專利名稱：交流電直接驅(qū)動的led發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED (發(fā)光二極管)發(fā)光裝置，特別涉及LED發(fā)光裝置的交流電直接驅(qū)動技術(shù)。
背景技術(shù)：
LED作為一種新型固態(tài)光源，以其節(jié)能、環(huán)保、壽命長等優(yōu)點有望成為新一代照明光源。眾所周知，現(xiàn)有LED幾乎都是用直流電驅(qū)動的，而我們的生產(chǎn)生活用電卻是交流電。因此，在目前使用的LED產(chǎn)品中，需要一個電源轉(zhuǎn)換器，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。電源轉(zhuǎn)換器的引入，帶來很多負面效應(yīng)。其一，電源轉(zhuǎn)換器的壽命遠遠低于LED自身的壽命，使得照明裝置的使用壽命變短；其二，電源轉(zhuǎn)換器會降低發(fā)光裝置的效率；其三，在小功率應(yīng)用中，電源轉(zhuǎn)換器會引起功率因數(shù)的下降和電流總諧波失真的增加。為了充分發(fā)揮半導(dǎo)體照明的優(yōu)勢，可以用交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置成為當(dāng)前的研究熱點。在已有的交流LED公開技術(shù)中，大多是使用多顆LED組件按照反向并聯(lián)或者橋式整流的電路拓撲結(jié)構(gòu)連接而成，以滿足交流電力的驅(qū)動要求。但是，交流電是按照一定的頻率周期性波動的，由于LED自身開啟電壓的存在，在瞬時電壓超過開啟電壓時，LED才會導(dǎo)通并發(fā)光。反之，LED是截止不發(fā)光的。這種電路使得LED的發(fā)光效率很低，并且隨著交流電壓波動出現(xiàn)發(fā)光閃爍現(xiàn)象。國際專利 WO 2004/023568A1 “LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTINGELEMENTS”中，提出了在藍寶石襯底上集成LED芯片陣列，從而提供一種交流電力驅(qū)動的發(fā)光裝置，但沒有解決LED的發(fā)光閃爍問題。美國專利US7，489，086B2“AC LIGHT EITTING DIODE AND AC LED DRIVE METHODSAND APPARATUS”提供了一種交流LED器件，該發(fā)明是一種將多個LED集成封裝的器件，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)來彌補交流電引起的LED發(fā)光閃爍現(xiàn)象。該專利沒有從根本上解決交流電壓周期性波動造成的發(fā)光閃爍現(xiàn)象。可見，在已公開LED交流驅(qū)動技術(shù)中，都存在一個缺點:LED的驅(qū)動電流會隨著交流電壓的波動而波動，導(dǎo)致LED發(fā)光時出現(xiàn)亮度變化，產(chǎn)生發(fā)光閃爍的現(xiàn)象。同時，LED器件的核心是一個PN結(jié)二極管，其1-V特性為近似的指數(shù)函數(shù)，當(dāng)LED兩端的電壓大于開啟電壓后，流過PN結(jié)的電流呈指數(shù)增長?，F(xiàn)有技術(shù)的交流驅(qū)動方法，當(dāng)交流電壓意外升高時，可能直接損壞LED器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是針對現(xiàn)有技術(shù)交流電直接驅(qū)動LED發(fā)光裝置造成的發(fā)光閃爍的缺點，提供一種交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，克服交流電引起的LED閃爍現(xiàn)象，并提高LED發(fā)光裝置的效率，延長LED的使用壽命。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，包括交流輸入端、保護單元和整流單元，其特征在于，所述整流單元的第一輸出端通過η個LED模組和一個開關(guān)單元連接到第二輸出端，其中n ^ 1，且為整數(shù)；當(dāng)η > 2時，每兩個LED模組之間還有開關(guān)單元構(gòu)成的通道與第二輸出端連接，每一個開關(guān)單元都與采樣單元連接；所述交流輸入端用于連接交流電，為裝置提供工作電流；所述保護單元與交流輸入端連接，為裝置提供保護功能；所述整流單元與保護單元連接，對保護單元輸出的交流電進行整流；所述采樣單元用于對整流單元的輸出電壓進行采樣，并輸出控制信號到各個開關(guān)單元；所述開關(guān)單元與采樣單元連接，根據(jù)采樣單元輸出的控制信號關(guān)斷或接通。本發(fā)明的LED發(fā)光裝置電路，由η級LED模組級聯(lián)構(gòu)成，通過采樣單元適當(dāng)預(yù)置每一級LED模組對應(yīng)開關(guān)單元的關(guān)斷和接通電壓，可以避免交流電壓波動的時候出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。增加LED模組的數(shù)量，相當(dāng)于降低了每一級LED模組的導(dǎo)通電壓，提高了電源的利用率。多級LED模組應(yīng)用時，當(dāng)交流電壓波動時，每個LED模組受到的影響相對采用單個模組的影響更小，LED工作的穩(wěn)定性也更好，更可靠，抗交流電壓波動的能力更強。具體的，所述η個LED模組由LED陣列組成。采用LED陣列可以組成大功率的LED模組。進一步的，所述LED陣列由布置在同一印制電路板上的至少I個LED構(gòu)成；或者集成封裝在同一基板上的至少I個LED構(gòu)成；或者集成在同一半導(dǎo)體襯底上的至少I個LED構(gòu)成。`將LED模組中所有的LED布置在同一印制電路板上，是目前工藝條件下最簡單最經(jīng)濟的封裝方法；或者將LED模組中所有的LED集成封裝在同一基板上，即將LED模組中所有的LED進行二次封裝，集成在同一散熱基板上；或者集成在同一半導(dǎo)體襯底上，這是采用半導(dǎo)體集成電路工藝，在同一半導(dǎo)體基片上實現(xiàn)LED的集成。這些技術(shù)還可以將各個LED模組中的LED交錯布置，提高照明裝置發(fā)光亮度的均勻性，并有利于克服閃爍現(xiàn)象，LED封裝布線也更方便。具體的，所述LED并聯(lián)和/或串聯(lián)連接。LED模組中LED適當(dāng)?shù)倪B接組合，如并聯(lián)、串聯(lián)或混聯(lián)等，更能夠適應(yīng)交流電直接驅(qū)動的使用環(huán)境，方便地調(diào)整各個LED模組的電流、電壓參數(shù)。具體的，所述保護單元包括保險絲和/或壓敏電阻，所述保險絲串聯(lián)在交流輸入端，所述壓敏電阻并聯(lián)在交流輸入端。保險絲是常用的限流保護元件，壓敏電阻則是常用的限壓保護元件，他們的組合可以完成最基本的限流和限壓保護，并且成本低，安裝方便，便于進行二次集成。進一步的，所述保護單元還包括共模扼流圈和/或氣體放電管，所述共模扼流圈串聯(lián)在交流輸入端，所述氣體放電管并聯(lián)在交流輸入端。共模扼流圈可以抑制共模干擾，氣體放電管可以保護照明裝置不被雷電等傷害。具體的，所述整流單元由整流二極管組成的全波整流或半波整流電路構(gòu)成。采用整流二極管作為整流元件，體積小重量輕，便于二次集成封裝。具體的，所述采樣單元由電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。電阻網(wǎng)絡(luò)非常適合采集直流參數(shù)，便于設(shè)定開關(guān)單元動作點。
具體的，所述開關(guān)單元由晶體管構(gòu)成，所述晶體管控制極與采樣單元連接。晶體管作為開關(guān)元件,具有控制容易，無觸點，長壽命的特點。更具體的，所述晶體管為場效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管，所述控制極為場效應(yīng)晶體管的柵極或雙極型晶體管的基極。晶體管開關(guān)元件,技術(shù)成熟，反應(yīng)靈敏，動作可靠。本發(fā)明的有益效果是，使用交流電力直接驅(qū)動LED模組，電路簡單，體積小、重量輕，成本低。通過預(yù)置適當(dāng)?shù)年P(guān)斷電壓，實現(xiàn)交流電力直接驅(qū)動LED裝置在交流電壓波動的時候不會閃爍。并且，在交流電瞬時電壓過高時，開關(guān)單元關(guān)斷，LED模組不發(fā)光，提高了電源的利用效率，降低了電力損耗。同時，也避免LED模組因電流過大而燒毀的情況，延長了裝置的使用壽命。


圖1是實施例1的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是實施例1的電路原理圖；圖3是實施例2的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是實施例3的結(jié)構(gòu)框圖；圖5是實施例3的電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及 實施例，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，包括交流輸入端、保護單元、整流單元、采樣單元、開關(guān)單元和η個LED模組，其中n ^ 1，且為整數(shù)。本發(fā)明發(fā)光裝置中，整流單兀的第一輸出端(一般為直流輸出正端)通過η個LED模組和一個開關(guān)單兀連接到第二輸出端(直流輸出負端)。當(dāng)LED模組數(shù)量超過2個時，每兩個LED模組之間還有開關(guān)單元構(gòu)成的通道與第二輸出端連接。每一個開關(guān)單元都與采樣單元連接，受其控制。本發(fā)明的LED發(fā)光裝置電路，由η級LED模組級聯(lián)構(gòu)成,通過采樣單元適當(dāng)預(yù)置每一級LED模組對應(yīng)開關(guān)單元的關(guān)斷和接通電壓，可以避免交流電壓波動的時候出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。增加LED模組的數(shù)量，相當(dāng)于降低了每一級LED模組的導(dǎo)通電壓，提高了電源的利用率。多級LED模組應(yīng)用時，當(dāng)交流電壓波動時，每個LED模組受到的影響相對采用單個模組的影響更小，LED工作的穩(wěn)定性也更好，更可靠，抗交流電壓波動的能力更強。實施例1參見圖1和圖2，本例發(fā)光裝置包括交流輸入端1、保護單元2、整流單元3、采樣單元4、開關(guān)單元6和LED模組5,本例LED模組5的數(shù)量為I (即η = I)。本例整流單元的第一輸出端為直流輸出正端31，該正端31通過LED模組5開關(guān)單元6連接到第二輸出端直流輸出負端32。參見圖1。交流輸入端I與交流電L端(相線)和N端(零線)連接，將交流電引入保護單元2。保護單元2對整個裝置提供基本的保護功能，由壓敏電阻VR和保險絲F構(gòu)成，保險絲F串聯(lián)在相線上，壓敏電阻并聯(lián)在相線和零線之間，見圖2。對于應(yīng)用于特殊環(huán)境的，保護單元2還可包括共模扼流圈以及氣體放電管。共模扼流圈串聯(lián)在相線和零線上，氣體放電管一般并聯(lián)在相線和零線之間。本例整流單元3由整流二極管構(gòu)成的全波整流電路D組成，對交流電進行全波整流。本例電壓采樣單元4，由采樣電阻Rl和R2組成的電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，通過采樣整流電路D輸出的直流電壓，控制開關(guān)單元6。如圖2所示。本例開關(guān)單元6由MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱場效應(yīng)管)Ml和M2及穩(wěn)壓二極管DZ1、DZ2、電阻R3、R4和R5構(gòu)成。本例LED模組5由多顆串聯(lián)、并聯(lián)或者混聯(lián)的LED組成的陣列構(gòu)成，可以是布置在同一印制電路板上的多個LED，或者集成封裝在同一散熱基板上的多個LED，又或者集成在同一半導(dǎo)體襯底上的多個LED構(gòu)成的集成電路。當(dāng)交流電的瞬時電壓達到LED模組5的開啟電壓時，開關(guān)單元6在采樣單元4的驅(qū)動下導(dǎo)通，LED模組5開始發(fā)光；當(dāng)交流電的瞬時電壓超過預(yù)設(shè)的關(guān)斷電壓時，開關(guān)單元6關(guān)斷，LED模組5停止發(fā)光；當(dāng)交流電出現(xiàn)波動時，在正常的工作電壓范圍以內(nèi)，即在LED模組5的開啟電壓與預(yù)設(shè)的關(guān)斷電壓之間時，發(fā)生變化的只是開關(guān)單元6的導(dǎo)通和關(guān)斷的時間點，LED模組5的發(fā)光不會閃爍。如圖2所示，整流電路D輸出正端和電阻Rl的一端連接，同時連接到LED模組的正端，整流電路D的輸出負端作為地。電阻Rl的另一端與電阻R2的一端、穩(wěn)壓二極管DZl的負端、電阻R3的一端連接；電阻R3的另一端與場效應(yīng)管Ml的柵極連接，場效應(yīng)管Ml的漏極、電阻R4的一端、電阻R5的一端、穩(wěn)壓二極管DZ2的負端連接。電阻R5的另一端與場效應(yīng)管M2的柵極連接，場效應(yīng)管M2的漏極、電阻R4的另一端、LED模組的負端連接。電阻R2的另一端、穩(wěn)壓管DZl的正端、穩(wěn)壓管DZ2的正端、場效應(yīng)管Ml的源極、場效應(yīng)管M2的源極連接到地(直流輸出負端)。當(dāng)交流輸入端I與電網(wǎng)連接，本照明裝置獲得交流電力，經(jīng)過保護單元2，并由整流單元3，整流成直流電，提供給采樣單元4、開關(guān)單元6和LED模組5。在每個交流周期中，整流電路D輸出電壓從零開始上升，當(dāng)電壓升聞到開關(guān)單兀的開啟電壓時,場效應(yīng)管Ml關(guān)斷，M2導(dǎo)通，LED模組5開始發(fā)光；隨著輸入電壓升高LED模組通過的電流增大，在電壓低于預(yù)設(shè)的關(guān)斷電壓階段，采樣單元4輸出的電壓不足以使場效應(yīng)管Ml導(dǎo)通，Ml保持關(guān)斷，M2保持導(dǎo)通，LED模組5持續(xù)發(fā)光；當(dāng)電壓意外升高，超過預(yù)設(shè)的關(guān)斷電壓時，Ml開始導(dǎo)通，M2關(guān)斷，LED模組不發(fā)光，保護LED模組5免受大電流的沖擊。實施例2如圖3所示，本例發(fā)光裝置LED模組5有2個，開關(guān)單元6也是2個，整流單元3正端31通過2個LED模組和第2開關(guān)單元6 (圖中標(biāo)注為開關(guān)單元2，其他開關(guān)單元標(biāo)注與此類似)與整流單元3負端32連接，在第I個LED模組5和第2個LED模組5之間有第I個開關(guān)單元6構(gòu)成的通道與整流單元3負端32連接。本例所有開關(guān)單元6均與采樣單元4連接。實施例3如圖4所示，本例發(fā)光裝置LED模組5有3個，開關(guān)單元6也是3個，整流單元3正端31通過3個LED模組和第3個開關(guān)單元6與整流單元3負端32連接，在第I個LED模組5 (圖中標(biāo)注為LED模組I，其他LED模組標(biāo)注與此類似)和第2個LED模組5之間有第I個開關(guān)單元6構(gòu)成的通道與整流單元3負端32連接。在第2個LED模組5和第3個LED模組5之間還有第2個開關(guān)單元6構(gòu)成的通道與整流單元3負端32連接。本例所有開關(guān)單元6均與采樣單元4連接。本例裝置的電路原理圖如圖5所示，其工作原理和具體電路結(jié)構(gòu)與實施例1類似，此處不在贅述。本例采樣單元4由電阻町、1 2，1 6、1 7，1 11、1 12構(gòu)成，三個開關(guān)單元6，和3個LED模組組5成三級電路，三個開關(guān)單元6分別控制三個LED模組，通過采樣單元4分別設(shè)置每一級開關(guān)的關(guān)斷時間，并對相應(yīng)的LED模組5進行保護。隨著LED模組數(shù)量的增加，相當(dāng)于降低了每一個LED模組的導(dǎo)通電壓，提高了電源的利用率。多級LED模組應(yīng)用時，當(dāng)交流電壓波動時，每個LED模組受到的影響相對采用單個模組的影響更小，LED工作的穩(wěn)定性也更好，更可靠，抗交流電壓波動的能力更強。 經(jīng)上述詳細的闡釋，可以看出，本發(fā)明的電壓采樣單元監(jiān)測輸入電壓，同時還具有對LED模組的保護功能。當(dāng)交流電壓出現(xiàn)大的波動的時候，開關(guān)單元也能及時斷開，保護LED模組不因電流過大而損壞。 需要說明的是:雖然上述實施例已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不限于上述實施例，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述描述進行的常規(guī)的替換結(jié)構(gòu)，均屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權(quán)利要求
1.交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，包括交流輸入端、保護單元和整流單元，其特征在于，所述整流單元的第一輸出端通過η個LED模組和一個開關(guān)單元連接到第二輸出端，其中n ^ I，且為整數(shù)；當(dāng)11彡2時，每兩個LED模組之間還有開關(guān)單元構(gòu)成的通道與第二輸出端連接，每一個開關(guān)單元都與采樣單元連接； 所述交流輸入端用于連接交流電，為裝置提供工作電流； 所述保護單元與交流輸入端連接，為裝置提供保護功能； 所述整流單元與保護單元連接，對保護單元輸出的交流電進行整流； 所述采樣單元用于對整流單元的輸出電壓進行采樣，并輸出控制信號到各個開關(guān)單元; 所述開關(guān)單元與采樣單元連接，根據(jù)采樣單元輸出的控制信號關(guān)斷或接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述η個LED模組由LED陣列組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述LED陣列由布置在同一印制電路板上的至少I個LED構(gòu)成；或者集成封裝在同一基板上的至少I個LED構(gòu)成；或者集成在同一半導(dǎo)體襯底上的至少I個LED構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述LED并聯(lián)和/或串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述保護單元包括保險絲和/或壓敏電阻，所述保險絲串聯(lián)在交流輸入端，所述壓敏電阻并聯(lián)在交流輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述保護單元還包括共模扼流圈和/或氣體放電管，所述共模扼流圈串聯(lián)在交流輸入端，所述氣體放電管并聯(lián)在交流輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述整流單元由整流二極管組成的全波整流或半波整流電路構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述采樣單元由電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述開關(guān)單元由晶體管構(gòu)成，所述晶體管控制極與采樣單元連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置，其特征在于，所述晶體管為場效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管，所述控制極為場效應(yīng)晶體管的柵極或雙極型晶體管的基極。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED發(fā)光裝置的交流電直接驅(qū)動技術(shù)。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)交流電直接驅(qū)動LED發(fā)光裝置造成的發(fā)光閃爍的缺點，公開了一種交流電直接驅(qū)動的LED發(fā)光裝置。本發(fā)明的LED發(fā)光裝置電路，由n級LED模組級聯(lián)構(gòu)成，通過采樣單元適當(dāng)預(yù)置每一級LED模組對應(yīng)開關(guān)單元的關(guān)斷和接通電壓，可以避免交流電壓波動的時候出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。增加LED模組的數(shù)量，相當(dāng)于降低了每一級LED模組的導(dǎo)通電壓，提高了電源的利用率。多級LED模組應(yīng)用時，當(dāng)交流電壓波動時，每個LED模組受到的影響相對采用單個模組的影響更小，LED工作的穩(wěn)定性也更好，更可靠，抗交流電壓波動的能力更強。
文檔編號H05B37/02GK103188845SQ20111045784
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者李東明, 楊冕, 封正勇, 龍文濤, 趙昆, 張明 申請人:四川新力光源股份有限公司