专利名称：一种用多个发光单元构成光源的方法
技术领域：
本发明涉及构成光源的方法，具体涉及用多个发光单元构成光源的方法。
背景技术：
目前已广泛流行用高发光效率的多个发光单元，例如多个发光二极管，串联构成光源， 再配合供电电路，构成节能灯照明装置，来替代原有的白炽灯进行照明，以达到节能的目 的。现有技术中作为这类照明装置中的光源的构成方法通常如下根据光源的设定功率，
例如额定功率(例如白炽灯中的15W、 25W、 40W、 60W、 100W等等)和选用的标称功率的 标准发光单元确定构成该光源所需发光单元的数量，再用该数量的发光单元串联构成光 源。按照现有技术的光源构成方法，其用于确定发光单元数量的因数是光源的设定功率和 发光单元的标称功率。当用这样的光源和供电电路构成照明装置时，由于光源的工作电压 与供电电路的最大输出电压常常不匹配(可能存在光源的某个特定功率的电压匹配点)， 即光源的工作电压与供电电路的最大输出电压不相等。为了解决这种电压不匹配问题，就 需要在供电电路的输出接入电子式电压变换器或与光源串联的电阻、或在供电电路的输入 接入变压器，通过降压或变压实现光源的工作电压与供电电路的输出电压的电压匹配，即 使得光源的工作电压与供电电路的输出电压相等。这样，在供电电路中就会引入所述的电 阻、电子式电压变换器或变压器等之类的功耗元器件，从而导致照明装置的效率下降。
下面参见图3，图3给出了一例按照现有技术的方法构成光源并用该光源构成照明装 置的电路图。该照明装置包含光源LD和光源LD外的供电电路。当该供电电路接入电源， 例如市电 220V时，其输出的电压理论最高值达220X1. 414=311V。在该照明装置中，假 设光源设定功率为40W，发光单元选取标称功率为1W的LUXEON (商标)REBL (型号)的 发光二极管(美国LUMILEDS公司生产)，按照上述现有的构成光源的方法，则光源LD需 要串联的发光二极管的数量二40W/lWz40，光源LD的工作电压=40乂每个发光二极管的工作 电压(1W的REBL发光二极管的工作电压约为3. 5V，工作电流约350毫安)=140V，流经 光源LD的工作电流=光源功率40W/光源工作电压140V4勺285毫安。为了使光源LD的工作电压与供电电路的最大输出电压进行电压匹配，假设在该照明装置的供电电路的输出采 用降压电阻RL与光源LD串联来解决电压匹配问题。在对光源不作恒流(或稳压)等处 理的情况下，供电电路的最大输出电压为311￥，此时电阻1^的阻值=(最大输出电压311^ 光源LD的工作电压140V) /光源的工作电流285毫安=约600欧姆。假设不接入降压电阻 RL的供电电路的效率(忽略整流管Dl-D4的功耗)为100%，当接入电阻RL为600欧姆 后的供电电路的效率=光源功率/供电电路的输入功率=光源功率/ (光源功率+电阻RL的功 率)=光源LD的工作电压140V/供电电路的最大输出电压311V=45%，可见接入电阻RL 后，供电电路的效率大大下降。如果采用在供电电路的输入接入变压器或在供电电路的输 出接入电子式电压变换器将供电电路的最大输出电压311V变换到光源LD的工作电压 140V来替代电阻RL进行匹配，虽然相对于接入电阻RL的供电电路会提高供电效率，但 也会因变压器存在内阻、涡流损耗或电子式电压变换器内部的电子元器件的损耗等造成供 电电路的效率下降。
发明内容
本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种对供电电路而言能实现对光源负载高 效率供电的用多个发光单元构成光源的方法。
本发明的用多个发光单元构成光源的方法，包含步骤
A) 根据以下因素确定发光单元的数量，
所述因素包含供电电路的最大供电电压和发光单元的工作电压；
B) 根据光源的设定功率和步骤A)确定的发光单元的数量确定每个发光单元的设定功
率；
C) 根据发光单元的工作电压和步骤B)确定的每个发光单元的设定功率制作或选取各 个发光单元；
D) 用步骤C)获得的各个发光单元，按照步骤A)确定的发光单元的数量串联构成所 述光源。
所述因素进一步包含供电电路的效率和恒压特性下的电源电压变化的范围。 所述因素进一步包含供电电路的效率和恒流特性下的电源电压变化的范围。 所述发光单元为发光二极管。
按照如上方法构成的光源，由于光源的工作电压与供电电路的最大输出电压匹配，因而相对于现有技术能提高供电电路的供电效率，实现供电电路最大输出电压下的对光源负 载进行高效率供电。该方法带来的另一优点是，同一供电电路对任何光源功率的光源都能 实现供电电路最大输出电压下的对光源负载高效率供电。
图1为一例按照本发明构成光源的方法构成光源并用该光源构成照明装置的电路图。 图2为另一例按照本发明构成光源的方法构成光源并用该光源构成照明装置的电路图。
图3为一例按照现有技术构成光源的方法构成光源并用该光源构成照明装置的电路图。
具体实施例方式
图1示出了按照本发明构成光源的方法构成光源并用该光源构成一例照明装置的电路 图，与图3的一例现有技术的照明装置的电路图相比，本发明的一例照明装置的电路结构 省略了降压电阻RL，电路结构的其余部分与图2的电路部分相同。其中的光源LDA的表 现形式，即包含多个串联的发光单元，两者虽然相同，但是两者的发光单元的串联个数和 内部结构因两者光源的构成方法不同而可能不同。本文涉及的对多个发光单元的"串联" 不排除串联中的发光单元的两端连接有防止该发光单元一旦开路使光源LDA不能正常照 明用的例如稳压二极管之类的元器件。本文涉及的"供电电路的最大供电电压"是指供电 电路在不必为了与光源之类的负载进行电压匹配而接入具有能耗的电子元器件的情况下、 向所述负载(光源)提供的使所述负载(光源)能正常工作的输出电压。例如，当发光单 元是恒压工作的器件，则需在供电电路的输出接入与光源呈串联关系的为使光源恒压工作 (能正常工作)用的调整管等耗能元器件；当发光单元是恒流工作的器件、例如发光二极 管，则需在供电电路的输出接入与光源呈串联关系的为使光源恒流工作(能正常工作)用 的恒流电阻等耗能元器件，这种调整管和恒流电阻等耗能元器件也需要工作电压，因此， 按照上述"供电电路的最大供电电压"的定义，"向所述负载提供的使所述负载能正常工 作的输出电压"、即"供电电路的最大供电电压"是指供电电路输出中减去串联的调整管 等耗能元器件的或串联的恒流电阻等耗能元器件的工作电压后的电压。 本发明的用多个发光单元构成光源的方法，包含步骤A) 根据以下因素确定发光单元的数量，
所述因素包含供电电路的最大供电电压和发光单元的工作电压；
B) 根据光源的设定功率和步骤A)确定的发光单元的数量确定每个发光单元的设定功
率；
C) 根据发光单元的工作电压和步骤B)确定的每个发光单元的设定功率制作或选取各 个发光单元；
D) 用步骤C)获得的各个发光单元，按照步骤A)确定的发光单元的数量串联构成所 述光源。
在一实施例中，发光单元是发光二极管，其工作电压通常在3.0V-3.7V，可参照发光 二极管的具体制作工艺或现有标称发光二极管确定某个二极管的具体的工作电压。在步骤 A)中，首先根据供电电路的最大供电电压和发光单元的工作电压计算出发光单元的基础 数量，再根据该基础数量确定发光单元的数量(即光源中发光单元的实际使用的数量)。 作为上述步骤A)的一例具体实施过程如下
首先，用供电电路的最大供电电压除以发光单元(例如发光二极管)的工作电压获得 发光单元(例如发光二极管)的基础数量。当最大供电电压与工作电压相除为整数，则基 础数量等于该整数；当相除不为整数，即整数+尾数时，则基础数量等于该整数或该整数 +1。
对于不需要恒压或恒流等处理就能正常工作的光源而言，构成光源的发光单元(例如 发光二极管)的数量等于所述基础数量。
对于需要恒压或恒流等处理才能正常工作的光源而言，构成光源的发光单元(例如发 光二极管)的数量可以取等于所述基础数量，也可以根据恒压或恒流特性以及供电电路的 效率的要求对所述基础数量进行调整以确定发光单元的数量。作为具体举例，用于确定发 光单元(例如发光二极管)的数量的因素可以进一步包含恒压或恒流特性下的电源电压变 化的范围以及供电电路的效率。在考虑到恒压或恒流特性下的电源电压变化的范围以及供 电电路的效率的情况下，具体调整方式可以是，构成光源的发光单元(例如发光二极管) 的数量可以取等于所述基础数量加或减l、 2、 3或若干个。例如，需要提高恒压或恒流特 性下的电源电压变化的范围时，构成光源的发光单元(例如发光二极管)的数量可以取等 于所述基础数量减1、 2、 3、或若干个；需要提高供电电路的效率时，构成光源的发光单 元(例如发光二极管)的数量可以取等于所述基础数量加l、 2、 3或若干个。本发明的构成光源的方法与现有技术的最大不同点在于；本发明的确定发光单元的数 量的主要因素是供电电路的最大供电电压和发光单元的工作电压，而现有技术的确定发光 单元的数量的主要因素是光源的设定功率和发光单元的标称功率。两者在根据各自的因素 确定发光单元的数量的计算方法上是相同的。本发明的光源构成方法至所以能提高供电电 路的效率在于所取的主要因素与现有技术的不同，而与确定发光单元的数量的计算方法无 关。
上述方法适用于任何一种相对于供电电路输出电压低的工作电压的发光单元。
通常，当发光单元的设定功率按照步骤B)确定后，在步骤C)中，按照现有的或未 来的任何一种加工工艺就可以制造出该发光单元，这是因为本发明不涉及发光单元的加工 工艺的改进，只是涉及发光单元的整体指标即工作电压和设定功率的确定。发光二极管也 是如此。 一方面，发光二极管根据给定的工作电压和设定功率以及某个制造工艺就可制造 出相应的发光二极管。另一方面，在制造工艺确定的情况下，发光二极管的芯片面积与发 光二极管的功率成正比，在这种情况下，上述步骤C)中制作各个发光单元进一步包含 Cl)根据步骤B)确定的每个发光单元(例如每个发光二极管)的标称功率，参照标称发 光单元(例如发光二极管)的标称功率和芯片面积，按照芯片面积与功率成正比的关系， 确定每个发光单元(例如每个发光二极管)的芯片尺寸的步骤；和按照步骤C1)确定的每 个发光单元(例如每个发光二极管)的芯片尺寸和标称发光单元(例如发光二极管)的制 作工艺制作各个发光单元(例如发光二极管)的步骤。
上述步骤C)中选取各个发光单元(例如发光二极管)进一步包含选取其标称功率接 近所述设定功率的标称发光单元(例如发光二极管)作为各个发光单元。在这种情况下， 可通过电路调节光源的工作点使光源达到设定功率。例如，发光单元是发光二极管时，用 这样的标称发光二极管构成光源，并用该光源构成照明装置时，可通过调整标称发光二极 管的工作电流使光源工作在设定功率下。
在上述方法中，例如对于发光二极管的制作仅仅涉及发光二极管的芯片的尺寸变化， 并不涉及制作发光二极管的其它工艺的变化。因此，任何一种现有的或未来的发光二极管 的制作方法都适用于本发明，并且不再对发光二极管的具体制作方法加以举例说明。
下面说明本发明构成光源的方法的应用例。
参见图1，其中光源的发光单元采用例如发光二极管。当供电电路的输入交流电压为 220V时，该供电电路经整流器(整流二极管D1-D4)整流后的理论上最大供电电压为220VX1.414"311V。当标称的发光单元选用额定功率为1W的LUXE0N (商标)REBL (型号)的 发光二极管(美国LUMILEDS公司生产)时，该管在标称功率为1W时的工作电压约为3. 5V， 工作电流约350毫安。设定光源LDA的功率为40W，根据步骤A)可得到该光源LDA所需 发光二极管的数量311V/3.5V^89。根据步骤B)确定每个发光二极管的功率40W/89" 0.45W。再根据步骤C)制造每个发光二极管。也可以按照步骤Cl)确定发光二极管的芯 片面积=(0.45W/1W) X1W的LUXE0N (商标)REBL (型号)的发光二极管的面积，再按照 步骤Cl)用生产该标称发光二极管的制造工艺制造各个0. 45W的发光二极管，再用89个 0.45W的发光二极管串联构成设定功率为40W的光源LDA。按照上述方法构成的光源具有 使供电电路能以其最大的供电效率100% (忽略整流二极管D1-D4的功耗)对光源供电的效 果。另外，该方法还具有使同一供电电路以其最大供电效率对不同设定功率的光源进行供 电的优点。
图2示出另一例按照本发明构成光源的方法构成光源并用该光源构成照明装置的电路 图。这是一个比图1实施例更具有实用性的实施例。发光二极管通常需要恒流供电才能使 得光源的照明具有稳定性，因而图2实施例与图1实施例相比只是增加了恒流电路M，其 余部分的结构与图1的相同。由图2可见，恒流电路M包含恒流电阻(即电流负反馈电阻) Rb和电压调节恒流器件4。当电压调节恒流器件4例如是LM117、 LM317或LM388等时， 加在恒流电阻Rb两端的电压V23 (恒定电压)约为2.5V，且设定电压调节恒流器件4的 工作电压Vx (即电压V13)为2V，则根据"供电电路的最大供电电压"的定义，向所述 负载(光源)提供的使所述负载(光源)能正常工作的输出电压为供电电路输出中减去恒 流电阻等耗能元器件的工作电压后的电压，即311V-2.5V-2V=306.5V，其中，311V为供电 电路的输出(输出电压)，2.5V为恒流电阻Rb的工作电压，2V为作为耗能元器件的电压 调节恒流器件4的工作电压，306.5V是供电电路的最大供电电压。
在获得供电电路的最大供电电压306.5V后，光源构成的其余步骤与图1中的相同。发 光单元例如为工作电压为3.5V的发光二极管。光源的设定功率为40W。构成光源的发光 二极管的数量为306.5V/3.5V=87.57。按照本发明的方法，构成光源的发光二极管的数量可 以取87只，此时光源多余电压二306.5-3.5X87:2V可分配给恒流电路M，具体来说，分配 给电压调节恒流器件4，这样电压调节恒流器件4的工作电压V13-2V+2V-4V，从而提高 了恒流特性下的电源电压变化的范围；构成光源的发光二极管的数量也可以取86只，此 时光源多余电压为2V+3.5V-5.5V可分配给恒流电路M，具体来说，分配给电压调节恒流器件4的工作电压V13=2V+5.5V=7.5V，从而进一步提高了恒流特性下的电源电压变化的 范围；构成光源的发光二极管的数量也可以取88只，此时可分配给恒流电路M的电压为 311V- (88X3. 5V) =3，为了保证光源的设定功率40W不变，恒流电阻Rb两端的电压V23 (恒定电压)约为2.5V也不变，因而分配给电压调节恒流器件4的工作电压V13为0.5V， 从而减小了恒流特性下的电源电压变化的范围，但此时可进一步提高供电电路的效率。
图2实施例中的供电电路的效率计算如下，对于光源的二极管的数量为86只，供电电 路的效率(忽略整流二极管D1-D4的损耗)=86X3.5V/311V=96.7%;对于光源的二极管的 数量为88只，供电电路的效率=88乂3. 5V/311V=99%;
以上结合附图对本发明进行了详细说明，本领域中技术人员根据说明书所揭示的本发 明的构思，还可作出除说明书中描述的变化例外的其它各种变化例，因此本说明书所描述 的实施例及其变化例不应当构成对本发明的限定，而应当用体现本发明构思的所附权利要 求书对本发明加以限定。
权利要求
1、一种用多个发光单元构成光源的方法，包含步骤A)根据以下因素确定发光单元的数量，所述因素包含供电电路的最大供电电压和发光单元的工作电压；B)根据光源的设定功率和步骤A)确定的发光单元的数量确定每个发光单元的设定功率；C)根据发光单元的工作电压和步骤B)确定的每个发光单元的设定功率制作或选取各个发光单元；D)用步骤C)获得的各个发光单元，按照步骤A)确定的发光单元的数量串联构成所述光源。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述因素进一步包含供电电路的效率和 恒压特性下的电源电压变化的范围。
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述因素进一步包含供电电路的效率和 恒流特性下的电源电压变化的范围。
4、 如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述发光单元是发光二极管。
5、 如权利要求1至3任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤C)中制作各 个发光单元进一步包含Cl)根据步骤B)确定的每个发光单元的设定功率，参照标称发 光单元的标称功率和芯片面积，按照芯片面积与功率成正比的关系，确定每个发光单元的 芯片尺寸的步骤；和按照步骤C1)确定的每个发光单元的芯片尺寸和标称发光单元的制作 工艺制作各个发光单元的步骤。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发光单元为发光二极管。
7、 如权利要求1至3任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤C)中选取各 个发光单元进一步包含选取其标称功率接近所述设定功率的标称发光单元作为各个发光 单元，。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发光单元是发光二极管。
全文摘要
一种用多个发光单元构成光源的方法，包含步骤A)根据以下因素确定发光单元的数量，所述因素包含供电电路的最大供电电压和发光单元的工作电压；B)根据光源的设定功率和步骤A)确定的发光单元的数量确定每个发光单元的设定功率；C)根据发光单元的工作电压和步骤B)确定的每个发光单元的设定功率制作或选取各个发光单元；D)用步骤C)获得的各个发光单元，按照步骤A)确定的发光单元的数量串联构成所述光源。按照上述方法构成的光源能实现供电电路最大输出电压下的高供电效率，并且能用同一供电电路对任何设定功率的光源都能实现供电电路最大输出电压下的高供电效率。
文档编号F21S2/00GK101487571SQ20091004629
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月18日 优先权日2009年2月18日
发明者俞志龙 申请人:埃迪科技(苏州)有限公司