带散热器的led光机组件的制作方法

带散热器的led光机组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带散热器的LED光机组件，包括非绝缘导热材料制成的散热器，散热器平整的一面贴合有E型透明过渡电路集成透明块；E型透明过渡电路集成透明块带银浆电路的一面与LED驱动电源大芯片带接口导线电路的一面贴合焊接；散热器上还贴合有LED照明大芯片；LED照明大芯片的接口导线端与透明过渡电路集成透明块输出端接口导线端对齐；所述的LED照明大芯片带芯片的一面还设有F型透明过渡电路集成透明块；所述的F型透明过渡电路集成透明块带银浆电路面的一端与LED照明大芯片带银浆电路的一面按接口导线进行对焊，另一端再与E型透明过渡电路集成透明块带银浆电路的一面按接口导线对焊。
【专利说明】带散热器的LED光机组件

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种带散热器的LED光机组件，属于LED照明【技术领域】。

【背景技术】
[0002] 申请号 201310140124. 5、201310140138· 7、201310140150· 8、201310140105·2、 201310140134. 9、201310140106· 7、201310140151· 2、201310140136· 8 等中国专利申请公开 了多个能在通用和互换的LED灯泡上使用的光机模组技术方案。这些技术为建立以LED灯 泡为中心的照明产业架构，使LED灯泡（照明光源）、灯具、照明控制成为独立生产、应用的 终端产品的基本理念奠定了基础。但上述专利尚未解决光机模组内置驱动电源的问题。
[0003] 现行的LED驱动电源多为开关电源，体积太大；也有体积稍小的线性电源，但其驱 动芯片多以DIP双列直插或SMD贴片封装型式再配合辅助元器件，其体积仍不足以小到能 放置到光机模组内部。
[0004] LED照明从芯片厂提供LED芯片开始到照明灯需要经一系列的诸如贴片、固晶、焊 接、封装、分光分色、驱动设计、散热设计、灯具设计等复杂而冗长的生产设计过程，由于存 在芯片布置设计、导热设计和电源驱动设计等诸多不确定性，这种以LED芯片为中心的产 业架构难以在可更换光源的模式下实现光源（灯泡）标准化，最终导致终端市场上的LED 灯多以不可更换光源的整体结构灯为主体，增加了照明产品的产业复杂度和降低了照明产 品的产业集中度。
[0005] 进一步创造理念先进、更易标准化的LED灯泡光机模组内置驱动电源和LED照明 芯片结构方案对于大规模推广LED照明意义深远。 实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于，提供一种带散热器的LED光机组件。它是一种用于组建 LED灯泡的组件，在结构上有利于LED照明的标准化、大规模的推广。
[0007] 本实用新型的技术方案：带散热器的LED光机组件，其特点是：包括非绝缘导热材 料制成的散热器，散热器平整的一面贴合有E型透明过渡电路集成透明块，E型透明过渡电 路集成透明块带银浆电路的一面背对散热器；E型透明过渡电路集成透明块带银浆电路的 一面与LED驱动电源大芯片带接口导线电路的一面贴合焊接；散热器上还贴合有LED照明 大芯片，LED照明大芯片无银浆电路的一面紧密贴合在光机模板上；LED照明大芯片的接口 导线端与透明过渡电路集成透明块输出端接口导线端对齐；所述的LED照明大芯片带芯片 的一面还设有F型透明过渡电路集成透明块；所述的F型透明过渡电路集成透明块带银浆 电路面的一端与LED照明大芯片带银浆电路的一面按接口导线进行对焊，另一端再与E型 透明过渡电路集成透明块带银浆电路的一面按接口导线对焊。
[0008] 上述的带散热器的LED光机组件中，散热器为金属或非金属导热材料制作，散热 器平整的一面与LED照明大芯片贴合面为镜面。对于采用中、小型的散热器，外部电源或信 号直接通过接插件焊接在贴合于散热器上的LED驱动电源大芯片上接入；对于采用大型的 散热器，外部电源或信号通过接插件连接柔性电路接入到透明过渡电路集成透明块上再导 入LED驱动电源大芯片；所述的LED驱动电源大芯片上或还设置有透明盖板；所述的LED光 机模组沿LED驱动电源大芯片、LED照明大芯片、E型透明过渡电路集成透明块和F型透明 过渡电路集成透明块周边封透明胶得到封装完整的LED光机模组。
[0009] 前述的带散热器的LED光机组件中，所述的E型透明过渡电路集成透明块包括第 三透明基板，第三透明基板上印刷有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线有接入端和 输出端。接入端接口导线的宽度与柔性电路接入端的宽度Wei相同或有与电气接插件相连 的焊盘，输出端的接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片的宽度W、数量N+1和间距 相同，接口导线或还与LED驱动电源大芯片的输入端连接，其宽度为W e ;所述的F型透明 过渡电路集成透明块包括第四透明基板，第四透明基板上印刷有银浆电路，银浆电路为接 口导线，接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片的宽度W、数量N+1和间距W Te相同。 过渡电路集成透明块用于将外部电源或信号接入一个以上的LED驱动电源大芯片，再通过 LED驱动电源大芯片输出到LED照明大芯片上。它解决了外部电源或信号接入LED驱动电 源大芯片或LED驱动电源大芯片输出到LED照明大芯片的电路需涉及电路转换问题。
[0010] 前述的其他似散热器型式的带散热器的LED光机组件，散热器上设有内卡环和内 罩的固定槽，内卡环和内罩的固定槽粘接固定在固定槽中，内卡环由螺钉二次固定；所述的 带荧光粉的内罩或可用在LED照明大芯片表面设置带荧光粉的透明胶的方案替代；或可设 置内环罩粘接在内卡环和内罩之间；透镜粘接固定在内卡环上，并通过透镜卡环二次固定， 透镜卡环由卡环固定螺钉固定在内卡环上；所述的散热器上还设有固定电气接插件的穿 孔。
[0011] 前述的带散热器的LED光机组件中，所述LED照明大芯片包括一个宽度固定为W 的第一透明基板，第一透明基板上设有N+1条平行的接口导线，第一透明基板上设有N颗 LED芯片构成LED芯片串联组，每颗LED芯片均位于两条相邻的接口导线之间，两条相邻的 接口导线的间距为WTe等于W减接口导线宽再除以N(W Te = (W-接口导线宽）/N)，且每颗 LED芯片的正负极均分别连接在两条相邻的接口导线上；且同时并联多个LED串联组，使得 第一透明基板上形成可在第一透明基板长度方向上延伸的N列多行的LED芯片阵列；N为3 至7之间的整数；在组建LED照明灯具时，根据功率需要，对LED照明大芯片进行剪裁，剪裁 成不同长度的LED照明大芯片具有不同的功率；所述的LED芯片承载电压约为DC3. 2V(根 据实际情况适当调整）或大于DC10V的高电压。
[0012] 前述的带散热器的LED光机组件中，所述LED芯片阵列和接口导线在透明基板上 的形成方法是：采用透明的衬底做过渡外延层形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制 造技术分层生长电路和LED芯片，然后经切割形成宽度为W的LED照明大芯片，其中生长 出的电路包括接口导线和连接LED芯片和接口导线的连接芯片的导线，衬底作为第一透明 基板；所述的芯片二极由于不需要焊接，可采用透明电极，以增加芯片的发光面积；所述的 芯片成熟制造技术是：采用有机金属化学气相沉积设备分层进行覆硅、上胶、光刻、蚀刻、镀 膜、合金和磨片等工艺；或者采用传统技术将LED芯片阵列贴装在印制好银浆电路的第一 透明基板上，并通过倒装焊接或金丝正装焊接与第一透明基板上的银浆电路连接，获得LED 照明大芯片，银浆刷电路包括接口导线和连接芯片的导线。
[0013] 前述的带散热器的LED光机组件中，所述LED驱动电源大芯片包括宽度固定为W 的第二透明基板，透明基板印制有银浆线路，银浆电路上有接口导线，接口导线有接入端和 输出端；接入端的宽度与散热器上的接口导线接入端的宽度we相同或有与接插件相连的焊 盘；输出端的接口导线上有N+1条平行的接口导线，相邻两条接口导线的间距'等于W减 接口导线宽再除以N(W Te= (W-接口导线宽）/N);第二透明基板上先粘贴未经封装的电源 驱动晶圆级芯片和整流桥晶圆级芯片，然后将未经封装的电源驱动晶圆级芯片和整流桥晶 圆级芯片焊接在第二透明基板上，第二透明基板有接口导线端的宽度与LED照明大芯片的 宽度W相同，高度为H2 ;LED驱动电源大芯片上接口导线的用途是用来连接所述的LED照明 大芯片上的芯片阵列的。
[0014] 所述LED驱动电源大芯片上的LED驱动方法为：整流桥晶圆级芯片上的整流桥将 市电AC转化为脉动直流电，脉动直流电的电压大于零，小于等于脉动直流电额定最大工作 电压，在脉动直流电上设置N段LED负载；N为3至7之间的整数；各段LED负载串联在 一起形成LED负载串联段组，多个LED负载串联段组形成所述的LED芯片阵列，在脉动直流 电的电压升高时，电源驱动晶圆级芯片控制LED负载串联的段数逐级增加，在脉动直流电 的电压下降时，控制LED负载串联的段数逐级减小，LED负载串联的段数为实际连入脉动直 流电的LED负载段数。市电AC经过整流桥后变成脉动直流电，例：AC220V，50Hz交流电经 整流桥整流后，电压为半个周期（180度）的波形曲线，周期在0度时脉动直流电压为零，在 90度时脉动直流电压达到最大值V WK为最高DC311V，180度时，电压又降为零，周而复始。
[0015] 前述的带散热器的LED光机组件中，所述LED负载串联的段数通过开关进行控制， 开关的控制节点为电压的分段界限，所述电压的分段数量与LED负载串联的段数相对应； 所述LED负载串联的段数的控制方法是，将每段LED负载的负极方向分别通过开关连接脉 动直流电的负极，然后根据脉动直流电的电压变化对各个开关的通断进行控制，使用将某 几段开关断路的方式实现LED负载串联的段数的改变。LED负载可分为3?7段，分段少， 电路简单，但电流变化较大，容易在电网产生低次谐波；分段多，则电路结构复杂。一般取 4?6段为佳。
[0016] 前述的带散热器的LED光机组件中，设定脉动直流电的脉动直流工作电压Vw大于 VWmax的时段，控制所有开关断开，停止向所有LED负载供电，实现对LED的过电压及浪涌保 护；通过调整脉动直流电的最大允许脉动直流电压V Wmax的大小，从而实现对LED的发光亮 度调整。
[0017] 前述的带散热器的LED光机组件中，通过设置电流传感器测得电路中有效工作电 流iw，当i w超过设计值KIWKW，关闭所有开关以实现电流保护，开关的开启需在下次重新加 载电压后恢复，其中K为调整系数，I WK为额定有效工作电流。
[0018] 前述的带散热器的LED光机组件中，所述的开关在脉动直流电压上升阶段延时tm 毫秒动作，在脉动直流电压下降阶段提前tm毫秒动作，以获得相对较平稳的LED工作电流。
[0019] 前述的带散热器的LED光机组件中，设置串联在一起的每一段LED负载为具有不 同的最大承载电压值的LED芯片组，可使在开关控制下工作的LED负载串联段组获得接近 理想正弦波的工作电流曲线。
[0020] 前述的带散热器的LED光机组件中，所述每一段LED负载最大承载电压的调整方 法是：①以脉动直流电压为纵坐标、脉动直流周期为横坐标作图；②假定一个纯电阻负载， 其功率在脉动直流半波形成的正弦图形面积为1，作图；③设定LED负载串联段组的承载功 率为纯电阻负载的120%，作一面积为1. 2的矩形阴影图，矩形阴影的纵坐标值即为串联段 组总的最大承载电压值；④同理，已知LED负载承载电压情况下，可作图得出LED负载的图 形面积，，逐段验证LED负载的面积之和大于开关的控制节点下的脉动直流正弦波面积；⑤ 选取LED负载串联段组上各段LED负载的承载电压值，相加大于等于串联段组总的最大承 载电压值即可；其中，承载电压值较高的LED负载靠近正极端，承载电压值较低的LED负载 靠近负极端。
[0021] 前述的带散热器的LED光机组件中，所述散热器的材质为薄片非金属透明材料 (如Si0 2, A1203等），它是将薄型板材加温到近材料软化点，利用模具采用冲压设备冲压成 型的。（材料易脆且硬度较高。这样只能切割方式进行加工成散热器形状时，成本较高。）
[0022] 使用前述的LED光机模组组建LED照明核心构件的方法：在LED光机模组上设置 柔性电路，或还盖设有透明盖板后，装入带荧光粉的内罩即可；带荧光粉的内罩是将含荧光 粉的注塑颗粒料与不含荧光粉的透明注塑颗粒料混匀；混合比例根据需要配置，然后通过 注塑成型即得；其中所述含荧光粉的注塑颗粒料是将20?30%荧光粉体与70?80%透明 注塑颗粒料混匀，热熔后重新制成注塑颗粒料；荧光粉选用余辉时间大于8ms的荧光粉。
[0023] 与现有技术相比，本实用新型将LED驱动电源大芯片和LED照明大芯片直接贴装 到散热器上，可做到芯片到散热器之间仅一层很薄的导热粘合剂相隔，散热性能十分优越。 采用本实用新型的方法制作的LED光机组件在结构上可以内置驱动电源和LED照明芯片， 而且体积小，易于实现标准化。本实用新型可以改变现有的以LED芯片为中心的产业架构， 本实用新型的LED光机组件可以在可更换光源的模式下实现光源（灯泡）标准化，从而可 以降低照明产品的产业复杂度和降低了照明产品的产业集中度。
[0024] 在LED驱动电源大芯片的驱动下，LED照明大芯片被设计成固定的宽度W，长度则 根据制造设备的规格来确定，使用时来分割成不同的长度。这样LED照明大芯片不需针对 单个LED芯片来切割成毫米级尺寸，芯片制作时将降低对衬底的机械特性要求，使类似多 晶的高纯氧化铝等进入衬底的选择范围，大幅度地降低了 LED照明芯片的制造成本。
[0025] LED照明大芯片中的每颗LED芯片两极无需焊接，电极可做的较小同时并可采用 透明电极的方案，会有效地增加芯片的发光面积和提高发光效率。
[0026] 从芯片厂开始，LED照明大芯片只需结合电源大芯片即可直接贴装焊接在光机模 板上、或灯泡导热支架上。LED照明生产流程短而简单。同时，LED照明大芯片按使用功率 分段切割，设计、生产到产品整个过程中容易确定的因数较多，便于对其控制来实现标准化 作业。
[0027] 按使用功率来分割的照明大芯片可满足大多数照明应用要求，这样非切割的、数 量有限的照明大芯片容易实现规模化的产业集中度，将大幅度减少照明产品的制造成本。
[0028] 本实用新型改变了 LED现有的封装产业概念，照明大芯片贴装后只需简单封装大 芯片周边即可；绕开了国外的专利壁垒。

【专利附图】

【附图说明】
[0029] 图1带散热器的LED光机组件结构示意图；
[0030] 图2为本实用新型实施例的光机组件成品结构示意图；
[0031] 图3为本实用新型实施例的E型过渡电路集成透明块结构示意图；
[0032] 图4为本实用新型实施例的F型过渡电路集成透明块结构示意图；
[0033] 图5为本实用新型实施例LED照明大芯片的结构示意图；
[0034] 图6为本实用新型实施例小功率LED驱动电源大芯片的结构示意图；
[0035] 图7为本实用新型实施例大功率LED驱动电源大芯片的结构示意图；
[0036] 图8为本实用新型实施例的光机核心构件的结构示意图；
[0037] 图9为本实用新型实施例的LED电压电流波形图；
[0038] 图10为本实用新型实施例的超高电压运行功率波形图；
[0039] 图11本实用新型实施例的调光运行功率波形图；
[0040] 图12本实用新型实施例的电路连接图；
[0041] 图13本实用新型实施例的驱动电源芯片内部电路图；
[0042] 图14本实用新型实施例3段负载的LED电压电流波形图；
[0043] 图15 :本实用新型实施例DC52V串联的LED芯片阵列模组功率加载分布图；
[0044] 图16 :本实用新型实施例LED芯片阵列承载电压试算图；
[0045] 图17 :本实用新型实施例单颗DC52V芯片承载功率试算图；
[0046] 图18 :本实用新型实施例2*52V+4*35V串联的LED芯片阵列模组功率加载分布 图。
[0047] 附图中的标记为：3_导热支架，7-透镜，8-透镜卡环，10-电器接插件母头，11-电 气接插件公头，12-内卡环固定螺钉，14-卡环固定螺钉，43-光机模板，43. 1-光机模板固定 孔，44-柔性转接电路，44. 1-焊点，45-透明封胶，61-带荧光粉的内罩，62-内环罩，81-内 卡环，103-散热器，112-电缆固定架，410-LED驱动电源大芯片，410. 1-透明盖板，414-银 浆电路，414. 1-焊盘，420-LED照明大芯片，470-E型过渡电路集成透明块，470. 1-第三透明 基板，480-F型过渡电路集成透明块，480. 1-第四透明基板。
[0048] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型 限制的依据。
[0049] 实施例。带散热器的LED光机组件，如图1所示，包括非绝缘导热材料制成的散热 器43 (以散热器平整的一面作为光机模板），散热器43平整的一面贴合有E型透明过渡电 路集成透明块470, E型透明过渡电路集成透明块470带银浆电路414的一面背对散热器 43 ;E型透明过渡电路集成透明块470带银浆电路414的一面与LED驱动电源大芯片410带 接口导线电路的一面贴合焊接；散热器43上还贴合有LED照明大芯片420, LED照明大芯片 420无银浆电路414的一面紧密贴合在光机模板43上；LED照明大芯片420的接口导线端 与透明过渡电路集成透明块470输出端接口导线端对齐；所述的LED照明大芯片420带芯 片的一面还设有F型透明过渡电路集成透明块480 ;所述的F型透明过渡电路集成透明块 480带银浆电路414面的一端与LED照明大芯片420带银浆电路414的一面按接口导线进 行对焊，另一端再与E型透明过渡电路集成透明块470带银浆电路414的一面按接口导线 对焊。所述散热器43平整的一面为镜面；对于中、小型的散热器43,外部电源或信号直接 通过接插件11焊接在贴合于散热器43上的LED驱动电源大芯片410上接入；对于大型的 散热器43,外部电源或信号通过接插件11连接柔性电路44接入到E型透明过渡电路集成 透明块470上再导入LED驱动电源大芯片410 ;所述的LED驱动电源大芯片410上或还设 置有透明盖板410. 1 ;所述的LED驱动电源大芯片410、LED照明大芯片420、E型透明过渡 电路集成透明块470和F型透明过渡电路集成透明块480周边还设有透明胶45。
[0050] 所述的E型透明过渡电路集成透明块470包括第三透明基板470. 1，第三透明基板 470. 1上印刷有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线有接入端和输出端。接入端接口 导线的宽度与柔性电路接入端的宽度Wei相同或有与电气接插件11相连的焊盘414. 1，输出 端的接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片420的宽度W、数量N+1和间距相 同，接口导线或还与LED驱动电源大芯片410的输入端连接，其宽度为W e，如图3所示；所述 的F型透明过渡电路集成透明块480包括第四透明基板480. 1，第四透明基板上480. 1印刷 有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片420的 宽度W、数量N+1和间距'相同，如图4所示。采用透明过渡电路集成透明块解决了外部电 源或信号接入LED驱动电源大芯片410或LED驱动电源大芯片输出到LED照明大芯片420 的电路连接问题。本实用新型的过渡电路集成透明块包含2种过渡电路集成透明块：①E 型：外部电源和信号分别接入到LED驱动电源大芯片410上，如图1和图3,其中柔性电路 44接入的宽度为Wei ;LED驱动电源大芯片410导线接入宽度为We、高度为H7 ;典型尺寸为： 宽度12. 4mm、高度：H7 = 11.4mm。②F型：LED驱动电源大芯片410输出到LED照明大芯片 420上，参见图4,其中LED驱动电源大芯片410导线输出宽度为W、导线间隔为W^；、高度为 H8 ;典型尺寸为：宽度12. 4mm、高度：H8由LED照明大芯片420的功率决定。
[0051] 本实用新型的带散热器的LED光机组件增加配套部件后即可成为LED灯泡，如图2 所示，所述散热器103上设有用于粘结内卡环81和带荧光粉的内罩61的固定槽，内卡环81 和带荧光粉的内罩61的粘接固定在固定槽中，内卡环81上还设有螺钉12进行二次固定； 或还设置有内环罩62粘接在内卡环81和内罩61之间；固定在内卡环81上粘接透镜7,并 设有透镜卡环8进行二次固定，透镜卡环8由卡环固定螺钉14固定在内卡环81上；所述的 散热器上还设有固定电气接插件11的穿孔。带电缆的接插件母头10由电缆固定架112固 定，并与接插件公头11连接。
[0052] 所述LED照明大芯片420,如图5所示，包括一个宽度固定为W的第一透明基板 421，第一透明基底上设有N+1条平行的接口导线，第一透明基板421上设有N颗LED芯片 41构成LED芯片串联组，每颗LED芯片41均位于两条相邻的接口导线之间，两条相邻的接 口导线的间距为' 等于W减接口导线宽再除以N (WTe = (W-接口导线宽）/N)，且每颗LED 芯片41的正负极均分别连接在两条相邻的接口导线上；且同时并联多个LED串联组，使得 透明基板421上形成可在透明基板421长度方向上延伸的N列多行的LED芯片阵列；N为3 至7之间的整数；在组建LED光机模组时，根据功率需要，对LED照明大芯片420进行剪裁， 剪裁成不同长度的LED照明大芯片420具有不同的功率。
[0053] 所述LED芯片阵列和接口导线在透明基板上的形成方法是：采用透明的衬底做过 渡外延层形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技术分层生长电路和LED芯片，然 后经切割形成宽度为W的LED照明大芯片，其中生长出的电路包括接口导线和连接LED芯 片和接口导线的连接芯片的导线，衬底作为第一透明基板；所述的芯片二极由于不需要焊 接，可采用透明电极，以增加芯片的发光面积；所述的芯片成熟制造技术是：采用有机金属 化学气相沉积设备分层进行覆硅、上胶、光刻、蚀刻、镀膜、合金和磨片等工艺；或者采用传 统技术将LED芯片阵列贴装在印制好银浆电路414的第一透明基板421上，并通过倒装焊 接或金丝正装焊接与第一透明基板421上的银浆电路414连接，获得LED照明大芯片420， 银浆刷电路414包括接口导线和连接芯片的导线。
[0054] 所述LED驱动电源大芯片，如图7所示，包括宽度固定为W的第二透明基板413,透 明基板413印制有银浆线路，银浆电路414上有接口导线，接口导线有接入端和输出端；接 入端的宽度与光机模板43上的接口导线接入端的宽度W e相同或有与接插件11相连的焊盘 414. 1，如图6所示；输出端的接口导线上有N+1条平行的接口导线，相邻两条接口导线的间 距'等于W减接口导线宽再除以N(W%= (W-接口导线宽）/N);第二透明基板413上先粘 贴未经封装的电源驱动晶圆级芯片411和整流桥晶圆级芯片412,然后将未经封装的电源 驱动晶圆级芯片411和整流桥晶圆级芯片412焊接在第二透明基板413上，第二透明基板 413有接口导线端的宽度与LED照明大芯片的宽度W相同，高度为H2 ;LED驱动电源大芯片 上接口导线的用途是用来连接所述的LED照明大芯片上的芯片阵列的。
[0055] 所述LED光机模组上的LED驱动方法为：整流桥晶圆级芯片412上的整流桥将市 电AC转化为脉动直流电，脉动直流电的电压大于零，小于等于脉动直流电额定最大工作电 压V WK，在脉动直流电上设置3?7段LED负载，各段LED负载串联在一起形成LED负载串 联段组，多个LED负载串联段组形成所述的LED芯片阵列，在脉动直流电的电压升高时，电 源驱动晶圆级芯片411控制LED负载串联的段数逐级增加，在脉动直流电的电压下降时，控 制LED负载串联的段数逐级减小，LED负载串联的段数为实际连入脉动直流电的LED负载 段数。
[0056] 所述LED负载串联的段数通过开关进行控制，开关的控制节点为电压的分段界 限，所述电压的分段数量与LED负载串联的段数相对应；所述LED负载串联的段数的控制方 法是，将每段LED负载的负极方向分别通过开关连接脉动直流电的负极，然后根据脉动直 流电的电压变化对各个开关的通断进行控制，使用将某几段开关断路的方式实现LED负载 串联的段数的改变。
[0057] 设定脉动直流电的脉动直流工作电&VW大于VWmax的时段，控制所有开关断开，停 止向所有LED负载供电，实现对LED的过电压及浪涌保护；通过调整脉动直流电的最大允许 脉动直流电压V Wmax的大小，从而实现对LED的发光亮度调整。
[0058] 通过设置电流传感器测得电路中有效工作电流Iw，当Iw超过设计值KI WK时，关闭 所有开关以实现电流保护，开关的开启需在下次重新加载电压后恢复，其中K为调整系数， I?为额定有效工作电流。
[0059] 所述的开关在脉动直流电压上升阶段延时tm毫秒动作，在脉动直流电压下降阶段 提前t m毫秒动作，以获得相对较平稳的LED工作电流。
[0060] 设置串联在一起的每一段LED负载为具有不同的最大承载电压值的LED芯片组， 可使在开关控制下工作的LED负载串联段组获得接近理想正弦波的工作电流曲线。
[0061] 所述每一段LED负载最大承载电压的调整方法是：①以脉动直流电压为纵坐标、 脉动直流周期为横坐标作图；②假定一个纯电阻负载，其功率在脉动直流半波形成的正弦 图形面积为1，作图；③设定LED负载串联段组的承载功率为纯电阻负载的120%，作一面积 为1. 2的矩形阴影图，矩形阴影的纵坐标值即为串联段组总的最大承载电压值；④同理，已 知LED负载承载电压情况下，可作图得出LED负载的图形面积，，逐段验证LED负载的面积 之和大于开关的控制节点下的脉动直流正弦波面积；⑤选取LED负载串联段组上各段LED 负载的承载电压值，相加大于等于串联段组总的最大承载电压值即可；其中，承载电压值较 高的LED负载靠近正极端，承载电压值较低的LED负载靠近负极端。
[0062] 所述光机模板43的材质为薄片非金属透明材料，如Si02, A1203等，它是将薄型板 材加温到近材料软化点，利用模具采用冲压设备冲压成型的。由于材料易脆且硬度较高，因 此只能切割方式进行加工成光机模板形状时，成本较高。
[0063] 使用前述的LED光机模组组建LED照明核心构件的方法，如图8所示，参见图4和 图23,在LED光机模组上设置柔性电路44后装入带荧光粉的内罩61即可；带荧光粉的内 罩61是将含荧光粉的注塑颗粒料与不含荧光粉的透明注塑颗粒料混匀；混合比例根据需 要配置，然后通过注塑成型即得；其中所述含荧光粉的注塑颗粒料是将20?30%荧光粉体 与70?80%透明注塑颗粒料混匀，热熔后重新制成注塑颗粒料；荧光粉选用余辉时间大于 8ms，一般小于1000ms的突光粉。
[0064] 下文是以6组LED负载为例的本实用新型的工作原理。即η取值为6。
[0065] 首先，交流电AC经过整流桥后变成脉动直流电，例：AC220V，50Hz交流电经整流桥 整流后，参见图9,电压为半个周期（180度）的波形曲线，周期在0度时脉动直流电压为零， 在90度时脉动直流电压达到最大值为最高DC311V，180度时，电压又降为零，周而复始。 [0066] 本实用新型的工作要求，在脉动直流电压大于零与小于等于V WK之间，共设置3? 7段负载，各段负载间形成串联方式，随电压升高，负载（即LED负载）串联段数逐级增加， 负载电压由开关控制加载，参见图9和图12,电压开关节点为电压分段界限。
[0067] 供电管理运行模式：本实用新型不设计电流控制器件，各级开关的启闭仅取决于 Vw的变化，参见图9、图12和图13。
[0068] 周期0?90度时：
[0069] 第1段：工作初始状态，即周期从0起始，电路中开关&?K6处于开启状态（0N)， 电流主要经节点Λ通过开关Ki形成通路，负载由额定电压为lVm/6串联工作的LED组成；
[0070] 第2段：当Vw大于等于lVWK/6时，开关K1关闭（OFF)，电流主要经节点J2通过开 关K2形成通路，负载由额定电压为2V WK/6串联工作的LED组成；
[0071] 第3段：当Vw大于等于2Vm/6时，开关K1处于0FF，开关K2关闭（OFF)，电流主要 经节点J3通过开关K3形成通路，负载由额定电压为3V m/6串联工作的LED组成；
[0072] 第4段：当Vw大于等于3Vm/6时，开关K1?K2处于0FF，开关K3关闭（OFF)，电 流主要经节点J4通过开关K4形成通路，负载由额定电压为4V m/6串联工作的LED组成；
[0073] 第5段：当Vw大于等于4Vm/6时，开关K1?K3处于0FF，开关K4关闭（OFF)，电 流主要经节点J5通过开关K5形成通路，负载由额定电压为5V m/6串联工作的LED组成；
[0074] 第6段：当Vw大于等于5Vm/6时，开关K1?K4处于0FF，开关K5关闭（OFF)，电 流经节点J6通过开关K6形成通路，负载由额定电压为6V m/6串联工作的LED组成；
[0075] 开关K1?K6关闭时，可采用延时0. 1ms的关闭方法，可获得相对较平稳的电流。
[0076] 周期90?180度时：
[0077] 第6段：工作初始状态，电压由最大值向下减少，电路中开关K1?K5处于关闭状 态（OFF)，开关K6处于开启状态，电流经节点J6通过开关K6形成通路，负载由额定电压为 6VWK/6串联工作的LED组成；
[0078] 第5段：当Vw小于等于5VWK/6时，开关K5?K6开启（0N)，电流主要经节点J5通 过开关K5形成通路，负载由额定电压为5V WK/6串联工作的LED组成；
[0079] 第4段：当Vw小于等于4VWK/6时，开关K4?K6开启（ON)，电流主要经节点J4通 过开关K4形成通路，负载由额定电压为4V WK/6串联工作的LED组成；
[0080] 第3段：当Vw小于等于3VWK/6时，开关K3?K6开启（0N)，电流主要经节点J3通 过开关K3形成通路，负载由额定电压为3V WK/6串联工作的LED组成；
[0081] 第2段：当Vw小于等于2VWK/6时，开关K2?K6开启（0N)，电流主要经节点J2通 过开关K2形成通路，负载由额定电压为2V WK/6串联工作的LED组成；
[0082] 第1段：当Vw小于等于lVWK/6时，开关K1?K6开启（0N)，电流主要经节点J1通 过开关K1形成通路，负载由额定电压为lV WK/6串联工作的LED组成。
[0083] 开关K1?K6开启时，可采用提前0. 1ms的开启方法，可获得相对较平稳的电流。
[0084] 调光运行模式：外部设置一给定电压VT = 0时，VWmax对应CVWK，外部电压给定VT =5V时，VWmax对应0V，设置0彡VWmax彡CVWK，C调整系数，为额定电压的倍数，如C = 1. 12。 Vw大于VWmax的时段，对应各段的开关将关闭（0FF)，停止向负载供电。其作用为一种调光方 案。参见图11、图12和图13,调节V Wmax低于VWK，图中阴影部分将增加，输入到负载的功率 将降低，从而达到调光的目的。例：当LED在AC220V市电正常工作是，调整交流电电压至 AC180V的电压时，图中的阴影部分为Vw高于254V的形成功率投影图部分，从周期约55. 5 度到124. 5度之间，由于此段时间内相应的开关Kx处于关闭（OFF)，阴影部分的功耗（相当 于正常市电下脉动直流半波的加载功率的57. 0% )将被剔除，这部分功耗未被加载到负载 上，使负载的亮度降低。当VWmax等于0时，所有开关将关闭（0FF)，负载供电量为零。可以 做到无级调光，而不会发生能量消耗。
[0085] 电压保护运行模式：设置VWmax = CVWK。Vw大于VWmax的时段，对应各段的开关将关闭 (0FF)，停止向负载供电。参见图10、图12和图13,例：当市电达到270V的高电压时，图中 的阴影部分为Vw高于348V的形成功率投影图部分，从周期约66度到114度之间，由于此段 时间内K1?K6开关处于关闭（OFF)，阴影部分的功耗（相当于正常市电下脉动直流半波的 加载功率的50. 2% )将被剔除，这部分功耗未被加载到负载上，使负载不会因过电压烧毁。 [0086] 过流保护运行模式：本实用新型具有过流保护，参见图13,电流传感器测得电路 中有效工作电流Iw超过设计值KIWK，K为调整系数，例：设定= 275mA，K = 1. 2,逻辑开 关控制器将关闭所有开关K1?K6 (OFF)，开启开关（ON) K1?K6需在下次重新加载电源压 后恢复。
[0087] 依据与上述相同的原理，负载方式可分为3?7段，分段少，电路简单，但电流变化 较大，容易在电网产生低次谐波，参见图14 ;分段多，则电路结构复杂。一般取4?6段为 佳。
[0088] 注：VW-脉动直流工作电压（1. 4142*交流电压）；VWK-脉动直流额定最大工作电 压（1.4142*交流电压）；VWmax-最大允许脉动直流电压（1.4142*交流电压）；I W-有效工作 电流。I?-额定有效工作电流。
[0089] 如市电为AC220,整流后的电压为DC311V，以每组LED负载为单颗芯片为例，则每 颗芯片承受DC52V ;如AC110,则芯片承受DC26V。设脉动直流半波的加载功率面积为1，参 见图15,图中每个LED负载（LED模组1至6)被加载功率相差比较大，LED模组1达到脉 动直流半波的加载功率面积的20. 68% (为芯片额定出力的84. 4% );而LED模组6只有 5. 11% (为芯片额定出力的19.2% )，约为模组1的四分之一功率，经过实测验证，模组6 的实际亮度很低；整个芯片组的平均被加载的功率为芯片额定出力的52. 4%，芯片的利用 率较低；而芯片组的额定出力（虚线框面积）为脉动直流半波的加载功率面积的159%。 由于芯片冗余量过大，不仅芯片浪费，还造成驱动电源过大而浪费，同时增加了布置上的难 度。因此，恒定直流状态下选择芯片电压的方法在脉动直流状态下存在一定问题，如何在保 证芯片安全工作的前提下，提高芯片的利用率成为一个待解决的问题。
[0090] 设定6颗串联的LED芯片阵列的额定出力由脉动直流半波加载功率的1. 59倍调 低至1. 2倍（考虑到小型电网市电会出现不低于1. 2倍波动），参见图16,设LED芯片阵列 芯片承载功率（图中阴影部分面积）为脉动直流半波加载功率（脉动直流半波部分面积） 的1. 2倍时，可以由图16作图推算出市电为AC220V时芯片阵列的承载电压为DC236V ;
[0091] 参见图17,对LED模组1到模组6分别设置不同的电压值，可以得到不同承载电压 值下的芯片加载功率面积（图中阴影部分）；
[0092] 采用2*52V+4*35V高电压芯片（模组1和模组2的型号为VES-AADBHV45、模组3 到模组6为ES-AADBHF40)组成串联阵列，则芯片阵列的承载电压调整为DC244V ;作图18， 获得的芯片阵列被加载功率面积为脉动直流半波功率面积的96. 67%，芯片阵列被加载的 功率接近1为理想状态；此时LED芯片阵列被加载的功率为芯片阵列额定出力77. 6% ;实 验验证与推算值相近。
[0093] 各电压段的模组加载功率验证：设脉动直流半波的加载功率面积为1，电压为纵 坐标时，容易通过图17计算DC52V芯片额定出力为26. 52%，同理，DC35V芯片的额定出力 为17. 89% ;图18则是市电为AC220V时，LED芯片阵列各模组的被加载的功率情况；表1 是芯片阵列被加载的功率为脉动直流半波功率面积1时，市电电压分别为AC220V，AV246V， AC270V各个模组被加载功率的情况，表中可以看出，仅模组3在DC311V和DC348V略有过 载，但由于模组1和模组2有功率裕量，实验证明模组3可通过。
[0094] 在其他市电电压等级时，优化方式参照上述进行。
[0095] 理想状态下芯片承载功率验算如下表所示：
[0096]

【权利要求】
1. 带散热器的LED光机组件，其特征在于：包括非绝缘导热材料制成的散热器（43)， 散热器（43)平整的一面贴合有E型透明过渡电路集成透明块（470)，E型透明过渡电路集 成透明块（470)带银浆电路（414)的一面背对散热器（43) ;E型透明过渡电路集成透明块 (470)带银浆电路（414)的一面与LED驱动电源大芯片（410)带接口导线电路的一面贴 合焊接；散热器（43)上还贴合有LED照明大芯片（420)，LED照明大芯片（420)无银浆电 路（414)的一面紧密贴合在光机模板（43)上；LED照明大芯片（420)的接口导线端与透明 过渡电路集成透明块（470)输出端接口导线端对齐；所述的LED照明大芯片（420)带芯片 的一面还设有F型透明过渡电路集成透明块（480);所述的F型透明过渡电路集成透明块 (480)带银浆电路（414)面的一端与LED照明大芯片（420)带银浆电路（414)的一面按接 口导线进行对焊，另一端再与E型透明过渡电路集成透明块（470)带银浆电路（414)的一 面按接口导线对焊。
2. 根据权利要求1所述的带散热器的LED光机组件，其特征在于：所述散热器（43)平 整的一面为镜面；对于中、小型的散热器（43)，外部电源或信号直接通过接插件（11)焊接 在贴合于散热器（43)上的LED驱动电源大芯片（410)上接入；对于大型的散热器（43)，夕卜 部电源或信号通过接插件（11)连接柔性电路（44)接入到E型透明过渡电路集成透明块 (470)上再导入LED驱动电源大芯片（410);所述的LED驱动电源大芯片（410)上或还设置 有透明盖板（410. 1);所述的LED驱动电源大芯片（410)、LED照明大芯片（420)、E型透明过 渡电路集成透明块（470)和F型透明过渡电路集成透明块（480)周边还设有透明胶（45)。
3. 根据权利要求1所述的带散热器的LED光机组件，其特征在于：所述的E型透明过 渡电路集成透明块（470)包括第三透明基板（470. 1)，第三透明基板（470. 1)上印刷有银浆 电路（414)，银浆电路（414)形成接口导线，接口导线有接入端和输出端；接入端接口导线 的宽度与柔性电路接入端的宽度W ei相同或有与电气接插件（11)相连的焊盘（414. 1)，输 出端的接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片（420)的宽度W、数量N+1和间距 相同，接口导线或还与LED驱动电源大芯片（410)的输入端连接，其宽度为W e;所述的F型 透明过渡电路集成透明块（480)包括第四透明基板（480. 1)，第四透明基板上（480. 1)印刷 有银浆电路，银浆电路为接口导线，接口导线的宽度、数量和间距与LED照明大芯片（420) 的宽度W、数量N+1和间距 '相同。
4. 根据权利要求1所述的带散热器的LED光机组件，其特征在于：所述散热器（103)上 设有用于粘结内卡环（81)和带荧光粉的内罩（61)的固定槽，内卡环（81)和带荧光粉的内 罩（61)的粘接固定在固定槽中，内卡环（81)上还设有螺钉（12)进行二次固定；或还设置 有内环罩（62)粘接在内卡环（81)和内罩（61)之间；固定在内卡环（81)上粘接透镜（7)， 并设有透镜卡环（8)进行二次固定，透镜卡环（8)由卡环固定螺钉（14)固定在内卡环（81) 上；所述的散热器上还设有固定电气接插件（11)的穿孔。
5. 根据权利要求1所述的带散热器的LED光机组件，其特征在于：所述的LED照明大 芯片（420)包括一个宽度固定为W的第一透明基板（421)，第一透明基底上设有N+1条平行 的接口导线，第一透明基板（421)上设有N颗LED芯片（41)构成LED芯片串联组，每颗LED 芯片（41)均位于两条相邻的接口导线之间，两条相邻的接口导线的间距为WTe等于W减接 口导线宽再除以N，且每颗LED芯片（41)的正负极均分别连接在两条相邻的接口导线上； 且同时并联多个LED串联组，使得透明基板（421)上形成可在透明基板（421)长度方向上 延伸的N列多行的LED芯片阵列；N为3至7之间的整数。
6.根据权利要求1所述的带散热器的LED光机组件，其特征在于：所述LED驱动电源 大芯片包括宽度固定为W的第二透明基板（413)，透明基板（413)印制有银浆线路，银浆电 路（414)上有接口导线，接口导线有接入端和输出端；接入端的宽度与散热器（43)上的接 口导线接入端的宽度W e相同或有与接插件（11)相连的焊盘（414. 1);输出端的接口导线 上有N+1条平行的接口导线，相邻两条接口导线的间距WTe等于W减接口导线宽再除以N; 第二透明基板（413)上先粘贴未经封装的电源驱动晶圆级芯片（411)和整流桥晶圆级芯片 (412)，然后将未经封装的电源驱动晶圆级芯片（411)和整流桥晶圆级芯片（412)焊接在第 二透明基板（413)上。
【文档编号】F21S2/00GK204062538SQ201420258668
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】张继强, 张哲源, 朱晓冬 申请人:贵州光浦森光电有限公司