CN102612231A - Led照明调光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关电源与电子电路技术，具体的说是涉及一种通过H桥型电路为LED光源模块供电以及LED光源模块采用矩阵网状式布线的LED照明调光装置。本发明主要的技术方案为：通过由四个开关单元构成H桥型电路，将LED光源模组作为公共桥臂上的负载，供电模块连接在H桥的两端，实现对LED光源模组交叉供电。本发明的有益效果为，通过H桥的供电方式为LED照明装置供电，只用一个电源便可实现原来两个电源的功能，使电源减少一半，极大的节约了能源，同时还可实现LED灯珠的网状矩阵式布线，使LED光源模组布局布线更简易可靠，从而极大的简化LED照明装置的生产安装过程，有效降低成本。本发明尤其适用于具有多种色温的LED照明装置。

Description

LED照明调光装置

技术领域

本发明涉及开关电源与电子电路技术，具体的说是涉及一种通过H桥型电路为LED光源模块供电以及LED光源模块采用矩阵网状式布线的LED照明调光装置。

背景技术

将四个开关管中的两个开关管连接，另外两个开关管连接并通过一条公共线路连通，由于这样的接法加上公共线路上的负载画出来经常会像一个H的字样，故得名H桥，四个开关管通常称为桥臂，中间的公共线路通常称为公共桥臂。H桥电路可以在同一个电路中，使两边的桥臂总是保持相反的输出，这样可以在单电源的情况下使负载的极性倒过来，以满足电机驱动等方面的需求。

LED灯作为一种高效益的新光源，由于具有寿命长、能耗低、节能环保等优点，正广泛应用于商场、城市道路、广告灯箱、汽车照明等各种场合，随着LED灯的广泛应用，人们对LED灯的要求也越来越高，形成了从单一的亮度调节到色温调节以及多种调整方式相结合的多种需求。为了不影响LED的色温漂移，调亮度以及调色温的LED灯大多数采用PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)方式。

目前常用的可调色温的LED光源模组通常分为高色温和低色温两种单元模块，而目前的供电方式为分别为两种色温的LED光源模块供电，即高色温单元一组电源，低色温单元另一组电源，同时为了保持功率的一致性，调色温LED灯通常以单色温光源模组的功率作为LED灯最大功率，当两种色温光源模组同时发光时，其最大功率不超过单色温光源模组功率，故两种色温光源模组同时发光，亮度最大时，均以半功率工作。此外为使不同色温的光源混色均匀，在灯板上的灯珠布局时，低色温光源灯珠和高色温光源灯珠需要均匀交叠，并且每组光源独立布线，这给布线布局造成一定的困难。同时，由于高低色温光源的交叠，灯珠排布的拓扑结构必然采用多串并联的方式，现有LED的驱动方式下，当有一粒LED损坏时，便会影响灯具的出光效果，形成暗带，影响灯具的视觉效果。

因此现在采用PWM方式调节LED色温的方式，都存在功率峰值叠加的问题。为了避免电源过载，LED灯的交流到直流适配器，即电源的功率都是以全部光源模组的总功率为下限进行配置的。但LED灯的实际功耗最大值只有电源功率的二分之一左右，这样便造成了配置的电源功率浪费，同时，也造成供电电源体积较大、重量较重，成本相对较高的缺陷。

发明内容

本发明所解决的问题，就是针对现有技术中电源体积较大且LED灯珠布局布线困难的问题，提出一种采用H桥为LED光源模组供电的供电方式，只需用一个电源即可满足LED光源模组中不同色温单元的供电需求，使电源体积减小一半，电源利用率得到提高并且布局布线方式简单的LED照明调光装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：LED照明调光装置，包括调光信号模块、LED光源模组、供电模块、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元，所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元构成H桥型电路，其特征在于，所述调光信号模块分别与第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元的激励端连接，所述LED光源模组的一端连接在第一开关单元和第三开关单元之间，所述LED光源模组的另一端连接在第二开关单元和第四开关单元之间，所述供电模块的正极连接在第一开关单元和第二开关单元之间、负极连接在第二开关单元和第四开关单元之间。

本发明总的技术方案，通过第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元构成H桥型电路设置在供电模块与LED光源模块之间，使供电模块和LED光源模块通过H桥的桥臂构成两个回路，根据H桥的特性，H桥电路可以在同一个电路中，使两边的桥臂总是保持相反的输出，这样可以在单电源的情况下使负载的极性倒过来，因此只需要合理设置LED光源模块中LED灯的正负极连接与布局布线方式，即可实现整个照明装置只需用一个输入源即能满足需要，从而至少使电源体积减小一半，提高电源利用率，优化了照明装置结构，极大的节约了成本，同时调光信号模块可分别控制四个开关单元，实现调光。

进一步的，所述调光信号模块包括第一PWM脉冲信号输入端、第二PWM脉冲信号输入端、第一反向器和第二反向器，所述第一PWM脉冲信号输入端的一端与第一开关单元连接，另一端与第一反向器的一端连接，第一反向器的另一端与第三开关单元连接，所述第二PWM脉冲信号输入端的一端与第二开关单元连接，另一端与第二反向器的一端连接，第二反向器的另一端与第四开关单元连接。

该方案的优点在于，采用两个PWM脉冲信号实现LED光源模块的调光控制，由一个PWM脉冲信号控制第一开关单元与第三开关单元，另一个PWM脉冲信号控制第二开关单元与第四开关单元，可使电路得到一定的简化。

再进一步的，所述调光信号输入端包括PWM脉冲信号输入端、第一反向器、第二反向器和第三反向器，所述PWM脉冲信号输入端的一端与第一开关单元连接，另一端与第一反向器和第二反向器连接，第一反向器的另一端与第三开关单元连接，第二反向器的另一端分别与第二开关单元和第三反向器的一端连接，第三反向器的另一端与第四开关单元连接。

该方案的优点在于，采用一个PWM脉冲信号控制所有的开关单元，主要是通过在电路中设置方向器，使第一开关单元与第四开关单元保持相同信号，第二开关单元与第三开关单元保持相同信号，该方案可使电路得到进一步的简化。

进一步的，所述第一至第四开关单元为双极性晶体管或场效应晶体管。

双极性晶体管和场效应晶体管应用技术成熟，使用简单方便，可使电路工作稳定可靠，性能得到提升。

具体的，所述LED光源模组包括多个并联的发光单元。

该方案通过将LED光源模组分成多个发光单元，便于管理控制。

进一步的，所述发光单元包括至少一组并联的高色温单元和低色温单元，所述高色温单元和低色温单元分别包含多个串联的LED灯。

该方案的优点在于，进一步将发光单元分为高色温单元与低色温单元，使整个LED光源模组得到进一步的细化，方便实际应用中布线布局。

更进一步的，所述高色温单元的正极与低色温单元的负极连接，所述高色温单元的负极与低色温单元的正极连接。

这种连接方式的优点在于，提供一种实现对高色温LED灯与低色温LED灯分别供电的具体实施方式，有效提高了电源的利用率。

再进一步的，所述高色温单元所包含的LED灯的正极分别与其相邻的低色温单元的LED灯的负极连接，所述高色温单元所包含的LED灯的负极分别与其相邻的低色温单元的LED灯的正极连接。

该方案的优点在于，提供一种LED灯的矩阵网状布线方式，该布线方式当有一个LED灯珠损坏时，仅仅是损坏的LED灯珠不发光，而不会使整串LED灯珠不发光，避免形成暗带，影响灯具的视觉效果。

本发明的有益效果为，通过H桥的供电方式为LED照明装置供电，只用一个电源便可实现原来两个电源的功能，使电源减少一半，极大的节约了能源，同时还可实现LED灯珠的网状矩阵式布线，使LED光源模组布局布线更简易可靠，从而极大的简化LED照明装置的生产安装过程，有效降低成本。

附图说明

图1为本发明LED照明调光装置的示意图；

图2为LED光源模组的逻辑框图；

图3为LED光源模组的一种普通方式连接的示意图；

图4为LED光源模组的一种网状矩阵式连线的示意图；

图5为LED光源模组的一种优选的网状矩阵式连线的示意图；

图6为实施例1电路原理示意图；

图7为实施例2电路原理示意图；

图8为实施例3电路原理示意图；

其中，LEDW为低色温LED灯，LEDC为高色温LED灯，B1为第一反向门，B2为第二反向门，B3为第三反向门。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，本发明所述的LED照明调光装置，包括调光信号模块、开关单元1、开关单元2、开关单元3、开关单元4、LED光源模组和输入源VCC；开关单元1和开关单元2的输入端连接到VCC端，开关单元1输出端连接到开关单元3输入端，开关单元2输出端连接到开关单元4输入端，开关单元3和开关单元4的输出端连接到VSS端，LED光源模组连接在开关单元1与开关单元3的连接点和开关单元2和开关单元4的连接点之间，4个开关单元组成一个H桥电路，由开关单元1和开关单元4组成一条电路环路，开关单元2和开关单元3组成另一条电流环路，电流交替通过两条回路，分别点亮低色温LED灯和高色温LED灯，达到调节色温的目的，此种方法使得电源的利用率较高，而且供电系统简单可靠，同时H桥四个桥臂上的开关单元相对独立，因此四个开关单元的控制信号的配置也变的容易。

一种优选的控制信号配置方式，由两个信号输入端控制4个开关单元，调光信号输入端包括第一PWM脉冲信号输入端、第二PWM脉冲信号输入端、第一反向器和第二反向器，第一PWM脉冲信号输入端的一端与开关单元1连接，另一端与第一反向器的一端连接，第一反向器的另一端与开关单元3连接，第二PWM脉冲信号输入端的一端与开关单元2连接，另一端与第二反向器的一端连接，第二反向器的另一端与开关单元4连接；此致方式由第一PWM脉冲信号输入端控制开关单元1和开关单元3，第二PWM脉冲信号输入端控制开关单元2和开关单元4。

另一种优选的控制信号配置方式，由一个信号输入端控制4个开关单元，调光信号输入端包括PWM脉冲信号输入端、第一反向器、第二反向器和第三反向器，所述PWM脉冲信号输入端的一端与开关单元1连接，另一端与第一反向器和第二反向器连接，第一反向器的另一端与开关单元3连接，第二反向器的另一端分别与开关单元2和第三反向器的一端连接，第三反向器的另一端与开关单元4连接。

H桥在四个开关单元控制下，任意时刻都只有一个方向的LED灯珠发光，即只有高色温光源发光，或者只有低色温光源发光，如图2所示，LED光源模组包含多个发光单元，发光单元由高色温与低色温单元组成，当开关单元1和开关单元4导通，开关单元2和开关单元3断开时，一种色温的LED灯发光；当开关单元1和开关单元4断开，开关单元2和开关单元3导通时，另一种色温的LED灯发光，由两种不同色温以一定频率的速度切换，从而实现色温调节。

如图3所示，为本发明LED光源模组的一种基本拓扑结构，LEDW为低色温LED灯，LEDC为高色温LED灯。多个LEDW首尾相连接构成一个低色温单元，多个LEDC首尾相连接构成一个高色温单元，再由数量相同的低色温单元和高色温单元交叉排列，并且低色温单元和高色温单元的正负极反向连接，组成LED光源模组，这种结构在一定程度上简化了传统高色温和低色温LED交叠排布时，布线的复杂程度，但是仍然不能避免，当一个灯珠损坏开路时，整串灯珠都不发光的问题。

如图4所示，为本发明LED光源模组的另一种基本拓扑结构，低色温LED灯LEDW和高色温LED灯LEDC按相反的方向排布，同时低色温LED灯和高色温LED灯交叠排布，以“田”字型的结构连接，形成网状结构。这种结构同样简化了传统高色温和低色温LED等回路交叠排布时，布线的复杂程度，同时，这种拓扑结构在布线时，还方便进行大面的铺铜，增强了散热效果；当有LED灯损坏开路时，就只有1粒不发光，但若是有LED灯损坏短路，则会有纵向的一组灯不发光。

如图5所示，为本发明LED光源模组的一种优选拓扑结构，多个LEDW首尾相连接构成一个低色温单元，多个LEDC首尾相连接构成一个高色温单元，再由一组低色温单元和一组高色温单元反向排列，平行位置的低色温灯LEDW和高色温灯LEDC首位相连，构成一个类似“井”字的结构，再由一定数量的这种发光单元构成LED光源模组，采用这种结构的光源模组，排列方便，布线简单，同时也方便大面积铺铜，增强散热效果，采用这种结构的光源模组，有单粒的LED损坏时，若是损坏开路，则只有一粒不发光，若是损坏短路时，则至多两粒LED不发光。

为了更详细的说明本发明的基本应用方法与原理，现通过以下实施例详细说明本发明的实际应用方式，实施例中开关单元使用的是MOS管，反向器使用的是反向门：

实施例1：

参见图6，为本发明基本应用电路原理图，控制信号PWM1、PWM2由控制系统输出，当控制信号PWM1为高电平时，控制信号PWM2为低电平，控制信号PWM1控制MOS管Q1和MOS管Q4导通，高色温LEDC发光；当控制信号PWM2为高电平时，控制信号PWM1为低电平，控制信号PWM2使MOS管Q2和MOS管Q3导通，低色温LEDW发光。PWM1和PWM2的频率足够高的时候，LED发出的高色温和低色温的光就混色成介于高色温和低色温之间的色温，通过改变PWM1和PWM2的高电平时间，即可实现色温的调节。

实施例2：

参见图7，为本发明一种优选应用电路原理图，控制信号PWM1和PWM2由控制系统输出，当控制信号PWM1位高电平时，控制信号PWM2为低电平，控制信号PWM1控制MOS管Q1导通，控制信号PWM1通过反向门B1反向使MOS管Q3关断，控制信号PWM2控制MOS管Q2关断，控制信号PWM2通过反向门使MOS管Q4导通，电流流经MOS管Q1，流经高色温LEDC，通过MOS管Q4，回到VSS端，高色温LEDW发光；当控制信号PWM2位高电平时，控制信号PWM1为低电平，控制信号PWM2控制MOS管Q2导通，控制信号PWM2通过反向门B2反向使MOS管Q4关断，控制信号PWM1控制MOS管Q1关断，控制信号PWM1通过反向门使MOS管Q3导通，电流流经MOS管Q2、低色温LEDW，通过MOS管Q3，回到VSS端，低色温LEDW发光。PWM1和PWM2的频率足够高的时候，LED发出的高色温和低色温的光就混色成介于高色温和低色温之间的色温，通过改变PWM1和PWM2的高电平时间，即可实现色温的调节。

实施例3：

参见图8，为本发明另一种优选应用电路原理图，控制信号PWM由控制系统输出，当控制信号PWM为高电平时，MOS管Q1导通，控制信号经反向门B1使MOS管Q3关断，控制信号经反向门B3使MOS管Q2关断，控制信号经过反向门B3再经过反向门B2使MOS管Q4导通，电流流经MOS管Q1，流经高色温LEDC，通过MOS管Q4，回到VSS端，高色温LEDC发光；当控制信号PWM为低电平时，MOS管Q1关断，控制信号经反向门B1使MOS管Q3导通，控制信号经反向门B3使MOS管Q2导通，控制信号经过反向门B3再经过反向门B2使MOS管Q4关断，电流流经MOS管Q2，电流经过低色温LEDW，通过MOS管Q3，回到VSS端，低色温LEDW发光。PWM的频率足够高的时候，LED发出的高色温和低色温的光就混色成介于高色温和低色温之间的色温，通过改变PWM1的高电平时间，即可实现色温的调节。

采用基于H桥的色温可调的LED照明装置实现的色温调节，在灯具发光的时候时刻保持相同的输出功率，如果采用的高色温和低温的LED灯珠的光效相近，那么其输出的光通量也维持在一个稳定的状态，这种调色温的方式即是实现了无频闪的色温调节。

Claims (8)

1.LED照明调光装置，包括调光信号模块、LED光源模组、供电模块、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元，所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元构成H桥型电路，其特征在于，所述调光信号模块分别与第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元的激励端连接，所述LED光源模组的一端连接在第一开关单元和第三开关单元之间，所述LED光源模组的另一端连接在第二开关单元和第四开关单元之间，所述供电模块的正极连接在第一开关单元和第二开关单元之间、负极连接在第二开关单元和第四开关单元之间。

2.根据权利要求1所述的LED照明调光装置，其特征在于，所述调光信号模块包括第一PWM脉冲信号输入端、第二PWM脉冲信号输入端、第一反向器和第二反向器，所述第一PWM脉冲信号输入端的一端与第一开关单元连接，另一端与第一反向器的一端连接，第一反向器的另一端与第三开关单元连接，所述第二PWM脉冲信号输入端的一端与第二开关单元连接，另一端与第二反向器的一端连接，第二反向器的另一端与第四开关单元连接。

3.根据权利要求1所述的LED照明调光装置，其特征在于，所述调光信号模块包括PWM脉冲信号输入端、第一反向器、第二反向器和第三反向器，所述PWM脉冲信号输入端的一端与第一开关单元连接，另一端与第一反向器和第二反向器连接，第一反向器的另一端与第三开关单元连接，第二反向器的另一端分别与第二开关单元和第三反向器的一端连接，第三反向器的另一端与第四开关单元连接。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的LED照明调光装置，其特征在于，所述第一至第四开关单元为双极性晶体管或场效应晶体管。

5.根据权利要求1所述的LED照明调光装置，其特征在于，所述LED光源模组包括至少一个发光单元，所述发光单元相互并联。

6.根据权利要求5所述的LED照明调光装置，其特征在于，所述发光单元包括至少一组并联的高色温单元和低色温单元，所述高色温单元和低色温单元分别包含多个串联的LED灯。

7.根据权利要求6所述的LED照明调光装置，其特征在于，所述高色温单元的正极与低色温单元的负极连接，所述高色温单元的负极与低色温单元的正极连接。

8.根据权利要求7所述的LED照明调光装置，其特征在于，所述高色温单元所包含的LED灯的正极分别与其相邻的低色温单元的LED灯的负极连接，所述高色温单元所包含的LED灯的负极分别与其相邻的低色温单元的LED灯的正极连接。

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