CN102340918A

CN102340918A - 一种交流发光二极管装置

Info

Publication number: CN102340918A
Application number: CN2011103233512A
Authority: CN
Inventors: 郑树文; 范广涵; 张涛; 李述体; 宋晶晶; 喻晓鹏
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2011-10-22
Filing date: 2011-10-22
Publication date: 2012-02-01

Abstract

一种交流发光二极管装置，包括支架及散热组件、整流电路和LED芯片组，所述整流电路由至少四个高压LED芯片组连接组成桥式整流电路。本发明由于采用将整流电路设置成由至少四个高压LED芯片组连接组成的桥式整流电路，通过该桥式整流电路既能够使LED芯片组直接通过外部交流高压电源驱动，而且电路简单，成本低，又能够获得更好效果的照明光源，使照明光源具有照射面积大、均匀度好等优点，并且本发明结构简单、制造方便、电能转换效率高、散热效果好、使用寿命长。

Description

一种交流发光二极管装置

技术领域

本发明涉及光源照明技术领域，特别是涉及一种交流发光二极管装置。

背景技术

随着照明技术的进步，绿色新光源的应用越来越突出，以发光二极管（LED）为代表的第四代光源，因具有光通量高、结构小以及安全、节能等诸多优点，已成为替代传统照明光源的最佳光源选择。

目前，以LED为照明光源的产品很多，但绝大多数都是使用恒流驱动LED来实现光源发光。但市场使用的电力为交流50Hz的高压供电源，所以要想实现用恒流驱动LED发光就必须在LED光源的输入端配上了复杂的整流电路和低压电路。如果这样，配上的整流电路和低压电路一方面增加光源的成本，另一方面因为复杂的电路增加光源的故障率，致使LED的长寿命优点发挥不出来，还降低LED光源的整体发光效率。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种电路简单、成本低，能够通过外部交流高压电源直接驱动点亮的发光二极管装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的交流发光二极管装置，包括支架及散热组件、整流电路和LED芯片组，其特点是所述整流电路由至少四个高压LED芯片组连接组成桥式整流电路。

为了使本发明在外部交流高压电源直接驱动的基础上还能够获得高显色性白光光源，上述桥式整流电路的至少一条支路上串联连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片。

为了使本发明在外部交流高压电源直接驱动的基础上还能够获得更好的高显色性白光光源，既可以是上述LED芯片组为由串联于上述整流电路的输出端之间的至少一个高压LED芯片组组成，也可以是上述LED芯片组为由串联于上述整流电路的输出端之间的至少一个高压LED芯片组和至少一个用于调节色温的小功率LED芯片连接组成。

为了达到保护小功率LED芯片的目的，使小功率LED芯片不易烧坏，上述桥式整流电路的输入端连接有限流电阻R。

本发明由于采用将整流电路设置成由至少四个高压LED芯片组连接组成的桥式整流电路，通过该桥式整流电路既能够使LED芯片组直接通过外部交流高压电源驱动，而且电路简单，成本低，又能够获得更好效果的照明光源，使照明光源具有照射面积大、均匀度好等优点。同时，可在桥式整流电路的支路中串联有用于调节色温的小功率LED芯片，通过小功率LED芯片的发光颜色与高压LED芯片组的发光颜色的相互配合，使本发明在外部交流高压直接驱动的基础上能够获得高显色性白光光源。并且LED芯片组可为由串联于整流电路的输出端之间的至少一个高压LED芯片组和至少一个用于调节色温的小功率LED芯片连接组成，通过选择和调整小功率LED芯片的发光颜色或个数就能容易地获得不同的高显色性照明白光光源，从而进一步地提高了本发明的实用性能。此外，在桥式整流电路的输入端连接有限流电阻，该限流电阻的阻值与高压LED芯片组、小功率LED芯片的个数及工作电流相配合，这样既起到保护小功率LED芯片不会因为过载而损坏，又能确保小功率LED芯片达到理想的发光效果。而且本发明结构简单、制造方便、电能转换效率高、散热效果好、使用寿命长。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明实施方案1的电路原理图。

图2为本发明实施方案2的电路原理图。

图3为本发明实施方案3的电路原理图。

图4为本发明实施方案4的电路原理图。

图5为本发明的结构示意图。

图6为本发明的高压LED芯片组的内部结构示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本发明所述的交流发光二极管装置，包括支架及散热组件1、整流电路和LED芯片组，其中整流电路由至少四个高压LED芯片组连接组成桥式整流电路，该桥式整流电路的输入端与外部交流高压电源相连接，其输出端与LED芯片组相连接，而且高压LED芯片组发出的光为蓝光或紫光。如图6所示，高压LED芯片组为由若干个微芯片串联在同一衬底上并通过芯片工艺制成或由多个小功率芯片通过金线串联并集成在同一基板上而构成。在本发明中，高压LED芯片组是通过一系列芯片工艺实现在一个蓝宝石衬底上把16个微芯片串联起来而形成，高压LED芯片组的发光波长为450～475nm的蓝光，每个高压LED芯片组的工作电压在50V左右。为了使本发明在外部交流高压电源直接驱动的基础上还能够获得高显色性白光光源，桥式整流电路的至少一条支路上串联连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片。为了使本发明在外部交流高压电源直接驱动的基础上还能够获得更好的高显色性白光光源，既可以是LED芯片组为由串联于上述整流电路的输出端之间的至少一个高压LED芯片组组成，也可以是LED芯片组为由串联于上述整流电路的输出端之间的至少一个高压LED芯片组和至少一个用于调节色温的小功率LED芯片连接组成。本发明所述的小功率LED芯片为发光波段在橙色和红色之间的暖色LED芯片，当制作发光二极管装置时，通过选择和调整小功率LED芯片的发光颜色或个数就能容易地获得不同的高显色性照明白光光源。而且在本发明中，所用的小功率LED芯片为红光芯片，发光波长在620～650nm之间，工作电压在2.1V左右。此外，为了保护小功率LED芯片，在桥式整流电路的输入端连接有限流电阻R，该限流电阻R的阻值为300～1KΩ之间，具体数值要根据高压LED芯片组中的每个微芯片pn结电压、单个小功率LED芯片的pn结电压和芯片的工作电流决定。如图5所示，支架及散热组件1包括具有通孔111的支撑壳体11及设置在支撑壳体11的通孔111的一端的散热底板12、另一端的荧光板13，荧光板13的外侧面上覆盖有透镜14，并且荧光板13与透镜14通过粘胶剂紧密连接，其中荧光板13由PC材料与荧光粉烧结而成或玻璃材料与荧光粉烧结而成或硅胶与荧光粉通过压膜形成或树脂与荧光粉通过压膜形成，并且荧光板13为可在高压LED芯片组的蓝光激发下发射出黄光或黄绿光的荧光板或为可在高压LED芯片组的紫外光激发下发射出蓝、绿、黄混合光的荧光板，透镜14则由硅胶或树脂材料或耐高温的透明塑料或玻璃材料制成，在本发明中，透镜14采用球冠形状，采用的材料为低折射率的硅胶，所以有利于提高本发明的光效，而LED芯片组和各高压LED芯片组位于支撑壳体11的通孔111内且固定在散热底板12上，而且在散热底板12与荧光板13之间填充有硅胶体15，在支撑壳体11的侧面上设置有电源输入端电极16。为了更好地获得均匀的高显色性照明白光光源，高压LED芯片组、小功率LED芯片的封装位置基本对称。其中，硅胶体15由高折射率的硅胶制成，一方面可把高压LED芯片组与小功率LED芯片相连接的金线凝固，保护金线；另一方面又有利于提高LED的光提取效率。本发明使用时，其发出的高显色性白光，既可以由高压LED芯片组发出的蓝光与荧光板13发出的黄光，以及小功率LED芯片发出的红光或橙色光混合而成，也可以是由不同的高压LED芯片组发出的蓝光和紫光，它们激发荧光板13发出黄绿光或黄光，再配合小功率LED芯片发出的红光或橙色光混合而成。由于荧光板13在高压LED芯片组发出的部分蓝光受激下会发射出长余辉黄光，并与高压LED芯片组发出的其余蓝光和小功率LED芯片发出的红光配混合，就可以获得人眼感受不到白光的闪耀和显色性达到90以上的白光，这样的白光就可应用到各类照明场合，其市场应用潜力巨大。为了使本发明具有良好的散热效果，如图5所示，散热底板12由导热绝缘层121和散热层122组成，其中散热层122与外部空间相通且其一侧面与导热绝缘层121紧密贴合，而LED芯片组和各高压LED芯片组固定在导热绝缘层121上。为了增大散热层122与外部空间的接触面积，以利用散热层122更好地散热，如图5所示，散热层122具有斜面结构。其中，导热绝缘层121由陶瓷或金刚石或其它非金属材料制成，散热层122则由Al、Cu等金属或金属复合材料或石墨或石墨与金属复合材料或其它散热能力强的非金属材料制成。并且在导热绝缘层121上设置有电极层2，而LED芯片组和各高压LED芯片组固定在电极层2上，并且电极层2由铜金属制成并通过电镀的方式设置在导热绝缘层121的表面上。

为了使本发明具有不同的照明效果，本发明的电路可设置成由不同个数的高压LED芯片组及小功率LED芯片连接组成。

实施例一：

如图1所示，高压LED芯片组B1、高压LED芯片组B2、高压LED芯片组B3和高压LED芯片组B4连接组成桥式整流电路，该桥式整流电路的输出端之间顺着电流流经方向依序连接有小功率LED芯片LED1、小功率LED芯片LED2、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B6和高压LED芯片组B5。而限流电阻R连接在桥式整流电路的输入端。该电路通电时，限流电阻R、高压LED芯片组B4、小功率LED芯片LED1、小功率LED芯片LED2、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5和高压LED芯片组B2构成通电回路；高压LED芯片组B1、小功率LED芯片LED1、小功率LED芯片LED2、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5、高压LED芯片组B3和限流电阻R构成通电回路。

实施例二：

如图2所示，高压LED芯片组B1、高压LED芯片组B2、高压LED芯片组B3和高压LED芯片组B4连接组成桥式整流电路，其中高压LED芯片组B1所在的支路中串联有小功率LED芯片LED1，而且小功率LED芯片LED1的电流输出端与高压LED芯片组B1的正极连接，同时在高压LED芯片组B4所在的支路中串联有小功率LED芯片LED2，而且小功率LED芯片LED2的电流输出端与高压LED芯片组B4的正极连接。该桥式整流电路的输出端之间顺着电流流经方向依序连接有小功率LED芯片LED3、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B6和高压LED芯片组B5。而限流电阻R连接在桥式整流电路的输入端。该电路通电时，限流电阻R、小功率LED芯片LED2、高压LED芯片组B4、小功率LED芯片LED3、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5和高压LED芯片组B2构成通电回路；小功率LED芯片LED1、高压LED芯片组B1、小功率LED芯片LED3、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5、高压LED芯片组B3和限流电阻R构成通电回路。

实施例三：

如图3所示，高压LED芯片组B1、高压LED芯片组B2、高压LED芯片组B3和高压LED芯片组B4连接组成桥式整流电路，其中高压LED芯片组B1所在的支路中串联有小功率LED芯片LED1，而且小功率LED芯片LED1的电流输出端与高压LED芯片组B1的正极连接；高压LED芯片组B2所在的支路中串联有小功率LED芯片LED2，而且小功率LED芯片LED2的电流输出端与高压LED芯片组B2的正极连接；高压LED芯片组B3所在的支路中串联有小功率LED芯片LED3，而且小功率LED芯片LED3的电流输出端与高压LED芯片组B3的正极连接；高压LED芯片组B4所在的支路中串联有小功率LED芯片LED4，而且小功率LED芯片LED4的电流输出端与高压LED芯片组B4的正极连接。该桥式整流电路的输出端之间顺着电流流经方向依序连接有小功率LED芯片LED5、高压LED芯片组B6和高压LED芯片组B5。而限流电阻R连接在桥式整流电路的输入端。该电路通电时，限流电阻R、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B4、小功率LED芯片LED5、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5、小功率LED芯片LED2和高压LED芯片组B2构成通电回路；小功率LED芯片LED1、高压LED芯片组B1、小功率LED芯片LED5、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B5、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B3和限流电阻R构成通电回路。

实施例四：

如图4所示，高压LED芯片组B2、高压LED芯片组B4、高压LED芯片组B5、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B7和高压LED芯片组B9连接组成桥式整流电路，其中高压LED芯片组B4和高压LED芯片组B5串联在同一支路上，高压LED芯片组B6和高压LED芯片组B7串联在同一支路上，而高压LED芯片组B2的正极端串联有小功率LED芯片LED1、负极端串联有小功率LED芯片LED2，高压LED芯片组B9的正极端串联有小功率LED芯片LED4、负极端串联有小功率LED芯片LED3。该桥式整流电路的两端分别串联有高压LED芯片组B1和高压LED芯片组B8、高压LED芯片组B3和高压LED芯片组B10。而在桥式整流电路的电流输入端连接有限流电阻R。该电路通电时，限流电阻R、高压LED芯片组B1、小功率LED芯片LED1、高压LED芯片组B2、小功率LED芯片LED2、高压LED芯片组B6、高压LED芯片组B7、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B9、小功率LED芯片LED3和高压LED芯片组B8构成通电回路；高压LED芯片组B10、小功率LED芯片LED4、高压LED芯片组B9、小功率LED芯片LED3、高压LED芯片组B5、高压LED芯片组B4、小功率LED芯片LED1、高压LED芯片组B2、小功率LED芯片LED2、高压LED芯片组B3和限流电阻R构成通电回路。

本发明所述的发光二极管装置，其输入的交流电压值决定了整流电路的输出端之间的高压LED芯片组和小功率LED芯片的数量。如果外部输入的交流电压值为220V左右，那么整流电路及其输出端之间的高压LED芯片组和小功率LED芯片就可采用如图1至图3所示的连接，但如果输入的交流电压值为110V左右，那整流电路可采用图1至图3所示的连接，但整流电路的输出端之间的电路只能由几个小功率LED芯片串联构成，而不能再串联有高压LED芯片组。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims

1.一种交流发光二极管装置，包括支架及散热组件（1）、整流电路和LED芯片组，其特征在于所述整流电路由至少四个高压LED芯片组连接组成桥式整流电路。

2.根据权利要求1所述交流发光二极管装置，其特征在于上述桥式整流电路的至少一条支路上串联连接有至少一个用于调节色温的小功率LED芯片。

3.根据权利要求1所述交流发光二极管装置，其特征在于上述LED芯片组为由串联于上述整流电路的输出端之间的至少一个高压LED芯片组组成。

4.根据权利要求1所述交流发光二极管装置，其特征在于上述LED芯片组为由串联于上述整流电路的输出端之间的至少一个高压LED芯片组和至少一个用于调节色温的小功率LED芯片连接组成。

5.根据权利要求1所述交流发光二极管装置，其特征在于上述桥式整流电路的输入端连接有限流电阻R。

6.根据权利要求2或4所述交流发光二极管装置，其特征在于上述小功率LED芯片为发光波段在橙色和红色之间的暖色LED芯片。

7.根据权利要求1所述交流发光二极管装置，其特征在于上述支架及散热组件（1）包括具有通孔（111）的支撑壳体（11）及设置在支撑壳体（11）的通孔（111）的一端的散热底板（12）、另一端的荧光板（13），所述荧光板（13）的外侧面上覆盖有透镜（14），上述LED芯片组和各高压LED芯片组位于所述支撑壳体（11）的通孔（111）内且固定在散热底板（12）上，所述散热底板（12）与荧光板（13）之间填充有硅胶体（15），所述支撑壳体（11）的侧面上设置有电源输入端电极（16）。

8.根据权利要求7所述交流发光二极管装置，其特征在于上述散热底板（12）由导热绝缘层（121）和散热层（122）组成，所述散热层（122）与外部空间相通且其一侧面与导热绝缘层（121）紧密贴合，上述LED芯片组和各高压LED芯片组固定在所述导热绝缘层（121）上。

9.根据权利要求8所述交流发光二极管装置，其特征在于上述导热绝缘层（121）上设置有电极层（2），上述LED芯片组和各高压LED芯片组固定在所述电极层（2）上。