CN102791063A - 一种自调压led智能模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自调压LED智能模块，包括至少一个功率单元和一个脉宽调制单元，所述各功率单元依次首尾串联后，其输入端连接输入电压正端，输出端连接脉宽调制单元的一端，而脉宽调制单元的另一端连接输入电压负端；其中，各功率单元均包括LED模组、储能单元和续流单元，所述LED模组的阳极连接续流单元的负端，并共同作为功率单元的首端，LED模组的阴极连接储能电感的一端，而储能单元的另一端连接续流单元的正端，并共同作为功率单元的尾端。此结构可减少交流LED对输入电网稳定性的依赖、LED驱动电流不可控以及发光效率低下等问题，实现功率LED模组的自动调压，从而达到整个系统的高光效和高可靠性。
Description
技术领域
本发明属于照明领域，特别涉及一种适用于对LED功率单元有自动调压需要的电路结构。
背景技术
LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、响应速度快等优点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景照明等领域。随着LED光源价格的下降，LED灯具逐渐走进千家万户。而目前市场上的LED灯具产品由于驱动器的可靠性较差，从而导致其在市场上推广的难度较大，同时由于高可靠性的LED驱动器的成本较高，一时难以实现性价比方面的有效平衡。
在现有技术中，中国专利申请号200510020493.6提供一种交流LED照明灯，这种驱动模式省去了交流到直流的驱动器，从而可以减少LED灯具对驱动器可靠性的依赖，但这种交流LED对电网电压的波动非常敏感，其LED电流的限制只有通过串联电阻的方式进行，这将较大地降低系统的发光效率，驱动电流不稳定使LED 光源的整体光效大幅度降低，同时由于驱动电流在电网电压波动时会给LED光源带来较大的电流冲击, 加剧了光源的光衰。此外，LED只在交流半波的电压下工作，因此LED整体的发光效率较低。同采用直流驱动的LED相比，光源的利用效率只有原来的50%左右。
因此，本发明人针对现有LED电路的缺陷进行研究改进，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种自调压LED智能模块，其可减少交流LED对输入电网稳定性的依赖、LED驱动电流不可控以及发光效率低下等问题，实现功率LED模组的自动调压，从而达到整个系统的高光效和高可靠性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种自调压LED智能模块，包括至少一个功率单元和一个脉宽调制单元，所述各功率单元依次首尾串联后，其输入端连接输入电压正端，输出端连接脉宽调制单元的一端，而脉宽调制单元的另一端连接输入电压负端；其中，各功率单元均包括LED模组、储能单元和续流单元，所述LED模组的阳极连接续流单元的负端，并共同作为功率单元的首端，LED模组的阴极连接储能电感的一端，而储能单元的另一端连接续流单元的正端，并共同作为功率单元的尾端。
上述LED模组是单个LED，或至少两个LED组成的串联、并联或混联结构。该LED模组的两端还可以通过并联电容以降低纹波电流。
上述续流单元是二极管、MOSFET或开关状态受控的单向导通电路。
上述脉宽调制单元包括开关单元、电流采样单元和控制单元，所述开关单元的一端连接串联功率单元的输出端，另一端经由电流采样单元连接输入电压负端，所述控制单元采样流过电流采样单元的电流，并据此控制开关单元的开关状态。
上述开关单元采用MOSFET、IGBT、IFET、可控硅晶闸管或三极管。
上述电流采样单元采用采样电阻、半导体电流采样器、电流互感器或霍尔传感器。
上述智能模块还包括分压电路，所述分压电路包括第一、二电阻，第一电阻的一端连接输入电压正端，另一端经由第二电阻连接输入电压负端，所述控制单元采样第一、二电阻的分压值，并据此调节开关单元的导通占空比。
上述智能模块还包括由第三、四电阻构成的保护电路，所述第三电阻与第四电阻串联后，一端连接功率单元的输出端，另一端连接输入电压负端，所述控制单元采样第三、四电阻的分压值，并在该分压值过高时强制输出占空比，限制开关单元的端电压。
上述控制单元为外置，并通过一隔离驱动单元对开关单元进行控制。
上述隔离驱动单元采用隔离变压器、光电耦合器件、半导体高频隔离驱动器或非隔离驱动器。
采用上述方案后，本发明通过对输入电压进行全波整流后直接驱动，可以减少类似于交流LED对输入电网的稳定性的依赖、LED驱动电流不可控，以及发光效率的低下等问题。同传统的直流驱动方式相比，本发明可以消除传统LED光源对驱动器的高可靠性的依赖，该智能模块可以通过脉宽调制单元中开关单元的断开和闭合状态实现LED模组的两端电压调整，从而实现LED模组自动调压功能，达到整个系统的高光效和高可靠性。
附图说明
图1是本发明第一实施例的电路示意图；
图2是本发明第二实施例的电路示意图；
图3是本发明第三实施例的电路示意图；
图4是本发明第四实施例的电路示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种自调压LED智能电路，包括至少一个功率单元和脉宽调制单元，各功率单元依次首尾串联后，其输入端连接输入电压正端，输出端连接脉宽调制单元的一端，而该脉宽调制单元的另一端连接输入电压负端；其中，各功率单元均包括LED模组、储能单元和续流单元，所述LED模组可以是单个LED，也可以是由至少两个LED组成的串联、并联或混联结构，而续流单元可以是二极管或MOSFET，也可以是开关状态受控的单向导通电路，储能单元可以是单个电感，也可以是由一个或多个磁芯组成的耦合电感；所述LED模组的阳极连接续流单元的负端，并共同作为功率单元的首端，LED模组的阴极连接储能电感的一端，而储能电感的另一端连接续流单元的正端，并共同作为功率单元的尾端。
所述脉宽调制单元包括控制单元、开关单元和电流采样单元，其中，开关单元的一端连接功率单元串的输出端，该开关单元的另一端经由电流采样单元连接输入电压负端，所述控制单元采样流过电流采样单元的电流，并控制开关单元的开关状态，进而改变续流单元对LED模组的供电状态，从而确保流过LED模组的最大电流可控；其中，开关单元可以采用MOSFET、IGBT、IFET、可控硅晶闸管或三极管等电子开关元件，电流采样单元可以采用采样电阻、半导体电流采样器、电流互感器或霍尔传感器。
如图1所示，是本发明的第一实施例，共有n个功率单元，其中，脉宽调制单元包括三极管Q1、采样电阻R3和控制单元U1；第一个功率单元的首端与V(+)连接，尾端则与第二个功率单元的首端连接，前（n-1）个功率单元依次类推；第n个功率单元的首端连接第（n-1）个功率单元的尾端，而该第n个功率单元的尾端则与三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极经由采样电阻R3连接V(-)，而三极管Q1的基极连接控制单元U1；对于第n个功率单元而言，储能单元采用储能电感Ln（n=1,2，…，n），续流单元采用二极管Dn。
当三极管Q1开通时，各个储能电感均处于储能状态，而当三极管Q1关断时，各功率单元中的储能电感分别续流二极管对LED模组进行供电，从而保持LED模组能够在恒定的电流下连续工作。因此，在工作时，控制单元U1采样流过采样电阻R3的电流，从而获知流过LED模组的电流，并据此对三极管Q1的开关状态进行控制，具体是当流过采样电阻R3的峰值电流超过预设值时，控制单元U1将会通过改变对三极管Q1基极的施加电压而限制三极管Q1的导通占空比，从而限制流过LED模组的电流。
另外，在本实施例中，还存在由电阻R1、R4组成的分压电路，所述电阻R1的一端连接V(+)，另一端经由电阻R4连接V(-)，而控制单元U1的电压采样端连接在电阻R1、R4之间，控制单元U1通过电阻R1、R4的分压采样输入电压，当输入电压最低时，调节三极管Q1的导通占空比至最大，而当电阻R1、R4的分压值低于预设值时，调节三极管Q1的导通占空比至最小；各LED模组通过调节自己两端的电压来适应输入电压的变换，从而可以使所有LED模组工作在恒定的电流情况下。
在本实施例中，还包括由电阻R2、R5组成的保护电路，电阻R2、R5相互串联后，并联在三极管Q1的集电极与V(-)之间，控制单元U1还采样电阻R2、R5之间的分压电压，从而得到三极管Q1的端电压，当三极管Q1两端的电压过高时，控制单元U1将强制输出占空比，对三极管Q1两端的电压进行限制，从而减少采用高压开关管的成本。
再请配合图2所示，是本发明的第二实施例，其与第一实施例的区别在于，各功率单元中的续流单元除了续流二极管，还包含有MOSFET，且该MOSFET的栅极悬空，源极与续流二极管的阳极连接，漏极与续流二极管的阴极连接。采用这种结构后，解决了流过续流二极管的电流较大而引起的续流二极管功耗增加的问题，当续流二极管续流时MOSFET导通，从而降低续流二极管的功耗，提升功耗单元的整体效率。
图3所示是本发明的第三实施例，其与第一实施例的区别在于，各功率单元中的储能单元采用耦合电感，从而避免每个LED模组均需要一个储能电感的问题，并由此规避电感一致性及成本增加的问题。本实施例中电路的其它部分与第一实施例相同，在此不再赘述。
图4所示是本发明的第四实施例，其与第一实施例的区别在于，各功率单元中的LED模组两端并联一个或多个储能电容以降低流过每个LED模组的纹波电流。本实施例中电路的其它部分与第一实施例相同，在此不再赘述。
需要说明的是，在前述各实施例中，控制单元均可内置或外置，当控制单元外置时，需通过一隔离驱动单元对开关单元进行控制，所述隔离驱动单元可以是隔离变压器、光电耦合器件、半导体高频隔离驱动器或非隔离驱动器。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自调压LED智能模块，其特征在于：包括至少一个功率单元和一个脉宽调制单元，所述各功率单元依次首尾串联后，其输入端连接输入电压正端，输出端连接脉宽调制单元的一端，而脉宽调制单元的另一端连接输入电压负端；其中，各功率单元均包括LED模组、储能单元和续流单元，所述LED模组的阳极连接续流单元的负端，并共同作为功率单元的首端，LED模组的阴极连接储能电感的一端，而储能单元的另一端连接续流单元的正端，并共同作为功率单元的尾端。
2.如权利要求1所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述LED模组的两端还并联有电容。
3.如权利要求1所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述续流单元是二极管、MOSFET或开关状态受控的单向导通电路。
4.如权利要求1所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述脉宽调制单元包括开关单元、电流采样单元和控制单元，所述开关单元的一端连接串联功率单元的输出端，另一端经由电流采样单元连接输入电压负端，所述控制单元采样流过电流采样单元的电流，并据此控制开关单元的开关状态。
5.如权利要求4所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述开关单元采用MOSFET、IGBT、IFET、可控硅晶闸管或三极管。
6.如权利要求4所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述电流采样单元采用采样电阻、半导体电流采样器、电流互感器或霍尔传感器。
7.如权利要求4所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述智能模块还包括分压电路，所述分压电路包括第一、二电阻，第一电阻的一端连接输入电压正端，另一端经由第二电阻连接输入电压负端，所述控制单元采样第一、二电阻的分压值，并据此调节开关单元的导通占空比。
8.如权利要求4所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述智能模块还包括由第三、四电阻构成的保护电路，所述第三电阻与第四电阻串联后，一端连接功率单元的输出端，另一端连接输入电压负端，所述控制单元采样第三、四电阻的分压值，并在该分压值过高时强制输出占空比，限制开关单元的端电压。
9.如权利要求4所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述控制单元为外置，并通过一隔离驱动单元对开关单元进行控制。
10.如权利要求9所述的一种自调压LED智能模块，其特征在于：所述隔离驱动单元采用隔离变压器、光电耦合器件、半导体高频隔离驱动器或非隔离驱动器。
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