基于数字电源管理技术的一体化集成式LED标准光组件

摘要

本发明公开了基于数字电源管理技术的一体化集成式LED标准光组件，包括高导热基板、LED发光模组和市电输入接口，所述高导热基板上集成有无电解线性恒流驱动控制电路和ZigBee模块，还集成有控制IC，所述市电输入接口与无电解线性恒流驱动控制电路的电源输入端连接，基于ZigBee模块，集成于组件中的控制IC使得光组件可以作为控制系统网络中的可以任意切换的标准控制单位，实现了光组件的控制标准化，解决了光组件组网过程中的难点，形成多功能光组件标准接口。而且本发明采用无电解线性恒流驱动控制电路，有效减小电路体积，有效组合为更小体积的综合功能性光组件，有利于标准光组件的应用推广。

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED标准光组件电路及封装结构领域，特别是基于数字电源管理技术的一体化集成式LED标准光组件。

背景技术

LED照明产业是我国“十二五”规划中的战略性新兴产业之一。众多企业纷纷进军LED照明领域，由于缺少规范统一的标准化光组件和灯具标准，造成了产品种类繁多、性能各异、互换性差，给整个产业的发展提出了严峻挑战，同时制约了LED照明产业的健康发展。LED产品的组件化、模块化、集成化，已经成为下一阶段产业发展的必然趋势。以标准化光组件为着手，大力推动LED产业健康发展，有利于提升我国产业的国际竞争力。

由于目前市场上现有的LED通信、协议及控制标准并不能统一，因此目前的光组件需要针对不同通信、协议及控制标准相匹配地生产对应的光组件，制约着光组件标准的制定和发展。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可适配目前市面上绝大多数LED通信、协议及控制标准的基于数字电源管理技术的一体化集成式LED标准光组件。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

基于数字电源管理技术的一体化集成式LED标准光组件,包括高导热基板，所述高导热基板设置有LED发光模组和市电输入接口，所述高导热基板上集成有用于驱动控制LED发光模组的无电解线性恒流驱动控制电路和ZigBee模块，所述高导热基板还集成有用于控制及转换通信协议的控制IC，所述市电输入接口与无电解线性恒流驱动控制电路的电源输入端连接，所述ZigBee模块、控制IC、无电解线性恒流驱动控制电路和LED发光模组依次连接。

进一步，所述高导热基板还设置有光标准接口，所述光标准接口与控制IC连接。通过设置光标准接口，便于通过光标准接口实现对光组件的控制。

进一步，所述光标准接口包括市电接口，所述市电接口与市电输入接口电连接。所述市电接口集成于光标准接口中，便于接口、接线的简化。

进一步，所述无电解线性恒流驱动控制电路包括高阶分段线性恒流驱动芯片、线性整流电路、动态配置电路和主动填谷电路，所述线性整流电路的直流输出端与高阶分段线性恒流驱动芯片的电源输入端连接，所述高阶分段线性恒流驱动芯片的LED驱动输出端连接LED发光模组；所述主动填谷电路与线性整流电路连接，主动填谷电路的控制端与高阶分段线性恒流驱动芯片的主动填谷电路控制端连接；所述动态配置电路的输入端与线性整流电路的直流输出端连接，动态配置电路的输出端与高阶分段线性恒流驱动芯片的电源输入端连接，动态配置电路的控制端与高阶分段线性恒流驱动芯片的动态配置电路控制端连接。

通过采用高阶分段线性恒流驱动芯片及线性整流电路，整个电路无需使用电解电容，能有效减少电源部分的体积，不占据灯具空间，而且可以全自动贴片，自动化程度高，为了实现集成式标准光组件提供了良好的基础。而本发明由于采用了高阶分段线性恒流驱动芯片，实现了分段恒流驱动，提高电源转换效率，同时使驱动芯片的热耗散热减少的情况下提高单颗驱动芯片的驱动能力。本发明采用了主动填谷电路，实现全波整流电压过零附件对灯串负载供电，通过细调及粗调LED发光模组配合控制，实现高阶线性恒流控制。本发明通过动态配置电路，实现在电压低时并联电压高时各子串串联，使各个LED在各电压分段中持续点亮提升灯具的光效，同时使各电压分段的输出功率一致，分段间无频闪。而通过上述的主动填谷和动态配置的技术，能完全克服1%、1Hz频闪，而且芯片内部集成恒定功率电压无压闪、电源效率提升90%以上，提高灯芯的利用率。

具体地，所述主动填谷电路由二极管D1、二极管D2、电容C1和双向晶闸三极管Q1组成，所述二极管D1、二极管D2反向并联连接，所述二极管D2所在并联支路上串联有双向晶闸三极管Q1，所述双向晶闸三极管Q1的控制端与高阶分段线性恒流驱动芯片的主动填谷电路控制端连接，二极管D1、二极管D2反向并联电路的一端与线性整流电路的正极电路输出端连接，另一端通过电容C1接地。

具体地，所述动态配置电路包括双向晶闸三极管Q2，所述双向晶闸三极管Q2的两端分别连接高阶分段线性恒流驱动芯片的电源输入端和线性整流电路的直流输出端，所述双向晶闸三极管Q2的控制端与高阶分段线性恒流驱动芯片的动态配置电路控制端连接。

进一步地，所述高阶分段线性恒流驱动芯片为SDS3108LED驱动芯片。

进一步，所述LED发光模组为FCOB发光单元。

作为上述的进一步改进，所述FCOB发光单元为自对流散热LED发光芯片。

进一步，所述自对流散热LED发光芯片包括封装体，所述封装体包括封装基板和包围封装基板且向上突出的管壳，所述管壳上设置有上盖体，所述封装基板上设置有引脚，所述引脚穿过封装基板从管壳的底部或两侧引出，还包括倒装LED芯片，所述倒装LED芯片以倒装的方式安装于封装基板上且与引脚电连接，所述上盖体与封装基板的空腔内灌有灌封硅胶，所述管壳内设置有用于排出封装体内部热量的微散热对流通道，所述微散热对流通道包括用于吸收内部热量的吸热管壁和用于供空气流动的散热通道，所述散热通道的两端开口分别设置于封装体的表面。

优选地，所述倒装LED芯片及与之连接的引脚设置有多个。

进一步，所述微散热对流通道分别设置有两个，且沿管壳中心轴对称。通过设置两个微散热对流通道，能进一步加强散热效果，而且轴对称的微散热对流通道相互之间能形成对流效果，起到加强自对流散热的效果。

进一步，作为上述的一种改进，所述微散热对流通道垂直贯穿上盖体、灌封硅胶和封装基板。通过形成垂直贯穿的微散热对流通道，能有效带走整个封装体的热量，特别是积累在封装基板上的热量。

进一步，所述引脚穿过封装基板从管壳的底部两侧引出，封装基板底部与引脚之间形成用于供空气流动的空隙。由于采用上述垂直贯通的微散热对流通道，因此需要在封装基板的底部留有供空气进入的开口，本发明通过在封装基板底部与引脚之间形成用于供空气流动的空隙，能方便、低成本地形成所述的散热对流通道。

进一步，作为上述的另一种改进，所述微散热对流通道的一端开口设置于上盖体上，另一端开口设置于管壳的侧面，形成整体呈L型的微散热对流通道。通过设置L型的微散热对流通道，无需垂直贯穿整个封装体，冷空气从侧面更容易进入微散热对流通道，其进风效果好，而且呈L型的微散热对流通的水平部分通过封装基板内部，能有效将积累在封装基板上的热量带走。

进一步，所述引脚紧贴封装基板底部从管壳两侧底部引出，所述封装基板底部与引脚底部水平。由于进风的开口设置于管壳的侧面，因此无需在封装基板底部设置对流通风口，因此能将封装基板紧贴于灯座上，起到双重的散热效果。

具体地，所述管壳顶部的内壁面上设置有台阶，所述上盖体安装于台阶上。该设计能便于安装上盖体

进一步，所述上盖体上设置有透镜。通过该透镜能有效将LED的光源发散，起到更好的出光效果。

通过微散热对流通道的两端开口形成空气对流散热系统，封装体内的发热部分将热量传递到吸热管壁，并加热管腔内的空气使其膨胀、上升及在一端开口处排出，同时另一端开口吸收冷空气，形成自对流散热效果。本发明通过LED芯片封装的维度变化形成自对流散热通道，有效降低光组件的整体功耗，增强产品的稳定性和可靠性，对于实现小型LED封装、LED标准光组件的指定和发展具有良好促进作用。

本发明的有益效果是：本发明采用的基于数字电源管理技术的一体化集成式LED标准光组件，由于采用ZigBee模块，基于ZigBee模块，集成于组件中的控制IC使得光组件可以作为控制系统网络中的可以任意切换的标准控制单位，实现了光组件的控制标准化，解决了光组件组网过程中的难点，形成多功能光组件标准接口。而且本发明采用无电解线性恒流驱动控制电路，有效减小电路体积，有效组合为更小体积的综合功能性光组件，有利于标准光组件的应用推广。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构剖视图；

图2是本发明的电路原理框图；

图3是本发明无电解线性恒流驱动控制电路的电路原理图；

图4是本发明LED发光模组的第一实施例剖视图；

图5是本发明LED发光模组的第二实施例剖视图。

具体实施方式

参照图1-图5，本发明的基于数字电源管理技术的一体化集成式LED标准光组件,包括高导热基板1，所述高导热基板1设置有LED发光模组2和市电输入接口4，所述高导热基板1上集成有用于驱动控制LED发光模组2的无电解线性恒流驱动控制电路3和ZigBee模块5，所述高导热基板1还集成有用于控制及转换通信协议的控制IC6，所述市电输入接口4与无电解线性恒流驱动控制电路3的电源输入端连接，所述ZigBee模块5、控制IC6、无电解线性恒流驱动控制电路3和LED发光模组2依次连接。

本发明由于采用ZigBee模块5，基于ZigBee模块5，集成于组件中的控制IC6使得光组件可以作为控制系统网络中的可以任意切换的标准控制单位，实现了光组件的控制标准化，解决了光组件组网过程中的难点，形成多功能光组件标准接口。而且本发明采用无电解线性恒流驱动控制电路3，有效减小电路体积，有效组合为更小体积的综合功能性光组件，有利于标准光组件的应用推广。

进一步，所述高导热基板1还设置有光标准接口7，所述光标准接口7与控制IC6连接。通过设置光标准接口7，便于通过光标准接口7实现对光组件的控制。

进一步，所述光标准接口7包括市电接口，所述市电接口与市电输入接口4电连接。所述市电接口集成于光标准接口7中，便于接口、接线的简化。

进一步，所述无电解线性恒流驱动控制电路3包括高阶分段线性恒流驱动芯片301、线性整流电路302、动态配置电路303和主动填谷电路304，所述线性整流电路302的直流输出端VAC与高阶分段线性恒流驱动芯片301的电源输入端VAC连接，所述高阶分段线性恒流驱动芯片301的LED驱动输出端P1-P6、N1、N2连接LED发光模组2；所述主动填谷电路304与线性整流电路302连接，主动填谷电路304的控制端与高阶分段线性恒流驱动芯片301的主动填谷电路304控制端FILL连接；所述动态配置电路303的输入端与线性整流电路302的直流输出端VAC连接，动态配置电路303的输出端与高阶分段线性恒流驱动芯片301的电源输入端VAC2连接，动态配置电路303的控制端与高阶分段线性恒流驱动芯片301的动态配置电路303控制端FOLD连接。

具体地，所述高阶分段线性恒流驱动芯片301为SDS3108LED驱动芯片。

SDS3108是一款高阶分段线性恒流驱动芯片301，根据全波整流电压的高低变化，动态调整点亮的LED灯芯的数量，并通过专利高阶分段技术，将线性恒流阶数细分为23阶，使得LED灯串电压的包络与全波整流波形精确匹配，驱动效率可达到95%，单颗芯片可提供8~25W的功率输出。

SDS3108采用专利动态配置技术，可以根据全波整流电压动态改变LED灯串的拓扑结构：当全波整流电压较低时，将多个LED灯串并联点亮；电压较高时，LED灯芯全部串联点亮。通过采用动态配置技术，SDS3108提高了灯芯的利用率，并可直接支持80V~260V的宽电压应用。

SDS3108采用专利主动填谷技术，在填谷电容中存储一定量的电荷，当全波整流电压降至过零点附近时，填谷电容对LED灯串放电，保证整个整流周期中灯串输出光效恒定，从而消除1Hz频闪。

SDS3108集成开关调光功能，通过普通墙面开关的快速开合可实现三级调光1%~50%~25%、两级调光1%~0.5%或无级调光功能。SDS3108还集成数字调光功能，主控芯片通过单线SDQ协议写入命令，可实现灯具亮度的实时动态变化。

所述无电解线性恒流驱动控制电路3通过采用高阶分段线性恒流驱动芯片301及线性整流电路302，整个电路无需使用电解电容，能有效减少电源部分的体积，不占据灯具空间，而且可以全自动贴片，自动化程度高，为了实现集成式标准光组件提供了良好的基础。而本发明由于采用了高阶分段线性恒流驱动芯片301，实现了分段恒流驱动，提高电源转换效率，同时使驱动芯片的热耗散热减少的情况下提高单颗驱动芯片的驱动能力。本发明采用了主动填谷电路304，实现全波整流电压过零附件对灯串负载供电，通过细调及粗调LED发光模组2配合控制，实现高阶线性恒流控制。本发明通过动态配置电路303，实现在电压低时并联电压高时各子串串联，使各个LED在各电压分段中持续点亮提升灯具的光效，同时使各电压分段的输出功率一致，分段间无频闪。而通过上述的主动填谷和动态配置的技术，能完全克服1%、1Hz频闪，而且芯片内部集成恒定功率电压无压闪、电源效率提升90%以上，提高灯芯的利用率。

其中SDS3108LED驱动芯片的引脚定义如下：

引脚号码引脚名称描述1VDD电源脚2FILL主动填谷电路控制端3CS2电流采样输入4FOLD动态配置电路控制端5VAC2动态配置VAC2输入端6P4LEDF4驱动输出7P5LEDF5驱动输出8P6LEDF6驱动输出9N2LED2驱动输出10N1LED1驱动输出11P3LEDF3驱动输出12P2LEDF2驱动输出13P1LEDF1驱动输出14RT1 分压电阻脚15VAC 全波整流输入16CS1电流采样输入117GND 接地脚18SDQ 智能调光接口

表1：SDS3108LED驱动芯片引脚表格。

具体地，所述主动填谷电路304由二极管D1、二极管D2、电容C1和双向晶闸三极管Q1组成，所述二极管D1、二极管D2反向并联连接，所述二极管D2所在并联支路上串联有双向晶闸三极管Q1，所述双向晶闸三极管Q1的控制端与高阶分段线性恒流驱动芯片301的主动填谷电路304控制端FILL连接，二极管D1、二极管D2反向并联电路的一端与线性整流电路302的正极电路输出端VAC连接，另一端通过电容C1接地。

具体地，所述动态配置电路303包括双向晶闸三极管Q2，所述双向晶闸三极管Q2的两端分别连接高阶分段线性恒流驱动芯片301的电源输入端VAC2和线性整流电路302的直流输出端VAC，所述双向晶闸三极管Q2的控制端与高阶分段线性恒流驱动芯片301的动态配置电路303控制端FOLD连接。

本发明中控制IC6连接至高阶分段线性恒流驱动芯片301的SDQ接口，两者通过SDQ协议进行连接。控制IC6通过SDQ接口发送调光值和控制指令，读取寄存器的值。指令格式为2Byte：1Byte指令地址，1Byte指令参数。指令发送模式为高位在前。SDS3108提供16级程序调光，因此指令参数的低4bit为有效数据，高4bit为校验数据，校验数据必须是有效数据取反。数据更新指令的参数为固定值3Ch。

指令(HEX)R/W参数描述F0hW{~da[3:0],da[3:0]}写入要更新的亮度数据0FhR{~da[3:0],da[3:0]}读出要更新的亮度数据1EhR{~da[3:0],da[3:0]}读出当前的亮度数据D2hW3Ch数据更新

表2：SDS3108LED驱动芯片寄存器及指令说明。

SDQ为单线双向通行协议，主机和从机都采用开漏opendrain的PAD结构，外接5K上拉电阻。默认情况下总线保持高电平。

进一步，所述LED发光模组2为FCOB发光单元。

作为上述的进一步改进，所述FCOB发光单元为自对流散热LED发光芯片。

进一步，所述自对流散热LED发光芯片包括封装体201，所述封装体201包括封装基板202和包围封装基板202且向上突出的管壳203，所述管壳203上设置有上盖体204，所述封装基板202上设置有引脚205，所述引脚205穿过封装基板202从管壳203的底部或两侧引出，还包括倒装LED芯片206，所述倒装LED芯片206以倒装的方式安装于封装基板202上且与引脚205电连接，所述上盖体204与封装基板202的空腔内灌有灌封硅胶207，所述管壳203内设置有用于排出封装体201内部热量的微散热对流通道208，所述微散热对流通道208包括用于吸收内部热量的吸热管壁281和用于供空气流动的散热通道282，所述散热通道282的两端开口分别设置于封装体201的表面。

通过微散热对流通道208的两端开口形成空气对流散热系统，封装体201内的发热部分将热量传递到吸热管壁281，并加热管腔内的空气使其膨胀、上升及在一端开口处排出，同时另一端开口吸收冷空气，形成自对流散热效果。本发明通过LED芯片封装的维度变化形成自对流散热通道282，有效降低光组件的整体功耗，增强产品的稳定性和可靠性，对于实现小型LED封装、LED标准光组件的指定和发展具有良好促进作用。

优选地，所述倒装LED芯片206及与之连接的引脚205设置有多个。

进一步，所述微散热对流通道208分别设置有两个，且沿管壳203中心轴对称。通过设置两个微散热对流通道208，能进一步加强散热效果，而且轴对称的微散热对流通道208相互之间能形成对流效果，起到加强自对流散热的效果。

进一步，参照图4所示，作为上述的一种改进，所述微散热对流通道208垂直贯穿上盖体204、灌封硅胶207和封装基板202。通过形成垂直贯穿的微散热对流通道208，能有效带走整个封装体201的热量，特别是积累在封装基板202上的热量。

进一步，所述引脚205穿过封装基板202从管壳203的底部两侧引出，封装基板202底部与引脚205之间形成用于供空气流动的空隙209。由于采用上述垂直贯通的微散热对流通道208，因此需要在封装基板202的底部留有供空气进入的开口，本发明通过在封装基板202底部与引脚205之间形成用于供空气流动的空隙209，能方便、低成本地形成所述的散热对流通道。

进一步，参照图5所示，作为上述的另一种改进，所述微散热对流通道208的一端开口设置于上盖体204上，另一端开口设置于管壳203的侧面，形成整体呈L型的微散热对流通道208。通过设置L型的微散热对流通道208，无需垂直贯穿整个封装体201，冷空气从侧面更容易进入微散热对流通道208，其进风效果好，而且呈L型的微散热对流通的水平部分通过封装基板202内部，能有效将积累在封装基板202上的热量带走。

进一步，所述引脚205紧贴封装基板202底部从管壳203两侧底部引出，所述封装基板202底部与引脚205底部水平。由于进风的开口设置于管壳203的侧面，因此无需在封装基板202底部设置对流通风口，因此能将封装基板202紧贴于灯座上，起到双重的散热效果。

具体地，所述管壳203顶部的内壁面上设置有台阶231，所述上盖体204安装于台阶231上。该设计能便于安装上盖体204

进一步，所述上盖体204上设置有透镜241。通过该透镜241能有效将LED的光源发散，起到更好的出光效果。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。