专利名称：兼可抗雷控温调光的led灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED灯领域，尤其涉及一种兼有抗雷击、自动控制温度、调光三种功能的兼可抗雷控温调光的LED灯。
背景技术：
LED灯因具有节能、环保、长寿命、响应快、色彩丰富、可控等系列优点，被人们认定为:推广LED灯，是灯具节电降耗的最佳实现途径。日本估计:如果用LED灯替代日本一半的白炽灯和荧光灯、则等效每年为日本国节约60亿升原油！有人甚至认为:LED灯是人类继爱迪生发明白炽灯泡后最重大的发明之一。灯外壳(或称灯罩)、发光二极管(Light Emitting Diode)组件(本文简称LED组件)、LED组件的驱动电源(本文简称驱动电源)即外壳、LED组件、驱动电源是LED灯的三大组成部份。驱动电源是LED灯的重要部件，只有驱动电源性能优越，LED灯才能呈现节电、长寿命的优点。针对驱动电源重要性，电子、电器行业内的技术人员研究、设计了多种LED灯驱动电源。中国专利申请号为201020214658.X的“可调LED灯电源驱动电路”、申请号为201120309550.3的“一种LED灯电源供电系统”、申请号为200710037934.2的“ LED驱动电源”、申请号为201110031371.2的“一种多路恒流大功率LED驱动电源”公开了各自专利申请人的研究成果。上述公开技术的共同特点是:电子线路复杂、所用的电子元器件太多。LED灯毕竟仅是一种要与白炽灯和荧光灯相竟争的低价位灯具，非价值千万元的军用雷达。电子线路太复杂、所用的电子元器件太多的LED灯驱动电源，将因造价高、可靠性低(所用的电子元器件多，就意味着造价高、可靠性低)而无实用价值。目前在灯具市场较为流行的“阻容降压、整流桥整流、电容滤波”之LED灯驱动电源，虽然具有电子线路简单、所用的电子元器件少、造价低的优点，但也存在以下的缺点:1、电子线路中使用了有极性的电解电容，而电解电容是寿命远低于LED组件的器件，故LED灯因其而受到缩短使用寿命的威胁；2、所述的上述驱动电源为直流输出，使LED组件从开灯到关灯一直持续通电工作，导致:(I)、不能利用发光二极管中“荧光粉”的余辉；(2)、使LED灯温升增加，寿命缩短；3、无抗雷击、自动控制温度、调光的功能。
发明内容针对现有技术的现状，本发明要迖到的目标是:1、秉着“至精必须至简，唯有简单实用才能长久流传”的出发点，应用电子技术，设计一个电子线路尽量简单的、所用器件尽量少的、价格尽量廉的兼可抗雷控温调光的LED灯；2、所设计的兼可抗雷控温调光的LED灯包括脉宽(pulse width)可调的、具有一定脉冲占空比(Duty Cycle)的脉冲式电源，在输出高电平的脉冲“占”期间，LED灯通电发光；在输出低电平的脉冲“空”期间，LED灯断电休息、且LED灯利用发光二极管中“荧光粉”的余辉发光；即LED灯为间歇工作的模式，故其温升可降低、寿命能延长；3、所设计的兼可抗雷控温调光的LED灯兼具抗雷击、自动控制温度、调光三种功倉泛;为了达到上述目标，本发明设计的技术方案是:一种兼可抗雷控温调光的LED灯，包括降压电容(C)、抗雷击整流电路(100 )、脉冲产生电路(200 )和LED组件(300 )四部份，所述的抗雷击整流电路(100)为具有第一输入端(NI)和第二输入端(N2)、第一输出端(Tl)与第二输出端(T2)的四端口网络；降压电容(C)的一端连接所述抗雷击整流电路(100)的第一输入端(NI);降压电容(C)的另一端和所述抗雷击整流电路(100)的第二输入端(N2)之间接入AC电压；所述的脉冲产生电路(200)的一端与所述抗雷击整流电路(100)的第一输出端(Tl)连接，另一端与所述的LED组件(300)之正端相连接；所述抗雷击整流电路(100 )的第二输出端(T2 )及所述的LED组件(300 )之负端均接线路地(E )。所述抗雷击整流电路(100)由第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)及双极型瞬态电压抑止二极管(TVSl)组成，并且，所述的双极型瞬态电压抑止二极管(TVSl)的一端与抗雷击整流电路(100)的第一输入端(NI)相连接，另一端与抗雷击整流电路(100)的第二输入端(N2)相连接；所述的第一二极管(D1)、第二二极管(D2)各自的负极均与抗雷击整流电路(100)的第一输出端)T1)相连接；所述的第三二极管(D3)、第四二极管(D4)各自的正极均与抗雷击整流电路(100)的第二输出端(Τ2)相连接；所述的第一二极管(Dl)的正极、第三二极管(D3)的负极均与抗雷击整流电路(100)的第一输入端(NI)相连接；所述的第二二极管(D2)的正极、第四二极管(D4)的负极均与抗雷击整流电路(100)的第二输入端(Ν2)相连接。双极型瞬态电压抑制二极管(TVSl)连接在所述的第一输入端(NI)端与第二输入端(Ν2)之间，在正常情况下，其呈高阻抗，等效为开路；当雷击闪电或静电放电、电气快瞬变之强脉冲电压到来时，其击穿呈低阻抗，等效为短路。所述的脉冲产生电路(200)由单向晶闸管(SCR)、电位器(VR)及正温度系数热敏电阻(PTC)组成，并且，所述的单向晶闸管(SCR)之阳极(Α)、所述的热敏电阻(PTC)之一端均与抗雷击整流电路(100)的第一输出端(Tl)相连接；热敏电阻(PTC)的另一端与电位器(VR)连接，电位器(VR)的另一端与所述的单向晶闸管(SCR)之门极(G)相连接；所述的单向晶闸管(SCR)之阴极(K)与所述的LED组件之正端相连接；所述的电位器(VR)及正温度系数热敏电阻(PTC)相串联后的等效电阻R成为所述的单向晶闸管(SCR)之触发电阻R。所述的单向晶闸管SCR开始导通的时刻tl及导通角Q由其等效触发电阻R的阻值决定:等效触发电阻R的阻值变小时，所述的tl提前、所述的导通角Q随之变大；反之，等效触发电阻R的阻值变大时，所述的tl推后，所述的导通角Q随之变小。所述的单向晶闸管SCR导通的时，脉冲电流IO输出高电平；所述的单向晶闸管SCR截止的时，脉冲电流IO输出低电平。[0024]所述的LED组件实行间歇工作的模式，在脉冲电流IO输出高电平的期间，LED组件通电发光；在脉冲电流IO输出低电平的期间，LED组件断电散热并利用“荧光粉”的余辉发光。理论分析和实验样机的长时间的运行结果均证明，应用本发明，可以取得以下有益效果:1、在抗雷击整流电路的两个输入端NI端与N2端之间接有双极型瞬态电压抑制二极管，使本发明具备了免遭雷击闪电或静电放电(ESD)、电气快瞬变(EFT)之强脉冲损害的功能。2、在脉冲产生电路的单向晶闸管SCR之触发回路中设有热敏电阻PTC，使本发明具备了自动控制LED灯之温度的功能。3、在脉冲产生电路的单向晶闸管SCR之触发回路中设有电位器VR，使本发明具备了调整LED灯之光亮度即调光的功能。4、延寿:基于以下的原因，本发明提升了 LED灯的工作寿命:(I)、无寿命远低于LED组件的电解电容，故LED灯因其而受到缩短工作寿命的威胁被解除；(2)、如前所述，设有温度负反馈器件热敏电阻PTC，可防止LED灯温度过高；(3)、如前所述，具有抗雷击闪电、抗静电放电(ESD)、抗电气快瞬变(EFT)的功能，可使LED灯免遭上述强脉冲的损伤；(4)、LED灯按间歇工作的脉冲模式运行，降低了温升。5、节电:间歇工作的脉冲运行模式，是节电的工作方式，LED灯因此而节省了电能；在两个脉冲之间，利用发光二极管中“荧光粉”的余辉发光，使LED灯进一步节省了电倉泛。
图1为本发明的原理方框图；图2为实施例1的电路原理图；图3为本发明输出的脉冲电流IO之波形图；图4为抗雷击整流电路之输出电压U34的波形图；图5为AC电压的波形图；图6为实施例2的电路原理图；图7为双极型瞬态电压抑制二极管的V— I特性曲线。
具体实施方式
以下结合附图，说明本发明的实施方式。图1为本发明的原理方框图，图2为实施例1的电路原理图。图1中:100为本发明的抗雷击整流电路，200为脉冲产生电路，300为本发明的负载即LED组件；一种兼可抗雷控温调光的LED灯，包括抗雷击整流电路100、脉冲产生电路200和LED组件300三部份，其特征在于:所述的抗雷击整流电路100为具有两个输入端即NI与N2端、两个输出端即Tl与T2端的四端口网络；所述抗雷击整流电路的两个输入端即NI与N2端之间接Λ AC电压；所述的脉冲产生电路200的一端与所述的Tl端连接，另一端与所述的LED组件300之正端相连接；所述的Τ2端及所述的LED组件300之负端均接线路地Ε。结合图1、图2:第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4及双极型瞬态电压抑止二极管(Bipolar transient voltage supression the diode) TVSl 共同组成了抗雷击整流电路100 ;并且，所述的双极型瞬态电压抑止二极管TVSl的一端与抗雷击整流电路100的输入端NI相连接，另一端与抗雷击整流电路100的输入端N2相连接；所述的第一二极管D1、第二二极管D2各自的负极均与抗雷击整流电路100的输出端Tl相连接；所述的第三二极管D3、第四二极管D4各自的正极均与抗雷击整流电路100的输出端T2相连接；所述的第一二极管Dl的正极、第三二极管D3的负极均与抗雷击整流电路100的输入端NI相连接；所述的第二二极管D2的正极、第四二极管D4的负极均与抗雷击整流电路100的输入端N2相连接。单向晶闸管SCR(Silicon Controlled Rectifier)、电位器VR及正温度系数热敏电阻PTC组成了所述的脉冲产生电路200，并且，所述的单向晶闸管SCR之阳极A、所述的热敏电阻PTC之一端均与抗雷击整流电路100的输出端Tl相连接；热敏电阻PTC的另一端与电位器VR连接，电位器V R的另一端与所述的单向晶闸管SCR之门极G相连接；所述的单向晶闸管SCR之阴极K与所述的LED组件之正端相连接。
以下结合附图阐述本实施例1的工作过程:结合图1、图2:从P1、P2端输入的AC电压的数学表达式为:U=Umsin (2 Jift+ Φ )上式中:u为AC电压的瞬时值，Um为AC电压的振幅值，f为AC电压的频率，Φ为AC电压的初相角。为简便说明，现假设初相角Φ=0，则AC电压的瞬时值u的表达式为:U=Ums η2 π ft其波形如图5所示。图7为双极型瞬态电压抑制二极管的V—I特性曲线，图中uB2为正方向的击穿电压，uBl为反方向的击穿电压。结合图2，双极型瞬态电压抑制二极管TVSl连接在所述的抗雷击整流电路100的两个输入端NI端与N2端之间,其作用相当于把NI端与N2端之间的电压u箝制在uBl uB2范围内的箝位器。再结合图7，在正常情况下，即当uBl < u < uB2时，所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVSl呈高阻抗，等效为开路；当雷击闪电或静电放电(ESD)、电气快瞬变(EFT)之强脉冲电压到来时，所述的双极型瞬态电压抑制二极管TVSl击穿呈低阻抗，等效为短路。后级的器件因此而受到其保护，使它们免遭雷击或ESD、EFT而损坏。综上所述，简言之:双极型瞬态电压抑制二极管TVSl连接在所述的NI端与N2端之间，在正常情况下，其呈高阻抗，等效为开路；当雷击闪电或静电放电(ESD)、电气快瞬变(EFT)之强脉冲电压到来时，其击穿呈低阻抗，等效为短路。再结合图2、图5:在O t01时域内，AC电压为Pl端高电平、P2端低电平的正半周，此时，所述的抗雷击整流电路100中:第一二极管D1、第四二极管D4均导通，第二二极管D2、第三二极管D3均截止；经抗雷击整流电路100整流，其输出电压u34在此O t01时域内的波形如图4所显示。在t01 t02时域内，AC电压为Pl端低电平、P2端高电平的负半周，此时，所述的第一二极管D1、第四二极管D4均截止，所述的第二二极管D2、第三二极管D3均导通；经抗雷击整流电路100整流，其输出电压u34在此t01 t02时域内的波形也显示在图4中。结合图2，在所述的脉冲产生电路200中，电位器VR及正温度系数热敏电阻PTC相串联后的等效电阻R成为单向晶闸管SCR之触发电阻R。再结合图3、图4，当所述的R值为定值时:在O tl的时域内，所述的单向晶闸管SCR截止；t= tl时，所述的单向晶闸管SCR开始导通，形成脉冲电流IO的脉冲上升沿，脉冲电流IO按Pl—NI—Dl — SCR — LED组件300— D4 — N2 — P2的路径流通，所述的LED组件300得电发光；tl t2的时域内，所述的单向晶闸管SCR继续导通，脉冲电流IO继续流通，LED组件300继续发光。t= t2时，电压U34下降，脉冲电流IO也随之下降至小于所述的单向晶闸管SCR的“维持电流IH”之状态，即IO < IH，所述的SCR关断而截止，形成脉冲电流IO的脉冲下降沿，LED组件300断电散热并利用“荧光粉”的余辉发光。在t2 t3的时域内，所述的单向晶闸管SCR仍然截止，LED组件300继续断电散热并利用“荧光粉”的余辉发光。t= t3时，所述的单向晶闸管SCR又一次导通，脉冲电流IO又一次形成脉冲上升沿，脉冲电流IO进入下一个脉冲周期。尔后，脉冲电流IO就按此周期不断重复。综上所述，可概 括本发明以下的技术特征:1、所述的单向晶闸管SCR导通的时，脉冲电流IO输出高电平；所述的单向晶闸管SCR截止的时，脉冲电流IO输出低电平。2、所述的LED组件300实行间歇工作的模式，在脉冲电流IO输出高电平的脉冲“占”的期间，LED组件300通电发光；在输出低电平的脉冲“空”期间，LED组件300断电散热并利用“荧光粉”的余辉发光。结合图2，所述的单向晶闸管SCR的门极G与阴极K之间的电压UGK = u34 — IG.R — UO (I)如前所述，上述(I)式中“R”为电位器VR及正温度系数热敏电阻PTC相串联后的等效电阻，其为单向晶闸管SCR之等效触发电阻；IG为电位器VR、热敏电阻PTC中的电流；UO为LED组件300两端的电压。由单向晶闸管的特性可知:当UGK = u34 — IG.R — UO彡UGT (2)的条件即(2)式成立时，单向晶闸管SCR就导通。(2)式中UGT为单向晶闸管从关断状态转変为导通状态所需要的最小门极直流电压。结合(2)式再结合图4、图3、图2可知:随着LED灯温度的上升，热敏电阻PTC之阻值将随之增大；热敏电阻PTC之阻值增大，将使所述的SCR之等效触发电阻R的值增大；等效触发电阻R的值增大，将使SCR从关断状态转変为导通状态的时刻tl将向后迟延；tl向后迟延将使所述的SCR之导通角Q变小；SCR之导通角Q变小将使LED组件300上的脉冲平均功率变小；LED组件300上的脉冲平均功率变小将使其产生的热量减少；LED组件300上产生的热量减少将使LED灯之温度降低。上述过程即为本发明自动控制LED灯的温度，对LED组件实现热保护之过程。用上述同样的方法，也可以分析本发明通过调整电位器VR实现调整LED灯光亮度，即用电位器VR对LED灯调光的过程。至此，可以概括本发明的另三个技术特征:1、所述的单向晶闸管SCR开始导通的时刻tl及导通角Q由等效触发电阻R的阻值决定:等效触发电阻R的阻值变小时，所述的tl提前、所述的导通角Q随之变大；反之，等效触发电阻R的阻值变大时，所述的tl推后，所述的导通角Q随之变小。2、所述的脉冲产生电路200具有自动控制LED灯之温度的功能，其控制过程为:所述的LED灯之温度上升，导致脉冲产生电路200中的热敏电阻PTC之阻值上升；所述的热敏电阻PTC之阻值上升，导致所述的SCR之导通角Q变小；SCR之导通角Q变小，导致LED组件300上的脉冲平均功率变小；LED组件300上的脉冲平均功率变小，导致其产生的热量减少；LED组件300上产生的热量减少将使LED灯之温升降低。简言之:所述的LED灯之温度上升时，本发明通过热敏电阻PTC自动调整LED组件300上脉冲平均功率，使LED灯之温度回恢正常。3、所述的脉冲产生电路200具有对LED灯调光的功能，其调光过程为:增大电位器VR的阻值，将使所述的SCR之等效触发电阻R的值增大；等效触发电阻R的值增大，将使SCR从关断状态转変为导通状态的时刻tl将向后迟延；tl向后迟延将使所述的SCR之导通角Q变小；SCR之导通角Q变小将使LED组件300上的脉冲平均功率变小；LED组件300上的脉冲平均功率变小将使其光亮度减少；反之，减小电位器VR的阻值，将使所述的SCR之导通角Q变大并导致LED组件300光亮度增强。简言之:调整所述的电位器VR便可对LED灯调光，VR的阻值增大，LED灯的光亮度减小；反之，VR的阻值减小，LED灯的光亮度增大。结合图3、图4、图5，本发明输出的脉冲电流IO的重复频率为AC电压频率的二倍，对50Hz的交流电，所述的脉冲电流IO的重复频率为IOOHz ;对60Hz的交流电，所述的脉冲电流IO的重复频率则为120Hz。人类可以感受到的最高闪烁频率是70Hz，因此，即使不计发光二极管中“荧光粉”的“余辉”效益，LED灯应用本发明，也不会给人产生闪烁的印象。本实施例1之实验样机长期运行结果证明，本发明具有以下突出的优点:1、抗雷击整流电路100的两个输入端NI端与N2端之间接有双极型瞬态电压抑制二极管TVS1，使本发明具备了免遭雷击闪电或静电放电(ESD)、电气快瞬变(EFT)之强脉冲损害的功能。2、脉冲产生电路200中单向晶闸管SCR之触发回路中设有热敏电阻PTC，使本发明具备了自动控制LED灯之温度的功能。3、脉冲产生电路200中单向晶闸管SCR之触发回路中设有电位器VR，使本发明具备了调整LED灯之光亮度的功能。4、在脉冲电流IO输出低电平的脉冲“空”期间，LED组件300断电散热并利用“荧光粉”的余辉发光，使LED灯更进一步省电节电。图6为实施例2的电路原理图。本实施例2与实施例1相比较，有以下两处作了变动:1、在AC电压与整流电路100的输入端NI端之间增设了降压电容C ；2、用电阻器Rl取代所述的单向晶闸管SCR之触发回路中的电位器VR。本领域的技术人员应该清楚，作上述变动后，本实施例2的工作过与实施例1相同。
权利要求1.一种兼可抗雷控温调光的LED灯,包括降压电容(C)、抗雷击整流电路(100)、脉冲产生电路(200)和LED组件(300)四部份，其特征在于: 所述的抗雷击整流电路(100)为具有第一输入端(NI)和第二输入端(N2)、第一输出端(Tl)与第二输出端(T2)的四端口网络； 降压电容(C)的一端连接所述抗雷击整流电路(100)的第一输入端(NI);降压电容(C)的另一端和所述抗雷击整流电路(100)的第二输入端(N2)之间接入AC电压； 所述的脉冲产生电路(200)的一端与所述抗雷击整流电路(100)的第一输出端(Tl)连接，另一端与所述的LED组件(300)之正端相连接；所述抗雷击整流电路(100)的第二输出端(T2)及所述的LED组件(300)之负端均接线路地(E)。
2.如权利要求1所述的兼可抗雷控温调光的LED灯，其特征在于: 所述抗雷击整流电路(100)由第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)及双极型瞬态电压抑止二极管(TVSl)组成，并且，所述的双极型瞬态电压抑止二极管(TVSl)的一端与抗雷击整流电路(100)的第一输入端(NI)相连接，另一端与抗雷击整流电路(100)的第二输入端(N2)相连接；所述的第一二极管(D1)、第二二极管(D2)各自的负极均与抗雷击整流电路(100)的第一输出端(Tl)相连接；所述的第三二极管(D3)、第四二极管(D4)各自的正极均与抗雷击整流电路(100)的第二输出端(T2)相连接；所述的第一二极管(Dl)的正极、第三二极管(D3)的负极均与抗雷击整流电路(100)的第一输入端(NI)相连接；所述的第二二极管(D2)的正极、第四二极管(D4)的负极均与抗雷击整流电路(100)的第二输入端(N2)相连接。
3.如权利要求1所述的兼可抗雷控温调光的LED灯，其特征在于: 所述的脉冲产生电路(200)由单向晶闸管(SCR)、电位器(VR)及正温度系数热敏电阻(PTC)组成，并且，所述的单向晶闸管(SCR)之阳极(A)、所述的热敏电阻(PTC)之一端均与抗雷击整流电路(100)的第一输出端(Tl)相连接；热敏电阻(PTC)的另一端与电位器(VR)连接，电位器(VR)的另一端与所述的单向晶闸管(SCR)之门极(G)相连接；所述的单向晶闸管(SCR)之阴极(K)与所述的LED组件之正端相连接；所述的电位器(VR)及正温度系数热敏电阻(PTC)相串联后的等效电阻R成为所述的单向晶闸管(SCR)之触发电阻R。
专利摘要一种兼可抗雷控温调光的LED灯，包括抗雷击整流电路(100)、脉冲产生电路(200)和LED组件(300)三部份,所述的抗雷击整流电路(100)为具有第一输入端(N1)和第二输入端(N2)、第一输出端(T1)与第二输出端(T2)的四端口网络；所述抗雷击整流电路(100)的第一输入端(N1)和第二输入端(N2)之间接入AC电压；所述的脉冲产生电路(200)的一端与所述抗雷击整流电路(100)的第一输出端(T1)连接，另一端与所述的LED组件(300)之正端相连接；所述抗雷击整流电路(100)的第二输出端(T2)及所述的LED组件(300)之负端均接线路地(E)。
文档编号H05B37/02GK202941019SQ20122064966
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月1日 优先权日2012年12月1日
发明者汪孟金 申请人:宁波市镇海华泰电器厂