CN1719958B - 节能、长寿led照明灯及其制造方法 - Google Patents

节能、长寿led照明灯及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种节能、长寿LED照明灯及其制造方法。该灯由透明的灯罩、底壳、LED群、电路板及控制器构成。根据照明灯照度的要求确定单体小功率LED的数量、形状和发光效率。各个单体LED按照两两或多个并联、再串联的连接方式构成至少一个并-串联支路,各并-串联支路之间再并联构成一并-串-并联混合LED电路,从而构成LED群。电路板的形状为规则或不规则平面或曲面。控制器内设有恒流控制电路,其的输出端分别经输出电流反馈电路和稳压电源电路与负载LED群及双模脉冲控制电路相联,脉冲控制电路通过开关电路控制负载LED群的亮或灭。本发明很好地利用了LED灯的发光及温度特性,使所生产的LED照明灯具有大功率、高亮度、可大范围照明、节能且寿命长的优点。

Description

节能、长寿LED照明灯及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及到照明灯具领域,特别是以发光二极管为发光源的节能、长寿LED照 明灯及其制造方法。
背景技术
[0002] 目前使用的各种电发光的照明灯,虽然技术上有了较大的进步,但总的来说,各项 性能指标都还比较差,耗电大。即使是目前广泛使用的最好的节能灯管,也存在着耗电大、 综合效率低的问题。现有技术各种照明灯的使用寿命也是目前普遍存在的一个问题,寿命 一般为3000-5000小时,有的更是在1000小时以下,这无疑是增加了使用成本及维护成本。 此外,任何热电光源均存在负阻效应,这导致配电系统复杂(如镇流、起辉、起动等),损耗 增大,效率降低。目前广泛采用的各种电光源还表现出种种其它不足,如:显色指数低,色 温、颜色不一,使产品制造困难;全光谱、全方位的发光方式导致耗能大,也会增加制造与使 用成本,降低使用效率;噪声也会带来污染,增加电网的有功无功损耗。总之,传统技术产品 已满足不了现代生态环境和社会文明对照明的要求。Led发光二极管作为新型电光源,有很 多优点,在照明上的凸显优势,但由于目前该项技术发展上存在的一些技术瓶颈,还未能做 为照明灯具进入通常的照明领域。具体表现在如下方面:
[0003] 1、单体的Led发光二极管功率太小,目前成熟的大量生产的一般为0. 064瓦,也有 0. 2-1瓦的。目前世界上最大的为5W,但其价格昂贵,发光效率也偏低,一般在28流明/瓦, 所以难以满足大功率、高亮度、大范围的照明要求。
[0004] 2、配套的Led发光二极管灯的驱动技术和驱动元器件几乎没有,专用的高效率、 大功率Led驱动控制器件还有待开发。由于移动电话(手机)的发展,虽然出现了一些用 于背光源的Led驱动控制器件,但其只可用在极小的功率范围内。
发明内容
[0005] 本发明的任务是要在现有Led技术基础上,趋利避害、扬长避短,提供一种节能、 长寿型LED照明灯及其制造方法。
[0006] 本发明的技术方案如下:
[0007] 一种节能、长寿LED照明灯,包括透明的灯罩、底壳、LED群、固定LED群的电路 板及控制器,其特征在于所述LED群由数量众多的单体LED构成,单体LED按照两两或多 个并联、再串联的连接方式构成至少一个并_串联支路,各并_串联支路之间再并联构成 并-串-并联混合LED电路;电路板的形状为规则或不规则平面或曲面,包括矩形、弧面形、 球面形、扇形;所述控制器含有一桥式整流电路,与其相连有一 DC/DC恒流控制电路,恒流 控制电路的输出端分别经输出电流反馈电路和稳压电源电路与负载LED群及PWM/PFM双模 脉冲控制电路相联,脉冲控制电路通过开关电路控制负载LED群的亮或灭。
[0008] 所述DC/DC恒流控制电路是一种由LNK305 DC/DC集成块及其外接电感器、二极 管、二极管和电容构成的恒流控制电路;所述电流反馈电路由串联在负载LED群回路上的反馈电阻及光电耦合器构成,光电耦合器的两输入端与反馈电阻并联,光电耦合器的两输 出端与DC/DC集成块的反馈信号输入端相连;所述PWM/PFM双模脉冲控制电路是一种由 HA17555集成块及外接电阻、电容、二极管及第二三极管构成的输出信号占空比及频率可调 的脉冲控制器;所述定时控制电路是一种数码式延时开关电路,其由CD4541集成块、外接 电阻、电容及第一三极管构成;定时控制电路与脉冲控制电路级联组合后其输出信号经功 率场效应管以通/断方式控制负载LED群的亮/灭。
[0009] 所述底壳与散热片集成为一体,在底壳和电路板之间夹有绝缘导热硅胶。
[0010] 节能、长寿LED照明灯的制造方法,步骤是:
[0011] A、根据照明灯功率及照度的要求确定单体小功率LED的数量、形状和发光角度: ①对于照明范围较大,照射距离> 5m(米)的照明灯,选用发光角度为10-20°,直径为 10mm的子弹头型LED ;②对于照明范围适中,照射距离在3m_5m之间的照明灯,选用发光角 度为30-60°,直径为10mm的圆头型LED ;③对于照明范围较小,照射距离彡3m的照明灯选 用发光角度为90-120°的食人鱼型LED ;④单体小功率LED的发光效率要求> 45Lms/ff ;
[0012] B、根据对照明灯照明区域的具体要求的不同,将电路板制造成规则或不规则平面 或曲面,包括矩形、弧面形、球面形、扇形,使每个固定于其上的LED的发光范围指向各自对 应的照明区域;
[0013] C、在电路板上将所有单体LED按照先两两或多个并联、再串联的方法构成若干个 并_串联支路,各并_串联支路之间再并联构成并-串-并联混合LED电路;
[0014] D、针对人类眼睛具有视觉暂留的特点以及LED的高速反应特性,采用功率DC/DC 开关元器件和PWM/PFM双模脉冲控制电路构成控制器对并-串-并联混合LED电路进行脉 冲控制。
[0015] 本发明充分利用了 LED灯的电流、温度及发光特性,针对LED的特性和照明的要求 特殊选择LED,进行独特设计,并对其采用可调压、恒流、脉冲和定时节能控制,因而使得整 个LED灯及其驱动控制电路在具有高可靠性的同时,也兼有大功率、高效率(达80-95 %,普 通的LED灯及其驱动控制器效率通常在30-50% )、节能、高亮度、长寿命(寿命是一般灯具 的10倍以上)且能满足大范围照明要求的优点。
附图说明
[0016] 图1是本发明的一种外型结构示意图;
[0017] 图2是图1的分解图;
[0018] 图3是本发明LED群中LED的电路连接方式;
[0019] 图4是本发明的一个具体电路原理图;
[0020] 图5-7是本发明所选用的三种发光二极管LED的外形结构示意图;
[0021] 其中:图5是圆头型LED ;
[0022] 图6子弹头型LED ;
[0023] 图7食人鱼型LED。
[0024] 图8-11是电路板(11)的各种形状示意图(非穷举)。具体实施方式
[0025] 如图1-11所示:一种节能、长寿LED照明灯,由透明的灯罩9、底壳10、LED群、固 定LED群的电路板11及控制器CT构成。底壳10与散热片集成为一体,在底壳10和电路 板11之间夹有绝缘导热硅胶17。
[0026] LED群3由40个(通常是几百、上千个)的单体LED构成,各个单体LED按照两 两并联、再串联的连接方式构成四个并-串联支路B,各并-串联支路B之间再并联构成 并-串-并联混合LED电路。电路板11的形状为矩形12、弧形13、球面形14、扇形15、S形 组合而成的其它规则或不规则平面或曲面。控制器CT含有一桥式整流电路1,与其相连有 一 DC/DC恒流控制电路2,恒流控制电路2的输出端分别经输出电流反馈电路7和稳压电源 电路4与负载LED群3及PWM/PFM双模脉冲控制电路5相联,脉冲控制电路5通过开关电 路6控制负载LED群3的亮或灭。与开关电路6相连有一定时控制电路8。图4中,Rv_是 压敏保护电容,FU-是自复位保险,二极管D1-D4构成全桥整流电路1。
[0027] DC/DC恒流控制电路2具体来说是一种由LNK305 DC/DC集成块IC1及其外接电感 器L、二极管D5、二极管D6和电容C2构成的恒流控制电路(参见LNK305技术说明书)。电 流反馈电路7由串联在负载LED群3回路上的反馈电阻R1及光电耦合器IC2构成:光电耦 合器IC2的两输入端与反馈电阻R1并联,光电耦合器IC2的两输出端与DC/DC集成块IC1 的反馈信号输入端相连。PWM/PFM双模脉冲控制电路5是一种由HA17555集成块IC5及外 接电阻R6、R7、R8、R9、R10、电容C5、二极管D8、D9及第二三极管VT3构成的输出信号占空 比及频率可调的脉冲控制器。定时控制电路8是一种数码式延时开关电路,由CD4541集成 块IC4、外接电阻R3、R4、R5、电容C4及第一三极管VT2构成;功率场效应管VT1接在全桥 整流电路1的输出地和DC/DC恒流控制电路2的接地端之间,定时控制电路8与脉冲控制 电路5级联组合后其输出信号经功率场效应管VT1以通/断方式控制DC/DC恒流控制电路 2及负载LED群3的亮/灭。
[0028] 本发明节能、长寿LED照明灯的制造方法是:
[0029] A、根据照明灯功率及照度的要求确定单体小功率LED的数量、形状和发光角度: ①对于照明范围较大,照射距离(米)的路灯之类的照明灯,选用发光角度为10-20°, 直径为10mm的子弹头型LED,子弹头型LED的发光体由底部的锥台体和顶部的球缺体两部 分构成;②对于照明范围适中,照射距离在3m-5m之间的庭院之类的照明灯,选用发光角度 为30-60°,直径为10mm的圆头型LED,圆头型LED的发光体由底部的圆柱体和顶部的球缺 体两部分构成;③对于照明范围较小,照射距离< 3m的日光灯杆、小马灯、草坪灯之类的照 明灯选用发光角度为90-120°的食人鱼型LED,食人鱼型LED的发光体为球缺体;④单体小 功率LED的发光效率要求彡45Lms/ff ;
[0030] B、根据对照明灯照明区域的具体要求的不同,将电路板11制造成规则或不规则 平面或曲面,包括矩形12、弧面形13、球面形14、扇形15,使每个固定于其上的LED的发光 范围指向各自对应的照明区域。LED的引线高度距固定其的电路板的距离控制为> 5mm, LED与LED之间的距离控制为彡13mm。
[0031] C、在电路板上将所有单体LED按照先两两或多个并联、再串联的方法构成若干个 并_串联支路B,各并-串联支路B之间再并联构成并-串-并联混合LED电路3 ;
[0032] D、针对人类眼睛具有视觉暂留的特点以及LED的高速反应特性,采用功率DC/DC开关元器件和PWM/PFM双模脉冲控制电路构成控制器CT对并-串-并联混合LED电路3 进行脉冲控制。与此同时,采用饱和压降小、动态导通电阻<0. 05欧母的功率场效应管VT1 对并-串-并联混合LED电路3进行控制,且使效应管VT1位于逻辑地的近地端。在控制 器中CT中设有可调恒压恒流驱动器,结合电流检测反馈电路和电压比较电路对并_串-并 联混合电路3进行脉冲控制。
[0033] 在步骤B中,LED的引线高度距固定其的电路板的距离控制为2_5mm,LED与LED 之间的距离控制为10-13mm。
[0034] 如图3所示:步骤C中LED按照如下方法挑选:a.两两LED并联支路上的LED按 照正向电流误差在士 5-10%范围配用;b.并-串-并联混合LED电路3中所有LED的正向 电流误差须控制在士20%范围以内。
[0035] 在步骤D中采用饱和压降小、动态导通电阻< 0. 05欧母的功率场效应管VT1对所 述并-串-并联混合LED电路3进行控制,且使效应管VT1位于逻辑地的近地端。

Claims (7)

  1. 一种节能、长寿LED照明灯,包括透明的灯罩(9)、底壳(10)、LED群、固定LED群(3)的电路板(11)及控制器(CT),其特征在于所述LED群(3)由数量众多的单体LED构成,单体LED按照两两或多个并联、再串联的连接方式构成至少一个并-串联支路(B),各并-串联支路(B)之间再并联构成并-串-并联混合LED电路;电路板(11)的形状为规则或不规则平面或曲面,包括矩形(12)、弧面形(13)、球面形(14)、扇形(15);所述控制器(CT)含有一桥式整流电路(1),与桥式整流电路(1)相连有一DC/DC恒流控制电路(2),恒流控制电路(2)的输出端分别经输出电流反馈电路(7)和稳压电源电路(4)与负载LED群(3)及PWM/PFM双模脉冲控制电路(5)相联,脉冲控制电路(5)通过开关电路(6)控制负载LED群(3)的亮或灭。
  2. 2.根据权利要求1所述的照明灯,其特征在于与所述开关电路(6)相连有一定时控制 电路(8)。
  3. 3.根据权利要求1-2所述的任一种照明灯,其特征在于所述底壳(10)与散热片集成为 一体,在底壳(10)和电路板(11)之间夹有绝缘导热硅胶(17)。
  4. 4.权利要求1所述照明灯的制造方法,步骤是:A、根据照明灯功率及照度的要求确定单体小功率LED的数量、形状和发光角度:①对 于照明范围较大,照射距离彡5m(米)的照明灯,选用发光角度为10-20°,直径为IOmm的 子弹头型LED,子弹头型LED的发光体由底部的锥台体和顶部的球缺体两部分构成;②对于 照明范围适中,照射距离在3m-5m之间的照明灯,选用发光角度为30-60°,直径为IOmm的 圆头型LED,圆头型LED的发光体由底部的圆柱体和顶部的球缺体两部分构成;③对于照明 范围较小,照射距离< 3m的照明灯选用发光角度为90-120°的食人鱼型LED,食人鱼型LED 的发光体为球缺体;④单体小功率LED的发光效率要求> 45Lm/ff ;B、根据对照明灯照明区域的具体要求的不同,将电路板(11)制造成规则或不规则平 面或曲面,包括矩形(12)、弧面形(13)、球面形(14)、扇形(15),使每个固定于其上的LED 的发光范围指向各自对应的照明区域;C、在电路板上将所有单体LED按照先两两或多个并联、再串联的方法构成若干个 并_串联支路(B),各并-串联支路⑶之间再并联构成并-串-并联混合LED电路(3);D、针对人类眼睛具有视觉暂留的特点以及LED的高速反应特性,采用功率DC/DC开关 元器件和PWM/PFM双模脉冲控制电路构成控制器(CT)对并-串-并联混合LED电路(3) 进行脉冲控制。
  5. 5.根据权利要求4所述的制造方法,其特征在于在所述步骤B中,所述LED的引线高度 距固定其的电路板的距离控制为彡2mm, LED与LED之间的距离控制为彡10mm。
  6. 6.根据权利要求4所述的制造方法,其特征在于在所述步骤D中采用饱和压降小、动态 导通电阻彡0. 05欧母的功率场效应管(VTl)对所述并-串-并联混合LED电路(3)进行 控制,且使效应管(VTl)位于逻辑地的近地端。
  7. 7.根据权利要求6所述的制造方法,其特征在于所述步骤C中LED按照如下方法挑 选:a.两两或多个LED并联支路上的LED按照正向电流误差在士5-10%范围配用;b.所述 并-串-并联混合LED电路(3)中所有LED的正向电流误差控制在士 20%范围以内。
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