CN105208750A - 一种led恒流驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED恒流驱动装置，其包括整流模块、控制模块、恒流模块和照明模块，整流模块的输出端分别连接控制模块和照明模块，恒流模块设置在控制模块和照明模块之间；所述照明模块包括N个依次串联的LED单元，所述恒流模块包括限流电路、采样电路和补偿电路；所述整流模块的输出电压在单调递增或单调递减的过程中，所述N个依次串联的LED单元逐个导通或逐个熄灭；并且在至少一个LED单元导通时，所述控制模块根据所述补偿电路与所述采样电路共同产生的电压，输出一控制电压以控制所述限流电路减小或增加所导通LED单元上的电流，从而使所导通的LED单元保持功率稳定。

Description

一种LED恒流驱动装置

技术领域

本发明涉及一种LED驱动装置，尤其涉及一种LED恒流驱动装置。

背景技术

现在国家倡导节能减排，在照明领域采用的LED光源的照明产品以其优良的节能、低碳和绿色环保效果而发展迅速。当LED作为照明装置光源时，照明装置的寿命不仅仅取决于LED，还取决于驱动电源等组件。在目前的应用方案中，LED照明装置寿命的瓶颈仍然是驱动电源。为了降低驱动电源寿命对LED灯具寿命影响，研究人员一方面改良现有的直流电源驱动装置，另一方面设计全新的交流电直接驱动LED的电路。

对于普通老百姓来说，使用LED照明产品能够节省电能，但是现有的LED照明产品存在的问题是驱动寿命短。因为现有的市面上采用的驱动方案为传统的开关电源技术，这种技术相对成熟，但是电源的体积较大，需要有良好的散热性能。在将这种电源技术引入到LED照明产品时，其提供给驱动电源的空间狭小，工作环境温度较高(高于60℃)。这样直接导致驱动寿命降低，同时开关电源的成本高，且EMC特性差(需要外加辅助元件)。而且现有的LED照明产品一旦损坏，基本没有维修的价值，需要直接更换驱动电源，但是由于受限LED照明产品电源腔体的限制，一般只能更换指定厂家，指定型号的驱动电源，且维修过程复杂。

目前也有一些交流直接驱动LED电路，其采用的方法是传统的阻容降压或者采用单路线性恒流技术。阻容降压虽然成本低，但是这些技术存在以下问题，LED电路的功率因数较低(一般为0.2～0.5)。并且需要采用高压电容，这种电容的体积大，寿命远远低于LED，一旦电容损坏LED也就全部会被击穿，直接导致整个灯具报废。此外，采用单路线性恒流技术虽然解决了功率因数的偏低的问题(一般在0.8～0.85)，但是在交流市电工作的一个周期中，由于电路需要一个启动电压，并且该启动电压一般较高，因而有很长时间电路处于不工作状态(利用率低于60％)。对于这些问题，技术人员采用了一种分段点亮的LED驱动电路技术方案。虽然该方案的LED驱动电路有较高的功率因数和利用率，但是这种LED驱动电路多数采用多路恒流源。并且这种驱动电路有以下重大缺陷：当电压在正常的波动范围时，电路的输出功率会有巨大的变化，从而导致功率不稳定，LED出现闪烁。例如，中国专利公开CN201310080348.1公开了一种基于AC电源的分段式LED驱动电路，LED驱动电路包括整流单元、恒流驱动单元和照明单元。该技术方案的LED驱动电路有较高的功率因数，但是没有解决电压波动时，LED出现频闪的问题。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种LED恒流驱动装置，其包括整流模块、控制模块、恒流模块和照明模块，所述整流模块的输出端分别连接所述控制模块和所述照明模块，所述恒流模块设置在所述控制模块和所述照明模块之间，

所述照明模块包括N个依次串联的LED单元(N为大于1的整数)，所述恒流模块包括限流电路、采样电路和补偿电路；

所述整流模块的输出电压在单调递增或单调递减的过程中，所述N个依次串联的LED单元逐个导通或逐个熄灭；并且在至少一个LED单元导通时，所述控制模块根据所述补偿电路与所述采样电路共同产生的电压，输出一控制电压以控制所述限流电路减小或增加所导通LED单元上的电流，从而使所导通的LED单元保持功率稳定。

根据一个优选实施方式，所述整流模块包括四个二极管，所述四个二极管中的第一二极管的正端和第二二极管的负端与交流电源的一端连接，所述四个二极管中的第三二极管的正端和第四二极管的负端与交流电源的另一端连接，其中，所述第一二极管的负端与所述第三二极管的负端相连，其连接点构成了所述整流模块的输出正端；所述第二二极管的正端与所述第四二极管的正端相连，其连接点构成了所述整流模块的输出负端，并且所述整流模块的输出负端接地。

根据一个优选实施方式，所述控制模块包括运算放大器，第一供电支路和第二供电支路，所述第一供电支路和所述第二供电支路并联在所述整流模块的输出正端和输出负端之间，其中，所述第一供电支路包括第一限流电阻、第一稳压管和第一电容，所述第二供电支路包括第二限流电阻、第二稳压管和第二电容。

根据一个优选实施方式，所述第一限流电阻和所述运算放大器的同相端共同连接至所述第一稳压管的负端，所述第二限流电阻和所述运算放大器的供电端(VCC)共同连接至所述第二稳压管的负端；所述第一限流电阻和所述第二限流电阻共同连接至所述整流模块的输出正端，所述第二稳压管的正端和所述第一稳压管的正端共同连接至所述整流模块的输出负端，所述第一稳压管和第二稳压管的两端分别并联第一电容和第二电容。

根据一个优选实施方式，所述限流电路由N个晶体管构成，所述采样电路由N个电阻构成，所述补偿电路由N+1个电阻构成，其中，

所述N个晶体管为MOS管，每个晶体管的漏极分别依次连接至对应的LED单元的负端，每个晶体管的栅极共同连接至所述运算放大器的输出端；第一晶体管的源极经由第一采样电阻连接至第二晶体管的源极，所述第二晶体管的源极经由第二采样电阻连接至所述第三晶体管的源极，……，所述第N－1晶体管的源极经由第N－1采样电阻连接至所述第N晶体管的源极，所述第N晶体管的源极经由第N采样电阻接地；

所述补偿电路中的N+1个电阻包括N个反馈电阻和一个补偿电阻，每个反馈电阻的一端分别连接至对应的晶体管的漏极，且每个反馈电阻的另一端共同连接至所述运算放大器的反相端；所述补偿电阻的一端连接至所述运算放大器的反相端，其另一端与所述第一晶体管的源极和第一采样电阻一端连接。

根据一个优选实施方式，所述N个LED单元分别由多颗或单颗低压LED构成或分别采用COB封装的高压LED模组；其中，所述N个依次串联的LED单元的正向导通电压分别为VF1、VF2、VF3、……、VFN，在所述整流模块的输出电压由0依次增加并大于或等于VF1、VF1+VF2、VF1+VF2+VF3、……、VF1+VF2+……+VFN或依次减小并小于VF1+VF2+……+VFN、VF1+VF2+……+VFN-1、……、VF1+VF2+VF3、VF1+VF2、VF1时，所述N个依次串联的LED单元逐个导通或逐个熄灭。

根据一个优选实施方式，在至少一个LED单元导通时，流经与所导通的LED单元对应连接的所述晶体管上的电流经过所述采样电路的相应路径而产生电压降的总和为V1；流经与所导通的LED单元对应连接的所述反馈电阻上的总电流经过所述补偿电阻与N个采样电阻的串联电路上产生的电压降为Vf；其中，Vf跟随所述整流模块输出的电压变化。

根据一个优选实施方式，在至少一个LED单元导通时，所述控制模块的所述运算放大器的反相端的输入电压为所述补偿电路和所述采样电路结合而产生的电压V-，即V-＝Vf+V1，并且所述运算放大器的输出电压为Vout＝Ao(V+－V-)，其中Ao为放大系数，V+为所述运算放大器同相端电压。

根据一个优选实施方式，在至少一个LED单元导通时，所述运算放大器的输出电压Vout同时为N个晶体管提供栅极电压；并且在所述整流模块的输出电压单调递增或单调递减时，所导通LED单元对应连接的所述晶体管根据其栅极电压的变化相应地增大或减小所述晶体管导通电阻，即控制减小或增加流经所述晶体管上的电流，从而使与所述晶体管对应连接的所述LED单元保持功率稳定。

根据一个优选实施方式，所述晶体管是NPN型三极管。

本发明的有益效果：

LED恒流驱动装置采用了软切换技术，在调光过程中无闪烁，能够改善用户的照明体验。驱动电路具有功率补偿电路，在电压变化时可保持功率不变，提高了LED的工作稳定性。LED恒流驱动电路能随电压变化而调整LED的导通单元数目，具有较高的功率因数(不小于0.95)，而且能够提高电压的利用率(大于90％)。电路中未采用电解电容和电感，使得LED灯具的使用寿命长，同时具有良好的EMC特性。LED恒流驱动装置的电路结构简单，体积小、成本低。

附图说明

图1是本发明的驱动电路结构图；

图2是本发明的LED恒流驱动装置工作时输入交流电压的波形图；

图3是本发明的LED恒流驱动装置工作时通过整流模块后的电压波形图；

图4是本发明的LED恒流驱动装置工作时输入电流波形图；和

图5是本发明的另一个实施例的驱动电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。如图1所示，本发明的LED恒流驱动装置包括整流模块10、控制模块20、恒流模块和照明模块40。整流模块10的输出端分别连接控制模块20和照明模块40，并分别为控制模块20和照明模块40提供电源输入。恒流模块设置在控制模块20和照明模块40之间，从而使恒流模块在控制模块20的控制下，调节流经照明模块40的电流。

照明模块40包括N个依次串联的LED单元，恒流模块包括限流电路31、采样电路32和补偿电路33。整流模块10的输出电压在单调递增或单调递减的过程中，N个依次串联的LED单元逐个导通或逐个熄灭；并且在至少一个LED单元导通时，控制模块20根据补偿电路33与采样电路32共同产生的电压，输出一控制电压以控制限流电路31,使得限流电路31在整流模块10的输出电压单调递增或单调递减时，同步地减小或增加所导通LED单元上的电流，进而使所导通的LED单元保持功率稳定。

整流模块10包括四个二极管。四个二极管中的第一二极管101的正端和第二二极管102的负端与交流电源的一端连接。四个二极管中的第三二极管103的正端和第四二极管104的负端与交流电源的另一端连接，从而将交流市电整流后，转化成脉动直路电压，并分别为控制模块20和照明模块40提供电源输入。并且其中，第一二极管101的负端与第三二极管103的负端相连接，它们的连接点构成了整流模块10的输出正端；第二二极管102的正端与第四二极管104的正端相连接，它们的连接点构成整流模块10的输出负端，并且整流模块10的输出负端接地。

控制模块20包括运算放大器200，第一供电支路和第二供电支路。第一供电支路和第二供电支路并联在整流模块10的输出正端和输出负端之间，构成单独为控制模块20供电的电路，其中，第一供电支路包括第一限流电阻201、第一稳压管203和第一电容205，第二供电支路包括第二限流电阻202、第二稳压管204和第二电容206。

第一限流电阻201和运算放大器200的同相端共同连接至第一稳压管203的负端，以通过第一稳压管203，使运算放大器200的同相端获得一个稳定的输入电压。第二限流电阻202和运算放大器200的供电端VCC共同连接至第二稳压管204的负端，以通过第二稳压管204，使运算放大器200的供电端获得一个稳定的输入电压；第一限流电阻201和第二限流电阻202共同连接至整流模块10的输出正端，第二稳压管204的正端和第一稳压管203的正端共同连接至整流模块10的输出负端，第一稳压管203和第二稳压管204的两端分别并联第一电容205和第二电容206，更有效地降低第一供电支路和第二供电支路上的脉动电压波纹系数，进一步提升平滑直流的稳定输出。

限流电路31由N个晶体管构成，采样电路32由N个电阻构成，补偿电路33由N+1个电阻构成。N个晶体管为MOS管，每个晶体管的漏极分别依次连接至对应的LED单元的负端。每个晶体管的栅极共同连接至运算放大器200的输出端，以使运算放大器200的输出电压控制每个晶体管的工作状态。第一晶体管的源极经由第一采样电阻连接至第二晶体管的源极，第二晶体管的源极经由第二采样电阻连接至第三晶体管的源极，……，第N－1晶体管的源极经由第N－1采样电阻连接至第N晶体管的源极，第N晶体管源极经由第N采样电阻接地，从而使每个晶体管具有不同的导通电阻，而且采样电阻也有设定流经LED单元电流的作用。至少一个LED单元导通时，对应MOS管也导通，流入恒流模块的大部分电流由MOS管漏极流入，流经MOS管再从MOS管源极流出至对应的采样电阻，经过采样电路上的相应路径，流入接地端，形成电流回路。

补偿电路33中的N+1个电阻包括N个反馈电阻和一个补偿电阻330，每个反馈电阻的一端分别连接至对应的每个晶体管的漏极，且每个反馈电阻的另一端共同连接至运算放大器200的反相端；补偿电阻330的一端连接至运算放大器200的反相端，其另一端与第一晶体管的源极和第一采样电阻与第一级晶体管漏极相连的一端连接。至少一个LED单元导通时，对应的补偿电路33开始工作，流经对应反馈电阻上的电流汇聚后再流过补偿电阻330，然后再经过整个采样电路32流入接地端。

照明模块40中的N个LED单元，可以根据不同场合的需要，由多颗串联的低压LED构成一个LED单元或由单颗低压LED构成一个LED单元，再或者采用COB封装的高压LED模组作为一个LED单元；其中，依次串联的N个LED单元的正向导通电压依次为VF1、VF2、VF3、……、VFN。

整流模块10对输入的交流电的进行整流后，同时向控制模块20和照明模块40输出电压电流。在整流模块10的输出电压处于单调递增或单调递减的过程中，照明模块40的输入电压也同时处于单调递增或单调递减的过程中。

在照明模块40的输入电压单调递增时，即该电压从0增大至等于或高于VF1时，第一LED单元点亮；该电压继续增大至等于或大于VF2时，第一LED单元和第二LED单元点亮；……；该电压继续增大至高于VF1+VF2+……+VFN时，N个LED单元都点亮。

在照明模块40的输入电压单调递减时，即该电压从高于VF1+VF2+……+VFN的电压逐渐减小并低于VF1+VF2+……+VFN时，第N个LED单元熄灭；该电压继续减小，其减量大于VFN-1，第N个LED单元和第N-1个LED单元熄灭；……；该电压继续减小并低于VF1时，N个LED单元都熄灭。

在上述整流模块10的输出电压处于单调递增或单调递减的过程中，即照明模块40的输入电压也同时处于单调递增或单调递减的过程中，至少有一个LED单元导通时，流经导通的LED单元上的电流，经过恒流模块流入接地端，同时该电流将分为两部分，第一部分电流通过限流电路31流入采样电路32，第二部分经过补偿电路33流入采样电路。

由于限流电路31由N个MOS管构成，采样电路32中N个采样电阻构成，并且第一晶体管的源极经由第一采样电阻连接至第二晶体管的源极，第二晶体管的源极经由第二采样电阻连接至第三晶体管的源极，……，第N－1晶体管的源极经由第N－1采样电阻连接至第N晶体管的源极，第N晶体管源极经由第N采样电阻接地。因此，第一部分电流经过限流电路31流入采样电路32的过程，实际上是导通的LED单元上的电流的一部分流入与导通LED单元负端对应连接的MOS管，并从MOS管的源极流出后，该电流流过该MOS管与接地端之间的采样电路32，并在相应的路径上产生一个电压降。最终将分别流经与所有导通LED单元对应连接的MOS管上的电流，在其经过采样电路32的相应路径上产生的电压降总和定义为V1。而该电压降总和V1，相当于至少一个LED单元导通时，第一采样电阻与第一晶体管的源极和补偿电阻一端相互连接的端点的电压。

由于补偿电路33中的N+1个电阻包括N个反馈电阻和一个补偿电阻330，每个反馈电阻的一端分别连接至对应的每个晶体管的漏极，其连接方式相当于每个反馈电阻的一端分别对应连接至每个LED单元的负端。并且每个反馈电阻的另一端与补偿电阻330的一端共同连接至运算放大器200的反相端，补偿电阻330另一端与第一晶体管的源极和第一采样电阻与第一级晶体管漏极相连的一端连接，即补偿电阻330通过整个采样电路32与接地端相连。

因此，第二部分经过补偿电路33流入采样电路32的过程，实际是导通的LED单元上的电流的一部分流入流经与导通LED单元负端对应连接的反馈电阻，而所有流经反馈电阻上的电流在N个反馈电阻的公共端汇聚后，该电流继续流向补偿电阻330，再经过采样电路32的N个采样电阻，流入接地端。在此过程中，将汇聚于N个反馈电阻的公共端的电流，经过补偿电阻330和采样电路32上产生的电压降定义为Vf。而此过程中，电流流经的电路结构属于纯电阻电路的结构，在电阻元件处于稳定状态时，Vf的变化是与照明模块40的输入电压的变化成正比例关系，即Vf的变化跟随照明模块40的输入电压的变化。

本发明的驱动电路采用功率补偿电路和采样电路共同反馈，实现了LED工作过程中电路的功率不变，提高了驱动电路的稳定性。同时，调光过程实现了“软切换”，刚好调节电压到切换点时进行切换，LED不会闪烁。并且由于调光过程没有突然的电流冲击，可以延长LED装置的使用寿命。

照明模块40的输入电压也同时处于单调递增或单调递减的过程中，且至少一个LED单元导通时，控制模块20的运算放大器200的反相端的输入电压为其端口相对接地端的电压，并将该电压定义为V-，且V-＝Vf+V1；V-是补偿电路33和采样电路32共同产生的电压，其中由于Vf为动态变化的电压，所以V-也是动态变化的电压。

运算放大器200根据同相端输入电压和反相端输入电压，遵循其工作原理，输出电压Vout＝Ao(V+－V-)，其中Ao为运算放大器的放大系数，V+为运算放大器200同相端电压。

由于运算放大器200的输出端与限流电路31中的每个MOS管的栅极直接相连，相当于输出电压Vout同时为N个晶体管提供栅极电压，即栅极电压等于Vout。

因此，在整流模块10的输出电压单调递增或单调递减时，所导通LED单元对应连接的晶体管，根据其栅极电压的变化，相应地增大或减小晶体管导通电阻，也就是相当于控制减小或增加流经晶体管上的电流，从而使与晶体管对应连接的所导通LED单元，保持功率稳定。

本发明的技术方案在调光过程中无闪烁，能够改善用户的照明体验。驱动电路具有功率补偿电路，在解决输入电压波动时，功率变化微弱，提高了LED的工作稳定性。

同时LED恒流驱动电路能随电压变化而调整LED的导通单元数目，具有较高的功率因数(不小于0.95)，而且能够提高电压的利用率(大于90％)。电路中未采用电解电容和电感，使得LED灯具的使用寿命长，同时具有良好的EMC特性。LED恒流驱动装置的电路结构简单，体积小、成本低。

下面对本发明的工作原理作进一步描述：

如图3所示为脉动直流电的电压波形图。脉动直流电通过第二限流电阻202、第二稳压管204和第二滤波电容205后，在第二稳压管204的负端获得一个稳定的电压用于提供运算放大器200所需的工作电压。脉动直流电通过第一限流电阻201、第一稳压管203和第一滤波电容206后，在第一稳压管301的负端获得一个稳定的参考电压，此参考电压用于提供运算放大器200所需要同相端的参考电压。

如图4所示的输入电流的波形图，其中，LED单元401、402、403、404的正向导通电压为VF1、VF2、VF3、VF4。

在初始时，脉动直流电压由0V上升到VF1时，运算放大器200的反相端的电阻值为采样电阻321、322、323、324和补偿电阻330串联后的阻值。由于此时运算放大器200的同相端电压大于其反相端电压，运算放大器200输出端电压为高电压。从而使第一晶体管311处于导通状态，LED单元401导通后开始发光。电流经过LED单元401和第一晶体管311后，再流过采样电阻203、204、205、206，在补偿电阻330的一端获得一个电压V1。

此时补偿电路33中电阻331、330开始工作，电流流过LED单元401后，再通过电阻207、211后流入采样电阻321、322、323、324。这样在补偿电阻330的另一端获得了一个电压Vf，且这个电压时随输入的电压的升高而升高，从而在运算放大器200的反相端获得一个电压V-＝V1+Vf。由于电压Vf是一个动态变化的电压，因此电压V-也是一个动态变化电压。从而调节了第一晶体管311的栅极电压，使得第一晶体管311工作在放大区，实现了限流。最终实现了电压升高时，电流下降，功率保持不变。

在电压从VF1上升到VF1+VF2时，运算放大器200的反相端的电阻值为采样电阻321、322、323、324、330串联后的阻值。由于此时运算放大器200的同相端电压大于反相端电压，运算放大器输出端电压为高电压。从而晶体管311、312处于导通状态，这样LED单元401、402导通后开始发光。当电流经过LED单元401、402和晶体管312后，再流过串联电阻322、323、324，在电阻322的一端获得一个电压V2。

此时，由于晶体管311也是处于导通状态，所以电流经过LED单元401和晶体管311后，再流过串联电阻321、322、323、324，在电阻321的第一端获得一个电压V1。同时，补偿电路33中反馈电阻331、332和补偿电阻330也开始工作，电流流过LED单元401、402后，再分别通过电阻331、332后流入电阻330、321、322、323、324。这样在补偿电阻电阻330也就获得了一个电压Vf，且这个电压Vf时随输入的电压的升高而升高，最后在运算放大器200的反相端获得一个电压V-＝Vf+V1,且V->V1>V2。

现在晶体管311、312栅极电压相同，但是由于在晶体管311、312的源极间有一个电阻321，使的晶体管311的导通电阻大于晶体管312的导通电阻。从而使得流过晶体管311的电流小于流过晶体管312的电流，两路电流呈现出交叉变化状态，也就实现软切换的功能，在调光过程中不会出现闪烁。由于电压Vf是一个动态变化的电压，因此电压V-也是一个动态变化电压。从而调节了晶体管311、312的栅极电压，使得晶体管311、312工作在放大区，实现了限流。最终实现了电压升高时，电流下降，功率保持不变。

在电压从VF1+VF2上升到VF1+VF2+VF3时，运算放大器200的反相端的电阻值为电阻321、322、323、324、330串联后的阻值。由于此时运算放大器200的同相端电压大于反相端电压，运算放大器输出端电压为高电压。从而使晶体管311、312、313处于导通状态，这样LED单元401、402、403导通后开始发光。当电流经过LED单元401、402、403和晶体管313后，再流过串联电阻323、324，在电阻223的一端获得一个电压V3。

此时，由于晶体管311、312也是处于导通状态，所以电流经过LED单元401和晶体管311后，再流过串联电阻321、322、323、324，在电阻321的一端获得一个电压V1。电流经过LED单元402和晶体管312后，流过串联电阻322、323、324后，在电阻322的一端获得一个电压V2。同时，补偿电路33中电阻331、332、333、330也开始工作，电流流过LED单元401、402、403，再通过电阻31、332、333后流入电阻330、321、322、323、324。这样在电阻330也就获得了一个电压Vf，且电压Vf时随输入的电压的升高而升高(降低而降低)。最后在运算放大器200的反相端获得一个电压V-＝Vf+V1,且V->V1>V2>V3。

现在晶体管311、312、313栅极电压相同，但是由于在晶体管311、312的源极间有一个电阻321，晶体管312、313的源极间有一个电阻322。从而使得晶体管311的导通电阻大于晶体管312的导通电阻，晶体管312的导通电阻大于晶体管313的导通电阻，也就使得流过晶体管311的电流小于流过晶体管312的电流，流过晶体管312的电流小于流过晶体管313的电流。三路电流呈现出交叉变化状态，也就实现软切换的功能，在调光过程中不会出现闪烁。由于电压Vf是一个动态变化的电压，因此电压V-也是一个动态变化电压。从而调节了晶体管311、312、313的栅极电压，使得晶体管311、312、313工作在放大区，实现了限流。最终实现了电压升高时，电流下降，功率保持不变。

在电压从VF1+VF2+VF3上升到VF1+VF2+VF3+VF4时，运算放大器200的反相端的电阻值为电阻321、322、323、324、330串联后的阻值。此时运算放大器200的同相端电压大于反相端电压，运算放大器输出端电压为高电压。从而使晶体管311、312、313、314处于导通状态，这样LED单元401、402、403、404导通后开始发光。当电流经过LED单元401、402、403、404和晶体管314，再流过串联电阻324后，在电阻324的一端获得一个电压V4。此时，由于晶体管311、312、313也是处于导通状态，所以电流经过LED单元401和晶体管311，再流过串联电阻321、322、323、324后，在电阻321的第一端获得电压V1。

电流经过LED单元402和晶体管312，再流过串联电阻322、323、324后，在电阻322的第一端获得一个电压V2。电流经过LED单元403和晶体管313，再流过串联电阻323、324后，在电阻323的一端获得一个电压V3。同时，补偿电路33中电阻331、332、333、334、330也开始工作，电流流过LED单元401、402、403、404后，再通过电阻331、332、333、334后流入电阻330、321、322、323、324。这样电阻330也就获得了一个电压Vf，且这个电压Vf时随输入的电压的升高而升高(降低而降低)。最后在运算放大器200的反相端获得一个电压V-＝Vf+V1，且V->V1>V2>V3>V4。

现在晶体管311、312、313、314栅极电压相同，由于晶体管311、312、313、314的导通电阻依次减小，也就使得流过晶体管311的电流小于流过晶体管312的电流，流过晶体管312的电流小于流过晶体管313的电流，流过晶体管313的电流小于流过晶体管314的电流。四路电流呈现出交叉变化状态，也就实现软切换的功能。在调光过程中不会出现闪烁。由于电压Vf是一个动态变化的电压，因此电压V-也是一个动态变化电压；从而调节了晶体管311、312、313、314的栅极电压，使得晶体管311、312、313、314工作在放大区，实现了限流。最终实现了电压升高时，电流下降，功率保持不变。

上述过程为可逆过程，当电压从VF1+VF2+VF3+VF4下降到VF1+VF2+VF3时，此时运算放大器200的输出端为高电压，因为输入电压降低了，达不到使LED单元401、402、403、404同时点亮，没有电流流过晶体管314，直接导致电阻324第一端电压V4降低，反馈电路中电阻334也没有电流流过，LED单元404熄灭，LED单元401、402、403继续工作。由于LED单元404熄灭时，LED单元401、402、403上一直有电流流过，因此也实现了软切换，此时电压Vf随电压的下降而下降，电压V-也是一个动态变化电压。这样也就调节了晶体管311、312、313的栅极电压，从而使晶体管311、312、313工作在放大区，实现了限流。同样的，实现了电压降低时，电流升高，使功率保持不变。

当电压从VF1+VF2+VF3下降到VF1+VF2时，此时运算放大器200的输出端为高电压，因为输入电压降低了，达不到使LED单元401、402、403同时点亮，没有电流流过晶体管313、314，直接导致电阻323第一端电压V3降低，反馈电路中电阻333、334也没有电流流过，LED单元403、404熄灭，LED单元401、402继续工作。由于LED单元403熄灭时，LED单元401、402上一直有电流流过，因此也实现了软切换，此时电压Vf随电压的下降而下降，这样电压V-也是一个动态变化电压；这样也就调节晶体管311、312的栅极电压，从而使晶体管311、312工作在放大区，实现了限流。同样的，实现了电压降低时，电流升高，使功率保持不变。

当电压从VF1+VF2下降到VF1时，运算放大器200的输出端为高电压。输入电压降低，不能使LED单元401、402同时点亮，没有电流流过晶体管312、313、314。从而使得电阻322一端的电压V2降低，反馈电路中电阻332、333、334没有电流流过。LED单元402、403、404熄灭，LED单元401继续工作。由于LED单元402熄灭时，LED单元401上一直有电流流过，因此也实现了软切换。此时电压Vf随电压的下降而下降，电压V-是一个动态变化电压。从而调节了晶体管311的栅极电压，使得晶体管311工作在放大区，实现了限流。实现了电压降低时，电流升高，使功率保持不变。

当电压从VF1下降到0v时，运算放大器200的输出端为高电压。输入电压降低，不能够点亮LED单元401，因此使得晶体管311、312、313、314上没有电流流过，这样LED单元401、402、403、404全部熄灭。

此驱动电路中没有用到传统开关电源技术中所需要的电解电容和电感，因而具有良好的EMC特性。驱动电路采用功率补偿电路和采样电路共同反馈，实现了LED工作过程中电路的功率不变，提高了驱动电路的稳定性。同时采用了软切换技术，并且调光过程没有突然的电流冲击。因此LED在调光时无频闪，还能够延长LED装置的使用寿命。

图5示出了本发明的另一个实施例的驱动电路结构图。在本实施中，照明模块40由一个LED单元401组成，采样电路包括采样电阻321，补偿电路包括反馈电阻331和补偿电阻330。

在工作时，电流除流经晶体管311外，还流过反馈电阻331和补偿电阻330构成的支路。控制模块中的运算放大器200的反相端的输入电压为补偿电路和采样电路结合而产生的电压V-，即V-＝Vf+V1。运算放大器200根据电压V-控制晶体管601，从而实现电流控制。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。例如，实施例中取N＝4和N＝1，还可以将其扩展到N路(N大于或等于1)的情形。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种LED恒流驱动装置，其包括整流模块(10)、控制模块(20)、恒流模块和照明模块(40)，所述整流模块(10)的输出端分别连接所述控制模块(20)和所述照明模块(40)，所述恒流模块设置在所述控制模块(20)和所述照明模块(40)之间，其特征在于，

所述照明模块(40)包括N个依次串联的LED单元(N为大于1的整数)，所述恒流模块包括限流电路(31)、采样电路(32)和补偿电路(33)；

所述整流模块(10)的输出电压在单调递增或单调递减的过程中，所述N个依次串联的LED单元逐个导通或逐个熄灭；并且在至少一个LED单元导通时，所述控制模块(20)根据所述补偿电路(33)与所述采样电路(32)共同产生的电压，输出一控制电压以控制所述限流电路(31)减小或增加所导通LED单元上的电流，从而使所导通的LED单元保持功率稳定。

2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，所述整流模块(10)包括四个二极管，所述四个二极管中的第一二极管(101)的正端和第二二极管(102)的负端与交流电源的一端连接，所述四个二极管中的第三二极管(103)的正端和第四二极管(104)的负端与交流电源的另一端连接，所述第一二极管(101)的负端与所述第三二极管(103)的负端相连，其连接节点构成了所述整流模块(10)的输出正端；所述第二二极管(102)的正端与所述第四二极管(104)的正端相连，其连接点构成了所述整流模块(10)的输出负端，并且所述整流模块(10)的输出负端接地。

3.根据权利要求2所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，所述控制模块(20)包括运算放大器(200)、第一供电支路和第二供电支路，所述第一供电支路和所述第二供电支路并联在所述整流模块(10)的输出正端和输出负端之间，其中，

所述第一供电支路包括第一限流电阻(201)、第一稳压管(203)和第一电容(205)，所述第二供电支路包括第二限流电阻(202)、第二稳压管(204)和第二电容(206)。

4.根据权利要求3所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，所述第一限流电阻(201)和所述运算放大器(200)的同相端共同连接至所述第一稳压管(203)的负端，所述第二限流电阻(202)和所述运算放大器(200)的供电端(VCC)共同连接至所述第二稳压管(204)的负端；所述第一限流电阻(201)和所述第二限流电阻(202)共同连接至所述整流模块(10)的输出正端，所述第二稳压管(204)的正端和所述第一稳压管(203)的正端共同连接至所述整流模块(10)的输出负端，所述第一稳压管(203)和第二稳压管(204)的两端分别并联第一电容(205)和第二电容(206)。

5.根据权利要求4所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，所述限流电路(31)由N个晶体管构成，所述采样电路(32)由N个电阻构成，所述补偿电路(33)由N+1个电阻构成，其中，

所述N个晶体管为MOS管，每个晶体管的漏极分别依次连接至对应的LED单元的负端，每个晶体管的栅极共同连接至所述运算放大器(200)的输出端；第一晶体管的源极经由第一采样电阻连接至第二晶体管的源极，所述第二晶体管的源极经由第二采样电阻连接至所述第三晶体管的源极，……，所述第N－1晶体管的源极经由第N－1采样电阻连接至所述第N晶体管的源极，所述第N晶体管的源极经由第N采样电阻接地；

所述补偿电路(33)中的N+1个电阻包括N个反馈电阻和一个补偿电阻(330)，每个反馈电阻的一端分别连接至对应的晶体管的漏极，且每个反馈电阻的另一端共同连接至所述运算放大器(200)的反相端；所述补偿电阻(330)的一端连接至所述运算放大器(200)的反相端，其另一端连接至所述第一晶体管的源极和第一采样电阻(321)的一端。

6.根据权利要求5所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，所述N个LED单元分别由多颗或单颗低压LED构成或分别采用COB封装的高压LED模组，其中，所述N个依次串联的LED单元的正向导通电压分别为VF1、VF2、VF3、……、VFN，在所述整流模块(10)的输出电压由0依次增加并大于或等于VF1、VF1+VF2、VF1+VF2+VF3、……、VF1+VF2+……+VFN或依次减小并低于VF1+VF2+……+VFN、VF1+VF2+……+VFN-1、……、VF1+VF2+VF3、VF1+VF2、VF1时，所述N个依次串联的LED单元逐个导通或逐个熄灭。

7.根据权利要求6所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，在至少一个LED单元导通时，流经与所导通的LED单元对应连接的所述晶体管上的电流经过所述采样电路(32)的相应路径而产生电压降的总和为V1；流经与所导通的LED单元对应连接的所述反馈电阻上的总电流经过所述补偿电阻(330)与N个采样电阻的串联电路上产生的电压降为Vf，其中，Vf跟随所述整流模块(10)输出的电压变化。

8.根据权利要求7所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，在至少一个LED单元导通时，所述控制模块(20)的所述运算放大器(200)的反相端的输入电压为所述补偿电路(33)和所述采样电路(32)结合而产生的电压V-，即V-＝Vf+V1，并且所述运算放大器(200)的输出电压为Vout＝Ao(V+－V-)，其中Ao为放大系数，V+为所述运算放大器(200)同相端电压。

9.根据权利要求8所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，在至少一个LED单元导通时，所述运算放大器(200)的输出电压Vout同时为N个晶体管提供栅极电压；在所述整流模块(10)的输出电压单调递增或单调递减时，与所导通LED单元对应的所述晶体管根据其栅极电压的变化而相应地增大或减小所述晶体管的导通电阻，进而控制减小或增加流经所述晶体管上的电流，从而使与所述晶体管对应连接的所述LED单元保持功率稳定。

10.根据权利要求5所述的LED恒流驱动装置，其特征在于，所述晶体管是NPN型三极管。