專利名稱：發(fā)光二極管照明電路及提高其發(fā)光效率的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(Light-emitting diode，LED)照明電路及方法，特別是一種能夠提高LED發(fā)光效率的照明電路及提高發(fā)光效率的方法。
背景技術：
隨著半導體發(fā)光二極管制作技術的進步，一種能產生白光的LED被投入使用，還有由紅、綠、藍LED組裝成的并由交流電源驅動的LED燈被廣泛運用。據(jù)統(tǒng)計，隨著LED在照明方面的廣泛應用，其在照明市場上的占有率已達到2％，而且其市場占有率還在逐年增長。
目前，驅動LED完成照明工作的方式主要有兩種一種是先將交流電整流成為直流電，然后經過電阻降壓，供給發(fā)光二極管LED發(fā)光，這種方式的缺點是無穩(wěn)壓穩(wěn)流功能，致使LED的發(fā)光效率低、壽命短；第二種電路是由開關電源供電，其缺點是電路元件總體體積大、元件多、成本高。最重要的是，以上兩種工作方式都是純直流供電環(huán)境，LED發(fā)光支路始終處于加電工作狀態(tài)，電功耗非常大，不利于節(jié)能，在電力資源日益緊張的情況下，節(jié)約電能無疑是一個重要課題。
因此，在LED被廣泛應用于照明市場的同時，提高LED的發(fā)光效率實屬必要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一目的是提供一種可提高發(fā)光效率的LED照明電路；本發(fā)明的第二目的是提供一種提高LED發(fā)光效率的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出的LED照明電路包括交流電源連接部分、將交流電整流的橋式整流電路、接受橋式整流電路輸出電流的LED陣列、與LED陣列串連的電感構成的發(fā)光支路、與發(fā)光支路反向并連的快恢復二極管、脈沖產生單元和MOSFET功率管，其中，脈沖產生單元和MOSFET功率管控制LED的工作狀態(tài)，使照明系統(tǒng)工作在脈沖電壓的環(huán)境下，利用視覺暫留效應，LED陣列在節(jié)能的前提下保持了發(fā)光效果，發(fā)光效率得到了提高。
本發(fā)明給出的提高LED發(fā)光效率的方法包括以下步驟1、將一電感與LED陣列串聯(lián)，組成發(fā)光支路，將一快恢復二極管與發(fā)光支路反向并聯(lián)；2、使用脈沖產生單元和MOSFET功率器件對LED中的電流通斷進行控制；由于采用脈沖產生單元和MOSFET功率管控制LED的工作狀態(tài)，使照明電路中的LED工作在脈沖電壓的環(huán)境下，由于視覺暫留效應，人們將獲得與LED工作在直流電壓環(huán)境下相同的視覺效果，LED陣列在保持相同發(fā)光效果的前提下節(jié)約了電能，從而使發(fā)光效率得到了提高。
照明電路的具體結構及提高發(fā)光效率的具體方法體現(xiàn)在后述的具體實施方式
中。


圖1是依據(jù)本發(fā)明LED照明電路實施例的電路圖；圖2是本發(fā)明LED照明電路另一實施例的電路圖；圖3是加載在發(fā)光支路上脈沖電壓的波形示意圖；以下結合各實施例及其附圖作進一步說明。
具體實施例方式
參見圖1，本發(fā)明所述的LED照明電路1包括交流電源連接部分10、橋式整流電路11、電感L1、快恢復二極管D5、LED陣列、脈沖產生單元12和MOSFET功率管Q1。
交流電源連接部分10與交流電AC相連接，用于取得市電電源。經過橋式整流電路11可得到LED照明電路需要的直流電源，電容C用于濾波，圖1中所示的橋式整流電路11采用通用結構，即，包括D1～D4四只二極管及a、b、c、d四個節(jié)點。
經過橋式整流電路11整流后的電流從節(jié)點b流出并形成兩條支路，一路進入到包含有LED陣列(LED 1～n)和電感L1的發(fā)光支路中，驅動LED陣列發(fā)光；另一路流經分壓電阻R1、R2，其中分壓電阻R1、R2之間有一節(jié)點e，分壓后的電流經節(jié)點e進入到包含脈沖產生單元12和MOSFET功率管Q 1的控制支路中。
圖1所示的實施例中，發(fā)光支路中的LED陣列與電感L1串聯(lián)，電感L1的參數(shù)取決于LED陣列中所包含的LED的數(shù)目，即，電感L1有分壓作用，保證了所有LED均工作在額定工作電壓下。反向設置的快恢復二極管D5與發(fā)光支路并聯(lián)，其作用是在Q1關斷時能將L1兩端的電壓快速釋放。
本發(fā)明中的發(fā)光二極管也可用于多種陣列方案。如圖2所示的另一實施例，其采用多種相同或不同顏色的LED用串、并聯(lián)方式來組成各種不同的LED陣列。
結合圖3，控制支路中的脈沖產生單元12是一個專用IC，其中包括穩(wěn)壓電路模塊A和頻率振蕩電路模塊B。這兩個電路是常用的電路，因此圖1略去具體電路結構。脈沖產生單元12的作用是產生的圖2所示的脈沖電壓。此脈沖電壓在t1時間段內V＝0，在t2時間段內V＝VT，即，脈沖電壓的占空比為t2∶t1。由于VT大于MOSFET功率管Q1的開啟電壓，因此可使得MOSFET功率管Q1在t2時間段內處于導通狀態(tài)，即，使發(fā)光支路同時加載電流而使LED導通工作，而在t1時間段內，由于V＝0，因此MOSFET功率管Q1處于截止狀態(tài)，發(fā)光支路失去MOSFET功率管Q1的輸出電流而使LED熄滅以達節(jié)能功能。
以下說明快恢復二極管D5的工作原理，當電壓VT產生時(t2時間段內)，MOSFET功率管Q1的D腳處于低壓導通狀態(tài)，此時二極管陣列工作，快恢復二極管D5處于截止狀態(tài)；當VT消失時(t1時間段內)，MOSFET功率管Q1的D腳處于截止狀態(tài)，此時，發(fā)光支路與橋式整流電路之間處于斷開狀態(tài)，而電感L1、快恢復二極管D5、LED陣列組成一個放電回路，電感L1中儲存的電能通過快恢復二極管D5釋放給LED陣列。在上述電路中，選擇適當?shù)拿}沖電壓及頻率和脈寬比，那么，即使在MOSFET功率管Q1的D腳處于截止狀態(tài)時，只要LED陣列停止發(fā)光的時間短于人類視覺上的視覺暫留時間，因此LED陣列的照明效果得到了持續(xù)。由于MOSFET功率管Q1的D腳處于截止狀態(tài)時，LED陣列沒有從橋式整流電路獲取電能，而利用視覺暫留效應，人們得到了與LED工作在恒壓環(huán)境下相同的視覺效果。因此，達到了節(jié)能的目的。換言之，LED陣列的發(fā)光效率得到了提高。
通過實驗和測試證明，如果選擇脈沖電壓的占空比為1∶4，那么，當LED陣列中的電流同為10mA時，本實施例中LED的亮度比純直流電工作條件下提高了四倍以上；同樣選擇脈沖電壓的占空比為1∶4，在相同的照度46LUX(勒克斯，照明單位)的情況下，本實施例中的LED功率損耗僅為純直流條件下的五分之一。
上述理論和實踐都可以證明，由于采用了脈沖產生單元12以及MOSFET功率管Q1對LED的導通和斷開進行控制，使得電路工作在脈沖電流的環(huán)境下；在視覺暫留效應下，LED的發(fā)光效率得到了提高，相較于直流工作環(huán)境而言，節(jié)省了照明所需的能源。
根據(jù)上述實施例，本發(fā)明所述的提高LED發(fā)光效率的方法包括以下步驟1、將一電感與LED陣列串聯(lián)，組成發(fā)光支路，將一快恢復二極管與發(fā)光支路反向并聯(lián)；2、使用脈沖產生單元和MOSFET功率器件對LED陣列中的電流通斷進行控制。
更好的方法是用多種相同或不同顏色的LED構成上述LED串、并聯(lián)陣列，并使脈沖產生單元輸出矩形波電壓。
本發(fā)明的工作范圍只要使加載到LED發(fā)光支路上的矩形波具有視覺暫留現(xiàn)象極限之內的占空比均可實現(xiàn)。
上述實施例僅僅是本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明并不僅僅局限于上述實施例所描述的實施方式。例如，橋式整流電路11也可以換成其它形式的適合本發(fā)明的整流電路；LED陣列中的LED數(shù)目以及種類是可以根據(jù)實際情況改變的，LED之間的連接方式也可以采用并聯(lián)以及混聯(lián)等方式；脈沖產生單元也可以采用其它的結構，只要能產生本發(fā)明所需的脈沖電壓即可；脈沖電壓的占空比和頻率，除上述實施例中所述的頻率和脈寬比外，還可根據(jù)不同的LED工作參數(shù)來調節(jié)不同的頻率和脈寬比。上述的改變在電學領域中都是常見而且易于思及的，因此諸如此類的微小改變以及等效變換均應包含在權利要求所述的范圍之內。
權利要求
1.發(fā)光二極管照明電路，包括交流電源連接部分，用于接受交流電流；電源轉換部分，用于將交流電轉換為直流電；發(fā)光二極管陣列，包含至少一個發(fā)光二極管，其接受電源轉換部分輸出的直流電流；電感，其與發(fā)光二極管陣列串連，組成發(fā)光支路；快恢復二極管，其與發(fā)光二極管陣列反向并連；其特征在于所述發(fā)光二極管照明電路進一步包括脈沖產生單元和MOSFET功率管，其中脈沖產生單元和MOSFET功率管控制發(fā)光二極管陣列的工作狀態(tài)，使發(fā)光二極管陣列工作在脈沖電壓的環(huán)境下。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管照明電路，其特征在于所述發(fā)光二極管陣列包括多種相同或不同顏色的發(fā)光二極管串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)所構成。
3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管照明電路，其特征在于所述脈沖產生單元包括穩(wěn)壓電路以及頻率振蕩電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管照明電路，其特征在于所述脈沖產生單元包括頻率振蕩電路。
5.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的發(fā)光二極管照明電路，其特征在于所述脈沖產生單元輸出矩形脈沖電壓。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)光二極管照明電路，其特征在于所述矩形脈沖電壓可具有不同的頻率和占空比。
7.提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的方法，包括將一電感與發(fā)光二極管陣列串聯(lián)，組成發(fā)光支路，將一快恢復二極管與發(fā)光支路反向并聯(lián)；將整流后的直流電壓加載到所述發(fā)光支路，并使用脈沖產生單元和MOSFET功率器件對所述發(fā)光支路中的電流進行通斷控制。
8.根據(jù)權利要求7所述的提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的方法，其特征在于所述發(fā)光二極管陣列包括多種相同或不相同顏色的發(fā)光二極管串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)所構成。
9.根據(jù)權利要求7所述的提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的方法，其特征在于所述脈沖產生單元及MOSFET功率器件提供加載到所述發(fā)光支路兩端的矩形脈沖電壓。
10.根據(jù)權利要求9所述的提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的方法，其特征在于所述矩形脈沖電壓可具有不同的頻率和占空比。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED照明電路及提高LED發(fā)光效率的方法，所述的LED照明電路包括交流電源連接部分、橋式整流電路、接受橋式整流電路輸出電流的LED陣列、與LED陣列串連的電感、與LED陣列反向并連的快恢復二極管、脈沖產生單元和MOSFET功率管，其中脈沖產生單元和MOSFET功率管控制LED的工作狀態(tài)。上述控制LED的工作狀態(tài)的方法使照明系統(tǒng)工作在脈沖電壓的環(huán)境下，由于視覺暫留的效應，LED陣列在節(jié)能的前提下保持了發(fā)光效果，發(fā)光效率得到了提高。
文檔編號H05B37/00GK1929709SQ20051003705
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權日2005年9月7日
發(fā)明者吳緯國 申請人:珠海南科集成電子有限公司