專利名稱：一種led燈管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燈管，更具體地說，涉及一種LED燈管。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今受能源和環(huán)境的影響，節(jié)能減排已成為世界的主要焦點。LED節(jié)能環(huán)保，用來 取代普通的熒光照明已經(jīng)是一種趨勢，但由于開關(guān)電源功率密度、效率、元件體積的限制， LED燈管替換普通熒光燈管遇到了瓶頸。LED燈管需要驅(qū)動電源功率大，而燈管截面空間 小，內(nèi)置滿足要求的LED驅(qū)動電源到燈管里難度大，無法找出或創(chuàng)新一種電路結(jié)構(gòu)或元件 處理方法來實現(xiàn)。電子、機構(gòu)處理等很多難點無法突破，體現(xiàn)不了 LED燈管小巧、簡單等特 性，目前管徑為llmm-20mm的LED燈管是主要在燈管里放置LED，驅(qū)動電源放置于燈管外。管徑為llmm-20mm的燈管，市場主流型號為T4、T5和Τ6燈管。有如下缺點(一) 傳統(tǒng)的熒光燈管的燈絲通過導(dǎo)電加熱，陰極發(fā)射出電子，與燈管內(nèi)的惰性氣體碰撞而電離， 正負離子運動形成氣體放電，產(chǎn)生紫外線，燈管內(nèi)壁熒光粉吸收紫外線能量后，發(fā)出可見 光，所以發(fā)光效率低、輸入電壓范圍窄、含有有害的物質(zhì)，污染環(huán)境，產(chǎn)生的高壓具有一定的 安全隱患。(二)一般的LED燈管，驅(qū)動電源外置，驅(qū)動電源與LED分離，不能實現(xiàn)置LED驅(qū) 動與LED在同一燈管里，這樣導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難，安全性差。(三)一般的LED燈管 會出現(xiàn)單個LED毀壞而導(dǎo)致一部分或整個LED不亮。(四)一般的LED燈管，驅(qū)動LED電 源效率低，影響了 LED節(jié)能的效果。(五)一般的LED燈管，難實現(xiàn)寬范圍的交流和直流輸 入。(六)一般的LED燈管在寬范圍的交流輸入條件下，很難保證高的功率因數(shù)，高效率，恒 流恒壓等。(七)一般的LED燈管難通過傳導(dǎo)輻射等要求。(八)一般的LED燈管和傳統(tǒng) 的熒光燈需要支架放置驅(qū)動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，體積大，利用率低。以上缺陷嚴重制約了 LED燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熒光燈具，管徑為Ilmm 20mm燈管的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間體積與電源的功率密度、元件體積和驅(qū)動電源的體積矛盾日益突出。發(fā)明 一種高效的、能滿足各種要求的管徑Ilmm 20mm的內(nèi)置驅(qū)動電源的LED燈管變成了市場 迫切的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有LED燈管的缺陷技術(shù)，提供一種內(nèi)置驅(qū) 動電源LED燈管。一種電路結(jié)構(gòu)的元件處理方法，采用降壓非隔離線路，使用具有自供電或不需要 輔助供電特性的開關(guān)電源管理芯片，對體積較大的磁性元件和儲能元件進行拆分，這樣設(shè) 計出的LED驅(qū)動電源在滿足各種要求的情況下，達到空間體積小，且能放入燈管內(nèi)；創(chuàng)新的 布局和機構(gòu)的處理，使其更節(jié)能，環(huán)保，簡單，小巧，方便安裝，安全，使用壽命長。這種內(nèi)置 驅(qū)動的LED燈管將可作為替代傳統(tǒng)T4、T5和T6熒光燈管的主要選擇。本發(fā)明涉及發(fā)明設(shè)計出一種空間體積小、高效率、高功率因素、恒流恒壓，滿足各 種要求LED驅(qū)動電源。此驅(qū)動電源的參數(shù)為輸入交流電壓50V-264V、頻率50-60HZ或輸入直流70V-300V ；恒流恒壓；功率范圍為30W以下；高效率；交流輸入高功率因素；滿足傳 導(dǎo)、輻射等要求。本發(fā)明的開關(guān)電源的電路元件處理方法，合理處理電路元件和空間體積的要求， 把功率較大的驅(qū)動電源放入管徑為Ilmm 20mm的燈管，把LED及LED電路板放入管徑為 Ilmm 20mm的燈管。本發(fā)明使用具有自供電功能的開關(guān)電源管理芯片的降壓非隔離電路和創(chuàng)新的元 件處理方法，本發(fā)明對磁性元件進行獨立或拆分串聯(lián)的方式，保證具有輸出功率較大的同時， 驅(qū)動電源能內(nèi)置于管徑為Ilmm 20mm的燈管。本發(fā)明電路使用被動功率因數(shù)矯正，使用電感和X電容對傳導(dǎo)輻射進行抑制。本發(fā)明采用緊湊的空間結(jié)構(gòu)在燈管里放置LED與LED驅(qū)動以及驅(qū)動電源板與LED 燈管管頭的連接。本發(fā)明LED的布局，保證單LED損壞不影響其他LED。本發(fā)明所述的管徑為llmm-20mm的內(nèi)置驅(qū)動電源的LED燈管主要包括LED和LED燈管LED可選擇各種功率大小和封裝；LED燈管為絕緣或非絕緣材質(zhì)， 燈管管徑為Ilmm 20mm。放置LED的電路板根據(jù)LED的特性，選擇單個LED損壞不影響其他LED的雙面 LED電路板或單個LED損壞影響部分LED的雙面板，置于管內(nèi)。驅(qū)動LED電源包括印刷電路板、元件、連接導(dǎo)線等。考慮安全，一般電路板采用單 面，元件面走線與LED需保證安全距離，并置于管內(nèi)。LED驅(qū)動電源線路為具有自供電或不 需輔助供電的電源管理芯片的降壓非隔離線路，小體積的儲能元件和磁性元件結(jié)合?？傊?，本發(fā)明是管徑為Ilmm 20mm的內(nèi)置驅(qū)動電源LED燈管，管徑相對應(yīng)市場主 流型號為T4、T5和T6的燈管，其發(fā)明特有i^一點(一)在直徑為Ilmm 20mm的管內(nèi)， 內(nèi)置LED驅(qū)動電源、LED、電路板、連接線等。性能指標高，能滿足各種要求。(二)創(chuàng)新了 一種電路結(jié)構(gòu)的元件處理方法，滿足輸出功率大，體積小的要求。(三)創(chuàng)新設(shè)計空間結(jié)構(gòu) 和放置順序，保證LED燈管的美觀性和實用性。(四)單個LED毀壞不影響其他LED工作。 (五)驅(qū)動LED電源效率高，LED節(jié)能的效果明顯。(六)LED驅(qū)動電源實現(xiàn)寬范圍的交流、 頻率輸入和寬范圍的直流輸入。(七)LED驅(qū)動電源在寬范圍的交流輸入情況下，具有高的 功率因數(shù)，高效率，恒流恒壓。(八)LED燈管能通過相關(guān)的標準。(九)LED驅(qū)動電源模塊 之間、LED模塊之間能連接成不同長度的LED燈管。(十)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，體積小，外 觀整潔。(十一)節(jié)能環(huán)保，比市場主流對應(yīng)的T4、T5和T6熒光燈管節(jié)能高達70%，能源 利用率高。由以上特點得知，本發(fā)明的管徑為Ilmm 20mm的內(nèi)置驅(qū)動電源LED燈管，新穎， 實用性高，更具有優(yōu)越性，是對T4、T5和Τ6的LED燈管早日取代普通T4、T5和Τ6熒光燈管 的一大創(chuàng)新，科技性的新突破。凡依本發(fā)明的構(gòu)思所做的改變或修飾，皆應(yīng)在本發(fā)明的權(quán)利 要求保護范圍內(nèi)。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中
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圖1是本發(fā)明LED燈管一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的側(cè)視圖；圖3是圖1的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明LED燈管一實施例的橫截面示意圖；圖4A是發(fā)明LED燈管另一實施例的橫截面示意圖；圖4B是發(fā)明LED燈管又一實施例的橫截面示意圖；圖5是本發(fā)明LED燈管的電路原理框圖；圖6是本發(fā)明LED燈管的LED —電路連接示意圖；圖6A是本發(fā)明LED燈管的LED另一電路連接示意圖；圖6B是本發(fā)明LED燈管的LED又一電路連接示意圖；圖7是本發(fā)明LED燈管的驅(qū)動電源電路板與LED電路板的連接示意圖；圖8是本發(fā)明LED燈管的驅(qū)動電源電路板與燈管管頭連接示意圖。
具體實施例方式主要符號說明燈管外殼1、燈管管頭2、LED 3、燈管管頭金屬柱4、LED印刷電路板5、驅(qū)動電源印 刷電路板6、放置驅(qū)動電源元件空間7、放置LED空間8、集成電源線路和LED線路的多面印 刷電路板9、電源輸入10、傳導(dǎo)輻射及保護電路11、整流電路12、儲能電容及功率因數(shù)矯正 電路13、開關(guān)電源芯片控制電路14、輸出儲能電感電路15、輸出電容電路16、恒流恒壓控制 電路17、LED電路18、恒流恒壓檢測電路19、LED保護二極體20、電源板與外部連接焊盤21、 電源板與LED電路板連接焊盤25和26、LED電路板與驅(qū)動電源電路板連接焊盤27和28。為了進一步了解本發(fā)明的電子、結(jié)構(gòu)、線路處理方式、特征以及目的，現(xiàn)結(jié)合所附 的實施附圖詳細說明如下請參閱圖1至8所示，在燈管結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面，由于管徑為Ilmm 20mm的燈管， 市場主流型號為T4T5T6燈管，實施方式的描述以T4、T5和Τ6為代表。標準Τ4燈管外管直 徑為12. 7mm左右，內(nèi)徑為Ilmm左右；標準T5燈管外管徑為16mm左右，內(nèi)徑為12mm左右； 標準T6燈管外管徑為20mm左右，內(nèi)管內(nèi)徑為16mm左右；總LED需要的功率一般小于30W。 如果把驅(qū)動電源印刷電路板6、LED印刷電路板5等元件放入T5的空間，由于T5比T6空 間小，這樣以T5燈管空間為標準設(shè)計的方案可以兼容T6燈管。同理，T4燈管的空間比T5 小，設(shè)計的T4結(jié)構(gòu)方案可以兼容T5。T6內(nèi)徑與T4內(nèi)徑差異比較大。結(jié)合其他要求的考慮， T4、T5、T6內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用圖4、圖4Α、圖4Β的方式；為了兼容Τ4、Τ5和Τ6的空間，設(shè)計時以 最小的板寬為Ilmm左右考慮。LED印刷電路板5置上層，要求任意LED壞而不會導(dǎo)致其他 LED不亮，線路比較復(fù)雜，采用多面板，不要求則可以把驅(qū)動電源印刷板6和LED電路印刷 板5的電路集成為一塊多面板9，如圖4B所示，兩板合一，板上層放置LED與電路，板下層放 置驅(qū)動電源電路。放置驅(qū)動電源的元件空間7剖面為半圓形，驅(qū)動電源印刷電路板6以板 寬Ilmm左右放入T4燈管后，在保證安全的間距情況下，T4燈管可以兼容T5和T6的驅(qū)動 電源板，也可把T5和T6燈管增加到寬度為12mm左右。LED印刷電路板5以板寬Ilmm左右 考慮放入T4燈管后，為了保證美觀和緊湊，把T5燈管的印刷電路板5寬度增加為12mm左 右，T6燈管的印刷電路板5寬度增加為16mm左右。為保證驅(qū)動電源與LED的安全距離，驅(qū)動電源印刷電路板6采用單面布線，走線以及元件朝下，放置位置于空間7。如圖7，使用導(dǎo) 線連接驅(qū)動電源印刷電路板6的焊盤25、26與LED印刷電路板5的焊盤28、27分別連接， 考慮電路板之間的安全問題，可在印刷電路板上設(shè)置孔，方便焊盤的連接。使用導(dǎo)線連接焊 盤21與燈管管頭金屬柱4，最后使用防水膠連接燈頭2與燈管1，按照這樣的機構(gòu)設(shè)計出來 燈管如圖3所示。請參閱圖5、圖6、圖6A、圖6B所示。在燈管的電子電氣設(shè)計示方面，總體采用的是 降壓非隔離開關(guān)電路。驅(qū)動電源外接50V-264V、50HZ-60HZ的任意交流電或70V-300V任意 直流電，經(jīng)過傳導(dǎo)輻射及保護電路11，整流電路12，儲能電容及功率因數(shù)矯正電路13、開關(guān) 電源芯片控制電路14、輸出儲能電感電路15、輸出電容電路16，恒流恒壓控制電路17后輸 出給LED電路18，恒流恒壓檢測電路19為開關(guān)電源管理芯片控制電路的反饋環(huán)電路。傳導(dǎo) 輻射及保護電路11包括電感、壓敏電阻、熱敏電阻、X電容、保險管等元件；整流電路12包 括整流橋堆等元件；儲能電容及功率因數(shù)矯正電路13包括高壓電解電容、二極管、電阻等 元件，考慮體積的問題，需把高壓電解電容拆分為幾個小體積的電解電容串聯(lián)；開關(guān)電源芯 片控制電路14包括具有自供電或不需要輔助供電功能的開關(guān)電源管理芯片、及其配套的 元件；輸出儲能電感電路15包括單個或多個電感等元件，考慮體積，需要把單個電感拆分 為一個以上的多個小電感串聯(lián)；輸出電容電路16包括單個或多個電解電容等元件；恒流恒 壓控制電路17是與開關(guān)控制芯片配套的控制電路包括電阻、穩(wěn)壓二極管、三極管、電阻、電 容等元件；恒流恒壓檢測電路19是與開關(guān)電源控制芯片配套的檢測電路，采用光藕反饋或 直接連接反饋，包括電阻、電容、光藕等元件；LED電路18，如圖6，可以采用一個LED損壞不 會導(dǎo)致其他LED不亮的網(wǎng)狀連接，或如圖6A的一般連接，或如圖6B的使用LED保護二極體 21的一般連接。電路具有降壓非隔離恒流恒壓特性，主控芯片是具有自供電或不需要輔助供電特 性的電源管理芯片。驅(qū)動電源印刷電路板6的元件布局，首先是空間的要求，任何元件都需 放入半圓立體形、半徑為5. 5mm左右的空間7，這就需要對電路元件進行處理。其次是功率 的大小，在這種空間，單個驅(qū)動電源提供功率一般5W 10W，這就需能提供這種功率的關(guān)鍵 配套元件，如儲能電感、儲能電容、開關(guān)電源管理芯片。因是開關(guān)電源(一)涉及到輸出儲 能電感電路15的磁性元件體積是首要問題，而磁性元件的大小與輸出功率相關(guān)聯(lián)。根據(jù)以 上的要求，創(chuàng)新使用小尺寸磁性元件進行串聯(lián)的方法替換體積較大的磁性元件，使功率和 空間的問題得到了合理的協(xié)調(diào)。選擇類似長為5mm，寬為5. 15mm,高為4. 6mm的大小的骨 架，選擇合理的磁芯材質(zhì)、線圈匝數(shù)、電感量，使用幾個電感串聯(lián)的方法，既可以提供相應(yīng)功 率，又能放入管內(nèi)。此開關(guān)電源降壓線路(buck)電感設(shè)計與傳統(tǒng)的開關(guān)電源降壓(buck)電 感設(shè)計原理一樣，幾個小功率的電感串聯(lián)功能等效于一個大電感的功能，變壓器式電感增 加合理的磁芯間隙，能控制以及保證最小峰值電流和較大的輸出電流，比工型電感效果好。 (二)涉及到儲能電容及功率因數(shù)矯正電路13的輸入高壓電解電容元件體積也是難點，因 電解電容的電壓和容量與體積大小有直接的關(guān)系，在半徑為5. 5mm左右的半圓空間7里，選 擇直徑為5mm左右的電解電容滿足輸入高電壓，需使用幾個電解電容串聯(lián)。在處理電解電 容串聯(lián)后容量變小的問題，可以使用幾個這樣的電容串來并聯(lián)以提高電容容量，在兩個電 容串問加入電感，對處理傳導(dǎo)輻射有益。輸出電容電路16的電容元件，因輸出的電壓不高， 選擇合適容量，直徑為5mm的電解電容即可，如果要擴大電解電容容量，采用并聯(lián)的方法處
6理。(三)涉及到開關(guān)電源芯片控制電路14的主開關(guān)管理控制部分體積也是難點，由于空 間體積小，電路不能過于復(fù)雜，體積不能過大，采用降壓非隔離恒流恒壓線路，選擇具有自 供電或不需要輔助供電的芯片處理此難點，在空間上元件選擇類似S0-223、S0-8等封裝元 件可以滿足空間要求。(四)涉及到恒流恒壓控制電路17和恒流恒壓檢測電路19也是難 點，體積小，反饋需恒壓恒流，這樣要求合理設(shè)計與開關(guān)管理芯片配套的檢測和反饋線路， 根據(jù)控制方式，可采用光藕反饋或直接連接恒壓恒流反饋，在線路主干回路加電阻，用三極 管取樣控制恒流、用穩(wěn)壓管進行恒壓，或根據(jù)主開關(guān)管理芯片的特性進行直接的連接等方 式。(五)涉及到的其他配套的元件的體積和擺放位置也是難點，需考慮燈管可供使用為半 徑約為5. 5mm的不規(guī)則半圓柱空間7，一般元件是較規(guī)則的形狀，元件能放入半圓柱空間7， 且能方便電路板的走線和LED印刷電路板5與驅(qū)動電源印刷電路板6的安全距離等問題。 X電容一般是立體長方形，選擇體積小的X電容，在電源印刷電路板的相應(yīng)位置進行開槽處 理，使X電容一部分體積在印刷電路板里來盡量利用空間。在此降壓非隔離的線路中，X電 容有抑制傳導(dǎo)輻射的作用、控制輸入功率、提高功率因數(shù)等作用；保險管、電感、橋堆等考慮 元件空間與布局的要求，在體積接近燈管空間的時候，元件盡量靠中，在空間不夠的情況下 在印刷電路板的相應(yīng)位置進行開槽處理。(五)涉及到LED電路18的LED線路與布局難 點。(1)如圖6，LED布局采用網(wǎng)裝連接，線路復(fù)雜，任意一個LED損壞而不影響其他LED的 工作，一般采用多面板，需考慮與驅(qū)動電源板的安全問題。可以選擇LED單路板多面，LED驅(qū) 動電源板單面處理。(2)如圖6A，采用一般串并連接，線路簡單，但任意一個LED損壞而影 響其他LED工作，一般采用單面板，較少考慮安全問題。(3)如圖6B，采用一般串并連接和 增加保護二極體，任意一個LED損壞不影響其他LED的工作，一般采用單面板，較少考慮安 全問題，但成本高。合理的選擇3種LED的線路與布局后放入空間8通過以上的實施例，對結(jié)構(gòu)、電子線路、元件等分別進行分析處理，并結(jié)合LED燈 管的特性，管徑為Ilmm 20mm的內(nèi)置驅(qū)動電源燈管是完全可以實現(xiàn)的。需要聲明的是，上述發(fā)明的內(nèi)容以及具體的實施方式，意在證明本發(fā)明說所提供 技術(shù)方案的實際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。
權(quán)利要求
一種LED燈管，其特征在于，所述燈管管徑為11mm～20mm，在所述燈管內(nèi)放置有開關(guān)驅(qū)動電源和LED及其電路板，所述開關(guān)驅(qū)動電源電路板與所述LED電路板電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈管，其特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動電源電路板和LED電路 板設(shè)置在同一電路板上或分別設(shè)置在兩塊電路板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈管，其特征在于，所述燈管截面積為90mm2 310mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈管，其特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動電源為降壓非隔離電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈管，其特征在于，所述降壓非隔離電路的儲能電感為一 個電感或一個以上的電感串聯(lián)而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈管，其特征在于，所述降壓非隔離電路的控制芯片為具 有自供電或不需輔助供電的電源管理芯片。
全文摘要
本發(fā)明的LED燈管，其管徑為11mm-20mm，內(nèi)置驅(qū)動電源，該LED燈管是把LED以及LED電路板、驅(qū)動電源等放入11mm～20mm的燈管內(nèi)，具有高效率，高功率因數(shù)，寬范圍的交流和直流電壓輸入等特性，節(jié)能、環(huán)保、簡單、小巧、安全、安裝簡單、壽命長。制成各種長度的LED燈管，能給生活和工業(yè)帶來積極的效果，具有廣闊的商業(yè)前景。
文檔編號H05B37/00GK101963335SQ20091016503
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者趙文昊 申請人:浩康科技(大中華)有限公司