CN102287785A

CN102287785A - 一种led装置及其驱动方法

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Publication number: CN102287785A
Application number: CN2011102859302A
Authority: CN
Inventors: 付会芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2031-09-23
Also published as: CN102287785B

Abstract

本发明公开了一种LED装置及其驱动方法，所述装置包括整流电路、LED灯串、串联在所述整流电路和LED灯串之间的恒流源以及开关控制单元，其中，所述LED灯串分成n组，每组LED灯串并联有控制开关Ki，所述控制开关Ki和开关控制单元相连，第i+1组中LED灯数目大于等于第i组中LED灯数目。本发明提供的LED装置及其驱动方法，将LED灯串进行分组，每组设置不同数目的LED，并通过并联开关分别控制每组LED灯串的电流通断，简化电路设计，降低功率损耗。此外，本发明通过使用电压比较器和加减计数器直接检测恒流源的两端压差并控制每组LED灯串的开关，进一步简化电路设计，且不受LED正向压降离散性的影响。

Description

一种LED装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种发光装置及驱动方法，尤其涉及一种LED装置及其驱动方法。

背景技术

LED（发光二极管）由于节能、环保、寿命长等特点被称为第四代绿色照明光源。LED的电压敏感特性要求对LED驱动装置进行精心设计，否则，微小的电压增量就可能引起电流的急剧增加。不恰当的驱动设计不但导致额外的功率消耗，而且由于效率降低，发热增加，导致LED结温升高，直接影响其使用寿命。由于LED的上述特点，普通的LED通常采用直流电源尤其是恒流源进行驱动。当用于照明等由交流电源供电的场合，往往先经过电源变换器将交流电变成低压直流电后再用于LED驱动，导致LED驱动装置体积大、效率差、成本高，阻碍了LED在照明领域的普及。

中国专利号为200710142585.0，名称为“用于驱动LED的装置以及方法”的发明专利公开了一种交流电源驱动的LED装置及其驱动方法，如图1所示，其中，外接交流电源100经全波整流电路101整流后，所得电压(以下称为整流电压)通过浮动电流源102为LED阵列103提供驱动电流。控制电路200检测整流电压的高低并通过控制相应开关的通断以调整实际参与发光的LED的数目。控制电路200包括低压直流电源201、基准电阻列202、比较器203、逻辑选择电路204以及开关电路205。限流电阻104和稳压二极管201以及保持电容器106构成低压直流电源，为控制电路200供电。基准电阻列202包括N+1个分压电阻202₀～202_n，用于产生一组由低到高的基准电压Vref₀～Vref_N-1。分压器105用于对所述整流电压进行检测，其检测值Vsense通过一组比较器203分别与所述基准电压进行比较，其输出经逻辑选择电路204对开关电路205中的相应控制开关的通断进行控制：当整流电压较高时，使较多数目的LED点亮；当整流电压较低时，使较少数目的LED点亮，从而使任意时刻点亮的LED数目与该时刻的电源电压所能点亮的LED的最大数目相等，提高装置的驱动效率。

该现有技术存在以下不足：首先，其所需要的控制信号较多，控制电路结构复杂。尽管可以通过将控制开关所并联的单个LED替换为由多个LED串联成的灯串来减少所需控制信号的数量，例如将每个控制开关并联的LED灯串中的LED数量由1只增加到10只，则可将所需控制信号减少为原来的十分之一，但相应地会导致装置的驱动效率降低。其次，LED的正向压降具有离散性，在生产过程中通过对LED进行筛选分档，或者在集成芯片制作过程中通过控制工艺参数可保证同一装置中LED的正向压降基本一致，但却无法保证批量生产过程中不同批次的装置之间LED正向压降的一致性。同时，由于将整流电压与基准电压进行比较，而不是将其与LED的实际正向压降值进行比较，其结果必然会发生偏差。当设定的基准电压值低于实际值时，将导致恒流源工作在欠压状态，使得驱动电流偏低，LED亮度不足；当设定的基准电压值高于实际值时，多出的电压直接由恒流源分担，将导致恒流源工作在过压状态，使得发热增加，效率降低，并由此带来功耗、温升以及LED的使用寿命问题。在点亮的LED数目较多时情况会变得更加明显。因此，需要在生产过程中对基准电压进行调整，以降低由LED正向压降的离散性带来的影响，这将不利于批量加工，并导致成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种LED装置及其驱动方法，简化电路设计，降低功率消耗，且其工作状态不受LED正向压降离散性的影响。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种LED驱动装置，包括整流电路、LED灯串、串联在所述整流电路和LED灯串之间的恒流源以及开关控制单元，其中，所述LED灯串分成n组，每组LED灯串并联有控制开关Ki，所述控制开关Ki和开关控制单元相连，第i+1组中LED灯数目大于等于第i组中LED灯数目，i为整数，n为自然数，i < n。

上述的LED驱动装置，其中，所述开关控制单元包括第一电压比较器、第二电压比较器和加减计数器；所述恒流源的输入端分别和所述第一电压比较器的同向输入端、第二电压比较器的反向输入端相连，所述第一电压比较器的反向输入端输入基准电压上限值Vmax，输出端和加减计数器的INC端相连，所述第二电压比较器的同向输入端输入基准电压下限值Vmin，输出端和加减计数器的DEC端相连；所述加减计数器的输出端依次和控制开关相连。

上述的LED驱动装置，其中，所述第i组中LED灯串中LED灯数目为2ⁱ，i的取值为0，1，…，n－1。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述LED装置的驱动方法，包括如下步骤：a) 采用整流电路对外接交流电源的电压进行整流；b) 整流后的电压经恒流源向LED灯串提供恒定驱动电流；c) 将恒流源的两端压差经第一电压比较器触发加减计数器进行累加；d) 将恒流源的两端压差经第二电压比较器触发加减计数器进行累减；e) 由加减计数器的输出端控制各自连接的控制开关的通断以调整参与发光的LED数量。

上述LED装置的驱动方法，其中，所述LED灯串分成n组，每组LED灯串并联有控制开关Ki，所述控制开关Ki和开关控制单元相连，第i+1组中LED灯数目大于等于第i组中LED灯数目，i为整数，n为自然数，i < n。

上述LED装置的驱动方法，其中，所述第i组LED灯串中LED灯数目为2ⁱ，i的取值为0，1，…，n－1。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的LED装置及其驱动方法，将LED灯串进行分组，每组可以设置不同数目的LED，并通过并联开关分别控制每组LED灯串的电流通断，从而简化电路设计，降低功率损耗。此外，本发明通过进一步使用电压比较器和加减计数器直接检测恒流源的两端压差来控制每组LED灯串的点亮和熄灭，进一步简化电路设计，且使得恒流源在保持低功耗的同时，其工作状态不受LED正向压降离散性的影响。

附图说明

图1为现有的LED驱动装置结构示意图；

图2为本发明LED驱动装置第一实施例结构示意图；

图3为本发明LED驱动装置第二实施例结构示意图；

图4为本发明LED驱动装置中的恒流源电路结构示意图；

图5为本发明驱动装置中的电流可调的恒流源电路结构示意图；

图6为本发明LED驱动装置中一路控制开关电路结构示意图；

图7用于说明控制信号为3路的情况下，二进制计数器的输出值与控制开关的状态以及各LED点亮/熄灭情况的对应关系示意图；

图8为控制信号为3路的情况下，计数器按照自定义编码方式的输出值与控制开关的状态以及各LED点亮/熄灭情况的对应关系示意图。

图中：

10 外接交流电源 11 整流电路 12 LED灯串

13 恒流源 14 开关控制单元 15 低压直流电源

21 第一电压比较器 22 第二电压比较器 23加减计数器

31 分压电阻列 32 比较器列 33 编码器

40 恒流源电路 50 电流可调恒流源 51 电压比较器

60 一路控制开关 61 非门 100 外接交流电

101 整流电路 02 浮动电流源 103 LED阵列

104 限流电阻器 105 分压器 106 保持电容器

200 控制电路 201 稳压二极管 202 基准电阻列

203 比较器 204 逻辑选择电路 205 开关电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图2为本发明第一实施方式的LED驱动装置结构示意图。

请参见图2，本发明提供的LED装置及其驱动方法包括整流电路11、LED灯串12、串联在所述整流电路11和LED灯串12之间的恒流源13和开关控制单元14。其中，所述LED灯串12分成n组，每组LED灯串并联有控制开关，所述控制开关和开关控制单元14相连，第i组中LED灯数目大于等于第i－1组中LED灯数目，i，n为自然数，0 <= i < n。

图2的外接交流电源10可与图1所示的现有结构相同。在本实施方式中，可以采用的是220V、50Hz的市电交流电源，或其它形式的交流电源。

整流电路11由四个整流二极管构成，对市电交流电源进行整流，并输出整流电压。

LED灯串12被分成n组，每组LED灯串与一个控制开关并联，用于控制该组灯串中的LED的点亮和熄灭。当所述控制开关导通时，其并联的一组LED灯串被短路导致无电流流过而熄灭；当所述控制开关断开时，其并联的一组LED灯串流过电流而发光。以二进制方式输出为例，加减计数器的计数值按二进制编码方式由n个输出端D₀～D_n-1输出，其中与输出端D_i对应的控制开关K_i所并联的一组LED灯串中串联的LED个数为2ⁱ个，n个控制开关K₀～K_n-1所并联的n组LED灯串的LED总数为2⁰+2¹+…+2^n-1= 2ⁿ-1个，于是通过计数器的n个输出端，最多可控制由2ⁿ-1个串联的LED组成的LED灯串。

恒流源13与LED灯串12串联后直接与整流电路11的输出端并联，为LED灯串12提供恒定的驱动电流。

开关控制单元14包括低压直流电源15、第一比较器21、第二比较器22和加减计数器23。其中低压直流电源15由限流电阻R1、稳压二极管DZ1和滤波电容C1构成，滤波电容C1与稳压二极管DZ1并联后，经限流电阻R1与整流电路11的输出端并联，在滤波电容C1的两端输出稳定的低压直流电压VCC为开关控制单元14提供工作电压；第一比较器21用作上限比较器，其反向输入端与设定的电压上限值Vmax连接，同向输入端与恒流源13的输入端连接，输出端与加减计数器23的累加计数触发端INC相连，用于将恒流源13的端压与Vmax进行比较，当恒流源13端压高于Vmax时，输出高电平触发加减计数器23进行累加计数；第二比较器22用作下限比较器，其同向输入端与设定的电压下限值Vmin连接，反向输入端与恒流源13的输入端连接，输出端与加减计数器23的累减计数触发端DEC相连，用于将恒流源13的端压与Vmin进行比较，当恒流源13端压低于Vmin时，输出高电平触发加减计数器23进行累减计数；加减计数器23有一个累加计数触发端INC和一个累减计数触发端DEC，当INC为高电平时，所述加减计数器23进行累加计数，当DEC为高电平时，所述加减计数器23进行累减计数，其计数值以二进制数或者自定义编码的方式按低位到高位的顺序由D₀～ D_n-1共计n个输出端输出，输出端D₀～ D_n-1分别与相应的控制开关K₀～K_n-1的控制端连接以控制各控制开关的通断。

在上述第一实施例中，外接交流电源10经整流电路11整流后，得到整流电压，其通过恒流源13为LED灯串12提供恒定的驱动电流。

同时，恒流源13的两端压差一路与给定的基准电压上限值Vmax比较，其结果控制计数器23累加；另一路与给定的基准电压下限值Vmin比较，其结果控制计数器23累减。计数器23的n个输出端分别控制相应的n个控制开关的通断。

以二进制方式输出为例，加减计数器23的计数值按二进制编码方式由n个输出端D₀～D_n-1输出，其中与输出端D_i对应的控制开关K_i所并联的一组LED灯串中串联的LED个数为2ⁱ个，当D_i的输出值为1时，与之对应的控制开关K_i断开，使得与控制开关K_i并联的2ⁱ个LED点亮；当D_i的输出值为0时，与之对应的控制开关K_i导通，使得与控制开关K_i并联的2ⁱ个LED熄灭。于是，LED灯串12中被点亮的LED总数与加减计数器23的计数值相等。由于所述加减计数器23按照累加或累减的方式工作，使得LED灯串12中实际参与发光的LED数目也相应地按照逐个增减的方式改变。当恒流源13的两端压差高于Vmax（例如4.0V）时，加减计数器23累加并使得参与发光的LED数目累加，由于参与发光的LED的两端将产生正向压降Vf（例如3.3V），于是导致恒流源13的两端压差逐级下降：每增加一个参与发光的LED，恒流源13的两端压差就降低Vf，直到其低于Vmax时，加减计数器23停止累加；当恒流源13的两端压差低于Vmin（例如0.5V）时，加减计数器23累减并使得参与发光的LED数目累减，由于参与发光的LED的两端存在正向压降Vf，于是导致恒流源13的两端压差逐级增加：每减少一个参与发光的LED，恒流源13的两端压差就增加Vf，当其高于Vmin时，加减计数器23停止累减。这样，恒流源13的两端压差始终处于设定的基准电压上限值Vmax与下限值Vmin之间，且不受LED正向压降离散性的影响，使恒流源13在提供恒定驱动电流的同时保持最小功耗，从而提高整个LED装置的驱动效率。

以自定义编码方式输出为例，采用220V外接交流电源，其整流电压的峰值约310V，可驱动94只正向压降约3.3V的LED。将这94只LED串联，分成7组，每组LED灯串并联一个控制开关，各组LED灯串中的LED数目依次为1，2，4，8，16，32，31。所述加减计数器23在0～94之间累加或累减计数，相应7个输出端依次为D₀～D₆，当加减计数器23的计数值N< 64时，对应的输出值D = N，当计数值N >= 64时，其对应的输出值D = N + 33，将计算所得输出值的二进制码作为自定义输出码由输出端D₀～D₆输出。例如，当N = 65时，对应的输出值D = 65 + 33 = 98，其对应的输出码为1100010，所点亮的LED总数为31 + 32 + 0 + 0 + 0 + 2 + 0 = 65。于是，通过加减计数器23的7个输出端D₀～D₆对应的7个控制开关K₀～K₆所点亮的LED数目与加减计数器23的计数值相等。

根据本发明，n路控制开关及其控制信号可对多达2ⁿ-1个LED进行控制，而无需为每个LED提供一路控制信号及控制开关，例如，8路控制开关及其控制信号就可对最多255个LED进行控制，这使得同样数目的LED所需的控制信号及控制开关数量大为减少，从而降低控制电路的复杂性，简化电路设计。

另外，本发明中将恒流源的端压作为对实际参与发光的LED数目进行调整的依据，实质上是将整流电压与LED灯串的实际正向压降的差值作为调整实际参与发光的LED数目的依据。当LED的实际正向压降偏低（或者由于调光而使得LED的实际正向压降降低）时，恒流源的端压随之升高，通过上限比较器触发加减计数器累加使得实际参与发光的LED的数目也随之增加；同理，当LED的实际正向压降偏高（或者由于调光而使得LED的实际正向压降升高）时，恒流源的端压随之降低，通过下限比较器触发加减计数器累减使得实际参与发光的LED的数目也随之减少。这样，根据本发明的LED驱动装置，所述恒流源在提供恒定驱动电流的同时，其低功耗的工作状态不受LED正向压降离散性的影响。同时，由两个比较器对整流电压的整个电压范围内的变化进行响应，而无须设置多个基准电压并为每个基准电压配置一路比较器，使电路设计得以进一步简化。

图3为本发明第二实施方式的LED驱动装置的结构示意图。

参考图3，该实施方式在图2的基础上去掉了第一比较器21、第二比较器22以及加减计数器23，同时增加了分压电阻列31、比较器列32、编码器33以及分压电阻R2、R3。对于其它部分的结构可使用与图2示出的相同的结构。

其中，分压电阻列31用于生成K个不同的基准电压，包括K+1个分压电阻31_0～31_K，被设置在低压直流电源15的电源端子VCC和GND之间，最上侧的电阻31_K的上端与电源端子VCC连接，最下侧的电阻31_0的下端与电源端子GND连接。K+1个分压电阻之间共有K个连接点，将这K个连接点上的电压作为K个基准电压Vref0～VrefK-1，这里，Vref0<Vref1<…<VrefK-1。

分压电阻R2和R3用于对所述整流电压进行分压，其中，分压电阻R2与R3串联后，与整流电压并联。分压电阻R2的上端与整流电路11输出端的正极连接，分压电阻R3的下端与整流电路11输出端的负极连接。分压电阻R2与R3的连接点输出分压后的整流电压Vs，用于与各基准电压进行比较。

比较器列32用于将分压后的整流电压Vs分别与K个基准电压进行比较，其比较结果作为编码器33的输入信号。比较器列32包括K个比较器32_0～32_K-1，其反向输入端与分压后的整流电压Vs连接，其同向输入端分别与基准电压Vref0～VrefK-1连接。

编码器33的输入端与比较器列32中各比较器的输出连接，用于对K个输入信号进行编码，其n个输出端D0～Dn-1分别与控制开关K0～Kn-1的控制端连接，用于控制相应开关的通断。

以二进制编码方式为例，当分压后的整流电压Vs高于第i个基准电压Vrefi而低于第i+1个基准电压Vref(i+1)时（其中0<=i<K），比较器列32中的比较器32_0～32_i共i+1个比较器输出高电平,编码器输出i+1的二进制码，控制相应开关的通断，使LED灯串中i+1个LED被点亮。

这样，适当调整分压电阻列31中各分压电阻的阻值以设置一组合适的基准电压，可保证任意时刻LED灯串中点亮的LED总数与整流电压所能点亮的LED的最大数目相等，从而提高LED装置的驱动效率。

图4为图2、图3所示LED驱动装置的恒流源电路的例子，恒流源电路40包括三极管Q41、Q42，以及电阻R41、R42（其阻值分别为r1、r2，并且r1>> r2）。其中，三极管Q41的集电极与电阻R41的上端以及电流的输入端相连，三极管Q41的基极与电阻R41的下端以及三极管Q42的集电极相连，三极管Q41的发射极与三极管Q42的基极以及电阻R42的上端相连，R42的下端与三极管Q42的发射极以及电流的输出端相连。

在图4所示的构成中，三极管Q41的基极电流由电流输入端经电阻R41提供，于是三极管Q41得以导通，其发射极电流流经电阻R42，并在R42的两端产生电压降。随着电阻R42端压的升高，当其等于三极管Q42的基极-发射极间的正向导通电压Vbe时，三极管Q42导通，对三极管Q41的基极电流进行分流，从而阻止三极管Q41的进一步导通，使得从电流输入端到电流输出端的电流最大被限制为Vbe/r2，起到恒流源的作用。

图5为电流可调的恒流源电路的例子，电流可调恒流源50包括三极管Q41，电阻R41、R42（其阻值分别为r1、r2，并且r1>> r2）以及电压比较器51。其中，三极管Q41的集电极与电阻R41的上端以及电流的输入端相连，三极管Q41的基极与电阻R41的下端以及电压比较器51的输出端相连，三极管Q41的发射极与电阻R42的上端以及电压比较器51的反向输入端相连，R42的下端与公共接地端相连，电压比较器51的同向输入端与基准电压相连。

在图5所示的构成中，三极管Q41的基极电流由电流输入端经电阻R41提供，于是三极管Q41得以导通，其发射极电流流经电阻R42，并在R42的两端产生电压降。随着电阻R42端压的升高，当其等于基准电压Vref时，电压比较器51开始导通，对三极管Q41的基极电流进行分流，从而阻止三极管Q41的进一步导通，使得流经电阻R42的电流最大被限制为Vref/r2，起到恒流源的作用。同时，调节基准电压Vref即可对该恒流源的驱动电流进行调节，从而实现调光功能。分别对红、绿、蓝三色LED灯串的驱动电流进行独立调节，则可在调光功能的基础上，进一步实现调色功能。

图6为图2、图3所示LED驱动装置中单路控制开关电路的例子，一路控制开关60包括PMOS场效应管Q62、钳位二极管ZD61、三极管Q61、电阻R61和R62、以及非门61。其中，场效应管Q62的源极与钳位二极管ZD61的阴极和控制开关的上电极相连，场效应管Q62的漏极与控制开关的下电极相连，场效应管Q62的栅极与钳位二极管ZD61的阳极和电阻R62的上端相连，三极管Q61的集电极与电阻R62的下端相连，三极管Q61的发射极与接地端相连，三极管Q61的基极与电阻R61的右端相连，非门61的输入端与控制信号Vi相连，非门61的输出端与电阻R61的左端相连。

在图6所示的构成中，当输入信号Vi为高电平时，非门61的输出为低电平，使得三极管Q61截止，流经电阻R62的电流为0，从而钳位二极管ZD61的端压及MOS管Q62的源极与栅极间的压差为0，于是MOS管Q62截止，由MOS管Q62的源极和漏极构成的控制开关处于断开状态；同理，当输入信号Vi为低电平时，非门61的输出为高电平，使得三极管Q61导通，电流流过钳位二极管ZD61并在其两端产生压差，该压差同时也加在PMOS管Q62的源极与栅极之间，于是PMOS管Q62得以导通，由其源极和漏极构成的控制开关处于导通状态。

图7是用于举例说明当控制信号为3路时，计数器的3个输出端按二进制方式的输出值与对应的3个控制开关的开关状态以及共计7个LED中各自点亮/熄灭情况的对应关系。

如图7中(a)～(h)所示，计数器的值在0～7之间按递增的方式变化，其二进制编码分别为000、001，010，011、100、101、110和111，该编码值经计数器的3个输出端输出，该3个输出端按照低位到高位的顺序分别与对应的控制开关K0、K1、K2相连，控制开关K0与LED灯串中7个LED中的1个LED并联， K1与其中的2个LED并联，K2与余下的4个LED并联。

如图7所示，当计数器的计数值为0时，对应二进制数为000，其相应的3个输出端都输出低电平，于是对应的3个控制开关都导通，所有7个LED都无电流流过而熄灭，如图7中(a) 所示。当计数器的计数值为5时，对应二进制数为101，其相应的3个输出端中第0位和第2位输出高电平，而第1位输出低电平，于是对应的3个控制开关中K0和K2断开，K1导通，相应地，与K1并联的两个LED被短路导致无电流流过而熄灭，而与K2并联的4个LED和与K0并联的1个LED共计5个LED有电流流过而发光，如图7中(f) 所示。以此类推，经由控制开关的控制，LED灯串中被点亮的LED的数目与计数器的计数值相等。

图8描述的情形与图7的情形类似，不同之处在于其编码方式为一种自定义编码方式而非二进制方式，用于说明计数器的3个输出端按自定义编码方式的输出值与对应的3个控制开关的开关状态以及共计6个LED中各自点亮/熄灭情况的对应关系。

如图8中(a)～(g)所示，计数器的值在0～6之间按递增的方式变化，其自定义编码分别为000、001，010，011、101、110和111，该编码值经计数器的3个输出端输出，该3个输出端按照低位到高位的顺序分别与对应的控制开关K0、K1、K2相连，控制开关K0与LED灯串中6个LED中的1个并联， K1与其中的2个LED并联，K2与余下的3个LED并联。

如图8所示，当计数器的计数值为0时，对应编码为000，其相应的3个输出端都输出低电平，于是对应的3个控制开关都导通，所有6个LED都无电流流过而熄灭, 如图8中(a) 所示。当计数器的计数值为5时，对应编码为110，其相应的3个输出端中第1位和第2位输出高电平，而第0位输出低电平，于是对应的3个控制开关中K1和K2断开，K0导通，相应地，与K0并联的1个LED被短路导致无电流流过而熄灭，而与K2并联的3个LED和与K1并联的2个LED共计5个LED有电流流过而发光, 如图8中(f) 所示。以此类推，经由控制开关的控制，LED灯串中被点亮的LED的数目与计数器的计数值相等。

图7和图8为了说明简单，仅描述了3路控制信号的情形，实际电路中将依据供电电压的高低确定LED灯串中串联的LED总数，并由此确定所需控制信号的路数及编码方式。

接下来的描述示出了本发明的LED驱动方法的一个例子，其包括以下步骤：

a) 采用整流电路11对外接交流电源10的电压进行整流；

b) 整流后的电压经恒流源13向LED灯串12提供恒定驱动电流；

c) 将恒流源13的两端压差经第一电压比较器21触发加减计数器23进行累加；

d) 将恒流源13的两端压差经第二电压比较器22触发加减计数器23进行累减；

e) 由加减计数器23的输出端控制各自连接的控制开关的通断以调整参与发光的LED数量。

上面例示了本发明几种实施方式，但是本发明不限于所例示的实施方式，对例示的实施方式的各种置换、变形也包含在本发明的范围。下面给出了与那些置换、变形相关的几个示例。

在例示的实施方式中，LED灯串中的控制开关不限于场效应管，也可以是双极形三极管或其它开关元件。

在例示的实施方式中，恒流源的电压上限值Vmax和下限值Vmin不限于某个固定的电压值，可以结合其它实施要件而将某个相关元件的或某个连接点的电压值作为设定Vmax和（或）Vmin的依据。

在例示的实施方式中，通过对各控制开关的通断控制，使被点亮而实际参与发光的LED数目与计数器的计数值相等，且实际参与发光的LED的数目随计数器的计数值按逐个递增或递减的方式变化，但也可以设计成被点亮而实际参与发光的LED数目是计数器的计数值的n倍，相应地实际参与发光的LED的数目每次递增或递减的个数为n个，这样可使所需控制信号及控制开关的数量进一步减少，可用于驱动电流较小从而对恒流源两端压差要求不高的场合。

在例示的实施方式中，开关控制单元的控制信号的产生方式不限于第一实施例所例示的比较器加计数器的方式，也不限于第二实施例所例示的比较器列加编码器的方式，还可以是模数转换器加单片机的方式或者其它电路形式，其用于通过检测恒流源的两端压差并由此调整实际参与发光的LED数量，使恒流源得以维持恒定驱动电流的同时，其两端压差保持最低，从而限制恒流源的功耗，使驱动效率得以提高。

整流电路不限于全波整流电路，也可以是半波整流电路等其它的整流电路。

也可使用限流电阻器等阻抗元件代替恒流源，或者采用其它已知结构的电流调整装置。

还可在如图4、图5所示恒流源的构成中追加过压保护电路，以便在异常情况导致恒流源的端压过高时，关闭驱动电流，避免恒流源因功耗过大而损坏。

还可在如图4、图5所示恒流源的构成中追加温度补偿电路，以便在异常情况导致温度升高时对驱动电流进行限制，延长LED的使用寿命。

在如图2、图3所示的构成中，使用稳压二极管从整流电压直接获取低压直流电源，也可以使用由其它已知结构的稳压发生电路得到低压直流电源。

另外，在上述实施方式中示出的各种值只不过是作为一个例子而提示出来，显然这可根据实施要件进行适当设定。

在例示的实施方式中，不排除将所述低压直流电源、比较器、计数器、控制开关等相关控制电路与LED灯串、恒流源甚至整流电路集成在一个芯片或封装上的形式。

综上所述，本发明提供的LED装置及其驱动方法，通过交流电源点亮由多个LED串联而成的灯串的LED驱动装置中，将LED灯串12与恒流源13串联后，直接与由外接交流电源10经整流电路11整流后得到的整流电压并联，同时通过调整LED灯串12中实际参与发光的LED数量使恒流源13的两端压差始终处于设定的基准电压上限值与下限值之间，且不受LED正向压降离散性的影响：当恒流源13的端压高于设定上限值时，增加参与发光的LED数量直至恒流源13端压低于上限值；当恒流源13端压低于下限值时，减少参与发光的LED数量直至恒流源13端压高于下限值。这样，所述LED装置在维持驱动电流恒定的同时，使恒流源13的功率消耗得到限制，从而使LED装置的驱动效率得以提高。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种LED装置，包括整流电路（11）、LED灯串（12）、串联在所述整流电路（11）和LED灯串（12）之间的恒流源（13）以及开关控制单元（14），其特征在于，所述LED灯串（12）分成n组，每组LED灯串并联有控制开关Ki，所述控制开关Ki和开关控制单元（14）相连，第i+1组中LED灯数目大于等于第i组中LED灯数目，i为整数，n为自然数，i < n。

2.如权利要求1所述的LED装置，其特征在于，所述开关控制单元（14）包括第一电压比较器（21）、第二电压比较器（22）和加减计数器（23）；所述恒流源（13）的输入端分别和所述第一电压比较器（21）的同向输入端、第二电压比较器（22）的反向输入端相连，所述第一电压比较器（21）的反向输入端输入基准电压上限值Vmax，输出端和加减计数器（23）的INC端相连，所述第二电压比较器（22）的同向输入端输入基准电压下限值Vmin，输出端和加减计数器（23）的DEC端相连；所述加减计数器（23）的输出端依次和控制开关相连。

3.如权利要求1或2所述的LED装置，其特征在于，所述第i组中LED灯串中LED灯数目为2ⁱ，i的取值为0，1，…，n－1。

4.一种如权利要求2所述的LED装置的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

a) 采用整流电路（11）对外接交流电源（10）的电压进行整流；

b) 整流后的电压经恒流源（13）向LED灯串（12）提供恒定驱动电流；

c) 将恒流源（13）的两端压差经第一电压比较器（21）触发加减计数器（23）进行累加；

d) 将恒流源（13）的两端压差经第二电压比较器（22）触发加减计数器（23）进行累减；

e) 由加减计数器（23）的输出端控制各自连接的控制开关的通断以调整参与发光的LED数量。

5.如权利要求4所述的LED装置的驱动方法，其特征在于，所述LED灯串（12）分成n组，每组LED灯串并联有控制开关Ki，所述控制开关Ki和开关控制单元（14）相连，第i+1组中LED灯数目大于等于第i组中LED灯数目，i为整数，n为自然数，i < n。

6.如权利要求4所述的LED装置的驱动方法，其特征在于，所述第i组中LED灯串中LED灯数目为2ⁱ，i的取值为0，1，…，n－1。