CN102287739A

CN102287739A - 半导体节能灯

Info

Publication number: CN102287739A
Application number: CN2011101919607A
Authority: CN
Inventors: 周必忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明涉及一种灯，尤其涉及一种半导体节能灯。本发明半导体节能灯，包括发光二极管组，发光二极管组的正极与延时开启晶体管组件的负极连接，延时开启晶体管组件的正极与电源的正极连接，发光二极管组的负极与电源的负极连接。本发明的优点效果：本发明制造的半导体节能灯，可以随时关闭和启动。本发明用于直流电源时，其工作电流是半导体发光器的最佳电流，适用于标准干电池、蓄电池供电。本发明用于交流电源时，当供电线路为电感性负载线路时，用电容器限流的半导体节能灯，可使供电线路达到更好的效果。

Description

半导体节能灯

技术领域

本发明涉及一种灯，尤其涉及一种半导体节能灯。

背景技术

在现有半导体发光二极管应用中，其代表性的应用为：作为仪器仪表以及各类设备的背光照明、显示屏以及牌匾、舞台灯光装饰、移动照明等。作为真正意义的室内照明和城市照明以及道路照明还不多。

半导体发光二极管——即现在的LED，单个的LED发光功率和驱动电压都很低。在显示屏以及牌匾、舞台灯光装饰、移动照明、室内照明和城市照明以及道路照明中，通常都使用多个LED组合加大发光功率。

由此，LED组合需要单独的驱动电源。因而出现了各种不同形式的LED组合的驱动电源。

小型的移动照明——即手电、头灯等可以直接用干电池、蓄电池供电。功率大一些移动照明还不能直接用干电池、蓄电池供电。

LED还有一个特点，其电流对电源电压非常敏感，当电压略有增大，电流就增大很多，但其光输出却增大不多，光的输出量很快的就饱和了。

电压略有增高，电流增加的更大，相当于通过的电流越大，内阻越小。

当电压略高时，电流增大很多。就能极大地降低LED的发光效率和使用寿命，使其使用性能低于萤光灯和气体发光灯

还由于LED的尺寸很小，其内部装配精度要求极高，容易出现装配误差，引起同一规格的LED需要的电压和电流不同。当在同一条件下工作时，可能出现不同的亮度，特别是不同批次的产品。

现有对大功率LED组合供电的驱动电源有多种形式，都采用变压器或电子设备等方式，把220伏的交变电压、交变电流变成恒压或恒流作为LED的驱动电源，对于需要精确调整电压或电流的LED组件，其批量生产的恒压或恒流驱动电源，就不适合了。

对固定使用的小型LED组合还使用了“电容降压”、电阻降压等简易方法。

但是，在现有使用电容的技术中，认为该技术是“降压技术”，并认为由于电容反复充电，LED容易损坏。

使用“电容降压”技术是使用原理不当，导致LED灯达不到节能和长寿命的效果。

在小型的七彩灯杯中，就使用了“电容降压”和电阻降压方法。但七彩灯杯只是用于装饰的，只要求装饰效果，或作为辅助照明，对节能和长寿命就没有严格要求。

在小型的七彩灯杯中所用LED的发光直径约1毫米，工作电流以毫安计。

在申请号为201110094478.1和201120110765.2的半导体照明灯中，提出了用于真正意义上的室内照明和城市照明以及道路照明用半导体照明灯。但其在起动瞬间的限流电阻是负温度系数的热敏电阻，其使用不方便。当长时间使用后，热敏电阻的温度较高，阻值很小，断电后，在短时间内不允许再次启动使用，因而使用不方便。

发明内容

为解决上述技术问题本发明提供一种半导体节能灯，目的是可以使LED灯在短时间内允许再次启动，使在室内照明和城市照明以及道路照明上容易使用LED照明，并使半导体节能灯起到节能和长寿命的作用。

为达到上述目的，本发明半导体节能灯，包括发光二极管组，发光二极管组的正极与延时开启晶体管组件的负极连接，延时开启晶体管组件的正极与电源的正极连接，发光二极管组的负极与电源的负极连接。

所述的电源为直流电源。

所述的延时开启晶体管组件由下述结构构成：三极管，三极管的基极与连接电源正极的一端之间设有分压用电阻，三极管的基极与发光二极管组的正极之间设有分压用电容。

电源为交流电源时，交流电源与桥式整流器输入端连接，延时开启晶体管组件设在桥式整流器的负输出端与发光二极管组正极之间，延时开启晶体管组件并联限流电阻，发光二极管组两端并联缓冲用电容及其第一放电用电阻，桥式整流器的正输出端与发光二极管组负极连接,桥式整流器的输入端与交流电源之间串联有限流电抗器，限流电抗器的两端并联第二放电用电阻。

所述的限流电抗器电容电抗器、电感电抗器或电容器和电感线圈的组合。

所述的延时开启晶体管组件由三极管或晶闸管和分压用电阻及分压用电容组成。

所述的延时开启晶体管组件中的晶体管为PNP型三极管时，三极管的基极与发射集之间设有分压用电阻，基极与集电极之间设有分压用电容。

所述的延时开启晶体管组件中的晶体管为NPN型三极管时，三极管的基极与发射集之间设有分压用电容，基极与集电极之间设有分压用电阻。

所述的延时开启晶体管组件中的晶体管为晶闸管时，晶闸管的控制极与阳极之间设有分压用电阻，控制极与阴极之间设有分压用电容。

由于半导体发光器的最小启动电压小于标准干电池、蓄电池的电压。大功率半导体发光器组合直接在标准干电池、蓄电池的电压下工作时，其工作电流将大于最佳电流，发光效率降低，增加电能消耗，特别是对于标准干电池、蓄电池，需要增大容量。

本发明的优点效果：

本发明制造的半导体节能灯，可以随时关闭和启动。本发明用于直流电源时，其工作电流是半导体发光器的最佳电流，适用于标准干电池、蓄电池供电。本发明用于交流电源时，当供电线路为电感性负载线路时，用电容器限流的半导体节能灯，可使供电线路达到更好的效果。

通常的供电线路，特别是轻载线路，接入电容性负载线路能提高供电线路的功率因素。

当供电线路呈电容性负载线路时，可将电容器换为电感电抗器，可使供电线路达到最佳效果。

由于固定式的电感电抗器的感抗不能随意调整，需要调整时用电容器来对其串联或并联，以增大或减小其电抗，即成为电感感抗和电容容抗组成的电抗器。

电容器的容抗可以直接使用不同容量的电容器来改变，其容抗的调整极为方便。

本发明可以很方便地对每组半导体节能灯的电流进行调整，使其在最佳的状态下工作，达到半导体节能灯节能、长寿命的效果，且成本低，故障少，易于实现。

附图说明

图1是本发明的用于直流电源的电路原理图, 图中以PNP型三极管为例。

图2是本发明的用于交流电源的电路原理图, 图中以PNP型三极管为例。

图3是NPN型三极管的延时开启晶体管组件。

图4是P型晶闸管组件。

图5是N型晶闸管组件。

图中： 1、发光二极管组；2、缓冲用电容；3、第一放电用电阻；4、限流电阻；5、PNP型三极管；6、分压用电阻；7、分压用电容；8、桥式整流器；9、限流电抗器；10、第二放电用电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示本发明半导体节能灯，包括发光二极管组1，发光二极管组1的正极与延时开启晶体管组件的负极连接，延时开启晶体管组件的正极与电源的正极连接，发光二极管组的负极与电源的负极连接，电源为直流电源；延时开启晶体管组件由下述结构构成：PNP型三极管5，三极管5的基极与发射集之间设有分压用电阻，基极与集电极之间设有分压用电容。

调整分压用电阻6，就可以改变三极管的放大系数，即是改变输出电流；调整分压用电容7，就可以改变发射极和集电极之间导通的时间。使不同数量的发光二极管的组件都能方便地使用标准的直流电源,并可以使同一电源供电的各组发光二极管组分时开启,避免蓄电池等直流电源瞬间放出大电流。

实施例2

如图2所示本发明半导体节能灯，电源为交流电源时，交流电源与桥式整流器8输入端连接，延时开启晶体管组件设在桥式整流器8的负输出端与发光二极管组1正极之间，延时开启晶体管组件并联限流电阻4，发光二极管组1两端并联缓冲用电容2及其第一放电用电阻3，桥式整流器的正输出端与发光二极管组负极连接,桥式整流器8的输入端与交流电源之间串联有限流电抗器9，限流电抗器9的两端并联第二放电用电阻10，限流电抗器9为电容电抗器；延时开启晶体管组件由三极管或晶闸管和分压用电阻及分压用电容组成；延时开启晶体管组件中的晶体管为PNP型三极管5时，三极管的基极与发射集之间设有分压用电阻6，基极与集电极之间设有分压用电容7。

实施例3

实施例2中限流电抗器9为电感电抗器，如图3所示延时开启晶体管组件中的晶体管为NPN型三极管时，三极管的基极与发射集之间设有分压用电容7，基极与集电极之间设有分压用电阻6。

实施例4

实施例2中限流电抗器9为电容器和电感线圈的组合，如图4-5所示延时开启晶体管组件中的晶体管为晶闸管时，晶闸管的控制极与阳极之间设有分压用电阻6，控制极与阴极之间设有分压用电容7。

下面为对电路原理图的详细说明。

为便于说明和简化公式，下列各式中略去缓冲用电容和两个放电用电阻。

当半导体节能灯正常工作时，电路中电流为：

限流电抗器为电容电抗器时

；

限流电抗器为电感电抗器时

；

U为电源电压；

R为电路中发光二极管组的内阻、限流电阻和其他元件等的电阻和；

X_L为电感器的感抗，X_L=2πfL，其中f为电源频率，L为电感；

X_C为电容器的容抗，X_C=1/2πfC，其中C为电容。

由于半导体节能灯的工作电流较小，且其内阻很小，多个LED串联后的内阻和亦小，所需容抗或感抗较大。

由上述各式可以得知R阻值即使有较大的变化，电流的变化亦很小，用容抗或感抗对电流的限制可以做到很精确。即使R= X_L=X_C时，将R短路，电流也只能增大到1.4142倍。

当电感感抗器和电容电抗器串联时，电路中电流为：

。

当电感感抗器和电容容抗器并联时，限流电抗器的电抗为

X= X_LX_C/（X_C-X_L）

由上述各式可知，用限流电抗器可以准确地控制电流的大小。

又根据电路的开闭定律

当电感电抗器限流电路通电的瞬间，电路中电流为

I=U（1-e^-Rt/L）/R

当电容器限流电路通电的瞬间，电路中电流为

I=Ue^-t/RC/R

因此，当R值很小时，电路中电流在接通的瞬间是很大的， LED的损坏就发生在接通时刻。

由于LED不可能串联过多，所以多个LED串联后的内阻和亦小，特别是电流过大时的内阻更小。必须串联适合的限流电阻。

当电路的工作电流很小时，限流电阻可以是普通电阻。

作为真正意义的照明灯，其电流较大，达到安培级的电流，当启动后，就不可能再用普通电阻限流。必须使用负温度系数的热敏电阻作限流电阻或对限流电阻短路，才能减少能耗，达到使用半导体节能灯的节能和长寿命的效果。

但使用负温度系数的热敏电阻作限流电阻很不方便。

本发明使用延时开启晶体管组件和限流电阻并联，启动后在适当时间内对限流电阻短路，用以减少能耗和保护发光二极管组。达到半导体节能灯的节能和长寿命的效果。可以频繁开闭，使用方便，不受限制。

由于三极管和晶闸管元件受温度影响，容易提前导通，必须配置缓冲用电容。

当开启的瞬间，较大的电流或可能产生的过大电流经限流电阻和缓冲用电容通过，用以保护发光二极管组。同时，与限流电阻并联的延时开启晶体管组件的分压用电阻和分压用电容导通，分压电容的端电压逐步建立，当分压电阻的电流和分压电容的电压达到需要的值时，三极管的发射极和集电极间就延时导通，此时的电流也减小到合适的大小了。这时限流电阻被短路，减少了能耗，又保护了发光二极管组。

限流电抗器的放电用电阻用于关闭电路时对电容放电，用以防止拆卸时可能发生的电击危险。

限流电容在工作时的端电压为

。

U_LCD为多个LED串联后的端电压之和，多个LED串联后的内阻和亦小，U_LCD也小，晶体管组件和限流电阻的端电压极小，略去不计。因此限流电容在工作时的端电压相当高。

当限流电抗器没有并联放电用电阻，再次接通电路时，其端电压将可能同电源电压迭加，对LED造成冲击。

限流电抗器放电用电阻用于关闭电路时对电感器放电，可以减小关闭时的电火花对开关的损害。

对电抗器放电的电阻阻值很大，可达200K或更大，对电路正常工作时的影响极小，能耗也极小。

缓冲用电容的主要作用是在开启的瞬间，较大的电流或可能产生的过大电流经限流电阻和缓冲用电容通过，用以保护发光二极管组。

因发光二极管组的端电压较低，对缓冲用电容放电的电阻阻值应该小一些。用以达到断开电路后，能较快地使缓冲用电容完全放电。保证再次启动时，缓冲用电容能有效地通过启动瞬间的较大电流或过大的电流，保护发光二极管组。

Claims

1.半导体节能灯，包括发光二极管组，其特征在于发光二极管组的正极与延时开启晶体管组件的负极连接，延时开启晶体管组件的正极与电源的正极连接，发光二极管组的负极与电源的负极连接。

2. 根据权利要求1所述的半导体节能灯，其特征在于所述的电源为直流电源。

3.根据权利要求1所述的半导体节能灯，其特征在于所述的延时开启晶体管组件由下述结构构成：三极管，三极管的基极与连接电源正极的一端之间设有分压用电阻，三极管的基极与发光二极管组的正极之间设有分压用电容。

4.根据权利要求1所述的半导体节能灯，其特征在于电源为交流电源时，交流电源与桥式整流器输入端连接，延时开启晶体管组件设在桥式整流器的负输出端与发光二极管组正极之间，延时开启晶体管组件并联限流电阻，发光二极管组两端并联缓冲用电容及其第一放电用电阻，桥式整流器的正输出端与发光二极管组负极连接,桥式整流器的输入端与交流电源之间串联有限流电抗器，限流电抗器的两端并联第二放电用电阻。

5.根据权利要求4所述的半导体节能灯，其特征在于所述的限流电抗器电容电抗器、电感电抗器或电容器和电感线圈的组合。

6.根据权利要求4所述的半导体节能灯，其特征在于所述的延时开启晶体管组件由三极管或晶闸管和分压用电阻及分压用电容组成。

7.根据权利要求6所述的半导体节能灯，其特征在于所述的延时开启晶体管组件中的晶体管为PNP型三极管时，三极管的基极与发射集之间设有分压用电阻，基极与集电极之间设有分压用电容。

8.根据权利要求6所述的半导体节能灯，其特征在于所述的延时开启晶体管组件中的晶体管为NPN型三极管时，三极管的基极与发射集之间设有分压用电容，基极与集电极之间设有分压用电阻。

9.根据权利要求6所述的半导体节能灯，其特征在于所述的延时开启晶体管组件中的晶体管为晶闸管时，晶闸管的控制极与阳极之间设有分压用电阻，控制极与阴极之间设有分压用电容。