CN108184280A - 一种集成传感器的led光引擎 - Google Patents

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郭超珍
李丹伟
李程
袁毅凯
梁丽芳
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Abstract

本发明公开了一种集成传感器的LED光引擎，包括：LED照明电路、传感器电路及线路板载体，LED照明电路及传感器电路集成于线路板载体上；LED照明电路包括LED光源及LED光源驱动装置，LED光源驱动装置包括整流桥及光源驱动电路，整流桥的交流输入端连接交流电源，整流桥的直流输出端正极通过LED光源连接光源驱动电路，整流桥的直流输出端负极连接光源驱动电路；传感器电路包括传感器模块及传感器供电电路，整流桥的直流输出端连接传感器供电电路，传感器模块分别与传感器供电电路、光源驱动电路及整流桥的直流输出端负极连接。采用本发明，将传感器电路与LED照明电路相结合，大大提升了LED光引擎的性能。

Description

一种集成传感器的LED光引擎
技术领域
本发明涉及LED电光源技术领域，尤其涉及一种集成传感器的LED光引擎。
背景技术
传统的LED灯具由光源、驱动电路、散热体及光学器件等部分组成，每个部分都是独立分离的。
现有的“光引擎”是将LED灯珠、驱动电路元器件、集成IC等元件以SMT(SurfaceMount Technology表面贴装技术)模式组装成为光源模组，具有集成化、小型化、多功能、低成本等特点，是未来LED封装应用的趋势。
近年来，众多国际一线照明品牌企业已经开始布局传感、通信、智能化控制等领域。在照明应用中更加注重智能化的体验，尤其在光源驱动部分进行大量传感器及其控制技术的处理及整合，这样既增加了灯具驱动的体积及复杂性，又要考虑传感控制与光源驱动的连接，对于电源要求及成本也越来越高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、组装方便、灵活性强、集成传感器的LED光引擎，可大大提升了LED光引擎的性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种集成传感器的LED光引擎，包括LED照明电路、传感器电路及线路板载体，所述LED照明电路及传感器电路集成于线路板载体上；所述LED照明电路包括LED光源及LED光源驱动装置，所述LED光源驱动装置包括整流桥及光源驱动电路，所述整流桥的交流输入端连接交流电源，所述整流桥的直流输出端正极通过LED光源连接光源驱动电路，所述整流桥的直流输出端负极连接光源驱动电路；所述传感器电路包括传感器模块及传感器供电电路，所述整流桥的直流输出端连接传感器供电电路，所述传感器模块分别与传感器供电电路、光源驱动电路及整流桥的直流输出端负极连接。
作为上述方案的改进，所述传感器供电电路通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上。
作为上述方案的改进，所述传感器模块通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上。
作为上述方案的改进，所述传感器模块及传感器供电电路为分体式结构，或者所述传感器模块及传感器供电电路集成为一体式结构。
作为上述方案的改进，所述LED光源包括多个相互串接的发光二极管。
作为上述方案的改进，所述传感器模块包括至少一个传感器。
作为上述方案的改进，所述传感器模块还包括与所述传感器连接的***辅助电路，所述传感器的电源输入端与传感器供电电路连接，输出端通过***辅助电路与光源驱动电路连接。
作为上述方案的改进，所述传感器供电电路包括相互连接的供电芯片、电解电容及稳压二极管，所述供电芯片分别与电解电容及稳压二极管串接，所述电解电容与稳压二极管并联并向传感器模块输出稳压或恒流。
作为上述方案的改进，所述传感器供电电路还包括供电辅助电路，所述供电芯片通过供电辅助电路连接传感器模块。
作为上述方案的改进，所述集成传感器的LED光引擎还包括用于保护电路的驱动辅助电路，所述整流桥通过驱动辅助电路分别连接LED光源及传感器供电电路。
作为上述方案的改进，所述驱动辅助电路包括保险丝及压敏电阻，所述保险丝设于火线上并接入整流桥的交流输入端，所述压敏电阻的两端分别连接整流桥的交流输入端。
作为上述方案的改进，所述驱动辅助电路还包括X电容，所述X电容与压敏电阻并联。
作为上述方案的改进，所述驱动辅助电路包括设置于整流桥直流输出端的第二二极管、第一电解电容、第一二极管、第二电解电容及第三二极管，所述第一电解电容及第一二极管相互串接，所述第二电解电容及第三二极管相互串接。
作为上述方案的改进，所述驱动辅助电路包括第一电阻、第一电感、第二电阻及第二电感，所述第一电阻及第一电感相互并联并设置于整流桥的直流输出端正极，所述第二电阻及第二电感相互并联并设置于整流桥的直流输出端负极。
作为上述方案的改进，所述光源驱动电路为高压线性驱动电路，所述高压线性驱动电路包括高压线性芯片及功率调节电阻组，所述高压线性芯片的输入端连接LED光源，输出端连接功率调节电阻组。
作为上述方案的改进，所述光源驱动电路为开关电源驱动电路。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明集成传感器的LED光引擎通过将传感器电路与LED照明电路相结合，大大提升了LED光引擎的性能。具体地，本发明具有以下优点：
(1)传感器供电电路简单，既可与传感器模块集成为一体式结构，也可以与传感器模块分离，作为独立部分连接于线路板载体上，不工作时对LED照明电路毫无影响；
(2)传感器既可与传感器供电电路集成为一体式结构，也可以与传感器供电电路分离，作为独立部分连接于线路板载体上，应用过程中可根据不同需要进行替换；
(3)传感器供电电路及传感器均可通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上，可有效减少灯具厂商及方案提供方的限制；尤其可采用插接方式，灵活性强。
(4)整体装置***元件少，结构简单，组装方便，对于不同灯具可以直接安装，构成标准式光引擎装置；
(5)LED照明电路的输出电流可通过功率调节电阻组进行调节，灵活度高。
(6)通过增加驱动辅助电路，有效减少EMI缺陷，在结构及安装过程中不存在复杂耗时的问题。
附图说明
图1是本发明集成传感器的LED光引擎的电路原理图；
图2是本发明集成传感器的LED光引擎的第一实施例电路图；
图3是本发明集成传感器的LED光引擎的第二实施例电路图；
图4是本发明集成传感器的LED光引擎的第三实施例电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，图1显示了本发明集成传感器的LED光引擎的具体结构，其可直接固定安装在灯体内，外接市电即可正常工作。具体地，集成传感器的LED光引擎包括LED照明电路(1，2，3)、传感器电路(4，5)及线路板载体，所述LED照明电路(1，2，3)及传感器电路(4，5)集成于线路板载体上(即LED照明电路(1，2，3)及传感器电路(4，5)的全部元件均耦合在线路板载体上进行布线及电气排布)。因此，本发明通过将传感器电路(4，5)与LED照明电路(1，2，3)相结合，大大提升了LED光引擎的性能，适应性更强。
所述LED照明电路(1，2，3)包括LED光源1及LED光源驱动装置(2，3)，所述LED光源驱动装置(2，3)包括整流桥2及光源驱动电路3，所述整流桥2的交流输入端AC连接交流电源，所述整流桥2的直流输出端正极V+通过LED光源1连接光源驱动电路3，所述整流桥2的直流输出端负极V-连接光源驱动电路3。
工作时，交流电由整流桥2的交流输入端AC输入，经整流桥2转换为直流电，由整流桥2的直流输出端正极V+输出，再经LED光源1进入LED光源驱动电路3，最后输出至整流桥2的直流输出端负极V-，构成LED照明回路。正常情况下，LED照明电路(1，2，3)可焊接于线路板载体上并独立工作。
所述传感器电路(4，5)包括传感器模块4及传感器供电电路5，所述整流桥2的直流输出端V+连接传感器供电电路5，所述传感器模块4分别与传感器供电电路5、光源驱动电路3及整流桥2的直流输出端负极V-连接。
具体地，传感器模块4及传感器供电电路5的集成方式包括：
一、传感器模块4及传感器供电电路5集成为一体式结构，即传感器电路(4，5)为一体式设备。其中，传感器电路(4，5)可通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上，当传感器电路(4，5)采用插接或吸附方式进行固定时，灵活性更强，更易于传感器电路(4，5)的整体换更、拆装。
二、传感器模块4及传感器供电电路5为分体式结构，即传感器模块4及传感器供电电路5相互独立，传感器电路(4，5)为分体式设备。传感器模块4及传感器供电电路5采用分体式结构，使得传感器模块4及传感器供电电路5相互独立，具有散热性能优越、制造成本低、应用方便等优点，用户可根据实际情况更换不同功能的传感器，灵活性强。其中，所述传感器供电电路5可通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上；同时，所述传感器模块4也可通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上。
为了进一步扩展LED光引擎的功能，所述传感器模块4包括至少一个传感器，即用户可根据实际情况插接一个或多个传感器。
因此，本发明集成传感器的LED光引擎可直接固定安装在灯体内，外接市电即可正常工作。具体地，本发明具有以下优点：
(1)传感器供电电路5简单，可作为独立部分连接于光引擎上，不工作时对LED照明电路(1，2，3)毫无影响；
(2)传感器可作为独立部分，应用过程中可根据不同需要进行替换；
(3)整体装置***元件少，结构简单，组装方便，对于不同灯具可以直接安装，构成标准式光引擎装置。
参见图2，图2显示了本发明集成传感器的LED光引擎的第一实施例。本实施例中，所述光源驱动电路3为高压线性驱动电路。
如图2所示，集成传感器的LED光引擎包括LED照明电路(LED光源及LED光源驱动装置)、传感器电路(传感器模块及传感器供电电路5)及线路板载体，具体地：
所述LED光源包括多个相互串接的发光二极管。
所述LED光源驱动装置包括整流桥BD1及光源驱动电路3；所述光源驱动电路3为高压线性驱动电路，所述高压线性驱动电路包括高压线性芯片U2及功率调节电阻组(R5，R6)，所述高压线性芯片U2的输入端连接LED光源，输出端连接功率调节电阻组(R5，R6)。所述功率调节电阻组(R5，R6)优选由两个相互并联的功率调节电阻(R5，R6)组成。工作时，交流电经整流桥BD1的交流输入端AC进入，通过整流桥BD1转换为直流电，由整流桥BD1的直流输出端正极V+输出，依次经LED光源、高压线性芯片U2输入端、高压线性芯片U2输出端、功率调节电阻组(R5，R6)、整流桥BD1的直流输出端负极V-，组成LED照明回路。其中，功率调节电阻(R5，R6)可用于调制高压线性芯片，调节电路直流驱动电流。优选地，所述高压线性芯片U2的型号可以为RM90XX、MIK34XX或JW1691，但不以此为限制。
所述传感器供电电路5包括相互连接的供电芯片U1、电解电容CE3及稳压二极管ZD1，所述供电芯片U1分别与电解电容CE3及稳压二极管ZD1串接，所述电解电容CE3与稳压二极管ZD1并联并向传感器模块输出稳压或恒流，其中，通过稳压二极管ZD1可保证传感器P1的输入电压保持稳定(例如3.3V/5V/12V)。为了进一步提高传感器供电电路5的稳定性，传感器供电电路5还包括供电辅助电路，所述供电芯片U1通过供电辅助电路连接传感器模块。供电辅助电路中设置有第三电阻R3、第三电感L3、第一电容C1、第四二极管D4及第五二极管D5(具体可以根据实际的电路情况修改)；供电芯片U1与第三电阻R3及第三电感L3依次串接并通过第三电阻R3及第三电感L3与电解电容CE3及稳压二极管ZD1连接；所述第一电容C1的一端连接第三电阻R3的输出端，另一端连接供电芯片U1的电源端VDD；所述第四二极管D4的负极连接第三电阻R3的输出端，正极连接电解电容CE3的负极及稳压二极管ZD1的正极；所述第五二极管D5的正极连接第三电感L3的输出端，负极连接供电芯片U1的电源端VDD。优选地，所述供电芯片U1的型号可以为RM90XX、WS9420或WS7205，但不以此为限制。
所述传感器模块包括传感器P1及***辅助电路6，所述传感器的电源输入端VCC与传感器供电电路5连接，输出端OUT通过***辅助电路6与光源驱动电路3连接。所述***辅助电路6包括第四电阻R4及第二电容C2，所述第四电阻R4的一端连接传感器P1的电源输入端VCC，另一端连接传感器P1的输出端OUT并通过第二电容C2接地。
相应地，所述光源驱动电路3与传感器P1之间通过场效应管Q1连接，所述场效应管Q1的漏极与光源驱动电路3连接，栅极及源极分别与传感器P1连接。具体地，所述场效应管Q1的漏极通过功率调节电阻组(R5，R6)接入高压线性芯片U2，栅极分别与传感器P1的输出端OUT、第四电阻R4及第二电容C2连接，源极分别与传感器P1的接地端GND、第二电容C2及传感器供电电路5的稳压二极管ZD1连接，且传感器P1的接地端GND接地。
为了进一步保证LED光引擎的稳定性，本发明中还设有驱动辅助电路，所述整流桥通过驱动辅助电路分别连接LED光源及传感器供电电路(具体可以根据实际的电路情况省去)，驱动辅助电路包括：在整流桥BD1的交流输入端AC设置保险丝FUSE及压敏电阻VAR，其中，保险丝FUSE设于火线L上，压敏电阻VAR的两端分别连接整流桥BD1的交流输入端AC，作为浪涌防护元件保护整个电源；在整流桥BD1的交流输入端AC设置X电容Cx1，X电容Cx1与压敏电阻VAR并联，作为安全电容抑制电磁干扰，消除差模干扰；在整流桥BD1的直流输出端(V+，V-)设置第二二极管D2、相互串接的第一电解电容CE1及第一二极管D1、相互串接的第二电解电容CE2及第三二极管D3，作为功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)电路的主要元件，作用不仅是提高***或电路的功率因数，而且有助于解决电磁干扰(EMI)及电磁兼容(EMC)问题；在整流桥BD1的直流输出端正极V+设置相互并联的第一电阻R1及第一电感L1，在整流桥BD1的直流输出端负极V-设置相互并联的第二电阻R2及第二电感L2，用于解决电磁干扰(EMI)及电磁兼容(EMC)。
参见图3，图3显示了本发明集成传感器的LED光引擎的第二实施例。与图2所述的第一实施例不同的是，本实施例中的传感器P1具体为微波模块，并根据实际情况省略了保险丝、压敏电阻、X电容、第二二极管、第一二极管、第二电解电容、第三二极管、第一电阻、第一电感、第二电阻、第二电感及第一电容、第五二极管、第四电阻及第二电容等元件。
参见图4，图4显示了本发明集成传感器的LED光引擎的第三实施例。与图3所述的第二实施例不同的是，本实施例中，所述光源驱动电路3为开关电源驱动电路。具体地，所述开关电源驱动电路包括相互连接的开关电源驱动芯片U3、二极管D6、电感L4、电解电容(CE4、CE5)、电阻(R10、R11、R12、R13)。具体地，所述二极管D6、电解电容CE5、电阻R13分别与LED光源并联，并接入开关电源驱动芯片U3的输出端；所述电感L4的一端连接二极管D6的正极，另一端连接电解电容CE5的负极；所述电阻R11及电阻R12相互并联，所述开关电源驱动芯片U3通过电阻R11及电阻R12接地；所述电阻R10的一端连接传感器供电电路5，另一端连接电解电容CE4的正极，所述电解电容CE4的负极接地。优选地，所述开关电源芯片U3的型号可以为LIS84XX，但不以此为限制。
相应地，光源驱动电路3与传感器P1之间通过三极管(Q1、Q2)及电阻(R7、R8、R9)连接。
需要说明的是，图1的光源驱动电路3既可以为高压线性驱动电路(参见图2及图3)，也可以为开关电源驱动电路(参见图4)，用户可以根据实际的应用环境对本发明做适应性的修改。
由上可知，本发明集成传感器的LED光引擎通过将传感器电路与LED照明电路相结合，大大提升了LED光引擎的性能。具体地，本发明具有以下优点：
(1)传感器供电电路5简单，既可与传感器模块4集成为一体式结构，也可以与传感器模块4分离，作为独立部分连接于线路板载体上，不工作时对LED照明电路毫无影响；
(2)传感器既可与传感器供电电路5集成为一体式结构，也可以与传感器供电电路5分离，作为独立部分连接于线路板载体上，应用过程中可根据不同需要进行替换；
(3)传感器供电电路5及传感器均可通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上，灵活性强，可有效减少灯具厂商及方案提供方的限制；
(4)整体装置***元件少，结构简单，组装方便，对于不同灯具可以直接安装，构成标准式光引擎装置；
(5)LED照明电路的输出电流可通过功率调节电阻组(R5，R6)进行调节，灵活度高。
(6)通过增加驱动辅助电路，有效减少EMI缺陷，在结构及安装过程中不存在复杂耗时的问题。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种集成传感器的LED光引擎，其特征在于，包括LED照明电路、传感器电路及线路板载体，所述LED照明电路及传感器电路集成于线路板载体上；
所述LED照明电路包括LED光源及LED光源驱动装置，所述LED光源驱动装置包括整流桥及光源驱动电路，所述整流桥的交流输入端连接交流电源，所述整流桥的直流输出端正极通过LED光源连接光源驱动电路，所述整流桥的直流输出端负极连接光源驱动电路；
所述传感器电路包括传感器模块及传感器供电电路，所述整流桥的直流输出端连接传感器供电电路，所述传感器模块分别与传感器供电电路、光源驱动电路及整流桥的直流输出端负极连接。
2.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述传感器供电电路通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上。
3.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述传感器模块通过插接、吸附或焊接的方式集成于线路板载体上。
4.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述传感器模块及传感器供电电路为分体式结构，或者所述传感器模块及传感器供电电路集成为一体式结构。
5.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述LED光源包括多个相互串接的发光二极管。
6.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述传感器模块包括至少一个传感器。
7.如权利要求6所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述传感器模块还包括与所述传感器连接的***辅助电路，所述传感器的电源输入端与传感器供电电路连接，输出端通过***辅助电路与光源驱动电路连接。
8.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述传感器供电电路包括相互连接的供电芯片、电解电容及稳压二极管，所述供电芯片分别与电解电容及稳压二极管串接，所述电解电容与稳压二极管并联并向传感器模块输出稳压或恒流。
9.如权利要求8所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述传感器供电电路还包括供电辅助电路，所述供电芯片通过供电辅助电路连接传感器模块。
10.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，还包括用于保护电路的驱动辅助电路，所述整流桥通过驱动辅助电路分别连接LED光源及传感器供电电路。
11.如权利要求10所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述驱动辅助电路包括保险丝及压敏电阻，所述保险丝设于火线上并接入整流桥的交流输入端，所述压敏电阻的两端分别连接整流桥的交流输入端。
12.如权利要求11所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述驱动辅助电路还包括X电容，所述X电容与压敏电阻并联。
13.如权利要求10所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述驱动辅助电路包括设置于整流桥直流输出端的第二二极管、第一电解电容、第一二极管、第二电解电容及第三二极管，所述第一电解电容及第一二极管相互串接，所述第二电解电容及第三二极管相互串接。
14.如权利要求10所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述驱动辅助电路包括第一电阻、第一电感、第二电阻及第二电感，所述第一电阻及第一电感相互并联并设置于整流桥的直流输出端正极，所述第二电阻及第二电感相互并联并设置于整流桥的直流输出端负极。
15.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述光源驱动电路为高压线性驱动电路，所述高压线性驱动电路包括高压线性芯片及功率调节电阻组，所述高压线性芯片的输入端连接LED光源，输出端连接功率调节电阻组。
16.如权利要求1所述的集成传感器的LED光引擎，其特征在于，所述光源驱动电路为开关电源驱动电路。
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