CN107333353A - 一种集成化高可靠性高压led发光灯珠及芯片及发光装置 - Google Patents

Abstract

一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠及芯片及发光装置，其中灯珠包括基准电源和发光电路，所述基准电源和发光电路相连，所述发光电路由m个发光单元并联组成，其中m≥1，m为正整数，所述发光单元包括一个支路的控制部分电路和一个支路的发光单元电路，所述支路的控制部分电路采用运算放大器限流电路，所述支路的发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数。本发明提供一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠及芯片及发光装置，针对现有的并联或串联LED灯珠可靠性和质量存在的问题，尤其是由多个晶片串联起来的高压LED灯珠存在的问题，从原理、结构进行改进，使LED长寿命的特点在高压LED灯珠上也得以充分发挥并提高其质量指标。

Description

一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠及芯片及发光装置

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠及芯片及发光装置。

背景技术

一般认为LED灯珠的寿命长达几十年，但实际上做成灯具后的可靠性并不如预想的那么好，这和LED灯具的结构工艺等密切相关。一般灯具都有大量LED发光单元参与其中，尤其是目前逐渐得到广泛应用的高压LED灯珠，其内部是由几个甚至几十个发光晶片串联封装而成，这些晶片如有一片损坏开路，就会造成整个灯珠不亮，而且没法修复。按可靠性理论计算，即使单个LED晶片的MTBF（平均无故障时间）长达几十年，而由几十、上百个晶片组成的灯具，只要有一颗晶片损坏就会出现故障，其灯具的MTBF就可能只有几个月了。高压LED灯珠的可靠性是要认真考虑的难题。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠及芯片及发光装置，针对现有的并联或串联LED灯珠可靠性和质量存在的问题，尤其是由多个晶片串联起来的高压LED灯珠存在的问题，从原理、结构进行改进，使LED长寿命的特点在高压LED灯珠上也得以充分发挥并提高其质量指标，为达此目的，本发明提供一种集成化高可靠性高压LED芯片，包括基准电源、控制电路和发光单元电路，所述基准电源与控制电路和发光单元电路相连，所述控制电路采用运算放大器限流电路，所述发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数。

本发明芯片的进一步改进，所述电路的功率器件是MOS管或NPN管，本发明功率器件主要采用MOS管或NPN管。

本发明芯片的进一步改进，所述芯片用恒流源供电，恒流值Ih＝0.9nIs，本发明恒流值采用以上恒流值。

本发明提供一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠，包括基准电源和发光电路，所述基准电源和发光电路相连，所述发光电路由m个发光单元并联组成，其中m≥1，m为正整数，所述发光单元包括一个支路的控制部分电路和一个支路的发光单元电路，所述支路的控制部分电路采用运算放大器限流电路，所述支路的发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数。

本发明发光灯珠的进一步改进，所述发光单元的并联数m按照N+1的冗余原则配置：

m= Ie/ie +1；

其中，Ie是灯珠的电流额定值，ie是晶片的电流额定值，本发明并联数m采用可采用上述方法配置。

本发明发光灯珠的进一步改进，所述电路的功率器件是MOS管或NPN管，本发明功率器件主要采用MOS管或NPN管。

本发明发光灯珠的进一步改进，所述芯片用恒流源供电，恒流值Ih＝0.9nIs，本发明恒流值采用以上恒流值。

本发明提供一种集成化高可靠性高压LED发光装置，包括LED驱动芯片、基准电源、控制电路和发光单元电路，所述LED驱动芯片的5、6脚是内部高压MOS的漏端和电源整流后的正端相连，所述LED驱动芯片的7、8脚是电流采样端接二极管到地，所述基准电源为降压式开关电源由MOS管和电感L、电容C、二极管D组成，MOS管作为开关管，L为储能电感，C为滤波电容，D为续流二极管，所述电感的左端作为输出参考地端，与LED驱动芯片的2管脚GND端相连，所述电感L接R1，R1取得电感的电流信号，经R2和R3的分压取得电压信号，再接作为过零检测端的LED驱动芯片的第4管脚，所述基准电源与控制电路和发光单元电路相连，所述控制电路采用运算放大器限流电路，所述发光电路由m个发光单元并联组成，其中m≥1，m为正整数，所述发光单元包括一个支路的控制部分电路和一个支路的发光单元电路，所述支路的控制部分电路采用运算放大器限流电路，所述支路的发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数。

本发明发光装置的进一步改进，所述LED驱动芯片为MC5327D芯片，MC5327D是一款带有源功率因素校正的非隔离降压型LED驱动芯片，将其用于本发明发光装置可以达到最佳发光效果。

本发明一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠及芯片及发光装置，与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明提供的高可靠高压芯片内部的LED发光单元是由串联的LED发光晶片和限流电路组成，且不会因个别晶片短路失效造成发光单元熄灭，也不会影响实际照明的效果；

2、本发明提供的灯珠内部有多路LED发光单元并联，不会因个别单元开路失效造成芯片整体熄灭，且不会影响实际照明的效果；

3、LED芯片的整体发光高度一致，即使个别发光晶片损坏也不产生视觉可见的暗区；

4、系统设置用冗余结构，使LED芯片和使用该芯片的灯具整体具有更长寿命；

5、高压芯片很容易得到较高的工作电压，而高输出电压的降压式电源电流较小，且输出电压接近于输入电压时，损耗小效率更高；

6、由于效率的提高，对散热外壳要求可以降低，相应降低了成本：

7、由于温升下降，相应的寿命延长、光衰减小；

8、高可靠高压芯片特别适合大功率灯具的要求，将会越来越得到广泛应用；

9、将本发明用于发光装置可以配套降压式开关电源并采用MC5327D芯片，MC5327D芯片为一款带有源功率因素校正的非隔离降压型LED驱动芯片，特别适合于本发明使用。

附图说明

图1为本发明电路框图；

图2为本发明内部电路例；

图3为本发明恒流源内部电路例；

其中：

1是基准电源； 2是控制电路；3是发光单元电路；2-i是第i支路的控制部分电路； 3-i是第i支路的发光单元电路；Di1~Din是n个串联的LED发光晶片。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠及芯片及发光装置，针对现有的并联或串联LED灯珠可靠性和质量存在的问题，尤其是由多个晶片串联起来的高压LED灯珠存在的问题，从原理、结构进行改进，使LED长寿命的特点在高压LED灯珠上也得以充分发挥并提高其质量指标。

作为本发明芯片一种实施例，本发明提供一种集成化高可靠性高压LED芯片，包括基准电源、控制电路和发光单元电路，所述基准电源与控制电路和发光单元电路相连，所述控制电路采用运算放大器限流电路，所述发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数，所述电路的功率器件是MOS管或NPN管，本发明功率器件主要采用MOS管或NPN管，所述芯片用恒流源供电，恒流值Ih＝0.9nIs，本发明恒流值采用以上恒流值。

作为本发明发光灯珠一种实施例，本发明提供一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠，包括基准电源和发光电路，所述基准电源和发光电路相连，所述发光电路由m个发光单元并联组成，其中m≥1，m为正整数，所述发光单元包括一个支路的控制部分电路和一个支路的发光单元电路，所述支路的控制部分电路采用运算放大器限流电路，所述支路的发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数，所述发光单元的并联数m按照N+1的冗余原则配置：

m= Ie/ie +1；

其中，Ie是灯珠的电流额定值，ie是晶片的电流额定值，本发明并联数m采用可采用上述方法配置，所述电路的功率器件是MOS管或NPN管，本发明功率器件主要采用MOS管或NPN管，所述芯片用恒流源供电，恒流值Ih＝0.9nIs，本发明恒流值采用以上恒流值。

作为本发明发光装置一种实施例，本发明提供一种集成化高可靠性高压LED发光装置，包括LED驱动芯片、基准电源、控制电路和发光单元电路，所述LED驱动芯片为MC5327D芯片，MC5327D是一款带有源功率因素校正的非隔离降压型LED驱动芯片，将其用于本发明发光装置可以达到最佳发光效果，所述LED驱动芯片的5、6脚是内部高压MOS的漏端和电源整流后的正端相连，所述LED驱动芯片的7、8脚是电流采样端接二极管到地，所述基准电源为降压式开关电源由MOS管和电感L、电容C、二极管D组成，MOS管作为开关管，L为储能电感，C为滤波电容，D为续流二极管，所述电感的左端作为输出参考地端，与LED驱动芯片的2管脚GND端相连，所述电感L接R1，R1取得电感的电流信号，经R2和R3的分压取得电压信号，再接作为过零检测端的LED驱动芯片的第4管脚，所述基准电源与控制电路和发光单元电路相连，所述控制电路采用运算放大器限流电路，所述发光电路由m个发光单元并联组成，其中m≥1，m为正整数，所述发光单元包括一个支路的控制部分电路和一个支路的发光单元电路，所述支路的控制部分电路采用运算放大器限流电路，所述支路的发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数。

图3为本发明恒流源内部电路例，其中MC5327D是一款带有源功率因素校正的非隔离降压型LED驱动芯片，它的5、6脚是内部高压MOS的漏端，和电源整流后的正端相连，MC5327D 的7、8脚是电流采样端，接二极管到地。MOS管和电感L、电容C、二极管D组成了降压式开关电源模式。降压型开关电源是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路，图3中芯片中的MOS管作为开关管，L为储能电感，C为滤波电容，D为续流二极管。当开关管导通时，电感被充磁，电感中的电流线性增加，电能转换为磁能存储在电感中。当开关管截止时，电感线圈中产生感应电动势，即为输出电压。把电感的左端作为输出参考地端，与芯片的2管脚GND端相连。用R1取得电感的电流信号，用R2和R3的分压取得电压信号，送入智能控制部分芯片的第4管脚作为过零检测端。

本发明工作原理如下：

图1是框图。其中1是基准电源部分，2是控制电路部分，3是发光单元部分。

当发光单元工作正常时电流未达控制电路的的限流值，限流电路不起作用，如果某一发光单元中有个别晶片烧坏短路，该单元的电流可能急剧增大，这时限流电路开始工作，把电流限定在设置好的安全值。不仅没有危险，而且还能继续发光。

如果个别晶片烧坏开路，该发光单元停止工作，这时电流将分担到并联的其他发光单元去，其特征在于，发光单元的并联数m按照N+1的冗余原则配置：

m= Ie/ie +1；

其中，Ie是灯珠的电流额定值，ie是晶片的电流额定值。

以图2为例说明，图2是集成化高可靠性高压芯片的内部电路例。其中1是基准电源例，2-i是第i支路的控制部分电路例，其中的功率器件可以是MOS管、NPN管等，Rei是取样电阻，3-i是第i支路的发光单元电路，Di1~Din是n个串联的LED发光晶片。

发光单元串联方式连接的晶片数n≥1，这样的结构可以达到较高的灯珠工作电压。当发光单元工作正常时电流未达控制电路的的限流值，限流电路不起作用，但若有个别晶片烧坏短路，该支路的工作电压就会降低，在原有驱动电压下电流必然剧增，该电流流经Re，使压降加大，运放Σ﹣端电位提高，超过Σ＋电压，输出电位降低，使MOS电流限制在设定值Is，Is＝Uref/Re。

应用时，高可靠高压芯片用恒流源供电，恒流值Ih＝0.9nIs。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种集成化高可靠性高压LED芯片，包括基准电源、控制电路和发光单元电路，其特征在于：所述基准电源与控制电路和发光单元电路相连，所述控制电路采用运算放大器限流电路，所述发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种集成化高可靠性高压LED芯片，其特征在于：所述电路的功率器件是MOS管或NPN管。

3.根据权利要求1所述的一种集成化高可靠性高压LED芯片，其特征在于：所述芯片用恒流源供电，恒流值Ih＝0.9nIs。

4.一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠，包括基准电源和发光电路，其特征在于：所述基准电源和发光电路相连，所述发光电路由m个发光单元并联组成，其中m≥1，m为正整数，所述发光单元包括一个支路的控制部分电路和一个支路的发光单元电路，所述支路的控制部分电路采用运算放大器限流电路，所述支路的发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数。

5.根据权利要求4所述的一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠，其特征在于：所述发光单元的并联数m按照N+1的冗余原则配置：

m= Ie/ie +1；

其中，Ie是灯珠的电流额定值，ie是晶片的电流额定值。

6.根据权利要求4所述的一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠，其特征在于：所述电路的功率器件是MOS管或NPN管。

7.根据权利要求4所述的一种集成化高可靠性高压LED发光灯珠，其特征在于：所述芯片用恒流源供电，恒流值Ih＝0.9nIs。

8.一种集成化高可靠性高压LED发光装置，包括LED驱动芯片、基准电源、控制电路和发光单元电路，其特征在于：所述LED驱动芯片的5、6脚是内部高压MOS的漏端和电源整流后的正端相连，所述LED驱动芯片的7、8脚是电流采样端接二极管到地，所述基准电源为降压式开关电源由MOS管和电感L、电容C、二极管D组成，MOS管作为开关管，L为储能电感，C为滤波电容，D为续流二极管，所述电感的左端作为输出参考地端，与LED驱动芯片的2管脚GND端相连，所述电感L接R1，R1取得电感的电流信号，经R2和R3的分压取得电压信号，再接作为过零检测端的LED驱动芯片的第4管脚，所述基准电源与控制电路和发光单元电路相连，所述控制电路采用运算放大器限流电路，所述发光电路由m个发光单元并联组成，其中m≥1，m为正整数，所述发光单元包括一个支路的控制部分电路和一个支路的发光单元电路，所述支路的控制部分电路采用运算放大器限流电路，所述支路的发光单元电路由n个LED发光晶片串联而成，其中n≥1，n为正整数。

9.根据权利要求8所述的一种集成化高可靠性高压LED发光装置，其特征在于：所述LED驱动芯片为MC5327D芯片。