CN103428950A - 一种利于散热的led照明灯电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利于散热的LED照明灯电路，用于LED灯照明技术领域，所述电路包括：AC-DC整流回路，包括依次连接的交流输入端、保护过流的器件、将输入工频交流电转换为脉动直流电的全桥整流电路BD1；恒定电流控制回路包括段偏置电路和脉冲恒流控制电路；LED模组，包括若干个LED模组，包括高压LED、COB封装LED或自行搭建的LED模组。本发明将输入的交流电变换成倍频的脉动直流电，将脉动直流电转换成分段的直流恒流电流输出，将分段的直流恒流电流恒定在一个稳定的直流恒流输出，实现对LED照明灯具的无磁元件，无电解，无驱动腔，小散热器，高PF，低谐波，高寿命可调光方案。

Description

一种利于散热的LED照明灯电路

技术领域

本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种利于散热的LED照明灯电路。

背景技术

LED（发光二极管，Lighting Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具，LED光源的光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，因此属于典型的绿色照明光源；另外，LED具有节能、环保、寿命长、体积小等优点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

LED光源采用直流驱动，超低功耗（单管0.03瓦-1瓦）电光功率转换率接近100%，比传统光源节能80%以上。LED光源属于固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，因此使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

正因为目前LED均采用直流驱动，因此在市电与LED之间需要加一个恒流驱动电源，把交流市电转换成合适LED的直流电，由于这个恒流驱动电源的存在，LED灯具中必须提供一个放置此恒流驱动电源的驱动腔，这样LED灯具的散热器必须是中空的柱状体，而由于受到灯具外壳及外观的标准限制，目前LED灯具的散热器都是比较大且重，从而整个灯具较之传统灯具会重很多，导致安装可靠性以及安全性受到严重影响，并且灯具的发光面也会较之传统灯具变的更小，以上缺点限制了LED灯具的普及以及应用场合。另外，由于此恒流驱动电源存在大量的电解电容以及磁性元器件来改善谐波与电磁兼容问题，所以往往导致整个LED灯具寿命变短，电磁兼容性较差。而且此恒流驱动电源一般放置于驱动腔内，发热器件无法和散热器直接接触，导致此恒流驱动电源的散热能力较差，间接使灯具的可靠性变差，寿命变短，效率变差。

发明内容

本发明实施例的目的是针对现有LED灯具技术的上述缺陷，提供一种用于LED照明灯电路，通过将输入的交流电变换成倍频的脉动直流电，将脉动直流电转换成分段的直流恒流电流输出，将分段的直流恒流电流恒定在一个稳定的直流恒流输出，实现对LED照明灯具的无磁元件，无电解，无驱动腔，小散热器，高PF，低谐波，高寿命可调光方案的设计。

为了实现前述发明目的，本发明提出的一种利于散热的LED照明灯电路是通过以下技术方案实现的：

一种利于散热的LED照明灯电路，其特征在于，所述电路包括依次连接AC-DC整流回路，恒定电流控制回路和LED模组，其中：

所述AC-DC整流回路包括依次连接的交流输入端、保护过流的器件、将输入工频交流电转换为脉动直流电的全桥整流电路BD1；

所述恒定电流控制回路包括段偏置电路和脉冲恒流控制电路。

在本发明的其中一实施例中，所述脉冲恒流控制电路采用芯片U1，所述LED模组包含LED模组1；所述段偏置电路为电阻R2；所述全桥整流电路BD1的输出端连接所述电阻R2的输入端和LED模组1的输入端，所述LED模组1的输出端连接所述芯片U1的引脚S1、S2、S3中的任一个引脚，所述电阻R2的输出端连接芯片U1的引脚ST，并且经电容C1接地。

进一步地，所述LED模组还包含LED模组2，所述LED模组2的输入端连接所述LED模组1的输出端，所述LED模组2的输出端连接所述芯片的引脚S1、S2、S3中的剩下的两个引脚中的任一个引脚。

进一步地，所述LED模组还包含LED模组3，所述LED模组3的输入端连接所述LED模组2的输出端，所述LED模组3的输出端连接所述芯片的引脚S1、S2、S3中的剩下的最后一个引脚。

在本发明的另一个实施例中，所述脉冲恒流控制电路采用芯片U2；所述恒定电流控制回路的段偏置电路包括偏置电阻R11，还包括与所述芯片U2分别连接的恒定电流限制电阻R4、R5、R6；所述LED模组包含LED模组1；所述全桥整流电路BD1的输出端连接所述电阻11的输入端和所述LED模组1的输入端，所述电阻11的输出端连接芯片U2的PU1；所述LED模组1的输出端连接所述芯片U2的引脚TAP1、TAP2、TAP3中的任一个引脚；所述电阻R4的输入端连接所述芯片U2的引脚SENSE1，所述电阻R4的输出端连接电阻R5的输入端和所述芯片U2的引脚SENSE2，所述电阻R5的输出端连接所述电阻R6的输入端和所述芯片U2的引脚SENSE3，所述电阻R6的输出端接地。

进一步地，所述恒定电流控制回路的段偏置电路还包括偏置电阻R12，所述LED模组还包含LED模组2；所述LED模组1的输出端还连接所述LED模组2的输入端、所述电阻R12的输入端；所述电阻R12的输出端连接所述芯片U2的引脚PU2；所述LED模组2的输出端连接所述芯片U2的引脚TAP1、TAP2、TAP3中的剩下两个引脚中的任一个引脚。

进一步地，所述恒定电流控制回路的段偏置电路还包括偏置电阻R13，所述LED模组还包含LED模组3；所述LED模组2的输出端还连接所述LED模组3的输入端、所述电阻R13的输入端；所述电阻R13的输出端连接所述芯片U2的引脚PU3；所述LED模组3的输出端连接所述芯片U2的引脚TAP1、TAP2、TAP3中的剩下一个引脚。

与现有技术相比，本发明实施例的LED照明灯结构相对简单，无磁性元器件，电磁干扰极少，更环保，更安全；无电解，灯具寿命高，避免电解液污染，更环保；无传统的恒流驱动电源，省去了驱动器，因此，在壳体上就不需要驱动腔，从而有利于散热。高PF（0.99），低谐波，使电网无功损耗降低，对电网干扰小；采用高压小电流技术，减少线路损耗，降低灯具发热，提升效率，提高寿命；驱动与光源的集成化，产品模块化，便于自动化生产，提高生产效率及产品通用性；兼容可控硅调光，直接由传统照明系统替换提升为LED照明系统，更换便捷，经济，灯具发光面及发光角度以及整体灯具形状设计自由度大，更能适合各种照明场合。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例10W以下LED灯的电路示意图；

图2为本发明实施例10W以上LED灯的电路示意图；

图3为本发明实施例经过外界可控硅调光的输入的工频交流电波形图；

图4为本发明实施例经过全桥电路整流得到的倍频的脉动直流电波形图；

图5为本发明实施例由脉冲恒定电流控制回路2得到的三段电流波形图；

图6为本发明实施例PWM调光的电流波形图；

图7A为传统LED球泡灯的结构示意图；

图7B为本发明的球泡灯的结构对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例以两种用于不同功率范围的LED照明灯具的设计方案为例来说明本发明技术方案：

一种是10W以下的方案，如图1所示，所述LED照明灯具电路包括：

AC-DC整流回路1，恒定电流控制回路2和LED模组，其中：

AC-DC整流回路1，包括依次连接的交流输入端、保护过流的器件R1、将输入工频交流电转换为脉动直流电的全桥整流电路BD1；

恒定电流控制回路2包括段偏置电路和芯片U1；

所述LED模组包括若干个LED模组，包括高压LED、COB封装LED或自行搭建的LED模组；芯片U1的型号为AIC6602。

其中，AC-DC整流回路1的交流输入端AC_L&AC_N包括灯具灯头或者特定灯具的L&N交流输入端。段偏置电路为电阻R2，电阻R2的输入端连接全桥整流电路BD1的输出端，电阻R2的输出端连接芯片U1的引脚ST，并且经电容C1接地。保护过流的器件R1可以为保险丝，保险电阻，压敏电阻或者其他保护装置。

在本实施例中，LED模组包括LED模组1、LED模组2和LED模组3。LED模组1包括单个高压LED或者COB封装LED模组或者其任意组合，LED模组1的输入端连接所述全桥整流电路BD1的输出端，其输出端连接所述芯片U1的引脚S1；LED模组2包括单个高压LED或者COB封装LED模组或者其任意组合，LED模组2的输入端连接所述LED模组1的输出端，其输出端连接所述芯片U1的引脚S2；而LED模组3也包括单个高压LED或者COB封装LED模组或者其任意组合，LED模组3的输入端连接所述LED模组2的输出端，其输出端连接所述芯片U1的引脚S3。

在本发明另一个实施例中，提供一种功率10W以上的方案，如图2所示，下面以较为复杂的10W以上方案为例作具体说明。

所述用于LED照明灯具的无电解，无驱动腔，小散热器，高PF，低谐波，高寿命可调光方案：包括AC-DC整流回路1，恒定电流控制回路2和LED模组，其中：

所述AC-DC整流回路1包括依次连接的一个交流输入端AC_L&AC_N、一个保护过流的器件R7、一个将输入工频交流电转换为脉动直流电的全桥整流电路BD1；

恒定电流控制回路2包括段偏置电路和芯片U2组成，其中段偏置电路包括段偏置电阻R11、R12、R13以及恒定电流限制电阻R4、R5、R6；

本实施例中，LED模组也包括3个LED模组，LED模组1、LED模组2、LED模组3，所述LED模组可以是高压LED，可以是COB封装LED，也可以是自行搭建的LED模组，芯片U2的型号为EXC100。

其中，AC-DC整流回路1的交流输入端AC_L&AC_N可为灯具灯头或者特定灯具的L&N交流输入端。AC-DC整流回路1的保护过流的器件R7可以为保险丝，保险电阻，压敏电阻或者其他保护装置，所述保护过流的器件R7的输入端连接所述交流输入端AC_L&AC_N的AC_L，其输出端连接所述全桥整流电路BD1的输入端。而AC-DC整流回路1的全桥整流电路BD1的输入端连接所述保护过流的器件R7的输出端，其输出端连接所述段偏置电阻R11，以及所述LED模组1。

对于恒定电流控制回路2，其中，段偏置电阻R11的输入端连接所述全桥整流电路BD1的输出端，其输出端连接所述芯片U2的引脚PU1；恒定电流控制回路2的段偏置电阻R12的输入端连接所述LED模组1的输出端，其输出端连接所述芯片U2的引脚PU2；恒定电流控制回路2的段偏置电阻R13的输入端连接所述LED模组2的输出端，其输出端连接所述芯片U2的引脚PU3。

恒定电流控制回路2的恒定电流限制电阻R4的输入端连接所述芯片U2的引脚SENSE1，其输出端连接所述恒定电流限制电阻R5的输入端；恒定电流控制回路2的恒定电流限制电阻R5的输入端连接所述芯片U2的引脚SENSE2，其输出端连接所述恒定电流限制电阻R6的输入端；恒定电流控制回路2的恒定电流限制电阻R6的输入端连接所述芯片U2的引脚SENSE3，其输出端连接所述芯片U2的引脚GND以及所述全桥整流电路BD1的输出端。

对于LED模组，LED模组1可以是单个高压LED或者COB封装LED模组或者多个的小功率LED，高压LED以及COB封装LED的组合，LED模组1的输入端连接所述全桥整流电路BD1的输出端，其输出端连接所述芯片U2的引脚TAP1；LED模组2可以是单个高压LED或者COB封装LED模组或者多个的小功率LED，高压LED以及COB封装LED的组合，LED模组2的输入端连接所述LED模组1的输出端，其输出端连接所述芯片U2的引脚TAP2；LED模组3可以是单个高压LED或者COB封装LED模组或者多个的小功率LED，高压LED以及COB封装LED的组合，所述LED模组3的输入端连接所述LED模组2的输出端，其输出端连接所述芯片U2的引脚TAP3。

由于使用了以上技术方案，与现有技术相比，本方案通过全桥整流电路将输入的交流电变换成倍频的脉动直流电，通过DC/DC脉冲恒流电路将脉动直流电转换成三段直流恒流电流输出，通过脉冲恒流控制电路将三段直流恒流电流恒定在一个稳定的直流恒流输出，实现了对LED照明灯具的无磁元件，无电解，无驱动腔，小散热器，高PF，低谐波，高寿命的设计。

同时，由线性元器件构成恒定电流控制回路2来实现LED恒流的控制，故完全兼容传统照明中的可控硅调光系统，使得LED灯具作为替换光源的优势更高，同时也大大降低光源更新换代的资本投入。

另外，由于此方案实现恒流控制的元器件极少，而且无电解电容，且完全由线性元器件构成恒定电流控制回路2来实现LED恒流的控制故无需功率因数校正电路以及滤波回路来提升PF以及降低谐波，直接实现高PF，低谐波。因此完全可将AC-DC整流回路1以及恒定电流控制回路2的元器件直接贴片于光源铝基板，从而实现了无驱动腔的设计，因此，方案中无传统的恒流驱动电源，省去了驱动器，因此，在壳体上就不需要驱动腔，从而有利于散热。

于是，LED的散热器可以设计成实心的星状辐射体，大大加强撒热能力，所以LED灯具的散热器可以设计的十分小巧，完成了小散热器灯具的实现。此外，由于散热器的形状不在受到驱动腔的限制，可以设计成各种形状及工艺，提高灯具的美观度。

下面的一个实施例主要用来说明采用10W以上方案实现10W A19无磁元件，无电解，无驱动腔，小散热器，高PF，低谐波，高寿命可调光LED宽光球泡灯的方案。

本发明技术方案通过全桥整流电路将输入的交流电变换成倍频的脉动直流电，通过DC/DC脉冲恒流电路将脉动直流电转换成三段直流恒流电流输出，通过脉冲恒流控制电路将三段直流恒流电流恒定在一个稳定的直流恒流输出，然后通过此恒定的直流恒流输出来驱动高压小电流LED模组，从而实现了10W A19无磁元件，无电解，高PF，低谐波，高寿命的设计。

另外，本发明技术方案使得无论LED正向压降的变差或者输入电压的变化以及电网冲击的影响，都能够以精确的稳定的电流来驱动LED。控制电流的元器件数量极少，并且无电解电容和磁性元器件，所有器件都可贴于光源板上，故也可通过光源铝基板将热量散去，大大提高整个灯具的寿命以及发光效率。

同时，由于此方案中完全由线性元器件构成恒定电流控制回路2来实现LED恒流的控制，故完全兼容传统照明中的可控硅调光系统。

另外，由于此方案实现恒流控制的元器件极少，而且无电解电容，且完全由线性元器件构成恒定电流控制回路2来实现LED恒流的控制故无需功率因数校正电路以及滤波回路来提升PF以及降低谐波，直接实现高PF，低谐波。因此现将AC-DC整流回路1以及恒定电流控制回路2的元器件直接贴片于光源铝基板，从而实现了无驱动腔的设计。

以下结合可控硅调光系统将10W A19球泡灯的各部分工作进行详细的介绍。

如图3所示，经过外界相位调光（诸如可控硅调光）的工频交流电由交流输入端AC_L&AC_N，即E27螺口灯头输入，图中阴影部分表示被诸如可控硅切割的不被输入的电压部分，其中a是相位调光的导通角（0≤a≤π）。

全桥整流电路BD1将输入工频交流电转换为脉动直流电，如图4所示，调光信息被保留在由它输出的脉动直流电中。

恒定电流控制回路2将脉动直流电压转换为分段的高频脉冲直流恒流电流。理论上，如果将脉动直流电压转换为四段或者更多段的高频脉冲直流恒流电流，电源效率会更高，但是会增加线路的复杂程度，根据实际测试数据显示，三段分流既符合大部分灯具转换效率的要求，电路又不是非常复杂，是比较理想的分段方式。在本实施例中，恒定电流控制回路2将脉动直流电压转换对应三段不同的电流大小的三段脉冲直流恒流电流，如图5所示。

脉冲直流恒流电流通过高压小电流LED模组，让LED发光，从而实现了电光能量转换。

而图5所示中阴影部分的脉冲电流，正是调光信息中被诸如可控硅切割的不被输入的电压部分，从而实现了兼容可控硅调光系统。

另外，如果外接PWM信号输入段偏置电路R1、R2、R3时，原来的三段高频脉冲直流恒流电流就变成绿色柱状图所示的PWM电流，如图6，从而实现外接PWM信号分段调光。实现了灯具多种调光模式的兼容。

恒定电流控制回路2中的芯片U1以及恒定电流限制电路R4、R5、R6是精确控制各段恒流输出电流恒定值的控制回路，接受输入的三段高频脉冲直流恒流电流，将电流恒定在一个稳定的直流恒流输出，使得三段电流叠加波形如图5所示。这样使得电流波形的相位角始终完全跟随电压波形的相位角，使得LED灯具类似成一个阻性负载，实现线性驱动LED，功率因数无限趋近于1，如图5所示。

以上皆是此10W A19无磁元件，无电解，无驱动腔，小散热器，高PF，低谐波，高寿命可调光LED宽光球泡灯方案的电气部分说明，如图7A和图7B分别示出了传统球泡灯与本发明实施例球泡灯的对比图，以球泡灯为例，对其结构方面进行说明，进一步突出此方案的优势。

如图7A所示，传统的球泡灯具在光源面板101需要设置驱动腔102，驱动腔102占去了光源面板101背面的大部分的空间，这使得只有少量的空间供给散热器103，从而使得散热效果大打折扣。

而如图7B所示，本发明实施例的球泡灯具，可以将将AC-DC整流回路1以及恒定电流控制回路2的元器件直接贴片于光源铝基板，即光源和芯片可以集成在一个面板上，形成光源及芯片面板104，实现了无驱动腔的设计，在光源及芯片面板104背面仅需要一个很小的引线通道105，这就使得光源及芯片面板104背面的几乎所有的空间留给了散热器103，并且散热器103可以设计成用无驱动腔的星状辐射，这不仅仅很大程度的增加了热辐射面积，也大大节省了散热材料的用量，从而减轻灯具重量，以及降低成本。

此外，为了进一步加强灯具的散热能力，对此10W A19LED球泡灯散热器采用铝材外压导热塑料的形式成形，进一步增加灯具的对外热辐射能力，减轻灯具重量，也使得灯具外壳完全采用绝缘材料实现，安全性方面大大提高，杜绝漏电危险。由于没有了驱动腔，而且散热器采用星状辐射结构，外加热辐射能力很强的导热塑料作为外表面，因此，此散热器可以设计的很小巧，实现了小散热器灯具的要求。

在散热器可以做的很小巧的前提下，此10W A19LED球泡灯方案的灯具发光面就可以设计的比较大，接近一个圆球状，LED球泡灯的出光面接近传统的白炽灯，实现了宽光的设计要求。

此外，本发明可以广泛应用于3-50W的LED照明灯具，如LED球泡灯，LED蜡烛灯，LED日光灯，LED筒灯，LED射灯，LED吸顶灯，LED天花灯以及LED面板灯等等。无磁元件，无电解，无驱动腔，小散热器，高PF，低谐波，高寿命可调光（多种调光方式兼容）。功率因数高达0.99，效率最高可达96%，谐波10%~25%。

本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利于散热的LED照明灯电路，其特征在于，所述电路包括依次连接AC-DC整流回路，恒定电流控制回路和LED模组，其中：

所述AC-DC整流回路包括依次连接的交流输入端、保护过流的器件、将输入工频交流电转换为脉动直流电的全桥整流电路BD1；

所述恒定电流控制回路包括段偏置电路和脉冲恒流控制电路。

2.如权利要求1所述的利于散热的LED照明灯电路，其特征在于，所述AC-DC整流回路的交流输入端AC_L&AC_N包括灯具灯头或者灯具的L&N交流输入端。

3.如权利要求1所述的利于散热的LED照明灯电路，其特征在于，所述脉冲恒流控制电路采用芯片U1，所述LED模组包含LED模组1；所述段偏置电路为电阻R2；

所述全桥整流电路BD1的输出端连接所述电阻R2的输入端和LED模组1的输入端，所述LED模组1的输出端连接所述芯片U1的引脚S1、S2、S3中的任一个引脚，所述电阻R2的输出端连接芯片U1的引脚ST，并且经电容C1接地。

4.根据权利要求3所述的利于散热的LED照明灯电路，其特征在于，其特征在于：所述LED模组还包含LED模组2，所述LED模组2的输入端连接所述LED模组1的输出端，所述LED模组2的输出端连接所述芯片的引脚S1、S2、S3中的剩下的两个引脚中的任一个引脚。

5.根据权利要求4所述的利于散热的LED照明灯电路，其特征在于，其特征在于：所述LED模组还包含LED模组3，所述LED模组3的输入端连接所述LED模组2的输出端，所述LED模组3的输出端连接所述芯片的引脚S1、S2、S3中的剩下的最后一个引脚。

6.如权利要求1所述的利于散热的LED照明灯电路，其特征在于：所述脉冲恒流控制电路采用芯片U2；所述恒定电流控制回路的段偏置电路包括偏置电阻R11，还包括与所述芯片U2分别连接的恒定电流限制电阻R4、R5、R6；所述LED模组包含LED模组1；

所述全桥整流电路BD1的输出端连接所述电阻11的输入端和所述LED模组1的输入端，所述电阻11的输出端连接芯片U2的PU1；

所述LED模组1的输出端连接所述芯片U2的引脚TAP1、TAP2、TAP3中的任一个引脚；

所述电阻R4的输入端连接所述芯片U2的引脚SENSE1，所述电阻R4的输出端连接电阻R5的输入端和所述芯片U2的引脚SENSE2，所述电阻R5的输出端连接所述电阻R6的输入端和所述芯片U2的引脚SENSE3，所述电阻R6的输出端接地。

7.根据权利要求6所述的可调光的LED照明灯电路，其特征在于：所述恒定电流控制回路的段偏置电路还包括偏置电阻R12，所述LED模组还包含LED模组2；

所述LED模组1的输出端还连接所述LED模组2的输入端、所述电阻R12的输入端；所述电阻R12的输出端连接所述芯片U2的引脚PU2；所述LED模组2的输出端连接所述芯片U2的引脚TAP1、TAP2、TAP3中的剩下两个引脚中的任一个引脚。

8.根据权利要求7所述的可调光的LED照明灯电路，其特征在于：所述恒定电流控制回路的段偏置电路还包括偏置电阻R13，所述LED模组还包含LED模组3；

所述LED模组2的输出端还连接所述LED模组3的输入端、所述电阻R13的输入端；所述电阻R13的输出端连接所述芯片U2的引脚PU3；所述LED模组3的输出端连接所述芯片U2的引脚TAP1、TAP2、TAP3中的剩下的一个引脚。

9.如权利要求1所述的利于散热的LED照明灯电路，其特征在于，所述保护过流的器件为保险丝或保险电阻或压敏电阻，其输入端连接所述交流输入端AC_L&AC_N的AC_L，其输出端连接所述全桥整流电路BD1的输入端。

10.如权利要求5或8所述的LED照明灯电路，其特征在于，所述LED模组1、LED模组2、LED模组3包括高压LED、COB封装LED或自行搭建的LED模组。

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