CN202159697U - 直接用交流电驱动的发光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种直接用交流电驱动的发光二极管，包括安装在反光杯内的2N个发光二极管芯片(2)和设置在导热底座(1)上表面的引线件(3)。发光二极管芯片(2)上方设置有透光介质(5)。引线件(3)上嵌有2块相互绝缘的金属片(4)。引线件(3)套在反光杯下部的外壁上，并固定在导热底座(1)上。金属片(4)通过焊在发光二极管芯片(2)上的金线(7)与驱动电源电连接。所述2N个发光二极管芯片(2)均匀分成A和B两组，并且每一组中的芯片各自串联在一起，串联后的两组反向并联。

Description

直接用交流电驱动的发光二极管
技术领域
本发明涉及生物声纳技术领域，具体地说，本发明特别涉及基于生物声纳技术的一种超声导盲方法及其便携式超声导盲装置。 
背景技术
目前发光二极管的芯片基材基本上是氮化镓和砷化镓两种，砷化镓材料的发光二极管，它的驱动电压基本上是2.8V左右，而氮化镓材料的发光二极管，它的驱动电压基本上是3.5V左右，总体都是低压的。又因为LED具有单向导电性，所以都采用直流恒流驱动，或者是单向脉冲驱动。所以在点亮LED时，就一定会用一个从交流到直流电并能降压的恒流电路，即驱动电路。该驱动电路一般使用寿命为两年，最多使用5年，远远低于发光二极管本身的寿命。由于该驱动电路的效率在60％-85％之间，所以使得LED的整体效率降低。而且发光二极管是一种对温度敏感的器件，散热十分重要，驱动电路在工作时也会发热，这就更增加了LED整体的散热难度。 
发明内容
本发明的目的在于：克服目前的LED都带有一个从交流到直流再降压恒流驱动电路，而该驱动电路本身的使用寿命远远低于发光二极管的寿命，并且驱动电路在工作时也会发热的缺陷；从而提出一种具有节能、直接用交流电驱动的LED；该LED省去了从交流到直流再降压的驱动电路，既降低了LED产品的生产成本，又利于降低芯片工作温度，提高了LED的可靠性和使用寿命。 
本发明的目的是这样完成的： 
本发明提出一种直接用交流电驱动的发光二极管，包括导热底座、安装在导热底座上的反光杯、发光二极管芯片和透光介质；其中，所述的发光二极管芯片安装在该反光杯内的导热底座上，该发光二极管芯片上方设置有透光介质；其特征在于，还包括一个设置在导热底座上表面的引线件，所述的引线件由绝缘材料做的圆形环，在该圆形环的侧壁上嵌有2块相互绝缘的导电的金属片；所述的引线件套在反光杯底部的外壁上，并固定在导热底座上，所述的导电金属片通过所述的发光二极管芯片上焊接有的金丝与驱动电源电连接； 
所述的发光二极管芯片为2N片LED芯片，N≥1；其中，2N片LED芯片为发同一波长光的芯片，2N片LED芯片均匀分成A、B两组，并且两组芯片各自串联在一起，然后两组反向并联。 
在上述的技术方案中，还包括所述的2N片LED芯片为发不同波长光的芯片，该2N片发光二极管芯片均匀分为A.B两组，每一组中的LED芯片具有相同波长光的芯片，且各种波长光的芯片彼此呈轴对称布置，每一组串联后两组再反向并联，并联后的引出线通过所述的金属片与驱动电路电连接。 
在上述的技术方案中，还包括一透镜或外罩，所述的透镜或外罩安装在反光杯上口上。 
在上述的技术方案中，所述的引线件的圆环一侧开有2个竖槽，或两侧分别开有一竖槽，2块金属片分别嵌入竖槽内，并固定在引线件中。 
在上述的技术方案中，所述的两金属片4是铜片，或是镀金或镀银的金属片，两金属片之间，以及该金属片和金属底座之间有足够的绝缘强度，足以承受供电电压。 
在上述的技术方案中，所述的底座可以采用各种型式的功率型LED底座，例如SMD底座，MPCB底座或是本人发明的ZL02826127.5号专利中的底座，以便实现了良好的热连接。 
在上述的技术方案中，所述的发光二极管芯片的数量，由以下公式计算得到：N＝V交流/Vf
式中：V交流为驱动LED的交流电压有效值； 
Vf为所用LED芯片的正向压降； 
例如：选定驱动LED的交流电压是12V，对制作白光LED所用的LED芯片，正向电压的典型值是3.5V，输入的交流电压是12V；则： 
N＝12/3.5＝3.4≈4；芯片只能取整数，所以取4个。即一组4个蓝光LED芯片串联，如果是A、B两组的话，就需要4×2＝8个蓝光LED 芯片。 
若是红光LED芯片，正向压降的典型值是2.8V；则： 
N＝12/2.8＝4.3；应选用5粒芯片串联。 
在上述的技术方案中，所述的LED芯片的尺寸规格由以下公式得到：If＝P/V交流
式中：If为流过芯片的正向额定电流； 
P为发光二极管的额定功率； 
V交流为发光二极管输入交流电压； 
所以芯片的尺寸规格由输入电压和设定的LED的功率确定； 
知道了If就可以从芯片供应商提供的资料中找到相应尺寸规格的芯片。例如我们要制作一个5W白光的发光二极管，它的输入交流电压为12V，则流过单路发光二极管的电流为： 
If＝5/12＝0.4A。 
在目前批量生产的芯片中最接近此电流值的是面积为1.15mm×1.15mm的芯片，所以可以选用8粒1.15mm×1.15mm的芯片，分成两组每组四粒，每组中的四粒芯片串联，然后经串联后的两组反向并联。 
在上述的技术方案中，所述的透光介质，例如硅胶或环氧树脂等，也可以在硅胶中加颜料或光转换材料，如果要制成白光LED，就应该用发蓝光芯片上方覆上黄色荧光粉。 
本发明制作的LED适用的交流电频率可以从几赫兹到几十千赫兹。 
本发明直接用交流电驱动的功率型发光二极管具有如下的优点： 
1.本发明的LED组件省去了现有LED应用产品中的驱动电路(从交流转变为直流再降压用的驱动电路)，因此大大地降低了发光二极管产品的生产成本。 
2.本发明的发光二极管组件更为节能，现在已有的直流LED的驱动电路，在工作时也需要消耗能量，因为本发明制作的LED组件中不需要原有的驱动电路了，因此没有这部分能量的消耗了，所以更节能。 
3.本发明发光二极管组件省去了驱动电路，有利于降低芯片工作温度，提高了可靠性和使用寿命。因为在本发明LED组件中，对具体的某个芯片而言，它只是一半时间在工作，另一半时间是不工作的，产生的热量就少了，所以芯片的温度会比较低，这样提高了发光二极管的可靠性，延迟了光衰，增加了寿命。 
附图说明
图1a是本发明交流驱动的发光二极管结构剖面图 
图1b是图1a交流驱动的发光二极管俯视图 
图2是本发明的LED中具有多个发光二极管芯片电连接示意图 
图3a是本发明LED中2N个芯片分为2组，每一组芯片按照半圆弧形排列和芯片电连接关系的示意图 
图3b是本发明LED中的2N个芯片分为2组，芯片按照矩阵形排列和芯片电连接关系的示意图 
图3c是本发明发光二极管的芯片、底座和引线件安装剖面图 
图4a是本发明LED中的一种长条形底座上安装芯片的结构俯视图 
图4b是图4a的剖面图 
图5是本发明LED中用多种波长LED芯片进行混光制作的LED的芯片排列和芯片电连接关系的示意图 
图6a是本发明LED中的一种引线件结构示意图 
图6b是本发明发光二极管中的另一种引线件结构示意图 
图面说明： 
1-导热底座        2-芯片 
3-引线件          4-金属片 
5-透光介质        6-透镜或外罩 
7-金丝            8-芯片安装区 
9-底座的斜侧边    10-斜侧边上表面 
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 
具体实施方式
实施例1 
参考图1a和1b，制作一本发明的用交流电驱动的LED。 
本实施例的导热底座1可以采用各种型式的功率型LED底座，例如图1a所示的底座，或SMD底座，MPCB底座或是本人持有的ZL02826127.5号专利中的任意一种底座，以便实现了良好的热连接。 
本实施例的引线件3用塑料制作成圆环形，其内径为16mm，与导热底座1上安装的反光杯底部外径相同，引线件3的厚度为3.5mm；在引线件3的侧壁开2个竖槽(如图6b)，或者在相对的2侧壁上分别开有竖槽，在竖槽内嵌有2块相互绝缘的导电用的金属片4(如图6a)，本实施例金属片4采用镀银的铜片(两金属片之间，以及该金属片和金属底座之间有足够的绝缘强度，足以承受供电电压)，引线件3设置在导热底座1上表面；该引线件3的金属片4通过所述的发光二极管芯片上焊接有的金丝7与驱动电源电连接；发光二极管芯片2安装在反光杯内的导热底座1上，该发光二极管芯片2上方设置有透光介质5。 
本实施例的发光二极管芯片的数量为2N片，其中，N≥1；N由以下公式计算得到：N＝V交流/Vf
式中：V交流为驱动LED的交流电压有效值； 
Vf为所用LED芯片的正向压降； 
在本实施例中选用发光波长为525mm的绿光芯片，正向压降为3.5V，驱动该LED的交流电压为20V，N＝20/3.5＝5.7个，取整数，即每组为6个芯片串联，A、B两组共需要6×2＝12个绿光LED芯片。 
本实施例的LED芯片的尺寸规格由以下公式得到：If＝P/V交流式中：If为流过芯片的正向额定电流； 
P为发光二极管的额定功率，本实施例为7W； 
V交流为发光二极管输入交流电压，本实施例为20V；则上述公式计算得到流过单路发光二极管的电流为：If＝7/20＝3.5A。 
根据If就从芯片供应商提供的资料中，找到芯片尺寸为1.0mm×1.0mm的，即可以符合要求。将A组6个芯片排成一行相互间串连，B组6个芯片也排成一行相互间串连。但B组芯片正、负极位置和A组相反，两组芯片电极引出到引线件上，形成反向并连。 
参考图2：12V的交流电从引线件输入LED。 
本实施例中还可以包括一透镜或外罩6，所述的透镜或外罩6可以起到调节光强分布的作用，该透镜或外罩6使用常规LED中的透镜或外罩，安装在常规LED反光杯的上口上。 
本发明制作的LED可以用市电直接驱动，也可以经过变压器降压或阻容降压等方式降低电压后驱动，例如12V、24V等，不过对不同的驱动电压会有不同数量的芯片。 
实施例2 
参考图3a，3b，3c，制作一个用12V交流电驱动的5W白光LED。 
依据本发明中提出的确定一组LED芯片数量和规格的方法，即本实施例根据公式：N＝V交流/Vf
式中：V交流为驱动LED的交流电压有效值(预先设计的)； 
Vf为所用LED芯片的正向压降(生产厂家提供)来计算。 
首先选定驱动LED的交流电压是12V，对制作白光LED所用的LED蓝光芯片，正向电压的典型值是3.5V，输入的交流电压是12V；则： 
N＝12/3.5＝3.4≈4；即一个组用4个蓝光LED芯片2串联，A、B两组，需要4×2＝8个蓝光LED芯片2。 
本实施例根据以下公式选取所需的LED芯片2的尺寸规格，即根据：If＝P/V交流
式中：If为流过芯片的正向额定电流； 
P为发光二极管的额定功率； 
V交流为发光二极管输入交流电压； 
所以芯片2的尺寸规格由输入电压和设定的LED的功率确定； 
根据If就可以从芯片供应商提供的资料中，找到相应尺寸规格的芯片。例如要制作一个5W白光的发光二极管，它的输入交流电压为12V，则流过单路发光二极管的电流为： 
If＝P/V＝5/12＝0.4，即通过每组LED的电流为400mA。 
查阅相关的芯片资料可知，最接近此电流值的是面积为1.15mm×1.15mm的芯片，可以满足电流的需求。所以可以选用8粒1.15mm×1.15mm的芯片，分成两组，每组四粒蓝光LED芯片2，每组4粒LED蓝光芯片在导热底座1上排列的方式可以是弧形的，如图3a所示，也可以是矩形的，如图3b所示；两组LED芯片2正负极的方向相反，每组4个LED芯片2以串联方式电连接，串联后的两组再反向并联，蓝光LED 芯片2上面覆以透光介质5，本实施例的透光介质5采用透明硅胶和荧光粉的混合材料，让LED组件发出白光。 
本实施例的导热底座1采用本人发明的ZL02826127.5号专利中的底座，如图3c所示。 
参考图6a和图6b，本实施例的引线架3采用一个与导热底座1相匹配的圆环状的塑料环，塑料环高度为：2.5～5.0mm，并在垂直于塑料环方向开竖槽，2块铜的金属片4宽1～2mm长8～12mm，两块相互绝缘的金属片4沿塑料环两侧或一侧嵌入，并固定在其中，该引线架3沿导热底座1的四周的斜侧边9设置在导热底座1的上表面，所选的LED芯片设置在引线架3内的导热底座1的芯片安装区8内。 
透光介质5设置在LED芯片上方，该透光介质5是高透光率的光学材料，例如硅胶、环氧树脂，或掺加颜料的光学材料，或是掺加光转换材料的光学材料均可以。 
实施例3 
参考图4a和图4b，制作一个用24V交流电驱动的3W白光LED，该LED驱动电压为交流24V，单个功率为3W。 
每组芯片数量：N＝24V/3.5V＝6.8个≈7个 
流过每组芯片的电流If＝3W/24V＝0.125A  即125mA 
参考芯片生产商提供的资料可以选用面积为30mil×30mil(即0.75mm×0.75mm)的蓝光芯片。 
采用如图4a所示底座，它是用MPCB做成芯片安装区8为条形，在条形上表面的2角上有电器接线座，便于将几个这样的模块并连连接，本实施例中在长条形的底座中安放两行芯片，每行七粒蓝光芯片，串连成一组，两行芯片电极引出方向相反，如图4a所示，然后两组并联，输入24V交流电，在芯片上方涂布适当量的黄色荧光粉就可以形成白光LED。 
实施例4 
参考图5，用发红、绿、黄、蓝四种光的芯片混合组成一个用交流24V 驱动3W的LED；图中R表示红色LED芯片；B表示蓝色LED芯片； 
Y表示黄色LED芯片；G表示绿色LED芯片； 
因为输入的交流电压及对LED的功率要求都和实施例3相同，所以用的芯片数量相同。但是在本实施例中加入了发红光和发黄光的芯片，在相同电流下，它们的正向压降较低，所以数量上还要作些调整。在本实施例中每组选择3粒发黄光芯片、波长为585nm、2粒发红光芯片，波长为620nm、2粒发绿光芯片，波长为525nm、1粒发蓝光芯片，波长为460nm；所以一组中共8个芯片，共使用2组。 
总体正向压降为2.8V×5+3.5V×3＝14+10.5＝24.5V。 
每组共采用8粒芯片，芯片面积为30mil×30mil，底座采用ZL02826127.5号专利中的LED底座。具体连接方式如图5所示，第一组8个芯片分布在园形的导热底座1的反光杯内的上半部(以中心线划界)，第二组在中心线的另一边。每一组中的8个芯片排列方式为距离中心线最近的一排为3个芯片，最外一排为2个芯片，中间一排为3个芯片，每一排中发红、绿、黄、蓝四种颜色的芯片固定位置没有要求；互交替可以便于光的混和。第二组中的8个芯片排列方式和第一组以轴对称排列，但二组中的芯片的正负极安放方向相反，每一组芯片之间的电连结为串连，连接次序以引线不发生交叉为原则。完成电连接后，在芯片上方覆盖掺有散射剂的光学材料的透光介质5，可以获得光色均匀的LED。 
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变型都应属于本发明所附的权利要求保护范围。 

Claims (8)

1.一种直接用交流电驱动的发光二极管，包括导热底座、安装在导热底座上的反光杯、发光二极管芯片和透光介质；其中，所述的发光二极管芯片安装在该反光杯内的导热底座上，该发光二极管芯片上方设置有透光介质；其特征在于，还包括一个设置在导热底座上表面的引线件，所述的引线件由绝缘材料做的圆形环，在该圆形环的侧壁上嵌有2块相互绝缘的导电的金属片；所述的引线件套在反光杯底部的外壁上，并固定在导热底座上，所述的导电金属片通过所述的发光二极管芯片上焊接有的金丝与驱动电源电连接；
所述的发光二极管芯片为2N片LED芯片，其中，N≥1，所述的2N片LED芯片为发同一波长光的芯片；该2N片LED芯片均匀分成A、B两组，并且两组中的芯片各自串联在一起，然后串联后的两组反向并联。
2.根据权利要求1所述的直接用交流电驱动的发光二极管，其特征在于，还包括所述的2N片LED芯片为发不同波长光的芯片，该2N片发光二极管芯片均匀分为A.B两组，每一组中的LED芯片具有相同波长光的芯片，且各种波长光的芯片彼此呈轴对称布置，每一组串联后两组再反向并联，并联后的引出线通过所述的金属片与驱动电路电连接。
3.根据权利要求1或2所述的直接用交流电驱动的发光二极管，其特征在于，还包括一透镜或外罩，所述的透镜或外罩安装在反光杯上口上。
4.根据权利要求1或2所述的直接用交流电驱动的发光二极管，其特征在于，所述的2N片发光二极管芯片中的N由下式计算：
N＝V交流/Vf
式中：V交流为驱动LED的交流电压有效值；
Vf为所用发光二极管芯片的正向压降。
5.根据权利要求1或2所述的直接用交流电驱动的发光二极管，其特征在于，所述的发光二极管芯片尺寸规格是由下式计算：
If＝P/V交流
式中：If为通过芯片的正向额定电流； 
P为发光二极管的额定功率；
V交流为发光二极管输入交流电压。
6.根据权利要求1所述的直接用交流电驱动的发光二极管，其特征在于，所述的底座是功率型LED底座、SMD底座或MPCB底座。
7.根据权利要求1所述的直接用交流电驱动的发光二极管，其特征在于，所述的引线件的圆环一侧开有2个竖槽，或两侧分别开有一竖槽，2块金属片分别嵌入竖槽内，并固定在引线件中。
8.根据权利要求7所述的直接用交流电驱动的发光二极管，其特征在于，所述的两金属片是铜片，或是镀金或镀银的金属片。 
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