具有对驱动器的热保护的照明设备

文档序号:98237 发布日期:2021-10-12 浏览:31次 >En<

阅读说明:本技术 具有对驱动器的热保护的照明设备 (Lighting device with thermal protection of driver ) 是由 毛竹 秦蜀懿 方敏 王婷婷 于 2020-03-18 设计创作,主要内容包括:本公开的照明设备可以包括第一基板、第二基板、发光器件、第一温度感测元件和驱动器。发光器件可以设置在第一基板上。第一温度感测元件可以被配置成用于感测发光器件周围的温度。驱动器可以设置在第二基板上,并包括脉宽调制单元、第二温度感测元件以及控制器。脉宽调制单元可以被配置成用于基于从第一温度感测元件获取到的第一度量执行脉宽调制以便生成经调制信号,并将所生成的经调制信号提供给控制器,该脉宽调制使得第一度量在目标范围内。第二温度感测元件可以被配置成用于感测驱动器内的温度。控制器可以被配置成用于基于经调制信号调制发光器件的电流并且在从第二温度感测元件获得的第二度量进入特定范围时对发光器件进行限流。(The lighting apparatus of the present disclosure may include a first substrate, a second substrate, a light emitting device, a first temperature sensing element, and a driver. The light emitting device may be disposed on the first substrate. The first temperature sensing element may be configured to sense a temperature around the light emitting device. The driver may be disposed on the second substrate and include a pulse width modulation unit, a second temperature sensing element, and a controller. The pulse width modulation unit may be configured to perform pulse width modulation based on the first metric acquired from the first temperature sensing element to generate a modulated signal, and to provide the generated modulated signal to the controller, the pulse width modulation causing the first metric to be within a target range. The second temperature sensing element may be configured to sense a temperature within the driver. The controller may be configured to modulate a current of the light emitting device based on the modulated signal and to current limit the light emitting device when a second metric obtained from the second temperature sensing element enters a particular range.)

具有对驱动器的热保护的照明设备

技术领域

本公开总体上涉及一种照明设备,尤其涉及一种具有对驱动器的热保护的照明设备。

背景技术

LED(发光二极管)被使用在各种灯具中,以满足各种场所的照明需求。有些灯具的体积较小,LED发光所产生的热量可能会聚集在灯具内部而难以通过散热器高效排出,导致灯具内的温度升高。这可能会造成LED流明维持率大大降低,甚至损坏LED或驱动器。为了消除过热问题,考虑对LED建立热反馈。例如,基于在LED周围测得的温度对LED的电流进行限制,从而防止LED过热。

LED灯具通常包括驱动器,除了LED本身,在驱动器上也会产生热量。由于驱动器通常经过封装并且安装在与LED不同的基板上,因此散热困难、发热及散热具有滞后性并且与LED不同步。即便基于热反馈对LED进行控制,也不能确保驱动器不会发生过热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有对驱动器的过热保护的照明设备。

根据示例实施例的一个方面的照明设备可以包括第一基板、第二基板、发光器件、第一温度感测元件和驱动器。发光器件可以设置在第一基板上。第一温度感测元件可以被配置成用于感测发光器件周围的温度。驱动器可以设置在第二基板上,并包括脉宽调制单元、第二温度感测元件以及控制器。脉宽调制单元可以被配置成用于基于从第一温度感测元件获取到的第一度量执行脉宽调制以便生成经调制信号,并将所生成的经调制信号提供给控制器,该脉宽调制使得第一度量在目标范围内。第二温度感测元件可以被配置成用于感测驱动器内的温度。控制器可以被配置成用于基于经调制信号调制发光器件的电流并且在从第二温度感测元件获得的第二度量进入特定范围时对发光器件进行限流。

附图说明

附图一般通过示例的方式而不是限制的方式来图示在本文档中所讨论的各实施例。在附图中(这些附图不一定是按比例绘制的),相同的数字可以描述不同视图中的类似的组件。具有不同的字母后缀的相同的数字可以表示类似组件的不同实例。

图1是图示出根据示例实施例的照明设备100的示例布置的示意图。

图2是图示出根据示例实施例的照明设备100的示例电路结构的框图。

图3是图示出根据示例实施例的LED的示例温度反馈300的流程图。

图4是图示出根据示例实施例的驱动器20的示例温度反馈400的流程图。

图5图示出根据示例实施例的照明设备100的示例电路结构。

图6图示出根据示例实施例的照明设备100的另一示例电路结构。

具体实施方式

在以下描述中,陈述了众多特定细节。然而,应当理解,可在没有这些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中,未详细示出公知的电路、结构和技术,以免使对本描述的理解模糊。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表明所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性,但是每个实施例不一定都包括该特定的特征、结构或特性。此外,此类短语不一定是指同一个实施例。此外,当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时,认为结合无论是否被明确描述的其他实施例而影响此类特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围之内的。

出于本公开的目的,短语“A和/或B”意指(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的,短语“A、B、和/或C”意指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。

在本申请的上下文中,所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例,也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例,这样第一和第二特征可能不是直接接触。

应注意,术语“构成”、“构成有”、“具有”、“具备”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或它们的任何其它变型旨在覆盖非排他性的包括,使得构成、具有、包括、包含要素的列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素,还可包括对这种过程、方法、物品或装置未明确列出的或固有的其它要素。以“构成有一”、“具有一”、“包括一”、“包含一”开头的要素,在没有更多约束条件的情形下,不排除在构成有、具有、包括、包含该要素的过程、方法、物品或装置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或更多个,除非本文中另有明确声明。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地表述,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例都将落入本发明的保护范围。

在附图中,为了易于描述,示出了示意性要素的特定布置或次序,示意性要素诸如表示设备、模块、指令块和数据要素的那些示意性要素。然而,本领域技术人员应当理解,附图中的示意性要素的特定排序或布置并非旨在暗示要求特定的处理次序或顺序、或过程的分离。此外,在附图中包括示意性要素并不意味着暗示在所有实施例中都要求此类要素,或者在一些实施例中由此类要素表示的特征可以不被包括在其他要素中或与其他要素组合。

此外,在附图中,在使用诸如实线或虚线或箭头的之类连接要素来说明两个或更多个其他示意性要素之间的连接、关系或关联的情况下,不存在任何此类连接要素并不意味着暗示没有连接、关系或关联可以存在。换句话说,要素之间的一些连接、关系或关联未在附图中示出,以免使本公开模糊。另外,为了易于说明,使用单个连接要素来表示要素之间的多个连接、关系或关联。例如,在连接要素表示信号、数据或指令的通信的情况下,本领域技术人员应当理解,此类要素如可根据需要来表示一个或多个信号路径(例如,总线)以影响通信。

本文描述的控制器可以包括例如,专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、光学处理器、可编程逻辑控制器、微代码、微控制器、微处理器、数字信号处理器、或任何其他合适的电路。在权利要求中,术语“控制器”应当被理解为涵盖前述硬件中的任何硬件,不论是单个的还是组合的。

示例布置

图1是图示出根据示例实施例的照明设备100的示例布置的示意图。图2是图示出根据示例实施例的照明设备100的示例电路结构的框图。如图1所示,照明设备100可以包括第一基板1和第二基板2。第一基板1上例如设置有作为发光器件的LED 12。在LED 12附近(如图2中虚线所示)设置有温度感测元件。温度感测元件用于根据LED 12周围的温度呈现或输出不同的度量。

作为一个示例,温度感测元件例如可以是负温度系数热敏电阻(下文也称为NTC)14。NTC 14具有温度越高电阻值越低的特性。因此,当LED 12周围的温度升高时,NTC 14的电阻值降低,因此NTC 14上的分压也随之降低。NTC 14上的分压可以被监测并据此控制流过LED 12的电流。具体细节将在下文阐述。

第二基板2上搭载有驱动器20。驱动器20被配置成用于从设置在第一基板1上的NTC 14获取度量(第一度量)并向LED 12提供驱动电流。驱动器20可以包括控制器22、NTC24、PWM(脉宽调制)单元26以及其他电子组件。控制器22用于基于从NTC 14和NTC 24获取到的温度信息执行各种控制。NTC 24用于感测驱动器20内的温度。例如,当驱动器20内的温度升高时,NTC 24的电阻值降低,因此NTC 24上的分压也随之降低,通过该分压能够获得驱动器20内的温度信息,并且消除针对驱动器20的温度控制的滞后性。在一些实施例中,NTC 24可以设置在控制器22附近,这是因为控制器22的发热量要高于驱动器20内的其他组件,设置在控制器22附近能够更准确地表征驱动器20内的温度。

PWM单元26用于将从NTC 14获得的分压信号转换为数字信号并基于该数字信号向控制器22输出经调制信号。经调制信号例如可以经由RC滤波器转换成直流信号然后输出到控制器22。控制器22可以基于该直流信号调制电源30的输出,从而控制对LED 12的输出功率。

应理解,采用NTC作为温度感测元件并检测NTC上的分压仅为一种例示,也可以采用诸如热电偶之类的其他测温元件作为温度感测元件,并基于其度量控制LED的电流,只要该度量与温度具有对应关系即可。

在图1中,NTC 14示出为设置在第一基板1上,但这并非限制性的,也可以设置在灯具内的其他部位,只要在LED 12附近即可。

此外,应注意,LED 12可以指单个LED也可以是多个LED的集群。LED 12也可以替换为一个或多个其他类型的发光器件。

LED的示例温度反馈

图3是图示出根据示例实施例的LED的示例温度反馈300的流程图。该示例温度反馈300基于设置在LED 12附近的NTC 14上的分压来调节对LED 12的输出电流,从而防止LED12过热。

过程开始于步骤302,其中,PWM单元26提供初始输出。初始输出例如可以是较低占空比的输出,例如1%。可选地,PWM单元26可以在提供初始输出时先执行初始化步骤,例如在2秒内使输出从1%占空比遍历到100%占空比。在提供初始输出后,过程进入步骤304。

在步骤304中,PWM单元26获取NTC 14上的分压。PWM单元26可以通过A/D转换电路将NTC 14的分压信号转换为数字信号。由于NTC 14设置在LED 12附近,因此该数字信号能够表征LED 12的温度。过程然后进入步骤306。

在步骤306中,PWM单元26判断转换得到的数字信号的电压是否在目标范围内。本文描述的目标范围可以根据LED 12的工作温度范围来确定。目标范围的下限可以根据LED12的最大工作温度来确定。具体而言,可以根据LED 12达到最大工作温度时NTC 14上的分压来确定。这是因为当LED 12达到最大工作温度时,由于负温度特性,NTC 14的电阻降低,从而NTC 14上的分压进一步降低。相反,当LED 12的工作温度降低时,NTC 14上的分压将提高。在一些实施例中,目标范围的上限例如可以根据LED 12达到所需发光效率时NTC 14上的分压来确定。

当PWM单元26转换后的数字信号的电压未超过目标范围的上限时,过程进入步骤308。在步骤308中,PWM单元26降低经调制信号的占空比,然后过程返回到步骤306。此时,由于占空比降低,LED 12的输出功率降低,其温度随之降低,导致NTC 14的电阻值及其分压升高,直到超过目标范围的上限,过程进入步骤310。控制器22基于该占空比提高的经调制信号来调制向LED 12的输出电流,同时能够确保LED 12的温度不超过其最大工作温度。

当在步骤306中PWM单元26判断转换后的数字信号的电压超过目标范围的上限时,过程进入步骤310。如图中虚线框所示,通过执行步骤306和步骤308,LED 12的输出功率被降低,温度也随之降低。在步骤310中,PWM单元26提高经调制信号的占空比,使得经过控制22调制的对LED 12的输出功率开始提高,LED 12的温度开始上升。然而过程进入步骤312。

在步骤312中,PWM单元26判断转换后的数字信号的电压是否低于目标范围的下限。若该电压高于目标范围的下限,则过程进入步骤314,其中PWM单元26可以使经调制信号的占空比进一步提高以便提高LED 12的输出功率,然后过程返回到步骤312。

若在步骤312中PWM单元26判断转换后的数字信号的电压低于目标范围的下限时,可以确定LED 12达到工作温度的上限,则过程进入步骤316,其中PWM单元26降低经调制信号的占空比来降低LED 12的输出功率,然后过程返回到步骤306。

通过由PWM单元26将接收到的表征LED 12温度的数字信号的电压与基于LED 12工作温度范围确定的目标范围进行比较,并基于比较结果调整PWM单元26的输出占空比,从而能够调节对LED 12的输出电流。其结果,能够使NTC 14上的分压在合理范围内,从而使LED12的温度保持在合理范围,或者不超过最大工作温度。

驱动器的示例温度反馈

本公开的照明设备100包括驱动器20以用于驱动LED 12。如上文所述,驱动器20内部包括控制器22、PWM单元26等发热组件。由于驱动器20安装在与LED 12不同的基板2上并且基板2通常不具备散热器,而且在一些情况下,驱动器20进一步被封装,因此驱动器20的散热困难、发热量与LED 12不同步、并且发热和散热具有滞后性。即便基于图3所示的基于NTC 14的示例温度反馈300对LED的电流进行控制,也无法确保驱动器20不会发生过热。为此,本公开的照明设备100在驱动器20设置有NTC 24,并基于NTC 24对LED 12的电流进行控制,从而确保驱动器20不会发生过热。

图4是图示出根据示例实施例的驱动器20的示例温度反馈400的流程图。该示例温度反馈400在示例温度反馈300的基础上,进一步基于设置在驱动器20中的NTC 24上的分压来判断是否需要对LED 12进行限流,从而防止驱动器20内部过热。

过程开始于步骤402,其中,控制器22获取设置在驱动器20内的NTC 24上的分压。由于NTC 24设置在驱动器20内,当驱动器20内部温度升高时,NTC 24的电阻会降低,导致NTC 24上的分压降低。

在步骤404中,若NTC 24上的分压进入特定范围,则过程进入步骤408。此处,特定范围例如是低于某一电压阈值,该电压阈值可以基于驱动器20的最大工作温度来确定。具体而言,电压阈值可以基于驱动器20达到最大工作温度时NTC 24上的分压来确定。

在步骤408中,由于判断NTC 24上的分压进入了特定范围,因此控制器22可以对LED进行限流。此时,即便PWM单元26判断NTC 14上的分压已经低于目标范围下限,控制器22也进一步降低LED的电流,直到在步骤404中判断NTC 24上的分压离开特定范围,例如低于某一电压阈值。

若控制器22在步骤404中判断NTC 24上的分压不在特定范围内,则可以在步骤406中执行图3所示的基于NTC 14的示例温度反馈300。

由此,利用NTC 14和NTC 24分别对LED 12和驱动器20建立温度反馈,能够确保LED12和驱动器20两者均不发生过热,从而能大幅提高照明设备100的可靠性。

示例电路

图5图示出根据示例实施例的照明设备100的示例电路结构。如图5所示,来自电源30的功率经由滤波器27和整流器28到达变压器T的初级侧。滤波器27用于防止电磁干扰(EMI)。整流器28用于将来自30的交流电转换为直流电。

NTC 14设置在LED D0,...,Dn附近,其一端接地,另一端电连接到PWM单元26。PWM单元26将来自NTC 14的模拟信号转换为数字信号并执行如图3所示的示例温度反馈300。PWM 26输出的经调制信号经由由电阻R和电容C组成的RC滤波器40输入到控制器22。该RC滤波器40用于将PWM 26输出的经调制信号转换为直流电压信号。

NTC 24如上所述设置在驱动器20内部,例如可以设置在控制器22附近。NTC 24的一端接地,另一端电连接到控制器22的输入端。控制器22如上文所述基于来自NTC 24的信号以及来自PWM单元26并经过滤波的直流信号执行参考图4描述的示例温度反馈400,并且经由由MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)Q1构成的开关电路调制对LED D0,...,Dn的输出功率。

变压器T的次级侧设置有负载电路,包括二极管D1、电容器C1以及LED D0,...,Dn。二极管D1用于将交流功率整流成直流功率。电容器C1是用于纹波电流滤波器的电解电容器。

图6图示出根据示例实施例的照明设备100的另一示例电路结构。如图6所示,来自电源30的功率经由滤波器27和整流器28到达由MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)Q1和Q2构成的开关电路,然后经由电感器L1和电容器C2到达变压器T的初级侧。滤波器27用于防止电磁干扰(EMI)。整流器28用于将来自30的交流电转换为直流电。电感器L1用于限制变压器T的电流。电容器C2用于隔离直流电压。

NTC 14设置在LED D0,...,Dn附近,其一端接地,另一端电连接到PWM单元26。PWM单元26将来自NTC 14的模拟信号转换为数字信号并执行如图3所示的示例温度反馈300。PWM 26输出的经调制信号经由由电阻R和电容C组成的RC滤波器40输入到控制器22。该RC滤波器40用于将PWM 26输出的经调制信号转换为直流电压信号。

NTC 24如上所述设置在驱动器20内部,例如可以设置在控制器22附近。NTC 24的一端接地,另一端电连接到控制器22的输入端。控制器22如上文所述基于来自NTC 24的信号以及来自PWM单元26并经过滤波的直流信号执行参考图4描述的示例温度反馈400,并且经由由MOSFET Q1和Q2构成的开关电路调制对LED D0,...,Dn的输出功率。

变压器T的次级侧设置有负载电路,包括中间连接点接地的二极管D1和D2、电容器C1以及LED D0,...,Dn。二极管D1和D2用于将交流功率整流成直流功率。电容器C1是用于纹波电流滤波器的电解电容器。

在图5和图6所示的示例电路结构中,PWM单元26能够基于从NTC 14获取到的度量调制PWM输出,使得LED 12不会超过其最大工作温度。控制器22能够基于从NTC 24获取到的度量(第二度量)判断是否需要对LED 12进行限流以防止驱动器20发生过热。由于控制器22设置在PWM单元26的下游,因此能够使针对驱动器20的温度反馈控制优先于PWM单元26执行的针对LED 12的温度反馈控制,从而能够确保LED 12和驱动器20均不发生过热。此外,由于NTC 24设置在驱动器20内部,因此能消除驱动器20的热响应的滞后性。

已经描述了以上所描述的实施例、实现方式和各方面,以便允许对本发明的容易的理解,并且不限制本发明。相反,本发明旨在覆盖所附权利要求的范围内所包括的各种修改和等效布置,其范围应被赋予最宽泛的解释以便涵盖如法律之下所准许的全部此类修改和等效结构。

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