CN1319416C - 发光二极管电源 - Google Patents

Abstract

一种便宜又省空间的二极管电路装置，用于限制来自交流电源的电流，使用仅仅少数几个元件。该电路包括一个连接到交流电源(110)的电容器(120)和至少两个反极性并联的二极管(130)。这种电路可以得到广泛应用。例如，该电路尤其多用于家用器具和电子工业，譬如真空吸尘器，在那里，容纳发光二极管的电隔室空间有限。

Description

发光二极管电源

技术领域

本发明与一种电子线路有关，尤其是与一种限制流过发光二极管电流的电子线路有关。

背景技术

白炽灯在广泛的环境下得到应用并且在满足各种需要方面获得了极大商业成功。近来，业界正在寻找一种替代光源，具有延长的寿命，并可经受机械振动或冲击应用场合的恶劣状况，这对于相对脆弱的白炽灯灯丝或者线圈是一个问题。白炽灯用于这种场合的一种典型应用就是家用器具譬如真空吸尘器。过去，白炽灯曾被广泛应用于真空吸尘器。然而，在真空吸尘器工作时，这些白炽灯遇到大量机械冲击并由此导致机械故障。结果，白炽灯寿命较短因而需要频繁更换。

由于其坚固的结构能够承受机械振动，而且在高效运行的同时拥有长寿命，发光二极管(LED)被提议作为白炽灯的替代光源。在这种环境下，电源电流远远大于发光二极管所允许的最大电流。在利用诸如桥式整流器等将交流电(AC)转化为直流电(DC)后，使用电阻器来限制流过发光二板管电流的技术已广为人知。因为电阻器耗散电能而发热，伴随这种方法的一个问题是这种电路伴随的放热。因而，良好的散热是必要的，因为散热不良是电阻器故障的最主要原因。如此一来，以发光二极管作为光源的替代应用所带来的许多能量效益就被抵消了。

这种方法的另一个问题是一般情况下与家用器具有关的电气区域或者电隔室非常有限。因此，这些二极管和限流元件必须被配置为在这个紧凑的区域内，而不能使该区域过热而导致元件故障。

限制供给发光二极管电流的另一种建议的方法是取消整流器并且电阻器与一对极性相反的发光二极管串联。但是，由于电阻器仍然作为限流器件加以使用，整流器电路的效率低下仍未得到解决。

还有另外一种限流方法是用电感器连接一对相反极性的发光二极管。由于所需电感器的尺寸，在用于空间有限的地方时，这种方法不尽人意。另外，由于理想电感器不支持直流电压，因而这样就不能纠正二极管的不均衡。

由此，存在着对限流替代方案的需求。

发明内容

本发明提供一种更便宜的限流电路。

本发明使用少数几个元件而在电隔室中占据少量空间。

电流由容抗而不是阻抗或者感抗来限制。限制二极管电流的电路包括一个连接到负载的电容器和至少两个二极管，这些二极管反极性且并联，其中所述限流电路的阻抗值为：

$Z=\frac{\sqrt{2}\·V}{\mathrm{\π}\·I}$

这里，I是流过所述至少两只二极管的平均电流，单位为安培，V是有效电压值，单位为伏特。

在另一个实施例中，电容器连接到至少一对反极性并联的二极管。

在另外又一个实施例中，电容器连接到两个反极性并联的二极管分支。

本电路具有几个超出现有技术的优点。本限流电路仅需三个元件，即一个电容器和两个连接到负载即交流电源的发光二极管。与现有任何技术的电路相比，本电路在电隔室中占用较小空间。

存在于使用电容器的另一个优点是更便宜而且能补偿任何直流电的不均衡。

而且还能实现另一个优点，电容器比电阻器和电感器效率更高。

附图说明

图1是根据本发明的一种限流电路典型实施例示意图。

图2显示图1限流电路的一种工作波形示意图。

图3显示图1限流电路的一种工作波形示意图。

图4和图5显示图1限流电路的工作波形示意图。

图6是根据本发明的第二种限流电路实施例示意图。

图7是根据本发明的又一种限流电路实施例示意图。

具体实施方式

参考附图，对本发明的几个实施例加以说明和描述。说明中用同样的参考数字表示相同的器件。图1是根据本发明的限流电路的典型

实施例示意图。

参照图1，典型限流电路100包括一个负载或交流电源110，其与一个电抗电流限制器件或电容器120串联。电容器120与第一、第二反极性发光二极管130，135串联。发光二极管130，135安排成并联以便发光二极管130，135承受相同的电势，每个二极管130或135在每半个周期中被点亮。发光二极管130，135最好以技术领域内广为人知的方式使之极性相反。

本例中，交流电源110，是有代表性的120伏60赫兹交流电源，尽管不脱出本发明的范围和意图，可以采用不同的额定电源。实例性实施例中的发光二极管130，135需要1.7到4.7伏(V)之间的正向工作电压。一般情况下发光二极管130，135具有大约5V的最大反向工作电压。白色发光二极管在大约70毫安(mA)时的正向电压大约是4.7V，预计其不过热的最大工作电流大约70毫安(mA)。流过发光二极管130，135的典型直流电流大约20到40毫安(mA)。然而，直流电流值取决于所需的亮度水平。这些元件数值仅仅是作为代表，而不应被视作任何方式的限制。

限流电路所需电容器120的大小取决于发光二极管所需的亮度水平。首先，算出为限制电流达到所需亮度的必要阻抗。该阻抗值应大约为：

$Z=\frac{\sqrt{2}\·V}{\mathrm{\π}\·I}$

这里，I是流过发光二极管130或135的平均电流，用安培表达。V是有效电压值，用伏特表达。如果发光二极管130或135的正向电压远低于电源电压，该电压约等于电源电压。

然后，选定容抗等于以上算出的阻抗所需的电容大小。容抗用如下公式计算：

C＝1/(2*pi*f*X_c)

这里，f是以赫兹(Hz)表达的频率，Xc是以欧姆表达的容抗。在实例性限流电路100中，欲使流过发光二极管的电流是20毫安，容抗是2.7K欧姆，电容器120的电容量是1微法。

限流电路100依下列方式工作。在工作时，正弦交流电压存在于输入端子N1和N2。变化的施加电压导致电容器120充电和放电。虽然没有电流流过电容器120的介质(绝缘物)部分，但电容器120的充放电在连接于电容器极板的限流电路100中产生电流。来自电容器120的电流到达发光二板管130，135，而具有与交流电源110的施加电压相等的频率。这样，电容器120供给交流电流向发光二极管130，135提供能量，通过选择电容器120的大小，施加到发光二极管130，135的交流电流取决于该容抗。电流流过电容器120，其具有等于限流阻抗(本例为2.7K欧姆)的容抗。流过每只二极管的平均电流是20毫安，导致发光二极管130发光，这时流过反极性的发光二极管135的电流截止。

由于电容器确实有功率损耗，诸如漏电流和等效串联电阻，与其传递的功率相比，这些损耗通常很小。因而，流过二极管的电流被更有效地限制，因而这种电路能得以更广泛的应用。这种电路特别适用于有限的电隔室空间的照明应用，诸如真空吸尘器和夜灯。

图2显示限流电路100工作时流过电容器120的电流200之波形图。X轴表示以毫秒(ms)计的时间，Y轴表示以毫安(mA)计的电流。正如所能看到的，流过电容器120的电流200基本上是辐度从-63毫安到63毫安的正弦波。

图3图示了流过电容器120的平均电流300。X轴表示以毫秒(ms)计的时间，Y轴表示以毫安(mA)计的电流。正如所能看到的，流过电容器120的平均电流是0毫安。

图4和图5显示了限流电路100工作时流过发光二极管130，135的电流400，500之波形图。X轴表示以毫秒(ms)计的时间，Y轴表示以毫安(mA)计的电流。流过第一只发光二极管130的电流400反映了半个周期的流过电容器120的电流200。流过反极性发光二极管135的电流500，基本上与流过发光二极管130的电流400移相180度后相同。

强调一下，本发明的可选实施例，比如图6，图7和下面将进一步详述的，图2到图5所示的波形图可以是一样的。

图6是根据本发明的限流电路第二种实施例示意图。限流电路600包括交流电源110，其串联一只电容器120。至少一对630反极性发光二极管130，135并联。当然，该发光二极管对630与电容器120串联。

图7是根据本发明的限流电路700的又一种实施例示意图。限流电路700包括一个交流电源110，其串联一只电容器120。电容器120与发光二极管130，135的两个反极性并联分支730相串联。每个分支730可以包含不限数量的同极性发光二极管130或135。尽管最好是使每个反极性分支730包含相等数量的发光二极管130或135，但只要每个发光二极管130或135反极性分支730两端的电压基本是相同的，拥有不同数量的发光二极管130或135也是可以接受的。电容器120是分支730之间电压的任何不均衡的原因。但是，分支730之间发光二极管130或135分布的不均等，受到发光二极管130，135允许的反向电压的限制。

总而言之，本发明提供一种不用外部整流设备/元件的交流电源向发光二极管供电的有效方法。本发明使限流器件(即，电容器)上的功率损耗最小。与传统方法中使用电阻器限制电流相对，它使用电抗元件限流。本发明的应用伴随着均等数量的发光二极管，尽管可以理解电路特定分支中的发光二极管数量也可变化。

另外，因为对于本技术领域内的普通人员来说，肯定会发生大量修改和变更。因而，本发明不局限于由此描述和图解的实际结构和工作方式。因此，所有可采取的适当修改和等效应认为属于本权利要求的范围。

Claims (12)

1.一种限流电路，包括：

(a)一个交流电源

(b)一个电抗元件，耦合到上述交流电源，用于限制电流；和

(c)至少两只二极管耦合到上述电抗元件，上述二极管被反极性且并联连接；

其中所述限流电路的阻抗值为：

$Z=\frac{\sqrt{2}\·V}{\mathrm{\π}\·I}$

这里，I是流过所述至少两只二极管的平均电流，单位为安培，V是有效电压值，单位为伏特。

2.根据权利要求1的电路，其中，上述电抗元件是电容器。

3.根据权利要求1的电路，其中，上述二极管是发光二极管。

4.根据权利要求1的电路，其中，二极管的数量是偶数。

5.一种适用于限制来自相关交流电源电流的电路，包括：

(a)一个电容器，耦合到上述相关交流电源，用于限制电流；和

(b)至少两个发光元件，其连接到上述电容器，上述发光元件被反极性且并联连接；

其中所述电路的阻抗值为：

$Z=\frac{\sqrt{2}\·V}{\mathrm{\π}\·I}$

这里，I是流过所述至少两只二极管的平均电流，单位为安培，V是有效电压值，单位为伏特。

6.根据权利要求5的电路，其中，上述发光元件是发光二极管。

7.一种限流电路，包括：

(a)一个电容器，连接到电源，用于限制电流；和

(b)至少一对发光元件，连接到上述电容器，上述这对发光元件被反极性且并联连接；

其中所述限流电路的阻抗值为：

$Z=\frac{\sqrt{2}\·V}{\mathrm{\π}\·I}$

这里，I是流过所述至少两只二极管的平均电流，单位为安培，V是有效电压值，单位为伏特。

8.根据权利要求7的电路，其中，上述发光元件是发光二极管。

9.一种限流电路，包括：

(a)一个电容器，连接到电源，用于限流；和

(b)两个发光元件分支，耦合到上述电容器，上述发光元件分支被反极性且并联连接；

其中所述限流电路的阻抗值为：

$Z=\frac{\sqrt{2}\·V}{\mathrm{\π}\·I}$

这里，I是流过所述至少两只二极管的平均电流，单位为安培，V是有效电压值，单位为伏特。

10.根据权利要求9的电路，其中，上述发光元件是发光二极管。

11.一种由相关的交流电源向二极管供电的方法，包括：

(a)提供一个耦合到上述相关的交流电源用于限流的电抗元件；和

(b)供应耦合到上述电抗元件的至少第一和第二二极管，上述第一和第二二极管被反极性且并联连接；

其中其中所述用于限流的电抗元件所在的限流电路的阻抗值为：

$Z=\frac{\sqrt{2}\·V}{\mathrm{\π}\·I}$

这里，I是流过所述至少两只二极管的平均电流，单位为安培，V是有效电压值，单位为伏特。

12.权利要求11的方法，其中，上述电抗元件是电容器。

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