專利名稱：Led節(jié)能燈電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED節(jié)能燈電路，具體講是一種電氣照明燈電路。
背景技術(shù)：
第一個(gè)商用的發(fā)光二極管產(chǎn)生于1960年，發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。LED的核心部分是由P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為ρ-η結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能，不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不 同顏色的光線，當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。由鎵(Ga)與砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二極管，是常用的LED，如磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。LED是一種低電壓低電流高效發(fā)光的二極管器件，正向工作電壓是LED工作的一個(gè)重要參數(shù)，不同顏色的LED的正向工作電壓值也不一樣，它的工作電壓1. 4 3V ;
正向電流是LED的另一個(gè)重要工作參數(shù)，調(diào)制LED的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。LED的正向伏安特性曲線很陡，作為一種半導(dǎo)體二極管，其過(guò)載性能很差，使用時(shí)必須限流以控制通過(guò)管子的電流，超過(guò)它的最大容許電流就會(huì)損壞LED，不同種類的LED的最大正向電流是不一樣的，亮度與電流不是線性關(guān)系，電流大到一定值時(shí)，亮度變化不大，有的工作電流僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光，我們常用的直徑5mm的LED的最大正向電流一般都是25mA，通常情況下選擇電流在3-20mA ;大功率LED的工作電流可以達(dá)到500mA甚至更高。但任何情況下都要保證不能超過(guò)LED的最大容許電流。LED的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以與小白熾燈泡和氖燈相比，LED抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；
最初LED用作儀器儀表的指示光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管可顯示O 9十個(gè)數(shù)目字等。后來(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了 18個(gè)紅色LED光源,包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，只有原來(lái)耗電量的10%即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。把LED作為光源用于照明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、耗電量少光效為751m/w的LED較同等亮度的白熾燈耗電量減少80%以上；2、壽命長(zhǎng)產(chǎn)品壽命長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)小時(shí)，24小時(shí)連續(xù)點(diǎn)亮可用7年；3、納秒級(jí)的響應(yīng)速度，使亮度和色彩的動(dòng)態(tài)控制變得容易可實(shí)現(xiàn)色彩動(dòng)態(tài)變化和數(shù)字化控制；4、設(shè)計(jì)空間大可實(shí)現(xiàn)與建筑的有機(jī)融合，達(dá)到只見(jiàn)光不見(jiàn)燈的效果；5、環(huán)保無(wú)有害金屬汞，無(wú)紅外線和紫外線輻射；6、顏色不同波長(zhǎng)產(chǎn)生不同彩色光，鮮艷飽和，無(wú)需濾光鏡，可用紅綠藍(lán)三原色控制后形成各種不同的顏色，可實(shí)現(xiàn)全彩漸變等各種變色效果。LED從誕生至今以每10年亮度提高30倍，價(jià)格下降10倍的定律快速發(fā)展，正在突破大功率、高光效、低成本三大瓶頸，不斷駛?cè)肷逃没目燔嚨?。大功率高亮度白光LED目前實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)達(dá)到1001m/w的水平,接近601m/w的大功率白光LED已進(jìn)入商業(yè)化。在單色光方面，紅光、黃光、藍(lán)光、綠光的光效也不斷被刷新記錄。目前，LED用于照明或燈飾成為發(fā)展趨勢(shì)。在這眾多的優(yōu)勢(shì)面前，作為一種節(jié)能高效的發(fā)光用品，為什么LED燈沒(méi)有成為大眾家室中主流的照明燈具，沒(méi)有成為城市街道的夜間照明燈具，也沒(méi)有成為廣泛行駛在城市鄉(xiāng)間道路上車輛夜間的照明燈具，沒(méi)有作為沖在科技前列的后起之秀去占領(lǐng)照明市場(chǎng)呢？
問(wèn)題的關(guān)鍵正出在LED的低電壓低電流高效率上。LED工作的低電壓低電流并不容易燒斷LED，LED的主要故障是由于溫度上升引起保護(hù)內(nèi)部芯線的封裝LED的環(huán)氧樹脂膨脹，把連接LED的引線拉斷造成LED斷路故障。而一個(gè)LED出了斷路故障，整個(gè)LED串就不亮了。以我國(guó)電網(wǎng)為例，一個(gè)LED的電壓只有I 3V，市電電壓的有效值為 220V，整流后的幅值超過(guò)300V，實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)電壓可以點(diǎn)亮115只LED甚至更多；如果把100多只LED串聯(lián)著接在電網(wǎng)上使用，只要其中一只LED斷路損壞，這整串LED燈就損壞不再亮了，一個(gè)長(zhǎng)壽命的LED串聯(lián)上百個(gè)就成為了一個(gè)短命的LED串，數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論表明其工作壽命按照指數(shù)率降低，串聯(lián)的LED越多，壽命下降得越快。有的LED燈采用變壓器降壓或開關(guān)電源供電，把較高的市電電壓降低為低壓后整流成低壓直流電壓給LED供電，這樣，每個(gè)LED串的長(zhǎng)度就可以大大縮短了，但一個(gè)簡(jiǎn)單的LED燈就變成了一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的問(wèn)題復(fù)雜化從來(lái)不是解決問(wèn)題之道，變壓器降壓及用開關(guān)電源，體積大，成本高，不便安裝；而且它的故障率、電源使用效率都無(wú)法保障。在中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利網(wǎng)上作專利檢索，輸入“LED”關(guān)鍵詞就能查到有一萬(wàn)一千多項(xiàng)發(fā)明專利，二萬(wàn)六千多項(xiàng)實(shí)用新型專利，一萬(wàn)三千多項(xiàng)外觀設(shè)計(jì)專利，在技術(shù)科技工作者的眼中不可謂不是一個(gè)大熱門，節(jié)能降耗是我們這個(gè)時(shí)代的主旋律，毫無(wú)疑問(wèn)，采用LED照明無(wú)疑會(huì)大大降低照明電耗，代表著照明電器的發(fā)展方向。在民間市場(chǎng)上各種各樣的LED燈具也是琳瑯滿目，百姓家中多有5V、12V等電壓級(jí)別的低壓直流LED燈，甚至利用多余的手機(jī)電池充電的LED燈飾產(chǎn)品；但不管從哪個(gè)角度看，LED燈在人們的生活中只是充當(dāng)了一個(gè)配角的角色，而且是一個(gè)完全不顯眼的小配角角色，因?yàn)橛袃纱笾饕獑?wèn)題還沒(méi)有從根本上得到解決，一個(gè)問(wèn)題是LED的高可靠性用在高電壓的市電網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，LED燈就變成了短命燈，它的可靠性還趕不上常用的普通燈具；另一個(gè)問(wèn)題是LED作為一種節(jié)能燈，它的效能并沒(méi)有充分利用電能轉(zhuǎn)化為亮度，節(jié)電的效果并沒(méi)有充分顯現(xiàn)出來(lái)，很大部分電能白白浪費(fèi)在了電路上了。本發(fā)明旨在于提供一種既能提高電源使用效率，又能夠把LED斷路造成的故障限制在最小的范圍內(nèi)，只會(huì)讓斷路相關(guān)的LED熄滅，不會(huì)造成整條LED串同時(shí)癱瘓。本發(fā)明是這樣構(gòu)成的
一種由至少一條LED、穩(wěn)壓二極管組成的LED串并聯(lián)而成的LED燈，其特征是LED串由數(shù)級(jí)LED環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，每級(jí)LED環(huán)節(jié)由不少于一顆LED與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)而成，LED與LED的方向相同，穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓Uw大于本LED環(huán)節(jié)中各LED正向工作壓降之和，每串LED串的LED總數(shù)量S由下式?jīng)Q定
S 彡 O. 5XV/Uf
式中V——LED串所在電路的電壓幅值；
Uf——LED的平均正向工作壓降。
說(shuō)明穩(wěn)壓二極管是二極管的特殊使用，其實(shí)質(zhì)就是具有特殊反向電壓的二極管的反 向應(yīng)用器件；它穩(wěn)壓的方向與其它二極管是相反的，二極管的穩(wěn)壓作用是通過(guò)二極管的PN結(jié)反向擊穿后使其兩端電壓變化很小，基本維持一個(gè)恒定值。因此在以上電路中，每級(jí)LED環(huán)節(jié)中并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管用其它二極管與LED反向并聯(lián)的原理是類似的，也會(huì)取得類似的效果，但要注意二極管的反向擊穿電壓要大于LED的正向壓降，但也不要大的太多。
在實(shí)際使用時(shí)要求穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值大于但又接近于LED的正向壓降，這樣LED斷路以后由穩(wěn)壓二極管旁路時(shí)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓和該級(jí)LED環(huán)節(jié)的壓降變化不大，才會(huì)使LED串的正向電流穩(wěn)定，不會(huì)使LED串的亮度有明顯降低。穩(wěn)壓二極管及二極管的制作技術(shù)非常成熟，從原理上講引起穩(wěn)壓二極管或二極管損壞的因素主要是過(guò)壓過(guò)流，注意選擇穩(wěn)壓二極管的參數(shù)，使它們有足夠的驅(qū)動(dòng)能力則它們的工作是極其穩(wěn)定的，所以針對(duì)大功率LED特別值得注意的是穩(wěn)壓二極管的驅(qū)動(dòng)能力選擇，要特別注意穩(wěn)壓二極管的功率應(yīng)與大功率LED的電流相配，以保證大功率LED的工作電流在穩(wěn)壓二極管的額定電流范圍內(nèi)并保留有足夠的余地。下面用實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
及


實(shí)施例1 :LED串的工作原理圖 附圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的實(shí)施電路圖

附圖1工作于交流220V的LED串的工作原理圖
LED Dl與穩(wěn)壓二極管Zl并聯(lián)后組成第一級(jí)LED環(huán)節(jié)，LED Dl為白色直插超亮LED，其正向工作壓降小于3V，Zl直接并聯(lián)在Dl的兩端，選用3C1穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓值為3. 1V_3. 3V。第二級(jí)LED環(huán)節(jié)由D2和D3串聯(lián)后再與穩(wěn)壓二極管Z2并聯(lián)組成，D2為紅色直插超亮LED，D3為黃色直插超亮LED，D2的壓降為2. 0—2. 2V ；D3的壓降為1. 8—2. OV ；Z2選用穩(wěn)壓電壓> D2和D3 二只LED的正向壓降之和4V又非常接近的4C3，它的穩(wěn)壓值為4. 2V-4. 4V?！渌麹ED和上述LED串聯(lián)，每一只LED都和穩(wěn)壓二極管并聯(lián)(如果愿意，可以并聯(lián)N次)，穩(wěn)壓二極管的選用原則和上述穩(wěn)壓二極管的一致，在此不再累述。LED與LED的串聯(lián)方向是一致的，
LED串的總數(shù)選擇為100只，它是由LED與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)的LED環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。
提高電源利用率的方法是保證有占電壓幅值50%以上的電壓消耗于LED上，以保證電源的多數(shù)能量被用于有用的照明上，附圖1所示虛線框內(nèi)為L(zhǎng)ED串，其總數(shù)為100只，這也是在220V電壓下LED串的典型使用數(shù)量，220V是我國(guó)市電網(wǎng)絡(luò)的有效值，其幅值是它的1. 4倍約310V，取LED的平均正向工作壓降為2. 8V, LED的總數(shù)應(yīng)大于56只。才能保證消耗在限流電阻發(fā)熱損耗的電功率只占電源總幅值中的小部分，大部分電功率消耗在LED照明上。按公式計(jì)算它驅(qū)動(dòng)的白色LED最大總數(shù)為112只，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)(有效值) 220V的市電能驅(qū)動(dòng)115只以上的白色LED (因?yàn)檫@其中要考慮LED的亮度以及電網(wǎng)電壓波動(dòng)等因素)，100只的總正向工作壓降約是最大總數(shù)的90%，剩余部分電壓留作電路調(diào)節(jié)LED串電流之用，以應(yīng)付電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。斬波電路比使用限流電阻有更高節(jié)電效率，但到目前為止，還沒(méi)有能使用在高電壓下的成熟斬波電路。對(duì)LED串的供電電壓采用全波整流濾波+限流電阻限流；
工作原理
(I)LED正常工作時(shí)每一 LED環(huán)節(jié)在LED上的正向壓降(之和)小于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值，此時(shí)是LED短路掉了穩(wěn)壓二極管，電流是從LED流過(guò)，不流過(guò)穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管不影響發(fā)光。(2) LED斷路當(dāng)LED斷路后，電流通過(guò)穩(wěn)壓二極管續(xù)流，電流不會(huì)斷流，而且穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值只是略大于LED的正向壓降，斷路對(duì)應(yīng)的LED環(huán)節(jié)對(duì)整個(gè)LED的改變極小，不會(huì)造成整個(gè)LED串的亮度有較大改變，更不會(huì)造成LED串變黑。比如附圖1中LEDl斷路，電流會(huì)經(jīng)過(guò)Zl續(xù)流，整個(gè)LED串同樣會(huì)發(fā)亮，只有LEDl變黑。但第二個(gè)LED環(huán)節(jié)中D2或D3斷路，電流通過(guò)Z2續(xù)流，D2及D3會(huì)同時(shí)熄滅。一個(gè)LED環(huán)節(jié)中LED中任一個(gè)LED斷路，該環(huán)節(jié)中的所有LED同時(shí)都會(huì)熄滅。(3)LED擊穿LED擊穿后，其電流特性類似于一個(gè)300歐電阻的特性，該LED熄滅。但整個(gè)LED串基本不受影響。LED串并不限于全波整流的方式直流供電，如果它作為L(zhǎng)ED燈中的紋飾部分，也可采用半波或直接接在交流電路中等簡(jiǎn)單供電方式時(shí)，它會(huì)有明暗變化的閃爍效果。本發(fā)明實(shí)施例能夠?qū)嵤?，并能取得令人滿意的效果，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，使LED燈具有更好的節(jié)能效果、更長(zhǎng)的使用壽命和更佳的實(shí)用性能。
權(quán)利要求
1.一種由至少一條LED串并聯(lián)而成的LED燈，其特征是LED串由數(shù)級(jí)LED環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，每級(jí)LED環(huán)節(jié)由不少于一顆LED與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)而成，LED與LED的方向相同，穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓Uw大于本LED環(huán)節(jié)中各LED正向工作壓降之和，每串LED串的LED總數(shù)量S由下式?jīng)Q定S ≥ O. 5XV/Uf 式中V——LED串所在電路的電壓幅值； Uf——LED的平均正向工作壓降。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電氣照的LED節(jié)能燈電路，由至少一條LED串并聯(lián)而成，其特征是LED串由數(shù)級(jí)LED環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，每級(jí)LED環(huán)節(jié)由不少于一顆LED與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)而成，LED與LED的方向相同，穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓Uw大于本LED環(huán)節(jié)中各LED正向工作壓降之和，每串LED串的LED總數(shù)量S≥0.5×V/Uf，既能提高電源使用效率，又能夠把LED斷路造成的故障限制在最小的范圍內(nèi)，只會(huì)讓斷路相關(guān)的LED熄滅，不會(huì)造成整條LED串同時(shí)癱瘓。
文檔編號(hào)H05B37/00GK103024965SQ20121057837
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉維奇 申請(qǐng)人:劉維奇