專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明與一種電子線路有關(guān)，尤其是與一種限制流過(guò)發(fā)光二極管電流的電子線路有關(guān)。
白熾燈在廣泛的環(huán)境下得到應(yīng)用并且在滿(mǎn)足各種需要方面獲得了極大商業(yè)成功。近來(lái)，業(yè)界正在尋找一種替代光源，具有延長(zhǎng)的壽命，并可經(jīng)受機(jī)械振動(dòng)或沖擊應(yīng)用場(chǎng)合的惡劣狀況，這對(duì)于相對(duì)脆弱的白熾燈燈絲或者線圈是一個(gè)問(wèn)題。白熾燈用于這種場(chǎng)合的一種典型應(yīng)用就是家用器具譬如真空吸塵器。過(guò)去，白熾燈曾被廣泛應(yīng)用于真空吸塵器。然而，在真空吸塵器工作時(shí)，這些白熾燈遇到大量機(jī)械沖擊并由此導(dǎo)致機(jī)械故障。結(jié)果，白熾燈壽命較短因而需要頻繁更換。
由于其堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)能夠承受機(jī)械振動(dòng)，而且在高效運(yùn)行的同時(shí)擁有長(zhǎng)壽命，發(fā)光二極管(LED)被提議作為白熾燈的替代光源。在這種環(huán)境下，電源電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)光二極管所允許的最大電流。在利用諸如橋式整流器等將交流電(AC)轉(zhuǎn)化為直流電(DC)后，使用電阻器來(lái)限制流過(guò)發(fā)光二板管電流的技術(shù)已廣為人知。因?yàn)殡娮杵骱纳㈦娔芏l(fā)熱，伴隨這種方法的一個(gè)問(wèn)題是這種電路伴隨的放熱。因而，良好的散熱是必要的，因?yàn)樯岵涣际请娮杵鞴收系淖钪饕?。如此一?lái)，以發(fā)光二極管作為光源的替代應(yīng)用所帶來(lái)的許多能量效益就被抵消了。
這種方法的另一個(gè)問(wèn)題是一般情況下與家用器具有關(guān)的電氣區(qū)域或者電隔室非常有限。因此，這些二極管和限流元件必須被配置為在這個(gè)緊湊的區(qū)域內(nèi)，而不能使該區(qū)域過(guò)熱而導(dǎo)致元件故障。
限制供給發(fā)光二極管電流的另一種建議的方法是取消整流器并且電阻器與一對(duì)極性相反的發(fā)光二極管串聯(lián)。但是，由于電阻器仍然作為限流器件加以使用，整流器電路的效率低下仍未得到解決。
還有另外一種限流方法是用電感器連接一對(duì)相反極性的發(fā)光二極管。由于所需電感器的尺寸，在用于空間有限的地方時(shí)，這種方法不盡人意。另外，由于理想電感器不支持直流電壓，因而這樣就不能糾正二極管的不均衡。
由此，存在著對(duì)限流替代方案的需求。
本發(fā)明簡(jiǎn)要概述本發(fā)明提供一種更便宜的限流電路。
本發(fā)明使用少數(shù)幾個(gè)元件而在電隔室中占據(jù)少量空間。
電流由容抗而不是阻抗或者感抗來(lái)限制。限制二極管電流的電路包括一個(gè)連接到負(fù)載的電容器和至少兩個(gè)二極管，這些二極管反極性且并聯(lián)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電容器連接到至少一對(duì)反極性并聯(lián)的二極管。
在另外又一個(gè)實(shí)施例中，電容器連接到兩個(gè)反極性并聯(lián)的二極管分支。
本電路具有幾個(gè)超出現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。本限流電路僅需三個(gè)元件，即一個(gè)電容器和兩個(gè)連接到負(fù)載即交流電源的發(fā)光二極管。與現(xiàn)有任何技術(shù)的電路相比，本電路在電隔室中占用較小空間。
存在于使用電容器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是更便宜而且能補(bǔ)償任何直流電的不均衡。
而且還能實(shí)現(xiàn)另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，電容器比電阻器和電感器效率更高。
電路圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種限流電路典型實(shí)施例示意圖。
圖2顯示圖1限流電路的一種工作波形示意圖。
圖3顯示圖1限流電路的一種工作波形示意圖。
圖4和圖5顯示圖1限流電路的工作波形示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二種限流電路實(shí)施例示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的又一種限流電路實(shí)施例示意圖。
本發(fā)明詳述參考附圖，對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例加以說(shuō)明和描述。說(shuō)明中用同樣的參考數(shù)字表示相同的器件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的限流電路的典型參照?qǐng)D1，典型限流電路100包括一個(gè)負(fù)載或交流電源110，其與一個(gè)電抗電流限制器件或電容器120串聯(lián)。電容器120與第一、第二反極性發(fā)光二極管130，135串聯(lián)。發(fā)光二極管130，135安排成并聯(lián)以便發(fā)光二極管130，135承受相同的電勢(shì)，每個(gè)二極管130或135在每半個(gè)周期中被點(diǎn)亮。發(fā)光二極管130，135最好以技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)廣為人知的方式使之極性相反。
本例中，交流電源110，是有代表性的120伏60赫茲交流電源，盡管不脫出本發(fā)明的范圍和意圖，可以采用不同的額定電源。實(shí)例性實(shí)施例中的發(fā)光二極管130，135需要1.7到4.7伏(V)之間的正向工作電壓。一般情況下發(fā)光二極管130，135具有大約5V的最大反向工作電壓。白色發(fā)光二極管在大約70毫安(mA)時(shí)的正向電壓大約是4.7V，預(yù)計(jì)其不過(guò)熱的最大工作電流大約70毫安(mA)。流過(guò)發(fā)光二極管130，135的典型直流電流大約20到40毫安(mA)。然而，直流電流值取決于所需的亮度水平。這些元件數(shù)值僅僅是作為代表，而不應(yīng)被視作任何方式的限制。
限流電路所需電容器120的大小取決于發(fā)光二極管所需的亮度水平。首先，算出為限制電流達(dá)到所需亮度的必要阻抗。該阻抗值應(yīng)大約為Z=2·Vπ·I]]>這里，I是流過(guò)發(fā)光二極管130或135的平均電流，用安培表達(dá)。V是有效電壓值，用伏特表達(dá)。如果發(fā)光二極管130或135的正向電壓遠(yuǎn)低于電源電壓，該電壓約等于電源電壓。
然后，選定容抗等于以上算出的阻抗所需的電容大小。容抗用如下公式計(jì)算C＝1/(2*pi*f*Xc)這里，f是以赫茲(Hz)表達(dá)的頻率，Xc是以歐姆表達(dá)的容抗。在實(shí)例性限流電路100中，欲使流過(guò)發(fā)光二極管的電流是20毫安，容抗是2.7K歐姆，電容器120的電容量是1微法。
限流電路100依下列方式工作。在工作時(shí)，正弦交流電壓存在于輸入端子N1和N2。變化的施加電壓導(dǎo)致電容器120充電和放電。雖然沒(méi)有電流流過(guò)電容器120的介質(zhì)(絕緣物)部分，但電容器120的充放電在連接于電容器極板的限流電路100中產(chǎn)生電流。來(lái)自電容器120的電流到達(dá)發(fā)光二板管130，135，而具有與交流電源110的施加電壓相等的頻率。這樣，電容器120供給交流電流向發(fā)光二極管130，135提供能量，通過(guò)選擇電容器120的大小，施加到發(fā)光二極管130，135的交流電流取決于該容抗。電流流過(guò)電容器120，其具有等于限流阻抗(本例為2.7K歐姆)的容抗。流過(guò)每只二極管的平均電流是20毫安，導(dǎo)致發(fā)光二極管130發(fā)光，這時(shí)流過(guò)反極性的發(fā)光二極管135的電流截止。
由于電容器確實(shí)有功率損耗，諸如漏電流和等效串聯(lián)電阻，與其傳遞的功率相比，這些損耗通常很小。因而，流過(guò)二極管的電流被更有效地限制，因而這種電路能得以更廣泛的應(yīng)用。這種電路特別適用于有限的電隔室空間的照明應(yīng)用，諸如真空吸塵器和夜燈。
圖2顯示限流電路100工作時(shí)流過(guò)電容器120的電流200之波形圖。X軸表示以毫秒(ms)計(jì)的時(shí)間，Y軸表示以毫安(mA)計(jì)的電流。正如所能看到的，流過(guò)電容器120的電流200基本上是輻度從-63毫安到63毫安的正弦波。
圖3圖示了流過(guò)電容器120的平均電流300。X軸表示以毫秒(ms)計(jì)的時(shí)間，Y軸表示以毫安(mA)計(jì)的電流。正如所能看到的，流過(guò)電容器120的平均電流是0毫安。
圖4和圖5顯示了限流電路100工作時(shí)流過(guò)發(fā)光二極管130，135的電流400，500之波形圖。X軸表示以毫秒(ms)計(jì)的時(shí)間，Y軸表示以毫安(mA)計(jì)的電流。流過(guò)第一只發(fā)光二極管130的電流400反映了半個(gè)周期的流過(guò)電容器120的電流200。流過(guò)反極性發(fā)光二極管135的電流500，基本上與流過(guò)發(fā)光二極管130的電流400移相180度后相同。
強(qiáng)調(diào)一下，本發(fā)明的可選實(shí)施例，比如圖6，圖7和下面將進(jìn)一步詳述的，圖2到圖5所示的波形圖可以是一樣的。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的限流電路第二種實(shí)施例示意圖。限流電路600包括交流電源110，其串聯(lián)一只電容器120。至少一對(duì)630反極性發(fā)光二極管130，135并聯(lián)。當(dāng)然，該發(fā)光二極管對(duì)630與電容器120串聯(lián)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的限流電路700的又一種實(shí)施例示意圖。限流電路700包括一個(gè)交流電源110，其串聯(lián)一只電容器120。電容器120與發(fā)光二極管130，135的兩個(gè)反極性并聯(lián)分支730相串聯(lián)。每個(gè)分支730可以包含不限數(shù)量的同極性發(fā)光二極管130或135。盡管最好是使每個(gè)反極性分支730包含相等數(shù)量的發(fā)光二極管130或135，但只要每個(gè)發(fā)光二極管130或135反極性分支730兩端的電壓基本是相同的，擁有不同數(shù)量的發(fā)光二極管130或135也是可以接受的。電容器120是分支730之間電壓的任何不均衡的原因。但是，分支730之間發(fā)光二極管130或135分布的不均等，受到發(fā)光二極管130，135允許的反向電壓的限制。
總而言之，本發(fā)明提供一種不用外部整流設(shè)備/元件的交流電源向發(fā)光二極管供電的有效方法。本發(fā)明使限流器件(即，電容器)上的功率損耗最小。與傳統(tǒng)方法中使用電阻器限制電流相對(duì)，它使用電抗元件限流。本發(fā)明的應(yīng)用伴隨著均等數(shù)量的發(fā)光二極管，盡管可以理解電路特定分支中的發(fā)光二極管數(shù)量也可變化。
另外，因?yàn)閷?duì)于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通人員來(lái)說(shuō)，肯定會(huì)發(fā)生大量修改和變更。因而，本發(fā)明不局限于由此描述和圖解的實(shí)際結(jié)構(gòu)和工作方式。因此，所有可采取的適當(dāng)修改和等效應(yīng)認(rèn)為屬于本權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種限流電路，包括(a)一個(gè)交流電源(b)一個(gè)電抗元件，耦合到上述交流電源，用于限制電流；和(c)至少兩只二極管耦合到上述電抗元件，上述二極管被反極性且并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中，上述電抗元件是電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中，上述二極管是發(fā)光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中，二極管的數(shù)量是偶數(shù)。
5.一種適用于限制來(lái)自相關(guān)交流電源電流的電路，包括(a)一個(gè)電容器，耦合到上述相關(guān)交流電源，用于限制電流；和(b)至少兩個(gè)發(fā)光元件，其連接到上述電容器，上述發(fā)光元件被反極性且并聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其中，上述發(fā)光器件是發(fā)光二極管。
7.一種限流電路，包括(a)一個(gè)電容器，連接到電源，用于限制電流；和(b)至少一對(duì)發(fā)光元件，連接到上述電容器，上述這對(duì)發(fā)光元件被反極性且并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電路，其中，上述發(fā)光元件是發(fā)光二極管。
9.一種限流電路，包括(a)一個(gè)電容器，連接到電源，用于限流；和(b)兩個(gè)發(fā)光元件分支，耦合到上述電容器，上述發(fā)光元件分支被反極性且并聯(lián)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電路，其中，上述發(fā)光元件是發(fā)光二極管。
11.一種由相關(guān)的交流電源向二極管供電的方法，包括(a)提供一個(gè)耦合到上述相關(guān)的交流電源用于限流的電抗元件，；和(b)供應(yīng)耦合到上述電抗元件的至少第一和第二二極管，上述第一和第二二極管被反極性且并聯(lián)連接。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，上述電抗元件是電容器。
全文摘要
一種便宜又省空間的二極管電路裝置，用于限制來(lái)自交流電源的電流，使用僅僅少數(shù)幾個(gè)元件。該電路包括一個(gè)連接到交流電源(110)的電容器(120)和至少兩個(gè)反極性并聯(lián)的二極管(130)。這種電路可以得到廣泛應(yīng)用。例如，該電路尤其多用于家用器具和電子工業(yè)，譬如真空吸塵器，在那里，容納發(fā)光二極管的電隔室空間有限。
文檔編號(hào)H05B33/08GK1394460SQ01803277
公開(kāi)日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月24日
發(fā)明者L·R·內(nèi)羅尼 申請(qǐng)人:通用電氣公司