CN101482255A - 带风扇的大功率led灯具电路 - Google Patents

带风扇的大功率led灯具电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带风扇的大功率LED灯具电路，该电路结构简单、效率高、功耗低、节能，能够延长灯具的使用寿命。本发明包括整流滤波电路(1)、LED负载(3)，交流电经所述整流滤波电路(1)整流和滤波变为直流电后形成输出端(A)与接地端(G)，所述带风扇的大功率LED灯具电路还包括恒流源器件(4)、风扇电路(6)，所述LED负载(3)、所述恒流源器件(4)相串联后接于所述输出端(A)与所述接地端(G)之间构成回路。本发明可广泛应用于LED灯具领域。

Description

带风扇的大功率LED灯具电路
技术领域
本发明涉及一种用于LED灯具的电路，尤其涉及一种带风扇的大功率LED灯具电路。
背景技术
目前，LED的应用越来越广泛，用于日常室内照明的LED灯具也正越来越普及。LED应用于日常照明，为了达到照度要求，一般要将多个功率型LED集中在一个灯具上使用，因此LED的散热成为影响LED灯具使用状态及寿命的一个重要因素，尤其对于大功率LED灯具，散热问题已经成为影响其广泛应用的一个技术瓶颈。现有的LED灯具都属于被动式散热，即通过散热器的散热片或类似装置进行散热，为了改善散热效果，需要尽量增加散热面积，由此导致现有的LED灯具外形体积普遍较大，散热结构复杂，而且其散热效果并不令人满意。目前，在LED灯具应用中还没有通过加设散热风扇进行主动散热的先例。
在LED灯具的电路中，虽然LED的功耗不大，但却要求所提供的电源必需电流、电压在一定范围内保持相对稳定，同时要求对LED有一定的过流、过压保护作用，解决这类负载的供电通常是采用恒流或稳压电源，而且在电源电路中还需要加入对负载中某些元件在异常情况下的过电流保护电路，这就使得这类电源存在元件多、电路复杂、消耗功率比例大的弊端。图1是一种现有的隔离式开关电源稳压电路，所谓“隔离式”是指变压器的两侧的接地端是独立的，这种电路的电源输出端的电压虽可保持稳定，但是由于LED在高温下长期工作后其导通电压会下降，因此如果LED两端的电压保持不变，则其工作电流会升高。所以在稳压电路的实际应用中，在使用一段时间后，常常会发生由于电流的升高而造成LED被烧毁的现象，缩短使用寿命。图2是一种现有的非隔离式电源恒流电路，这种电路虽可保证输出端的电流稳定，但是在多个负载并联的情形下，则会造成电流在各个支路内的不平均分布，以致于在一路LED烧毁后，容易加速造成全部支路LED的烧毁。而且，以上两个电路所代表的稳压或恒流电路，其附加元件多，这些元件会损耗较大的功率，特别是功率三极管，使得原本省电的LED应用并未达到节能省耗的目的。
“MOSFET”是英文“metal-oxide-semiconductor field effect transistor”的缩写，意即“金属氧化物半导体场效应晶体管”，其原理是所有现代集成电路芯片的基础。一个耗尽型MOSFET器件由三个基本部分构成：源极(S)、栅极(G)和漏极(D)。一个N-通道耗尽型MOS场效应管在源极及漏极之间接近栅极表面，有一个与源漏同极性的浅层掺杂层将源极与漏极相连接。当栅极与源极电压为正时，其饱和导通电流也随电压增高而增大，此点与增强型MOS场效应管相同。但是当栅极与源极同电位时，当漏极施以正压时，耗尽管先是经过电流急速上升的线性区，然后就进入恒流导通的饱和区，此时的漏极电压被称作饱和电压，漏极导通电流之大小与浅层掺杂层的浓度与深度有关，一般浓度与深度越大则电流越大。当栅极与源极之间施以负电压，则通道可以被截止，导通电流为零，此时的栅极电压被定义为开启电压，但是如果通道浓度太浓、深度太深，则栅极将无法截断通道电流。耗尽型MOS管由于在栅极与源极电压为零时，漏源极电流已呈恒流导通，这点导致其不如增强型MOS管在逻辑应用上方便，所以迄未被工业界单独做成器件来使用。由于耗尽型MOS管在栅极电压为零时已导通的特性及其在漏极电压增加时电流基本在饱和区直到漏极雪崩击穿，故其可作为一个恒流源使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种带风扇的大功率LED灯具电路，该电路结构简单、效率高、功耗低、节能，能够延长灯具的使用寿命。
本发明所采用的技术方案是：本发明包括整流滤波电路、LED负载，交流电经所述整流滤波电路整流和滤波变为直流电后形成输出端与接地端，所述带风扇的大功率LED灯具电路还包括恒流源器件、风扇电路，所述LED负载、所述恒流源器件相串联后接于所述输出端与所述接地端之间构成回路。
所述带风扇的大功率LED灯具电路还包括稳压电路，所述稳压电路接于所述整流滤波电路之后，交流电经所述整流滤波电路整流和滤波变为直流电后，再经过所述稳压电路稳压为所述输出端与所述接地端之间的所述LED负载、所述恒流源器件提供恒压的直流电。
所述稳压电路是开关电源，所述稳压电路包括功率因数校正电路。
所述风扇电路与所述LED负载、所述恒流源器件相串联并接于所述输出端与所述接地端之间；或者，所述风扇电路从所述稳压电路中取出直流电供电。
所述恒流源器件为耗尽型场效应晶体管，所述耗尽型场效应晶体管的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管的源极与栅极相短接构成另一接点。
所述LED负载包括至少一组相串联的若干个LED。
每组所述LED均与一个所述恒流源器件相串联，串联后的若干组再并联作为一个整体接入所述输出端与所述接地端之间。
或者，各组所述LED并联后再作为一个整体与所述恒流源器件相串联。
所述风扇电路包括风扇控制模块及分流电阻，所述风扇控制模块与所述分流电阻相并联。
所述带风扇的大功率LED灯具电路还包括短路保护电路，所述短路保护电路接于交流电源的输入端与所述整流滤波电路之间。
本发明的有益效果是：由于本发明包括整流滤波电路、LED负载、恒流源器件、风扇电路，交流电经所述整流滤波电路整流和滤波变为直流电后形成输出端与接地端，所述LED负载、所述恒流源器件相串联后接于所述输出端与所述接地端之间构成回路，本发明开创性的将所述风扇电路与所述LED负载、所述恒流源器件有机结合，在所述LED负载工作时，同时所述风扇电路驱动风扇运转，进行主动式强制通风散热，因此散热效果远远超出现有的各种被动式散热，可避免LED芯片在高温下工作，有效延长使用寿命，由于强制散热的存在，因此可缩小其他金属散热件的体积，使得灯具结构简单、体积小、散热效果佳、使用寿命长；通过所述整流滤波电路将交流电变为直流电输出，即使所述LED负载在高温下长时间工作，当其电流欲增加时，所述恒流源器件可阻止电流增加，并可将所述LED负载在高温环境工作下下降的电压加在所述恒流源器件上，延长所述LED负载的使用寿命，避免烧毁，所述恒流源器件作为一个独立的器件，方便替换现有其他电路的外围稳压及稳流电路，使得电路元件大大减少、电路简单，故本发明电路结构简单、效率高、功耗低、节能，能够延长灯具的使用寿命；
由于本发明还包括稳压电路，所述稳压电路接于所述整流滤波电路之后，交流电经所述整流滤波电路整流和滤波变为直流电后，再经过所述稳压电路稳压为所述输出端与所述接地端之间的所述LED负载、所述恒流源器件提供恒压的直流电，通过所述整流滤波电路、所述稳压电路获得稳定的电压输出，使得LED灯具工作更稳定，效率更高，使用寿命更长，故本发明同时具有恒流及恒压两种功能，性能更高，寿命更长；
由于本发明还包括短路保护电路，所述短路保护电路接于交流电源的输入端与所述整流滤波电路之间，故本发明具有过流过压保护功能。
附图说明
图1是一种现有的隔离式开关电源稳压电路的示意图；
图2是一种现有的非隔离式电源恒流电路的示意图；
图3是本发明实施例一的电路示意图；
图4是本发明实施例二的电路示意图；
图5是本发明实施例三的电路示意图；
图6是本发明实施例四的电路示意图；
图7是本发明实施例的带风扇的大功率LED灯具的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图7所示，本实施例中的带风扇的大功率LED灯具为应用于天花板内的筒灯，包括LED散热基板20、金属散热件30、散热风扇40、壳体50、驱动电路板组件60、反光杯70、固定座34、环状件81、安装弹片82、卡子83，所述LED散热基板20上固定连接若干个大功率LED芯片10即LED负载3，所述LED散热基板20上于每个所述LED芯片10的外围均固定连接有一个围堰21，所述围堰21内填充有荧光粉和光学树脂，所述围堰21使得在生产过程中填充荧光粉和光学树脂时，荧光粉和光学树脂不溢流，效果好，生产效率高，所述LED散热基板20连同所述LED芯片10的外部设有LED防护罩90，所述金属散热件30为翅片式散热器，所述壳体50上设有散热孔51，所述金属散热件30与所述LED散热基板20相连接并传导散热，所述散热风扇40及所述驱动电路板组件60位于所述壳体50内，所述金属散热件30位于所述散热风扇40与所述LED散热基板20之间，所述金属散热件30与所述散热风扇40通过所述固定座34相固定连接，所述LED散热基板20连同所述LED芯片10位于所述反光杯70内，所述反光杯70采用铝材制造，当然也可以采用其他导热金属材料制造，所述反光杯70的尾部与所述金属散热件30相接触并散热，所述环状件81套于所述反光杯70的开口处，所述环状件81具有装饰作用同时也方便灯具嵌入天花，所述安装弹片82、所述卡子83与所述环状件81相连接，以便于嵌入天花安装。
如图3所示，本实施例的带风扇的大功率LED灯具电路包括整流滤波电路1、稳压电路2、LED负载3、恒流源器件4、短路保护电路5、风扇电路6，交流电经所述整流滤波电路1整流和滤波变为直流电后形成输出端A与接地端G，所述稳压电路2接于所述整流滤波电路1之后，交流电经所述整流滤波电路1整流和滤波变为直流电后，再经过所述稳压电路2稳压为所述输出端A与所述接地端G之间的所述风扇电路6、所述LED负载3、所述恒流源器件4提供恒压的直流电，所述整流滤波电路1包括由四个整流二极管D1、D2、D3、D4组成的桥式整流电路及滤波电容C1，所述短路保护电路5包括保险丝F1及压敏电阻RV1，用于过流及短路保护，接于交流电源的输入端与所述整流滤波电路1之间，所述风扇电路6包括风扇控制模块F1及分流电阻R10，所述风扇控制模块F1与所述分流电阻R10相并联，所述恒流源器件4为耗尽型场效应晶体管，所述耗尽型场效应晶体管的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管的源极与栅极相短接构成另一接点，所述稳压电路2是开关电源，所述稳压电路2包括功率因数校正电路IC1，所述功率因数校正电路IC1采用ST公司生产的型号为L6561的电源PFC功率因数控制电路，其具有电路简单、效率高等优点，目前被广泛地应用在节能灯等需要功率因数校正的电源电路中，其外围元件包括电容C2～C6、电阻R1～R9、二极管D5～D7、MOS管Q1、变压器T1，所述LED负载3包括一组相串联的若干个LED，该组所述LED再与一个所述恒流源器件4、所述风扇电路6相串联，并接于所述输出端A与所述接地端G之间构成回路，相串联的若干个所述LED的数量，应视所述稳压电路2的输出端的电压V0、所述恒流源器件4两端的电压VD、所述风扇电路6两端的电压VFan及平均每个所述LED的导通电压VF而定，一般所述恒流源器件4的工作电压为2～10V，所述风扇电路6的工作电压为5～12V，故所述LED的个数约等于(V0—VD—VFan)/VF，一般交流电源的输入端电压为交流220V，经所述整流滤波电路1整流和滤波后变为平均直流300V，经本发明的所述稳压电路2稳压后可变为恒压输出400V，因此，所述恒流源器件4以及所述风扇电路6所消耗的功耗占整个电路的比例很小，整个电路的电源效率很高。
本发明中所述的耗尽型场效应晶体管可采用以下方法制造：
(1)将P-型硅衬底的上表面在氧化炉管内热氧化生长出氧化层保护膜，然后在光刻机上利用第一光刻版进行光刻，再用含HF的腐蚀液对所述氧化层保护膜蚀刻；
(2)将二氟化硼或硼离子P型掺杂注入所述硅衬底内，再予以高温驱入，形成P+保护环及与所述硅衬底接触的P+接触区；
(3)在光刻机上利用第二光刻版进行光刻，再用干法蚀刻工艺对氧化层进行蚀刻，然后用离子注入机将砷离子或磷离子或二者混合注入所述硅衬底，形成N+重掺杂区，即形成N+源区、N+漏区及N+保护环；
(4)在光刻机上利用第三光刻版进行光刻，用含HF的腐蚀液对阻挡区的氧化层进行蚀刻，然后用高温干氧或湿氧形成氧化层，然后注入磷离子或额外再注入硼离子，再予以高温驱入，最终形成N-通道区及氧化层；
(5)在光刻机上利用第四光刻版进行光刻，再用蚀刻工艺对所述氧化层进行蚀刻，形成漏极通孔、源极N+通孔、衬底P+通孔；
(6)以溅射或蒸镀的方法沉积金属层，然后在光刻机上利用金属层光刻掩模版进行光刻，再用干法或湿法蚀刻工艺对金属层进行蚀刻，形成漏极金属、源极金属、栅极金属及连接金属。
本实施例通过所述整流滤波电路1、所述稳压电路2获得稳定的电压输出，即使所述LED负载3在高温下长时间工作，当其电流欲增加时，所述恒流源器件4可阻止电流增加，并可将所述LED负载3在高温环境工作下下降的电压加在所述恒流源器件4上，延长所述LED负载3的使用寿命，避免烧毁，所述恒流源器件4作为一个独立的器件，方便替换现有其他电路的外围稳压及稳流电路，使得电路元件大大减少、电路简单，能够延长负载的使用寿命。所述耗尽型场效应晶体管在栅极、源极同电位时的饱和电流可视LED的电流需要而做调整，故可对LED提供恒流供应；虽然所述稳压电路2的输出端电压是稳定的，但是，由于负载长期在高温工作条件下电压会下降，此时电压下降的部分将会加到所述耗尽型场效应晶体管的漏极及源极之间而不会影响作为负载的LED；同时当输出电压不稳定时，特别是高于常压的情形下，高出电压部分将会加到所述耗尽型场效应晶体管的漏极及源极之间而不会影响作为负载的LED，所以可以对LED达到恒流保护的功能。因此，本实施例能够对负载同时提供电压及电流稳定的输出，对于使用寿命要求高的LED负载尤其适用。可见本发明电路结构简单、效率高、功耗低、节能，能够延长灯具的使用寿命。
本发明开创性的将所述风扇电路6与所述LED负载3、所述恒流源器件4有机结合，在所述LED负载3工作时，同时所述风扇电路6驱动所述散热风扇40运转，进行主动式强制通风散热，克服了现有技术中被动式散热的先天不足，使得灯具的散热集主动散热与被动散热为一体，大大提高了LED灯具的散热效果，在LED灯具照明领域实为一个独特的创新，同时能够避免LED芯片在高温下工作，有效延长使用寿命，由于强制散热的存在，因此可缩小其他金属散热件的体积，使得灯具结构简单、体积小、散热效果佳、使用寿命长。
本发明在照明工作时，所述散热风扇40也一同运转，所述LED芯片10发光时会产生热量，所产生的热量通过所述LED散热基板20被传导到所述金属散热件30，所述金属散热件30如同现有的散热器“被动式”散热一样，将一部分热量散发到周围的空气中，同时，在所述散热风扇40的作用下，另一部分热量会被所述散热风扇40吸走或吹走，产生了“主动式”散热的强制散热效果，因此散热效果好，可避免LED芯片10在高温下工作，有效延长使用寿命，由于强制散热的存在，因此可缩小所述金属散热件30的体积，因此该LED灯具结构简单、体积小、散热效果佳、使用寿命长。经对比试验，在其他条件相同的情况下，功率同为80W的LED灯具，没有散热风扇时其工作时的温度可达80℃左右，而在具有本发明散热风扇的情况下，其工作温度可降为40℃左右，由此可见，本发明大大提高了LED灯具的散热效果。
实施例二：
如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的所述LED负载3包括四组相串联的若干个LED，每组所述LED均与一个所述恒流源器件4相串联，串联后的四组再并联作为一个整体与所述风扇电路6相串联，因此本实施例共有四个所述恒流源器件4。本实施例中，每组相串连所述LED的数量的计算方式与实施例一相同。
本实施例其余特征同实施例一。
实施例三：
如图5所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的所述LED负载3包括四组相串联的若干个LED，各组所述LED并联后再作为一个整体与所述风扇电路6及所述恒流源器件4相串联，即本实施例只有一个所述恒流源器件4。
本实施例其余特征同实施例一。
当然，作为简化的形式，以上实施中均可省略所述稳压电路2而只通过所述整流滤波电路1提供直流电，亦能达到本发明的初步效果。
实施例四：
如图6所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的所述风扇电路6从所述稳压电路2中的变压器T1取出一个抽头为其提供5～12V直流电供电，即本实施例所述风扇电路6与所述LED负载3、所述恒流源器件4分开供电。同样，所述恒流源器件4以及所述风扇电路6所消耗的功耗占整个电路的比例很小，整个电路的电源效率很高。
本实施例其余特征同实施例一。
本发明的LED灯具不限于实施例中的天花灯一种形式，亦可以制成工矿灯等其他形式并应用于室内不同场所，尤其适合于大功率灯具。本发明可广泛应用于LED灯具领域。

Claims (10)

1、一种带风扇的大功率LED灯具电路，包括整流滤波电路(1)、LED负载(3)，交流电经所述整流滤波电路(1)整流和滤波变为直流电后形成输出端(A)与接地端(G)，其特征在于：所述带风扇的大功率LED灯具电路还包括恒流源器件(4)、风扇电路(6)，所述LED负载(3)、所述恒流源器件(4)相串联后接于所述输出端(A)与所述接地端(G)之间构成回路。
2、根据权利要求1所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：所述带风扇的大功率LED灯具电路还包括稳压电路(2)，所述稳压电路(2)接于所述整流滤波电路(1)之后，交流电经所述整流滤波电路(1)整流和滤波变为直流电后，再经过所述稳压电路(2)稳压为所述输出端(A)与所述接地端(G)之间的所述LED负载(3)、所述恒流源器件(4)提供恒压的直流电。
3、根据权利要求2所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：所述稳压电路(2)是开关电源，所述稳压电路(2)包括功率因数校正电路。
4、根据权利要求2所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：所述风扇电路(6)与所述LED负载(3)、所述恒流源器件(4)相串联并接于所述输出端(A)与所述接地端(G)之间；或者，所述风扇电路(6)从所述稳压电路(2)中取出直流电供电。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：所述恒流源器件(4)为耗尽型场效应晶体管，所述耗尽型场效应晶体管的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管的源极与栅极相短接构成另一接点。
6、根据权利要求1或2或3或4所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：所述LED负载(3)包括至少一组相串联的若干个LED。
7、根据权利要求6所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：每组所述LED均与一个所述恒流源器件(4)相串联，串联后的若干组再并联作为一个整体接入所述输出端(A)与所述接地端(G)之间。
8、根据权利要求6所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：各组所述LED并联后再作为一个整体与所述恒流源器件(4)相串联。
9、根据权利要求1或2或3或4所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：所述风扇电路(6)包括风扇控制模块(F1)及分流电阻(R10)，所述风扇控制模块(F1)与所述分流电阻(R10)相并联。
10、根据权利要求1或2或3或4所述的带风扇的大功率LED灯具电路，其特征在于：所述带风扇的大功率LED灯具电路还包括短路保护电路(5)，所述短路保护电路(5)接于交流电源的输入端与所述整流滤波电路(1)之间。
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