节能、长寿LED照明灯及其制造方法

摘要

一种节能、长寿LED照明灯及其制造方法。该灯由透明的灯罩、底壳、LED群、电路板及控制器构成。根据照明灯照度的要求确定单体小功率LED的数量、形状和发光效率。各个单体LED按照两两或多个并联、再串联的连接方式构成至少一个并-串联支路，各并-串联支路之间再并联构成一并-串-并联混合LED电路，从而构成LED群。电路板的形状为规则或不规则平面或曲面。控制器内设有恒流控制电路，其的输出端分别经输出电流反馈电路和稳压电源电路与负载LED群及双模脉冲控制电路相联，脉冲控制电路通过开关电路控制负载LED群的亮或灭。本发明很好地利用了LED灯的发光及温度特性，使所生产的LED照明灯具有大功率、高亮度、可大范围照明、节能且寿命长的优点。

权利要求

1.一种节能、长寿LED照明灯，包括透明的灯罩(9)、底壳(10)、LED群、固定LED群(3)的电路板(11)及控制器(CT)，其特征在于所述LED群(3)由数量众多的单体LED构成，单体LED按照两两或多个并联、再串联的连接方式构成至少一个并-串联支路(B)，各并-串联支路(B)之间再并联构成并-串-并联混合LED电路；电路板(11)的形状为规则或不规则平面或曲面，包括矩形(12)、弧面形(13)、球面形(14)、扇形(15)；所述控制器(CT)含有一桥式整流电路(1)，与桥式整流电路(1)相连有一DC/DC恒流控制电路(2)，恒流控制电路(2)的输出端分别经输出电流反馈电路(7)和稳压电源电路(4)与负载LED群(3)及PWM/PFM双模脉冲控制电路(5)相联，脉冲控制电路(5)通过开关电路(6)控制负载LED群(3)的亮或灭。

2.根据权利要求1所述的照明灯，其特征在于与所述开关电路(6)相连有一定时控制电路(8)。

3.根据权利要求1-2所述的任一种照明灯，其特征在于所述底壳(10)与散热片集成为一体，在底壳(10)和电路板(11)之间夹有绝缘导热硅胶(17)。

4.权利要求1所述照明灯的制造方法，步骤是：

A、根据照明灯功率及照度的要求确定单体小功率LED的数量、形状和发光角度：①对于照明范围较大，照射距离≥5m(米)的照明灯，选用发光角度为10-20°，直径为10mm的子弹头型LED，子弹头型LED的发光体由底部的锥台体和顶部的球缺体两部分构成；②对于照明范围适中，照射距离在3m-5m之间的照明灯，选用发光角度为30-60°，直径为10mm的圆头型LED，圆头型LED的发光体由底部的圆柱体和顶部的球缺体两部分构成；③对于照明范围较小，照射距离≤3m的照明灯选用发光角度为90-120°的食人鱼型LED，食人鱼型LED的发光体为球缺体；④单体小功率LED的发光效率要求≥45Lm/W；

B、根据对照明灯照明区域的具体要求的不同，将电路板(11)制造成规则或不规则平面或曲面，包括矩形(12)、弧面形(13)、球面形(14)、扇形(15)，使每个固定于其上的LED的发光范围指向各自对应的照明区域；

C、在电路板上将所有单体LED按照先两两或多个并联、再串联的方法构成若干个并-串联支路(B)，各并-串联支路(B)之间再并联构成并-串-并联混合LED电路(3)；

D、针对人类眼睛具有视觉暂留的特点以及LED的高速反应特性，采用功率DC/DC开关元器件和PWM/PFM双模脉冲控制电路构成控制器(CT)对并-串-并联混合LED电路(3)进行脉冲控制。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于在所述步骤B中，所述LED的引线高度距固定其的电路板的距离控制为≥2mm，LED与LED之间的距离控制为≥10mm。

6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于在所述步骤D中采用饱和压降小、动态导通电阻≤0.05欧母的功率场效应管(VT1)对所述并-串-并联混合LED电路(3)进行控制，且使效应管(VT1)位于逻辑地的近地端。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于所述步骤C中LED按照如下方法挑选：a.两两或多个LED并联支路上的LED按照正向电流误差在±5-10％范围配用；b.所述并-串-并联混合LED电路(3)中所有LED的正向电流误差控制在±20％范围以内。

说明书

技术领域

本发明涉及到照明灯具领域，特别是以发光二极管为发光源的节能、长寿LED照明灯及其制造方法。

背景技术

目前使用的各种电发光的照明灯，虽然技术上有了较大的进步，但总的来说，各项性能指标都还比较差，耗电大。即使是目前广泛使用的最好的节能灯管，也存在着耗电大、综合效率低的问题。现有技术各种照明灯的使用寿命也是目前普遍存在的一个问题，寿命一般为3000-5000小时，有的更是在1000小时以下，这无疑是增加了使用成本及维护成本。此外，任何热电光源均存在负阻效应，这导致配电系统复杂(如镇流、起辉、起动等)，损耗增大，效率降低。目前广泛采用的各种电光源还表现出种种其它不足，如：显色指数低，色温、颜色不一，使产品制造困难；全光谱、全方位的发光方式导致耗能大，也会增加制造与使用成本，降低使用效率；噪声也会带来污染，增加电网的有功无功损耗。总之，传统技术产品已满足不了现代生态环境和社会文明对照明的要求。Led发光二极管作为新型电光源，有很多优点，在照明上的凸显优势，但由于目前该项技术发展上存在的一些技术瓶颈，还未能做为照明灯具进入通常的照明领域。具体表现在如下方面：
1、单体的Led发光二极管功率太小，目前成熟的大量生产的一般为0.064瓦，也有0.2-1瓦的。目前世界上最大的为5W，但其价格昂贵，发光效率也偏低，一般在28流明/瓦，所以难以满足大功率、高亮度、大范围的照明要求。
2、配套的Led发光二极管灯的驱动技术和驱动元器件几乎没有，专用的高效率、大功率Led驱动控制器件还有待开发。由于移动电话(手机)的发展，虽然出现了一些用于背光源的Led驱动控制器件，但其只可用在极小的功率范围内。

发明内容

本发明的任务是要在现有Led技术基础上，趋利避害、扬长避短，提供一种节能、长寿型LED照明灯及其制造方法。
本发明的技术方案如下：
一种节能、长寿LED照明灯，包括透明的灯罩、底壳、LED群、固定LED群的电路板及控制器，其特征在于所述LED群由数量众多的单体LED构成，单体LED按照两两或多个并联、再串联的连接方式构成至少一个并-串联支路，各并-串联支路之间再并联构成并-串-并联混合LED电路；电路板的形状为规则或不规则平面或曲面，包括矩形、弧面形、球面形、扇形；所述控制器含有一桥式整流电路，与其相连有一DC/DC恒流控制电路，恒流控制电路的输出端分别经输出电流反馈电路和稳压电源电路与负载LED群及PWM/PFM双模脉冲控制电路相联，脉冲控制电路通过开关电路控制负载LED群的亮或灭。
所述DC/DC恒流控制电路是一种由LNK305 DC/DC集成块及其外接电感器、二极管、二极管和电容构成的恒流控制电路；所述电流反馈电路由串联在负载LED群回路上的反馈电阻及光电耦合器构成，光电耦合器的两输入端与反馈电阻并联，光电耦合器的两输出端与DC/DC集成块的反馈信号输入端相连；所述PWM/PFM双模脉冲控制电路是一种由HA17555集成块及外接电阻、电容、二极管及第二三极管构成的输出信号占空比及频率可调的脉冲控制器；所述定时控制电路是一种数码式延时开关电路，其由CD4541集成块、外接电阻、电容及第一三极管构成；定时控制电路与脉冲控制电路级联组合后其输出信号经功率场效应管以通/断方式控制负载LED群的亮/灭。
所述底壳与散热片集成为一体，在底壳和电路板之间夹有绝缘导热硅胶。
节能、长寿LED照明灯的制造方法，步骤是：
A、根据照明灯功率及照度的要求确定单体小功率LED的数量、形状和发光角度：①对于照明范围较大，照射距离≥5m(米)的照明灯，选用发光角度为10-20°，直径为10mm的子弹头型LED；②对于照明范围适中，照射距离在3m-5m之间的照明灯，选用发光角度为30-60°，直径为10mm的圆头型LED；③对于照明范围较小，照射距离≤3m的照明灯选用发光角度为90-120°的食人鱼型LED；④单体小功率LED的发光效率要求≥45Lms/W；
B、根据对照明灯照明区域的具体要求的不同，将电路板制造成规则或不规则平面或曲面，包括矩形、弧面形、球面形、扇形，使每个固定于其上的LED的发光范围指向各自对应的照明区域；
C、在电路板上将所有单体LED按照先两两或多个并联、再串联的方法构成若干个并-串联支路，各并-串联支路之间再并联构成并-串-并联混合LED电路；
D、针对人类眼睛具有视觉暂留的特点以及LED的高速反应特性，采用功率DC/DC开关元器件和PWM/PFM双模脉冲控制电路构成控制器对并-串-并联混合LED电路进行脉冲控制。
本发明充分利用了LED灯的电流、温度及发光特性，针对LED的特性和照明的要求特殊选择LED，进行独特设计，并对其采用可调压、恒流、脉冲和定时节能控制，因而使得整个LED灯及其驱动控制电路在具有高可靠性的同时，也兼有大功率、高效率(达80-95％，普通的LED灯及其驱动控制器效率通常在30-50％)、节能、高亮度、长寿命(寿命是一般灯具的10倍以上)且能满足大范围照明要求的优点。

附图说明

图1是本发明的一种外型结构示意图；
图2是图1的分解图；
图3是本发明LED群中LED的电路连接方式；
图4是本发明的一个具体电路原理图；
图5-7是本发明所选用的三种发光二极管LED的外形结构示意图；
其中：图5是圆头型LED；
图6子弹头型LED；
图7食人鱼型LED。
图8-11是电路板(11)的各种形状示意图(非穷举)。

具体实施方式

如图1-11所示：一种节能、长寿LED照明灯，由透明的灯罩9、底壳10、LED群、固定LED群的电路板11及控制器CT构成。底壳10与散热片集成为一体，在底壳10和电路板11之间夹有绝缘导热硅胶17。
LED群3由40个(通常是几百、上千个)的单体LED构成，各个单体LED按照两两并联、再串联的连接方式构成四个并-串联支路B，各并-串联支路B之间再并联构成并-串-并联混合LED电路。电路板11的形状为矩形12、弧形13、球面形14、扇形15、S形组合而成的其它规则或不规则平面或曲面。控制器CT含有一桥式整流电路1，与其相连有一DC/DC恒流控制电路2，恒流控制电路2的输出端分别经输出电流反馈电路7和稳压电源电路4与负载LED群3及PWM/PFM双模脉冲控制电路5相联，脉冲控制电路5通过开关电路6控制负载LED群3的亮或灭。与开关电路6相连有一定时控制电路8。图4中，Rv-是压敏保护电容，FU-是自复位保险，二极管D1-D4构成全桥整流电路1。
DC/DC恒流控制电路2具体来说是一种由LNK305 DC/DC集成块IC1及其外接电感器L、二极管D5、二极管D6和电容C2构成的恒流控制电路(参见LNK305技术说明书)。电流反馈电路7由串联在负载LED群3回路上的反馈电阻R1及光电耦合器IC2构成：光电耦合器IC2的两输入端与反馈电阻R1并联，光电耦合器IC2的两输出端与DC/DC集成块IC1的反馈信号输入端相连。PWM/PFM双模脉冲控制电路5是一种由HA17555集成块IC5及外接电阻R6、R7、R8、R9、R10、电容C5、二极管D8、D9及第二三极管VT3构成的输出信号占空比及频率可调的脉冲控制器。定时控制电路8是一种数码式延时开关电路，由CD4541集成块IC4、外接电阻R3、R4、R5、电容C4及第一三极管VT2构成；功率场效应管VT1接在全桥整流电路1的输出地和DC/DC恒流控制电路2的接地端之间，定时控制电路8与脉冲控制电路5级联组合后其输出信号经功率场效应管VT1以通/断方式控制DC/DC恒流控制电路2及负载LED群3的亮/灭。
本发明节能、长寿LED照明灯的制造方法是：
A、根据照明灯功率及照度的要求确定单体小功率LED的数量、形状和发光角度：①对于照明范围较大，照射距离≥5m(米)的路灯之类的照明灯，选用发光角度为10-20°，直径为10mm的子弹头型LED，子弹头型LED的发光体由底部的锥台体和顶部的球缺体两部分构成；②对于照明范围适中，照射距离在3m-5m之间的庭院之类的照明灯，选用发光角度为30-60°，直径为10mm的圆头型LED，圆头型LED的发光体由底部的圆柱体和顶部的球缺体两部分构成；③对于照明范围较小，照射距离≤3m的日光灯杆、小马灯、草坪灯之类的照明灯选用发光角度为90-120°的食人鱼型LED，食人鱼型LED的发光体为球缺体；④单体小功率LED的发光效率要求≥45Lms/W；
B、根据对照明灯照明区域的具体要求的不同，将电路板11制造成规则或不规则平面或曲面，包括矩形12、弧面形13、球面形14、扇形15，使每个固定于其上的LED的发光范围指向各自对应的照明区域。LED的引线高度距固定其的电路板的距离控制为≥5mm，LED与LED之间的距离控制为≥13mm。
C、在电路板上将所有单体LED按照先两两或多个并联、再串联的方法构成若干个并-串联支路B，各并-串联支路B之间再并联构成并-串-并联混合LED电路3；
D、针对人类眼睛具有视觉暂留的特点以及LED的高速反应特性，采用功率DC/DC开关元器件和PWM/PFM双模脉冲控制电路构成控制器CT对并-串-并联混合LED电路3进行脉冲控制。与此同时，采用饱和压降小、动态导通电阻≤0.05欧母的功率场效应管VT1对并-串-并联混合LED电路3进行控制，且使效应管VT1位于逻辑地的近地端。在控制器中CT中设有可调恒压恒流驱动器，结合电流检测反馈电路和电压比较电路对并-串-并联混合电路3进行脉冲控制。
在步骤B中，LED的引线高度距固定其的电路板的距离控制为2-5mm，LED与LED之间的距离控制为10-13mm。
如图3所示：步骤C中LED按照如下方法挑选：a.两两LED并联支路上的LED按照正向电流误差在±5-10％范围配用；b.并-串-并联混合LED电路3中所有LED的正向电流误差须控制在±20％范围以内。
在步骤D中采用饱和压降小、动态导通电阻≤0.05欧母的功率场效应管VT1对所述并-串-并联混合LED电路3进行控制，且使效应管VT1位于逻辑地的近地端。