專利名稱：發(fā)光二極管電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明與一種電子線路有關(guān)，尤其是與一種限制流過發(fā)光二極管電流的電子線路有關(guān)。
白熾燈在廣泛的環(huán)境下得到應(yīng)用并且在滿足各種需要方面獲得了極大商業(yè)成功。近來，業(yè)界正在尋找一種替代光源，具有延長的壽命，并可經(jīng)受機械振動或沖擊應(yīng)用場合的惡劣狀況，這對于相對脆弱的白熾燈燈絲或者線圈是一個問題。白熾燈用于這種場合的一種典型應(yīng)用就是家用器具譬如真空吸塵器。過去，白熾燈曾被廣泛應(yīng)用于真空吸塵器。然而，在真空吸塵器工作時，這些白熾燈遇到大量機械沖擊并由此導致機械故障。結(jié)果，白熾燈壽命較短因而需要頻繁更換。
由于其堅固的結(jié)構(gòu)能夠承受機械振動，而且在高效運行的同時擁有長壽命，發(fā)光二極管(LED)被提議作為白熾燈的替代光源。在這種環(huán)境下，電源電流遠遠大于發(fā)光二極管所允許的最大電流。在利用諸如橋式整流器等將交流電(AC)轉(zhuǎn)化為直流電(DC)后，使用電阻器來限制流過發(fā)光二板管電流的技術(shù)已廣為人知。因為電阻器耗散電能而發(fā)熱，伴隨這種方法的一個問題是這種電路伴隨的放熱。因而，良好的散熱是必要的，因為散熱不良是電阻器故障的最主要原因。如此一來，以發(fā)光二極管作為光源的替代應(yīng)用所帶來的許多能量效益就被抵消了。
這種方法的另一個問題是一般情況下與家用器具有關(guān)的電氣區(qū)域或者電隔室非常有限。因此，這些二極管和限流元件必須被配置為在這個緊湊的區(qū)域內(nèi)，而不能使該區(qū)域過熱而導致元件故障。
限制供給發(fā)光二極管電流的另一種建議的方法是取消整流器并且電阻器與一對極性相反的發(fā)光二極管串聯(lián)。但是，由于電阻器仍然作為限流器件加以使用，整流器電路的效率低下仍未得到解決。
還有另外一種限流方法是用電感器連接一對相反極性的發(fā)光二極管。由于所需電感器的尺寸，在用于空間有限的地方時，這種方法不盡人意。另外，由于理想電感器不支持直流電壓，因而這樣就不能糾正二極管的不均衡。
由此，存在著對限流替代方案的需求。
本發(fā)明簡要概述本發(fā)明提供一種更便宜的限流電路。
本發(fā)明使用少數(shù)幾個元件而在電隔室中占據(jù)少量空間。
電流由容抗而不是阻抗或者感抗來限制。限制二極管電流的電路包括一個連接到負載的電容器和至少兩個二極管，這些二極管反極性且并聯(lián)。
在另一個實施例中，電容器連接到至少一對反極性并聯(lián)的二極管。
在另外又一個實施例中，電容器連接到兩個反極性并聯(lián)的二極管分支。
本電路具有幾個超出現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點。本限流電路僅需三個元件，即一個電容器和兩個連接到負載即交流電源的發(fā)光二極管。與現(xiàn)有任何技術(shù)的電路相比，本電路在電隔室中占用較小空間。
存在于使用電容器的另一個優(yōu)點是更便宜而且能補償任何直流電的不均衡。
而且還能實現(xiàn)另一個優(yōu)點，電容器比電阻器和電感器效率更高。
電路圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種限流電路典型實施例示意圖。
圖2顯示圖1限流電路的一種工作波形示意圖。
圖3顯示圖1限流電路的一種工作波形示意圖。
圖4和圖5顯示圖1限流電路的工作波形示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二種限流電路實施例示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的又一種限流電路實施例示意圖。
本發(fā)明詳述參考附圖，對本發(fā)明的幾個實施例加以說明和描述。說明中用同樣的參考數(shù)字表示相同的器件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的限流電路的典型參照圖1，典型限流電路100包括一個負載或交流電源110，其與一個電抗電流限制器件或電容器120串聯(lián)。電容器120與第一、第二反極性發(fā)光二極管130，135串聯(lián)。發(fā)光二極管130，135安排成并聯(lián)以便發(fā)光二極管130，135承受相同的電勢，每個二極管130或135在每半個周期中被點亮。發(fā)光二極管130，135最好以技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)廣為人知的方式使之極性相反。
本例中，交流電源110，是有代表性的120伏60赫茲交流電源，盡管不脫出本發(fā)明的范圍和意圖，可以采用不同的額定電源。實例性實施例中的發(fā)光二極管130，135需要1.7到4.7伏(V)之間的正向工作電壓。一般情況下發(fā)光二極管130，135具有大約5V的最大反向工作電壓。白色發(fā)光二極管在大約70毫安(mA)時的正向電壓大約是4.7V，預(yù)計其不過熱的最大工作電流大約70毫安(mA)。流過發(fā)光二極管130，135的典型直流電流大約20到40毫安(mA)。然而，直流電流值取決于所需的亮度水平。這些元件數(shù)值僅僅是作為代表，而不應(yīng)被視作任何方式的限制。
限流電路所需電容器120的大小取決于發(fā)光二極管所需的亮度水平。首先，算出為限制電流達到所需亮度的必要阻抗。該阻抗值應(yīng)大約為Z=2·Vπ·I]]>這里，I是流過發(fā)光二極管130或135的平均電流，用安培表達。V是有效電壓值，用伏特表達。如果發(fā)光二極管130或135的正向電壓遠低于電源電壓，該電壓約等于電源電壓。
然后，選定容抗等于以上算出的阻抗所需的電容大小。容抗用如下公式計算C＝1/(2*pi*f*Xc)這里，f是以赫茲(Hz)表達的頻率，Xc是以歐姆表達的容抗。在實例性限流電路100中，欲使流過發(fā)光二極管的電流是20毫安，容抗是2.7K歐姆，電容器120的電容量是1微法。
限流電路100依下列方式工作。在工作時，正弦交流電壓存在于輸入端子N1和N2。變化的施加電壓導致電容器120充電和放電。雖然沒有電流流過電容器120的介質(zhì)(絕緣物)部分，但電容器120的充放電在連接于電容器極板的限流電路100中產(chǎn)生電流。來自電容器120的電流到達發(fā)光二板管130，135，而具有與交流電源110的施加電壓相等的頻率。這樣，電容器120供給交流電流向發(fā)光二極管130，135提供能量，通過選擇電容器120的大小，施加到發(fā)光二極管130，135的交流電流取決于該容抗。電流流過電容器120，其具有等于限流阻抗(本例為2.7K歐姆)的容抗。流過每只二極管的平均電流是20毫安，導致發(fā)光二極管130發(fā)光，這時流過反極性的發(fā)光二極管135的電流截止。
由于電容器確實有功率損耗，諸如漏電流和等效串聯(lián)電阻，與其傳遞的功率相比，這些損耗通常很小。因而，流過二極管的電流被更有效地限制，因而這種電路能得以更廣泛的應(yīng)用。這種電路特別適用于有限的電隔室空間的照明應(yīng)用，諸如真空吸塵器和夜燈。
圖2顯示限流電路100工作時流過電容器120的電流200之波形圖。X軸表示以毫秒(ms)計的時間，Y軸表示以毫安(mA)計的電流。正如所能看到的，流過電容器120的電流200基本上是輻度從-63毫安到63毫安的正弦波。
圖3圖示了流過電容器120的平均電流300。X軸表示以毫秒(ms)計的時間，Y軸表示以毫安(mA)計的電流。正如所能看到的，流過電容器120的平均電流是0毫安。
圖4和圖5顯示了限流電路100工作時流過發(fā)光二極管130，135的電流400，500之波形圖。X軸表示以毫秒(ms)計的時間，Y軸表示以毫安(mA)計的電流。流過第一只發(fā)光二極管130的電流400反映了半個周期的流過電容器120的電流200。流過反極性發(fā)光二極管135的電流500，基本上與流過發(fā)光二極管130的電流400移相180度后相同。
強調(diào)一下，本發(fā)明的可選實施例，比如圖6，圖7和下面將進一步詳述的，圖2到圖5所示的波形圖可以是一樣的。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的限流電路第二種實施例示意圖。限流電路600包括交流電源110，其串聯(lián)一只電容器120。至少一對630反極性發(fā)光二極管130，135并聯(lián)。當然，該發(fā)光二極管對630與電容器120串聯(lián)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的限流電路700的又一種實施例示意圖。限流電路700包括一個交流電源110，其串聯(lián)一只電容器120。電容器120與發(fā)光二極管130，135的兩個反極性并聯(lián)分支730相串聯(lián)。每個分支730可以包含不限數(shù)量的同極性發(fā)光二極管130或135。盡管最好是使每個反極性分支730包含相等數(shù)量的發(fā)光二極管130或135，但只要每個發(fā)光二極管130或135反極性分支730兩端的電壓基本是相同的，擁有不同數(shù)量的發(fā)光二極管130或135也是可以接受的。電容器120是分支730之間電壓的任何不均衡的原因。但是，分支730之間發(fā)光二極管130或135分布的不均等，受到發(fā)光二極管130，135允許的反向電壓的限制。
總而言之，本發(fā)明提供一種不用外部整流設(shè)備/元件的交流電源向發(fā)光二極管供電的有效方法。本發(fā)明使限流器件(即，電容器)上的功率損耗最小。與傳統(tǒng)方法中使用電阻器限制電流相對，它使用電抗元件限流。本發(fā)明的應(yīng)用伴隨著均等數(shù)量的發(fā)光二極管，盡管可以理解電路特定分支中的發(fā)光二極管數(shù)量也可變化。
另外，因為對于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通人員來說，肯定會發(fā)生大量修改和變更。因而，本發(fā)明不局限于由此描述和圖解的實際結(jié)構(gòu)和工作方式。因此，所有可采取的適當修改和等效應(yīng)認為屬于本權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種限流電路，包括(a)一個交流電源(b)一個電抗元件，耦合到上述交流電源，用于限制電流；和(c)至少兩只二極管耦合到上述電抗元件，上述二極管被反極性且并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中，上述電抗元件是電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中，上述二極管是發(fā)光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中，二極管的數(shù)量是偶數(shù)。
5.一種適用于限制來自相關(guān)交流電源電流的電路，包括(a)一個電容器，耦合到上述相關(guān)交流電源，用于限制電流；和(b)至少兩個發(fā)光元件，其連接到上述電容器，上述發(fā)光元件被反極性且并聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其中，上述發(fā)光器件是發(fā)光二極管。
7.一種限流電路，包括(a)一個電容器，連接到電源，用于限制電流；和(b)至少一對發(fā)光元件，連接到上述電容器，上述這對發(fā)光元件被反極性且并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電路，其中，上述發(fā)光元件是發(fā)光二極管。
9.一種限流電路，包括(a)一個電容器，連接到電源，用于限流；和(b)兩個發(fā)光元件分支，耦合到上述電容器，上述發(fā)光元件分支被反極性且并聯(lián)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電路，其中，上述發(fā)光元件是發(fā)光二極管。
11.一種由相關(guān)的交流電源向二極管供電的方法，包括(a)提供一個耦合到上述相關(guān)的交流電源用于限流的電抗元件，；和(b)供應(yīng)耦合到上述電抗元件的至少第一和第二二極管，上述第一和第二二極管被反極性且并聯(lián)連接。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，上述電抗元件是電容器。
全文摘要
一種便宜又省空間的二極管電路裝置，用于限制來自交流電源的電流，使用僅僅少數(shù)幾個元件。該電路包括一個連接到交流電源(110)的電容器(120)和至少兩個反極性并聯(lián)的二極管(130)。這種電路可以得到廣泛應(yīng)用。例如，該電路尤其多用于家用器具和電子工業(yè)，譬如真空吸塵器，在那里，容納發(fā)光二極管的電隔室空間有限。
文檔編號H05B33/08GK1394460SQ01803277
公開日2003年1月29日 申請日期2001年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月24日
發(fā)明者L·R·內(nèi)羅尼 申請人:通用電氣公司