СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА, СОДЕРЖАЩАЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ С РАЗЛИЧНЫМИ БАЛЛАСТАМИ
LED LAMP COMPRISING A SAFETY MODULE FOR SAFE OPERATION ON VARIOUS BALLASTS

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к светодиодной лампе, содержащей предохранительный модуль для безопасной работы с различными балластами. Более конкретно, различные изобретенные устройства, раскрытые в данном документе, относятся к светодиодной лампе, которая может быть гармонично встроена в различные осветительные арматуры, имеющие балласты, в частности, электромагнитные (EM) балласты.
Уровень техники
[0002] Имеется много коммерческих, промышленных и торговых сред, таких как промышленные предприятия, магазины, складские помещения и офисные здания, которые оборудованы большим количеством осветительных арматур с установленными флуоресцентными трубками, такими как трубки, обозначаемые как T8 или T12, которые имеют электромагнитные (EM) балласты.
[0003] Осветительные устройства на основе LED являются выгодной заменой флуоресцентных трубок. Трубки на основе LED обычно обозначаются как "светодиодные трубки" или посредством аббревиатуры "TLED". В настоящее время имеются различные светодиодные трубки, большая часть из которых выполнена с возможностью питания от электрической сети, причем такие светодиодные трубки обычно обозначаются как "совместимые с электрической сетью".
[0004] Одна из главных проблем при конструировании светодиодных трубок заключается в необходимости изготавливать отказоустойчивые изделия при различных имеющихся балластах. Совместимые с электрической сетью светодиодные трубки, доступные в настоящее время, не полностью безопасны при использовании EM балластов. Такие светодиодные трубки обычно содержат входной выпрямитель, содержащий диодный мост. Однако, если случается так, что какой-либо из диодов диодного моста выходит из строя, то постоянный ток будет течь через EM балласт, и EM балласт подвергнется риску перегрева, если плавкий предохранитель на входе лампы не расплавится при таком состоянии неисправности.
Раскрытие изобретения
[0005] Одна из целей настоящего изобретения заключается в том, чтобы решить вышеупомянутые проблемы безопасности, обеспечивая техническое решение для улучшения безопасности, особенно для LED драйверов или светодиодных трубок, используемых с EM балластами.
[0006] В соответствии с настоящим изобретением, предлагается, чтобы светодиодная лампа, содержащая драйвер, дополнительно содержала два модуля для защиты от чрезмерного тока, причем первый модуль выполнен с возможностью прерывания тока, когда LED драйвер непосредственно соединен с электрической сетью, и второй модуль, выполнен с возможностью прерывания тока, когда входной выпрямитель, входящий в состав драйвера, выходит из строя.
[0007] Для этого настоящее изобретение предлагает светодиодную лампу, содержащую:
по меньшей мере один LED источник света,
по меньшей мере один драйвер для питания LED источника света необходимым током возбуждения,
по меньшей мере один входной выпрямитель с множеством диодов для преобразования переменного (AC) тока от электрической сети в постоянный (DC) ток, обеспечивая электропитанием драйвер,
при этом светодиодная лампа дополнительно содержит предохранительный модуль, содержащий один первый и один второй модули для защиты от чрезмерного тока, причем первый модуль подключен последовательно с драйвером и выполнен с возможностью прерывания тока в случае, если драйвер выходит из строя, когда светодиодная лампа непосредственно соединена с электрической сетью, и второй модуль выполнен с возможностью прерывания тока, когда по меньшей мере один из диодов входного выпрямителя выходит из строя, когда светодиодная лампа соединена с электрической сетью через EM балласт.
[0008] В другом варианте выполнения изобретения каждый из упомянутых модулей для защиты может содержать плавкий предохранитель.
[0009] В другом варианте выполнения изобретения каждый из упомянутых модулей для защиты может содержать токовый выключатель.
[0010] В другом варианте выполнения изобретения каждый из упомянутых модулей для защиты может содержать плавкий предохранитель со сменной проволочной вставкой.
[0011] В варианте выполнения изобретения номинальный ток второго модуля для защиты от чрезмерного тока может быть ниже, чем номинальный ток первого модуля для защиты от чрезмерного тока.
[0012] В варианте выполнения изобретения номинальный ток второго модуля для защиты от чрезмерного тока может быть, по меньшей мере, на 20% ниже, чем номинальный ток первого модуля для защиты от чрезмерного тока.
[0013] В другом варианте выполнения изобретения номинальный ток второго модуля для защиты от чрезмерного тока может составлять величину между 200 мА и 500 мА.
[0014] В варианте выполнения изобретения номинальный ток второго модуля для защиты от чрезмерного тока может составлять величину между 250 мА и 300 мА.
[0015] В примерном варианте выполнения изобретения светодиодная лампа может быть светодиодной трубкой, содержащей торцевой колпак, при этом второй модуль для защиты от чрезмерного тока расположен в торцевом колпаке.
[0016] Другой аспект настоящего изобретения представляет собой предохранительный модуль для светодиодной лампы, содержащей драйвер и по меньшей мере один входной выпрямитель с множеством диодов для преобразования АС тока от электрической сети в DC ток, обеспечивая электропитанием драйвер, причем упомянутый предохранительный модуль содержит один первый и один второй модули для защиты от чрезмерного тока и перегрева EM балласта, при этом первый модуль выполнен с возможностью подключения последовательно с драйвером и прерывания тока в случае, если драйвер выходит из строя, когда светодиодная лампа непосредственно соединена с электрической сетью, и второй модуль выполнен с возможностью прерывания тока, когда по меньшей мере один из диодов входного выпрямителя выходит из строя, когда лампа соединена с электрической сетью через EM балласт.
[0017] Другой аспект настоящего изобретения представляет собой способ защиты светодиодной лампы, содержащей драйвер и по меньшей мере один входной выпрямитель с множеством диодов для преобразования АС тока от электрической сети в DC ток, при этом способ содержит, по меньшей мере, обеспечение одного первого и одного второго модулей для защиты от чрезмерного тока и перегрева EM балласта, причем первый модуль выполнен с возможностью подключения последовательно с драйвером и прерывания тока в случае, если драйвер выходит из строя, когда светодиодная лампа непосредственно соединена с электрической сетью, и второй модуль выполнен с возможностью прерывания тока, когда по меньшей мере один из диодов входного выпрямителя выходит из строя, когда лампа соединена с электрической сетью через EM балласт.
Краткое описание чертежей
[0018] Эти и другие характеристики и преимущества изобретения станут яснее из приведенного ниже подробного описания предпочтительного варианта выполнения, предоставляемого только в качестве иллюстративного и не ограничивающего примера, а также из сопровождающих чертежей, на которых:
[0019] Фиг. 1 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий обычную светодиодную трубку, управляемую EM балластом;
[0020] Фиг. 2A и 2B представляют собой схематические чертежи, иллюстрирующие состояние неисправности диода в обычном входном выпрямителе LED драйвера;
[0021] Фиг. 3 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий эквивалентную модель обычной светодиодной трубки, работающей с EM балластом, в случае короткого замыкания диода;
[0022] Фиг. 4 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий эквивалентную DC модель обычной светодиодной трубки, работающей с EM балластом, в случае короткого замыкания диода;
[0023] Фиг. 5 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую сопротивления балласта для различных обычных EM балластов;
[0024] Фиг. 6 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую время-токовую характеристику обычного плавкого предохранителя;
[0025] Фиг. 7 представляет собой общее схемное решение, иллюстрирующее светодиодную лампу с предохранительным модулем в соответствии с примерным вариантом выполнения изобретения в первой рабочей конфигурации;
[0026] Фиг. 8 представляет собой общее схемное решение, иллюстрирующее светодиодную лампу с предохранительным модулем в соответствии с примерным вариантом выполнения изобретения во второй рабочей конфигурации.
Осуществление изобретения
[0027] В нижеследующем подробном описании, в качестве пояснения и не ограничения, сформулированы характерные варианты выполнения, раскрывающие конкретные детали, для обеспечения полного понимания предлагаемых принципов. Однако, специалисту в данной области техники, понимающему преимущества настоящего изобретения, будет очевидно, что другие варианты выполнения в соответствии с данными принципами, отличающиеся в конкретных раскрываемых здесь деталях, остаются в пределах объема приложенной формулы изобретения. Кроме того, описания хорошо известных устройств и способов могут быть опущены, чтобы не мешать описанию характерных вариантов выполнения. Ясно, что такие способы и устройства находятся в пределах объема изложенных принципов.
[0028] На Фиг. 1 показан схематический чертеж, иллюстрирующий известное решение для управления светодиодной трубкой в EM арматуре без шунтирования EM балласта.
[0029] Как показано на Фиг.1, светодиодная трубка 10 может работать с EM балластом 12. EM балласт 12, например, может питаться от электрической сети, то есть, например, переменным напряжением 230 В. EM балласт 12 может быть смоделирован как балластный индуктор L_балласт, соединенный последовательно с балластным резистором R_балласт.
[0030] Светодиодная трубка 10 может содержать драйвер 101, питающий LED источник света или набор LED источников 103 света, как в показанном примерном варианте выполнения. Светодиодная трубка 10 дополнительно содержит выпрямитель, как правило, двухполупериодный выпрямитель, содержащий четыре диода D1, D2, D3, D4, как в показанном примерном варианте выполнения. В других вариантах выполнения выпрямитель может быть объединен с драйвером 101. Светодиодная трубка 10 дополнительно содержит один первый плавкий предохранитель F1, включенный последовательно с выпрямителем или драйвером 101, и соединенный с сетью переменного напряжения. Светодиодная трубка 10 может дополнительно содержать торцевой колпак 105, который содержит второй плавкий предохранитель F2.
[0031] Модифицированная конструкция, показанная на Фиг.1, требует, чтобы стартер тлеющего разряда флуоресцентной трубки, с которой изначально предполагалась работа ЕМ балласта и арматуры, был заменен на фиктивный стартер 14. Фиктивный стартер 14 обычно содержит третий плавкий предохранитель F3.
[0032] На Фиг. 2A и 2B показаны схематические чертежи, иллюстрирующие состояние неисправности диода в обычном входном выпрямителе LED драйвера.
[0033] Светодиодная лампа обычно содержит LED драйвер, служащий для питания по меньшей мере одного LED источника света необходимым током. LED драйвер обычно содержит входной выпрямитель и источник электропитания в режиме переключения. Входной выпрямитель питается переменным сигналом, например, поступающим из электрической сети. При нормальных условиях вход светодиодной лампы является симметричным.
[0034] Однако, вход светодиодной лампы может стать асимметричным, если случается так, что какой-либо из диодов входного выпрямителя выходит из строя. Выход из строя диода может привести к короткому замыканию или к разомкнутой цепи, и эти состояния неисправности соответственно обозначаются как короткое замыкание и разомкнутая цепь. На Фиг. 2A и 2B показаны эквивалентные схемы двухполупериодного входного выпрямителя, содержащего четыре диода D1, D2, D3, D4, соответственно, в случае короткого замыкания одного диода и в случае размыкания одного диода.
[0035] Относительно Фиг. 2A, когда случается короткое замыкание, например, первого диода D1 двухполупериодного выпрямителя, то ветвь цепи, которая содержит первый диод D1, фактически ведет себя как короткозамкнутая цепь.
[0036] Теперь относительно Фиг.2B, когда случается размыкание, например, первого диода D1 двухполупериодного выпрямителя, то ветвь цепи, которая содержит первый диод D1, фактически ведет себя как разомкнутая цепь.
[0037] EM балласт изначально выполнен с возможностью питания переменным сигналом, обычно от электрической сети, и для управления флуоресцентной лампой. В такой конфигурации, для которой не требуется входной выпрямитель, может не происходить режим выхода из строя диода во флуоресцентной трубке.
[0038] На Фиг. 3 показан схематический чертеж, иллюстрирующий эквивалентную модель обычной светодиодной трубки, работающей с EM балластом 12, в случае короткого замыкания диода, как описано здесь выше со ссылкой на Фиг. 2A.
[0039] Для простоты EM балласт 12 изображен соединенным с первым плавким предохранителем F1 и входным выпрямителем в конфигурации, подобной описанной выше со ссылкой на Фиг. 1, причем входной выпрямитель находится в условиях короткого замыкания с короткозамкнутым первым диодом D1. Все компоненты, которые подключены далее относительно выпрямителя, изображены как нагрузка 30.
[0040] EM балласт может быть смоделирован как балластный индуктор L_балласт, соединенный последовательно с балластным резистором R_балласт. EM балласт обычно работает на частоте электрической сети, т.е. обычно на частоте сигнала электрической сети, составляющей значение между 50 и 60 Гц. В пределах такого частотного диапазона импеданс EM балласта главным образом определяется индуктивностью балластного индуктора L_балласта.
[0041] В такой конфигурации неисправности в течение положительного полупериода сигнала питания эквивалентная модель описанной выше схемы представляет собой схему, в которой EM балласт 12, первый плавкий предохранитель F1 и нагрузка 30 и источник переменного напряжения включены последовательно, при этом электрический ток протекает через эти соответствующие компоненты в том же самом порядке, в котором они перечислены выше.
[0042] В течение отрицательного полупериода сигнала питания эквивалентная модель описанной выше схемы представляет собой схему, в которой источник переменного напряжения, EM балласт 12 и первый плавкий предохранитель F1 включены последовательно, при этом электрический ток протекает через эти соответствующие компоненты в том же самом порядке, в котором они перечислены выше.
[0043] На Фиг. 4 показан схематический чертеж, иллюстрирующий эквивалентную DC модель обычной светодиодной трубки, работающей с EM балластом, в случае короткого замыкания диода.
[0044] В любом случае, неисправность любого диода входного выпрямителя приводит к симметрии сигнала, обуславливая формирование DC тока в цепи с эквивалентной DC моделью, как показано на Фиг. 4. При работе в режиме DC EM балласт 12 эквивалентен балластному сопротивлению R_балласта. Амплитуда DC тока при этом определяется балластным сопротивлением R_балласта.
[0045] На Фиг. 5 показана диаграмма, иллюстрирующая балластные сопротивления различных обычных EM балластов. На диаграмме на Фиг. 5 абсциссы произвольным образом соответствуют различным EM балластам, тогда как ординаты отображают соответствующие значения сопротивления.
[0046] В зависимости от соответствующих классов энергетической эффективности EM балласты имеют различные внутренние сопротивления, как правило, в пределах от 20 Ом до 150 Ом. EM балласты с малым сопротивлением, т.е., как правило, EM балласты с сопротивлениями до 40 Ом, обычно обозначаются как относящиеся к так называемому типу B1 или B2, а EM балласты с высоким сопротивлением обычно обозначаются как относящиеся к так называемому типу C или D.
[0047] Большие сопротивления балласта приводят к более низким DC смещениям; поэтому, соответствующие балласты с меньшей вероятностью приведут к срабатыванию первого плавкого предохранителя F1.
[0048] В сущности, когда один диод входного выпрямителя выходит из строя, входной ток лампы увеличивается до значения, значительно большего, чем нормальный рабочий ток и, таким образом, приводит к насыщению EM балласта и, следовательно, уменьшает его импеданс. Такое состояние неисправности приводит к увеличенному значению среднеквадратичного (RMS) тока через EM балласт. В таком режиме плавкий предохранитель лампы, т.е. первый плавкий предохранитель F1 в показанных примерных вариантах выполнения, должен расплавиться для прерывания тока короткого замыкания.
[0049] Однако, если первый плавкий предохранитель F1 не плавится вследствие того, что ток короткого замыкания ограничен сопротивлением EM балласта, как описано выше, то EM балласт будет перегреваться из-за тока короткого замыкания.
fault
rated
[0050] На Фиг. 6 показаны время-токовые характеристики обычного плавкого предохранителя посредством представленных на диаграмме минимальной и максимальной предельных кривых, причем абсциссы отображают отношение между током короткого замыкания и номинальным током I/I, а ординаты отображают время. Как показано на Фиг. 6, для обычного плавкого предохранителя ток короткого замыкания будет, по меньшей мере, вдвое выше, чем номинальный ток, чтобы вызвать срабатывание плавкого предохранителя в приемлемое время.
[0051] Три главных фактора, которые определяют, расплавится ли первый плавкий предохранитель F1, - это сопротивление R_балласта для EM балласта, ток насыщения EM балласта и входное напряжение, например, напряжение электрической сети: чем выше балластное сопротивление R_балласта или чем выше ток насыщения EM балласта, или чем ниже входное напряжение, тем менее вероятно, что первый плавкий предохранитель F1 расплавится.
[0052] На Фиг. 7 показано общее схемное решение, иллюстрирующее светодиодную лампу с предохранительным модулем в соответствии с примерным вариантом выполнения изобретения в первой рабочей конфигурации.
[0053] Светодиодная лампа, например TLED 10 в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения, может содержать драйвер 101 LED для питания по меньшей мере одного LED источника 103 света необходимым током возбуждения.
[0054] TLED 10 дополнительно содержит предохранительный модуль, который содержит два модуля для защиты от чрезмерного тока, например, соответственно сформированные первым плавким предохранителем F1 и вторым плавким предохранителем F2.
[0055] Более конкретно, первый плавкий предохранитель F1 подключен последовательно с драйвером 101 и выполнен с возможностью прерывания тока в случае, если драйвер 101 выходит из строя, когда TLED 10 непосредственно соединена с электрической сетью, или в любом случае, когда входной ток драйвера 101 становится слишком большим, например, из-за отказа одного из компонентов драйвера 101 или отказа светоизлучающих диодов (LED). Как описано ниже со ссылкой на Фиг. 8, второй плавкий предохранитель F2 выполнен с возможностью прерывания тока, когда по меньшей мере один из диодов, которые содержатся во входном выпрямителе, не изображенном на Фиг. 7, выходит из строя.
[0056] Второй плавкий предохранитель F2 может быть расположен на уровне торцевого колпака TLED 10. В монтажной конфигурации, изображенной на Фиг. 7, второй плавкий предохранитель F2 не играет никакой специфической роли.
[0057] В примерной монтажной конфигурации, показанной на Фиг. 7, TLED 10 непосредственно соединяется с электрической сетью через один из двух ее концов, тогда как другой конец, который находится на уровне с торцевым колпаком TLED 10, является неиспользованным открытым концом. В такой конфигурации TLED 10 соединяется с источником напряжения с низким импедансом, т.е. с источником напряжения электрической сети в показанном примерном варианте выполнения, и первый плавкий предохранитель F1 будет плавиться в состояниях неисправности.
[0058] Номинальный ток первого плавкого предохранителя, F1 может быть выбран так, чтобы гарантировать отсутствие преждевременной неисправности первого плавкого предохранителя F1 из-за скачков напряжения электрической сети или другого переходного выброса напряжения вследствие быстрого переключения.
[0059] На Фиг. 8 показано общее схемное решение, иллюстрирующее светодиодную лампу с предохранительным модулем в соответствии с примерным вариантом выполнения изобретения во второй рабочей конфигурации.
[0060] Как и в примерном варианте выполнения, показанном на Фиг. 8, TLED 10 установлена в альтернативной рабочей конфигурации, причем TLED 10 встроена в EM арматуру, содержащую EM балласт 12 в конфигурации, подобной описанной выше со ссылкой на Фиг.1. EM балласт 12 может быть соединен со входом электрической сети и с первым контактным выводом на одном конце TLED 10, который соответствует уровню торцевого колпака. Второй контактный вывод торцевого колпака может быть соединен с первым контактным выводом через второй плавкий предохранитель F2 и с контактным выводом TLED 10 через фиктивный стартер 14, содержащий третий плавкий предохранитель F3.
[0061] Второй плавкий предохранитель F2 выполнен с возможностью прерывания тока, когда по меньшей мере один из диодов, которые содержатся во входном выпрямителе, не показанном на Фиг. 8, выходит из строя. Второй плавкий предохранитель F2 выполнен с возможностью облегченного плавления при состоянии неисправности диода, при номинальном токе, который выбирается меньшим, чем таковой для первого плавкого предохранителя F1.
[0062] Номинальный ток второго плавкого предохранителя F2 может быть, по меньшей мере, на 20% ниже, чем номинальный ток первого плавкого предохранителя F1.
[0063] Обеспечение меньшего номинального тока для второго плавкого предохранителя F2, который расположен на «холостом» конце светодиодной трубки, позволяет светодиодной трубке работать надежно с EM балластом, при возможности надежной работы непосредственно с напряжением электрической сети без EM балласта.
[0064] В практическом примере с TLED 10 длиной 4 фута (120 сантиметров), первый плавкий предохранитель F1 может быть рассчитан на ток приблизительно от 500 мА до 1 A, а второй плавкий предохранитель F2 - от 200 мА до 500 мА, предпочтительно 250 мА до 300 мА. Как было проверено заявителем с различными EM балластами, второй плавкий предохранитель F2, рассчитанный на ток приблизительно 250 мА, может плавиться в большинстве случаев, тем самым, снижая риск перегрева EM балласта.
[0065] Хотя изобретение было показано на чертежах и подробно описано в предшествующем описании, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничительными. Изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами выполнения; в действительности несколько вариаций и модификаций возможны в пределах объема охраны изобретения, задаваемого приложенной формулой изобретения.
[0066] Например, описанные примерные варианты выполнения содержат плавкие предохранители, но следует понимать, что вместо плавких предохранителей для защиты от чрезмерного тока могут использоваться средства любого другого типа, такие средства также содержат токовые выключатели, плавкие предохранители со сменной проволочной вставкой.
[0067] Хотя примерные варианты выполнения относятся к светодиодным трубкам (TLED), изобретение также применимо ко всем видам конструкций ламп с LED, таким как варианты модификации линейных флуоресцентных TL трубок, а также и к кольцевым трубкам, и к решениям по замене компактных флуоресцентных ламп, обычно обозначаемых аббревиатурой "CFL".
[0068] Все используемые здесь определения следует понимать как соответствующие словарным определениям, определениям в документах, включенных посредством ссылки, и/или имеющие обычные значения определенных терминов.
[0069] Другие вариации к раскрытым вариантам выполнения могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении предложенного изобретения, из анализа чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения выражение "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и выражения в единственном числе не исключают множества. То, что некоторые меры приведены во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимуществ. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения.