CN205137215U - 一种led射灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种LED射灯，其包括：透镜；紧固件；LED光源模组，包括多个LED单元；散热体，具有足以承装所述透镜和所述LED光源模组的空间，并且散热体形成为从小端口向大端口逐渐过渡的、呈鼓型的盆状结构；驱动装置，设置在散热体的小端口处；灯头，与散热体形成密闭空间，密闭空间足以容纳驱动装置；其特征在于，紧固件以贯穿LED光源模组的方式将LED光源模组、散热体和灯头连接固定，LED光源模组的多个LED单元按照电流方向，每个LED单元中LED芯片的数量呈递减排布，驱动装置包括整流模块、控制模块、恒流模块和储能模块，并且恒流模块设置在控制模块和LED光源模组之间。本实用新型的LED射灯功率因数高、散热好、聚光效果好并且结构简单。

Description

一种LED射灯

技术领域

本实用新型涉及一种LED照明装置，尤其涉及一种LED射灯。

背景技术

LED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。

由于LED的理想工作方式是采用恒流驱动，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。

一种已公开的交流电直接驱动LED技术，多采用阻容降压的方法，这种方法结构简单，但是输出效率低，而且元器件如果选择不当，非但不能降压，还会造成电路的损坏。最新改进的恒流技术，首先整流，然后多颗LED组件(可以包含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单元后，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影响相当大。因此，确定合理的分段比例从而提高灯具的功率因数和光效也是本领域技术人员要解决的问题。

近年来，LED射灯已广泛应用到单体建筑、广告牌照明、历史建筑群外墙照明、绿化景观照明、大楼内光外透照明等各种场所，因此LED射灯成为亮化工程中不可缺少的一部分。但是，由于LED射灯采取固体发光二极管为光源的发光方式，其寿命主要取决于固体LED光源和驱动散热部分。因此，LED射灯的散热问题始终是人们需克服的困难之一。

另外，LED射灯还存在的一个缺陷是出光角的问题。由于LED芯片是全向发光，普通LED光源其出光角较大，其聚光效果不理想，不适合射灯等小出光角灯具的使用要求。目前，LED射灯中采用的透镜大多为半球体光学导光透镜，其对光的利用转化效率不高，聚光效果不理想，无法满足聚光亮度要求较高的使用环境。

实用新型内容

针对以上现有技术之不足，本实用新型要解决的问题是提供一种功率因数高、散热好、聚光效果好并且结构简单的LED射灯。

具体方案是，一种LED射灯，其包括：透镜；紧固件；LED光源模组，包括多个LED单元；散热体，具有足以承装所述透镜和所述LED光源模组的空间，并且所述散热体形成为从小端口向大端口逐渐过渡的、呈鼓型的盆状结构；驱动装置，设置在所述散热体的小端口处；灯头，与所述散热体形成密闭空间，所述密闭空间足以容纳所述驱动装置；其特征在于，所述紧固件以贯穿所述LED光源模组的方式将所述LED光源模组、所述散热体和所述灯头连接固定，所述LED光源模组的多个LED单元按照电流方向，每个LED单元中LED芯片的数量呈递减排布，所述驱动装置包括整流模块、控制模块、恒流模块和储能模块，并且所述恒流模块设置在所述控制模块和所述LED光源模组之间。

根据一个优选实施方式，所述LED光源模组包括至少三个呈扇形分布的COB模组，并且每个COB模组均包括第一LED单元、第二LED单元、第三LED单元，其中，所述第一LED单元、所述第二LED单元和所述第三LED单元按照由外到内的方式排布成扇形的COB模组，并且所述第一LED单元、所述第二LED单元和所述第三LED单元的LED芯片的数量比为5:4:3，并且在所述LED射灯的启动阶段，所述驱动装置按照所述第一LED单元、所述第二LED单元和所述第三LED单元的顺序点亮所述LED光源模组。

根据一个优选实施方式，所述整流模块包括由四个二极管构成的第一整流臂和第二整流臂，所述四个二极管中的第一二极管和第三二极管串联构成所述第一整流臂，所述四个二极管中的第二二极管和第四二极管串联构成所述第二整流臂。

根据一个优选实施方式，所述控制模块包括运算放大器和电阻，所述运算放大器的同相输入端与参考电压源连接，所述运算放大器的反相输入端与所述电阻连接，所述运算放大器的输出端连接所述恒流模块。

根据一个优选实施方式，所述恒流模块包括第一恒流单元、第二恒流单元和第三恒流单元，每个恒流单元分别包括一个晶体管和一个反馈电阻，在每个恒流单元中，其晶体管的漏极连接对应的LED单元的输出端，其晶体管的栅极连接所述运算放大器的输出端，其晶体管的源极经由其反馈电阻连接至下一恒流单元的晶体管的源极。

根据一个优选实施方式，所述储能模块包括电容，所述电容的一端连接所述整流模块的输出正端和所述LED光源模组的输入端，所述电容的另一端连接所述LED光源模组的输出端。

根据一个优选实施方式，所述散热体的外表面沿轴向分布有散热翅片，相邻的两个散热翅片之间形成散热槽，所述散热体的大端口处有以包覆所述散热体的方式设置的环形灯盖，所述环形灯盖设置在所述散热翅片上，并且在俯视图中，所述环形灯盖的内径大于所述散热体的内径，从而所述环形灯盖和所述散热体之间形成由所述散热槽构成的散热通道。

根据一个优选实施方式，所述散热体形成有用于承装所述透镜和所述LED光源模组的盆腔，所述盆腔包括呈弧形的内壁、开设在所述内壁上的环形凹槽以及用于支撑固定所述LED光源模组的腔底，其中，所述环形凹槽与所述透镜保持匹配，从而在安装状态下，所述透镜在外力的作用下挤压进入到所述环形凹槽中并与所述环形凹槽以形状配合方式紧密结合，所述腔底分布有通孔，以便通过所述紧固件将所述LED光源模组固定至所述腔底。

根据一个优选实施方式，所述灯头设有与所述通孔对应匹配的安装孔柱，并且所述安装孔柱具有与所述紧固件相匹配的安装孔，所述透镜包括与所述COB模组相匹配的透镜单元，所述透镜单元呈轴向突出的锥形体，并且所述锥形体的底部开设有足以容纳所述COB模组的孔。

根据一个优选实施方式，所述LED光源模组的第一LED单元、所述第二LED单元和所述第三LED单元的初始点亮时间为t1，t2，t3，取每一颗LED芯片的阈值为2.5V。测的三段的开启电压分别是vf1＝82.5V,vf2＝150V,vf3＝200V。

82.5＝311*sin(t1)

150＝311*sin(t2)

200＝311*sin(t3)

解得：t1＝15.4

t2＝28.5

t3＝40

得到三段的导通时间比为1.14:1:4.4。。

本实用新型采用鼓型的散热器直接作为LED射灯的外壳，结构简单并且大幅度提高了LED射灯的散热效率。散热器不仅发挥散热的作用而且以其独特的结构特征还具有承装透镜LED光源模组以及驱动装置的功能，简化了产品结构、降低了产品成本。同时，本实用新型采用分段点亮的方式，优选出最优的分段比例，能够大幅度降低输入电流的谐波，提高功率因数，提高LED的光效。本实用新型的锥形体透镜单元具有汇聚作用，从而满足小出光角射灯的要求，能够满足聚光亮度要求较高的使用环境。

附图说明

图1是本实用新型的LED射灯的爆炸图；

图2是本实用新型的LED射灯的散热体的剖视图；

图3(a)是本实用新型的LED射灯的透镜的俯视图；

图3(b)是本实用新型的LED射灯的透镜的剖视图；

图4是交流电直接驱动LED电路的原理图；

图5是本实用新型的LED射灯的驱动电路图；

图6是本实用新型的LED射灯的整流单元输出的单向正弦脉动直流电压波形示意图；

图7是本实用新型的LED射灯的整流单元输出的单向正弦脉动直流电压整流后的电压波形图；

图8是本实用新型的LED射灯的输入端电流波形示意图；和

图9是本实用新型的LED射灯的内部LED光源模组排布图。

附图标记列表

100：LED射灯1：透镜2：紧固件

3：LED光源模组4：散热体5：驱动装置

6：灯头7：透镜单元8：孔

9：定位柱401：入光面402：反射面

403：出光面10：整流模块20：控制模块

30：恒流模块40：储能模块21：第一LED单元22：第二LED单元23：第三LED单元

101：第一二极管103：第三二极管102：第二二极管

104：第四二极管201：运算放大器202：电阻

301：第一恒流单元302：第二恒流单元303：第三恒流单元311、312、313：晶体管321、322、323：反馈电阻

11：散热翅片12：散热槽13：环形灯盖

14：盆腔15：内壁16：环形凹槽

17：腔底18：通孔19：安装孔柱

具体实施方式

下面结合附图具体说明本实用新型。

图1示出了一种LED射灯100，其包括：透镜1、紧固件2、LED光源模组3、散热体4、驱动装置5和灯头6。LED光源模组3包括多个LED单元，图1中只是示意性的，并不代表本实用新型实际情况。散热体4具有足以承装透镜1和LED光源模组3的空间，并且散热体4形成为从小端口向大端口逐渐过渡的、呈鼓型的盆状结构，也可称其为碗装结构、圆柱结构、喇叭状结构或者其它与之形态类似的结构。驱动装置5设置在散热体4的小端口处，并与灯头6导电连接。灯头6与散热体4形成密闭空间，该密闭空间足以容纳驱动装置5。

如图1中所示的散热体4，其构成为LED射灯的主体外壳，并且容纳和承装LED射灯的其它构件：透镜1、LED光源模组3和驱动装置5，使得LED射灯结构紧凑并且简单。由于直接用散热体4作为LED射灯的外壳体，散热体4能够与外界直接进行热交换，减少了热阻，大大提高了散热效率。散热体4是具有高导热材料制成的，可以是铝合金也可以是导热塑料。

紧固件2以贯穿LED光源模组3的方式将LED光源模组3、散热体4和灯头6连接固定。本实用新型紧通过紧固件2就完成了从LED光源模组3到灯头之间的连接固定，尽可能地减小机械连接的使用，从而达到简化产品结构和缩小产品体积的目的。

继续参见图1，散热体4的外表面沿轴向分布有散热翅片11，相邻的两个散热翅片之间形成散热槽12。散热翅片11和散热槽12增大了散热体4与外界环境的接触面积，有利于LED射灯所产生的热量与外界空气快速交换，从而提高散热效率。结合图1和图2，散热体4的大端口处有以包覆散热体4的方式设置的环形灯盖13。环形灯盖13设置在散热翅片11上。在俯视图中，环形灯盖13的内径大于散热体4的内径，从而环形灯盖13和散热体4之间形成由散热槽12构成的散热通道,空气在散热槽12形成的散热通道中形成对流，将散热体表面的热量快速带走。

现结合图2进一步说明散热体4。散热体4形成有用于承装透镜1和LED光源模组3的盆腔14。盆腔14包括呈弧形的内壁15、开设在内壁15上的环形凹槽16以及用于支撑固定LED光源模组3的腔底17。呈弧形的内壁15构成为用于反射光线的反射面。优选地，内壁15设有一层反射物质，用以增大光线的反射效率，从而提高LED射灯的出光率和光效。

环形凹槽16与透镜1保持匹配，从而在安装状态下，透镜11在外力的作用下挤压进入到环形凹槽16中并与环形凹槽16以形状配合方式紧密结合。优选地，散热体4是由高导热性能的弹性塑料制成的，在外力的作用下能够发生弹性变形，从而使得透镜1能够挤压进入到环形凹槽16中。或者，通过双组份成型方法将散热体4构成为由硬质塑料和软质塑料组成的弹性构件。其中，硬质塑料构成为散热体4的主体结构，包括散热翅片11、散热槽12、内壁15、腔底17等，其硬度较高，不易变形损坏；软质塑料构成为散热体4大端口处的内边缘区域。由软质塑料构成的内边缘区域质软、弹性好，便于透镜1挤压进入到环形凹槽16中，从而将透镜1固定在散热体4内。

继续参见图2，腔底17分布有通孔18，以便通过紧固件2将LED光源模组3固定至腔底17。同时，腔底17还分布有引线孔，其图中未示出，使得导电连接LED光源模组3和驱动装置5的引线穿过。

再次参见图1，灯头6设有与通孔对应匹配的安装孔柱19。安装孔柱19具有与紧固件2相匹配的安装孔，以便完成灯头6与散热体4和LED光源模组3之间连接固定。

下面结合图3(a)和图3(b)详细说明透镜1。透镜1包括透镜单元7，透镜单元7与LED光源模组相匹配，换言之，透镜单元7具有足以容纳LED光源模组的空间。透镜单元7呈轴向突出的锥形体，并且其底部开设有足以容纳LED光源模组3的孔。LED光源模组3呈扇形分布，并且是COB模组。

如图3(b)所示，透镜1还包括定位柱9，用于将透镜1定位、固定至散热体4，防止透镜1自由移动。锥形体结构的透包括入光面401、反射面402和出光面403。入光面401是位于孔8顶部的弧形凸面。反射面402是构成锥形体的透镜单元7的锥面。出光面403是位于透镜1外侧的平面。不同出光角的LED射灯其入光面401、反射面402和出光面403的曲面系数不同。例如，当LED射灯的出光角为15°时，优选地，入光面401的曲面系数为：K＝-1.25～-1.35(K是无量纲，同下)，R(半径，同下)＝2～3mm，反射面402的曲面系数为：K＝-1.15～-1.25，R＝1.55～1.75mm。

LED光源模组3的多个LED单元按照电流方向，每个LED单元中LED芯片的数量呈递减排布。LED光源模组3包括至少三个呈扇形分布的COB模组。优选地，每个COB模组均包括第一LED单元21、第二LED单元22、第三LED单元23。参见图9，第一LED单元21、第二LED单元22和第三LED单元23按照由外到内的方式排布成扇形的COB模组。第一LED单元21、第二LED单元22和第三LED单元23的LED芯片的数量比为5:4:3，在LED射灯的启动阶段，驱动装置5按照第一LED单元21、第二LED单元22和第三LED单元23的顺序点亮LED光源模组3。

如图5所示，驱动装置5包括整流模块10、控制模块20、恒流模块30和储能模块40。恒流模块30设置在控制模块20和LED光源模组3之间。

整流模块10包括由四个二极管构成的第一整流臂和第二整流臂。四个二极管中的第一二极管101和第三二极管103串联构成第一整流臂。四个二极管中的第二二极管(102)和第四二极管(104)串联构成所述第二整流臂。

控制模块20包括运算放大器201和电阻202。运算放大器201的同相输入端与参考电压源连接。运算放大器201的反相输入端与电阻202连接。运算放大器201的输出端连接恒流模块20。

恒流模块30包括第一恒流单元301、第二恒流单元302和第三恒流单元303。每个恒流单元分别包括一个晶体管311、312、313和一个反馈电阻321、322、323。在每个恒流单元中，其晶体管的漏极连接对应的LED单元的输出端，其晶体管的栅极连接运算放大器201的输出端，其晶体管的源极经由其反馈电阻连接至下一恒流单元的晶体管的源极。

储能模块40包括电容。电容的一端连接整流模块10的输出正端和LED光源模组3的输入端。电容的另一端连接LED光源模组3的输出端。

交流市电(AC)经过整流二极管101、102、103、104组成的桥式整流后输出脉动直流电。通过恒流控制单元后，获得稳定的流过LED单元的电流。LED单元21、22、23的正向导通电压为VF1、VF2、VF3。

其工作方式是：

在初始时，脉动直流电压由0V上升到VF1时，经过恒流单元301后，得到稳定的电流I1,LED单元21导通开始发光。在电压从VF1上升到VF1+VF2时，恒流单元301关闭，恒流单元302开启，LED单元21、22导通开始发光，此时电流为I2。在电压从VF1+VF2上升到VF1+VF2+VF3时，恒流单元302关闭，恒流单元303开启，LED分组光源21、22、23全部导通发光。

整流模块10由4个整流二极管构成，把输入的交流市电整流成单向脉动直流电，电压波形如图7所示。每个直流的电流Vref/Σ_n＝iRi，最后一级恒流单元的电流设定电阻的另一端直接连接到整流单元输出负端。具体的：随着AC电源电压继续上升，恒流状态下，第一LED单元21承受的电压保持不变，其多余的电压压降由MOS管承受，也由第二LED单元22以及第二恒流单元302承受，恒流状态的恒定电流为Vref/(R321+R322)；当电压达到了第一LED单元21和第二LED单元22的导通阈值电压后，第二恒流单元302开导通，恒流后电流为Vref/(R322)，晶体管311关断。

当输入电压从310V开始下降时，LED单元均全亮，照明单元的电流为Vref/R323，其它恒流单元均关闭。随着电压逐渐降低，当电压低于三个LED组件子单元的导通电压时，电流开始下降，当电流低至Vref/(R323+R322)时第三LED单元熄灭，随着电压继续降低，第二LED单元，第一LED单元逐渐熄灭。

参见图8，取1/4个周期为例，t1，t2，t3分别为第一段，第二段，第三段LED芯片点亮时的时间，图中阴影面积为电路中未被利用的功率。所以，阴影部分的面积应越小越好。

本实用新型采用三种方案，将第一段LED的颗数，第二段LED的颗数，第三段LED的颗数，这三段的颗数比，按着递增，递减，和均分的方案分别进行排列，进行实验。

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。经过大量的实验发现，采用递减的方案，对线路与电子元器件的稳定性与安全性会有一定保障，能够有效预制热插拔对线路造成损坏，并且具有较高的功率因数，输入电流谐波也较小

取最优比5:4:3,实际颗数比例为33：27：20，计算t1，t2，t3，取每一颗LED芯片的阈值为2.5V。测的三段的开启电压分别是vf1＝82.5V,vf2＝150V,vf3＝200V。

82.5＝311*sin(t1)

150＝311*sin(t2)

200＝311*sin(t3)

解得：t1＝15.4

t2＝28.5

t3＝40

得到三段的导通时间比为1.14:1:4.4。

如图9所示为射灯内部LED分布图，将比例为5，比例为4，比例为3的LED分为多个COB模组，以三个扇形的形状排布在光源板上。除开扇形的其他区域可以摆放其他电子元器件。

加入电源后，比例为5的COB模组最先点亮，其次是比例为4，比例为3的模组点亮，熄灭时候的顺序依次是比例为3，比例为4，比例为5的COB光源模组。这样排布，能够使光源均匀分布，有效避免黑斑。

比例为5的COB模组，涂抹荧光粉的分量应最多，其次是比例为4的COB模组，比例为3的COB模组，这样才能够达到理想的色温。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种LED射灯(100)，其包括：

透镜(1)；

紧固件(2)；

LED光源模组(3)，包括多个LED单元；

散热体(4)，具有足以承装所述透镜(1)和所述LED光源模组(3)的空间，并且所述散热体(4)形成为从小端口向大端口逐渐过渡的、呈鼓型的盆状结构；

驱动装置(5)，设置在所述散热体(4)的小端口处；

灯头(6)，与所述散热体(4)形成密闭空间，所述密闭空间足以容纳所述驱动装置(5)；

其特征在于，

所述紧固件(2)以贯穿所述LED光源模组(3)的方式将所述LED光源模组(3)、所述散热体(4)和所述灯头(6)连接固定，

所述LED光源模组(3)的多个LED单元按照电流方向，每个LED单元中LED芯片的数量呈递减排布，

所述驱动装置(5)包括整流模块(10)、控制模块(20)、恒流模块(30)和储能模块(40)，并且所述恒流模块(30)设置在所述控制模块(20)和所述LED光源模组(3)之间。

2.如权利要求1所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述LED光源模组(3)包括至少三个呈扇形分布的COB模组，并且每个COB模组均包括第一LED单元(21)、第二LED单元(22)、第三LED单元(23)，其中，

所述第一LED单元(21)、所述第二LED单元(22)和所述第三LED单元(23)按照由外到内的方式排布成扇形的COB模组，并且

所述第一LED单元(21)、所述第二LED单元(22)和所述第三LED单元(23)的LED芯片的数量比为5:4:3，并且

在所述LED射灯的启动阶段，所述驱动装置(5)按照所述第一LED单元(21)、所述第二LED单元(22)和所述第三LED单元(23)的顺序点亮所述LED光源模组(3)。

3.如权利要求2所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述整流模块(10)包括由四个二极管构成的第一整流臂和第二整流臂，所述四个二极管中的第一二极管(101)和第三二极管(103)串联构成所述第一整流臂，所述四个二极管中的第二二极管(102)和第四二极管(104)串联构成所述第二整流臂。

4.如权利要求3所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述控制模块(20)包括运算放大器(201)和电阻(202)，所述运算放大器(201)的同相输入端与参考电压源连接，所述运算放大器(201)的反相输入端与所述电阻(202)连接，所述运算放大器(201)的输出端连接所述恒流模块(30)。

5.如权利要求4所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述恒流模块(30)包括第一恒流单元(301)、第二恒流单元(302)和第三恒流单元(303)，每个恒流单元分别包括一个晶体管(311、312、313)和一个反馈电阻(321、322、323)，

在每个恒流单元中，其晶体管的漏极连接对应的LED单元的输出端，其晶体管的栅极连接所述运算放大器(201)的输出端，其晶体管的源极经由其反馈电阻连接至下一恒流单元的晶体管的源极。

6.如权利要求4所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述储能模块(40)包括电容，所述电容的一端连接所述整流模块(10)的输出正端和所述LED光源模组(3)的输入端，所述电容的另一端连接所述LED光源模组(3)的输出端。

7.如权利要求6所述的LED射灯(100)，其特征在于，

所述散热体(4)的外表面沿轴向分布有散热翅片(11)，相邻的两个散热翅片之间形成散热槽(12)，

所述散热体(4)的大端口处有以包覆所述散热体(4)的方式设置的环形灯盖(13)，所述环形灯盖(13)设置在所述散热翅片(11)上，所述环形灯盖(13)的内径大于所述散热体(4)的内径，从而所述环形灯盖(13)和所述散热体(4)之间形成由所述散热槽(12)构成的散热通道。

8.如权利要求7所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述散热体(4)形成有用于承装所述透镜(1)和所述LED光源模组(3)的盆腔(14)，所述盆腔(14)包括呈弧形的内壁(15)、开设在所述内壁(15)上的环形凹槽(16)以及用于支撑固定所述LED光源模组(3)的腔底(17)，其中，

所述环形凹槽(16)与所述透镜(1)保持匹配，从而在安装状态下，所述透镜(1)在外力的作用下挤压进入到所述环形凹槽(16)中并与所述环形凹槽(16)以形状配合方式紧密结合，

所述腔底(17)分布有通孔(18)，以便通过所述紧固件(2)将所述LED光源模组(3)固定至所述腔底(17)。

9.如权利要求8所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述灯头(6)设有与所述通孔对应匹配的安装孔柱(19)，并且所述安装孔柱(19)具有与所述紧固件(2)相匹配的安装孔，

所述透镜(1)包括与所述COB模组相匹配的透镜单元(7)，所述透镜单元(7)呈轴向突出的锥形体，并且所述锥形体的底部开设有足以容纳所述COB模组的孔(8)。