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1、(10)申请公布号 CN 102752895 A (43)申请公布日 2012.10.24 C N 1 0 2 7 5 2 8 9 5 A *CN102752895A* (21)申请号 201210200133.4 (22)申请日 2012.06.18 H05B 37/00(2006.01) (71)申请人陈国富 地址 400715 重庆市北碚区四新村2114-3 (72)发明人陈国富 (54) 发明名称 具有恒流、恒压及保护功能的电容降压LED 照明 (57) 摘要 本发明独创的具有恒流、恒压及多种保护功 能的电容降压LED照明器件包含五项独创技术： 1)自触发晶闸管元件(附图1、2)；2)。
2、再整流、再 充电及再放电LED功能块(附图5、6)；3)电压灵 敏型晶体管调控电路(附图3、5)；4)电流灵敏型 晶体管调控电路(附图6)；5)分压式电容降压带 负阻直流脉动电源(附图4)。本发明成功地由电 容降压获得驱动LED灯珠所需的波纹很小的直流 电能，解决了电容降压因脉动电流与电压间90度 相位差而长期没有实际用途的世界难题。电容降 压具有不消耗功率、不发热、元件少、成本低及功 率大小不受限制。此外，电容降压LED器件呈容抗 性，能够改善电网的功率因素，实现进一步节能。 所有上述优点，是目前使用开关电源及其它电源 的LED照明器件不能匹敌的。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说。
3、明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 1/1页 2 1.自触发双向晶闸管电路附图1及自触发单向晶闸管电路附图2，附图1及附图2标 明各元件连接电路。 2.电压灵敏型恒流，恒压及多种保护电路，附图3与附图5是各元件的连接电路图。 3.电流灵敏型恒流、恒压及多种保护电路，附图6是各元件的连接电路图。 4.再整流，再充电及再放电LED功能块，附图5、附图6是各元件的连接电路图。 5.分压式电容降压带自触发晶闸管直流脉动电源，附图4是各元件的连接电路图。 权 利 要 求 书CN 102752895 A 1/5页。
4、 3 具有恒流、 恒压及保护功能的电容降压 LED 照明 技术领域 0001 本发明涉及的是能对LED照明灯珠实施恒流、恒压及多种保护功能并由电容降压 提供电能的独创技术。本发明系方法发明，按此方法可制造各种各样、有不同功率系列的经 电容降压之LED照明器件。以本发明独创的新型电容降压LED照明技术生产的LED灯泡能 够可靠、安全与经济地应用到220V、120V及100V交流电网、直接替换白炽灯泡、荧光灯泡、 对居室提供高质量的无频内、无紫外线辐射、无电磁波辐射及较低热辐射之真正健康舒适 的照明光源。本发明独创的器件与技术，仅需数只电阻、电容及小型晶体管与晶闸管。以极 低的成本取代目前使用的开。
5、关电源、PWM脉宽调节电源及晶闸管降压与相关辅助元件，完美 地实现对不同功率系列的LED照明的恒流、恒压及多种保护、极大地降低了LED的照明成 本。 背景技术 0002 本发明涉及的背景技术有两项：其一、交流降压并获得相应的具有很小波纹的直 流电能；其二、LED灯珠之恒流、恒压及多种保护。 0003 一、当前技术中得到广泛运用的是变压器降压。变压器降压又因介质的频率特性 不同分为两类50H Z 变压器与100KH Z 以上铁氧体变压器。众所周知，50H Z 变压器体积大不宜 作LED照明电源；100KH Z 以上频率变压器电源即是开关电源。这是当前最主要的LED照明 电源。但是元件众多、成本高。
6、，体积大不能置于灯泡之中。另外晶闸管降压作为驱动LED电 源，但因大电流晶闸管发热厉害，需要附加大的散热器，成本很高。晶闸管发热消耗了相当 部分电能、抵消了LED省电的优点。 0004 众所周知，电容也能降压、并且不发热、不消耗电能。能否利用电容降压得到波纹 很小的驱动LED灯珠的直流电能呢？按照当前技术回答是否定的。第一、电容降压是所谓 恒流降压，因为电容与负载串联致使电压稳定性很差；第二、电容降压的最大难题是降压后 的电流与电压间有很大的相位差。极端情况下电流与电压相差为90度。亦即是电压最高 时，相应的电流为另；电流最大时，相应的电压为另。经二极管整流后，脉动直流电压与电 流之间仍然具有。
7、很大的相位差。这直接导致这种脉动电压不能有效地对大容量电解电容充 电。因而，按照当前技术，不能通过电容降压得到波纹很小的LED所需的直流电能。电容降 压具有不消耗功率、不发热、元件少、成本低、降压范围不受限制、功率大小不受限制，能够 得到不同功率系列的LED所需的电流与电压。此外，电容降压器件呈容抗性，可改善电网的 功率因素，实现进一步节能。所有上述优点是开关电源及其它LED照明电源不能匹敌的。然 而，电容降压因为脉动电流与电压间的相位差不能获得波纹小的直流电能。这是无人能解 的世界难题，因而长期以来电容降压没有实际用途。本发明独创的自触发晶闸管负电阻及 多次整流、多次充电与多次放电技术成功地。
8、由电容降压获得到了驱动LED灯珠所需的波纹 很小的直流电能。 0005 二、LED灯珠之恒流、恒压及多种保护在开关电源与晶闸管电源技术中得到广泛运 用。但是，它们的共同特点是元件众多、电路复杂、体积大、成本高。本发明独创的LED照明 说 明 书CN 102752895 A 2/5页 4 之电压灵敏型与电流灵敏型恒流、恒压及多种保护仅用数只电阻、数只晶体管、成本极低并 可安置在灯泡之中。 发明内容 0006 本发明涉及的独创技术有二项：一、分压式电容降压并获得驱动LED灯珠所需的 波纹很小的直流，二、LED灯珠之恒流、恒压及多种保护。 0007 第一项独创技术由三款分技术组成：自触发晶闸管、多次。
9、整流多次充电多次放电 功能块及分压电容降压整流带负电阻输出。 0008 1、独创的自触发晶闸管(单向及双向)由晶闸管与两只电阻构成。两只电阻串联 其中点与晶闸管控制极G连接，两端与晶闸管并联。附图1是双向自触发晶闸管的电路图。 两只电阻R + 与R - 串联，中点连G极，R + 与T 2 极及R - 与T 1 极并联。附图2是单向自触发晶 闸管的电路图，两只电阻R + 与R - 串联，中点连G极，R + 与A极及R - 与K极并联。不难看到 当晶闸管两端电压增加，G极电压 0009 随之增加，当G数电压达到触发电压时，晶闸管开通。由于无须另外的触发电路， 所以称为自触发。 0010 2、独创的。
10、多次整流及多次充电放电功能块由多支再整流再充电再放电功能块串 联构成。单支再整流再充电再放电功能块由一支快恢复二极管与一支大容量电解电容串联 组成。附图5及附图6中有它们的连接电路。 0011 3、分压电容降压整流带负电阻输出的电路图如附图4所示。电容C 上 与C 下 组成分 压降压电路，中点0与地端的交流电压经桥式整流得到100Hz脉动直流。脉动直流的正极 端与自触发晶闸管正极端相连、脉动直流负极端与自触发晶闸管负极端相连接。 0012 组合上述三款技术可以得到驱动LED灯珠的波纹很小的直流电能。 0013 众所周知，电容降压经桥式整流后的100Hz脉动直流的电压与电流间存在很大的 相位差。。
11、这一世界难题是如何被解决？首先注意到，由于相位差的存在，在电压峰值时，电 流接近零。从负载的角度看，这说明内阻极大；其次注意到，对大容量电解电容充电效率低， 这表明脉动波动中直流分量少，交流分量多。针对上述两大特点，首先利用串联在桥式整流 输出正、负端的二支自触发晶闸管在开通时产生的负电阻降低输出内阻；其次，多次整流多 次充电多次放电解决了充电效率低的难题。不难看到当少量直流分量对第一级电解电容充 电而大量的交流成分通过流到下一级，再被整流，部分交流变为直流，再对电容充电，剩余 的交流成分经电容又流到下一级，再被整流，又有部分交流转变为直流，剩余交流又经过电 容又流到下一级，如此作用下去，直到。
12、最后一级，最终每一只大容量电解电容充足了波纹很 小的直流电能。所以，全部LED灯珠，它们分别并联在多只大容量电解电容的两端被已充足 了波纹很小的直流的多只大容量电解电容分别驱动。 0014 第二项独创技术由二款分技术组成：电压灵敏型与电流灵敏型晶体管调控电路。 PNP型、NPN型晶体管及场效应管都可用作调控元件。 0015 1、LED灯珠恒流、恒压及多种保护功能之电压灵敏型电路图如附图3与附图5所 示。在附图3中NPN晶体管集电极c与发射极e与串联的R C 与R b 的两端及LED灯珠组两 端并联再与降压电阻R串联，基极b与串联的R C 与R b 的中点相连。电阻R b 提供晶体管的基 极电压。
13、并设置在约高于截止电压。很显然，当LED两端电压升高时，通过分压电阻使基极电 说 明 书CN 102752895 A 3/5页 5 压升高，因而流经晶体管的旁路电流增加，使LED灯珠的电流回落，此外，由于总电流增加， 使降压电阻的降压增加，致使LED两端的电压回落，晶体管系高频放大元件，因而保护LED 灯珠串恒流与恒压。N支电压灵敏型调控LED功能块(附图3)串联，根据不同电网电压及 整流后直流电压，确定相应的N的数值，则可直接连接电网获得具有恒流、恒压及保护功能 的NXLXM LED照明。附图5系电压灵敏型电路，在电容降压情况下与再整流，再充电再放电 相结合的电路图，除增加一支二级管与一支大。
14、容量电解电容外，其它完全相同。 0016 2、电容降压情况下的晶体管电流灵敏型调控电路。附图6是元件连接的电路图。 LED灯珠与晶体管集电极与基极并联、与基极电阻R b 串联，基极电阻R b 设置基极电压约高 于截止电压。当流经LED灯珠的电流增加时，流入基极的电流增加，经晶体管放大作用，集 电极电流大增，使流经LED灯珠的电流旁路，亦即是，LED灯珠的电流回落，同时，整体电流 增加，致使在电阻R的电压降增加。晶体管系高频放大元件，所以晶体管的调控确保LED灯 珠串的恒流与恒压。附图6中还有执行再整流再充电再放电的二级管与电解电容。 0017 电压灵敏型与电流灵敏型晶体管调控电路还具有对LED。
15、灯珠的多种保护功能。开 关脉冲、电网数字脉冲及雷电瞬变性破坏的保护，以晶体管2N5551为例，静态设置工作电 压小于16V，静态电流小于1mA，但是2N5551的瞬态电特性是：频率100MHz，瞬态耐压180V， 瞬态电流600mA。换句话说，2N5551具有百倍以上的瞬间分流功能。所以即使雷电产生的 瞬变性高压脉冲也会高速地被2N5551分流与电阻R吸收，对长时效的电网电压变化及温度 变化，LED灯珠安全工作电压2.9V-3.4V，晶体管也有很大的安全工作范围，只须设计时选 择适当的晶体管与LED灯珠的工作点，便可实现对长时效破坏源的保护。 0018 N支具有恒流、恒压及多种保护功能的再整流。
16、再充电再放电之LED灯珠功能块串 联，然后与分压式电容降压整流带负电阻输出的两端相连，构成本发明独创的LED照明器 件。根据不同情况，即晶体管元件、LED灯珠的参数的多样性，可以由N支电压灵敏型的功 能块(附图5)串联，也可以由N支电流灵敏型的功能块(附图6)串联，甚至可以由它们两 种混合。具体如何选择，根据实际情况而定。 0019 当今世界有三大电网：中国、欧洲220V/50Hz、美国120V/60Hz及日本100V/60Hz。 针对不同电网设计电容降压LED照明有以下几点要素：一、选定LED灯珠的功率及电流。例 如，功率1W，电流在320mA左右；0.5W电流在150mA左右。然后依照不同。
17、电网确定分压式 降压中电容C 上 与C 下 的具体电容值及耐电压值；二、电解电容与相应的LED灯珠的功率及灯 珠串联数M。470微法16V电解电容适用于0.5W LED且灯珠串联数M不大于5；1000微法 16V电解电容适用于1WLED且灯珠串取数M不大于5、耐压25V则灯珠串联数M应不大于7 及耐压35V对应的M数不大于10；三、晶体管及晶闸管选择耐压高，瞬态电流大及耐热功率 大的小功率管；四、降压电阻R的耐热功率应当不小于1W，电流灵敏型电路中的基极电阻R b 的耐热功率不小于1/2W；五、对于功率不小于0.5W的LED灯珠，附图3、5、6中L1的选 择是适宜的。 附图说明 0020 附图。
18、1，双向晶闸管自触发电路。电阻R + 与R - 串联，中点与G极连接，R + 与R - 的 另一端各与T 2 与T 1 极连接； 0021 附图2，单向晶闸管自触发电路。电阻R + 与R - 串联，中点连接G极，R + 与R - 的另 说 明 书CN 102752895 A 4/5页 6 一端各与A与K极连接； 0022 附图3，NpN型晶体管电压灵敏型调控电路。电阻R c 与R b 串联，中点连接基极b， R c 与R b 的另一端各与集电极c与发射极e及LED灯珠块的正极端与负极端连接，降压电阻 R与电源负端串联，M为LED灯珠串联数，L为灯珠串并联数。对PNP型晶体管，电路只须作 简单变。
19、动； 0023 附图4，分压式电容降压桥式整流带负阻电源。电容C 上 与C 下 串联，中点O输出降 压的交流电压，4只快恢复二极管桥式整流输出的正极与负极分别串联自触发晶闸管(单 向或双向)，R 上 与R 下 为电容的放电电阻； 0024 附图5，再整流、再充电放电及电压灵敏型调控LED功能块。D为快恢复二极管，C 为大容量电解电容，R为降压电阻，集电极电阻Rc与基板电阻R b 串联，M为LED灯珠串联数， L为灯珠串并联数，晶体管为NPN型。对PNP型晶体管，电路只须作简单变动； 0025 附图6，再整流、再充电放电及电流灵敏型调控LED功能块。D为快恢复二极管，C 为大容量电解电容，R为降。
20、压电阻，R b 为基极电阻，M为LED灯珠串联数，L为灯珠串并联数， 晶体管为NPN型。对PNP型晶体管，电路只须作简单变动。 具体实施方式 0026 方案一，220V 10W LED照明灯。 0027 分压式电容降压电源由以下元件组成。C 上 为CBB61耐压450V电容量4微法，C 下 为MPX-X 2 250V 0.47微法，2只200K放电电阻R 上 与R 下 ，4只Fr107组成整流桥，两只单向晶 闸管MCR100-6，两只500欧1/4W及两只20欧1/4W电阻分别为R + 与R - ，构成两只自触发晶 闸管，上述元件按附图4连结；20只0.5W 0028 LED灯珠，5只R c 。
21、2.4K欧1/4W，5只R b 33欧1/4W，上述元件按附图5(L1，M 4)连接为5个功能块，然后5个功能块串联并与电容降压的脉动直流连接。 0029 20只LED灯珠，每只电压约3.1V电流165mA，总功率约10W。配合辅助灯具与灯 头，可直接替换白炽灯与萤光灯。 0030 方案二，220V 20W LED照明灯 0031 分压式电容降压脉动直流电源由以下元件按附图4连接。电容C 上 为CBB61450V 4 微法与250V 2.2微法并联，C 下 为250V1.5微法，2只200K放电电阻R 上 与R 下 ，4只F r 157， 两只双向晶闸管BT136与2只1K欧1/4W及2只33。
22、欧1/4WR + 与R - 按附图1构成自触发晶 闸管。24只1W LED灯珠，6只1000微法16V电解电容，6只0.47欧1/2W R b 基极电阻，上 述元件按附图6(L1，M4)连结为6个功能块，然后6个功能块串联并与电容降压后的 直流连结。1W灯珠直径0.8厘米，底部有0.5厘米直径散热金属片，用直径13厘米的铝箔 作散热片。 0032 24只灯珠，每只电压约3V，电流280mA，总功率约20W，配合辅助灯具与灯头，可直 接替换白炽灯与萤光灯。 0033 方案三，220V，30W，LED照明灯 0034 分压式电容降压脉动直流电源由以下元件按附图4连接。电容C 上 为两只 CBB61。
23、450V4微法并联，C 下 为250V1.5微法，2只200K放电电阻，4只Fr157，两只双向晶闸 管BT136与2只1K欧1/4W及2只33欧1/4W R + 与R - 按附图1构成自触发晶闸管。31只 说 明 书CN 102752895 A 5/5页 7 1WLED灯珠，3只1000微法25V电解电容及1只1000微法35V电解电容，4只2N5551晶体 管，4只0.47欧1/2W R b 基极电阻，上述元件按附图6(L1，M7)连接3个功能块，然后 (L1，M10)连接1个功能块，这4个功能块串联后与直流脉动电源连接，并用直径为 17cm的铝箔作散热片。 0035 31只灯珠，每只电压约3V，电流325mA，总功率约30W，配合辅助灯具与灯头，可直 接替换白炽灯与荧光灯。 说 明 书CN 102752895 A 1/4页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102752895 A 2/4页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102752895 A 3/4页 10 图4 说 明 书 附 图CN 102752895 A 10 4/4页 11 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102752895 A 11 。