CN101718405A - 一种小功率led照明灯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种照明用小功率LED照明灯。它包括限流电容器、整流桥、并联电容器、LED灯，将限流电容器串接在市电与桥式整流器之间，桥式整流器的输出端接LED灯，无极性非电解质电容器并接在桥式整流器的输出端。本发明利用小容量非电解质电容的高内阻的自限流作用，将整流后的脉动直流电流直接驱动小功率LED灯珠发光实现照明，在LED灯珠串两端并联小容量非电解质电容与限流电容分压，防止电源接通的瞬间产生的过电压损坏LED灯珠。本发明大大提高了LED灯的寿命，具有可靠性高和低成本、高效率、微功耗、长寿命的优点。本发明也可应用于电视机、显示屏、笔记本电脑等作为背光源照明。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED照明灯，特别涉及一种小功率LED照明灯。
背景技术
现有的照明灯主要以白炽灯/卤素灯、节能灯最为常用。传统的白炽灯电转换为光的效率最低，只有不到10％，大量的能量变成了热能。基于节能的考虑，全球各地都制订了用节能灯具替代白炽灯具的时间表，白炽灯被更节能的照明方式替代是大势所趋。
LED灯的发光效率要远高于现有的节能灯具，但其芯片制备工艺复杂、价格高，其性能还受到散热效率的制约。随着LED照明技术的不断进步，LED照明应用在政府引导和环保节能需求牵引的共同作用下，正呈现高速发展的势头。但目前大功率LED照明技术由于成本和相关电源技术可靠性的限制，使大功率LED照明仍处在研发、完善和示范阶段，离民用照明的推广应用，尚有一定的距离。其中大功率LED灯具高昂的成本和驱动电源的可靠性是限制其大规模进入民用市场的经济和技术瓶颈。
大功率LED灯具需要大电流驱动，驱动电源本身的可靠性和寿命受到元器件性能的限制。导致整个灯具的寿命和可靠性受驱动电源所用元件寿命的限制。其中一个最薄弱的环节是电解电容(如电解电容电解液干枯)。现在公认最好的量产驱动电源寿命约在2.5万小时。所以尽管LED灯珠的寿命达到5万小时以上，其灯具的实际使用寿命也无法超过电源寿命。
发明内容
为了解决LED灯存在的技术问题，本发明提供一种小功率、效率高、成本低、寿命长的LED照明灯。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：包括限流电容器、整流桥、并联电容器、LED灯，限流电容器、整流桥、并联电容器、LED灯安装在电路板上，将限流电容器串接在市电与桥式整流器之间，桥式整流器的输出端接LED灯，无极性非电解质电容器并接在桥式整流器的输出端。
上述的小功率LED照明灯中，所述LED灯是由多个LED灯的串接组成。
上述的小功率LED照明灯中，所述LED灯是多个LED灯串接支路的并联组合。
上述的小功率LED照明灯中，其交流输入接口采用现有标准的灯头接口。
本发明的技术效果在于：1)本发明采用小容量无极性高压电容自限流，采用高耐压二极管构成硅桥整流，采用小容量无极性非电解质电容并接在桥式整流器的输出端，除对脉动直流有一定的滤波功能外，主要起抗闪变过电压的作用，可防止在电源接通瞬间加到发光管上的过高电压产生的瞬间大峰值电流损坏发光管。由于去掉了易损坏的电解电容，大大提高了电源寿命和灯具的整体可靠性，可使灯具达到LED的理论寿命50000小时以上。2)采用小电容降压构成的电源具有较高的容抗，该容抗能有效降低输入到整流桥的电压而不消耗有功功率。由于LED的动态内阻小，小电容的阻抗大，具有较好的恒流能力，在电网电压波动时，对发光强度的影响较小，对于LED可视为准恒流源驱动。本发明中所有LED灯珠采用串联供电，可在较大范围内通过选择合适的容量降压电容和相应LED灯珠数目来满足不同功率灯具的要求，且每个灯珠的电流一致，发光均匀性好，功耗相近，容易优化光源结构和灯具散热结构的设计。3)本发明中整个电路除整流桥本身约28×n(整流桥的正向压降1.4V，每条灯珠串的驱动电流为20毫安，n为并联的LED灯珠串支路数目)毫瓦的功耗外，无任何其它额外的无效功耗，电源效率可达到97％以上。4)采用铝基板的印制电路板，能有效地将工作时发光二极管芯片产生的热量传导到铝板上，在每个芯片下方和周围的区域设置了通风散热孔，通过自然对流和辐射将芯片工作时产生的热量高效地散发到环境中，能有效降低芯片的工作温度，加上高内阻电源的自限流特性，保证灯具在45摄氏度的环境温度下仍能正常工作。5)气体荧光节能灯的光谱中含有紫外线和近紫外线的光谱成分(365纳米，404.66纳米，435.83纳米)，LED光谱中只有455-620纳米区间的光谱成分。6)常规的节能灯的驱动是高频电场，有电磁辐射；有电磁泄漏大功率的LED灯用开关电源驱动，也有电磁泄露。而小功率的LED照明灯以100周低频驱动(50周交流全波整流后的脉动直流)，所以没有任何电磁辐射。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图2为本发明的外型图。
具体实施方式
本发明的原理：一般市电的交流电压为220V、230V或110V。一般白光LED灯珠的正向压降为3-3.2V，取决于工作电流的大小。要采用220V交流电压驱动LED发光，就必须给LED灯珠提供合适的直流电流。常规的方法是采用恒流开关电源为LED灯珠提供电流。这种方法的缺点在于电源本身的效率只有80％左右，而且电源本身的可靠性和寿命受到所用元件性能的限制，电源成本较高。若采用正反向各用78个LED灯珠串联直接接在220V交流电源上，这样既省去了降压、滤波电容，又省去了整流硅桥，但致命的缺点是成本太高，无法广泛使用。
本发明的电路如图1所示。小功率LED照明灯由限流无极性固体电容器，整流桥，小容量无极性固体滤波电容器和依所需照明功率以多个串接的LED灯珠构成。
限流电容容量的确定：
根据容抗的计算公式：
Ic＝V/Zc＝2πfCV
根据所用灯珠的驱动电流要求，将交流市电的电压减去所串联的灯珠在工作电流下的总电压降代入上式中，可求得降压电容的值。由于给出的交流电压只是有效值，所以要乘1.4才得到市电电压的峰值。在计算照明功率时可直接用有效值，但在估算LED的电流峰值时，必须用市电峰值计算，取值应使驱动电流峰值落在LED灯珠安全峰值电流范围内。
以市电频率50周，有效幅值220V，LED驱动电流为20毫安为例。若制作一个1.6瓦的小功率LED照明灯，需27个LED灯珠。正常工作时的压降为27*3.2＝86.4V。代入上式中求得C为0.189微法，取标称值0.22微法。此时27个LED灯珠串总的动态内阻约为250欧，降压电容的阻抗为16.7千欧，是LED动态内阻的约70倍。由于电源的内阻远大于负载电阻，这实际上非常近似于一个恒流源。所以整个回路的电流主要由降压电容决定，只要电容容量选择合适，整个系统不要用任何有功耗的限流措施(如调整管或电阻)就可将驱动电流限制在LED灯珠的安全驱动电流范围内。即算所有的灯珠全部被短路，电流也不会超出限定值，如此设计的照明光源具有本质上的安全性。
并联在LED灯珠串两端的分压保护电容容量的确定：
传统上在此处是采用一个大容量电容对整流后的脉动直流进行滤波。本发明此处该电容的作用不在滤波，而在于抑制接通电网时过电压产生的峰值电流对LED灯珠可能造成的损害。因为若考虑为滤波，则根据时间常数的计算至少要采用几十至数百微法的电容方可达到滤波效果，势必要引进电解电容，这将为光源的可靠性带来隐患。其实全波整流后的脉动直流频率到100周，人眼根本不能分辨光源强度的波动，得到是一种平均光强的视觉效果。所以只要用一个小容量、耐高压的非电解质电容如陶瓷电容并联在串连起来的LED灯珠两端即可。它起到的作用是当打开电源时，与限流电容分压，保证接通电源瞬时加到LED灯珠串两端的电压在安全范围内。选择的原则是使滤波电容上的瞬间分压降小于LED灯珠串的安全总压降。
参见图2，图2为本发明的外型图，其中1为螺口灯头；2为灯泡的阻燃透气塑料外壳；3为驱动电路与带散热孔的LED灯珠板；4为透光透气灯罩。本发明的电源输入接口可视需要采用现有灯具的各种标准接口。
本发明也可以应用到电视机、显示屏、笔记本电脑等需要LED背光源的照明驱动中。
Claims (6)
1.一种照明用小功率LED照明灯，包括限流电容器、整流桥、并联电容器、LED灯，限流电容器、整流桥、并联电容器、LED灯安装在电路板上，其特征在于：将限流电容器串接在市电与桥式整流器之间，桥式整流器的输出端接LED灯，无极性非电解质电容器并接在桥式整流器的输出端。
2.根据权利要求1所述的小功率LED照明灯，其特征在于：所述LED灯是多个LED灯的串接组成。
3.根据权利要求1所述的小功率LED照明灯，其特征在于：所述LED灯是多个LED灯串接支路的并联组合。
4.根据权利要求1所述的小功率LED照明灯，其特征在于：其交流输入接口采用现有标准的灯头接口。
5.根据权利要求1所述的小功率LED照明灯，其特征在于：所述电路板为环氧基板或纸基印制电路板，在电路板上每个灯珠下方和侧面无线路连接的位置处开孔。
6.根据权利要求1所述的小功率LED照明灯，其特征在于：所述电路板采用铝基印制电路板，电路板每一芯片下方和侧面无线路位置处开有通风孔。
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