专利名称：发光二极管灯系列的制作方法
技术领域：
发光二极管灯系列及其控制涉及车灯、矿灯、楼道灯、厅堂灯、台灯、商标图案灯、娱乐变色灯、音乐调光调色灯、交通指挥灯、红外灯、紫外灯、激光灯、医用或理疗专用灯...等等灯的结构及其控制电路。其供电可以是市电、电池、太阳能电池或其他可利用的电源。
背景技术：
现在的照明世界除了汽车、交通指挥灯、仪表用指示灯及数字显示灯...等有限范围外，基本上还是白炽灯、目光灯、霓虹灯和其他充气灯的天下，这些灯除了价格较便宜或有某些特殊功能外，其能耗大、发光效率低、寿命短、高压危险、变色调光不理想、难于受外信号调制、性能价格比低而外，有的还闪烁伤眼。
自发光二极管问世以来，除仪表、汽车、交通指挥灯、广告灯和大屏幕图象显示等少数领域得到应用外，其他领域尚未得到广泛的应用。究其原因，除了其自身的成本比较高而外，其正向过流、反向过压都有可能造成它的永久性损坏或性能降低。为此而设的附加电路更增加了它的成本。现在发光二极管灯控制流过其中的电流不外乎以下三种方式。
1.电阻限流式优点为简单、价廉，只需一个限流电阻。缺点为不能精确控制电流，当过压时可能引起过流而烧毁发光二极管或使其性能降低；随电压的升高其功耗会随电压差的平方而上升；难于与高压电源协同工作。
2.开关型稳流控制式优点为控制特性好；能在宽输入电压变化范围内工作；功耗小、效率高。缺点为集成电路及其外围元器件的成本高；有源电路所占面积大，也使成本上升；现有集成电路工作的适应电压低；单向电流供电，不适于交流工作；开关电路产生的电磁干扰强，屏蔽成本高，屏蔽不当易干扰通讯、家电，装有心脏起搏器的人群更易受干扰。
3.线性有源器件稳流控制式优点为能准确控制发光二极管中的电流；成本比开关型稳流式低；缺点为功耗与供电电压和发光二极管上电压的电压差成正比，介乎电阻限流式与开关型稳流限流控制式之间；许多有源器件不适宜高压工作；成本仍然较高。
实用新型内容本实用新型的目的，在于克服现有技术中的不足，针对三种限流措施的各自优缺点，针对不同用途灯灵活运用，扬长避短，提供一种以最合理方式解决不同发光二极管灯的限流功耗，交流供电时二极管的反向击穿，低压器件耐压，电池供电灯效率与欠压不作用，高压直流或交流供电时获得恒流或限流，简单有效实现过压、欠压、过流的保护及告警，高效调节灯光亮度，调制灯光色彩，简化交通指挥灯本身及其控制电路，实现交通灯灯光颜色的切换及混色；将交通灯三灯合一和引入倒计时时间显示的发光二极管灯系列。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
发光二极管灯系列是由磨砂玻璃灯罩、发光二极管灯阵列和控制电路组成，其特征是其控制电路包括参考电源、电源控制模块、高压电源、低压电源、电流源、调制器、调制信号、发光二极管灯阵列、译码器、时间计数器组成；参考电源接入电源控制模块，电源控制模块分别连接高压电源和低压电源，高压电源连接电流源，低压电源连接调制器电路，调制器电路分别连接调制信号和电流源，低压电源连接至调制器电路后分出两支一只连接电流源和发光二极管灯阵列，另一只连接调制信号和时间计数器，时间计数器连接至译码器，译码器连接至发光二极管灯阵列。
限制流过正、反向发光二极管的电流，是采用由晶体管(Q2.1)、二极管(D2.1、D2.2)、电阻(R2.1)、电位器(Rv2.1)、电阻(R2.2)组成的正向电流源，以及采用由晶体管(Q2.2)、二极管(D2.3、D2.4)、电阻(R2.1、R2.2)、电位器(Rv2.1)组成的反向电流源，保持最大脉动电流的恒定，其电流强度可由电位器(Rv2.1)调节。
本实用新型发光二极管灯系列包括楼道灯、夜光灯、厅堂灯、台灯、矿灯或其它电池供电灯、亮度和颜色受调制的灯、交通指挥灯及其它专用灯。
所述楼道灯或夜光灯的电路特点，是采用变压器(T1.1)将市电降压，成为低压交流供电；发光二极管对DL1.1，DL1.2...DL1.N成对反向并联，反向并接后串联，再串入限流电阻R1.1加于变压器T1.1的次极；市电经变压器(T1.1)降压、整流器(U4.1)整流、电容(C4.1、C4.2)滤波后得到低压未稳定的直流电压，供给发光二极管(D4.1.1、D4.1.2...D4.1.N)及发光二极管(D4.M.1、D4.M.2...D4.M.N)的串并联组合灯阵列；所述发光二极管对的数目N可以少至N＝1。
所述厅堂灯的电路特点，是用变压器(T1.1)较高的次极电压供电，反向并接的发光二极管对再行串接，所述发光二极管对的数目N多于楼道灯。
稳压器U4.2的未稳定输入端取自发光二极管(DL4.1.N-1)的阳极，其稳压电源输出经电位器(Rv4.1)、电阻(R4.1)分压后加至晶体管(Q4.1...Q4.M)的基极，通过电位器(Rv4.1)可连续调节灯的亮度，稳压器的输入电流供给发光二极管；对于市电变化范围较大的地区，变压器次极可引入多个抽头，用以调节至最恰当的电压。
矿灯或其它电池供电灯由低压电池供电，以保安全；稳压器(U7.3)由电池(E7.1)供电，其稳定电压输出给集成电路(U7.1、U7.2、U7.3)供电所述亮度和颜色受调制的灯由红(R)、绿(G)、蓝(B)三组灯组成，其恒流源晶体管(Q9R、Q9G、Q9B)的门极被稳压管(Dv9.1)偏置在固定电位，在标记为R、G、B的门端可加入各种调制信号。
所述的交通指挥灯有红灯停、绿灯行、黄灯警示三种工作状态，它具有低压直流稳压电源和高压两组供电系统，低压源为所有控制电路供电，高压源为发光二极管灯供电；低压稳压源(U8.3)的输出经电阻(R8.1、R8.2)分压器给集成电路(U8.4)的负入端和(U8′4)的正入端提供固定偏压，集成电路(U8.4)的正入端与集成电路(U8′4)的负入端连在一起、并经上拉电阻(R8.8)接至低压电源；所述的高压电源可以是直流，脉动或交流的电压源。
所述的机动车交通指挥灯有红、绿、黄三种工作状态，由市电供电，市电加至变压器(T11.1)初级，次级有低压和高压两组绕组；低压绕组经整流器(U11.3)整流，电容(C11.1、C11.2)滤波后加至稳压器(U11.8)的输入端，其稳压输出经电容(C11.5、C11.6)滤波后给所有低压电路供电；变压器高压绕组有两个抽头，其一接光耦双向开关(U11.1)的一端，另一接光耦双向开关(U11.2)的一端，两个光耦双向开关的另一端连接在一起接至整流器(U11.4)的一个交流输入端；光耦双向开关也可以是其他(例如继电器)电子双向开关；整流器(U11.4)对高压绕组交流整流并经电容(C11.3、C11.4)滤波后得直流高压，为高压发光二极管灯组供电；发光二极管灯由红、绿两种成对并联后再串联而成，它们的正、反向电流由晶体管(Q11.1、Q11.2)、二极管(D11.1、D11.2、D11.3、D11.4)、电阻(R11.12、R11.13)组成的正反向电流源来限定；发光二极管串电流的通、断由串入其高压及地端的光耦双向开关(U11.12、U11.13、U11.14、U11.15)来确定；该光耦开关可用其他单向或双向的电子开关来代替；集成电路(U11.9)是一个受控振荡器，它的控制端(R、G、B)受外来指令的控制，当端子(R)置0时，集成电路(U11.9)输出0电平，它令集成电路(U11.10)输出0电平，而(U11.11)输出1电平，这令光耦双向开关(U11.12、U11.14)通，而(U11.13及U11.15)断，正向发光二极管电流通过晶体管(Q11.1)，发光二极管(DL11.1、DL11.2...DL11.N-1、DL11.N)流通，它们是红色发光二极管，显红光；当端子(G)置0时，集成电路(U11.9)输出1电平，它令集成电路(U11.10)输出1电平，而(U11.11)输出0电平，这令光耦双向开关(U11.12、U11.14)断，而(U11.13、U11.15)通，反向发光二极管电流通过晶体管(Q11.2)、发光二极管(DL11′1、DL11′2...DL11′N-1、DL11′N)，它们是绿色发光二极管，显绿光；当端子(R)及(G)均开路，亦即置端子(Y)时，集成电路(U11.9)自激振荡，它的输出令集成电路(U11.10)及(U11.11)交替输出0或1，从而令红、绿发光二极管灯(DL11.1...DL11.N，DL11′1...DL11′N)交替明、灭，其视觉混色后显黄光，也可用它直接激励黄色发光二极管灯。
本实用新型发光二极管灯系列的具体叙述如下(1)楼道灯对于楼道灯等亮度要求不高类型的灯，要用很小功率的变压器把市电降到很低，用电阻限流对反向并接的双发光二极管对或其串联组合进行交流供电。这样，在交流的正半周一边的发光二极管亮，负半周另一边的发光二极管亮，其发光的频率是市电的二倍，减少了闪烁效应。
由于电压低，因电压波动而引起的功耗变化不会很大不致损坏发光二极管，反向并联的发光二极管对反向击穿有互为保护的作用。
由于发光二极管的功耗小且长寿命，即使常明也可用很多年而不坏，对市电而言，其耗电是可以略而不计的，当然也可用声控或光控开关等方式来使它进一步节能。
(2)厅堂灯厅堂灯一般要求照明亮度较大，而且要求亮度最好可调，这时需要的发光二极管数量多，实现的方法有多种低压直流串并联组合方案其功耗大、成本高、效率低、亮度不易统调；低压交流串并联组合方案其成本虽比低压直流串并联组合低，但其功耗大、效率低、亮度不易统调等弊端仍然存在；高压串联组合方案其总功耗比串并联组合小，电路也简单，效率也比串并联组合高，亮度易于统调。高压交流串联组合比直流串联组合更有优势。
对于厅堂灯除了安装的时候而外，人们并不经常接触，安装人员应当是懂得电的知识的，而且它的寿命很长，也许人的一生都不用换，因而是安全的。即使普通人员只要不打开灯的内部也和换普通灯泡一样的安全。
高压供电需要解决的技术问题将留待具体实施方式
中加以说明。
(3)台灯台灯是人们经常接触且长时间专注的灯，因此安全和保护视力，特别是婴孩和小学生的视力是首要问题。另外，某些家庭的成员中可能有带心脏起搏器的人，或家电中有对射频干扰敏感的。其三，家用产品其成本也是重要的关注点。
因此它不宜采用高压供电，不宜用开关稳流方式。因此可选择的是线性有源器件控流的低压方式。当用交流供电方式时，正反向并联发光二极管的双向整流作用，可把市电频率倍频一倍而超出人眼可能分辩的闪烁频率，对人眼已无大碍，但为了保护婴幼儿和青少年的视力，仍以低压直流供电为优选。
这种灯的亮度也应当是连续可调的。
台灯的灯罩应是磨砂玻璃一类的，它的内外罩之间构成漫反射，不让发光二极管灯的强光直射人的眼睛。
灯的视角依要求而定。要引人专注的灯视角要小，要照射面积大的灯视角要大，这可从发光二极管本身的视角和灯的结构等方面加以解决。
(4)矿灯或用电池供电的灯矿灯为了井下安全起见，一般都用低压电池供电，白炽灯寿命短，功耗大，且易打火，易引起井下事故。在这些方面发光二极管有其独特的优势。
它可以采用开关型稳流控制式，但为了节约成本和防止开关型电路的高频干扰，我们拟采用线性有源器件稳流控制的低压串并联组合方案。在提高效率方面，我们拟充分利用电池的正常电压，这与开关型稳流控制式的效率应当是差不多的，而在欠压时，它会自动降低灯的亮度并用红色发光二极管的点亮告警，让使用者及时给电池充电来解决，这样既提高了效率，还降低了成本，及时告警也更为安全。
低压告警的同时降低灯的亮度，同时也延长了灯的剩余工作时间，让使用者有充分的时间来处理善后事宜，并退出矿井为电池重新充电。
(5)亮度及颜色均可由信号调制的灯在商标、广告、舞台、歌厅、节日盛会等领域内往往需要颜色和亮度随场景、音乐、舞蹈、图案...等而变化的彩灯，这完全可用红(R)、绿(G)、蓝(B)三种高亮度发光二极管灯来实现，它们每三只构成一个像素点并紧密地靠在一起，分别用三种时序信号来调制，令其产生不同层次的彩色与亮度，与电视屏幕一样；对于不要求显示活动图像的灯饰，则可以把这些象素点分别按R、G、B各自串联起来，按所要求的图案在平面或空间排列妥当，并用R、G、B三调制信号----包括有三种相位差的方波、正弦波、三角波、梯形波、抛物波、双向抛物波...等等波形，或音乐、语音等有节律及无节律的波形，让它们混色后而得到千变万化的颜色和对比度，这较之广告灯、霓虹灯、理发店的标志灯...等更富内含。
除图象显示而外，对于各种图案显示，完全可用直流高压、交流高压或脉动高压来供电。
(6)行人及非机动车交通指示灯行人及非机动车交通灯有红灯停、绿灯行两种工作状态，它可以用恒流工作的直流高压，交流高压或脉动高压来供电。红、绿灯的显示及其显示时间由指令系统加以切换。
(7)机动车交通指挥灯机动车交通指挥灯与非机动车交通指挥灯的差别在于它有红、绿、黄三种颜色的变化。另外，为了更清晰地提示，它的亮度和显示面积也要求更严格。
本实用新型的特征还在于把红、绿两种发光二极管反向并接在一起后再把它们串接起来，用脉动高压或直流高压供电，让需红灯显示时只令其中的红色发光二极管串发光，绿灯显示时只让其中的绿色发光二极管发光，而黄光显示时则让红、绿发光二极管以高于人眼视觉堕性分辨率的频率交替点亮，借人眼对红、绿光的混色作用而得到黄光，这样可把现有的红、绿、黄三个灯合并为一个灯，既节约了成本，更令驾驶员意志专注。
其次，把红、绿、黄灯的点亮时间以倒计时的方式用七段码显示在交通指挥灯上，这样让驾驶员对停、行、等待的时间更一目了然，并提前作好停、行的思想准备，变化的时间显示更易刺激驾驶员的神经兴奋，可减少车祸和提高道路的通行率。
有时市电波动范围太大，功耗和可靠性的问题也应重点考虑，尽量作到免维护。
交通灯设在露天，气候的变化，风、霜、雨、雪、雷、电、冰雹的袭击在所难免，这些灾害的保护措施都应在考虑之列。
(8)其他灯红外灯可用于1)理疗它要求热效应高，有时还要求辐照是按规律强弱变化的，在设定区域动态运动的。2)电视防盗监控要求定点监视时视角要窄；大范围监视时视角要广，有时还需用电机转动来进一步扩展其视角。3)夜间侦察与瞄准要求视角小，传输距离远。
紫外灯可用于杀菌、消毒、理疗。
激光灯可用于理疗、光通讯...等等领域。
理疗灯可综合各种有治疗作用灯的特性，按理疗的要求，把它们做成光强可控或受调制的亮暗有序、线状、面状、环状或立体分布的结构形式。
无影灯从结构上令发光二极管阵列的投射角有多种变化，使当某些发光二极管灯光被遮挡时，另一些发光二极管灯却能照到，让整个灯的照射区变成无影，由于单个发光二极管灯的体积小，它们更容易按这种种要求规律来布置。
发光二极管灯以其高的发光效率、长寿命、高可靠性、方便的调制特性、众多的种类、短的响应时间、小的占空系数、众多的色彩、每个发光二极管低的电压和电流需求...等等优势，以及它本身成本正在逐渐降低的趋势，未来必将占据绝大部分现有的光电市场。
本实用新型的目的在于以优化的方案充分发挥其在各种应用中的优势，而避免其劣势，并以优化的性价比使其尽快地推广到各个应用领域，这可见诸于各种技术方案及其相应部分的具体实施例，在此不多加赘述。
本实用新型的发光二极管灯系列具有效率高、功耗低、寿命长、安全、占位小、光谱广、颜色全、惰性小、易组图案、亮度及颜色易调制、电压低、电流小等优势，奠定了其在许多应用领域中的基础。价格的持续下降再加以合理地选择灯的控制电路，将以其优势迅速取代现有的白炽灯、日光灯市场；使矿灯或其他电池供电灯等更加省电、明亮、长寿命、安全、可靠；亮度及颜色可调制性会令霓虹灯及其他广告灯减色；合理的控制电路会令交通指挥灯更简约、经济、可靠、并赋予更多功能，提高通行率及减少车祸。
图1是市电供电电阻限流的低压交流楼道灯或夜光灯的电路图。
图2是市电供电恒流控制的高压交流厅堂灯的电路图。
图3是市电供电，另一种恒流控制的高压交流厅堂灯的电路图。
图4是市电并整流滤波后低压未稳压直流供电的电流源控制台灯，其亮度是连续可调的。
图5是市电变化范围过大时可手动调节变压器次极抽头的另一种电流源控制，亮度连续可调的台灯。
图6是市电变化范围过大可手动调节变压器次极电压，以镜像电流源泉限流的台灯，其亮度也是连续可调的。
图7是由电池供电的矿灯，车载灯等的电流源控制灯。
图8是一种行人或非机动车交通指挥灯电路图。
图9是颜色和亮度均可调制的变色灯控制电路图。
图10是自适应市电变化的交通指挥灯之一的电路图。
图11是自适应市电变化的交通指挥灯之二的电路图。
图12是自适应市电变化的交通指挥灯之三的电路图。
图13是电路原理方框图。
具体实施方式
1.楼道灯或夜光灯楼道灯和夜光灯等要求的亮度不是很强，它们可用交流、低压、电阻限流、发光二极管反向并联的电路来实现。
如图1所示，市电LINE IN经变压器T1.1降压后，其次级接至由串联电阻R1.1，反向并接的发光二极管对DL1.1，DL1′1；DL1.2，DL1′2；...DL1.N，DL1′N的串联组合。实际上串联的反向并接的发光二极管对的数量是很少的，甚至只有唯一的一对。
这种电阻限流式的发光二极管灯，只适宜低压供电方式。当市电增加时限流电阻上的功耗将与市电幅度与二极管串间压差的平方成正比，当电压升高时可能达到不容许的程度，流过二极管中的电流也会大大地增加，小则影响灯的寿命，大则令二极管灯完全损坏或电阻烧毁。
低压供电时，即使市电变化范围很大，电阻R1.1上的电压变化也不会很大，可完全在安全范围内。对市电而言，小功率设备的效率不是主要问题，而其简单、经济、发光效率高、寿命长则突显优势。如果引入声控、光控等技术，其使用寿命将进一步提高。
用反向并接发光二极管灯对，可使反向灯得到正向灯的过压保护，且正反向二极管自身就构成了一个全波整流器，它把市电频率的交流电倍频为其二倍频率的脉动电，可大大减少灯的闪烁效应，有利于保护眼睛，特别是儿童和青少年的眼睛。
加于电阻、发光二极管对串联组合上的峰值电压E1sp＝e1sE1sp是变压器T1.1次级绕组的峰值电压。
e1s是变压器T1.1次级绕组的有效值电压。
峰值电压是交流电压的倍，它们的正反向电压都用上了，还减少了直流供电所需的整流滤波等环节，因此低压供电时它的效率还是很高的。
当市电波动而使e1s在e1smin至e1smax这间变化时，发光二极管正常工作需满足E1spmin＝e1smin≥IpminR1.1+NVDLminE1spmax＝e1smax≤IpmaxR1.1+NVDLmax2.厅堂灯居室或大厅的吸顶灯要求照明亮度比楼道高，有时还要求亮度连续可调，这就需要很多发光二极管同时发光。用许多组低压供电的灯同时点亮，则其每组灯的限流器件的功耗之和以及克服市电变化所留的富余量。其总功耗将会很大，采用开关稳流控制型技术也只能省去市电变化所留富余量部分的功耗，而其成本则会大大地提升，现在市场上尚无高压开关稳流控制型的集成电路，为了克服这些难点，我们用高压交流供电，并用双向可调电流源来取代图1中的限流电阻R1.1，这种双向可调电流源有很多种类型，图2及图3给出了其中的两种。
图2中，Q2.1、D2.1、D2.2、R2.1、Rv2.1、R2.3、共同组成正向可调电流源；Q2.2、D2.3、D2.4、R2.1、Rv2.1、R2.3则共同组成反向可调电流源，其正反向电流均由Rv2.1统调。它们的最大峰值电流基本上不随市电变化而变化。
在图3中与图2的区别仅在于用稳压管DV3.1、DV3.2取代了图2中的D2.1、D2.2及D2.3、D2.4，把R2.3及RV2.1分裂为R3.3及R3.4，还引入二极管D3.1、D3.2，保证市电正负半周时，相应稳压管能正常工作。其稳流效果比图2好，但成本略有增加。
在图2及3中变压器T1.1次级电压虽说很高(有时可能是升压变压器，高过市电电压)，但由于发光二极管对DL1.1、DL1′1、...DL1.N、DL1′N等成对反向并联互为保护，晶体管对Q2.1、Q2.2二极管对D2.1、D2.2与D2.3、D2.4和D3.1与D3.2以及稳压二极管Dv3.1与Dv3.2均反向并联组合互为保护。变压器次级正负半周的高压绝大部分都加在发光二极管链上，因此晶体管Q2.1、Q2.2用不着选特别高耐压的管子，从而解决了高压供电电路中的难题。
由于电流恒定，晶体管Q2.1、Q2.2的功耗只与加于其上的电压成正比地变化。实际上加于其上的最高电压是市电峰值Q1s与所有正向导通发光二极管正向压降之和的差(除去R2.1及Rv2.1上的功耗)。这与电阻限流时电阻R1.1上的功耗与压差的平方成正比有很大的改善。
成对反向并联再串联而成的发光二极管链在市电的正、负半周都导通，其双向整流的倍频作用，使发光二极管以二倍于市电频率点亮，降低了灯光的闪烁效应，有保护眼睛的作用。
吸顶灯要求照明的范围广，可选视角大的发光二极管，还可从灯阵列的分布、结构。灯罩、灯防护罩的结构及灯罩与灯防护罩间的多次离散反射来实现。
3.台灯台灯是人们经常密切接触并长时间专注的灯，因此安全和保护视力----特别是婴幼儿和中、小学生的安全和视力是首要问题。婴幼儿对灯闪频率的分辨力比成人强，因此严格地说，台灯最好不用交流供电，而改用直流。为安全起见，台灯也选用低压供电，而不用交流或直流高压供电。
另外家庭中可能有带心脏起搏器的人，为了避免干扰也不宜选用开关稳流控制式的电源，当其屏蔽措施不当时，甚而会干扰通讯或一些家用电器设备。
因此台灯最好用低压直流电流源供电，且亮度连续可调，发光二极管选择光谱与日光接近的白色发光二极管，为防止发光二极管的强光直射眼睛，宜用磨砂玻璃等作灯罩及防护罩。
图4、图5给出了众多模式中的两种台灯模式。
图4是在市电比较稳定的地区用的，而图5则是在市电波动范围大的地区用的，它可以在变压器的低压端用手动跳接，使与市电的变动相适应。
在图4、5中，市电LINE经降压变压器T1.1或T5.1降至安全电压后，其次级电压经整流器V4.1整流、电容器C4.1、C4.2滤波后变成未稳定的直流电压，为发光二极管阵列供电。
V4.2是一个小功率低压稳压器，它从发光二极管串上取得供电电压，这就降低了其输入电压减少了其功耗，同时这部分电流也奉献给了发光二极管以减少无谓的损耗。
V4.2的稳压输出经电位器Rv4.1及电阻R4.1分压后加至电流源晶体管Q4.1...Q4.M的基级。流过发光二极管串DL4.1.1、DL4.1.2...DL4.1.N或直至DL4.M.2..DL4.M.N中的电流由晶体管Q4.1...Q4.M的基级电位及其相应的射级电阻R4E.1...R4E.M来决定，从而决定了灯的亮度，它们可通过Rv4.1连续调节。
图6给出出了另一种台灯模式，其与图4、5的差别在于用镜像电流源取代了简单的压控电流源。
电阻R6.1与稳压管Dv6.1组成简单的稳压器，用以稳定晶体管Q6.1的基级电位，它们与晶体管Q6.1、电阻R6.3、电位器R6.1共同组成简单的电流源。
Q6.1的集电极输出与Q6.2、Q6.3、Q6.4.1直至Q6.4.M共同组成M个镜像电流源，分别去激励相应的发光二极管串，其亮度将由电位器Rv6.1统调。
并联灯的级数可因需求而变，M可以是1，也可以是大于1的某个数。
4.矿灯或其他用电池供电的灯为了井下安全起见，矿灯一般都用低压电池供电。
白炽灯易打火且寿命短，功耗大，易引发井下事故。在这些方面发光二极管灯有其独具的优势。图7是矿灯的一个实例。
电池E7.1经电容C7.1滤波后供给所有电路。
集成电路V7.3是一个稳压器，其稳压输出供给除灯而外所有需要稳压工作的电路。
当电池E7.1在正常范围内时，V7.3输出的稳定电压经分压器R7.10及R7.11分压后加到电流源晶体管Q4.1...Q4.M的所有基极，使它们的集电极供给相应的发光二极管串以恒定的直流，此时施密特触发器(有滞后位的比较器)V7.1输出1电平，从而比较器U7.2及V7.3也输出1电平，对灯亮度无影响，发光二极管DL7.A熄灭。
当电池E7.1放电到接近或低于其放电下限时，集成电路U7.1输出0电平，U7.2及U7.3也输出0电平，电阻R7.9与R7.10、R7.11的重新分压使晶体管Q4.1...Q4.M的基极电位降低，电流源电流减小，灯光变暗，发光二极管DL7.A发光，发出电池电压过低的告警，提醒用户采取措施。灯光变暗消耗电流减少，可延续电池余电所使用的时间，以便用户有充裕的时间来处理问题。
5.亮度和颜色受调制的灯在商标、广告、舞台、歌舞厅、节日盛会...等领域往往需要颜色的亮度随场景、音乐、舞蹈、图案...等的变化而变化的彩灯，这可由图9的电路来实现。
市电经整流器U4.1整流，电容C9.1滤波后为整个电路供电。
电阻R9.1与稳压管Dv9.1获得一低压偏置电压，经电容C9.2滤波后分别经电阻R9R1、R9G1、R9B1加至FET Q9R、Q9G、Q9B的门极，使门获得适当的偏置。
FET的源极分别经电阻R9R2、R9G2和R9B2接地，使FETQ9R、Q9G及Q9B成为受控电流源。
FET Q9R的漏极与电源之间串入红色发光二极管串DL9R1...DL9RN；FET Q9G的漏极与电源之间串入绿色发光二极管串DL9G1...DL9GN；FET Q9B的漏极与电源之间串入黄色发光二极管串DL9B1...DL9BN。
同样序号但不同发光颜色的发光二极管紧靠在一起，共同组成一个彩色像素。
在Q9R、Q9G、Q9B各自标记R、G、B的门端分别加入相应规则或不规则的调制信号，则相应点灯光的亮度及颜色将因相邻点灯光的混色作用而得到千变万化的彩色及亮度变化，视调制波形而定，可以是固定的，跳变的或连续变化的。
调制波形可以是R、G、B间有频率、相位差的方波、锯齿波、三角波、梯形波、正弦波、抛物波、双向抛物波、子弹头波形、音乐、语言...等等规则或不规则的波形。
同一组灯可因分布不同而形成点、线面的不同图案，多组灯组则可组成更丰富多彩的图案，它们可因需求而变。
6.行人及非机动车交通指挥灯行人及非机动车交通指挥灯有两种工作状态，即红灯停、绿灯行。虽说它可以用直流高压、交流或脉动高压工作，我们仍以直流高压供电作为一个具体实施例。
在图8中，市电LINE IN加至变压器T8.1的初级，其次级有两个绕组。低压绕组经整流器U8.2整流C8.1、C8.2滤波后加到稳压器U8.3的输入端，稳压后的输出经C8.5滤波后供给所有的低压电路。
次级高压绕组经整流器U8.1整流，C8.3、C8.4滤波后的未稳定高压作为发光二极管灯的高压电源。
分压器R8.3、R8.4和R8.5、R8.6把低压电源分压后分别加到场效应晶体管Q8.2及Q8′2的门级，它们与场效应晶体管及其相应的源极电阻R8.7、R8′7共同组成两个受控电流源，并决定串于其各自漏极的发光二极管串的亮度。这两组发光二极管串一为红色，一为绿色以对应于交通灯的禁行与放行。
比较器U8.4与U8′4中前者的负入端与后者的正入端连在一起后与分压器R8.1、R8.2相连，它们的另一个输入端也连在一起并经上拉电阻R8.8后引出，这引出端受外来指令控制。当指令为1电平时，U8.4输出1电平，U8′4输出0电平，因此随指令电平的改变，场效应管Q8.4及Q8′4交替地通断，如其一的发光二极管为红色，另一为绿色，则红绿灯的交替按指令进行，达到指挥交通的目的。
其特点在于即使串联的发光二极管很多，供电电压很高时，加在Q8.2及Q8′2上的电压并不很高，即使大面积的显示需要更多的发光二极管也无需增加另外的驱动电路。
它也可用图10、11或图12的电路来实现，只需把其中的振荡器U11.9取消即可。
7.机动车交通指挥灯机动车交通指挥灯与非机动车交通指挥灯的差别在于需要红、绿、黄三种颜色的指挥灯。它往往比非机动车指挥灯挂在更高的位置，因此其显示的亮度及面积可能要求更加严格。
现在的交通指挥灯，红、绿、黄三色是用三盏灯来显示的，本实用新型的目的是要把三者合而为一，使它起到同样的作用，此外还可把红、绿、黄三色灯显示所历时间以倒计时时间码的方式同时显示在同一盏灯上，让驾驶员只专注同一盏灯，且有变化的倒计时时间显示，在倒计时时间即将结束前即作好行车或停车的准备，有利于提高通行率及减少车祸。甚而还可以在其计时起初或结束前引入语音提示。
交通灯在露天，气候的变化，风、霜、雨、雪、冰雹、雷、电的袭击时有发生，如何抗击自然灾害也应在考虑之列。
许多交通灯远离大城市或电力网，市电波动范围很大，可靠性及功耗等问题应重点考虑。
图11给出了一种电路。
市电LINE IN加在变压器T11.1的初级，其次级有两个绕组。低压绕组经整流器U11.3整流，电容C11.1、C11.2滤波后加至稳压器U11.8，其输出经电容C11.5、C11.6滤波后供给所有低压电路的低压电源。
次级高压绕级有两个抽头，它们分别通过光耦开关U11.1、U11.2连接至桥式整流器U11.4。
市电接通后低压电源先建立，而后建立高压电源。在正常市电范围内时，有滞后位的比较器U11.7的正入端电位高于其负入端电位，其输出端电位为1电平，这令比较器U11.5输出1，U11.6输出0，它们令光耦开关U11.2通，U11.1截止，变压器T11.1高压绕组较低电压的抽头接入滞后并接至后续的整流滤波电路U11.4及C11.3、C11.4，并保持，使输出电压正好合符要求，避免高压接入时徒增功耗。
当市电过低时，集成电路U11.7的正入端取样信号会低于其负入端电压而输出0电平，它令集成电路U11.5输出0电平，U11.6输出1电平，从面令光耦开关U11.2关断，U11.1接通，整流器U11.4由变压器T11.1的升压抽头供电，使电压升高到所需值，这样即使在大的市电变化范围内也能正常工作而不增加额外的功耗。
当外来指令令指令接点R置0时，受控振荡器U11.9输出0，它令比较器U11.10输出为0，而U11.11输出为1，这时光耦开关U11.12及U11.14通，而U11.13及U11.15断，高压电源经光耦开关U11.2加至由晶体管Q11.1，二极管D11.1、D11.2，电阻R11.12、R11.13组成的恒流源为发光二极管串DL11.1...至DL11.N供给恒定电流，再经光耦开关U11.14入地，此时交通灯显红色。
当外来指令令指令接点G端接零时，集成电路U11.9输出为1，它令U11.10输出为1，而U11.1输出为0，这时光耦开关U11.12及U11.14截止，而U11.13及U11.15接通，高压电源经集成电路U11.15加至发光二极管串DL11′N...DL11′1并通过晶体管Q11.2，二极管D11.4、D11.3，电阻R11.12、R11.13组成的恒流源以恒定电流通过发光二极管串，再经光耦开关U11.13至地而发绿光。
当外来指令接点Y端接0时，集成电路U11.9不受控而产生自激振荡，这时它时而输出0，时而输出1，因此红绿灯交替闪亮，由于反向并接的红绿发光二极管对同装于同一管壳内，它们离得很近，如果振荡器U11.9的振荡频率超过人眼视觉可能分辨的频率，则红绿二色将因时空混色而成黄色。这就满足了在同一灯内显示红、绿、黄三色的要求。当然，也可用Y指令去驱动真实的黄灯。
如果把红、绿、黄三种灯所代表的停、行、预备三种状态所需的倒计时时间同时显示在各色灯中，则这一灯多用，同时显示时间的交通灯可以大大节约成本，提高驾驶员的注意力，提高了通行能力，减少了车祸的发生率。
图12出了机动车交通指挥灯的另一种方案，它与图11的差别仅在于用电流源U11.16、U11.17，电阻R11.16、R11.17及隔离二极管D11.1、D11.2组成的恒流源取代了图11中述及的电流源。
图10则给出了另一种方案，它与行人及非机动车的交通指挥灯相似，只是增加了一个受控振荡器U11.9而已。
这些交通指挥灯的高压供电电源也可以是交流或脉冲波形的，它们可以从前述各种灯所提出的方法演化而得，在此不一一列举。
8.其他灯红外灯可用于理疗、电视监控、防盗、夜间侦察等领域。除了发光二极管而外，其控制电路可因需要而选用前述任何一种电路方案或类似方案。
紫外灯可用于杀菌、消毒等领域。除发光二极管灯的波长为紫外线而外，其控制与其他灯的控制电路别无二致，可按需借用。
激光灯用于理疗、通讯等领域。基本上是单一波长的灯，理疗运用时可选用前述各种控制方法中的适宜方法；通讯运用时则其光调制应考虑到光-电变换中的线性校正等问题。
无影灯用于手术或其他需要无影的地方。用发光二极管来作无影灯，比用白炽灯、日光灯或其他灯更方便，因为它的体积小，更易实现多角度照射而达到无影的效果。
理疗灯理疗灯则可综合各种有治疗作用灯的特性，按治疗的需要，把它们做成光强可调或受调制的，频率及波形可变的，线状、柱状或立体状排列的，静态或动态运行的。这些灯只是所用发光二极管的类型不同以及它们的用途不同，而它们的激励方式，完全可以采用前述各种灯激励方式的一种或多种，在此不再赘述。
电路原理方框图图13给出了概括各种情况的总方框图。发光二极管灯阵列可以有高压电源HVPS、低压电源LVPS两种或者其中一种供电，这些电源可以是交流、直流或者脉动式的电压源，它们可以由市电、电池、太阳能电池...等本身或由其变换而得的电源。
电源的波动可由高压源HVPS或低压源LVPS与参考源VR在电源控制PSC中相比较而产生的控制信号加以调整，使其保持在指定的范围内以降低功耗和使整个系统可靠稳定地工作。
高压电源HVPS或低压电源LVPS经电流源CS电路转换成电流源为发光二极管灯阵列LEDA供电使之发光。
电流源CS的电流强度可由外来的调制信号MS经调制器M对其进行调制，对于多色的发光二极管阵列LEDA可产生千变万化的色调与图案。
时间计数器TC产生的倒计时时间码经译码器D译码后可使发光二极管阵列LEDA显示倒计时的时间码。
权利要求1.发光二极管灯系列，是由磨砂玻璃灯罩、发光二极管灯阵列和控制电路组成，其特征在于其控制电路包括参考电源、电源控制模块、高压电源、低压电源、电流源、调制器、调制信号、发光二极管灯阵列、译码器、时间计数器组成；参考电源接入电源控制模块，电源控制模块分别连接高压电源和低压电源，高压电源连接电流源，低压电源连接调制器电路，调制器电路分别连接调制信号和电流源，低压电源连接至调制器电路后分出两支一支连接电流源和发光二极管灯阵列，另一支连接调制信号和时间计数器，时间计数器连接至译码器，译码器连接至发光二极管灯阵列。
2.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于限制流过正、反向发光二极管的电流，是采用由晶体管(Q2.1)、二极管(D2.1、D2.2)、电阻(R2.1)、电位器(Rv2.1)、电阻(R2.2)组成的正向电流源，以及采用由晶体管(Q2.2)、二极管(D2.3、D2.4)、电阻(R2.1、R2.2)、电位器(Rv2.1)组成的反向电流源，保持最大脉动电流的恒定，其电流强度可由电位器(Rv2.1)调节。
3.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于该系列包括楼道灯、夜光灯、厅堂灯、台灯、矿灯或其它电池供电灯、亮度和颜色受调制的灯、交通指挥灯及其它专用灯。
4.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于所述楼道灯或夜光灯的电路特点，是采用变压器(T1.1)将市电降压，成为低压交流供电；发光二极管对DL1.1，DL1.2...DL1.N成对反向并联，反向并接后串联，再串入限流电阻R1.1，加于变压器T1.1的次极；市电经变压器(T1.1)降压、整流器(U4.1)整流、电容(C4.1、C4.2)滤波后得到低压未稳定的直流电压，供给发光二极管(D4.1.1、D4.1.2...D4.1.N)至发光二极管(D4.M.1、D4.M.2...D4.M.N)的串并联组合灯阵列；所述发光二极管对的数目N可以少至N＝1。
5.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于所述厅堂灯的电路特点，是用变压器(T1.1)较高的次极电压供电，反向并接的发光二极管对再行串接，所述发光二极管对的数目N多于楼道灯。
6.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于稳压器U4.2的未稳定输入端取自发光二极管(DL4.1.N-1)的阳极，其稳压电源输出经电位器(Rv4.1)、电阻(R4.1)分压后加至晶体管(Q4.1...Q4.M)的基极，通过电位器(Rv4.1)可连续调节灯的亮度，稳压器的输入电流供给发光二极管；对于市电变化范围较大的地区，变压器次极可引入多个抽头，用以调节至最恰当的电压。
7.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于矿灯或其它电池供电灯由低压电池供电，以保安全；稳压器(U7.3)由电池(E7.1)供电，其稳定电压输出给集成电路(U7.1、U7.2、U7.3)供电
8.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于所述亮度和颜色受调制的灯由红(R)、绿(G)、蓝(B)三组灯组成，其恒流源晶体管(Q9R、Q9G、Q9B)的门极被稳压管(Dv9.1)偏置在固定电位，在标记为R、G、B的门端可加入各种调制信号。
9.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于所述的行人交通指挥灯有红灯停、绿灯行两种工作状态，它具有低压直流稳压电源和高压两组供电系统，低压源为所有控制电路供电，高压源为发光二极管灯供电；低压稳压源(U8.3)的输出经电阻(R8.1、R8.2)分压器给集成电路(U8.4)的负入端和(U8′4)的正入端提供固定偏压，集成电路(U8.4)的正入端与集成电路(U8′4)的负入端连在一起、并经上拉电阻(R8.8)接至低压电源；所述的高压电源可以是直流，脉动或交流的电压源。
10.根据权利要求1所述的发光二极管灯系列，其特征在于所述的机动车交通指挥灯有红、绿、黄三种工作状态，由市电供电，市电加至变压器(T11.1)初级，次级有低压和高压两组绕组；低压绕组经整流器(U11.3)整流，电容(C11.1、C11.2)滤波后加至稳压器(U11.8)的输入端，其稳压输出经电容(C11.5、C11.6)滤波后给所有低压电路供电；变压器高压绕组有两个抽头，其一接光耦双向开关(U11.1)的一端，另一接光耦双向开关(U11.2)的一端，两个光耦双向开关的另一端连接在一起接至整流器(U11.4)的一个交流输入端；光耦双向开关也可以是其他(例如继电器)电子双向开关；整流器(U11.4)对高压绕组交流整流并经电容(C11.3、C11.4)滤波后得直流高压，为高压发光二极管灯组供电；发光二极管灯由红、绿两种成对并联后再串联而成，它们的正、反向电流由晶体管(Q11.1、Q11.2)、二极管(D11.1、D11.2、D11.3、D11.4)、电阻(R11.12、R11.13)组成的正反向电流源来限定；发光二极管串电流的通、断由串入其高压及地端的光耦双向开关(U11.12、U11.13、U11.14、U11.15)来确定；该光耦开关可用其他单向或双向的电子开关来代替；集成电路(U11.9)是一个受控振荡器，它的控制端(R、G、B)受外来指令的控制，当端子(R)置0时，集成电路(U11.9)输出0电平，它令集成电路(U11.10)输出0电平，而(U11.11)输出1电平，这令光耦双向开关(U11.12、U11.14)通，而(U11.13及U11.15)断，正向发光二极管电流通过晶体管(Q11.1)，发光二极管(DL11.1、DL11.2...DL11.N-1、DL11.N)流通，它们是红色发光二极管，显红光；当端子(G)置0时，集成电路(U11.9)输出1电平，它令集成电路(U11.10)输出1电平，而(U11.11)输出0电平，这令光耦双向开关(U11.12、U11.14)断，而(U11.13及U11.1.5)通，反向发光二极管电流通过晶体管(Q11.2)、发光二极管(DL11′1、DL11′2...DL11′N-1、DL11′N)，它们是绿色发光二极管，显绿色；当置空档端子(Y)时，端子(R、G)均开路，集成电路(U11.9)自激振荡，它使集成电路(U11.10)及(U11.11)交替输出0或1，从而令红绿发光二极管灯串(DL11.1...DL11.N，DL11′1...DL11′N)交替点亮，其混色后呈黄光，也可用它去控制单一的黄光灯；红、绿、黄三种指挥灯在同一灯内实现，并以倒计时的数字形式显示。
专利摘要本实用新型涉及发光二极管灯系列，由灯罩、发光二极管灯阵列和控制电路组成。控制电路包括参考电源、电源控制模块、高压电源、低压电源、电流源、调制器、调制信号、发光二极管灯阵列、译码器、时间计数器。该系列包括楼道灯、夜光灯、厅堂灯、台灯、矿灯或其它电池供电灯、亮度和颜色受调制的灯、交通指挥灯等。本实用新型的灯具有高发光效率、长寿命、高可靠性、安全方便的调制特性、众多种类、短响应时间、小的占空系数、众多色彩、每个发光二极管低的电压和电流需求等优势，并以优化的性价比使其尽快地推广到各个应用领域。
文档编号H05B37/02GK2922364SQ200520103420
公开日2007年7月11日 申请日期2005年8月8日 优先权日2005年8月8日
发明者沈来沛 申请人:沈来沛