СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА БЕЛЫХ СВЕТОДИОДАХ, ВОЗБУЖДАЕМОЕ НЕПОСРЕДСТВЕННО ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ НАПОДОБИЕ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ Российский патент 2017 года по МПК H05B37/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству на светодиодах и, в частности, к технологии, согласно которой светоизлучающие устройства на светодиодах возбуждают непосредственно постоянным током наподобие питания переменным током.

Предпосылки для создания изобретения

Есть надежда, что как новый тип твердотельного источника света светодиоды станут новым поколением источников освещения из-за таких преимуществ, как экономия энергии, защита окружающей среды и длительный срок службы. Общеизвестно, что почти все существующие светодиоды возбуждаются постоянным током, тогда как в качестве электроэнергии для промышленности и домашнего хозяйства используется переменный ток. Таким образом, светодиодная продукция, используемая в настоящее время, требует силового преобразователя, чтобы преобразовывать переменный ток в постоянный ток. Введение силового преобразователя привносит много негативных результатов. Во-первых, срок службы преобразователя намного меньше, чем срок службы светодиода, таким образом, сокращается срок службы осветительного устройства. Во-вторых, силовой преобразователь снижает КПД светоизлучающего устройства. В-третьих, в случаях малых мощностей силовой преобразователь уменьшает коэффициент мощности и увеличивает совокупное нелинейное искажение тока. Для того чтобы в достаточной мере использовать преимущества полупроводникового освещения, светодиодное устройство, которое можно возбуждать непосредственно переменным током, стало приоритетным объектом исследований в настоящее время.

Согласно большинству из существующих раскрытых способов светодиода постоянного тока, несколько светодиодных модулей соединены инверсно-параллельно или в топологическую структуру схемы мостового выпрямителя, чтобы соответствовать требованию возбуждения переменным током. Но переменный ток имеет периодические колебания на определенной частоте, и сам светодиод имеет напряжение включения, поэтому светодиод включается для излучения света только в том случае, если мгновенное напряжение превышает напряжение включения, в противном случае светодиод отключается, не излучает свет. Такая схема приводит к очень низкому выходу люминесценции светодиода, вместе с колебаниями напряжения переменного тока имеют место мерцания.

Международная патентная заявка WO 2004/023568A1 с названием ʺСВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СО СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИʺ предлагает интегрировать матрицы светодиодных чипов на сапфировой подложке, чтобы получить светоизлучающее устройство, возбуждаемое переменным током, но не решает проблему мерцания светодиодов.

Патент США № US 7489086 В2 с названием ʺСВЕТОДИОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СВЕТОДИОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКАʺ предлагает светодиодное устройство переменного тока, которое включает несколько светодиодов, выполненных неразъемно, чтобы компенсировать мерцание светодиодов, вызываемое переменным током, с эффектом инерции зрения для человеческих глаз. Но этот патент не устраняет мерцание, вызываемое периодическими колебаниями напряжения переменного тока.

Понятно, что все раскрытые способы возбуждения светодиодов переменным током имеют недостаток в том, что ток возбуждения светодиодов колеблется вместе с напряжением переменного тока, таким образом, когда светодиод излучает свет, его яркость изменяется, и имеет место мерцание. В то же время основным элементом светодиодного устройства является диод с р-n переходом, вольт-амперная характеристика которого является приблизительно экспоненциальной функцией, и когда напряжение на обоих концах светодиода превышает напряжение включения, ток, проходящий через р-n переход, возрастает экспоненциально. Способ возбуждения переменным током в известном уровне техники не использует схему постоянного тока, и при повышении температуры перехода светодиода напряжение включения снижается. Но входное напряжение не изменяется, поэтому прямой ток светодиода быстро возрастает, и даже р-n переход светодиода может быть разрушен за счет теплоты и затем постоянно поврежден при серьезных обстоятельствах.

Раскрытие изобретения

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в том, чтобы предложить белое светодиодное устройство, возбуждаемое постоянным током наподобие питания переменным током, для решения проблемы непосредственного возбуждения переменным током светодиодного устройства из известного уровня техники.

Для того чтобы решить эту техническую задачу, настоящее изобретение использует следующее техническое решение: светоизлучающее устройство на белых светодиодах, возбуждаемых непосредственно постоянным током наподобие питания переменным током, включающее входную клемму, блок защиты и блок выпрямителя, отличающееся тем, что первая ветвь, вторая ветвь, …, и n-я ветвь подсоединены параллельно между первой выходной клеммой и второй выходной клеммой блока выпрямителя, первая ветвь состоит из первого светодиодного модуля и первого блока постоянного тока, соединенных последовательно, вторая ветвь состоит из второго светодиодного модуля и второго блока постоянного тока, соединенных последовательно, …, и n-я ветвь состоит из n-го светодиодного модуля и n-го блока постоянного тока, соединенных последовательно, причем каждый блок постоянного тока соединен с блоком выборки и причем n≥1 и является целым числом;

входная клемма переменного тока соединена с переменным током для подачи тока возбуждения на устройство;

блок защиты соединен с входной клеммой переменного тока для придания устройству функции защиты;

блок выпрямителя соединен с блоком защиты для выпрямления переменного тока, выходящего из блока защиты;

блок выборки делает выборку выходного напряжения блока выпрямителя и выводит сигнал управления на каждый блок постоянного тока;

каждый блок постоянного тока соединен с блоком выборки для поддержания тока соответствующей ветви на постоянном уровне и для отключения или включения соответствующей ветви в зависимости от сигнала управления, выведенного блоком выборки;

светодиодный модуль состоит из светодиодной матрицы, в которой светодиод является светодиодом с управляемой продолжительностью люминесценции.

В техническом решении светоизлучающего устройства настоящего изобретения n параллельных ветвей, состоящих из светодиодных модулей и блоков постоянного тока, которые соединены последовательно со светодиодными модулями, соединены с выходной клеммой цепи выпрямления, и путем установки значения тока, напряжения отключения и напряжения включения блока постоянного тока каждой ветви периодического мерцания из-за изменений напряжения переменного тока можно избежать. Поскольку ток каждой ветви имеет постоянное значение, изменения в температуре переходов не приводят к изменению тока в светодиоде, этим повышая надежность. Как видно из этого теоретического анализа, вместе с увеличением числа ветвей, форма волны тока возбуждения приближается к синусоидальной, и коэффициент мощности и КПД светоизлучающего устройства повышены. В частности, путем использования светодиодов с управляемым сроком службы люминесценции для выполнения светодиодного модуля, мерцание светодиодов, создающееся из-за переменного тока, можно далее уменьшить, используя светодиоды с послесвечением. Помимо этого КПД светоизлучающего устройства на светодиодах повышается и срок службы светодиода увеличивается.

Более конкретно, светодиод с управляемой продолжительностью люминесценции имеет продолжительность люминесценции от 1 до 100 мс.

Величина продолжительности люминесценции светодиода помогает устранить мерцание.

Кроме того, продолжительность люминесценции составляет от 10 до 30 мс.

Продолжительность люминесценции в таких пределах совпадает с циклом переменного тока (1/50 или 1/60 с), что соответственно дает преимущество послесвечения. Помимо этого это легче реализуемо по технологии, и себестоимость снижается.

Кроме того, светодиодная матрица состоит по меньшей мере из одного светодиода, расположенного на печатной плате или неразъемно введенного в ту же подложку, или интегрированного в ту же полупроводниковую подложку.

Размещение всех светодиодов светодиодного модуля на одной печатной плате является простейшим и наиболее экономичным способом формирования в существующих технологических условиях; неразъемное размещение всех светодиодов светодиодного модуля на одной подложке означает выполнение вторичной герметизации всех светодиодов светодиодного модуля и размещение их на одной теплорассеивающей поверхности; и интеграция всех светодиодов светодиодного модуля на одной полупроводниковой подложке предназначена для реализации интеграции светодиодов на одной полупроводниковой подложке с использованием технологии выполнения полупроводниковых интегральных схем. Такие технологии в настоящее время являются сформировавшимися способами интеграции и герметизации светодиодов.

Более конкретно, в каждом светодиодном модуле светодиоды соединены параллельно и/или последовательно.

Посредством соответственных соединений светодиодов, таких как параллельное соединение, последовательное соединение или последовательно-параллельное соединение, светодиодный модуль больше подходит для использования с возбуждением постоянным током наподобие питания переменным током, при этом можно удобно регулировать параметры тока и напряжения каждого светодиодного модуля.

Кроме того, число светодиодов в первом светодиодном модуле, втором светодиодном модуле, …, и n-м светодиодном модуле составляет 1², 2², …, и n² соответственно и ток соответствующих блоков постоянного тока составляет I, 2I, …, и nI соответственно, где I является током первого блока постоянного тока.

Правило распределения числа светодиодов в светодиодном модуле может достигнуть кратного отношения между токами ветвей, так что вся форма волны тока будет приближаться к синусоидальной, что поможет повысить коэффициент мощности и КПД светоизлучающего устройства.

Кроме того, если n≥2, то один и тот же светодиод входит в разные светодиодные модули одновременно.

Согласно настоящему решению, светодиоды могут располагаться в каждом светодиодном модуле поочередно, то есть один и тот же светодиод или несколько светодиодов будут входить в разные светодиодные модули одновременно, чтобы достигнуть мультиплексирования светодиодов, этим уменьшая число светодиодов светоизлучающего устройства, и повысить равномерность яркости свечения светоизлучающего устройства, что поможет устранить мерцание.

Более конкретно, блок защиты включает плавкий предохранитель в последовательном соединении с входной клеммой переменного тока и зависящий от напряжения резистор в параллельном соединении с входной клеммой переменного тока.

Плавкий предохранитель является известным ограничивающим ток защитным элементом, зависящий от напряжения резистор является известным ограничивающим напряжение защитным элементом, и их сочетание позволяет обеспечить базовую защиту с ограничением по току и защиту с ограничением по напряжению. Помимо этого себестоимость снижается, монтаж становится более удобным и вторичную интеграцию выполнить будет легче.

Кроме того, блок защиты включает синфазный дроссель, соединенный последовательно с входной клеммой переменного тока, и/или газоразрядную трубку, соединенную параллельно с входной клеммой переменного тока.

Добавлены синфазный дроссель и газоразрядная трубка, причем синфазный дроссель может подавлять синфазные помехи, и газоразрядная трубка защищает осветительное устройство от повреждения, например, молнией.

Более конкретно, блок выпрямителя выполнен как двухполупериодная выпрямляющая схема или однополупериодная выпрямляющая схема, состоящая из выпрямительных диодов.

Путем использования выпрямительных диодов небольшого размера и малой массы в качестве элементов выпрямителя можно удобно выполнить вторичную интегрированную герметизацию.

Более конкретно, блок выборки выполнен как резистивная цепь.

Резистивная цепь хорошо подходит для получения параметров прямого тока и обеспечивает удобные точки срабатывания для включения и отключения блока постоянного тока.

Настоящее изобретение имеет следующий положительный эффект: светодиодный модуль возбуждается непосредственно переменным током, схема простая, размер небольшой, масса небольшая, и себестоимость низкая. Путем надлежащей установки тока и напряжения включения-отключения каждой ветви периодическое мерцание светоизлучающего устройства на светодиодах при колебаниях переменного тока может быть уменьшено. Если мгновенное напряжение переменного тока чрезмерно высокое, блок постоянного тока отключается, и светодиодный модуль не излучает свет, этим повышая эффективность использования электроэнергии и снижая ее потери. В то же время управление постоянным током помогает избежать ситуации выгорания, когда температура перехода изменяется и ток становится чрезмерно высоким, этим продлевая срок службы устройства. Путем использования светодиодов с управляемой продолжительностью люминесценции для создания светодиодного модуля мерцание светодиодов из-за переменного тока также может быть уменьшено, если воспользоваться светодиодами с люминесцентным послесвечением. Помимо этого КПД светоизлучающего устройства на светодиодах повышается и срок службы светодиодов увеличивается. В настоящем изобретении этот эффект становится очевидным, поскольку люминесцентное послесвечение светодиодов объединено с преимуществами схемы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схема конструкции настоящего изобретения;

Фиг. 2 - принципиальная схема варианта осуществления 1;

Фиг. 3 - схема варианта осуществления 2;

Фиг. 4 - схема варианта осуществления 4;

Фиг. 5 - формы волны напряжения и тока.

Описание вариантов осуществления

Технические решения настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылками на чертежи и варианты осуществления.

Светодиод с управляемой продолжительностью люминесценции относится к светодиоду с продолжительностью люминесценции от 1 до 100 мс. Согласно определению люминесценции продолжительность люминесценции является временем снижения интенсивности люминесценции до 1/е от максимальной интенсивности во время возбуждения.

В настоящем изобретении светодиод с управляемой продолжительностью люминесценции включает одно или несколько сочетаний неорганических и/или органических люминесцентных материалов, таких как один или несколько из CaS:Eu; CaS:Bi, Tm; ZnS:Tb; CaSrS₂:Eu, Dy; SrGa₂S₄:Dy; Ga₂O₃:Eu; (Y, Gd)BO₃:Eu³⁺; Zn₂SiO₄:Mn²⁺; YBO₃:Tb³⁺; Y(V, P)O₄:Eu³⁺; SrAl₂O₄:Eu²⁺; SrAl₂O₄:Eu²⁺, B; SrAl₂O₄:Eu²⁺, Dy³⁺, B; BaAl₂O₄:Eu²⁺; CaAl₂O₄:Eu²⁺; Sr₃SiO₅:Eu²⁺, Dy³⁺; BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺, Mn²⁺; Tb(acac)₂(AA)phen; Y₂O₂S:Eu³⁺, Y₂SiO₅:Tb³⁺; SrGa₂S₄:Ce³⁺; Y₃(Al, Ga)₅O₁₂:Tb³⁺; Ca₂Zn₄ Ti₁₅O₃₆: Pr³⁺; CaTiO₃:Pr³⁺; Zn₂P₂O₇: Tm³⁺; Ca₂P₂O₇: Eu²⁺, Y³⁺; Sr₂P₂O₇: Eu²⁺, Y³⁺; Lu₂O₃: Tb, Sr₂Al₆O₁₁: Eu²⁺; Mg₂SnO₄:Mn²⁺; CaAl₂O₄:Ce³⁺, Tb³⁺; Sr₄Al₁₄O₂₅:Tb³⁺; Ca₁₀(PO₄)₆(F, Cl):Sb, Mn; Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺; Sr₂CaSi₂O₇: Eu²⁺; Zn₃(PO₄)₂:Mn²⁺, Ga³⁺; CaO:Eu³⁺; Y₂O₂S:Mg²⁺, Ti³⁺; Y₂O₂S:Sm³⁺; SrMg₂(PO₄)₂:Eu²⁺, Gd³⁺; BaMg₂ (PO₄)₂:Eu²⁺, Gd³⁺; Zn₂SiO₄:Mn, As; KLaF₄:Er; CdSiO₃: Dy³⁺ MgSiO₃: Eu²⁺, Mn²⁺.

Блок-схема конструкции светоизлучающего устройства на белых светодиодах, возбуждаемых непосредственно постоянным током наподобие питания переменным током, настоящего изобретения показана на Фиг. 1 и включает входную клемму переменного тока 1, блок защиты 2, блок выпрямителя 3, первую ветвь, вторую ветвь, …, n-ю ветвь, соединенные параллельно между первой выходной клеммой 31 (обычно положительный вывод) и второй выходной клеммой 32 (обычно отрицательный вывод) блока выпрямителя 3. Первая ветвь состоит из первого светодиодного модуля 51 и первого блока постоянного тока 61, соединенных последовательно, вторая ветвь состоит из второго светодиодного модуля 52 и второго блока постоянного тока 62, соединенных последовательно, …, и n-я ветвь состоит из n-го светодиодного модуля 5n и n-го блока постоянного тока 6n, соединенных последовательно, причем каждый блок постоянного тока соединен с блоком выборки 4, где n≥1 и является целым числом. Входная клемма переменного тока 1 соединена с переменным током для подачи тока возбуждения на устройство; блок защиты 2 соединен с входной клеммой переменного тока 1 для обеспечения функции защиты устройства; блок выпрямителя 3 соединен с блоком защиты 2 для выпрямления переменного тока, выходящего из блока защиты 2, выводя синусоидальный импульсный ток (как показано на Фиг. 5а); блок выборки 4 делает выборку выходного напряжения блока выпрямителя и выводит сигнал управления на каждый блок постоянного тока; каждый блок постоянного тока соединен с блоком выборки 4 для поддержания тока соответствующей ветви на постоянном уровне и для отключения или включения соответствующей ветви в зависимости от сигнала управления, выходящего из блока выборки.

Принцип действия настоящего изобретения можно вкратце объяснить следующим образом.

Переменный ток от сети, обычно синусоидальный переменный ток, поступает в блок защиты 2 через входную клемму переменного тока 1 и становится синусоидальным импульсным напряжением с формой волны, которая показана на Фиг. 5а, после выпрямления блоком выпрямителя 3. В цикле Т переменного тока, когда входное напряжение растет и достигает напряжения включения первого светодиодного модуля 51, первый светодиодный модуль 51 переходит в рабочее состояние и ток постепенно растет; после достижения заданного значения тока первого блока постоянного тока 61 первый светодиодный модуль 51 работает на этом заданном значении тока в состоянии постоянного тока. Когда напряжение продолжает расти и достигает заданного напряжения отключения первого блока постоянного тока 61, первый блок постоянного тока 61 отключается и первый светодиодный модуль 51 не излучает свет. В этом случае второй блок постоянного тока 62 включается и второй светодиодный модуль 52 начинает работать. После перехода в состояние постоянного тока второй светодиодный модуль 52 поддерживает рабочее состояние постоянного тока на значении, заданном вторым блоком постоянного тока 62. Когда напряжение продолжает расти, второй блок постоянного тока 62 отключается, и так далее, до тех пор, когда начинает работать n-й светодиодный модуль 5n и предшествующие блоки постоянного тока все отключены. Предполагается, что постоянный ток первого блока постоянного тока 61 составляет значение I, постоянный ток второго блока постоянного тока 62 составляет значение 2I, …, и постоянный ток n-го блока постоянного тока составляет значение nI. Теоретически, форма волны тока более приближена к синусоидальной, когда число групп блоков постоянного тока увеличивается, как показано на Фиг. 5b. В то же время коэффициент мощности и КПД также увеличиваются, но схема становится более сложной, и компоновка и монтаж более трудными. Таким образом, при практическом применении формируют ограниченное число ветвей, выбирая ограниченное число блоков постоянного тока и соответствующее число светодиодных модулей.

Вариант осуществления 1

Как показано на Фиг. 2, блок защиты 2 этого варианта осуществления состоит из плавкого предохранителя F, последовательно соединенного с линией фазы L входной клеммы переменного тока 1, и зависящего от напряжения резистора VR, подсоединенного параллельно между линией фазы L и линией нейтрали N входной клеммы переменного тока 1. Блок защиты 2 соединен с блоком выпрямителя 3, выполненного как двухполупериодная выпрямительная схема D1 и имеющего выходную клемму, соединенную параллельно с четырьмя ветвями.

Первая ветвь состоит из первого светодиодного модуля и первого блока постоянного тока, соединенных последовательно, причем первый светодиодный модуль состоит из светодиода 11, положительный конец которого соединен с положительным выводом выпрямительной схемы D1, и отрицательный конец которого соединен с отрицательным выводом выпрямительной схемы D1 через первый блок постоянного тока. В этом варианте осуществления блок выборки выполнен как резистивная цепь, включающая резисторы R1-R8, где резисторы R1 и R2 соединены последовательно и затем подсоединены параллельно между положительным выводом и отрицательным выводом выпрямительной схемы D1, причем точка соединения резисторов R1 и R2 является точкой выборки первого блока постоянного тока и соединена с концом управления первого блока постоянного тока. Во второй ветви этого варианта осуществления второй светодиодный модуль выполнен как матрица 2×2, состоящая из четырех светодиодов, включая светодиод 21, светодиод 22, светодиод 31 и светодиод 32, расположенные двумя группами, каждая из которых имеет два светодиода, соединенных последовательно в том же направлении, и эти две группы соединены параллельно в той же полярности, как показано на Фиг. 2. Второй светодиодный модуль имеет положительный конец, соединенный с положительным выводом выпрямительной схемы D1, и отрицательный конец, соединенный с отрицательным выводом выпрямительной схемы D1 через второй блок постоянного тока. Резисторы R3 и R4 соединены последовательно и затем подсоединены параллельно между положительным выводом и отрицательным выводом выпрямительной схемы D1, причем точка соединения резисторов R3 и R4 является точкой выборки второго блока постоянного тока и соединена с концом управления второго блока постоянного тока. В третьей ветви этого варианта осуществления, третий светодиодный модуль выполнен как матрица 3×3, состоящая из девяти светодиодов, включая светодиод 41, светодиод 42, светодиод 43, светодиод 51, светодиод 52, светодиод 53, светодиод 61, светодиод 62 и светодиод 63, размещенные в трех группах, каждая из которых имеет три светодиода, соединенных последовательно в том же направлении, и эти три группы соединены параллельно на одинаковой полярности, как показано на Фиг. 2. Третий светодиодный модуль имеет положительный конец, соединенный с положительным выводом выпрямительной схемы D1, и отрицательный конец, соединенный с отрицательным выводом выпрямительной схемы D1 через третий блок постоянного тока. Резисторы R5 и R6 соединены последовательно и затем подсоединены параллельно между положительным выводом и отрицательным выводом выпрямительной схемы D1, причем точка соединения резисторов R5 и R6 является точкой выборки третьего блока постоянного тока и соединена с концом управления третьего блока постоянного тока. В четвертой ветви этого варианта осуществления четвертый светодиодный модуль выполнен как матрица 4×4, состоящая из 16 светодиодов, включая светодиод 71, светодиод 72, светодиод 73, светодиод 74, светодиод 81, светодиод 82, светодиод 83, светодиод 84, светодиод 91, светодиод 92, светодиод 93, светодиод 94, светодиод 01, светодиод 02, светодиод 03 и светодиод 04, размещенные в четырех группах, каждая из которых имеет четыре светодиода, соединенных последовательно в том же направлении, и эти четыре группы соединены параллельно на одинаковой полярности, как показано на Фиг. 2. Четвертый светодиодный модуль имеет положительный конец, соединенный с положительным выводом выпрямительной схемы D1, и отрицательный конец, соединенный с отрицательным выводом выпрямительной схемы D1 через четвертый блок постоянного тока. Резисторы R7 и R8 соединены последовательно и затем подсоединены параллельно между положительным выводом и отрицательным выводом выпрямительной схемы D1, причем точка соединения резисторов R7 и R8 является точкой выборки четвертого блока постоянного тока и соединена с концом управления четвертого блока постоянного тока. Здесь отрицательный вывод выпрямительной схемы D1 является общей клеммой заземления.

Светоизлучающее устройство этого варианта осуществления получает питание переменного тока, будучи соединенным с сетью посредством вилки. Переменный ток проходит через блок защиты, затем он выпрямляется в постоянный ток блоком выпрямителя (строго говоря, в синусоидальный постоянный ток с формой волны, показанной на Фиг. 5а) и подается в блок выборки напряжения, блок постоянного тока и светодиодный модуль. В каждом цикле переменного тока Т выходное напряжение выпрямительной схемы D1 возрастает от нуля. Когда напряжение достигнет напряжения включения первого светодиодного модуля, включается первый блок постоянного тока, и первый светодиодный модуль начинает излучать свет, переходя в рабочее состояние. Когда напряжение продолжает расти, первый блок постоянного тока работает с заданным постоянным током 20 мА, так что ток первого светодиодного модуля достигает номинального значения 20 мА. Когда напряжение достигнет заданного напряжения отключения первого блока постоянного тока, первый блок постоянного тока отключается, первый светодиодный модуль прекращает работать, отключается, а второй светодиодный модуль начинает излучать свет, переходя в рабочее состояние. Когда напряжение продолжает расти, второй блок постоянного тока работает с заданным постоянным током 40 мА, так что ток второго светодиодного модуля достигает номинального значения 40 мА. Когда напряжение достигнет заданного напряжения отключения второго блока постоянного тока, второй блок постоянного тока отключается, второй светодиодный модуль прекращает работать, а третий светодиодный модуль начинает работать. Когда напряжение продолжает расти, третий блок постоянного тока работает с заданным постоянным током 60 мА, так что ток третьего светодиодного модуля достигает номинального значения 60 мА. Когда напряжение достигнет заданного напряжения отключения третьего блока постоянного тока, третий блок постоянного тока отключается, четвертый блок постоянного тока включается и четвертый светодиодный модуль начинает работать. Когда напряжение продолжает расти, четвертый блок постоянного тока работает с заданным постоянным током 80 мА, так что ток четвертого светодиодного модуля достигает номинального значения 80 мА. На Фиг. 5b показана схема формы волны тока этого варианта осуществления. Как можно видеть на Фиг. 5b, ток умножается на разных стадиях и форма волны приближается к синусоидальной. Таким образом, светоизлучающее устройство этого варианта осуществления имеет очень высокий КПД и коэффициент мощности. Четвертый блок постоянного тока также имеет функцию защиты, и когда напряжение превысит заданное напряжение отключения четвертого блока постоянного тока, четвертый блок постоянного тока отключается. Таким образом, все светодиодные модули светоизлучающего устройства отключаются, чтобы защитить светоизлучающее устройство от повреждения.

В этом варианте осуществления светодиодная матрица каждого светодиодного модуля (светодиодный модуль первой ветви этого варианта осуществления также может считаться светодиодной матрицей 1×1) может состоять из светодиодов, которые размещены на одной печатной плате, или неразъемно герметизированы на одной теплорассеивающей подложке с использованием технологии интегрированной герметизации, или интегрированы на одной полупроводниковой подложке с использованием технологии производства интегральных схем.

Вариант осуществления 2

На Фиг. 3 показана схема этого варианта осуществления. Как можно видеть на Фиг. 3, конструкции в этом варианте осуществления, за исключением светодиодного модуля и его режима соединения, такие же, как в варианте осуществления 1. Далее описаны только конструкции светодиодных модулей четырех ветвей, а другие конструкции и их процессы работы опущены, и подробности смотрите в описании варианта осуществления 1. В первой ветви этого варианта осуществления первый светодиодный модуль выполнен как светодиод 31, положительный конец которого соединен с положительным выводом выпрямительной схемы D1, и отрицательный конец соединен с отрицательным выводом выпрямительной схемы D1 через первый блок постоянного тока. Во второй ветви этого варианта осуществления второй светодиодный модуль включает четыре светодиода, т.е. светодиод 31, светодиод 32, светодиод 21 и светодиод 22. Когда первый блок постоянного тока отключается, эти четыре светодиода составляют матрицу 2×2, в которой светодиод 31 и светодиод 32 соединены последовательно в том же направлении, чтобы образовать группу, и светодиод 21 и светодиод 22 соединены последовательно в том же направлении, чтобы образовать другую группу, и эти две группы соединены параллельно в одинаковой полярности, чтобы сформировать второй светодиодный модуль. Второй светодиодный модуль имеет положительный конец, соединенный с положительным выводом выпрямительной схемы D1, и отрицательный конец, соединенный с отрицательным выводом выпрямительной схемы D1 через второй блок постоянного тока. Третий светодиодный модуль этого варианта осуществления включает девять светодиодов, т.е. светодиод 31, светодиод 32, светодиод 33, светодиод 21, светодиод 22, светодиод 23, светодиод 11, светодиод 12 и светодиод 13. Когда и первый блок постоянного тока и второй блок постоянного тока отключены, девять светодиодов составляют матрицу 3×3, в которой светодиоды 31, 32 и 33 соединены последовательно в том же направлении, чтобы образовать группу, светодиоды 21, 22 и 23 соединены последовательно в том же направлении, чтобы образовать другую группу, и светодиоды 11, 12 и 13 соединены последовательно в том же направлении, чтобы образовать еще одну группу, и эти три группы соединены параллельно в одинаковой полярности, чтобы сформировать третий светодиодный модуль. Третий светодиодный модуль имеет положительный конец, соединенный с положительным выводом выпрямительной схемы D1, и отрицательный конец, соединенный с отрицательным выводом выпрямительной схемы D1 через третий блок постоянного тока. Подобным же образом, когда первый блок постоянного тока, второй блок постоянного тока и третий блок постоянного тока на Фиг. 3 отключены, четыре группы светодиодов (светодиод 31, светодиод 32, светодиод 33, светодиод 34, светодиод 21, светодиод 22, светодиод 23, светодиод 24, светодиод 11, светодиод 12, светодиод 13, светодиод 14, светодиод 01, светодиод 02, светодиод 03 и светодиод 04), соединенные последовательно в том же направлении, составляют матрицу 4×4, чтобы сформировать четвертый светодиодный модуль этого варианта осуществления. Четвертый светодиодный модуль имеет положительный конец, соединенный с положительным выводом выпрямительной схемы D1, и отрицательный конец, соединенный с отрицательным выводом выпрямительной схемы D1 через четвертый блок постоянного тока. Как и в варианте осуществления 1, ток каждой ветви также находится в кратном отношении, т.е. если значение тока первой ветви составляет I, то значения тока других ветвей составляют 2I, 3I и 4I последовательно.

В этом варианте осуществления для светодиодов в каждом светодиодном модуле применено сочетание последовательных и параллельных соединений, и некоторые светодиоды относятся к нескольким светодиодным модулям одновременно. Например, на Фиг. 3 светодиод 31 относится к всем светодиодным модулям одновременно; светодиод 22 и светодиод 32 относятся к светодиодным модулям 2-4 одновременно; светодиод 33, светодиод 23 и светодиод 13 относятся к третьему и четвертому светодиодным модулям одновременно. Из-за этой мультиплексной конструкции число светоизлучающих единиц значительно уменьшено, себестоимость светоизлучающего устройства снижена, и это помогает устранить мерцание.

Вариант осуществления 3

Как показано на Фиг. 4, схема этого варианта осуществления отличается от варианта осуществления 2 тем, что режим соединения каждого светодиодного модуля далее оптимизирован, при этом четыре светодиодных модуля в четырех ветвях состоят из 16 светодиодов, и применена топология матрицы 4×4. Первый светодиодный модуль этого варианта осуществления выполнен как матрица 1×4, состоящая из четырех светодиодов (светодиод 01, светодиод 11, светодиод 21 и светодиод 31), соединенных параллельно. Второй светодиодный модуль этого варианта осуществления выполнен как матрица 2×4, состоящая из восьми светодиодов (светодиод 01, светодиод 11, светодиод 21, светодиод 31, светодиод 02, светодиод 12, светодиод 22 и светодиод 32), соединенных последовательно и параллельно. Третий светодиодный модуль этого варианта осуществления выполнен как матрица 3×4, состоящая из 12 светодиодов (светодиод 01, светодиод 11, светодиод 21, светодиод 31, светодиод 02, светодиод 12, светодиод 22, светодиод 32, светодиод 03, светодиод 13, светодиод 23 и светодиод 33), соединенных последовательно и параллельно. Четвертый светодиодный модуль этого варианта осуществления выполнен как матрица 4×4, состоящая из 16 светодиодов (светодиод 01, светодиод 11, светодиод 21, светодиод 31, светодиод 02, светодиод 12, светодиод 22, светодиод 32, светодиод 03, светодиод 13, светодиод 23, светодиод 33, светодиод 04, светодиод 14, светодиод 24 и светодиод 34), соединенных последовательно и параллельно. Принципы соединений и работы других частей смотрите в предыдущих вариантах осуществления. Схема этого варианта осуществления отличается главным образом тем, что значения тока ветвей одинаковые, т.е. одинаковое значение тока установлено для всех блоков постоянного тока, т.е. четырехкратное значение постоянного тока возбуждения одного светодиода.

Как можно видеть из вышеприведенного подробного описания, блок выборки напряжения настоящего изобретения контролирует входное напряжение, а также защищает светодиодный модуль. При больших колебаниях переменного тока блок постоянного тока может своевременно отключиться, чтобы защитить светодиодный модуль от повреждения, если ток будет чрезмерно высокий. Блок постоянного тока настоящего изобретения может состоять из отдельных элементов и/или быть интегральной схемой и требует функции управления включением и отключением (т.е. можно управлять отключением и включением). Поскольку эта конкретная схема является хорошо известной технологией в данной области техники, она здесь подробно не описана.

Следует сказать, что, хотя конструкция настоящего изобретения подробно описана в вышеприведенных вариантах осуществления, настоящее изобретение не ограничено этими вариантами осуществления. Любая заменяющая конструкция, которая может быть разработана специалистом в данной области техники для этих вариантов осуществления без творческих усилий, должна подпадать под объем охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к устройствам освещения. Техническим результатом является повышение коэффициента мощности, надежности и КПД светоизлучающего устройства. Результат достигается тем, что устройство на белых светодиодах, возбуждаемых непосредственно постоянным током, содержит n параллельных ветвей, состоящих из соединенных последовательно светодиодного модуля и блока постоянного тока, соединенного с выходной клеммой выпрямительной схемы. При этом путем установки значения тока, напряжения отключения и напряжения включения блока постоянного тока для каждой ветви можно избежать периодических мерцаний, создающихся из-за изменений в напряжении переменного тока, а дополнительное использование светодиодов с управляемой продолжительностью люминесценции также позволяет уменьшить мерцание светодиодов из-за переменного тока, благодаря люминесцентному послесвечению светодиодов. Кроме того, поскольку ток каждой ветви поддерживается на постоянном уровне, изменения температур переходов не приводят к изменению тока в светодиоде, а с увеличением числа ветвей форма волны тока возбуждения приближается к синусоидальной. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах, включающее входную клемму переменного тока, блок защиты и блок выпрямителя,

отличающееся тем, что

первая ветвь, вторая ветвь, …, и n-я ветвь подсоединены параллельно между первой выходной клеммой и второй выходной клеммой блока выпрямителя, причем первая ветвь состоит из первого светодиодного модуля и первого блока постоянного тока, соединенных последовательно, вторая ветвь состоит из второго светодиодного модуля и второго блока постоянного тока, соединенных последовательно, …, и n-я ветвь состоит из n-го светодиодного модуля и n-го блока постоянного тока, соединенных последовательно, и причем каждый блок постоянного тока соединен с блоком выборки, где n≥1 и n является целым числом;

входная клемма переменного тока соединена с переменным током для подачи тока возбуждения на устройство;

блок защиты соединен с входной клеммой переменного тока для обеспечения функции защиты для устройства;

блок выпрямителя соединен с блоком защиты для выпрямления переменного тока, выходящего из блока защиты;

блок выборки делает выборку выходного напряжения блока выпрямителя и выводит сигнал управления на каждый блок постоянного тока;

каждый блок постоянного тока соединен с блоком выборки для поддержания тока соответствующей ветви на постоянном уровне и для отключения или включения соответствующей ветви в зависимости от сигнала управления, выходящего из блока выборки;

светодиодный модуль состоит из светодиодных матриц, причем продолжительность люминесценции светодиода в светодиодных матрицах является управляемой и составляет от 1 до 100 мс.

2. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 1, отличающееся тем, что продолжительность люминесценции составляет от 10 до 30 мс.

3. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 1, отличающееся тем, что светодиодная матрица состоит по меньшей мере из одного светодиода, размещенного на той же печатной плате, или по меньшей мере одного светодиода, неразъемно герметизированного на той же подложке, или по меньшей мере одного светодиода, интегрированного на ту же полупроводниковую подложку.

4. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 1, отличающееся тем, что в каждом светодиодном модуле светодиоды соединены параллельно и/или последовательно.

5. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 1, отличающееся тем, что число светодиодов в первом светодиодном модуле, втором светодиодном модуле и n-м светодиодном модуле составляет 1², 2², … и n² соответственно и значения тока соответствующих блоков постоянного тока составляют I, 2I, … и nI соответственно, где I является значением тока первого блока постоянного тока.

6. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 1, отличающееся тем, что когда n≥2, один и тот же светодиод относится к разным светодиодным модулям одновременно.

7. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 1, отличающееся тем, что блок защиты включает плавкий предохранитель, соединенный последовательно с входной клеммой переменного тока, и/или зависящий от напряжения резистор, соединенный параллельно с входной клеммой переменного тока.

8. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 8, отличающееся тем, что блок защиты, кроме того, включает синфазный дроссель, соединенный последовательно с входной клеммой переменного тока, и/или газоразрядную трубку, соединенную параллельно с входной клеммой переменного тока.

9. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 1, отличающееся тем, что блок выпрямителя выполнен как двухполупериодная выпрямительная схема или однополупериодная выпрямительная схема, состоящая из выпрямительных диодов.

10. Светоизлучающее устройство на белых светодиодах по п. 1, отличающееся тем, что блок выборки выполнен как резистивная цепь.