CN108040398A - 一种高可靠性的led线性恒流照明模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高可靠性的LED线性恒流照明模组:包括:与电路输入端连接的浪涌抑制模块;用于电压信号采集的电压滤波采样整形模块;用于整流的整流模块;LED芯片以及恒流控制模块;整流模块与浪涌抑制模块连接,电压滤波采样整形模块通过整流模块与恒流控制模块接入电路,LED芯片通过恒流控制模块接入电路。移除采用DMX512及PWM调光模块实现高压保护的高成本及响应迟缓的方案。电压滤波采样整形模块,恒流控制模块分离,并进一步优化电压滤波采样整形模块与恒流控制模块的兼容性,使得电压滤波采样整形模块功能在恒流控制模块内置温度传感器起作用之前响应,恒流控制模块降低输出电流,防止LED芯片及恒流控制模块击穿失。
Description
技术领域
本发明涉及自整流LED照明模组领域,特别涉及一种高可靠性的LED线性恒流照明模组。
背景技术
现有LED线性恒流模组其一技术方案是通过过温保护模块调低***功率,实现对模块的可靠性保护,其技术分解如下说明:
整流模块负责整流滤波,对恒流模块及LED负载提供稳定的输入,恒流模块通过电流调节电阻实现对负载恒定的电流输出,恒流模块同时内置具备过温保护功能,由于高输入电压过于频繁,LED芯片电压升高时,***功耗大幅上升,发光模组***持续工作在超额定状态,导热散热***失去平衡,导致恒流模块温度剧升,恒流模块内置的传感器输出恒流模块调低输出电流的指令来降低***功率,发热减少至热平衡状态,这个热平衡状态一直都保持在高温点,如恒流模块的主控IC耐受温度表现在其引脚的温度为115℃,按照E-SOP8IC封装的热阻45-65℃计算,IC内部晶元的工作温度在过载热平衡状态下的温度至少为150-160℃,当发光模组温度超过温度传感器耐受性时,温度传感器失效,模组持续高温超额工作状态,导致LED芯片击穿失效,这个温度会严重影响发光模组的可靠性。
现有LED线性恒流模组其二技术方案是恒流模块匹配外接调光模块,调光模块内置温度传感器,调低***功率,其技术分解如下说明:如其一方案所述,整流模块负责整流滤波,对恒流模块及LED负载提供稳定的输入,恒流模块通过电流调节电阻实现对负载恒定的电流输出,此时恒流模块无过温保护功能,需要外部增加温度反馈电路设计,由于高输入电压过于频繁,当LED芯片电压升高时,***功耗大幅上升,发光模组***持续工作在超额定状态,导热散热***失去平衡,导致恒流模块温度剧升,此时温度反馈电路的温度传感器会通过获取模组的高温信息,通过传感器及稳压电路,将温度与反馈电路输出电压的高低成正比关系的电压值输出至恒流IC的调光引脚,恒流控制模块按照调光指令降低输出电流,降低***功率,发热减少至热平衡状态,这个热平衡状态一直都保持在高温点,如其一方案所述,恒流模块的IC内部晶元的工作温度在过载热平衡状态下的温度至少为150-160℃,当发光模组温度超过温度传感器耐受性时,温度传感器失效,同时外部增加的温度反馈模块起作用的时间周期较长,温度上升更高,恒流IC无法执行恒流功能,模组持续高温超额工作状态,导致LED芯片击穿失效,比如上所述的其一方案对可靠性的影响更严重。
现有LED线性恒流模组其三技术方案,其技术分解如下说明:
在整个LED模组中,LED器件的整体耐压值最低,高压输入时,浪涌保护电路吸收掉突波后残压值仍然超过恒流模块内置mos电压耐受值,高压直接加载在LED芯片,导致LED芯片过压击穿失效;在恒流模块,高压残压会溢出到IC内部恒流电路,导致IC输出电流失稳,最终LED芯片过流击穿失效。
发明内容
本发明目的是为了克服上述高压或高压引起过温、过压、过流等超额定工作状态,导致LED芯片,恒流控制模块击穿的失效,降低LED线性恒流照明模组寿命的技术缺陷,提供一种高可靠性的LED线性恒流照明模组。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,包括:
与电路输入端连接的用于吸收输入端高能量电压电流突波的浪涌抑制模块;
用于电压信号采集的电压滤波采样整形模块;
用于整流的整流模块;
LED芯片以及用于控制所述LED芯片的恒流控制模块;
所述整流模块与所述浪涌抑制模块连接,所述电压滤波采样整形模块通过整流模块与恒流控制模块接入电路,所述LED芯片通过恒流控制模块接入电路。
作为优选:所述电压滤波采样整形模块包括至少四个电阻,第一整流二极管,第一滤波陶瓷电容及第一三极管;四个电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一泄能电阻;
其中第一电阻、第二电阻、第三电阻串联组成初始电压采样电路;串联的三个电阻中,第一电阻与所述整流模块阳极连接,第三电阻与所述整流模块阴极连接、并接地,
第三电阻对所述整流模块输出对地的压降为初始采样电压值,所述初始采样电压值通过第一整流二极管传输到第一滤波陶瓷电容及第一泄能电阻,进行平滑滤波整形后输出稳定的采样电压值到第一三极管的栅极,第一三极管的栅极得到的采样电压信号控制第一三极管输出负反馈信号到所述恒流控制模块,改变所述恒流控制模块的输出电流。
作为优选,所述浪涌抑制模块包括至少一压敏电阻,第一绕线电阻,第二绕线电阻,压敏电阻的两个电极分别接入输入端相线和零线,第一绕线电阻串联接入输入端相线,第二绕线电阻串联接入输入端零线;所述压敏电阻的相线和零线分别与第一绕线电组及第二绕线电阻连接;所述第一绕线电阻及第二绕线电阻皆与整流模块连接。
作为优选,所述整流模块的输入端与所述浪涌抑制模块的输出端连接,所述整流模块输出端阳极与所述LED正极连接,所述的整流模块阴极接地。
作为优选,所述整流模块包括至少两串两并相接并通过SOP-4封装的整流桥堆。
作为优选,所述恒流控制模块包括至少主控IC,包括两个调节所述恒流模块输出电流的第四电阻、第五并联电阻;所述主控IC与所述的LED芯片、并联的第四电阻及第五电阻、所述电压滤波采样整形模块连接,且所述主控IC有一引脚接地。
作为优选,还包括EMC模块,EMC模块包括至少一滤波电容,所述EMC模块的其中一个电极与所述整流模块阳极连接,所述EMC模块的另外一个电极接地。
作为优选,其特征在于:还包括用于焊接元器件的导热基板。
作为优选,其特征在于:还包括THD模块,所述THD模块至少包括两个串联的第六电阻、第七电阻及第八电阻,第二滤波陶瓷电容,第一稳压二极管,两串联电阻的一个电极与所述的整流模块输出端阳极连接,另外一个电极分别与所述恒流控制模块连接,与第二滤波陶瓷电容、第八电阻、第一稳压二极管并联后的一个电极连接,第二滤波陶瓷电容、第八电阻、第一稳压二极管并联后的另一个电极接地。
作为优选,其特征在于:所述电路输入端的火线连接有熔断式保险器件。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
移除采用DMX512或外接PWM调光模块实现高压保护的高成本及响应迟缓的方案。电压滤波采样整形模块,恒流控制模块分离,并进一步优化电压滤波采样整形模块与恒流控制模块的兼容性,使得电压滤波采样整形模块功能在恒流控制模块内置温度传感器起作用之前响应,恒流控制模块降低输出电流,防止LED芯片及恒流控制模块击穿失效,达到提高可靠性的目的。
创造性的采用电压滤波采样整形模块与恒流控制模块优化结合的方案,在恒流模块过压过流等异常状态时,有效防止对恒流模块产生的过压过流冲击的失效。
有效防止在冷热冲击试验和高温高湿时,恒流模块物理特性产生变化,引起输出电流失稳,导致LED过压过流冲击而失效的现象。
有效防止浪涌雷击试验时,高压过流溢出并加载在LED芯片和恒流控制模块而导致LED芯片和恒流控制模块失效的现象,同时与浪涌抑制模块结合,进一步的降低恒流控制模块及LED芯片的击穿失效的风险。
现有采用本发明的方案相比通过复杂的调光机理实现高压保护的方法更容易实现,同时方案成本更低,更好的降低LED线性恒流模组在异常状态下的失效,提高LED线性恒流照明模组的可靠性。
附图说明
图1是本发明所述的高可靠性的LED线性恒流照明模组的电路原理图;
图2是本发明所述的高可靠性的LED线性恒流照明模组的电路板示意图。
图3是本发明所述平滑滤波整形后输出稳定的采样电压值的波形图;
图4是传统电路的保护响应时间的波形图;
图5是传统保护电路采样滤波后的不规整电压波形图;
图6是本发明所述电压滤波采样整形模块响应时间的波形图;
图7是本发明所述软启动波形图(保护恢复后,缓慢递增式开启驱动阀门至设定值)。
具体实施方式
现结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1~图2所示,本发明所述一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,包括与电路输入端连接的用于吸收电路输入端高能量电压电流突波的浪涌抑制模块、用于电压信号采集的电压滤波采样整形模块、用于整流的整流模块、用于符合《GB/T 18595-2014一般照明用设备电磁兼容抗扰度要求》、GB 17625.1-2012的标题:《电磁兼容限值谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》、《GB/T 17626.5-2008电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验》国家要求的THD及EMC模块、用于发光的LED芯片以及用于控制所述LED芯片的恒流控制模块,所述LED芯片通过恒流控制模块接入电路,所述电压滤波采样整形模块与所述THD模块、EMC模块通过整流模块与恒流控制模块接入电路。
浪涌抑制模块包括至少一压敏电阻MOV,第一绕线电阻RSW1,第二绕线电阻RSW2,压敏电阻MOV并联接入电路输入端的相线L和零线N,第一绕线电阻RSW1串联接入电路输入端相线L,第二绕线电阻RSW2串联接入电路输入端零线N。浪涌抑制模块保护整流模块,LED芯片,恒流控制模块,电压滤波采样整形模块,EMC模块,THD控制模块;浪涌抑制模块相线串联接入保险丝用于电路输入端过电流过电压时起到熔断保护作用。压敏电阻的相线和零线分别与第一绕线电组及第二绕线电阻连接;第一绕线电阻及第二绕线电阻皆与整流模块连接。
整流模块包括至少两串两并相接并通过SOP-4封装的整流桥堆BD1,整流模块的输入端与浪涌抑制模块的输出端连接,整流模块输出端阳极与LED正极连接,整流模块阴极接地。整流模块使得LED芯片,恒流控制模块,电压滤波采样整形模块,EMC模块,THD控制模块正常工作所需的电气性能。
电压滤波采样整形模块包括至少第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3,第一泄能电阻R16,第一整流二极管DS1,第一滤波陶瓷电容C1,第一三极管T1,其中第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3三个串联组成初始电压采样电路,其中第一电阻R1与所述整流模块阳极连接,其中第三电阻R3与所述整流模块阴极连接、并接地,此时第三电阻R3对所述整流模块输出对地的压降为初始采样电压值,此初始采样电压值通过第一整流二极管DS1传输到第一滤波陶瓷电容C1及第一泄能电阻R16进行平滑滤波整形后输出稳定的采样电压值到第一三极管T1的栅极,第一三极管T1的栅极得到的采样电压信号控制第一三极管T1输出负反馈信号到所述恒流控制模块IC U3第六引脚,改变所述恒流控制模块的输出电流。
所述恒流控制模块包括至少主控IC U3,包括两个调节所述恒流模块输出电流的并联第四电阻R14、第五电阻R15,其中IC U3的第一至第四引脚分别与第一LED芯片至第四芯片连接,其中IC U3的第五引脚与调节所述恒流控制模块输出电流的第四电阻R14、第五电阻R15连接,其中第六引脚与所述THD模块的第六电阻R12,第七电阻R17的其中一个电极连接,其中IC U3的第六引脚与所述电压滤波采样整形模块的信号输出端连接,其中IC U3的第七引脚与地连接,其中IC U3的第八引脚悬空。
EMC模块包括至少一个滤波电容C11,EMC模块的其中一个电极与整流模块阳极连接,EMC模块的另外一个电极接地;
THD模块至少包括两个串联的第六电阻R12,第七电阻R17及第八电阻R13,其中两个串联电阻的一个电极与所述的整流模块输出端阳极连接,另外一个电极分别与所述恒流控制模块的关键元件IC的第六引脚连接、与第一稳压二极管Z1以及与第一稳压二极管Z1并联的第八电阻R13的阳极连接,并通过第一稳压二极管Z1以及与第一稳压二极管Z1并联的第八电阻R13的阴极与地连接,其中第二滤波陶瓷电容C11与第八电阻R13并联后阳极与IC的第六引脚连接,负极接地。
为了确保电路的安全性,电路输入端的火线连接有熔断式保险器件F1。
为了更好地散热,还包括用于焊接元器件的导热基板01。
本发明所述具有一种高可靠性的LED线性恒流照明模组及其实现方法的工作原理:
当LED线性恒流照明模组的电路输入端有突变高压加载时,浪涌抑制模块首先起到保护的作用,承担绝大部分的浪涌电压电流能量波,残余能量会以电压和电流的方式通过整流模块加载在恒流控制模块、电压滤波采样整形模块、LED芯片、THD模块上,这个时间很短,加载速度很快,导致恒流控制模块内部的温度传感器还没有及时响应,LED芯片和恒流控制模块已经被击穿失效。本发明通过电压滤波采样整形模块,一方面通过所述电压滤波采样整形模块第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3,来分担高压,防止高电压大电流瞬间加载在恒流控制模块和LED芯片上,另外一方面通过第三电阻R3对地变化的电压压降为初始采样电压值,此采样电压值通过第一整流二极管DS1传输到第一滤波陶瓷电容C1及第一泄能电阻R16进行平滑滤波整形后输出稳定的采样电压值(图3)到第第一三极管T1栅极,栅极得到的采样电压信号控制第一三极管T1输出负反馈信号到所述恒流控制模块IC U3第六引脚,改变所述恒流控制模块的输出电流,此方案可获取精准的采样电压值,能在输入工频电压异常时,进行快速的反应,响应时间周期极短,达到<10毫秒(实测5.6ms,图6),可精准控制突变高压超额定工作状态时的钳位电压,输出电压信号给到恒流控制模块,使得恒流模块智能调节输出电流,使得输出电流稳定在额定输出电流范围之内,保护恒流控制模块及LED芯片,达到提高可靠性,延长使用寿命的目的。
当LED线性恒流照明模组的电路输入端有持续高压加载时,浪涌抑制模块起到保护的作用很小(因为浪涌保护模块对突变能量波或变化的能量波很敏感),绝大部分的浪涌电压电流能量波会以电压和电流的方式通过整流模块加载在恒流控制模块、电压滤波采样整形模块、LED芯片、THD模块上,这个时间周期很长,稳定在高压大电流状态,加载速度很快,导致恒流控制模块内部的温度传感器和通过调光机理来进行保护LED芯片和恒流控制模块的电路还没有来的及响应,一般传统电路的响应时间在80-120Ms(图4),而且在保护的临界状态采样电压波形不规整(图5,采样电压失稳,从417mv-1.93V变化),导致LED芯片不停的闪烁后与恒流控制模块一起被击穿失效,本发明通过电压滤波采样整形模块,通过所述电压滤波采样整形模块第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3,来持续分担高压,防止高电压大电流持续加载在恒流控制模块和LED芯片上,通过第三电阻R3持续高压加载后变化的对地电压压降为初始采样电压值,此初始采样电压值通过第一整流二极管DS1传输到第一滤波陶瓷电容C1及第一泄能电阻R16进行平滑滤波整形后输出稳定的采样电压值(图3)到第一三极管T1栅极,栅极得到的采样电压信号控制第一三极管T1输出负反馈信号到所述恒流控制模块IC U3第六引脚,改变所述恒流控制模块的输出电流,此方案可可精准控制高压超额定工作状态时的钳位电压,输出电压信号给到恒流控制模块,有效解决恒流控制模块在高压状态时输出电流失稳而导致LED芯片不规则闪烁并被击穿的问题,保护恒流控制模块及LED芯片,达到提高可靠性,延长使用寿命的目的。
当LED线性恒流照明模组输入端有持续高压卸载至额定电压时,能在以上所述电压异常移除并加载额定电压时,进行软启动,软启动工作原理是让在较长的时间周期(如图7波形图所示)驱动电流逐渐增加至额定工作状态,有效防止LED芯片及恒流控制模块受到突变电压以及突变电流的冲击和击穿失效,达到提高可靠性,延长使用寿命的目的。
本发明的电压滤波采样整形模块与整流模块,实现当输入电压超过设定钳位电压时:
将输入工频电压经过整流模块整流后的半波电压,通过电压滤波采样整形模块进行二次滤波整形并进行电压采样,获取精准的采样电压值,可精准控制高压超额定工作状态时的钳位电压,输出电压信号给到恒流控制模块,有效解决恒流控制模块在高压状态时输出电流失稳而导致LED芯片不规则闪烁并被击穿的问题。
能在输入工频电压异常时,进行快速的反应,响应时间周期极短,达到<10毫秒,并通过电压滤波采样整形模块进行电压采样,获取精准的采样电压值,可精准控制高压超额定工作状态时的钳位电压,输出电压信号给到恒流控制模块,使得恒流模块只能调节输出电流,使得输出电流稳定在额定输出电流范围之内。
能在以上所述电压异常移除时,进行软启动,有效防止LED芯片及恒流控制模块受到突变电压以及突变电流的冲击和击穿。,
本实施例所述具有一种高可靠性的LED线性恒流照明模组及其实现方法的其它结构参见现有技术。
本发明并不局限于上述实施方式,如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围,倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变动。
Claims (10)
1.一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于:包括:
与电路输入端连接的用于吸收输入端高能量电压电流突波的浪涌抑制模块;
用于电压信号采集的电压滤波采样整形模块;
用于整流的整流模块;
LED芯片以及用于控制所述LED芯片的恒流控制模块;
所述整流模块与所述浪涌抑制模块连接,所述电压滤波采样整形模块通过整流模块与恒流控制模块接入电路,所述LED芯片通过恒流控制模块接入电路。
2.据权利要求1所述的高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于:所述电压滤波采样整形模块包括至少四个电阻,第一整流二极管,第一滤波陶瓷电容及第一三极管;四个电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一泄能电阻;
其中第一电阻、第二电阻、第三电阻串联组成初始电压采样电路;串联的三个电阻中,第一电阻与所述整流模块阳极连接,第三电阻与所述整流模块阴极连接、并接地,
第三电阻对所述整流模块输出对地的压降为初始采样电压值,所述初始采样电压值通过第一整流二极管传输到第一滤波陶瓷电容及第一泄能电阻,进行平滑滤波整形后输出稳定的采样电压值到第一三极管的栅极,第一三极管的栅极得到的采样电压信号控制第一三极管输出负反馈信号到所述恒流控制模块,改变所述恒流控制模块的输出电流。
3.根据权利要求1所述的高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于,所述浪涌抑制模块包括至少一压敏电阻,第一绕线电阻,第二绕线电阻,压敏电阻的两个电极分别接入输入端相线和零线,第一绕线电阻串联接入输入端相线,第二绕线电阻串联接入输入端零线;所述压敏电阻的相线和零线分别与第一绕线电组及第二绕线电阻连接;所述第一绕线电阻及第二绕线电阻皆与整流模块连接。
4.根据权利要求1所述一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于,所述整流模块的输入端与所述浪涌抑制模块的输出端连接,所述整流模块输出端阳极与所述LED正极连接,所述的整流模块阴极接地。
5.根据权利要求4所述一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,所述整流模块包括至少两串两并相接并通过SOP-4封装的整流桥堆。
6.根据权利要求1所述一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于,所述恒流控制模块包括至少主控IC,包括两个调节所述恒流模块输出电流的第四电阻、第五并联电阻;所述主控IC与所述的LED芯片、并联的第四电阻及第五电阻、所述电压滤波采样整形模块连接,且所述主控IC有一引脚接地。
7.根据权利要求1所述一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于,还包括EMC模块,EMC模块包括至少一滤波电容,所述EMC模块的其中一个电极与所述整流模块阳极连接,所述EMC模块的另外一个电极接地。
8.根据权利要求1所述一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于:还包括用于焊接元器件的导热基板。
9.根据权利要求1所述一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于:还包括THD模块,所述THD模块至少包括两个串联的第六电阻、第七电阻及第八电阻,第二滤波陶瓷电容,第一稳压二极管,两串联电阻的一个电极与所述的整流模块输出端阳极连接,另外一个电极分别与所述恒流控制模块连接,与第二滤波陶瓷电容、第八电阻、第一稳压二极管并联后的一个电极连接,第二滤波陶瓷电容、第八电阻、第一稳压二极管并联后的另一个电极接地。
10.根据权利要求1所述一种高可靠性的LED线性恒流照明模组,其特征在于:所述电路输入端的火线连接有熔断式保险器件。
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