CN101566285B - 一种黄光大功率发光二极管灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大功率发光二极管灯，特别是一种黄光大功率LED透雾灯。本发明采用铟镓氮大功率黄光LED，取代磷镓、砷镓材料的黄光LED、高压钠灯和铟镓氮大功率白光LED，大功率黄光发光二极管灯的出光效率高，散热效果好，寿命长。

Description

一种黄光大功率发光二极管灯

技术领域

本发明涉及大功率发光二极管灯，特别是一种黄光大功率LED透雾灯。

背景技术

随着半导体照明技术的发展，目前已出现替代各种传统照明光源产品的趋势。LED作为一种新型的照明光源，具有定向、节能环保、调控方便、可靠性高、寿命长等显著优点，其应用前景举世瞩目，尤其是高亮度白光LED更被誉为21世纪最有价值的光源，必将引起照明领域一场新的革命。所以利用特定发光角的LED光源做局部照明可以使光源发出的光得到更有效的利用，可以用比较小的功率达到满足要求的局部照明效果而实现节能。

灯起先用高压钠灯做光源，但其是全方向发光，向上的发光必须由反光罩反射回地面，因此能量利用率只有60％左右；且由于高压钠灯灯体大，无法利用透镜来满足路面的较均匀光斑分布，大量的光能集中在光斑中间而浪费，同时光斑边缘的能量较少而达不到道路照明要求，整体灯效率有限。所以采用灯体积小、半空间发光的LED作为灯光源。目前情况下，LED灯采用白光大功率LED，但其是宽光谱发光，由于雾气(主要成分是水)对黄光的透光率大，对其他波长光的透光率相对黄光低，因此其对雾的穿透性差，不适合于城市外的道路照明，尤其不适合高速公路的道路照明，先期由于黄光的光效较低，其取代高压钠灯和白光大功率LED的进展受到限制。由于半导体照明的快速发展，结合本发明技术，黄光大功率LED的光效接近80lm/W，将超过100lm/W，提升照明效果，达到均匀灯照明要求(9米高照明条件下，光斑均匀度达50％以上，范围达50×18m²)。因此作为一种创新的黄光大功率LED灯将得到应用。而且由于大功率LED的发热，常规的LED灯采用散热翅片构成灯背面外壳，由于室外恶劣的环境，风沙、灰尘会很快充实翅片缝隙，使散热效果大为下降；同时由于外壳材料的抗腐蚀性有限而影响灯的使用寿命，因此在散热技术和材料应用方面有创新的突破。

发明内容

本发明的目的：解决现有技术中大功率白光LED灯对雾的穿透性差、散热低、衰减大、光效低、寿命有限等问题，提高大功率LED的发光效率。

为了实现本发明的目的，拟采用以下技术方案：采用黄光大功率发光二极管作光源，配以新技术内容，即在LED前配置自由曲面透镜；采用热管、翅片、金属基热沉、外壳、可控恒流恒功率驱动电源。

其特征在于：在灯壳内有LED灯板，灯板上焊有黄光大功率LED，黄光LED的波长为575-600nm。LED的前面装有自由曲面透镜，使LED发出的光成为沿路面方向铺展的蝙蝠翼光斑分布。LED灯线路板为铝基板、陶瓷基板、硅基板或金属线路板，板的后面装有金属基热沉，热沉的后面装有含有散热翅的热管装置，整个灯体装在灯壳之内，灯壳的形状为流线型曲面；LED的驱动由恒流恒功率电源，适用电压范围广，驱动电源前加保护电路，防止雷击和电压突然冲击而失效；电路的接头利用专业固定方式连接，方便维护更换。这样制作的大功率黄光LED灯可取代高压钠灯灯的照明效果，节能效果显著。

本发明与现有技术相比有以下特点：采用铟镓氮大功率黄光LED，取代磷镓、砷镓材料的黄光LED、高压钠灯和铟镓氮大功率白光LED，大功率黄光发光二极管灯的出光效率高，散热效果好，寿命长。

附图说明

图1a、图1b和图1c是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的灯驱动模块电路图；

图3是EMI(输入电磁干扰滤波器)电路；

图4是PFC(功率因数调整)电路；

图5是恒功率控制电路；

图6脉宽调制驱动电路图；以及

图7是本发明的灯的光斑及照度形状。

具体实施方式

以下将参照附图具体描述本发明。

图1a、图1b和图1c是本发明的一个实施例的结构示意图。图中所示的黄光大功率发光二极管灯包括光斑校正自由曲面透镜1、大功率LED 2、线路板3、铝热沉4、散热翅片5、热管6、外壳7、底板8，底板上有小孔9。黄光大功率LED配上光斑校正透镜满足蝙蝠翼光斑分布；线路板、铝热沉、散热翅片、热管构成散热系统，热量由散热结构排到灯体内腔空间，再由灯底板上的多个小孔排出，小孔同时起排水作用，小孔个数为10-200个；灯壳上表面为流线型曲面防止积灰、沙而影响散热，满足大功率LED的散热要求；灯壳材料为塑钢或不锈钢，不涂油漆，以防止日久的腐蚀，保证寿命；LED的驱动电源为恒流恒功率输出，适用电压范围为90-300V，驱动电源前加保护电路，防止雷击和电压突然冲击而失效；电路的接头利用专业固定方式连接，方便维护更换。整个黄光大功率LED灯满足灯照明要求。

由于供电电网在设计上的不足，导致灯工作时(深夜)驱动器上的输入电压通常远高于市电标称电压，加上众多国家供电电压的不一致，要求灯驱动模块为高电源效率、高可靠性开关电源，适应电压范围100-290V。为此本发明的发明人设计了如图2所示的电源。该电源模块的输出电压24.3V，输出电流2.11A。为了进一步提高电源效率和可靠性，在输出端加了PWM脉宽调制电路。

如图2的灯驱动模块电路图所示，电路主要包括以下几个部分：输入电磁干扰滤波器(EMI)、PFC(功率因数调整)电路，输出电压电流控制电路(恒功率控制电路)及保护电路。各部分功能简介如下：

1)EMI(输入电磁干扰滤波器)，如图3所示。

2)PFC(功率因数调整)电路，如图4所示。

PFC电路由集成PFC控制器L6562实现，提高系统功率因数，同时提供更为稳定的输出电压。L6562的1管脚通过检测输出电压，管脚3检测输入电流，L6562使二者相位尽量相近，获得较好的功率因数。

3)恒功率控制电路，如图5所示。

由电流电压控制器TSM101实现，TSM101可以同时实现对输出电压和电流的检测，保持输出恒功率。调整R57，R38，VR1来调整Vrin输入，从而调整输出电压；通过调整R10用来设置输出电流。具体的恒功率控制流程为：

当电源输入升高时，输出电压升高，管脚output输出低电平，光耦IC2导通，Q1Q2组成的PWM振荡电路频率输出降低从而降低输出电压。当电源输入降低时过程相反。从而实现电源输出的恒功率控制。

本发明的黄光大功率LED串并联布置，由恒功率控制电路驱动，适用电压范围为90-290V，电源效率优于93％

4)保护电路，由LM2904，SCR1等构成。

5)脉宽调制驱动电路图，如图6所示，ZXLD1360是LED专用脉宽调制驱动芯片。

对这个电源的性能进行实测，结果如表1所示：

表1实测电源性能

电源输入功率(AC)   电源输出功率(DC)     LED驱动功率(DC)        光通量

电压 电流   功率   电压   电流   功率   电压   电流   功率     (lm)

90V  0.59A  52.9W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

100V 0.53A  52.6W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

110V 0.49A  53.0W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

120V 0.44A  52.8W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

130V 0.41A  52.8W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

140V 0.38A  52.6W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

150V 0.35A  53.0W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

160V 0.33A  52.9W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

170V 0.31A  52.6W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W   3398

180V 0.29A  52.6W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

190V 0.28A  52.7W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

200V 0.26A  52.8W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

210V 0.25A  52.4W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

220V 0.24A  52.8W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

230V 0.23A  52.9W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

240V 0.22A  52.8W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

250V 0.21A  53.0W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

259V 0.21A  53.0W  24.3V  2.11A  51.3W  19.5V  2.52A  49.14W

可见，当电源模块的输入电压从90-260V之间变化时，它的输出电流恒定在2.11A，电压恒定在24.5V，功率恒定在51.3W；经PWM调制电路驱动LED的电源为19.5V，电流2.52A，驱动功率49.14W，电源效率为93.1％，整个灯的光效为64.3lm/W。经老化试验，已达3000小时无故障结果。

本发明能达到如下技术指标，确保该技术的应用产品能达到节能环保并提供安全的照明环境，并大量减少传统灯的维修费用。

本发明达到的技术指标：

(1)黄色LED照明光效大于110lm/W。

(2)特大照明角度，在9米高照明条件下，光斑均匀度达50％以上，范围达50×18m²。

(3)黄色LED材料采用铟镓氮，有别与磷镓、砷镓材料的黄光LED。

(4)可在室外温度-40～110℃，湿度30～98％RH的环境下工作。

(5)光斑及照度形状如图7所示。

(6)符合Rohs规定，确保不含有毒物质。

(7)寿命高于50000小时。

(8)相对传统高压钠灯，节能30-50％。

Claims (5)

1.一种黄光大功率发光二极管灯，包括光斑校正自由曲面透镜(1)、黄光大功率LED(2)、线路板(3)、散热结构(4，5，6)、外壳(7)和用于驱动所述黄光大功率LED的驱动电源，其特征在于：所述黄光大功率LED(2)焊在所述线路板(3)上，所述黄光大功率LED(2)的前面装所述自由曲面透镜(1)，所述线路板(3)的后面装散热结构(4，5，6)，整个灯体装在所述外壳之内，所述黄光大功率LED(2)的驱动电源为可控恒流恒功率驱动电源，包括输入电磁干扰滤波器、功率因数调整电路、输出电压电流控制电路及保护电路；

其中，所述黄光大功率LED材料采用铟镓氮；在所述外壳(7)的下表面上设有多个开口，所述黄光大功率LED(2)从该开口处出射光，每个开口对应至少一个所述黄光大功率LED(2)，所述外壳(7)的下表面为底平面(8)，所述底平面(8)上开有多个小孔用于散热及排水，所述多个小孔围绕上述开口设置且至少位于相邻两个开口之间；所述散热结构(4，5，6)由金属基热沉(4)、散热翅片(5)和热管(6)组成，而且所述热管(6)为U形管。

2.根据权利要求1所述的黄光大功率发光二极管灯，其特征在于所述黄光大功率LED(2)的波长为575-600nm。

3.根据权利要求1所述的黄光大功率发光二极管灯，其特征在于所述黄光大功率LED(2)发出的光经过所述光斑校正自由曲面透镜(1)，沿路面方向形成铺展的蝙蝠翼光斑分布。

4.根据权利要求1所述的黄光大功率发光二极管灯，其特征在于所述黄光大功率LED(2)串并联布置。

5.根据权利要求1所述的黄光大功率发光二极管灯，其特征在于所述外壳(7)的上表面为流线状曲面构成，所述外壳材料由塑钢或不锈钢组成。

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