专利名称：Led通电发光电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于照明或信息显示的LED通电发光电路。
技术背景现有技术中，用于照明或信息显示的LED通电发光电路是采用电源变换器将 100 240V、 50 60HZ的市电电源Lh变换成24V低压电源供电LED负载，2008年3月4 日广州国际展览会上香港真明丽等参展商展出了 LED路灯及其他LED通电发光产品，其供 电于LED负载的工作电压是12V、 24V等低压电源，中国LED专刊2008年2 3月刊介绍 了电源变换器专用芯片NCP1216，使用电源变换器使LED通电发光电路产品的成本、耗电及 故障率都增加了
发明内容
本发明的任务是提供一种直接使用市电电源Q供电LED负载的LED通电发 光电路，省去电源变换器使LED通电发光电路产品的成本、耗电及故障率都降低。
一种LED通电发光电路，包括电源、LED负载和电源开关,所述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源Ui， Ui的零、相线是N端、L端；所述LED负载是该LED通 电发光电路(简称主电路)中的负载，LED通电发光用于照明或显示信息应用广泛，不同的 应用场合选用LED的型号、数量也不同，可用N只LED顺向串联连接组成一串N型单向性 LED负载，或再用两串N型单向性LED负载互为反向并联连接组成一串2N型双向性LED 负载，或用两只LED互为反向并联连接组成双向性对管然后取N对双向性对管串联连接组 成一串2N型双向性LED负载，或取Y串2N型双向性LED负载并联连接组成2NY型双向 性LED负载，或还可灵活组成其他各种类型的LED负载，上述所有类型的LED负载统称为 该LED通电发光电路的LED负载(5)，由于每只LED的额定电压ut和额定电流It等参数 有离散性即不一致性，基本上按NXUT〉Ui来选取N值，还要使每只LED实际承受的工作 电压和工作电流不超过该LED产品规定的最大电压许可值和最大电流许可值，LED的电压、 电流参数的额定值和许可值之间有较大的余量，容易在电路调试时选取合理的N值；所述电 源开关是开关大家族中的一成员，开关器件从只有接通、关断的功能的手动闸刀开关到电动 的触点开关器件如继电器、接触器、……到半导体电力电子开关器件如晶闸管、电力晶体管、 电力场效应管、……发展到电子电路与开关器件组合的开关，除了具有接通、关断功能外， 不同的组合还有不同的附加功能，该LED通电发光电路的电源开关是由含有电压过零检测器 或移相触发器的电子电路与开关器件组合的过零型电源开关，由电子电路产生并控制脉冲信 号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源Lh电压过零时导通接通主电路，接通主电 路的瞬间LED负载(5)得到的电压仇的瞬时值是0 25伏的低电压，接通主电路后仏是 基本完好的正弦波，
(1)输入控制电路和过零型交流固态继电器组合的过零型电源开关过零型交流固态继 电器是有两个输入端A、 B及两个输出端C、 D的四端器件，不同生产厂家型号各异但其内 部电路大同小异，有输入电路是个LED、光电耦合电路、电压过零检测器电路、触发电路及 双向晶闸管等，在输入端有控制信号即LED有正向触发电流而发光的同时电压过零检测器电路检测到输出端C、 D电源Q电压过零时触发电路产生合乎要求的触发信号触发双向晶闸 管导通即C、 D两端相通， 一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述 电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源Ui，"的零、相线是N端、L端；所 述LED负载是LED负载(5);所述电源开关是由输入控制电路和过零型交流固态继电器(1) 组合的过零型电源开关，LED负载(5)跨接于电源l^的L端和过零型交流固态继电器(1) 的输出端C，输出端D接电源"的N端，限流电阻R4与开关K串联后跨接于过零型交流固 态继电器(1)的输入端A和直流电源的正端，输入端B接直流电源的负端组成输入控制电 路，开关K关断时无输入信号，过零型交流固态继电器(1)的输出端C、 D不相通，开关K 在时间T,接通后过零型交流固态继电器(1)的输入端有输入信号的同时电压过零检测器电 路检测到输出端C、 D的电源Ut电压过零时触发电路产生合乎要求的触发信号触发双向晶闸 管导通即输出端C、 D相连通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦 波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0 25伏称为过零电压，接 通主电路后UL的瞬时值从0~25伏起跟随电源U！的正弦波电压变化，在5ms的时间内UL 从0 25伏增大到约310伏(l^为220V、 50HZ时)然后又在5ms的时间沿正弦波电压下降， 当电源"下降到流过LED负载(5)的电流也就是主电路的电流小于双向晶闸管的维持电流 时，双向晶闸管自行关断，关断主电路UL-O完成第一个半波的历程，Ut瞬时值下降至零伏 之际就是电源仏的下一个电压过零点到来之时，触发电路又产生触发信号，触发双向晶闸管 导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值又从0 25伏起跟随电源Ui正弦波 电压变化完成第二个半波的历程， 一个接一个的半波历程……结果是LED负载(5)得到的 电压Ul是基本完好的正弦波，但不是数学意义上的完整的正弦波，接通主电路的瞬间LED 负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0 25伏的低电压不会损坏LED负载(5)这是关键， LED是极快的器件，其通电发光响应时间小于0.1us，接通主电路后UL的瞬时值升到310伏 的高电压，对LED而言是在5ms的漫长时间慢慢地升到310伏，只要合理组合LED负载(5) 使每只LED实际承受的工作电压和工作电流不超过LED产品规定的电压许可值和电流许可 值就不会损坏LED负载(5)，
(2)输入控制电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的过零型电源开关摩托罗拉公司生 产的MOC30XX系列光电耦合器或称光电隔离器集成电路是六脚器件，脚l、脚2是输入部 分是个LED，脚6、脚4是输出部分是带有电压过零检测器电路的光敏双向晶闸管，脚3、脚 5留空，输入部分LED流过5 15mA的正向触发电流时发射出红外光，输出部分的光敏双向 晶闸管在受光照射的同时电压过零检测器电路检测到输出部分的电源电压过零时光敏双向晶 闸管才导通，即脚6、脚4相通， 一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关， 所述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源Uu U,的零、相线是N端、L端； 所述LED负载是LED负载(5);所述电源开关是由输入控制电路、光电耦合器(2)和双向 晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源开关，辅助电路包括限流电阻R2、防VS误触发电 阻R3及保护VS免受电网浪涌电流冲击损坏的R、 C吸收电路，限流电阻R4与开关K串联后 跨接于光电耦合器(2)的脚l和直流电源的正端，脚2接直流电源的负端，组成输入控制电路，电阻R2跨接于光电耦合器(2)的脚6和电源Ui的L端，双向晶闸管VS的主电极T2 接电源"的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极L和电源Ui的N端，VS的控制极G 接光电耦合器(2)的脚4，电阻R3跨接于VS的控制极G和主电极T,， R、 C吸收电路跨接 于VS的主电极L和T2，开关K关断时，光电耦合器(2)输入部分LED无正向触发电流不 发光，输出部分光敏双向晶闸管无光照射不导通，开关K在时间T!接通后，输入部分LED 有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同时输出部分电源Ui电压过零 时光敏双向晶闸管呈导通状态即脚6与脚4相通，双向晶闸管VS的主电极T2经电阻R2、脚 6、脚4到门极G构成触发通路而触发导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压l^是基 本完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0 25伏，
(3)分立元件组成的电压过零检测器电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的过零型电源 开关光电耦合器MOC3020 3是6脚器件，输入部分脚1、脚2是个LED，输出部分脚4、 脚6是光敏双向晶闸管，脚3、脚5留空，输入部分LED流过正向触发电流时发光，输出部 分光敏双向晶闸管受光照射后呈导通状态即脚4、脚6相通， 一种LED通电发光电路包括 电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100~240V、 50~60HZ的市电电源U" Ui的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5);所述电源开关由分立元件组 成的电压过零检测器电路、光电耦合器(3)和双向晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源 开关，辅助电路包括限流电阻R3、光电耦合器(3)的Rt、 d吸收电路及双向晶闸管VS的R、 C吸收电路，分立元件二极管VD, VD4按桥式整流电路连接成A、 B、 C、 D四端，输入端 A、 B与220V、 50HZ电源U,相接，输出端C、 D的电压是每秒100个正半周的正弦波形的 电压112，电阻Ri与3伏稳压管VDs串联(串接点是E)后跨接于C、 D两端，U2经Ri、 VD5 降压削波后在串接点E得到幅值3伏的近似梯形波电压U3， E点与场效应管VT的栅极G相 接，电阻R2与开关K串联后跨接于VT的漏极D和直流电源的正端，直流电源的负端及VT 的源极S均与作为电路地端的D端相接，开关K关断时VT无工作电源，漏极D的电位为零 伏，开关K接通后，VT有工作电源，梯形波电压U3的平顶部分幅值为3V， VT导通漏极D 的电位小于0.5伏，而对应于电源Ui电压过零时U3小于0.6伏时VT截止，漏极D的电位为 Vcc，即漏极D的电位从小于0.5伏升为Vcc，我们称此时漏极D输出检零脉冲U4，上述二 极管V^ VDs，电阻&、 R2、开关K及场效应管VT等分立元件共同组成了电源Ut电压过 零检测器电路，当电源Ui电压过零时输出检零脉冲U4， VT的漏极D接光电耦合器(3)的 脚l，脚2接D端，限流电阻R3与R4串联(串接点为F)后跨接于脚6和电源U,的L端， 双向晶闸管VS的主电极T2接l^的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极和电源Uj 的N端，脚4接VS的门极G，电容d跨接于串接点F和VS的主电极T" R、 C吸收电路 跨接于VS的主电极L和T2，开关K关断时，VT无工作电源漏极电压为零伏，开关K于时 间L接通后VT有工作电源，电源Ui电压过零时漏极D输出检零脉冲U4使光电耦合器(3) 的输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分的光敏双向晶闸管受光后呈导通状态即脚 6与脚4相通，VS的主电极T2经电阻R4、 R3、脚6、脚4到VS的门极G构成触发通路而触 发VS导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值为0 25伏，
(4) 移相触发器与双向晶闸管组合的过零型电源开关KTM03移相触发器模块由稳压 器、同步检零电路，比较器、门控电路、隔离输出器等组成，电源变压器220VAC/16VAC次 级接KTM03的脚1、脚2，输入16VAC既作脉冲输出同步又提供模块内工作电源并从脚3 输出+12V50mA直流电源供用户作控制系统用，KTM03内电路产生脉冲，脚10的门控电平 VD低电平时脉冲被封锁，VD高电平时有输出脉冲Vf送出，改变脚4的输入电压V(j可以改变 Vf的相位，让KTM03工作于零电压触发控制方式是改变Vf的相位使Vp在电源X^电压过零 之时送到隔离输出器触发光控晶闸管导通使脚8与脚7相通，利用此工作方式，KTM03移相 触发器可以与双向晶闸管组合成过零型电源开关， 一种LED通电发光电路包括电源、LED 负载和电源开关，所述电源是世界现行的100 240V、 50~60HZ的市电电源U" Q的零、 相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5);所述电源开关是由移相触发器(4)及 其辅助电路和双向晶闸管VS及其R、 C吸收电路组合的过零型电源开关，电源变压器T
(220VAC/16VAC)的次级16VAC接移相触发器(4) (KTM03)的脚1、脚2，电阻&与电 位器RP串联后跨接于脚3和脚6，电位器RP的中心抽头接脚4，电阻R2跨接于脚10和脚6, 开关K跨接于脚3和脚10，限流电阻R3跨接于脚8和电源Ui的L端，双向晶闸管VS的主 电极T2接电源Ut的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极Ti和电源Ui的N端，VS的 门极G接脚7， R、 C吸收电路跨接于VS的主电极T2和Ti，变压器T、电阻&、 R2、 R3、 电位器RP及开关K组成的辅助电路保证了移相触发器(4)的正常运作，开关K关断时脚 IO门控电平VD为零伏，脉冲被封锁，开关K于时间Ti接通后Vo为+12伏高电平，有脉冲 送出，调节电位器RP改变脚4的输入电压Vc从而改变输出脉冲VF的相位使KTM03移相触 发器工作于零电压触发控制方式，输出脉冲Vp在电源电压过零之时送到隔离输出器触发 光控晶闸管导通即脚8与脚7相通，双向晶闸管VS的主电极T2经电阻R3、脚8、脚7到门 极G构成触发通路而触发导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦 波，接通主电路的瞬间UL的瞬时值是0 25伏，
(5) 移相触发器与继电器组合的过零型电源开关继电器、接触器等电动机械开关，其 特点一是驱动电压U()在Tu时刻输入线圈后线圈流过额定的工作电流产生电磁力吸动衔铁带 动簧片上的触点Ha、 Hb于Tu时刻吸合接通，有一个触点吸合延迟时间TurTu—Tu，常用 的小型继电器Tu)约3咖左右，特点二是要求驱动电压U。是连续的高电平而不是脉冲，为了 让触点Ha、 Hb在电源U！电压过零时吸合接通就要让驱动电压Uo在比电源"电压过零点超 前Tu)时间的时刻输入线圈以补偿触点吸合延迟时间T1(),前面介绍的KTM03移相触发器的 移相范围是0° ~180° ，电源U！为50HZ时对应的时间是0 10ms，通过改变KTM03脚4 的输入电压Vg从而改変脉冲Vf的相位，使VF对应在时间上比电源U,电压过零点超前3ms 时间是可以实现的，再用该超前3ms的脉冲VF去触发一个上电自动置零的双稳态电路，则在 双稳态电路输出端可得到一个连续高电平的电压VR)， Vm的前沿与Vf的前沿同歩，Vr)就是 前面所述继电器线圈要求的驱动电压U。， 一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和 电源开关，所述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源Un "的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5);所述电源开关是由移相触发器(4)及其辅助 电路和继电器(K)及其辅助电路组合的过零型电源开关，电源变压器T (220VAC/16VAC) 的次级接移相触发器(4) (KTM03)的脚1、脚2，电阻Ri与电位器RP串联后跨接于脚3 和脚6， RP的中心抽头接脚4，开关K跨接于脚3和脚10， R2跨接于脚7和移相触发器(4) 即KTM03的地端脚6， R3跨接于脚10和脚6，脚8接脚10，电源变压器T、电阻R,、 R2、 R3、电位器RP及开关K组成的辅助电路保证了移相触发器(4)的正常运作，六非门CD4069 是14引脚器件，本案例中KTM03移相触发器标注脚1、脚2、……而CD4069六非门标注引 脚l、引脚2、……以便区别，引脚14接电源正端即脚10，弓I脚7接电源负端即KTM03的 地端脚6，六个非门D1、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6的输入端是引脚1、 3、 5、 9、 11、 13，对 应的输出端是引脚2、 4、 6、 8、 10、 12，电阻R^跨接于D2的引脚4和D3的引脚5，电阻 R7跨接于D3的引脚6和D2的引脚3，则电阻&、仗7和D2、 D3两个非门组成了双稳态电路， 电容d与电阻Rs串联(串接点为H)后跨接于脚10和脚6， 二极管VD2的正端和负端跨接 于串接点H和D3的引脚5， d、 Rs及VD2组成上电自动置零电路，二极管VD,的正端和负 端跨接于脚7和引脚3作为输出脉冲对双稳态电路的触发通路，电阻R4跨接于D3的引脚6 和场效应管VT的栅极G， VT的源极S接脚6，继电器线圈(K)的负端接VT的漏极D，线 圈(K)的正端接脚IO，保护二极管VD3正端接VT的漏极D， VD3负端接脚10， LED负 载(5)跨接于继电器的触点Ha和电源仏的N端，触点Hb接电源Ut的L端，电阻R4、 R5、 &、 R7、 二极管VDh VD2、电容d、非门D2、 D3、场效应管VT组成的辅助电路将移相触 发器(4)送出的脉冲VF变换为适合于继电器要求的连续高电平的驱动电压U6，开关K关断 时脚10的控制电平VD-0V，脉冲被封锁，开关K接通后Vj^l2V高电平，双稳态电路得电 同时被置零，其输出端即引脚6的电位U6小于0.5V，场效应管VT截止，继电器线圈(K) 无电流触点Ha、 Hb处于常开状态，调节电位器RP改变脚4的输入电压V(j从而改变输出脉 冲VF的相位，使VF的相位为对应在时间上比电源"电压过零点超前T1()的时间，脉冲VF 送到隔离输出器触发光控晶闸管导通即脚8与脚7相通，脚3+12V经开关K、脚8、脚7、 VDi到非门D2的引脚3触发双稳态电路使之翻转，双稳态电路输出端即引脚6的电位Ue从 小于0.5V翻转变为U6=12V， U6就是前面所述继电器要求的比电源"电压过零点超前T10时 间的连续高电平电压Uo， U6经电阻R4驱动场效应管VT导通，继电器线圈(K)流过额定工 作电流经过一个滞后时间Tu)后正好是电源电压过零时刻继电器触点Ha、 Hb吸合接通主 电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是零伏，接通主电路后UL 的瞬时值跟随电源"的正弦波电压变化，
(6)输入控制电路和光电耦合器组合的过零型电源开关对于小功率LED负载，3041 系列光电耦合器的ITSM=1A，可以直接作为所述LED通电发光电路的过零型电源开关省去双 向晶闸管VS从而降低成本， 一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所 述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源U,、 的零、相线为N端、L端； 所述LED负载是LED负载(5);所述电源开关是由输入控制电路和光电耦合器(2)组合的 过零型电源开关，限流电阻Ri与开关K串联后跨接于光电耦合器(2)的脚l和直流电源的正端，脚2接直流电源的负端，组成输入控制电路，R、 C吸收电路跨接于光电耦合器(2) 的脚6和脚4，脚6接电源U,的L端，LED负载(5)跨接于脚4和电源的N端，开关K 关断时输入端LED无电流不发光，光敏双向晶闸管呈关断状态，开关K在时间T^接通后输 入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同时输出部分电源 "电压过零时导通即脚6与脚4相通接通主电路，LED负载(5)得到的电压T^是基本完好 的正弦波，接通主电路的瞬间UL的瞬时值为0 25伏，
上述过零型电源开关中，1、 2、 3、 6四例是由含有电压过零检测器的电子电路与开关器 件组合的过零型电源开关，4、 5二例是由含有移相触发器的电子电路与开关器件组合的过零 型电源开关，有分立元件的、有集成电路的、有一体化模块的，电路组成不同但目的相同， 都是由电子电路产生并控制脉冲信号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源Ut电压 过零时导通接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0 25 伏的低电压称为过零电压，不会损坏LED负载(5)， 2、 3、 4三例的开关器件选用常用的双 向晶闸管VS，也可选用两只反并联的单向晶闸管取代双向晶闸管VS,若选用电力晶体管、 电力场效应管、……等直流型开关器件时要做二件事， 一是采用桥式整流将电源"变换为每 秒IOO个(仏为50HZ时)正半周的直流型电源作为所述LED通电发光电路的电源并采用单 向性LED负载，二是参照第(5)例用上电自动置零的双稳态电路将脉冲信号变换为其上升 沿与脉冲上升沿同步的连续高电平的驱动电压U。，用U。驱动直流型开关器件导通，前面六 例中的LED负载(5)基本上按NXUT〉Ui来选取N值，本文将这种情况简称为N工作方式， 即所述LED通电发光电路的N工作方式，或称为N工作方式的LED通电发光电路。
(7) —种M工作方式的LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述电 源是世界现行的IOO 240V、 50 60HZ的巿电电源Up Ui的零、相线是N端、L端；所 述LED负载是该M工作方式的LED通电发光电路(简称主电路)中的负载，LED技术发展 迅速，单只LED的发光功率越来越大，少数量M只LED组成的LED负载就可满足普通照明 要求，且不同场合所用M值不同，这种情况下MXUT〈Up本文将这种情况简称为M工作 方式即LED通电发光电路的M工作方式，或称为M工作方式的LED通电发光电路，M工 作方式的LED负载的组成方法与上述N工作方式的LED负载的组成方法一样，M工作方式 可组成2M型双向性LED负载、2MY型双向性LED负载或其他各种类型的LED负载并统称 为该LED通电发光电路的LED负载(6)，为了使每只LED承受的电压不超过其电压允许值 解决的办法是所述M工作方式的LED通电发光电路在采用过零型电源开关的同时还采用交 流电容器CM降压，所述电源开关是由输入控制电路、光电耦合器(2)和双向晶闸管VS及 辅助电路组合的过零型电源开关，限流电阻Rt与开关K串联后跨接于光电耦合器(2)的脚 l和直流电源正端，脚2接直流电源负端，构成输入控制电路，辅助电路包括限流电阻R2、 防误触发电阻Rs、保护VS的R、 C吸收电路及防电击电阻R4，电阻R2与电容CM串联(串 接点为A)后跨接于光电耦合器(2)的脚6和电源IA的L端，电阻R4与CM并联连接在关 断电源仏后作CM放电通路防电击，双向晶闸管VS的主电极T2接串接点A， LED负载(6) 跨接于VS的主电极L和电源Ui的N端，VS的门极G接光电耦合器(2)的脚4,电阻R3跨接于VS的主电极T^和门极G， R、 C吸收电路跨接于VS的主电极T2和Tp开关K关断 时，光电耦合器(2)输入端LED无电流不发光，输出部分脚6、脚4不相通，开关K在时 间Ti接通后输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同 时输出部分电源U,电压过零时光敏双向晶闸管呈导通状态即脚6与脚4相通，双向晶闸管 VS的主电极T2经电阻R2、脚6、脚4到门极G构成触发通路而触发VS导通接通主电路， 接通主电路的瞬间LED负载(6)得到的电压UL的瞬时值是0 25伏低电压，接通主电路之 后电源l^落在降压电容器CM和LED负载(6)上，本例的过零型电源开关是选用了第(2) 例所述的过零型电源开关，本例所述的过零型电源开关也可选用第(1)例或第(3)例或第 (4)例或第(5)例所述的过零型电源开关，上述电源Ui是100 240V、 50 60HZ是人们 惯用的市电电源是为了便于说明，实际上本发明所述LED通电发光电路适用的电源U,的电 压可低于100V也可高至400V、频率可低于50HZ也可髙至400HZ。
由于该LED通电发光电路采用了过零型电源开关，可以直接使用市电电源U,供电LED 负载，省去了电源变换器使LED通电发光电路产品的成本、耗电及故障率都降低。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明LED通电发光电路采用由输入控制电路和过零型交流固态继电器组合的过 零型电源开关的线路图。
图2是本发明LED通电发光电路采用由输入控制电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的 过零型电源开关的线路图。
图3是本发明LED通电发光电路采用由分立元件组成的电压过零检测器电路、光电耦合 器和双向晶闸管组合的过零型电源开关的线路图。
图4是本发明LED通电发光电路采用由移相触发器与双向晶闸管组合的过零型电源开关 的线路图。
图5是本发明LED通电发光电路采用由移相触发器与继电器组合的过零型电源开关的线 路图。
图6是本发明LED通电发光电路采用由输入控制电路和光电耦合器组合的过零型电源开 关的线路图。
图7是本发明LED通电发光电路釆用电容器降压和由输入控制电路、光电耦合器及双向 晶闸管组合的过零型电源开关的线路图。
图8是市电电源Ut和LED负载(5)得到的电压UL的示意图。
具体实施例方式
(1)输入控制电路和过零型交流固态继电器组合的过零型电源开关无线电87年12期 第2页，88年5期第29页、01年10期第40页介绍了固态继电器，过零型交流固态继电器 是有两个输入端A、 B及两个输出端C、 D的四端器件，不同生产厂家型号各异但其内部电 路大同小异，有输入电路是个LED、光电耦合电路、电压过零检测器电路、触发电路及双向 晶闸管等，光电耦合电路作用之一是传递输入的控制信号，之二是使输入端与输出端在电气 上完全隔离，在输入端有控制信号即LED有正向触发电流而发光的同时电压过零检测器电路检测到输出端C、 D电源"电压过零时触发电路产生合乎要求的触发信号触发双向晶闸管导 通即C、D两端相通，图1所描述的一种LED通电发光电路(11)包括电源、LED负载和 电源开关，所述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源Ut， Ut的零、相线是 N端、L端；所述LED负载是LED负载(5);所述电源开关是由输入控制电路和过零型交流 固态继电器(1)组合的过零型电源开关，过零型交流固态继电器(1)的选用一是其工作电 压适用于电源U" 二是其工作电流应大于LED负载(5)的负载电流，可选用TAC03A220V 型过零型交流固态继电器，其工作电压是220V，工作电流是3A, LED负载(5)跨接于电源 Ui的L端和过零型交流固态继电器(1)的输出端C，输出端P接电源Ui的N端，限流电阻 Ri与开关K串联后跨接于过零型交流固态继电器(1)的输入端A和直流电源的正端，输入 端B接直流电源的负端组成输入控制电路，选用R,和直流电源要满足所选用的过零型交流固 态继电器(1)的产品技术参数即其输入端要求的开启电压和开启电流，开关K关断时无输 入信号，过零型交流固态继电器(1)的输出端C、 D不相通，开关K在时间Tt接通后过零 型交流固态继电器(1)的输入端有输入信号的同时电压过零检测器电路检测到输出端C、 D 的电源U,电压过零时触发电路产生合乎要求的触发信号触发双向晶闸管导通即输出端C、 D 相连通接通主电路，LED负载(5)得到的电压Ut是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间 LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0 25伏称为过零电压，接通主电路后UL的瞬时值 从0~25伏起跟随电源U,的正弦波电压变化，在5ms的时间内U^从0 25伏增大到约310 伏(Ut为220V、 50HZ时)然后又在5ms的时间沿正弦波电压下降，当电源"下降到流过 LED负载(5)的电流也就是主电路的电流小于双向晶闸管的维持电流时，双向晶闸管自行 关断，关断主电路UL-O完成第一个半波的历程，UL瞬时值下降至零伏之际就是电源U,的下 一个电压过零点到来之时，触发电路又产生触发信号，触发双向晶闸管导通接通主电路，LED 负载(5)得到的电压Lt的瞬时值又从0 25伏起跟随电源L^正弦波电压变化完成第二个半 波的历程， 一个接一个的半波历程……结果是LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正 弦波，但不是数学意义上的完整的正弦波，开关K在时间L接通后，Ui和Ut的示意图见图 8中的1^和Ul，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压仇的瞬时值是0 25伏的低 电压不会损坏LED负载(5)这是关键，LED是极快的器件，其通电发光响应时间小于O.lus， 接通主电路后Ul的瞬时值升到310伏的高电压，对LED而言是在5ms的漫长时间慢慢地升 到310伏，只要合理组合LED负载(5)使每只LED实际承受的工作电压和工作电流不超过 LED产品规定的电压许可值和电流许可值就不会损坏LED负载(5)，
(2)输入控制电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的过零型电源开关机械工业出版社 出版摩托罗拉光电光纤器件手册和无线电94年4期第45页分别介绍了摩托罗拉公司生产的 MOC30XX系列光电耦合器或称光电隔离器集成电路是六脚器件，脚l、脚2是输入部分是 个LED，脚6、脚4是输出部分是带有电压过零检测器电路的光敏双向晶闸管，脚3、脚5 留空，输入部分LED流过5 15mA的正向触发电流时发射出红外光，输出部分的光敏双向 晶闸管在受光照射的同时电压过零检测器电路检测到输出部分的电源电压过零时光敏双向晶 闸管才导通，即脚6、脚4相通，其中MOC3041 3、 3061 3、 3081 3等光电耦合器(简称3041系列)其对应的Vdrm是400V、 600V、 800V，其itsm均为1A，型号尾数1、 2、 3对 应的正向触发电流为15mA、 10mA、 5 mA，最大值为60mA，可从MOC3041系列中任选一 种光电耦合器与半导体开关器件组合成过零型电源开关，图2所描述的一种LED通电发光电 路(12)包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100~240V、 50 60HZ 的市电电源U,， Ui的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5);所述电源开 关是由输入控制电路、光电耦合器(2)和双向晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源开关， 光电耦合器(2)可选用MOC3041系列光电耦合器的任一种，对于其他厂家各种型号具有与 MOC3041系列光电耦合器同等功能的光电耦合器也可选用，双向晶闸管VS的选用一是其断 态重复峰值电压vdrm应大于400V， 二是其通态电流Ii应大于LED负载(5)的负载电流， 例如可选用T2301E，其Vdri^500V， I产2.5A或BCR3AM10，其Vdrm=600V， I产3A，辅助 电路包括限流电阻R2、防VS误触发电阻R3及保护VS免受电网浪涌电流冲击损坏的R、 C 吸收电路，光电耦合器(2)选定MOC3043型号后，参照选用的该型号的产品应用推荐参数 可选用R2=27 Q 、 R3=330 Q 、 R-39 Q 、 00.01 y F，限流电阻R,与开关K串联后跨接于光电 耦合器(2)的脚1和直流电源的正端，脚2接直流电源的负端，组成输入控制电路，电阻 Rj和直流电源的选用要保证在开关K接通后光电耦合器(2)输入端有合适的正向触发电流， 电阻R2跨接于光电耦合器(2)的脚6和电源Ui的L端，双向晶闸管VS的主电极T2接电源 Ui的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极Ti和电源Ui的N端，VS的控制极G接光电 耦合器(2)的脚4,电阻R3跨接于VS的控制极G和主电极T,， R、 C吸收电路跨接于VS 的主电极Tt和T2，开关K关断时，光电耦合器(2)输入部分LED无正向触发电流不发光， 输出部分光敏双向晶闸管无光照射不导通，开关K在时间L接通后，输入部分LED有正向 触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同时输出部分电源Ui电压过零时光敏 双向晶闸管呈导通状态即脚6与脚4相通，双向晶闸管VS的主电极T2经电阻R2、脚6、脚 4到门极G构成触发通路而触发导通接通主电路，LED负载(5〉得到的电压Ut是基本完好 的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压Lt的瞬时值是0 25伏，
(3)分立元件组成的电压过零检测器电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的过零型电源 开关摩托罗拉光电光纤器件手册介绍了光电隔离器或称光电耦合器MOC3020 3是6脚器 件，其VDRM=400V, ITSM=1A，尾数0 3对应的正向触发电流为30mA， 15 mA， 10 mA， 5 mA， 输入部分脚l、脚2是个LED，输出部分脚4、脚6是光敏双向晶闸管，脚3、脚5留空，输 入部分LED流过正向触发电流时发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射后呈导通状态即脚 4、脚6相通，图3所描述的一种LED通电发光电路(13)包括电源、LED负载和电源开 关，所述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源Ui,仏的零、相线是N端、 L端；所述LED负载是LED负载(5);所述电源开关由分立元件组成的电压过零检测器电 路、光电耦合器(3)和双向晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源开关，光电耦合器(3) 可选用MOC3020 3中任一种，其他公司生产的各种型号的光电耦合器与MOC3020 3具同 样功能的也可选用，双向晶闸管VS的选用一是其VDRM应大于400V， 二是其通态电流Ir应 大于LED负载(5)的负载电流，例如选用T2301E，其VDRM=500V， I产2.5A，辅助电路包括限流电阻R3、光电耦合器(3)的R4、 d吸收电路及双向晶闸管VS的R、 C吸收电路，光 电耦合器(3)选定MOC3023型号后，参照选用的该型号的产品应用推荐参数可选用R3-360 Q、 R4=470Q、 R=39Q、 C产0.05 u F 、 C-0.01 U F，分立元件二极管VD! VD4按桥式整流 电路连接成A、 B、 C、 D四端，输入端A、 B与220V、 50HZ电源Ui相接，输出端C、 D的 电压是每秒100个正半周的正弦波形的电压U2，电阻R4与3伏稳压管VD5串联(串接点是E) 后跨接于C、 D两端，U2经Ri、 VD5降压削波后在串接点E得到幅值3伏的近似梯形波电压 U3， E点与场效应管VT的栅极G相接，电阻R2与开关K串联后跨接于VT的漏极D和直流 电源的正端，直流电源的负端及VT的源极S均与作为电路地端的D端相接，开关K关断时 VT无工作电源，漏极D的电位为零伏，开关K接通后，VT有工作电源，梯形波电压U3的 平顶部分幅值为3V， VT导通漏极D的电位小于0.5伏，而对应于电源U,电压过零时U3小 于0.6伏时VT截止，漏极D的电位为Vcc，即漏极D的电位从小于0.5伏升为Vcc,我们称 此时漏极D输出检零脉冲U4，上述二极管VDi VDs，电阻R,、 R2、开关K及场效应管VT 等分立元件共同组成了电源Lh电压过零检测器电路,当电源U,电压过零时输出检零脉冲U4， VT的漏极D接光电耦合器(3)的脚l，脚2接D端，限流电阻R3与R4串联(串接点为F) 后跨接于脚6和电源Ui的L端，双向晶闸管VS的主电极T2接Ut的L端，LED负载(5) 跨接于VS的主电极T,和电源Ui的N端，脚4接VS的门极G，电容d跨接于串接点F和 VS的主电极Ti， R、 C吸收电路跨接于VS的主电极^和T2，开关K关断时，VT无工作电 源漏极电压为零伏，开关K于时间L接通后VT有工作电源，电源U,电压过零时漏极D输 出检零脉冲U4使光电耦合器(3)的输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分的光敏 双向晶闸管受光后呈导通状态即脚6与脚4相通，VS的主电极T2经电阻R4、 R3、脚6、脚4 到VS的门极G构成触发通路而触发VS导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压是基本 完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值为0 25伏，
(4)移相触发器与双向晶闸管组合的过零型电源开关机械工业出版社出版李宏编著的 电力电子设备用器件与集成电路应用指南第一册第389页及无线电91年3期第37页介绍 KTM03移相触发器模块由稳压器、同步检零电路，比较器、门控电路、隔离输出器等组成， 电源变压器220VAC/16VAC次级接KTM03的脚1、脚2，输入16VAC既作脉冲输出同步又 提供模块内工作电源并从脚3输出+12V 50mA直流电源供用户作控制系统用，KTM03内电路
产生脉冲，脚10的门控电平VD低电平时脉冲被封锁，VD高电平时有输出脉冲Vf送出，改
变脚4的输入电压Vo可以改变VF的相位，让KTM03工作于零电压触发控制方式是改变VF 的相位使Vp在电源U,电压过零之时送到隔离输出器触发光控晶闸管导通使脚8与脚7相通， 利用此工作方式，KTM03移相触发器可以与双向晶闸管组合成过零型电源开关，图4所描述 的一种LED通电发光电路(14)包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的 100~240V、 50 60HZ的市电电源U,， 的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED 负载(5);所述电源开关是由移相触发器(4)及其辅助电路和双向晶闸管VS及其R、 C吸 收电路组合的过零型电源开关，移相触发器(4)选用KTM03移相触发器，也可选用有零电 压触发控制方式的其他型号的移相触发器，双向晶闸管VS的选用一是其Vdrm皮大于400V，二是其通态电流lT应大于LED负载(5)的负载电流，例如可选用T2301E,其VDRM=500V， I产2.5A或BCR3AM10，其VDRM=600V， I产3A，也可用两只反并联的单向晶闸管取代双向晶 闸管，电源变压器T (220VAC/16VAC)的次级16VAC接移相触发器(4) (KTM03)的脚1、 脚2，电阻&与电位器RP串联后跨接于脚3和脚6，电位器RP的中心抽头接脚4，电阻112 跨接于脚10和脚6，开关K跨接于脚3和脚10，限流电阻R3跨接于脚8和电源l^的L端， 双向晶闸管VS的主电极T2接电源U,的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极1\和电源 U!的N端，VS的门极G接脚7， R、 C吸收电路跨接于VS的主电极T2和L，变压器T、电 阻Ri、 R2、 R3、电位器RP及开关K组成的辅助电路保证了移相触发器(4)的正常运作，开 关K关断时脚10门控电平VD为零伏，脉冲被封锁，开关K于时间Ti接通后VD为+12伏高 电平，有脉冲送出，调节电位器RP改变脚4的输入电压Vc从而改变输出脉冲Vp的相位使 KTM03移相触发器工作于零电压触发控制方式，输出脉冲Vp在电源Ut电压过零之时送到隔 离输出器触发光控晶闸管导通即脚8与脚7相通，双向晶闸管VS的主电极T2经电阻Rs、脚 8、脚7到门极G构成触发通路而触发导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压l^是基 本完好的正弦波，接通主电路的瞬间Ut的瞬时值是0 25伏，
(5)移相触发器与继电器组合的过零型电源开关继电器、接触器等电动机械开关优点 是通态电阻小利于节电，其特点一是驱动电压Uo在Tu时刻输入线圈后线圈流过额定的工作 电流产生电磁力吸动衔铁带动簧片上的触点Ha、 Hb于Tu时刻吸合接通，有一个触点吸合延 迟时间T1C=T12—Tu,常用的小型继电器Tu)约3ms左右，特点二是要求驱动电压U。是连续 的高电平而不是脉冲，为了让触点Ha、 Hb在电源Ui电压过零时吸合接通就要让驱动电压 Uo在比电源Ui电压过零点超前Tu)时间的时刻输入线圈以补偿触点吸合延迟时间T1()，前面 介绍的KTM03移相触发器的移相范围是0。 ~180° ，电源U,为50HZ时对应的时间是0 10ms，通过改变KTM03脚4的输入电压V(j从而改变脉冲VF的相位，使Vp对应在时间上比 电源Ui电压过零点超前3ms时间是可以实现的，再用该超前3ms的脉冲Vp去触发一个上电
自动置零的双稳态电路，则在双稳态电路输出端可得到一个连续高电平的电压vfo, Vfo的前
沿与VF的前沿同步，VFC就是前面所述继电器线圈要求的驱动电压UQ，图5所描述的一种LED 通电发光电路(15)包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源Up "的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5); 所述电源开关是由移相触发器(4)及其辅助电路和继电器(K)及其辅助电路组合的过零型 电源开关，移相触发器(4)选用KTM03移相触发器，凡移相范围对应的时间大于3ms的其 他型号移相触发器也可选用，继电器(K)的选用要求其触点额定工作电压适用于电源U" 触点额定工作电流应大于LED负载(5)的负载电流，若选用线圈额定工作电压12V及额定 工作电流小于50mA则可从KTM03的脚3输出的+12V50mA电源取得，使电路简化，有些应 用场合例如大屏幕显示屏需用大数量的LED, LED负载(5)大功率大电^t运用时可选用接 触器取代继电器，电源变压器T (220VAC/16VAC)的次级接移相触发器(4) (KTM03)的 脚l、脚2，电阻R4与电位器RP串联后跨接于脚3和脚6， RP的中心抽头接脚4，开关K 跨接于脚3和脚10， R2跨接于脚7和移相触发器(4)即KTM03的地端脚6， R3跨接于脚10和脚6，脚8接脚10，电源变压器T、电阻Rh R2、 R3、电位器RP及开关K组成的辅助电 路保证了移相触发器(4)的正常运作，六非门CD4069是14引脚器件，本案例中KTM03移 相触发器标注脚l、脚2、……而CD4069六非门标注引脚1、引脚2、……以便区别，弓l脚 14接电源正端即脚10，弓I脚7接电源负端即KTM03的地端脚6，六个非门Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6的输入端是引脚l、 3、 5、 9、 11、 13，对应的输出端是引脚2、 4、 6、 8、 10、 12，电阻R^跨接于D2的引脚4和D3的引脚5，电阻R7跨接于D3的引脚6和D2的引脚3， 则电阻Re、 R7和D2、 D3两个非门组成了双稳态电路，电容Q与电阻Rs串联(串接点为H) 后跨接于脚10和脚6， 二极管VD2的正端和负端跨接于串接点H和D3的引脚5， C,、 Rs及 VD2组成上电自动置零电路，二极管VD!的正端和负端跨接于脚7和引脚3作为输出脉冲对 双稳态电路的触发通路，电阻R4跨接于D3的引脚6和场效应管VT的栅极G， VT的源极S 接脚6，继电器线圈(K)的负端接VT的漏极D，线圈(K)的正端接脚10，保护二极管VD3 正端接VT的漏极D， VD3负端接脚10， LED负载(5)跨接于继电器的触点Ha和电源Ui 的N端，触点Hb接电源Ui的L端，电阻R4、 R5、 R6、 R7、 二极管VDt、 VD2、电容d、非 门D2、 D3、场效应管VT组成的辅助电路将移相触发器(4)送出的脉冲Vp变换为适合于继 电器要求的连续高电平的驱动电压U6，开关K关断时脚10的控制电平VfOV，脉冲被封锁， 开关K接通后VD=12V高电平，双稳态电路得电同时被置零，其输出端即引脚6的电位U6 小于0.5V，场效应管VT截止，继电器线圈(K)无电流触点Ha、 Hb处于常开状态，调节电 位器RP改变脚4的输入电压Vc从而改变输出脉冲VF的相位，使VF的相位为对应在时间上 比电源仏电压过零点超前Tm的时间，脉冲VF送到隔离输出器触发光控晶闸管导通即脚8 与脚7相通，脚3+12V经开关K、脚8、脚7、 VDi到非门D2的引脚3触发双稳态电路使之 翻转，双稳态电路输出端即引脚6的电位U6从小于0.5V翻转变为U6-12V， U6就是前面所述 继电器要求的比电源仏电压过零点超前Tw时间的连续高电平电压Uc， Ue经电阻R4驱动场 效应管VT导通，继电器线圈(K)流过额定工作电流经过一个滞后时间TK)后正好是电源Ut 电压过零时刻继电器触点Ha、 Hb吸合接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到
的电压Ut的瞬时值是零伏，接通主电路后UL的瞬时值跟随电源l^的正弦波电压变化，上述
调节Vo从而改变脉冲Vp的相位的简便直观的方法是先用阻抗与LED负载(5)的阻抗相当 的电阻Rl取代LED负载(5)作为代用负载，用示波器监视代用负载RL上的电压Ur^的波形， 调节电位器RP使在接通主电路瞬间仇的瞬时值为零伏，接通主电路后UL的瞬时值跟随电 源Ui的正弦波电压变化，此方法也适用于第(4)例调节电位器RP使KTM03移相触发器工 作于零电压触发控制方式，
(6)输入控制电路和光电耦合器组合的过零型电源开关LED是节电的小功率器件， LED负载在电路中不会引发冲击电流，对于100W以下的小功率LED负载，3041系列光电 稱合器的Itsm^1A，可以直接作为所述LED通电发光电路的过零型电源开关省去双向晶闸管 VS从而降低成本，图6所描述的一种LED通电发光电路(16)包括电源、LED负载和电 源开关，所述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源U" U,的零、相线为N 端、L端；所述LED负载是LED负载(5);所述电源开关是由输入控制电路和光电耦合器(2)组合的过零型电源开关，光电耦合器(2)可选用MOC3041系列的任一种，对于具有 MOC3041系列同等功能的其他型号的光电耦合器也可选用，限流电阻Ri与开关K串联后跨 接于光电耦合器(2)的脚1和直流电源的正端，脚2接直流电源的负端，组成输入控制电路， 电阻&和直流电源的选用要保证在开关K接通后光电耦合器(2)输入端有合适的正向触发 电流，保护光电耦合器(2)免受电网浪涌电流冲击损坏的R、 C吸收电路跨接于光电耦合器
(2)的脚6和脚4，光电耦合器(2)选定MOC3043型号后，参照选用的该型号的产品应用 推荐参数可选用R=470 Q 、 C=0.05 U F，脚6接电源仏的L端，LED负载(5)跨接于脚4 和电源l^的N端，开关K关断时输入端LED无电流不发光，光敏双向晶闸管呈关断状态， 开关K在时间L接通后输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受 光照射的同时输出部分电源Ui电压过零时导通即脚6与脚4相通接通主电路，LED负载(5) 得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间UL的瞬时值为0~25伏，
上述过零型电源开关中，1、 2、 3、 6四例是由含有电压过零检测器的电子电路与开关器 件组合的过零型电源开关，4、 5二例是由含有移相触发器的电子电路与开关器件组合的过零 型电源开关，有分立元件的、有集成电路的、有一体化模块的，电路组成不同但目的相同， 都是由电子电路产生并控制脉冲信号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源Ui电压 过零时导通接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压l^的瞬时值是0 25 伏的低电压称为过零电压，不会损坏LED负载(5)， 2、 3、 4三例的开关器件选用常用的双 向晶闸管VS，也可选用两只反并联的单向晶闸管取代双向晶闸管VS，若选用电力晶体管、 电力场效应管、……等直流型开关器件时要做二件事， 一是采用桥式整流将电源Ui变换为每 秒100个("为50HZ时)正半周的直流型电源作为所述LED通电发光电路的电源并采用单 向性LED负载，二是参照第(5)例用上电自动置零的双稳态电路将脉冲信号变换为其上升 沿与脉冲上升沿同步的连续高电平的驱动电压UQ,用U。驱动直流型开关器件导通，前面六 例中的LED负载(5)基本上按NXUt〉仏来选取N值，本文将这种情况简称为N工作方式， 即所述LED通电发光电路的N工作方式，或称为N工作方式的LED通电发光电路。
(7)图7所描述的一种M工作方式的LED通电发光电路(17)包括电源、LED负载、 降压电容器和电源开关，所述电源是世界现行的100 240V、 50 60HZ的市电电源Up "的零、相线是N端、L端；所述LED负载是该M工作方式的LED通电发光电路(简称主 电路)中的负载，LED技术发展迅速，单只LED的发光功率越来越大，少数量M只LED组 成的LED负载就可满足普通照明要求，且不同场合所用M值不同，这种情况下MXUT〈Ui, 本文将这种情况简称为M工作方式即LED通电发光电路的M工作方式，或称为M工作方式 的LED通电发光电路，M工作方式的LED负载的组成方法与上述N工作方式的LED负载的 组成方法一样，M工作方式可组成2M型双向性LED负载、2MY型双向性LED负载或其他 各种类型的LED负载并统称为该LED通电发光电路的LED负载(6)，为了使每只LED承 受的电压不超过其电压允许值解决的办法是所述M工作方式的LED通电发光电路在采用过 零型电源开关的同时还采用交流电容器CM降压，CM有降压、限流作用，可选用CBB型交 流电容器，额定电压400V以上，CM的容量大小随LED负载(6)电流大小而定；所述电源开关是由输入控制电路、光电耦合器(2)和双向晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源开 关，光电耦合器(2)可选用MOC3041系列光电耦合器的任一种，具有MOC3041系列同样 功能的其他光电耦合器都可选用，双向晶闸管的选用一是其VoRM应大于400V， 二是其通态 电流lT应大于LED负载(6)的负载电流，例如可选用T2301E，也可用二只反并联单向晶闸 管取代双向晶闸管VS，限流电阻Ri与开关K串联后跨接于光电耦合器(2)的脚l和直流电 源正端，脚2接直流电源负端，构成输入控制电路，辅助电路包括限流电阻R2、防误触发电 阻R3、保护VS的R、 C吸收电路及防电击电阻R4，电阻R2与电容Cw串联(串接点为A) 后跨接于光电耦合器(2)的脚6和电源仏的L端，电阻R4与CM并联连接在关断电源Ui 后作CM放电通路防电击，双向晶闸管VS的主电极T2接串接点A， LED负载(6)跨接于 VS的主电极L和电源Ui的N端，VS的门极G接光电耦合器(2)的脚4，电阻R3跨接于 VS的主电极L和门极G， R、 C吸收电路跨接于VS的主电极T2和T,，开关K关断时，光 电耦合器(2)输入端LED无电流不发光，输出部分脚6、脚4不相通，开关K在时间L接 通后输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同时输出部 分电源Q电压过零时光敏双向晶闸管呈导通状态即脚6与脚4相通，双向晶闸管VS的主电 极T2经电阻R2、脚6、脚4到门极G构成触发通路而触发VS导通接通主电路，接通主电路 的瞬间LED负载(6)得到的电压Ut的瞬时值是0 25伏低电压，接通主电路之后电源U, 落在降压电容器CM和LED负载(6)上，选取CM时应根据LED负载(6)的负载电流大小 选取适当电容量的CM，将主电路的通态电流限制在LED负载(6)适当的工作电流之内，本 例的过零型电源开关是选用了第(2)例所述的过零型电源开关，本例所述的过零型电源开关 也可选用第(1)例或第(3)例或第(4)例或第(5)例所述的过零型电源开关，上述电源 "是100 240V、50 60HZ是人们惯用的市电电源是为了便于说明，实际上本发明所述LED 通电发光电路适用的电源Ui的电压可低于100V也可高至400V、频率可低于50HZ也可高至 400HZ。
权利要求
1.一种LED通电发光电路，包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是该LED通电发光电路(简称主电路)中的负载，LED通电发光用于照明或显示信息应用广泛，不同的应用场合选用LED的型号、数量也不同，可用N只LED顺向串联连接组成一串N型单向性LED负载，或再用两串N型单向性LED负载互为反向并联连接组成一串2N型双向性LED负载，或用两只LED互为反向并联连接组成双向性对管然后取N对双向性对管串联连接组成一串2N型双向性LED负载，或取Y串2N型双向性LED负载并联连接组成2NY型双向性LED负载，或还可灵活组成其他各种类型的LED负载，上述所有类型的LED负载统称为该LED通电发光电路的LED负载(5)，由于每只LED的额定电压UT和额定电流IT等参数有离散性即不一致性，基本上按N×UT＞U1来选取N值，还要使每只LED实际承受的工作电压和工作电流不超过该LED产品规定的最大电压许可值和最大电流许可值，LED的电压、电流参数的额定值和许可值之间有较大的余量，容易在电路调试时选取合理的N值；所述电源开关是开关大家族中的一成员，开关器件从只有接通、关断的功能的手动闸刀开关到电动的触点开关器件如继电器、接触器、……到半导体电力电子开关器件如晶闸管、电力晶体管、电力场效应管、……发展到电子电路与开关器件组合的开关，除了具有接通、关断功能外，不同的组合还有不同的附加功能，其特征是该LED通电发光电路的电源开关是由含有电压过零检测器或移相触发器的电子电路与开关器件组合的过零型电源开关，由电子电路产生并控制脉冲信号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源U1电压过零时导通接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏的低电压，接通主电路后UL是基本完好的正弦波，(1)输入控制电路和过零型交流固态继电器组合的过零型电源开关过零型交流固态继电器是有两个输入端A、B及两个输出端C、D的四端器件，一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由输入控制电路和过零型交流固态继电器(1)组合的过零型电源开关，LED负载(5)跨接于电源U1的L端和过零型交流固态继电器(1)的输出端C，输出端D接电源U1的N端，限流电阻R1与开关K串联后跨接于过零型交流固态继电器(1)的输入端A和直流电源的正端，输入端B接直流电源的负端组成输入控制电路，开关K关断时无输入信号，过零型交流固态继电器(1)的输出端C、D不相通，开关K在时间T1接通后过零型交流固态继电器(1)的输入端有输入信号的同时电压过零检测器电路检测到输出端C、D的电源U1电压过零时触发电路产生合乎要求的触发信号触发双向晶闸管导通即输出端C、D相连通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏称为过零电压，接通主电路后UL的瞬时值从0～25伏起跟随电源U1的正弦波电压变化，在5ms的时间内UL从0～25伏增大到约310伏(U1为220V、50HZ时)然后又在5ms的时间沿正弦波电压下降，当电源U1下降到流过LED负载(5)的电流也就是主电路的电流小于双向晶闸管的维持电流时，双向晶闸管自行关断，关断主电路UL＝0完成第一个半波的历程，UL瞬时值下降至零伏之际就是电源U1的下一个电压过零点到来之时，触发电路又产生触发信号，触发双向晶闸管导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值又从0～25伏起跟随电源U1正弦波电压变化完成第二个半波的历程，一个接一个的半波历程……结果是LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，但不是数学意义上的完整的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏的低电压不会损坏LED负载(5)这是关键，LED是极快的器件，其通电发光响应时间小于0.1us，接通主电路后UL的瞬时值升到310伏的高电压，对LED而言是在5ms的漫长时间慢慢地升到310伏，只要合理组合LED负载(5)使每只LED实际承受的工作电压和工作电流不超过LED产品规定的电压许可值和电流许可值就不会损坏LED负载(5)，(2)输入控制电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的过零型电源开关MOC30××系列光电耦合器或称光电隔离器集成电路是六脚器件，脚1、脚2是输入部分是个LED，脚6、脚4是输出部分是带有电压过零检测器电路的光敏双向晶闸管，脚3、脚5留空，一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由输入控制电路、光电耦合器(2)和双向晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源开关，辅助电路包括限流电阻R2、防VS误触发电阻R3及保护VS免受电网浪涌电流冲击损坏的R、C吸收电路，限流电阻R1与开关K串联后跨接于光电耦合器(2)的脚1和直流电源的正端，脚2接直流电源的负端，组成输入控制电路，电阻R2跨接于光电耦合器(2)的脚6和电源U1的L端，双向晶闸管VS的主电极T2接电源U1的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极T1和电源U1的N端，VS的控制极G接光电耦合器(2)的脚4，电阻R3跨接于VS的控制极G和主电极T1，R、C吸收电路跨接于VS的主电极T1和T2，开关K关断时，光电耦合器(2)输入部分LED无正向触发电流不发光，输出部分光敏双向晶闸管无光照射不导通，开关K在时间T1接通后，输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同时输出部分电源U1电压过零时光敏双向晶闸管呈导通状态即脚6与脚4相通，双向晶闸管VS的主电极T2经电阻R2、脚6、脚4到门极G构成触发通路而触发导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏，(3)分立元件组成的电压过零检测器电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的过零型电源开关光电耦合器MOC3020～3是6脚器件，输入部分脚1、脚2是个LED，输出部分脚4、脚6是光敏双向晶闸管，脚3、脚5留空，一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关由分立元件组成的电压过零检测器电路、光电耦合器(3)和双向晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源开关，辅助电路包括限流电阻R3、光电耦合器(3)的R4、C1吸收电路及双向晶闸管VS的R、C吸收电路，分立元件二极管VD1～VD4按桥式整流电路连接成A、B、C、D四端，输入端A、B与220V、50HZ电源U1相接，输出端C、D的电压是每秒100个正半周的正弦波形的电压U2，电阻R1与3伏稳压管VD5串联(串接点是E)后跨接于C、D两端，U2经R1、VD5降压削波后在串接点E得到幅值3伏的近似梯形波电压U3，E点与场效应管VT的栅极G相接，电阻R2与开关K串联后跨接于VT的漏极D和直流电源的正端，直流电源的负端及VT的源极S均与作为电路地端的D端相接，开关K关断时VT无工作电源，漏极D的电位为零伏，开关K接通后，VT有工作电源，梯形波电压U3的平顶部分幅值为3V，VT导通漏极D的电位小于0.5伏，而对应于电源U1电压过零时U3小于0.6伏时VT截止，漏极D的电位为VCC，即漏极D的电位从小于0.5伏升为VCC，我们称此时漏极D输出检零脉冲U4，上述二极管VD1～VD5，电阻R1、R2、开关K及场效应管VT等分立元件共同组成了电源U1电压过零检测器电路，当电源U1电压过零时输出检零脉冲U4，VT的漏极D接光电耦合器(3)的脚1，脚2接D端，限流电阻R3与R4串联(串接点为F)后跨接于脚6和电源U1的L端，双向晶闸管VS的主电极T2接U1的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极T1和电源U1的N端，脚4接VS的门极G，电容C1跨接于串接点F和VS的主电极T1，R、C吸收电路跨接于VS的主电极T1和T2，开关K关断时，VT无工作电源漏极电压为零伏，开关K于时间T1接通后VT有工作电源，电源U1电压过零时漏极D输出检零脉冲U4使光电耦合器(3)的输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分的光敏双向晶闸管受光后呈导通状态即脚6与脚4相通，VS的主电极T2经电阻R4、R3、脚6、脚4到VS的门极G构成触发通路而触发VS导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值为0～25伏，(4)移相触发器与双向晶闸管组合的过零型电源开关一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由移相触发器(4)及其辅助电路和双向晶闸管VS及其R、C吸收电路组合的过零型电源开关，电源变压器T(220VAC/16VAC)的次级16VAC接移相触发器(4)(KTM03)的脚1、脚2，电阻R1与电位器RP串联后跨接于脚3和脚6，电位器RP的中心抽头接脚4，电阻R2跨接于脚10和脚6，开关K跨接于脚3和脚10，限流电阻R3跨接于脚8和电源U1的L端，双向晶闸管VS的主电极T2接电源U1的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极T1和电源U1的N端，VS的门极G接脚7，R、C吸收电路跨接于VS的主电极T2和T1，变压器T、电阻R1、R2、R3、电位器RP及开关K组成的辅助电路保证了移相触发器(4)的正常运作，开关K关断时脚10门控电平VD为零伏，脉冲被封锁，开关K于时间T1接通后VD为+12伏高电平，有脉冲送出，调节电位器RP改变脚4的输入电压VG从而改变输出脉冲VF的相位使KTM03移相触发器工作于零电压触发控制方式，输出脉冲VF在电源U1电压过零之时送到隔离输出器触发光控晶闸管导通即脚8与脚7相通，双向晶闸管VS的主电极T2经电阻R3、脚8、脚7到门极G构成触发通路而触发导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间UL的瞬时值是0～25伏，(5)移相触发器与继电器组合的过零型电源开关继电器、接触器等电动机械开关，其特点一是驱动电压U0在T11时刻输入线圈后线圈流过额定的工作电流产生电磁力吸动衔铁带动簧片上的触点Ha、Hb于T12时刻吸合接通，有一个触点吸合延迟时间T10＝T12-T11，特点二是要求驱动电压U0是连续的高电平而不是脉冲，为了让触点Ha、Hb在电源U1电压过零时吸合接通就要让驱动电压U0在比电源U1电压过零点超前T10时间的时刻输入线圈以补偿触点吸合延迟时间T10，一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由移相触发器(4)及其辅助电路和继电器(K)及其辅助电路组合的过零型电源开关，电源变压器T(220VAC/16VAC)的次级接移相触发器(4)(KTM03)的脚1、脚2，电阻R1与电位器RP串联后跨接于脚3和脚6，RP的中心抽头接脚4，开关K跨接于脚3和脚10，R2跨接于脚7和移相触发器(4)即KTM03的地端脚6，R3跨接于脚10和脚6，脚8接脚10，电源变压器T、电阻R1、R2、R3、电位器RP及开关K组成的辅助电路保证了移相触发器(4)的正常运作，六非门CD4069是14引脚器件，本案例中KTM03移相触发器标注脚1、脚2、……而CD4069六非门标注引脚1、引脚2、……以便区别，引脚14接电源正端即脚10，引脚7接电源负端即KTM03的地端脚6，六个非门D1、D2、D3、D4、D5、D6的输入端是引脚1、3、5、9、11、13，对应的输出端是引脚2、4、6、8、10、12，电阻R6跨接于D2的引脚4和D3的引脚5，电阻R7跨接于D3的引脚6和D2的引脚3，则电阻R6、R7和D2、D3两个非门组成了双稳态电路，电容C1与电阻R5串联(串接点为H)后跨接于脚10和脚6，二极管VD2的正端和负端跨接于串接点H和D3的引脚5，C1、R5及VD2组成上电自动置零电路，二极管VD1的正端和负端跨接于脚7和引脚3作为输出脉冲对双稳态电路的触发通路，电阻R4跨接于D3的引脚6和场效应管VT的栅极G，VT的源极S接脚6，继电器线圈(K)的负端接VT的漏极D，线圈(K)的正端接脚10，保护二极管VD3正端接VT的漏极D，VD3负端接脚10，LED负载(5)跨接于继电器的触点Ha和电源U1的N端，触点Hb接电源U1的L端，电阻R4、R5、R6、R7、二极管VD1、VD2、电容C1、非门D2、D3、场效应管VT组成的辅助电路将移相触发器(4)送出的脉冲VF变换为适合于继电器要求的连续高电平的驱动电压U6，开关K关断时脚10的控制电平VD＝0V，脉冲被封锁，开关K接通后VD＝12V高电平，双稳态电路得电同时被置零，其输出端即引脚6的电位U6小于0.5V，场效应管VT截止，继电器线圈(K)无电流触点Ha、Hb处于常开状态，调节电位器RP改变脚4的输入电压VG从而改变输出脉冲VF的相位，使VF的相位为对应在时间上比电源U1电压过零点超前T10的时间，脉冲VF送到隔离输出器触发光控晶闸管导通即脚8与脚7相通，脚3+12V经开关K、脚8、脚7、VD1到非门D2的引脚3触发双稳态电路使之翻转，双稳态电路输出端即引脚6的电位U6从小于0.5V翻转变为U6＝12V，U6就是前面所述继电器要求的比电源U1电压过零点超前T10时间的连续高电平电压U0，U6经电阻R4驱动场效应管VT导通，继电器线圈(K)流过额定工作电流经过一个滞后时间T10后正好是电源U1电压过零时刻继电器触点Ha、Hb吸合接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是零伏，接通主电路后UL的瞬时值跟随电源U1的正弦波电压变化，(6)输入控制电路和光电耦合器组合的过零型电源开关对于小功率LED负载，3041系列光电耦合器的ITSM＝1A，可以直接作为所述LED通电发光电路的过零型电源开关省去双向晶闸管VS从而降低成本，一种LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1、U1的零、相线为N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由输入控制电路和光电耦合器(2)组合的过零型电源开关，限流电阻R1与开关K串联后跨接于光电耦合器(2)的脚1和直流电源的正端，脚2接直流电源的负端，组成输入控制电路，R、C吸收电路跨接于光电耦合器(2)的脚6和脚4，脚6接电源U1的L端，LED负载(5)跨接于脚4和电源U1的N端，开关K关断时输入端LED无电流不发光，光敏双向晶闸管呈关断状态，开关K在时间T1接通后输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同时输出部分电源U1电压过零时导通即脚6与脚4相通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间UL的瞬时值为0～25伏，上述过零型电源开关中，1、2、3、6四例是由含有电压过零检测器的电子电路与开关器件组合的过零型电源开关，4、5二例是由含有移相触发器的电子电路与开关器件组合的过零型电源开关，有分立元件的、有集成电路的、有一体化模块的，电路组成不同但目的相同，都是由电子电路产生并控制脉冲信号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源U1电压过零时导通接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏的低电压称为过零电压，不会损坏LED负载(5)，2、3、4三例的开关器件选用常用的双向晶闸管VS，也可选用两只反并联的单向晶闸管取代双向晶闸管VS，若选用电力晶体管、电力场效应管、……等直流型开关器件时要做二件事，一是采用桥式整流将电源U1变换为每秒100个(U1为50HZ时)正半周的直流型电源作为所述LED通电发光电路的电源并采用单向性LED负载，二是参照第(5)例用上电自动置零的双稳态电路将脉冲信号变换为其上升沿与脉冲上升沿同步的连续高电平的驱动电压U0，用U0驱动直流型开关器件导通，前面六例中的LED负载(5)基本上按N×UT＞U1来选取N值，本文将这种情况简称为N工作方式，即所述LED通电发光电路的N工作方式，或称为N工作方式的LED通电发光电路。
2. —种M工作方式的LED通电发光电路包括电源、LED负载和电源开关，所述电 源是世界现行的100 ~240V、 50 60HZ的市电电源U"仏的零、相线是N端、L端；所 述LED负载是该M工作方式的LED通电发光电路(简称主电路)中的负载，LED技术发 展迅速，单只LED的发光功率越来越大，少数量M只LED组成的LED负载就可满足普通 照明要求，且不同场合所用M值不同，这种情况下MXUT〈Ui，本文将这种情况简称为M 工作方式即LED通电发光电路的M工作方式，或称为M工作方式的LED通电发光电路， M工作方式的LED负载的组成方法与上述N工作方式的LED负载的组成方法一样，M工 作方式可组成2M型双向性LED负载、2MY型双向性LED负载或其他各种类型的LED负 载并统称为该LED通电发光电路的LED负载(6)，为了使每只LED承受的电压不超过其电压允许值解决的办法是，其特征是所述M工作方式的LED通电发光电路在采用过零型电源开关的同时还采用交流电容器 CM降压，所述电源开关是由输入控制电路、光电耦合器(2)和双向晶闸管VS及辅助电路 组合的过零型电源开关，限流电阻R4与开关K串联后跨接于光电耦合器(2)的脚1和直 流电源正端，脚2接直流电源负端，构成输入控制电路，辅助电路包括限流电阻R2、防误 触发电阻R3、保护VS的R、 C吸收电路及防电击电阻R4，电阻R2与电容CM串联(串接 点为A)后跨接于光电耦合器(2)的脚6和电源Q的L端，电阻R4与CM并联连接在关 断电源U!后作CM放电通路防电击，双向晶闸管VS的主电极T2接串接点A，LED负载(6) 跨接于VS的主电极L和电源Ui的N端，VS的门极G接光电耦合器(2)的脚4，电阻 R3跨接于VS的主电极Ti和门极G, R、 C吸收电路跨接于VS的主电极T2和Tu开关K 关断时，光电耦合器(2)输入端LED无电流不发光，输出部分脚6、脚4不相通，开关K 在时间Ti接通后祛入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射 的同时输出部分电源U,电压过零时光敏双向晶闸管呈导通状态即脚6与脚4相通，双向晶 闸管VS的主电极T2经电阻R2、脚6、脚4到门极G构成触发通路而触发VS导通接通主 电路，接通主电路的瞬间LED负载(6)得到的电压UL的瞬时值是0 25伏低电压，接通 主电路之后电源"落在降压电容器CM和LED负载(6)上，本例的过零型电源开关是选 用了第(2)例所述的过零型电源开关，本例所述的过零型电源开关也可选用第(1)例或 第(3)例或第(4)例或第(5)例所述的过零型电源开关，上述电源Q是100~240V、 50 60HZ是人们惯用的市电电源是为了便于说明，实际上本发明所述LED通电发光电路适用 的电源的电压可低于100V也可高至400V、频率可低于50HZ也可高至400HZ。
全文摘要
本发明是一种用于照明或信息显示的LED通电发光电路，该电路由电源、LED负载和电源开关组成，LED负载由多个LED按串、并联方法合理组合成单向性LED负载和双向性LED负载，本发明LED通电发光电路采用的电源开关是由电子电路产生并控制脉冲信号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源电压过零时接通LED通电发光电路使LED通电发光电路可以使用世界现行的100V～240V、50～60Hz的市电电源供电而不需使用电源变换器，使LED通电发光电路产品的成本、耗电和故障率均降低。
文档编号H05B37/02GK101605412SQ20091004120
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者罗宏基 申请人:罗宏基