CN1678158A - 高效节能半导体平面集成光源模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体照明技术领域，具体的说是一种高效节能半导体平面集成光源模块装置，由驱动电路和LED光源阵列模块组成，由交流输入、整流电路、滤波电路、直流输出和LED光源阵列模块组成；交流输入的一端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接直流输出电路的输入端，直流输出电路的输出端的连接LED光源阵列模块的输入端。本发明与现有技术相比，制造过程简单，驱动电路无需降压，电能利用率高，整体制造成本低，易于规模生产应用。
Description
[技术领域]
本发明涉及半导体照明技术领域，具体的说是一种高效节能半导体平面集成光源模块。
[背景技术]
发光二极管LED(Light-Emitting-Diode)是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件，是以化合物半导体作为材料、用微电子工艺制成PN结发光的一种光电器件。它具有低工作电压1～5V，低功耗10～100毫瓦、高效率、长寿命，可连续工作约10万小时、固体化、快响应速度(～0.1微秒级)、驱动电路简单等优点。在经历了30多年的发展后，现在LED材料外延生长、器件工艺日臻成熟，涵盖可见光的七色以及红外、紫外波段；封装形态有成百上千种；光电性能也能满足各种显示、指标、警示以及特殊照明光源的需求。值得一提的是，LED的价格逐年下降，其应用领域不断拓展，涵盖国民经济的各行各业。
近年来基于多层纳米薄膜材料氮化镓系列GaN/InGaN/AlGaN等(纳米级的量子阱结构)的研究取得了突破，使得超高亮度(UHB)LED的研制进展得十分迅速，现已达到常规材料如GaAlAs、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。目前，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了烛光级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实，并为发展下一代绿色节能照明光源成为可能。GaN基的蓝、绿光LED，其发光过程完全不同于传统的光源的加热或放电发光，属于冷性发光。由于其具有体积小、寿命长，无频闪、低能耗、环保、适合量产，可靠性高等特点，近年来得到了极大的关注。随着制造技术的不断改进、生产成本逐渐降低和GaN基LED的发展推动了LED产业的形成，发光颜色覆盖到了整个可见光光谱范围，极大拓展了LED的应用范围和领域。目前LED的市场应用主要分布在大屏幕全色平板显示、指示灯、汽车用灯、交通信号灯、手机、扫描器、传真机用的光源、城市照明和装饰等。
因UHB-LED单个芯片的驱动电压在3V左右，在作为照明光源应用时，需将一定数量的LED进行串、并连接，并在实际应用时将交流电转换为直流电，且常要串连电阻进行电压的调节。使得使用过程繁杂，不利于规模化生产和推广，且许多功率消耗在所串连的电阻上，电能的利用率降低。
[发明内容]
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而设计的一种采用UHB-LED芯片阵列的平面集成光源模块，具体的说是一种高效节能半导体平面集成光源模块装置。
为实现上述目的，设计一种高效节能半导体平面集成光源模块，由驱动电路(2)和LED光源阵列模块(6)，由交流输入、整流电路、滤波电路、直流输出和LED光源阵列模块组成。交流输入(1)的一端与整流电路(3)的输入端连接，整流电路(3)的输出端连接滤波电路(4)的输入端，滤波电路(4)的输出端连接直流输出电路(5)的输入端，直流输出电路(5)的输出端的连接LED光源阵列模块(6)的输入端。整流电路的形式为半波整流或全波整流或桥式整流；滤波电路的形式为电容滤波或Γ型滤波或电子滤波；驱动电路中采用交流电输入，经整流电路整流后，再经滤波电路滤波转换为直流电，本电路为电容性负载。LED光源阵列模块发光芯片是以氮化镓GaN基薄膜材料为发光材料而制备的器件。LED光源阵列模块内芯片使用的数目算法为：以每个芯片所需电压为Vu＝3.0±0.5V计，根据输入电压Vi，可得平面集成光源模块单元模块的芯片数目为n＝Vi/Vu-0.5。LED光源阵列模块单元内的LED芯片正负极相互之间进行串连，单元模块之间采用并联。LED光源阵列模块单元内的芯片阵列的排布为线性、多边形、多角形、圆形。LED光源阵列模块可任意拼接成各种一维或二维或三维形状的光源造型。
本发明同现有技术相比，制造过程简单，驱动电路无需降压，电能利用率高，整体制造成本低，易于规模生产应用。
[附图说明]
图1是本发明的工作原理框图。
图2是本发明的光源阵列模块单个LED的线路连接图。
图3是本发明的光源阵列模块多个LED的线路连接图。
图4是本发明的阵列模块平面单元的排布结构图。
图5是本发明的半波整流电路原理图。
图6是本发明的另一实施例全波整流电路原理图。
图7是本发明的另一实施例桥式整流电路原理图。
图8是本发明的电容滤波电路原理图。
图9是发明的另一实施例Γ型滤波电路原理图。
图10是发明的另一实施例电子滤波电路原理图。
指定图1为摘要附图。
参见图1，1为交流输入110V或220V；2为由整流电路和滤波电路组成的驱动电路；3为整流电路可采用半波整流、全波整流、桥式整流；4为滤波电路可采用电容滤波、Γ型滤波、电子滤波；5为直流输出；6为光源阵列模块可采用光源阵列模块单个LED线路连接或光源阵列模块多个LED线路连接。
参见图2，其中21为LED；22为连接线。
参见图3，是另一实施例光源阵列模块多个LED的线路连接图。
参见图4，阵列模块平面单元的排布结构图。
参见图5，是采用半波整流的整流电路原理图。
参见图6、图7是另一实施例的采用全波整流、桥式整流的整流电路原理图。
参见图8，是采用电容滤波的滤波电路原理图。
参见图9、图10，是另一实施例的采用Γ型滤波、电子滤波的滤波电路图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明对本技术领域的人来说还是比较清楚地。
例1，高亮度发光芯片即UHB-LED芯片是以氮化镓GaN基薄膜材料为发光材料而制备的器件，本征颜色为蓝光和绿光，通过用蓝光激发黄色荧光粉或配以红色和绿色芯片混光而得到白光器件，作为白光照明光源。UHB-LED芯片组成的阵列发光模块连接直流电路驱动组成平面集成光源模块，其中直流电路驱动模块包括交流输入、整流电路、滤波电路和直流输出；光源模块所用芯片数目为：每个芯片所需电压为Vu＝3.0±0.5V，根据输入电压Vi，可得平面集成光源模块单元模块的芯片数目为n＝Vi/Vu-0.5；光源模块的线路连接为：单元模块内的LED芯片正负极相互之间进行串连，单元模块之间采用并联；光源模块的驱动电路为：采用直流电压驱动而发光，对于交流电输入，经整流电路整流后再经滤波电路滤波后转换为直流电，其中整流电路若采用半波整流，电路中包括与照明电路的功耗有关限流电容器以及一个二极管和LED阵列光源的等效负载电路，由于只采用一个二极管，电路纹波较大，可用于装饰性照明中；若采用全波整流，电路中包括限流电容器、二个二极管和LED阵列光源的等效负载电路，由于采用两个二极管，电路效率高，闪烁小，可用于有两组互为反向的照明电路中；若采用桥式整流，电路中包括限流电容器、四个二极管和LED阵列光源的等效负载电路，由于采用四个二极管，电路效率高，闪烁小，可用于有一组交流电输入的照明电路中。而滤波电路若采用电容滤波，则电路中只采用一个滤波电容器，耐压大于输入电压峰值的1.4倍；若采用Γ型滤波，电路中包括一个滤波电容器，一个滤波电阻，电容器和电阻的时间常数大于20mS，电容器的耐压大于输入电压峰值的1.4倍，电阻器的最大允许电流大于LED阵列光源等效负载的电流值；若采用电子滤波，电路中采用Γ型滤波器和晶体三极管，其中Γ型滤波器中电容器和电阻的时间常数大于20mS，电容器的耐压大于输入电压峰值的1.4倍，电阻器的最大允许电流大于LED阵列光源等效负载的电流值，三极管Q使Γ型滤波器的时间常数增加Q倍；三极管的最大允许电流Icm大于LED阵列光源等效负载的电流值，反压BVceo值大于输入电压值。本电路为电容性负载，有利于提高电网的利用率，因大部分用电器是电感性负载，通过本发明的驱动电路可对电网的功率因数进行补偿而提高电能利用率。光源模块的形状：单元模块内的芯片阵列的排布可为线性；多边形包括矩形，正方形，五边形，六边形等；多角形包括三角形，四角形，五角形，六角形等；圆形等。上述单元模块可任意拼接成各种一维或二维或三维形状的光源造型。
Claims (9)
1、一种高效节能半导体平面集成光源模块，由驱动电路和LED光源阵列模块组成，其特征在于：
a.由交流输入(1)、整流电路(3)、滤波电路(4)、直流输出(5)和LED光源阵列模块(6)组成。
b.交流输入(1)的一端与整流电路(3)的输入端连接，整流电路(3)的输出端连接滤波电路(4)的输入端，滤波电路(4)的输出端连接直流输出电路(5)的输入端，直流输出电路(5)的输出端的连接LED光源阵列模块(6)的输入端。
2、根据权利要求书1所述的一种高效节能半导体平面集成光源模块，其特征在于：整流电路的形式为半波整流或全波整流或桥式整流。
3、根据权利要求书1所述的一种高效节能半导体平面集成光源模块，其特征在于：滤波电路的形式为电容滤波或Γ型滤波或电子滤波。
4、根据权利要求书1所述的一种高效节能半导体平面集成光源模块，其特征在于：驱动电路中采用交流电输入，经整流电路整流后，再经滤波电路转换为直流电，本电路为电容性负载。
5、根据权利要求书1所述的一种高效节能半导体平面集成光源模块，其特征在于：所述的LED光源阵列模块发光芯片是以氮化镓GaN基薄膜材料为发光材料而制备的器件。
6、根据权利要求书1所述的一种高效节能半导体平面集成光源模块，其特征在于：所述的LED光源阵列模块内芯片使用的数目算法为：以每个芯片所需电压为Vu＝3.0±0.5V计，根据输入电压Vi，可得平面集成光源模块单元模块的芯片数目为n＝Vi/Vu-0.5。
7、根据权利要求书1所述的一种高效节能半导体平面集成光源模块，其特征在于：所述的LED光源阵列模块单元内的LED芯片正负极相互之间进行串连，单元模块之间采用并联。
8、根据权利要求书1所述的一种高效节能半导体平面集成光源模块，其特征在于：所述的LED光源阵列模块单元内的芯片阵列的排布为线性或多边形或多角形或圆形。
9、根据权利要求书1所述的一种高效节能半导体平面集成光源模块，其特征在于：所述的LED光源阵列模块可拼接成一维或二维或三维形状的光源造型。
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| CN103968342A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-08-06 | 贵州光浦森光电有限公司 | Led光机模组 |
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2005
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