CN205137133U - 一种led日光灯管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种LED日光灯管，其包括灯座、绝缘套管、LED光源模组、散热体和LED驱动板，所述灯座固定在所述绝缘套管的两端使之内部形成密闭空间，所述LED光源模组置于所述绝缘套管的密闭空间内，所述LED驱动板与所述LED光源模组电气连接，所述LED驱动板的交流电输入端由导线引出，所述散热体设置在所述绝缘套管内部的密闭空间中，且接触地置于所述LED光源模组的下方，其特征在于，所述LED光源模组包括彼此串联的n组LED组件，所述n组LED组件的LED芯片数量沿所述n组LED组件串联方向依次递增，其中n＝3。应用本实用新型能够大幅降低输入电流的谐波，提升LED的发光效率。

Description

一种LED日光灯管

技术领域

本实用新型涉及LED照明领域，尤其涉及一种LED日光灯管。

背景技术

发光二极管(LED，LightEmittingDiode)是由超导发光晶体产生超高强度的灯光，它发出的热量很少，由于其节能，工作电压低，寿命长，环保，高光效等性能，现在LED已被全球公认为新一代的环保型高科技光源。

LED的理想工作方式是采用恒流驱动，而现在的市电是正弦交流电，所以必须对电源进行转换。而普通的转换电源寿命远远短于LED的寿命，从而制约了LED照明装置的实际使用年限。

公告号为CN203151807U的中国专利公开了一种阻容降压LED驱动电路，这种方法结构简单、成本低，但功率因素较低(一般为0.2-0.5)且需要高压电容，这种电容体积较大，寿命远远低于LED，一旦电容损坏直接导致LED被击穿，导致整个灯报废。最新改进的恒流技术，首先整流，然后多颗LED组件以及与之串联的限流器件如恒流二极管，按照匹配的管压降串联在整流模块后，在串联的LED组件中间适当的加入开关，通过分段点亮的方式提高电源的利用率。经过大量实验发现，LED分段的比例对电源的利用率有很大的影响。目前的LED照明技术没有考虑到LED分段比例对电源利用率的影响，从而导致LED组件的利用率较低。

实用新型内容

针对现有LED日光灯照明技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种较优的LED分段的比例，降低输入电流的谐波，提高功率因素，提升LED的发光效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种LED日光灯管，其包括灯座、绝缘套管、LED光源模组、散热体和LED驱动板，所述灯座固定在所述绝缘套管的两端使之内部形成密闭空间，所述LED光源模组置于所述绝缘套管的密闭空间内，

所述LED驱动板与所述LED光源模组电气连接，所述LED驱动板的交流电输入端由导线引出，

所述散热体设置在所述绝缘套管内部的密闭空间中，且接触地置于所述LED光源模组的下方，

所述LED光源模组包括彼此串联的n组LED组件，所述n组LED组件的LED芯片数量沿所述n组LED组件串联方向依次递增，其中n＝3。

较佳地，所述散热体的长度大于或等于所述LED光源模组的长度，且所述散热体与所述LED光源模组的截面呈所述LED光源模组被所述散热体半包覆的结构；所述驱动板安装在所述散热体的下方，并置于绝缘套管内部的密闭空间中；所述散热体设置为条状型材。

较佳地，所述灯座的外侧设置有电极插针，所述LED驱动板通过导线连接到所述电极插针。

较佳地，所述LED驱动板上的交流驱动电路包括恒流控制模块和整流模块，所述恒流控制模块连接在所述LED光源模组和所述整流模块之间。

较佳地，所述整流模块包括由四个二极管组成的第一整流臂和第二整流臂，第一整流管和第二整流管串联构成所述第一整流臂，第三整流管和第四整流管串联构成所述第二整流臂；所述整流模块的二极管为普通整流二极管，或者为肖特基二极管。

较佳地，所述恒流控制模块包括第一恒流控制单元、第二恒流控制单元和第三恒流控制单元，所述恒流控制单元为恒流二极管。

较佳地，交流电的第一输入端连接在第一整流管正端、第二整流管负端；第二整流管正端连接在第四整流管正端；第二输入端连接在第三整流管正端、第四整流管负端；第三整流管负端连接在第一整流管负端；第一LED组件的正端与第一整流管、第三整流管的负端连接；第一LED组件的负端与第二LED组件的正端连接后再连接到第一恒流控制单元；第二LED组的负端与第三LED组件的正端连接后再连接到第二恒流控制单元；第三LED组件的负端连接到第三恒流控制单元。

较佳地，所述LED光源模组包括LED芯片数量比为3:4:5的第一LED组件、第二LED组件、第三LED组件，并且在所述LED日光灯管的启动阶段，所述LED驱动板上的交流驱动电路按照第一LED组件、第二LED组件、第三LED组件的顺序点亮所述LED光源模组。

较佳地，所述LED光源模组的第一LED组件、第二LED组件、第三LED组件的初始点亮时间分别为t1，t2，t3。

较佳地，取所述LED光源模组的第一LED组件、第二LED组件、第三LED组件的实际LED芯片颗数比为20:27:33，计算t1，t2，t3，取每一颗LED芯片的阈值为2.5V，三段LED组件的开启电压分别为75V，117.5V，200V，

75＝311*sin(t1)

117.5＝311*sin(t2)

200＝311*sin(t3)

解得：t1＝14

t2＝22

t3＝40

得到三段的导通时间比为1：2.25：6.25。

从上述技术方案可见，本实用新型提供一种LED日光灯管，包括：灯座、绝缘套管、LED光源模组、散热体和LED驱动板，LED驱动板上的交流驱动电路包括整流模块和恒流控制模块，整流模块对输入的驱动电压进行整流后输出至LED光源模组，恒流控制模块随着驱动电压的上升，依次关闭，并控制流过LED光源模组的电流恒定，使串联起来的LED光源组件自动适应驱动电压的变化，大大提高了电压利用率，提高功率因数。采用递增方案，LED线路的功率因数大大提高，输入的电路谐波大幅降低，LED的发光效率得到提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖面图；

图3为交流电直接驱动LED电路原理图；

图4为输入整流模块的电压波形示意图；

图5为整流模块输出的整流后的电压波形示意图；和

图6为递增方案得到的输入端电压波形示意图。

附图标记列表

3：灯座4：绝缘套管5：LED光源模组7：散热体

8：驱动板9：电极插针101：第一整流管102：第二整流管

103：第三整流管104：第四整流管201：第一恒流控制单元

202：第二恒流控制单元203：第三恒流控制单元

301：第一LED组件302：第二LED组件303：第三LED组件

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例进一步详细说明本实用新型，本实用新型的示意性实施例以及说明仅仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

现有的LED日光灯管照明装置，采用阻容压降的方法驱动LED电路，存在功率因数较低，需要高压电容体积较大的缺点，同时，高压电容的寿命远小于LED灯管的使用寿命。

本实用新型实施例中，针对现有技术的不足，提供一种LED日光灯管，采用最新的恒流驱动技术，通过分段点亮LED组件的方式提高电源的利用率，并设置最优的分段比例，提高LED组件的发光效率。

图1为本实用新型的结构示意图。如图1所示，本实用新型是一种LED日光灯管100，其包括灯座3、绝缘套管4、LED光源模组5、散热体7和LED驱动板8。灯座3固定在绝缘套管4的两端使之内部形成密闭空间，LED光源模组5置于绝缘套管4的密闭空间内。

LED驱动板8与LED光源模组5电气连接，LED驱动板8的交流电输入端由导线引出。

散热体7设置在绝缘套管4内部的密闭空间中，且接触地置于光源模组5的下方。

LED光源模组5包括彼此串联的n组LED组件，n组LED组件的LED芯片数量沿n组LED组件串联方向依次递增，其中n＝3。

图2为沿图1中A-A线的剖面图。参见图2，散热体7的长度大于或等于LED光源模组5的长度。且散热体7与LED光源模组5的截面呈LED光源模组5被散热体半包覆的结构。

驱动板8安装在散热体7的下方，并置于绝缘套管4内部的密闭空间中。

其中，散热体7设置为条状型材，此种形状的散热体7增大了与光源模组5、LED驱动板8的接触面积，提高了散热效率，有利于LED光源模组在较佳的温度下工作。

灯座3的外侧设置有电极插针9，LED驱动板8通过导线连接到电极插针9。

图3为一种交流电直接驱动LED电路原理图。参见图3，LED驱动板8上的交流驱动电路包括恒流控制模块、整流模块，恒流控制模块连接LED光源模组5和整流模块之间。交流市电经过整流模块后转化为脉动直流电输入到LED光源模组5，恒流控制单元使流过LED光源模组5的电流恒定。

其中，整流模块包括由四个二极管组成的第一整流臂和第二整流臂。第一整流管101和第二整流管102串联构成第一整流臂。第三整流管103和第四整流管104串联构成第二整流臂。

整流模块的二极管为普通整流二极管，或者为肖特基二极管。

图4为输入整流模块的交流电压波形，经过整流模块整流后输出如图5所示的脉动直流电压波形。

其中，恒流控制模块包括第一恒流控制单元201、第二恒流控制单元202和第三恒流控制单元203。恒流控制模块为恒流二极管，通过恒流二极管限流，使得LED模块的发光效率有很大提升。

第一恒流控制单元201、第二恒流控制单元202、第三恒流控制单元203根据脉动直流电的电压变化来依次导通与关闭，使LED组件的导通数目随脉动直流电的电压变化而变化。

较佳地，交流电的第一输入端连接在第一整流管101正端、第二整流管102负端；第二整流管102正端连接在第四整流管104正端；第二输入端连接在第三整流管103正端、第四整流管104负端；第三整流管103负端连接在第一整流管101负端；第一LED组件301的正端与第一整流管101、第三整流管103的负端连接；第一LED组件301的负端与第二LED组件302的正端连接后再连接到第一恒流控制单元201；第二LED组302的负端与第三LED组件303的正端连接后再连接到第二恒流控制单元202；第三LED组件303的负端连接到第三恒流控制单元203。

恒流控制单元稳定流过LED组件的电流，经过恒流控制单元后输入如图6中所示的阶梯状电压波形，图6中阴影面积为电路中未被利用的功率。因此，阴影部分的面积越小，电源的利用率越高，电路的功率因数越高。

取1/4个周期为例，如图6所示，t1，t2，t3分别为第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303初始点亮时的时间。

取第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303的正向导通电压分别为VF1、VF2、VF3。

图6为递增方案得到的输入端电压波形示意图，下面结合图6说明本实用新型的工作原理：

在初始供电时，经过整流模块整流后输出的脉动直流电压由0V上升到VF1时，第一LED组件301导通开始发光，此刻的时间t1为第一LED组件初始导通时间，为经过恒流控制单元201后，得到稳定的电流I1；在脉动直流电压从VF1上升到VF1+VF2时，恒流控制单元201关闭，恒流控制单元202开启，第一LED组件301，第二LED组件302导通开始发光，此刻的时间t2为第二LED组件初始导通时间，此时电流为I2；在电压从VF1+VF2上升到VF1+VF2+VF3时，恒流控制单元202关闭，恒流控制单元203开启，第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303全部导通发光，此刻的时间t3为第三LED组件初始导通时间

脉动直流电压持续上升到最大值，三组LED组件持续导通发光，随着脉动直流电压从最大值降到0V的过程中，恒流控制单元203、恒流控制单元202、恒流控制单元201，依次打开，第三LED组件303、第二LED组件302、第一LED组件301依次熄灭。

实验中，将80颗LED芯片分为三段，分别按照递增，递减，均分的比例进行排列，芯片颗数不限于80颗，还可以是100颗、120颗、140颗等数量。经过大量的实验，三种方案的实验结果显示：

递减方案由于第一LED组件301的LED芯片颗数最多，其需要的初始导通电压也最大，其所需的导通时间最长，电源空闲状态的时间最长，电源利用率和功率因素最低。而均分方案是三种方案中功率因数最低的一种。

根据一种优选的实施方式，LED光源模组5包括LED芯片数量比为3:4:5的第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303，并且在LED日光灯管的启动阶段，LED驱动板8上的交流驱动电路按照第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303的顺序点亮LED光源模组5。

根据一种优选实施方式，LED光源模组5的第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303采用串联的方式连接，可以是单颗低压光源构成，也可以采用COB封装的高压LED模组。

LED光源模组5的第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303的初始点亮时间分别为t1，t2，t3，取LED光源模组5的LED芯片总颗数为80。

将首段的LED颗数控制在热插拔的安全范围之内，取LED光源模组5的第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303的实际LED芯片颗数比为20:27:33，计算t1，t2，t3，取每一颗LED芯片的阈值为2.5V，三段LED组件的开启电压分别为75V，117.5V，200V，

75＝311*sin(t1)

117.5＝311*sin(t2)

200＝311*sin(t3)

解得：t1＝14

t2＝22

t3＝40

得到三段的导通时间比为1：2.25：6.25。

递增方案中，第一LED组件301所需的导通电压最小，提前LED光源模组301的导通时间，提高电源利用率，LED电路的功率因数大幅提高，输入的电流谐波大幅降低，LED组件的利用率大大提高。因此，取LED光源模组301、302、303的LED芯片颗数的最优比为3：4：5。

另一种递增方案的实施例，取LED光源模组5第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303的初始点亮时间分别为t1，t2，t3，取LED光源模组5的LED芯片总颗数为80。

较佳地，将首段的LED颗数控制在热插拔的安全范围之内，取LED光源模组5的第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303的实际LED芯片颗数比为13:26:41，计算t1，t2，t3，取每一颗LED芯片的阈值为2.5V，三段LED组件的开启电压分别为32.5V，65V，102.5V，

32.5＝311*sin(t1)

65＝311*sin(t2)

102.5＝311*sin(t3)

解得：t1＝6

t2＝12

t3＝19

得到三段的导通时间比为1：2：3.16。

递增方案中，第一LED组件301所需的导通电压最小，提前LED光源模组301的导通时间，提高电源利用率，LED电路的功率因数大幅提高，输入的电流谐波大幅降低，LED组件的利用率大大提高。因此，取LED光源模组301、302、303的LED芯片颗数的最优比为1：2：3。

为了进一步说明本实用新型的有益效果，选取一个递减的实施例，具体说明如下：

取LED光源模组5的第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303的初始点亮时间分别为t1，t2，t3，取LED光源模组5的LED芯片总颗数为80。

将首段的LED颗数控制在热插拔的安全范围之内，取LED光源模组5的第一LED组件301、第二LED组件302、第三LED组件303的实际LED芯片颗数比为33:27:20，计算t1，t2，t3，取每一颗LED芯片的阈值为2.5V，三段LED组件的开启电压分别为200V，117.5V，75V，

200＝311*sin(t1)

117.5＝311*sin(t2)

75＝311*sin(t3)

解得：t1＝40

t2＝22

t3＝14

得到三段的导通时间比为6.25：2.25：1。

在递减方案中，第一LED组件301所需的导通电压最大，因此导通的时间间隔大，整个LED日光灯导通或开启的时间就越长，因此，整体的电路电源利用率低，功率因数对比递增方案要低。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本实用新型的目的，并非用于限制本实用新型。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种LED日光灯管(100)，其包括灯座(3)、绝缘套管(4)、LED光源模组(5)、散热体(7)和LED驱动板(8)，所述灯座(3)固定在所述绝缘套管(4)的两端使之内部形成密闭空间，所述LED光源模组(5)置于所述绝缘套管(4)的密闭空间内，

所述LED驱动板(8)与所述LED光源模组(5)电气连接，所述LED驱动板(8)的交流电输入端由导线引出，

所述散热体(7)设置在所述绝缘套管(4)内部的密闭空间中，且接触地置于所述LED光源模组(5)的下方，

其特征在于，

所述LED光源模组(5)包括彼此串联的n组LED组件，所述n组LED组件的LED芯片数量沿所述n组LED组件串联方向依次递增，其中n＝3。

2.根据权利要求1所述的LED日光灯管(100)，其特征在于，所述散热体(7)的长度大于或等于所述LED光源模组(5)的长度，且所述散热体(7)与所述LED光源模组(5)的截面呈所述LED光源模组(5)被所述散热体半包覆的结构；

所述驱动板(8)安装在所述散热体(7)的下方，并置于绝缘套管(4)内部的密闭空间中，所述散热体(7)设置为条状型材。

3.根据权利要求2所述的LED日光灯管(100)，其特征在于，所述灯座(3)的外侧设置有电极插针(9)，所述LED驱动板(8)通过导线连接到所述电极插针(9)。

4.根据权利要求3所述的LED日光灯管(100)，其特征在于，所述LED驱动板(8)上的交流驱动电路包括恒流控制模块和整流模块，所述恒流控制模块连接在所述LED光源模组(5)和所述整流模块之间。

5.根据权利要求4所述的LED日光灯管(100)，其特征在于，所述整流模块包括由四个二极管组成的第一整流臂和第二整流臂，第一整流管(101)和第二整流管(102)串联构成所述第一整流臂，第三整流管(103)和第四整流管(104)串联构成所述第二整流臂；

所述整流模块的二极管为普通整流二极管，或者为肖特基二极管。

6.根据权利要求5所述的LED日光灯管(100)，其特征在于，所述恒流控制模块包括第一恒流控制单元(201)、第二恒流控制单元(202)和第三恒流控制单元(203)，所述恒流控制单元为恒流二极管。

7.根据权利要求6所述的LED日光灯管(100)，其特征在于，交流电的第一输入端连接在第一整流管(101)正端、第二整流管(102)负端；第二整流管(102)正端连接在第四整流管(104)正端；第二输入端连接在第三整流管(103)正端、第四整流管(104)负端；第三整流管(103)负端连接在第一整流管(101)负端；第一LED组件(301)的正端与第一整流管(101)、第三整流管(103)的负端连接；第一LED组件(301)的负端与第二LED组件(302)的正端连接后再连接到第一恒流控制单元(201)；第二LED组(302)的负端与第三LED组件(303)的正端连接后再连接到第二恒流控制单元(202)；第三LED组件(303)的负端连接到第三恒流控制单元(203)。

8.根据权利要求7所述的LED日光灯管，其特征在于，所述LED光源模组(5)包括LED芯片数量比为3:4:5的第一LED组件(301)、第二LED组件(302)、第三LED组件(303)，并且在所述LED日光灯管的启动阶段，所述LED驱动板(8)上的交流驱动电路按照第一LED组件(301)、第二LED组件(302)、第三LED组件(303)的顺序点亮所述LED光源模组(5)。

9.根据权利要求8所述的LED日光灯管，其特征在于，所述LED光源模组(5)的第一LED组件(301)、第二LED组件(302)、第三LED组件(303)的初始点亮时间分别为t1，t2，t3。

10.根据权利要求9所述的LED日光灯管，其特征在于，取所述LED光源模组(5)的第一LED组件(301)、第二LED组件(302)、第三LED组件(303)的实际LED芯片颗数比为20:27:33，计算t1，t2，t3，取每一颗LED芯片的阈值为2.5V，三段LED组件的开启电压分别为75V，117.5V，200V，

75＝311*sin(t1)

117.5＝311*sin(t2)

200＝311*sin(t3)

解得：t1＝14

t2＝22

t3＝40

得到三段的导通时间比为1：2.25：6.25。