CN104214733A - Led照明灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED照明灯具，其包括AC-DC整流回路、恒定电流控制回路和LED模组群；所述AC-DC整流回路包括依次连接的一个交流输入端、一个保护过流的器件、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；所述恒定电流控制回路包括依次连接的一个分段启动控制电路、一个脉冲恒流控制电路以及一个恒定电流限制电路，分段启动控制电路由第二电阻、稳压二极管、第二电容组成，恒定电流限制电路由第三电阻构成；所述LED模组群包括六个LED模组，LED模组群采用高压LED、COB封装LED或自行搭建的LED组。本发明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。

Description

LED照明灯具

技术领域

本发明涉及一种灯具，特别是涉及一种LED照明灯具。 

背景技术

LED(Lighting Emitting Diode)即发光二极管，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被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，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)电光功率转换接近100％，相同照明效果比传统光源节能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，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。LED光源属于典型的绿色照明光源。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。 

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灯具必须提供一个放置此恒流驱动电源的驱动腔，因此LED灯具的散热器必是中空的柱状体，而且由于受到灯具外壳及外观的标准限制，所以目前LED灯具的散热器都是比较大且重，导致整个灯具较之传统灯具会重很多，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，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

本发明所要解决的技术问题是提供一种LED照明灯具，其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(Power Factor，功率因数)、低谐波、高寿命、可调光方案的设计。 

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种LED照明灯具，其特征在于，其包括AC-DC整流回路、恒定电流控制回路和LED模组群；所述AC-DC整流回路包括依次连接的一个交流输入端、一个保护过流的器件、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；所述恒定电流控制回路包括依次连接的一个分段启动控制电路、一个脉冲恒流控制电路以及一个恒定电流限制电路，分段启动控制电路由第二电阻、稳压二极管、第二电容组成，恒定电流限制电路由第三电阻构成；所述LED模组群包括第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组、第五LED模组、第六LED模组，LED模组群采用高压LED、COB封装LED或自行搭建的LED组。 

优选地，所述AC-DC整流回路中的交流输入端为灯具灯头。 

优选地，所述AC-DC整流回路中的保护过流的器件为保险丝或保险电阻。 

优选地，所述AC-DC整流回路中的全桥整流电路的输入端连接所述保护过流的器件的输出端，全桥整流电路的输出端连接所述稳压二极管的输出端、所述第二电容的输出端、所述第二电阻以及所述第一LED模组的输入端。 

优选地，所述恒定电流控制回路中的第二电阻的输入端连接所述全桥整流电路的输出端，第二电阻的输出端连接所述脉冲恒流控制电路的输入端、第二电容的输入端、稳压二极管的输入端。 

优选地，所述恒定电流控制回路中的第二电容的输入端连接所述第二电阻的输出端，第二电容的输出端连接所述其输出端连接所述全桥整流电路的负极输出端。 

优选地，所述恒定电流控制回路中的稳压二极管的输入端连接所述分段启动控制电路的输出端，稳压二极管的输出端连接所述全桥整流电路的负极输出端。 

优选地，所述恒定电流控制回路中的恒定电流限制电路的输入端连接所述恒定电流控制回路的输出端，恒定电流限制电路的输出端连接所述全桥整流电路的输入端。 

优选地，所述恒定电流控制回路中的脉冲恒流控制电路的输入端连连接所述全桥整流电路的输出端，其输出端连接所述全桥整流电路的输入端。 

优选地，所述LED模组群的第一LED模组是单个高压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，所述第一LED模组的输入端连接所述全桥整流电路的输出端，第一LED模组的输出端连接所述恒定电流限制电路的第一输入端。 

本发明的积极进步效果在于：本发明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恒定电流限制电路将脉动直流电转换成六段直流恒流电流输出，通过恒定电流限制电路将六段直流恒流电流恒 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、小散热器、高PF、低谐波、高寿命的设计。本发明中无传统的恒流驱动电源，而是完全由线性元器件构成恒定电流控制回路来实现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。本发明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，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。本发明还具有以下特点：(1)无磁性元器件，电磁干扰小，更环保，更安全。(2)无电解，灯具寿命高，避免电解液污染，更环保。(3)驱动集成于发光板上，小散热器，节约散热材料，灯具更轻盈化，提高安装可靠性及安全性。(4)高PF(0.99)，低谐波，使电网无功损耗降低，对电网干扰小。(5)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。(6)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。(7)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，更换便捷且经济。(8)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。(9)无论LED正想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。 

附图说明

图1为本发明LED照明灯具的电路图。 

图2为本发明中输入的工频交流电波形的示意图。 

图3为本发明经过外界可控硅调光的输入的工频交流电波形的示意图。 

图4为本发明经过全桥电路整流得到的倍频的脉动直流电波形的示意图。 

图5为本发明由脉冲恒定电流控制回路得到的六段电流波形的示意图。 

图6为本发明中幅值调光的电流波形的示意图。 

图7A为传统LED球泡灯的结构示意图。 

图7B为本发明应用在LED球泡灯中的结构示意图。 

具体实施方式

本发明实现9W G60无磁元件，无电解，驱动集成发光板，小散热器，高PF，低谐波，高寿命可调光LED宽光球泡灯方案。 

如图1所示，本发明LED照明灯具包括AC-DC整流回路11、恒定电流控制回路12和LED模组群13；所述AC-DC整流回路11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R1、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；所述恒定电流控制回路12包括依次连接的一个分段启动控制电路、一个脉冲恒流控制电路U1以及一个恒定电流限制电路，分段启动控制电路由第二电阻R2、稳压二极管ZD1、第二电容C2组成，恒定电流限制电路由第三电阻R3构成；所述LED模组群13包括六个LED模组，具体是第一LED模组1、第二LED模组2、第三LED模组3、第四LED模组4、第五LED模组5、第六LED模组6，LED 模组群可以采用高压LED，可以采用COB封装LED，也可以采用自行搭建的LED组。 

所述AC-DC整流回路11中的交流输入端AC_L&AC_N可为灯具灯头或者特定灯具的L&N交流输入端。 

所述AC-DC整流回路11中的保护过流的器件R1可以为保险丝、保险电阻或者其他保护装置，所述保护过流的器件R1的输入端连接所述交流输入端AC_L(火线)&AC_N(零线)的AC_L端，保护过流的器件R1的输出端连接所述全桥整流电路BD1的输入端。 

所述AC-DC整流回路11中的全桥整流电路BD1的输入端连接所述保护过流的器件R1的输出端，全桥整流电路BD1的输出端连接所述稳压二极管ZD1的输出端、所述第二电容C2的输出端、所述第二电阻R2以及所述第一LED模组1的输入端。 

所述恒定电流控制回路12中的第二电阻R2的输入端连接所述全桥整流电路BD1的输出端，第二电阻R2的输出端连接所述脉冲恒流控制电路U1的输入端Vref、第二电容C2的输入端、稳压二极管ZD1的输入端。 

所述恒定电流控制回路12中的第二电容C2的输入端连接所述第二电阻R2的输出端，第二电容C2的输出端连接所述其输出端连接所述全桥整流电路BD1的负极输出端。 

所述恒定电流控制回路12中的稳压二极管ZD1的输入端连接所述分段启动控制电路R2的输出端，稳压二极管ZD1的输出端连接所述全桥整流电路BD1的负极输出端。 

所述恒定电流控制回路12中的恒定电流限制电路R3的输入端连接所述恒定电流控制回路U1的输出端REXT，恒定电流限制电路R3的输出端连接所述全桥整流电路BD1的输入端。 

所述恒定电流控制回路12中的脉冲恒流控制电路U1的输入端连连接所 述全桥整流电路BD1的输出端，其输出端连接所述全桥整流电路BD1的输入端。 

所述LED模组群13的第一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，所述第一LED模组1的输入端连接所述全桥整流电路BD1的输出端，第一LED模组1的输出端连接所述恒定电流限制电路U1的第一输入端D1。 

所述LED模组群13的第二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，所述第二LED模组2的输入端连接所述第一LED模组1的输出端，第二LED模组2的输出端连接所述恒定电流限制电路U1的第二输入端D2。 

所述LED模组群13的第三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，所述第三LED模组3的输入端连接所述第二LED模组2的输出端，第三LED模组3的输出端连接所述恒定电流限制电路U1的第三输入端D3。 

所述LED模组群13的第四LED模组4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，所述第四LED模组4的输入端连接所述第三LED模组3的输出端，第四LED模组4的输出端连接所述恒定电流限制电路U1的第四输入端D4。 

所述LED模组群13的第五LED模组5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，所述第五LED模组5的输入端连接所述第四LED模组4的输出端，第五LED模组5的输出端连接所述恒定电流限制电路U1的第五输入端D5。 

所述LED模组群13的第六LED模组6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，所述第六LED模组6的输入端连接所述第五LED模组5的输出端，第 六LED模组6的输出端连接所述恒定电流限制电路U1的第六输入端D6。 

本方案通过全桥整流电路将输入的交流电(如图2所示)变换成倍频的脉动直流电，通过DC/DC恒定电流限制电路将脉动直流电转换成六段直流恒流电流输出，六段恒流电流使电流波形很好的跟随电压波形，也大大的提高了效率，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，从而实现了无磁元件、无电解、高PF、低谐波、高寿命的设计。 

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12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12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11以及恒定电流控制回路12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9W G60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L&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12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少段的高频脉冲直流恒流电流，电源效率会变低，根据实际测试数据显示，六段分流只提高了不到1％的成本却恩能够提高5％的效率，是比较理想而且符合节能要求的分段方式。在本实施例中，恒定电流控制回路12将脉动直流电压转换对应六段 不同的电流大小的六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，如果输入交流电压幅值变小的时候，原来的六段高频脉冲直流恒流电流平均电流也会随着电压幅值的变小而变小，幅值降低的过程中，第六段电流逐渐变小直至第六个LED模组不亮，幅值继续变小，第五段电流也会逐渐变小，直至第五个LED模组不亮，以此类推实现0～100％的亮度调光，如图6所示，从而实现了调幅调光的功能。类似白炽灯的工作原理，实现了灯具多种调光模式的兼容。 

恒定电流控制回路12中的脉冲恒流控制电路U1，分段启动控制电路ZD1以及恒定电流限制电路R3是精确控制各段恒流输出电流恒定值的控制回路，接受输入的六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，使得六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9W G60无磁元件，无电解，驱动集成于发光板，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，以下就此球泡灯的结构方面进行说明，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AC-DC整流回路11以及恒定电流控制回路12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LED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LED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，如图7，是的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。 

以上，完整的描述了本发明较佳的具体实施方式。 

此外，本发明可以广泛应用于3～300W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，LED面板灯以及投光灯，路灯等等。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％。 

应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由本发明所确定的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种LED照明灯具，其特征在于，其包括AC-DC整流回路、恒定电流控制回路和LED模组群；所述AC-DC整流回路包括依次连接的一个交流输入端、一个保护过流的器件、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；所述恒定电流控制回路包括依次连接的一个分段启动控制电路、一个脉冲恒流控制电路以及一个恒定电流限制电路，分段启动控制电路由第二电阻、稳压二极管、第二电容组成，恒定电流限制电路由第三电阻构成；所述LED模组群包括第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组、第五LED模组、第六LED模组，LED模组群采用高压LED、COB封装LED或自行搭建的LED组。

2.如权利要求1所述的LED照明灯具，其特征在于，所述AC-DC整流回路中的交流输入端为灯具灯头。

3.如权利要求1所述的LED照明灯具，其特征在于，所述AC-DC整流回路中的保护过流的器件为保险丝或保险电阻。

4.如权利要求1所述的LED照明灯具，其特征在于，所述AC-DC整流回路中的全桥整流电路的输入端连接所述保护过流的器件的输出端，全桥整流电路的输出端连接所述稳压二极管的输出端、所述第二电容的输出端、所述第二电阻以及所述第一LED模组的输入端。

5.如权利要求1所述的LED照明灯具，其特征在于，所述恒定电流控制回路中的第二电阻的输入端连接所述全桥整流电路的输出端，第二电阻的输出端连接所述脉冲恒流控制电路的输入端、第二电容的输入端、稳压二极管的输入端。

6.如权利要求5所述的LED照明灯具，其特征在于，所述恒定电流控制回路中的第二电容的输入端连接所述第二电阻的输出端，第二电容的输出端连接所述其输出端连接所述全桥整流电路的负极输出端。

7.如权利要求6所述的LED照明灯具，其特征在于，所述恒定电流控制回路中的稳压二极管的输入端连接所述分段启动控制电路的输出端，稳压二极管的输出端连接所述全桥整流电路的负极输出端。

8.如权利要求7所述的LED照明灯具，其特征在于，所述恒定电流控制回路中的恒定电流限制电路的输入端连接所述恒定电流控制回路的输出端，恒定电流限制电路的输出端连接所述全桥整流电路的输入端。

9.如权利要求8所述的LED照明灯具，其特征在于，所述恒定电流控制回路中的脉冲恒流控制电路的输入端连连接所述全桥整流电路的输出端，其输出端连接所述全桥整流电路的输入端。

10.如权利要求9所述的LED照明灯具，其特征在于，所述LED模组群的第一LED模组是单个高压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，所述第一LED模组的输入端连接所述全桥整流电路的输出端，第一LED模组的输出端连接所述恒定电流限制电路的第一输入端。