CN205137217U - 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光源模组板，散热体，设置有交流驱动电路的驱动板和灯头；驱动板的一端竖直地固定在灯头上，并与灯头的两个电极电连接，驱动板的另一端与LED光源模组板电气连接；散热体呈两端开口且一端开口小另一端开口大的鼓状结构，其小口端连接至灯头，并将驱动板包围在散热体与灯头形成的密闭空间内；LED光源模组板和透镜设置在散热体的大口端；LED光源模组板、散热体和灯头通过紧固件连接成一个整体，并将LED光源模组板包围在透镜与散热体形成的密闭空间内；在LED光源模组板上安装有LED光源模组，LED光源模组包括彼此串联的第一LED组件和第二LED组件，并且第一LED组件和第二LED组件中LED芯片数量按点亮的顺序递增。

Description

一种LED射灯

技术领域

本实用新型涉及LED照明领域，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。

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。但LED分段方式对电源的利用率影响相当大，因此需要找出其中较优的分段方式，从而大幅度地提高LED组件的利用率。

实用新型内容

针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种LED射灯。

一种LED射灯，其包括透镜，紧固件，LED光源模组板，散热体，设置有交流驱动电路的驱动板和灯头；所述驱动板的一端竖直地固定在所述灯头上，并与所述灯头的两个电极电连接，所述驱动板的另一端与所述LED光源模组板电气连接；所述散热体呈两端开口且一端开口小另一端开口大的鼓状结构，其小口端连接至所述灯头，并将所述驱动板包围在所述散热体与所述灯头形成的密闭空间内；所述LED光源模组板和所述透镜设置在所述散热体的大口端；所述LED光源模组板、所述散热体和所述灯头通过所述紧固件连接成一个整体，并将所述LED光源模组板包围在所述透镜与所述散热体形成的密闭空间内；在所述LED光源模组板上安装有LED光源模组，所述LED光源模组包括彼此串联的第一LED组件和第二LED组件，并且所述第一LED组件和所述第二LED组件中LED芯片数量按点亮的顺序递增。

根据一个优选的实施方式，所述驱动板上的交流驱动电路按照第一LED组件、第二LED组件的顺序点亮所述LED光源模组；并且，所述第一LED组件和所述第二LED组件中LED芯片数量比为3:5。

根据一个优选的实施方式，所述第一LED组件和所述第二LED组件分别呈圆环状排布在所述LED光源模组板上；且所述第一LED组件形成的圆环被所述第二LED组件形成的圆环所包围。

根据一个优选的实施方式，在所述第一LED组件和所述第二LED组件上设置有荧光粉层；并且，设置于所述第二LED组件上的荧光粉层中荧光粉所占百分比大于设置在所述第一LED组件上的荧光粉层中荧光粉所占百分比。

根据一个优选的实施方式，所述交流驱动电路包括整流模块、恒流模块和包括所述第一LED组件和所述第二LED组件的LED光源模组；所述恒流模块设置在所述整流模块和所述LED光源模组之间。

根据一个优选的实施方式，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；其中，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。

根据一个优选的实施方式，所述恒流模块包括恒流控制单元、第一恒流单元和第二恒流单元；所述恒流控制单元包括一个运算放大器和第一电流设定电阻；所述第一恒流单元包括第一开关管和第二电流设定电阻；所述第二恒流单元的结构与所述第一恒流单元相同，其包括第二开关管和第三电流设定电阻。

根据一个优选的实施方式，所述运算放大器的同相输入端设置有一参考电压，所述运算放大器的反相输入端经由所述第一电流设定电阻与所述第一开关管的源极相连接，所述运算放大器的输出端与所述第一开关管的栅极相连接，所述第一开关管的漏极与所述第一LED组件的输出端相连接；所述第一开关管的源极经由所述第二电流设定电阻连接至所述第二开关管的源极，所述第二开关管的栅极连接至所述运算放大器的输出端，所述第二开关管的漏极连接至所述第二LED组件的输出端；所述第二开关管的源极经由所述第三电流设定电阻连接至所述整流模块的输出负端，所述整流模块的输出正端连接所述第一LED组件，所述第一LED组件的输出端连接至所述第二LED组件输入端。

根据一个优选的实施方式，所述第一LED组件和所述第二LED组件是由单颗LED低压光源或COB封装的高压LED模组组成。

根据一个优选的实施方式，所述第一LED组件和所述第二LED组件导通时间比为1:2.3。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过交流驱动电路分两段点亮LED光源模组，并且LED光源模组首先点亮的第一LED组件和其次点亮的第二LED组件中LED芯片的数量递增设置，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。

附图说明

图1为本实用新型LED射灯的分解结构示意图；

图2为本实用新型LED射灯LED光源模组排布示意图；

图3为本实用新型LED射灯的交流驱动电路示意图；

图4为交流电直接驱动LED电路原理图；

图5为整流模块输出的单向正弦脉动直流电压波形示意图；

图6为整流模块输出的单向正弦脉动直流电压整流后的电压波形图；和

图7为递增方案得到的输入端电压波形示意图。

附图标记列表

10：整流模块11恒流控制单元

12：第一恒流单元13：第二恒流单元

401：运算放大器402：第一电流设定电阻

201：第一开关管202：第二电流设定电阻

301：第二开关管管302：第三电流设定电阻

LED1：第一LED组件LED2：第二LED组件

101：透镜102：紧固件103：LED光源模组板

104：散热体105：驱动板106：灯头

D1：第一二极管D2：第二二极管

D3：第三二极管D4：第四二极管

501：第一恒流控制单元502：第二恒流控制单元

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

图1为本实用新型LED射灯的分解结构示意图。图1示出了本实用新型LED射灯的一种优选的结构。

本实用新型LED射灯100包括透镜101，紧固件102，LED光源模组板103，散热体104，设置有交流驱动电路的驱动板105，灯头106。

驱动板105的一端竖直地固定在灯头106上，并与灯头106的两个电极电连接，驱动板105的另一端与LED光源模组板103电气连接。

散热体104呈两端开口且一端开口小另一端开口大的鼓状结构，其小口端连接至灯头106，并将驱动板105包围在散热体104与灯头106形成的密闭空间内。另外，在散热体104的外壁上还可以设置散热槽或散热片，以增大散热面积使散热更好。

LED光源模组板103和透镜101设置在散热体104的大口端，LED光源模组板103上的LED模组包括第一LED组件LED1和第二LED组件LED2。

LED光源模组板103、散热体104和灯头106通过紧固件102连接成一个整体。紧固件102优选的采用螺钉。并将LED光源模组板103包围在透镜101与散热体104形成的密闭空间内。

在LED光源模组板103上安装有LED光源模组，LED光源模组包括彼此串联的第一LED组件LED1和第二LED组件LED2，并且第一LED组件LED1和第二LED组件LED2中LED芯片数量按点亮的顺序递增。

优选的，驱动板105上的交流驱动电路按照第一LED组件LED1、第二LED组件LED2的顺序点亮LED光源模组；并且，第一LED组件LED1和第二LED组件LED2中LED芯片数量比为3:5。这样可以大幅度降低输入电流的谐波，提高功率因数，提高LED的光效。

优选的，第一LED组件LED1和第二LED组件LED2可以是由多个单颗低压LED芯片组成的，也可以是由COB封装的高压LED光源模组组成。

如图2所示，第一LED组件LED1和第二LED组件LED2分别呈圆环状排布在LED光源模组板103上，第一LED组件LED1形成的圆环被第二LED组件LED2形成的圆环所包围。当依次点亮第一LED组件LED1和第二LED组件LED2时，能够使光源均匀分布，有效避免黑斑。

另外，在所述第一LED组件LED1和所述第二LED组件LED2上设置有荧光粉层(图中未示出)。优选的，设置于所述第二LED组件LED2上的荧光粉层中荧光粉所占百分比大于设置在所述第一LED组件LED1上的荧光粉层中荧光粉所占百分比。这样可以有效地达到理想色温。

图3为本实用新型LED射灯的交流驱动电路示意图。如图3所示，交流驱动电路包括整流模块10、恒流模块和LED模组，恒流模块设置在整流模块10和LED模组之间。

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D1和第三二极管D3串联构成第一整流臂，四个二极管中的第二二极管D2和第四二极管D4串联构成第二整流臂。

恒流模块包括恒流控制单元11、第一恒流单元12和第二恒流单元13，恒流控制单元11包括一个运算放大器401和第一电流设定电阻402，第一恒流单元12包括第一开关管201和第二电流设定电阻202，第二恒流单元13的结构与第一恒流单元12相同，其包括第二开关管301和第三电流设定电阻302。

运算放大器401的同相输入端设置有一参考电压，运算放大器401的反相输入端经由第一电流设定电阻402与第一开关管201的源极相连接，运算放大器401的输出端与第一开关管201的栅极相连接，第一开关管201的漏极与第一LED组件LED1的输出端相连接，第一开关管201的源极经由第二电流设定电阻202连接至第二开关管301的源极，第二开关管301的栅极连接至运算放大器401的输出端，第二开关管301的漏极连接至第二LED组件LED2的输出端，第二开关管301的源极经由第三电流设定电阻302连接至整流模块10的输出负端，整流模块10的输出正端与第一LED组件LED1的输入端，第一LED组件LED1的输出端连接至第二LED组件LED2输入端。

具体的：随着AC电源电压继续上升，恒流状态下，第一LED组件LED1承受的电压保持不变，其多余的电压压降由开关管201承受，也由第二LED组件LED2以及第二恒流单元13承受，恒流状态的恒定电流为Vref/(R202+R302)；当电压达到了第一LED组件LED1和第二LED组件LED2的导通阈值电压后，第二恒流单元13开导通，恒流后电流为Vref/R302，开关管201关断。

当输入电压从310V开始下降时，LED组件均全亮，LED模组的电流为Vref/R302，其它恒流单元均关闭。随着电压逐渐降低，当电压低于两个LED组件的导通电压时，电流开始下降，当电流低至Vref/R202时，LED模组熄灭。

本实用新型的分两段点亮的LED模组的最优比例是通过如下方式得到的。

图4是交流电直接驱动LED电路原理图。如图4所示，第一输入端IN1连接在二极管D1正端、D2负端；二极管D2正端连接二极管D4正端；第二输入端IN2连接在二极管D3正端、D4负端；二极管D3负端连接二极管D1负端；第一LED组件LED1的正端与二极管D1、D3的负端连接；第一LED组件LED1的负端与第二LED组件LED2的正端连接后再连接到第一恒流控制单元501；第二LED组件LED2的负端连接到第二恒流控制单元502；

交流市电(AC)经过整流二极管D1、D2、D3、D4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分组光源的电流。第一LED组件LED1、第二LED组件LED2的正向导通电压为VF1、VF2。

其工作方式是：

在初始时，脉动直流电压由0V上升到VF1时，经过第一恒流控制单元501后，得到稳定的电流I1,第一LED组件LED1导通开始发光，在电压从VF1上升到VF1+VF2时，第一恒流控制单元501关闭，第二恒流控制单元502开启，第一LED组件LED1、第二LED组件LED2导通开始发光，此时电流为I2。

实验中的电压波形如图5所示。经过整流后得到如图6所示的电压波形。经过驱动电路的恒流控制后得到了如图7所示的电压波形。

取1/4个周期为例，t1，t2分别为第一LED组件LED1，第二LED组件LED2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。

由于LED分段芯片颗数的比例对电源的利用率影响相当大，因此我们采用三种方案，将第一LED组件LED1和第二LED组件LED2的LED芯片颗数比，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40颗LED芯片分为两段，分别按照递增，递减，均分的比例进行排列。经过大量的实验，增减方案的实验结果显示，此方案的功率因数相比于递增方案要低，输入的电流谐波也比递增方案要高出许多，由此可见，递减并不是最好的方案。

均分方案，能够对线路的功率因数有少许提高，但是LED组件的利用率仍有很大的提升空间。

递增方案，将首段的LED颗数控制在热插拔的安全范围之内，当第一LED组件LED1和第二LED组件LED2的颗数比为3:5，实际颗数比例为15：25时，计算t1，t2，取每一颗LED芯片的阈值为2.5V。两段的开启电压分别是vf1＝37.5V，vf2＝100V。

37.5＝169*sin(t1)

100＝169*sin(t2)

解得：t1＝12.82

t2＝36.28

得到两段的导通时间比为1:2.3。其中，“169”是指的工作在市电电压为AC120V的峰值电压。

此时，LED线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，我们取第一LED组件LED1和第二LED组件LED2的颗数比3:5为分两段点亮LED的最优比。

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。

另外，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种LED射灯(100)，其包括透镜(101)，紧固件(102)，LED光源模组板(103)，散热体(104)，设置有交流驱动电路的驱动板(105)和灯头(106)；

所述驱动板(105)的一端竖直地固定在所述灯头(106)上，并与所述灯头(106)的两个电极电连接，所述驱动板(105)的另一端与所述LED光源模组板(103)电气连接；

所述散热体(104)呈两端开口且一端开口小另一端开口大的鼓状结构，其小口端连接至所述灯头(106)，并将所述驱动板(105)包围在所述散热体(104)与所述灯头(106)形成的密闭空间内；

所述LED光源模组板(103)和所述透镜(101)设置在所述散热体(104)的大口端；

所述LED光源模组板(103)、所述散热体(104)和所述灯头(106)通过所述紧固件(102)连接成一个整体，并将所述LED光源模组板(103)包围在所述透镜(101)与所述散热体(104)形成的密闭空间内；

其特征在于：

在所述LED光源模组板(103)上安装有LED光源模组，所述LED光源模组包括彼此串联的第一LED组件(LED1)和第二LED组件(LED2)，并且所述第一LED组件(LED1)和所述第二LED组件(LED2)中LED芯片数量按点亮的顺序递增。

2.根据权利要求1所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述驱动板(105)上的交流驱动电路按照第一LED组件(LED1)、第二LED组件(LED2)的顺序点亮所述LED光源模组；

并且，所述第一LED组件(LED1)和所述第二LED组件(LED2)中LED芯片数量比为3:5。

3.根据权利要求2所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述第一LED组件(LED1)和所述第二LED组件(LED2)分别呈圆环状排布在所述LED光源模组板(103)上；且所述第一LED组件(LED1)形成的圆环被所述第二LED组件(LED2)形成的圆环所包围。

4.根据权利要求2所述的LED射灯(100)，其特征在于，在所述第一LED组件(LED1)和所述第二LED组件(LED2)上设置有荧光粉层；

并且，设置于所述第二LED组件(LED2)上的荧光粉层中荧光粉所占百分比大于设置在所述第一LED组件(LED1)上的荧光粉层中荧光粉所占百分比。

5.根据权利要求1所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述交流驱动电路包括整流模块(10)、恒流模块和包括所述第一LED组件(LED1)和所述第二LED组件(LED2)的LED光源模组；所述恒流模块设置在所述整流模块(10)和所述LED光源模组之间。

6.根据权利要求5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；

其中，所述四个二极管中的第一二极管(D1)和第三二极管(D3)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(D2)和第四二极管(D4)串联构成所述第二整流臂。

7.根据权利要求5所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述恒流模块包括恒流控制单元(11)、第一恒流单元(12)和第二恒流单元(13)；

所述恒流控制单元(11)包括一个运算放大器(401)和第一电流设定电阻(402)；

所述第一恒流单元(12)包括第一开关管(201)和第二电流设定电阻(202)；所述第二恒流单元(13)的结构与所述第一恒流单元(12)相同，其包括第二开关管(301)和第三电流设定电阻(302)。

8.根据权利要求7所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述运算放大器(401)的同相输入端设置有一参考电压，所述运算放大器(401)的反相输入端经由所述第一电流设定电阻(402)与所述第一开关管(201)的源极相连接，所述运算放大器(401)的输出端与所述第一开关管(201)的栅极相连接，所述第一开关管(201)的漏极与所述第一LED组件(LED1)的输出端相连接；

所述第一开关管(201)的源极经由所述第二电流设定电阻(202)连接至所述第二开关管(301)的源极，所述第二开关管(301)的栅极连接至所述运算放大器(401)的输出端，所述第二开关管(301)的漏极连接至所述第二LED组件(LED2)的输出端；

所述第二开关管(301)的源极经由所述第三电流设定电阻(302)连接至所述整流模块(10)的输出负端，所述整流模块(10)的输出正端连接所述第一LED组件(LED1)，所述第一LED组件(LED1)的输出端连接至所述第二LED组件(LED2)输入端。

9.根据权利要求1至8之一所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述第一LED组件(LED1)和所述第二LED组件(LED2)是由单颗LED低压光源或COB封装的高压LED模组组成。

10.根据权利要求1至8之一所述的LED射灯(100)，其特征在于，所述第一LED组件(LED1)和所述第二LED组件(LED2)导通时间比为1:2.3。