CN1929709B

CN1929709B - 发光二极管照明电路及提高其发光效率的方法

Info

Publication number: CN1929709B
Application number: CN2005100370546A
Authority: CN
Inventors: 吴纬国
Original assignee: ZHUHAI NANKER INTEGRATED ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: Guangzhou Nanker Integrated Electronic Co Ltd
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2025-09-07
Also published as: CN1929709A

Abstract

本发明涉及LED照明电路及提高LED发光效率的方法，所述的LED照明电路包括：交流电源连接部分、桥式整流电路、接受桥式整流电路输出电流的LED阵列、与LED阵列串连的电感、与LED阵列反向并连的快恢复二极管、脉冲产生单元和MOSFET功率管，其中脉冲产生单元和MOSFET功率管控制LED的工作状态。上述控制LED的工作状态的方法使照明系统工作在脉冲电压的环境下，由于视觉暂留的效应，LED阵列在节能的前提下保持了发光效果，发光效率得到了提高。

Description

发光二极管照明电路及提高其发光效率的方法

技术领域

本发明涉及发光二极管(Light-emitting diode，LED)照明电路及方法，特别是一种能够提高LED发光效率的照明电路及提高发光效率的方法。

背景技术

随着半导体发光二极管制作技术的进步，一种能产生白光的LED被投入使用，还有由红、绿、蓝LED组装成的并由交流电源驱动的LED灯被广泛运用。据统计，随着LED在照明方面的广泛应用，其在照明市场上的占有率已达到2％，而且其市场占有率还在逐年增长。

目前，驱动LED完成照明工作的方式主要有两种：一种是先将交流电整流成为直流电，然后经过电阻降压，供给发光二极管LED发光，这种方式的缺点是无稳压稳流功能，致使LED的发光效率低、寿命短；第二种电路是由开关电源供电，其缺点是电路元件总体体积大、元件多、成本高。最重要的是，以上两种工作方式都是纯直流供电环境，LED发光支路始终处于加电工作状态，电功耗非常大，不利于节能，在电力资源日益紧张的情况下，节约电能无疑是一个重要课题。

因此，在LED被广泛应用于照明市场的同时，提高LED的发光效率实属必要。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可提高发光效率的LED照明电路；

本发明的第二目的是提供一种提高LED发光效率的方法。

为实现上述目的，本发明给出的LED照明电路包括：交流电源连接部分、将交流电整流的桥式整流电路、接受桥式整流电路输出电流的LED阵列、与LED阵列串连的电感构成的发光支路、与发光支路反向并联的快恢复二极管、脉冲产生单元和MOSFET功率管(金属氧化半导体场效应管)，其中，脉冲产生单元和MOSFET功率管控制LED的工作状态，使照明系统工作在脉冲电压的环境下，利用视觉暂留效应，LED阵列在节能的前提下保持了发光效果，发光效率得到了提高。

本发明给出的提高LED发光效率的方法包括以下步骤：

1、将一电感与LED阵列串联，组成发光支路，将一快恢复二极管与发光支路反向并联；

2、使用脉冲产生单元和MOSFET功率管对LED中的电流通断进行控制；

由于采用脉冲产生单元和MOSFET功率管控制LED的工作状态，使照明电路中的LED工作在脉冲电压的环境下，由于视觉暂留效应，人们将获得与LED工作在直流电压环境下相同的视觉效果，LED阵列在保持相同发光效果的前提下节约了电能，从而使发光效率得到了提高。

照明电路的具体结构及提高发光效率的具体方法体现在后述的具体实施方式中。

附图说明

图1是依据本发明LED照明电路实施例的电路图；

图2是本发明LED照明电路另一实施例的电路图；

图3是加载在发光支路上脉冲电压的波形示意图；

以下结合各实施例及其附图作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本发明所述的LED照明电路1包括交流电源连接部分10、桥式整流电路11、电感L1、快恢复二极管D5、LED阵列、脉冲产生单元12和MOSFET功率管Q1。

交流电源连接部分10与交流电AC相连接，用于取得市电电源。经过桥式整流电路11可得到LED照明电路需要的直流电源，电容C用于滤波，图1中所示的桥式整流电路11采用通用结构，即，包括D1～D4只二极管及a、b、c、d四个节点。

经过桥式整流电路11整流后的电流从节点b流出并形成两条支路，一路进入到包含有LED阵列(LED1～n)和电感L1的发光支路中，驱动LED阵列发光；另一路流经分压电阻R1、R2，其中分压电阻R1、R2之间有一节点e，分压后的电流经节点e进入到包含脉冲产生单元12和MOSFET功率管Q1的控制支路中。

图1所示的实施例中，发光支路中的LED阵列与电感L1串联，电感L1的参数取决于LED阵列中所包含的LED的数目，即，电感L1有分压作用，保证了所有LED均工作在额定工作电压下。反向设置的快恢复二极管D5与发光支路并联，其作用是在Q1关断时能将L1两端的电压快速释放。

本发明中的发光二极管也可用于多种阵列方案。如图2所示的另一实施例，其采用多种相同或不同颜色的LED用串、并联方式来组成各种不同的LED阵列。

结合图2，控制支路中的脉冲产生单元12是一个专用IC，其中包括稳压电路模块A和频率振荡电路模块B。这两个电路是常用的电路，因此图1略去具体电路结构。脉冲产生单元12的作用是产生的图3所示的脉冲电压。此脉冲电压在t₁时间段内V＝0，在t₂时间段内V＝V_T，即，脉冲电压的占空比为t₂∶t₁。由于V_T大于MOSFET功率管Q1的开启电压，因此可使得MOSFET功率管Q1在t₂时间段内处于导通状态，即，使发光支路同时加载电流而使LED导通工作，而在t₁时间段内，由于V＝0，因此MOSFET功率管Q1处于截止状态，发光支路失去MOSFET功率管Q1的输出电流而使LED熄灭以达节能功能。

以下说明快恢复二极管D5的工作原理，当电压V_T产生时(t₂时间段内)，MOSFET功率管Q1的D脚处于低压导通状态，此时二极管阵列工作，快恢复二极管D5处于截止状态；当V_T消失时(t₁时间段内)，MOSFET功率管Q1的D脚处于截止状态，此时，发光支路与桥式整流电路之间处于断开状态，而电感L1、快恢复二极管D5、LED阵列组成一个放电回路，电感L1中储存的电能通过快恢复二极管D5释放给LED阵列。在上述电路中，选择适当的脉冲电压及频率和脉宽比，那么，即使在MOSFET功率管Q1的D脚处于截止状态时，只要LED阵列停止发光的时间短于人类视觉上的视觉暂留时间，因此LED阵列的照明效果得到了持续。由于MOSFET功率管Q1的D脚处于截止状态时，LED阵列没有从桥式整流电路获取电能，而利用视觉暂留效应，人们得到了与LED工作在恒压环境下相同的视觉效果。因此，达到了节能的目的。换言之，LED阵列的发光效率得到了提高。

通过实验和测试证明，如果选择脉冲电压的占空比为1∶4，那么，当LED阵列中的电流同为10mA时，本实施例中LED的亮度比纯直流电工作条件下提高了四倍以上；同样选择脉冲电压的占空比为1∶4，在相同的照度46LUX(勒克斯，照明单位)的情况下，本实施例中的LED功率损耗仅为纯直流条件下的五分之一。

上述理论和实践都可以证明，由于采用了脉冲产生单元12以及MOSFET功率管Q1对LED的导通和断开进行控制，使得电路工作在脉冲电流的环境下；在视觉暂留效应下，LED的发光效率得到了提高，相较于直流工作环境而言，节省了照明所需的能源。

根据上述实施例，本发明所述的提高LED发光效率的方法包括以下步骤：

2、使用脉冲产生单元和MOSFET功率管对LED阵列中的电流通断进行控制。

更好的方法是用多种相同或不同颜色的LED构成上述LED串、并联阵列，并使脉冲产生单元输出矩形波电压。

本发明的工作范围只要使加载到LED发光支路上的矩形波具有视觉暂留现象极限之内的占空比均可实现。

上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不仅仅局限于上述实施例所描述的实施方式。例如，桥式整流电路11也可以换成其它形式的适合本发明的整流电路；LED阵列中的LED数目以及种类是可以根据实际情况改变的，LED之间的连接方式也可以采用并联以及混联等方式；脉冲产生单元也可以采用其它的结构，只要能产生本发明所需的脉冲电压即可；脉冲电压的占空比和频率，除上述实施例中所述的频率和脉宽比外，还可根据不同的LED工作参数来调节不同的频率和脉宽比。上述的改变在电学领域中都是常见而且易于思及的，因此诸如此类的微小改变以及等效变换均应包含在权利要求所述的范围之内。

Claims

1.发光二极管照明电路，包括：

交流电源连接部分，用于接受交流电流；

整流电路，用于将交流电转换为直流电；

发光二极管阵列，包含至少一个发光二极管，其接受整流电路输出的直流电流；

电感，其与发光二极管阵列串连，组成发光支路；

快恢复二极管，其与所述发光支路反向并联；

其特征在于：所述发光二极管照明电路进一步包括脉冲产生单元和MOSFET功率管，其中脉冲产生单元和MOSFET功率管控制发光二极管阵列的通断状态，使发光二极管阵列工作在脉冲电压的环境下。

2.根据权利要求1所述的发光二极管照明电路，其特征在于：所述发光二极管阵列包括多种相同或不同颜色的发光二极管串联、并联或串并联所构成。

3.根据权利要求1所述的发光二极管照明电路，其特征在于：所述脉冲产生单元包括稳压电路以及频率振荡电路。

4.根据权利要求1所述的发光二极管照明电路，其特征在于：所述脉冲产生单元包括频率振荡电路。

5.根据权利要求1至4任一项所述的发光二极管照明电路，其特征在于：所述脉冲产生单元输出矩形脉冲电压。

6.根据权利要求5所述的发光二极管照明电路，其特征在于：所述矩形脉冲电压具有不同的频率和占空比。

7.提高发光二极管发光效率的方法，包括

将一电感与发光二极管阵列串联，组成发光支路，将一快恢复二极管与发光支路反向并联；

将整流后的直流电压加载到所述发光支路，并使用脉冲产生单元和MOSFET功率管对所述发光支路中的电流进行通断控制。

8.根据权利要求7所述的提高发光二极管发光效率的方法，其特征在于：所述发光二极管阵列包括多种相同或不相同颜色的发光二极管串联、并联或串并联所构成。

9.根据权利要求7所述的提高发光二极管发光效率的方法，其特征在于：所述脉冲产生单元及MOSFET功率管提供加载到所述发光支路两端的矩形脉冲电压。

10.根据权利要求9所述的提高发光二极管发光效率的方法，其特征在于：所述矩形脉冲电压具有不同的频率和占空比。