LED通电发光电路

摘要

本发明是一种用于照明或信息显示的LED通电发光电路，该电路由电源、LED负载和电源开关组成，LED负载由多个LED按串、并联方法合理组合成单向性LED负载和双向性LED负载，本发明LED通电发光电路采用的电源开关是由电子电路产生并控制脉冲信号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源电压过零时接通LED通电发光电路使LED通电发光电路可以使用世界现行的100V～240V、50～60Hz的市电电源供电而不需使用电源变换器，使LED通电发光电路产品的成本、耗电和故障率均降低。

主权项

1.一种LED通电发光电路，包括：电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是该LED通电发光电路(简称主电路)中的负载，LED通电发光用于照明或显示信息应用广泛，不同的应用场合选用LED的型号、数量也不同，可用N只LED顺向串联连接组成一串N型单向性LED负载，或再用两串N型单向性LED负载互为反向并联连接组成一串2N型双向性LED负载，或用两只LED互为反向并联连接组成双向性对管然后取N对双向性对管串联连接组成一串2N型双向性LED负载，或取Y串2N型双向性LED负载并联连接组成2NY型双向性LED负载，或还可灵活组成其他各种类型的LED负载，上述所有类型的LED负载统称为该LED通电发光电路的LED负载(5)，由于每只LED的额定电压UT和额定电流IT等参数有离散性即不一致性，基本上按N×UT＞U1来选取N值，还要使每只LED实际承受的工作电压和工作电流不超过该LED产品规定的最大电压许可值和最大电流许可值，LED的电压、电流参数的额定值和许可值之间有较大的余量，容易在电路调试时选取合理的N值；所述电源开关是开关大家族中的一成员，开关器件从只有接通、关断的功能的手动闸刀开关到电动的触点开关器件如继电器、接触器、……到半导体电力电子开关器件如晶闸管、电力晶体管、电力场效应管、……发展到电子电路与开关器件组合的开关，除了具有接通、关断功能外，不同的组合还有不同的附加功能，其特征是：该LED通电发光电路的电源开关是由含有电压过零检测器或移相触发器的电子电路与开关器件组合的过零型电源开关，由电子电路产生并控制脉冲信号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源U1电压过零时导通接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏的低电压，接通主电路后UL是基本完好的正弦波，(1)输入控制电路和过零型交流固态继电器组合的过零型电源开关：过零型交流固态继电器是有两个输入端A、B及两个输出端C、D的四端器件，一种LED通电发光电路包括：电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由输入控制电路和过零型交流固态继电器(1)组合的过零型电源开关，LED负载(5)跨接于电源U1的L端和过零型交流固态继电器(1)的输出端C，输出端D接电源U1的N端，限流电阻R1与开关K串联后跨接于过零型交流固态继电器(1)的输入端A和直流电源的正端，输入端B接直流电源的负端组成输入控制电路，开关K关断时无输入信号，过零型交流固态继电器(1)的输出端C、D不相通，开关K在时间T1接通后过零型交流固态继电器(1)的输入端有输入信号的同时电压过零检测器电路检测到输出端C、D的电源U1电压过零时触发电路产生合乎要求的触发信号触发双向晶闸管导通即输出端C、D相连通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏称为过零电压，接通主电路后UL的瞬时值从0～25伏起跟随电源U1的正弦波电压变化，在5ms的时间内UL从0～25伏增大到约310伏(U1为220V、50HZ时)然后又在5ms的时间沿正弦波电压下降，当电源U1下降到流过LED负载(5)的电流也就是主电路的电流小于双向晶闸管的维持电流时，双向晶闸管自行关断，关断主电路UL＝0完成第一个半波的历程，UL瞬时值下降至零伏之际就是电源U1的下一个电压过零点到来之时，触发电路又产生触发信号，触发双向晶闸管导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值又从0～25伏起跟随电源U1正弦波电压变化完成第二个半波的历程，一个接一个的半波历程……结果是LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，但不是数学意义上的完整的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏的低电压不会损坏LED负载(5)这是关键，LED是极快的器件，其通电发光响应时间小于0.1us，接通主电路后UL的瞬时值升到310伏的高电压，对LED而言是在5ms的漫长时间慢慢地升到310伏，只要合理组合LED负载(5)使每只LED实际承受的工作电压和工作电流不超过LED产品规定的电压许可值和电流许可值就不会损坏LED负载(5)，(2)输入控制电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的过零型电源开关：MOC30××系列光电耦合器或称光电隔离器集成电路是六脚器件，脚1、脚2是输入部分是个LED，脚6、脚4是输出部分是带有电压过零检测器电路的光敏双向晶闸管，脚3、脚5留空，一种LED通电发光电路包括：电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由输入控制电路、光电耦合器(2)和双向晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源开关，辅助电路包括限流电阻R2、防VS误触发电阻R3及保护VS免受电网浪涌电流冲击损坏的R、C吸收电路，限流电阻R1与开关K串联后跨接于光电耦合器(2)的脚1和直流电源的正端，脚2接直流电源的负端，组成输入控制电路，电阻R2跨接于光电耦合器(2)的脚6和电源U1的L端，双向晶闸管VS的主电极T2接电源U1的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极T1和电源U1的N端，VS的控制极G接光电耦合器(2)的脚4，电阻R3跨接于VS的控制极G和主电极T1，R、C吸收电路跨接于VS的主电极T1和T2，开关K关断时，光电耦合器(2)输入部分LED无正向触发电流不发光，输出部分光敏双向晶闸管无光照射不导通，开关K在时间T1接通后，输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同时输出部分电源U1电压过零时光敏双向晶闸管呈导通状态即脚6与脚4相通，双向晶闸管VS的主电极T2经电阻R2、脚6、脚4到门极G构成触发通路而触发导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏，(3)分立元件组成的电压过零检测器电路、光电耦合器和双向晶闸管组合的过零型电源开关：光电耦合器MOC3020～3是6脚器件，输入部分脚1、脚2是个LED，输出部分脚4、脚6是光敏双向晶闸管，脚3、脚5留空，一种LED通电发光电路包括：电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关由分立元件组成的电压过零检测器电路、光电耦合器(3)和双向晶闸管VS及辅助电路组合的过零型电源开关，辅助电路包括限流电阻R3、光电耦合器(3)的R4、C1吸收电路及双向晶闸管VS的R、C吸收电路，分立元件二极管VD1～VD4按桥式整流电路连接成A、B、C、D四端，输入端A、B与220V、50HZ电源U1相接，输出端C、D的电压是每秒100个正半周的正弦波形的电压U2，电阻R1与3伏稳压管VD5串联(串接点是E)后跨接于C、D两端，U2经R1、VD5降压削波后在串接点E得到幅值3伏的近似梯形波电压U3，E点与场效应管VT的栅极G相接，电阻R2与开关K串联后跨接于VT的漏极D和直流电源的正端，直流电源的负端及VT的源极S均与作为电路地端的D端相接，开关K关断时VT无工作电源，漏极D的电位为零伏，开关K接通后，VT有工作电源，梯形波电压U3的平顶部分幅值为3V，VT导通漏极D的电位小于0.5伏，而对应于电源U1电压过零时U3小于0.6伏时VT截止，漏极D的电位为VCC，即漏极D的电位从小于0.5伏升为VCC，我们称此时漏极D输出检零脉冲U4，上述二极管VD1～VD5，电阻R1、R2、开关K及场效应管VT等分立元件共同组成了电源U1电压过零检测器电路，当电源U1电压过零时输出检零脉冲U4，VT的漏极D接光电耦合器(3)的脚1，脚2接D端，限流电阻R3与R4串联(串接点为F)后跨接于脚6和电源U1的L端，双向晶闸管VS的主电极T2接U1的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极T1和电源U1的N端，脚4接VS的门极G，电容C1跨接于串接点F和VS的主电极T1，R、C吸收电路跨接于VS的主电极T1和T2，开关K关断时，VT无工作电源漏极电压为零伏，开关K于时间T1接通后VT有工作电源，电源U1电压过零时漏极D输出检零脉冲U4使光电耦合器(3)的输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分的光敏双向晶闸管受光后呈导通状态即脚6与脚4相通，VS的主电极T2经电阻R4、R3、脚6、脚4到VS的门极G构成触发通路而触发VS导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值为0～25伏，(4)移相触发器与双向晶闸管组合的过零型电源开关：一种LED通电发光电路包括：电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由移相触发器(4)及其辅助电路和双向晶闸管VS及其R、C吸收电路组合的过零型电源开关，电源变压器T(220VAC/16VAC)的次级16VAC接移相触发器(4)(KTM03)的脚1、脚2，电阻R1与电位器RP串联后跨接于脚3和脚6，电位器RP的中心抽头接脚4，电阻R2跨接于脚10和脚6，开关K跨接于脚3和脚10，限流电阻R3跨接于脚8和电源U1的L端，双向晶闸管VS的主电极T2接电源U1的L端，LED负载(5)跨接于VS的主电极T1和电源U1的N端，VS的门极G接脚7，R、C吸收电路跨接于VS的主电极T2和T1，变压器T、电阻R1、R2、R3、电位器RP及开关K组成的辅助电路保证了移相触发器(4)的正常运作，开关K关断时脚10门控电平VD为零伏，脉冲被封锁，开关K于时间T1接通后VD为+12伏高电平，有脉冲送出，调节电位器RP改变脚4的输入电压VG从而改变输出脉冲VF的相位使KTM03移相触发器工作于零电压触发控制方式，输出脉冲VF在电源U1电压过零之时送到隔离输出器触发光控晶闸管导通即脚8与脚7相通，双向晶闸管VS的主电极T2经电阻R3、脚8、脚7到门极G构成触发通路而触发导通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间UL的瞬时值是0～25伏，(5)移相触发器与继电器组合的过零型电源开关：继电器、接触器等电动机械开关，其特点一是驱动电压U0在T11时刻输入线圈后线圈流过额定的工作电流产生电磁力吸动衔铁带动簧片上的触点Ha、Hb于T12时刻吸合接通，有一个触点吸合延迟时间T10＝T12-T11，特点二是要求驱动电压U0是连续的高电平而不是脉冲，为了让触点Ha、Hb在电源U1电压过零时吸合接通就要让驱动电压U0在比电源U1电压过零点超前T10时间的时刻输入线圈以补偿触点吸合延迟时间T10，一种LED通电发光电路包括：电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1，U1的零、相线是N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由移相触发器(4)及其辅助电路和继电器(K)及其辅助电路组合的过零型电源开关，电源变压器T(220VAC/16VAC)的次级接移相触发器(4)(KTM03)的脚1、脚2，电阻R1与电位器RP串联后跨接于脚3和脚6，RP的中心抽头接脚4，开关K跨接于脚3和脚10，R2跨接于脚7和移相触发器(4)即KTM03的地端脚6，R3跨接于脚10和脚6，脚8接脚10，电源变压器T、电阻R1、R2、R3、电位器RP及开关K组成的辅助电路保证了移相触发器(4)的正常运作，六非门CD4069是14引脚器件，本案例中KTM03移相触发器标注脚1、脚2、……而CD4069六非门标注引脚1、引脚2、……以便区别，引脚14接电源正端即脚10，引脚7接电源负端即KTM03的地端脚6，六个非门D1、D2、D3、D4、D5、D6的输入端是引脚1、3、5、9、11、13，对应的输出端是引脚2、4、6、8、10、12，电阻R6跨接于D2的引脚4和D3的引脚5，电阻R7跨接于D3的引脚6和D2的引脚3，则电阻R6、R7和D2、D3两个非门组成了双稳态电路，电容C1与电阻R5串联(串接点为H)后跨接于脚10和脚6，二极管VD2的正端和负端跨接于串接点H和D3的引脚5，C1、R5及VD2组成上电自动置零电路，二极管VD1的正端和负端跨接于脚7和引脚3作为输出脉冲对双稳态电路的触发通路，电阻R4跨接于D3的引脚6和场效应管VT的栅极G，VT的源极S接脚6，继电器线圈(K)的负端接VT的漏极D，线圈(K)的正端接脚10，保护二极管VD3正端接VT的漏极D，VD3负端接脚10，LED负载(5)跨接于继电器的触点Ha和电源U1的N端，触点Hb接电源U1的L端，电阻R4、R5、R6、R7、二极管VD1、VD2、电容C1、非门D2、D3、场效应管VT组成的辅助电路将移相触发器(4)送出的脉冲VF变换为适合于继电器要求的连续高电平的驱动电压U6，开关K关断时脚10的控制电平VD＝0V，脉冲被封锁，开关K接通后VD＝12V高电平，双稳态电路得电同时被置零，其输出端即引脚6的电位U6小于0.5V，场效应管VT截止，继电器线圈(K)无电流触点Ha、Hb处于常开状态，调节电位器RP改变脚4的输入电压VG从而改变输出脉冲VF的相位，使VF的相位为对应在时间上比电源U1电压过零点超前T10的时间，脉冲VF送到隔离输出器触发光控晶闸管导通即脚8与脚7相通，脚3+12V经开关K、脚8、脚7、VD1到非门D2的引脚3触发双稳态电路使之翻转，双稳态电路输出端即引脚6的电位U6从小于0.5V翻转变为U6＝12V，U6就是前面所述继电器要求的比电源U1电压过零点超前T10时间的连续高电平电压U0，U6经电阻R4驱动场效应管VT导通，继电器线圈(K)流过额定工作电流经过一个滞后时间T10后正好是电源U1电压过零时刻继电器触点Ha、Hb吸合接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是零伏，接通主电路后UL的瞬时值跟随电源U1的正弦波电压变化，(6)输入控制电路和光电耦合器组合的过零型电源开关：对于小功率LED负载，3041系列光电耦合器的ITSM＝1A，可以直接作为所述LED通电发光电路的过零型电源开关省去双向晶闸管VS从而降低成本，一种LED通电发光电路包括：电源、LED负载和电源开关，所述电源是世界现行的100～240V、50～60HZ的市电电源U1、U1的零、相线为N端、L端；所述LED负载是LED负载(5)；所述电源开关是由输入控制电路和光电耦合器(2)组合的过零型电源开关，限流电阻R1与开关K串联后跨接于光电耦合器(2)的脚1和直流电源的正端，脚2接直流电源的负端，组成输入控制电路，R、C吸收电路跨接于光电耦合器(2)的脚6和脚4，脚6接电源U1的L端，LED负载(5)跨接于脚4和电源U1的N端，开关K关断时输入端LED无电流不发光，光敏双向晶闸管呈关断状态，开关K在时间T1接通后输入部分LED有正向触发电流而发光，输出部分光敏双向晶闸管受光照射的同时输出部分电源U1电压过零时导通即脚6与脚4相通接通主电路，LED负载(5)得到的电压UL是基本完好的正弦波，接通主电路的瞬间UL的瞬时值为0～25伏，上述过零型电源开关中，1、2、3、6四例是由含有电压过零检测器的电子电路与开关器件组合的过零型电源开关，4、5二例是由含有移相触发器的电子电路与开关器件组合的过零型电源开关，有分立元件的、有集成电路的、有一体化模块的，电路组成不同但目的相同，都是由电子电路产生并控制脉冲信号(或驱动电压)触发(或驱动)开关器件在电源U1电压过零时导通接通主电路，接通主电路的瞬间LED负载(5)得到的电压UL的瞬时值是0～25伏的低电压称为过零电压，不会损坏LED负载(5)，2、3、4三例的开关器件选用常用的双向晶闸管VS，也可选用两只反并联的单向晶闸管取代双向晶闸管VS，若选用电力晶体管、电力场效应管、……等直流型开关器件时要做二件事，一是采用桥式整流将电源U1变换为每秒100个(U1为50HZ时)正半周的直流型电源作为所述LED通电发光电路的电源并采用单向性LED负载，二是参照第(5)例用上电自动置零的双稳态电路将脉冲信号变换为其上升沿与脉冲上升沿同步的连续高电平的驱动电压U0，用U0驱动直流型开关器件导通，前面六例中的LED负载(5)基本上按N×UT＞U1来选取N值，本文将这种情况简称为N工作方式，即所述LED通电发光电路的N工作方式，或称为N工作方式的LED通电发光电路。