CN103929845B - 适用线性高压led驱动器的调光电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用线性高压LED驱动器的调光电路，包括整流桥堆、至少2段首尾正负极相互串联的LED串、驱动控制IC、驱动开关、PWM控制开关、PWM信号输入端，PWM控制开关接收到PWM信号后会控制驱动开关的关断和导通的时间比例进而来调整LED串发光与不发光的时间比，最终来达到调光的目的；本发明实现了使用线性高压LED驱动方案的LED照明灯具的调光功能。

Description

适用线性高压LED驱动器的调光电路

技术领域

本发明属于LED照明技术领域，具体涉及一种适用线性高压LED驱动器的调光电路。

背景技术

现在一些公司推出了一种采用线性高压LED驱动器驱动LED灯具，它需要将不少于2段串联的LED串或串联与并联组合后组成的LED串顺次接入电路，然后将经过整流的脉动电压加到LED串上，最后通过驱动控制芯片来测量输入每段LED串的电压，等到输入电压达到一定值以后，驱动芯片驱动接通第一段LED串并恒流以较低的电流值；当到达更高一些的电压以后再驱动接通第二段LED串并恒流于较高的电流；最后等到电压更高以后，再接通第三段LED串并恒流于更高值的电流；当电压降低是过程正好相反。采用这种线性高压LED驱动器，大大提高了LED灯具的可靠性，简化了生产过程，降低了生产成本。但相对开关电源驱动的LED灯具，在调光发明还有待改进。

而目前采用线性高压LED驱动器的LED灯调光控制一般采用可控硅调光器，不但效率低调光效果也比较差。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种可通过PWM信号来调节LED灯光的适用线性高压LED驱动器的调光电路。

一种适用线性高压LED驱动器的调光电路，包括整流桥堆、至少2段首尾正负极相互串联的LED串、驱动控制IC、驱动开关、PWM控制开关、PWM信号输入端，所述整流桥堆的输出端正极连接LED串的正极及驱动控制IC的电源端VCC，每段LED串的负极分别连接至对应驱动开关的输入端形成至少2路驱动开关控制电路，每路驱动开关的输出端分别连接至驱动控制IC的对应电流输入端，驱动控制IC的对应控制输出端分别连接至PWM控制开关，每路PWM控制开关还分别连接至对应驱动开关的控制端，所有PWM控制开关的控制端共同连接至PWM信号输入端，所述驱动控制IC的接地端与整流桥堆的输出端负极共同接地；

所述LED串为若干LED或LED晶粒以串联形式组成的LED串或以串联和并联结合形式组成的LED串；

所述驱动IC为一种通过电压控制至少2两段首尾正负极相互串联的LED串发光的LED驱动集成电路器件；

所述驱动开关通过改变其控制端电压或电流来改变其输入端和输出端的导通阻抗；

所述PWM控制开关通过输入其控制端的PWM方波信号的高低电平的比例来调整驱动开关通断的时间比、进而来调整LED串发光与不发光时间比例。

进一步地，所述PWM方波信号为可变宽度的方波信号，其频率不小于100赫兹且为交流市电频率的偶数倍数。

进一步地，所述驱动开关为NMOS管Q1、Q2、Q3，所述PWM控制开关为NPN三极管Q4、Q5、Q6；整流桥堆输出端正极接第一段LED串的正极及驱动控制IC的电源端VCC，第一段LED串的负极接第二段LED串的正极，第二段LED串的负极接第三段LED串的正极，每段LED串的负极接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的漏极，每个NMOS管Q1、Q2、Q3的源极分别接驱动控制IC的电流输入端S1、S2、S3，驱动控制IC对应的控制输出端G1、G2、G3分别接对应NMOS管Q4、Q5、Q6的栅极和对应NPN三极管Q1、Q2、Q3的集电极，NPN三极管Q1、Q2、Q3的发射极共同连接至驱动控制IC的接地端，NPN三极管Q1、Q2、Q3的基极共同接至PWM信号输入端，所述驱动控制IC的接地端与整流桥堆输出端负极共同接地。

进一步地，所述驱动开关为NMOS管Q1、Q2、Q3，所述PWM控制开关为NMOS管Q4、Q5、Q6；整流桥堆输出端正极接第一段LED串的正极及驱动控制IC的电源端VCC，第一段LED串的负极接第二段LED串的正极，第二段LED串的负极接第三段LED串的正极，每段LED串的负极接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的漏极，每个NMOS管Q1、Q2、Q3的源极分别接驱动控制IC的电流输入端S1、S2、S3，驱动控制IC对应的控制输出端G1、G2、G3分别接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的栅极和NMOS管Q4、Q5、Q6的漏极，NMOS管Q4、Q5、Q6的源极共同连接至驱动控制IC的接地端，每个NMOS管Q4、Q5、Q6的栅极共同接至PWM信号输入端，所述驱动控制IC的接地端与整流桥堆输出端负极共同接地。

进一步地，所述PWM控制开关还可以为PMOS管或PNP三极管。

进一步地，所述驱动开关还可以为PMOS管、NPN三极管或PNP三极管。

本发明提供的适用线性高压LED驱动器的调光电路，通过与各路PWM控制开关同时连接的PWM信号输入端输入的PWM信号来控制线性高压LED驱动器的各路驱动开关的通断时间，通过控制各路驱动开关的通断时间来控制LED串发光和不发光的时间比例，进而达到调光的目的，解决了目前使用线性高压LED驱动器的LED照明产品调光效果不佳的缺陷。

附图说明

图1为本发明适用线性高压LED驱动器的调光电路结构示意图；

图2为本发明适用线性高压LED驱动器的调光电路实施例一电路结构示意图；

图3为本发明适用线性高压LED驱动器的调光电路实施例二电路结构示意图；

图4为本发明LED串的电压、电流波形图；

图5为本发明PWM信号输入端输入PWM信号的波形图；

图6为本发明加入PWM调光信号后LED串的电流波形图。

附图标记说明：101-整流桥堆，102-LED串，103-PWM控制开关，104-驱动开关，105-驱动控制IC，106-PWM信号输入端。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明适用线性高压LED驱动器的调光电路结构示意图，如图1所示，整流桥堆101的正极接第一段LED串102正极，第二段LED串102正极接第一段LED串102的负极，其他LED灯的接法以此类推；第一个驱动开关104的控制端接第一个PWM控制开关103，第一个驱动开关104的输入端接第一段LED串102的负极，第一个驱动开关104的输出端接驱动控制IC105的电流输入端；第二个驱动开关104的控制端接第二个PWM控制开关103、其输入端接第二段LED串102的负极、输出端接驱动控制IC105的另一电流输入端；其他驱动开关的接法以此类推。

PWM控制开关103在驱动开关104的控制端和驱动控制IC105的控制输出端之间，PWM控制开关103处于开通状态时驱动开关104受驱动控制IC105控制，LED串102正常发光，PWM控制开关103处于关闭状态时驱动开关104关闭不受驱动控制IC105控制，LED串102不发光；每路PWM控制开关103控制对应驱动开关104，而各路PWM控制开关103的控制端与PWM信号输入端106连接在一起，这样一个PWM信号通过PWM信号输入端106就可以间接控制LED串102发光与不发光的时间比例。

本发明的整流桥堆101为将市电变为直流脉动电压的整流二极管组成的全波或半波整流电路。

本发明的LED串102为若干LED或LED晶粒以串联形式组成的LED串或以串联和并联结合形式组成的LED串，LED串的导通电压比单个LED或LED晶粒的导通电压高的多。

本发明的驱动开关104包括一控制端、输入端和输出端，驱动开关104通过改变其控制端电压或电流来改变所述输入端和输出端的导通阻抗，通过改变其导通阻抗来控制LED串102发光与不发光，所述驱动开关104具体为NMOS管、PMOS管、NPN三极管或PNP三极管。

本发明的驱动控制IC105为一种通过电压控制至少两段首尾正负极相互串联的LED串102发光的LED驱动集成电路器件。驱动控制IC105会根据输入电压的变化调整各段LED串的发光状态。当电压从零伏升高到第一段LED串导通所需的电压时驱动控制IC105控制第一段LED串的驱动开关工作导通则第一段LED串发光，其他LED串此时不导通；电压继续升高到第一段和第二段LED串同时导通所需的电压时，驱动控制IC105控制第二段LED串的驱动开关导通同时关闭第一段LED串的驱动开关，由于第一段和第二段LED串是串联的所以此时第一段和第二段LED串由第二段驱动开关控制而同时发光；电压再继续升高到第一段、第二段和第三段LED串同时导通所需的电压时，驱动控制IC105控制第三段LED串的驱动开关导通同时关闭第一段、第二段LED串的驱动开关，由于第一段、第二段和第三段LED串是串联的所以此时第一段、第二段和第三段LED串通过第三段驱动开关控制而同时发光；如果配置更LED光源时工作方式以此类推。

所述PWM控制开关103括一控制端，PWM控制开关103通过PWM方波信号的高低电平的比例来调整驱动开关104通断的时间比、进而来调整LED串102发光与不发光时间比例。所述PWM控制开关103具体可以为NMOS管、PMOS管、NPN三极管或PNP三极管。

所述PWM信号输入端106连接所有PWM控制开关的控制端，这样输入PWM信号输入端106端口的PWM信号就可以同时控制所有驱动开关104的导通与关断。

本发明的工作过程是驱动控制IC105根据输入的电压控制驱动开关104使至少两段LED串102按规律导通发光，PWM调光信号加到PWM信号输入端106后，PWM信号输入端106同时和所有PWM控制开关103的控制端相连接。当输入的PWM信号为高电平时PWM控制开关103处于关闭状态，所有驱动开关104关断(LED串不发光)；当PWM信号为低电平时PWM控制开关103处于开通状态，所有驱动开关104受驱动IC105控制(LED串按驱动控制IC105的控制规律发光)；这样就可以通过调节PWM信号的高电平和低电平的比例来调整LED驱动开关的关断与导通的时间比例，通过调整LED驱动开关的关断与导通的时间比例来调整LED串不发光和发光的时间比例，从而达到调光的目的。由于PWM调光信号的频率不小于100赫兹，所以人眼感觉不到闪光。

从驱动控制IC105控制至少两段首尾正负极相互串联的LED串102发光的过程可以看出，LED串102是按照市电经整流桥堆101整流后的直流脉动电压的变化规律闪烁发光的，因为人眼有视觉残留所以不会感到闪烁。但是如果PWM调光信号的频率不是整流后直流脉动电压频率的整数倍数就会有明显的闪烁现象。所以本发明的PWM调光信号频率选用交流市电频率的偶数倍数。

优选地，本发明从PWM信号输入端106输入的PWM方波信号为可变宽度的方波信号，其频率不小于100赫兹，并且为交流市电频率的偶数倍数，本发明在此使用PWM信号的频率为交流市电频率的偶数倍数的目的是为了使调光过程中LED灯不发生闪烁。

图2为本发明适用线性高压LED驱动器的调光电路实施例一电路结构示意图；如图2所示，PWM控制开关103由NPN三极管Q4、Q5、Q6构成，所述驱动开关104由NMOS管Q1、Q2、Q3组成，整流桥堆101输出端正极接第一段LED串102的正极及驱动控制IC105的电源端VCC，第一段LED串102的负极接第二段LED串102的正极，第二段LED串102的负极接第三段LED串102的正极，每段LED串102的负极接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的漏极，每个NMOS管Q1、Q2、Q3的源极分别接驱动控制IC105的电流输入端S1、S2、S3，驱动控制IC105对应的控制输出端G1、G2、G3分别接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的栅极和对应NPN三极管Q4、Q5、Q6的集电极，NPN三极管Q4、Q5、Q6的发射极共同连接至驱动控制IC105的接地端，NPN三极管Q4、Q5、Q6的基极共同接至PWM信号输入端106，所述驱动控制IC105的接地端与整流桥堆101输出端负极共同接地。

当PWM信号输入端106为高电平时所有NPN三极管103饱和导通则所有驱动开关104的控制端电平被强制锁定为低电平(小于300毫伏)，驱动开关104此时为高阻关断状态，所有LED串也就不发光；当PWM信号输入端106为低电平时所有NPN三极管103为高阻不导通，则所有驱动开关104的控制端电平根据驱动IC105控制输出端的电平而变化，所有LED串受驱动IC105控制按规律发光。这样就可以通过调节PWM信号输入端高电平和低电平的比例来调整驱动开关关断与导通的时间比例，通过调整驱动开关关断与导通的时间比例来调整LED串不发光和发光的时间比例，最终达到调光的目的。

附图3为有本发明适用线性高压LED驱动器的调光电路实施例二电路结构示意图；如图3，PWM控制开关103由NMOS管Q4、Q5、Q6构成，所述驱动开关104由NMOS管Q1、Q2、Q3组成，整流桥堆101输出端正极接第一段LED串102的正极及驱动控制IC105的电源端VCC，第一段LED串102的负极接第二段LED串102的正极，第二段LED串102的负极接第三段LED串102的正极，每段LED串102的负极接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的漏极，每个NMOS管Q1、Q2、Q3的源极分别接驱动控制IC105的电流输入端S1、S2、S3，驱动控制IC105对应的控制输出端G1、G2、G3分别接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的栅极和对应NMOS管Q4、Q5、Q6的漏极，NMOS管Q4、Q5、Q6的源极共同连接至驱动控制IC105的接地端，NMOS管Q4、Q5、Q6的栅极共同接至PWM信号输入端106，所述驱动控制IC105的接地端与整流桥堆101输出端负极共同接地。

当PWM信号输入端106为高电平时NMOS管Q4、Q5、Q6饱和导通则所有驱动开关Q1、Q2、Q3的控制端电平被强制锁定为低电平(小于300毫伏)，驱动开关Q1、Q2、Q3此时为高阻关断状态，所有LED串也就不发光；当PWM信号输入端106为低电平时所有NMOS管Q4、Q5、Q6为高阻不导通，则所有驱动开关Q1、Q2、Q3的控制端电平根据驱动IC105控制输出端的电平而变化，所有LED串受驱动IC105控制按规律发光。这样就可以通过调节PWM信号的高电平和低电平的比例来调整驱动开关关断与导通的时间比例，通过调整驱动开关关断与导通时间比来调整LED串不发光和发光的时间比例，最终达到调光的目的。

本发明所述线性高压LED驱动器电路结构只为进一步说明PWM调光电路的结构、用法和特点，本发明对线性高压LED驱动器电路不做限制。

本发明所述PWM调光电路可以和线性高压LED驱动IC及驱动开关配合使用，也可以和驱动开关一起集成在线性高压LED驱动IC内部，本发明对此不做限制。

下面以图2或图3实施例中LED串为3段时的情形结合LED串的电压、电流波形图对本发明的调光方案进行阐述：

图4为本发明LED串的电压、电流波形图；如图4所示，在整流桥堆后测量的LED串电压波形如402所示，没有调光时或PWM信号输入端为恒定低电平时LED串的电流波形如401所示，当电压经过整流桥堆整流后输出脉动电压波形后，由于有驱动控制IC的控制，LED串的电流会根据逐渐升高的电压使LED串逐段导通发光而变化，因此就有了三个台阶的电流波形401。

图5为本发明PWM信号输入端输入PWM信号的波形图，如图5所示，高低电平比例为50％、频率为500赫兹的电压波形如403所示。

图6为本发明加入PWM调光信号后LED串的电流波形图，如图6所示，调光后LED串的电压波形如404所示，结合图4及图5，当加入PWM调光信号后，当输入的PMW信号为高电平时，PWM控制开关处于关闭状态，则驱动开关截止，此时LED串没有电流流过；当输入的PMW信号为低电平时，PWM控制开关处于导通状态，则驱动开关受驱动IC105控制，此时，LED串会按控制规律发光，因此就有了图6所示的电流波形404。从调光后的电流波形404可以明显的看出，在PWM信号电平为高电平时LED串的电流为零没有发光，在PWM信号电平为低电平时LED串的电流按驱动IC105的控制规律变化，即有了图6中台阶状的电流波形404，从而使LED串发光的平均时间变化，进而达到了调整LED串发光亮度的目的，因此，本发明通过改变PWM信号中高低电平的比例就可以控制LED串的亮度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种适用线性高压LED驱动器的调光电路，其特征在于，包括整流桥堆(101)、至少2段首尾正负极相互串联的LED串(102)、驱动控制IC(105)、驱动开关(104)、PWM控制开关(103)、PWM信号输入端(106)，所述整流桥堆(101)的输出端正极连接LED串(102)的正极及驱动控制IC(105)的电源端VCC，每段LED串(102)的负极分别连接至对应驱动开关(104)的输入端形成至少2路驱动开关控制电路，每路驱动开关(104)的输出端分别连接至驱动控制IC(105)的对应电流输入端，驱动控制IC(105)的对应控制输出端分别连接至PWM控制开关(103)，每路PWM控制开关(103)还分别连接至对应驱动开关(104)的控制端，所有PWM控制开关(103)的控制端共同连接至PWM信号输入端(106)，所述驱动控制IC(105)的接地端与整流桥堆(101)的输出端负极共同接地；

所述LED串(102)为若干LED或LED晶粒以串联形式组成的LED串或以串联和并联结合形式组成的LED串；

所述驱动控制IC(105)为一种通过电压控制至少2两段首尾正负极相互串联的LED串(102)发光的LED驱动集成电路器件；

所述驱动开关(104)通过改变其控制端电压或电流来改变其输入端和输出端的导通阻抗；

所述PWM控制开关(103)通过输入其控制端的PWM方波信号的高低电平的比例来调整驱动开关(104)通断的时间比、进而来调整LED串(102)发光与不发光时间比例；

所述驱动开关(104)为NMOS管Q1、Q2、Q3，所述PWM控制开关(103)为NPN三极管Q4、Q5、Q6；整流桥堆(101)输出端正极接第一段LED串(102)的正极及驱动控制IC(105)的电源端VCC，第一段LED串(102)的负极接第二段LED串(102)的正极，第二段LED串(102)的负极接第三段LED串(102)的正极，每段LED串(102)的负极接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的漏极，每个NMOS管Q1、Q2、Q3的源极分别接驱动控制IC(105)的电流输入端S1、S2、S3，驱动控制IC(105)对应的控制输出端G1、G2、G3分别接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的栅极和对应NPN三极管Q4、Q5、Q6的集电极，NPN三极管Q4、Q5、Q6的发射极共同连接至驱动控制IC(105)的接地端，NPN三极管Q4、Q5、Q6的基极共同接至PWM信号输入端(106)，所述驱动控制IC(105)的接地端与整流桥堆(101)输出端负极共同接地。

2.一种适用线性高压LED驱动器的调光电路，其特征在于，包括整流桥堆(101)、至少2段首尾正负极相互串联的LED串(102)、驱动控制IC(105)、驱动开关(104)、PWM控制开关(103)、PWM信号输入端(106)，所述整流桥堆(101)的输出端正极连接LED串(102)的正极及驱动控制IC(105)的电源端VCC，每段LED串(102)的负极分别连接至对应驱动开关(104)的输入端形成至少2路驱动开关控制电路，每路驱动开关(104)的输出端分别连接至驱动控制IC(105)的对应电流输入端，驱动控制IC(105)的对应控制输出端分别连接至PWM控制开关(103)，每路PWM控制开关(103)还分别连接至对应驱动开关(104)的控制端，所有PWM控制开关(103)的控制端共同连接至PWM信号输入端(106)，所述驱动控制IC(105)的接地端与整流桥堆(101)的输出端负极共同接地；

所述LED串(102)为若干LED或LED晶粒以串联形式组成的LED串或以串联和并联结合形式组成的LED串；

所述驱动控制IC(105)为一种通过电压控制至少2两段首尾正负极相互串联的LED串(102)发光的LED驱动集成电路器件；

所述驱动开关(104)通过改变其控制端电压或电流来改变其输入端和输出端的导通阻抗；

所述PWM控制开关(103)通过输入其控制端的PWM方波信号的高低电平的比例来调整驱动开关(104)通断的时间比、进而来调整LED串(102)发光与不发光时间比例；

所述驱动开关(104)为NMOS管Q1、Q2、Q3，所述PWM控制开关(103)为NMOS管Q4、Q5、Q6；整流桥堆(101)输出端正极接第一段LED串(102)的正极及驱动控制IC(105)的电源端VCC，第一段LED串(102)的负极接第二段LED串(102)的正极，第二段LED串(102)的负极接第三段LED串(102)的正极，每段LED串(102)的负极接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的漏极，每个NMOS管Q1、Q2、Q3的源极分别接驱动控制IC(105)的电流输入端S1、S2、S3，驱动控制IC(105)对应的控制输出端G1、G2、G3分别接对应NMOS管Q1、Q2、Q3的栅极和NMOS管Q4、Q5、Q6的漏极，NMOS管Q4、Q5、Q6的源极共同连接至驱动控制IC(105)的接地端，每个NMOS管Q4、Q5、Q6的栅极共同接至PWM信号输入端(106)，所述驱动控制IC(105)的接地端与整流桥堆(101)输出端负极共同接地。

3.根据权利要求1或2所述的调光电路，其特征在于，所述PWM方波信号为可变宽度的方波信号，其频率不小于100赫兹且为交流市电频率的偶数倍数。