CN101158451B

CN101158451B - Led灯串

Info

Publication number: CN101158451B
Application number: CN2007101642142A
Authority: CN
Inventors: 小詹姆士·W.·吉本尼
Original assignee: JIAYI GROUP CO Ltd
Current assignee: Jiayi Group Co., Ltd.
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2007-09-30
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2027-09-30
Also published as: CN101158451A; TW200817626A; US7976191B2; TWI338105B; US20080157688A1

Abstract

一种发光二极管(LED)灯串，其包括有多个串联的灯族，每个灯族中均由多个LED或多个LED组组成，其中每一族中的每一个LED或LED组均与其它LED或其它LED组并联，并且有一个并联的族设备用来在该族内有LED损坏时调节族内的电压。LED的电流在灯串的插头或插座内进行整流，优选是后者。族内每一个灯光的颜色，或者族内每一组的颜色必须相同，但其它的族可包括有不同颜色的LED。在一实施例中，该些LED在方向上应使其在交流电的半个周期内亮一半，并且在交流电的后半个周期内亮剩下的一半。

Description

LED灯串

技术领域

本发明总的来讲涉及节日灯串，例如那些用来装饰圣诞树的灯串。

背景技术

灯串，就是由电线连接起来并由一个插入到插座中的插头供电的多个灯泡，其用来装饰圣诞树和家庭。这些灯串要用于内部装饰和外部装饰。

对于一个100个灯泡的灯组来说，通常有两种类型：一类是两串联电路和另一类是三串联电路。这两类灯组工作方式相同，其不同点在于亮度不同。其中一类是正常亮度，而另一类则被称为“超”亮。亮度的不同是因为灯泡的电压不同。两串联电路中每个灯泡上的电压较低(2.5V)，即125/50。每个串联电路上有50个灯泡。

三串联电路中每个灯泡上的电压较高(3.5V)，即125/35，电压高，因此灯泡亮度大。每个串联电路中有35个灯泡。这就意味着“超亮”的100个灯泡的类组中实际具有105个灯泡。

现有的灯串具有以下部件：(1)一个AC插头，其带有一个侧线头和一个零线头，其中包括有两个3安培的保险丝；(2)每一串联电路中两两灯座之间的6”-7”互联电线(22AWG)；(3)灯组端部的1个AC插座；(4)从灯组端部插座引出并返回到该灯组中每一个电路最后一个灯座的“反馈”或零线(22AWG)，其最终终止于插头；(5)一个“火”线(22AWG)，其从插头连接到该灯组中第一电路的第一个灯座；(6)一根“火”线(22AWG)，其从插头连到该灯组中的其它串联电路上；(7)两根电线上的多个塑料灯座；(8)三根电线上的多个塑料灯座；(9)每根电线上的两个铜接线端；(10)固定灯泡用的塑料插头；以及(11)最小的玻璃灯泡。

现有的另一类系统采用多个彼此并联的灯群和一个可编程设备，其中每个灯群由很少的灯泡组成。该类灯串在本发明人的美国专利US6367952中公开，这里其以引用的方式全文并入。每个灯群均与其它灯群彼此串联。如果一个灯群中的一个或多个灯泡烧了或被去掉了，那么可编程设备就能通过程序使该灯群中的其它灯泡保持在所述一个或多个灯泡烧掉或去掉之前所处的电压上。

全世界每年要卖掉成百上千万的节日灯串。这些灯串加起来要消消耗大量的能源并产生大量的热。因此，这些节日灯串所消耗的热量和能量如果能有一点点的降低都是非常有益义的。

因此，人们不断地希望能有更好的节日灯串。

发明内容

本发明是一种发光二极管(LED)灯串，其包括有多个灯族，每个灯族中的每一个LED均与该灯族中的其它LED并联，并且每一个LED灯族均与其它灯族串联，同时该灯串终端要么连接在一个插头上，要么连接在一个保险插座上，其中的插头将进来的交流电整流成直流电并对流过电路的电流进行限制；其中的插座将整流后的电流送到灯串上。本发明人提出的美国专利US6869313中公开了一种带有整流电路的保险插座，这里其以引用的方式全文并入本申请。其中重要的一点的是，与每一族LED并联的是一个能够对该LED族中的电流进行控制的设备。至少在一个实施例中，该设备能够在某一灯族中有一个或多个LED被去掉或坏掉时使电流从上一个LED灯族流过该LED灯族并流到下一个LED灯族，其中不会出现整个灯串的短路。在另一实施例中，其还可通过编程使该族中的那些LED按程序序列或指令关闭。

在本发明的一个特定实施例中有一个LED灯族序列，其中每一个族中的每一个灯均与该族中其它的LED并联，并且与电压调节设备如一对背对背的稳压二极管并联。重要的一点是，该稳压二极管保持在一个“部分打开”的模式，这样，当有一个灯烧坏或被去掉时，该稳压二极管就快速工作从而对流过其余灯泡的电流进行调节。

本发明的另一个实施例包括一个LED灯族序列，其中每一个族均由多组LED构成，其中的每一个均与其它串联，与该族中其它各个组LED以及该族设备并联。

本发明的一个特征是，与白炽灯相比，LED消耗较小的电量产生较小的热量，因此更加节能。

本发明的另一个特征是将族设备用作电压调节器，同时能够使不同颜色的LED用在灯串中，这一点将在后面详细说明。不同颜色的LED需要不同的电流。将这些LED并联布置在技术上有些困难。本发明的布置需要每一簇中的LED具有相同的颜色(或者是同一组的颜色)，但每一簇可以是不同的颜色(或者是不同组的颜色)。

本发明的另一个特征是通过LED的使用能够使每一个灯串上具有更多数目的灯。

本发明的另一个特征是将电压调节器集成到每一个族中。该特征限制了该族中每一个LED的电流从而防止了过流的出现。

最后，在现有的LED灯串中，电阻与LED并联布置，从而会对电流形成分流。在本发明中，不再需要这些电阻，因此就可避免这些电阻所消耗的能量，即热量。

参照附图结合本发明下面优选实施例的详细说明，本发明的这些和其它特征和优点对本领域的技术人员将会更加清楚。

附图说明

图1是本发明一优选实施例的LED灯串一部分的立体图；

图2是本发明第一优选实施例的LED灯串电路的示意图；

图3是本发明第二优选实施例的LED灯串电路的示意图；

图4是本发明第三优选实施例的LED灯串电路的示意图。

具体实施方式

本发明是一种用在节日照明中的LED(发光二极管)灯串，以及在功能上等同于例如迷你灯串的类似物。

“灯串”是指彼此电气相联的多个灯，这些灯与一个插头和一个插座相连，由此在插头连接到电源上时，所有灯都能亮起来。本发明灯串中的灯为发光二极管。这些发光二极管(LED)为固态的半导体设备，当其接线端上加上电压时这些二极管能发出特定颜色的光。LED就是二极管，因此只能在一个方向导电，在相反的方向上不导电。

现在参见图1，其中所示为本发明一优选实施例的立体图。灯串10包括：一个插头12，其具有两个端子14，该端子可插到一墙壁插座(图中未示出)或其它的电源中；多个LED 16，其在物理上通过电线18连接起来。灯串10终端接在一个电插座24中，该电插座可接收另一个LED灯串的电插头12。

插头12可以是常规的交流电插头，也可以是一个内部带有整流器从而将交流电转换成直流电的插头，其还可具有一个保险丝从而对电流进行限制防止灯串10的电流过大。此类的电插头在本发明人的美国专利US5777868中公开了，这里该文献以引用的方式全文并入本申请。然而，作为优选，可将插头12做成灯串的一部分，其中还包括有一个带有前面US6869313中所述整流电路的保险插座。该保险插座除了具有一个保险丝从而防止过载之外，还能对流过LED的电流进行整流，不使来自插头和电线的交流电流到插到保险插座上的灯串。

如下所述，还有一种可能是不对交流电进行整流，而是在布置上使其中一些LED在方向上能够在交流电波形的第一部分时使进来的电流通过，余下的LED在方向上能够在交流电波形的其它部分使电流流过。

每一个灯16都包括有一个灯座20和一个LED 22。在灯串10的间隔处有一些可编程族设备(PGD)26，其可按下面详细描述的方式连接到灯串10上。作为选择，PGD可集成到一个插座20中，而不是每一个插座20中。

参见图2-4，LED成族布置，并且这些族在每个灯串中均串联。在图2所示的LED灯串38中有四个LED 40布置成一族42，族42中的每一个LED 40均与其它的LED 40并联。每一族42的LED 40必须通过相同的电流，但是不同族42的LED 40可流过不同的电流。由于不同颜色的LED流过不同的电流，因此可将不同族42的LED 40具有不同的颜色。例如，红色的LED流过大约20mA；绿色的LED流过30mA；蓝色的LED流过50mA。因此，可在某一族42中布置四个颜色相同如红色的LED，接着在下一族44中布置四个具有另一种颜色如绿色的LED 46，再接着是四个红色的，四个蓝色的，等等。

每一族的PGD 48在设计上应能与该族LED 40所流过的电流连接工作，即，用于每一族颜色的PGD 48的设计不同，这样当有LED 40烧坏或被去掉时，用于该族的PGD 48就开始工作，并通过电流，从而使该族42其余LED 40的电流没有明显的变化，同时灯串38整体也不会停止工作。

LED灯串38的一端58有一个插头56，另一端62有一个插座60。作为优选，插座60如上所述是一种保险整流插座，其将整流后的电流送给灯串38的负载，将常规的AC送给插到插座60中的下一个插头64。作为选择，可用一个参考品种(referenced variety)的整流插头来代替整流插座60。

如图3所示，图中有一个LED灯串68，其由四组72构成，每组有三个串联的LED 74、76、78，每一组72均与其它组72并联。各组72均可有除3之外的其它数目的多个灯。每一个LED可以是相同或不同的颜色(如红色、绿色、蓝色等)，只要每一组72中均有同样三个颜色的LED 74、76和78即可，这样一族70中的所有各组72均流过相同的电流。每一族70可以与其它的族相同，也可与其它的族具有不同的LED组。

如前所述，插头86处于灯串68的一端87，同时整流插座90处于另一端92从而将AC送到下一个插头94，将DC送到二极管74、76、78。

在图4中，灯串110中的LED 100用常规的二极管的电气符号来表示从而显示出电流通过的方向。第一族102中的二极管100在方向上能使电流从左向右流过，但从右向左的不能流过。第二族104中的二极管100则相反，其能使电流从右向左流过，但从左向右的不能流过。因此，在交流电循环60的前半个周期内，第一族102会亮，第二族104不会亮。在后半个周期内，第一族102不会亮，第二族104会亮。在频率为60Hz时，每一族102、104均会以每分钟60次的速率开关闪烁，该频率刚好比人眼的闪烁频率要快一些。因此，这两族均表现为全亮的状态，只是比整个周期全亮的亮度要差。

该灯串110的第一端108有一个正常的插头106，另一端114有一个正常的插座以便接收下一个插头116。该灯串不需要整流，因为每一个二极管100在方向上都能在交流电的半个周期内工作。

如果在族102或104中有二极管100烧坏，那么并联的族设备(PGD)118会使电流从一个族流到下一个族，这样该灯串110就能继续点亮，同时该设备还会对流过族的电流进行调节从而使每一个LED 100承载与烧坏前相同的电流。

在一实施例中，并联的族设备26、48、80、120由一个集成电路构成，该集成电路包括有多个串联叠置的半导体结，或者是一个二极设备；半导体结的数目由灯的电压确定。如果有一个LED烧坏了，那么该LED的触点就被损坏，或者是该LED从该族中取下，由于流过其它灯的电流会升高，同时由于电线电阻的压降原因，该族内其余LED上的电压会有些变化。

通过PN结半导体或定制的双极设备，这些设备上的压降幅度取决于这些半导体的设计和材料，在结构上，该PGD 26、48、80、120可预编好程序从而对流过该族的电流以及其上的压降进行调节，由此使电流和电压不管各个灯22发生什么情况都不超过一特定的水平，并保持不变。

在使用交流电(AC)时，设备26、48、80、120优选是一对齐纳二极管，其在方向上背对背布置从而可用作电压调节器。该电路的电压决定了电路中的族数，同时每一族的压降决定了该电压调节器所需的电压特性。

每一族在设计上均应使齐纳二极管始终流过很小的电流，即“部分接通”状态。该状态能使它们随着电压调节器快速进行快速地响应。

这些齐纳二极管的特征是具有很陡的翻转或反向击穿(breakdown)电压曲线。然而，在该曲线的开始，有一个很小的相对平缓的部分，在该部分下工作不是一个完全“打开”的状态。如果有一齐纳二极管在该特性曲线的这一部分下工作，那么就不会出现击穿，但通常会有很小的泄漏电流，这表示其接近击穿点或崩溃点。使齐纳二极管在该区域内工作，并使之能小心地使用多一些的电量保持在该区域内，然后齐纳二极管处于该区域之外，然而这样做调节时间得以缩短。在这些工作在AC中的并联灯族的设计中，电压的调节是最为重要的。

并联的LED族，其以串联形式相连，用作分压器，其形成一个恒流、恒压、多部件的复合电路。族的并联结构表明LED不能有旁路，而在正常的串联连接的小灯组中，所有灯泡都有旁路从而在灯丝坏了时使流过串联电路的电流保持不变。在这种并联LED的结构中，LED可能会因各种原因损坏，然而即使前述的一个或多个情况出现这种族的结构也会使其余的灯继续亮起来。由于这一个复杂的、多部件的、并联/串联电路和串联/并联/串联电路，因此某一并联族中一个或多个灯的损失会使流过的电流发生变化。流过受到影响的族的电流降低，因此其上的压降也下降，这样就要提高通过受到影响的族的电压。电压的升高立即使齐纳二极管进入到特性曲线的翻转区域，同时使流过的电流足以平衡整个电路，这些齐纳二极管立即开始调节该族内的电压。这样就使灯处于恒定的电压，从而使灯的寿命大大提高。

灯串领域的技术人员均清楚在本发明的构思和范围之内上述的优选实施例还有其它许多的变化形式和修改形式，本发明的保护范围由后面的权利要求书来确定。

Claims

1.一种与一电流源一起使用的灯串，其包括：

(a)一插头；

(b)一插座；

(c)多个发光二极管，其成族布置，这些族相互串联并与所述插头和插座串联，其中的每一个族均具有多组发光二极管，并且每一组至少具有一个发光二极管，所述的多个组彼此并联，其中，所述每一族均并联一个电压调节器，所述电压调节器使所述每一族的所述多个组的发光二极管中的电流在所述每一组至少有一个发光二极管损坏时能够保持不变；

所述电压调节器是一对背对背的齐纳二极管，所述齐纳二极管在选择上应使其在所述每一族中所有的发光二极管都亮起来时工作在部分接通的状态，并且该齐纳二极管在所述族中所述每个发光二极管中至少一个损坏时在充分接通状态工作。

2.如权利要求1的灯串，其进一步包括一个与所述族电气连接的整流器以便在所述插头插入到电流源时对所述发光二极管的电流进行整流。

3.如权利要求2的灯串，其中所述整流器由所述插座承载。

4.如权利要求1的灯串，其进一步包括一个与所述发光二极管电气连接的保险丝。

5.如权利要求2的灯串，其进一步包括一个与所述发光二极管电气连接的保险丝，并且其中所述整流器和所述保险丝由所述插座承载。

6.如权利要求1的灯串，其中所述发光二极管在方向上应使每一个发光二极管至少有50％的时间能够通过电流。

7.如权利要求1的灯串，其中在所述每一族中的所述发光二极管均为相同的颜色。

8.如权利要求1的灯串，其中所述至少一个发光二极管就是一个二极管。

9.如权利要求1的灯串，其中所述至少一个发光二极管为一个以上，并且所述一个以上的二极管中的每一个二极管的颜色均不同。

10.如权利要求1的灯串，其中所述的至少一个发光二极管为三个二极管，并且所述的三个二极管为红色、绿色或蓝色。

11.如权利要求1的灯串，其中，每个发光二极管具有一个灯座，并且其中所述的电压调节器就包括在所述每一族中一个发光二极管的所述灯座内。

12.如权利要求1的灯串，其中所述的每一族均包含有多个相同颜色的发光二极管，该颜色选自红色、绿色和蓝色。

13.一种与一电流源一起使用的灯串，其包括：

(a)一个插头；

(b)一个插座；

(c)多个发光二极管，其成族布置，这些族相互串联并与所述插头和插座串联，其中所述多个族的每一个族均具有多组发光二极管，并且每一组至少具有一个发光二极管，所述的多个组彼此并联，所述发光二极管在布置上应使其至少有50％的时间通过电流，其中，所述每一族均并联一个电压调节器，所述电压调节器是一对背对背的齐纳二极管，所述齐纳二极管在选择上应使其在所述每一族中所有的发光二极管都亮起来时工作在部分接通的状态，并且该齐纳二极管在所述族中所述每个发光二极管中至少一个损坏时在充分接通状态工作。

14.如权利要求13的灯串，其中所述每一组的发光二极管均具有两个二极管，所述两个二极管为红色、绿色或蓝色二极管，并且其中所述多个组的所述发光二极管均为相同的颜色，这样每一组的压降均相同。

15.如权利要求13的灯串，其中所述发光二极管为红色、绿色或蓝色二极管。

16.如权利要求13的灯串，其中所述每一族在电流提供给所述灯串的所述插头时均会产生一个电压降，并且每一族的电压降均相同。

17.如权利要求13的灯串，其进一步包括一个与所述发光二极管电气连接的整流器。

18.如权利要求17的灯串，其中所述整流器由所述插座承载。