一種交流電驅動led的方法
2023-07-16 20:42:11
一種交流電驅動led的方法
【專利摘要】本發明屬LED燈具領域，涉及一種交流電驅動LED的方法。其特徵在於：利用交流電的至少二相不同相位的電流驅動LED發光體。不僅解決了交流電驅動LED的頻閃問題；而且與直流驅動技術相比，由於省略了專用驅動電源，具有可靠性強、效率高、體積小、附加耗能低、使用壽命長、製造成本和使用成本低等優點；與現有的交流驅動技術相比，省略了限流電阻、降壓電容和扼流電感，具有可靠性強、效率高、體積小、附加耗能低、使用壽命長、製造成本和使用成本低等優點；是一種經濟效益和社會效益明顯且性價比高的LED驅動方法。
【專利說明】—種交流電驅動LED的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬LED燈具領域，涉及一種交流電驅動LED的方法。
【背景技術】
[0002]LED燈具因其節能、耐用和環保等優點，被關注，正成為新一代光源而被推廣應用。針對傳統的直流LED發光裝置，由於需要直流電源而導致製造成本高、影響燈具壽命和電源多餘耗能等問題。現有的交流LED發光裝置，存在頻閃問題，同時，在電路中串接的限流電阻、降壓電容和扼流電感等，存在附加耗能和增加了 LED燈具製造成本和體積的問題。專利CN201902900U和CN102468413A提出了一種採用長餘輝螢光物質的方法解決交流LED的頻閃問題。但是，由於長餘輝螢光物質在沒有激發光作用的條件下，其發光強度呈指數衰減特性，使得長餘輝螢光粉只能部分緩減頻閃，而無法消除頻閃問題，特別是難以在LED晶片不發光的7毫秒間歇時間內保持光通量穩恆，無法保證在LED晶片不發光的7毫秒間歇時間內不出現無光間隙。另外，長餘輝螢光粉發光效率低，會使LED燈具光效下降。
【發明內容】
[0003]針對以上問題，本發明的目的是提供一種能消除頻閃的交流電驅動LED的方法。
[0004]一種交流電驅動LED的方法，其特徵在於:利用交流電的至少二相不同相位的電流驅動LED發光體。
[0005]本發明的目的是利用交流電的至少二相不同相位的電流驅動LED發光體實現的，即利用交流電的二相或二相以上的不同相位的電流驅動LED發光體實現的，也就是:將同一 LED發光體並接在交流電的至少二相不同相位上或在交流電的至少二相不同相位上接有各自的特性基本一致的LED發光體實現的。當利用至少二相不同相位的交流電電流驅動同一 LED發光體時，驅動電流能相互銜接和相互補償，使得LED發光體的激發光相互銜接和相互補償，從而消除LED的頻閃現象；當利用交流電的至少二相不同相位的電流驅動各自的特性基本一致的LED發光體時，連接在不同相位上的特性基本一致的LED發光體的激發光能相互銜接並得以相互補償，從而消除LED的頻閃現象。所以，本發明不僅解決了交流電驅動LED的頻閃問題；而且與直流驅動技術相比，由於省略了專用驅動電源，具有可靠性強、效率高、體積小、附加耗能低、使用壽命長、製造成本和使用成本低等優點；相比現有的交流驅動技術，由於省略了限流電阻、降壓電容和扼流電感，具有可靠性強、效率高、體積小、附加耗能低、使用壽命長、製造成本和使用成本低等優點；是一種經濟效益和社會效益明顯且性價比高的LED驅動方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是本發明的一種結構示意圖；
[0007]圖2是本發明的第二種結構示意圖；
[0008]圖3是本發明的第三種結構示意圖，[0009]圖4是圖3的LED發光體的驅動電流測試結果，
[0010]圖5是圖3三相驅動LED發光合成效果；
[0011]圖6是本發明的第四種結構示意圖；
[0012]圖7是本發明的第五種結構示意圖，
[0013]圖8是圖7的LED燈珠串的驅動電流測試結果；
[0014]圖9是本發明的第六種結構示意圖。
[0015]圖10是本發明的第七種結構示意圖，
[0016]圖11是圖10的LED發光體的驅動電流測試結果；
[0017]圖12是圖10三相驅動LED發光合成效果。
【具體實施方式】
[0018]以下結合實施例及其附圖對本發明進行詳述:
[0019]圖1和圖2是本發明的二種利用交流電的三相不同相位的電流驅動同一 LED發光體，即將交流電的三個不同相位並接在同一 LED發光體上。圖1是利用三相交流市電的三相電流驅動同一組LED發光體，即將三相交流市電的三相不同相位的電流分別通過三個全波橋式整流器並接在同一 LED發光體上。圖3、圖6、圖7、圖9和圖10是本發明的五種利用交流電的三相不同相位的電流驅動各自的特性基本一致的LED發光體，即在交流電的三個不同相位上都連接有各自的特性基本一致的LED發光體。圖3、圖6、圖7和圖9是將三組特性基本一致的LED發光體分別通過全波整流橋堆聯接在交流電的三個不同相位上，而圖10是將三組特性基本一致的LED發光體分別直接聯接在交流電的三個不同相位上，每組LED發光體則是由特性基本一致的兩串LED晶片反並聯而成。圖3、圖6和圖9是利用三相交流市電通過全波整流橋堆驅動各自的LED發光體；圖10是利用三相交流市電直接驅動各自的LED發光體；圖7是利用單相交流市電並利用移相器使單相交流市電形成三相相位差，並將三組特性基本一致的LED發光體分別通過全波整流橋堆接在移相器形成的三個不同的相位上。
[0020]圖2、圖3和圖7的LED發光體是由若干串聯的發光二極體構成，圖1和圖6的LED發光體是由並聯的若干串串聯的發光二極體構成，圖9的LED發光體由若干串混合串並聯的發光二極體構成；圖10的LED發光體是由兩串反並聯的發光二極體構成；顯然，所述的LED發光體可以是由發光二極體構成的發光體,也可以是由LED發光晶片構成的發光體,它們之間可以串聯、並聯或混合串並聯。為了確保發光效果，最好採用並聯或混合串並聯的發光二極體或LED發光晶片。
[0021]圖3、圖6、圖7和圖9中的LED發光體都是通過橋式全波整流器接在交流電的三相不同相位上，也就是將所連接相位的交流電全波整流後輸入到LED發光體；顯然，也可採用其他全波整流器。
[0022]圖2和圖7是兩款利用單相交流電驅動的LED發光裝置。要點是:交流電為單相交流電，利用移相器使單相交流電形成相位差。圖中的移相器均為三相移相器，即交流電為單相交流電，利用移相器使單相交流電形成三相相位差。圖2中的同一 LED發光體並接在三個全波橋式整流器的輸出端上，三個全波橋式整流器分別連接在移相器形成的三個不同相位的輸出端上，移相器連接在單相交流電的輸出端上。圖7中的三組LED發光體分別連接在與移相器形成的三個不同相位輸出端相連接的三個全波橋式整流器的輸出端上，移相器連接在單相交流電的輸出端上。為使結構簡單，圖2和圖7採用的移相器由串聯的電感和電容構成，顯然，也可採用其他移相器。
[0023]圖4、圖8和圖11的驅動電流測試結果，是分別在圖3、圖7和圖10的每組LED發光體前分別插接一隻小值電阻(36Ω )，用示波器監測小值電阻兩端的電壓結果。圖中a、b和C，分別是流過其三組LED發光體的驅動電流情況；(1和e則分別是以驅動電流相位和時間為橫坐標，將a、b、c三圖疊合在一起的效果。由圖中的a、b、c三圖可見，三組LED發光體分別在一個電流交變周期內發光2次，而且各組LED發光體的工作時間等間隔地交替，每次發光持續時間約3.5暈秒,兩次發光間歇約6.5暈秒；由圖中d、e兩圖可見,三個LED發光體被交替激發所發的光剛好相互銜接和補償。
[0024]圖5和圖12分別是圖3和圖10的三組LED發光體的合成效果。由圖5和圖12可見，三組LED發光體在三相市電驅動下，相互間實現了完美的銜接和補償，消除了交流LED的頻閃，實現了穩定發光。
[0025]為了確保每一 LED發光體各自獨立，不會因其他LED發光體的損壞而斷電不工作，圖9的LED發光體採用了混合串並聯的連接方式。
[0026]圖10中的LED發光體是直接接在交流電的三相不同相位上，也就是將所連接相位的交流電直接輸入LED發光體，圖中是將三組特性基本一致的反並聯LED發光體分別直接聯接在交流電的三個不同相位上。所述的反並聯LED發光體是指由兩串反向並聯的LED晶片構成的LED發光體。顯然每組LED反並聯發光體亦可由若干反並聯的發光體並聯而成，亦可將交流電的至少二相不同相位直接並接在同一反並聯LED發光體上。
[0027]綜上所述，圖中都是利用交流電的三相不同相位的電流驅動LED發光體，利用移相器使單相交流電形成具有三相相位差的交流電；顯然，亦可利用交流電的二相不同相位的電流驅動LED發光體，利用電感或電容等構成的移相器使單相交流電形成具有二相相位差的交流電。為使交流電驅動的LED發光體所激發的光能按時間順序完美地相互銜接和補償，所用交流電的相位差最好為180°除以所用交流電相數的商或180°與180°除以所用交流電相數所得商的差，即二相交流電的相位差最好為90°，三相交流電的相位差最好為60°或120°，顯然，其它相數交流電的相位差可以依此類推。圖中的驅動交流電均為交流市電，即交流電為三相交流市電或單相交流市電。每相交流電所驅動的LED發光體所含最佳串聯發光二極體數(即可發光的PN數)為該相交流電電壓有效值除以發光二極體的工作電壓所得的商。
[0028]本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0029]本發明提供的一種新型的LED交流驅動方法，即一種利用驅動電流相位差消除交流LED頻閃的方法，與現有的LED直流驅動方法相比，具有成本低、壽命長、可輕型化和出光均勻柔和等優點；相比現有的交流LED驅動技術，具有消除交流LED頻閃和進一步提升LED燈具效率的優勢。
[0030]首先，採用本發明技術製備的LED燈具，無需像直流驅動技術那樣專門的LED驅動電源，具有成本低、故障率低、壽命長和耗能低的優勢，具體說明如下:
[0031]①成本低:因為本發明技術可以採用三相交流點直接驅動LED晶片，無需專用的直流LED驅動電源，自然省去了直流LED驅動電源的製造成本，而且採用本發明技術驅動的LED晶片是間歇式工作，晶片的發熱量只有相同功率的直流驅動LED燈具中晶片的1/4到1/3，晶片的結溫比直流驅動方式低得多，因此散熱要求比直流驅動低得多，使得採用本發明技術製備的LED燈具的散熱塊只需直流驅動模式的1/3到1/2，顯著降低了生產成本。
[0032]②可輕型化和小型化:如上所述，採用本發明技術驅動的LED晶片是間歇式工作，晶片的發熱量只有直流驅動LED燈具中持續工作晶片的1/4到1/2，晶片的結溫比直流驅動方式低得多，散熱塊只需直流驅動模式的1/3到1/2，散熱塊是LED燈具重量和體積的主要來源，節省了散熱塊的重量和體積額，自然可以實現LED燈具的輕型化和小型化。
[0033]③故障率低:眾所周知，直流驅動模式的LED燈具需要依賴專用的直流驅動電源的正常工作才能正常工作，但是在使用過程中直流驅動電源不可避免地會出現故障，現有的直流LED燈具出現故障的機率有70%以上的是由於驅動電源出問題，採用本發明技術，省去了專用直流驅動電源，自然就降低了由於驅動電源問題而產生的故障率，使得採用本發明技術製備的LED燈具故障率明顯低於現有直流驅動模式的LED燈具；
[0034]④耗能低:直流驅動模式的LED燈具需要依賴專用的直流驅動電源的正常工作才能正常工作，專用驅動電源工作過程也需要耗能，一般驅動電源的耗能約佔LED燈具總耗能的10-30%，本發明技術省去了專用驅動電源，自然就省去了相關耗能，因此具有更顯著的節能效果。
[0035]⑤壽命長:現有的LED驅動電源的平均壽命往往只有千小時量級，而LED晶片的平均壽命則在萬小時量級，因此，直流LED燈具的壽命往往受限於驅動電源的壽命，本發明技術避免了直流驅動電源的使用，使LED燈具的壽命不受限於驅動電源，體現為LED晶片的本徵壽命；並且本發明技術採用間歇式工作模式，相比直流驅動模式中持續工作晶片，其結溫要低得多，而LED晶片的光衰速度與結溫呈指數關係，本發明技術讓LED晶片間歇工作使LED晶片處於低結溫狀態，自然可以顯著延緩LED晶片的光衰；省去專用驅動電源和降低晶片結溫兩項因素的共同作用，自然可以顯著延長LED燈具的使用壽命，採用本發明技術驅動的LED燈具壽命起碼可以是現有驅動模式下工作的LED燈具壽命的數倍。
[0036]其次，本發明提供一種LED交流驅動方法，即一種利用驅動電流相位差消除交流LED頻閃的方法，相比現有的交流LED驅動技術，具有消除交流LED頻閃和進一步提升LED燈具效率的優勢。
[0037]①消頻閃優勢:現有的交流LED驅動技術，都採用單相交流驅動方式，使得一隻LED燈具中的所有晶片都在相同相位電流驅動下同步發光，如前所述，LED晶片只能在一定工作電壓範圍內才能正常工作和發光，因此，現有交流LED燈具在一個驅動交變電流周期內只有1/3以下的時間會發光，有2/3以上的時間不發光，即存在頻閃問題。專利CN201902900U和CN102468413A利用螢光粉的長餘輝使傳統交流LED的頻閃問題得到部分緩解，但由於這兩項專利仍然採用傳統交流LED的單相驅動模式，LED晶片的頻閃間隙沒有變化，即晶片不發光的情況沒有改變，餘輝壽命不夠長的螢光粉的餘輝時間不足以覆蓋暗光區段，難以消除頻閃問題；而採用餘暉長的螢光粉又存在光效低的問題，並且螢光物質的餘輝呈指數衰減特性，光線明暗變化仍然很大，這種長餘輝方法，雖然一定程度降低了傳統交流LED頻閃的幅度，但仍然存在嚴重的光強波動，同時還犧牲了 LED的光效。因此，光憑長餘輝螢光粉無法完全解決交流LED的頻閃問題。本發明技術採用多相位交流驅動技術，使LED晶片交替發光，不同晶片所激發的光之間實現相互銜接和補償，很好地解決了交流LED的頻閃問題。
[0038]②高效率:本發明技術相比現有交流LED驅動技術，相比現有的交流驅動技術，由於省略了限流電阻、降壓電容和扼流電感，自然節省了限流電阻和扼流電感存在時所需的耗能，所以具有高效率的優點。由於節省了器件，自然具有體積小、製造成本低等優點。
[0039]③自調節能力強:本發明技術可以採用多顆LED晶片或燈珠混合串並聯，使得採用本發明技術製作的LED燈具具有自調節能力。由於本發明技術準許多顆LED晶片並聯後再串聯，在遇到其中某顆燈珠中的某顆LED晶片損壞不能正常工作時，與之並聯的晶片則會自動將這顆損壞晶片本來承擔的電流和激發的光分攤到其它與之並聯的晶片上，使燈具整體性能不受某顆燈珠中某顆晶片中的某隻發光二極體損壞影響。顯然，這種自調節能力大大提升了 LED燈具的可靠性。
【權利要求】
1.一種交流電驅動LED的方法，其特徵在於:利用交流電的至少二相不同相位的電流驅動LED發光體。
2.根據權利要求1所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:利用交流電的三相不同相位的電流驅動LED發光體。
3.根據權利要求2所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:交流電的三相不同相位的相位差為60°或120°。
4.根據權利要求2或3所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:交流電為三相交流市電。
5.根據權利要求2或3所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:交流電為單相交流電，利用移相器使單相交流電形成具有三相相位差的交流電。
6.根據權利要求5所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:單相交流電為單相交流市電。
7.根據權利要求1所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:利用交流電的二相不同相位的電流驅動LED發光體。
8.根據權利要求7所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:交流電的二相不同相位的相位差為90°。
9.根據權利要求7或8所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:交流電為單相交流電，利用移相器使單相交流電形成具有二相相位差的交流電。
10.根據權利要求9所述的交流電驅動LED的方法，其特徵在於:單相交流電為單相交流市電。
【文檔編號】H05B37/02GK103747563SQ201310695471
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】方允樟, 金林楓, 鄭金菊, 吳鋒民, 葉慧群, 馬雲, 李文忠, 寇建龍, 樓剛 申請人:浙江師範大學