发明内容
本发明提供一种薄膜式大功率LED芯片的集成结构,其主要是以柔性线路薄膜为基底用以封装大功率LED供电系统或器件,本发明根据LED的供电具有综合功率的特性,采用全新的控制和保护方案克服了传统供电体系的复杂设计并结合柔性薄膜的优点形成了能与光源芯片一体化的新型的供电体系。,而此就是为本发明的主要目的。
本发明所采用的技术方案为: 一种一体化薄膜式大功率LED芯片的集成结构,包括LED光源、功率控制电路以及基底,该功率控制电路设置在该基底上,该功率控制电路一端与该LED光源相连接,而其另外一端与外部电路相连接,该外部电路中的电流首先流入该功率控制电路中,而后电流经过该功率控制电路的调整后流向该LED光源使该LED光源能够将电能转换为光能。
该外部电路为交流电路,该基底为薄膜柔性线路板。
该功率控制电路包括功率控制信号电路、功率控制电路以及功率因素调节点亮保护电路,其中,该功率控制信号电路与该外部电路相连接,该功率控制电路连接在该功率控制信号电路与该功率因素调节点亮保护电路之间,该LED光源连接在该功率因素调节点亮保护电路中,该功率控制信号电路用以接入该外部电路中的交流电流,并驱动该LED光源通电发光,同时该功率控制信号电路能够感测该LED光源的工作状态,并调节该功率控制电路的导通角,实现通过感测该LED光源的工作状态的变化对该功率控制电路的整体功率输出进行调节,该功率控制信号电路还包括感测电路,该感测电路能够感测该LED光源的工作状态,并进行分压动作从而调整该积分电路中的电流状态,达到调节该功率控制电路的导通角,实现通过感测该LED光源的工作状态的变化对该功率控制电路的整体功率输出进行调节,该功率控制信号电路中的电流流入该功率控制电路,该功率控制电路用以对流入的电流进行全波整流处理,并且对该功率控制电路进行过载保护,该功率因素调节点亮保护电路用以平衡该LED光源中不同LED两侧的电压,在不同LED之间进行电压分配,并且实现断串防护功能,该功率控制电路设置在该基底上,该基底上设置有若干接口,该LED光源通过该接口连接到设置有该功率控制电路的该基底上。
该LED光源为LED芯片或者LED晶粒。
该功率控制信号电路包括电路接点,积分电路以及导通阀模块,该积分电路连接在两个该电路接点之间,该导通阀模块与该积分电路串联连接,该积分电路包括配电电路以及电容。
该感测电路包括光敏分压电路,该光敏分压电路包括光敏电阻以及分压电阻,该感测电路还包括热敏分压电路,该热敏分压电路包括热敏电阻以及分压电阻。
该功率控制信号电路接入该外部电路中的交流电流,并驱动该LED光源通电发光,同时该功率控制信号电路能够分别通过该光敏分压电路以及该热敏分压电路感测该LED光源的工作状态,并调整该积分电路达到对该功率控制电路导通角的调节,实现通过感测该LED光源的光强以及温度的变化对该功率控制电路整体功率输出的调节。
该功率控制电路包括双向晶闸管模块,全波整流电路以及温度电流控制模块,该温度电流控制模块能够同时进行温度和电流控制,该温度电流控制模块连接在该功率控制电路与该功率因素调节点亮保护电路之间,用于实现对该LED光源温度和供电电流的控制。
该温度电流控制模块能够限制该LED光源的最高点亮温度以及最大工作电流,当该LED光源温度或电流升高到设定的极限值时该温度电流控制模块便自动截断对该LED光源的供电,当该LED光源恢复正常工作状态后,该温度电流控制模块自动恢复对该LED光源的供电。
该功率因素调节点亮保护电路包括若干分压电阻以及若干压敏半导体器件,该分压电阻以及该压敏半导体器件连接在该LED光源的不同LED之间,该功率因素调节点亮保护电路实现对该LED光源中不同LED的均压和断串保护。
该功率因素调节点亮保护电路工作的时候分为如下三种情况:
第一种情况,当该LED光源中多颗LED 串联使用时,由于多颗LED电压特性并不完全一致,按一定连接需要设置的该分压电阻以及该压敏半导体器件通过其分压作用自动均衡各点的电压值。
第二种情况,当该LED光源中多颗LED 串联使用时其点亮阀值高,这使该功率控制电路的功率因素处于较低状态,通过对该分压电阻以及该压敏半导体器件的调节,实现对该LED光源的梯级点亮控制,从而降低了整体该LED光源的点亮阀值,大幅度提高了该功率控制电路的功率因素。
第三种情况,当该LED光源中多颗LED 串联使用时,在串联电路中的某点断开时,整个该LED光源就会熄灭,通过该分压电阻以及该压敏半导体器件的设置,当某点发生断开时,该分压电阻以及该压敏半导体器件相应点的电压值就会升高并使串联电路自动导通,使断电的该LED光源回路重新连接恢复点亮状态,与此同时,该分压电阻以及该压敏半导体器件还通过预先的设置值保持了该LED光源功率的自动调节,在该LED光源允许的程度上恢复该LED光源10的正常点亮功率值。
该功率因素调节点亮保护电路还包括电压电磁防护模块,该电压电磁防护模块用以分别实现对反向电压冲击的防护以及对高频电磁冲击的防护,该电压电磁防护模块是由阻尼二极管与阻容器件构成的电子模块,该电压电磁防护模块与该LED光源并联连接,用以抑制和消减反向电压冲击和高频电磁波对LED光源的破坏性冲击,同时削减自身的电磁辐射干扰。
该功率控制电路包括双向晶闸管模块,全波整流电路以及温度电流控制模块,当该外部电路的外接交流电从两个该电路接点输入后,交流电就会经过该配电电路给该电容充电,此刻,该感测电路不工作,当该电容两端的电压值升至高于该导通阀模块的导通阀值时,电流就会流向该双向晶闸管模块的G极触发其导通,此刻,交流电流就会经过该电路接点流经该全波整流电路并通过该双向晶闸管模块的D1、D2电极后与另一该电路接点构成回路,同时经该全波整流电路使直流电经过该温度电流控制模块向该LED光源供电,使其发光,此时,该LED光源的点亮功率是由该配电电路预先设定的。
一种一体化薄膜式大功率LED芯片的集成结构的生产方法,其特征在于,其生产步骤如下:
第一步、在为薄膜柔性线路板的该该基底上制作该功率控制电路,并将该功率控制电路中所包含的电子元器件焊接到该功率控制电路中相应的节点上,形成供电组件。
第二步、将第一步中的该供电组件贴合到该LED光源的芯片基板上,通过该基底上设置的若干该接口将该LED光源焊接或者压接在该供电组件上,从而形成成品。
在进行第二步的时候,首先在第一步中的该供电组件上设置AuSn合金层,而后将该LED光源固定到该供电组件上,该AuSn合金层中Au的质量百分比为30%-70%其余为Sn。
当该AuSn合金层中Au的重量百分比为70%的时候,在烘烤温度为200摄氏度的情况下将该LED光源固定到该供电组件上。
当该AuSn合金层中Au的重量百分比为30%的时候,在烘烤温度为300摄氏度的情况下将该LED光源固定到该供电组件上。
当该AuSn合金层中Au的重量百分比在70%至30%之间的时候,在烘烤温度为200至300摄氏度的情况下将该LED光源固定到该供电组件上。
在将该LED光源固定到该供电组件上之后,在组成该LED光源的PN结芯片之间填充无机二氧化硅液体,液体的高度与PN结芯片的高度持平,而后,在温度200摄氏度的环境下烘烤30分钟,之后,在该LED光源顶部点入硅胶,最后,将荧光晶体覆盖在该LED光源上,在温度100摄氏度的环境中,烘烤3小时,取出,试点亮后得到成品。
本发明的有益效果为:首先,本发明的功率控制部分由少量普通电子元件组成。由于去掉了各种易损电子元件所以能耗小,寿命长。其次,本发明具有自动亮度、温度控制和功率反馈功能。确保大功率LED芯片仍能工作在预先设定的温度范围内,满足过热保护的要求。再次,本发明的产品自身轻薄、柔软,容易贴合到不同材质上,对贴合面的平整度要求不高。另外,本发明的耐热性能和传热性能好。它与传热基板结合后,元器件产生的热传导到基板上去,保证电路工作的可靠和安全。还有就是本发明的绝缘性能好,有利于与高压封装模式的LED 芯片的结合。其耐酸蚀,耐盐雾,抗老化性能高。另外,本发明的自身功耗小,功率适应范围广,同一器件可以用于几十瓦到几千W(现有LED供电器只能用于较为狭窄的功率范围)。本发明还具有可接入包括光控、温控、电压、电流和其他模拟和数字控制系统的接口及平台。相对于其他功率控制供电电路,本发明能达到90%或更高的功率因素。有效降低一般功率控制器存在的较大电磁干扰现象。与传统功率控制器和恒压恒流供电器相比,本发明具有较强的供电环境适应能力和强电袭击防护能力。
具体实施方式
如图1至3所示,一种一体化薄膜式大功率LED芯片的集成结构,其包括LED光源10、功率控制电路20以及基底30。
该功率控制电路20设置在该基底30上,该功率控制电路20一端与该LED光源10相连接,而其另外一端与外部电路相连接。
该外部电路中的电流首先流入该功率控制电路20中,而后电流经过该功率控制电路20的调整后流向该LED光源10使该LED光源10能够将电能转换为光能。
该外部电路为交流电路,在具体实施的时候,该LED光源10可以为LED芯片或者LED晶粒,该基底30为薄膜柔性线路板。
该功率控制电路20包括功率控制信号电路40、功率控制电路50以及功率因素调节点亮保护电路60。
其中,该功率控制信号电路40与该外部电路相连接,该功率控制电路50连接在该功率控制信号电路40与该功率因素调节点亮保护电路60之间,该LED光源10连接在该功率因素调节点亮保护电路60中。
该功率控制信号电路40用以接入该外部电路中的交流电流,并驱动该LED光源10通电发光,同时该功率控制信号电路40能够感测该LED光源10的工作状态,并调节该功率控制电路20的导通角,实现通过感测该LED光源10的工作状态的变化对该功率控制电路20的整体功率输出进行调节。
该功率控制信号电路40包括电路接点L、N,积分电路以及导通阀模块D9,该积分电路连接在两个该电路接点之间。
该导通阀模块D9与该积分电路串联连接。
该功率控制信号电路40还包括感测电路41,该感测电路能够感测该LED光源10的工作状态,并进行分压动作从而调整该积分电路中的电流状态,达到调节该功率控制电路20的导通角,实现通过感测该LED光源10的工作状态的变化对该功率控制电路20的整体功率输出进行调节。
在具体实施的时候,该感测电路包括光敏分压电路42,该光敏分压电路包括光敏电阻R7以及分压电阻R10。
该感测电路还包括热敏分压电路,该热敏分压电路43包括热敏电阻R6以及分压电阻R9。
该功率控制信号电路40接入该外部电路中的交流电流,并驱动该LED光源10通电发光,同时该功率控制信号电路40能够分别通过该光敏分压电路以及该热敏分压电路感测该LED光源10的工作状态,并调整该积分电路达到对该功率控制电路20导通角的调节,实现通过感测该LED光源10的光强以及温度的变化对该功率控制电路20整体功率输出的调节。
在具体实施的时候,该积分电路包括配电电路44(R0、R1、R2、R3、R11)以及电容C1。
该功率控制信号电路40中的电流流入该功率控制电路50。
该功率控制电路50用以对流入的电流进行全波整流处理,并且对该功率控制电路20进行过载保护。
该功率控制电路50包括双向晶闸管模块Q1,全波整流电路51(D10、D11、D12、D13),以及温度电流控制模块R8。
该温度电流控制模块R8能够同时进行温度和电流控制。
该温度电流控制模块R8连接在该功率控制电路50与该功率因素调节点亮保护电路60之间,用于实现对该LED光源10温度和供电电流的控制。
该温度电流控制模块R8能够限制该LED光源10的最高点亮温度以及最大工作电流。
当该LED光源10温度或电流升高到设定的极限值时该温度电流控制模块R8便自动截断对该LED光源10的供电。
当该LED光源10恢复正常工作状态后,该温度电流控制模块R8自动恢复对该LED光源10的供电。
该功率因素调节点亮保护电路60用以平衡该LED光源10中不同LED两侧的电压,在不同LED之间进行电压分配,并且实现断串防护功能。
该功率因素调节点亮保护电路60包括若干分压电阻以及若干压敏半导体器件D1-D8。
该分压电阻以及该压敏半导体器件D1-D8连接在该LED光源10的不同LED之间。
该功率因素调节点亮保护电路60实现对该LED光源10中不同LED的均压(电压均衡)和断串(串联LED 因某连接点发生烧坏而致使某一组合部分断开而导致整个该LED光源10供电回路断开)保护。
该功率因素调节点亮保护电路60的工作原理分为如下三种情况。
第一种情况,当该LED光源10中多颗LED 串联使用时,由于多颗LED电压特性并不完全一致,按一定连接需要设置的该分压电阻以及该压敏半导体器件D1-D8通过其分压作用自动均衡各点的电压值。
第二种情况,当该LED光源10中多颗LED 串联使用时其点亮阀值高,这使该功率控制电路20的功率因素处于较低状态,通过对该分压电阻以及该压敏半导体器件D1-D8的调节,实现对该LED光源10的梯级点亮控制,从而降低了整体该LED光源10的点亮阀值,大幅度提高了该功率控制电路20的功率因素。
第三种情况,当该LED光源10中多颗LED 串联使用时,在串联电路中的某点断开时,整个该LED光源10就会熄灭,通过该分压电阻以及该压敏半导体器件D1-D8的设置,当某点发生断开时,该分压电阻以及该压敏半导体器件相应点的电压值就会升高并使串联电路自动导通,使断电的该LED光源10回路重新连接恢复点亮状态,与此同时,该分压电阻以及该压敏半导体器件还通过预先的设置值保持了该LED光源10功率的自动调节,在该LED光源10允许的程度上恢复该LED光源10的正常点亮功率值。
该功率因素调节点亮保护电路60还包括电压电磁防护模块D14。
该电压电磁防护模块D14用以分别实现对反向电压冲击的防护以及对高频电磁冲击的防护。
该电压电磁防护模块D14是由阻尼二极管与阻容器件构成的电子模块。
该电压电磁防护模块D14与该LED光源10并联连接,用以抑制和消减反向电压冲击和高频电磁波对LED光源10的破坏性冲击,同时削减自身的电磁辐射干扰。
本发明在具体工作的时候,当该外部电路的外接交流电从两个该电路接点L、N输入后,交流电就会经过该配电电路R0、R1、R2、R3、R11给该电容C1充电,此刻,该感测电路不工作,(此时R6、R7、R9、R10并不工作)。
当该电容C1两端的电压值升至高于该导通阀模块D9的导通阀值时,电流就会流向该双向晶闸管模块Q1的G极触发其导通。
此刻,交流电流就会经过该电路接点L流经该全波整流电路并通过该双向晶闸管模块Q1的D1、D2电极后与另一该电路接点N构成回路。
同时经该全波整流电路使直流电经过该温度电流控制模块R8向该LED光源10供电,使其发光,此时,该LED光源10的点亮功率是由该配电电路预先设定的。
如图2、3所示P1至P16为该LED光源10中的多颗LED。
如上所述,本发明针对传统的LED供电模式存在的缺陷,无论在线路设计上和结构形式上,都突破了原有的设计概念,做到了根本性的技术改变。尤其是在线路设计方面,是使用了一种多功能功率控制器来替代传统的稳压电源。
在具体实施的时候本发明中的功率控制部分与高电压LED芯片匹配,省去了变压器,电解电容,IC(开关电路)组件,电流电压控制元件。没有弱电器件、没有自毁性保护元器件。只有少量能抗高电压的电子元件,并具有自动亮度、温度控制和功率反馈功能。所有元器件理论上都具有很长的使用寿命,而且自身功耗小。
在结构形式方面,将具有多种控制功能的功率控制部分制作在FPC 性薄膜上,构成柔性LED供电器件,根据具体应用需要留下与各种LED芯片集成的接口设计,以便结合到LED芯片基板上,从而与各种封装的LED芯片形成一体化光源器件。这种一体化的薄膜LED供电器件,轻薄,柔软,所占体积很小,传热和绝缘性能好,易于与各种LED封装形式相结合。
对应于本发明的技术,该功率控制电路20设置在该基底30上,该基底30上设置有若干接口,该LED光源10通过该接口连接到设置有该功率控制电路20的该基底30上。
本发明在具体生产的时候,按照如下的生产方法进行。
一种一体化薄膜式大功率LED芯片的集成结构的生产方法,其特征在于,其生产步骤如下:
第一步、在为薄膜柔性线路板的该该基底30上制作该功率控制电路20,并将该功率控制电路20中所包含的电子元器件焊接到该功率控制电路20中相应的节点上,形成供电组件。
第二步、将第一步中的该供电组件贴合到该LED光源10的芯片基板上,通过该基底30上设置的若干该接口将该LED光源10焊接或者压接在该供电组件上,从而形成成品。
当该LED光源10为LED晶粒的时候,可以直接将LED晶粒固定或者封装到该供电组件上,形成成品。
在具体实施第二步的时候,也可以首先在第一步中的该供电组件上设置AuSn合金层,而后将该LED光源10固定到该供电组件上。
该AuSn合金层中Au的质量百分比为30%-70%其余为Sn。
当该AuSn合金层中Au的重量百分比为70%的时候,在烘烤温度为200摄氏度的情况下将该LED光源10固定到该供电组件上。
当该AuSn合金层中Au的重量百分比为30%的时候,在烘烤温度为300摄氏度的情况下将该LED光源10固定到该供电组件上。
当该AuSn合金层中Au的重量百分比在70%至30%之间的时候,在烘烤温度为200至300摄氏度的情况下将该LED光源10固定到该供电组件上。
在将该LED光源10固定到该供电组件上之后,在组成该LED光源10的PN结芯片之间填充无机二氧化硅液体,液体的高度与PN结芯片的高度持平,一般为0.4mm至0.6mm。
而后,在温度200摄氏度的环境下烘烤30分钟,之后,在该LED光源10顶部点入硅胶,点入的硅胶在该LED光源10发光面积为10mm的情况下填充硅胶为1克,并随着面积的变化成比例增加或减少。
最后,将荧光晶体覆盖在该LED光源10上,在温度100摄氏度的环境中,烘烤3小时,取出,试点亮后得到成品。