CN102842573A - 一种交流发光二极管结构 - Google Patents

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吴声
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Abstract

本发明涉及一种用交流市电直接驱动的交流发光二极管结构。现有二极管电路中LED的利用率和发光率效率低，耗能大。本发明其特征在于包括四个LED芯片，所述的四个LED芯片两两串联并行设置，所述的LED芯片由多个微直流LED以三角形环路和四边形环路构成，且三角形环路和四边形环路的内部微直流LED的电气连接均以顺时针或逆时针的方式依次连接。本发明在相同光通量要求下，可使得光源成本有效降低5，而且系统的光效更高，可靠性更好。

Description

一种交流发光二极管结构
技术领域
本发明涉及一种LED光源，特别是一种用交流市电直接驱动的交流LED光源。
背景技术
半导体照明产业在全球兴起，LED（发光二极管）成为万众瞩目的焦点，而LED技术的发展也日新月异，特别是2008年以后，随着LED发光效率的提升和成本的持续降低，LED开始大规模进入照明市场，特别是光源类产品市场如LED球泡灯，LED蜡烛灯，LED射灯等市场。
光源类产品如LED球泡灯主要有直流LED（如贴片5630或大功率LED）和交流LED这两种方式实现。但是由于常规直流LED的工作电压只有2.8~3.3V，而且只能工作在直流模式下，因此，直流LED必须经过驱动电源后才能和市电相连。但是由于LED光源类产品的体积一般都很小，这就使得光源和驱动电源工作在很高的温度之下。对于驱动而言，电容是必不可少的元器件，但高温却导致LED驱动电源的寿命大大缩短，从而直接导致LED光源类产品寿命减少。
光源类产品的第二种实现方式即直接使用交流LED，由于交流LED无需驱动就能直接和市电相连，因此，使得系统设计更加简单容易，而且成本更低。
现有的交流LED主要有两种方式，第一种方式为反向串联电路，主要有S公司主导，如图1图2所示，在交流电的正半周，上半串正向连接的LED开启并处于工作状态，而下半串LED由于反向连接从而处于关闭状态；在交流电的负半周，上半串正向连接的LED处于关闭状态，而下半串LED开启并处于工作状态，这样一来，在整个交流电的周期都有LED处于工作状态。
第二种方式为惠斯通桥式电路，主要由E公司主导，工作原理如图3图4所示，在交流电的正半周期，桥式电路的左上臂、电桥、右下臂的LED处于工作状态，而其他LED处于关闭状态；在交流电的负半周期，桥式电路的左下臂、电桥、右上臂的LED处于工作状态，而其他LED处于关闭状态。
从以上两种交流LED结构可知，第一种反向串联电路结构由34颗微直流LED组成的反向串联交流LED电路，其中每个周期均有17颗直流LED导通，导通电压为51V~55V，LED利用率只有50%。而第二种惠斯通桥式结构由24颗微直流LED组成的惠斯通桥式交流LED电路，其中每个周期均有16颗直流LED导通，导通电压为48V~51V。处于电桥上的8颗LED始终处于导通状态，而处于电桥臂上的16颗LED在不同的正负半周均有一般处于导通状态，及电桥臂上有8颗导通。LED的使用率比第一种略高，总体LED使用率为67%。电路中的LED利用率越低，系统的效率也会越低，较低的电路效率不仅造成了能源的浪费，LED系统成本的上升，也会对交流LED的可靠性造成较大的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提出一种交流发光二极管结构，能有效提高电路中LED的利用率和发光率，成本低廉、结构可靠，减少能源浪费。
为此，本发明采取如下技术方案：一种交流发光二极管结构，其特征在于包括四个LED芯片，所述的四个LED芯片两两串联并行设置，所述的LED芯片由多个微直流LED以三角形环路和四边形环路构成，且三角形环路和四边形环路的内部微直流LED的电气连接均以顺时针或逆时针的方式依次连接。
所述的三角形环路和四边形环路的公共边上微直流LED的数量为多个，所述四边形环路和三角形环路的非公共边上微直流LED的数量均为一个。
所述的微直流LED的正极和相邻微直流LED的负极相连。
所述LED芯片的工作电压为50Vac～55Vac，所述的一个LED芯片内包括22～26个微直流LED，LED芯片包括位于两端的两个三角形环路和位于中部的三个四边形环路，所述的三角形环路和四边形环路的公共边上微直流LED的数量为2～4个。
所述的的微直流LED开启电压为2.4～2.7V，正常工作电压为2.8V～3.3V；
所述的LED芯片为蓝光芯片，其上覆盖着一层荧光粉，所述的荧光粉是YAG黄色银光粉、硅酸盐绿色荧光粉、氮化物红绿荧光粉其中的一种或者几种组合。
本发明通过新的电路拓扑结构使得在每个交流电周期内LED的使用率从原来的50%和66%提高到77%以上。在相同光通量要求下，可使得光源成本降低54%（和第一种结构相比）及17%（和第二种结构相比）以上，而且系统的光效更高，可靠性更好。
附图说明
图1是反向串联交流LED正半周通电示意图
图2是反向串联交流LED负半周通电示意图
图3是惠斯通桥式交流LED正半周通电示意图
图4是惠斯通桥式交流LED负半周通电示意图
图5是本发明交流LED示意图
图6是利用本发明交流LED产生的110VAC应用示意图
图7是利用本发明交流LED产生的220VAC应用示意图
具体实施方式
以下说明书附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
如图5-7所示的交流发光二极管结构包括四个LED芯片，工作电压约为51Vac~55Vac，当两颗交流LED串联时，工作电压为100Vac~110Vac；当4颗交流LED串联时，工作电压为200Vac~220Vac；如图6和图7的优选实例中，采用4颗LED两两串联并列放置组成一交流模块，该模块有4个引脚，然后通过外部引线实现110Vac应用或220Vac应用。LED芯片为蓝光芯片其上通过点胶或喷涂的方式覆盖上一层荧光粉，该荧光粉可以是YAG黄色银光粉，硅酸盐绿色荧光粉，氮化物红绿荧光粉其中的一种或者几种组合。
如图5所示，LED芯片由多个微直流LED组成，微直流LED其电气连接方式由三角形结构环路和四边形结构环路交替构成，包括位于两端的两个三角形环路1和5和三个位于中间的四边形环路2、3和环路4，且三角形环路和四边形环路的内部微直流LED的电气连接均以顺时针或逆时针的方式依次连接，构成一个环路。微直流LED的连接方式都是首尾相连，即任何一个LED的正极始终与该环路内相邻的LED的负极相连，或者任何一个LED的负极始终与该环路内相邻的LED的正极相连。且三角形环路和四边形环路的公共边上微直流LED的数量为多个，四边形环路和三角形环路的非公共边上微直流LED的数量均为一个。
作为优选，LED芯片内包括22个微直流LED，三角形环路和四边形环路的公共边上微直流LED的数量为3颗。在每个导通周期，四边形结构公共边上的LED始终处于导通状态，即有12颗LED始终处于导通状态；在每个正半周期或负半周期内，三角形结构和四边形结构的非公共边共有5颗LED处于导通状态；即在每个正半周期或负半周期内，始终有17颗LED处于导通状态，导通率为17/22=77%.
本发明的交流发光二极管结构，主要通过外延生长，清洗，黄光微影，蚀刻，微结构隔离，金属化连接，钝化等制程形成。其尺寸范围为50mil~100mil，在一优选实例中，该交流芯片尺寸为80mil。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，还可以做出若干改进，这些改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种交流发光二极管结构，其特征在于包括四个LED芯片，所述的四个LED芯片两两串联并行设置，所述的LED芯片由多个微直流LED以三角形环路和四边形环路构成，且三角形环路和四边形环路的内部微直流LED的电气连接均以顺时针或逆时针的方式依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种交流发光二极管结构，其特征在于所述的三角形环路和四边形环路的公共边上微直流LED的数量为多个，所述四边形环路和三角形环路的非公共边上微直流LED的数量均为一个。
3.根据权利要求2所述的一种交流发光二极管结构，其特征在于所述的微直流LED的正极和相邻微直流LED的负极相连。
4.根据权利要求1或3所述的一种交流发光二极管结构，其特征在于所述LED芯片的工作电压为50Vac～55Vac，所述的一个LED芯片内包括22～26个微直流LED，LED芯片包括位于两端的两个三角形环路和位于中部的三个四边形环路，所述的三角形环路和四边形环路的公共边上微直流LED的数量为2～4个。
5.根据权利要求4所述的一种交流发光二极管结构，其特征在于所述的的微直流LED开启电压为2.4～2.7V，正常工作电压为2.8V～3.3V。
6.根据权利要求5所述的一种交流发光二极管结构，其特征在于所述的LED芯片为蓝光芯片，其上覆盖着一层荧光粉，所述的荧光粉是YAG黄色银光粉、硅酸盐绿色荧光粉、氮化物红绿荧光粉其中的一种或者几种组合。 
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