CN102612235B - 一种含多级恒流驱动电路的led照明装置 - Google Patents

一种含多级恒流驱动电路的led照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含多级恒流驱动电路的LED照明装置。所述多级恒流驱动电路包括1个多级控制单元和n个恒流驱动单元。所述恒流驱动单元有一个驱动极、一个公共极和一个受控极。n个恒流驱动单元的公共极连在一起。所述多级控制单元有一个公共极和n个控制极CG。多级控制单元的n个控制极分别与所述n个恒流驱动单元的n个受控极相连。所述LED照明装置包括多级恒流驱动电路和n个LED串。本发明直接使用交流电经桥式整流输出的脉动电压供电，不需要电解电容滤波，大大降低了LED照明装置的成本，延长了LED照明装置的整体寿命。整个LED照明装置不需要高频变压器和高压电解电容等储能元件，具有很高的转换效率和功率因素。

Description

一种含多级恒流驱动电路的LED照明装置
技术领域
本发明涉及一种LED照明及驱动电路，具体是一种含多级恒流驱动电路的LED照明装置。
背景技术
要确保LED使用寿命必须使用恒流驱动电路，对于LED串的控制需要多级恒流驱动电路。
现有多级恒流驱动电路及LED照明装置技术主要如下。
1、图1所示的串联控制电路，控制n个串联在一起的LED串（每个LED串由m个LED串联组成），包括多个开关单元、反馈单元及控制单元。该技术方案不足之处在于：各个开关单元分别与各个LED串并联，开关单元间没有公共电位，需要电平转移电路，因此开关控制电路比较复杂，芯片成本较高。
2、图2所示的并联控制电路，控制n个独立的LED串（每个LED串由m个LED串联组成），包括多个电压基准单元、开关单元及控制单元。该技术方案不足之处在于：LED串串联的LED数目m在75至90之间，只有当供电电源电压大于m×VFLED时（VFLED是LED正向导通电压，对于照明用LED,VFLED在3V至4V之间。），LED串才会发光，因此需要在整流输出（波形如图5所示）之后加上电容滤波单元（波形如图6所示），使得供电电压维持在m×VFLED以上。电容滤波单元需要采用高压电解电容，而LED照明装置有比较大的温升。电解电容在高温环境下的使用寿命会大大缩短，远远短于LED本身的寿命，不利于LED照明产品的大面积推广应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种含多级恒流驱动电路的LED照明装置，将多级恒流驱动电路集成在一个芯片且保证芯片的使用寿命。
按照本发明提供的技术方案，一种含多级恒流驱动电路的LED照明装置，包括多级恒流驱动电路和n个LED串，每个LED串包括一个LED或多个串接的LED，串接的LED中第一LED的阳极是本LED串的阳极，第一LED的阴极与第二LED的阳极相连，第二LED的阴极与第三LED的阳极相连，依次类推，最后一个LED的阴极是本LED串的阴极；所述n个LED串依次串接，整个LED串的阳极与电源相连；所述多级恒流驱动电路包括1个多级控制单元和n个恒流驱动单元，n≥2，所述多级控制单元具有一个公共极和n个控制极，所述恒流驱动单元具有一个驱动极、一个公共极和一个受控极，n个恒流驱动单元的公共极连在一起并和多级控制单元的公共极相连，所述多级控制单元的n个控制极分别与n个恒流驱动单元的受控极相连；所述n个恒流驱动单元的驱动极分别与n个LED串的阴极相连。
所述恒流驱动单元包括：第一晶体管栅极通过第七电阻接受控极，第一晶体管漏极接驱动极并通过第三电阻接受控极，第一晶体管源极通过电流采样电阻接公共极，公共极通过二极管接受控极，所述受控极接三极管的集电极，三极管基极通过第六电阻接第一晶体管源极，三极管发射极通过第四电阻接公共极。
所述多级控制单元包括n个控制单元，所述控制单元包括第二晶体管，第二晶体管的栅极和源极之间接一个电阻，第二晶体管栅极为控制信号输入极，第二晶体管源极为公共极，第二晶体管漏极为控制极。
所述n个控制单元的公共极连接在一起，第n级控制单元的控制信号输入极为整个多级控制单元的控制信号输入极，上级控制单元的控制极分别通过二极管与每一个下级控制单元的控制信号输入极相连。
本发明的优点是：本发明的LED照明装置不需要专用直流电源供电，直接使用交流电经桥式整流输出的脉动电压供电，不需要电解电容滤波，大大降低了LED照明装置的实际成本，大大延长了LED照明装置的整体寿命。整个LED照明装置不需要高频变压器和高压电解电容等储能元件，具有很高的转换效率和功率因素。
附图说明
图1是第一种现有技术恒流驱动电路。
图2是第二种现有技术恒流驱动电路。
图3是多级恒流驱动电路及LED照明装置图。
图4是交流输入波形。
图5是整流输出波形。
图6是电容滤波输出波形。
图7是四级恒流驱动电路相位图。
图8是四级恒流驱动电路开关状态图。
图9是恒流驱动单元电路图。
图10是控制单元电路图。
图11是多级控制单元电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3所示，所述多级恒流驱动电路40包括1个多级控制单元30和n个恒流驱动单元10，n≥2，所述多级控制单元30具有一个公共极60和n个控制极80，所述恒流驱动单元10具有一个驱动极50、一个公共极60和一个受控极70，n个恒流驱动单元10的公共极60连在一起并和多级控制单元30的公共极60相连，所述多级控制单元30的n个控制极80分别与n个恒流驱动单元10的受控极70相连。含多级恒流驱动电路的LED照明装置包括多级恒流驱动电路40和n个LED串，每个LED串包括一个LED或多个串接的LED，串接的LED中第一LED的阳极是本LED串的阳极，第一LED的阴极与第二LED的阳极相连，第二LED的阴极与第三LED的阳极相连，依次类推，最后一个LED的阴极是本LED串的阴极；所述n个LED串依次串接；所述n个恒流驱动单元10的驱动极50分别与n个LED串的阴极相连。所述多级控制单元30包括n个控制单元20。
如图9所示，所述恒流驱动单元10有一个驱动极A 50、一个公共极COM 60和一个受控极G 70。所述恒流驱动单元10包括：第一晶体管M1栅极通过第七电阻R7接受控极70，第一晶体管M1漏极接驱动极50并通过第三电阻R3接受控极70，第一晶体管M1源极通过电流采样电阻R5接公共极60，公共极60通过二极管ZD1接受控极70，所述受控极70接三极管T1的集电极，三极管T1基极通过第六电阻R6接第一晶体管M1源极，三极管T1发射极通过第四电阻R4接公共极60。由T1、R4和R6组成反馈电路并根据电流采样电阻R5上的电流自动调整M1的栅极电位，使得流过驱动端的电流保持恒定。
如图10所示，所述控制单元20有一个控制信号输入极VS、一个公共极COM 60和一个控制极CG 80。所述控制单元20包括第二晶体管Q1，第二晶体管Q1的栅极和源极之间接一个电阻R1，第二晶体管Q1栅极为控制信号输入极，第二晶体管Q1源极为公共极60，第二晶体管Q1漏极为控制极80。当控制信号输入极的电压大于等于晶体管Q1的开启电压时，Q1导通，使得恒流驱动单元的晶体管M1关断。当控制信号输入极的电压小于晶体管Q1的开启电压时，Q1关断，使得恒流驱动单元的晶体管M1导通。
如图11所示，n-1个二极管D1_2、…、D1_n的阴极与第一控制单元的控制信号输入极VS1相连，二极管D1_2、…、D1_n的阳极分别与第二控制单元的控制极CG2、…、第n控制单元的控制极CGn相连；n-2个二极管D2_3、…、D2_n的阴极与第二控制单元的控制信号输入极VS2相连，二极管D2_3、…、D2_n的阳极分别与第三控制单元的控制极CG3、…、第n控制单元的控制极CGn相连；以此类推，Dn-1_n的阴极与第n-1控制单元的控制信号输入极VSn-1相连，Dn-1_n的阳极与第n控制单元的控制极CGn相连。所述n个控制单元20的公共极60连接在一起。第n控制单元的控制信号输入极为整个多级控制单元30的控制信号输入极。
如图3所示，所述多级控制单元30的第一控制极CG1与第一恒流驱动单元的受控极G1相连；第二控制极CG2与第二恒流驱动单元的受控极G2相连；以此类推，第n控制极CGn与第n恒流驱动单元的受控极Gn相连。
所述多级恒流驱动电路40驱动n个LED串。每个LED串串接的LED数目可以相同也可以不相同。每个LED串中的第一LED的阳极是本LED串的阳极，第一LED的阴极与第二LED的阳极相连，第二LED的阴极与第三LED的阳极相连，以次类推。最后一个LED的阴极是本LED串的阴极。第一LED串LED1的阳极是整个LED串的阳极，第一LED串的阴极与第二LED串的阳极相连，第二LED串的阴极与第三LED串的阳极相连，以次类推。整个LED串的阳极与电源VCC相连。
所述第一恒流驱动单元的驱动极与第一LED串的阴极相连，第二恒流驱动单元的驱动极与第二LED串的阴极相连，以此类推。
所述多级恒流驱动电路40和外部LED串的供电电源由交流输入电源经桥式整流获得，不经过电解电容滤波。交流输入波形如图4所示，整流输出波形如图5所示。
所述多级恒流驱动电路及LED照明装置的工作相位(PHASE)如图7所示。外部LED串的通断过程如图8所示。在相位1，电源电压小于V1，所有LED串都不导通；在相位2，电源电压大于等于V1，第一LED串LED1导通，其它LED串不导通；在相位3，电源电压大于等于V2，多级控制单元30关闭第一恒流驱动单元，开启第二恒流驱动单元，第一LED串LED1和第二LED串LED2导通，其它LED串不导通；以此类推，当电源电压大于等于Vn时，多级控制单元30关闭第一恒流驱动单元、第二恒流驱动单元直至第n-1恒流驱动单元，开启第n恒流驱动单元，整个LED串全部导通。当电源电压超过过压保护设定值时，多级控制单元30关闭所有恒流驱动单元，整个LED串关断。

Claims (1)

1. 一种含多级恒流驱动电路的LED照明装置，包括多级恒流驱动电路（40）和n个LED串，每个LED串包括一个LED或多个串接的LED，串接的LED中第一LED的阳极是本LED串的阳极，第一LED的阴极与第二LED的阳极相连，第二LED的阴极与第三LED的阳极相连，依次类推，最后一个LED的阴极是本LED串的阴极；所述n个LED串依次串接，整个LED串的阳极与电源（VCC）相连；所述多级恒流驱动电路（40）包括1个多级控制单元（30）和n个恒流驱动单元（10），n≥2，所述恒流驱动单元（10）具有一个驱动极（50）、一个公共极（60）和一个受控极（70），所述n个恒流驱动单元（10）的驱动极（50）分别与n个LED串的阴极相连；
其特征是：所述多级控制单元（30）具有一个公共极（60）和n个控制极（80），n个恒流驱动单元（10）的公共极（60）连在一起并和多级控制单元（30）的公共极（60）相连，所述多级控制单元（30）的n个控制极（80）分别与n个恒流驱动单元（10）的受控极（70）相连；
所述多级控制单元（30）包括n个控制单元（20），所述控制单元（20）包括第二晶体管（Q1），第二晶体管（Q1）的栅极和源极之间接一个电阻，第二晶体管（Q1）栅极为控制信号输入极，第二晶体管（Q1）源极为公共极（60），第二晶体管（Q1）漏极为控制极（80）；
所述n个控制单元（20）的公共极（60）连接在一起，第n控制单元的控制信号输入极为整个多级控制单元（30）的控制信号输入极；
n-1个二极管D1_2、…、D1_n的阴极与第一控制单元的控制信号输入极VS1相连，二极管D1_2、…、D1_n的阳极分别与第二控制单元的控制极CG2、…、第n控制单元的控制极CGn相连；n-2个二极管D2_3、…、D2_n的阴极与第二控制单元的控制信号输入极VS2相连，二极管D2_3、…、D2_n的阳极分别与第三控制单元的控制极CG3、…、第n控制单元的控制极CGn相连；以此类推，Dn-1_n的阴极与第n-1控制单元的控制信号输入极VSn-1相连，Dn-1_n的阳极与第n控制单元的控制极CGn相连。
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