CN104235785A - Led日光灯驱动电源和led日光灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体照明技术,特别涉及LED日光灯驱动的电源以及包含该驱动电源的LED日光灯。按照本发明实施例的LED日光灯驱动电源包括:端盖,其外表面上设置一对插脚,该对插脚是空心的并且与所述端盖内部连通;位于所述端盖内的基板,所述基板的其中一个表面上设置一对引线,每个引线插入各自对应的插脚内并且固定于插脚的内壁;设置在所述基板上的LED驱动电路模块,其与所述引线电气连接。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术,特别涉及LED日光灯驱动的电源以及包含该驱动电源的LED日光灯。
背景技术
发光二极管(LED)作为一种新型的光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,正在被广泛应用于照明领域的各个方面。LED是一种能够将电能转换为可见光的固态半导体器件,其基本结构一般包括带引线的支架、设置在支架上的半导体晶片以及将该晶片四周密封起来的封装材料(例如荧光硅胶或环氧树脂)。上述半导体晶片包含有P-N结构,当电流通过时,电子被推向P区,在P区里电子与空穴复合,然后以光子的形式发出能量,而光的波长则由形成P-N结构的材料决定。
与传统日光灯相比,LED日光灯具有光电转换效率高、光源亮度恒定、无频闪和不含有害重金属等诸多优点。典型的LED日光灯管由灯管管体、端盖、灯板和驱动电源组成,其中驱动电源可以内置于管体或者安装在管体外部。
中国发明专利200920134372.8公开了一种将LED电源外置的日光灯,其包括LED日光灯体,该灯体上连接有外置的LED电源,该LED电源包括PCB电路板、输入和输出端子、电源盒,PCB电路板内置于电源盒中,输入端子通过PCB电路板、输出端子与LED日光灯体连接。采用外置电源需要对日光灯的接线方式作较大的改动,而且安装也不方便。
中国发明专利申请201110037855.9公开了一种LED日光灯,其包括灯管和安装在灯管两端的端盖,其中灯管包括灯板、阵列在灯板上的多颗LED以及位于LED上方的出光罩壳,端盖内安装有向LED提供恒定电流的降压恒流源模块,灯板的正负极导电端被连接至降压恒流源模块的输出端。需要指出的是,上述LED日光灯在设计上完全摒 弃了原有日光灯座的束缚,虽然这有利于优化日光灯结构和电路设计,但是与已有日光灯座的兼容性不佳。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种LED日光灯驱动电源,其具有结构紧凑和与现有日光灯具兼容性强等优点。
按照本发明的一个实施例的LED日光灯驱动电源包括:
端盖,其外表面上设置一对插脚,该对插脚是空心的并且与所述端盖内部连通;
位于所述端盖内的基板,所述基板的其中一个表面上设置一对引线,每个引线插入各自对应的插脚内并且固定于插脚的内壁;
设置在所述基板上的LED驱动电路模块,其与所述引线电气连接。
按照本发明另一个实施例的LED日光灯驱动电源包括:
一对端盖,每个所述端盖的外表面设置一对插脚,该对插脚是空心的并且与该端盖内部连通;
一对基板,其分别位于各自对应的端盖内,每个所述基板的其中一个表面上设置一对引线,每个引线插入各自对应的端盖的插脚内并固定于插脚的内壁;以及
LED驱动电路模块,其设置在所述一对基板上并且与引线电气连接。
在上述实施例中,LED驱动电路模块可被集成在普通日光灯的端盖内,使得结构更为紧凑,而且与现有日光灯具的兼容性也非常好。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述基板进一步包括插针或插槽,其设置在与基板的所述其中一个表面相对的另一表面上并且与所述LED驱动电路模块电气连接。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源,其中,所述插脚的内壁向内收缩以将其内的引线夹持住。可以利用现有的日光灯生产工艺实现这种引线夹持结构,有助于降低制造成本。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述LED驱动电路模块包含:
桥式整流滤波单元;
DC-DC升压变换单元,包括电感器、开关二极管、PWM控制器 和MOS管,其中,所述电感器和开关二极管串联在所述桥式整流滤波单元的输出端与所述LED驱动电路模块的正极输出端之间,所述MOS管的漏极电气连接在所述电感器与开关二极管的正极之间,栅极与所述PWM控制器的输出端电气连接;以及
反馈单元,包括晶体三极管,其基极电气连接至所述LED驱动电路模块的负极输出端,集电极电气连接至所述PWM控制器的控制端。
更好地,在上述灯头内,所述开关型DC/DC变换器还包含电气连接在所述PWM控制器的控制端与接地之间的电容器。
更好地,在上述灯头内,所述PWM控制器和MOS管被集成在同一集成电路芯片中。
更好地,在上述灯头内,所述PWM控制器、MOS管和晶体三极管被集成在同一集成电路芯片中。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述LED驱动电路模块包含:
桥式整流滤波单元;
DC-DC降压变换单元,包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管,其中,所述开关二极管的负极和所述LED驱动电路模块的正极输出端共接于所述桥式整流滤波单元的输出端,所述MOS管的漏极与所述开关二极管的正极电气连接,栅极与所述PWM控制器的输出端电气连接,并且所述电感器电气连接在所述MOS管的漏极与所述LED驱动电路模块的负极输出端之间;以及
反馈单元,包括电阻器,其与所述PWM控制器的控制端共接于所述MOS管的源极。
更好地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述LED驱动电路模块还包含电气连接在所述正极输出端与负极输出端之间的电容器。
更好地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述PWM控制器和MOS管被集成在同一集成电路芯片中。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述LED驱动电路模块包含桥式整流滤波单元和恒流控制单元,其中,所述恒流控制单元包括放大器、MOS管、第一电阻器,所述桥式整流滤波单元的正极输出端与所述LED驱动电路模块的正极输出端连接,所述MOS管的源极与所述LED驱动电路模块的负极输出端电气连接,所述MOS管的 漏极与所述放大器的第一输入端电气连接并且经所述第一电阻器接地,所述放大器的输出端与所述MOS管的栅极电气连接以根据所述漏极上的电压与所述放大器器的第二输入端上的基准电压的比较结果来控制所述MOS管的导通和关断。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述恒流控制单元进一步包括第二电阻器,其电气连接在所述MOS管的源极与漏极之间。
在上述LED日光灯驱动电源中,连接在MOS管源极与漏极之间的第二电阻器可以起到较好的分流作用,这有效降低MOS管的发热量,从而能够提高流经LED负载的电流。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述恒流控制单元还包括基准电压电路,其与所述放大器的第二输入端电气连接。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源中,所述放大器、MOS管和基准电压电路被集成在同一集成电路芯片中。
优选地,在上述LED日光灯驱动电源中,进一步包括电气连接在所述桥式整流滤波单元的正极输出端与负极输出端之间的滤波电容器。
本发明的另一个目的是提供一种LED日光灯,其具有结构紧凑和与现有日光灯具兼容性强等优点。
按照本发明另一个实施例的LED日光灯包括:
管体;
位于所述管体内部的光源板,其上设置多个LED单元;
封闭所述管体两端的一对端盖,每个所述端盖的外表面上设置一对插脚,该对插脚是空心的并且与该端盖内部连通;
一对基板,其分别位于各自对应的端盖内并且与所述光源板固定在一起,每个所述基板的其中一个表面上都设置一对引线,每个引线插入各自对应的端盖的插脚内并固定于插脚的内壁;以及
LED驱动电路模块,其设置在所述一对基板上并且与其中一个基板上的引线电气连接。
优选地,在上述LED日光灯中,所述光源板和基板为铝基板或双面印刷电路板。
优选地,在上述LED日光灯中,所述LED单元以串联、并联或混联方式耦合。
附图说明
本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的描述变得更加清晰和更容易理解,附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。
图1为按照本发明一个实施例的LED日光灯驱动电源的分解示意图。
图2A为图1所示LED日光灯驱动电源的变化形式的分解示意图。
图2B为图1所示LED日光灯驱动电源的变化形式的分解示意图。
图3为按照本发明另一个实施例的LED日光灯驱动电源的分解示意图。
图4为按照本发明一个实施例的LED日光灯的分解示意图。
图5为图4所示LED日光灯的变化形式的分解示意图。
图6为按照本发明另一个实施例的LED日光灯的分解示意图。
图7为可应用于上面借助图1-6所示实施例的一种LED驱动电路模块的电路原理图。
图8为图7所示LED驱动电路模块的变化形式的电路原理图。
图9为可应用于上面借助图1-6所示实施例的另一种LED驱动电路模块的电路原理图。
图10为图9所示LED驱动电路模块的变化形式的电路原理图。
图11为可应用于上面借助图1-6所示实施例的另一种LED驱动电路模块的电路原理图。
具体实施方式
下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现,而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整,更为全面地传达给本领域技术人员本发明的保护范围。
在本说明书中,除非特别说明,术语“半导体晶圆”指的是在半导体材料(例如硅、砷化镓等)上形成的多个独立的单个电路,“半导体晶片”或“晶片(die)”指的是这种单个电路,而“封装芯片”指的是半导体晶片经过封装后的物理结构,在典型的这种物理结构中,半导体晶片例如被安装在支架上并且用密封材料封装。
术语“发光二极管单元”指的是包含电致发光材料的单元,这种单元的例子包括但不限于P-N结无机半导体发光二极管和有机发光二极管(OLED和聚合物发光二极管(PLED))。
P-N结无机半导体发光二极管可以具有不同的结构形式,例如包括但不限于发光二极管管芯和发光二极管单体。其中,“发光二极管管芯”指的是包含有P-N结构的、具有电致发光能力的半导体晶片,而“发光二极管单体”指的是将管芯封装后形成的物理结构,在典型的这种物理结构中,管芯例如被安装在支架上并且用密封材料封装。
术语“布线”、“布线图案”和“布线层”指的是在绝缘表面上布置的用于元器件间电气连接的导电图案,包括但不限于走线(trace)和孔(如焊盘、元件孔、紧固孔和金属化孔等)。
“电气连接”和“耦合”应当理解为包括在两个单元之间直接传送电能量或电信号的情形,或者经过一个或多个第三单元间接传送电能量或电信号的情形。
“驱动电源”或“LED驱动电源”指的是连接在照明装置外部的交流(AC)或直流(DC)电源与作为光源的发光二极管之间的“电子控制装置”,用于为发光二极管提供所需的电流或电压(例如恒定电流、恒定电压或恒定功率等)。在具体的实施方案中,驱动电源可以模块化的结构实现,例如其包含印刷电路板和一个或多个安装在印刷电路板上并通过布线电气连接在一起的元器件,这些元器件的例子包括但不限于LED驱动控制器芯片、整流芯片、电阻器、电容器和电感器或线圈等。
诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外,本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。
诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
诸如“物体A设置在物体B的表面”之类的用语应该广义地理解为将物体A直接放置在物体B的表面,或者将物体A放置在与物体B有接触的其它物体的表面。
以下借助附图描述本发明的实施例。
图1为按照本发明一个实施例的LED日光灯驱动电源的分解示意图。
如图1所示,按照本实施例的LED日光灯驱动电源10包括端盖110、基板120和LED驱动电路模块130。
端盖110可采用普通日光灯端盖或堵头的样式和规格。具体而言,在端盖110的外表面上例如通过铆接固定方式设置一对插脚111和112,该对插脚可作为灯座与LED日光灯驱动电源之间的电气接口。在本实施例中,插脚111和112是空心的并且与端盖110内部空间是连通的。
在完成装配的LED日光灯驱动电源10中,基板120位于端盖110内部。例如可以利用普通日光灯生产工艺,在借助灯泥之类的粘合剂将端盖110封闭日光灯管体两端的同时将基板120也固定于端盖110内。如图1所示,基板120的下表面上设置一对引线121和122。该对引线作为LED驱动电路模块130的输入端,被分别插入各自对应的插脚111和112内。通过使插脚111和112的内壁向内收缩而分别夹持住引线121和122,可以实现引线与插脚之间的固定和电气连接。为此,可以利用现有的日光灯生产设备,在将引线插入各自的插脚内之后,挤压插脚的外表面使其内壁收缩。在本实施例中,引线可以为硬质导线或软质导线。
参见图1,在基板120的上表面上设置一对插针123和124。该对插针作为LED驱动电路模块130的输出端,适于与LED日光灯的LED单元电气连接。可选地,如图2A所示,也可以在基板120的上表面上设置插槽125代替图1中的插针。或者可选地,LED驱动电路模块130的输出端也可以采用过孔的形式,例如如图2B所示的在基板120上形成的一对过孔126a和126b。
如图1所示,LED驱动电路模块130被设置在基板120的上表面,其包含各种元器件以及实现元器件之间电气连接的布线。在本实施例中,LED驱动电路模块130的输入端采用引线的形式并且输出端采用插针的形式。有关LED驱动电路模块130的电路原理将在下面作详细描述。
图3为按照本发明另一个实施例的LED日光灯驱动电源的分解示意图。
在图1所示的实施例中,LED驱动电路模块被设置在一个基板上。与该布局不同,在图3所示的实施例中,LED驱动电路模块的元器件被分散设置在两个基板上,以下作进一步的描述。
如图3所示,按照本实施例的LED日光灯驱动电源10包括一对端盖110A和110B、一对基板120A和120B以及LED驱动电路模块130,其中,LED驱动电路模块130的第一部分130A(例如桥式整流电路)和第二部分130B(例如DC-DC变换电路和反馈电路等)分别设置在基板120A和120B上。优选地,可以在将日光灯装配在一起时借助位于LED驱动电源外部的电气连接部件(例如连接导线或形成于光源板上的布线)实现第一和第二部分130A和130B之间的电气连接。
端盖110A的外表面上设置一对插脚111A和112A以提供灯座与LED日光灯驱动电源之间的电气接口。插脚111A和112A也是空心的并且与端盖110A内部空间是连通的。
在完成装配的LED日光灯驱动电源10中,基板120A设置在端盖110A内部。如上所述,可以采用普通日光灯生产工艺,在装配日光灯的同时将基板120A固定于端盖110A内以节省工艺步骤。基板120A的下表面和上表面上分别设置一对引线121A和122A以及一对插针123A和124A。引线121A和122A可以是硬质导线或软质导线,它们被分别插入各自对应的插脚111A和112A内并且被插脚的内壁夹持住以实现引线与插脚之间的固定和电气连接,从而使得设置在基板120A上的第一部分130A可经引线121A和122A以及插脚111A和112A与外部电源(例如220V市电)电气连接。设置在基板120A上表面的插针123A和124A则为LED驱动电路模块的第一部分130A提供了与其它部件(例如第二部分130B)的电气连接接口。在本实施例中,插针也可以被替换为类似于图2A所示的插槽或者图2B所示的过孔。
对于端盖110B和设置其内的基板120B,它们具有与端盖110A和基板120A基本相同或类似的结构和特征,因此这里着重描述差异之处。具体而言,基板120B上设置的引线121B和122B插入各自对应的插脚111B和112B内并且被插脚的内壁夹持住,但是引线121B和122B与LED驱动电路模块的第二部分130B并不相连。优选地,可以将引线121B和122B短接在一起,由此使得插脚111B和112B直接连接以方便LED日光灯的安装。此外,基板120B上设置4个插针,其 中两个可经光源板上的布线与基板120A上的插针123A和124A电气连接,另外两个则作为LED驱动电路模块130的输出端与光源板上的LED单元电气连接。由于视图角度的原因,图3中仅画出其中与插针123A电气连接的插针123B。同样,这里的插针也可以替换为插槽或过孔的形式。
值得指出的是,虽然在上述图1-3所示的实施例中,LED驱动电路模块仅设置在基板的一个表面上,但是可选地,也可以将其设置在基板的上下两个表面上。
图4为按照本发明另一个实施例的LED日光灯的分解示意图。
图4所示的LED日光灯1包括LED驱动电源10、光源模块20和管体30。为示意方便起见,光源模块的光源板以及管体的中间部分未在图4中示出,但是这并不会影响到对文字内容的理解。
LED驱动电源10可采用上面借助图3所示的结构和特征,其被设置在管体30的两端。光源模块20包括位于管体30内的光源板210、设置在光源板上的LED单元220以及设置在光源板两端的插座230A和230B,其中,光源板210上的多个LED单元可以串联、并联、混联或交叉阵列等方式连接在一起。
此外应该理解的是,图4所示的是分解状态下的示意图,当LED日光灯1完成装配时,LED驱动电源10的端盖110A和110B将封闭管体30的两端。在本实施例中,可以借助粘合剂(例如灯泥)将端盖110A和110B的内表面与管体30的外表面粘合在一起,并且与此同时还将基板固定于端盖内。
当LED日光灯1完成装配时,基板120A和120B与光源板210可借助图示的插针和插座固定在一起并由此实现LED驱动电路模块与LED单元的电气连接。与此同时,在光源板210上还形成合适的布线(未画出)以在位于不同基板上的LED驱动电路模块的第一和第二部分130A和130B之间实现电气连接。与借助图3所述的实施例类似,基板120B上设置4个插针,其中两个经光源板上的布线与基板120A上的插针123A和124A电气连接,另外两个则作为LED驱动电路模块130的输出端与LED单元220电气连接。由于视图角度的原因,图4中也仅画出其中与插针123A电气连接的插针123B。
可选地,LED驱动电源10的基板与光源模块20的光源板之间也 可以借助卡槽方式接合。图5为图4所示LED日光灯的变化形式的分解示意图,其示出了上述卡槽接合方式。为示意方便起见,光源模块的光源板以及管体的中间部分未在图5中示出,但是这并不会影响到对文字内容的理解。如图5所示,基板120A和120B上分别设置插槽125A和125B,与此同时,光源板210的两端分别形成布线240A和240B,当光源板20的两端插入插槽125A和125B内时,一方面可将光源板与基板110A和110B固定在一起,另一方面,基板上的LED驱动电路模块可与LED单元电气连接在一起,并且位于不同基板上的LED驱动电路模块的第一和第二部分130A和130B也可经形成于光源板上的合适的布线(未画出)电气连接在一起。具体而言,如图5所示,布线240B包含4个手指状的分支,其中两个经光源板上的布线与布线240A上的2个分支电气连接,另外两个则作为LED驱动电路模块130的输出端与LED单元220电气连接。
另外可选地,LED驱动电源10的基板与光源模块20的光源板之间也可以图2B所示的过孔形式固定在一起。具体而言,在基板120A和120B上形成过孔,光源板210的两端则形成与过孔适配的指状突出部分,通过将指状突出部分焊接在过孔内可以将基板与光源板固定在一起。
在本实施例中,管体30可由玻璃或塑料制成。为了避免眩光效应,可以对玻璃构成的管体的内表面和外表面中的至少一个表面作磨砂处理(例如使用酸溶液使内管表面粗糙化)。可选地,也可以考虑在管体30的内表面涂覆光扩散粉。
图6为按照本发明另一个实施例的LED日光灯的分解示意图。
与图4和5所示的实施例不同,在本实施例中,LED驱动电源的LED驱动电路模块被布置在一个基板上,因此相应地,LED驱动电源位于管体的一端。为避免赘述,下面着重描述本实施例与前述实施例的不同之处。
按照图6所示实施例的LED日光灯1包括LED驱动电源10、光源模块20和管体30。为示意方便起见,图6中省略了光源模块的光源板以及管体的中间部分,但是这并不会影响到对文字内容的理解。
LED驱动电源10可采用上面借助图1所示的结构和特征,其被设置在管体30的一端。光源模块20采用与图4所示实施例相同的结构 和特征,但是也可以采用图5所示实施例的结构和特征。
当LED日光灯1完成装配时,LED驱动电源10的端盖110将封闭管体30的一端,基板120与光源板210可借助图示的卡槽方式固定在一起并由此实现二者之间的电气连接。
在本实施例中,LED日光灯1还包括端盖410和位于端盖410内的基板420。如图6所示,端盖410的外表面上设置一对适于插入日光灯座的插脚411和412,在LED日光灯1完成装配时,管体30的另一端由端盖410封闭。例如可以借助粘合剂(例如灯泥)将端盖410的内表面与管体30的外表面粘合在一起,并且与此同时还将基板420固定于端盖410内。基板420的两个表面上分别设置一对引线421、422以及卡槽423。在本实施例中,插脚411和412也是空心的并且与端盖410内部空间是连通的,因此引线421和422被分别插入各自对应的插脚411和412内并且被插脚的内壁夹持住,从而实现引线与插脚之间的固定和电气连接。当完成日光灯1的装配时,基板420上的插针423A和423B插入光源板210其中一端的插座230B内以将光源板210与基板420固定在一起。优选地,引线421与422被短接在一起以实现插脚411和412之间的直接相连。
图7为可应用于上面借助图1-6所示实施例的一种LED驱动电路模块的电路原理图。
图7所示的LED驱动电路模块130包括桥式整流滤波单元131、DC-DC升压变换单元132A和反馈单元133,以下对各个单元作进一步的描述。
如图7所示,桥式整流滤波单元131包括全桥整流器BR1、电容器C1、C2、C3、压敏电阻器R1和电感器L1。交流电(例如市电)经全桥整流器BR1整流后在正极端B1上输出全波脉动电压。滤波电容器C1、C2、C3、压敏电阻器R1和电感器L1构成EMI滤波电路,其一方面抑制交流电网中的高频干扰对驱动电路的影响,另一方面抑制驱动电路对交流电网的电磁干扰。
值得指出的是,虽然这里示出的是全波整流方式,但是半波整流也是可用的。此外,为了进一步简化电路结构,图7所示电路的桥式整流滤波单元131中的压敏电阻器R1、滤波电容器C2、C3和电感器L1也是可以省略的。
参见图7,滤波电容器C1和压敏电阻器R1并联在全桥整流器BR1的交流输入端B3和B4之间,其中压敏电阻器R1通过抑制电路中出现的异常过电压而将全桥整流器BR1的输入电压钳制在预定的水平。滤波电容器C2、C3和电感器L1组成π型滤波回路并且电气连接在全桥整流器BR1的正极端B1与负极端B2之间,以对全桥整流器BR1输出的脉动电压进行低通滤波。
DC-DC升压变换单元132A与桥式整流滤波单元131、反馈单元133和LED负载LED1-LEDn(也即图4-6中设置在光源板上的多个LED单元220)电气连接,其将桥式整流滤波单元131输出的脉动电压提升至所需的电压和电流水平并提供给LED负载。此外,DC-DC升压变换单元132A还与反馈单元133协同工作,以使提供给LED负载的电流和电压保持恒定并实现功率因子校正功能。在典型的应用场合下,多个LED单元串联后的总电压被设计为超过电网输入的电压最高值,因此电压的提升是必需的。以波动范围为±10%的220V交流电为例,其最高电压约为342V,则LED串联电压将超过342V。
在图7所示的LED驱动电路模块中,DC-DC升压变换单元132A包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C6和开关调整器U1。
优选地,可以采用集成有脉宽调制(PWM)控制器和金属氧化物半导体场效应管(以下又简称为MOS管)的集成电路芯片作为开关调整器U1,其中PWM控制器的输出端与MOS管的栅极电气连接以实现对MOS管导通和关断的控制。在具体的开关调整器芯片中,为了简化占空比的调节,可保持MOS管的开关频率为定值(例如大约1MHz),而MOS管的关断时间是可调节的;或者可保持MOS管的关断时间为定值(例如大约320ns),而MOS管的开关频率是可调节的。典型地,这类开关调整器芯片一般都配置与MOS管的漏极电气连接的漏极引脚、与PWM控制器的控制端电气连接的反馈引脚。上述开关调整器的例子包括但不局限于中国普芯达电子有限公司生产的CW12L30和CW12L40芯片等。
如图7所示,电感器L2和开关二极管D1被串联在桥式整流滤波单元131的输出端与LED负载的正极输入端或LED驱动电路模块的正极输出端之间,其中开关二极管D1的正极与电感器L2电气连接,负极与LED负载的正极输入端电气连接。优选地,可采用速度快、压 降小的肖特基二极管作为开关二极管D1。继续参见图7,开关调整器U1的漏极引脚D电气连接在电感器L2与开关二极管D1的正极之间,并且反馈引脚FB与反馈单元133电气连接。此外,在图7所示的电路中,电容器C6与LED负载的正极输入端共接于开关二极管D1的负极以在开关二极管D1截止时向LED负载放电。
参见图7,开关调整器U1还包括电源引脚VCC和接地引脚GND,其中电源引脚VCC经电容器C4接地。
反馈单元133包括晶体三极管Q1、电阻器R2、R3和电容器C5。如图7所示,晶体三极管Q1采用共射极放大电路的连接形式,其中,集电极经电阻器R3电气连接至开关调整器U1的反馈引脚以将反馈信号提供至开关调整器U1,其射极与接地电气连接以作为输入回路和输出回路的共同接地端,并且基极通过与LED负载的负极电气连接而接入LED负载的回路以提取检测信号。电阻器R2电气连接在基极与接地之间以构成输入回路。另外,开关调整器U1的反馈引脚FB还经电容器C5接地。
以下描述图7所示LED驱动电路模块130的工作原理。
当接通交流电源时,桥式整流滤波单元131将输入的交流电变换为脉动电压并输出至DC-DC升压变换单元132A的电感器L2。开关调整器U1内部的MOS管在PWM控制器信号的控制下以很高的频率导通和关断。
当MOS导通时,在桥式整流滤波单元331的输出电压的作用下,电流流经电感器L2和MOS管,开关二极管D1因为电容器C6上的电压而截止。随着流经电感器L2的电流不断增大,电感器内存储的能量也不断增多。此时,LED负载由电容器C6供电,其依靠电容器C6的放电电流工作。
当MOS管切换至关断状态时,流经电感器L2的电流开始减小,从而在电感器L2的两端诱发感应电动势,其极性为上正右负。感应电动势与桥式整流滤波单元131的输出电压相叠加后提升了桥式整流滤波单元131的输出电压。此时,叠加的电压高于电容器C6上的电压,因此开关二极管D1进入导通状态,LED负载改由电感器L2供电,并且电容器C6也由电感器L2充电并且直至MOS管再度切换至导通状态。在本实施例中,感应电动势的大小取决于MOS管的占空比,因此 可以通过调节PWM控制器输出信号的占空比获得所希望的电压提升幅度。
当MOS管再度被切换回导通状态时,开关二极管D1处的叠加电压开始减小并将再次低于电容器C6上的电压,因此开关二极管D1进入截止状态,LED负载改由电容器C6以提升的电压供电,而电感器L2又开始存储电能。
由上可见,在PWM控制器的控制下,MOS管在上述导通和关断状态之间不断切换,从而使LED负载正极上的电压始终保持在较高的电压水平。
参见图7,LED负载与电阻器R4、R5并联在开关二极管D1的负极与电阻器R2之间,并且LED负载的负极电气连接至晶体三极管Q1的基极。当流经LED负载的电流和/或电压发生波动时,流经晶体三极管Q1的基极的电流也会改变,经过晶体三极管Q1放大后的反馈信号从集电极经电阻器R3输出至开关调整器U1的反馈引脚,PWM控制器由此可以根据反馈信号对输出信号的占空比进行调整,由此使提供给LED负载的电流和电压保持恒定。
在图7所示的电路中,开关调整器U1的反馈引脚FB还经大容量的电容器C5接地,这可以使反馈环路的响应变缓,反馈电平在交流电线路半周期中接近于恒定。基本恒定的反馈电平表示在MOS管中的电流对应于在交流线路半周期内传送到LED负载上的平均能量。由于开关调整器U1在固定频率上工作,在MOS管导通时间结束之前,电流的增加不会超出一定的范围。通过在输入的交流电压增加时减少流经MOS管的开关电流,并且在输入的交流电压减少时增加流经MOS管的开关电流,使LED负载输入端的纹波最小化,并且交流输入电流能时刻跟踪交流输入电压的变化,从而实现功率因子校正的功能。
需要指出的是,在图7所示的电路中,PWM控制器与MOS管被集成在同一集成电路芯片中,为了进一步提高集成度,还可以考虑将晶体三极管Q1、PWM控制器和MOS管三者集成在同一集成电路芯片中。
可选地,PWM控制器和MOS管也可以以分立的电路元件的形式被提供于LED驱动电路模块中。图8所示的LED驱动电路模块示出了这种形式的一个例子,其中与图7中相同或相似的单元采用相同的 标号表示。
图8所示的驱动电路模块130同样包括桥式整流滤波单元131、DC-DC升压变换单元132A和反馈单元133。桥式整流滤波单元131和反馈单元133采用与图7所示相同的形式和结构,此处不再赘述。
参见图8,DC-DC升压变换单元132A包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C6、PWM控制器U2和MOS管T,其中,电感器L2和开关二极管D1被串联在桥式整流滤波单元131的输出端与LED负载的正极输入端或LED驱动模块的正极输出端之间,开关二极管D1的正极与电感器L2电气连接,负极与LED负载电气连接。在本实施例中,MOS管T的漏极D电气连接在电感器L2与开关二极管D1的正极之间,源极S电气连接至接地,栅极G与PWM控制器U2的输出端P相连。PWM控制器U2一般以集成电路芯片的形式提供,其控制端FB与反馈单元333电气连接。如图8所示,电容器C6被电气连接在开关二极管D1的负极与LED负载之间以在开关二极管D1截止时向LED负载放电。
反馈单元133同样包括晶体三极管Q1、电阻器R2、R3和电容器C5。晶体三极管Q1采用共射极放大电路的连接形式,其中,集电极经电阻器R3电气连接至PWM控制器U2的控制端FB以将反馈信号提供给PWM控制器U2,其射极与接地电气连接以作为输入回路和输出回路的共同接地端,并且基极接入LED负载的回路以提取检测信号。PWM控制器的控制端FB还经电容器C5接地。
图8所示LED驱动电路模块的工作原理与图7所示的相似,因此此处不再赘述。
图9为可应用于上面借助图1-6所示实施例的另一种LED驱动电路模块的电路原理图。
图9所示的LED驱动电路模块130包括桥式整流滤波单元131、DC-DC降压变换单元132B和反馈单元133,以下对各个单元作进一步的描述。
如图9所示,桥式整流滤波单元131包括全桥整流器BR1、电容器C2、C3、压敏电阻器R1和电感器L1。交流电(例如市电)经全桥整流器BR1整流后在正极端B1上输出全波脉动电压。滤波电容器C2、C3、压敏电阻器R1和电感器L1构成EMI滤波电路,其一方面抑制 交流电网中的高频干扰对驱动电路的影响,另一方面抑制驱动电路对交流电网的电磁干扰。
参见图9,压敏电阻器R1并联在全桥整流器BR1的交流输入端B3和B4之间,其中压敏电阻器R1通过抑制电路中出现的异常过电压而将全桥整流器BR1的输入电压钳制在预定的水平。滤波电容器C2、C3和电感器L1组成π型滤波回路并且电气连接在全桥整流器BR1的正极端B1与接地的负极端B2之间,以对全桥整流器BR1输出的脉动电压进行低通滤波。
值得指出的是,虽然这里示出的是全波整流方式,但是半波整流也是可用的。此外,为了进一步简化电路结构,图9所示电路的桥式整流滤波单元131中的压敏电阻器R1、滤波电容器C2、C3和电感器L1也是可以省略的。
DC-DC降压变换单元132B与桥式整流滤波单元131、反馈单元133和LED负载LED1-LEDn(例如图4-6中光源板210上设置的LED单元220)电气连接,其将桥式整流滤波单元131输出的脉动电压降低至所需的电压和电流水平并提供给LED负载。此外,DC-DC降压变换单元132B还与反馈单元133协同工作,以使提供给LED负载的电流和电压保持恒定。
在图9所示的LED驱动电路模块中,DC-DC降压变换单元132B包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C7、MOS管T和脉宽调制(PWM)控制器U3。
PWM控制器U3的输出端P与MOS管T的栅极G电气连接以实现对MOS管导通和关断的控制。上述PWM控制器的例子包括但不局限于美国Supertex股份有限公司生产的HV9910型LED驱动器芯片等。
如图9所示,开关二极管D1的负极和LED负载的正极LED+或LED驱动电路模块的正极输出端共同连接至桥式整流滤波单元131的输出端,开关二极管D1的正极则与MOS管T的漏极D电气连接。优选地,可采用速度快、压降小的肖特基二极管作为开关二极管D1。电感器L2电气连接在LED负载的负极LED-与MOS管T的漏极D之间。继续参见图9,PWM控制器U3还包含反馈引脚FB,其与反馈单元133电气连接。此外,在图9所示的电路中,电容器C7并联在 LED负载的正极LED+与负极LED-之间(也即LED驱动电路模块的正极输出端与负极输出端之间)以平滑提供给LED负载的工作电压。可以根据允许的工作电压的纹波值来选择电容器C7的电容值。
参见图9,PWM控制器U3还包括电源引脚VCC和接地引脚GND,其中电源引脚VCC经电容器C4接地。
反馈单元133包括电阻器R6。如图9所示,电阻器R6被电气连接在MOS管T的源极S与接地之间。另一方面,电阻器R6的电气连接至源极S的一端还电气连接至PWM控制器U3的反馈引脚FB以将反馈信号提供给PWM控制器U3。
以下描述图9所示LED驱动电路模块130的工作原理。
当接通交流电源时,桥式整流滤波单元131将输入的交流电变换为脉动电压并输出至DC-DC降压变换单元132B。此时在PWM控制器U3的控制下,MOS管T在上述导通和关断状态之间不断切换,从而使LED负载两端上的电压始终保持在一定的电压水平。
具体而言,当MOS管T导通时,开关二极管D1处于截止状态。桥式整流滤波单元131的输出电流从LED负载的正极LED+流入并从负极LED-流至电感器L2。流经电感器L2的电流将不断增大直到MOS管T关断。随着流经电感器L2的电流不断增大,电感器内存储的能量也不断增多。
当MOS管T切换至关断状态时,流经电感器L2的电流开始减小,从而在电感器L2的两端诱发感应电动势,其极性为左正右负。感应电动势与桥式整流滤波单元131的输出电压相叠加后高于电容器C7上的电压,因此开关二极管D1进入导通状态,从而为电感器L2的电流提供续流通路直至MOS管T再度切换至导通状态。在图9所示的电路结构中,可以通过调节PWM控制器输出信号的占空比获得所希望的电压降低幅度。
参见图9,电阻器R6电气连接在MOS管T的源极S与接地之间。由于电阻器R6两端的电压对应于流经MOS管T和电感器L2的电流,因此该电压可被施加于PWM控制器U3的反馈引脚FB作为反馈信号。具体而言,当MOS管T导通后,电感器L2的电流不断增大,当电阻器R6两端的电压超过预设的峰值电流检测阈值时,将触发PWM控制器U3在引脚P上输出关断MOS管T的控制信号,由此可以通过控制 MOS管T的峰值电流来实现恒流控制。显然,达到峰值电流所花费的时间与电感器L2的电感值有关,电感值越大则电流上升速度越慢,到达峰值电流所用的时间越长,反之亦然。
需要指出的是,由于电容器C7如图9所示并联在LED负载之间,所以可以平滑电流的脉动起伏,使得流经LED负载的电流更为恒定。
可选地,PWM控制器U3和MOS管T可以以集成在同一集成电路芯片的形式提供于LED驱动电路模块中。图10所示的LED驱动电路模块示出了这种形式的一个例子,其中与图9中相同或相似的单元采用相同的标号表示。
图10所示的LED驱动电路130同样包括桥式整流滤波单元131、DC-DC降压变换单元132B和反馈单元133。桥式整流滤波单元131和反馈单元133采用与图9所示相同的形式和结构,此处不再赘述。
DC-DC降压变换单元132B与桥式整流滤波单元131、反馈单元133和LED负载LED1-LEDn电气连接,其将桥式整流滤波单元131输出的脉动电压降低至所需的电压和电流水平并提供给LED负载。此外,DC-DC降压变换单元132B还与反馈单元133协同工作,以使提供给LED负载的电流和电压保持恒定。
在图10所示的LED驱动电路中,DC-DC降压变换单元132B包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C7和开关调整器U4。
优选地,可以采用集成有脉宽调制(PWM)控制器和MOS管的集成电路芯片作为开关调整器U4,其中PWM控制器的输出端与MOS管的栅极电气连接以实现对MOS管导通和关断的控制。典型地,这类开关调整器芯片一般都配置与MOS管的漏极电气连接的漏极引脚和与MOS管的源极电气连接的源极引脚,并且优选地,源极引脚与PWM控制器的控制端电气连接以将与流经MOS管的电流对应的检测信号反馈至PWM控制器。上述开关调整器的例子包括但不局限于荷兰恩智浦半导体公司生产的SSL2108x型LED照明驱动器芯片等。
如图10所示,开关二极管D1的负极和LED负载的正极LED+共同连接至桥式整流滤波单元131的输出端,开关二极管D1的正极则与开关调整器U4的漏极引脚D电气连接。电感器L2电气连接在LED负载的负极LED-与开关调整器U4的漏极引脚D之间。继续参见图10,开关调整器U4还包含源极引脚S,其在芯片内部与PWM控制器的控 制端电气连接而在芯片外部与反馈单元433电气连接。此外,在图10所示的电路中,电容器C7并联在LED负载的正极LED+与负极LED-之间以平滑提供给LED负载的工作电压。
参见图10,开关调整器U4包括电源引脚VCC和接地引脚GND,其中电源引脚VCC经电容器C4接地。
反馈单元133包括被电气连接在开关调整器U4的源极S与接地之间的电阻器R6。如在描述图9所示的LED驱动电路模块时所指出的,电阻器R6两端的电压对应于流经MOS管和电感器L2的电流,其被作为反馈信号施加于开关调整器U4的源极S以使开关调整器U4内部的PWM控制器通过控制MOS管的峰值电流来实现恒流控制。图10所示LED驱动电路的工作原理与图9所示的相似,因此此处不再赘述。
可选地,在上述图7-10所示的LED驱动电路模块中还可以集成实现其它功能的电路,例如调光控制电路、传感电路、智能照明控制电路、通信电路和保护电路等。这些电路可以与驱动控制器集成在同一半导体晶片或封装芯片内,或者这些电路可以单独地以半导体晶片或封装芯片的形式提供,或者这些电路中的一些或全部可以组合在一起并以半导体晶片或封装芯片的形式提供。
图11为可应用于上面借助图1-6所示实施例的另一种LED驱动电路模块的电路原理图。
图11所示的LED驱动电路模块130包括桥式整流滤波单元131和恒流控制单元134,以下对各个单元作进一步的描述。
如图11所示,桥式整流滤波单元131包括全桥整流器BR1、滤波电容器C1和压敏电阻器R1。交流电(例如市电)经全桥整流器BR1整流后在桥式整流滤波单元或全桥整流器BR1的正极输出端B1上输出全波脉动电压。压敏电阻器R1并联在桥式整流滤波单元或全桥整流器BR1的交流输入端B3和B4之间,其通过抑制电路中出现的异常过电压而将全桥整流器BR1的输入电压钳制在预定的水平。滤波电容器C1电气连接在桥式整流滤波单元或全桥整流器BR1的正极输出端B1与负极输出端B2之间,以对全桥整流器BR1输出的脉动电压进行低通滤波,这里的负极输出端B2被接地。
值得指出的是,虽然这里示出的是全波整流方式,但是半波整流也是可用的。此外,为了进一步简化电路结构,图11所示电路的桥式 整流滤波单元131中的压敏电阻器R和滤波电容器C1也是可以省略的。
恒流控制单元134包括基准电压电路1341、放大器1342、MOS管T、第一电阻器R7和第二电阻器R8。参见图11,LED负载LED1-LEDn(例如图4-6中光源板210上设置的LED单元220)连接在桥式滤波单元131与恒流控制单元134之间,其中,LED负载LED1-LEDn的正极LED+与正极输出端B1电气连接并且其负极LED-与MOS管T的源极S电气连接,而MOS管T的漏极D经第一电阻器R7接地,由此形成电流回路。MOS管T的栅极G与放大器1342的输出端电气连接,并且漏极D除了与第一电阻器R7电气相连之外还电气连接至放大器1342的第一输入端(例如反相输入端-),从而将第一电阻器R7两端的采样信号VR1施加在该输入端上。另一方面,基准电压电路1341与放大器1342的第二输入端(例如正相输入端+)电气连接以将基准电压Vref施加在该输入端。如图11所示,在MOS管T的源极S与漏极D之间还电气连接有第二电阻器R8。
优选地,可以将基准电压电路、放大器和MOS管集成在同一集成电路芯片中。这种集成电路芯片的例子包括但不局限于上海普芯达电子有限公司生产的CW11L01芯片等。
在图11所示的LED驱动电路模块中,MOS管T本身具有一定的内阻,因此连接在MOS管T的源极S与漏极D之间的第二电阻器R8相当于在MOS管T的内阻上并联了一个电阻,这使得流经LED负载LED1-LEDn的电流并未全部流入MOS管T,而是一部分被分流至第二电阻器R8,由此可以减少MOS管的发热量,或者可以在采用相同电气参数的MOS管的情况下提高LED负载的工作电流。
以下描述恒流控制单元134的工作原理。
参见图1,施加在放大器1342两个输入端上的信号的差值经放大后在MOS管T的栅极G上形成栅极电压信号以控制MOS管T的导通和关断,从而使流经LED负载LED1-LEDn的电流恒定。具体而言,当流经LED负载LED1-LEDn的电流使得第一电阻器R7两端的采样信号VR1大于基准电压Vref时,放大器1342将在栅极G上施加低电平信号以关断MOS管T,此时电流回路的电阻值较大,从而使得流经LED负载LED1-LEDn的电流减小;反之,当流经LED负载 LED1-LEDn的电流使得第一电阻器R7两端的采样信号VR1小于基准电压Vref时,放大器1342将在栅极G上施加高电平信号以导通MOS管T,此时电流回路的电阻值较小,从而使得流经LED负载LED1-LEDn的电流增大。流经LED负载LED1-LEDn的电流由此将基本保持恒定。
虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面,但是本领域内的技术人员应该意识到:可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变,因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。
Claims (10)
1.一种LED日光灯驱动电源,包括:
端盖,其外表面上设置一对插脚,该对插脚是空心的并且与所述端盖内部连通;
位于所述端盖内的基板,所述基板的其中一个表面上设置一对引线,每个引线插入各自对应的插脚内并且固定于插脚的内壁;
设置在所述基板上的LED驱动电路模块,其与所述引线电气连接。
2.一种LED日光灯驱动电源,其特征在于,包括:
一对端盖,每个所述端盖的外表面设置一对插脚,该对插脚是空心的并且与该端盖内部连通;
一对基板,其分别位于各自对应的端盖内,每个所述基板的其中一个表面上设置一对引线,每个引线插入各自对应的端盖的插脚内并固定于插脚的内壁;以及
LED驱动电路模块,其设置在所述一对基板上并且与引线电气连接。
3.如权利要求1或2所述的LED日光灯驱动电源,其中,所述基板进一步包括插针或插槽,其设置在与基板的所述其中一个表面相对的另一表面上并且与所述LED驱动电路模块电气连接。
4.如权利要求1或2所述的LED日光灯驱动电源,其中,所述插脚的内壁向内收缩以将其内的引线夹持住。
5.如权利要求1或2所述的LED日光灯驱动电源,其中,所述LED驱动电路模块包含:
桥式整流滤波单元;
DC-DC升压变换单元,包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管,其中,所述电感器和开关二极管串联在所述桥式整流滤波单元的输出端与所述LED驱动电路模块的正极输出端之间,所述MOS管的漏极电气连接在所述电感器与开关二极管的正极之间,栅极与所述PWM控制器的输出端电气连接;以及
反馈单元,包括晶体三极管,其基极电气连接至所述LED驱动电路模块的负极输出端,集电极电气连接至所述PWM控制器的控制端。
6.如权利要求5所述的LED日光灯驱动电源,其中,所述DC/DC升压变换单元还包含电气连接在所述PWM控制器的控制端与接地之间的电容器。
7.如权利要求1所述的LED日光灯驱动电源,其中,所述LED驱动电路模块包含:
桥式整流滤波单元;
DC-DC降压变换单元,包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管,其中,所述开关二极管的负极和所述LED驱动电路模块的正极输出端共接于所述桥式整流滤波单元的输出端,所述MOS管的漏极与所述开关二极管的正极电气连接,栅极与所述PWM控制器的输出端电气连接,并且所述电感器电气连接在所述MOS管的漏极与所述LED驱动电路模块的负极输出端之间;以及
反馈单元,包括电阻器,其与所述PWM控制器的控制端共接于所述MOS管的源极。
8.如权利要求1所述的LED日光灯驱动电源,其中,所述LED驱动电路模块包含桥式整流滤波单元和恒流控制单元,其中,所述恒流控制单元包括放大器、MOS管、第一电阻器,所述桥式整流滤波单元的正极输出端与所述LED驱动电路模块的正极输出端连接,所述MOS管的源极与所述LED驱动电路模块的负极输出端电气连接,所述MOS管的漏极与所述放大器的第一输入端电气连接并且经所述第一电阻器接地,所述放大器的输出端与所述MOS管的栅极电气连接以根据所述漏极上的电压与所述放大器器的第二输入端上的基准电压的比较结果来控制所述MOS管的导通和关断。
9.如权利要求8所述的LED日光灯驱动电源,其中,所述恒流控制单元进一步包括第二电阻器,其电气连接在所述MOS管的源极与漏极之间。
10.一种LED日光灯,包括:
管体;
位于所述管体内部的光源板,其上设置多个LED单元;
封闭所述管体两端的一对端盖,每个所述端盖的外表面上设置一对插脚,该对插脚是空心的并且与该端盖内部连通;
一对基板,其分别位于各自对应的端盖内并且与所述光源板固定在一起,每个所述基板的其中一个表面上都设置一对引线,每个引线插入各自对应的端盖的插脚内并固定于插脚的内壁;以及
LED驱动电路模块,其设置在所述一对基板上并且与其中一个基板上的引线电气连接。
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