交流多段限壓短路保護led照明燈電路的製作方法
2024-02-11 23:21:15 2
專利名稱：交流多段限壓短路保護led照明燈電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術領域，屬電子照明技術之LED照明技術範疇。
背景技術：
LED是發光二極體的簡稱，是一種效率高、光質好、能耗小、壽命長、安全環保的固體光源，在照明領域取代傳統的白熾燈和螢光燈已是大勢所趨。普通LED單體的功率很小(如常見的白光3528貼片只有O. 06W左右)，一隻照明燈具應有幾十上百個單體甚至更多其亮度才能滿足需要。LED也有自身的弱點，一是伏安曲線十分陡峭，在其額定電壓上下區間，微小的電壓變化對應大幅的電流變化，大幅超過額定電流將導致性能變壞甚至損壞；二是耐壓性能差，即使電源限定了較小的電流，過高的電壓即可將其損壞；三是單體一致性 差，不同廠商的產品不說，即便是同一廠商的同一批次產品其各項性能的差異也顯著存在。這些無疑成了 LED照明產品市場化進程的攔路虎。針對LED的上述弱點，近年市面上可見的解決方案主要有I、低壓驅動通過變壓器、降壓電容、專用IC等將220伏交流電變換成十幾伏至數十伏的直流電來驅動LED。此類電路的優點是安全可靠，但用電效率低，有的電路甚至將LED的節能性能喪失殆盡。2、串並矩陣將若干個LED單體按電壓和電流的要求進行串聯並聯組合，來增強整體的穩定性和可靠性，這類電路是以放棄LED較理想工作狀態為前提，且還須配合以其它穩壓、穩流方式，目前這種較原始的方法已被淘汰出局。3、LED並聯或串聯電阻保護在LED單體或列陣上並聯或串聯電阻進行保護過去較為多見，串聯電阻用意在降低LED所承受的電壓，並聯電阻用意在減少通過LED的電流(即分流)，這類方法的有效性建立在效率損失的前提下，電能損耗代價太大。因簡單，在電路局部使用尚有價值。4、恆流驅動恆流驅動儘管電流恆定，但因為單體一致性差，某一單體被高壓損壞的機率很大，從而單純採用這種電路的燈具故障率居高，產品壽命無法保證。5、LED並聯穩壓二極體保護有一種將每一個LED都並聯一隻穩壓二極體的保護電路，應該說這種保護電路是有效可靠的，但是作為普通照明燈具增加數量如此之多的穩壓二極體，顯然成本太高。針對以上問題，本案第一發明人研製出了交流溫控恆流多段式限壓保護LED照明燈電路，於2009年7月8日申報實用新型專利，已被授予專利權並於2010年5月12日公告(申請號2009200652207)。該電路採用溫控恆流驅動，並利用穩壓二極體採取多段式限壓方式對LED負載進行保護，與「一對一」的保護方式相比，減少了大量穩壓二極體，降低了材料成本和人工成本，是一個實用的電路，但在仍存在以下不足一是當某個LED負載單元中的LED單體被損開路，並聯在該LED負載單元上的穩壓二極體導通，雖能很好保證LED負載不至於因某個LED單體的損壞而整體熄滅，但穩壓二極體導通時電阻很小，使得與LED負載串聯連接的電流控制電路受壓加大，發熱增加；二是不具有短路保護功能，不能達到於2010年12月I日實施的GB 19510. 14《燈的控制裝置第14部分LED模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求》標準，因此需要進行改進與完善。
發明內容本發明為交流多段限壓短路保護LED照明燈電路。其創新之處為I、將穩壓值適當的穩壓二極體與阻值適當的電阻串聯後正確地並聯到每個LED負載單元上，組成具有分段限壓保護功能並在保護時承擔正常狀態電路壓降的LED負載，使燈具有很長的使用壽命，那怕只有一個LED負載單元完好，LED燈也不會完全熄滅，因而能承擔光照重要場所的照明，是製作經久耐用燈具的一種優化技術方案； 2、在原交流溫控恆流多段式限壓保護LED照明燈電路的基礎上，採用少量的普通無觸點小體積元器件實現電路輸出端的短路保護功能，並能經過精細的調整使該短路保護電路具備靈敏的負載過流保護功能。其原理框圖見附圖1，燈具完整的電氣部分有整流、短路保護、分段限壓保護LED組合、電晶體IC電流控制四部分組成，本申請僅涉及整流、短路保護、分段限壓保護LED組合三個環節。電路的構成方式為短路保護部分連接在整流器件之後，短路保護主三極體的集電極與整流輸出的正端相連，同時還連接偏置電阻和輔三極體高電位偏置電阻，主三極體發射極連接電流取樣電阻，基極與偏置電阻另一端、輔三極體集電極相連，輔三極體基極與高電位偏置電阻另一端、低電位偏置電阻相連，輔三極體發射極與低電位偏置電阻另一端、電流取樣電阻另一端相連，此連接點為短路保護部分正極輸出點；採用場效應電晶體作為短路保護主電晶體，按照場效應電晶體的柵極對應三極體基極、場效應電晶體的源極對應三極體發射極、場效應電晶體的漏極對應三極體集電極的方式進行連接。分段限壓保護LED組合連接在短路保護部分之後，將所有LED單體按均等的數量分為若干個單元負載，將穩壓值略高於單元負載額定電壓(指單元內LED單體額定電壓之和)的穩壓二極體與適當阻值的補償電阻串聯後極性正確地並聯在每個單元負載兩端，組成分段限壓保護LED組合，該LED組合的正極連接短路保護部分正極輸出點，該LED組合負極連接電晶體、IC電流控制電路正端引出線，電晶體、IC電流控制電路偏置電流引出線連接短路保護部分正極輸出點，電晶體、IC電流控制電路負端引出線連接整流輸出的負端。[0021 ] 所採用的電容器件，除電解電容外亦可採用無極性電容。
I、附圖I為結構原理框圖；2、附圖2為短路保護主電晶體採用NPN三極體的交流220伏多段限壓短路保護LED照明燈電路；3、附圖3為短路保護主電晶體採用N溝道場效應管的交流220伏多段限壓短路保護LED5W照明燈電路；
具體實施方式
本發明的原理框圖見附圖1，具體實施以附圖3為例。附圖3中I 為整流矽橋，1A/400V ；2 濾波電容，10 μ F/450V ；3為短路保護場效應電晶體偏置電阻，1/4W300KΩ ；4為短路保護輔三極體高電位偏置電阻，1/4W240KQ ； 5為短路保護場效應電晶體(短路保護主電晶體)，採用IRF710 ；6為短路保護電流取樣電阻，採用1/2W200Q ；7為短路保護輔三極體，採用MPSA42 ；8為短路保護輔三極體低電位偏置電阻，採用1/4W650Q ；9為LED單體，採用白光3528貼片，其單體功率為O. 06W ；10為穩壓二極體，採用11V/0. 5W ；11為穩壓二極體導通阻值補償電阻，400 Ω ；12為電晶體、IC電流控制電路正端引出線；13為電晶體、IC電流控制電路偏置電流引出線；14為電晶體、IC電流控制電路負端引出線；電路工作原理如下220伏50赫茲正弦交流電經矽橋(I)整流，在輸出端形成脈動直流，經濾波電容(2)濾波後使波形得到改善；短路保護部分連接在整流輸出的正端，高電位偏置電阻(4)與低電位偏置電阻(8)為輔三極體(7)提供基極偏流，正常情況下使輔三極體處於截止狀態；當電流小於設定值時，電流取樣電阻(6)上的壓降不足以使輔三極體(7)導通，由偏置電阻(3)提供場效應管(5)柵極的偏置電壓，場效應管飽和導通；當輸出端短路或電流大於設定值時，電流取樣電阻(6)上的壓降使輔三極體(7)導通，場效應管
(5)失去柵極偏置電壓，在源極與漏極間形成很高的阻抗，將電路關閉，從而實現短路(包括負載過流)保護功能。LED負載由分段限壓負載單元組合而成，以串聯方式連接在短路保護部分與電晶體、IC電流控制電路之間，一個5W左右燈泡須由約90個O. 05 O. 06W的LED單體(9)組成，將每三隻LED單體作為一個保護單元，共30個單元；採用11V/0. 5W的穩壓二極體(10)和穩壓二極體導通阻值附加電阻(11)構成保護旁路。當任意一隻LED單體出現故障(阻值異常、接觸不良、斷路等)，該負載單元的壓降會立即上升，當剛超過11伏時，穩壓二極體開始導通，將故障單元旁路，阻值補償電阻(11)在保護時承擔適當電路壓降，避免與LED負載串聯的電晶體、IC電流控制電路承接過高的壓降產生大量的熱量。這樣，在一個或數個負載單元的LED單體不亮的情況下，其它LED負載單元仍能正常工作，將一盞燈的壽命由最先出現故障的那個LED單體決定，變為由最長壽的那些LED單體決定，該電路是一個簡單價廉、安全穩妥的技術方案。
權利要求1.交流多段限壓短路保護LED照明燈電路，其特徵是，短路保護部分連接在整流器件之後，短路保護主三極體的集電極與整流輸出的正端相連，同時還連接偏置電阻和輔三極體高電位偏置電阻，主三極體發射極連接電流取樣電阻，基極與偏置電阻另一端、輔三極體集電極相連，輔三極體基極與高電位偏置電阻另一端、低電位偏置電阻相連，輔三極體發射極與低電位偏置電阻另一端、電流取樣電阻另一端相連，此連接點為短路保護部分正極輸出點； 分段限壓保護LED組合連接在短路保護部分之後，將所有LED單體按均等的數量分為若干個單元負載，將穩壓值略高於單元負載額定電壓的穩壓二極體與適當阻值的補償電阻串聯後極性正確地並聯在每個單元負載兩端，組成分段限壓保護LED組合，該LED組合的正極連接短路保護部分正極輸出點，該LED組合負極連接電晶體、IC電流控制電路正端引出線，電晶體、IC電流控制電路偏置電流引出線連接短路保護部分正極輸出點，電晶體、IC電流控制電路負端引出線連接整流輸出的負端。
2.根據權利要求I所述的交流多段限壓短路保護LED照明燈電路，其特徵在於，採用場效應電晶體作為短路保護主電晶體，按照場效應電晶體的柵極對應三極體基極、場效應電晶體的源極對應三極體發射極、場效應電晶體的漏極對應三極體集電極的方式進行連接。
3.根據權利要求I所述的交流多段限壓短路保護LED照明燈電路，其特徵在於，所採用的電容器件，包括電解電容和無極性電容。專利摘要交流多段限壓短路保護LED照明燈電路，短路保護部分連接在整流器件之後，短路保護主三極體的集電極與整流輸出的正端相連，同時還連接偏置電阻和輔三極體高電位偏置電阻，主三極體發射極連接電流取樣電阻，基極與偏置電阻另一端、輔三極體集電極相連，輔三極體基極與高電位偏置電阻另一端、低電位偏置電阻相連，輔三極體發射極與低電位偏置電阻另一端、電流取樣電阻另一端相連，分段限壓保護LED組合連接在短路保護部分之後，LED組合負極連接電晶體、IC電流控制電路正端引出線，電晶體、IC電流控制電路偏置電流引出線連接短路保護部分正極輸出點，電晶體、IC電流控制電路負端引出線連接整流輸出的負端。
文檔編號H02H3/08GK202385327SQ201120187669
公開日2012年8月15日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者金明生, 閻智廣 申請人:浙江閃亮電子科技有限公司