СВЕТОДИОДНАЯ ТРУБЧАТАЯ ЛАМПА Российский патент 2020 года по МПК H05B33/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение описывает светодиодную трубчатую лампу и осветительное устройство, содержащее такую светодиодную трубчатую лампу.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Трубчатые лампы вследствие их к.п.д. предпочтительнее ламп накаливания. Трубчатая лампа, такая как люминесцентная трубчатая лампа, работает от балласта, который регулирует ток через лампу. Трубчатые лампы были разработаны для функционирования на электромагнитных (ЭМ) балластах, а также на высокочастотных (ВЧ) балластах. Электронный балласт для люминесцентной лампы в основном выполняет три функции: он обеспечивает нагрев нити накала, он зажигает лампу и он в устойчивом режиме стабилизирует ток лампы. Эффективность электронного балласта обычно превосходит эффективность магнитного балласта, поскольку он по существу может устранять мерцание и может запускать лампу быстрее.

Светодиодные лампы еще более эффективны, чем люминесцентные лампы, и привлекательны вследствие их длительного срока службы и низкого энергопотребления. Модифицированные светодиодные трубчатые лампы разработаны для вставки в корпуса арматуры люминесцентной трубчатой лампы. Чтобы использовать модифицированную светодиодную трубчатую лампу (обычно называемую «светодиодной трубкой») с балластом старого образца, если в арматуре используется ВЧ-балласт, у технического специалиста был один вариант действия - перемонтировать схему этой арматуре. В последние годы органы стандартизации начали разработку стандартов безопасности для «прямой замены» светодиодных трубок, т.е. не встроенных или полувстроенных светодиодных трубчатых ламп, для которых балласт является частью осветительной арматуры и для которых осветительная арматура не требует модификации или перемонтажа схемы. Поскольку балласт встроен в арматуру для люминесцентных ламп, предпочтительно сконструировать светодиодную трубчатую лампу работающей от этого балласта. По этой причине балласт арматуры люминесцентной трубчатой лампы в дальнейшем называется «балластом старого образца». Одной широко используемой конструкцией ВЧ-балласта является полумостовой индуктивно-емкостной (LC) резонансный контур, у которого возможны бесчисленные варианты. Одной из проблем при разработке ВЧ-совместимых светодиодных трубок является обеспечение совместимости со многими различными типами топологий балласта. Разнообразие концепций, основанных на различных топологиях, фактически делает невозможным конструирование пассивной согласующей цепи для светодиодной трубки, которая согласуется со всеми ВЧ-балластам.

Следовательно, задачей изобретения является обеспечение улучшенной светодиодной трубчатой лампы, которая является экономичной, эффективной и совместимой с многочисленными различными типами ВЧ-балласта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения решается с помощью светодиодной трубчатой лампы по п. 1 формулы изобретения и с помощью осветительного устройства по п. 13.

В соответствии с изобретением, светодиодная трубчатая лампа выполнена для использования с высокочастотным балластом и содержит светодиодное устройство; драйвер, выполненный с возможностью возбуждения светодиодного устройства; и первую пару соединительных выводов для подсоединения первой пары выходных штырьков высокочастотного балласта к первому входному выводу драйвера и вторую пару соединительных выводов для подсоединения второй пары выходных штырьков высокочастотного балласта ко второму входному выводу драйвера. Светодиодная трубчатая лампа по изобретению характеризуется парой магнитно связанных катушек индуктивности, из которых первая катушка индуктивности подключена последовательно с одним выводом первой пары соединительных выводов, а вторая катушка индуктивности подключена последовательно с другим выводом первой пары соединительных выводов, при этом упомянутая первая катушка индуктивности находится в первом контуре, обеспечивающем прохождение тока из высокочастотного балласта в драйвер, упомянутая вторая катушка индуктивности находится во втором контуре, а упомянутая пара связанных катушек индуктивности магнитно связаны таким образом, что ток во втором контуре ограничивается в ответ на ток в первом контуре.

Преимущество светодиодной трубчатой лампы по изобретению состоит в том, что она обеспечивает простой и экономичный способ улучшения пассивного согласования с ВЧ-балластами. Светодиодная трубчатая лампа по изобретению или «светодиодная трубка» благоприятно снижает выходной ток балласта, а, следовательно, также потери мощности в балласте и потери мощности в резисторе нити накала во втором контуре, тем самым дополнительно снижая эксплуатационные затраты. Единственные дополнительные элементы цепи, сверх сравнительной конструкции по уровню техники, могут быть ограничены парой связанных катушек индуктивности, обеспечивающих очень экономичную реализацию светодиодной трубки. Кроме того, драйвер может содержать простой и недорогой диодный мостовой выпрямитель, что также способствует экономичной реализации светодиодной трубки по изобретению.

Как указано выше, светодиодная трубка обычно содержит цепь имитации нити накала для имитации поведения люминесцентной лампы при совместной работе с балластом. Это выполняется с помощью резистора нити накала на каждом входном выводе. В уровне техники два резистора нити накала каждой пары соединительных выводов соединены в общем узле, который, в свою очередь, подсоединен к одному из двух входов драйвера. В дальнейшем для упрощения пояснений первая катушка индуктивности из пары связанных катушек индуктивности будет называться «верхней связанной катушкой индуктивности» или «верхней катушкой индуктивности», а вторая катушка индуктивности из пары связанных катушек индуктивности будет называться «нижней связанной катушкой индуктивности» или «нижней катушкой индуктивности». Это обозначение будет сохраняться по всему описанию. Резистор нити накала может быть подключен последовательно между одним выводом первой пары соединительных выводов и верхней катушкой индуктивности, а другой резистор нити накала может быть подключен последовательно между другим выводом первой пары соединительных выводов и нижней катушкой индуктивности. Другими словами, в светодиодной трубке по изобретению в точке соединения между верхней катушкой индуктивности, нижней катушкой индуктивности и одним из двух входов драйвера образован общий узел.

В соответствии с изобретением, осветительное устройство на основе светодиодной трубки содержит ВЧ-балласт старого образца, предназначенный для использования с люминесцентной трубчатой лампой; и светодиодную трубку по изобретению, подключенную между выходами этого ВЧ-балласта.

Преимущество осветительного устройства на основе светодиодной трубки в соответствии с изобретением состоит в том, что оно охватывает большое количество ВЧ-балластов старого образца. Это увеличивает диапазон старых арматур для люминесцентных ламп, которые могут быть модифицированы более экономичными и имеющими более длительный срок службы светодиодными трубками по изобретению.

Зависимые пункты формулы изобретения и нижеследующее описание раскрывают особенно преимущественные варианты осуществления и признаки изобретения. Признаки вариантов осуществления при необходимости могут комбинироваться. Признаки, описанные в контексте категории одного пункта формулы изобретения, могут быть равным образом приложены к категории другого пункта формулы изобретения.

Далее без какого-либо ограничения изобретения можно полагать, что светодиодная трубчатая лампа или светодиодная трубка реализована в виде модифицированной трубчатой лампы. Такая светодиодная трубка может быть использована для замены существующей люминесцентной трубчатой лампы и содержит светодиодную нагрузку, внутренний драйвер светодиода, цепь имитации нити накала, схему безопасности штырьков и т.д., размещенные в корпусе лампы, который имеет те же самые размеры и соединительные интерфейсы, что и люминесцентная лампа того типа, которую она заменит. Светодиодная трубчатая лампа в соответствии с изобретением может быть выполнена с возможностью замены любой из обычных люминесцентных трубчатых ламп, например, светодиодная трубчатая лампа может быть выполнена в виде линейной четырехштырьковой трубчатой лампы или в виде компактной люминесцентной лампы (CFL), в которой трубке придана форма с рядом витков. Термины «светодиодная трубчатая лампа» или «светодиодная трубка» в дальнейшем могут использоваться взаимозаменяемым образом. В предпочтительном варианте осуществления изобретения светодиодная трубчатая лампа может быть выполнена в виде модифицированной лампы для замены прямолинейной люминесцентной лампы с диаметром трубки в диапазоне от 5,0 мм до 50,0 мм или компактной люминесцентной лампы. Предпочтительно, светодиодная трубка по изобретению содержит по существу трубчатый корпус для размещения по меньшей мере светодиодного устройства, драйвера и пары связанных катушек индуктивности.

Драйвер светодиодной трубки по изобретению преобразует переменный ток/напряжение переменного тока на первом и на втором входном выводах в постоянный ток/напряжение постоянного тока для светодиодного устройства. Светодиодное устройство может содержать любое число светодиодов, таких как светодиоды индикации электропитания, соединенные в последовательные или параллельные комбинации для того, чтобы выдавать требуемый световой выход. Можно предположить, что внутренний драйвер светодиода содержит полумостовой контур, который при определенном рабочем цикле периодически шунтирует входной ток драйвера в эту полумостовую схему таким образом, чтобы ток светодиода можно было регулировать на требуемом уровне. Драйвер светодиода может быть основан также на топологии импульсного преобразователя, на топологии повышающего преобразователя, понижающего преобразователя или комбинированного преобразователя и т.д.

Типичный ВЧ-балласт старого образца может иметь полумостовую автоколебательную топологию. На входе она может быть объединена с цепью «valley-fill» и/или с системой обратной связи по мощности для подачи тока лампы назад на вход полумостового контура. Как известно специалисту в данной области техники, система обратной связи по мощности может реализовываться для поддержания стабильной выходной мощности при изменении условий нагрузки (например, когда напряжение лампы флуктуирует). Как известно специалисту в данной области техники, цепь обратной связи по мощности может быть реализована в балласте для того, чтобы подавать на лампу по существу постоянную мощность, независимо, в некоторой степени, от напряжения на лампе. Когда используется цепь обратной связи по мощности, ток лампы и/или напряжение лампы подают с выходного вывода лампы через конденсатор на входной каскад балласта. Таким образом, если ток лампы возрастает, на вход балласта подается больший ток. Это вызывает увеличение напряжения шины постоянного тока балласта, в результате чего, для удержания лампы в режиме постоянной мощности, на лампу будет подаваться большая мощность. Это может быть усовершенствованием по сравнению с автоколебательными балластами других типов, в которых выходная мощность балласта имеет тенденцию падать, если падает напряжение лампы.

Высокочастотный балласт для использования с люминесцентной лампой обычно содержит первую пару соединительных выводов (выводных соединителей) и вторую пару соединительных выводов. Эти пары соединителей могут быть выполнены на противоположных концах арматуры трубчатой лампы, например, в виде розеток. Альтернативно эти выводы могут быть выполнены в виде единственной розетки с четырьмя штырьками, например, в виде разъема G24/GX24 компактной люминесцентной лампы (CFL). Высокочастотный балласт обычно имеет катушку индуктивности, подключенную между автоколебательным полумостом и первым выводом первой розетки, и конденсатор, подключенный между выводом первой розетки и выводом второй розетки. Назначение конденсатора между выводами балласта люминесцентной трубчатой лампы - образовать с этой катушкой индуктивности резонансный LC контур. На этапе включения генерируемое резонансным контуром высокое напряжение зажигает лампу, а в устойчивом состоянии балласт посредством катушки индуктивности регулирует ток лампы. В предпочтительном варианте осуществления изобретения один из выводов первой пары выводов и один из выводов второй пары выводов подключены через выходной конденсатор ВЧ-балласта. Второй вывод второй пары выводов светодиодной трубки, как правило, подключен обратно к полумостовой цепи. Полученная топология образует резонансный контур, содержащий катушку индуктивности ВЧ-балласта, верхнюю катушку индуктивности, нижнюю катушку индуктивности и выходной конденсатор ВЧ-балласта.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения светодиодная трубчатая лампа выполнена подающей большое полное сопротивление в ветвь контура, содержащую первую пару соединительных выводов и выходной конденсатор ВЧ-балласта, а именно, во второй контур. С этой целью светодиодная трубчатая лампа предпочтительно содержит согласующую цепь или согласующую схему с катушкой индуктивности, подключенной между общим узлом пары связанных катушек индуктивности и первым входом драйвера, и конденсатором, подключенным между общим узлом пары связанных катушек индуктивности и вторым входом драйвера.

Верхняя и нижняя катушки индуктивности пары связанных катушек индуктивности предпочтительно соединены имеющими одинаковую полярность в характеризующей полное сопротивление ветви, содержащей верхний резистор нити накала первой пары соединительных выводов, пару связанных катушек индуктивности, нижний резистор нити накала второй пары соединительных выводов, выходной конденсатор балласта и верхний резистор нити накала второй пары соединительных выводов. Это исполнение приводит к высокому полному сопротивлению по ветви резонансного контура по сравнению с катушкой индуктивности ВЧ-балласта, первой парой соединительных выводов и выходным конденсатором ВЧ-балласта. Чтобы получить требуемое высокое полное сопротивление, катушки индуктивности пары связанных катушек индуктивности предпочтительно имеют по существу равные номиналы. Например, когда используются катушки индуктивности с по существу равными номиналами (величинами индуктивности), индуктивность может увеличиться в четыре раза. Результирующее высокое полное сопротивление эффективно изолирует (до некоторой степени) выходной конденсатор ВЧ-балласта от резонансного контура или от «объемного резонатора», образованного катушкой индуктивности балласта, верхней спаренной катушкой индуктивности и согласующей цепью, и уменьшает ток светодиода. Ток через конденсатор ВЧ-балласта уменьшается за счет его значительного отбора из объемного резонатора парой связанных катушек индуктивности. Поэтому конденсатор балласта является менее доминирующим, и согласующая цепь может быть сконструирована с меньшей зависимостью от этого конденсатора балласта. Уменьшенный ток в выходном конденсаторе ВЧ-балласта приводит к снижению потерь мощности в балласте, а также в резисторах нитей накала.

На полное сопротивление резонансного контура, содержащего пару связанных катушек индуктивности, будет влиять выбор номинала катушек индуктивности. Подходящий номинал для верхней катушки индуктивности/нижней катушки индуктивности предпочтительно находится в диапазоне от 10,0 мкГн до 1,0 мГн. Соответствующим выбором номинала катушек индуктивности и связыванием катушек индуктивности в одинаковой полярности в предпочтительном варианте осуществления изобретения может быть достигнут коэффициент k связи пары связанных катушек индуктивности по меньшей мере 0,75, более предпочтительно по меньшей мере 0,85, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,95.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения катушка индуктивности согласующей цепи может использоваться для получения требуемого высокого полного сопротивления в ветви цепи, содержащей первую пару соединительных выводов и выходной конденсатор ВЧ-балласта. С этой целью катушки индуктивности из пары связанных катушек индуктивности соединяются имеющими противоположную полярность в характеризующейся полным сопротивлением ветви, содержащей верхнюю катушку индуктивности пары связанных катушек индуктивности, катушку индуктивности согласующей цепи и драйвер, а катушка индуктивности согласующей цепи связана с парой связанных одинаковой полярностью катушек индуктивности, тем самым катушка индуктивности согласующей цепи уменьшает ток в первом контуре и, в свою очередь, уменьшает ток во втором контуре. В таком исполнении верхняя связанная катушка индуктивности предпочтительно подключена последовательно с катушкой индуктивности ВЧ-балласта, и при этом верхняя связанная катушка индуктивности и катушка индуктивности согласующей цепи в охарактеризованной выше ветви полного сопротивления имеют одинаковую полярность. «Направление связывания» предпочтительно таково, что, если смотреть со стороны входа, т.е. со стороны балласта, «ориентация» этих катушек индуктивности одинаковая. Это становится очевидно при обращении к схемам. В этом альтернативном варианте осуществления индуктивность нижней связанной катушки индуктивности компенсируется индуктивностью верхней связанной катушки индуктивности, благодаря способу их связывания. Поэтому полное сопротивление нити накала светодиодной трубки определяется главным образом резисторами нити накала в первой паре соединительных выводов. В такой конфигурации цепи конденсатор балласта не изолирован, а вместо этого представляет собой часть объемного резонатора. Нежелательно высокий ток исключен за счет связывания верхней связанной катушки индуктивности и катушки индуктивности согласующей цепи. Благодаря этому связыванию, последовательно с выходом балласта и конденсатором согласующей цепи эффективно вводится дополнительная индуктивность. Эта индуктивность увеличивает полное сопротивление лампы и нарушает настройку объемного резонатора, содержащего катушку индуктивности и конденсатор согласующей цепи, тем самым уменьшая мощность лампы. Выбор номинала катушки индуктивности будет влиять на полное сопротивление резонансного контура, в этом случае содержащего пару связанных катушек индуктивности и третью катушку индуктивности. Подходящий номинал катушки индуктивности согласующей цепи может составлять от 100,0 мкГн до 5,0 мГн. И здесь также вследствие более низкого тока потери мощности в балласте и в резисторах нитей накала будут уменьшены. Кроме того, вследствие уменьшенного тока выходной конденсатор ВЧ-балласта, как описано выше, будет менее доминирующим, и согласующая цепь может быть сконструирована с меньшим учетом номинала (значения) емкости выходного конденсатора ВЧ-балласта.

Другие задачи и признаки настоящего изобретения станут очевидны из нижеследующих подробных описаний, рассмотренных совместно с сопроводительными чертежами. Однако, следует понимать, что эти чертежи выполнены исключительно в целях иллюстрации, а не в качестве определения ограничений изобретения.

Документ WO2012163287A1 раскрывает цепь драйвера для запитывания лампы постоянного тока в ламповой арматуре не постоянного тока. На фиг. 3 раскрывается топология, в которой катушки индуктивности на парах входных выводов системы 50 лампы подсоединены к цепи балласта. Катушки индуктивности, предназначенные для имитации нитей накала, магнитно не связаны одна с другой и не предназначены для ограничения тока в одной катушке индуктивности в ответ на ток в другой катушке индуктивности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает структурную схему первого варианта осуществления устройства трубчатой лампы в соответствии с изобретением.

Фиг. 2 показывает структурную схему второго варианта осуществления устройства трубчатой лампы в соответствии с изобретением.

Фиг. 3 показывает формы сигналов, относящихся к работе светодиодной трубки по изобретению по фиг. 2.

Фиг. 4 показывает структурную схему третьего варианта осуществления устройства трубчатой лампы в соответствии с изобретением.

Фиг. 5 показывает светодиодную трубку уровня техники.

Фиг. 6 показывает формы сигналов, относящиеся к работе светодиодной трубки уровня техники по фиг. 5.

На чертежах одни и те же ссылочные позиции относятся к одним и тем же объектам по всему документу. Объекты на структурных схемах не обязательно выполнены в масштабе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1 показывает структурную схему первого варианта осуществления светодиодной трубки 1 в соответствии с изобретением. Светодиодная трубка 1 соединена с ВЧ-балластом 2, который, в свою очередь, подключен к сетевому источнику питания (не показан). ВЧ-балласт 2 старого образца сконструирован с возможностью обеспечения тока люминесцентной лампе через первую пару 21, 22 выходных соединителей и вторую пару 23, 24 выходных соединителей. В этом примерном варианте осуществления балласт представляет собой автоколебательный балласт 2, содержащий коммутационные транзисторы Q₁, Q₂, катушку L₂ индуктивности и выходной конденсатор C₂, подключенный между выходами 22, 23 балласта 2. Коммутационные транзисторы Q₁, Q₂ представляют собой биполярные транзисторы или полевые МОП-транзисторы, а их управляющие входы снабжены автоколебательной цепью, состоящей из трансформатора с кольцевым сердечником, который для упрощения на структурной схеме не показан, поскольку любые элементы такого рода специалисту известны.

Светодиодная трубка 1 содержит светодиодное устройство 100, подсоединенное к выходам драйвера 10 светодиода, первую пару выводов 11, 12 и вторую пару выводов 13, 14 для подсоединения к арматуре, содержащей ВЧ-балласт 2. Для имитации поведения люминесцентной лампы к выводам 11, 12, 13, 14 подключены резисторы R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄ нити накала. Светодиодная трубка 1 содержит согласующую цепь L1, C1 для обеспечения совместимости с ВЧ-балластом 2. Светодиодная трубка 1 по изобретению содержит пару связанных катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности, содержащую первую «верхнюю» катушку L₁₁ индуктивности, подключенную последовательно с «верхним» резистором R₁₁ нити накала первой пары выводов, и вторую «нижнюю» катушку L₁₂ индуктивности, подключенную последовательно с «нижним» резистором R₁₂ нити накала первой пары выводов. Как можно видеть на схеме, «верхняя» катушка L₁₁ индуктивности и «нижняя» катушка L₁₂ индуктивности связаны. Положение точек указывает, что катушки L₁₁, L₁₂ индуктивности связанной пары подключены с одинаковой полярностью, как следует из порядка точек.

Связанная пара L₁₁, L₁₂ не оказывает большого влияния на полное сопротивление в ветви электросети/цепи, называемой также первым контуром, содержащим катушку L₂ индуктивности ВЧ-балласта, верхний резистор R₁₁ нити накала, верхнюю катушку L₁₁ индуктивности и катушку L₁ индуктивности согласующей цепи. В то время как верхняя связанная катушка L₁₁ индуктивности не вносит дополнительной индуктивности между катушкой L₂ индуктивности балласта и катушкой L₁ индуктивности согласующей цепи, индуктивность верхней связанной катушки L₁₁ индуктивности является небольшой по сравнению с комбинацией катушки L₂ индуктивности балласта и катушки L₁ индуктивности согласующей цепи, так что ее влияние также соответственно невелико. Поэтому влияние связанной пары L₁₁, L₁₂ на каскад 10 преобразования мощности электросети минимально. Ее основное назначение состоит в изолировании конденсатора C₂ балласта от резонансного контура, который включает в себя также катушку L₂ индуктивности ВЧ-балласта, конденсатор C₁ согласующей цепи и катушку L₁ индуктивности согласующей цепи.

В этом варианте осуществления верхняя и нижняя катушки L₁₁, L₁₂ индуктивности имеют по существу равные номиналы. Это приводит к четырехкратному увеличению полного сопротивления, что видно по балласту, в цепи, содержащей катушку L₂ индуктивности ВЧ-балласта, верхнюю катушку L₁₁ индуктивности, нижнюю катушку L₁₂ индуктивности и выходной конденсатор C₂ ВЧ-балласта, называемой также вторым контуром. Высокое полное сопротивление в определенной степени изолирует выходной конденсатор C₂ от резонансного контура и уменьшает ток светодиода I_LED. Поскольку ток через выходной конденсатор C₂ уменьшен, этот выходной конденсатор C₂ является менее доминирующим, и согласующая цепь L₁, C₁ может быть сконструирована с меньшей зависимостью от этого выходного конденсатора C₂. Кроме того, уменьшенный ток в выходном конденсаторе C₂ приводит также к благоприятному снижению потерь мощности в резисторах R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄ нити накала.

Рассуждая другим образом, в положительном полупериоде ток втекает в верхнюю катушку L₁₁ индуктивности и вытекает из помеченного точкой вывода, поэтому индуктивное напряжение на нижней катушке L₁₂ индуктивности положительно на выводе, не помеченном точкой, и отрицательно на выводе, помеченном точкой. Это индуктивное напряжение подавляет часть обеспечиваемого балластом 2 падения напряжения на нижней катушке L₁₂ индуктивности и резисторе R₁₂, и на конденсаторе C₂ и резисторе R₁₃. То есть, токи через катушки L₁₁, L₁₂ индуктивности должны изменяться в противоположных направлениях: чем больше ток в катушке L₁₁ индуктивности, тем меньше ток в катушке L₁₂ индуктивности.

Катушки L₁₁, L₁₂ индуктивности могут иметь по существу одинаковые номиналы в диапазоне 10,0 мкГн - 1,0 мГн. Полученный в результате коэффициент k связи пары связанных катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности может быть благоприятно высоким. Номинал катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить подавление тока через резистор R₁₂. В то время как катушка L₁ индуктивности может быть выбрана имеющей такой же номинал, как каждая из связанных катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности, это не является абсолютно необходимым. Номиналы катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности предпочтительно не слишком высоки, чтобы гарантировать, что верхняя катушка L₁₁ индуктивности не оказывает неблагоприятного воздействия на согласующую схему, а, следовательно, также на ток светодиода и совместимость светодиодной трубки/балласта. В общем, верхняя катушка L₁₁ индуктивности предпочтительно меньше (по своему номиналу индуктивности), чем катушка L₁ индуктивности согласующей схемы.

Фиг. 2 показывает второй вариант осуществления светодиодной трубки 1 в соответствии с изобретением. Схема показывает те же самые резисторы R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄ имитации нити накала, подключенные к выводам 11, 12, 13, 14 для имитации поведения люминесцентной лампы. Здесь также светодиодный драйвер 10 может быть импульсным драйвером, драйвером на основе понижающего, повышающего или комбинированного преобразователя и т.д. или просто диодным выпрямительным мостом. В этом варианте осуществления катушка L₁ индуктивности согласующей схемы также связана с парой связанных катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности. Как можно видеть на схеме, как следует из порядка точек, верхняя катушка L₁₁ индуктивности и нижняя катушка L₁₂ индуктивности пары связанных катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности связаны с противоположной полярностью. В отличие от варианта осуществления на фиг. 1, токи через катушки L₁₁, L₁₂ индуктивности должны изменяться в одинаковом направлении: когда ток через катушку L₁₁ уменьшается, ток через катушку L₁₂ также уменьшается. Дополнительно, катушка L₁ индуктивности согласующей цепи имеет ту же полярность, что и верхняя катушка L₁₁ индуктивности связанной пары. Эта цепь работает иным образом по сравнению с цепью, описанной на фиг. 1. В этом примерном варианте осуществления индуктивность нижней катушки L₁₂ индуктивности подавляется индуктивностью верхней катушки L₁₁ индуктивности вследствие эффекта связи. Поэтому полное сопротивление нити накала светодиодной трубки в основном определяется резисторами R₁₁, R₁₂ имитации нити накала на первой паре выводов 11, 12. В этой конфигурации цепи конденсатор C₂ балласта не является изолированным, а вместо этого является частью объемного резонатора. Чтобы избежать неблагоприятно высокого тока, верхняя катушка L₁₁ индуктивности связана с катушкой L₁ индуктивности согласующей цепи. Вследствие этой связи, катушка L₁ индуктивности индуцирует положительное напряжение слева направо относительно катушки L₁ индуктивности, а последовательно с выходом балласта и конденсатором C₁ согласующей цепи эффективно вводится дополнительная индуктивность. Эта индуктивность увеличивает полное сопротивление лампы и нарушает настройку объемного резонатора, содержащего катушку L₂ индуктивности балласта и конденсатор C₂ балласта. Поэтому ток питания в первом контуре ограничен, и, в свою очередь, также ограничен ток во втором контуре. В результате энергопотребление лампы значительно снижается.

Как указано выше, выбор номинала катушки индуктивности будет влиять на полное сопротивление резонансного контура, в этом случае содержащего пару связанных катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности и катушку L₁ индуктивности согласующей цепи. Подходящий номинал для катушки L₁ индуктивности согласующей цепи может составлять от 100,0 мкГн до 5,0 мГн. Здесь, вследствие более низких токов, также будут уменьшены потери мощности в балласте и резисторах R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄ имитации нити накала.

Фиг. 3 показывает формы сигналов, относящиеся к работе светодиодной трубчатой лампы 1 согласно изобретению. Показанные формы сигналов представляют собой ток I_L2 катушки индуктивности балласта (т.е. ток [мА] через катушку L₂ индуктивности ВЧ-балласта); ток I_L1 катушки индуктивности (т.е. ток [мА] через катушку L₁ индуктивности согласующей цепи по варианту осуществления, показанному на фиг. 2); выходное напряжение балласта, которое примерно равно напряжению U_C1 согласующего конденсатора (т.е. напряжению [В] на согласующем конденсаторе C₁); и мощность P₁₀₀ светодиода (т.е. мощность [Вт], рассеиваемая светодиодным устройством 100). Ось X в каждом случае одна и та же, показывающая время [мс]. Эффект связанных катушек индуктивности состоит в получении благоприятно низкого выходного тока I_L2 балласта, всего лишь 350 мА на пиковом значении; благоприятно низкого напряжения U_C1 согласующего конденсатора, всего лишь 75 В на пиковом значении; и очень благоприятно низкого рассеяния средней мощности светодиода, всего лишь 17 Вт. Эти значения соответствуют балластам без обратной связи по мощности, что делает светодиодную трубку по изобретению совместимой с балластами обоих типов.

В благоприятно недорогой реализации светодиодной трубки по изобретению драйвер 10 является просто мостовым диодным выпрямителем. Ток светодиода не регулируется и определяется типом балласта. В такой цепи согласующая схема L₁, C₁ помогает поддерживать относительно постоянный ток светодиода со множеством различных балластов. Без согласующей цепи L₁, C₁ изменение тока светодиода между различными типами ВЧ-балластов может быть большим. Фиг. 4 показывает третий вариант осуществления светодиодной трубки 1 в соответствии с изобретением, в упрощенной версии, которая не использует согласующую схему. Эта более простая реализация цепи может быть пригодной для использования в такой лампе, которая не предъявляет каких-либо строгих требований к изменению тока светодиода между различными типами ВЧ-балластов.

Подобным же образом, как описано выше, светодиодная трубка 1 подсоединена к ВЧ-балласту 2, например, к автоколебательному балласту 2. Этот вариант осуществления по существу идентичен по конструкции варианту по фиг. 1, но без какой-либо согласующей индуктивно-резонансной (LC) цепи. Эффект пары связанных катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности на первом выводе 11, 12 состоит в увеличении полного сопротивление лампы, что видно по балласту, и в увеличении полного сопротивления ветви цепи, содержащей конденсатор C₂. Это может быть достигнуто соответствующим выбором номиналов катушек индуктивности для пары связанных катушек L₁₁, L₁₂ индуктивности. Например, когда катушки L₁₁, L₁₂ индуктивности имеют по существу равные номиналы, результатом, как видно из балласта, является четырехкратное увеличение полного сопротивления в цепи, содержащей катушку L₂ индуктивности ВЧ-балласта, верхнюю катушку L₁₁ индуктивности, нижнюю катушку L₁₂ индуктивности и выходной конденсатор C₂ ВЧ-балласта. Здесь катушки L₁₁, L₁₂ индуктивности также могут иметь по существу равные номиналы в диапазоне 10,0 мкГн - 1,0 мГн.

Фиг. 5 показывает осветительное устройство 5 с модифицированной светодиодной трубкой 50 уровня техники, подсоединенной к ВЧ-балласту 2, который, в свою очередь, соединен с источником 3 сетевого электропитания. Здесь балласт также является автоколебательным балластом 2, содержащим коммутационные транзисторы Q₁, Q₂, катушку L₂ индуктивности и выходной конденсатор C₂, подсоединенный к выходам 22, 23 балласта 2. Для ВЧ-балластов обычно используется базовая автоколебательная полумостовая топология, иногда комбинируемая с цепью «valley-fill» на входе или с обратной связью по мощности, когда ток лампы подается обратно на вход полумоста. Множество концепций, основанных на различных скомбинированных топологиях, делает по существу невозможным конструирование светодиодной трубки с пассивной согласующей цепью, которая согласуется со всеми имеющимися ВЧ-балластами старого образца. Светодиодная трубка 50 должна правильно имитировать нить накала трубчатой лампы, чтобы гарантировать безопасную и надежную работу балласта 2. С другой стороны, светодиодная трубка 50 должна рассеивать в балласте и в схемах имитации нити накаливания как можно меньшую мощность, чтобы избежать излишнего энергопотребления. В ВЧ-балласте 2 старого образца назначением выходного конденсатора C₂ является обеспечение напряжение зажигания для люминесцентной лампы. Когда светодиодная трубка 50 уровня техники модифицируется под этот балласт 2 старого образца, ток через этот конденсатор C₂ зависит от входного напряжения преобразователя переменного тока в постоянный ток. Ток через конденсатор C₂ будет приводить к потерям мощности на резисторах R₁₂, R₁₃.

Фиг. 6 показывает формы сигналов, относящиеся к работе светодиодной трубки 50 уровня техники. Показанные формы сигналов представляют собой выходной ток I_L2 балласта (т.е. ток [мА] через катушку L₂ индуктивности ВЧ-балласта); ток I_L50 согласующей катушки индуктивности (т.е. ток [мА] через катушку L₅₀ индуктивности согласующей цепи); напряжение U_C50 согласующего конденсатора (т.е. напряжение [В] на согласующем конденсаторе C₅₀), которое примерно равно выходному напряжению балласта; и мощность P₁₀₀ светодиода (т.е. мощности [Вт], рассеиваемой светодиодным устройством 100). Оси X и Y в каждом случае соответствуют осям X и Y по фиг. 3. Ясно, что характеристики этой светодиодной трубки 50 уровня техники не такие хорошие, как характеристики светодиодной трубки 1 в соответствии с изобретением: из-за увеличенного тока обратной связи ток через катушку L₅₀ индуктивности будет увеличиваться, приводя к слишком большому рассеянию мощности на светодиодах 100. Выходной ток I_L2 ВЧ-балласта близок к 1A на пиковом значении, напряжение U_С50 согласующего конденсатора составляет 300 В на пиковом значении, а средняя мощность P₁₀₀, рассеиваемая на светодиодах 100, составляет 28 Вт. Очевидно, что относительно рассеяния мощности, эти показанные формы сигналов иллюстрируют менее благоприятные характеристики светодиодной трубки уровня техники.

Хотя настоящее изобретение было раскрыто в виде предпочтительных вариантов осуществления и их модификаций, следует понимать, что в нем могут быть выполнены многочисленные дополнительные модификации и изменения, не выходя за рамки объема изобретения.

Для ясности следует понимать, что использование по всей этой заявке признаков единственного числа не исключает множества, а слово «содержащий» не исключает других этапов или элементов.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - трубчатая светодиодная трубка

10 - драйвер

11, 12, 13, 14 - вывод

100 - светодиодное устройство

2 - высокочастотный балласт

21, 22, 23, 24 - вывод

3 - трубчатое светодиодное осветительное устройство

5 - осветительное устройство уровня техники

50 - трубчатое светодиодное осветительное устройство уровня техники

R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄ - резистор имитации нити накала

L₁₁, L₁₂ - связанные катушки индуктивности

L₁ - катушка индуктивности согласующей цепи

C₁ - конденсатор согласующей цепи

L₂ - катушка индуктивности ВЧ-балласта

C₂ - конденсатор ВЧ-балласта

Q₁, Q₂ - полевые МОП-транзисторы

I_L1 - ток катушки индуктивности согласующей цепи

I_L2 - выходной ток балласта

U_C1 - напряжение конденсатора согласующей цепи

P₁₀₀ - мощность светодиода

I_L50 - ток катушки индуктивности согласующей цепи уровня техники

U_C50 - напряжение конденсатора согласующей цепи уровня техники

Изобретение относится к светодиодной трубчатой лампе и осветительному устройству, содержащему такую светодиодную трубчатую лампу. Техническим результатом является обеспечение эффективной светодиодной трубчатой лампы, которая является совместимой с многочисленными различными типами ВЧ-балласта. Результат достигается тем, что светодиодная трубчатая лампа (1), предназначенная для использования с высокочастотным балластом (2), содержит светодиодное устройство (100), драйвер (10), предназначенный для возбуждения светодиодного устройства (100), и первую пару соединительных выводов (11, 12) для подсоединения к первым выходам (21, 22) высокочастотного балласта (2) и вторую пару соединительных выводов (13, 14) для подсоединения ко вторым выходам (23, 24) высокочастотного балласта (2), и при этом светодиодная трубчатая лампа (1) характеризуется парой магнитно-связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности, содержащей первую катушку (L₁₁) индуктивности, подключенную последовательно с одним выводом (11) первой пары соединительных выводов (11, 12), и вторую катушку (L₁₂) индуктивности, подключенную последовательно с другим выводом (12) первой пары соединительных выводов (11, 12). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Светодиодная трубчатая лампа (1), предназначенная для использования с высокочастотным балластом (2), при этом светодиодная трубчатая лампа (1) содержит:

- светодиодное устройство (100);

- драйвер (10), предназначенный для возбуждения светодиодного устройства (100);

- первую пару соединительных выводов (11, 12) для подсоединения к первым выходам (21, 22) высокочастотного балласта (2) и вторую пару соединительных выводов (13, 14) для подсоединения ко вторым выходам (23, 24) высокочастотного балласта (2), и

при этом светодиодная трубчатая лампа (1) характеризуется парой магнитно-связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности, содержащей первую катушку (L₁₁) индуктивности, подключенную последовательно с одним выводом (11) первой пары соединительных выводов (11, 12), и вторую катушку (L₁₂) индуктивности, подключенную последовательно с другим выводом (12) первой пары соединительных выводов (11, 12), при этом упомянутая первая катушка (L₁₁) индуктивности находится в первом контуре, обеспечивающем прохождение тока из высокочастотного балласта (2) в драйвер (10), упомянутая вторая катушка (L₁₂) индуктивности находится во втором контуре, и связанные катушки (L₁₁, L₁₂) индуктивности упомянутой пары магнитно связаны таким образом, что в ответ на ток в первом контуре ограничивается ток во втором контуре.

2. Светодиодная трубчатая лампа по п. 1, в которой каждая катушка (L₁₁, L₁₂) индуктивности из пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности подключена последовательно с набором резисторов (R₁₁, R₁₂) нити накала первой пары соединительных выводов (11, 12) и/или через вторую пару соединительных выводов (13, 14) с другим набором резисторов (R₁₃, R₁₄) нити накала.

3. Светодиодная трубчатая лампа по п. 1 или 2, в которой катушки (L₁₁, L₁₂) индуктивности пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности соединены имеющими одинаковую полярность, в результате чего ток в первом контуре увеличивает полное сопротивление второго контура и уменьшает ток во втором контуре.

4. Светодиодная трубчатая лампа по любому из предшествующих пунктов, в которой катушки индуктивности пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности имеют по существу одинаковые номиналы.

5. Светодиодная трубчатая лампа по любому из предшествующих пунктов, в которой коэффициент связи пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности составляет по меньшей мере 0,75, более предпочтительно по меньшей мере 0,85, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,95.

6. Светодиодная трубчатая лампа по любому из предшествующих пунктов, в которой катушка (L₁₁, L₁₂) индуктивности пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности имеет номинал в диапазоне от 10,0 мкГн до 1,0 мГн.

7. Светодиодная трубчатая лампа по любому из предшествующих пунктов, содержащая согласующую цепь (C₁, L₁).

8. Светодиодная трубчатая лампа по п. 4, в которой согласующая цепь (C₁, L₁) содержит катушку (L₁) индуктивности согласующей цепи, подключенную между общим узлом пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности и первым входом драйвера (10), и конденсатор (C₁) согласующей цепи, подключенный между общим узлом пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности и вторым входом драйвера (10).

9. Светодиодная трубчатая лампа по п. 7 или 8, в которой катушки (L₁₁, L₁₂) индуктивности пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности соединены имеющими противоположную полярность, а катушка (L₁) индуктивности согласующей цепи также связана с парой связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности с одинаковой полярностью, в результате чего катушка (L₁) индуктивности согласующей цепи уменьшает ток в первом контуре и, в свою очередь, уменьшает ток во втором контуре.

10. Светодиодная трубчатая лампа по любому из пп. 7-9, в которой катушка (L₁) индуктивности согласующей цепи имеет номинал в диапазоне от 100,0 мкГн до 5,0 мГн.

11. Светодиодная трубчатая лампа по любому из предшествующих пунктов, в которой второй вывод (12) первой пары соединительных выводов (11, 12) и первый вывод (13) второй пары соединительных выводов (13, 14) выполнены с возможностью подключения между еще одним выходом (22) из первых выходов (21, 22) и одним выходом (23) из вторых выходов (23, 24) и последовательно с выходным конденсатором (C₂) ВЧ-балласта (2).

12. Светодиодная трубчатая лампа по любому из предшествующих пунктов, выполненная в виде модифицированной лампы (1) для замены прямолинейной люминесцентной лампы с диаметром трубки в диапазоне от 5,0 до 50,0 мм или компактной люминесцентной лампы и содержащая по существу трубчатый корпус для размещения, по меньшей мере, светодиодного устройства (100), драйвера (10), согласующей цепи (C₁, L₁) и пары связанных катушек (L₁₁, L₁₂) индуктивности.

13. Осветительное устройство (3) со светодиодной трубкой, содержащее:

- высокочастотный балласт (2), предназначенный для использования с люминесцентной трубчатой лампой,

- светодиодную трубчатую лампу (1) по любому из пунктов 1-12, подсоединенную к высокочастотному балласту (2).