CN103619100A - Led电路模块、led可调光灯及led照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种LED电路模块、LED可调光灯及LED照明系统，改进了现有通过交流电源的火线、零线直接连接LED模组供电的方式，通过调光控制模块接入交流电源并转换成直流电源以提供脉动的直流电压，进而通过直流高压线路和功率GND线来对各LED电路模块进行供电并能可靠关断，解决上述现有技术中LED模块无法完全关断所引发的安全风险、频闪的问题，并省去了每个LED模块中的整流桥，避免这些整流桥中的二极管因存在电流分配不均现象使二极管发热量大而失效的问题，从而使灯具在全范围调光时不会再出现频闪现象，且改进后的LED电路模块因省去了整流桥而降低了成本。

Description

LED电路模块、LED可调光灯及LED照明系统

技术领域

本发明涉及LED照明技术领域，特别是涉及一种LED电路模块、LED可调光灯及LED照明系统。

背景技术

LED照明系统由以下几个相关部件组成，即:光源部件（LED模组及颗粒）、驱动部件（电源）、控制部件（照明控制装置）、结构部件（灯具），按照电源的工作原理划分，电源可以划分为两大类，即开关电源和线性电源。同样，LED照明电源也有开关电源和线性电源之分。

如图1所示，给出分段线性电源驱动的交流LEDs（以下简称ACLEDs模块）的线路原理图，该线路的工作原理是：LED1～LED5模组（COB封装的LED模块或者LED颗粒串并联模组）的正向压降都等于50V，在每1/4个工频周期内，电源总共有5个工作状态（即5个分段线性状态），分别是：当有效值等于220V的交流输入电压的瞬时值Vac小于100V，即Vac<100V，S1～S4都是断开的，无光输出；当100V<Vac<150V时，开启S1（其它开关断开），LED1和LED2导通发光，电流大小等于Vref/（R1+R2+R3+R4），其中Vref是控制芯片中的基准电平（如图1标示）；当150V<Vac<200V时，开启S2（其它开关断开），则LED1、LED2和LED3导通，电流大小等于Vref/（R2+R3+R4）；当200V<Vac<250V时，开启S3（其它开关断开），则LED1、LED2、LED3和LED4导通，电流大小等于Vref/（R3+R4）；当Vac>250V时，开启S4（其它开关断开），则LED1、LED2、LED3、LED4和LED5全导通，电流大小等于Vref/R4。开关S1～S4都工作在放大导通状态（非饱和导通状态），而在每1/4个工频周期内的5个子状态中，流过LED模组的电流都是可预置的，改变R1～R4的电阻配置，或者通过控制来改变芯片中的基准电平Vref，就能改变流过LED模组的电流大小。从原理图上可以看出，该线路中不需要电解电容，也不需要电感器，所以可以将驱动电源和LED颗粒贴装在同一个基板之上，这样就得到交流驱动LEDs照明模块，即ACLEDs模块。

为了得到较大功率的光输出，在灯具中需要放置多个ACLEDs模块，每个ACLEDs模块都直接从灯具的交流输入端（即火线L和零线N）取电。如果灯具不需要调光功能，则各个ACLEDs模块的工作是相互独立的，互不干扰。除了在交流输入端共用L线和N线外，各个ACLEDs模块线路板之间没有电气连接和电流回路，如图2示意图。在具体应用中，一般都会在火线L中串联一个开关，以便能够开启或者关闭该灯具。

如果在灯具中采用图1所示的ACLEDs模块，并且要求灯具可以调光，则需要在灯具中引入调光控制器，并且将调光控制器的调光控制信号输入到ACLEDs模块中，如图3所示。

对比图2和图3可知，在图3中，各个ACLEDs模块仍然是从交流输入端取电，但是每个模块多了两根线（即调光信号线和信号地线GND）和调光控制板连接；调光控制板也是从交流输入端取电。显然，在图3中，各个模块之间除了共用交流输入的火线和零线，还共用调光信号线和地线GND。为了保证灯具的安全性，要求输送到ACLEDs模块上的电能是可关断的，开通和关断逻辑由控制器提供，如图3中的开关。在模块断电的情况下，为了保证控制逻辑的完整性，控制器可能仍然需要保持供电，所以控制器的通电和断电是由用户决定，而不是控制器中的控制逻辑决定。

试验结果表明，图3所示的灯具，是可以实现输出功率调整的，但是也会带来许多严重的问题：

问题一：ACLEDs模块关不断，则模块继续发光，模块不能断电会带来安全风险。图3中，引入调光控制板后，则控制板和ACLEDs模块之间多了两处电气连接，分别是调光信号线和信号地线GND。正是由于信号地线GND的引入，导致ACLEDs模块关不断，可以通过图4的示意得到解释：控制板发出关断ACLEDs模块的信号，则ACLEDs输入火线L端的开关断开，即L端不会有电流流过，但是电流仍然会在如下的闭合环路中流通：输入零线N－>ACLEDs模块中的二极管D7－>LED串－>信号地线GND－>控制板中的D2－>输入火线L－>输入零线N。显然，图4中，ACLEDs模块关不断的根源是由于控制板信号地GND的引入，增加了ACLEDs模组中LED颗粒串的闭合电流回路个数。

问题二：ACLEDs模块关不断，会发生明显的光闪烁问题。ACLEDs模块正常工作时，流过模块LED串的电流频率是100Hz，人眼感知不到频闪；而当ACLEDs模块输入火线L端的开关断开时，则流过ACLEDs模块LED串的电流频率是50Hz，是人眼可以感知的闪光频率。

问题三：由于调光板信号地线GND的引入，导致各个ACLEDs模块中整流桥的低压端全部短接（如图5所示）。在图5中，各个ACLEDs模块整流桥中低压端的两个对应二极管相互并联，如D12、D22、…、DN2相互并联，D14、D24、…、DN4相互并联。不同ACLEDs模块中的二极管相互并联，带来的问题是电流在这些并联二极管中存在电流分配不均现象，从而有些二极管发热量大，易失效。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED电路模块、LED可调光灯及LED照明系统，解决上述现有的可调光的LED照明系统的各种问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED电路模块，包括：直流高压输入端、功率GND端、信号GND端、调光信号输入端、多个LED光源模组、多个支路线性导通开关；其中，所述直流高压输入端串接所述多个LED光源模组；所述各支路线性导通开关的一端连接在各LED光源模组的输出端，所述支路线性导通开关的另一端串联一个所述负载电阻，且所述各负载电阻间串行连接至所述功率GND端及信号GND端；所述调光信号输入端，连接于一调光控制芯片；所述调光控制芯片用于将所述直流高压输入端的输入电压的取值范围划分多段，并根据所述输入电压的多段分别对应不同开关通断信号以控制所述多个支路线性导通开关的各种通断组合。

优选的，在所述直流高压输入端输入的是脉动的直流电压。

优选的，所述LED光源模组是COB封装的LED模组、或者多个LED颗粒串/并联模组。

优选的，从所述直流高压输入端所串联的第一个LED光源模组和第二个光源模组之间没有连接所述支路线性导通开关。

优选的，所述调光信号为可调整的基准电压Vref，通过调整Vref的值，来实现所述调光控制芯片的调光功能。

本发明还提供一种LED可调光灯，包括：调光控制模块、多个所述的LED电路模块；其中，所述调光控制模块连接交流电源输入；所述调光控制模块通过直流高压线路串接灯开关，并通过所述灯开关连接至所述各LED电路模块的直流高压输入端；

所述调光控制模块通过功率GND线路连接至所述各LED电路模块的功率GND端；所述调光控制模块通过信号GND线路连接至所述各LED电路模块的信号GND端；所述调光控制模块通过调光信号线路连接至所述各LED电路模块的调光信号输入端，用于发出所述调光信号进行调光。

优选的，所述调光控制模块包括：整流桥，连接所述交流电源输入，并转换成脉动的直流电压输出；控制器，连接所述灯开关，并用于控制控制所述灯开关通断；所述控制器通过所述调光信号线路发送预设电压值范围的调光信号至所述各LED电路模块的调光信号输入端进行调光。

优选的，所述预设电压值范围是0～10伏特。

优选的，所述调光控制模块通过火线及零线连接交流电源输入。

本发明还提供一种LED照明系统，包括所述的至少一LED可调光灯。

如上所述，本发明提供的一种LED电路模块、LED可调光灯及LED照明系统，改进了现有通过交流电源的火线、零线直接连接LED模组供电的方式，通过调光控制模块接入交流电源并转换成直流电源以提供脉动的直流电压，进而通过直流高压线路和功率GND线来对各LED电路模块进行供电从而能可靠关断，解决上述现有技术中LED模块无法完全关断所引发的安全风险、频闪的问题，并省去了每个LED模块中的整流桥，避免这些整流桥中的二极管因存在电流分配不均现象使二极管发热量大而失效的问题，从而使灯具在全范围调光时不会再出现频闪现象，且改进后的LED电路模块因省去了整流桥而降低了成本。

附图说明

图1显示为现有技术的可调光交流LED模块的电路原理图。

图2显示为现有技术的非调光交流灯具的模块连接结构示意图。

图3显示为现有技术的可调光交流灯具的结构示意图。

图4显示为图3的部分模块分解的电路原理图。

图5显示为图3的其他部分模块分解的电路原理图。

图6显示为本发明的LED电路模块的实施例的电路原理图。

图7显示为本发明的LED可调光灯的实施例的模块连接结构示意图。

图8显示为图7中模块分解的电路原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图6，本发明提供的LED电路模块，包括：直流高压（HV）输入端、功率GND端、信号GND端、调光信号输入端（即DIM端）、多个LED光源模组、多个支路线性导通开关。

所述直流高压输入端串接所述多个LED光源模组；所述各支路线性导通开关的一端连接在各LED光源模组的输出端，所述支路线性导通开关的另一端串联一个所述负载电阻，且所述各负载电阻间串行连接至所述功率GND端及信号GND端；所述调光信号输入端，连接于一调光控制芯片（即图示“专用芯片”）；所述调光控制芯片用于将所述直流高压输入端的输入电压的取值范围划分多段，并根据所述输入电压的多段分别对应不同开关通断信号以控制所述多个支路调光开关的各种通断组合。

优选的，在所述直流高压输入端输入的是脉动的直流电压，从而用于根据脉动电压的实时幅值来实现相应支路的线性导通开关的通断组合，以达到调光目的。

优选的，所述LED光源模组是COB封装的LED模组、或者多个LED颗粒串/并联模组。

优选的，从所述直流高压输入端所串联的第一个LED光源模组和第二个光源模组之间没有连接所述支路调光开关，也就是说，从所述直流高压端起算的第一个、第二个LED光源模组是由同一控制开关控制供电的，这样可以维持调光至最低档位时也具有一个比较合适不会太暗的亮度，当然在其他实施例中，也可以只是1个LED光源模组，也可以是3个以上LED光源模组，均可供本领域技术人员按具体应用而加以选择，并非以本实施例的2个为限。

优选的，所述调光信号为可调整的基准电压Vref，，通过调整Vref的值，来实现所述调光控制芯片的调光功能。

在本实施例中，所述调光控制芯片是独立的集成电路芯片来实现，即每个LED电路模块均具有一块用于调光的控制芯片，连接所述DIM端来接收调光信号。

如图7所示，本发明还提供一种LED可调光灯，包括：调光控制模块（即图7中的调光控制板）、多个所述的LED电路模块（即图7中的ACLEDs模块）。

其中，所述调光控制模块连接交流电源输入；所述调光控制模块通过直流高压线路串接灯开关，并通过所述灯开关连接至所述各LED电路模块的直流高压输入端；所述调光控制模块通过功率GND线路连接至所述各LED电路模块的功率GND端；所述调光控制模块通过信号GND线路连接至所述各LED电路模块的信号GND端；所述调光控制模块通过调光信号线路连接至所述各LED电路模块的调光信号输入端，用于发出所述调光信号来调整Vref的值进行调光。

和现有技术比较来说，在图3所示现有技术的调光灯具中，各个ACLEDs模块是从交流输入端取电的；而在图7所示的本发明的LED可调光灯具中，只有调光控制板直接从交流输入端取电，各个LED电路模块不再直接从交流输入端取电，而是从调光控制板产生的高压母线直流高压_Bus和功率GND间取电，当控制板让直流高压_Bus上的开关关断后，将彻底切断LED电路模块的供电，能实现模块的可靠关断，保证了灯具的安全，也消除了LED电路模块的频闪；另外，本发明所提的LED电路模块上没有整流桥，所以不存在图5所示意的负载电流分配不均的问题，这就是本发明所提出的交流驱动LED光源的无频闪调光线路拓扑的发明思想。

进一步细化而言，如图8所示，优选的，所述调光控制模块包括：整流桥，连接所述交流电源输入，并转换成脉动的直流电压输出；控制器，连接所述灯开关，并用于控制控制所述灯开关通断；所述控制器通过所述调光信号线路发送预设电压值范围的调光信号至所述各LED电路模块的调光信号输入端进行调光。

在本实施例中，本发明实施例中的调光控制模块（即控制线路板）的引脚分三类，即交流输入引脚（L及N）、功率输出引脚（HV，功率GND）和调光引脚（DIM，信号GND）；控制线路板的交流输入引脚接交流输入火线L和零线N；控制线路板的功率输出引脚在经过逻辑控制的灯具开关后分别接各个模组的直流高压输入端和功率GND端，其中直流高压线路HV-Bus是交流输入电压经过整流桥后的脉动的直流电压，控制线路板的调光引脚分别接各个模组的调光信号输入端和信号地GND端。

所述交流电源输入经过控制线路板中的整流桥整流后，变为脉动的直流电压，供控制板自身使用；控制板发出指令将开关闭合，则脉动的直流电压就送到各个ACLEDs模块中，模块中流过电流而发光，模块电流大小受控制板的调光信号端电平的高低而决定，当控制板发出指令断开开关时，则各个模块没有了功率回路而可靠关断，不会出现频闪现象；优选的，所述预设电压值范围是0～10伏特。

本发明还提供一种LED照明系统，包括所述的至少一LED可调光灯，在本实施例中，所述LED可调光灯为多个。

综上所述，本发明提供的一种LED电路模块、LED可调光灯及LED照明系统，改进了现有通过交流电源的火线、零线直接连接LED模组供电的方式，通过调光控制模块接入交流电源并转换成直流电源以提供脉动的直流电压，进而通过直流高压线路和功率GND线来对各LED电路模块进行供电从而能可靠关断，解决上述现有技术中LED模块无法完全关断所引发的安全风险、频闪的问题，并省去了每个LED模块中的整流桥，避免这些整流桥中的二极管因存在电流分配不均现象使二极管发热量大而失效的问题，从而使灯具在全范围调光时不会再出现频闪现象，且改进后的LED电路模块因省去了整流桥而降低了成本，具体来说，当ACLEDs模块按照本发明所提出的线路设计，ACLEDs调光灯具的驱动和控制部分按照本发明所提出的拓扑结构设计，则各个模块中LED电流的控制稳定，灯具在全范围调光时（1%-100%），不会再出现频闪现象，并且模块的成本还有所降低。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种LED电路模块，其特征在于，包括：直流高压输入端、功率GND端、信号GND端、调光信号输入端、多个LED光源模组、多个支路线性导通开关；

其中，所述直流高压输入端串接所述多个LED光源模组；

所述各支路线性导通开关的一端连接在各LED光源模组的输出端，所述支路线性导通开关的另一端串联一个所述负载电阻，且所述各负载电阻间串行连接至所述功率GND端及信号GND端；

所述调光信号输入端，连接于一调光控制芯片；所述调光控制芯片用于将所述直流高压输入端的输入电压的取值范围划分多段，并根据所述输入电压的多段分别对应不同开关通断信号以控制所述多个支路线性导通开关的各种通断组合。

2.根据权利要求1所述的LED电路模块，其特征在于，在所述直流高压输入端输入的是脉动的直流电压。

3.根据权利要求1所述的LED电路模块，其特征在于，所述LED光源模组是COB封装的LED模组、或者多个LED颗粒串/并联模组。

4.根据权利要求1所述的LED电路模块，其特征在于，从所述直流高压输入端所串联的第一个LED光源模组和第二个光源模组之间没有连接所述支路调光开关。

5.根据权利要求1所述的LED电路模块，其特征在于，所述调光信号为可调整的基准电压Vref，通过调整Vref的值，来实现所述调光控制芯片的调光功能。

6.一种LED可调光灯，其特征在于，包括：调光控制模块、多个如权利要求5所述的LED电路模块；

其中，所述调光控制模块连接交流电源输入；

所述调光控制模块通过直流高压线路串接灯开关，并通过所述灯开关连接至所述各LED电路模块的直流高压输入端；

所述调光控制模块通过功率GND线路连接至所述各LED电路模块的功率GND端；

所述调光控制模块通过信号GND线路连接至所述各LED电路模块的信号GND端；

所述调光控制模块通过调光信号线路连接至所述各LED电路模块的调光信号输入端，用于发出所述调光信号，改变所述Vref的值，进行调光。

7.根据权利要求6所述的LED可调光灯，其特征在于，所述调光控制模块包括：

整流桥，连接所述交流电源输入，并转换成脉动的直流电压输出；

控制器，连接所述灯开关，并用于控制所述灯开关通断；

所述控制器通过所述调光信号线路发送预设电压值范围的调光信号至所述各LED电路模块的调光信号输入端进行调光。

8.根据权利要求7所述的LED可调光灯，其特征在于，所述预设电压值范围是0～10伏特。

9.根据权利要求6所述的LED可调光灯，其特征在于，所述调光控制模块通过火线及零线连接交流电源输入。

10.一种LED照明系统，其特征在于，包括如权利要求6所述的至少一LED可调光灯。

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