑温度。例如，如果温度信号指示温度大于或等于第一预定阈值，则逻辑电路系统314可以改变pwm输出以增加led灯的亮度(因为高温会使led灯效率降低)。如果信号指示温度大于第二预定阈值(例如，高于第一预定阈值的值)，则逻辑电路系统314可以产生到安全电路222的输出以关闭led灯。

照明组装件300还包括一系列电阻元件320(其充当镇流器电阻器)，该一系列电阻元件320沿着第一电路路径360串联地电连接到节点311。从节点311到安全电路322的第二电路路径323与第一电路路径360平行。还包括两组串联电阻元件321，其电连接到节点309和节点311，(两组)彼此并联电连接，并且(组合的两组)与电阻元件320串联电连接。

照明组装件300还包括led灯的串，其中每个串中的led灯按组串联电连接。转到图3b，描绘了第一led串340和第二led串342。第一串340的led灯沿第三电路路径362串联电连接，并且第二led串342的led灯沿第四电路路径364串联电连接。第一led串340和第二led串342彼此并联地电连接到节点309并且与两组电阻元件321并联。第一串340包括led灯的第一组340a、led灯的第二组340b、led灯的第三组340c，以及led灯的第四组340d。类似地，第二串342包括led灯的第一组342a、led灯的第二组342b、led灯的第三组342c和led灯的第四组342d。第一旁路电路344a与第一组340a和342a并联电连接，第二旁路电路344b与第二组340b和342b并联电连接，第三旁路电路344c与第三组340c和342c并联电连接，并且第四旁路电路344d与第四组340d和342d并联电连接。

在照明组装件300的操作期间，镇流器(例如图2的镇流器202)在第一对引脚302和第二对引脚304处产生冲击电压。tvs306吸收冲击电压，这具有保护第一串340和第二串342的led灯的效果。tvs306没有吸收的冲击电压的部分由整流器306整流，并且在很大程度上被电容器350吸收(存储在其中)。

在实施例中，逻辑电路系统314在输出314a处产生pwm电压，电阻元件352和电容元件354对该pwm电压进行滤波，从而将pwm电压转换为dc电压。差分放大器316的正输入接收dc电压。

电阻元件356(电连接到地，电连接到驱动器硬件318的源极，并且电连接到具有返回通向差分放大器316的电路路径的结)两端的电压充当到差分放大器的反馈电压。换句话说，差分放大器的负输入处的电压与电阻元件356两端的电压相同。电阻元件356可以被实施为感测电阻器。差分放大器316将用于保持差分放大器316的正输入处的电压与差分放大器316的负输入处的电压相同。因此，如果正输入处的电压超过负输入处的电压，则差分放大器316增加其输出电压，这具有增加驱动器硬件318的输入(例如，栅极)处的电压的效果。最终，驱动器硬件318的栅极处的电压达到使驱动器硬件318允许电流流过驱动器硬件318(例如，从漏极到源极)的电平。

一旦负输入处的电压超过正输入处的电压，差分放大器316就通过降低其输出电压来响应，这具有降低驱动器硬件318的输入处的电压的效果。一旦驱动器硬件318的输入处的电压达到阈值电压(在其向下通路上)，驱动器硬件318阻止电流流过它(例如，从漏极到源极)。以这种方式，驱动器硬件318可以在逻辑电路系统314的控制下线性调节流过电路径360的电流，在图3a所示的实施例中，该电流是流过一系列电阻器320的电流。通过这样做，逻辑电路系统314调节流过led串340和led串342的电流量。

换句话说，使用上述调整过程，差分放大器316可以在逻辑电路系统314的控制下线性调节向下流过第一电路路径360的电流，在图3a和图3b所示的实施例中，该电流是流过一系列电阻元件320的电流。换句话说，通过降低第一电路路径360的电压，逻辑电路系统212使得源自镇流器(通过整流器308)的更多的总电流由第一电路路径360汲取，从而减小向下经过第三电流路径362和第四电流路径364的电流量。这具有降低第一串340和第二串342的led灯两端的电压的效果。结果，逻辑电路系统314能够控制led灯的输出。

在实施例中，安全电路系统322具有默认状态“关闭(off)”，使得如果照明组装件300经历某种失灵，则安全电路系统322呈现这样的低电压(低阻抗)，即来自引脚302和304的电流很大程度地被路由到安全电路322，并且因此，第一串340和第二串342的led灯根本不能接通。驱动器硬件318产生的电压降通常低于安全电路322能够产生的电压降。例如，驱动器硬件318(在逻辑电路系统314的控制下)可以能够将第一电路路径360的电压降低(降低阻抗)到一定电平，该电平汲取来自led灯的高达20％的电流，在一些实施例中，这将足以使led灯变暗，但不能使它们关断。继续该示例，安全电路322可以能够将第二电路路径323的电压降低(降低阻抗)到一定电平，该电平汲取来自led灯的50％的电流，在一些实施例中，这将足以切断led灯(或防止它们首先点亮)。

再次转向图3b，在实施例中，旁路电路344a、344b、344c和344d中的一个或多个包括可控硅整流器(“scr”)，一旦其两端的电压达到或超过特定阈值，scr就短接到低电压状态(例如，6伏特)。该动作具有绕过一组或多组led灯但留下其他组led灯接通并发光的效果。

led照明组装件包括：一个或多个led灯；逻辑电路系统；驱动器硬件，其与一个或多个led灯并联电连接；反馈电路，其从逻辑电路系统接收第一电压输入，从与驱动器硬件串联的电路路径上的点接收第二电压输入，将第一电压输入与第二电压输入进行比较，并且基于比较的第一电压输入和第二电压输入向驱动器硬件输出电压。在实施例中，驱动器硬件基于由反馈电路输出的电压允许或限制通过驱动器硬件的电流的流动，从而增加或减少通过一个或多个led灯的电流的流动(flow)。

在实施例中，驱动器硬件是金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极电连接到反馈电路的输出，并且其源极和漏极电连接在与一个或多个led并联的电路路径上。

在实施例中，反馈电路是差分放大器，第一电压输入处于差分放大器的正输入，并且第二电压输入处于差分放大器的负输入。

在实施例中，led照明组装件还包括第一输入引脚；第二输入引脚；以及瞬态电压抑制器，其电连接到第一输入引脚和第二输入引脚，使得当led照明组装件经由第一输入引脚和第二输入引脚经受冲击电压时，瞬态电压抑制器吸收冲击电压。

在实施例中，led照明组装件还包括与瞬态电压抑制器并联电连接的整流器，其中整流器将由led照明组装件接收的ac电压转换为dc电压。

在实施例中，一个或多个led灯被组织成多个组，并且led照明组装件还包括旁路电路，该旁路电路与多个组中的至少两个组并联电连接，使得当旁路电路两端的电压达到阈值电平时，旁路电路短路，从而使电流流过旁路电路而不流过第一组led灯和第二组led灯。

在实施例中，led照明组装件还包括与驱动器硬件并联电连接的安全电路，其中逻辑电路系统的输出电连接到安全电路的输入，并且逻辑电路系统控制安全电路允许还是限制通过安全电路的电流的流动。

在各种实施例中，led照明组装件被配置成电耦合到包括镇流器的荧光灯具。led照明组装件包括：多组led灯；旁路电路，其与多组led灯中的至少两组并联，使得当多组中的一组led灯经历故障而导致旁路电路两端的电压达到阈值电平时，旁路电路重新配置其自身以便允许更多电流流过旁路电路，从而减少在经历故障的一组led灯两端施加的电压量。

根据实施例，led照明组装件还包括逻辑电路系统；驱动器硬件，其与多组led灯并联电连接；以及反馈电路，其从逻辑电路系统接收第一电压输入，从与驱动器硬件串联的电路路径上的点接收第二电压输入，将第一电压输入与第二电压输入进行比较，并且基于比较的第一电压输入和第二电压输入向驱动器硬件输出电压。在该实施例中，驱动器硬件基于由反馈电路输出的电压允许或限制通过驱动器硬件的电流的流动，从而增加或减少通过多组led灯的电流的流动。

在实施例中，led照明组装件被配置成电耦合到包括镇流器的荧光灯具。在该实施例中，led照明组装件包括：多个输入引脚，其被配置成电连接到荧光灯具的插座；瞬态电压抑制二极管，其与多个输入引脚并联，以便在荧光灯具开启时吸收镇流器的冲击电压；整流器，其与瞬态电压抑制二极管并联，整流器被配置成将ac电压整流为dc电压；以及经受dc电压的多个led灯。

在实施例中，led照明组装件还包括设置成与多个led灯串联的晶体管。晶体管被配置成当荧光照明单元最初通电时防止dc电压作用于led灯。

在实施例中，led照明组装件还包括：逻辑电路系统；驱动器硬件，其与多个led灯并联电连接；反馈电路，其从逻辑电路系统接收第一电压输入，从与驱动器硬件串联的电路路径上的点接收第二电压输入，将第一电压输入与第二电压输入进行比较，并且基于比较的第一电压输入和第二电压输入向驱动器硬件输出电压。同样在该实施例中，驱动器硬件基于由反馈电路输出的电压允许或限制通过驱动器硬件的电流的流动，从而增加或减少通过一个或多个led灯的电流的流动。

根据实施例，led照明组装件还包括金属氧化物半导体场效应晶体管，其栅极电连接到逻辑电路系统的输出，该金属氧化物半导体场效应晶体管设置成与多个led灯串联，并且被配置成在荧光灯具初始通电时防止dc电压作用于led灯。

图2、图3a和图3b各自示出了将被理解为导电路径(例如，电线、电路板上的迹线、或硅芯片上的导电路径)的线路。应当理解，其他元件可以沿着每个导电路径放置，并且所描绘的布置仅仅是说明性的。而且，一些路径显示椭圆，意味着可以存在更多相同的元件(例如，沿着电路路径226的更多电阻器，沿着电路路径227和229的更多led灯)，为了附图的清楚起见，省略了这些元件。

应该理解的是，本文描述的实施例应该被认为仅是描述性的，而不是为了限制的目的。通常应当认为每个实施例中的特征或方面的描述可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。本领域普通技术人员将理解，在不脱离其精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。