CN103747563A - 一种交流电驱动led的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属LED灯具领域，涉及一种交流电驱动LED的方法。其特征在于：利用交流电的至少二相不同相位的电流驱动LED发光体。不仅解决了交流电驱动LED的频闪问题；而且与直流驱动技术相比，由于省略了专用驱动电源，具有可靠性强、效率高、体积小、附加耗能低、使用寿命长、制造成本和使用成本低等优点；与现有的交流驱动技术相比，省略了限流电阻、降压电容和扼流电感，具有可靠性强、效率高、体积小、附加耗能低、使用寿命长、制造成本和使用成本低等优点；是一种经济效益和社会效益明显且性价比高的LED驱动方法。

Description

一种交流电驱动LED的方法

技术领域

本发明属LED灯具领域，涉及一种交流电驱动LED的方法。 

背景技术

LED灯具因其节能、耐用和环保等优点，被关注，正成为新一代光源而被推广应用。针对传统的直流LED发光装置，由于需要直流电源而导致制造成本高、影响灯具寿命和电源多余耗能等问题。现有的交流LED发光装置，存在频闪问题，同时，在电路中串接的限流电阻、降压电容和扼流电感等，存在附加耗能和增加了LED灯具制造成本和体积的问题。专利CN201902900U和CN102468413A提出了一种采用长余辉荧光物质的方法解决交流LED的频闪问题。但是，由于长余辉荧光物质在没有激发光作用的条件下，其发光强度呈指数衰减特性，使得长余辉荧光粉只能部分缓减频闪，而无法消除频闪问题，特别是难以在LED芯片不发光的7毫秒间歇时间内保持光通量稳恒，无法保证在LED芯片不发光的7毫秒间歇时间内不出现无光间隙。另外，长余辉荧光粉发光效率低，会使LED灯具光效下降。 

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种能消除频闪的交流电驱动LED的方法。 

一种交流电驱动LED的方法，其特征在于：利用交流电的至少二相不同相位的电流驱动LED发光体。 

本发明的目的是利用交流电的至少二相不同相位的电流驱动LED发光体实现的，即利用交流电的二相或二相以上的不同相位的电流驱动LED发光体实现的，也就是：将同一LED发光体并接在交流电的至少二相不同相位上或在交流电的至少二相不同相位上接有各自的特性 基本一致的LED发光体实现的。当利用至少二相不同相位的交流电电流驱动同一LED发光体时，驱动电流能相互衔接和相互补偿，使得LED发光体的激发光相互衔接和相互补偿，从而消除LED的频闪现象；当利用交流电的至少二相不同相位的电流驱动各自的特性基本一致的LED发光体时，连接在不同相位上的特性基本一致的LED发光体的激发光能相互衔接并得以相互补偿，从而消除LED的频闪现象。所以，本发明不仅解决了交流电驱动LED的频闪问题；而且与直流驱动技术相比，由于省略了专用驱动电源，具有可靠性强、效率高、体积小、附加耗能低、使用寿命长、制造成本和使用成本低等优点；相比现有的交流驱动技术，由于省略了限流电阻、降压电容和扼流电感，具有可靠性强、效率高、体积小、附加耗能低、使用寿命长、制造成本和使用成本低等优点；是一种经济效益和社会效益明显且性价比高的LED驱动方法。 

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图； 

图2是本发明的第二种结构示意图； 

图3是本发明的第三种结构示意图， 

图4是图3的LED发光体的驱动电流测试结果， 

图5是图3三相驱动LED发光合成效果； 

图6是本发明的第四种结构示意图； 

图7是本发明的第五种结构示意图， 

图8是图7的LED灯珠串的驱动电流测试结果； 

图9是本发明的第六种结构示意图。 

图10是本发明的第七种结构示意图， 

图11是图10的LED发光体的驱动电流测试结果； 

图12是图10三相驱动LED发光合成效果。 

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明进行详述： 

图1和图2是本发明的二种利用交流电的三相不同相位的电流驱动同一LED发光体，即将交流电的三个不同相位并接在同一LED发光体上。图1是利用三相交流市电的三相电流驱动同一组LED发光体，即将三相交流市电的三相不同相位的电流分别通过三个全波桥式整流器并接在同一LED发光体上。图3、图6、图7、图9和图10是本发明的五种利用交流电的三相不同相位的电流驱动各自的特性基本一致的LED发光体，即在交流电的三个不同相位上都连接有各自的特性基本一致的LED发光体。图3、图6、图7和图9是将三组特性基本一致的LED发光体分别通过全波整流桥堆联接在交流电的三个不同相位上，而图10是将三组特性基本一致的LED发光体分别直接联接在交流电的三个不同相位上，每组LED发光体则是由特性基本一致的两串LED芯片反并联而成。图3、图6和图9是利用三相交流市电通过全波整流桥堆驱动各自的LED发光体；图10是利用三相交流市电直接驱动各自的LED发光体；图7是利用单相交流市电并利用移相器使单相交流市电形成三相相位差，并将三组特性基本一致的LED发光体分别通过全波整流桥堆接在移相器形成的三个不同的相位上。 

图2、图3和图7的LED发光体是由若干串联的发光二极管构成，图1和图6的LED发光体是由并联的若干串串联的发光二极管构成，图9的LED发光体由若干串混合串并联的发光二极管构成；图10的LED发光体是由两串反并联的发光二极管构成；显然，所述的LED发光体可以是由发光二极管构成的发光体，也可以是由LED发光芯片构成的发光体，它们之间可以串联、并联或混合串并联。为了确保发光效果，最好采用并联或混合串并联的发光二极管或LED发光芯片。 

图3、图6、图7和图9中的LED发光体都是通过桥式全波整流器 接在交流电的三相不同相位上，也就是将所连接相位的交流电全波整流后输入到LED发光体；显然，也可采用其他全波整流器。 

图2和图7是两款利用单相交流电驱动的LED发光装置。要点是：交流电为单相交流电，利用移相器使单相交流电形成相位差。图中的移相器均为三相移相器，即交流电为单相交流电，利用移相器使单相交流电形成三相相位差。图2中的同一LED发光体并接在三个全波桥式整流器的输出端上，三个全波桥式整流器分别连接在移相器形成的三个不同相位的输出端上，移相器连接在单相交流电的输出端上。图7中的三组LED发光体分别连接在与移相器形成的三个不同相位输出端相连接的三个全波桥式整流器的输出端上，移相器连接在单相交流电的输出端上。为使结构简单，图2和图7采用的移相器由串联的电感和电容构成，显然，也可采用其他移相器。 

图4、图8和图11的驱动电流测试结果，是分别在图3、图7和图10的每组LED发光体前分别插接一只小值电阻（36Ω），用示波器监测小值电阻两端的电压结果。图中a、b和c，分别是流过其三组LED发光体的驱动电流情况；d和e则分别是以驱动电流相位和时间为横坐标，将a、b、c三图叠合在一起的效果。由图中的a、b、c三图可见，三组LED发光体分别在一个电流交变周期内发光2次，而且各组LED发光体的工作时间等间隔地交替，每次发光持续时间约3.5毫秒，两次发光间歇约6.5毫秒；由图中d、e两图可见，三个LED发光体被交替激发所发的光刚好相互衔接和补偿。 

图5和图12分别是图3和图10的三组LED发光体的合成效果。由图5和图12可见，三组LED发光体在三相市电驱动下，相互间实现了完美的衔接和补偿，消除了交流LED的频闪，实现了稳定发光。 

为了确保每一LED发光体各自独立，不会因其他LED发光体的损坏而断电不工作，图9的LED发光体采用了混合串并联的连接方式。 

图10中的LED发光体是直接接在交流电的三相不同相位上，也就是将所连接相位的交流电直接输入LED发光体，图中是将三组特性基本一致的反并联LED发光体分别直接联接在交流电的三个不同相位上。所述的反并联LED发光体是指由两串反向并联的LED芯片构成的LED发光体。显然每组LED反并联发光体亦可由若干反并联的发光体并联而成，亦可将交流电的至少二相不同相位直接并接在同一反并联LED发光体上。 

综上所述，图中都是利用交流电的三相不同相位的电流驱动LED发光体，利用移相器使单相交流电形成具有三相相位差的交流电；显然，亦可利用交流电的二相不同相位的电流驱动LED发光体，利用电感或电容等构成的移相器使单相交流电形成具有二相相位差的交流电。为使交流电驱动的LED发光体所激发的光能按时间顺序完美地相互衔接和补偿，所用交流电的相位差最好为180°除以所用交流电相数的商或180°与180°除以所用交流电相数所得商的差，即二相交流电的相位差最好为90°，三相交流电的相位差最好为60°或120°，显然，其它相数交流电的相位差可以依此类推。图中的驱动交流电均为交流市电，即交流电为三相交流市电或单相交流市电。每相交流电所驱动的LED发光体所含最佳串联发光二极管数（即可发光的PN数）为该相交流电电压有效值除以发光二极管的工作电压所得的商。 

本发明与现有技术相比，具有以下优点： 

本发明提供的一种新型的LED交流驱动方法，即一种利用驱动电流相位差消除交流LED频闪的方法，与现有的LED直流驱动方法相比，具有成本低、寿命长、可轻型化和出光均匀柔和等优点；相比现有的交流LED驱动技术，具有消除交流LED频闪和进一步提升LED灯具效率的优势。 

首先，采用本发明技术制备的LED灯具，无需像直流驱动技术那 样专门的LED驱动电源，具有成本低、故障率低、寿命长和耗能低的优势，具体说明如下： 

①成本低：因为本发明技术可以采用三相交流点直接驱动LED芯片，无需专用的直流LED驱动电源，自然省去了直流LED驱动电源的制造成本，而且采用本发明技术驱动的LED芯片是间歇式工作，芯片的发热量只有相同功率的直流驱动LED灯具中芯片的1/4到1/3，芯片的结温比直流驱动方式低得多，因此散热要求比直流驱动低得多，使得采用本发明技术制备的LED灯具的散热块只需直流驱动模式的1/3到1/2，显著降低了生产成本。 

②可轻型化和小型化：如上所述，采用本发明技术驱动的LED芯片是间歇式工作，芯片的发热量只有直流驱动LED灯具中持续工作芯片的1/4到1/2，芯片的结温比直流驱动方式低得多，散热块只需直流驱动模式的1/3到1/2，散热块是LED灯具重量和体积的主要来源，节省了散热块的重量和体积额，自然可以实现LED灯具的轻型化和小型化。 

③故障率低：众所周知，直流驱动模式的LED灯具需要依赖专用的直流驱动电源的正常工作才能正常工作，但是在使用过程中直流驱动电源不可避免地会出现故障，现有的直流LED灯具出现故障的几率有70%以上的是由于驱动电源出问题，采用本发明技术，省去了专用直流驱动电源，自然就降低了由于驱动电源问题而产生的故障率，使得采用本发明技术制备的LED灯具故障率明显低于现有直流驱动模式的LED灯具； 

④耗能低：直流驱动模式的LED灯具需要依赖专用的直流驱动电源的正常工作才能正常工作，专用驱动电源工作过程也需要耗能，一般驱动电源的耗能约占LED灯具总耗能的10-30%，本发明技术省去了专用驱动电源，自然就省去了相关耗能，因此具有更显著的节能效果。 

⑤寿命长：现有的LED驱动电源的平均寿命往往只有千小时量级，而LED芯片的平均寿命则在万小时量级，因此，直流LED灯具的寿命往往受限于驱动电源的寿命，本发明技术避免了直流驱动电源的使用，使LED灯具的寿命不受限于驱动电源，体现为LED芯片的本征寿命；并且本发明技术采用间歇式工作模式，相比直流驱动模式中持续工作芯片，其结温要低得多，而LED芯片的光衰速度与结温呈指数关系，本发明技术让LED芯片间歇工作使LED芯片处于低结温状态，自然可以显著延缓LED芯片的光衰；省去专用驱动电源和降低芯片结温两项因素的共同作用，自然可以显著延长LED灯具的使用寿命，采用本发明技术驱动的LED灯具寿命起码可以是现有驱动模式下工作的LED灯具寿命的数倍。 

其次，本发明提供一种LED交流驱动方法，即一种利用驱动电流相位差消除交流LED频闪的方法，相比现有的交流LED驱动技术，具有消除交流LED频闪和进一步提升LED灯具效率的优势。 

①消频闪优势：现有的交流LED驱动技术，都采用单相交流驱动方式，使得一只LED灯具中的所有芯片都在相同相位电流驱动下同步发光，如前所述，LED芯片只能在一定工作电压范围内才能正常工作和发光，因此，现有交流LED灯具在一个驱动交变电流周期内只有1/3以下的时间会发光，有2/3以上的时间不发光，即存在频闪问题。专利CN201902900U和CN102468413A利用荧光粉的长余辉使传统交流LED的频闪问题得到部分缓解，但由于这两项专利仍然采用传统交流LED的单相驱动模式，LED芯片的频闪间隙没有变化，即芯片不发光的情况没有改变，余辉寿命不够长的荧光粉的余辉时间不足以覆盖暗光区段，难以消除频闪问题；而采用余晖长的荧光粉又存在光效低的问题，并且荧光物质的余辉呈指数衰减特性，光线明暗变化仍然很大，这种长余辉方法，虽然一定程度降低了传统交流LED频闪的幅度，但 仍然存在严重的光强波动，同时还牺牲了LED的光效。因此，光凭长余辉荧光粉无法完全解决交流LED的频闪问题。本发明技术采用多相位交流驱动技术，使LED芯片交替发光，不同芯片所激发的光之间实现相互衔接和补偿，很好地解决了交流LED的频闪问题。 

②高效率：本发明技术相比现有交流LED驱动技术，相比现有的交流驱动技术，由于省略了限流电阻、降压电容和扼流电感，自然节省了限流电阻和扼流电感存在时所需的耗能，所以具有高效率的优点。由于节省了器件，自然具有体积小、制造成本低等优点。 

③自调节能力强：本发明技术可以采用多颗LED芯片或灯珠混合串并联，使得采用本发明技术制作的LED灯具具有自调节能力。由于本发明技术准许多颗LED芯片并联后再串联，在遇到其中某颗灯珠中的某颗LED芯片损坏不能正常工作时，与之并联的芯片则会自动将这颗损坏芯片本来承担的电流和激发的光分摊到其它与之并联的芯片上，使灯具整体性能不受某颗灯珠中某颗芯片中的某只发光二极管损坏影响。显然，这种自调节能力大大提升了LED灯具的可靠性。 

Claims (10)

1.一种交流电驱动LED的方法，其特征在于：利用交流电的至少二相不同相位的电流驱动LED发光体。

2.根据权利要求1所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：利用交流电的三相不同相位的电流驱动LED发光体。

3.根据权利要求2所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：交流电的三相不同相位的相位差为60°或120°。

4.根据权利要求2或3所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：交流电为三相交流市电。

5.根据权利要求2或3所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：交流电为单相交流电，利用移相器使单相交流电形成具有三相相位差的交流电。

6.根据权利要求5所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：单相交流电为单相交流市电。

7.根据权利要求1所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：利用交流电的二相不同相位的电流驱动LED发光体。

8.根据权利要求7所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：交流电的二相不同相位的相位差为90°。

9.根据权利要求7或8所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：交流电为单相交流电，利用移相器使单相交流电形成具有二相相位差的交流电。

10.根据权利要求9所述的交流电驱动LED的方法，其特征在于：单相交流电为单相交流市电。

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