專利名稱：Led燈串的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的來講涉及節(jié)日燈串，例如那些用來裝飾圣誕樹的燈串。
技術背景燈串，就是由電線連接起來并由 一個插入到插座中的插頭供電的多個燈泡， 其用來裝飾圣誕樹和家庭。這些燈串要用于內(nèi)部裝飾和外部裝飾。對于一個100個燈泡的燈組來說，通常有兩種類型 一類是兩串聯(lián)電路和 另一類是三串聯(lián)電路。這兩類燈組工作方式相同，其不同點在于亮度不同。其 中一類是正常亮度，而另一類則被稱為"超"亮。亮度的不同是因為燈泡的電 壓不同。兩串聯(lián)電路中每個燈泡上的電壓較低(2.5V),即125/50。每個串聯(lián)電 路上有50個燈泡。三串聯(lián)電路中每個燈泡上的電壓較高(3.5V)，即125/35,電壓高，因此燈 泡亮度大。每個串聯(lián)電路中有35個燈泡。這就意味著"超亮"的IOO個燈泡的 類組中實際具有105個燈泡?，F(xiàn)有的燈串具有以下部件(l)一個AC插頭，其帶有一個側線頭和一個 零線頭，其中包括有兩個3安培的保險絲；(2)每一串聯(lián)電路中兩兩燈座之間 的6" -7"互聯(lián)電線(22AWG); (3)燈組端部的1個AC插座；(4)從燈組端 部插座引出并返回到該燈組中每一個電路最后一個燈座的"反饋"或零線 (22AWG),其最終終止于插頭；(5) —個"火"線(22AWG)，其從插頭連 接到該燈組中第一電路的第一個燈座；(6) —根"火"線(22AWG)，其從插 頭連到該燈組中的其它串聯(lián)電路上；(7)兩根電線上的多個塑料燈座；(8)三 根電線上的多個塑料燈座；(9)每根電線上的兩個銅接線端；(IO)固定燈泡用 的塑料插頭；以及(11)最小的玻璃燈泡。 現(xiàn)有的另一類系統(tǒng)采用多個彼此并聯(lián)的燈群和一個可編程設備，其中每個燈群由很少的燈泡組成。該類燈串在本發(fā)明人的美國專利US6367952中公開， 這里其以引用的方式全文并入。每個燈群均與其它燈群彼此串聯(lián)。如果一個燈 群中的一個或多個燈泡燒了或被去掉了，那么可編程設備就能通過程序使該燈 群中的其它燈泡保持在所述一個或多個燈泡燒掉或去掉之前所處的電壓上。全世界每年要賣掉成百上千萬的節(jié)日燈串。這些燈串加起來要消消耗大量 的能源并產(chǎn)生大量的熱。因此，這些節(jié)日燈串所消耗的熱量和能量如果能有一 點點的降低都是非常有益義的。因此，人們不斷地希望能有更好的節(jié)日燈串。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是一種發(fā)光二極管(LED)燈串，其包括有多個燈族，每個燈族中 的每一個LED均與該燈族中的其它LED并聯(lián)，并且每一個LED燈族均與其它 燈族串聯(lián)，同時該燈串終端要么連接在一個插頭上，要么連接在一個保險插座 上，其中的插頭將進來的交流電整流成直流電并對流過電路的電流進行限制； 其中的插座將整流后的電流送到燈串上。本發(fā)明人提出的美國專利US6869313 中公開了一種帶有整流電路的保險插座，這里其以引用的方式全文并入本申請。 其中重要的一點的是，與每一族LED并聯(lián)的是一個能夠?qū)υ揕ED族中的電流 進行控制的設備。至少在一個實施例中，該設備能夠在某一燈族中有一個或多 個LED被去掉或壞掉時使電流從上一個LED燈族流過該LED燈族并流到下一 個LED燈族，其中不會出現(xiàn)整個燈串的短路。在另一實施例中，其還可通過編 程使該族中的那些LED按程序序列或指令關閉。在本發(fā)明的一個特定實施例中有一個LED燈族序列，其中每一個族中的每 一個燈均與該族中其它的LED并聯(lián)，并且與電壓調(diào)節(jié)設備如一對背對背的穩(wěn)壓 二極管并聯(lián)。重要的一點是，該穩(wěn)壓二極管保持在一個"部分打開"的模式， 這樣，當有一個燈燒壞或被去掉時，該穩(wěn)壓二極管就快速工作從而對流過其余 燈泡的電流進行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的另一個實施例包括一個LED燈族序列，其中每一個族均由多組LED構成，其中的每一個均與其它串聯(lián)，與該族中其它各個組LED以及該族 設備并聯(lián)。本發(fā)明的一個特征是，與白熾燈相比，LED消耗較小的電量產(chǎn)生較小的熱 量，因此更加節(jié)能。本發(fā)明的另一個特征是將族設備用作電壓調(diào)節(jié)器，同時能夠使不同顏色的 LED用在燈串中，這一點將在后面詳細說明。不同顏色的LED需要不同的電 流。將這些LED并聯(lián)布置在技術上有些困難。本發(fā)明的布置需要每一簇中的 LED具有相同的顏色(或者是同 一組的顏色)，但每一簇可以是不同的顏色(或 者是不同組的顏色)。本發(fā)明的另一個特征是通過LED的使用能夠使每一個燈串上具有更多數(shù) 目的燈。本發(fā)明的另 一個特征是將電壓調(diào)節(jié)器集成到每 一個族中。該特征限制了該 族中每 一 個LED的電流從而防止了過流的出現(xiàn)。最后，在現(xiàn)有的LED燈串中，電阻與LED并聯(lián)布置，從而會對電流形成 分流。在本發(fā)明中，不再需要這些電阻，因此就可避免這些電阻所消耗的能量， 即熱量。參照附圖結合本發(fā)明下面優(yōu)選實施例的詳細說明，本發(fā)明的這些和其它特 征和優(yōu)點對本領域的技術人員將會更加清楚。


圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實施例的LED燈串一部分的立體圖； 圖2是本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的LED燈串電路的示意圖； 圖3是本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的LED燈串電路的示意圖； 圖4是本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的LED燈串電路的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明是一種用在節(jié)日照明中的LED(發(fā)光二極管)燈串，以及在功能上 等同于例如迷你燈串的類似物。"燈串"是指彼此電氣相聯(lián)的多個燈，這些燈與一個插頭和一個插座相連, 由此在插頭連接到電源上時，所有燈都能亮起來。本發(fā)明燈串中的燈為發(fā)光二極管。這些發(fā)光二極管(LED)為固態(tài)的半導體設備，當其接線端上加上電壓 時這些二極管能發(fā)出特定顏色的光。LED就是二極管，因此只能在一個方向?qū)?電，在相反的方向上不導電。現(xiàn)在參見圖l,其中所示為本發(fā)明一優(yōu)選實施例的立體圖。燈串10包括 一個插頭12，其具有兩個端子14，該端子可插到一墻壁插座(圖中未示出)或 其它的電源中；多個LED16,其在物理上通過電線18連接起來。燈串10終端 接在一個電插座24中，該電插座可接收另 一個LED燈串的電插頭12。插頭12可以是常規(guī)的交流電插頭，也可以是一個內(nèi)部帶有整流器從而將交 流電轉(zhuǎn)換成直流電的插頭，其還可具有一個保險絲從而對電流進行限制防止燈 串IO的電流過大。此類的電插頭在本發(fā)明人的美國專利US5777868中公開了， 這里該文獻以引用的方式全文并入本申請。然而，作為優(yōu)選，可將插頭12做成 燈串的一部分，其中還包括有一個帶有前面US6869313中所述整流電路的保險 插座。該保險插座除了具有一個保險絲從而防止過載之外，還能對流過LED的 電流進行整流，不使來自插頭和電線的交流電流到插到保險插座上的燈串。如下所述，還有一種可能是不對交流電進行整流，而是在布置上使其中一 些LED在方向上能夠在交流電波形的第一部分時使進來的電流通過，余下的 LED在方向上能夠在交流電波形的其它部分使電流流過。每一個燈16都包括有一個燈座20和一個LED22。在燈串IO的間隔處有 一些可編程族設備(PGD) 26,其可按下面詳細描述的方式連接到燈串10上。 作為選擇，PGD可集成到一個插座20中，而不是每一個插座20中。參見圖2-4， LED成族布置，并且這些族在每個燈串中均串聯(lián)。在圖2所 示的LED燈串38中有四個LED 40布置成一族42，族42中的每一個LED 40 均與其它的LED40并聯(lián)。每一族42的LED 40必須通過相同的電流，但是不 同族42的LED 40可流過不同的電流。由于不同顏色的LED流過不同的電流， 因此可將不同族42的LED40具有不同的顏色。例如，紅色的LED流過大約 20mA;綠色的LED流過30mA;藍色的LED流過50mA。因此，可在某一族 42中布置四個顏色相同如紅色的LED,接著在下一族44中布置四個具有另一 種顏色如綠色的LED46，再接著是四個紅色的，四個藍色的，等等。每一族的PGD48在設計上應能與該族LED 40所流過的電流連接工作，即， 用于每一族顏色的PGD48的設計不同，這樣當有LED40燒壞或被去掉時，用 于該族的PGD48就開始工作，并通過電流，從而使該族42其余LED40的電 流沒有明顯的變化，同時燈串38整體也不會停止工作。LED燈串38的一端58有一個插頭56,另 一端62有一個插座60。作為優(yōu) 選，插座60如上所述是一種保險整流插座，其將整流后的電流送給燈串38的 負載，將常規(guī)的AC送給插到插座60中的下一個插頭64。作為選擇，可用一 個參考品種(referenced variety )的整流插頭來代替整流插座60。如圖3所示，圖中有一個LED燈串68,其由四組72構成，每組有三個串 聯(lián)的LED74、 76、 78,每一組72均與其它組72并聯(lián)。各組72均可有除3之 外的其它數(shù)目的多個燈。每一個LED可以是相同或不同的顏色(如紅色、綠色、 藍色等)，只要每一組72中均有同樣三個顏色的LED74、 76和78即可，這樣 一族70中的所有各組72均流過相同的電流。每一族70可以與其它的族相同， 也可與其它的族具有不同的LED組。如前所述，插頭86處于燈串68的一端87,同時整流插座90處于另一端 92從而將AC送到下一個插頭94，將DC送到二極管74、 76、 78。在圖4中，燈串110中的LED100用常規(guī)的二極管的電氣符號來表示從而 顯示出電流通過的方向。第一族102中的二極管IOO在方向上能使電流從左向 右流過，但從右向左的不能流過。第二族104中的二極管IOO則相反，其能使 電流從右向左流過，但從左向右的不能流過。因此，在交流電循環(huán)60的前半個
周期內(nèi)，第一族102會亮，第二族104不會亮。在后半個周期內(nèi)，第一族102 不會亮，第二族104會亮。在頻率為60Hz時，每一族102、 104均會以每分鐘 60次的速率開關閃爍，該頻率剛好比人眼的閃爍頻率要快一些。因此，這兩族 均表現(xiàn)為全亮的狀態(tài)，只是比整個周期全亮的亮度要差。該燈串110的第一端108有一個正常的插頭106,另 一端114有一個正常 的插座以便接收下一個插頭116。該燈串不需要整流，因為每一個二極管100 在方向上都能在交流電的半個周期內(nèi)工作。如果在族102或104中有二極管100燒壞，那么并聯(lián)的族設備(PGD) 118 會使電流從一個族流到下一個族，這樣該燈串110就能繼續(xù)點亮，同時該設備 還會對流過族的電流進行調(diào)節(jié)從而使每一個LED 100承載與燒壞前相同的電 流。在一實施例中，并聯(lián)的族設備26、 48、 80、 120由一個集成電路構成，該 集成電路包括有多個串聯(lián)疊置的半導體結，或者是一個二極設備；半導體結的 數(shù)目由燈的電壓確定。如果有一個LED燒壞了，那么該LED的觸點就被損壞， 或者是該LED從該族中取下，由于流過其它燈的電流會升高，同時由于電線電 阻的壓降原因，該族內(nèi)其余LED上的電壓會有些變化。通過PN結半導體或定制的雙極設備，這些設備上的壓降幅度取決于這些 半導體的設計和材料，在結構上，該PGD26、 48、 80、 120可預編好程序從而 對流過該族的電流以及其上的壓降進行調(diào)節(jié)，由此使電流和電壓不管各個燈22 發(fā)生什么情況都不超過一特定的水平，并保持不變。在使用交流電(AC)時，設備26、 48、 80、 120優(yōu)選是一對齊納二極管， 其在方向上背對背布置從而可用作電壓調(diào)節(jié)器。該電路的電壓決定了電路中的 族數(shù)，同時每一族的壓降決定了該電壓調(diào)節(jié)器所需的電壓特性。每一族在設計上均應使齊納二極管始終流過很小的電流，即"部分接通" 狀態(tài)。該狀態(tài)能使它們隨著電壓調(diào)節(jié)器快速進行快速地響應。這些齊納二極管的特征是具有很徒的翻轉(zhuǎn)或反向擊穿(breakdown)電壓曲線。然而，在該曲線的開始，有一個很小的相對平緩的部分，在該部分下工作不是一個完全"打開"的狀態(tài)。如果有一齊納二極管在該特性曲線的這一部分 下工作，那么就不會出現(xiàn)擊穿，但通常會有很小的泄漏電流，這表示其接近擊 穿點或崩潰點。使齊納二極管在該區(qū)域內(nèi)工作，并使之能小心地使用多一些的 電量保持在該區(qū)域內(nèi)，然后齊納二極管處于該區(qū)域之外，然而這樣做調(diào)節(jié)時間 得以縮短。在這些工作在AC中的并聯(lián)燈族的設計中，電壓的調(diào)節(jié)是最為重要 的。并聯(lián)的LED族，其以串聯(lián)形式相連，用作分壓器，其形成一個恒流、恒壓、 多部件的復合電路。族的并聯(lián)結構表明LED不能有旁路，而在正常的串聯(lián)連接 的小燈組中，所有燈泡都有旁路從而在燈絲壞了時使流過串聯(lián)電路的電流保持 不變。在這種并聯(lián)LED的結構中，LED可能會因各種原因損壞，然而即使前 述的 一個或多個情況出現(xiàn)這種族的結構也會使其佘的燈繼續(xù)亮起來。由于這一 個復雜的、多部件的、并聯(lián)/串聯(lián)電路和串聯(lián)/并聯(lián)/串聯(lián)電路，因此某一并聯(lián)族 中一個或多個燈的損失會使流過的電流發(fā)生變化。流過受到影響的族的電流降 低，因此其上的壓降也下降，這樣就要提高通過受到影響的族的電壓。電壓的 升高立即使齊納二極管進入到特性曲線的翻轉(zhuǎn)區(qū)域，同時使流過的電流足以平 衡整個電路，這些齊納二極管立即開始調(diào)節(jié)該族內(nèi)的電壓。這樣就使燈處于恒 定的電壓，從而使燈的壽命大大提高。燈串領域的技術人員均清楚在本發(fā)明的構思和范圍之內(nèi)上述的優(yōu)選實施例 還有其它許多的變化形式和修改形式，本發(fā)明的保護范圍由后面的權利要求書 來確定。
權利要求
1、一種與一電流源一起使用的燈串，其包括(a)一插頭；(b)一插座；(c)多個發(fā)光二極管，其成族布置，這些族相互串聯(lián)并與所述插頭和插座串聯(lián)，其中的每一個族均具有多組發(fā)光二極管，并且每一組至少具有一個發(fā)光二極管，所述的多個組彼此并聯(lián)；以及(d)一電壓調(diào)節(jié)器，其與所述每一族均并聯(lián)，所述電壓調(diào)節(jié)器使所述每一族的所述多個組的發(fā)光二極管中的電流在所述每一組至少有一個發(fā)光二極管損壞時能夠保持不變。
2、 如權利要求1的燈串，其進一步包括一個與所述族電氣連接的整流器以 便在所述插頭插入到電流源時對所述發(fā)光二極管的電流進行整流。
3、 如權利要求2的燈串，其中所述整流器由所述插座承載。
4、 如權利要求1的燈串，其進一步包括一個與所述發(fā)光二極管電氣連接的 保險絲。
5、 如權利要求2的燈串，其進一步包括一個與所述發(fā)光二極管電氣連接的 保險絲，并且其中所述整流器和所述保險絲由所述插座承載。
6、 如權利要求1的燈串，其中所述發(fā)光二極管在方向上應使每一個發(fā)光二 極管至少有50%的時間能夠通過電流。
7、 如權利要求1的燈串，其中在所述每一族中的所述發(fā)光二極管均為相同 的顏色。
8、 如權利要求l的燈串，其中所述至少一個發(fā)光二極管就是一個二極管。
9、 如權利要求l的燈串，其中所述至少一個發(fā)光二極管為一個以上，并且 所述一個以上的二極管中的每一個二極管的顏色均不同。
10、 如權利要求l的燈串，其中所述電壓調(diào)節(jié)器是一對背對背的齊納二極管。
11、 如權利要求8的燈串，其中所述齊納二極管在選擇上應使其在所述每 一族中所有的發(fā)光二極管都亮起來時工作在部分接通的狀態(tài)。
12、 如權利要求1的燈串，其中所述的至少一個發(fā)光二極管為三個二極管， 并且所述的三個二極管為紅色、綠色或藍色。
13、 如權利要求l的燈串，其中的發(fā)光二極管具有一個燈座，并且其中所 述的電壓調(diào)節(jié)器就包括在所述每一族中 一個發(fā)光二極管的所述燈座內(nèi)。
14、 如權利要求l的燈串，其中所述的每一族均包含有多個相同顏色的發(fā) 光二極管，該顏色選自紅色、綠色和藍色。
15、 一種與一電流源一起使用的燈串，其包括(a) —個插頭；(b) 一個插座；(c) 多個發(fā)光二極管，其成族布置，這些族相互串聯(lián)并與所述插頭和插座 串聯(lián)，其中所述多個族的每一個族均具有多組發(fā)光二極管，并且每一組至少具 有一個發(fā)光二極管，所述的多個組彼此并聯(lián)，所述發(fā)光二極管在布置上應使其 至少有50%的時間通過電流。
16、 如權利要求15的燈串，其中所述每一組的發(fā)光二極管均具有兩個二極 管，所述兩個二極管為紅色、綠色或藍色二極管，并且其中所述多個組的所述 發(fā)光二極管均為相同的顏色，這樣每一組的壓降均相同。
17、 如權利要求15的燈串，其中所述發(fā)光二極管為紅色、綠色或藍色二極管。
18、 如權利要求15的燈串，其中所述每一族在電流提供給所述燈串的所述 插頭時均會產(chǎn)生一個電壓降，并且每一族的電壓降均相同。
19、 如權利要求15的燈串，其進一步包括一個與所述發(fā)光二極管電氣連接 的整流器。
20、 如權利要求19的燈串，其中所述整流器由所述插座承載。
全文摘要
一種發(fā)光二極管(LED)燈串，其包括有多個串聯(lián)的燈族，每個燈族中均由多個LED或多個LED組組成，其中每一族中的每一個LED或LED組均與其它LED或其它LED組并聯(lián)，并且有一個并聯(lián)的族設備用來在該族內(nèi)有LED損壞時調(diào)節(jié)族內(nèi)的電壓。LED的電流在燈串的插頭或插座內(nèi)進行整流，優(yōu)選是后者。族內(nèi)每一個燈光的顏色，或者族內(nèi)每一組的顏色必須相同，但其它的族可包括有不同顏色的LED。在一實施例中，該些LED在方向上應使其在交流電的半個周期內(nèi)亮一半，并且在交流電的后半個周期內(nèi)亮剩下的一半。
文檔編號F21S4/00GK101158451SQ20071016421
公開日2008年4月9日 申請日期2007年9月30日 優(yōu)先權日2006年10月2日
發(fā)明者小詹姆士·W.·吉本尼 申請人:文圖文研究及發(fā)展公司