专利名称：低压灯的led替代品的制作方法
技术领域：
本发明是关于电器用具的，更为明确地说，是关于低压灯的LED替代品的，该LED替代品可作为诸如MR16卤素灯之类的低压灯的替代品而进行工作。
背景技术：
“MR”表示多重反射罩，是一种受压的玻璃反射罩，内表面(反射面)由若干个小平面组成，覆有反光涂层。这些小平面通过聚集来自灯丝的光，产生集中的光束。某些MR灯的反射罩具有光滑的内表面，而不是若干小平面，但一般仍称作为MR灯。典型的MR灯具有一个单端的石英卤素灯丝囊状光源，通常由一个无变压器的电子式电源供电。该电子式电源应该能满足典型的MR-16灯的额定功率要求(根据照明的应用情况，其范围为10至100W)。MR-16灯通常以低于120V的电压工作，标称值是12V。但是，要找到工作电压为6或24V的MR-16灯，是不难的。为了将线电压从120或240V降至适合于这些灯的电压值，需要开关电源。大多数MR-16低压灯配备有一个灯座，灯座具有两根电接触的引脚。但是也可使用其他灯座，例如卡口式灯座或旋转锁定式灯座。低压灯的照明一般是采用一个磁性降压变压器，该变压器工作于120V交流电，在大约60Hz产生约为12V的交流输出。该频率可使LED工作时在其输出上不会产生视觉可见的闪烁。但如果采用了无变压器的开关电源，就会产生这样的问题:电子变压器，通常其振荡器在接通之前和向输出产生电流之前需要在输出的一个负载，该负载是随着不同的电子变压器而变化的，但典型设定值是8-10W。如果变压器未检测到负载在此数值(范围)，变压器将不能启动(启动失败)。一般而言，基于LED的替代品的光源给予变压器一个负载，它是变压器定额的百分之十，低于变压器的“0N(接通)”设定点。此外，开关电源振荡器设定的输出频率可能会比磁性变压器提供的标准60Hz线路频率高出许多倍。该频率是足够高的，高到能在LED光源的驱动电路中产生谐波。LED具有8-10毫微秒(纳秒)的上升时间，因此这些谐波有着足够的振幅，能以一个振荡器频率分谐波的频率有效地接通和关断LED，从而使LED光源产生闪烁，这种闪烁对于看着灯光的人来说是显而易见的。为了用LED光源替代MR-16卤素灯光源，已经进行了尝试。当采用LED时遇到的上述问题是:LED并未引出足够电流激活开关电源。另外，开关电源可能会随时输出瞬时电压尖脉冲，会损坏LED替代品中的灵敏的LED源。因此，我们需要解决了上述问题的LED替代品，用来替代低压灯。
发明内容低压灯的该LED替代品，是典型的卤素或其他非LED光源低压灯的替代品。低压灯的该LED替代品，具有典型的低压波形系数，其外壳内装有数个LED，外壳上盖有一个多重反射罩，提供的照明有着可比得上非LED光源的低压灯的照明特性。外壳内配置有功率调节固态电路，向LED提供着受到调节的激励(励磁)电压源。该功率调节电路至少具有一个陶瓷电容器，与灯的电源输出引线并联。最好是将一对阳极连在一起的齐纳二极管与功率调节陶瓷电容器并联布置。功率调节电路位于电压整流器和滤波器组之前(其输出提供给一个调压器，该调压器向LED光源提供受调的直流电压)。调压器的输出可受到根据灯壳内温度情况而使LED调暗或关断的热保护电路的调制。本发明的这些特点以及其他特点，随着下文的详细描述以及插图，将变得更加明白易懂。
图1是本发明的低压灯LED替代品的透视图。图2是本发明的低压灯LED替代品的平面图。图3是发明低压灯LED替代品的驱动电路的第一个实施例的原理示意图。图4是发明低压灯LED替代品的驱动电路的第二个实施例的原理示意图。图5是发明低压灯LED替代品的驱动电路的第三个实施例的原理示意图(提供调暗补偿)。相似的参照特性意味着若干附图(示出的)一致的相应特性。
具体实施方式
实施例描述如图14所示，本发明提供了一种低压灯LED替代品。作为齒素反射罩替代物的该LED替代品(图中的10)具有一个典型的低压灯泡波形系数，其外壳内装有数个LED灯(图中的15)，外壳上盖有一个多重反射罩(图中的25)，提供的照明有着可比得上卤素灯的照明特性。该LED替代品(图中10)具有一个灯座(图中30)，从灯座延伸出两根电接触管脚(图中35)。布置在外壳中的功率调节固态电路(图中305)和功率调整电路(图中310)向LED灯提供着受调的激励(励磁)电压源。功率调节电路(305)包括至少一个陶瓷电容器(C5)，与该替代品(10)的一个典型12V交流电源的输出引线Jl和J2并联。C5最好是陶瓷的，以便提供与典型LED灯泡LED1-LED3的平均故障间隔时间MTBF(大约为50000+小时)相同数量级的平均故障间隔时间MTBF。电容器C5的优选数值范围是在大约50V额定值时在0.015uF之间。如图4所示，另一实施例提供了 一对阳极连在一起、与功率调节的陶瓷电容器C13'并联的齐纳二极管(图中的U3'和U4')。齐纳限幅电压最好是设在大约19V。电容器C13,的优选数值范围是在大约50V额定值时在0.015uF之间。参照图3，功率调节电路可包括一个(优选为)全波电压整流器，由二极管D1、D2、D3和D4组成，该电压整流器连接到一个包括电容器Cl和C2的滤波器组，使提供至调压的LED驱动电路Ul (它向直流LED光源(15) (LEDK LED2和LED3)供电)的直流电压输出平稳，一个示例性的驱动Ul可以是一个Maxim MAX 16820，它提供具有高端电流感测和大约5000: I调暗的大约2MHz高亮度LED驱动。整流器输出的YIN连接至驱动Ul的IN端(引脚I)。驱动Ul最好能为范围在大约4.5至28V的VIN输入电压提供大约5V的调整输出。调压(稳压)的LED驱动电路U1，其输出可受到热保护电路的调制(R3是一个正温度系数的热敏电阻，是与电阻器R4的一个串联分路)。它在Ul的调暗输入DM(引脚3)扼制着至电容器C4的充电(至LED的LED1、LED2和LED3)，当灯壳(图中的20)内温度超过预设的安全门槛值时，通过并联调节器U2渐渐地调暗和关掉LED。功率减低优选地设在大约60°C时开始，减低率设为在大约73°C时削减50%功率，(或最大允许温度的85% )，防止出现不可预见的情况而对灯系统(图中的10)造成热损害。可通过脉宽调制(PWM)或线性方式将功率减低。U2的设定点由相对于热敏电阻R3和R4的电阻R5和R6确定。并联调节器U2的正向偏压由电阻Rl和R2的串联组合提供，Rl直接连接到滤波直流电压的正侧(加侧)VIN。并联调节器输出U2被连接到调节器/LED驱动Ul的CSN(电流感测脚2)输入。调节器/LED驱动Ul输出DRV(引脚5)引至金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)Ql的N沟道的门，其输出馈送给Schottky (肖特基)二极管D8，为LED提供受调(稳压)了的输入电压。标准的二极管可用于D8，但最好采用Schottky (肖特基)二极管，因为其正向电压降较低，也就是说，Schottky 二极管大约为0.25V，而标准的二极管大约为
0.6V。串联电阻Rl和R2上的电压降向数个LED(即LED的LED1、LED2和LED3)提供着受调(稳压)了的直流电压。电阻R7和电容C3从调节器或驱动芯片Ul上的接地(引脚4)提供足够的VCC(引脚6)隔离。电感器LI与滤波电容器C1-C2—起工作，提供附加的直流脉动滤波。但是，由于LI是位于LED3与Ql之间的，电感值可降至大约50 μ H，从而维持一个可与MR-16灯的波形系数兼容的小型波形系数。再次参照图4，图上示出的是:本发明可按比例放大，容纳更多数目的LED灯，例如由10个LED(LED1至LED10)组成的阵列。上文讨论过，瞬态限制的齐纳二极管U3'和U4'并联于功率调节的陶瓷电容器C13'。这个C13'，像图3中的C5—样，为在Jl'和J2'的电子开关电源输出的高频元件提供一个通路，以便电子式电源能感测到足够的负载，使其自身接通。为了增加电压整流的效率，提供的Schottky (肖特基)二极管Dl'、D2'、D3'和D4'具有低的Vf值(大约为0.25V)。滤波电容Cl'至C9'要优先地采用钽材料制成，并且其平均故障间隔时间(MTBF)应与典型LED阵列(例如:LED1至LED10)的平均故障间隔时间在同一数量级。Rli和R2'与图3中Rl和R2的功能相同。然而，LED驱动电路Ul'还进一步通过与电阻Rl'和R2'并联的电容C14'而受到交流瞬态输入的保护。LED驱动电路Ul'的输入I'至6,与图3中的连接方式类似。但是，除了由并联调节器U2'和相关电阻R4'、R5'(热敏电阻)和R6'提供的热逸散保护外，如图4所示的LED灯的电路还通过R7'、R8'、C1(V和晶体管Q2'而进行电压逸散保护(其输出也连接到调暗输入DM(引脚3')。晶体管Q2'具有一个上拉电阻器R3'，而驱动Ul'的VCC输入具有一个上拉电阻器RlO'。对地的直流隔离由电容器C12'提供。调节器/LED驱动Ul'输出DRV(引脚6')引至N沟道金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)Ql的门，其输出馈送给二极管D5'，为LED阵列(LEDl'至LEDlO')提供受调(稳压)了的输入电压VIN。电容Cll'并联于LED阵列，使电压更加平稳，抵销阵列分支LEDl'至LED5'与阵列分支LED6'至LEDlO'之间可能会产生的电压差。电感LI'与Cl' C9' 一起起作用，提供附加的直流脉动滤波。但是，由于LI'是位于Rl'与Ql之间的，电感值可降至大约50 μ H，从而维持一个可与MR-16灯的波形系数兼容的小型波形系数。参照图5，该低压灯LED替代品可以包括调暗补偿电路，该补偿电路由二极管D13、电阻R13和电容C4组成。该调暗补偿电路采用了低压电子式电源和电子式低压调光器，可以进行无闪烁调暗。(交流电)后端切割式调光器在60Hz周期开始时斩波交流波形，在低调暗程度不能供给足够电压以使驱动芯片UlMAXI 6820(或等效装置)保持在通电状态或唤醒状态。由于每次突然地降低至各LED的电流、驱动芯片“进入睡眠”，会影响到LED的输出。当输至芯片的电压被调低至低于8V直流，此种LED输出的“接通-关断”循环会变为显而易见的抖动和闪烁。调暗补偿电路连接至驱动Ul的CSN和DM输入。图5实质上是等同于图3的，只不过是在驱动芯片Ul的引脚2处加上了电阻器R13，在电容器C4与并联调节器U2之间连接了二极管D13而已。二极管D13、电阻器R13和电容器C4是一个示例性(典型)的连接到驱动芯片Ul的配置，能实现所需的调暗补偿，避免在调暗过程中灯的闪烁现象。调暗补偿电路采用了一个(交流电)后端切割式调光器，使电容器C4被连续地从脉动电容器之后的主支流上馈给电流、从而使电容器C4能连续接收12V直流电并存贮它。这样就可使LED MR 16无闪烁地变暗。电容器C4将电流送至驱动芯片U1，确保即使调至极暗时电压也决不降至临界水平。此外，二极管D13起到一个单向阀的作用，确保当电容器C4放电时、电流不会回馈至主电路。另外，可计算求得电阻器R13的数值，确保电容器C4不会放电太快，也就是说，R13和C4组成一个R-C回路，回路中电容器C4保持足够的剩余电荷，足以在低压周期使芯片Ul保持“醒着”状态。再者，可选取电阻器R13的值，使电阻器R13保护芯片Ul不接收过量的驱动电流。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求1.一种低压灯LED替代品，包括如下这些部分: 一种外壳； 外壳内的数个发光二极管； 外壳上的半透明反射透镜，该半透明反射透镜将发自发光二极管、从外壳逸散出的光进行聚焦； 在外壳背部的使灯通电的电触头； 电压整流-调压的LED驱动电路，该LED驱动电路被许可作为从变压器输入低压交流电并产生与其回应的恒流稳压作为至LED的输出； 电气跨接低压交流输入的一个陶瓷电容器，该陶瓷电容器向变压器提供足够的负载，使变压器接通输入； 连接至电压整流-调压的LED驱动电路的热保护电路，该热保护电路在当LED灯超过预设门槛温度值时能将至发光二极管的功率降低； 在低压交流输入端与陶瓷电容器并联的一对齐纳二极管，这对齐纳二极管的阳极连在一起，阴极则连接至低压交流输入的各自端子上；以及 一种在热保护电路和电压整流-调压LED驱动电路之间连接的调暗补偿电路，它能向LED驱动电路提供足够的电压，使得当热保护电路降低至发光二极管的功率时能保持发光二极管的无闪烁状态。
2.根据权利要求1所述的LED替代品，其中，外壳是与MR-16波形系数兼容的。
3.根据权利要求1所 述的LED替代品，其中，电压整流电路包括数个二极管，且是以一种全波整流方式配置的。
4.根据权利要求1所述的LED替代品，还包括了一个Schottky(肖特基)二极管，该二极管以电气方式布置在电压整流-调压LED驱动电路的调压器/驱动部分的输出端。
5.根据权利要求1所述的LED替代品，还进一步包括了连接至上述电压整流-调压LED驱动电路的调暗输入的调暗补偿电路。
6.根据权利要求1所述的LED替代品，其中，LED驱动电路的电压整流部分还进一步包括了以并联方式跨接整流器输出端的数个钽电容器。
7.根据权利要求1所述的LED替代品，其中，热保护电路具有脉宽调制调暗的配置。
8.根据权利要求1所述的LED替代品，其中，热保护电路是为线性调光配置的。
9.根据权利要求1所述的LED替代品,其中,数个发光二极管以电气方式并排布置,一个平滑电容器并联于LED排。
10.根据权利要求1所述的LED替代品，其中，陶瓷电容器在大约50V额定值时其值为大约 0.015uF。
11.根据权利要求1所述的LED替代品，其中，一对齐纳二极管提供大约19V的削波(限幅)作用。
12.—种低压灯LED替代品，包括如下这些部分: 一种外壳； 外壳内的数个发光二极管； 外壳上的半透明反射透镜，该半透明反射透镜将发自发光二极管、从外壳逸散出的光进行聚焦；在外壳背部的使灯通电的电触头； 电压整流-调压的LED驱动电路，该LED驱动电路被许可作为从变压器输入低压交流电、产生与其回应的恒流稳压作为至LED的输出，其中，电压整流-调压LED驱动电路的调压器/驱动部分包括大约2MHz的高亮度LED驱动(它具有高端电流感测和大约5000: 1的调光)； 电气跨接低压交流输入的一个陶瓷电容器，该陶瓷电容器向变压器提供足够的负载，使变压器接通输入； 连接至电压整流-调压的LED驱动电路的热保护电路，该热保护电路在当LED灯超过预设门槛温度值时能将至发光二极管的功率降低；以及 一种在热保护电路和电压整流-调压LED驱动电路之间连接的调暗补偿电路，它能向LED驱动电路提供足够的电压，使得当热保护电路降低至发光二极管的功率时能保持发光二极管的无闪烁状态。
13.一种低压灯LED替代品，包括如下这些部分: 一种外壳； 外壳内的数个发光二极管； 外壳上的半透明反射透镜，该半透明反射透镜将发自发光二极管、从外壳逸散出的光进行聚焦； 在外壳背部的使灯通电的电触头； 电压整流-调压的LED驱动电路，该LED驱动电路被许可作为从变压器输入低压交流电并产生与其回应的恒流稳压作为至LED的输出； 电气跨接低压交流输入的一个陶瓷电容器，该陶瓷电容器向变压器提供足够的负载，使变压器接通输入； 连接至电压整流-调压的LED驱动电路的热保护电路，该热保护电路在当LED灯超过预设门槛温度值时能将至发光二极管的功率降低。其中，热保护电路在大约60°C时开始降低功率，其降低功率的程度是:在最大允许温度的大约85%时削减功率50% ;以及一种在热保护电路和电压整流-调压LED驱动电路之间连接的调暗补偿电路，它能向LED驱动电路提供足够的电压，使得当热保护电路将至发光二极管的功率降低时能保持发光二极管的无闪烁状态。
专利摘要低压灯的该LED替代品，其外壳内装有数个LED(发光二极管)灯，外壳上盖有一个多重反射罩，提供的照明有着可比得上非LED光源的低压灯的照明特性。外壳内配置有功率调节固态电路，向LED提供着受调(稳压)的激励电压源。该功率调节电路至少具有一个陶瓷电容器，与灯的电源输出引线并联。一对阳极连在一起的齐纳二极管与陶瓷电容器并联布置。功率调节电路位于电压整流器和滤波器组之前(其输出提供给一个调压器，该调压器向LED光源提供受调的直流电压)。调压器的输出受到能限制LED对灯过热反应的热保护电路的调制。
文档编号H05B37/02GK202941014SQ201220627489
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者顾天一 申请人:顾天一