專利名稱：低功率白熾燈的led燈替換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及LED (發(fā)光二極管)燈，并且尤其涉及替換標準白熾燈的LED燈。
背景技術(shù)：
白熾燈已經(jīng)存在了一百多年。由于白熾燈的高顯色指數(shù)(CRI)以及暖色溫，白熾 燈讓人感覺愉快并且在審美上令人喜愛。然而，效率低、壽命短和能量浪費已經(jīng)成為主要缺 點，這迫使消費者轉(zhuǎn)向諸如熒光燈的更加高效的光源。如果不是熒光燈具有較低的CRI、物理上較大、具有閃爍效應(yīng)并且包括諸如汞的有 害物質(zhì)，白熾燈在幾十年前就已經(jīng)不再使用了。直到二十世紀八十年代后期，LED主要用作電子設(shè)備中的指示器燈。與白熾燈相 比的高效率使得LED非常流行。到了二十世紀九十年代后期，開始興起高強度LED，包括白 色LED。今天，LED芯片設(shè)計和制造的發(fā)展使得其在替代白熾燈方面比以往任何時候更切實 可行。然而，存在有使LED燈流行緩慢的若干挑戰(zhàn)1.較低的最大LED結(jié)點溫度以及熱耗散LED以等于電壓降Vd與驅(qū)動電流Id的乘積的速率產(chǎn)生熱，
ρ -τxV-(焦耳)
rC-Km ~ J￡>(安培)X vD (伏特)一 At
Α (秒)其中P是功率而Q是由LED產(chǎn)生的熱能。LED結(jié)點溫度上升與所產(chǎn)生的熱和所耗 散的熱之差有關(guān)。熱耗散與散熱器表面面積、不同介質(zhì)和界面的熱傳導率以及散熱器與環(huán) 境溫度之間的溫度差有關(guān)。大多數(shù)LED具有125°C的最大結(jié)點溫度并且少數(shù)制造商宣稱可 達180°C。從LED輸出的光受到熱能夠多快從模片(die)耗散的限制。隨著結(jié)點溫度升高， LED的發(fā)光輸出降低。

圖1是典型LED的發(fā)光輸出對結(jié)點溫度的曲線。2.發(fā)光輸出和效能。發(fā)光效能是發(fā)光通量(Lm)與施加的功率(瓦特)的比值。低功率白熾燈能效的 典型值是發(fā)光能效LM/W燃燒蠟燭0.35W白熾燈540W 熾燈12在過去的幾年中，LED能效已經(jīng)得到改善并且超過了 100Lm/W。通常，可用功率LED 能夠測量高達85Lm/W。然而，應(yīng)該注意到，這些測量在25°C的結(jié)點溫度以及減小的驅(qū)動電 流下進行。如先前所注意的，在模片溫度增加時，發(fā)光輸出降低。增加驅(qū)動電流對降低能效具 有甚至更大的影響。如圖2所示，隨著電流增加，光輸出按照非線性方式增加，但是如圖3所示，電壓也增加。換句話說，如果電流I增加因數(shù)(1+K，其中0<K< 1)，則不僅發(fā)光輸出將增加因 數(shù)(k+Ι，其中0 < k < K)，而且LED電壓V也將增加因數(shù)(1+V)。新的LED功耗將變?yōu)镻 = (I+K) X (V+v) = (I+K) XV+(I+K) Xv其中第一項代表僅由于電流的增加而導致的功率增加，并且第二項代表由于電流 和電壓的增加而導致的功率增加。因而，增加LED電流將以降低其能效為代價增加LED輸出。流明的百分比增加低 于電流的增加，這將以更高的速率降低能效。3. LED是單向光源LED以小于半空間的錐形發(fā)射光，這使得其難于在傳統(tǒng)的“Α”型燈中使用，如圖4 所示。當安裝在散熱器上并且放置在類似燈泡的殼體中時，一些光將由封裝和透鏡材料吸 收，這將降低系統(tǒng)能效。為了使LED在“Α”型燈中成功實現(xiàn)，需要將LED升高到燈泡的中心， 但是這降低了熱耗散能力。4.需要功率轉(zhuǎn)換LED是需要恒流源電源(圖5)的電流驅(qū)動設(shè)備。如圖3所示，由LED反映的電壓 是驅(qū)動電流的指數(shù)函數(shù)。由于電壓源必須與LED電壓匹配，因此LED不能由電壓源驅(qū)動。否 則，電壓除以總的電路電阻之間的差將導致電流很容易超出最大LED額定并且使設(shè)備發(fā)生故障。恒流源電源增加成本并且降低LED燈系統(tǒng)的可靠性和效率。5瓦特以下的反激式 (fly-back)電源具有小于80%的典型效率，這將降低整個燈系統(tǒng)的發(fā)光能效。電源占據(jù)了燈系統(tǒng)中寶貴的空間(real estate)，并且為了使電源與由LED產(chǎn)生 的熱隔離，需要采取特殊措施。5.可調(diào)光性調(diào)光器通過相位控制AC輸入電壓來控制光輸出。然而，恒流電源將補償輸入電壓 中的任何變化以使輸出電流保持恒定。存在允許可調(diào)光性的特殊電源。設(shè)計這些電源以產(chǎn) 生與RMS輸入電壓成比例的輸出電流。這樣的電源通常更加復(fù)雜并且具有更低的效率。圖5是離線開關(guān)模式電源的方框圖。需要開關(guān)模式電源來將120Vac線電壓轉(zhuǎn)換 為低的DC電流(10mA-350mA)。5瓦特或者更小輸出功率的電源幾乎都是反激式的，并且具 有小于80%的典型效率。如果遇到電涌(surge)，它們也易于發(fā)生故障，其中高電壓的尖峰 會損壞MOSFET開關(guān)，尤其是在沒有結(jié)合諸如MOV(金屬氧化物變阻器)的電涌抑制器時。驅(qū)動低電壓LED的另一常見方法是通過使用與AC線路串聯(lián)的阻抗來限制電流并 且將過量電壓壓降在該阻抗兩端。該阻抗可以是電阻器、電容器或者電感器。電阻器是最 便宜并且最容易獲得的，但是損失了其耗散的能量E = I2-R- At并且不能夠恢復(fù)。隨著 源電壓與LED電壓之間的電壓差的增加，損失增加，如圖6所示。假設(shè)Vs = 166V, V = 36V 并且 I = 20mA,貝Ij
權(quán)利要求
一種LED燈，包括a.基座；b.升高的光源，包括i.串聯(lián)連接并且安裝在基本平坦的襯底的一側(cè)上的第一多個LED，所述襯底與所述基座間隔分開，以及ii.串聯(lián)連接并且安裝在所述基本平坦的襯底的相對側(cè)上并且數(shù)量與所述第一多個LED相等的第二多個LED，所述第二多個LED定位為與所述第一多個LED基本對準，b.所述襯底中的散熱器，所述第一和第二多個LED中的每一個LED安裝在所述散熱器附近，以及c.用于所述LED的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路定位于所述基座附近并且電連接到所述基座。
1.串聯(lián)連接并且安裝在基本平坦的襯底的一側(cè)上的第一多個LED，所述襯底與所述基 座間隔分開，以及 .串聯(lián)連接并且安裝在所述基本平坦的襯底的相對側(cè)上并且數(shù)量與所述第一多個 LED相等的第二多個LED，所述第二多個LED定位為與所述第一多個LED基本對準，b.所述襯底中的散熱器，所述第一和第二多個LED中的每一個LED安裝在所述散熱器 附近，以及c.用于所述LED的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路定位于所述基座附近并且電連接到所述基座。
2.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其中所述基座是螺紋類型基座。
3.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其中所述驅(qū)動電路安裝在從所述平坦的襯底延伸的電 路板上，所述電路板延伸進入所述基座。
4.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其中所述散熱器包括在所述襯底的每一側(cè)上的至少一 個導熱的熱島狀物，所述第一多個LED中的每一個LED鄰近所述一側(cè)上的熱島狀物，并且所 述第二多個LED中的每一個LED鄰近所述相對側(cè)上的熱島狀物。
5.如權(quán)利要求4所述的LED燈，其中所述散熱器包括至少一個導熱的熱擴散體，每一個 熱島狀物連接到所述熱擴散體。
6.如權(quán)利要求5所述的LED燈，其中所述熱擴散體定位于所述襯底中，所述熱擴散體延 伸到所述基座。
7.如權(quán)利要求5所述的LED燈，包括第一和第二熱擴散體，所述襯底的所述一側(cè)上的每 一個熱島狀物連接到所述第一熱擴散體并且所述相對側(cè)上的每一個熱島狀物連接到所述第二熱擴散體。
8.如權(quán)利要求7所述的LED燈，其中所述熱擴散體是一體的。
9.如權(quán)利要求1所述的LED燈，包括連接到所述基座的球形燈罩。
10.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其中所述第一和第二多個LED基本以弧形取向。
11.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其中所述驅(qū)動電路包括電涌抑制器、整流器、平滑電容 器和電阻器，所述第一多個LED和所述第二多個LED并聯(lián)連接到所述電阻器。
12.如權(quán)利要求1所述的LED燈，其中所述襯底平行于從所述基座延伸的線取向。
13.如權(quán)利要求1所述的LED，其中所述襯底垂直于從所述基座延伸的線取向。
14.如權(quán)利要求13所述的LED燈，其中所述散熱器包括從所述基座附近延伸到所述襯 底的多個導熱的熱擴散桿。
15.如權(quán)利要求14所述的LED燈，其中所述散熱器包括在所述襯底的每一側(cè)上的至少 一個導熱的熱島狀物，所述第一多個LED中的每一個LED鄰近所述一側(cè)上的熱島狀物，并且 所述第二多個LED中的每一個LED鄰近所述相對側(cè)上的熱島狀物。
全文摘要
本發(fā)明涉及能夠代替白熾燈的LED燈。升高的光源定位于螺紋類型基座上方。第一多個LED在平坦的襯底的一側(cè)上串聯(lián)連接，并且數(shù)量與所述第一多個LED相等的第二多個LED在所述襯底的相對側(cè)上串聯(lián)連接。所述第一和第二多個LED中的每一個LED安裝在散熱器附近并且對于所述LED提供驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路定位于所述螺紋基座附近并且電連接到所述螺紋基座。
文檔編號H05B33/02GK101940061SQ200980101978
公開日2011年1月5日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者C·西安娜, R·G.·雅尼克 申請人:戈肯集團公司