CN105517243A - 一种交流直驱led中的led自控串并联电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，它由两组对称的同向串联的LED负载子电路S1和S2、一个隔离防反二极管D1、两个同型号的自控电子开关集成电路U1和U2、以及两个电压电流采样电阻R1和R2组成。U1的电流流入端H1与S1的电流流入端相连，S1的电流流出端与D1的阳极和U2的电流流入端H2相连，D1的阴极与S2的电流流入端和U1的电流流出端L1相连，U2的电流流出端L2与S2的电流流出端相连，R1和R2进行电压电流采样。当输入交流瞬态电压较高或较低时，对称的两组LED负载受控相互串联或并联。本发明还包括两级或更多级数的单元控制电路相互串联使用。

Description

一种交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法
技术领域
本发明涉及交流直驱LED技术领域，尤其是一种交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法。
背景技术
LED作为一种新一代发光器件，具有高效节能的突出优点，正在不断取代传统照明技术而广泛应用。LED芯片和LED驱动电路是LED照明的两个关键技术。
新型交流直驱LED技术具有结构简单、可靠性高、成本低等优点，逐步替代开关电源驱动LED方式而广泛应用。但是，目前的交流直驱LED技术存在一个重要的技术问题，即在交流输入电压较低时对应的输出功率太低和部分LED光源会灭灯，而在交流输入电压较高时对应的驱动电源效率降低和LED光源的发光效率降低的问题。
发明内容
本发明是一种交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，主要是在输入交流电压较高时，对称的两组分LED负载受控相互串联，克服了驱动电源效率降低和LED光源的发光效率降低的问题；在输入交流电压较低时，对称的两组LED负载受控相互并联，克服了输出功率太低和部分LED光源会灭灯的问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，包括由N个同向串联的发光二极管LEDA1～LEDAN组成的第一LED负载子电路S1、由N个同向串联的发光二极管LEDB1～LEDBN组成的第二LED负载子电路S2、隔离防反二极管D1、第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2、两个电压电流采样电阻R1和R2组成，所述发光二极管LEDA1的阳极作为第一LED负载子电路S1的电流流入端，发光二极管LEDAN的阴极作为第一LED负载子电路S1的电流流出端，所述发光二极管LEDB1的阳极作为第二LED负载子电路S2的电流流入端，发光二极管LEDBN的阴极作为第二LED负载子电路S2的电流流出端；所述第一LED负载子电路S1的电流输出端与隔离防反二极管D1的阳极相连，隔离防反二极管D1的阴极与第二LED负载子电路S2的电流流入端相连；所述第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与第一LED负载子电路S1的电流流入端相连，第一自控电子开关集成电路U1的电流流出端L1分别与隔离防反二极管D1的阴极、第二LED负载子电路S2的电流流入端相连；所述第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2分别与第一LED负载子电路S1的电流流出端、隔离防反二极管D1的阳极相连，第二自控电子开关集成电路U2的电流流出端L2与第二LED负载子电路S2的电流流出端相连；第一自控电子开关集成电路U1的电压电流控制端K1通过电阻R1接参考地GND，第二自控电子开关集成电路U2的电压电流控制端K2通过电阻R2接参考地GND；对D1而言，U1和U2形成交叉控制，即D1的负端与U1的电子开关的电流流出端相连，D1的正端与U2的电子开关的电流流入端相连；
所述第一和第二自控电子开关集成电路U1和U2为同型号的自控电子开关集成电路U。所述自控电子开关集成电路U包括电压电流采样电路F1、基准电压电路F2、比较放大电路F3和电子开关电路F4，所述电压电流采样电路的输入端作为自控电子开关集成电路U的电压电流控制端K，电压电流采样电路、基准电压电路的输出端均与比较放大电路的输入端相连，比较放大电路的输出端与电子开关电路的输入端相连，电子开关电路的两路输出端分别作为自控电子开关集成电路U的电流流入端H、电流流出端L；
当第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2内部的电子开关导通时，第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与电流流出端L1端之间导通而接近短路，第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2与电流流出端L2端之间导通而接近短路，隔离防反二极管D1反向隔离偏置，此时第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2相互并联；当第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2内部的电子开关关断时，第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与电流流出端L1端之间截止而接近断路，第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2与电流流出端L2端之间截止而接近断路，隔离防反二极管D1正向导通，此时第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2相互串联。
所述第一自控电子开关集成电路U1对交流直驱LED电路的输入交流瞬态电压进行采样，经第一自控电子开关集成电路U1内部的比较放大电路将电压电流采样电路的采样电压与基准电压电路提供的基准电压比较放大后，驱动电子开关，自动控制第一自控电子开关集成电路U1的输出开关状态；所述第一自控电子开关集成电路U1、第二自控电子开关集成电路U2对第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2进行并联或串联的自动控制，二极管D1起隔离防反作用。
多个同样结构的LED自控串并联电路单元相互串联，构成数级LED自控串并联电路。
所述交流直驱LED中的LED串并联自控电路和方法不仅适用于单相220V或110V等交流直驱LED技术，也适用于三相380V等电压的交流直驱LED技术，同时也适用于直流高压直驱LED技术。
自控电子开关集成电路U1和U2、二极管D1，也可以同时集成在同一个多管脚的更大规模的集成电路内。
由上述技术方案可知，本发明的优点如下：第一，它由两组对称的同向串联的LED负载子电路S1和S2、一个隔离防反二极管D1、两个同型号的自控电子开关集成电路U1和U2、以及两个电压电流采样电阻R1和R2组成。U1的电流流入端H1与S1的电流流入端相连，S1的电流流出端与D1的阳极和U2的电流流入端H2相连，D1的阴极与S2的电流流入端和U1的电流流出端L1相连，U2的电流流出端L2与S2的电流流出端相连，R1和R2进行电压电流采样;第二，当输入交流瞬态电压较高时，对称的两组LED负载受控相互串联。当输入交流瞬态电压较低时，对称的两组LED负载受控相互并联。第三，在输入交流电压较高时，对称的两组LED负载受控相互串联，克服了驱动电源效率降低和LED光源的发光效率降低的问题；在输入交流电压较低时，对称的两组LED负载受控相互并联，克服了输出功率太低和部分LED光源会灭灯的问题。第四，本发明不仅包括一级单元控制方式，也包括两级或更多级数的单元控制电路相互串联使用；第五，本发明对交流直驱LED的技术发展和LED照明技术的应用具有重要意义，具有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图；
图2为图1中自控电子开关集成电路U1或U2的集成电路U的框图；
图3为本发明应用于18W交流直驱LED日光灯管的电路图。
具体实施方式
如图1所示，一种交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，包括由N个同向串联的发光二极管LEDA1～LEDAN组成的第一LED负载子电路S1、由N个同向串联的发光二极管LEDB1～LEDBN组成的第二LED负载子电路S2、隔离防反二极管D1、第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2、两个电压电流采样电阻R1和R2组成，所述发光二极管LEDA1的阳极作为第一LED负载子电路S1的电流流入端，发光二极管LEDAN的阴极作为第一LED负载子电路S1的电流流出端，所述发光二极管LEDB1的阳极作为第二LED负载子电路S2的电流流入端，发光二极管LEDBN的阴极作为第二LED负载子电路S2的电流流出端；所述第一LED负载子电路S1的电流输出端与隔离防反二极管D1的阳极相连，隔离防反二极管D1的阴极与第二LED负载子电路S2的电流流入端相连；所述第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与第一LED负载子电路S1的电流流入端相连，第一自控电子开关集成电路U1的电流流出端L1分别与隔离防反二极管D1的阴极、第二LED负载子电路S2的电流流入端相连；所述第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2分别与第一LED负载子电路S1的电流流出端、隔离防反二极管D1的阳极相连，第二自控电子开关集成电路U2的电流流出端L2与第二LED负载子电路S2的电流流出端相连；第一自控电子开关集成电路U1的电压电流控制端K1通过电阻R1接参考地GND，第二自控电子开关集成电路U2的电压电流控制端K2通过电阻R2接参考地GND；对D1而言，U1和U2形成交叉控制，即D1的负端与U1的电子开关的电流流出端相连，D1的正端与U2的电子开关的电流流入端相连；
如图2所示，所述第一和第二自控电子开关集成电路U1和U2为同型号的自控电子开关集成电路U。所述自控电子开关集成电路U包括电压电流采样电路F1、基准电压电路F2、比较放大电路F3和电子开关电路F4，所述电压电流采样电路的输入端作为自控电子开关集成电路U的电压电流控制端K，电压电流采样电路、基准电压电路的输出端均与比较放大电路的输入端相连，比较放大电路的输出端与电子开关电路的输入端相连，电子开关电路的两路输出端分别作为自控电子开关集成电路U的电流流入端H、电流流出端L；
当第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2内部的电子开关导通时，第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与电流流出端L1端之间导通而接近短路，第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2与电流流出端L2端之间导通而接近短路，隔离防反二极管D1反向隔离偏置，此时第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2相互并联；当第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2内部的电子开关关断时，第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与电流流出端L1端之间截止而接近断路，第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2与电流流出端L2端之间截止而接近断路，隔离防反二极管D1正向导通，此时第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2相互串联。
所述第一自控电子开关集成电路U1对交流直驱LED电路的输入交流瞬态电压进行采样，经第一自控电子开关集成电路U1内部的比较放大电路将电压电流采样电路的采样电压与基准电压电路提供的基准电压比较放大后，驱动电子开关，自动控制第一自控电子开关集成电路U1的输出开关状态；所述第一自控电子开关集成电路U1、第二自控电子开关集成电路U2对第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2进行并联或串联的自动控制，二极管D1起隔离防反作用。
多个同样结构的LED自控串并联电路单元相互串联，构成数级LED自控串并联电路。
所述交流直驱LED中的LED串并联自控电路和方法不仅适用于单相220V或110V等交流直驱LED技术，也适用于三相380V等电压的交流直驱LED技术，同时也适用于直流高压直驱LED技术。
自控电子开关集成电路U1和U2、二极管D1，也可以同时集成在同一个多管脚的更大规模的集成电路内。
图3为本发明应用于18W交流直驱LED日光灯管电路图，是由2级LED自控串并联的交流直驱LED电路，它由整流桥B1、常亮LED子电路SB、2级LED自控串并联电路和过压过流控制电路KC四部分组成。
如图3所示，常亮LED子电路SB为一组同向串联的发光二极管LED1、LED2、……LED60，其中LED1的电流流入端是常亮LED子电路SB的首端，该首端与整流桥B1的正输出端VH相连，LED60的电流流出端是该常亮LED子电路SB的尾端。
第1级LED自控串并联电路由两组LED负载子电路S3和S4、隔离防反二极管D2、自控电子开关集成电路U3和U4、电压电流采样电阻R3和R4组成。其中，LED负载子电路S3和LED负载子电路S4分别由10个同向串联的发光二极管LED组成，发光二极管LED61的正端为LED负载子电路S3的电流流入端，发光二极管LED70的负端为LED负载子电路S3的电流流出端，发光二极管LED71的正端为LED负载子电路S4的电流流入端，发光二极管LED80的负端为LED负载子电路S4的电流流出端；隔离防反二极管D2的正端与LED负载子电路S3的电流流出端相连，隔离防反二极管D2的负端与LED负载子电路S4的电流流入端相连；自控电子开关集成电路U3的H3端与LED负载子电路S3电流流入端相连，自控电子开关集成电路U3的L3端分别与LED负载子电路S4的电流流入端和隔离防反二极管D2的负端相连，自控电子开关集成电路U3的K3端与电压电流采样电阻R3的一端相连，电压电流采样电阻R3的另一端接GND；自控电子开关集成电路U4的H4端分别与LED负载子电路S4电流流出端和隔离防反二极管D2的正端相连，自控电子开关集成电路U4的L4端与LED负载子电路S4的电流流出端相连，自控电子开关集成电路U4的K4端与电压电流采样电阻R4的一端相连，电压电流采样电阻R4的另一端接GND。
第2级LED自控串并联电路由两组LED负载子电路S5和S6、隔离防反二极管D3、自控电子开关集成电路U5和U6、电压电流采样电阻R5和R6组成。其中LED负载子电路S5和S6分别由10个同向串联的发光二极管LED组成，发光二极管LED81的正端为LED负载子电路S5的电流流入端，发光二极管LED90的负端为LED负载子电路S5的电流流出端，发光二极管LED91的正端为LED负载子电路S6的电流流入端，发光二极管LED100的负端为LED负载子电路S6的电流流出端；隔离防反二极管D3的正端与LED负载子电路S5的电流流出端相连，隔离防反二极管D3的负端与LED负载子电路S6的电流流入端相连；自控电子开关集成电路U5的H5端与LED负载子电路S5电流流入端相连，自控电子开关集成电路U5的L5端分别与LED负载子电路S4的电流流入端和隔离防反二极管D3的负端相连，自控电子开关集成电路U5的K5端与电压电流采样电阻R5的一端相连，电压电流采样电阻R5的另一端接GND；自控电子开关集成电路U6的H6端分别与LED负载子电路S5电流流出端和隔离防反二极管D3的正端相连，自控电子开关集成电路U6的L6端与LED负载子电路S6的电流流出端相连，自控电子开关集成电路U6的K6端与电压电流采样电阻R6的一端相连，电压电流采样电阻R6的另一端接GND。
LED负载子电路S3的首端与常亮LED子电路SB的尾端相连，LED负载子电路S4的尾端与LED负载子电路S5的首端相连，LED负载子电路S6的尾端则与过压过流控制电路KC的MOS晶体管Q1的漏极相连。
过压过流控制电路KC由过压过流集成电路IC1和MOS晶体管Q1、电压采样电阻R7、分压电阻R8、电流采样电阻R9和相移电容C1构成。其中过压过流集成电路IC1有5个引脚，其中管脚1与分压电阻R8的一端相连，分压电阻R8的另一端与管脚5相连，管脚2接GND，管脚3与电流采样电阻R9的一端相连以及MOS晶体管Q1的源极相连，电流采样电阻R9的另一端接GND，管脚4与Q1的栅极相连，管脚5与电压采样电阻R7的一端、分压电阻R8的另一端以及相移电容C1的一端相连，电压采样电阻R7的另一端与整流桥B1的正输出端VH相连，相移电容C1的另一端接GND。
整流桥B1的两个输入端分别与交流市电L和N端相连，正输出端VH与LED1的正端以及电压采样电阻R7的另一端相连，负输出端为参考地GND。
综上所述，本发明在输入交流瞬态电压较高时，对称的两组LED负载受控自动相互串联，在输入交流瞬态电压较低时，对称的两组LED负载受控自动相互并联，本发明从根本上克服了已有交流直驱LED技术中存在的在交流输入电压较低时出现的输出功率太低和部分LED光源会灭灯，而在交流输入电压较高时出现的驱动电源效率降低和LED光源的发光效率降低的问题。

Claims (7)

1.一种交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，其特征在于：包括由N个同向串联的发光二极管LEDA1～LEDAN组成的第一LED负载子电路S1、由N个同向串联的发光二极管LEDB1～LEDBN组成的第二LED负载子电路S2、隔离防反二极管D1、第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2、两个电压电流采样电阻R1和R2组成，所述发光二极管LEDA1的阳极作为第一LED负载子电路S1的电流流入端，发光二极管LEDAN的阴极作为第一LED负载子电路S1的电流流出端，所述发光二极管LEDB1的阳极作为第二LED负载子电路S2的电流流入端，发光二极管LEDBN的阴极作为第二LED负载子电路S2的电流流出端；所述第一LED负载子电路S1的电流输出端与隔离防反二极管D1的阳极相连，隔离防反二极管D1的阴极与第二LED负载子电路S2的电流流入端相连；所述第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与第一LED负载子电路S1的电流流入端相连，第一自控电子开关集成电路U1的电流流出端L1分别与隔离防反二极管D1的阴极、第二LED负载子电路S2的电流流入端相连；所述第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2分别与第一LED负载子电路S1的电流流出端、隔离防反二极管D1的阳极相连，第二自控电子开关集成电路U2的电流流出端L2与第二LED负载子电路S2的电流流出端相连；第一自控电子开关集成电路U1的电压电流控制端K1通过电阻R1接参考地GND，第二自控电子开关集成电路U2的电压电流控制端K2通过电阻R2接参考地GND；对D1而言，U1和U2形成交叉控制，即D1的负端与U1的电子开关的电流流出端相连，D1的正端与U2的电子开关的电流流入端相连。
2.根据权利要求1所述的交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，其特征在于：所述第一和第二自控电子开关集成电路U1和U2为同型号的自控电子开关集成电路U；
所述自控电子开关集成电路U包括电压电流采样电路F1、基准电压电路F2、比较放大电路F3和电子开关电路F4，所述电压电流采样电路的输入端作为自控电子开关集成电路U的电压电流控制端K，电压电流采样电路、基准电压电路的输出端均与比较放大电路的输入端相连，比较放大电路的输出端与电子开关电路的输入端相连，电子开关电路的两路输出端分别作为自控电子开关集成电路U的电流流入端H、电流流出端L。
3.根据权利要求1和权利要求2中任一项所述的交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法,其特征在于：当第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2内部的电子开关导通时，第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与电流流出端L1端之间导通而接近短路，第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2与电流流出端L2端之间导通而接近短路，隔离防反二极管D1反向隔离偏置，此时第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2相互并联；当第一自控电子开关集成电路U1和第二自控电子开关集成电路U2内部的电子开关关断时，第一自控电子开关集成电路U1的电流流入端H1与电流流出端L1端之间截止而接近断路，第二自控电子开关集成电路U2的电流流入端H2与电流流出端L2端之间截止而接近断路，隔离防反二极管D1正向导通，此时第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2相互串联。
4.根据权利要求3所述的交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，其特征在于：所述第一自控电子开关集成电路U1对交流直驱LED电路的输入交流瞬态电压进行采样，经第一自控电子开关集成电路U1内部的比较放大电路将电压电流采样电路的采样电压与基准电压电路提供的基准电压比较放大后，驱动电子开关，自动控制第一自控电子开关集成电路U1的输出开关状态；所述第一自控电子开关集成电路U1、第二自控电子开关集成电路U2对第一LED负载子电路S1和第二LED负载子电路S2进行并联或串联的自动控制，二极管D1起隔离防反作用。
5.根据权利要求3和权利要求4所述的交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，其特征在于：多个同样结构的LED自控串并联电路单元相互串联，构成数级LED自控串并联电路。
6.根据权利要求1至5所述的交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，其特征还在于：所述交流直驱LED中的LED串并联自控电路和方法不仅适用于单相220V或110V等交流直驱LED技术，也适用于三相380V等电压的交流直驱LED技术，同时也适用于直流高压直驱LED技术。
7.根据权利要求1至5所述的交流直驱LED中的LED自控串并联电路和方法，其特征还在于：自控电子开关集成电路U1和U2、二极管D1，也可以同时集成在同一个多管脚的更大规模的集成电路内。
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