交流电流驱动的无频闪的半导体发光系统的制作方法
【专利摘要】本发明的交流电流驱动的半导体发光系统，包括：一个直流电驱动的半导体发光单元，一个移相变压器，至少两个整流电路。交流电从移相变压器的输入端输入，移相变压器的至少两个输出端分别与至少两个整流电路的交流输入端连接。至少两个整流电路的直流输出端并联后与发光单元连接。至少两个整流电路输出的脉冲直流电流的相位不同，叠加后，流经发光单元，使得发光单元发出的光的亮度的振荡频率增加，振荡振幅减小，没有亮度为零的瞬间，使得频闪对人眼的影响降低，提高发光效率。其中，发光单元是从一组发光单元中选出，包括：直流电驱动的LED发光单元，直流电驱动的OLED发光单元，直流电驱动的LED发光单元和直流电驱动的OLED发光单元混合的半导体发光单元。
【专利说明】交流电流驱动的无频闪的半导体发光系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用于LED照明和OLED照明的交流电流驱动的无频闪的半导体发光系统，包括:移相变压器、整流电路、直流电流驱动的半导体发光单元。
【背景技术】
[0002]快速降低LED照明灯具成本的方法之一是采用交流电流驱动，但是，会面临频闪的问题，而且，在驱动电压低于临界电压时，发光单元不发光，效率较低。为了解决频闪，很多方案被提出，包括，移相方案(中国专利申请号:200980129904.1)，该方案采用二个发光二极管电路，流经其中一个发光二极管电路的电流与流经另一个发光二极管电路的电流的相位不同，因此减轻了频闪效应。其不足之处在于，(I)每个发光二极管电路仍然有亮度等于零的瞬间；(2) 二个发光二极管电路必须离得很近；(3) 二个发光二极管电路必须具有相同或几乎相同的色温和亮度，这使得生产的难度加大；(4)没有解决交流电直接驱动的半导体发光单元效率较低的问题。
[0003]另外，控制发光单元的驱动电压在36伏以内是比较安全的。
[0004]需要一种能减轻频闪问题的、易于生产的、比较安全的、效率较高的采用交流电直接驱动的半导体发光系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能解决频闪问题的、易于生产的、比较安全的、效率较高的采用交流电流驱动的半导体发光系统。
[0006]减轻频闪问题的方案包括两个方面:一方面，加大频闪的频率；另一方面，减小亮度振荡的振幅；并且，优化的方案是，没有亮度等于零的瞬间。
[0007]本发明的交流电流驱动的半导体发光系统的一个具体实施实例，包括:
[0008]N个整流电路，其中，N是≥2的整数；
[0009]一个移相变压器，至少有N个输出端；
[0010]一个直流电驱动的半导体发光单元；
[0011]其中，移相变压器的N个输出端分别与N个整流电路的交流输入端连接，至少两个整流电路的输入交流电流的相位不同，使得至少两个整流电路分别输出的脉冲直流电流的相位不同；至少两个整流电路的输出端并联后与发光单元连接，不同相位的脉冲直流电流叠加后，流经发光单元，使得发光单元发出的光的亮度的振荡的频率增加，振荡振幅减小，没有亮度等于零的瞬间，降低频闪对人眼的影响，提高发光效率，比较安全。
[0012]移相变压器的移相结构是从一组结构中选出，该组结构包括，(I)输入侧移相结构，(2)输出侧移相结构，(3)同时具有输入侧移相结构和输出侧移相结构。
[0013]输入侧移相结构是从一组结构中选出，该组结构包括，(I)在输入侧输入端连接至少一个移相电感，(2)在输入侧输入端连接至少一个移相电容，(3)在输入侧输入端连接至少一个移相电感和至少一个移相电容。[0014]—个实施实例:输入侧移相结构中的移相电感是可调电感。
[0015]一个实施实例:输入侧移相结构中的移相电容是可调电容。
[0016]输出侧移相结构是从一组结构中选出，该组结构包括，⑴在至少一个输出端连接至少一个移相电感，(2)在至少一个输出端连接至少一个移相电容，(3)在至少一个输出端连接至少一个移相电感和至少一个移相电容，(4)在至少一个输出端连接至少一个移相电感而在至少另一个输出端连接至少一个移相电容。
[0017]一个实施实例:输出侧移相结构中的移相电感是可调电感。
[0018]一个实施实例:输出侧移相结构中的移相电容是可调电容。
[0019]整流电路是从一组整流电路中选出，该组整流电路包括:(I)整流二极管桥式整流电路，(2) AC / DC转换电路。
[0020]发光单元是从一组发光单元中选出，该组发光单元包括:(I)直流电驱动的LED发光单元，(2)直流电驱动的OLED发光单元，(3)直流电驱动的LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元。
[0021]直流电驱动的LED发光单元是从一组LED发光单元中选出，该组LED发光单元包括:(I)具有至少一个直流电驱动的LED芯片的芯片水平的LED发光单元；(2)具有至少一个直流电驱动的LED封装的封装水平的LED发光单元，其中，直流电驱动的LED封装包括直流电驱动的单芯片封装或直流电驱动的多芯片的集成封装；(3)具有至少一个直流电驱动的LED模组的模组水平的LED发光单元，其中，所述电驱动的LED模组包括多个直流电驱动的单芯片封装或多个直流电驱动的多芯片的集成封装。
[0022]直流电驱动的OLED发光单元是从一组OLED发光单元中选出，该组OLED发光单元包括:(I)具有至少一个直流电驱动的OLED芯片的芯片水平的OLED发光单元；(2)具有至少一个直流电驱动的OLED封装的封装水平的OLED发光单元，其中，直流电驱动的OLED封装包括直流电驱动的单芯片封装或直流电驱动的多芯片的集成封装；(3)具有至少一个直流电驱动的OLED模组的模组水平的OLED发光单元，其中，直流电驱动的OLED模组包括多个直流电驱动的单芯片封装或多个直流电驱动的多芯片的集成封装。
[0023]直流电驱动的LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元是从一组LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元中选出，该组LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元包括:(I)LED发光单元和OLED发光单元串联的混合的半导体发光单元；(2) LED发光单元和OLED发光单元并联的混合的半导体发光单元；(3) LED发光单元和OLED发光单元串联和并联相结合的混合的半导体发光单元。
[0024]移相变压器的至少两个输出端输出的交流电流具有不同的相位，相位差角度是从一组相位差角度中选出，包括:90° ,80° ,72° ,60° ,48° ,45° ,40° ,36° ,30° ,24°，22.5° ,20° ,18° ,16° ,15° ,12° ,10°，9。，8。，6。。
[0025]—个实施实例:移相变压器具有两个输出端:第一输出端和第二输出端。第一输出端输出第一交流电流，第二输出端输出第二交流电流，使得第一交流电流与第二交流电流的相位差为90°。
[0026]—个实施实例:移相变压器具有三个输出端:第一输出端、第二输出端和第三输出端。第一输出端输出第一交流电流，第二输出端输出第二交流电流，第三输出端输出第三交流电流，使得第一交流电流与第二交流电流的相位差为60°，第一交流电流与第三交流电流的相位差为120°。
[0027]—个实施实例:移相变压器具有四个输出端:第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端。第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端分别输出第一交流电流、第二交流电流、第三交流电流和第四交流电流，使得第一交流电流与第二交流电流的相位差为45°，第一交流电流与第三交流电流的相位差为90°，第一交流电流与第四交流电流的相位差为135°。
[0028]交流电流驱动的半导体发光系统的另一个实施实例:在上述实施实例中，进一步包括一个整流电路A，其中，整流电路A的交流输入端与移相变压器的输入端并联后与交流电源连接；输入整流电路A的交流电流A和输入至少一个整流电路的交流电流的相位不同，使得整流电路A输出的脉冲直流电流A和至少一个整流电路输出的脉冲直流电流的相位不同；整流电路A和至少一个整流电路的输出端并联后与发光单元连接，脉冲直流电流A和脉冲直流电流叠加后，流经发光单元，使得发光单元发出的光的亮度的振荡的频率增加，振荡的振幅减小，没有亮度等于零的瞬间，降低频闪对人眼的影响，提高发光效率。
[0029]一个实施实例:在整流电路A的交流输入端与交流电源之间有一个调压电阻，使得整流电路A输出的脉冲直流电流A和至少一个整流电路输出的脉冲直流电流的电压基本相同。
[0030]下述的描述和定义适用于本发明的所有实施实例:
[0031]移相变压器的至少两个输出端输出的交流电流具有不同的相位，相位差角度是从一组相位差角度中选出，包括:90° ,80° ,72° ,60° ,48° ,45° ,40° ,36° ,30° ,24°，22.5° ,20° ,18° ,16° ,15° ,12° ,10°，9。，8。，6。。
[0032]整流电路是从一组整流电路中选出，该组整流电路包括:
[0033](I)整流二极管桥式整流电路，
[0034](2) AC / DC 转换电路。
[0035]发光单元400是从一组发光单元中选出，该组发光单元包括:
[0036](I)直流电驱动的LED发光单元，
[0037](2)直流电驱动的OLED发光单元，
[0038](3)直流电驱动的LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元。
[0039]直流电驱动的芯片:直接采用直流电驱动的芯片；直流电驱动的芯片包括:直流电驱动的LED芯片和直流电驱动的OLED芯片。
[0040]单芯片的直流电驱动的封装:在一个封装支架中只封装一个芯片；芯片包括:直流电驱动的LED芯片，直流电驱动的OLED芯片。
[0041]多芯片的直流电驱动的集成封装:在一个封装支架中封装多个芯片；芯片包括:直流电驱动的LED芯片，直流电驱动的OLED芯片。
[0042]直流电驱动的模组:模组包括:(I)由多个单芯片的直流电驱动的封装组成的器件，⑵由多个多芯片的直流电驱动的集成封装组成的器件；⑶由至少一个单芯片的直流电驱动的封装和至少一个多芯片的直流电驱动的封装组成的器件。
[0043]直流电驱动的模组包括:LED模组和OLED模组；LED模组包括多个LED单芯片的直流电驱动的封装组成的器件，多个LED芯片的直流电驱动的集成封装组成的器件，至少一个LED单芯片的直流电驱动的封装和至少一个多个LED芯片的直流电驱动的集成封装组成的器件；OLED模组包括多个OLED单芯片的直流电驱动的封装组成的器件，多个OLED芯片的直流电驱动的集成封装组成的器件，至少一个OLED单芯片的直流电驱动的封装和至少一个多个OLED芯片的直流电驱动的集成封装组成的器件。
[0044]移相变压器:使得输出的交流电的相位发生变化的变压器，即，输出的交流电的相位与输入的交流电的相位不同。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图la、图lb、图1c分别展示两条相交的导线的连接表示。
[0046]图1d展示本发明的交流电直接驱动的半导体发光系统中的整流电路的连线规则。
[0047]图1e展示一个整流二极管桥式整流电路的实施实例。
[0048]图1f展示一个整流二极管桥式整流电路输出的脉冲直流电流。
[0049]图1g展示一个整流二极管桥式整流电路输出的脉冲直流电流驱动半导体发光单元产生的归一化的发光亮度。
[0050]图2a展示本发明的交流电直接驱动的半导体发光系统的一个实施实例。
[0051]图2b展示图2a的半导体发光系统的第一脉冲直流电流和第二脉冲直流电流叠加与两个相同相位的脉冲直流电流叠加的比较的模拟图。
[0052]图2c、图2d、图2e、图2f分别展示本发明的交流电直接驱动的半导体发光系统的实施实例。
[0053]图3a、图 3b、图 3c、图 3d、图 3e、图 3f、图 3g、图 3h、图 31、图 3j、图 3k、图 3m、图3n、图3p分别展示本发明的移相变压器的一些实施实例。
[0054]图中的数字符号代表的含义如下:
[0055]100表示外界交流电源，
[0056]200表不移相变压器，
[0057]201表不移相变压器输入侧的输入端，
[0058]202表不移相变压器输出侧的输出端，
[0059]202a和202b分别表不移相变压器输出侧的两个不同的输出端，
[0060]301,302表示与移相变压器的不同输出端相连接的整流电路，
[0061]310表示与外界交流电源直接连接的整流电路A，
[0062]400表示直流电驱动的半导体发光单元，
[0063]501,502,503分别表示与整流电路连接的调压电阻。
[0064]601和602分别表不连接在移相变压器的输入侧和输出侧的移相电容。
[0065]701和702分别表示连接在移相变压器的输入侧和输出侧的移相电感。
【具体实施方式】
[0066]为使本发明的实施实例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施实例中的附图，对本发明的实施实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施实例是本发明的一部分实施实例，而不是全部的实施实例。基于本发明中的实施实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施实例，都属于本发明保护的范围。
[0067]注意:在下面所有的实施实例中，半导体发光单元包括LED发光单元、OLED发光单元、LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元。
[0068]图1a展示相交的导线I和导线2，点3表示导线I和导线2是电连接。
[0069]图1b展示相交的导线I和导线2，点3表示导线I和导线2是电连接。
[0070]图1c展示相交的导线I和导线2，但是，导线I和导线2不是电连接。
[0071]图1d展示本发明的交流电直接驱动的半导体发光系统中的整流电路的连线规贝U。以菱形表示整流电路10，有4个顶点。上顶点11和下顶点12连接到输入交流电源，右顶点14是脉冲直流电流输出端的正极，左顶点13是脉冲直流电流输出端的负极。
[0072]图1e展示一个整流二极管桥式整流电路的实施实例。整流二极管21a、21b、21c、21d互相电连接成桥式；上顶点11和下顶点12连接到输入交流电源，右顶点14是脉冲直流电流输出端的正极，左顶点13是脉冲直流电流输出端的负极。
[0073]图1f展示一个全波整流电路输出的归一化的脉冲直流电流。输入的正弦波交流电流经过全波整流电路的整流后以脉冲直流电流的形式输出。
[0074]注:在正常工作电流范围内，半导体发光二极管LED的发光亮度与驱动电流基本上成正比。因此，脉冲直流电流驱动的半导体发光二极管LED的发光亮度随驱动电流的相位角度的变化与脉冲直流电流的波形相同。
[0075]图1g展示图1f中展示的单一脉冲直流电流驱动一个半导体发光单元时产生的发光亮度。当驱动电压低于发光单元的临界电压时，发光单元不发光，亮度为零，因此，发光效率较低，存在频闪。
[0076]交流电流直接驱动的半导体发光单元存在相同的缺点。
[0077]图2a展示本发明的交流电直接驱动的半导体发光系统的一个实施实例的示意图。移相变压器200的交流输入端与外界交流电源100电连接。移相变压器200有第一交流输出端和第二交流输出端，分别输出第一交流电流和第二交流电流，第一交流电流和第二交流电流分别与移相变压器200的输入端输入的交流电流的相位不同，同时，第一交流电流和第二交流电流的相位也彼此不同。移相变压器200的第一交流输出端与第一整流电路301的交流输入端电连接，第二交流输出端与第二整流电路302的交流输入端电连接。第一整流电路301的输出端输出第一脉冲直流电流，第二整流电路302的输出端输出第二脉冲直流电流，第一脉冲直流电流与第二脉冲直流电流的相位不同。第一整流电路301的输出端与第二整流电路302的输出端并联后与直流电驱动的半导体发光单元400电连接。适当的选择移相角度，使得:(I)第一脉冲直流电流和第二脉冲直流电流叠加后的总电压在任何时间都高于临界电压，因此，发光单元400 —直在发光，亮度没有等于零的瞬间，(2)亮度的振荡周期大于输出的交流电流的振荡周期，(3)亮度的振荡幅度小于单一脉冲直流电流驱动时发光单元发出的光的亮度的振荡幅度。
[0078]一个实施实例:第一整流电路301输出的第一脉冲直流电流的电压与第二整流电路302输出的第二脉冲直流电流的电压基本相同，并且低于移相变压器200的输入的交流电流的电压，因此，比较安全。
[0079]注意:
[0080](I)虽然本实施实例中，为了简化画图，移相变压器200只有第一交流输出端和第二交流输出端，但是，移相变压器200有第一至第N个交流输出端，其中，N是> 2的整数。
[0081](2)至少有两个交流输出端输出的交流电流的相位不同，相位差具有预先决定的角度。
[0082]图2b展示图2a的半导体发光系统的第一脉冲直流电流和第二脉冲直流电流叠加与两个相同相位的脉冲直流电流叠加的比较的模拟图。
[0083]一个实施实例:移相变压器200是90°移相器，第一交流电流和第二交流电流的相位相差90°，因此，第一脉冲直流电流和第二脉冲直流电流的相位相差90°。
[0084]在没有移相变压器200的情况下，第一脉冲直流电流和第二脉冲直流电流具有相同相位，叠加后，进行归一化处理，最大值与最小值的差别是I。叠加后的电流以菱形(?)标记。在部分时间内，电压低于临界电压，发光单兀400不发光,发光效率较低。
[0085]在有移相变压器200的情况下，第一脉冲直流电流和第二脉冲直流电流相位相差90°，叠加后，进行归一化处理(为了方便比较，以没有移相变压器200的情况下，第一脉冲直流电流和第二脉冲直流电流叠加后的最大值为I)。叠加后的电流以方形(口)标记。叠加后的电压总是高于临界电压，因此，发光单元400 —直发光，发光效率较高。
[0086]发光单元400的发光的亮度的振荡频率与总脉冲直流电流的振荡频率相同。在720°相位内，总脉冲直流电流变化的频率为8.5。
[0087]因此，在720°相位内，发光单元400的发光的亮度变化的频率为8.5次。
[0088]米用50 / 60赫兹的交流电,对于没有移相器的半导体发光单兀的发光的亮度的变化的频率为100 / 120赫兹，对于分别与两个整流电路相连的半导体发光单元400的发光的亮度的变化的频率为212.5 / 255赫兹。
[0089]发光单元400的发光的亮度的振幅与总脉冲直流电流成正比。
[0090]第一脉冲直流电流和第二脉冲直流电流叠加后，总脉冲直流电流的最大值(0.7071)与最小值(0.5)的差别是0.21，因此，
[0091]
【权利要求】
1.一种交流电流驱动的半导体发光系统，包括: N个整流电路，其中，N是≥2的整数； 一个移相变压器，至少有N个输出端； 一个直流电驱动的半导体发光单兀； 其中，所述移相变压器的所述N个输出端分别与所述N个整流电路的交流输入端连接；至少两个所述整流电路的输入交流电流的相位不同，使得至少两个所述整流电路输出的不同的脉冲直流电流的相位不同；至少两个所述整流电路的输出端并联后与所述半导体发光单元连接，不同相位的脉冲直流电流叠加后，流经所述半导体发光单元，使得所述半导体发光单元发出的光的亮度的振荡的频率增加，振荡的振幅减小，没有亮度等于零的瞬间，降低频闪对人眼的影响，提高发光效率，比较安全。
2.根据权利要求1的半导体发光系统，其特征于，所述移相变压器的移相结构是从一组结构中选出，该组结构包括，(1)输入侧移相结构，(2)输出侧移相结构，(3)同时具有输入侧移相结构和输出侧移相结构。
3.根据权利要求2的半导体发光系统，其特征在于，所述输入侧移相结构是从一组结构中选出，该组结构包括，（1）在所述输入侧的输入端连接至少一个移相电感，（2）在所述输入侧的输入端连接至少一个移相电容，(3)在所述输入侧的输入端连接至少一个移相电感和至少一个移相电容。
4.根据权利要求2的半导体发光系统，其特征在于，所述输出侧移相结构是从一组结构中选出，该组结构包括，(1)在至少一个所述输出端连接至少一个移相电感，(2)在至少一个所述输出端连接至少一个移相电容，(3)在至少一个所述输出端连接至少一个移相电感和至少一个移相电容，(4)在至少一个所述输出端连接至少一个移相电感而在至少另一个所述输出端连接至少一个移相电容。
5.根据权利要求1的半导体发光系统，其特征于，所述整流电路是从一组整流电路中选出，该组整流电路包括:(1)整流二极管桥式整流电路，(2) AC / DC转换电路。
6.根据权利要求1的半导体发光系统，其特征在于，所述半导体发光单元是从一组发光单元中选出，该组发光单元包括:(1)直流电驱动的LED发光单元，(2)直流电驱动的OLED发光单元，(3)直流电驱动的LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元。
7.根据权利要求6的半导体发光系统，其特征在于，所述直流电驱动的LED发光单元是从一组LED发光单元中选出，该组LED发光单元包括:(1)具有至少一个直流电驱动的LED芯片的芯片水平的LED发光单元；(2)具有至少一个直流电驱动的LED封装的封装水平的LED发光单元，其中，所述LED封装包括单芯片封装或多芯片的集成封装；(3)具有至少一个直流电驱动的LED模组的模组水平的LED发光单元，其中，所述LED模组包括多个单芯片封装或多个多芯片的集成封装；所述OLED发光单元是从一组OLED发光单元中选出，该组OLED发光单元包括:(1)具有至少一个直流电驱动的OLED芯片的芯片水平的OLED发光单元；(2)具有至少一个直流电驱动的OLED封装的封装水平的OLED发光单元，其中，所述OLED封装包括单芯片封装或多芯片的集成封装；(3)具有至少一个直流电驱动的OLED模组的模组水平的OLED发光单元，其中，所述OLED模组包括多个单芯片封装或多个多芯片的集成封装；所述直流电驱动的LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元是从一组LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元中选出，该组LED发光单元和OLED发光单元混合的半导体发光单元包括:(I)LED发光单元和OLED发光单元串联的混合的半导体发光单元；(2) LED发光单元和OLED发光单元并联的混合的半导体发光单元；(3) LED发光单元和OLED发光单元串联和并联相结合的混合的半导体发光单元。
8.根据权利要求1的半导体发光系统，其特征在于，所述移相变压器的至少两个输出端输出的交流电流具有不同的相位，相位差的角度是从一组角度中选出，包括:90° ,80°，72。,60° ,48° ,45° ,40° ,36° ,30° ,24° ,22.5° ,20° ,18° ,16° ,15° ,12° ,10°， .9。 ，8。 ，6。。
9.根据权利要求1的半导体发光系统，其特征在于，进一步包括至少一个调压电阻；所述调压电阻分别串联在所述半导体发光单元与至少一个所述整流电路之间，或者所述调压电阻分别串联在所述移相变压器与至少一个所述整流电路之间，或者至少一个所述调压电阻分别串联在所述半导体发光单元与至少一个所述整流电路之间并且至少一个所述调压电阻分别串联在所述移相变压器与至少一个所述整流电路之间。
10.根据权利要求1的半导体发光系统，其特征在于，进一步包括一个整流电路A，其中，所述整流电路A的交流输入端与所述移相变压器的输入端并联后与交流电源连接；所述交流电源的交流电流A输入所述整流电路A，所述交流电流A和所述移相变压器的至少一个所述输出端输出的交流电流的相位不同，使得所述整流电路A输出的脉冲直流电流A和至少一个所述整流电路输出的脉冲直流电流的相位不同；所述整流电路A的输出端和所述移相变压器的至少一个所述整流电路的输出端并联后与所述发光单元连接，所述脉冲直流电流A和至少一个所述整流电路输出的所述脉冲直流电流叠加后，流经所述半导体发光单元，使得所述半导体发光单元发出的光的亮度的振荡频率增加，振荡振幅减小，没有亮度等于零的瞬间，降低频闪对人眼的影响，提高发光效率。
【文档编号】H05B37/02GK103517525SQ201310463662
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】彭晖 申请人:张涛, 彭晖