CN113819449A - Pptc自恢复保险丝型自适应消闪型led照明电路系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，包括铝基板以及设置在所述铝基板上的第一部分器件单元和第二部分器件单元，所述第二部分器件单元主要由LED灯珠构成，所述第一部分器件单元由非LED灯珠的元器件构成，所述第一部分器件单元和第二部分器件单元分隔布置。本发明的有益效果是：采用巧妙的排板布局，形成了一个元件少、高可靠、长寿命、低成本的LED照明电路系统。

Description

PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统

技术领域

本发明涉及照明装置，尤其涉及一种PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统。

背景技术

现有的LED照明灯具广泛应用于家庭、工矿企业、学校、医院、车站码头等公共场所等环境，因安装于高空，不易维修，对LED的可靠性、安全性、护眼功能、使用寿命等要求都很高，而作为灯具的高光LED类产品，本身是透明塑料制作的透镜类产品，其塑料材质具有高温变性、变色、光衰、寿命短等特点，其高可靠控制与驱动电路的设计，是各厂家设计生产中最难做好的瓶颈工程，到目前为止，各厂家要么应用复杂的单片机系统电路做控制、要么应用简易的稳压电路、或者为了市场竞争节约成本，而去掉了安全保护功能、与温度控制功能、以及大多有频闪（肉眼看不见，但当眼睛受伤后会产生眼疲劳、眼花、晕眩而不自知）。应用单片机系统电路做控制固然很好，但其电路需要采样及传感器与放大运算等，电路复杂、元器件多、占用PCB面积大、成本高、同时故障率和中期失效率也会同步变高，市场竞争优势弱化，因消费者都需要物美价廉的产品，这种矛盾就使得理想化的设计方案变成并不理想的市场了，而商家为了降低成本，使用简易电路使LED灯珠应用中的高温、频闪无法控制，将容易导致高温损坏、寿命缩短；而省去控制电路、保护电路的产品成本低，虽能暂时满足市场需求，但其寿命和不安全隐患大大增加、有的还出现短路起火的安全事故。

因此，如何设计一种元件少、可靠性高、不易损坏的、能有效延长LED寿命的电路来达到理想控制的控制电路，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统。

本发明提供了一种PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，包括铝基板以及设置在所述铝基板上的第一部分器件单元和第二部分器件单元，所述第二部分器件单元主要由LED灯珠构成，所述第一部分器件单元由非LED灯珠的元器件构成，所述第一部分器件单元和第二部分器件单元分隔布置。

作为本发明的进一步改进，所述第一部分器件单元和第二部分器件单元的所有元器件均为贴片器件，并且全部设置在同一个铝基板上。

作为本发明的进一步改进，所述第一部分器件单元的元器件采用紧奏而整齐的排列方式，所述第二部分器件单元的LED灯珠采用分散的排布方式。

作为本发明的进一步改进，所述第一部分器件单元与所述第二部分器件单元的分隔距离为D，D介于10 mm至15mm之间。

所述第一部分器件单元包括整流桥IC1、第一自恢复保险丝电路和第二自恢复保险丝电路，所述整流桥IC1的正极输出端串联所述第一自恢复保险丝电路后连接到所述第二部分器件单元的正极，所述整流桥IC1的负极输出端串联所述第二自恢复保险丝电路后连接到所述第二部分器件单元的负极。

作为本发明的进一步改进，所述第一自恢复保险丝电路至少有两组并且串联在所述整流桥IC1的正极输出端与所述第二部分器件单元的正极之间，所述第二自恢复保险丝电路至少有两组并且串联在所述整流桥IC1的负极输出端与所述第二部分器件单元的负极之间。

作为本发明的进一步改进，所述第一自恢复保险丝电路包括相并联的第一自恢复保险丝和第一固定功率电阻，所述第二自恢复保险丝电路包括相并联的第二自恢复保险丝和第二固定功率电阻。

作为本发明的进一步改进，所述第二部分器件单元包括相串联的第一LED灯珠单元和第二LED灯珠单元，所述第一LED灯珠单元和第二LED灯珠单元之间串联有电隔离保护电路，所述电隔离保护电路包括至少两个相并联的0Ω功率电阻。

作为本发明的进一步改进，所述第一LED灯珠单元包括至少两个相串联的第一LED灯珠组件，所述第一LED灯珠组件包括至少两个相并联的LED灯珠，所述第二LED灯珠单元包括至少两个相串联的第二LED灯珠组件，所述第二LED灯珠组件包括至少两个相并联的LED灯珠。

作为本发明的进一步改进，所述第一部分器件单元还包括削波电解电容C1，所述削波电解电容C1的正极与第二部分器件单元的正极连接，所述削波电解电容C1的负极与第二部分器件单元的负极连接。

作为本发明的进一步改进，所述削波电解电容C1布置在LED灯珠包围的中间。

作为本发明的进一步改进，所述第二部分器件单元的LED灯珠相互间隔15mm。

本发明的有益效果是：采用巧妙的排板布局，形成了一个元件少、高可靠、长寿命、低成本的LED照明电路系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的方案。

图1是本发明一种PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种PPTC（高分子聚合物正系数温度元件，又称自恢复保险丝）自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，包括铝基板以及设置在所述铝基板上的第一部分器件单元和第二部分器件单元，所述第二部分器件单元主要由高亮度的LED灯珠构成，所述第一部分器件单元主要由整流桥、消闪电容、PPTC、功率电阻构成，所述第一部分器件单元和第二部分器件单元分隔布置，分隔距离介于10 mm至15mm之间，优选为10 mm或者13 mm或者151mm，通过巧妙的设计组合而成，其中整流桥、PPTC、功率电阻需要做紧奏性设计并远离LED灯珠，而LED灯珠需要分散性设计，组成一个独立完成的高可靠、长寿命、低成本的LED照明电路系统。

其特点在于方案的巧妙选择、巧妙的排板布局、所有元件均选用贴片器件，并设计于同一个铝基板上，成为一个整体，以实现规模化、自动化批量生产：所说方案的巧妙选择指应用到的元器件少、电路简洁、自适应控制准确、可靠性高、无闪烁、保护眼睛、绿色环保、生产与维护成本低、占用的PCB面积和空间小。一个电路板即为一个产品成品板，可以设计成正方形或长方形，其下游客户可随意应用多个组合、平面矩阵、抛物面聚光或独立应用；所说巧妙的排板布局指其中的整流桥、PPTC、功率电阻部分器件集中在一起，紧奏而整齐排列、但LED灯珠又分散开来排列，而且分散排列的LED灯珠与集中紧奏排列的整流桥、PPTC、功率电阻部分之间具有离开一定的距离，其电容C1设计在 LED包围的中间，并做整体穿孔背装以减小整体厚度和本体散热；这种设计的目的在于LED的散热良好、导热良好、温度低、光衰慢、寿命长，而集中设计则达到集热使PPTC电阻值变化而达到自适应的目的。

所述第一部分器件单元包括整流桥IC1、第一自恢复保险丝电路和第二自恢复保险丝电路，所述整流桥IC1的正极输出端串联所述第一自恢复保险丝电路后连接到所述第二部分器件单元的正极，所述整流桥IC1的负极输出端串联所述第二自恢复保险丝电路后连接到所述第二部分器件单元的负极。

所述第一自恢复保险丝电路至少有两组并且串联在所述整流桥IC1的正极输出端与所述第二部分器件单元的正极之间，所述第二自恢复保险丝电路至少有两组并且串联在所述整流桥IC1的负极输出端与所述第二部分器件单元的负极之间。

所述第一自恢复保险丝电路包括相并联的第一自恢复保险丝和第一固定功率电阻，所述第二自恢复保险丝电路包括相并联的第二自恢复保险丝和第二固定功率电阻。

所述第二部分器件单元包括相串联的第一LED灯珠单元和第二LED灯珠单元，所述第一LED灯珠单元和第二LED灯珠单元之间串联有电隔离保护电路，所述电隔离保护电路包括至少两个相并联的0Ω功率电阻。

所述第一LED灯珠单元包括至少两个相串联的第一LED灯珠组件，所述第一LED灯珠组件包括至少两个相并联的LED灯珠，所述第二LED灯珠单元包括至少两个相串联的第二LED灯珠组件，所述第二LED灯珠组件包括至少两个相并联的LED灯珠。

所述第一部分器件单元还包括削波电解电容C1，所述削波电解电容C1的正极与第二部分器件单元的正极连接，所述削波电解电容C1的负极与第二部分器件单元的负极连接。

本实施例提供的具体电路如图1所示，输入电压经整流桥IC1后，在其输出端的正、负极，分别经PPTC与固定功率电阻并串联组合后再连接到LED灯珠，给LED灯珠提供电能,使LED点亮照明，并与LED灯珠共同完成以PPTC为主控器件的自适应控制与管理功能。

具体的电路说明如下：

1、其电源经整流桥IC1整流后输出的正极端，接入自恢复保险丝PPTC1与固定功率电阻R1、固定功率电阻R2、固定功率电阻R3并联再串联到自恢复保险丝PPTC2与固定功率电阻R4、固定功率电阻R5、固定功率电阻R6并联的先并后串联的组合电路再给LED提供电源正极①端输出，其中，相并联的自恢复保险丝PPTC1以及固定功率电阻R1、固定功率电阻R2、固定功率电阻R3构成了一个第一自恢复保险丝电路，而并联的自恢复保险丝PPTC2以及固定功率电阻R4、固定功率电阻R5、固定功率电阻R6则构成了另一个第一自恢复保险丝电路，两个第一自恢复保险丝电路相串联；

2、同时整流桥IC1整流后输出的负极端，接入自恢复保险丝PPTC3与固定功率电阻R7、固定功率电阻R8、固定功率电阻R9并联后再串联连接到自恢复保险丝PPTC4与固定功率电阻R10、固定功率电阻R11、固定功率电阻R12并联的先并后串联的并串组合电路，给LED提供电源负极②端输出，其中，相并联的自恢复保险丝PPTC3以及固定功率电阻R7、固定功率电阻R8、固定功率电阻R9构成了一个第二自恢复保险丝电路，而并联的自恢复保险丝PPTC4以及固定功率电阻R10、固定功率电阻R11、固定功率电阻R12则构成了另一个第二自恢复保险丝电路，两个第二自恢复保险丝电路相串联；

3、①②端连接LED灯珠回路，并同时并联一个削波电解电容C1在①②点之间，用以削除纹波、消除频闪、保护眼睛；

4、其LED由26组大功率LED灯珠串联后连接到上述的①②连接点，上述26组LED灯珠中的每一组由二个LED灯珠并联组成，再在26组LED灯珠中间即第13组与第14组之间（图1中③、④点之间），串联一组由二个0Ω功率电阻并联组成的0Ω功率电阻，即R13//R14的并联电阻；在这种设计中，0Ω电阻只有在出现极端短路时被大电流烧断，形成电隔离的安全保护，其中，前段的13组大功率LED灯珠构成了第一LED灯珠单元，而后段的13组大功率LED灯珠构成了第二LED灯珠单元，二个并联的0Ω功率电阻R13、R14则构成了电隔离保护电路，两两并联的LED灯珠D1、D2（或者D3、D4……）则构成了第一LED灯珠组件，两两并联的LED灯珠D27、D28（或者D29、D30……）则构成了第二LED灯珠组件；

5、LED灯珠做分散设计，相互间隔15mm，有利于灯珠散热，并可安用户喜爱做各种形状的PCB板和外壳匹配；

6、整个电路的所有器件均用贴片元件，这种设计中的LED灯珠与其它全部器件均设计在同一个铝基板上，上述自恢复保险丝PPTC1-PPTC4的4组大功率电阻的并联组的串联连接以及整流桥IC1组成一个整体，并集中排版在一起，工作时的大功率电阻与PPTC一起为LED提供电流，同时完成限流、分压功能。这个集中排版的方案在电路正常工作中会产生热量，但与分散设计的灯珠的良好散热具有明显的高低温区域的差异，应用散热良好的铝基板做PCB板，其区域温差明显，其集中排版的器件区域温度高于分散布局的灯珠区域，使PPTC工作在更高温度作用的动作突变的下临界状态或临界状态以下，而不影响灯珠的正常工作，而LED是一种负阻器件，即工作稳定、正常后的内阻会变小，其电流会变大使LED发热，设计时让整体发热与散热处于正常的平衡状态，LED一直正常工作。当LED灯珠中有个别性能劣化或短路后生产电流变大，这个变大的电流会使前面的功率电阻及PPTC、整流桥的发热更大，这时的PPTC1-PPTC4在温度升高后其内部电阻值变大，达到及时限流的目的，这种状态下LED灯珠同样一直正常工作，PPTC及所有电路和元器件也不会有任何问题；当有多个LED灯珠损坏或短路后将生产更大的电流，这个电流同时使功率电阻及PPTC的发热进一步增加，会使PPTC电阻值进一步升高以达到更大的限流作用，如果短路点变多、电流更大，则自恢复保险丝PPTC1-PPTC4会同时处于高电阻的近似开路状态，这时LED灯珠将由4组功率电阻提供电流，使剩下的灯珠继续工作，只是LED亮度会有所降低，在公共照明区域的照度影响并不大，上述电容C1起到削除纹波、消除LED闪烁的作用，因LED对电流变化的响应非常灵敏，可达1nS级别，而人眼的视觉暂留时间近20mS,所以肉眼难于发现，但一旦出现眼疲劳就是眼睛受伤的表现，有C1后会消除这种光线闪烁带来的伤害，这已是不争的事实；这里的功率电阻选用240Ω、 1W的定阻贴片器件、PPTC选用30Ω左右的阻值，则系统电路正常工作时，因PPTC的低电阻使整个电路的电阻变低（远低于PPTC内阻），而当PPTC处于近似开路的高阻（5K以上）时，总电阻就变为功率电阻并、串电阻值，这个电阻值将比PPTC正常工作时大，限流作用更大，所以在极限状态（PPTC动作后近似开路态），这时LED电流受限而降低发光亮度；这里的PPTC是一种正温度系数的非线性热敏电阻，起到过流、过温控制作用，当大电流通过PPTC后，PPTC内部发热温度升高，在设定温度范围内，其电阻值会在一个范围内变化，当PPTC因内部发热、外温度叠加后（外温指整流桥及电阻发热传导给PPTC的热量），PPTC将产生热膨胀，使PPTC内部的大部分导电链路断开，电阻值变大，如果遇到环境温度更高、再加上大电流使其内部发热更多，则PPTC内部导电链路断开更多，其电阻值会突变为几十KΩ或几百KΩ而阻断电流，而在PPTC温度降低，产生遇冷收缩，导电链路重新接通，PPTC又恢复到初始低电阻值状态，这是PPTC的特性。从上述设计方案、元器件布局、工作过程的分析与描述可以看出：LED内阻变化过程、电路的电流变化过程、温度变化过程、PPTC的电阻值变化过程、限流过程、稳定态变化过程等，所有过程的变化会让PPTC的电阻值变化、或变高限流、或直接变为很高电阻值的PPTC支路断流状态。其所有参量变化、稳定过程的核心是通过PPTC的内阻变化而发挥作用的，其整个过程是PPTC的自动变化过程，也即自适应过程，同时因消闪型设计的功能，所以叫做PPTC自适应消闪型LED照明灯具。上述0Ω电阻将在LED严重短路后熔断，以达到极限情况时的断电隔离作用。上述PPTC型自适应消闪型LED照明灯具的设计与应用，是巧妙应用PPTC的过流、过温变阻及极限突变的下临界点电阻值变化特性而设计制作的结果，其结果是：不仅能完成LED工作中自适应控制，还能对LED电路系统完成生产工程中人为、非人为的短路、LED自然失效短路等的自适应控制。所以能在LED电路系统有短路出现后不会因短路烧坏电路、更不会产生严重火灾的情况。

本实施例的器件选择如下：

1、自恢复保险丝PPTC1-PPTC4：特制贴片型非线性热敏电阻或紧贴与铝基板安装的插件PPTC热敏电阻：电阻值30Ω左右。

2、整流桥：选择贴片型，电流大于电路电流5倍左右、耐压大于输入电压值即可。

3、功率电阻（R1～R12）：选择2W、240Ω的贴片型1～2W固定贴片电阻器，使其在工作时处于微热状态。没有其它特殊要求。

4、LED灯珠：灯珠选用1W的高亮LED。

5、电容C1：选型100V、220uF的普通贴片铝电解电容即可。

本实施例的电路经2年多的实际测试与市场应用，没有出现过任何问题，其安全性、可靠性、稳定性、适用性已得到证实。

这种巧妙的PPTC自适应设计，不仅能解决LED电路系统的电流及时控制，还能对LED电路系统完成生产过程中人为、非人为的短路保护，以避免因短路烧坏电路板、或产生严重火灾的情况。解决了LED生产厂家及工程师设计工作中的难题，不仅绿色消闪、保护眼睛，并且使用元器件少，占用的空间小、成本低、可靠性高、不会改变LED设备的整体外观、使得自适应消闪型LED灯具有真正的安全保障、有效延长LED灯具的可使用寿命、直接提升了生产厂家的市场竞争优势。详见下图一。

本发明提供的一种PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，以最少的元件来完成上述功能的PPTC自适应管理控制电路，不仅能及时完成温度控制、避免LED高温老化、光衰提前、产品更安全、消频闪型。而且使用的元器件少、体积小、成本低、可靠性高。既能很好的解决上述LED系统电路的所以问题、保护眼睛、禄色环保，并让维修维护变得更简单、市场竞争优势会显著提高，还能改变工程师的相关设计思路。

本发明提供的一种PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统主要完成照明功能，能实现家庭、工矿企业、学校、医院、车站码头等公共场所等环境完成照明功能，因该系统照度高、亮度大、耗电低、节能环保、无闪烁护眼、高可靠、长寿命、低成本，具有广阔的市场空间，不仅更有利于工程师的设计，而且可采用自动化、规模化生产。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：包括铝基板以及设置在所述铝基板上的第一部分器件单元和第二部分器件单元，所述第二部分器件单元主要由LED灯珠构成，所述第一部分器件单元由非LED灯珠的元器件构成，所述第一部分器件单元和第二部分器件单元分隔布置, 所述第一部分器件单元和第二部分器件单元的所有元器件均为贴片器件，并且全部设置在同一个铝基板上，所述第一部分器件单元的元器件采用紧奏而整齐的排列方式，所述第二部分器件单元的LED灯珠采用分散的排布方式。

2.根据权利要求1所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述第一部分器件单元与所述第二部分器件单元的分隔距离为D，D介于10 mm至15mm之间。

3.根据权利要求1所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述第一部分器件单元包括整流桥IC1、第一自恢复保险丝电路和第二自恢复保险丝电路，所述整流桥IC1的正极输出端串联所述第一自恢复保险丝电路后连接到所述第二部分器件单元的正极，所述整流桥IC1的负极输出端串联所述第二自恢复保险丝电路后连接到所述第二部分器件单元的负极。

4.根据权利要求3所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述第一自恢复保险丝电路至少有两组并且串联在所述整流桥IC1的正极输出端与所述第二部分器件单元的正极之间，所述第二自恢复保险丝电路至少有两组并且串联在所述整流桥IC1的负极输出端与所述第二部分器件单元的负极之间。

5.根据权利要求3所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述第一自恢复保险丝电路包括相并联的第一自恢复保险丝和第一固定功率电阻，所述第二自恢复保险丝电路包括相并联的第二自恢复保险丝和第二固定功率电阻。

6.根据权利要求3所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述第二部分器件单元包括相串联的第一LED灯珠单元和第二LED灯珠单元，所述第一LED灯珠单元和第二LED灯珠单元之间串联有电隔离保护电路，所述电隔离保护电路包括至少两个相并联的0Ω功率电阻。

7.根据权利要求6所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述第一LED灯珠单元包括至少两个相串联的第一LED灯珠组件，所述第一LED灯珠组件包括至少两个相并联的LED灯珠，所述第二LED灯珠单元包括至少两个相串联的第二LED灯珠组件，所述第二LED灯珠组件包括至少两个相并联的LED灯珠。

8.根据权利要求3所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述第一部分器件单元还包括削波电解电容C1，所述削波电解电容C1的正极与第二部分器件单元的正极连接，所述削波电解电容C1的负极与第二部分器件单元的负极连接。

9.根据权利要求8所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述削波电解电容C1布置在LED灯珠包围的中间。

10.根据权利要求1所述的PPTC自恢复保险丝型自适应消闪型LED照明电路系统，其特征在于：所述第二部分器件单元的LED灯珠相互间隔15mm。

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