大晶片水平布置的led光機模組的製作方法
2023-05-27 03:00:36
大晶片水平布置的led光機模組的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大晶片水平布置的LED光機模組，包括印有銀漿電路(414)的透明的光機模板(43)，銀漿電路(414)在光機模板(43)上形成有接口導線，其接口導線的寬度和間距與LED照明大晶片(420)和LED驅動電源大晶片(410)的寬度W和間距WJG相同；對於大型光機模組中功率較大的，還需通過過渡電路集成透明塊(430)將光機模板(43)與1個以上的LED驅動電源大晶片(410)連接；LED驅動電源大晶片(410)和LED照明大晶片(420)帶銀漿電路(414)的一面與透明光機模板(43)帶銀漿電路(414)的一面按接口導線對焊在一起。
【專利說明】大晶片水平布置的LED光機模組
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種大晶片水平布置的LED光機模組，屬於LED照明【技術領域】。【背景技術】
[0002]申請號 201310140124.5、201310140138.7、201310140150.8、201310140105.2、201310140134.9,201310140106.7,201310140151.2,201310140136.8 等中國專利申請公開
了多個能在通用和互換的LED燈泡上使用的光機模組技術方案。這些技術為建立以LED燈泡為中心的照明產業架構，使LED燈泡(照明光源)、燈具、照明控制成為獨立生產、應用的終端產品的基本理念奠定了基礎。但上述專利尚未解決光機模組內置驅動電源的問題。
[0003]現行的LED驅動電源多為開關電源，體積太大；也有體積稍小的線性電源，但其驅動晶片多以DIP雙列直插或SMD貼片封裝型式再配合輔助元器件，其體積仍不足以小到能放置到光機模組內部。
[0004]LED照明從晶片廠提供LED晶片開始到照明燈需要經一系列的諸如貼片、固晶、焊接、封裝、分光分色、驅動設計、散熱設計、燈具設計等複雜而冗長的生產設計過程，由於存在晶片布置設計、導熱設計和電源驅動設計等諸多不確定性，這種以LED晶片為中心的產業架構難以在可更換光源的模式下實現光源(燈泡)標準化，最終導致終端市場上的LED燈多以不可更換光源的整體結構燈為主體，增加了照明產品的產業複雜度和降低了照明產品的產業集中度。
[0005]進一步創造理念先進、更易標準化的LED燈泡光機模組內置驅動電源和LED照明晶片結構方案對於大規模推廣LED照明意義深遠。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於，提供一種大晶片水平布置的LED光機模組。它是一種更易標準化的，內置驅動電源和LED照明晶片結構的LED光機模組，它在結構上有利於LED照明的標準化、大規模的推廣。
[0007]本實用新型的技術方案:大晶片水平布置的LED光機模組，其特點是:包括印有銀漿電路的透明的光機模板，銀漿電路在光機模板上形成有接口導線，其接口導線的寬度和間距與LED照明大晶片和LED驅動電源大晶片的寬度W和間距Wie相同；對於大型光機模組中功率較大的，或還需通過過渡電路集成透明塊將光機模板與I個以上的LED驅動電源大晶片連接；再將LED驅動電源大晶片和LED照明大晶片帶銀漿電路的一面透明光機模板帶銀漿電路的一面按接口導線對焊得大晶片水平布置的LED光機模組。
[0008]上述的大晶片水平布置LED光機模組中，對於中、小型的LED光機模組,夕卜部電源或信號直接通過接插件從焊接在光機模板的LED驅動電源大晶片上接入；對於大型的LED光機模組，光機模板上還焊接有柔性電路，外部電源或信號通過接插件連接柔性電路接入到焊接在光機模板上的LED驅動電源大晶片上；對於大型LED光機模組中功率較大的,光機模板上焊接有一個及以上的LED驅動電源大晶片和一個及以上的LED照明大晶片；還可沿LED驅動電源大晶片、LED照明大晶片和或過渡電路集成透明塊周邊封透明膠得LED光機模組。
[0009]前述的大晶片水平布置LED光機模組中，所述的透明過渡電路集成透明塊包括第三透明基板，第三透明基板上印刷有銀漿電路，銀漿電路有接口導線，接口導線有I組接入端和I組以上的輸出端；接入端的寬度與光機模板導線接入端的寬度We相同；輸出端的接口導線寬度與LED驅動電源大晶片410的接入端寬度We相同；將過渡電路集成透明塊上印刷有銀漿電路的一面與光機模板的帶銀漿電路的一面按接口導線對焊。過渡電路集成透明塊用於將外部電源或信號接入一個以上的LED驅動電源大晶片，再通過LED驅動電源大晶片輸出到LED照明大晶片上。它解決了由於LED光機模組的電路要求，要使外部電源或信號接入LED驅動電源大晶片或LED驅動電源大晶片輸出到LED照明大晶片的電路需涉及到光機模板上雙面的印刷電路方能實現，由於一般情況下光機模板的背部將緊貼散熱器使用，而散熱器大多由金屬製成，光機模板的背部需要絕緣，無法實現雙面印刷電路的問題。
[0010]前述的大晶片水平布置LED光機模組中，所述LED照明大晶片包括一個寬度固定為W的第一透明基板，第一透明基板上設有N+1條平行的接口導線，第一透明基板上設有N顆LED晶片構成LED晶片串聯組，每顆LED晶片均位於兩條相鄰的接口導線之間，兩條相鄰的接口導線的間距為Wje等於W減接口導線寬再除以N (ffJG = (W-接口導線寬)/N)，且每顆LED晶片的正負極均分別連接在兩條相鄰的接口導線上；且同時並聯多個LED串聯組，使得透明基板上形成可在透明基板長度方向上延伸的N列多行的LED晶片陣列；N為3至7之間的整數；在組建LED光機模組時，根據功率需要，對LED照明大晶片進行剪裁，剪裁成不同長度的LED照明大晶片具有不同的功率；所述的LED晶片承載電壓約為DC3.2V(根據實際情況適當調整)或大於DClOV的高電壓。
[0011]前述的大晶片水平布置LED光機模組中，所述LED晶片陣列和接口導線在透明基板上的形成方法是:採用透明的襯底做過渡外延層形成的薄型外延片，外延片採用成熟晶片製造技術分層生長電路和LED晶片，然後經切割形成寬度為W的LED照明大晶片，其中生長出的電路包括接口導線和連接LED晶片和接口導線的連接晶片的導線，襯底作為第一透明基板；所述的晶片二極由於不需要焊接，可採用透明電極，以增加晶片的發光面積；所述的晶片成熟製造技術是:採用有機金屬化學氣相沉積設備分層進行覆矽、上膠、光刻、蝕刻、鍍膜、合金和磨片等工藝；或者採用傳統技術將LED晶片陣列貼裝在印製好銀漿電路的第一透明基板上，並通過倒裝焊接或金絲正裝焊接與第一透明基板上的銀漿電路連接，獲得LED照明大晶片，銀漿刷電路包括接口導線和連接晶片的導線。
[0012]前述的大晶片水平布置LED光機模組中，所述LED驅動電源大晶片包括寬度固定為W的第二透明基板，透明基板印製有銀漿電路，銀漿電路上有接口導線，接口導線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機模板導線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導線上有N+1條平行的接口導線，相鄰兩條接口導線的間距Wje等於W減接口導線寬再除以N(Wje= (W-接口導線寬)/N);第二透明基板上先粘貼未經封裝的電源驅動晶圓級晶片和整流橋晶圓級晶片，然後將未經封裝的電源驅動晶圓級晶片和整流橋晶圓級晶片焊接在第二透明基板上，第二透明基板有接口導線端的寬度與LED照明大晶片的寬度W相同，高度為H2 ；LED驅動電源大晶片上接口導線的用途是用來連接所述的LED照明大晶片上的晶片陣列的。[0013]與現有技術相比，本實用新型的光機模組可以適用於本實用新型的發明人在先申請的各類燈泡專利，替代燈泡中原有的光機模組。本實用新型的光機模組在結構上可以內置電源和LED照明晶片，而且體積小，易於實現標準化。本實用新型可以改變了現有的以LED晶片為中心的產業架構，本實用新型的LED光機模組可以以在可更換光源的模式下實現光源(燈泡)標準化，從而可以降低照明產品的產業複雜度和降低了照明產品的產業集中度。
[0014]在LED電源大晶片的驅動下，LED照明大晶片被設計成固定的寬度W，長度則根據製造設備的規格來確定，使用時來分割成不同的長度。這樣LED照明大晶片不需針對單個LED晶片來切割成毫米級尺寸，晶片製作時將降低對襯底的機械特性要求，使類似多晶的高純氧化鋁等進入襯底的選擇範圍，大幅度地降低了 LED照明晶片的製造成本。
[0015]LED照明大晶片中的每顆LED晶片兩極無需焊接，電極可做的較小同時並可採用透明電極的方案，會有效地增加晶片的發光面積和提高發光效率。
[0016]從晶片廠開始，LED照明大晶片只需結合電源大晶片即可直接貼裝焊接在光機模板上、或燈泡導熱支架。LED照明生產流程短而簡單。同時，大晶片按使用功率分段切割，設計、生產到產品整個過程中容易確定的因數較多，便於對其控制來實現標準化作業。
[0017]按使用功率來分割的照明大晶片可滿足大多數照明應用要求，這樣非切割的、數量有限的照明大晶片容易實現規模化的產業集中度，將大幅度減少照明產品的製造成本。
[0018]本實用新型改變了 LED現有的封裝產業概念，照明大晶片採用倒裝後只需簡單封裝大晶片周邊即可；採用正裝時可採用蓋板封裝等工藝；繞開了國外的專利壁壘。
[0019]而由於現行的LED驅動電源多為開關電源，體積太大；也有體積稍小的線性電源，但其驅動晶片多以DIP雙列直插或SMD貼片封裝型式再配合輔助元器件，然後焊接在PCB電路板上，其體積仍不足以小到能放置到光機模組內部。這個思路難以使LED驅動電源微型化、輕量化和透明化，無法放置到光機模組中，最終無法在通用和互換的LED燈泡實現市電直接接入。
[0020]採用本實用新型的驅動技術的電源大晶片可以滿足LED照明應用如驅動、調光、過電壓及浪湧保護、過載等的各種基本需求，且可以把體積做的較小，以至於可以將驅動電源放到燈泡內部甚至光機模組內部。這對LED照明低成本、小型化具有非常重要的意義。本實用新型推動了 LED晶片的朝集成化的方向發展，使照明大晶片的出現成為現實。二者的共同使用將進一步推動LED照明產業的快速發展。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型實施例的小型光機模板上的電路示意圖；
[0022]圖2為本實用新型實施例的中型光機模板上的電路示意圖；
[0023]圖3為本實用新型實施例的小型光機模組示意圖；
[0024]圖4為本實用新型實施例的中型光機模組示意圖；
[0025]圖5為本實用新型實施例的大型光機模板上的電路示意圖；
[0026]圖6為本實用新型實施例的大功率的大型光機模板上的電路示意圖；
[0027]圖7為本實用新型實施例的大型光機模組示意圖；
[0028]圖8為本實用新型實施例的大功率的大型光機模組示意圖；[0029]圖9為本實用新型過渡電路集成透明塊結構示意圖；
[0030]圖10為本實用新型實施例LED照明大晶片的結構示意圖；
[0031]圖11為本實用新型實施例小功率LED驅動電源大晶片的結構示意圖；
[0032]圖12為本實用新型實施例的光機核心構件的結構示意圖；
[0033]圖13為本實用新型實施例的LED電壓電流波形圖；
[0034]圖14為本實用新型實施例的超高電壓運行功率波形圖；
[0035]圖15本實用新型實施例的調光運行功率波形圖；
[0036]圖16本實用新型實施例的電路連接圖；
[0037]圖17本實用新型實施例的驅動電源晶片內部電路圖；
[0038]圖18本實用新型實施例3段負載的LED電壓電流波形圖；
[0039]圖19:本實用新型實施例DC52V串聯的LED晶片陣列模組功率加載分布圖；
[0040]圖20:本實用新型實施例LED晶片陣列承載電壓試算圖；
[0041]圖21:本實用新型實施例單顆DC52V晶片承載功率試算圖；
[0042]圖22:本實用新型實施例2*52V+4*35V串聯的LED晶片陣列模組功率加載分布圖；
[0043]圖23為本實用新型實施例大功率LED驅動電源大晶片的結構示意圖。
[0044]附圖中的標記為:41_LED晶片,43-光機模板,43.1-光機模板固定孔,44-柔性轉接電路，44.1-焊點，45-透明封膠，61-帶螢光粉的內罩，410-LED驅動電源大晶片，410.1-透明蓋板，411-驅動電源晶圓級晶片,412-整流橋晶圓級晶片,413-第二透明基板，414-銀漿電路，414.1-焊盤，420-LED照明大晶片，421-第一透明基板，430-A型過渡電路集成透明塊，431-第三透明基板。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但並不作為對本實用新型限制的依據。
[0046]實施例。大晶片水平布置的LED光機模組，包括印有銀漿電路414的透明的光機模板43，銀漿電路414在光機模板43上形成有接口導線，其接口導線的寬度和間距與LED照明大晶片420和LED驅動電源大晶片410的寬度W和間距相同；對於大型光機模組中功率較大的，或還需通過過渡電路集成透明塊430將光機模板43與I個以上的LED驅動電源大晶片410連接；再將LED驅動電源大晶片410和LED照明大晶片420帶銀漿電路414的一面透明光機模板43帶銀漿電路414的一面按接口導線對焊得LED光機模組。
[0047]對於中、小型的LED光機模組(光機模板分別如圖2和圖1所不),外部電源或信號直接通過接插件11從焊接在光機模板43上的LED驅動電源大晶片410上接入，如圖3和圖4所示；對於大型的LED光機模組，光機模板43如圖5所示，光機模板43上上還焊接有柔性電路44，外部電源或信號通過接插件11連接柔性電路44接入到焊接在光機模板43上的LED驅動電源大晶片410上；對於大型LED光機模組中功率較大的,光機模板43如圖6所示，光機模板43上焊接有一個及以上的LED驅動電源大晶片410和一個及以上的LED照明大晶片420，如圖7和圖8所示；最後沿LED驅動電源大晶片410、LED照明大晶片420和或過渡電路集成透明塊430周邊封透明膠45得LED光機模組。[0048]所述的透明過渡電路集成透明塊430圖9所示，包括第三透明基板431，第三透明基板431上印刷有銀漿電路414，銀漿電路414有接口導線，接口導線有I組接入端和I組以上的輸出端；接入端的寬度與光機模板43導線接入端的寬度We相同；輸出端的接口導線與LED驅動電源大晶片410的接入端寬度We相同；將過渡電路集成透明塊430上印刷有銀漿電路414的一面與光機模板43的帶銀漿電路414的一面按接口導線對焊；過渡電路集成透明塊430用於將外部電源或信號接入一個及以上的LED驅動電源大晶片410，再通過LED驅動電源大晶片410輸出到LED照明大晶片420上。解決了由於LED光機模組的電路要求，要使外部電源或信號接入LED驅動電源大晶片410或LED驅動電源大晶片輸出到LED照明大晶片420的電路需涉及到光機模板上雙面的印刷電路方能實現，由於一般情況下光機模板的背部將緊貼散熱器使用，而散熱器大多由金屬製成，光機模板的背部需要絕緣，無法實現雙面印刷電路的問題。本實用新型的過渡電路集成透明塊包含I種過渡電路集成透明塊:A型:外部電源和信號分別接入到雙LED驅動電源大晶片410上，參見圖9，其中外部導線接入的寬度為We ；LED驅動電源大晶片410導線接入寬度為We。其總寬度為2*W+10mm、高度為H2 ;典型尺寸為:寬度25.8mm、高度:H2 = 6mm。
[0049]所述LED照明大晶片420，如圖10所示，包括一個寬度固定為W的第一透明基板421，第一透明基板上設有N+1條平行的接口導線，第一透明基板421上設有N顆LED晶片41構成LED晶片串聯組，每顆LED晶片41均位於兩條相鄰的接口導線之間，兩條相鄰的接口導線的間距為Wje等於W減接口導線寬再除以N (Wje = (W-接口導線寬)/N)，且每顆LED晶片41的正負極均分別連接在兩條相鄰的接口導線上；且同時並聯多個LED串聯組，使得透明基板421上形成可在透明基板421長度方向上延伸的N列多行的LED晶片陣列；N為3至7之間的整數；在組建LED光機模組時，根據功率需要，對LED照明大晶片420進行剪裁，剪裁成不同長度的LED照明大晶片420具有不同的功率。
[0050]所述LED晶片陣列和接口導線在透明基板上的形成方法是:採用透明的襯底做過渡外延層形成的薄型外延片，外延片採用成熟晶片製造技術分層生長電路和LED晶片，然後經切割形成寬度為W的LED照明大晶片，其中生長出的電路包括接口導線和連接LED晶片和接口導線的連接晶片的導線，襯底作為第一透明基板；所述的晶片二極由於不需要焊接，可採用透明電極，以增加晶片的發光面積；所述的晶片成熟製造技術是:採用有機金屬化學氣相沉積設備分層進行覆矽、上膠、光刻、蝕刻、鍍膜、合金和磨片等工藝；或者採用傳統技術將LED晶片陣列貼裝在印製好銀漿電路414的第一透明基板421上，並通過倒裝焊接或金絲正裝焊接與第一透明基板421上的銀漿電路414連接，獲得LED照明大晶片420，銀漿刷電路414包括接口導線和連接晶片的導線。
[0051]所述LED驅動電源大晶片，如圖11和圖23所示，包括寬度固定為W的第二透明基板413，透明基板413印製有銀漿電路，銀漿電路414上有接口導線，接口導線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機模板43導線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導線上有N+1條平行的接口導線，相鄰兩條接口導線的間距Wje等於W減接口導線寬再除以N(W$= (W-接口導線寬)/N);第二透明基板413上先粘貼未經封裝的電源驅動晶圓級晶片411和整流橋晶圓級晶片412,然後將未經封裝的電源驅動晶圓級晶片411和整流橋晶圓級晶片412焊接在第二透明基板413上，第二透明基板413有接口導線端的寬度與LED照明大晶片的寬度W相同，高度為H2 ；LED驅動電源大晶片上接口導線的用途是用來連接所述的LED照明大晶片上的晶片陣列的。
[0052]所述LED光機模組上的LED驅動方法為:整流橋晶圓級晶片412上的整流橋將市電AC轉化為脈動直流電，脈動直流電的電壓大於零，小於等於脈動直流電額定最大工作電壓Vwk，在脈動直流電上設置3?7段LED負載，各段LED負載串聯在一起形成LED負載串聯段組，多個LED負載串聯段組形成所述的LED晶片陣列，在脈動直流電的電壓升高時，電源驅動晶圓級晶片411控制LED負載串聯的段數逐級增加，在脈動直流電的電壓下降時，控制LED負載串聯的段數逐級減小，LED負載串聯的段數為實際連入脈動直流電的LED負載段數。
[0053]所述LED負載串聯的段數通過開關進行控制，開關的控制節點為電壓的分段界限，所述電壓的分段數量與LED負載串聯的段數相對應；所述LED負載串聯的段數的控制方法是，將每段LED負載的負極方向分別通過開關連接脈動直流電的負極，然後根據脈動直流電的電壓變化對各個開關的通斷進行控制，使用將某幾段開關斷路的方式實現LED負載串聯的段數的改變。
[0054]設定脈動直流電的脈動直流工作電壓Vw大於Vwmax的時段，控制所有開關斷開，停止向所有LED負載供電，實現對LED的過電壓及浪湧保護；通過調整脈動直流電的最大允許脈動直流電壓Vwmax的大小，從而實現對LED的發光亮度調整。
[0055]通過設置電流傳感器測得電路中有效工作電流Iw，當Iw超過設計值KIwk時，關閉所有開關以實現電流保護，開關的開啟需在下次重新加載電壓後恢復，其中K為調整係數，Iwe為額定有效工作電流。
[0056]所述的開關在脈動直流電壓上升階段延時tm毫秒動作，在脈動直流電壓下降階段提前tm毫秒動作，以獲得相對較平穩的LED工作電流。
[0057]設置串聯在一起的每一段LED負載為具有不同的最大承載電壓值的LED晶片組，可使在開關控制下工作的LED負載串聯段組獲得接近理想正弦波的工作電流曲線。
[0058]所述每一段LED負載最大承載電壓的調整方法是:①以脈動直流電壓為縱坐標、脈動直流周期為橫坐標作圖假定一個純電阻負載，其功率在脈動直流半波形成的正弦圖形面積為1，作圖；③設定LED負載串聯段組的承載功率為純電阻負載的120%，作一面積為1.2的矩形陰影圖，矩形陰影的縱坐標值即為串聯段組總的最大承載電壓值同理，已知LED負載承載電壓情況下，可作圖得出LED負載的圖形面積，，逐段驗證LED負載的面積之和大於開關的控制節點下的脈動直流正弦波面積；⑤選取LED負載串聯段組上各段LED負載的承載電壓值，相加大於等於串聯段組總的最大承載電壓值即可；其中，承載電壓值較高的LED負載靠近正極端，承載電壓值較低的LED負載靠近負極端。
[0059]所述光機模板43的材質為薄片非金屬透明材料，如SiO2, Al2O3等，它是將薄型板材加溫到近材料軟化點，利用模具採用衝壓設備衝壓成型的。由於材料易脆且硬度較高，因此只能切割方式進行加工成光機模板形狀時，成本較高。
[0060]使用前述的LED光機模組組建LED照明核心構件的方法，如圖12所示，在LED光機模組上設置柔性電路44後裝入帶螢光粉的內罩61即可；帶螢光粉的內罩61是將含螢光粉的注塑顆粒料與不含螢光粉的透明注塑顆粒料混勻；混合比例根據需要配置，然後通過注塑成型即得；其中所述含螢光粉的注塑顆粒料是將20?30%螢光粉體與70?80%透明注塑顆粒料混勻，熱熔後重新製成注塑顆粒料；螢光粉選用餘輝時間大於8ms的螢光粉。[0061]下文是以6組LED負載為例的本實用新型的工作原理。即η取值為6。
[0062]首先，交流電AC經過整流橋後變成脈動直流電，例:AC220V，50Hz交流電經整流橋整流後，參見圖13，電壓為半個周期(180度)的波形曲線，周期在O度時脈動直流電壓為零，在90度時脈動直流電壓達到最大值Vwe為最高DC311V，180度時，電壓又降為零，周而復始。
[0063]本實用新型的工作要求，在脈動直流電壓大於零與小於等於Vwk之間，共設置3~7段負載，各段負載間形成串聯方式，隨電壓升高，負載(即LED負載)串聯段數逐級增加，負載電壓由開關控制加載，參見圖13和圖16，電壓開關節點為電壓分段界限。
[0064]供電管理運行模式:本實用新型不設計電流控制器件，各級開關的啟閉僅取決於Vw的變化，參見圖13、圖16和圖17。
[0065]周期O~90度時:
[0066]第I段:工作初始狀態，即周期從O起始，電路中開關K1~K6處於開啟狀態(ON)，電流主要經節點J1通過開關K1形成通路，負載由額定電壓為lVm/6串聯工作的LED組成；
[0067]第2段:當Vw大於等於lVWK/6時，開關Kl關閉(OFF)，電流主要經節點J2通過開關K2形成通路，負載由額定電壓為2VWK/6串聯工作的LED組成；
[0068]第3段:當Vw大於等於2Vm/6時，開關Kl處於0FF，開關K2關閉(OFF)，電流主要經節點J3通過開關K3形成通路，負載由額定電壓為3Vm/6串聯工作的LED組成；
[0069]第4段:當Vw大於等於3Vm/6時，開關Kl~K2處於0FF，開關K3關閉(OFF)，電流主要經節點J4通過開關K4形成通路，負載由額定電壓為4VWK/6串聯工作的LED組成；
[0070]第5段:當Vw大於等於4Vm/6時，開關Kl~K3處於0FF，開關K4關閉(OFF)，電流主要經節點J5通過開關K5形成通路，負載由額定電壓為5Vm/6串聯工作的LED組成；
[0071]第6段:當Vw大於等於5Vm/6時，開關Kl~K4處於0FF，開關K5關閉(OFF)，電流經節點J6通過開關K6形成通路，負載由額定電壓為6Vm/6串聯工作的LED組成；
[0072]開關Kl~K6關閉時，可採用延時0.1ms的關閉方法，可獲得相對較平穩的電流。
[0073]周期90~180度時:
[0074]第6段:工作初始狀態，電壓由最大值向下減少，電路中開關Kl~K5處於關閉狀態(OFF)，開關K6處於開啟狀態，電流經節點J6通過開關K6形成通路，負載由額定電壓為βν^/6串聯工作的LED組成；
[0075]第5段:當Vw小於等於5VWK/6時，開關K5~K6開啟(ON)，電流主要經節點J5通過開關K5形成通路，負載由額定電壓為5VWK/6串聯工作的LED組成；
[0076]第4段:當Vw小於等於4VWK/6時，開關K4~K6開啟(ON)，電流主要經節點J4通過開關K4形成通路，負載由額定電壓為4VWK/6串聯工作的LED組成；
[0077]第3段:當Vw小於等於3VWK/6時，開關K3~K6開啟(ON)，電流主要經節點J3通過開關K3形成通路，負載由額定電壓為3VWK/6串聯工作的LED組成；
[0078]第2段:當Vw小於等於2VWK/6時，開關K2~K6開啟(ON)，電流主要經節點J2通過開關K2形成通路，負載由額定電壓為2VWK/6串聯工作的LED組成；
[0079]第I段:當Vw小 於等於lVm/6時，開關Kl~K6開啟(ON)，電流主要經節點Jl通過開關Kl形成通路，負載由額定電壓為lVWK/6串聯工作的LED組成。
[0080]開關Kl~K6開啟時，可採用提前0.1ms的開啟方法，可獲得相對較平穩的電流。[0081]調光運行模式:外部設置一給定電壓VT = O時，Vffmax對應CVwk，外部電壓給定VT=5V時，Vffmax對應0V，設置O ( Vffmax ( CVffE, C調整係數，為額定電壓的倍數，如C = 1.12。Vw大於Vwmax的時段,對應各段的開關將關閉(OFF),停止向負載供電。其作用為一種調光方案。參見圖15、圖16和圖17，調節Vwmax低於Vwk，圖中黃色部分將增加，輸入到負載的功率將降低，從而達到調光的目的。例:當LED在AC220V市電正常工作是，調整交流電電壓至AC180V的電壓時，圖中的陰影部分為Vw高於254V的形成功率投影圖部分，從周期約55.5度到124.5度之間，由於此段時間內相應的開關Kx處於關閉(OFF)，陰影部分的功耗(相當於正常市電下脈動直流半波的加載功率的57.0% )將被剔除，這部分功耗未被加載到負載上，使負載的亮度降低。當^_等於O時，所有開關將關閉(0FF)，負載供電量為零。可以做到無級調光，而不會發生能量消耗。
[0082]電壓保護運行模式:設置Vwmax = CVwro Vff大於Vwmax的時段，對應各段的開關將關閉(0FF)，停止向負載供電。參見圖14、圖16和圖17，例:當市電達到270V的高電壓時，圖中的陰影部分為Vw高於348V的形成功率投影圖部分，從周期約66度到114度之間，由於此段時間內Kl~K6開關處於關閉 (0FF)，陰影部分的功耗(相當於正常市電下脈動直流半波的加載功率的50.2% )將被剔除，這部分功耗未被加載到負載上，使負載不會因過電壓燒毀。
[0083]過流保護運行模式:本實用新型具有過流保護，參見圖17，電流傳感器測得電路中有效工作電流Iw超過設計值KIwk, K為調整係數，例:設定Iwe = 275mA, K=L 2，邏輯開關控制器將關閉所有開關Kl~K6(0FF)，開啟開關(ON)Kl~K6需在下次重新加載電源壓後恢復。
[0084]依據與上述相同的原理，負載方式可分為3~7段，分段少，電路簡單，但電流變化較大，容易在電網產生低次諧波，參見圖18;分段多，則電路結構複雜。一般取4~6段為佳。
[0085]注:VW—脈動直流工作電壓(1.4142*交流電壓)；VWK—脈動直流額定最大工作電壓(1.4142*交流電壓)；Vwmax—最大允許脈動直流電壓(1.4142*交流電壓)；IW—有效工作電流。Iwe—額定有效工作電流。
[0086]如市電為AC220，整流後的電壓為DC311V，以每組LED負載為單顆晶片為例，則每顆晶片承受DC52V ;如AC110，則晶片承受DC26V。設脈動直流半波的加載功率面積為1，參見圖19，圖中每個LED負載(LED模組I至6)被加載功率相差比較大，LED模組I達到脈動直流半波的加載功率面積的20.68% (為晶片額定出力的84.4% );而LED模組6隻有
5.11% (為晶片額定出力的19.2% )，約為模組I的四分之一功率，經過實測驗證，模組6的實際亮度很低；整個晶片組的平均被加載的功率為晶片額定出力的52.4%，晶片的利用率較低；而晶片組的額定出力(虛線框面積)為脈動直流半波的加載功率面積的159%。由於晶片冗餘量過大，不僅晶片浪費，還造成驅動電源過大而浪費，同時增加了布置上的難度。因此，恆定直流狀態下選擇晶片電壓的方法在脈動直流狀態下存在一定問題，如何在保證晶片安全工作的前提下，提高晶片的利用率成為一個待解決的問題。
[0087]設定6顆串聯的LED晶片陣列的額定出力由脈動直流半波加載功率的1.59倍調低至1.2倍(考慮到小型電網市電會出現不低於1.2倍波動)，參見圖20，設LED晶片陣列晶片承載功率(圖中陰影部分面積)為脈動直流半波加載功率(脈動直流半波部分面積)的1.2倍時，可以由圖20作圖推算出市電為AC220V時晶片陣列的承載電壓為DC236V ；[0088]參見圖21，對LED模組I到模組6分別設置不同的電壓值，可以得到不同承載電壓值下的晶片加載功率面積(圖中陰影部分)；
[0089]採用2*52V+4*35V高電壓晶片(模組I和模組2的型號為VES-AADBHV45、模組3到模組6為ES-AADBHF40)組成串聯陣列，則晶片陣列的承載電壓調整為DC244V ;作圖22，獲得的晶片陣列被加載功率面積為脈動直流半波功率面積的96.67%，晶片陣列被加載的功率接近I為理想狀態；此時LED晶片陣列被加載的功率為晶片陣列額定出力77.6% ;實驗驗證與推算值相近。
[0090]各電壓段的模組加載功率驗證:設脈動直流半波的加載功率面積為1，電壓為縱坐標時，容易通過圖21計算DC52V晶片額定出力為26.52%，同理，DC35V晶片的額定出力為17.89% ;圖22則是市電為AC220V時，LED晶片陣列各模組的被加載的功率情況；表1是晶片陣列被加載的功率為脈動直流半波功率面積I時，市電電壓分別為AC220V，AV246V，AC270V各個模組被加載功率的情況，表中可以看出，僅模組3在DC311V和DC348V略有過載，但由於模組I和模組2有功率裕量，實驗證明模組3可通過。
[0091 ] 在其他市電電壓等級時，優化方式參照上述進行。
[0092]理想狀態下晶片承載功率驗算如下表所示:
【權利要求】
1.大晶片水平布置的LED光機模組，其特徵在於:包括印有銀漿電路(414)的透明的光機模板(43)，銀漿電路(414)在光機模板(43)上形成有接口導線，其接口導線的寬度和間距與LED照明大晶片(420)和LED驅動電源大晶片(410)的寬度W和間距'相同；對於大型光機模組中功率較大的，還需通過過渡電路集成透明塊(430)將光機模板(43)與I個以上的LED驅動電源大晶片(410)連接；LED驅動電源大晶片(410)和LED照明大晶片(420)帶銀漿電路(414)的一面與透明光機模板(43)帶銀漿電路(414)的一面按接口導線對焊在一起。
2.根據權利要求1所述的大晶片水平布置LED光機模組，其特徵在於:對於中、小型的LED光機模組，外部電源或信號直接通過接插件(11)從焊接在光機模板(43)上的LED驅動電源大晶片(410)上接入；對於大型的LED光機模組，光機模板(43)上還焊接有柔性電路(44)，外部電源或信號通過接插件(11)連接柔性電路(44)接入到焊接在光機模板(43)上的LED驅動電源大晶片(410)上；對於大型LED光機模組中功率較大的,光機模板(43)上焊接有一個及以上的LED驅動電源大晶片(410)和一個及以上的LED照明大晶片(420);沿LED驅動電源大晶片(410)、LED照明大晶片(420)和/或過渡電路集成透明塊(430)周邊設有透明膠(45)。
3.根據權利要求1所述的大晶片水平布置LED光機模組，其特徵在於:所述的透明過渡電路集成透明塊(430)包括第三透明基板(431)，第三透明基板(431)上印刷有銀漿電路(414)，銀漿電路(414)有接口導線，接口導線有I組接入端和I組以上的輸出端；接入端的寬度與光機模板(43)導線接入端的寬度We相同；輸出端的接口導線寬度與LED驅動電源大晶片(410)的接入端寬度We相同；過渡電路集成透明塊(430)上印刷有銀漿電路(414)的一面與光機模板(43)的帶銀漿電路(414)的一面按接口導線對焊。
4.根據權利要求1所述的大晶片水平布置LED光機模組，其特徵在於:所述LED照明大晶片(420)包括一個寬度固定為W的第一透明基板(421)，第一透明基板上設有N+1條平行的接口導線，第一透明基板(421)上設有N顆LED晶片41構成LED晶片串聯組，每顆LED晶片(41)均位於兩條相鄰的接口導線之間，兩條相鄰的接口導線的間距為Wje等於W減接口導線寬再除以N，且每顆LED晶片(41)的正負極均分別連接在兩條相鄰的接口導線上；且同時並聯多個LED串聯組；N為3至7之間的整數；所述的LED晶片承載電壓為DC3.2V或大於DClOV的高電壓。
5.根據權利要求1所述的大晶片水平布置LED光機模組，其特徵在於:所述LED驅動電源大晶片包括寬度固定為W的第二透明基板(413)，第二透明基板(413)印製有銀漿電路，銀漿電路(414)上有接口導線，接口導線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機模板(43)導線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導線上有N+1條平行的接口導線，相鄰兩條接口導線的間距'等於W減接口導線寬再除以N;第二透明基板(413)上先粘貼有未經封裝的電源驅動晶圓級晶片(411)和整流橋晶圓級晶片(412)，未經封裝的電源驅動晶圓級晶片(411)和整流橋晶圓級晶片(412)焊接在第二透明基板(413)上。
【文檔編號】F21S2/00GK203810156SQ201420257270
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】張繼強, 張哲源, 朱曉冬 申請人:貴州光浦森光電有限公司