Led電路模塊、led可調光燈及led照明系統的製作方法
2023-10-09 07:59:54
Led電路模塊、led可調光燈及led照明系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供的一種LED電路模塊、LED可調光燈及LED照明系統，改進了現有通過交流電源的火線、零線直接連接LED模組供電的方式，通過調光控制模塊接入交流電源並轉換成直流電源以提供脈動的直流電壓，進而通過直流高壓線路和功率GND線來對各LED電路模塊進行供電並能可靠關斷，解決上述現有技術中LED模塊無法完全關斷所引發的安全風險、頻閃的問題，並省去了每個LED模塊中的整流橋，避免這些整流橋中的二極體因存在電流分配不均現象使二極體發熱量大而失效的問題，從而使燈具在全範圍調光時不會再出現頻閃現象，且改進後的LED電路模塊因省去了整流橋而降低了成本。
【專利說明】LED電路模塊、LED可調光燈及LED照明系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED照明【技術領域】，特別是涉及一種LED電路模塊、LED可調光燈及LED照明系統。
【背景技術】
[0002]LED照明系統由以下幾個相關部件組成，即:光源部件(LED模組及顆粒)、驅動部件(電源)、控制部件(照明控制裝置)、結構部件(燈具)，按照電源的工作原理劃分，電源可以劃分為兩大類，即開關電源和線性電源。同樣，LED照明電源也有開關電源和線性電源之分。
[0003]如圖1所示，給出分段線性電源驅動的交流LEDs (以下簡稱ACLEDs模塊)的線路原理圖，該線路的工作原理是=LEDl?LED5模組(C0B封裝的LED模塊或者LED顆粒串並聯模組)的正向壓降都等於50V，在每1/4個工頻周期內，電源總共有5個工作狀態(即5個分段線性狀態)，分別是:當有效值等於220V的交流輸入電壓的瞬時值Vac小於100V，即Vac〈100V，Sl?S4都是斷開的，無光輸出；當100V〈Vac〈150V時，開啟SI (其它開關斷開)，LEDl和LED2導通發光，電流大小等於Vref/ (R1+R2+R3+R4)，其中Vref是控制晶片中的基準電平(如圖1標示);當150V〈Vac〈200V時，開啟S2(其它開關斷開)，則LED1、LED2和LED3導通，電流大小等於Vref/ (R2+R3+R4);當200V〈Vac〈250V時，開啟S3 (其它開關斷開)，則LED1、LED2、LED3 和 LED4 導通，電流大小等於 Vref/ (R3+R4);當 Vac>250V 時，開啟 S4 (其它開關斷開)，則LED1、LED2、LED3、LED4和LED5全導通，電流大小等於Vref/R4。開關SI?S4都工作在放大導通狀態(非飽和導通狀態)，而在每1/4個工頻周期內的5個子狀態中，流過LED模組的電流都是可預置的，改變Rl?R4的電阻配置，或者通過控制來改變晶片中的基準電平Vref，就能改變流過LED模組的電流大小。從原理圖上可以看出，該線路中不需要電解電容，也不需要電感器，所以可以將驅動電源和LED顆粒貼裝在同一個基板之上，這樣就得到交流驅動LEDs照明模塊，即ACLEDs模塊。
[0004]為了得到較大功率的光輸出，在燈具中需要放置多個ACLEDs模塊，每個ACLEDs模塊都直接從燈具的交流輸入端(即火線L和零線N)取電。如果燈具不需要調光功能，則各個ACLEDs模塊的工作是相互獨立的，互不幹擾。除了在交流輸入端共用L線和N線外，各個ACLEDs模塊線路板之間沒有電氣連接和電流迴路，如圖2示意圖。在具體應用中，一般都會在火線L中串聯一個開關，以便能夠開啟或者關閉該燈具。
[0005]如果在燈具中採用圖1所示的ACLEDs模塊，並且要求燈具可以調光，則需要在燈具中引入調光控制器，並且將調光控制器的調光控制信號輸入到ACLEDs模塊中，如圖3所
/Jn o
[0006]對比圖2和圖3可知，在圖3中，各個ACLEDs模塊仍然是從交流輸入端取電，但是每個模塊多了兩根線(即調光信號線和信號地線GND)和調光控制板連接；調光控制板也是從交流輸入端取電。顯然，在圖3中，各個模塊之間除了共用交流輸入的火線和零線，還共用調光信號線和地線GND。為了保證燈具的安全性，要求輸送到ACLEDs模塊上的電能是可關斷的，開通和關斷邏輯由控制器提供，如圖3中的開關。在模塊斷電的情況下，為了保證控制邏輯的完整性，控制器可能仍然需要保持供電，所以控制器的通電和斷電是由用戶決定，而不是控制器中的控制邏輯決定。
[0007]試驗結果表明，圖3所示的燈具，是可以實現輸出功率調整的，但是也會帶來許多嚴重的問題:
[0008]問題一:ACLEDs模塊關不斷，則模塊繼續發光，模塊不能斷電會帶來安全風險。圖3中，引入調光控制板後，則控制板和ACLEDs模塊之間多了兩處電氣連接，分別是調光信號線和信號地線GND。正是由於信號地線GND的引入，導致ACLEDs模塊關不斷，可以通過圖4的示意得到解釋:控制板發出關斷ACLEDs模塊的信號，則ACLEDs輸入火線L端的開關斷開，即L端不會有電流流過，但是電流仍然會在如下的閉合環路中流通:輸入零線N ->ACLEDs模塊中的二極體D7 — >LED串一 > 信號地線GND — >控制板中的D2 — >輸入火線L - >輸入零線N。顯然，圖4中，ACLEDs模塊關不斷的根源是由於控制板信號地GND的引入，增加了 ACLEDs模組中LED顆粒串的閉合電流迴路個數。
[0009]問題二:ACLEDs模塊關不斷，會發生明顯的光閃爍問題。ACLEDs模塊正常工作時，流過模塊LED串的電流頻率是100Hz，人眼感知不到頻閃；而當ACLEDs模塊輸入火線L端的開關斷開時，則流過ACLEDs模塊LED串的電流頻率是50Hz，是人眼可以感知的閃光頻率。
[0010]問題三:由於調光板信號地線GND的引入，導致各個ACLEDs模塊中整流橋的低壓端全部短接(如圖5所示)。在圖5中，各個ACLEDs模塊整流橋中低壓端的兩個對應二極體相互並聯，如D12、D22、… 、DN2相互並聯，D14、D24、…、DN4相互並聯。不同ACLEDs模塊中的二極體相互並聯，帶來的問題是電流在這些並聯二極體中存在電流分配不均現象，從而有些二極體發熱量大，易失效。
【發明內容】
[0011]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種LED電路模塊、LED可調光燈及LED照明系統，解決上述現有的可調光的LED照明系統的各種問題。
[0012]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種LED電路模塊，包括:直流高壓輸入端、功率GND端、信號GND端、調光信號輸入端、多個LED光源模組、多個支路線性導通開關；其中，所述直流高壓輸入端串接所述多個LED光源模組；所述各支路線性導通開關的一端連接在各LED光源模組的輸出端，所述支路線性導通開關的另一端串聯一個所述負載電阻，且所述各負載電阻間串行連接至所述功率GND端及信號GND端；所述調光信號輸入端，連接於一調光控制晶片；所述調光控制晶片用於將所述直流高壓輸入端的輸入電壓的取值範圍劃分多段，並根據所述輸入電壓的多段分別對應不同開關通斷信號以控制所述多個支路線性導通開關的各種通斷組合。
[0013]優選的，在所述直流高壓輸入端輸入的是脈動的直流電壓。
[0014]優選的，所述LED光源模組是COB封裝的LED模組、或者多個LED顆粒串/並聯模組。
[0015]優選的，從所述直流高壓輸入端所串聯的第一個LED光源模組和第二個光源模組之間沒有連接所述支路線性導通開關。
[0016]優選的，所述調光信號為可調整的基準電壓Vref?，通過調整Vref?的值，來實現所述調光控制晶片的調光功能。[0017]本發明還提供一種LED可調光燈，包括:調光控制模塊、多個所述的LED電路模塊；其中，所述調光控制模塊連接交流電源輸入；所述調光控制模塊通過直流高壓線路串接燈開關，並通過所述燈開關連接至所述各LED電路模塊的直流高壓輸入端；
[0018]所述調光控制模塊通過功率GND線路連接至所述各LED電路模塊的功率GND端；所述調光控制模塊通過信號GND線路連接至所述各LED電路模塊的信號GND端；所述調光控制模塊通過調光信號線路連接至所述各LED電路模塊的調光信號輸入端，用於發出所述調光信號進行調光。
[0019]優選的，所述調光控制模塊包括:整流橋，連接所述交流電源輸入，並轉換成脈動的直流電壓輸出；控制器，連接所述燈開關，並用於控制控制所述燈開關通斷；所述控制器通過所述調光信號線路發送預設電壓值範圍的調光信號至所述各LED電路模塊的調光信號輸入端進行調光。
[0020]優選的，所述預設電壓值範圍是0?10伏特。
[0021 ] 優選的，所述調光控制模塊通過火線及零線連接交流電源輸入。
[0022]本發明還提供一種LED照明系統，包括所述的至少一 LED可調光燈。
[0023]如上所述，本發明提供的一種LED電路模塊、LED可調光燈及LED照明系統，改進了現有通過交流電源的火線、零線直接連接LED模組供電的方式，通過調光控制模塊接入交流電源並轉換成直流電源以提供脈動的直流電壓，進而通過直流高壓線路和功率GND線來對各LED電路模塊進行供電從而能可靠關斷，解決上述現有技術中LED模塊無法完全關斷所引發的安全風險、頻閃的問題，並省去了每個LED模塊中的整流橋，避免這些整流橋中的二極體因存在電流分配不均現象使二極體發熱量大而失效的問題，從而使燈具在全範圍調光時不會再出現頻閃現象，且改進後的LED電路模塊因省去了整流橋而降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1顯示為現有技術的可調光交流LED模塊的電路原理圖。
[0025]圖2顯示為現有技術的非調光交流燈具的模塊連接結構示意圖。
[0026]圖3顯示為現有技術的可調光交流燈具的結構示意圖。
[0027]圖4顯示為圖3的部分模塊分解的電路原理圖。
[0028]圖5顯示為圖3的其他部分模塊分解的電路原理圖。
[0029]圖6顯示為本發明的LED電路模塊的實施例的電路原理圖。
[0030]圖7顯示為本發明的LED可調光燈的實施例的模塊連接結構示意圖。
[0031]圖8顯示為圖7中模塊分解的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0032]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0033]請參閱圖6，本發明提供的LED電路模塊，包括:直流高壓(HV)輸入端、功率GND端、信號GND端、調光信號輸入端(即DIM端)、多個LED光源模組、多個支路線性導通開關。[0034]所述直流高壓輸入端串接所述多個LED光源模組；所述各支路線性導通開關的一端連接在各LED光源模組的輸出端，所述支路線性導通開關的另一端串聯一個所述負載電阻，且所述各負載電阻間串行連接至所述功率GND端及信號GND端；所述調光信號輸入端，連接於一調光控制晶片(即圖示「專用晶片」)；所述調光控制晶片用於將所述直流高壓輸入端的輸入電壓的取值範圍劃分多段，並根據所述輸入電壓的多段分別對應不同開關通斷信號以控制所述多個支路調光開關的各種通斷組合。
[0035]優選的，在所述直流高壓輸入端輸入的是脈動的直流電壓，從而用於根據脈動電壓的實時幅值來實現相應支路的線性導通開關的通斷組合，以達到調光目的。
[0036]優選的，所述LED光源模組是COB封裝的LED模組、或者多個LED顆粒串/並聯模組。
[0037]優選的，從所述直流高壓輸入端所串聯的第一個LED光源模組和第二個光源模組之間沒有連接所述支路調光開關，也就是說，從所述直流高壓端起算的第一個、第二個LED光源模組是由同一控制開關控制供電的，這樣可以維持調光至最低檔位時也具有一個比較合適不會太暗的亮度，當然在其他實施例中，也可以只是I個LED光源模組，也可以是3個以上LED光源模組，均可供本領域技術人員按具體應用而加以選擇，並非以本實施例的2個為限。
[0038]優選的，所述調光信號為可調整的基準電壓Vref，，通過調整Vref的值，來實現所述調光控制晶片的調光功能。
[0039]在本實施例中，所述調光控制晶片是獨立的集成電路晶片來實現，即每個LED電路模塊均具有一塊用於調光的控制晶片，連接所述DIM端來接收調光信號。
[0040]如圖7所示，本發明還提供一種LED可調光燈，包括:調光控制模塊(即圖7中的調光控制板)、多個所述的LED電路模塊(即圖7中的ACLEDs模塊)。
[0041]其中，所述調光控制模塊連接交流電源輸入；所述調光控制模塊通過直流高壓線路串接燈開關，並通過所述燈開關連接至所述各LED電路模塊的直流高壓輸入端；所述調光控制模塊通過功率GND線路連接至所述各LED電路模塊的功率GND端；所述調光控制模塊通過信號GND線路連接至所述各LED電路模塊的信號GND端；所述調光控制模塊通過調光信號線路連接至所述各LED電路模塊的調光信號輸入端，用於發出所述調光信號來調整Vref的值進行調光。
[0042]和現有技術比較來說，在圖3所示現有技術的調光燈具中，各個ACLEDs模塊是從交流輸入端取電的；而在圖7所示的本發明的LED可調光燈具中，只有調光控制板直接從交流輸入端取電，各個LED電路模塊不再直接從交流輸入端取電，而是從調光控制板產生的高壓母線直流高壓_Bus和功率GND間取電，當控制板讓直流高壓_Bus上的開關關斷後，將徹底切斷LED電路模塊的供電，能實現模塊的可靠關斷，保證了燈具的安全，也消除了 LED電路模塊的頻閃；另外，本發明所提的LED電路模塊上沒有整流橋，所以不存在圖5所示意的負載電流分配不均的問題，這就是本發明所提出的交流驅動LED光源的無頻閃調光線路拓撲的發明思想。
[0043]進一步細化而言，如圖8所示，優選的，所述調光控制模塊包括:整流橋，連接所述交流電源輸入，並轉換成脈動的直流電壓輸出；控制器，連接所述燈開關，並用於控制控制所述燈開關通斷；所述控制器通過所述調光信號線路發送預設電壓值範圍的調光信號至所述各LED電路模塊的調光信號輸入端進行調光。
[0044]在本實施例中，本發明實施例中的調光控制模塊(即控制線路板)的引腳分三類，即交流輸入引腳(L及N)、功率輸出引腳(HV，功率GND)和調光引腳(DIM，信號GND);控制線路板的交流輸入引腳接交流輸入火線L和零線N ;控制線路板的功率輸出引腳在經過邏輯控制的燈具開關後分別接各個模組的直流高壓輸入端和功率GND端，其中直流高壓線路HV-Bus是交流輸入電壓經過整流橋後的脈動的直流電壓，控制線路板的調光引腳分別接各個模組的調光信號輸入端和信號地GND端。
[0045]所述交流電源輸入經過控制線路板中的整流橋整流後，變為脈動的直流電壓，供控制板自身使用；控制板發出指令將開關閉合，則脈動的直流電壓就送到各個ACLEDs模塊中，模塊中流過電流而發光，模塊電流大小受控制板的調光信號端電平的高低而決定，當控制板發出指令斷開開關時，則各個模塊沒有了功率迴路而可靠關斷，不會出現頻閃現象；優選的，所述預設電壓值範圍是0?10伏特。
[0046]本發明還提供一種LED照明系統，包括所述的至少一 LED可調光燈，在本實施例中，所述LED可調光燈為多個。
[0047]綜上所述，本發明提供的一種LED電路模塊、LED可調光燈及LED照明系統，改進了現有通過交流電源的火線、零線直接連接LED模組供電的方式，通過調光控制模塊接入交流電源並轉換成直流電源以提供脈動的直流電壓，進而通過直流高壓線路和功率GND線來對各LED電路模塊進行供電從而能可靠關斷，解決上述現有技術中LED模塊無法完全關斷所引發的安全風險、頻閃的問題，並省去了每個LED模塊中的整流橋，避免這些整流橋中的二極體因存在電流分配不均現象使二極體發熱量大而失效的問題，從而使燈具在全範圍調光時不會再出現頻閃現象，且改進後的LED電路模塊因省去了整流橋而降低了成本，具體來說，當ACLEDs模塊按照本發明所提出的線路設計，ACLEDs調光燈具的驅動和控制部分按照本發明所提出的拓撲結構設計，則各個模塊中LED電流的控制穩定，燈具在全範圍調光時(1%-100%)，不會再出現頻閃現象，並且模塊的成本還有所降低。
[0048]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種LED電路模塊，其特徵在於，包括:直流高壓輸入端、功率GND端、信號GND端、調光信號輸入端、多個LED光源模組、多個支路線性導通開關； 其中，所述直流高壓輸入端串接所述多個LED光源模組； 所述各支路線性導通開關的一端連接在各LED光源模組的輸出端，所述支路線性導通開關的另一端串聯一個所述負載電阻，且所述各負載電阻間串行連接至所述功率GND端及信號GND端； 所述調光信號輸入端，連接於一調光控制晶片；所述調光控制晶片用於將所述直流高壓輸入端的輸入電壓的取值範圍劃分多段，並根據所述輸入電壓的多段分別對應不同開關通斷信號以控制所述多個支路線性導通開關的各種通斷組合。
2.根據 權利要求1所述的LED電路模塊，其特徵在於，在所述直流高壓輸入端輸入的是脈動的直流電壓。
3.根據權利要求1所述的LED電路模塊，其特徵在於，所述LED光源模組是COB封裝的LED模組、或者多個LED顆粒串/並聯模組。
4.根據權利要求1所述的LED電路模塊，其特徵在於，從所述直流高壓輸入端所串聯的第一個LED光源模組和第二個光源模組之間沒有連接所述支路調光開關。
5.根據權利要求1所述的LED電路模塊，其特徵在於，所述調光信號為可調整的基準電壓Vref，通過調整Vref的值，來實現所述調光控制晶片的調光功能。
6.一種LED可調光燈，其特徵在於，包括:調光控制模塊、多個如權利要求5所述的LED電路1吳塊； 其中，所述調光控制模塊連接交流電源輸入； 所述調光控制模塊通過直流高壓線路串接燈開關，並通過所述燈開關連接至所述各LED電路模塊的直流高壓輸入端； 所述調光控制模塊通過功率GND線路連接至所述各LED電路模塊的功率GND端； 所述調光控制模塊通過信號GND線路連接至所述各LED電路模塊的信號GND端； 所述調光控制模塊通過調光信號線路連接至所述各LED電路模塊的調光信號輸入端，用於發出所述調光信號，改變所述Vref?的值，進行調光。
7.根據權利要求6所述的LED可調光燈，其特徵在於，所述調光控制模塊包括: 整流橋，連接所述交流電源輸入，並轉換成脈動的直流電壓輸出； 控制器，連接所述燈開關，並用於控制所述燈開關通斷； 所述控制器通過所述調光信號線路發送預設電壓值範圍的調光信號至所述各LED電路模塊的調光信號輸入端進行調光。
8.根據權利要求7所述的LED可調光燈，其特徵在於，所述預設電壓值範圍是0~10伏特。
9.根據權利要求6所述的LED可調光燈，其特徵在於，所述調光控制模塊通過火線及零線連接交流電源輸入。
10.一種LED照明系統，其特徵在於，包括如權利要求6所述的至少一 LED可調光燈。
【文檔編號】H05B37/02GK103619100SQ201310612616
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】曹簫洪 申請人:上海亞明照明有限公司