Led照明大芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了LED照明大芯片，包括一個寬度固定為W的第一透明基板(421)，第一透明基板(421)上設有N+1條平行的接口導線，第一透明基板(421)上設有N顆LED芯片(41)構成LED芯片串聯(lián)組，每顆LED芯片(41)均位于兩條相鄰的接口導線之間，兩條相鄰的接口導線的間距為WJG等于W減接口導線寬再除以N，且每顆LED芯片(41)的正負極均分別連接在兩條相鄰的接口導線上；且同時并聯(lián)多個LED串聯(lián)組，使得第一透明基板(421)上形成可在第一透明基板(421)長度方向上延伸的N列多行的LED芯片陣列，N為3至7之間的整數(shù)。
【專利說明】LED照明大芯片
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LED照明大芯片，屬于LED照明【技術領域】。
【背景技術】
[0002]申請?zhí)?201310140124.5、201310140138.7、201310140150.8、201310140105.2、201310140134.9,201310140106.7,201310140151.2,201310140136.8 等中國專利申請公開
了多個能在通用和互換的LED燈泡上使用的光機模組技術方案。這些技術為建立以LED燈泡為中心的照明產業(yè)架構，使LED燈泡(照明光源)、燈具、照明控制成為獨立生產、應用的終端產品的基本理念奠定了基礎。但上述專利尚未解決光機模組內置驅動電源的問題。
[0003]現(xiàn)行的LED驅動電源多為開關電源，體積太大；也有體積稍小的線性電源，但其驅動芯片多以DIP雙列直插或SMD貼片封裝型式再配合輔助元器件，其體積仍不足以小到能放置到光機模組內部。
[0004]LED照明從芯片廠提供LED芯片開始到照明燈需要經一系列的諸如貼片、固晶、焊接、封裝、分光分色、驅動設計、散熱設計、燈具設計等復雜而冗長的生產設計過程，由于存在芯片布置設計、導熱設計和電源驅動設計等諸多不確定性，這種以LED芯片為中心的產業(yè)架構難以在可更換光源的模式下實現(xiàn)光源(燈泡)標準化，最終導致終端市場上的LED燈多以不可更換光源的整體結構燈為主體，增加了照明產品的產業(yè)復雜度和降低了照明產品的產業(yè)集中度。
[0005]進一步創(chuàng)造理念先進、更易標準化的LED燈泡光機模組內置驅動電源和LED照明芯片結構方案對于大規(guī)模推廣LED照明意義深遠。
[0006]申請?zhí)枮?01310140106.7,201310140105.2,201310140134.9 等中國專利申請公
開了多個能在外延片制作光機模組的技術方案。把光機模板當作外延片直接生長芯片存在的問題是由于光機模板有7個規(guī)格，每個規(guī)格上都有多種功率的要求，生產者會面臨品種太多批量較小的尷尬問題；其次LED芯片及相關電路所占面積相對于光機模板面積較小，生產成本高居不下；再有是光機模板較襯底更厚，也相對地增加了成本。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，提供一種LED照明大芯片。它可以方便地用于不同功率要求的LED光機模組，本發(fā)明的生產成本低、便于裝配，有利于LED照明的標準化、大規(guī)模的推廣。
[0008]本發(fā)明的技術方案:LED照明大芯片，其特點是:包括一個寬度固定為W的第一透明基板，第一透明基板上設有N+1條平行的接口導線，第一透明基板上設有N顆LED芯片構成LED芯片串聯(lián)組，每顆LED芯片均位于兩條相鄰的接口導線之間，兩條相鄰的接口導線的間距為Wie等于W減接口導線寬再除以N (ffJG = (W-接口導線寬)/N)，且每顆LED芯片的正負極均分別連接在兩條相鄰的接口導線上；且同時并聯(lián)多個LED串聯(lián)組，使得第一透明基板上形成可在第一透明基板長度方向上延伸的N列多行的LED芯片陣列，N為3至7之間的整數(shù)。
[0009]上述的LED照明大芯片中，所述LED芯片陣列和接口導線在第一透明基板上的形成方法是:采用透明的襯底做過渡外延層形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技術分層生長電路和LED芯片，然后經切割形成寬度為W的LED照明大芯片，其中生長出的電路包括接口導線和連接LED芯片和接口導線的連接芯片的導線，透明基板作為襯底；所述的芯片二極由于不需要焊接，可采用透明電極，如氧化銦錫(ITO)，以增加芯片的發(fā)光面積；所述的芯片成熟制造技術是，采用有機金屬化學氣相沉積設備分層進行覆硅、上膠、光刻、蝕刻、鍍膜、合金和磨片等工藝；或者采用傳統(tǒng)技術將LED芯片陣列貼裝在印制好銀漿電路的第一透明基板上，并通過倒裝焊接或金絲正裝焊接與第一透明基板上的銀漿電路連接，獲得LED照明大芯片，銀漿刷電路包括接口導線和連接LED芯片和接口導線的連接芯片的導線。
[0010]使用前述的LED照明大芯片組建的LED光機模組，它是按以下方法組建的:根據(jù)功率需要，對LED照明大芯片進行剪裁，剪裁成不同長度的LED照明大芯片具有不同的功率，在光機模板上印刷銀漿電路，光機模板上銀漿電路也具有接口導線，且數(shù)目和間距均與LED照明大芯片的接口導線相同；將LED照明大芯片帶芯片的一面貼在光機模板帶銀漿電路的一面進行對焊，兩者的接口導線相互對應焊接；同時將LED驅動電源大芯片帶銀漿電路的一面貼在光機模板帶銀漿電路的一面進行對焊；從而將LED照明大芯片與LED驅動電源大芯片接通；最后用透明膠封裝LED照明大芯片和驅動電源大芯片周圍的縫隙。所述的LED芯片承載電壓約為DC3.2V(根據(jù)實際情況適當調整)或大于DClOV的高電壓。
[0011 ] 前述的LED光機模組中，所述LED驅動電源大芯片包括第二透明基板，第二透明基板印制有銀漿線路，，銀漿電路上形成有接口導線，接口導線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機模板導線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導線數(shù)目和間距與LED照明大芯片的接口導線相同，第二透明基板上先粘貼未經封裝的電源驅動晶圓級芯片和整流橋晶圓級芯片，然后將未經封裝的電源驅動晶圓級芯片和整流橋晶圓級芯片焊接在第二透明基板上；可將整流橋晶圓級芯片合拼在電源驅動晶圓級芯片中；第二透明基板有接口導線端的寬度與LED照明大芯片的寬度W相同，高度為H2。
[0012]前述的LED光機模組中，所述LED光機模組上的LED驅動方法為:整流橋晶圓級芯片上的整流橋將市電AC轉化為脈動直流電，脈動直流電的電壓大于零，小于等于脈動直流電額定最大工作電壓Vwe，在脈動直流電上設置3?7段LED負載，各段LED負載串聯(lián)在一起形成LED負載串聯(lián)段組，多個LED負載串聯(lián)段組形成所述的LED芯片陣列，在脈動直流電的電壓升高時，電源驅動晶圓級芯片控制LED負載串聯(lián)的段數(shù)逐級增加，在脈動直流電的電壓下降時，控制LED負載串聯(lián)的段數(shù)逐級減小，LED負載串聯(lián)的段數(shù)為實際連入脈動直流電的LED負載段數(shù)。市電AC經過整流橋后變成脈動直流電，例:AC220V，50Hz交流電經整流橋整流后，電壓為半個周期(180度)的波形曲線，周期在O度時脈動直流電壓為零，在90度時脈動直流電壓達到最大值Vwk為最高DC311V，180度時，電壓又降為零，周而復始。
[0013]前述的LED光機模組中，所述LED負載串聯(lián)的段數(shù)通過開關進行控制，開關的控制節(jié)點為電壓的分段界限，所述電壓的分段數(shù)量與LED負載串聯(lián)的段數(shù)相對應；所述LED負載串聯(lián)的段數(shù)的控制方法是，將每段LED負載的負極方向分別通過開關連接脈動直流電的負極，然后根據(jù)脈動直流電的電壓變化對各個開關的通斷進行控制，使用將某幾段開關斷路的方式實現(xiàn)LED負載串聯(lián)的段數(shù)的改變。LED負載可分為3~7段，分段少，電路簡單，但電流變化較大，容易在電網產生低次諧波；分段多，則電路結構復雜。一般取4~6段為佳。
[0014]前述的LED光機模組中，設定脈動直流電的脈動直流工作電壓Vw大于Vwmax的時段，控制所有開關斷開，停止向所有LED負載供電，實現(xiàn)對LED的過電壓及浪涌保護；通過調整脈動直流電的最大允許脈動直流電壓Vwmax的大小，從而實現(xiàn)對LED的發(fā)光亮度調整。
[0015]前述的LED光機模組中，通過設置電流傳感器測得電路中有效工作電流Iw，當1?超過設計值KIwk時，關閉所有開關以實現(xiàn)電流保護，開關的開啟需在下次重新加載電壓后恢復，其中K為調整系數(shù)，Iwk為額定有效工作電流。
[0016]前述的LED光機模組中，所述的開關在脈動直流電壓上升階段延時tm毫秒動作，在脈動直流電壓下降階段提前tm毫秒動作，以獲得相對較平穩(wěn)的LED工作電流。
[0017]前述的LED光機模組中，設置串聯(lián)在一起的每一段LED負載為具有不同的最大承載電壓值的LED芯片組，可使在開關控制下工作的LED負載串聯(lián)段組獲得接近理想正弦波的工作電流曲線。 [0018]前述的LED光機模組中，所述每一段LED負載最大承載電壓的調整方法是:①以脈動直流電壓為縱坐標、脈動直流周期為橫坐標作圖假定一個純電阻負載，其功率在脈動直流半波形成的正弦圖形面積為1，作圖；③由于LED電壓增加電流大增，實質為功率性損壞。設定LED負載串聯(lián)段組的承載功率為純電阻負載的120%，作一面積為1.2的矩形陰影圖，矩形陰影的縱坐標值即為串聯(lián)段組總的最大承載電壓值；(!)同理，已知LED負載承載電壓情況下，可作圖得出LED負載的圖形面積，逐段驗證LED負載的面積之和大于開關的控制節(jié)點下的脈動直流正弦波面積；⑤選取LED負載串聯(lián)段組上各段LED負載的承載電壓值，相加大于等于串聯(lián)段組總的最大承載電壓值即可；其中，承載電壓值較高的LED負載靠近正極端，承載電壓值較低的LED負載靠近負極端。
[0019]前述的LED光機模組中，所述光機模板的材質為薄片非金屬透明材料(如SiO2,Al2O3等)，它是將薄型板材加溫到近材料軟化點，利用模具采用沖壓設備沖壓成型的。(材料易脆且硬度較高。這樣只能切割方式進行加工成光機模板形狀時，成本較高。)
[0020]使用前述的LED光機模組組建LED照明核心構件的方法:在LED光機模組上設置柔性電路后裝入帶熒光粉的內罩即可；帶熒光粉的內罩是將含熒光粉的注塑顆粒料與不含熒光粉的透明注塑顆粒料混勻；混合比例根據(jù)需要配置，然后通過注塑成型即得；其中所述含熒光粉的注塑顆粒料是將20~30%熒光粉體與70~80%透明注塑顆粒料混勻，熱熔后重新制成注塑顆粒料；熒光粉選用余輝時間大于8ms的熒光粉。
[0021]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的LED照明大芯片可以方便地用于不同功率要求的LED光機模組，它可以在電源大芯片的驅動下，LED照明大芯片被設計成固定的寬度W，長度則根據(jù)制造設備的規(guī)格來確定，使用時來分割成不同的長度。這樣LED照明大芯片不需針對單個LED芯片來切割成毫米級尺寸，芯片制作時將降低對襯底的機械特性要求，使類似多晶的高純氧化鋁等進入襯底的選擇范圍，大幅度地降低了 LED照明芯片的制造成本；照明大芯片中的每顆LED芯片兩極無需焊接，電極可做的較小同時并可采用透明電極的方案，會有效地增加芯片的發(fā)光面積和提高發(fā)光效率；從芯片廠開始，照明大芯片只需結合電源大芯片即可直接貼裝焊接在光機模板上、或燈泡導熱支架上，LED照明生產流程短而簡單。同時，大芯片按使用功率分段切割，設計、生產到產品整個過程中容易確定的因數(shù)較多，便于對其控制來實現(xiàn)標準化作業(yè)；按使用功率來分割的照明大芯片可滿足大多數(shù)照明應用要求，這樣非切割的、數(shù)量有限的照明大芯片容易實現(xiàn)高度的產業(yè)集中度，將大幅度減少照明產品的制造成本；改變了 LED現(xiàn)有的封裝產業(yè)概念，照明大芯片采用倒裝后只需簡單封裝大芯片周邊即可，或采用正裝時可采用蓋板封裝等工藝，繞開了國外的專利壁壘。
[0022]本發(fā)明的光機模組可以適用于本發(fā)明人在先申請的各類燈泡專利，替代燈泡中原有的光機模組。本發(fā)明的光機模組在結構上可以內置電源和LED照明芯片，而且體積小，易于實現(xiàn)標準化。本發(fā)明可以改變現(xiàn)有的以LED芯片為中心的產業(yè)架構，本發(fā)明的LED光機模組可以在可更換光源的模式下實現(xiàn)光源(燈泡)標準化，從而可以降低照明產品的產業(yè)復雜度和提高照明產品的產業(yè)集中度。
[0023]本發(fā)明的LED大芯片可以采用外接驅動電源直接驅動。
[0024]另外，本發(fā)明通過整流橋將市電轉化為脈動直流電，同時將每個周期內的電壓按相位分割為多段，且利用多段內電壓不同的特性，使用開關對串接入工作狀態(tài)的LED負載的段數(shù)進行調節(jié)，從而使LED負載進入控制化的運行模式，該運行模式可以滿足LED芯片供電，而且本發(fā)明的這種LED驅動方式可以極大地減少LED驅動電源的復雜性，從而使得LED光機模組內置驅動電源成為可能，這對于LED燈泡實現(xiàn)更大的通用性和互換性意義重大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明LED芯片外觀主視圖；
[0026]圖2為本發(fā)明LED照明大芯片外觀圖；
[0027]圖3為本發(fā)明采用金絲焊結的LED照明大芯片外觀圖；
[0028]圖4為本發(fā)明印制有銀漿電路的大型光機模板；
[0029]圖5為本發(fā)明未封膠的大型光機模組；
[0030]圖6為本發(fā)明已封膠的大型光機模組；
[0031]圖7為本發(fā)明實施例的光機核心構件的結構示意圖；
[0032]圖8是本發(fā)明實施例的大功率LED驅動電源大芯片主視圖；
[0033]圖9為本發(fā)明實施例的LED電壓電流波形圖；
[0034]圖10為本發(fā)明實施例的超高電壓運行功率波形圖；
[0035]圖11本發(fā)明實施例的調光運行功率波形圖；
[0036]圖12本發(fā)明實施例的電路連接圖；
[0037]圖13本發(fā)明實施例的驅動電源芯片內部電路圖；
[0038]圖14本發(fā)明實施例3段負載的LED電壓電流波形圖；
[0039]圖15:本發(fā)明實施例DC52V串聯(lián)的LED芯片陣列模組功率加載分布圖；
[0040]圖16:本發(fā)明實施例LED芯片陣列承載電壓試算圖；
[0041]圖17:本發(fā)明實施例單顆DC52V芯片承載功率試算圖；
[0042]圖18:本發(fā)明實施例2*52V+4*35V串聯(lián)的LED芯片陣列模組功率加載分布圖；
[0043]圖19是本發(fā)明實施例的小功率LED驅動電源大芯片主視圖。
[0044]附圖中的標記為:41-LED芯片，41.1-P極，41.2-N極，41.3_金屬電極，41.4_半導體，42-透明蓋板，43-光機模板，43.1-光機模組固定孔，44-柔性轉接電路，44.1-焊點，45-透明封膠，61 -帶熒光粉的內罩，414-銀漿印刷電路，417-焊接金線，410-LED驅動電源大芯片，411-LED電源驅動晶圓級芯片，412-整流橋晶圓級芯片，413-第二透明基板，414-銀漿電路，414.1-焊盤，416-電阻，420-LED照明大芯片，421-第一透明基板。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。
[0046]實施例。LED照明大芯片，如圖1至3所示:包括一個寬度固定為W的第一透明基板421，第一透明基板421上設有N+1條平行的接口導線，第一透明基板421上設有N顆LED芯片41構成LED芯片串聯(lián)組，每顆LED芯片41均位于兩條相鄰的接口導線之間，兩條相鄰的接口導線的間距為Wje等于W減接口導線寬再除以N (ffJG = (W-接口導線寬)/N)，且每顆LED芯片41的正負極均分別連接在兩條相鄰的接口導線上；且同時并聯(lián)多個LED串聯(lián)組，使得第一透明基板421上形成可在第一透明基板421長度方向上延伸的N列多行的LED芯片陣列，N為3至7之間的整數(shù)。
[0047]所述LED芯片陣列和接口導線在第一透明基板421上的形成方法是:采用透明的襯底做過渡外延層形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技術分層生長電路和LED芯片，然后經切割形成寬度為W的LED照明大芯片，其中生長出的電路包括接口導線和連接LED芯片和接口導線的連接芯片的導線，透明基板作為襯底；所述的芯片二極由于不需要焊接，可采用透明電極，如氧化銦錫(ITO)，以增加芯片的發(fā)光面積；所述的芯片成熟制造技術是，采用有機金屬化學氣相沉積設備分層進行覆硅、上膠、光刻、蝕刻、鍍膜、合金和磨片等工藝；或者采用傳統(tǒng)技術將LED芯片陣列貼裝在印制好銀漿電路414的第一透明基板421上，并通過倒裝焊 接或金絲正裝焊接與第一透明基板421上的銀漿電路414連接，獲得LED照明大芯片，銀漿刷電路414包括接口導線和連接LED芯片和接口導線的連接芯片的導線。
[0048]使用前述的LED照明大芯片組建的LED光機模組，如圖4至6所示，它是按以下方法組建的:根據(jù)功率需要，對LED照明大芯片420進行剪裁，剪裁成不同長度的LED照明大芯片420具有不同的功率，在光機模板43上印刷銀漿電路414，光機模板43上銀漿電路414也具有接口導線，且數(shù)目和間距均與LED照明大芯片420的接口導線相同；將LED照明大芯片420帶芯片的一面貼在光機模板43帶銀漿電路414的一面進行對焊，兩者的接口導線相互對應焊接；同時將LED驅動電源大芯片410帶銀漿電路的一面貼在光機模板43帶銀漿電路414的一面進行對焊；從而將LED照明大芯片420與LED驅動電源大芯片410接通；最后用透明膠封裝LED照明大芯片和驅動電源大芯片周圍的縫隙。所述的LED芯片承載電壓為~DC3.2V或大于DClOV的高電壓。
[0049]所述LED驅動電源大芯片410，如圖8和圖19所示，包括第二透明基板413，第二透明基板413印制有銀漿線路，銀漿電路上形成有接口導線，接口導線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機模板43導線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導線數(shù)目和間距與LED照明大芯片420的接口導線相同，第二透明基板413上先粘貼未經封裝的電源驅動晶圓級芯片411和整流橋晶圓級芯片412，然后將未經封裝的電源驅動晶圓級芯片411和整流橋晶圓級芯片412焊接在第二透明基板413上；可將整流橋晶圓級芯片(412)合拼在電源驅動晶圓級芯片(411)中；第二透明基板413有接口導線端的寬度與LED照明大芯片的寬度W相同，高度為H2。
[0050]所述LED光機模組上的LED驅動方法為:整流橋晶圓級芯片412上的整流橋將市電AC轉化為脈動直流電，脈動直流電的電壓大于零，小于等于脈動直流電額定最大工作電壓Vwk，在脈動直流電上設置3?7段LED負載，各段LED負載串聯(lián)在一起形成LED負載串聯(lián)段組，多個LED負載串聯(lián)段組形成所述的LED芯片陣列，在脈動直流電的電壓升高時，電源驅動晶圓級芯片411控制LED負載串聯(lián)的段數(shù)逐級增加，在脈動直流電的電壓下降時，控制LED負載串聯(lián)的段數(shù)逐級減小，LED負載串聯(lián)的段數(shù)為實際連入脈動直流電的LED負載段數(shù)。
[0051]所述LED負載串聯(lián)的段數(shù)通過開關進行控制，開關的控制節(jié)點為電壓的分段界限，所述電壓的分段數(shù)量與LED負載串聯(lián)的段數(shù)相對應；所述LED負載串聯(lián)的段數(shù)的控制方法是，將每段LED負載的負極方向分別通過開關連接脈動直流電的負極，然后根據(jù)脈動直流電的電壓變化對各個開關的通斷進行控制，使用將某幾段開關斷路的方式實現(xiàn)LED負載串聯(lián)的段數(shù)的改變。
[0052]設定脈動直流電的脈動直流工作電壓Vw大于Vwmax的時段，控制所有開關斷開，停止向所有LED負載供電，實現(xiàn)對LED的過電壓及浪涌保護；通過調整脈動直流電的最大允許脈動直流電壓Vwmax的大小，從而實現(xiàn)對LED的發(fā)光亮度調整。
[0053]通過設置電流傳感器測得電路中有效工作電流Iw，當Iw超過設計值KIwk時，關閉所有開關以實現(xiàn)電流保護，開關的開啟需在下次重新加載電壓后恢復，其中K為調整系數(shù)，Iwe為額定有效工作電流。
[0054]所述的開關在脈動直流電壓上升階段延時tm毫秒動作，在脈動直流電壓下降階段提前tm毫秒動作，以獲得相對較平穩(wěn)的LED工作電流。
[0055]設置串聯(lián)在一起的每一段LED負載為具有不同的最大承載電壓值的LED芯片組，可使在開關控制下工作的LED負載串聯(lián)段組獲得接近理想正弦波的工作電流曲線。
[0056]所述每一段LED負載最大承載電壓的調整方法是:①以脈動直流電壓為縱坐標、脈動直流周期為橫坐標作圖；②由于LED電壓增加電流大增，實質為功率性損壞。假定一個純電阻負載，其功率在脈動直流半波形成的正弦圖形面積為1，作圖；③設定LED負載串聯(lián)段組的承載功率為純電阻負載的120%，作一面積為1.2的矩形陰影圖，矩形陰影的縱坐標值即為串聯(lián)段組總的最大承載電壓值同理，已知LED負載承載電壓情況下，可作圖得出LED負載的圖形面積，，逐段驗證LED負載的面積之和大于開關的控制節(jié)點下的脈動直流正弦波面積；⑤選取LED負載串聯(lián)段組上各段LED負載的承載電壓值，相加大于等于串聯(lián)段組總的最大承載電壓值即可；其中，承載電壓值較高的LED負載靠近正極端，承載電壓值較低的LED負載靠近負極端。
[0057]所述光機模板43的材質為薄片非金屬透明材料，如SiO2, Al2O3等，它是將薄型板材加溫到近材料軟化點，利用模具采用沖壓設備沖壓成型的。由于材料易脆且硬度較高，因此只能切割方式進行加工成光機模板形狀時，成本較高。
[0058]使用前述的LED光機模組組建LED照明核心構件的方法，如圖7所示，在LED光機模組上設置柔性電路44后裝入帶熒光粉的內罩61即可；帶熒光粉的內罩61是將含熒光粉的注塑顆粒料與不含熒光粉的透明注塑顆粒料混勻；混合比例根據(jù)需要配置，然后通過注塑成型即得；其中所述含熒光粉的注塑顆粒料是將20?30%熒光粉體與70?80%透明注塑顆粒料混勻，熱熔后重新制成注塑顆粒料；熒光粉選用余輝時間大于8ms的熒光粉。
[0059]下文是以6組LED負載為例的本發(fā)明的工作原理。即η取值為6。
[0060]首先，交流電AC經過整流橋后變成脈動直流電，例:AC220V，50Hz交流電經整流橋整流后，參見圖9，電壓為半個周期(180度)的波形曲線，周期在O度時脈動直流電壓為零，在90度時脈動直流電壓達到最大值Vwe為最高DC311V，180度時，電壓又降為零，周而復始。
[0061]本發(fā)明的工作要求，在脈動直流電壓大于零與小于等于Vwk之間，共設置6段負載，各段負載間形成串聯(lián)方式，隨電壓升高，負載(即LED負載)串聯(lián)段數(shù)逐級增加，負載電壓由開關控制加載，參見圖9和圖12，電壓開關節(jié)點為電壓分段界限。
[0062]供電管理運行模式:本發(fā)明不設計電流控制器件，各級開關的啟閉僅取決于Vw的變化，參見圖9、圖12和圖13。
[0063]周期O~90度時:
[0064]第I段:工作初始狀態(tài)，即周期從O起始，電路中開關Kl~K6處于開啟狀態(tài)(ON)，電流主要經節(jié)點Jl通過開關Kl形成通路，負載由額定電壓為lVm/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0065]第2段:當Vw大于等于lVWK/6時，開關Kl關閉(OFF)，電流主要經節(jié)點J2通過開關K2形成通路，負載由額定電壓為2VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0066]第3段:當Vw大于等于2Vm/6時，開關Kl處于0FF，開關K2關閉(OFF)，電流主要經節(jié)點J3通過開關K3形成通路，負載由額定電壓為3Vm/6串聯(lián)工作的LED組成； [0067]第4段:當Vw大于等于3Vm/6時，開關Kl~K2處于0FF，開關K3關閉(OFF)，電流主要經節(jié)點J4通過開關K4形成通路，負載由額定電壓為4Vm/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0068]第5段:當Vw大于等于4Vm/6時，開關Kl~K3處于0FF，開關K4關閉(OFF)，電流主要經節(jié)點J5通過開關K5形成通路，負載由額定電壓為5Vm/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0069]第6段:當Vw大于等于5Vm/6時，開關Kl~K4處于0FF，開關K5關閉(OFF)，電流經節(jié)點J6通過開關K6形成通路，負載由額定電壓為6Vm/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0070]開關Kl~K6關閉時，可采用延時0.1ms的關閉方法，可獲得相對較平穩(wěn)的電流。
[0071]周期90~180度時:
[0072]第6段:工作初始狀態(tài)，電壓由最大值向下減少，電路中開關Kl~K5處于關閉狀態(tài)(OFF)，開關K6處于開啟狀態(tài)，電流經節(jié)點J6通過開關K6形成通路，負載由額定電壓為βν^/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0073]第5段:當Vw小于等于5VWK/6時，開關K5~K6開啟(ON)，電流主要經節(jié)點J5通過開關K5形成通路，負載由額定電壓為5VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0074]第4段:當Vw小于等于4VWK/6時，開關K4~K6開啟(ON)，電流主要經節(jié)點J4通過開關K4形成通路，負載由額定電壓為4VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0075]第3段:當Vw小于等于3VWK/6時，開關K3~K6開啟(ON)，電流主要經節(jié)點J3通過開關K3形成通路，負載由額定電壓為3VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0076]第2段:當Vw小于等于2VWK/6時，開關K2~K6開啟(ON)，電流主要經節(jié)點J2通過開關K2形成通路，負載由額定電壓為2VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0077]第I段:當Vw小于等于lVWK/6時，開關Kl~K6開啟(ON)，電流主要經節(jié)點Jl通過開關Kl形成通路，負載由額定電壓為lVWK/6串聯(lián)工作的LED組成。
[0078]開關Kl~K6開啟時，可采用提前0.1ms的開啟方法，可獲得相對較平穩(wěn)的電流。[0079]調光運行模式:外部設置一給定電壓VT = O時，Vffmax對應CVwk，外部電壓給定VT=5V時，Vffmax對應0V，設置O ( Vffmax ( CVffE, C調整系數(shù)，為額定電壓的倍數(shù)，如C = 1.12。Vw大于Vwmax的時段,對應各段的開關將關閉(OFF),停止向負載供電。其作用為一種調光方案。參見圖11、圖12和圖13，調節(jié)Vwmax低于Vwk，圖中陰影部分將增加，輸入到負載的功率將降低，從而達到調光的目的。例:當LED在AC220V市電正常工作是，調整交流電電壓至AC180V的電壓時，圖中的陰影部分為Vw高于254V的形成功率投影圖部分，從周期約55.5度到124.5度之間，由于此段時間內相應的開關Kx處于關閉(OFF)，陰影部分的功耗(相當于正常市電下脈動直流半波的加載功率的57.0% )將被剔除，這部分功耗未被加載到負載上，使負載的亮度降低。當^_等于O時，所有開關將關閉(0FF)，負載供電量為零?？梢宰龅綗o級調光，而不會發(fā)生能量消耗。
[0080]電壓保護運行模式:設置Vwmax = CVm。Vw大于Vwmax的時段，對應各段的開關將關閉(0FF)，停止向負載供電。參見圖10、圖12和圖13，例:當市電達到270V的高電壓時，圖中的陰影部分為Vw高于348V的形成功率陰影圖部分，從周期約66度到114度之間，由于此段時間內Kl~K6開關處于關閉(0FF)，陰影部分的功耗(相當于正常市電下脈動直流半波的加載功率的50.2% )將被剔除，這部分功耗未被加載到負載上，使負載不會因過電壓燒毀。；電網發(fā)生涌浪的時候，會發(fā)生瞬時的尖峰電壓大大地高于Vwmax,此刻各段開關處于關閉狀態(tài)，實現(xiàn)了涌浪保護的目的。
[0081]過流保護運行模式:本發(fā)明具有過流保護，參見圖13，電流傳感器測得電路中有效工作電流Iw超過設計值KIwk, K為調整系數(shù)，例:設定Iwe = 275mA, K=L 2，邏輯開關控制器將關閉所有開關Kl~K6(0FF)，開啟開關(ON)Kl~K6需在下次重新加載電源壓后恢
復。
[0082]依據(jù)與上述相同的原理，負載方式可分為3~7段，分段少，電路簡單，但電流變化較大，容易在電網產生低次諧波，參見圖14;分段多，則電路結構復雜。一般取4~6段為佳。
[0083]注:VW—脈動直流工作電壓(1.4142*交流電壓)；VWK—脈動直流額定最大工作電壓(1.4142*交流電壓)；Vwmax—最大允許脈動直流電壓(1.4142*交流電壓)；IW—有效工作電流。Iwe—額定有效工作電流。
[0084]如市電為AC220，整流后的電壓為DC311V，以每組LED負載為單顆芯片為例，則每顆芯片承受DC52V ;如AC110，則芯片承受DC26V。設脈動直流半波的加載功率面積為1，參見圖15，圖中每個LED負載(LED模組I至6)被加載功率相差比較大，LED模組I達到脈動直流半波的加載功率面積的20.68% (為芯片額定出力的84.4% );而LED模組6只有
5.11% (為芯片額定出力的19.2% )，約為模組I的四分之一功率，經過實測驗證，模組6的實際亮度很低；整個芯片組的平均被加載的功率為芯片額定出力的52.4%，芯片的利用率較低；而芯片組的額定出力(虛線框面積)為脈動直流半波的加載功率面積的159%。由于芯片冗余量過大，不僅芯片浪費，還造成驅動電源過大而浪費，同時增加了布置上的難度。因此，恒定直流狀態(tài)下選擇芯片電壓的方法在脈動直流狀態(tài)下存在一定問題，如何在保證芯片安全工作的前提下，提高芯片的利用率成為一個待解決的問題。
[0085]設定6顆串聯(lián)的LED芯片陣列的額定出力由脈動直流半波加載功率的1.59倍調低至1.2倍(由于LED電壓增加電流大增，實質為功率性損壞。設置1.2倍功率余量足夠保證LED不被燒毀)，參見圖16，設LED芯片陣列芯片承載功率(圖中矩形陰影部分面積)為脈動直流半波加載功率(脈動直流半波部分面積)的1.2倍時，可以由圖16作圖推算出市電為AC220V時芯片陣列的承載電壓為DC236V ；
[0086]參見圖17，對LED模組I到模組6分別設置不同的電壓值，可以得到不同承載電壓值下的芯片加載功率面積(圖中陰影部分)；
[0087]采用2*52V+4*35V高電壓芯片(模組I和模組2的型號為VES-AADBHV45、模組3到模組6為ES-AADBHF40)組成串聯(lián)陣列，則芯片陣列的承載電壓調整為DC244V ;作圖18，獲得的芯片陣列被加載功率面積為脈動直流半波功率面積的96.67%，芯片陣列被加載的功率接近I為理想狀態(tài)；此時LED芯片陣列被加載的功率為芯片陣列額定出力77.6% ;實驗驗證與推算值相近。
[0088]各電壓段的模組加載功率驗證:設脈動直流半波的加載功率面積為1，電壓為縱坐標時，容易通過圖17計算DC52V芯片額定出力為26.52%，同理，DC35V芯片的額定出力為17.89% ;圖18則是市電為AC220V時，LED芯片陣列各模組的被加載的功率情況；表1是芯片陣列被加載的功率為脈動直流半波功率面積I時，市電電壓分別為AC220V，AV246V，AC270V各個模組被加載功率的情況，表中可以看出，僅模組3在DC311V和DC348V略有過載，但由于模組I和模組2有功率裕量，實驗證明模組3可通過。
[0089]在其他市電電壓等級時，優(yōu)化方式參照上述進行。
[0090]理想狀態(tài)下芯片承載功率驗算如下表所示:
【權利要求】
1.LED照明大芯片，其特征在于:包括一個寬度固定為W的第一透明基板(421)，第一透明基板(421)上設有N+1條平行的接口導線，第一透明基板(421)上設有N顆LED芯片(41)構成LED芯片串聯(lián)組，每顆LED芯片(41)均位于兩條相鄰的接口導線之間，兩條相鄰的接口導線的間距為Wie等于W減接口導線寬再除以N，且每顆LED芯片(41)的正負極均分別連接在兩條相鄰的接口導線上；且同時并聯(lián)多個LED串聯(lián)組，使得第一透明基板(421)上形成可在第一透明基板(421)長度方向上延伸的N列多行的LED芯片陣列，N為3至7之間的整數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的LED照明大芯片，其特征在于:所述LED芯片陣列和接口導線在第一透明基板(421)上的形成方法是:采用透明的襯底做過渡外延層形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技術分層生長電路和LED芯片，然后經切割形成寬度為W的LED照明大芯片，其中生長出的電路包括接口導線和連接LED芯片和接口導線的連接芯片的導線，透明基板作為襯底；所述的芯片二極由于不需要焊接，可采用透明電極，以增加芯片的發(fā)光面積；所述的芯片成熟制造技術是，采用有機金屬化學氣相沉積設備分層進行覆硅、上膠、光刻、蝕刻、鍍膜、合金和磨片等工藝；或者采用傳統(tǒng)技術將LED芯片陣列貼裝在印制好銀漿電路(414)的第一透明基板(421)上，并通過倒裝焊接或金絲正裝焊接與第一透明基板(421)上的銀漿電路(414)連接，獲得LED照明大芯片，銀漿刷電路(414)包括接口導線和連接LED芯片和接口導線的連接芯片的導線。
3.使用權利要求1或2所述的LED照明大芯片組建的LED光機模組，其特征在于，它是按以下方法組建的:根據(jù)功率需要，對LED照明大芯片(420)進行剪裁，剪裁成不同長度的LED照明大芯片(420)具有不同的功率，在光機模板(43)上印刷銀漿電路(414)，光機模板(43)上銀漿電路(414)也具有接口導線，且數(shù)目和間距均與LED照明大芯片(420)的接口導線相同JfLED照明大芯片(420)帶芯片的一面貼在光機模板(43)帶銀漿電路(414)的一面進行對焊，兩者的接口導線相互對應焊接；同時將LED驅動電源大芯片(410)帶銀漿電路(414)的一面貼在光機模板(43)帶銀漿電路(414)的一面進行對焊；從而將LED照明大芯片(420)與LED驅動電源大芯片(410)接通；最后用透明膠封裝LED照明大芯片和驅動電源大芯片周圍的縫隙；所述的LED芯片承載電壓為DC3.2V或大于DClOV的高電壓。
4.根據(jù)權利要求3所述的LED光機模組，其特征在于:所述LED驅動電源大芯片(410)包括第二透明基板(413)，第二透明基板(413)印制有銀漿線路，銀漿電路上形成有接口導線，接口導線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機模板(43)導線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導線數(shù)目和間距與LED照明大芯片(420)的接口導線相同，第二透明基板(413)上先粘貼未經封裝的電源驅動晶圓級芯片(411)和整流橋晶圓級芯片(412)，然后將未經封裝的電源驅動晶圓級芯片(411)和整流橋晶圓級芯片(412)焊接在第二透明基板(413)上；可將整流橋晶圓級芯片(412)合拼在電源驅動晶圓級芯片(411)中；第二透明基板(413)有接口導線端的寬度與LED照明大芯片的寬度W相同，高度為H2。
5.根據(jù)權利要求4所述的LED光機模組，其特征在于，所述LED光機模組上的LED驅動方法為:整流橋晶圓級芯片(412)上的整流橋將市電AC轉化為脈動直流電，脈動直流電的電壓大于零，小于等于脈動直流電額定最大工作電壓Vwe,在脈動直流電上設置3~7段LED負載，各段LED負載串聯(lián)在一起形成LED負載串聯(lián)段組，多個LED負載串聯(lián)段組形成所述的LED芯片陣列，在脈動直流電的電壓升高時，電源驅動晶圓級芯片(411)控制LED負載串聯(lián)的段數(shù)逐級增加，在脈動直流電的電壓下降時，控制LED負載串聯(lián)的段數(shù)逐級減小，LED負載串聯(lián)的段數(shù)為實際連入脈動直流電的LED負載段數(shù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的LED光機模組，其特征在于:所述LED負載串聯(lián)的段數(shù)通過開關進行控制，開關的控制節(jié)點為電壓的分段界限，所述電壓的分段數(shù)量與LED負載串聯(lián)的段數(shù)相對應；所述LED負載串聯(lián)的段數(shù)的控制方法是，將每段LED負載的負極方向分別通過開關連接脈動直流電的負極，然后根據(jù)脈動直流電的電壓變化對各個開關的通斷進行控制，使用將某幾段開關斷路的方式實現(xiàn)LED負載串聯(lián)的段數(shù)的改變。
7.根據(jù)權利要求6所述的LED光機模組，其特征在于:設定脈動直流電的脈動直流工作電壓Vw大于Vwmax的時段，控制所有開關斷開，停止向所有LED負載供電，實現(xiàn)對LED的過電壓及浪涌保護；通過調整脈動直流電的最大允許脈動直流電壓Vwmax的大小，從而實現(xiàn)對LED的發(fā)光亮度調整。
8.根據(jù)權利要求6所述的LED光機模組，其特征在于:通過設置電流傳感器測得電路中有效工作電流Iw，當Iw超過設計值KIwk時，關閉所有開關以實現(xiàn)電流保護，開關的開啟需在下次重新加載電壓后恢復，其中K為調整系數(shù)，Iw為額定有效工作電流。
9.根據(jù)權利要求6所述的LED光機模組，其特征在于:所述的開關在脈動直流電壓上升階段延時tm毫秒動作，在脈動直流電壓下降階段提前tm毫秒動作，以獲得相對較平穩(wěn)的LED工作電流。
10.根據(jù)權利要求5所述的LED光機模組，其特征在于:設置串聯(lián)在一起的每一段LED負載為具有不同的最大承載電壓值的LED芯片組，可使在開關控制下工作的LED負載串聯(lián)段組獲得接近理想 正弦波的工作電流曲線。
11.根據(jù)權利要求10所述的LED光機模組，其特征在于，所述每一段LED負載最大承載電壓的調整方法是:①以脈動直流電壓為縱坐標、脈動直流周期為橫坐標作圖假定一個純電阻負載，其功率在脈動直流半波形成的正弦圖形面積為1，作圖；③設定LED負載串聯(lián)段組的承載功率為純電阻負載的120%，作一面積為1.2的矩形陰影圖，矩形陰影的縱坐標值即為串聯(lián)段組總的最大承載電壓值同理，已知LED負載承載電壓情況下，可作圖得出LED負載的圖形面積，，逐段驗證LED負載的面積之和大于開關的控制節(jié)點下的脈動直流正弦波面積；⑤選取LED負載串聯(lián)段組上各段LED負載的承載電壓值，相加大于等于串聯(lián)段組總的最大承載電壓值即可；其中，承載電壓值較高的LED負載靠近正極端，承載電壓值較低的LED負載靠近負極端。
12.根據(jù)權利要求3所述的LED光機模組，其特征在于:所述光機模板(43)的材質為薄片非金屬透明材料，它是將薄型板材加溫到近材料軟化點，利用模具采用沖壓設備沖壓成型的。
13.使用權利要求1至12任一權利要求所述的LED光機模組組建LED照明核心構件的方法:在LED光機模組上設置柔性電路(44)后裝入帶熒光粉的內罩(61)即可；帶熒光粉的內罩(61)是將含熒光粉的注塑顆粒料與不含熒光粉的透明注塑顆粒料混勻；混合比例根據(jù)需要配置，然后通過注塑成型即得；其中所述含熒光粉的注塑顆粒料是將20~30%熒光粉體與70~80%透明注塑顆粒料混勻，熱熔后重新制成注塑顆粒料；熒光粉選用余輝時間大于8ms的突光粉。
【文檔編號】F21Y101/02GK103985809SQ201410214077
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權日:2014年5月20日
【發(fā)明者】張繼強, 張哲源, 朱曉冬 申請人:貴州光浦森光電有限公司