CN102065610B - 一种led灯控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED灯控制电路，包括用于接入第一副LED的第一LED端子，包括用于接入第二副LED的第二LED端子，还包括受即时供电电压控制的并串切换结构，其在即时供电电压较低时，切换至所接入的两副LED为并联；其在即时供电电压较高时，切换至所接入的两副LED为串联。本发明由于采用检测与通断控制的电子开关式功率因数矫正电路及恒流电路，使灯内无需再安装AC/DC变换器，减低了设备故障率，具有结构新颖、电路简单、成本低、功率因数高、寿命长和节电效果好等优点。

Description

一种LED灯控制电路

技术领域

本发明涉及一种LED照明灯的控制电路，特别涉及一种可提高LED灯功率因数的控制电路。

背景技术

电力电子装置日益广泛的应用，使得谐波污染问题引起了人们越来越多的关注。现在，欧洲的电气设备必须符合欧洲规范EN61000-3-2。这一要求适用于大多数输入功率为75W或以上的电器，而且它规定了包括高达39次谐波在内的工频谐波的最大幅度。虽然美国还没有提出此类要求，但是希望在全球销售产品的电源制造商正在设计符合这一要求的产品。

利用功率因数校正技术可以使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，并且和输入电压同相位，此时整流器的负载可等效为纯电阻。功率因数校正电路分为有源和无源两类。无源校正电路通常由大容量的电感、电容组成。虽然无源功率因数校正电路得到的功率因数不如有源功率因数校正电路高，但仍然可以使功率因数提高到0.7～0.8，因而在中小功率电源中被广泛采用。

有源功率因数校正电路自上世纪90年代以来得到了迅速推广。它是在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功率变换电路，使功率因数接近1。有源功率因数校正电路工作于高频开关状态，相对于无源PFC电路来说具有体积小、重量轻、效率高的优点。

无源功率因数矫正电路结构简单，但是体积较大、重量高，不适合在LED照明灯具中使用。而有源功率因数矫正电路属于高频开关变换，虽然体积较小，但是电解电容的寿命限制了电路的寿命，无法和LED照明灯具5万小时以上的寿命相匹配。

交流直接输入LED灯具电路中，交流电压经整流后，不经过电容滤波，直接加在串联LED灯串两端，由于LED导通阈值电压的存在，灯串在输入电压高于LED阈值电压之和后才能导通，功率因数仅有0.65左右。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种高功率因数LED灯控制电路。

为此给出一种LED灯控制电路，包括用于接入第一副LED的第一LED端子，包括用于接入第二副LED的第二LED端子，还包括受即时供电电压控制的并串切换结构，其在即时供电电压较低时，切换至所接入的两副LED为并联；其在即时供电电压较高时，切换至所接入的两副LED为串联。

即时供电电压较低时，所接入的两副LED为并联，施加到每副LED中的电压值较高；在即时供电电压较高时，所接入的两副LED为串联起到分压作用。因此在即时供电电压较低时，每副LED仍能够接受到较高的电压使LED导通，从而提高功率因数。

所述的并串切换结构可以包括第一开关、第二开关、单向导流元件；

第一LED端子正极端接供电正极，第一LED端子负极端经第二开关接供电负极；

第二LED端子正极端经第一开关接供电正极，第二LED端子负极端接供电负极；

单向导流元件正极端接第一LED端子负极端，单向导流元件负极端接第二LED端子正极端；

第一开关和第二开关受即时供电电压控制：在即时供电电压较低时，第一开关和第二开关接通，使得由所接入的第一副LED和第二开关构成的支路与由第一开关和第二副LED构成的支路并联；在即时供电电压较高时，第一开关和第二开关断开，使得第一副LED经所述的单向导流元件与第二副LED串联。其中优选地，所述第一开关包括

两个分压电阻，其串接在供电正极和供电负极之间；

测压MOS管，其栅极接在两个分压电阻之间，其源极接供电负极；

第一开关MOS管，其栅极经一个电阻接供电正极，其漏极接供电正极，其源极接第二LED端子正极端；

光耦，其输入正端经一个电阻接供电正极，其输入负端接测压MOS管的漏极，其输出端串接在第一开关MOS管的栅极和源极之间；

所述第二开关包括

第二开关MOS管，其栅极接测压MOS管的漏极且经一个电阻接供电正极，其漏极接第一LED端子负极端，其源极接供电负极。

所述的并串切换结构也可以包括第一开关、第二开关、第三开关；

第一LED端子正极端接供电正极，第一LED端子负极端经第二开关接供电负极；

第二LED端子正极端经第一开关接供电正极，第二LED端子负极端接供电负极；

第三开关串接在第一LED端子负极端和第二LED端子正极端之间；

第一开关、第二开关和第三开关受即时供电电压控制：在即时供电电压较低时，第一开关和第二开关接通，第三开关断开，使得由所接入的第一副LED和第二开关构成的支路与由第一开关和第二副LED构成的支路并联；在即时供电电压较高时，第一开关和第二开关断开，第三开关接通，使得第一副LED经第三开关与第二副LED串联。

所述的并串切换结构也可以采用可编程逻辑器件来实现。

附图说明

图1为本发明一个实施例的电路结构示意图。

图2为本发明另一实施例的电路结构示意图。

图3为本发明又一实施例的电路结构示意图。

图4为应用图3电路后LED灯的输入电压、电流波形图。

图5是本发明再一实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

图1～4的实施例中，第一开关标为K1，第二开关标为K2，第三开关标为K3，LED1～LEDn为第一副LED，LEDn+1～LED2n为第二副LED，图1中的D1、图3中的D5为单向导流元件。

本文所称的单向导流元件可以采用二极管、三极管、MOS管等具有单向导流功能的元器件。

如图1的电路，包括一个整流桥，整流桥的两个输入端连接交流电压，整流桥的另两个输出端连接2n个串联的LED光源的正、负两端，第n个与第n+1个LED光源之间串联1只防倒流二极管D1作为单向导流元件，该防倒流二极管D1的阴极连接电子开关K1接至LED光源正端，阳极连接电子开关K2接至LED光源负端，其中n＝1、2、……。

图1中的控制电路具有并串切换结构，其包括第一开关、第二开关、单向导流元件；

第一LED端子正极端接供电正极，第一LED端子负极端经第二开关K2接供电负极；

第二LED端子正极端经第一开关K1接供电正极，第二LED端子负极端接供电负极；

单向导流元件D1正极端接第一LED端子负极端，单向导流元件D1负极端接第二LED端子正极端；

第一开关K1和第二开关K2受即时供电电压控制：在即时供电电压较低时，第一开关K1和第二开关K2接通，使得由所接入的第一副LED和第二开关K2构成的支路与由第一开关K1和第二副LED构成的支路并联；在即时供电电压较高时，第一开关K1和第二开关K2断开，使得第一副LED经单向导流元件D1与第二副LED串联。

所述LED光源的负端通过一个恒流电路再与整流桥的输出连接。

本电路通过两个电子开关来矫正LED的功率因数。以220V交流输入为例，经整流桥整流后的电压波形为100Hz的馒头波，电压检测点为输入额定电压的1/2处。当输入电压在0~1/2输入额定电压范围之间时，两个电子开关K1、K2均导通，将灯串连接方式改为2串数量相等的LED并联；当输入电压在大于1/2额定电压后，两个电子开关同时关断，将LED改为全部串联。

也可以用如图2的电子开关K3代替图1中的防倒流二极管D1。图2电路的工作原理为：当输入电压小于等于1/2额定电压时，电子开关K3断开，电子开关K1、K2导通，将灯串连接方式改为2串数量相等的LED并联；当输入电压在大于1/2额定电压后，电子开关K1、K2同时关断，电子开关K3导通，将LED改为全部串联。

图1、2中的实施例通过两个电子开关改变了LED的串、并联方式。在输入电压低时，LED灯串变为并联工作，总导通阈值电压比全部串联下降一半，保证LED能够导通工作；当输入电压高于额定电压1/2时，LED变为全部串联，总导通阈值电压翻倍。通过串、并联方式的改变，矫正了低压输入时的电流波形，从而提高了功率因数。

由于不含有影响灯具寿命的电解电容器，电路中的晶体管、MOS管和电阻等器件在额定电压和额定电流条件下寿命与LED相当，可确保灯具的寿命达到5～7万小时，并且具有非常高的功率因数，有效减少了对电网的污染。在交流电网电压变化时，高精度恒流电路可保证LED稳定工作，完全可以满足要求，而且还可以大大提高LED灯具的可靠性。

如图3的电路，主要由整流桥、电子开关、高精度恒流电路、防倒流二极管和多只串联LED灯(图示为70只)组成。

图3中，第一开关包括

两个分压电阻R1、R7，其串接在供电正极和供电负极之间；

测压MOS管V3，其栅极接在两个分压电阻R1、R7之间，其源极接供电负极；

第一开关MOS管V1，其源极经一个电阻R3接供电正极，其漏极接供电正极，其源极接第二LED端子正极端；

光耦U2，其输入正端经一个电阻R2接供电正极，其输入负端接测压MOS管V3的漏极，其输出端串接在第一开关MOS管V1的栅极和源极之间；

第二开关包括

第二开关MOS管V2，其栅极接测压MOS管V1的漏极且经一个电阻R4接供电正极，其漏极接第一LED端子负极端，其源极接供电负极。

可见，第一开关包括一前一后两只MOS管V1、V3和一只光耦U2，其中前置MOS管V3的栅极连接两个分压电阻R1、R7用以采集LED光源两端的电压信号；该前置MOS管V3的源极接LED光源的负端，漏极连接光耦U2的输入负端和第二开关；光耦U2的输入正端通过一个限流电阻R2连接到LED光源的正端；光耦U2的集电极接后置MOS管V1的栅极，并通过一个限流电阻R3连接LED光源的正端；光耦U2的发射极连接到后置MOS管V1的源极，和防倒流二极管D5的阴极相连；后置MOS管V1的漏极接LED光源的正端。

二极管D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路，将220V/50Hz交流电整流为100Hz的馒头波。LED灯的芯片全部串联使用，在灯串的1/2处串联防倒流二极管D5作为单向导流元件；两个电子开关分别接在防倒流二极管的阳极和阴极。电阻R1、R2、R3、R7与光耦U2和MOS管V1、V3构成第一开关；电阻R4和MOS管V2构成第二开关。当输入电压在额定范围1/2以下(≤110V)时，V3关断，V1、V2均导通，将LED灯串改为数量相等的2串并联灯串，LED并联导通工作。

当输入电压高于1/2额定电压范围(＞110V)时，MOS管V3导通，光耦U2随之导通，将V1和V2关断，LED变换全部串联，变为串联导通工作。

MOS管V3的G、S极阈值电压(4V)为设置检测电压的基准。R1、R7组成分压网络，当输入电压为110V时，设置分压电压为4V，接入电子开关。

电阻R5、R6和MOS管V4、精密可调电压基准U1(TL431)组成高精度恒流电路，计算公式如下：

$I_{\mathrm{DS}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{R_5}+I_{\mathrm{KA}}$

式中：I_DS为恒流电流；Vref为TL431的基准电压，R₅为电流设置电阻，I_KA为TL431的工作电流。

由上式可知，通过改变R5的阻值，可以精确设定恒流电流。当输入电压高于额定电压时，恒流电路限制流过LED的电流，避免LED因为流过大电流而损坏。同时，恒流电路可以有效抑制上电时的浪涌电流，大大提高了多只LED串联使用的可靠性。

本发明通过控制LED灯串的导通数量，可以矫正输入电流波形，达到功率因数矫正的目的。采用本发明的功率因数矫正控制电路，其输入电压电流波形如图4所示，功率因数大幅提高至0.95～0.98左右。

如图5的电路是非优选的实施例，LED灯串1的正极端和最右边的开关触点接供电正极，LED灯串2的负极端和最左边的开关触点接供电负极。LED灯串1的负极端接开关K1的固定端，LED灯串2的正极端接开关K2的固定端。图5的中的开关K1、K2受直流电压输入的控制：当输入的直流电压较高时，开关K1、K2的自由端相接，如图5所示，两灯串构成串联；当输入的直流电压较低时，开关K1的自由端切换至最左边的触点，开关K2的自由端切换至最右边的触点，两灯串就变为并联。控制切换的电压阈值根据所接的灯串具体设定。图5中的开关K1、K2无法采用开关管实现，故开关动作频繁使得寿命较短。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种LED灯控制电路，包括用于接入第一副LED的第一LED端子，包括用于接入第二副LED的第二LED端子，其特征在于，还包括受输入电压控制的并串切换结构，当输入电压在0～1/2额定电压范围之间时，切换至所接入的两副LED为并联；当输入电压在大于1/2额定电压时，切换至所接入的第二副LED为串联；

所述并串切换结构包括：

第一开关、第二开关、单向导流元件；第一LED端子正极端接供电正极，第一LED端子负极端经第二开关接供电负极；第二LED端子正极端经第一开关接供电正极，第二LED端子负极端接供电负极；单向导流元件正极端接第一LED端子负极端，单向导流元件负极端接第二LED端子正极端；第一开关和第二开关受输入电压控制：当输入电压在0～1/2额定电压范围之间时，第一开关和第二开关接通，使得由所接入的第一副LED和第二开关构成的支路与由第一开关和第二副LED构成的支路并联；当输入电压在大于1/2额定电压时，第一开关和第二开关断开，使得第一副LED经所述单向导流元件与第二副LED串联；

所述第一开关包括：

第一分压电阻和第二分压电阻，其串接在供电正极和供电负极之间；测压MOS管，其栅极接在第一分压电阻和第二分压电阻之间，其源极接供电负极；第一开关MOS管，其栅极经第一电阻接供电正极，其漏极接供电正极，其源极接第二LED端子正极端；光耦，其输入正端经第二电阻接供电正极，其输入负端接测压MOS管的漏极，其输出端串接在第一开关MOS管的栅极和源极之间；

所述第二开关包括：

第二开关MOS管，其栅极接测压MOS管的漏极且经第三电阻接供电正极，其漏极接第一LED端子负极端，其源极接供电负极。

Images