CN103929866B - 一种能工作在全电压下的高压led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能工作在全电压下的高压LED驱动电路，该电路包括：至少两组LED单元，每一组包含多个高压LED及多个开关管以及附加的一组LED模组；用于基于电源电压来输出串并控制信号的线电压检测单元、用于基于所述串并控制信号来控制各组LED单元的串并连接的串并切换控制单元、用于将接入的电源转换为LED单元所需电压的整流输出单元、用于基于整流输出电路的输出电压来控制每一组LED单元中的各开关管的开闭及各高压LED的电流的驱动单元，由此可实现在120V低电压及277V高电压均能驱动各高压LED。

Description

一种能工作在全电压下的高压LED驱动电路

技术领域

本发明涉及高压LED的驱动电路，特别是涉及一种能工作在全电压下的高压LED驱动电路。

背景技术

高压LED是一种高功率LED，由多个小功率LED串联形成，其发光效率的基本要求达到100lm/W。随着高压LED技术的发展，越来越多照明器件开始采用高压LED。

现有高压LED驱动电路是一种线性的驱动方案，例如，基于交流电源来驱动高压LED的驱动方案(即ACHVLED驱动方案)等，该种方案的电路特点是线路简单、高功率因数、低谐波，且在窄输入电压范围内效率较高，并且驱动电路与LED光源模组容易实现一体化生产，但是该种方案只能工作在狭窄输入电压范围内，一般为额定工作电压的+/-15％的范围内，所以目前ACHV的产品只能分为高低电压不同的版本。

例如，在申请号为201210543926.6的中国专利申请文献中，公开了一种110V可调光的恒流驱动高压LED电路。该恒流驱动高压LED电路包括：整流桥电路、恒流电路、及LED负载电路，其中，整流桥电路将接入110V交流电整流转换为直流电后送入恒流电路，再由恒流电路向LED负载电路提供恒定电流以驱动LED负载电路中的各LED负载。该LED电路驱动电路只能工作在110V交流电压下。

又例如，在，在申请号为201210545511.2的中国专利申请文献中，公开了一种220V可调光的恒流驱动高压LED电路。该恒流驱动高压LED电路包括：整流桥电路、恒流电路、及LED负载电路，其中，整流桥电路将接入220V交流电整流转换为直流电后送入恒流电路，再由恒流电路向LED负载电路提供恒定电流以驱动LED负载电路中的各LED负载。该LED电路驱动电路只能工作在220V交流电压下。

由于现有高压LED驱动电路不能在全电压下运行，由此给使用者带来极大不便，因此，急需要对现有高压LED驱动电路进行改进。

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能工作在全电压下的高压LED驱动电路，以实现一种高压LED驱动电路既能在120V低电压下工作，也能在277V高电压下工作。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种能工作在全电压下的高压LED驱动电路，其至少包括：

至少两组LED单元，每一组包含多个高压LED及多个开关管；

LED模组，与所述LED单元串联；

线电压检测单元，用于基于电源电压来输出串并控制信号；

串并切换控制单元，用于基于所述串并控制信号来控制各组LED单元的串并连接；

包含输入保护电路的整流输出单元，用于将接入的电源转换为LED单元所需电压；

驱动单元，用于基于整流输出电路的输出电压来控制每一组LED单元中的各开关管的开闭及各高压LED的电流。

优选地，所述整流输出单元还包括整流滤波电路，以便对接入的交流电源进行整流滤波。

如上所述，本发明的能工作在全电压下的高压LED驱动电路，具有以下有益效果：既能在120V低电压下工作，也能在277V高电压下工作。

附图说明

图1显示为本发明的能工作在全电压下的高压LED驱动电路示意图。

图2a显示为本发明的能工作在全电压下的高压LED驱动电路的两组LED单元并联连接示意图。

图2b显示为本发明的能工作在全电压下的高压LED驱动电路的两组LED单元串联连接示意图。

元件标号说明

1 高压LED驱动电路

11 LED单元

12 线电压检测单元

13 串并切换控制单元

14 整流输出单元

15 驱动单元

151、152 专用集成电路

16 LED模组

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。

请参阅图1至图2b。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图所示，本发明提供一种能工作在全电压下的高压LED驱动电路。所述高压LED驱动电路1至少包括：至少两组LED单元11、线电压检测单元12、串并切换控制单元13、整流输出单元14、驱动单元15以及LED模组16。

所述至少两组LED单元11中的每一组均包含多个高压LED及多个开关管。

例如，如图1所示，该高压LED驱动电路1包括2组LED单元11，其中，左边一组LED单元包括4个高压LED与4个开关管，即LED1、LED2、LED3及LED4、开关管Q1、Q2、Q3及Q4；右边一组LED单元也包括4个高压LED与4个开关管，即LED5、LED6、LED7及LED8、开关管Q5、Q6、Q7及Q8；以及附加的LED模组16，即LED9。

需要说明的是，上述各高压LED可以是单一一个LED颗粒，也可以是由多个LED颗粒串并联形成的组合LED。(LED9也可以被均分后整合到LED4和LED5中)

所述线电压检测单元12基于电源电压来输出串并控制信号。

具体地，当接入的电源电压为120V交流或直流电源时，所述线电压检测单元12输出并联控制信号；当接入的电源电压为277V交流或直流电源时，所述线电压检测单元12输出串联控制信号。

优选地，所述线电压检测单元12可基于电阻电容来构建。

例如，如图1所示，该线电压检测单元12包括串联的电阻R9、R10、R11以及电容C1构成的滤波电路。

所述串并切换控制单元13基于所述串并控制信号来控制各组LED单元的串并连接。

优选地，所述串并切换控制单元13可基于电阻、三极管、稳压管、二极管及开关管来构建。

例如，如图1所示，该串并切换控制单元13包括：电阻R12、R13、、R15、R16、R18、R19、三极管Q9、稳压管ZD1、ZD2、二极管D1、D2、D3、D4、开关管Q10、Q11，各元件的连接方式如图1所示，在此不再详述。

上述串并切换控制单元13的工作过程如下：

当接入的电源为低电压输入(即120V)时，线电压检测单元12输出并联控制信号，使得三极管Q9不导通，开关管Q10与Q11导通，此时B点的电位不管输入电压怎么变化总是高于C点的电位，所以二极管D1截止；因为开关管Q10的导通，并将D点拉到地，因此D点的电位为0V，而E点位大于D点电位，所以二极管D2截止，此时两组LED单元并联连接，等效电路如图2a所示。

当接入的电源为高电压输入(即277V)时，线电压检测单元12输出串联控制信号，使得三极管Q9导通，开关管Q10与Q11栅级被拉低从而截止，由于开关管Q11截止，电流将自动从左边一组LED单元通过LED9和二极管D1流入右边一组LED单元；由于开关管Q10截止，返回的电流将自动通过二极管D2流入左边一组LED单元，此时右边一组LED单元工作在浮地的状态，此时两组LED单元串联连接，等效电路如图2b所示。

所述整流输出单元14包含输入保护电路，其将接入的电源转换为LED单元所需电压。其中，接入点电源可以是直流电源，也可以是交流电源，例如，120V交流电源或277V交流电源等。

其中，输入保护电路用于对接入的后级电路进行有效保护，其包括过压过流保护等。

所述整流输出单元14还包括整流滤波电路，以便当接入的电源为交流电源时，通过整流滤波电路将该交流电源转换为LED单元所需电压。

基于上述描述，本领域技术人员应该知悉所述整流输出单元14的内部结构，故在此不再详述。

所述驱动单元15基于整流输出单元14的输出电压来控制每一组LED单元中的各开关管的开闭及各高压LED的电流。

优选地，所述驱动单元15包括专用集成电路、及电流检测电阻。其中，所述专用集成电路基于整流输出电路14的输出电压来输出开关管控制信号。

优选地，所述LED模组16与所述LED单元13串联。由于110V与277V电压的不对称性，造成只使用两组LED单元在277V输入时进行串联工作时会导致开关管Q8在线性工作过程中承受过多的电压应力(277V-220V＝57V)而导致功耗明显增加、温度急剧上升以及光效明显下降的问题。如果分别提高两组LED单元的VF值(即VF1+VF2+VF3+VF4、VF5+VF6+VF7+VF8)，由于电路是分段式线性工作的方式会引起在110V输入时由于过高的LED单元VF值，导致不能正常的工作，因为此工作方式需要VF的值小于最小额定工作输入电压的峰值并留有一定的余量才能正常的工作。为了改善这个问题本发明附加了LED模组LED9，使其在输入为277V时而串入整个电路，适当的选择VF9的值可以明显的减少Q8的功率耗损并增加光效，有效的解决了此问题，且在110V工作时由于Q11、D3的旁路而使LED模组LED9不参与工作，从而不会影响LED单元11的正常工作。

例如，如图1所示，所述驱动单元15包括专用集成电路151、152、以及电流检测电阻R1至R8，其工程过程如下：

当两组LED单元并联连接时，若整流输出单元14的整流滤波电路输出的全波电压从0V上升到高压LED1的正向导通压降(VF1)时，专用集成电路151控制开关管Q1导通并通过电流检测电阻控制其流过LED1的电流；当全波电压继续上升到VF1+VF2时，专用集成电路151控制开关管Q2导通、开关管Q1关断；当全波电压继续上升到VF1+VF2+VF3时，专用集成电路151控制开关管Q3导通、开关管Q2、Q1关断；当全波电压继续上升到VF1+VF2+VF3+VF4时，专用集成电路151控制开关管Q4导通、开关管Q3、Q2、Q1关断；全波电压从峰值下降到0V的过程是以上过程的逆向过程，在此不再详述。

此外，全波电压从0V上升至峰值的阶段及由峰值下降至0的阶段，专用集成电路152对开关管Q5至Q8的控制方式与专用集成电路151控制开关管Q1至Q4的控制方式相似，即：当全波电压从0V上升到高压LED5的正向导通压降(VF5)时，专用集成电路152控制开关管Q5导通；当全波电压继续上升到VF5+VF6时，专用集成电路152控制开关管Q6导通、开关管Q5关断；当全波电压继续上升到VF5+VF6+VF7时，专用集成电路152控制开关管开关管Q7导通、开关管Q6、Q5关断；当全波电压继续上升到VF5+VF6+VF7+VF8时，专用集成电路152控制开关管Q8导通、开关管Q5、Q6、Q7关断。在两组LED单元并联工作过程中，附加的LED模组LED9并不工作，电流从Q11、D3流过。当两组LED单元串联连接时，若整流输出单元14的整流滤波电路输出的全波电压从0V上升到高压LED1的正向导通压降(VF1)时，专用集成电路151控制开关管Q1导通并通过电流检测电阻控制其流过LED1的电流；当全波电压继续上升到VF1+VF2时，专用集成电路151控制开关管Q2导通、开关管Q1关断；当全波电压继续上升到VF1+VF2+VF3时，专用集成电路151控制开关管Q3导通、开关管Q2、Q1关断；当全波电压继续上升到VF1+VF2+VF3+VF4时，专用集成电路151控制开关管Q4导通、开关管Q3、Q2、Q1关断；当全波电压上升到VF1+VF2+VF3+VF4+VD1+VF9+VF5时，专用集成电路152控制开关管Q5导通，专用集成电路151控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4关断；当全波电压继续上升到VF1+VF2+VF3+VF4+VD1+VF9+VF5+VF6时，专用集成电路152控制开关管Q6导通、开关管Q5关断，专用集成电路151控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4关断；当全波电压继续上升到VF1+VF2+VF3+VF4+VD1+VF9+VF5+VF6+VF7时，专用集成电路152控制开关管Q7导通、开关管Q5、Q6关断，专用集成电路151控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4关断；当全波电压继续上升到VF1+VF2+VF3+VF4+VD1+VF9+VF5+VF6+VF7+VF8时，专用集成电路152控制开关管Q8导通，开关管Q5、Q6、Q7关断，专用集成电路151控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4关断，当全波电压从峰值下降到0V的过程，整个工作过程是上述过程的逆向过程，在此不再详述。

其中，当开关管导通时，专用集成电路151、152通过相应的电流检测电阻来控制流过相应的高压LED的电流。

基于以上所述，本领域技术人员应该知悉专用集成电路151及152的内部结构，故在此不再详述。

此外，在实际使用时，优选需要满足VF1＝VF5、VF2＝VF6、VF3＝VF7、VF4＝VF8。

通过在高低压自动切换的测试板中测试，上述图1所示高压LED驱动电路，其功率因数、效率与谐波分别与只工作在高或低电压的高压LED驱动电路的功率因数、效率基本相同，但高压时的谐波分量稍微有所降低。

综上所述，本发明的能工作在全电压下的高压LED驱动电路通过串并切换控制单元对两组LED单元连接方式的控制，可使电路能工作在高低电压下；此外，通过驱动单元对各开关管的控制，可实现电路的调光。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

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 (7)

1.一种能工作在全电压下的高压LED驱动电路，其特征在于，所述能工作在全电压下的高压LED驱动电路至少包括：

两组LED单元，每一组包含多个高压LED及多个开关管；

LED模组，与所述LED单元串联；

线电压检测单元，用于基于电源电压来输出串并控制信号；

串并切换控制单元，用于基于所述串并控制信号来控制各组LED单元的串并连接；

包含输入保护电路的整流输出单元，用于将接入的电源转换为LED单元所需电压；

第一组所述LED单元与所述整流输出单元直接相连，第二组所述LED单元通过所述串并切换控制单元与所述整流输出单元相连；所述串并切换控制单元在接收到并联控制信号时，使自身与所述第二组LED单元的连接点B的电位高于所述第一组LED单元中最末端的高压LED的负极电位，实现两组LED单元并联；所述串并切换控制单元在接收到串联控制信号时，使电流自动从所述第一组LED单元通过所述LED模组流入所述第二组LED单元，实现两组LED单元串联；

所述串并切换控制单元包括三极管Q9、开关管Q10、开关管Q11、二极管D1；所述三极管Q9的基极与所述线电压检测单元的输出端通信相连，用于接入所述串并控制信号；所述三极管Q9的发射极接地，所述三极管Q9的集电极与所述开关管Q11的栅极相连；所述开关管Q11的漏极接所述整流输出单元的输出端，所述开关管Q11的源极与第二组所述LED单元相连；所述开关管Q10的栅极通过二极管D4与所述三极管Q9的集电极相连，所述开关管Q10的漏极通过二极管D2与第一组所述LED单元相连，所述开关管Q10的源极接地；所述二极管D1的正极通过所述LED模组与第一组所述LED单元相连，所述二极管D1的负极与第二组所述LED单元相连；

驱动单元，用于基于整流输出单元的输出电压来控制每一组LED单元中的各开关管的开闭及各高压LED的电流。

2.根据权利要求1所述的能工作在全电压下的高压LED驱动电路，其特征在于：当所述电源为交流电源时，所述整流输出单元还包括整流滤波电路。

3.根据权利要求1所述的能工作在全电压下的高压LED驱动电路，其特征在于：所述驱动单元包括用于基于整流输出电路的输出电压来输出开关管控制信号的专用集成电路。

4.根据权利要求3所述的能工作在全电压下的高压LED驱动电路，其特征在于：所述驱动单元包括与所述专用集成电路连接的电流检测电阻。

5.根据权利要求1所述的能工作在全电压下的高压LED驱动电路，其特征在于：所述线电压检测单元基于电阻电容来构建。

6.根据权利要求1所述的能工作在全电压下的高压LED驱动电路，其特征在于：所述电源包括120V交流电源。

7.根据权利要求1所述的能工作在全电压下的高压LED驱动电路，其特征在于：所述电源包括277V交流电源。