CN105025632A - 一种开关调色的led灯具及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关调色的LED灯具及其控制电路，该控制电路包括：主控模块，用于检测输入开关的状态，并根据所述输入开关的状态及预设规则产生N路控制信号；与每个LED灯串相对应的驱动模块，用于将相应控制信号转换成相应驱动信号；与每个LED灯串相对应的开关模块，用于根据相应驱动信号控制相应LED灯串的点亮或关断。实施本发明的技术方案，开关调色的LED灯具只需要一个恒流驱动电源和一个控制电路即可实现多种功率的输出，不但简化了电路的复杂性，也降低了电源的体积和成本。

Description

一种开关调色的LED灯具及其控制电路

技术领域

本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种开关调色的LED灯具及其控制电路。

背景技术

随着LED照明应用范围的不断扩大，LED灯具也从最单一的照明功能逐渐向智能化，人性化和节能方向发展。为了满足人们在不同情景下对灯光的要求，具备调色温功能的LED灯具应运而生。

LED色温调节方案目前主要通过遥控或者输入开关进行调节，这两种技术中，通过输入开关调节的成本是最低的，因此利用一个开关检测电路对两个独立的LED驱动电源进行控制(即双恒流电源系统)是比较流行的做法，即，通过输入开关的开和关来控制双恒流电源系统中各个电源的开关，从而实现LED灯具的色温转换。输入开关每开关一次，导通的LED灯串就会改变一次，LED灯串的导通顺序会随着输入开关的开和关循环变化。当在双恒流电源系统中进行混色时，两个LED驱动电源同时开启，与每个LED驱动电源连接的LED灯珠全部满功率点亮，实现混色的同时流明度加倍。

在如图1所示双恒流电源系统中，该系统包括两个恒流驱动电源109、110、开关检测及控制电路111组成。开关检测及控制电路111通过检测输入波形来判断输入开关101的状态，然后根据输入开关101的状态来控制两个恒流驱动电源109、110开启和关断。开关检测及控制电路111通过端口P1、P2来对恒流控制芯片105、106的供电电压端(VCC)进行控制，需要关断某个恒流电源时，开关检测及控制电路111只需要通过Px(P1或P2)把与之相连的恒流控制芯片的供电电压端拉低到芯片的欠压保护电压之下即可。

从图1所示的系统中，需要两个独立的恒流电源109、110，而且还需要一个开关检测及控制电路111，这就造成了电源的体积过大并且成本高昂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述体积大及成本高的缺陷，提供一种体积小且成本低的开关调色的LED灯具及其控制电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种开关调色的LED灯具的控制电路，分别连接恒流驱动电源及串联在恒流驱动电源的正负输出端之间的N个LED灯串，N≥2且为整数，所述控制电路包括：

主控模块，用于检测输入开关的状态，并根据所述输入开关的状态及预设规则产生N路控制信号；

与每个LED灯串相对应的驱动模块，用于将相应控制信号转换成相应驱动信号；

与每个LED灯串相对应的开关模块，用于根据相应驱动信号控制相应LED灯串的点亮或关断。

在本发明所述的开关调色的LED灯具的控制电路中，所述主控模块包括控制芯片和第一电阻，其中，所述控制芯片的检测端通过所述第一电阻连接所述恒流驱动电源的整流二极管的正极，所述控制芯片的N个输出端分别连接相应的驱动模块。

在本发明所述的开关调色的LED灯具的控制电路中，所述主控模块还包括第二电阻和第一电容，其中，所述控制芯片的供电电压端通过所述第二电阻连接所述恒流驱动电源的正输出端，所述控制芯片的工作电压端通过所述第一电容连接所述恒流驱动电源的负输出端及地线。

在本发明所述的开关调色的LED灯具的控制电路中，

第i个驱动模块包括第一MOS管、第三电阻和防反二极管，其中，i＝1、2、…、N-1，而且，所述第一MOS管的栅极连接所述控制芯片的第i个输出端，所述第一MOS管的漏极通过所述第三电阻连接所述恒流驱动电源的正输出端，所述第一MOS管的源极接地线，所述防反二极管的正极连接所述第一MOS管的漏极，所述防反二极管的负极为所述第i个驱动模块的输出端；

第N个驱动模块包括第二MOS管和第四电阻，其中，所述第二MOS管的栅极连接所述控制芯片的第N个输出端，所述第二MOS管的漏极通过所述第四电阻连接所述恒流驱动电源的正输出端，所述第一MOS管的源极接地线，所述第二MOS管的漏极为所述第N个驱动模块的输出端。

在本发明所述的开关调色的LED灯具的控制电路中，所述开关模块包括可控硅，且可控硅的阳极与相应LED灯串的正极相连，所述可控硅的阴极与相应LED灯串的负极相连，所述可控硅的控制极连接相应驱动模块的输出端。

本发明还构造一种开关调色的LED灯具，包括：

用于将交流电源变换成恒定电流源的恒流驱动电源；

连接在交流电源和所述恒流驱动电源之间的输入开关；

串联在恒流驱动电源的正负输出端之间的N个LED灯串，N≥2且为整数；及

以上所述的控制电路。

在本发明所述的开关调色的LED灯具中，所述恒流驱动电源为隔离反激式的恒流驱动电源。

在本发明所述的开关调色的LED灯具中，所述反激式的恒流驱动电源包括：二极管整流桥、控制器、变压器、开关管、第五电阻和整流二极管，其中，所述二极管整流桥的第一输入端通过所述输入开关连接交流电源的第一端，所述二极管整流桥的第二输入端连接交流电源的第二端，所述二极管整流桥的正输出端连接所述变压器原边绕组的第一端，所述变压器原边绕组的第二端连接所述开关管的第一端，所述开关管的第二端通过所述第五电阻接地，所述开关管的控制端连接所述控制器的电流设定端，所述变压器副边绕组的第一端连接所述整流二极管的正极，所述整流二极管的负极为该恒流驱动电源的正输出端，所述变压器副边绕组的第一端为该恒流驱动电源的负输出端。

在本发明所述的开关调色的LED灯具中，所述控制器的供电电压端连接所述二极管整流桥的正输出端，所述控制器的片选端连接所述开关管的第二端。

在本发明所述的开关调色的LED灯具中，所述反激式的恒流驱动电源还包括第二电容和第三电容，其中，所述第二电容连接在所述二极管整流桥的正输出端和负输出端之间，所述第三电容连接在所述控制器的供电电压端和地之间。

实施本发明的技术方案，开关调色的LED灯具只需要一个恒流驱动电源和一个控制电路即可实现多种功率的输出，不但简化了电路的复杂性，也降低了电源的体积和成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中的一种开关调色的LED灯具的电路图；

图2是本发明开关调色的LED灯具实施例一的逻辑结构图；

图3是本发明开关调色的LED灯具实施例二的电路图；

图4A、4B、4C分别是图3在三种情况下的等效电路图；

图5是图3所示的开关调色的LED灯具在工作时的部分工作波形图；

图6A、6B、6C分别是图3中可控硅的结构图、等效图和符号图。

具体实施方式

图2是本发明开关调色的LED灯具实施例一的逻辑结构图，该LED灯具包括输入开关101、恒流驱动电源102、控制电路103和N个LED灯串104、…、104′，N≥2且为整数。其中，输入开关101连接在交流电源(未示出)和恒流驱动电源102之间，恒流驱动电源102用于将交流电源变换成恒定电流源；N个LED灯串104、…、104′串联在恒流驱动电源的正负输出端之间；控制电路103用于根据输入开关的状态控制N个LED灯串104、…、104′的点亮和关断。

控制电路103具体包括主控模块1031、N个驱动模块1032、…、1032′和N个开关模块1033、…、1033′。其中，主控模块1031用于检测输入开关101的状态，并根据输入开关101的状态及预设规则产生N路控制信号。预设规则例如为：按照N个LED灯串104、…、104′的顺序，开关每按下一次，便切换到下一个LED灯串发光，同时其它LED灯串关断，直到所有的LED灯串都点亮过一次。当再次按下开关时，所有LED灯串同时点亮。驱动模块1032、…、1032′用于将相应控制信号转换成相应驱动信号。开关模块1033、…、1033′用于根据相应驱动信号控制相应LED灯串的点亮或关断。

该实施例的LED灯具只需要一个恒流驱动电源和一个控制电路即可实现多种功率的输出，不但简化了电路的复杂性，也降低了电源的成本。

图3是本发明开关调色的LED灯具实施例二的电路图，该实施例的LED灯具包括输入开关231、恒流驱动电源200、控制电路201和两个LED灯串213、214，其中，控制电路201包括主控模块、两个驱动模块和两个开关模块。在此需说明的是，该实施例是以两个LED灯串213、214为例进行说明的，即，N＝2，相应地，控制电路中驱动模块和开关模块的数量也为两个。

该实施例的恒流驱动电源200为隔离反激式恒流驱动电源，当然，在其它实施例中，也可为非隔离反激式恒流驱动电源。在该实施例的隔离反激式恒流驱动电源中，二极管整流桥220的第一输入端通过输入开关231连接交流电源的第一端，二极管整流桥220的第二输入端连接交流电源的第二端，二极管整流桥220的正输出端连接变压器217原边绕组的第一端，二极管整流桥220的负输出端接地。变压器217原边绕组的第二端连接MOS管218的漏极，MOS管218的源极通过第五电阻219接地，MOS管218的栅极连接控制器215的电流设定端(DRV)。控制器215的供电电压端(VCC)连接二极管整流桥220的正输出端，控制器215的片选端(CS)连接MOS管218的源极。变压器217副边绕组的第一端连接整流二极管216的正极，整流二极管216的负极为该恒流驱动电源的正输出端，变压器217副边绕组的第二端为该恒流驱动电源的负输出端。另外，第二电容221连接在二极管整流桥220的正输出端和负输出端之间，第三电容222连接在控制器215的供电电压端和地之间。

在该实施例控制电路201的主控模块中，控制芯片203的检测端(CLK)通过第一电阻204连接整流二极管216的正极，控制芯片203的两个输出端(P1、P2)分别连接两个驱动模块。另外，控制芯片203的供电电压端(VCC)通过第二电阻202连接恒流驱动电源的正输出端，控制芯片203的工作电压端(VDD)通过第一电容205连接恒流驱动电源的负输出端及地线。

在该实施例的控制电路201中，与LED灯串213所对应的驱动模块包括有：第一MOS管208、第三电阻206和防反二极管210，而且，第一MOS管208的栅极连接控制芯片203的第一输出端(P1)，第一MOS管208的漏极通过第三电阻206连接恒流驱动电源的正输出端，第一MOS管208的源极接地线，防反二极管210的正极连接第一MOS管208的漏极，防反二极管210的负极为该驱动模块的输出端。与LED灯串214所对应的驱动模块包括有第二MOS管209和第四电阻207，而且，第二MOS管209的栅极连接控制芯片203的第二输出端(P2)，第二MOS管209的漏极通过第四电阻207连接恒流驱动电源的正输出端，第一MOS管208的源极接地线，第二MOS管209的漏极为该驱动模块的输出端。

在该实施例控制电路201中，与LED灯串213所对应的开关模块包括可控硅211，可控硅211的阳极与LED灯串213的正极相连，可控硅211的阴极与LED灯串213的负极相连，可控硅211的控制极连接防反二极管210的负极。与LED灯串214所对应的开关模块包括可控硅212，可控硅212的阳极与LED灯串214的正极相连，可控硅212的阴极与LED灯串214的负极相连，可控硅212的控制极连接第二MOS管209的漏极。

下面结合图4A、图4B、图4C说明该实施例的LED灯具的工作原理：恒流驱动电源200简化成图4A中的恒流源300，可控硅211简化成图4A所示的开关S1302，可控硅212简化成图4A所示的开关S2 303。在图4A中，开关S1302闭合时，LED灯串304关断；开关S1302断开时，LED灯串304则被点亮。开关S2303闭合时，LED灯串305关断，开关S2303断开时，LED灯串305则被点亮。

如图3所示，在工作的状态下，输入开关231每开关一次，LED灯串213和LED灯串214的状态就会变化一次，总共三个状态，不断循环，状态的顺序并不是唯一的，可以通过修改控制芯片203的状态顺序进行修改。例如，第一次闭合输入开关231时，LED灯串213被点亮，而LED2灯串214处于关断状态，如图4A所示。在这种状态下，输入开关217再开关一次，LED灯串213和LED灯串214的状态转换成如图4B所示，即LED灯串213被关断，而LED灯串214被点亮。在种状态下，输入开关231再开关一次，LED灯串213和LED灯串214的状态转成如图4C所示，即LED灯串213和LED灯串214都被点亮，由于两个LED灯串213、214是串联的，所以此时输出功率为两个灯串的功率之和。在这种状态下，如果输入开关217再开关一次，则状态又跳回图4A所示的状态，如此循环。

图5是图3所示的开关调色的LED灯具在工作时的部分工作波形图，其中，波形500代表输入开关231的状态，高电平表示输入开关231处于闭合的状态，低电平表示输入开关231处于断开的状态。波形501为图3中的恒流驱动电源200的节点P的波形，当输入开关231闭合时，恒流驱动电源200处于工作状态，节点P处产生脉冲波形。波形502代表图3中控制芯片203的第一输出端(P1)的波形，波形503代表图3中控制芯片203的第二输出端(P2)的波形。控制芯片203通过检测P点处的波形来判断输入开关231的状态，控制芯片203若检测到脉冲波形，则说明输入开关217处于闭合状态；若检测到脉冲波形消失，则说明输入开关231处于断开状态。第一次上电时，即输入开关231闭合时，控制芯片203检测到节点P处出现了脉冲波形，控制芯片203的第一输出端(P1)输出高电平，而第二输出端(P2)输出低电平，此时，第一MOS管208导通，而第二MOS管209处于截止状态，由于第一MOS管208处于导通状态，防反二极管210的正极被拉低到零，防反二极管210处于截止状态，也即可控硅211的控制极没有触发电流，所以可控硅211处于断开的状态。而由于第二MOS管209处于截止状态，可控硅212的控制极通过电阻207连接到输出的正极，随着输出电压的不断升高，流经电阻207的电流不断增大，该电流同时流入到可控硅212的控制极，最后电流大于可控硅212的触发电流，可控硅被触发导通，而由于可控硅212的导通，LED灯串214被短路，LED灯串214没有被点亮，如图4a所示。

在上述状态下，输入开关231开关一次，控制芯片203的第一输出端(P1)的状态为低电平，而第二输出端(P2)的状态为高电平，第一MOS管208截止，而第二MOS管209导通，可控硅211的控制极通过防反二极管210和电阻206连接到恒流驱动电源的正输出端，当恒流驱动电源的输出电压升高，流经可控硅211的控制极的电流不断增大，当该电流大于可控硅211的触发电流，则可控硅211被触发导通。而可控硅212的控制极被第二MOS管209拉低，所以可控硅212由于没有触发电流而处于截止状态。由于可控硅211导通，而可控硅212截止，所以LED灯串213被关断，而LED灯串214被点亮。

在上述状态下，输入开关231再开关一次，控制芯片203的第一输出端(P1)和第二输出端(P2)均为高电平，第一MOS管208和第二MOS管209均处于导通状态，由于可控硅211、212的控制极均被拉低，没有电流流入到可控硅的G极，两个可控硅211、212均处于截止状态，所以LED灯串213和LED灯串214均被点亮。

另外，在图3所示的LED灯具中的开关模块中，可控硅211、212采用单向可控硅，这种单向可控硅的结构图、等效图和符号图分别如图6A、6B、6C所示，G极为单向可控硅的控制极，A极为单向可控硅的阳极，K极为单向可控硅的阴极。根据单向可控硅的电特性，当A极和K极之间施加电压，并且在G极输入的电流大于单向可控硅的触发电流，则A极和K极之间就会导通并出现电流，当A极和K极导通后，就算这时G极的电流消失，A极和K极仍会保持导通状态，要想把使该单向可控硅关断，只有当流经A极和K极之间的电流小于该单向可控硅的保持电流，一旦该可控硅处于关断的状态，只有在G极输入的电流大于单向可控硅的触发电流，才能使可控硅重新导通。采用这种可控硅的优点有：1)可控硅的过电流能力较大；2)相比于同等的其他开关管成本低廉，可控硅的性价比是最低的。

最后需说明的是，图3只是本发明LED灯具的一个实施例，应理解，在其它实施例中，当所串联的LED灯串的数量大于两个时，驱动模块的数量也大于两个，而且，对于与最后一个LED灯串所对应的驱动模块，其电路结构与图3所示的实施例中的第二个驱动模块的电路结构相同，即，不需设置防反二极管。而对于其它的驱动模块，其电路结构与图3所示的实施例中的第一个驱动模块的电路结构相同，即，需设置防反二极管。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种开关调色的LED灯具的控制电路，分别连接恒流驱动电源及串联在恒流驱动电源的正负输出端之间的N个LED灯串，N≥2且为整数，其特征在于，所述控制电路包括：

主控模块，用于检测输入开关的状态，并根据所述输入开关的状态及预设规则产生N路控制信号；

与每个LED灯串相对应的驱动模块，用于将相应控制信号转换成相应驱动信号；

与每个LED灯串相对应的开关模块，用于根据相应驱动信号控制相应LED灯串的点亮或关断。

2.根据权利要求1所述的开关调色的LED灯具的控制电路，其特征在于，所述主控模块包括控制芯片(203)和第一电阻(204)，其中，所述控制芯片(203)的检测端通过所述第一电阻(204)连接所述恒流驱动电源的整流二极管的正极，所述控制芯片(203)的N个输出端分别连接相应的驱动模块。

3.根据权利要求2所述的开关调色的LED灯具的控制电路，其特征在于，所述主控模块还包括第二电阻(202)和第一电容(205)，其中，所述控制芯片(203)的供电电压端通过所述第二电阻(202)连接所述恒流驱动电源的正输出端，所述控制芯片(203)的工作电压端通过所述第一电容(205)连接所述恒流驱动电源的负输出端及地线。

4.根据权利要求2或3所述的开关调色的LED灯具的控制电路，其特征在于，

第i个驱动模块包括第一MOS管(208)、第三电阻(206)和防反二极管(210)，其中，i＝1、2、…、N-1，而且，所述第一MOS管(208)的栅极连接所述控制芯片(203)的第i个输出端，所述第一MOS管(208)的漏极通过所述第三电阻(206)连接所述恒流驱动电源的正输出端，所述第一MOS管(208)的源极接地线，所述防反二极管(210)的正极连接所述第一MOS管(208)的漏极，所述防反二极管(210)的负极为所述第i个驱动模块的输出端；

第N个驱动模块包括第二MOS管(209)和第四电阻(207)，其中，所述第二MOS管(209)的栅极连接所述控制芯片(203)的第N个输出端，所述第二MOS管(209)的漏极通过所述第四电阻(207)连接所述恒流驱动电源的正输出端，所述第一MOS管(208)的源极接地线，所述第二MOS管(209)的漏极为所述第N个驱动模块的输出端。

5.根据权利要求4所述的开关调色的LED灯具的控制电路，其特征在于，所述开关模块包括可控硅，且可控硅的阳极与相应LED灯串的正极相连，所述可控硅的阴极与相应LED灯串的负极相连，所述可控硅的控制极连接相应驱动模块的输出端。

6.一种开关调色的LED灯具，其特征在于，包括：

用于将交流电源变换成恒定电流源的恒流驱动电源；

连接在交流电源和所述恒流驱动电源之间的输入开关；

串联在恒流驱动电源的正负输出端之间的N个LED灯串，N≥2且为整数；及

权利要求1-5任一项所述的控制电路。

7.根据权利要求6所述的开关调色的LED灯具，其特征在于，所述恒流驱动电源为隔离反激式的恒流驱动电源。

8.根据权利要求7所述的开关调色的LED灯具，其特征在于，所述反激式的恒流驱动电源包括：二极管整流桥(220)、控制器(215)、变压器(217)、开关管(218)、第五电阻(219)和整流二极管(216)，其中，所述二极管整流桥(220)的第一输入端通过所述输入开关(231)连接交流电源的第一端，所述二极管整流桥(220)的第二输入端连接交流电源的第二端，所述二极管整流桥(220)的正输出端连接所述变压器(217)原边绕组的第一端，所述变压器(217)原边绕组的第二端连接所述开关管(218)的第一端，所述开关管(218)的第二端通过所述第五电阻(219)接地，所述开关管(218)的控制端连接所述控制器(215)的电流设定端，所述变压器(217)副边绕组的第一端连接所述整流二极管(216)的正极，所述整流二极管(216)的负极为该恒流驱动电源的正输出端，所述变压器(217)副边绕组的第一端为该恒流驱动电源的负输出端。

9.根据权利要求8所述的开关调色的LED灯具，其特征在于，所述控制器(215)的供电电压端连接所述二极管整流桥(220)的正输出端，所述控制器(215)的片选端连接所述开关管(218)的第二端。

10.根据权利要求9所述的开关调色的LED灯具，其特征在于，所述反激式的恒流驱动电源还包括第二电容(221)和第三电容(222)，其中，所述第二电容(221)连接在所述二极管整流桥(220)的正输出端和负输出端之间，所述第三电容(222)连接在所述控制器(215)的供电电压端和地之间。