CN102948258A - 发光设备和设置有相同发光设备的照明设施 - Google Patents

Abstract

一种发光设备，包括：基板，安装到基板上的LED串，在所述LED串中，多个发光二极管D1-D6串联连接，与LED串串联连接的电源线13（13a、13b），以及多个保护电容C（C1-C5），每个保护电容布置在LED串中至少一组发光二极管之间的连接N（N1-N5）和电源线13之间，并且具有小于连接N和地之间的阻抗的阻抗。

Description

发光设备和设置有相同发光设备的照明设施

技术领域

本发明涉及设置有串联连接的多个发光二极管（LED）的发光设备，并且涉及设置有该发光设备的照明设施。

背景技术

对于与交流电电源线连接用于使用的电力设备，有必要进行作为质量和安全验证试验的绝缘电阻试验和耐压试验，其遵照安全标准，例如，IEC60598、UL1598、JIS C8105-1“灯具部分 1：安全的通用要求”。例如，需要对与商用交流电电源连接的LED照明设备进行绝缘电阻试验和耐压试验。

例如，专利文件1和2被引用作为现有技术文件，其涉及在其中提供多个发光二极管的LED照明设备。

专利文件1：JP-A-2009-301952

专利文件2：JP-A-2010-80844。

图1是示出了LED照明设备100和在其中设置的光源板10的示意性侧视图。LED照明设备100包括设置有串联连接的多个发光二极管D（D1、D2、D3）的光源板10、光源板10所附着至的壳体30、固定在壳体30内侧的电源单元40、以及反射发光二极管D的光的反射器板50。由与外部交流电电源连接的电源单元40所生成的直流电压施加到发光二极管D两端，以使得发光二极管D的光在图中向上发射。

光源板10由安装到发射基板20上的发光二极管D形成，以便于改进发光二极管D的热耗散。发射基板20的特定示例是MCPCB（金属芯印刷电路板）。MCPCB是由在其中形成铜连接12a-12f的导电层12、导热绝缘层11和金属板14以该顺序将一个放在另一个上所形成的印刷板。例如，发光二极管D1的阳极侧电极焊接到铜连接12a上，以及阴极侧电极焊接到铜连接12b上。对于其它的发光二极管D2和D3也是一样。壳体30还用作散热器，以改进发光二极管D和电源单元40的热耗散。

以上提及的绝缘电阻试验、耐压试验等等有时单独对于光源板10进行，或者在如图1中所示出的、光源板10附着到壳体30的状态中，对于LED照明设备100作为整体来进行。通过在发射基板20的铜连接和壳体30（即，外壳接地）之间由高压AC电源200施加高压交流电压，可以检查光源板10的发射基板20的电绝缘性能。

图2是示出了光源板10的结构和进行耐压试验方法的图。如图1中，光源板10由在其中串联连接多个发光二极管D（D1-D6）的LED串形成，并且LED串安装到发射基板20上。在位于相邻发光二极管之间的每个铜连接N（N1-N5）和外壳接地之间，存在寄生电容CP（CP1-CP5）中的相应一个。外壳接地对应图1中所示出的壳体30或者金属板14，铜连接N1-N5对应图1中所示出的铜连接12b-12e，并且LED串端头之一处的每个铜连接M1（M2）对应图1中所示出的各个铜连接12a（12f）。

当进行耐压试验时，与LED串的阴极侧端头串联连接的电源线13a的端头M3以及与LED串的阳极侧端头串联连接的电源线13b的端头M4均与电源线201连接，所述电源线201与高压AC电源200的正电极侧连接。与高压AC电源200的负电极侧连接的电源线202与壳体30或者金属板14连接。即，高压AC电源200和壳体30（或者金属板14）与公用的电力地（electrical ground）连接。

当在该连接状态中高压交流电电压从高压AC电源200输出时，虽然在设计阶段，绝缘最初设置在电源线13（13a和13b）和外壳接地之间，但是在电源线13（13a和13b）和外壳接地之间生成通过寄生电容CP的电流路径。

图3示出了：当1000V/50Hz的交流电压施加到电源线13（13a、13b）和光源板10中的外壳接地之间时，在端子之间的电压（电极之间的电压），在每个发光二极管的端头两端所生成的电压的模拟结果。因此，高达大约-8V的反向电压被观察作为发光二极管的电极之间的电压。最高的反向电压在发光二极管D1和D6处被观察到，所述发光二极管D1和D6位于LED串端头处。

考虑到：LED串的一个端头处的发光二极管D1的观察到的反向电压特别高，因为：当由于施加高压交流电电压，电源线13（13a、13b）的电势高于外壳接地的电势时，电流流过寄生电容CP1的路径，该路径的阻抗低于流过LED串的内部发光二极管的路径的阻抗。类似地考虑到：LED串的另一个端头处的发光二极管D6的观察到的反向电压特别高，因为：当由于施加高压交流电电压，电源线13（13a、13b）的电势低于外壳接地时，通过经过具有低阻抗的寄生电容CP5的路径，电流流过发光二极管D6。

作为保护发光二极管免受由这种过高的反向电压所引起的电应力（electrical stress）的保护电路，考虑被布置为如图8中所示出的旁路电容6。图8是以上所提及的专利文件2中所公开的LED电路7的结构图。在LED电路7中，多个旁路电容6（其组合电容量大于发光二极管5和地E之间的浮地电容Cs）的每一个与串联连接的多个发光二极管5中的对应一个并联。

然而，为了通过使用图8中的保护电路来保护发光二极管免受以上所述的过高反向电压，每个旁路电容6的电容量必须增加，因为串联连接的发光二极管5的数量增加时，每个发光二极管5的阳极和阴极之间的阻抗必须降低。这增加了旁路电容6的尺寸，并且也增加了成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种发光设备，甚至当串联连接的发光二极管的数量增加时，其可以防止保护发光二极管免受过高反向电压的保护元件的尺寸增加以及成本增加，以及提供一种设置有发光设备的照明设施。

为了获得以上目的，根据本发明的发光装置包括：

基板；

安装到基板上的LED串，在所述LED串中，多个LED串联连接；

与LED串串联连接的电源路径；以及

保护元件，其布置在LED串中至少一组LED之间的连接和电源路径之间，其中，所述保护元件的阻抗小于连接和地之间的阻抗。

而且，为了达到以上目的，根据本发明的照明设施包括发光设备和基板所附着到的壳体，并且照明设施通过施加电压点亮LED。

根据本发明，可以防止保护发光二极管免受过高反向电压的保护元件的尺寸增加和成本增加。

附图说明

图1是示出了LED照明设备100和在其中设置的光源板10的示意性侧视图；

图2是示出了光源板10的结构和进行耐压试验的方法的图；

图3示出了：当1000V/50Hz的交流电压施加到电源线13（13a、13b）和光源板10中的外壳接地之间时，在端子之间的电压（电极之间的电压）、在每个发光二极管的端头两端所生成的电压的模拟结果；

图4是示出了为根据本发明的发光设备的第一实施例的光源板60的结构以及进行耐压试验的方法的图；

图5是示出了当1000V/50Hz的交流电压施加到电源线13（13a、13b）和光源板60中的外壳接地之间时，在每个发光二极管两端所生成的端子间电压（电极之间的电压）的模拟结果的图；

图6A示出了耐压试验中光源板的电路的布置模型；

图6B示出了耐压试验中光源板的电路的阻抗模型；

图7是示出了为根据本发明的发光设备的第二实施例的光源板70的结构以及进行耐压试验的方法的图；

图8是在专利文件2中所公开的LED电路7的结构图。

附图标记解释

C   保护电容

CP  寄生电容

D   发光二极管（LED）

N   铜连接

10  光源板

11  导热绝缘层

12a-12f   铜连接

13（13a，13b）   电源线

14  金属板

20  发射基板

30  壳体

40  电源单元

50  反射器板

60, 70  光源板

100   发光设备

200   高压AC电源

201, 202   电源线。

具体实施方式

在下文，实现本发明的实施例将参考图来描述。图4是示出了为根据本发明的发光设备的第一实施例的光源板60结构和进行耐压试验的方法的图。如图1和2中所示，光源板60由在其中多个发光二极管D（D1-D6）串联连接的LED串形成，LED串安装到发射基板20上。光源板60是设置在图1中所图示的LED照明设备中的部件，并且与图2中所示出的光源板10一样附着到壳体30。如在图1和2中也找到的这些部件的解释将被省略。

电源线13（13a，13b）以图案部分和线部分形成，所述图案部分以和铜连接12a及类似物相同的发射层20的导电层12形成，以及所述线部分与图案电连接，以促进与电源线40或者高压AC电源200的连接。

光源板60具有在其上安装的保护电容C（C1-C5），作为保护LED串免受以上所提及的反向电压的保护电路。保护电容C安装到图1中所示出的发射基板20上，发光二极管D安装到相同的安装表面。为了防止在耐压试验中过高反向电压施加到发光二极管上，必须防止：当高压交流电电压施加到电源线13（13a，13b）和机壳接地之间时，在每个发光二极管D的阳极和阴极之间建立电压差。

因此，保护电容C插到至少一组发光二极管之间的连接N和电源线13之间。更优选的，保护电容C（C1，C5）的每一个插到与位于LED串端头处的发光二极管D（D1，D6）相邻的连接N（N1，N5）中对应的一个和电源线13之间。最优选的，保护电容C（C1-C5）的每一个插到发光二极管之间的所有连接N（N1-N5）中对应一个和电源线13之间，以保持发光二极管之间的连接N（N1-N5）和电源线13之间的电压在相同的电势，以便于防止在每个发光二极管D的阳极和阴极之间建立电压差。此外，为了使得发光二极管之间的连接N（N1-N5）和电源线13之间的电压甚至在高压交流电电压施加到电源线13和机壳接地之间的状态时尽可能接近零，每个保护电容C的阻抗被设定成小于每个寄生电容CP的阻抗的值（例如，每个寄生电容CP的阻抗的1/1000或者更小的值，更优选的1/10000或者更小的值，尽管寄生电容CP的大小可以根据物体类型来改变）。

图5示出了：当1000V/50Hz的交流电电压施加到电源线13（13a、13b）和光源板60中的外壳接地之间时，在每个发光二极管两端所生成的端子间电压（电极之间的电压）的模拟结果。元件阻抗的所使用的数值条件是在图6B中示出的值（其详细内容将在以后来描述）。正如图5中所示出的，通过布置如图4中所示出的保护电容C，可以防止过高的反向电压施加到发光二极管D，并且甚至在进行耐压试验时减少流过发光二极管D的电流。因此，可以减少由耐压试验施加到发光二极管D的应力。

图6A和6B示出了在耐压试验中向其施加高压交流电电压的光源板的模型示例。图6A示出了电路的布置模型，并且图6B是图6A的电路的阻抗模型。在耐压试验中，50-60Hz的600-1500V施加到机壳接地和电源线之间。发光二极管D的阻抗在没有电流流过的状态中是大约100MΩ。寄生电容CP的阻抗在50-到-60Hz范围中变成大约250MΩ。每个寄生电容CP的电容值随着绝缘层厚度（每个铜连接和金属板14之间的距离）和每个铜连接的图案面积而变化。也就是，寄生电容CP的电容值C可以表达为：

C=ε×（S/d）                                 …（1），

其中，介电常数是ε，布线图案的面积是S，以及绝缘层的厚度是d。寄生电容CP通常在10-100pF的数量级。保护电容的阻抗被选择以使得过高的反向电压不施加到发光二极管。为此，保护电容C的阻抗仅必须足够小于所施加交流电电压的频率处的寄生电容CP的阻抗。也就是，保护电容的电容值仅必须足够大于寄生电容CP的电容值（例如，优选的，前者电容值大于后者电容值的1000倍）。例如，在图6A中，具有1.0μF电容值的保护电容被使用，以使得50-60Hz时的阻抗变成大约3kΩ。

此外，通过将LED串的端头处的发光二极管的电极与阳极侧上的电源线或者阴极侧上的电源线电连接，可以防止在每个发光二极管的电极之间的电压中生成电压。额外提到的是，虽然保护电容的电容值根据寄生电容CP的电容值来确定，但是，优选的，例如，保护电容的电容值在从0.01μf到10μf所包括的范围内。

而且，通过将保护电容C插到电源线13和每个铜连接N之间，防止在每个发光二极管的阳极和阴极之间生成电压。结果，由于甚至当LED串中串联连接的元件数量增加或者减少时，不需要调整保护电容C的电容值，而不管LED串中发光二极管的数量，因此可以防止保护电容C的尺寸增加以及成本增加。

虽然根据本发明的优选实施例已经详细描述，但是本发明不限于以上所述的实施例，并且可以在以上所述的实施例中形成各种修改和替代，而不脱离本发明的范围。

例如，图7是示出了为根据本发明的发光设备的第二实施例的光源板70的结构和进行耐压试验的方法的图。虽然图4中的光源板60具有与阴极侧电源线13a连接的保护电容C1-C3以及和阳极侧电源线13b连接的保护电容C4和C5，但是图7的光源板70具有仅仅与阴极侧电源线13a连接的保护电容C1-C5。可替代的，保护电容C1-C5可以仅仅与阳极侧电源线13b连接。

额外要提到的是，在图4中，如果在正常用作LED照明设施时在端头M3和M4之间生成高浪涌电压，过电流（overcurrent）可以流过路径“M3-保护电容C3-铜连接N3-发光二极管D4-保护电容C4-M4”，在所述LED照明设施中，电源单元40的正电极侧与电源线13b的端头M4连接，以及电源单元40的负电极侧与电源线13a的端头M3连接。还在图7中，如果在端头M3和M4之间生成高浪涌电压，过电流可以流过路径“M3-保护电容C5-铜连接N5-发光二极管D6-M4”。过电流流过这些路径的原因在于：这些路径的阻抗低于其它路径的阻抗。因此，为了防止过电流流过图4中的发光二极管D4或者图7中的发光二极管D6，优选的是，提供保护电容C10。

而且，在以上所述的实施例中，已经采用了保护电容C作为保护发光二极管免受过高反向电压的元件的特定示例。然而，可以使用例如电阻元件和齐纳二极管的保护元件。

而且，虽然优选的是，从易于布置部件和保护部件免受过压的角度上看，例如保护电容C的保护元件可以安装到例如发射基板20的基板上，保护元件可以通过由线连接而插到发光二极管之间的连接N和电源线13之间，例如，以保护元件不安装到基板的形式。

此外，在以上所述的实施例中，发光二极管D被图示为单个的发光器件；然而，其并不限于此。例如，可以通过使用由多个串联和/或者并联连接的发光二极管所形成的电路或者组件来适当地形成设计变化。

而且，至于发光二极管D，例如，所谓的白色可见发光二极管可以被使用；然而，发光二极管D不限于此。发光二极管D可以是蓝色、红色、或者绿色可见发光二极管，或者，例如，可以组合有光转换荧光材料或者类似物、并且发射不同于可见光的光（例如紫外光或者红外光）的发光二极管。而且，不同发光二极管的组合可以用作发光二极管D。

此外，在其上安装发光二极管D的基板可以不是发射基板20，并且可以是例如FR4玻璃环氧板的印刷板或者例如柔性基板的电介质基板。

而且，不仅仅对于在耐压试验或者过压试验中可能在电源线13和外壳接地之间所生成的过高电压，而且也对于例如在作为LED照明设备的正常使用状态中可能在电源线13和外壳接地之间所生成的浪涌的噪声，例如保护电容C的保护元件有效地工作。

而且，图1中所示出的电源单元40仅必须设置有AC-DC转换器，其将来自外侧的交流电电压输入转换成将施加到LED串的直流电电压；然而，当来自外侧的电压输入是直流电电压时，电源单元40可以设置有DC-DC转换器或者开关式稳压器。此外，可以采用如下结构：其中电源单元40不并入LED照明设备，并且外部生成的直流电电压被输入LED照明设备以及然后施加到LED串。

而且，根据本发明的发光设备和照明设施的应用不限于例如房子的建筑物，并且由此根据本发明的发光设备和照明设施可以被应用到例如运输系统（例如，道路照明、路灯和交通灯）、汽车、标志牌、或者例如投影器的景观照明的使用。

Claims (6)

1.一种发光设备，包括：

基板；

安装到基板上的LED串，在所述LED串中，多个LED串联连接；

与LED串串联连接的电源路径；以及

保护元件，其布置在LED串中至少一组LED之间的连接和电源路径之间，其中，所述保护元件的阻抗小于连接和地之间的阻抗。

2.根据权利要求1的照明设备，其中，保护元件布置在与位于LED串的端头处的LED邻近的每个连接和电源路径之间。

3.根据权利要求1的照明设备，其中，发光设备布置在LED串中的LED之间的连接的每一个和电源路径之间。

4.根据权利要求1至3中任何一个的照明设备，其中，保护元件是电容。

5.根据权利要求1至4中任何一个的照明设备，其中，电源路径是LED串的阳极侧上的电源路径和LED串的阴极侧上的电源路径中至少任何一个。

6.一种照明设施，包括：

根据权利要求1至5中任何一个的发光设备；以及

基板所附着到的壳体，

其中，LED通过施加电压来点亮。

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