螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于電力電子領(lǐng)域和LED光源領(lǐng)域的一種螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)，其特征在于多個二極管首尾連接成螺旋狀，將一個螺旋內(nèi)的電壓節(jié)點作為多邊形的頂點，二極管作為多邊形的邊，兩個或多個螺旋共用一邊，輸入或輸出節(jié)點所在邊的二極管可省略。與基于全橋整流結(jié)構(gòu)的交流LED芯片相比，基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的交流LED發(fā)光面積可增加約25％，且任意節(jié)點間都具有雙邊的伏安特性曲線和反向過壓保護，解決了普通LED容易被反向擊穿的缺陷。可采用調(diào)頻、雙極性脈寬調(diào)制等控制技術(shù)，容易實現(xiàn)可調(diào)光和智能化的照明系統(tǒng)。是一種新型的整流結(jié)構(gòu)和用于照明的節(jié)能產(chǎn)品。
【專利說明】螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子和LED光源領(lǐng)域，特別涉及一種用于整流的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)，具體說是用于整流的拓撲結(jié)構(gòu)和基于該結(jié)構(gòu)的LED芯片和電路。
【背景技術(shù)】
[0002]直流LED具有以下缺點:
[0003]1.目前的直流LED僅能承受低壓直流，高壓或交流都可能使得發(fā)光二極管損壞，故使用上都必須配合直流轉(zhuǎn)換電路才能用于市電系統(tǒng)。
[0004]2.低壓直流發(fā)光二極管正向?qū)òl(fā)光，反向低壓有漏電流但不發(fā)光，必須將發(fā)光二極管元件串并聯(lián)使用提高反向擊穿電壓，以防止反向電壓過高損壞發(fā)光二極管。
[0005]3.大功率低壓直流的LED芯片易因為靜電(ESD)使得瞬間逆向電壓升高造成損壞，需要利用外加一個反向并聯(lián)的二極管來產(chǎn)生保護電路的作用。
[0006]4.將多個直流LED串聯(lián)可直接接到220V交流，但僅具有單邊伏安特性曲線；且由于上述2、3所述缺點，串入交流中，易被反向擊穿。
[0007]高功率LED或晶粒使用矩陣方式排列于金屬板基或陶瓷板基上固晶打線，但這種方式需要貴金屬材料作為連接線，及強大的主動散熱系統(tǒng)，或?qū)⒁粋€晶圓分割為多個微晶粒，各晶粒間絕緣，利用導(dǎo)電材料串并聯(lián)。一個晶圓分割為微晶粒后，正向等效電阻Rs提高約h倍(h為晶圓面積比上微晶粒面積)，再通過串聯(lián)，大大提高了正向區(qū)工作電阻(提高h2倍)。利用該特殊結(jié)構(gòu)，直接接于高壓交流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)，其特征在于多個二極管首尾連接成螺旋狀，將一個螺旋內(nèi)的電壓節(jié)點作為多邊形的頂點，二極管作為多邊形的邊，兩個或多個螺旋共用一邊，輸入或輸出節(jié)點所在邊的二極管可省略。該結(jié)構(gòu)且任意節(jié)點間都具有雙邊的伏安特性曲線和反向過壓保護，解決了普通LED容易被反向擊穿的缺陷。
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高壓交流LED芯片，其特征在于，所述高壓交流LED芯片內(nèi)或基板上采用一個或多個晶粒或微晶粒串、并或串并聯(lián)為一個發(fā)光二極管，多個發(fā)光二極管首尾串聯(lián)成環(huán)為一個螺旋，一個螺旋內(nèi)的電壓節(jié)點作為多邊形的頂點，發(fā)光二極管作為多邊形的邊，兩個或多個螺旋共用一邊，輸入或輸出節(jié)點所在邊的發(fā)光二極管可省略；用于整流的發(fā)光二極管采用的晶?；蛭⒕Я５拿娣e、晶?；蛭⒕Я２⒙?lián)的數(shù)目與工作電流匹配，用于續(xù)流的發(fā)光二極管正向電壓與整流發(fā)光二極管的最大反向耐壓匹配；位于拓撲邊緣的整流的發(fā)光二極管工作電流是其他整流的發(fā)光二極管工作電流的一半，拓撲邊緣的整流的發(fā)光二極管電流采用的晶?；蛭⒕Я５拿娣e、晶?；蛭⒕Я２⒙?lián)的數(shù)目與工作電流匹配。
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)割裂拓撲的高壓交流LED芯片，其特征在于，所述高壓交流LED芯片將整個基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高壓交流LED芯片分為多塊，將多塊按照螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)連接為一個整體。芯片內(nèi)或基板上用于整流的發(fā)光二極管采用一個或多個晶粒(或微晶粒)串、并或串并聯(lián)，晶粒(或微晶粒)的面積、并聯(lián)的數(shù)目與工作電流匹配；芯片內(nèi)或基板上用于續(xù)流的發(fā)光二極管采用一個或多個晶粒(或微晶粒)串、并或串并聯(lián)，其正向電壓與整流發(fā)光二極管的最大反向耐壓匹配；芯片邊緣的發(fā)光二極管或與另一塊芯片邊緣的發(fā)光二極管共用，或串并聯(lián)時采用面積較小或較少并聯(lián)數(shù)的晶?；蛭⒕Я?。
[0011]本發(fā)明的目的是提供一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高壓交流LED電路，其特征在于，所述高壓交流LED電路采用螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)，用于整流的二極管采用一個或多個發(fā)光二極管串、并或串并聯(lián)，其并聯(lián)的數(shù)目與工作電流匹配；用于續(xù)流的二極管采用一個或多個發(fā)光二極管串、并或串并聯(lián)，其正向?qū)▔航蹬c整流的二極管的最大反向耐壓匹配；高壓交流LED電路邊緣的二極管，采用工作電流較小或較少數(shù)目并聯(lián)的發(fā)光二極管。與采用傳統(tǒng)全橋拓撲結(jié)構(gòu)的交流LED芯片相比，相同LED芯片面積下發(fā)光面積可增加約25%，有效降低了成本。
[0012]本發(fā)明的目的是提供一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高頻LED電路，其特征在于，所述高壓交流LED電路采用螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)，用于整流的橋臂采用反向恢復(fù)時間短、PN結(jié)電容小的整流二極管，用于續(xù)流的二極管采用一個或多個發(fā)光二極管串、并或串并聯(lián)后，或直接跨接于整流的橋臂兩端，或反向并聯(lián)穩(wěn)壓二極管后跨接于無源濾波電路輸出端，該無源濾波電路的輸入端跨接于整流的橋臂兩端。與采用全發(fā)光二極管的交流LED相比，采用整流二極管的成本低于使用高頻整流發(fā)光二極管的成本，與采用整流二極管的全橋整流電路相比，整流橋臂約少用37.5%，有效降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是含NX I個旋的發(fā)光螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是含NXM個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3是含4 X 2個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖4是4X4個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)割裂拓撲圖。
[0017]圖5是基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高頻LED電路原理圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明提供一種螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)和一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的LED芯片和電路。下面結(jié)合附圖對該結(jié)構(gòu)的工作過程做詳細說明。下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0019]實施例1含NX I個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)
[0020]圖1為含NX I個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)圖,NX I為采用N列螺旋,每列I個螺旋組成的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)。
[0021]實施例2含NXM個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)
[0022]圖2是含NXM個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)圖。N為所采用的螺旋的列數(shù)，M為每列采用螺旋的個數(shù)，NXM個螺旋按照將一個螺旋內(nèi)的電壓節(jié)點作為多邊形的頂點，二極管做為多邊形的邊，兩個或多個螺旋共用一邊，輸入或輸出節(jié)點所在邊的二極管可省略的規(guī)則組成螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)。
[0023]實施例3含4 X 2個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)
[0024]圖3是含4X2個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)圖。在Diodel、Diode2和Diode3組成的螺旋中，Diode3是整流二極管，流過電流是續(xù)流二極管Diode2的兩倍，Diodel是整流二極管但位于拓撲上邊緣，流過電流與續(xù)流二極管Diode2相同，是Diodel的一半，同理該拓撲中流過電流是其他二極管兩倍的是Diode3、Diode4、Diode7、DiodelO0該拓撲工作過程為:當輸入端“ In”電壓為正向時，二極管Diodel、Diode 15、Diode2、Diode5、Diode 12、Diodel 1、Diode8、Diode 17、Diode9、Diode 13 流過的電流是 Diode4 和 DiodelO 的一半，其余二極管不導(dǎo)通；當輸入端“Out”電壓為正向時，Diode6、Diodel8、Diode9、Diodel3、Diodel2、DiodelK Diodel4、Diodel6、Diode5、Diode2 流過的電流是 Diode7 和 Diode3 的一半，其余二極管不導(dǎo)通。
[0025]實施例4基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高壓交流LED芯片[0026]將實施例3的含4X 2個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)作為LED芯片的封裝結(jié)構(gòu)，發(fā)光二極管 Diodel> Diodel4、Diode8、Diode6、Diodel5、Diodel6、Diodel7、Diodel8晶粒面積是其他晶粒的一半，其它發(fā)光二極管具有相同的晶粒面積，則整流發(fā)光二極管DiOde3、DiOde4、DiOde7、DiOdel0工作電流是續(xù)流發(fā)光二極管工作電流的兩倍，但工作壓是續(xù)流發(fā)光二極管工作電壓的一半，固Diode3、Diode4、Diode7、DiodelO可看作兩并聯(lián)的二極管，續(xù)流發(fā)光二極管可看做兩串聯(lián)的二極管；位于拓撲邊緣的整流發(fā)光二極管Diodel、Diodel4、Diode8、Diode6、Diodel5、Diodel6、Diodel7、Diodel8 工作電流與續(xù)流發(fā)光二極管工作電流相同，但工作壓是續(xù)流發(fā)光二極管工作電壓的一半，可看作單個二極管。瞬時發(fā)光面積為導(dǎo)通發(fā)光二極管面積與總發(fā)光二極管面積之比5: 7，任意一個螺旋中任意的發(fā)光二極管都與其他2個或3個串聯(lián)的發(fā)光二極管反向并聯(lián)(例如:Diodel與串聯(lián)的Diode2和Diode3反向并聯(lián)，Diode2與串聯(lián)的Diodel4、Diodel2和Diode4反向并聯(lián))，整流發(fā)光二極管的反向電壓約為正向PN結(jié)壓的3倍至5倍，則反向擊穿電壓不會超過約15V，續(xù)流發(fā)光二極管的反向電壓約為正向PN結(jié)壓的2倍至4倍，則反向擊穿電壓不會超過約12V，可見交流LED芯片不易被反向擊穿。
[0027]實施例5基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)割裂拓撲的高壓交流LED芯片
[0028]圖4是4X4個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)割裂拓撲圖，其中A、B、C、D、E是割裂拓撲1上邊緣的電壓節(jié)點^’、8’、(:’、0’3’是割裂拓撲2下邊緣的電壓節(jié)點，割裂拓撲2下邊緣與割裂拓撲I上邊緣共用一組發(fā)光二極管。
[0029]將4X4個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)分割為割裂拓撲I和割裂拓撲2兩塊，分別封裝在兩塊芯片中，兩芯片間按照4X4個旋的螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)連接，且割裂拓撲2下邊緣與割裂拓撲I上邊緣共用發(fā)光二極管Diodel、Diodel4、Diode8、Diode6，即兩芯片按照A與A’、B與B’、C與C’、D與D’、E與E’連接。由Diodel、Diode2、Diode3組成的螺旋中，Diodel, Diode3的工作電流是Diode2的兩倍、同理該結(jié)構(gòu)中用于整流的發(fā)光二極管是用于續(xù)流的發(fā)光二極管電流的兩倍。所有發(fā)光二極管采用相同晶粒面積，則瞬時發(fā)光面積為導(dǎo)通發(fā)光二極管面積與總發(fā)光二極管面積之比5: 7。整流發(fā)光二極管反向最大電壓約9~15V,續(xù)流發(fā)光二極管反向最大電壓約6~12V。
[0030]實施例6基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高頻LED電路[0031]圖5是基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高頻LED電路原理圖，其中Diodel、Diode2、Diode3、Diode4、Diode5、Diode6、Diode7、Diode8 是反向恢復(fù)時間短、PN 結(jié)電容小的整流二極管，濾波采用電容Cl、C2、C3作為簡單的濾波電路，穩(wěn)壓二極管Dl、D2、D3作為直流LED的保護電路。
[0032]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)，其特征在于多個二極管首尾連接成螺旋狀，將一個螺旋內(nèi)的節(jié)點作為多邊形的頂點，二極管作為多邊形的邊，兩個或多個螺旋共用一邊，輸入或輸出節(jié)點所在邊的二極管可省略。
2.一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高壓交流LED芯片，其特征在于，所述高壓交流LED芯片內(nèi)或基板上采用一個或多個晶?；蛭⒕Я４?、并或串并聯(lián)為一個發(fā)光二極管，多個發(fā)光二極管首尾串聯(lián)成環(huán)為一個螺旋，一個螺旋內(nèi)的電壓節(jié)點作為多邊形的頂點，發(fā)光二極管作為多邊形的邊，兩個或多個螺旋共用一邊，輸入或輸出節(jié)點所在邊的發(fā)光二極管可省略；用于整流的發(fā)光二極管采用的晶粒或微晶粒的面積、晶?；蛭⒕Я２⒙?lián)的數(shù)目與工作電流匹配，用于續(xù)流的發(fā)光二極管正向電壓與整流發(fā)光二極管的最大反向耐壓匹配。
3.一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)割裂拓撲的高壓交流LED芯片，其特征在于，所述高壓交流LED芯片將權(quán)利要求2所述基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高壓交流LED芯片分為多塊，每塊分別對應(yīng)不同的芯片或基板，芯片內(nèi)或基板上用于整流的發(fā)光二極管采用一個或多個晶粒(或微晶粒)串、并或串并聯(lián)，晶粒(或微晶粒)的面積、并聯(lián)的數(shù)目與工作電流匹配；芯片內(nèi)或基板上用于續(xù)流的發(fā)光二極管采用一個或多個晶粒(或微晶粒)串、并或串并聯(lián)，其正向電壓與整流發(fā)光二極管的最大反向耐壓匹配；芯片邊緣的發(fā)光二極管或與另一塊芯片邊緣的發(fā)光二極管共用，或串并聯(lián)時采用面積較小或較少并聯(lián)數(shù)的晶?；蛭⒕Я?。
4.一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高壓交流LED電路，其特征在于，所述高壓交流LED電路采用權(quán)利要求1所述螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)，用于整流的二極管采用一個或多個發(fā)光二極管串、并或串并聯(lián)，其并聯(lián)的數(shù)目與工作電流匹配；用于續(xù)流的二極管采用一個或多個發(fā)光二極管串、并或串并聯(lián)，其正向?qū)▔航蹬c整流的二極管的最大反向耐壓匹配；高壓交流LED電路邊緣的二極管，采用工作電流較小或較少數(shù)目并聯(lián)的發(fā)光二極管。
5.一種基于螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)的高頻LED電路，其特征在于，所述高壓交流LED電路采用螺旋拓撲及其矩陣整流結(jié)構(gòu)，用于整流的橋臂采用反向恢復(fù)時間短、PN結(jié)電容小的整流二極管，用于續(xù)流的橋臂采用一個或多個發(fā)光二極管串、并或串并聯(lián)后，或直接跨接于整流的橋臂兩端，或反向并聯(lián)穩(wěn)壓二極管后跨接于無源濾波電路輸出端，該無源濾波電路的輸入端跨接于整流的橋臂兩端。
【文檔編號】H05B37/02GK103841718SQ201210522576
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】劉曉博 申請人:劉曉博