CN200979092Y

CN200979092Y - 串联型led灯组发光装置

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Publication number: CN200979092Y
Application number: CNU2006201543519U
Authority: CN
Inventors: 姚荣湘
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2016-12-07
Also published as: WO2008067750A1

Abstract

本实用新型涉及一种串联型LED灯组发光装置，其包括电源电路，相互串联的LED阵列，LED灯组控制单元以及开关电路，本实用新型串联型LED灯组发光装置在采用串联的LED阵列的同时，通过开关电路解决了各灯组独立工作的控制问题，由于采用串联LED阵列，相比于现有技术而言具有废热少、发光效率高的优点，电路的稳定性也更高。

Description

串联型LED灯组发光装置

技术领域

本实用新型涉及一种改进了的串联型LED灯组发光装置。

背景技术

随着半导体LED(发光二极管)制作技术的进步，LED发光装置的广泛应用成为现实。最典型的，由红、绿、蓝三种原色LED组装成的LED灯组发光装置得到了广泛应用。由于LED本身具有节约电能、使用寿命长的优点，而由三原色LED组合成的LED灯组发光装置能够通过三原色的组合发光产生各种色彩上的变化，因此，这种彩灯具有色彩丰富、功能多样化等优点。上述的这些优点使得LED照明技术成为市场的主流趋势。

一般而言，为了达到彩灯的颜色变化效果，需要将三原色(红、绿、蓝)的LED并联，然后通过开关适当地控制其组合发光，另一方面，单个的LED功率较小，往往达不到照明所需的亮度，因此，在需要达到较高亮度的情况下，又需要将多个同色的LED串联成一组。例如图1中所揭示的一种现有的LED灯组发光装置1，其包括电源电路10，LED阵列11，LED灯组控制单元12，防反流二极管D1，稳压管Z1，滤波电容C2，带阻三极管(基极带有偏压和泄放电阻)Q1、Q2、Q3以及限流电阻R1、R2、R3。其中，LED阵列11包括三路并联的LED灯组(典型的，采用红、绿、蓝三原色)，在每条支路中，又包含若干个同色LED(典型的，采用8个LED串联)。

电源电路10采用电容降压限流式电源，这是因为LED需要低压直流驱动，LED照明装置限于体积、成本和安全因素所限，不适于采用变压器进行降压，交流电AC(例如220V市电)通过降压电容C11的限流降压后再经过桥式整流器BRG1整流，最后成为直流电源(V+)供LED阵列11使用，电阻R12为降压电容C11的泄放电阻，电阻R11是瞬间电流保护电阻，这种电容降压限流式电源是非常公知的现有技术，在此不作赘述。稳压管Z1连接在LED阵列11共阳极端与地之间，起稳压作用；滤波电容C2也连接在LED阵列11的共阳极端与地之间，起滤波作用；防反流二极管D1连接在LED阵列11的共阳极端与电源电路10之间，其作用是防止滤波电容C2中储存的电能释放到LED灯组控制单元12中(电容一般都有存储电能的作用)，影响其正常工作；带阻三极管Q1、Q2、Q3根据LED灯组控制单元12的控制信号按特定时序分别控制三条支路的导通和断开，使得LED灯组发光装置1产生颜色上的变化。关于图1中的电路原理可以参考200610035871.2号中国发明专利申请中的描述，尤其是LED灯组控制单元12的内部结构与原理，在200610035871.2号中国专利申请中具有非常详尽的描述，在此不作赘述。

以下重点描述图1中的LED灯组发光装置1的缺陷：

如上文中所述，为了具备彩灯的各种颜色，LED阵列11中必须包含三原色单色灯，假设三条并联支路中，每条支路的正常工作电流为15mA(此电流即为LED的正常工作电流)，那么三条并联支路同时正常工作时的电流总和为45mA(此时LED灯组发出白色光)，但是，在大多数情况下，只需要组合其中两种颜色或者仅仅使用其中一种颜色，此时至少有一条支路是断开的，而由于电路中采用的是电容降压限流式电源，电源电路10的电流输出基本为固定值，因此，断开的支路中所结余的电流被稳压管Z1所消耗，这也是必须采用稳压管Z1的原因，否则结余的电流会烧坏工作状态下的LED支路，在这种情况下，可能有15mA～30mA的电流浪费在稳压管Z1上，稳压管Z1将产生很大的热量，这些废热使得LED灯组发光装置1在工作过程中温度较高；另一方面，连接在三极管Q1、Q2、Q3的集电极的限流电阻R1、R2、R3是串接在LED工作支路中的，也会有一定的发热，这也在一定程度上加剧了LED灯组发光装置1的发热，使得LED灯组发光装置1的使用寿命大大缩减，工作稳定性也不高。

如果是在需要控制亮度的LED灯组发光装置中(三条支路中的LED均为白光LED，则可以通过上述电路控制亮度)，相同的问题依然存在。

本实用新型正是要解决上述技术难题，在保证发光效果和功能的前提下，减少电路中废热的产生，使得电路的发光效率提高，工作性能更稳定。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够减少废热产生、提高发光效率的串联型LED灯组发光装置。

为实现上述目的，本实用新型所述的串联型LED灯组发光装置，包括：

电源电路；

LED阵列，包括多组LED，所述多组LED之间相互串联，其中每组中至少包括一个LED；

LED灯组控制单元，与电源连接并分别控制上述多组LED；

开关电路，连接于LED阵列与LED灯组控制单元之间，其根据LED灯组控制单元的控制信号控制上述多组LED在电路中的工作状态。

由以上方案可见，本实用新型所述的串联型LED灯组发光装置在采用串联的LED阵列的同时，通过开关电路解决了各灯组独立工作的控制问题，由于采用串联LED阵列，相比于现有技术而言具有废热少、发光效率高的优点，电路的稳定性也更高。

附图说明

图1是一种现有的LED灯组发光装置的电路图；

图2是本实用新型串联型LED灯组发光装置的较佳实施例的电原理图；

图3是实现图2中电路结构的一种具体电路图。

具体实施方式

参见图2所示的框图，图2整体揭示了本实用新型串联型LED灯组发光装置2的较佳实施例的电原理图，其包括电源电路21、反流防止元件22、LED阵列23、LED灯组控制单元28以及开关电路，开关电路包括若干个NPN型和PNP型的三极管(27A、26N、27N、26Z等)，后文中讲详细描述。

由于图2只是电原理图，因此其中的各元件并未具体化，重点在于介绍元件之间的连接关系。本实用新型串联型LED灯组发光装置2最大的特点在于：LED阵列23中的LED根据颜色的不同分成若干个灯组，且灯组之间采用串联方式连接，图2中画出了三个具体的灯组：前端灯组24A、中间灯组24N以及末端灯组24Z，显然，中间灯组24N又可以分成若干个灯组。每个灯组中至少包括一个LED(为了保证亮度，一般包括8个以上的LED)，滤波电容25A、25N、24Z分别并联在前端灯组24A、中间灯组24N、末端灯组24Z的两端，即，每个灯组对应一个滤波电容，这些灯组使用独立的滤波电容后可以保证各灯组不受外来储电电容产生的瞬间电流的冲击。

由于本实用新型串联型LED灯组发光装置2采用了串联型的LED阵列23，因此LED的总工作电流很小，仍然以15mA为例，本实用新型串联型LED灯组发光装置2的总工作电流为15mA，因此，只需要将电源电路21的输出电流限制在15mA左右，则可以保证LED阵列总是保持正常的工作电流，而且，即使需要某灯组中的LED停止工作，由于串联电路的电流基本保持不变(15mA)，不会有多余的电流被电路中的耗能元件所吸收，也不需要像现有技术那样采用稳压管，导致废热的大量产生。

由于本实用新型串联型LED灯组发光装置2采用了串联型的LED阵列23，因此，需要设置特别的开关电路，可以分别控制每个灯组的工作状态而不影响其它灯组的正常工作状态，当然，也可以看作是给每个灯组设置一个单独的开关分电路，然后将开关分电路组合或者集成为一个集成电路(IC)。图2中揭示了一种采用PNP和NPN型的开关三极管组合成的开关电路，三个灯组的开关分电路各有不同，其中前端灯组24A的开关分电路采用PNP+NPN开关三极管的组合27A，中间灯组24N的开关分电路采用NPN开关三极管26N和PNP+NPN开关三极管组合27N的组合，末端灯组24Z的开关分电路采用NPN开关三极管26Z，采用上述具体电路的原因和效果以及具体的电路连接方式将在图3中作详细介绍。

结合参照图3中所示，图3是实现图2中所示的电路结构的一种具体电路。其中电源电路21采用与图1中的电源电路10相同的结构，仅仅是将桥式整流电路BRG11具体化，在此不作重复叙述。

反流防止元件22采用二极管D1，防止滤波电容C1、C2、C3的储能释放到LED灯组控制单元28中。LED阵列23采用24个串联的LED，分成三个灯组：LED1-LED8为蓝色LED灯组(对应前端灯组24A)，LED9-LED16为红色LEDLED灯组(对应中间灯组24N，即，中间灯组24N仅包括一组红灯)，LED17-LED24为绿色灯组(对应末端灯组24Z)。

LED灯组控制单元28的电路结构可以参考中国专利申请200610035871.2号中的描述，在此简述如下：二极管D21也是反流防元件，三极管Q21、Q22和电阻R21、R22、R23组成三端稳压电路，输出5V的电压供单片机U1工作，电容C21为此三端稳压电路的滤波电容；三极管Q24与电阻R26、R27、R29以及电容C25、C26组成复位电路，供单片机U1在断开电源前复位；电阻R28、电容C27组成RC振荡电路，为单片机U1提供外部时钟，控制彩灯颜色跳变的周期；三极管Q23、电阻R24以及电容C22、C23组成掉电检测电路，其可以利用灯具的电源开关的打开或关闭来控制彩灯颜色的变化或其它功能，电阻R25为三极管Q23的集电极负载电阻；电容C24为储能电容，其储存的电能可在断电后供单片机U1短时工作；单片机U1中包含预设的程序，用于产生控制信号，控制各开关分电路的状态。总之，灯组控制单元28的作用是控制上述的多组LED，其具体结构不是本实用新型的发明点所在，在此不作赘述。

开关电路连接于LED阵列23与LED灯组控制单元28之间，其根据上述LED灯组控制单元28中的单片机U1的控制信号控制上述三组不同颜色的LED灯组在电路中的导通和短接，短接即被短路，电流不从其中流过，在导通状态下，LED处于正常发光的工作状态，在短接的状态下，被短接的LED处于不发光的非工作状态。开关电路包括带阻三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，其中，三极管Q1、Q4组成蓝色前端灯组24A的开关分电路，控制前端灯组24A的导通或短接，电阻R1为限流电阻，避免带阻三极管Q1的基极偏压电阻超负荷工作而损坏；三极管Q2、Q6共同组成红色中间灯组24N的开关分电路，控制中间灯组24N的导通或短接，三极管Q5则为控制中间灯组24N和末端灯组24Z同时导通或短接用；三极管Q3为绿色末端灯组24Z的开关分电路，控制末端灯组24Z的导通或短接。

以下重点描述开关分电路的工作原理：

结合参照图2、图3所示，NPN型开关三极管26N、26Z(即三极管Q5、Q3)的集电极连接各灯组之间的连接点，其发射极接地，基极则分别连接到单片机U1的对应控制管脚，通过接收高电位信号而将三极管Q5或Q3之后所有的灯组均短接。

PNP+NPN开关三极管组合27A(即三极管Q1+三极管Q4)和27N(三极管Q2+三极管Q6)则分别连接在除末端灯组24Z之外的其它各相应灯组与LED灯组控制单元28之间，三极管Q1+三极管Q4的连接方式如下：PNP三极管Q1的发射极与集电极分别连接对应灯组第一个LED的阳极和最后一个LED的阴极，基极则通过限流电阻R1连接到NPN三极管Q4的集电极，NPN三极管Q4发射极接地，而基极连接到单片机U1的对应引脚，三极管Q2+三极管Q6的连接关系与上述三极管Q1+三极管Q4的连接关系相同，只是不需要设置限流电阻R1，前端灯组24A与任何一个中间灯组24N可以通过上述PNP+NPN开关三极管组合进行导通或短接的控制，进而控制对应灯组的工作状态，产生各种颜色的变化效果。需要强调的是，如果需要使得某灯组和其后的所有灯组都处于不工作的状态，由于PNP三极管Q1、Q2的偏压趋近于零，无足够偏压驱动PNP三极管Q1、Q2完全关闭，可能使得对应灯组处于半明亮状态，影响变色效果，在这种情况下就需要借助上述NPN型开关三极管26N(对应三极管Q5)进行操作，达到更好的技术效果。

综上所述，本实用新型串联型LED灯组发光装置2在采用串联的LED阵列的同时，解决了各灯组独立工作的控制问题，由于采用串联LED阵列，相比于现有技术而言具有废热少、发光效率高的优点，电路的稳定性也更高。

当然，上述实施例仅仅是较佳实施例，本实用新型还可以根据上述实施例作出一些等效的变化，例如，如果小功率的PNP带阻三极管无法驱动大功率LED，则可以将其拆解为独立的大功率PNP开关三极管和独立的基极偏压电阻、基极泄放电阻三个元件；如果小功率的NPN带阻三极管的放大倍数不足或耐流参数不够时，可以改为较大功率的达灵顿双三极管，即可解决这些问题，当然，如果不考虑成本的因素，三极管的功能也可以采用场效应管代替，这是本领域内技术人员可以很容易思及的；上述开关电路仅仅是一种较佳的实施方式，可以在满足独立控制各灯组的情况下采用其它的电路开关方式，同时，根据内置程序的不同，LED灯组控制单元也可以采取其它的结构；如果采用大功率的LED，则可以在LED灯组控制单元中增加升压电路，避免由于部分LED在不工作的状态下拉低电压，影响LED灯组控制单元的正常工作，这也是较为惯用的技术手段，同时，为了避免大功率LED中的较强瞬间脉冲破坏LED的内部结构，可以在每组LED两端并联可吸收突波的二极管；各组LED内所包含的LED之间可以是上述实施例所揭示的串联关系，当然也可以是并联关系或混联关系，只需要保证各组LED之间是串联关系即可。需要重点强调的是，尽管上述所有描述中均突出了本实用新型在彩灯中的应用，但是，如果将个灯组都设定成一种颜色，例如，所有的LED都采用白色，那么上述的色彩变化控制自然转换为颜色亮度上的变化控制(参与发光的LED组数越多，其照明亮度自然越高)，这在某些场合也是需要的，这种应用是根据上述描述可以直接推导出来的类似应用，各种诸如此类的等效变换均应包含在权利要求所述的范围中。

Claims

1、串联型LED灯组发光装置，包括

电源电路；

LED阵列，包括多组LED，其中每组中至少包括一个LED；

LED灯组控制单元，与电源连接并分别控制上述多组LED；

其特征在于：

所述多组LED之间相互串联；以及

2、根据权利要求1所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：每组LED中的LED之间并联、串联或者混联。

3、根据权利要求2所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：所述LED阵列包括发光颜色分别为红、蓝、绿的三组LED，其中每组LED中包括8个颜色相同的LED。

4、根据权利要求1所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：所述LED阵列中的各组LED的发光颜色均为白色。

5、根据权利要求1所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：所述LED阵列前端串接一个反流防止元件。

6、根据权利要求1所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：每组LED的两端均并联一个滤波电容。

7、根据权利要求1所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：所述电源电路为电容降压限流式电源。

8、根据权利要求1至7任一项所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：每组LED与LED灯组控制单元之间均设置有对应的开关分电路。

9、根据权利要求8所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：各组LED之间的连接点与地之间连接一个NPN型带阻开关三极管，此NPN型带阻三极管的集电极连接上述连接点，发射极接地，基极则分别连接到LED灯组控制单元的对应控制管脚。

10、根据权利要求8所述的串联型LED灯组发光装置，其特征在于：除最后一组LED之外的其它各组LED与LED灯组控制单元之间连接有PNP与NPN开关三极管组合，其中NPN开关三极管的发射极接地。