CN103945616A - 一种灯具及其led驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于LED照明控制领域，尤其涉及一种灯具及其LED驱动装置。本发明提供的LED驱动装置，除了整流桥、电容和可调LED负载，还包括逻辑控制模块以及与其相接的充放电模块、电压检测模块和NMOS管。在实际工作中，逻辑控制模块根据电压检测模块对LED负载阴极末端的NMOS管漏极的电压检测的结果，在NMOS管漏极的电压高于预设的最高阈值时，关闭充电电路，维持电容上的电压为特定电压。当整流输出电压低于电容C1两端的电压(最高阈值)时，电容C1通过充放电模块中的放电电路对LED负载放电。如此在逻辑控制模块的控制下，精确控制电容的充电时序和放电时序，以实现整个LED驱动装置的较高的驱动效率。

Description

一种灯具及其LED驱动装置

技术领域

本发明属于LED照明控制领域，尤其涉及一种灯具及其LED驱动装置。

背景技术

传统的高压线性LED驱动电路如图1所示：高压线性LED驱动芯片与LED灯串串联，整流桥的两个输出端并联一个大电容用来稳压，以降低整流桥输出电压的波动。其驱动波形图如图2所示，具体地，上面的波形为市电输入交流信号，下面的驱动波形为整流输出波形图；并且，实线部分为市电电压较低时的驱动波形图，虚线部分为市电电压较高时的驱动波形图。由图可知，在T2时间段内，市电输入对电容C1充电，整流输出的电压随着市电电压的绝对值的增加而升高；在T1、T3时间段内，电容C1两端的电压高于市电电压，电容C1对LED灯串放电，电容C1上的电压缓慢下降。

对比图中的实线与虚线可以得出，当市电电压升高时，LED灯串的驱动电压也随之整体升高一定的电压，这部分电压等于市电输入幅度绝对值的增加值。由于灯芯是恒流驱动，所以灯串的两端的电压不变，增加的这部分电压就直接施加在高压线性LED驱动芯片上，使得芯片上的功耗急剧增加，因为受到驱动芯片封装散热能力的限制，高压线性LED驱动芯片根本无法实现高功率的输出。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的首先在于提供一种LED驱动装置，以解决现有LED驱动电路的驱动效率较低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种LED驱动装置，包括整流桥、电容C1和可调LED负载，作为改进，所述LED驱动装置还包括：逻辑控制模块以及分别与逻辑控制模块相接的充放电模块、电压检测模块和NMOS管N1；

所述充放电模块与所述电容C1串联后并接在所述整流桥的两个输出端之间，所述NMOS管N1的漏极与LED负载相接，所述NMOS管N1的栅极控制端接所述逻辑控制模块，所述电压检测模块的输入端接所述NMOS管N1的漏极与所述LED负载的共接端；所述电压检测模块的输出端接所述逻辑控制模块；

所述逻辑控制模块根据所述电压检测模块输出的信号控制所述充放电电路模块的工作：在整流输出对所述电容C1进行充电时，若所述NMOS管N1漏极的电压达到最高阈值，则所述电压检测模块输出的电容充电终止信号OVC为有效的高电平，所述逻辑控制模块控制关闭充电电路。

另一方面，本发明的目的还在于提供一种LED灯具。该LED灯具包括了上述的LED驱动装置。

本发明提供的LED灯具及其LED驱动装置，根据电压检测模块对LED负载阴极末端的NMOS管N1漏极的电压检测的结果，控制电容C1上的电压不超过预设的最高阈值，以提高LED驱动装置的驱动效率。具体而言，在逻辑控制模块的控制下，市电输入经整流输出通过充放电模块中的充电电路对C1进行充电。当电压检测模块输出的电容充电终止信号OVC为低电平时、即NMOS管N1漏极的电压未达到最高阈值时，充放电模块中的充电电路打开；否则充电电路关闭。这样，可以在整流输出电压过高时，关闭充电电路，维持电容C1上的电压为特定电压(即预设电压的最高阈值)。当整流输出电压低于电容C1两端的电压(最高阈值)时，电容C1通过充放电模块中的放电电路对LED负载放电。综上所述，在逻辑控制模块的控制下，精确控制电容C1的充电时序和放电时序，以实现整个LED驱动装置的较高的驱动效率。

附图说明

图1是现有技术中高压线性LED驱动电路的示意图；

图2是图1所示电路工作时的驱动波形图；

图3是本发明一实施例提供的LED驱动装置的结构框图；

图4是本发明另一实施例提供的LED驱动装置的结构框图；

图5是本发明提供的LED驱动装置工作时的典型驱动波形图；

图6是图3所示LED驱动装置中充放电模块的可实施方案示意图；

图7是图4所示LED驱动装置中充放电模块的可实施方案示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3是本发明实施例提供的LED驱动装置的结构框图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

一种LED驱动装置，与交流电源AC相连，包括整流桥B1、电容C1和可调LED负载100，作为改进，该LED驱动装置还包括：逻辑控制模块200以及分别与其相接的充放电模块300、电压检测模块400和NMOS管N1；其中，充放电模块300与电容C1串联后并接在整流桥B1的两个输出端之间，充放电模块300的控制端接逻辑控制模块200的输出端，NMOS管N1的漏极与LED负载100相接，NMOS管N1的栅极控制端接逻辑控制模块200，电压检测模块400的输入端接NMOS管N1的漏极与LED负载100的共接端；电压检测模块400的输出端接逻辑控制模块200。

在实际工作过程中，电压检测模块400通过检测LED负载100阴极末端的NMOS管N1漏极的电压高低，输出过压信号OVH、欠压信号OVL和/或电容充电终止信号OVC给逻辑控制模块200。具体地，在逻辑控制模块200的控制下，市电输入经整流输出通过充放电模块300中的充电电路对电容C1进行充电，当电压检测模块400输出的电容充电终止信号OVC为低电平时，即NMOS管N1漏极的电压还未达到预设的最高阈值时，充放电模块300中的充电电路持续打开；当NMOS管N1漏极的电压达到最高阈值时，则电压检测模块400输出的电容充电终止信号OVC就为有效的高电平，逻辑控制模块200即刻根据此信号控制关闭充电电路。这样，逻辑控制模块200可以在外部电网波动、交流电电压增加很多时，还是可以在整流输出电压过高时关闭充电电路，使电容C1上的最高电压维持在特定的最高阈值上。跟现有技术相比，使得施加在驱动芯片上的电压和耗散功耗都变小，实现高效率的驱动。

另一方面，当整流输出电压低于电容C1两端的电压(最高阈值)时，电容C1通过充放电模块中的放电电路对LED负载100放电。更进一步地，当电容C1充电电压的上限(即预设电压的最高阈值)确定时，电容C1放电电压的下限由电容本身的大小和灯串流过的电流决定，在保证电容C1的最低电压大于灯串点亮电压的前提下，通过调节电容大小，可以适应不同灯串电流的应用需求。

综上，根据本发明实施例提供的LED驱动装置，在逻辑控制模块200的控制下，能够精确控制电容C1的充电时序和放电时序，实现整个LED驱动装置的较高效率。

在具体实现时，本发明实施例提供的LED驱动装置还可以如图4所示。参见图4，与图3所示的LED驱动装置不同的是，充放电模块300与电容C1的位置发生了互换。尽管将充放电模块300与电容C1互换了位置，但是整个装置的工作原理是一样的，在此就不再赘述。

需要强调的是，本发明实施例提及的LED负载100一般为可调的LED灯串。图3和图4所示的LED负载100即为一优选的实施方式。

具体的，图3和图4所示的LED负载100均由LED1～LEDn+1串接构成，并且LED1～LEDn分别与PMOS管P1～Pn并联，PMOS管P1～Pn的栅极控制端分别接所述逻辑控制模块200，LEDn+1的阴极末端则接NMOS管N1的漏极。逻辑控制模块200根据接收到的电压检测模块400输出的过压信号OVH和欠压信号OVL，控制PMOS管P1～Pn的开关状态，以此来改变点亮的LED灯串的数量，使LED负载100上的电压之和与整流输出电压或者电容C1放电输出的电压接近。

当电压检测模块400输出的过压信号OVH为高电平时，即说明NMOS管N1的漏极的电压过高，逻辑控制模块200要改变PMOS管P1～Pn的开关状态，使更多的灯串点亮、承载一部分电压，从而使得过压信号OVH变为0；当欠压信号OVL为高电平时，说明NMOS管N1的漏极的电压过低，逻辑控制模块200要改变PMOS管P1～Pn的开关状态，使更少的灯串点亮，从而使得欠压信号OVL变为0。

下面通过如图5所示的工作状态下的驱动波形图对本发明实施例提供的LED驱动装置的工作原理进一步进行说明。参见图5，上面的正弦波形为市电输入波形，下面的波形为图3或图4所示的LED驱动装置工作时的驱动波形图。以市电输入波形中实线所示的驱动波形为例。

驱动波形图中的两条横向的虚线分别为Vth1和Vth2。其中，Vth1代表电容C1放电的最低电压，在设计中其值一般为最少点亮的灯串的电压值总和再加上驱动芯片上的最低电压值(主要是NMOS管N1的导通电压)；Vth2则代表电容C1充电的最高电压，即最高阈值，在设计中其值一般为LED灯串全部点亮时的电压值总和，再加上一定的电压(通常取6V～50V之间)。在图中的T2时间段内，整流输出电压在Vth1到Vth2之间，此时对电容C1进行充电，同时逻辑控制模块200根据接收到的过压信号OVH和欠压信号OVL，控制PMOS管P1～Pn的通断，点亮合适数量的LED灯串，使点亮的LED灯串的电压之和与整流输出电压基本接近；在T3时间段内，整流输出电压高于Vth2，逻辑控制模块200关断充电电路，停止对电容C1充电；同时，逻辑控制模块200根据接收到的过压信号OVH、欠压信号OVL，控制PMOS管P1～Pn的通断，点亮合适数量的LED灯串；在T4和T1时间段，市电输入电压的绝对值小于电容C1两端的电压值，电容C1对LED灯串进行放电。由于电容C1放电，整流输出电压不断下降，逻辑控制模块200同样要根据接收到的过压信号OVH、欠压信号OVL，控制点亮合适数量的LED灯串。

这样，只有在T3时间段内，由于整流输出电压较高(高于最高阈值Vth2)，此时整个LED驱动装置的驱动效率最低；而在T1、T2和T4时间段内，由于整流输出电压在Vth1和Vth2之间，可以保持很高的驱动效率。通常情况下，假设电频率为50Hz，T3时间段的持续时间为2mS左右，只占整个周期的20％，从而T3时间段的效率对整个周期内驱动效率的影响可以降低80％，故而可以实现高的驱动效率。

图5中虚线所示的波形为市电电压升高时的驱动波形。由图可知，市电电压升高后，T3时间段的持续时间变长，T1、T2、T4时间段的持续时间则相较变短；在T3时间段内系统的效率较低，在T1、T2、T4时间段内系统的效率很高。与传统的高压线性恒流方案相比，整流输出电压只在T3时间段内，抬升的较多，而在T1、T2、T4时间段内，整流输出电压变化很小，从而可以有效的减弱输入市电电压升高对效率的影响，在较宽的市电输入电压变化范围内保持较高的驱动效率。

进一步地，作为一优选实施例，本发明提供的LED驱动装置还可以包括一可调电流源I1。可调电流源I1设置在NMOS管N1的源极与地之间。当逻辑控制模块200点亮的LED灯串的数量变化时，动态调节可调电流源I1的输出。一般的，可以根据LED灯串总数量与点亮的LED灯串数量的比例关系调整可调电流源I1的输出，在被点亮的LED灯串数量减少时，增大LED灯串灯芯的电流(不再是普通的恒流驱动)，这样可以维持光通量的输出大小近似不变。

图6示出了图3所示LED驱动装置中充放电模块300的三种可实施方案。为了便于说明，仅示出了与充放电模块300直接相连的部分。具体如图所示：

图6a中，充放电模块300采用NMOS管Nn作为充放电管；NMOS管Nn的栅极接逻辑控制模块200，NMOS管Nn的漏极接电容C1，NMOS管Nn的源极接地。充电时，逻辑控制模块200输出高电平到NMOS管Nn的栅极开启NMOS管，电流流过NMOS管的沟道到地；或者，逻辑控制模块200输出低电平到NMOS管Nn的栅极关断NMOS管，使得无法通过NMOS管对电容C1充电。放电时，NMOS管Nn寄生的二极管导通，电容C1放电。

图6b中，充放电模块300包括NMOS管Nn和并联在NMOS管Nn的漏源极之间的反向二极管D1；反向二极管D1的阳极接NMOS管Nn的源极，反向二极管D1的阴极接NMOS管Nn的漏极，NMOS管Nn的栅极接逻辑控制模块200，NMOS管Nn的漏极接电容C1，NMOS管Nn的源极接地。与图6a相较而言，在NMOS管Nn的漏源之间并联一个反向二极管D1，可以消除放电时对从其寄生二极管过电流对NMOS管本身的开启\关断特性的影响。

图6c中，充放电模块300是在图6b的基础上，增加了一个连接在NMOS管Nn的漏极与电容C1之间的二极管D2；二极管D2的阳极接电容C1，二极管D2的阴极接NMOS管Nn的漏极。如图6c所示的充电电路由NMOS管Nn和二极管D2构成，放电电路由反向二极管D1构成；具体地，充电时，逻辑控制模块200输出高电平到NMOS管Nn的栅极开启NMOS管，反向二极管D1反向截止，电流流过二极管D2及NMOS管Nn到地；放电时，二极管D2反向截止，电流流过反向二极管D1。

此外，图6所示的三种可实施方案中的，NMOS管Nn的源极与地之间都可以再串接一个限流电阻R1，以平缓充放电时的电流冲击。

图7示出了图4所示LED驱动装置中充放电模块300的三种可实施方案。同样的，为了便于说明，仅示出了与充放电模块300直接相连的部分。具体如图所示：

图7a中，充放电模块300采用PMOS管Pm作为充放电管；PMOS管Pm的栅极接逻辑控制模块200，PMOS管Pm的源极接整流桥B1的输出端，PMOS管Pm的漏极接电容C1。充电时，逻辑控制模块200输出低电平到PMOS管Pm的栅极开启PMOS管，电流流过PMOS管的沟道到地；放电时，PMOS管Pm寄生的二极管导通，电容C1放电。

图7b中，充放电模块300包括PMOS管Pm和并联在PMOS管Pm的漏源极之间的反向二极管D3；PMOS管Pm的栅极接逻辑控制模块200，PMOS管Pm的源极接整流桥B1的输出端，PMOS管Pm的漏极接电容C1。类似的，充电电路为PMOS管Pm，放电电路为反向二极管D3。与图7a相较而言，在PMOS管Pm的漏源之间并联一个反向二极管D3，可以消除放电时对从其寄生二极管过电流对PMOS管本身的开启\关断特性的影响。

图7c中，在图7b的基础上，增加了一个连接在PMOS管Pm的漏极与电容C1之间的二极管D4；二极管D4的阴极接电容C1，二极管D4的阳极接PMOS管Pm的漏极。充电电路由PMOS管Pm和二极管D4构成，放电电路由反向二极管D3构成。

与图6中采用NMOS管Nn类似的，图7提供的充放电模块300中，PMOS管Pm的源极与整流桥B1的输出端之间，同样都可以再串接一个限流电阻R1。

最后，本发明实施例还提供一种LED灯具，所述LED灯具包括如前所述任一形式下的LED驱动装置。

本发明提供的LED灯具及其LED驱动装置，根据电压检测模块对LED负载阴极末端的NMOS管N1漏极的电压检测的结果，控制电容C1上的电压不超过预设的最高阈值，以提高LED驱动装置的驱动效率。具体而言，在逻辑控制模块的控制下，市电输入经整流输出通过充放电模块中的充电电路对C1进行充电。当电压检测模块输出的电容充电终止信号OVC为低电平时、即NMOS管N1漏极的电压未达到最高阈值时，充放电模块中的充电电路打开；否则充电电路关闭。这样，可以在整流输出电压过高时，关闭充电电路，维持电容C1上的电压为特定电压(即预设电压的最高阈值)。当整流输出电压低于电容C1两端的电压(最高阈值)时，电容C1通过充放电模块中的放电电路对LED负载放电。综上所述，在逻辑控制模块的控制下，精确控制电容C1的充电时序和放电时序，以实现整个LED驱动装置的较高的驱动效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种LED驱动装置，包括整流桥、电容C1和可调LED负载，其特征在于，所述LED驱动装置还包括：逻辑控制模块以及分别与其相接的充放电模块、电压检测模块和NMOS管N1；

所述充放电模块与所述电容C1串联后并接在所述整流桥的两个输出端之间，所述NMOS管N1的漏极与LED负载相接，所述NMOS管N1的栅极控制端接所述逻辑控制模块，所述电压检测模块的输入端接所述NMOS管N1的漏极与所述LED负载的共接端；所述电压检测模块的输出端接所述逻辑控制模块；

所述逻辑控制模块根据所述电压检测模块输出的信号控制所述充放电电路模块的工作：在整流输出对所述电容C1进行充电时，若所述NMOS管N1漏极的电压达到最高阈值，则所述电压检测模块输出的电容充电终止信号OVC为有效的高电平，所述逻辑控制模块控制关闭充电电路。

2.如权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述LED负载包括可调节的LED灯串；所述LED灯串由LED1～LEDn+1串联构成，并且LED1～LEDn分别与PMOS管P1～Pn并联，所述PMOS管P1～Pn的栅极控制端分别接所述逻辑控制模块，所述LEDn+1的阴极末端接所述NMOS管N1的漏极；

所述逻辑控制模块根据接收到的电压检测模块输出的过压信号OVH和欠压信号OVL，控制所述PMOS管P1～Pn的开关状态以改变点亮的LED灯串数量，使所述LED负载上的电压之和与整流输出或电容C1放电输出的电压接近。

3.如权利要求2所述的LED驱动装置，其特征在于，所述LED驱动装置还包括一连接在所述NMOS管N1的源极与地之间的可调电流源；

所述逻辑控制模块根据LED灯串总数量与点亮的LED灯串数量的比例关系调整所述可调电流源的输出，以维持光通量的大小不变。

4.如权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述充放电模块采用NMOS管Nn作为充放电管；

所述NMOS管Nn的栅极接所述逻辑控制模块，所述NMOS管Nn的漏极接所述电容C1，所述NMOS管Nn的源极接地。

5.如权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述充放电模块包括NMOS管Nn和并联在所述NMOS管Nn的漏源极之间的反向二极管D1；

所述反向二极管D1的阳极接所述NMOS管Nn的源极，所述反向二极管D1的阴极接所述NMOS管Nn的漏极，所述NMOS管Nn的栅极接所述逻辑控制模块，所述NMOS管Nn的漏极接所述电容C1，所述NMOS管Nn的源极接地。

6.如权利要求5所述的LED驱动装置，其特征在于，所述充放电模块还包括一连接在所述NMOS管Nn的漏极与所述电容C1之间的二极管D2；

所述二极管D2的阳极接所述电容C1，所述二极管D2的阴极接所述NMOS管Nn的漏极。

7.如权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述充放电模块采用PMOS管Pm作为充放电管；

所述PMOS管Pm的栅极接所述逻辑控制模块，所述PMOS管Pm的源极接所述整流桥的输出端，所述PMOS管Pm的漏极接所述电容C1。

8.如权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述充放电模块包括PMOS管Pm和并联在所述PMOS管Pm的漏源极之间的反向二极管D3；

所述PMOS管Pm的栅极接所述逻辑控制模块，所述PMOS管Pm的源极接所述整流桥的输出端，所述PMOS管Pm的漏极接所述电容C1。

9.如权利要求8所述的LED驱动装置，其特征在于，所述充放电模块还包括一连接在所述PMOS管Pm的漏极与所述电容C1之间的二极管D4；

所述二极管D4的阳极接所述PMOS管Pm的漏极，所述二极管D4的阴极接所述电容C1。

10.如权利要求4-9任一项所述的LED驱动装置，其特征在于，所述充放电模块还包括一串接在MOS管源极上的限流电阻R1。

11.一种LED灯具，其特征在于，所述LED灯具包括如权利要求1-10任一项所述的LED驱动装置。