CN105674114B - 一种led灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED灯，包括灯管和能够用于高频加热的金属灯头，灯管包括平直部和缩颈部，缩颈部设于平直部的两端，缩颈部与平直部之间具有平滑的过渡段；灯带通过粘胶粘贴在平直部上，灯带上设有贴片电源和LED发光单元；金属灯头设置在缩颈部的外部并通过焊泥与缩颈部紧密连接，金属灯头的长度为10‑12mm，缩颈部的长度为6‑8mm，金属灯头与缩颈部之间的缝隙为1‑2mm；贴片电源设于靠近平直部的端部位置处，贴片电源与平直部的端部之间的距离为3‑5mm。本发明结构简单、零部件少、照明效率高、焊泥固化高效快捷、坏品率低，有利于工业化流水线生产，尤其对于克服生产瓶颈、大幅提高产品的利润率方面具有独特的技术优势。

Description

一种LED灯

技术领域

本发明涉及一种LED灯，适用于照明工程的技术领域。

背景技术

长期以来，荧光灯在照明领域得到了大量的使用。荧光灯的核心部件是玻璃灯管和灯丝，灯管的内部涂有荧光粉，灯丝上涂有一层发射电子的物质。芯柱用于固定灯丝，同时保证与玻璃灯管密封，管内填充惰性气体和汞蒸气。传统的荧光灯制造工艺包括：玻璃灯管的制作，在灯管内腔均匀涂上荧光粉，放入芯柱使之能够夹持灯丝，在灯丝上涂覆电子粉浆使之带有足够发射电子的物质，把芯柱和管体烧封形成固定开口的腔体，排除管内的杂质气体并充入适量的惰性气体和汞，将多余的部分和灯管主体分离开，装好灯头形成最终的产品。在荧光灯中，灯头一般采用金属灯头，灯头与灯管之间采用焊泥粘结。荧光灯中使用的焊泥的固化温度一般为180-200℃，烘烤时间为2分钟左右。在生产线上，先将焊泥放入金属灯头，然后将灯头套在灯管的端部并火焰烘烤升温至焊泥的固化温度使其发生大幅膨胀，从而达到冷却后固化的效果。采用焊泥将灯头连接到灯管上的优势在于成本极其低廉。在荧光灯中，之所以能够采用火焰烘烤升温至180-200℃使焊泥固化，是因为该温度不会对荧光灯管中的其他部件造成损坏。荧光灯的工业化生产线目前已经比较成熟，但是由于竞争剧烈，其利润空间已经被大幅压低。

LED灯是近年来迅速发展起来的灯具形式。中国专利申请201520087119.7(现有技术1)中公开了一种灯管型LED灯，在端盖30和收肩部11之间填充有胶泥25。通过对灯管10的端部加热以使胶泥25固化膨胀，从而将端盖30固定到灯管10的具有开口的端部，以封闭该开口。该申请说明书第0031段中提到，端盖30与传统荧光灯管的端盖类似，通常由金属材质制成，例如铝或铜，以便于将灯管内由发光单元产生的热传导到灯管外部。由此可见，在该专利申请中，胶泥是通过对灯管的端部加热固化膨胀，而端盖的作用在于将灯管内由发光单元产生的热传导到灯管的外部。

该技术的缺点在于：第一，由于驱动电源本身需要占据大量的空间，在对胶泥进行加热时必须考虑热量可能对驱动电源产生损坏；另外考虑到美观的要求而不能将驱动电源露出，因此端盖必须具有足够的长度。在LED灯总长度一定时，必然会使得发光的有效区域减少，从而降低照明效率。第二，其中的胶泥仍然是传统性能的胶泥，即固化温度需要达到180℃以上、时间为2分钟，因此加热效率慢，不利于流水线的大规模生产。第三，在对胶泥加热到180℃以上时，不可避免地会对驱动电源造成一定的损坏，从而降低成品率。

中国专利申请201520276700.3(现有技术2)中公开了一种LED日光灯，包括绝缘管(即由绝缘材料制成的灯头，例如塑料管)、位于绝缘管内的导磁金属件9，热熔胶6涂覆于导磁金属件的内表面上，并与灯管的外周面粘接。制造时，通过感应线圈11形成电磁场对导磁金属件9加热并将热量传导至热熔胶6使之固化，在冷却后固化。绝缘管可以为各种绝缘材料，但以不容易导热为佳，避免热量传导至灯头内部的电源组件上，影响电源组件的性能。由此可见，在该专利申请中，主要使用绝缘灯头，焊泥的加热方式是采用对导磁金属件高频加热。另外，该申请中采用的电源是传统的电源形式(见图16)，其占据的空间较大，基于避免损伤电源和需要通过灯头来遮挡电源这两方面的考虑使得绝缘管的长度长达例如50mm左右。

该技术的缺点在于：第一，由于其必须使用导磁金属件对焊泥加热，而导磁金属件作为额外的部件增设于灯头和灯管之间，同时由于灯头和灯管之间的连接部件结构复杂，使其生产工序和成本大幅增加，不利于大规模流水线的工业化生产。第二，导磁金属件为呈轴向排列的片状或管状结构，如其第0097段中描述的，热熔胶涂覆于导磁金属件的内表面上，并与灯管的外周面粘接。由于热熔胶位于导磁金属件的内表面上，当热熔胶固化以后即便能够在导磁金属件与灯管之间形成紧密连接，也很难保证导磁金属件与灯头之间的紧密连接，而此处的紧密连接只能完全依赖于导磁金属件和灯头尺寸之间的紧密配合。这样会对灯头、导磁金属件和灯管的尺寸的精确度提出极高的要求，大大增加了生产成本。第三，由于其中的电源5占据的空间大，因此不仅易于受到高频加热的影响而降低成品率，而且还会使得灯头的长度比较大，影响LED灯的照明效果。第四，从工业化生产和销售的角度来说，该申请中如果采用绝缘灯头通过不了UL认证，因此其市场的销量将会大打折扣。

在LED灯的制造过程中，还可以采用硅酮胶作为粘结剂，而不需要进行加热，直接在室温下即可完成灯头和灯管的粘接。但是，采用硅酮胶作为粘结剂最大的问题是十倍以上的成本和长达2小时的固化时间。这对于大规模的流水线生产来说，是不可接受的。再者，现有技术中焊泥的固化温度一般为180-200℃，烘烤时间为2分钟左右，其带来的问题是加热效率较低，生产线较长。由此可见，如何快速有效地对焊泥进行加热使其在灯头和灯管之间形成紧密的连接已经成为本领域工业化生产效率提升的瓶颈。

因此，现有技术中需要一种结构形式简单、零部件数量少、照明效率高、焊泥加热方便、固化速度快、能够适应工业化流水线生产、成品率高的LED灯。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足，提出了一种LED灯，其结构简单、零部件少、照明效率高、焊泥固化高效快捷、坏品率低，有利于工业化流水线生产，尤其对于克服现有技术中的生产瓶颈、大幅提高产品的利润率方面具有独特的技术优势。

根据本发明的一种LED灯，包括灯带、灯管和能够用于高频加热的金属灯头，灯管包括平直部和缩颈部，缩颈部设于平直部的两端，缩颈部与平直部之间具有平滑的过渡段；灯带上设有贴片电源和LED发光单元；金属灯头设置在缩颈部的外部并通过焊泥与缩颈部紧密连接，金属灯头的长度为10-12mm，缩颈部的长度为6-8mm，金属灯头与缩颈部之间的缝隙为1-2mm；贴片电源设于靠近平直部的端部位置处，贴片电源与平直部的端部之间的距离为3-5mm。

优选地，金属灯头与缩颈部之间通过高频加热设备加热固化温度低于120℃、固化时间为10-20秒的焊泥而粘接固定，所述焊泥包括以下重量份的成分：

焊泥的制备步骤包括：

(1)将1.6-2.0重量份的虫胶、0.6-0.8重量份的松香、0.15重量份的六次甲基四胺、3重量份的酒精、2-3重量份的磷酸铝倒入容器中，搅拌5-8小时；

(2)将搅拌好的混合液和30重量份的320目的双飞粉倒入另一容器中，同时放入3重量份的酚醛树脂和0.6重量份的酒精，均匀搅拌2-4小时。

更优选地，通过焊泥挤出设备将调制好的焊泥注入金属灯头的内表面，注入的焊泥距离金属灯头开口端的高度至少为6mm，将灯头插入灯管的缩颈部使焊泥固化膨胀实现紧密连接以后，焊泥距离平直部的端部的最小距离为3mm。

优选地，灯带上的贴片电源和LED发光单元通过金属灯头上的管脚与外电源电连接；金属灯头的端部的内外两侧均设有凹槽，凹槽内分别设有绝缘片，金属灯头和绝缘片上设有供管脚伸出的通孔，绝缘片使得管脚和金属灯头之间的爬电距离不小于3.2mm。

优选地，金属灯头为分体式结构，包括套接灯管的套筒以及扣合在套筒一侧的端盖，端盖具有卡扣，套筒一侧的内壁设有用于抵住灯管的端部的限位凸台，套筒另一侧的内壁设有卡槽，卡槽与卡扣配合以固定端盖。

优选地，还包括频率自适应的LED灯驱动电路，该驱动电路包括设置在电源与LED之间的适用低频的第一驱动支路以及适用高频的第二驱动支路，第一驱动支路和第二驱动支路上设有切换开关，还设有用于检测电源频率的频率检测电路，频率检测电路具有与切换开关控制端相连的信号输出端。

优选地，频率检测电路包括与电源相连的整流电路、与整流电路输出端相连的分压采样电路以及接收来自分压采样电路的信号并进行频率检测的检测电路。

更优选地，第一驱动支路和第二驱动支路上的切换开关为继电器；其中继电器的常闭触点接入第二驱动支路，继电器的常开触点接入第一驱动支路。整流电路输出端与检测电路供电端相连，在检测电路供电端还连接有稳压电路，稳压电路为并联在检测电路供电端与大地之间的缓冲电容和稳压二极管。

优选地，还包括自动切换模式的全电压分段式线性恒流LED驱动电路，该驱动电路包括依次串联的至少两组LED，以及用于检测电源电压的电压检测控制电路；

各组LED的正极端直接与电源相连或通过切换开关与电源相连；各组LED的负极端分别通过相应的控制开关接地；

其中一组LED中包括依次串联的至少两个LED单元，每个LED单元的的负极端通过对应的控制开关接地；

切换开关以及控制开关均接入并受控于电压检测控制电路以改变组间串并联模式以及不同LED单元的通断。

本发明的有益效果包括：

1.本发明的LED灯结构简单、合理，通过高频加热的方式使得金属灯头与灯管之间直接通过焊泥紧密连接，便于大规模地工业化生产，解决了现有技术中产量无法提高的瓶颈，对于商业化生产来说具有成本低、流水化程度高、合格率高等优势。

2.所采用焊泥的固化温度低于120℃、固化时间仅需10-20秒，其主要成分与固化温度为180-200℃的传统焊泥的主要成分相同，但是调整了其中的组分及其百分含量。使得在保证焊泥低成本的前提下，大幅降低了焊泥的固化温度和所需时间，节约了能源。

3.采用高频线圈的电磁感应直接对金属灯头加热，使得其固化速度可缩短至10-20秒，极大地提高了自动化生产线的生产效率，缩短了生产线的长度。通过灯带和电源等部件的合理布置，能够避免加热过程中的高温损坏灯管中的电源器件。

4.采用带有金属灯头的LEDLED灯管能够顺利通过UL认证，从而保证产品能够大规模地推入市场。

5.采用将贴片电源粘贴于灯带上的设计方案，能够将灯头的长度缩短至12mm以内，在灯管的总长度一定时能够获得更大的发光区域，从而增加LED灯的发光效率。同时，由于贴片电源置于金属灯头的范围以外，能够防止高频线圈加热时损伤电源。

6.本发明采用两块环氧绝缘片分别设于金属灯头端部的内外两侧，能够实现不小于3.2mm的爬电距离，极大地消除了触电的风险。

7.将金属灯头套设于缩颈部使得金属灯头的外表面与灯管的外表面基本齐平，能够避免运输过程中由于灯头和灯管的不等径造成应力集中从而损伤灯管的风险。

8.焊泥位于金属灯头的内表面较深的位置，即便是在固化后也能保证与灯头开口端至少3mm的距离，防止焊泥流出灯头污浊灯管。

9.本发明的频率自适应的LED灯驱动电路，通过频率检测，可以通过检测输入端电压的频率来自动切换对应的供电电源。无论对应到何种频率模式都可以正常工作，对于生产厂家来说只要生产一种规格就可以，另外安装的时候不用人工识别，确保安全可靠。

申请人作为国内照明领域最大的研发和生产厂商之一，对于LED灯的上述改进在商业上的成功有着深刻的体会。以荧光灯的生产线为例，目前一条生产线的日产量为2.6万支，但是由于国内市场的无序竞争，每支荧光灯的生产利润仅为0.1元。现有LED灯的生产线，由于焊泥固化时间长和加热效率低等的影响，生产效率极为低下并且严重依赖于人工，生产成本很高。而如果将本申请的技术投入生产线，由于焊泥固化时间短、加热效率高，其日产量可达到2万支，而每支LED灯的生产利润可达1-1.5元。同时，由于提供了频率自适应的LED灯驱动电路，使其适用范围更加广泛，而且使用操作安全可靠。因此，本申请的技术对于工业化生产来说，具有重大的商业价值。

附图说明

图1显示了根据本发明的一种LED灯的结构示意图。

图2显示了图1中的A-A剖视图。

图3显示了金属灯头的外侧面示意图。

图4显示了金属灯头的内侧面示意图。

图5为第二实施方式的金属灯头上套筒的一侧的视图。

图6为第二实施方式的金属灯头上套筒的另一侧的视图。

图7为第二实施方式的金属灯头上的端盖的示意图。

图8为本发明的LED灯驱动电路的示意图。

图9为本发明的全电压分段式线性恒流LED驱动电路的原理框图。

图10为全电压分段式线性恒流LED驱动电路的实施例1的电路示意图。

图11为比较器以及外围电路的结构示意图。

图12为电源电压为120V时的波形图。

图13为电源电压为277V时的波形图。

图14为全电压分段式线性恒流LED驱动电路的实施例2的电路示意图。

图15为全电压分段式线性恒流LED驱动电路的实施例3的电路示意图。

图16为全电压分段式线性恒流LED驱动电路的实施例4的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，其中显示了根据本发明的一种LED灯的一种实施方式，其中为了简化的需要，仅画出灯管的部分示意图。如图1-2所示的LED灯，包括灯管1、金属灯头2和灯带6，灯管1包括平直部12和缩颈部11，缩颈部11设于平直部12的两端，缩颈部11与平直部12之间具有平滑的过渡段。过渡段的长度可以为1-3mm，其中灯带6可以通过粘胶7粘贴在平直部12上，灯带6上设有贴片电源61和LED发光单元62；金属灯头2设置在缩颈部11的外部并通过焊泥与其紧密连接，金属灯头2能够用于高频加热。金属灯头的长度为10-12mm(不含管脚)，缩颈部的长度为6-8mm。优选地，金属灯头与缩颈部之间的缝隙可以为1-2mm(径向方向，即焊泥填充的空间)，金属灯头的长度与直径的比值可以为0.2-2。贴片电源61设于靠近平直部12的端部位置处，贴片电源61与平直部12的端部之间的距离为3-5mm，该距离能够使得在对金属灯头进行高频加热时能够保证贴片电源不受损伤。由于贴片电源可以具有与LED发光单元相适应的尺寸和形状，因此可以将贴片电源设置在金属灯头的范围之外，从而使得金属灯头的长度大幅降低。如上所述，相对于现有技术2中长达50mm的灯头来说，本申请中灯头的长度可以做到仅10-12mm，从而在LED灯的长度固定时，其发光效率能够大幅提高。

为了保证整支LED灯具有足够的发光角度，申请人经过无数次试验得出，灯带的宽度与灯管直径的比值优选地为0.25-0.5。以T8灯管为例，其直径为约25mm，经试验，灯带的宽度优选地为6.3-12.5mm。

本申请中，金属灯头2与缩颈部11之间可以通过高频加热设备加热固化温度低于120℃、固化时间为10-20秒的焊泥而粘接固定。高频加热设备是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内磁力线通过金属材质时，使金属自行高速发热，然后再加热物质，并且能在短时间内达到令人满意的温度。主要优点是磁力加热、节能、环保，零排放，无明火，操作方便，安全可靠，经久耐用，洁净环保，安装简便。生产时，通过焊泥挤出设备将调制好的焊泥注入金属灯头的内表面，注入的焊泥距离金属灯头开口端的高度至少为6mm。例如，焊泥可以被注入在距离金属灯头开口端6-8mm的范围内。将灯头插入灯管的缩颈部使焊泥固化膨胀实现紧密连接以后，焊泥距离平直部的端部的最小距离为3mm。即，保证焊泥固化后不会流出粘接部从而污染灯管的外表面。如果灯管的外表面被焊泥污染，需要对其进行擦拭和清洗，需要花费大量的成本。

优选地，本发明采用的焊泥可以包括以下重量份的成分：

其制备步骤包括：

(1)将1.6-2.0重量份的虫胶、0.6-0.8重量份的松香、0.15重量份的六次甲基四胺、3重量份的酒精、2-3重量份的磷酸铝倒入容器中，搅拌5-8小时；

(2)将搅拌好的混合液和30重量份的320目的双飞粉倒入另一容器中，同时放入3重量份的酚醛树脂和0.6重量份的酒精，均匀搅拌2-4小时。

本发明的焊泥组分的实施例1

本发明的焊泥组分的实施例2

本发明的焊泥组分的实施例3

优选地，金属灯头2的外表面与灯管1的平直部12的外表面齐平。这样设置的优点在于，在运输和搬运工程中，使得整个LED灯沿其长度方向受力均匀，不会因为灯头的直径大或者灯管的直径大而在其上产生应力集中导致破损。另外，这种设置方式也会使得LED灯整体比较美观。其中，灯管1可以采用塑料灯管或玻璃灯管，或者在灯管内表面或外表面上还可以包裹有PPT塑料膜，其能够经受240℃的高温。金属灯头2的材料应选择为能够通过高频加热设备将热量传导至焊泥的金属材料，通过加热使得焊泥固化膨胀从而在金属灯头和灯管之间实现紧密连接。

如图3-4所示，其中显示了本发明的金属灯头的外表面和内表面的视图。灯带6上的贴片电源61和LED发光单元62通过金属灯头2上的管脚3与外电源电连接。金属灯头2的内外两侧均设有凹槽4，凹槽4内分别设有绝缘片5，金属灯头2和绝缘片5上设有供管脚3伸出的通孔，绝缘片5使得管脚3与金属灯头2之间的爬电距离不小于3.2mm。

如图5-7示，其中显示了金属灯头的另一种实施方式。如图所示，金属灯头2为分体式结构，包括套接灯管的套筒21以及扣合在套筒21一侧的端盖26。端盖26具有至少两个卡扣27，本实施例中卡扣27为四个，且端盖26上设有供接电管脚穿过的通孔28。

套筒21一侧的内壁设有用于抵住灯管1的端部的限位凸台24，以此控制灯头套入灯管的长度。套筒21另一侧的内壁设有卡槽22，卡槽22与卡扣27配合以固定端盖，且每个卡槽22的附近具有便于卡扣27插入的导向斜面23，该导向斜面23对应的壁厚薄于其他部位。

在实际安装LED灯管的过程中会遇到两种情况，一种是新安装的用户，直接把市电接到LED日光灯管的两端；另一种情况是用户之前用的是普通日光灯管，由于普通日光灯管是接在电子镇流器后面，电子镇流器正常工作时会产生80～200V，20KHZ以上的高频电压。而LED灯要求恒定的电流源才能稳定工作，因此如何使得LED灯能够适用于上述两种情况就显得尤为重要。

本发明的另一方面，提供了一种频率自适应的LED灯驱动电路，通过频率检测，可以通过检测输入端电压的频率来自动切换对应的供电电源。需要说明的是，该驱动电路可以设置于贴片电源内，或者设计为与贴片电源协调工作。

根据本发明的LED灯驱动电路，包括设置在电源与LED之间的适用低频的第一驱动支路以及适用高频的第二驱动支路，第一驱动支路和第二驱动支路上设有切换开关，还设有用于检测电源频率的频率检测电路，频率检测电路具有与切换开关控制端相连的信号输出端。

本发明的低频和高频是相对而言，一般市电可视为低频，而经电子镇流器输出的可视为高频。根据不同的频率，本发明可以自动选择适用低频的第一驱动支路或适用高频的第二驱动支路来驱动LED灯。第一驱动支路以及第二驱动支路均可采用现有技术。例如，第一驱动支路为AC/DC恒流驱动电路，第二驱动支路为阻容降压限流驱动电路。

作为优选，第一驱动支路和第二驱动支路上的切换开关为继电器；其中继电器的常闭触点接入第二驱动支路，继电器的常开触点接入第一驱动支路。

由于第二驱动支路适用高频，因此将其接入继电器的常闭触点，在初始上电时可保护LED。之后再根据频率检测的结果驱动切换开关做相应的作动。

频率检测电路包括与电源相连的整流电路、与整流电路输出端相连的分压采样电路以及接收来自分压采样电路的信号并进行频率检测的检测电路。

例如，可以采用高通或低通滤波电路对频率进行定性判断，并向切换开关输出对应的控制信号，频率检测是周期性的，其中可以设有延时电路，只有连续若干个周期的判定结论相同，才向切换开关输出对应的控制信号，以避免受噪声信号影响而频繁或不恰当的切换。

检测电路检测频率是否大于1KHz，若大于1KHz，则记为0，若小于1KHz，则记为1，但连续有4个上升沿，即触发切换开关。作为优选，在电源与整流电路之间设有隔直电容。

作为优选，整流电路输出端与检测电路供电端相连，在检测电路供电端还连接有稳压电路。稳压电路为并联在检测电路供电端与大地之间的缓冲电容和稳压二极管。

作为优选，第一驱动支路和第二驱动支路上的切换开关为集成设置的继电器，继电器的控制线圈串联有受控于频率检测电路信号输出端的开关。即通过同一个继电器联动切换第一驱动支路和第二驱动支路，简化了控制线路，可靠性更高。

作为优选，继电器的控制线圈并联有保护电路。保护电路包括与继电器的控制线圈并联的稳压二极管以及电容。

本发明的频率自适应的LED灯驱动电路，通过频率检测，可以通过检测输入端电压的频率来自动切换对应的供电电源。无论对应到何种频率模式都可以正常工作，对于生产厂家来说只要生产一种规格就可以，另外安装的时候不用人工识别，确保安全可靠。

参见图8，显示了根据本发明的频率自适应的LED灯驱动电路的一种优选实施例，包括设置在电源L、N与LED之间的适用低频的第一驱动支路A以及适用高频的第二驱动支路B，第一驱动支路A以及第二驱动支路B的输出端分别连接LED。本发明提供的频率自适应的LED灯驱动电路，通过频率检测，可以通过检测输入端电压的频率来自动切换对应的供电电源。

频率检测电路C用于检测电源频率，切换开关采用继电器，其中常开触点K1接入第一驱动支路A，常闭触点K2接入第二驱动支路B，继电器的控制线圈K串联有开关管Q1且受控于频率检测电路C，控制线圈K还并联有稳压二极管ZD1以及电容C2作为保护。

第一驱动支路A采用AC/DC恒流驱动电路(内置驱动芯片IC2)，第二驱动支路B为阻容降压限流驱动电路(通过电容C4实现)，均带有整流功能。

频率检测电路C包括与电源相连的隔直电容C1以及整流电路，整流电路输出端与地之间串接有分压采样电路R1和分压采样电路R2，分压采样电路R1和分压采样电路R2之间为采样点与检测芯片IC1的输入端(FQ脚)连接，该检测芯片IC1还具有接地的GND脚，以及作为输出的GATE脚。

整流电路输出端通过一个二极管与检测芯片IC1的供电端(VCC脚)相连，在检测芯片IC1供电端与地之间还连接有稳压电路。稳压电路为并联的缓冲电容C3和稳压二极管ZD2。

本发明的频率自适应的LED灯驱动电路工作过程如下：

上电时，有常闭触点K2导通，因此第二驱动支路B导通，同时频率检测电路C中的整流电路导通，向检测芯片IC1供电。

检测芯片IC1在采样点采样后进行频率的判断，在检测芯片IC1内带有延时设置，只有连续若干个周期的判定结论相同，才向切换开关输出对应的控制信号。

如判断结果为高频模式，则继续保持继电器状态不变，通过第二驱动支路B持续向LED供电。

若判断结果为低频模式，则触发开关管Q1通过控制线圈K使得常开触点K1和常闭触点K2改变状态，此时第一驱动支路A导通向LED供电。

本发明的又一方面，提供了一种自动切换模式的全电压分段式线性恒流LED驱动电路，通过合理地将LED分组、分单元配置，可灵活改变功率因数并降低THD。

根据本发明的自动切换模式的全电压分段式线性恒流LED驱动电路，包括依次串联的至少两组LED，以及用于检测电源电压的电压检测控制电路；

各组LED的正极端直接与电源相连或通过切换开关与电源相连；各组LED的负极端分别通过相应的控制开关接地；

其中一组LED中包括依次串联的至少两个LED单元，每个LED单元的的负极端通过对应的控制开关接地；

切换开关以及控制开关均接入并受控于电压检测控制电路以改变组间串并联模式以及不同LED单元的通断。

参见图9，本发明的一种自动切换模式的全电压分段式线性恒流LED驱动电路，包括依次串联的多组LED，其中一组LED中包括依次串联的多个LED单元，每个LED单元包括至少一个或依次串联的多个LED。第一组LED的正极端直接与电源相连，其余各组通过切换开关与电源相连，各组LED的负极端分别通过相应的控制开关接地。

电压检测控制电路检测电源输出端的电压，对应地控制切换开关以改变组间串并联模式。

每个LED单元的负极端通过对应的控制开关接地，电压检测控制电路向控制开关发送通断信号，可以改变组中不同LED单元的通断状态，实现总电流的阶梯变化。各控制开关通过对应的采样电阻接地并分别匹配有比较器，比较器的采样端连接采样电阻，经与基准信号比较后向对应的控制开关输入恒流保护信号。

优选地，LED分为2～4组，各组中的LED总数和规格大致相同，其中第一组LED正极端接电源，负极端通过控制开关以及采样电阻接地；前一组LED的负极端通过防逆流的二极管接后一组LED的正极端，其中最后一组或最后多组LED又分为串联的2～4个LED单元，各LED单元的负极端分别通过对应的控制开关以及采样电阻接地；各切换开关中的三极管发射极连接在对应组LED的输入端。

更优选地，LED分为两组，第一组LED正极端接电源，负极端通过第一控制开关以及采样电阻接地；第二组LED分为串联的3个LED单元，各LED单元各自的负极端分别通过第二、第三、第四控制开关以及第二、第三、第四采样电阻接地。第一控制开关与切换开关的MOS管可以为同一MOS管，且在第一组LED输出端通过二极管接入第二分压电阻和MOS管漏极之间。采样电阻上还可以并联有分配支路，该分配支路包括相互串联的分配电阻以及受控于电压检测控制电路的分配开关。第三、第四采样电阻上也可以并联有分配支路。第二采样电阻的负极可以接入第三控制开关与第三采样电阻之间，第三采样电阻的负极可以接入第四控制开关与第四采样电阻之间。

本发明LED的上述驱动电路主要可以用于两种不同电源电压(例如120V和277V、110V和220V)的工作模式，使其在两种电源电压下都能够达到高效率、高功率因数、低谐波失真的小体积的恒流LED驱动电路。

假设V1和V2两种AC输入电压给LED提供恒流驱动，设参考电压为V0，且满足V1<V0<V2。

当前检测电压V＝V1<V0时，比较器的输出恒为0(或1)，比较器输出的信号通过锁定电路后会产生一个恒定不变的逻辑控制开关的电压信号，这些信号使得各组LED串并联切换，而通过各单元LED的通断切换可以折中效率和THD(或功率因数)。

当前检测电压V＝V2>V0时的情况，比较器的输出就会相应发生翻转，即变为1(或0)，比较器输出的信号通过锁定电路后也会产生一个恒定不变的逻辑控制开关的电压信号，只要出现这种情况一次，之后即使出现V<V0，逻辑控制开关的电压信号也不会再发生变化(即，被锁定)。

实际操作中可以让V0＝(V1+V2)/2，或者让V0稍大，或者检测电路之前再加上滤波电路，这样能够减小电源电压检测电路误判的可能性。

当然，当V2≈2V1时，分成两组LED比较合适，如果电源电压V2比V1大2倍或者更多倍时，可以根据需要把上述V1电源电压下的看成并联的两组LED改成三组LED或者更多组，从而可以让LED正常工作，仅仅是增加了电路的复杂程度。

本发明可用于为120V和277V、110V和220V等AC电源电压的使用，在这两种电源电压下，LED都能正常工作，且效率和THD的指标能够达到较高的要求。

实施例1

参见图10，例如有120V和277V两种AC电压，可设V0＝200V。

图中左侧为交流电经整流后输出，所有LED分为两组，其中第一组LED1(具体包括4个LED)，其余的为第二组，第二组分为三个单元，分别为单元LED2(具体包括1个LED)，单元LED3(具体包括2个LED)，单元LED4(具体包括1个LED)，各LED依次串联，在第一组和第二组之间还串接有防逆流的二极管D1以及电阻Rs。

切换开关包括三极管Q和MOS管M0，其中三极管Q的集电极和发射极分别连接第二组LED的正极端和电源输出端，基极通过第一分压电阻Ra接电源输出端；

MOS管M0漏极通过第二分压电阻Rb接三极管Q的基极，源极接地，栅极接电压检测控制电路的输出端。

第一组LED的负极端依次通过MOS管M1(相当于控制开关)以及采样电阻R1接地。

同理三个LED单元的负极端分别通过：

MOS管M2(相当于控制开关)以及采样电阻R2接地；

MOS管M3(相当于控制开关)以及采样电阻R3接地；

MOS管M4(相当于控制开关)以及采样电阻R4接地。

图10中电压检测控制电路(图中省略)采集电源输出端的电压，以及采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R3、采样电阻R4处的电流，经相应处理后，输出用于控制切换开关的信号sw0，输入各控制开关的信号sw1、信号sw2、信号sw3、信号sw4。

参见图11，以采样电阻R1处的采样信号cs1为例，经电阻R0和电阻Rf转换为电压信号v1后与基准电压vref1比较，再输出信号sw1用于控制MOS管M1的通断。

工作时，假设V＝120V，由于V一直小于V0(200V)，电压检测控制电路控制MOS管M0始终打开，可以设定合适的第一分压电阻Ra、第二分压电阻Rb的大小，保证三极管Q基极电压极低即三极管Q完全开启，实现两组LED的并联。

另外控制MOS管M2始终关断(无电流)，MOS管M1、MOS管M3、MOS管M4可以进行线性恒流控制。

结合图12，上电后，MOS管M0、MOS管M1、MOS管M3均导通；MOS管M2，MOS管M4均断开，即第一组LED，以及第二组的前两个单元LED工作，此时电源输出端电流跃升。

随着电压上升，再将MOS管M3断开，MOS管M4导通，即所有LED均导通，电源输出端电流再次跃升。

通过以上分段控制可以折中效率和THD。

另一种情况，V＝277V，此时会控制三极管以及MOS管M0、MOS管M1均关断，实现所有LED的串联。

结合图13，随着电压的波动第一次电流跃升时是MOS管M2导通，MOS管M3关断，MOS管M4关断，即只有第一组LED以及第一单元LED工作。

之后MOS管M2关断，MOS管M3导通、MOS管M4关断使第一、第二单元LED工作，电流再次跃升。

再后MOS管M2关断，MOS管M3关断、MOS管M4导通使所有LED工作，电流再次跃升。

电压下降时可同理控制。

进一步的，通过调节每组或每单元LED的个数、各采样电阻的阻值以及基准电压(例如图11中的基准电压vref1)可以折中两种电源电压下的功率P、效率η和THD(或功率因数PF)指标。

电阻Rs可以减小MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4的功耗和增加LED的线性。当然，电阻Rs也可以用若干个串联的LED代替，这些LED可以在277V电压下工作的，这样可以保证电压为277V时LED的效率较高。此外，为了进一步减小在高压电压输入时存在MOS管M4管等可能功耗太大(可能会烧坏)的问题。如果要减小MOS管M2、MOS管M3的功耗可减小单元LED3和单元LED4的数目来降低的MOS管M2、MOS管M3压降；而减小MOS管M4的功耗，可以针对MOS管M4增加一个电流补偿电路，原理是在高压电压输入时，通过补偿电路将MOS管M4的电流大大减小来降低MOS管M4的功耗。

实施例2

实施例1中MOS管M0与MOS管M1的逻辑在120V与277V时可以看成是基本一样的，只是MOS管M1有限流的功能，MOS管M0没有，该差别不会造成其他控制开关的逻辑变化。

参见图14，本实施例中MOS管M0和MOS管M1只用一个MOS管代替，这个MOS管可以为MOS管M1，为防止逆流，在第一组LED负极端与MOS管M1之间设置二极管D2，这样可以简化外围电路，降低外围电路的成本。

实施例3

参见图15，相对于实施例2，本实施例中各LED单元的控制开关的接地方式不同，即限流值不同。

图中采样电阻R2负极端接入MOS管M3与采样电阻R3之间；采样电阻R3负极端接入MOS管M4与采样电阻R4之间。

这种结构相对于线电压检测形式的一个明显的优点就是这几个MOS管可以自动切换而不依赖于电源输出电压的高低，因此LED的灯数的自由度比较高。

实施例4

以上实施例，如果要求在两种电压(假设为120V和277V)下还要保证LED总的功率P相等，还是比较困难的。

另外在实施例3中，如果要达到较高的效率和THD时，由于各单元LED流过的电流的相关性较强，可能会导致某段LED中有不合理的电流值出现(即某段LED电流分配相对于其他段LED的电流会过小或过大)。

参考图16，本实施例可以改善这种不足，而且在这两种电源电压下都能够达到高效率、高功率因数、低谐波失真的性能。

图中采样电阻R3与采样电阻R4分别并联有分配电阻R30以及分配电阻R40，且在并联的分配支路上分别设有开关S1和开关S2，其中开关S1和开关S2也受控于电压检测控制电路。

工作原理：当电源电压为120V时，可以让开关S1闭合、开关S2断开。

由于LED的功率Pled＝I(电流)*Vled(电压)，可以粗略地认为这电源电压为277V以及120V时两种情况下LED总的平均电压降比值：

Vledv2/Vledv1≈V2/V1＝277/60≈4.6

设置R40≈3R4，R30≈0，Rs用LED代替。

所以要保证电源电压为277V以及120V时两种情况下LED的功率Pledv1＝Pledv2的话，两种电压下LED总的平均电流比值Iledv1/Iledv2≈4.6，所以设定这种情况下Vref2(对应于MOS管M2的基准电压)＝2.3*Vref1(对应于MOS管M1的基准电压)，来让两种电源电压下的功率P更相近。

而当电源电压为277V时，可以让开关S2闭合、开关S1断开，这种情况下让Vref2切换到另一个值Vref2＝Vref1。

采用这种切换方式，可以大大提高两种电压下每段电流的自由度，让THD达到较高的同时，两种电压下各段LED串的电流大小也不会相差太多，而且功率可以调到相近的。

通过仿真调试发现，分配电阻R30理论上接近0是比较好的，因此开关S1和分配电阻R30可以用一个MOS开关代替，集成于片内，这可以进一步减小成本。总之，这种结构可以折中两种电压下的功率和THD指标，并且可以保证每段的LED流过的电流大小不会差好几倍。

本实施例中在LED足够多的条件下，只要给定适当大小的采样电阻和分配电阻就可以得到理想的THD和效率，同时每段LED的电流大小也不会差太多，而且在这两种电压下LED的功率可以相近，外围电路的成本也是可以接受的。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种LED灯，其特征在于，包括灯带、灯管和能够用于高频加热的金属灯头，灯管包括平直部和缩颈部，缩颈部设于平直部的两端，缩颈部与平直部之间具有平滑的过渡段；灯带上设有贴片电源和LED发光单元；金属灯头设置在缩颈部的外部并通过焊泥与缩颈部紧密连接，金属灯头的长度为10-12mm，缩颈部的长度为6-8mm，金属灯头与缩颈部之间的缝隙为1-2mm；贴片电源设于靠近平直部的端部位置处，贴片电源与平直部的端部之间的距离为3-5mm；

金属灯头与缩颈部之间通过高频加热设备加热固化温度低于120℃、固化时间为10-20秒的焊泥而粘接固定，所述焊泥包括以下重量份的成分：

2.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述焊泥的制备步骤包括：

(1)将1.6-2.0重量份的虫胶、0.6-0.8重量份的松香、0.15重量份的六次甲基四胺、3重量份的酒精、2-3重量份的磷酸铝倒入容器中，搅拌5-8小时；

(2)将搅拌好的混合液和30重量份的320目的双飞粉倒入另一容器中，同时放入3重量份的酚醛树脂和0.6重量份的酒精，均匀搅拌2-4小时。

3.根据权利要求2所述的LED灯，其特征在于，通过焊泥挤出设备将调制好的焊泥注入金属灯头的内表面，注入的焊泥距离金属灯头开口端的高度至少为6mm，将灯头插入灯管的缩颈部使焊泥固化膨胀实现紧密连接以后，焊泥距离平直部的端部的最小距离为3mm。

4.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，灯带上的贴片电源和LED发光单元通过金属灯头上的管脚与外电源电连接；所述金属灯头的端部的内外两侧均设有凹槽，所述凹槽内分别设有绝缘片，所述金属灯头和所述绝缘片上设有供所述管脚伸出的通孔，所述绝缘片使得所述管脚和所述金属灯头之间的爬电距离不小于3.2mm。

5.根据权利要求1或4所述的LED灯，其特征在于，金属灯头为分体式结构，包括套接灯管的套筒以及扣合在套筒一侧的端盖，端盖具有卡扣，套筒一侧的内壁设有用于抵住灯管的端部的限位凸台，套筒另一侧的内壁设有卡槽，卡槽与卡扣配合以固定端盖。

6.根据权利要求1或4所述的LED灯，其特征在于，还包括频率自适应的LED灯驱动电路，该驱动电路包括设置在电源与LED之间的适用低频的第一驱动支路以及适用高频的第二驱动支路，第一驱动支路和第二驱动支路上设有切换开关，还设有用于检测电源频率的频率检测电路，频率检测电路具有与切换开关控制端相连的信号输出端。

7.根据权利要求6所述的LED灯，其特征在于，频率检测电路包括与电源相连的整流电路、与整流电路输出端相连的分压采样电路以及接收来自分压采样电路的信号并进行频率检测的检测电路。

8.根据权利要求6所述的LED灯，其特征在于，第一驱动支路和第二驱动支路上的切换开关为继电器；其中继电器的常闭触点接入第二驱动支路，继电器的常开触点接入第一驱动支路。

9.根据权利要求7所述的LED灯，其特征在于，整流电路输出端与检测电路供电端相连，在检测电路供电端还连接有稳压电路，稳压电路为并联在检测电路供电端与大地之间的缓冲电容和稳压二极管。

10.根据权利要求1或4所述的LED灯，其特征在于，还包括自动切换模式的全电压分段式线性恒流LED驱动电路，该驱动电路包括依次串联的至少两组LED，以及用于检测电源电压的电压检测控制电路；

各组LED的正极端直接与电源相连或通过切换开关与电源相连；各组LED的负极端分别通过相应的控制开关接地；

其中一组LED中包括依次串联的至少两个LED单元，每个LED单元的的负极端通过对应的控制开关接地；

所述切换开关以及控制开关均接入并受控于所述电压检测控制电路以改变组间串并联模式以及不同LED单元的通断。