CN106133434B - 用dc电力供电的led模块、包括该led模块的led聚光灯和系统 - Google Patents

用dc电力供电的led模块、包括该led模块的led聚光灯和系统 Download PDF

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Abstract

用DC电力供电的LED模块、包括该LED模块的LED聚光灯和系统。本申请涉及一种用于连接至DC电源(11)的LED模块(10)，该LED模块包括：包括金属表面(2a)和设置在金属表面上的介电层(2b)的多层板(2)；设置在多层板的金属表面(2a)上的至少一个LED芯片(1)；设置在至少一个LED芯片(1)上方的封装层(3)；以及设置在多层板上的电流调节器装置(4)，其中，电流调节器装置(4)被设计成将提供给模块(10)的DC输入转换成提供给至少一个LED芯片(1)的预定DC输出。

Description

用DC电力供电的LED模块、包括该LED模块的LED聚光灯和系统
技术领域
本发明涉及LED模块，具体来说，涉及具有集成电流调节器装置的LED模块。该LED模块被具体设计用于连接至LED聚光灯。
背景技术
鉴于LED光源的小型化和集成化的总体希望，通常将诸如LED聚光灯模块的LED光源优化以按最小尺寸的光源来提供最高的可能光通量密度。由此，将诸如用于将交流电流(AC)转换成直流电流(DC)的转换器电路的电流调节器集成至LED模块以便提供这种集成LED光源是已知的。因此，可以将多个单独的LED模块连接至所提供的230V电源，其中，各个LED模块上的转换器电路控制向该LED模块的相应LED芯片提供的电流。
这种方法对LED模块的设计产生了某种约束，特别是有关电流调节器的必需空间。然而，在LED光源中提供的LED模块的所需空间和所需尺寸对于提供包括这种模块的LED发光设备的集成和紧凑设计来说是非常重要的。由此，对LED模块的尺寸产生了日益强烈的需求，以便使光源(相应地使发光设备)能进一步紧凑化。
基于已知的现有技术，本发明致力于解决提供具有集成电流控制的增强和集成的LED模块的问题。本发明还旨在其它目的，特别是解决在如本说明书的其余部分中将出现的其它问题。
发明内容
上述所示目的借助于本发明的独立权利要求书解决。从属权利要求进一步发展了本发明的中心思想。
在第一方面，本发明涉及一种用于连接至DC电源的LED模块，该LED模块包括：多层板，其包括金属表面和布置在所述金属表面上的介电层；设置在所述多层板的所述金属表面上的至少一个LED芯片；设置在所述至少一个LED芯片上方的封装层；以及设置在所述多层板上的电流调节器装置。所述电流调节器装置被设计成将提供给所述LED模块的DC输入转换成用于提供给所述至少一个LED芯片的预定DC输出。
根据本发明，所述LED模块被设计用于以恒定电压供应来工作，由此将用于所述至少一个LED芯片的实际电流生成器设置在所述LED模块本身上。因此，使能将所述电流调节器装置更好调谐和匹配至单独的LED模块(相应为所述模块的所述至少一个LED芯片)。因此，将电流调节器或电流转换器匹配至LED模块的特定LED芯片可以在LED模块的制造步骤加以执行。因此，客户不需要以后努力将转换器电子器件匹配至LED模块并由此自适应各个单独LED模块的光输出。而且，提供集成LED模块，其允许缩减制造成本并提供性能益处。由此，由于优选地未直接将AC/DC转换器设置在LED模块处，因而使得LED模块的所需空间和尺寸最小化。
所述电流调节器可以是DC/DC转换器，或者是模拟电流/电压调节器。在优选实施方式中，所述电流调节器装置是用于接收DC输入并且向所述至少一个LED芯片提供DC输出的DC转换器。所述电流调节器装置优选地被设计用于按SELV区中的输入电流和/或电压(通常低于60伏特)工作。所述调节器装置可以被设计用于接收标准值的电压，例如，12、24、42、48或50伏特。所述调节器装置被优选地设计成接收40伏特至60伏特之间的电压，更优选为50伏特至60伏特之间。
所述电流调节器装置可以具有用于向所述模块的所述至少一个LED芯片提供希望电流的特定架构。优选的DC/DC转换器可以被设计用于使能向所述模块的所述至少一个LED芯片供应的电流的反馈调节。所述电流调节器装置被优选地设计成按优选为50kHz至5MHz之间的高频工作。
所述电流调节器装置可以包括开关模式转换器，所述开关模式转换器至少利用按优选为50kHz至5MHz之间的高频时钟控制的主动时钟开关。所述电流调节器装置可以包括用于能量存储的电感器或电容器。所述电流调节器装置可以包括：降压拓扑结构、升压拓扑结构、降压-升压或分Pi(split-pi)拓扑结构、电荷泵或者像逆向转换器或谐振半桥转换器一样的隔离开关式转换器拓扑结构。包括开关模式转换器的所述电流调节器可以根据负载状态和输出功率，按连续、断续模式和/或边界模式操作。
在所述电流调节器由模拟电流/电压调节器形成的情况下，这种模拟电流/电压调节器可以由线性调节器(例如，恒定电流吸收器(sink))形成。这种电流调节器是利用用于电流控制的线性调节器的非开关模式实施方式。
所述多层板的所述金属表面可以是金属基板、金属层或金属箔。所述金属基板、金属层或金属箔可以提供在专用承载层或基板上。所述金属基板或金属层同样可以形成LED模块的底部。
在优选实施方式中，所述多层板优选地包括金属基板和设置在所述金属基板上的介电层。所述金属基板优选地由铝制成，所述铝可以被镀制或涂敷。所述铝基板优选为高导电基板。所述金属基板优选地具有反射面。所述至少一个LED芯片优选地安装在所述金属基板的所述反射面上。
而且，所述多层板优选地包括诸如印刷电路板的介电层，优选地包括FR4、F2、CEM1或CEM3。
在优选实施方式中，所述多层板是绝缘金属基板(IMS基板)，包括铝基板和包括层叠在该基板上的FR4、F2、CEM1和/或CEM的印刷电路。所述多层板的厚度优选地处于50微米至500微米之间。
所述多层板的介电层优选地包括凹部，所述至少一个LED芯片设置在所述凹部中以使得所述LED芯片可以直接放置在所述金属基板的上表面上。
所述模块优选地包括反射器，该反射器可选择性地连接至所述模块并且被设置成包围所述至少一个LED芯片。所述反射器优选地可选择性连接至所述介电层和/或处于所述多层板的所述金属表面上。
所述电流调节器装置优选地以完全设置在所述介电层上，举例来说，诸如所述多层支承板的印刷电路板。另选地，所述电流调节器装置可以至少部分地设置在所述多层板的所述金属表面上。由此，所述调节器装置的至少一个组件或所有组件可以设置在所述金属表面上。因此，可以使来自所述组件的热耗散适应所述LED模块的特定需要。所述电流调节器装置可以被设置成由所述封装层包围。
提供在所述模块上的所述封装层优选地由硅树脂或环氧树脂材料制成。所述封装层优选地包括颜色转换颗粒，所述颜色转换颗粒用于将所述至少一个LED芯片发射的光的至少一部分转换成另一波长的光。
根据本发明的所述LED模块被优选地设计成发射白光。由此，所述至少一个LED芯片优选为蓝光LED管芯。所述封装层可以包括颜色转换颗粒，所述颜色转换颗粒将所述蓝光LED基色光转换成另一波长的光，举例来说，诸如黄光或青黄光。
在优选实施方式中，所述封装层被提供在被设置在所述介电层的表面和/或所述金属表面的表面上的外堤(dam)内。所述外堤优选地由硅树脂或环氧树脂材料制成。所述外堤优选地经由滴涂工序涂敷至所述多层板的表面，其中，所述外堤以液体或粘稠形式涂敷并接着固化。所述外堤优选地从所述多层板的表面垂直突出。所述外堤可以设置在所述多层板的所述介电层的凹部的边界处，在该凹部中设置有所述至少一个LED芯片。
所述LED模块优选地还包括外壳，该外壳被设计用于容纳所述模块的所述多层板。所述外壳可以被具体整形成连接至LED发光设备或者LED聚光灯模块。
另一方面，本发明涉及包括上述LED模块的LED聚光灯。所述LED模块优选地被设计用于可选择性地连接至所述LED聚光灯。由此，所述LED模块的外壳可以具体按其尺寸和/或可选择性地连接至特定LED聚光灯的专用连接装置的定位来设计。
所述LED模块可以根据Zhaga标准来设计，以便根据该标准选择性地连接至大量不同的LED聚光灯或者LED发光设备。
在另一方面，本发明涉及一种系统，该系统包括上述的至少两个LED模块以及中央AC/DC电力转换器，所述中央AC/DC电力转换器被设计成向相应的LED模块提供DC输出电压和直流电流。
所述至少两个LED模块优选地关于所述AC/DC电力转换器串联或并联设置，和/或连接至DC总线系统。所述LED模块优选地经由运送处于SELV区的电压和电流的DC总线系统来连接。所述至少两个LED模块还可以被设计成经由所述DC总线系统通信，以调节所发射的光的强度、颜色或辐射模式。
所述AC/DC电力转换器优选地被设计用于将主电源的AC输入电流转换成低于60伏特、优选为处于40伏特与60伏特之间的DC输出电压。所述AC/DC电力转换器优选地包括主动功率因数校正电路，所述主动功率因数校正电路可以包括跟随有时钟转换器的整流器，其提供经调节和稳定的DC输出电压。
相应LED模块的调光操作可以针对所有LED模块集中执行，例如，借助于DC电源(相应为单独的LED模块所连接至的所述DC总线系统)的PWM调制。单独的LED模块的所述电流调节器装置同样可以被设计成例如借助于所述LED模块的所述电流调节器执行的PWM调制或幅度调制，提供被设置在所述LED模块上的所述LED芯片的调光操作。
附图说明
附图的简要描述
当结合附图阅读本发明实施方式的下列详细描述时，技术人员将明白本发明的进一步特征、优点以及目的。
图1示出了根据本发明的LED模块的优选实施方式的侧剖面立体图。
图2是包括连接至中央电源的至少两个LED模块的系统的优选实施方式。
图3是如图1所示的LED模块的侧立体图。
图4是如图1和图3所示的LED模块的侧立体图，其中，多层板被提供在LED模块的外壳中。
图5示出包括反射器和该反射器可连接至的外壳的LED模块的优选实施方式。
图6是LED模块的优选实施方式的俯视图。
具体实施方式
附图的详细描述
图1涉及侧剖面图中的根据本发明的LED模块10的优选实施方式。LED模块10包括多层板2，多层板2包括优选为诸如铝基板的金属基板的金属表面2a，该金属表面具有设置在其上的诸如印刷电路板(PCB)2b的介电层2b。
该印刷电路板优选地借助于诸如粘合剂的绝缘层2c层压至相对较厚的金属基板。PCB 2b优选地包括其上表面7上的布线。PCB 2b还可以包括上表面7上的布线和面对绝缘层2c的下表面上的布线。
PCB 2b包括开口或凹部9，开口或凹部9优选地设置在PCB 2b的中央部分内。模块10的至少一个LED芯片1直接设置在金属基板2a的上表面8上。
由此，LED芯片1被设置在PCB 2b中所提供的凹部9内。如图1所示，该模块可包括两个或更多个LED芯片1。该LED芯片1优选地经由焊接线13连接至PCB 2b的布线。
在从上方看时，PCB 2b的设置有至少一个LED芯片1的凹部9优选为圆形。至少一个LED芯片1直接安装在金属基板8的优选为高度反射的表面上。因此，获得LED芯片1的高效光输出。
优选地设置从多层板2的表面突出的堤部6。由此，堤部6优选地通过在板2的表面上滴涂(dispense)粘稠环氧树脂或硅树脂材料并接着使之固化来制成。堤部6优选地设置在PCB 2b与金属基板2a之间的边界处。由此，堤部6优选地设置在PCB 2b上，如图1所示。然而，堤部6同样可以至少部分地形成在金属基板2a的上表面8上。
在凹部9中和/或在被堤部6包围的区域内，优选地设置封装层3。由此，封装层3优选地被填充到凹部9(相应为外堤6)中。封装层3的上表面优选地被设置成与堤部6的最上侧部分齐平。封装层3由硅树脂或环氧树脂材料制成，并且优选地包括散布在其中的颜色转换颗粒。颜色转换颗粒优选地被设计用于将至少一个LED 1发射的光的至少一部分转换成不同波长的光。由此，LED芯片1和颜色转换材料被优选地选择成获取来自LED模块10的白光发射。
在堤部6的周围设置有反射器5。反射器5优选地包括用于反射由LED芯片1发射的光的高度反射的内表面。反射器5优选地可选择性地连接至PCB 2b的上表面7。
在反射器5的周围(相应为反射器5的径向向外部分)，电流调节器装置4被设置在多层板上。由此，调节器装置4优选地被设计成将提供给LED模块10的DC输入转换成用于提供给至少一个LED芯片1的预定DC输出电流。
电流调节器装置4优选地完全设置在PCB 2b的表面上并且连接至PCB 2b的布线。然而，调节器装置4的至少一部分也可以设置在金属基板2a的表面8上。由此，PCB 2b可以包括专用凹部或开口，以便允许将调节器装置4直接放置在金属基板2a的表面上。而且，调节器装置4可以至少部分地提供在PCB中所提供的凹部9内。由此，调节器装置4的至少部分可以提供在封装层3内。
图2涉及根据本发明的系统40的优选实施方式。系统40包括多个LED模块10、10'、10"，这些LED模块经由中央AC/DC转换器(相应为AC/DC PFC整流器11)连接至中央电源12。AC/DC PFC整流器11包括主动功率因数校正电路(例如，跟随有时钟控制转换器的整流器)，其提供经调节和稳定的DC输出电压。中央AC/DC转换器(相应为AC/DC PFC整流器11)还可以包括具有电位隔离的DC/DC转换器级，以便根据SELV要求提供电压。中央AC/DC转换器优选地被设计成将主电源12的AC电流转换成处于SELV区的DC电压或DC电流，优选地低于60V。该DC电压或DC电流优选地被提供给相应的LED模块10、10'、10"所连接至的DC总线系统14。因此，AC/DC转换器的冗余部分针对所有LED模块10、10'、10"居中提供在系统内，这提供了成本益处。而且，易于将各个模块10、10'、10"的DC/DC转换器匹配至LED芯片。由此，可以最小化制造和组件成本。而且，由于使用SELV电压，因而在DC总线14处(相应为AC/DC转换器的下游)不需要双重绝缘和接地部分。
电流调节器装置4可以具有用于向LED模块10、10'、10"的至少一个LED芯片提供希望电流的特定架构。优选的DC/DC转换器可以被设计用于使能对提供给LED模块10、10'、10"的至少一个LED芯片的电流进行反馈调节。
电流调节器装置4可以包括开关模式转换器，该开关模式转换器至少利用按优选为50kHz至5MHz之间的高频时钟控制的主动时钟开关。电流调节器装置4可以包括用于能量存储的电感器或电容器。电流调节器装置4可以包括降压拓扑结构、升压拓扑结构、降压-升压拓扑结构或者像逆向转换器或谐振半桥转换器一样的隔离开关式转换器拓扑结构。包括开关模式转换器的电流调节器可以例如根据负载状态、调光等级或者输出功率，按连续、断续模式和/或边界模式工作。
在电流调节器4由模拟电流/电压调节器形成的情况下，这种模拟电流/电压调节器可以由线性调节器(例如，恒定电流吸收器(sink))形成。这种电流调节器是利用用于电流控制的线性调节器的非开关模式实施方式。
多个LED模块10、10'、10"优选地关于DC总线系统14并联，该DC总线系统由中央AC/DC转换器(相应为AC/DC PFC整流器11)供电。AC/DC PFC整流器11和LED模块10、10'、10"可以被设计成经由DC总线系统14通信，以调节所发射光的强度、颜色或辐射模式。DC总线系统14上的这种通信可以通过电力线通信来执行。
由此，AC/DC PFC整流器11和LED模块10、10'、10"可以包括发送单元和/或接收单元以发送和接收调制到DC总线系统14上的信号。
单独的LED模块的电流调节器装置4可以被设计成提供设置在LED模块10、10'、10"上的LED芯片的调光操作，例如，借助于LED模块的电流调节器装置4执行的PWM调制或幅度调制。通过单独的LED芯片的这种调光操作，可以改变所发射光的强度、颜色或辐射模式。
在另选变型例中，相应的LED模块的调光操作可以针对所有LED模块集中执行，例如，借助于单独的LED模块10、10'、10"所连接至的DC总线系统14的PWM调制。
图3示出了根据图1的LED模块10的、没有连接至该模块的反射器5的侧立体图。如图所示，多层板2包括由诸如铝的金属制成的相对厚的基板2a。在基板2a上，借助粘合层2c层压了PCB 2b。在多层板2中设置了连接孔15，以使能与LED模块10的外壳20连接(参见图4)。
图4示出了连接至模块的外壳20的LED模块10。外壳20可以包括从上方看时基本为圆形的轮廓。该外壳可以包括上部20a和共形的下部20b，以包围多层板2和安装在多层板2上的组件。由此，多层板2的连接孔15与外壳20中的开口15a对准，以便使能连接。该外壳可以包括专用装配装置5a，以使能将反射器5或附加光学装置或透镜连接至LED模块10的外壳20和/或多层板2。
图5涉及处于外壳20与反射器5的连接状态下的LED模块10。由此，反射器5优选地适于选择性地连接至LED模块10的多层板2和/或外壳20。
图6涉及根据本发明的LED模块的俯视图，由此，标识了该模块的优选尺寸。具体来说，LED模块10的外壳20包括从上方看时为具有直径D的圆形形状。直径D优选为40mm至60mm之间。在优选实施方式中，外壳的直径D为50mm。
模块10的外壳20还包括径向设置的扇区A、B、C，它们的高度(相应为按其侧视图看时外壳的厚度)不同。具体来说，设置中心扇区A，其限定设置包括至少一个LED芯片1的内凹部9的矩形部分。由此，优选地不将电气组件设置在外壳20和其中设置有多层板2的这部分内。因此，该部分中的外壳可以被制造得非常薄，并且在剖面侧视图中看时接近容纳在其中的多层板2。在内部A的径向外侧的部分B中，优选地仅将具有低于1.5mm的高度的电气组件设置在多层板2处。在部分B的径向外侧设置的部分C处，将具有最大高度3.5mm至4mm的电气组件设置在该部分中的被外壳20包围的多层板2上。
连接孔15a优选地包括处于3mm至5mm之间的半径R1，更优选为4.5mm。凹部9(相应为堤部6)的内半径R1优选为7mm至10mm之间，更优选为8mm至9mm之间。堤部6的外半径R3优选为10mm至12mm之间，更优选为10mm至11mm之间。从上方看时，堤部6的厚度t优选为0.5mm至3mm之间，更优选为1mm至2mm之间。
部分B的半径R4优选为15mm至19mm之间，更优选为16mm至18mm之间。
部分C的半径R5优选为22mm至27mm之间，更优选为24mm至25mm之间。
LED模块10及其外壳20的上述所示度量是用于提供LED模块的紧凑排布结构的非限制示例。

Claims (19)

1.一种用DC电力(11)供电的LED模块(10)，该LED模块包括：
多层板(2)，该多层板包括金属表面(2a)和设置在所述金属表面上的介电层(2b)，
至少一个LED芯片(1)，所述至少一个LED芯片直接设置在所述多层板的所述金属表面(2a)上，其中，所述介电层(2b)包括用于允许所述至少一个LED芯片(1)直接设置在所述多层板的所述金属表面(2a)上的凹部或开口，
封装层(3)，该封装层设置在所述至少一个LED芯片(1)上方，以及
电流调节器装置(4)，该电流调节器装置设置在所述多层板上，其中，所述电流调节器装置(4)被设计成将提供给所述LED模块(10)的DC电力转换成提供给所述至少一个LED芯片(1)的预定DC输出，其中，所述金属表面(2a)是金属基板、金属层或金属箔，并且其中，所述金属基板是具有反射表面的进行了镀制或涂敷的铝基板。
2.根据权利要求1所述的LED模块，
其中，所述电流调节器装置(4)是被设计用于接收低于60伏特的DC输入的DC/DC转换器。
3.根据权利要求2所述的LED模块，
其中，所述电流调节器装置(4)是被设计用于接收在40伏特至60伏特之间的DC输入的DC/DC转换器。
4.根据权利要求1所述的LED模块，
其中，所述电流调节器装置(4)是DC/DC转换器或模拟电流/电压调节器。
5.根据权利要求4所述的LED模块，
其中，所DC/DC转换器包括降压拓扑结构、升压拓扑结构、降压-升压或分Pi拓扑结构。
6.根据权利要求1所述的LED模块，
其中，所述介电层(2b)是印刷电路板。
7.根据权利要求6所述的LED模块，
其中，所述印刷电路板包括FR4、F2、CEM1或CEM3。
8.根据权利要求1所述的LED模块，
其中，所述模块包括反射器(5)，该反射器可选择性地连接至所述模块(10)并且被设置成包围所述至少一个LED芯片(1)。
9.根据权利要求8所述的LED模块，
其中，所述反射器(5)定位在所述介电层(2b)上和/或所述多层板(2)的所述金属表面(2a)上。
10.根据权利要求1所述的LED模块，
其中，所述电流调节器装置(4)仅设置在所述多层板(2)的所述介电层(2b)上。
11.根据权利要求1所述的LED模块，
其中，所述封装层(3)包括颜色转换颗粒，所述颜色转换颗粒用于将所述至少一个LED芯片(1)发射的基色光的至少部分转换成另一波长的光。
12.根据权利要求1所述的LED模块，
其中，所述封装层(3)被提供在外堤(6)内，所述外堤被设置在所述介电层(2b)的表面和/或所述金属表面(2a)的表面上。
13.根据权利要求1所述的LED模块，
其中，所述LED模块(10)被设计用于发射白光。
14.一种包括根据权利要求1至13中任一项所述的LED模块(10)的LED聚光灯。
15.一种包括至少两个根据权利要求1至13中任一项所述的LED模块(10、10'、10")的系统(40)，
其中，所述系统包括中央AC/DC电力转换器(11)，该中央AC/DC电力转换器被设计成向相应的LED模块(10、10'、10")提供直流电流或直流电压。
16.根据权利要求15所述的系统，
其中，至少两个LED模块(10、10'、10")关于所述AC/DC(11)电力转换器串联或并联设置，或者被连接至DC总线系统(14)。
17.根据权利要求16所述的系统，
其中，所述至少两个LED模块(10、10'、10")或者所述中央AC/DC电力转换器(11)和至少一个LED模块(10、10'、10")被设计成通过所述DC总线系统(14)通信，以调节所发射的光的强度、颜色或辐射模式。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的系统，
其中，所述AC/DC电力转换器(11)被设计用于将电源(12)的AC输入电流转换成低于60伏特的DC输出电压。
19.根据权利要求18所述的系统，
其中，所述AC/DC电力转换器(11)被设计用于将电源(12)的AC输入电流转换成40伏特至60伏特之间的DC输出电压。
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