CN103619111A

CN103619111A - 交流led驱动电路

Info

Publication number: CN103619111A
Application number: CN201310665276.7A
Authority: CN
Inventors: 约瑟夫·克罗格
Original assignee: Shanghai Yaming Lighting Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yaming Lighting Co Ltd
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103619111B; WO2015085881A1; US10588188B2; US20190208594A1

Abstract

本发明提供一种交流LED驱动电路，包括：连接在交流电压源与接地之间的多个LED串，任一个LED串均对应配置有一个转换开关；任一个LED中串接有一个或多个LED光源；电压检测单元，用于检测接入的交流电压源中交流电源信号的电压均方根值；切换逻辑控制单元，用于根据电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间，输出与所落入的所述电压区间对应的转换控制信号至各个转换开关以控制各个转换开关进行相应的转换动作，通过各个转换开关的转换动作使得对应的各个LED串实现串联或并联以适于交流电压源。本发明的交流LED驱动电路，可适用于多交流电压源环境下，克服了现有技术中只能适用于单一交流电压源环境的局限性，具有广阔的应用前景。

Description

交流LED驱动电路

技术领域

本发明涉及LED照明领域，特别是涉及一种可适用于多种电压电源下的交流LED驱动电路。

背景技术

伴随着全球性环保意识的增强，在世界各国，尤其是发达国家和地区，绿色环保的光源的应用将越来越普及，其中的一个典型代表即是LED技术，LED是一种高效、节能、发光寿命长的绿色环保光源，对于保护环境、节约能源、保护人类健康都具有重大意义。随着LED照明技术的不断发展与成熟，它将被广泛应用于各种照明领域，成为将来照明工具的首选。

目前，LED照明技术被市场广泛接受的主要阻力是LED照明系统的价格。根据成本对比和使用寿命分析结果表明，同基于开关电源驱动的LED照明系统相比，交流驱动LED照明系统在价格和寿命等方面的优势比较明显，所以大力发展交流驱动LED照明技术，对于降低LED照明产品价格和推广LED照明应用，是一个非常有力的措施。

LED本身的制造工艺发展迅速，效率、寿命等性能指标已日益成熟，然而，驱动电源的发展与之尚欠匹配。制造高效率、低成本、小体积、长寿命、高功率因数的驱动电源是LED发光品质及整体性能的保证，是推动LED照明光源广泛应用于各种照明领域的前提和动力。

在交流驱动LED照明系统中，LED驱动电路均连接交流市电。假设驱动电路为单位功率因数，则输入电流和输入电压为同相位的正弦波，此时，输入功率为正弦平方形式，然而LED需要恒流驱动才能较好地保证其发光品质、工作寿命以及其他性能指标，因此需要实现恒流输出，即输出功率恒定。这就造成输入功率与输出功率的瞬时值不相等，需要附加元件实现输入、输出功率之间的平衡。目前的电路大多使用容值较大的电解电容充当功率平衡元件，然而，电解电容的寿命与LED的工作寿命相差甚远，电解电容的寿命成为限制LED驱动电路整体寿命的主要因素。此外，大容值的电解电容体积多笨重，限制了LED驱动电路的体积小型化，降低了驱动电路的功率密度。

有鉴于此，业界又提出一种交流高压LED驱动电路，其具有高功率因数和低总谐波失真的特性，利用这些特性，可适用于直接驱动来源于（整流）交流AC高功率LED负载，而无需使用平滑电容器或开关模式电源转换电路。因此，可实现提高可靠性及降低成本的目的。然而，这样的电路是只能在单一的均方根（Root Mean Square，RMS）电源电压下进行操作，不能适用于多电压电源环境下，应用环境受限。

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交流LED驱动电路，用于解决现有技术中LED驱动电路只能应用于单一电源电压环境下的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种交流LED驱动电路，包括：连接在交流电压源与接地之间的多个LED串，任一个所述LED串均对应配置有一个转换开关；任一个所述LED中串接有一个或多个LED光源；电压检测单元，用于检测接入的所述交流电压源中交流电源信号的电压均方根值；切换逻辑控制单元，用于根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间，输出与所落入的所述电压区间对应的转换控制信号至各个所述LED串所分别对应的各个所述转换开关以控制各个所述转换开关进行相应的转换动作，通过各个所述转换开关的转换动作使得对应的各个所述LED串实现串联或并联以适于所述交流电压源。

可选地，所述LED串的数量为两个，分别为第一LED串和第二LED串，所述第一LED串对应配置有第一转换开关，所述第二LED串对应配置第二转换开关；所述交流电压信号的电压均方根值对应的电压区间包括高电压区间和低电压区间；所述切换逻辑单元根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间输出转换控制信号包括：根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为高电压区间，则输出转换控制信号至所述第一LED串所对应的所述第一转换开关和所述第二LED串所对应的所述第二转换开关进行转换动作，使得所述第一LED串和所述第二LED串实现串联；根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为低电压区间，则输出转换控制信号至所述第一LED串所对应的所述第一转换开关和所述第二LED串所对应的所述第二转换开关进行转换动作，使得所述第一LED串和所述第二LED串实现并联。

可选地，所述第一转换开关位于所述第一LED串的输出端和所述第二LED串的输入端之间；所述第二转换开关位于所述第一LED串的输入端和所述第二LED串的输入端之间，所述第一LED串的输入端与所述交流电压源连接，所述第一LED串的输出端和所述第二LED串的输出端通过一电流源与接地连接；根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为高电压区间，则将所述第一转换开关转换为闭合而将所述第二转换开关转换为断开，所述第一LED串和所述第二LED串实现串联；根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为低电压区间，则将所述第一转换开关转换为断开而将所述第二转换开关转换为闭合，所述第一LED串和所述第二LED串实现并联。

可选地，各个所述LED串中包含的LED光源的数量均相同，任一个LED光源均配置有供与所述电流源连接的一切换开关，各个所述切换开关与所述切换逻辑控制单元连接并受所述切换逻辑控制单元根据所述交流电压源中交流电源信号的瞬时电压值所控制。

可选地，所述电流源的电流信号是由一参考电压根据所述切换逻辑控制单元所控制切换的切换开关的数量而升高或降低的。

可选地，所述第一转换开关和所述第二转换开关为NMOS晶体管，所述各个LED光源对应配置的各个所述切换开关为PMOS晶体管。

可选地，所述高电压区间为240V±40V，所述低电压区间为120V±20V。

如上所述，本发明所述的交流LED驱动电路，具有以下有益效果：本发明突破了传统的交流LED驱动电路只能在单一的均方根电源电压下进行操作的局限性，通过在交流电压源和接地之间提供了配置有转换开关的多个LED串，根据交流电压源的交流电源信号中的电压均方根值所落入的电压区间，控制各个转换开关进行转换动作，使得各个LED串实现串联或并联以适于所述交流电压源的当前电压区间，从而确保交流LED驱动电路可适用于多交流电压源环境下。

附图说明

图1为本发明交流LED驱动电路在一个实施方式中的原理示意图。

图2为根据图1在一个实施例中的电路示意图。

图3为在交流电压源处于高电压区间时第一LED串和第二LED串相互串联的情况下输入电压、输入电流、第一转换开关和第二转换开关、以及各个切换开关的时序图。

图4为在交流电压源处于低电压区间时第一LED串和第二LED串相互并联的情况下输入电压、输入电流、第一转换开关和第二转换开关、以及各个切换开关的时序图。

具体实施方式

鉴于在现有技术中，提供的交流高压LED驱动电路只能在单一的均方根RMS电源电压下进行工作而致应用环境受限。因此，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种交流LED驱动电路，可根据当前交流电压源的电压值，而自适应地调整内部的LED串的电连接方式，从而可适用于多交流电压源环境下。

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。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

请参阅图1，其为本发明交流LED驱动电路在一个实施方式中的原理示意图。如图1所示，本实施方式中的交流LED驱动电路包括：交流电压源、交流电流源、多个LED串、电压检测单元、切换逻辑控制单元。

以下对上述各个元器件进行详细说明。

多个LED串连接在交流电压源Vrm与接地之间，任一个所述LED中均包括有相互串接的一个或多个LED光源。在本实施例中，连接在交流电压源Vrm与接地之间的LED串的数量为两个，现将两个LED串分别记为第一LED串和第二LED串，所述第一LED串的输入端与交流电压源Vrm连接，所述第一LED串的输出端和所述第二LED串的输出端通过所述电流源与接地连接。两个所述LED串中包含的LED光源的数量相同，优选地，每一个LED串中包括有相互串接的四个LED光源。上述仅为示例性说明，在实际应用中，LED串的数量以及任一个LED串中串接的LED光源的数量都并不以此为限，可根据实际的交流电压源Vrm以及LED光源的特性而作不同的选择搭配。

另外，对于上述各个LED串，任一个所述LED串均对应配置有一个转换开关，利用所述转换开关，可控制与该转换开关对应的那一个LED串的通断。在本实施例中，LED串的数量为两个，任一个LED串均配置有一个转换开关，即，所述第一LED串对应配置有第一转换开关SV1，所述第二LED串对应配置第二转换开关SV2，且所述第一转换开关SV1和所述第二转换开关SV2均与所述切换逻辑控制单元连接并受所述切换逻辑控制单元控制。更具体地，所述第一转换开关SV1位于所述第一LED串的输出端和所述第二LED串的输入端之间，所述第二转换开关SV2位于所述第一LED串的输入端和所述第二LED串的输入端之间。

再有，对于任一个LED串而言，其包括的任一个LED光源均配置有一切换开关。具体地，对于第一LED串，包括四个LED光源，分别标记为LED光源D1、LED光源D2、LED光源D3、以及LED光源D4，其中，LED光源D1配置有切换开关S1，所述切换开关S1位于LED光源D1的输出端与所述电流源之间；LED光源D2配置有切换开关S2，所述切换开关S2位于LED光源D2的输出端与所述电流源之间；LED光源D3配置有切换开关S3，所述切换开关S3位于LED光源D3的输出端与所述电流源之间；LED光源D4配置有切换开关S4，所述切换开关S4位于LED光源D4的输出端与所述电流源之间。同样地，对于第二LED串，包括四个LED光源，分别标记为LED光源D5、LED光源D6、LED光源D7、以及LED光源D8，其中，LED光源D5配置有切换开关S5，所述切换开关S5位于LED光源D5的输出端与所述电流源之间；LED光源D6配置有切换开关S6，所述切换开关S6位于LED光源D6的输出端与所述电流源之间；LED光源D7配置有切换开关S7，所述切换开关S7位于LED光源D7的输出端与所述电流源之间；LED光源D8配置有切换开关S8，所述切换开关S8位于LED光源D8的输出端与所述电流源之间。

所述电压检测单元与交流电压源Vrm和所述切换逻辑控制单元连接，用于检测接入的交流电压源Vrm中交流电源信号的电压均方根值，并将检测得到的电压均方根值的相关信息传送至所述切换逻辑控制单元。在本实施例中，交流电压源Vrm为市电交流电压，其中的所述交流电压信号的电压均方根值对应的电压区间包括高电压区间和低电压区间，具体地，所述高电压区间为240V±40V，所述低电压区间为120V±20V。

所述切换逻辑控制单元与所述电压检测单元及各个所述转换开关连接，用于根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间，输出与所落入的所述电压区间对应的转换控制信号至各个所述转换开关以控制各个所述转换开关进行相应的转换动作。在本实施例中，所述切换控制逻辑单元与所述电压检测单元、第一转换开关SV1以及第二转换开关SV2连接。所述切换控制逻辑单元的工作原理具体包括：根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为高电压区间（例如为：240V±40V），则输出串联转换控制信号，所述串联转换控制信号包括将第一转换开关SV1转换为闭合而将第二转换开关SV2转换为断开（即，所述串联转换控制信号包括用以将第一转换开关SV1转换为闭合的第一导通信号和用以将第二转换开关SV2切换为断开的第二关断信号），从而使得所述第一LED串和所述第二LED串实现串联；根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为低电压区间（例如为：120V±20V），则输出并联转换控制信号，所述并联转换控制信号包括将第一转换开关SV1转换为断开而将第二转换开关SV2转换为闭合（即，所述并联转换控制信号包括用以将第一转换开关SV1转换为断开的第一关断信号和用以将第二转换开关SV2转换为闭合的第二导通信号），从而使得所述第一LED串和所述第二LED串实现并联。

另外，如上所述，LED串中的任一个LED光源均配置有供与所述电流源连接的一切换开关，因此，所述切换逻辑控制单元还与各个所述切换开关连接以用于控制它们的通断。具体地，在本实施例中，第一LED串中LED光源D1对应的切换开关S1、LED光源D2对应的切换开关S2、LED光源D3对应的切换开关S3、LED光源D4对应的切换开关S4、以及第二LED串中LED光源D5对应的切换开关S5、LED光源D6对应的切换开关S6、LED光源D7对应的切换开关S7、LED光源D8对应的切换开关S8，均与所述切换逻辑控制单元连接。所述切换逻辑控制单元根据所述交流电压源中交流电源信号的瞬时电压值来控制各个所述切换开关执行打开关断或闭合导通的切换动作。

再有，所述切换逻辑控制单元还与所述电流源连接。在本实施例中，所述电流源的电流信号是由一参考电压根据所述切换逻辑控制单元所控制切换的切换开关（例如切换开关S1～S8）的数量而升高或降低的。具体地，在本实施例中，提供了一个比较器A，其输入端与所述逻辑控制单元的输出端（输出有电压U_i）以及一参考电压U_ref连接，在实际应用中，若所述切换逻辑控制单元所控制切换的切换开关的数量较多时，所述逻辑控制单元的输出电压U_i大于参考电压U_ref，则所述电流源升高电流源信号；若所述切换逻辑控制单元所控制切换的切换开关的数量较多时，所述逻辑控制单元的输出电压U_i小于参考电压U_ref，则所述电流源降低电流源信号。

当然，上述的电压检测单元、切换逻辑控制单元、比较器、电流源等器件可为独立的器件，但并不以此为限，必要时，它们也可以集成在一个集成电路中。

当应用图1所示的本发明交流LED驱动电路时，所述电压检测单元实时检测接入的交流电压源Vrm中交流电源信号的电压均方根值，并将检测得到的电压均方根值的相关信息传送至所述切换逻辑控制单元，所述切换逻辑控制单元根据所述电压检测单元检测得到的电压均方根值是处于何种电压区间而输出相应的转换控制信号至各个转换开关，即，根据高电压区间输出串联转换控制信号及根据低电压区间输出并联转换控制信号，从而使得内含的各个LED光源可在相应的电压区间下正常工作。

请参阅图2，其为根据图1在一个实施例中的电路示意图。如图2所示，在本实施例的交流LED驱动电路中，包括第一LED串和第二LED串以及对应的第一转换开关SV1和第二转换开关SV2，所述第一LED串中包括有LED光源D1、D2、D3、D4，各个LED光源D1、D2、D3、D4分别配置有切换开关S1、S2、S3、S4，所述第二LED串中包括有LED光源D5、D6、D7、D8，各个LED光源D5、D6、D7、D8分别配置有切换开关S5、S6、S7、S8。具体地，第一转换开关SV1和所述第二转换开关SV2均为NMOS晶体管，各个切换开关S1～S8均为PMOS晶体管。各个切换开关S1～S8采用PMOS晶体管，相较于NMOS晶体管，更可节省成本。通过上述第一转换开关SV1和所述第二转换开关SV2、以及各个切换开关S1～S8，可在交流电压源处于高电压区间时将第一LED串和第二LED串予以串联，而在交流电压源处于低电压区间时将第一LED串和第二LED串予以并联。

请继续参阅图3，其显示了在交流电压源处于高电压区间（例如为：240V±40V）时第一LED串和第二LED串相互串联的情况下输入电压、输入电流、第一转换开关SV1和第二转换开关SV2、以及各个切换开关S1～S8的时序图。由图3可知，在串联操作的模式下，第一转换开关SV1始终处于闭合导通的状态而第二转换开关SV2始终处于打开关断的状态，各个切换开关S1～S8顺序闭合导通。

请继续参阅图4，其显示了在交流电压源处于低电压区间（例如为：120V±20V）时第一LED串和第二LED串相互并联的情况下输入电压、输入电流、第一转换开关SV1和第二转换开关SV2、以及各个切换开关S1～S8的时序图。由图4可知，在并联操作的模式下，第一转换开关SV1始终处于打开关断的状态而第二转换开关SV2始终处于闭合导通的状态，各个切换开关S1与S5、S2与S6、S3与S7、以及S4与S8顺序闭合导通。

综上所述，本发明所述的交流LED驱动电路，具有以下有益效果：本发明突破了传统的交流LED驱动电路只能在单一的均方根电源电压下进行操作的局限性，通过在交流电压源和接地之间提供了配置有转换开关的多个LED串，根据交流电压源的交流电源信号中的电压均方根值所落入的电压区间，控制各个转换开关进行转换动作，使得各个LED串实现串联或并联以适于所述交流电压源的当前电压区间，从而确保交流LED驱动电路可适用于多交流电压源环境下，相比与只能在单一的均方根RMS电源电压下进行工作现有交流LED驱动电路，具有更大的可选择性和可应用性。

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

1.一种交流LED驱动电路，其特征在于，包括：

连接在交流电压源与接地之间的多个LED串，任一个所述LED串均对应配置有一个转换开关；任一个所述LED中串接有一个或多个LED光源；

电压检测单元，用于检测接入的所述交流电压源中交流电源信号的电压均方根值；

切换逻辑控制单元，用于根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间，输出与所落入的所述电压区间对应的转换控制信号至各个所述LED串所分别对应的各个所述转换开关以控制各个所述转换开关进行相应的转换动作，通过各个所述转换开关的转换动作使得对应的各个所述LED串实现串联或并联以适于所述交流电压源。

2.根据权利要求1所述的交流LED驱动电路，其特征在于：

所述LED串的数量为两个，分别为第一LED串和第二LED串，所述第一LED串对应配置有第一转换开关，所述第二LED串对应配置第二转换开关；

所述交流电压信号的电压均方根值对应的电压区间包括高电压区间和低电压区间；

所述切换逻辑单元根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间输出转换控制信号包括：根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为高电压区间，则输出串联转换控制信号至所述第一LED串所对应的所述第一转换开关和所述第二LED串所对应的所述第二转换开关进行转换动作，使得所述第一LED串和所述第二LED串实现串联；根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为低电压区间，则输出并联转换控制信号至所述第一LED串所对应的所述第一转换开关和所述第二LED串所对应的所述第二转换开关进行转换动作，使得所述第一LED串和所述第二LED串实现并联。

3.根据权利要求2所述的交流LED驱动电路，其特征在于：

所述第一转换开关位于所述第一LED串的输出端和所述第二LED串的输入端之间；所述第二转换开关位于所述第一LED串的输入端和所述第二LED串的输入端之间，所述第一LED串的输入端与所述交流电压源连接，所述第一LED串的输出端和所述第二LED串的输出端通过一电流源与接地连接；

根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为高电压区间，则所述串联转换控制信号包括将所述第一转换开关转换为闭合而将所述第二转换开关转换为断开，所述第一LED串和所述第二LED串实现串联；根据所述电压检测单元检测的电压均方根值所落入的电压区间为低电压区间，则所述并联转换控制信号包括将所述第一转换开关转换为断开而将所述第二转换开关转换为闭合，所述第一LED串和所述第二LED串实现并联。

4.根据权利要求3所述的交流LED驱动电路，其特征在于：各个所述LED串中包含的LED光源的数量均相同，任一个LED光源均配置有供与所述电流源连接的一切换开关，各个所述切换开关与所述切换逻辑控制单元连接并受所述切换逻辑控制单元根据所述交流电压源中交流电源信号的瞬时电压值所控制。

5.根据权利要求4所述的交流LED驱动电路，其特征在于：所述电流源的电流信号是由一参考电压根据所述切换逻辑控制单元所控制切换的切换开关的数量而升高或降低的。

6.根据权利要求4所述的交流LED驱动电路，其特征在于：所述第一转换开关和所述第二转换开关为NMOS晶体管，所述各个LED光源对应配置的各个所述切换开关为PMOS晶体管。

7.根据权利要求1所述的交流LED驱动电路，其特征在于：所述高电压区间为240V±40V，所述低电压区间为120V±20V。