CN105898958B - Led灯可调光的恒流驱动方法和电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED灯可调光的恒流驱动方法和电路；基于包括开关元件、二极管D1、电感L1和LED灯组成的DC‑DC降压电路；所述方法包括如下步骤：设置电压检测模块，该电压检测模块接收来自市电整流后脉动电力的电压信号；设置控制所述开关元件导通和截止的调控电路，该调控电路接收所述电压检测模块的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测所述DC‑DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件的导通对截止时间的比率，从而使驱动所述LED灯的电流保持恒定。本发明恒流驱动方法和电路具有电路结构简单、成本低、调光容易和安全可靠等优点。

Description

LED灯可调光的恒流驱动方法和电路

【技术领域】

本发明涉及用于一般电光源的电路装置,特别是涉及LED的供电电路及其控制装置,尤其是涉及LED灯可调光的恒流驱动方法和电路。本发明的LED是英文Light EmittingDiode的缩写，中文意思是“发光二极管”。

【背景技术】

近年来，LED作为一种节能环保产品,应用越来越广泛，例如用于普通照明、标志和信号，以及用于显示面板和电视屏幕的背光源等等。LED驱动电路被用于提供电源给LED。

LED的特性是要求恒流驱动，LED灯驱动电路包括隔离恒流驱动电路和非隔离恒流驱动电路，非隔离恒流驱动电路由于效率高、成本低和集成度高，在小功率LED灯应用中有很大的优势。

参见图10，该图是典型的DC-DC降压电路（也叫Buck转换电路，该电路图中的LED灯可以是单个LED，也可以是多个LED串联，或者是多个LED串联后再并联），该DC-DC降压电路包括开关元件、二极管D1、电感L1和LED灯，改变开关元件的导通时间或者截止时间，都能改变流过LED灯的电流；而截止时间和电感L1的释放能量有关，必须在电感L1所充的能量释放到接近零时，这时打开开关元件，开关元件的损耗才比较小，这就是谷底开关模式。

参见图11，现有技术LED灯驱动电路之非隔离恒流驱动电路基本上是采用比较器99采样LED灯的串联电阻R99的电压来通过逻辑控制电路98来控制开关元件Q99而达到恒流的目的；这种非隔离恒流驱动电路虽然容易恒流，但要调光，必须加入调光电路，导致成本增加；若要能实现智能调光，还必须要加入价格较贵的智能芯片，即可编程序的集成电路，导致成本增加；而且，这种非隔离恒流驱动电路在市电中的功率因素比较低，要提高功率因素，还得增加功率因素校正电路（例如填谷电路），也会导致成本增加。

参见图11，现有技术LED灯驱动电路之非隔离恒流驱动电路的输入一般采用城市供电（简称市电），市电整流后周期一般为100赫兹，整流后的电压一般为从零到300伏不停变化的直流电，其峰值电压和LED灯的电压差比较大，能达到百伏以上，由于市电电网的电压波动，其峰值电压也跟随波动；目前现有技术LED灯驱动用的电感L1一般是毫亨级别，如果用现有技术的串联电阻R99反馈来控制电流，每隔一个微秒，电流都有不小的变化，如果用智能芯片采样串联电阻R99的电压来实现恒流控制，控制开关元件Q99的智能芯片反应速度必须为纳秒级别，而智能芯片接收存储信号要几个时钟周期，智能芯片运算处理信号在这里至少得十几个时钟周期，再到智能芯片输出执行命令也要几个时钟周期，要达到反应速度在100纳秒以内，智能芯片的时钟频率必须大于100兆赫兹，实际上由于运算的复杂，所需的智能芯片时钟频率会高得多，智能芯片的时钟频率越高，能耗也就越高，同时成本也越高，这对普及智能芯片在LED上的应用会有很大的障碍。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种LED灯可调光的恒流驱动方法,以及按照该方法制造的一种LED灯可调光的恒流驱动电路,采用该LED灯可调光的恒流驱动方法和使用该LED灯可调光的恒流驱动电路，可以直接用成本较低的调控电路例如可编程序的集成电路来控制开关元件的导通和截止时间，既能达到恒流的目的，还可以很容易的接收外部信号来实现智能调光,具有电路结构简单、成本低、调光容易和安全可靠等优点。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种LED灯可调光的恒流驱动方法, 基于包括开关元件、二极管D1、电感L1和LED灯组成的DC-DC降压电路；所述方法包括如下步骤：设置电压检测模块，该电压检测模块接收来自市电整流后脉动电力的电压信号；设置控制所述开关元件导通和截止的调控电路，该调控电路接收所述电压检测模块的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测所述DC-DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件的导通对截止时间的比率，从而使驱动所述LED灯的电流保持恒定。

所述输入电压Vi是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压或平均电压。

所述LED灯的驱动电流在保持恒定的同时，所述开关元件工作在谷底开关模式。

所述调控电路还接收调光信号，来调整所述开关元件的导通时间TH或截止时间TL，从而使驱动LED灯的电流发生变化来达到调光的目的。

所述开关元件的导通时间TH根据以下经验公式计算得出，TH=I*L/(Vi-Vd)，其中I是电感L1的峰值电流，单位为安培，L是电感L1的电感值，单位为亨，Vi是所述DC-DC降压电路两端的输入电压，单位为伏特，Vd是所述LED灯的导通电压，单位为伏特，导通时间TH的单位为秒。

所述开关元件的截止时间TL根据以下经验公式计算得出，TL≥I*L/Vd，其中I是电感L1的峰值电流，单位为安培，L是电感L1的电感值，单位为亨，Vd是所述LED灯的导通电压，单位为伏特，截止时间TL的单位为秒。

所述调控电路是可编程序的集成电路，包括可编程序的微控制单元或单片微处理器及其外围电路。

本发明还可以通过以下的技术方案进一步得到实施:

一种LED灯可调光的恒流驱动电路,包括由开关元件、二极管D1、电感L1和LED灯组成的DC-DC降压电路，以及将市电整流成为脉动直流的整流桥电路B1; 所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括电压检测模块和调控电路；所述电压检测模块电连接在所述整流桥电路B1的输出两端；所述调控电路与所述电压检测模块和开关元件互相电连接，该调控电路接收所述电压检测模块的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测所述DC-DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件的导通对截止时间的比率，从而使驱动LED灯的电流保持恒定。

所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括能接收外部调光信号模块发送调光信号的感应器J1，该感应器J1将接收的调光信号传递给所述调控电路，所述调控电路接收到该调光信号后，来调整所述开关元件的导通时间TH或截止时间TL，从而使驱动LED灯的电流发生变化来达到调光的目的。

所述电压检测模块包括串联在一起的两个电阻R1、R2，该串联的两个电阻R1、R2电连接在所述整流桥电路B1的输出两端；所述调控电路的一个端口电连接在两个电阻R1、R2之间。

所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括隔离二极管D2和储能电容C2；隔离二极管D2的阳极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，隔离二极管D2的阴极电连接在所述DC-DC降压电路的LED灯的阳极端；储能电容C2电连接在隔离二极管D2的阴极和地之间。

所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括为所述调控电路降压稳压供电的供电模块，该供电模块包括降压电阻RV、稳压二极管DV和三极晶体管Q1，该三极晶体管Q1为场效应管或三极管；降压电阻RV和稳压二极管DV串联后电连接在所述整流桥电路B1的输出两端，其中稳压二极管DV的阳极接地，该地就是所述整流桥电路B1的负输出端，降压电阻RV接所述整流桥电路B1的正输出端；三极晶体管Q1的栅极或基极电连接在降压电阻RV和稳压二极管DV之间，三极晶体管Q1的漏极或集电极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，三极晶体管Q1的源极或发射极电连接到所述调控电路的电源端口。

同现有技术相比较，本发明LED灯可调光的恒流驱动方法和电路之有益效果在于：

由于设有电压检测模块和调控电路，所采用的调控电路成本又较低，例如一种成本较低的可编程序的集成电路，调控电路接收电压检测模块的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测DC-DC降压电路两端的输入电压，并计算得出开关元件的导通时间和截止时间，来控制所述开关元件的导通对截止时间的比率，从而使驱动LED的电流保持恒定。因此本发明可以直接用成本较低的调控电路例如可编程序的集成电路来控制开关元件的导通和截止时间，既能达到恒流的目的，还可以很容易的接收外部信号来实现智能调光,具有电路结构简单、成本低、调光容易和安全可靠等优点。

【附图说明】

图1是本发明LED灯可调光的恒流驱动电路实施例一的简明电原理方框示意图;

图2是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例二的简明电原理方框示意图;

图3是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例三的简明电原理方框示意图;

图4是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例四的简明电原理方框示意图;

图5是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例五的简明电原理方框示意图;

图6是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例六的简明电原理方框示意图;

图7是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例七的简明电原理方框示意图;

图8是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例八的简明电原理方框示意图;

图9是所述LED灯可调光的恒流驱动电路的一种具体电路示意图;

图10是现有技术DC-DC降压电路（也叫Buck转换电路）的电原理方框示意图;

图11是现有技术LED灯驱动电路之非隔离恒流驱动电路的电原理示意图。

【具体实施方式】

下面结合各附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1至图8, 一种LED灯可调光的恒流驱动方法，基于包括开关元件300、二极管D1、电感L1和LED灯组成的DC-DC降压电路，LED灯为负载，该DC-DC降压电路也叫Buck转换电路；所述方法包括如下步骤：设置电压检测模块100，该电压检测模块100接收来自市电整流后脉动电力的电压信号；设置控制所述开关元件300导通和截止的调控电路200，该调控电路200接收所述电压检测模块100的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测所述DC-DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件300的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件300的导通对截止时间的比率，从而使驱动所述LED灯的电流保持恒定。

所述输入电压Vi是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压或平均电压。在一个电压波动周期内，当输入电压Vi的波动大于或等于5%时，所述输入电压Vi是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压；在一个电压波动周期内，当输入电压Vi的波动小于5%时，所述输入电压Vi一般可以采用市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的平均电压，当然所述输入电压Vi也可以采用市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压，此时采用峰值电压或平均峰值电压和采用平均电压差不多。具体地说，参见图1至图7, 当所述DC-DC降压电路两端和电压检测模块100两端没有并联储能电容C2时，或者参见图8，当所述DC-DC降压电路两端并联有储能电容C2，而该储能电容C2并没有并联在电压检测模块100两端时，或者参见图9，当所述DC-DC降压电路两端和电压检测模块100两端一起并联有储能电容C2而该储能电容C2的容量又比较小时，所述输入电压Vi是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压；参见图9，当所述DC-DC降压电路两端和电压检测模块100两端一起并联有储能电容C2而该储能电容C2的容量又足够大时，所述输入电压Vi一般可以采用市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的平均电压，当然所述输入电压Vi也可以采用市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压，此时采用峰值电压或平均峰值电压和采用平均电压差不多。平均峰值电压是至少两个电压波动周期的各峰值电压的平均值，例如平均峰值电压可以采用三个电压波动周期的各峰值电压的平均值，也可以采用四个电压波动周期的各峰值电压的平均值，还可以采用五个电压波动周期的各峰值电压的平均值，等等。

参见图1至图9, 所述调控电路200是可编程序的集成电路，包括可编程序的微控制单元或单片微处理器及其外围电路，可编程序的集成电路有时称为智能芯片。调控电路200包括MCU、PLC或FPGA及其外围电路。MCU是英文Micro Control Unit的缩写，中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）或者单片机。PLC是英文Programmable Logic Controller的缩写，中文名称为可编程逻辑控制器。FPGA（是英文Field－Programmable Gate Array的缩写，中文名称为现场可编程门阵列，简称可编程门阵列。

对本发明所述调控电路200要求不高，所述调控电路200只需要有一个A/D输入端口（即模拟/数字转换输入端口），两个普通输入端口（一个普通输入端口用来检测红外信号，另一个普通输入端口用来检测电源开关时间），一个PWM输出端口，就能实现本发明LED灯可调光的恒流驱动方法和电路的功能，因此本发明所述调控电路200的成本比较低。比如有很多8位的MCU都能达到这个要求，例如ATMEL（爱特梅尔）公司生产的型号为atmega88的MCU，中国台湾的义隆电子股份有限公司公司生产的型号为EM78P259的MCU，等等。PWM是英文Pulse Width Modulation的缩写，中文名称为脉冲宽度调制，简称脉宽调制。

参见图1至图9,所述LED灯的驱动电流保持恒定的同时，所述开关元件300工作在谷底开关模式；谷底开关模式是在电感L1所充的能量释放到接近零时，这时打开开关元件300，开关元件300的损耗才比较小。

参见图2和图5至图9, 所述调控电路200还接收调光信号400，来调整所述开关元件300的导通时间TH或截止时间TL，从而使驱动LED灯的电流发生变化来达到调光的目的。调光信号400包括红外光信号、无线模块信号或直接输入的指令电压信号。

参见图1至图9,所述开关元件300的导通时间TH根据以下经验公式计算得出，TH=I*L/(Vi-Vd)，其中I是电感L1的峰值电流，单位为安培，L是电感L1的电感值，单位为亨，Vi是所述DC-DC降压电路两端的输入电压，单位为伏特，该输入电压Vi根据具体情况来选用，可以是市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压或平均电压，Vd是所述LED灯的导通电压，单位为伏特，导通时间TH的单位为秒。

参见图1至图9,所述开关元件300的截止时间TL根据以下经验公式计算得出，TL≥I*L/Vd，其中I是电感L1的峰值电流，单位为安培，L是电感L1的电感值，单位为亨，Vd是所述LED灯的导通电压，单位为伏特，截止时间TL的单位为秒。

当LED灯是单个LED时，所述LED灯的导通电压Vd是该单个LED的导通电压；当LED灯是多个LED串联时，所述LED灯的导通电压Vd是该多个LED的导通电压之和；依次类推。

上述导通时间TH和截止时间TL是按照以下的经验公式推算得出的：

公式一：I=V*T/L=(Vi-Vd)*TH/L，该公式一是电感峰值电流I、电压V、时间T和电感值L的计算公式，其中I是电感L1的峰值电流，单位为安培，Vi是市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压或平均电压，单位为伏特，Vd是所述LED灯的导通电压，单位为伏特，导通时间TH的单位为秒。公式I=V*T/L是一个经验计算公式，在图1的DC-DC降压电路中，假设电感L1的直流电阻很小，容抗也很小，而且LED的电压降变化也极小，那么在实际应用中公式一就能很好的符合实际测量数据。

公式二：TH=I*L/(Vi-Vd)，把公式一稍微变换，就得到公式二，也就是导通时间TH的计算公式；只要把峰值电流I，电感值L，输入电压Vi，所述LED灯的导通电压Vd代入，就能计算出开关元件300的导通时间TH。

在一个LED灯里，峰值电流I是希望恒定的，算是一个恒量，而电感值L和LED灯的导通电压Vd是不变的，也是恒量；实际上电流、电感值和LED灯的导通电压都会有些微小的变化，只是变化量很小，可以近似作为恒量来计算。那么公式二就只有输入电压Vi和开关元件300的导通时间TH这两个变量，也就是说用这个公式二，就能根据输入电压Vi的变化来改变开关元件300的导通时间TH，让LED的峰值电流I不变。

开关元件300导通时，电感L1的电流由小变大，是一个储能的过程，当开关元件300截止时，电感L1的电流由大变小，是一个释放能量的过程。要计算流过LED灯的平均电流，必须计算出开关元件300截止时所形成的电流。

公式三：TL/TH=(Vi-Vd)/Vd；公式三是LED灯恒流驱动电路工作在临界模式下（即BCM模式，指开关元件300截止，电感L1的电流由峰值到零时，立刻打开开关元件300的工作模式），导通时间TH、关断时间TL和输入电压Vi、LED灯的导通电压Vd的关系；公式三可参见NXP（恩智浦半导体）公司的Buck转换电路应用文档。

公式四：TL=(Vi-Vd)*TH/Vd，把公式三稍微变换，就得到公式四；再将公式二代入公式四，就得到：

TL=(Vi-Vd)*I*L/(Vi-Vd)*Vd，即

公式五：TL=I*L/Vd，该公式五就是开关元件300的截止时间TL的计算公式；根据公式五，当截止时间TL等于I*L/Vd时，如图1的LED灯可调光的恒流驱动电路工作在临界模式（BCM）下，开关元件300的截止时间TL和峰值电流I、电感值L、LED灯的导通电压Vd有关。在LED灯里，这三个参数基本是不会变的。所以可以得出结论，开关元件300的截止时间TL不变，只需要根据输入电压Vi的变化而相应的改变开关元件300的导通时间TH，就能让该LED灯可调光的恒流驱动电路的LED平均电流在不同电压下都能保持恒定，同时开关元件300的导通工作在谷底开关模式。在临界模式（BCM）下，流过LED灯的平均电流约等于峰值电流的一半。根据公式五，当截止时间TL大于I*L/Vd时，整个LED灯的电流是工作在非连续电流模式（DCM）下。临界模式（BCM）和非连续电流模式（DCM）时的开关元件300都是工作在谷底开关模式，都是所述LED灯的正常工作模式。其中临界模式（BCM）一般是最大平均电流，而非连续电流模式（DCM）是将所述LED灯调小亮度时的工作模式，平均电流比较低。

参见图1至图9,一种LED灯可调光的恒流驱动电路,包括由开关元件300、二极管D1、电感L1和LED灯组成的DC-DC降压电路，LED灯为负载，以及将市电整流成为脉动直流的整流桥电路B1; 所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括电压检测模块100和调控电路200；所述电压检测模块100电连接在所述整流桥电路B1的输出两端；所述调控电路200与所述电压检测模块100和开关元件300互相电连接，该调控电路200接收所述电压检测模块100的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测所述DC-DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件300的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件300的导通对截止时间的比率，从而使驱动LED灯的电流保持恒定。所述输入电压Vi根据具体情况来选用，可以是市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压或平均电压。

参见图2和图5至图9,所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括能接收外部调光信号模块发送调光信号的感应器J1，该感应器J1将接收的调光信号传递给所述调控电路200，所述调控电路200接收到该调光信号后，来调整所述开关元件300的导通时间TH或截止时间TL，从而使驱动LED灯的电流发生变化来达到调光的目的。

参见图3至图9,所述电压检测模块100包括串联在一起的两个电阻R1、R2，该串联的两个电阻R1、R2电连接在所述整流桥电路B1的输出两端；所述调控电路200的一个端口电连接在两个电阻R1、R2之间。

参见图8和图9,所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括隔离二极管D2和储能电容C2；隔离二极管D2的阳极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，隔离二极管D2的阴极电连接在DC-DC降压电路的LED灯的阳极端；储能电容C2电连接在隔离二极管D2的阴极和地之间。这样当交流市电过零时，储能电容C2还能提供电能给LED灯。

参见图6至图8,所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括给所述调控电路200降压稳压供电的供电模块，该供电模块包括降压电阻RV、稳压二极管DV和三极晶体管Q1，该三极晶体管Q1为场效应管或三极管；降压电阻RV和稳压二极管DV串联后电连接在所述整流桥电路B1的输出两端，其中稳压二极管DV的阳极接地，该地就是所述整流桥电路B1的负输出端，降压电阻RV接所述整流桥电路B1的正输出端；三极晶体管Q1的栅极或基极电连接在降压电阻RV和稳压二极管DV之间，三极晶体管Q1的漏极或集电极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，三极晶体管Q1的源极或发射极电连接到所述调控电路200的电源端口。

图1是本发明LED灯可调光的恒流驱动电路实施例一的简明电原理方框示意图;在该图1中，开关元件300、二极管D1和电感L1组成DC-DC降压电路，LED灯是其负载，该图1中的开关元件300为电子导电型开关器件，例如N沟道型场效应管；整流桥电路B1将交流市电整流成为脉动直流，整流桥电路B1的1端口（L端口）和3端口（N端口）为交流市电的输入端，整流桥电路B1的2端口（正输出端）和4端口（负输出端，即地）为整流桥电路B1的直流输出两端，该整流桥电路B1的输出电压作为DC-DC降压电路和电压检测模块100的输入电力和采样目标；电压检测模块100电连接在所述整流桥电路B1的输出两端；调控电路200与所述电压检测模块100和开关元件300电连接，该调控电路200接收所述电压检测模块100的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测所述DC-DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件300的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件300的导通对截止时间的比率，从而使驱动LED灯的电流保持恒定；在该实施例一中，所述输入电压Vi是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压。在该图1中，当电感值L和LED的导通电压Vd不变时（实际是变化很小，在应用中可近似地视为恒量），可以根据输入电压Vi的变化来调整开关元件300的导通时间TH，从而让驱动LED灯的平均电流不变（实际是变化很小，在应用中也可近似地视为恒流），且开关元件300的导通工作在谷底开关模式。

图2是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例二的简明电原理方框示意图;该图2是在图1的基础上增加了调光信号400输入调控电路200，使所述调控电路200可以从外部来调整所述开关元件300的导通时间TH或截止时间TL，从而使驱动LED灯的电流发生变化以达到调光的目的。调光信号400包括红外光信号、无线模块信号或直接输入的指令电压信号。在该实施例二中，所述输入电压Vi也是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压。

图3是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例三的简明电原理方框示意图; 该图3是在图1的基础上，用两个分压电阻R1、R2来作为电压检测模块100，也就是所述电压检测模块100包括串联在一起的两个电阻R1、R2，该串联的两个电阻R1、R2电连接在所述整流桥电路B1的输出两端；所述调控电路200的一个端口电连接在两个电阻R1、R2之间。该图3中的电压检测模块100提供模拟输出的电压反馈信号给调控电路200。在该实施例三中，所述输入电压Vi也是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压。

图4是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例四的简明电原理方框示意图; 该图4是在图1的基础上，开关元件300的位置略有变化，该图4中的开关元件300为空穴导电型开关器元件，如P沟道型场效应管。在该实施例四中，所述输入电压Vi也是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压。

图5是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例五的简明电原理方框示意图; 该图5是在图2的基础上增加了调光信号400输入给调控电路200。在该实施例五中，所述输入电压Vi也是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压。

图6是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例六的简明电原理方框示意图; 该图6是在图5的基础上增加了为所述调控电路200供电的简易降压稳压供电模块，该供电模块包括降压电阻RV、稳压二极管DV和三极晶体管Q1，该三极晶体管Q1为三极管；降压电阻RV和稳压二极管DV串联后电连接在所述整流桥电路B1的输出两端，其中稳压二极管DV的阳极接地，该地就是所述整流桥电路B1的负输出端，降压电阻RV接所述整流桥电路B1的正输出端；三极晶体管Q1的基极电连接在降压电阻RV和稳压二极管DV之间，三极晶体管Q1的集电极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，三极晶体管Q1的发射极电连接到所述调控电路200的电源端口。在该图6中供电模块还包括电容C5，该电容C5电连接在三极晶体管Q1的发射极和地之间，电容C5的作用是起储能和稳压作用。本发明各实施例所用调控电路200实际上是一块可编程序的集成电路。所述供电模块除了提供稳定电压给集成电路外，在集成电路进入休眠模式时，还能降低待机的功耗；待机时，主要消耗电能的是降压电阻RV，由于三极晶体管Q1只是被用作为电流跟随器起放大作用，而降压电阻RV消耗的电流则可以低至几个微安，所以很节约电力。图6中的开关元件300采用的是场效应管Q2。在该实施例六中，所述输入电压Vi也是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压。

图7是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例七的简明电原理方框示意图; 该图7与图6基本相同，不同的是供电模块的三极晶体管Q1采用的是场效应管；三极晶体管Q1的栅极电连接在降压电阻RV和稳压二极管DV之间，三极晶体管Q1的漏极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，三极晶体管Q1的源极电连接到所述调控电路200的电源端口。在该实施例七中，所述输入电压Vi也是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压。

图8是所述LED灯可调光的恒流驱动电路实施例八的简明电原理方框示意图; 该图8是在图6的基础上增加了隔离二极管D2和储能电容C2；隔离二极管D2的阳极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，隔离二极管D2的阴极电连接在DC-DC降压电路的LED灯的阳极端；储能电容C2电连接在隔离二极管D2的阴极和地之间。这样当交流市电过零时，储能电容C2还能提供电能给LED灯。在该实施例八中，所述输入电压Vi也是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路的峰值电压或平均峰值电压。

图1至图8中的LED灯可以是单个LED，也可以是多个LED串联，或者是多个LED串联后再并联。

图9是所述LED灯可调光的恒流驱动电路的一种具体电路示意图；在该图9中,开关元件300为N沟道型的场效应管Q2，场效应管Q2、二极管D1和电感L1组成DC-DC降压电路，LED灯是其负载，LED灯由多个串联的LED组成，当然LED灯也可以只用一个LED，也可以是多个LED串联后再并联；整流桥电路B1将交流市电整流成为脉动直流，整流桥电路B1的两个AC端口为交流市电的输入端，整流桥电路B1的正输出端和负输出端（地）为整流桥电路B1的输出两端，该整流桥电路B1的输出作为DC-DC降压电路和电压检测模块100的输入；所述LED恒流驱动电路包括电压检测模块100和调控电路200，以及还包括感应器J1、降压电阻RV、稳压二极管DV和电阻R5，感应器J1为红外感应器；降压电阻RV和稳压二极管DV组成供电模块，为所述调控电路200降压稳压供电；所述调控电路200采用有八个端口的微控制单元U1，例如ATMEL（爱特梅尔）公司生产的型号为atmega88的微控制单元，或者中国台湾的义隆电子股份有限公司公司生产的型号为EM78P259的微控制单元，等等；所述电压检测模块100包括四个电阻R1～R4，其中电阻R1和R2串联后电连接在DC-DC降压电路的输入两端，在所述整流桥电路B1的正输出端接入了一个隔离二极管D2，这样就使得电阻R1和R2串联后电连接在隔离二极管D2的阴极和整流桥电路B1的负输出端之间，即该得电阻R1和R2电连接在隔离二极管D2的阴极端，主要起检测DC-DC降压电路的输入电压Vi的作用，电阻R3和R4串联后也电连接在所述整流桥电路B1的输出两端，图9中采用两组分压电阻来作为电压检测模块100，其中电阻R3和R4可作为备用的电压检测模块100，该电阻R3和R4电连接在隔离二极管D2的阳极端，主要是起检测市电整流后输入给所述微控制单元U1之输入电压的作用，这样更安全和更准确；场效应管Q2的栅极通过电阻R5电连接到微控制单元U1的第一个端口OUT，场效应管Q2的漏极电连接到电感L1和二极管D1的阳极，场效应管Q2的源极接地，该地就是所述整流桥电路B1的负输出端；降压电阻RV和稳压二极管DV串联后电连接在所述整流桥电路B1的输出两端，其中稳压二极管DV的阳极接地，降压电阻RV接所述整流桥电路B1的正输出端；微控制单元U1的第五个端口VDD接降压电阻RV和稳压二极管DV的公共端；感应器J1为红外感应器，该红外感应器J1的第一个端口IR电连接到微控制单元U1的第三个端口IR，红外感应器J1的第二个端口接地，红外感应器J1的第三个端口接降压电阻RV和稳压二极管DV的公共端；微控制单元U1的第四个端口VSS接地，微控制单元U1的第六个端口V2接电阻R1和R2的公共端V2，微控制单元U1的第七个端口V1接电阻R3和R4的公共端V1，微控制单元U1的第二个端口和第八个端口悬空。

在图9中，所述LED灯可调光的恒流驱动电路还包括滤波电容C1、储能电容C2、电容C3、电容C4和隔离二极管D2。隔离二极管D2的阳极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，隔离二极管D2的阴极电连接在DC-DC降压电路的二极管D1的阴极，也是LED灯中第一个LED的阳极，储能电容C2电连接在隔离二极管D2的阴极和地之间。这样当交流市电过零时，储能电容C2还能提供电能给LED灯，而且储能电容C2能让整流后的电压波动更小。滤波电容C1并联在LED灯两端，该滤波电容C1作用是滤波，该滤波电容C1能让LED灯的电流纹波更小，滤波电容C1的电容值大，可使流过LED灯的电流也能很平滑。电容C3并联在电阻R2的两端，电容C3的作用是让DC-DC降压电路两端的峰值电压更平稳些，这样检测值更稳定。电容C4并联在稳压二极管DV的两端，电容C4的作用是起储能和稳压的作用，在交流电过零时，提供电能给微控制单元U1用，在电压为峰值电压时让微控制单元U1的电压更平稳些。

在图9的具体电路中，当所述DC-DC降压电路两端和电压检测模块100两端一起并联的储能电容C2的容量比较小时，也就是储能电容C2的容量值小得在一个电压波动周期内，输入电压Vi的波动大于或等于5%时，所述输入电压Vi是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压；当所述DC-DC降压电路两端和电压检测模块100两端一起并联的储能电容C2的容量足够大时，也就是储能电容C2的容量值大得在一个电压波动周期内，输入电压Vi的波动小于5%时，所述输入电压Vi一般可以采用市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的平均电压，当然所述输入电压Vi也可以采用市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压，此时采用峰值电压或平均峰值电压和采用平均电压差不多。

图9的LED灯可调光的恒流驱动电路能接收红外信号进行遥控调光，遥控器内的调光信号模块电路在本发明中没有画出；图9的整流桥电路B1整流后的电压分为两路，一路直接通过降压电阻RV和稳压二极管DV供电给微控制单元U1和感应器J1，一路通过隔离二极管D2供给DC-DC降压电路和电压检测模块100的电阻R1和R2；微控制单元U1通过接收红外信号来控制LED灯的亮度。

采用本发明LED灯可调光的恒流驱动方法和电路，DC-DC降压电路中的电感L1可采用电感量较小的电感，例如采用毫亨级别的电感，这样就可使得电感L1的体积较小，例如图9具体电路中的电感L1可采用1.5毫亨。

本发明提出了另外一种设计思路，不用串联的反馈电阻来达到恒流，而通过电压检测模块100采集整流后的峰值电压或平均峰值电压，甚至或者是平均电压，再通过调控电路200分析电压检测模块100的输出电压信号，来实时监测DC-DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件300的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件300的导通对截止时间的比率，从而使驱动所述LED的电流保持恒定，并且让开关元件300保持工作在谷底开关模式。现有技术的微控制单元都集成有A/D转换器和PWM控制器，这样单个微控制单元就能实现采集电压信号，控制开关元件300的导通和截止时间，达到控制LED电流恒定，并接收外部信号，来调整LED电流而实现智能调光。

虽然市电整流后的电压以100赫兹的周期从零到三百伏不停的变化（不同国家市电的频率和电压虽然不同，按照本发明的方法也能实现恒流控制），但其有效平均电压变化不大，且每次峰值电压持续约50微秒。1兆赫兹微控制单元的A/D转换器的速度能快于20微秒，这就能采样每次的峰值电压。只要取平均峰值电压来代表平均有效电压，通过微控制单元来控制开关元件300的开关，这样整体上流过LED灯的平均电流就能保持恒流。就能以几十微秒甚至上百微秒的反应速度来实现恒流驱动，这样较低成本和较低功耗的集成电路就能实现在电压波动时保持电流的恒定，从而实现智能调光。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种LED灯可调光的恒流驱动方法，基于包括开关元件（300）、二极管D1、电感L1和LED灯组成的DC-DC降压电路；所述方法包括如下步骤：

设置电压检测模块（100），该电压检测模块（100）接收来自市电整流后脉动电力的电压信号；

设置控制所述开关元件（300）导通和截止的调控电路（200），该调控电路（200）接收所述电压检测模块（100）的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测所述DC-DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件（300）之单个周期的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件（300）的导通对截止时间的比率，从而使驱动所述LED灯的电流保持恒定。

2.根据权利要求1所述的LED灯可调光的恒流驱动方法，其特征在于：

所述输入电压Vi是指市电整流后输入给所述DC-DC降压电路两端的峰值电压或平均峰值电压或平均电压。

3.根据权利要求1所述的LED灯可调光的恒流驱动方法，其特征在于：

所述LED灯的驱动电流在保持恒定的同时，所述开关元件（300）工作在谷底开关模式。

4.根据权利要求1所述的LED灯可调光的恒流驱动方法，其特征在于：

所述调控电路（200）还接收调光信号（400），来调整所述开关元件（300）的导通时间TH或截止时间TL，从而使驱动LED灯的电流发生变化来达到调光的目的。

5.根据权利要求1至4之任一项所述的LED灯可调光的恒流驱动方法，其特征在于：

所述开关元件（300）的导通时间TH根据以下经验公式计算得出，TH=I*L/(Vi-Vd)，其中I是电感L1的峰值电流，单位为安培，L是电感L1的电感值，单位为亨，Vi是所述DC-DC降压电路两端的输入电压，单位为伏特，Vd是所述LED灯的导通电压，单位为伏特，导通时间TH的单位为秒。

6.根据权利要求1至4之任一项所述的LED灯可调光的恒流驱动方法，其特征在于：

所述开关元件（300）的截止时间TL根据以下经验公式计算得出，TL≥I*L/Vd，其中I是电感L1的峰值电流，单位为安培，L是电感L1的电感值，单位为亨，Vd是所述LED灯的导通电压，单位为伏特，截止时间TL的单位为秒。

7.根据权利要求1至4之任一项所述的LED灯可调光的恒流驱动方法，其特征在于：

所述调控电路(200)是可编程序的集成电路，包括可编程序的微控制单元或单片微处理器及其外围电路。

8.一种LED灯可调光的恒流驱动电路,包括由开关元件（300）、二极管D1、电感L1和LED灯组成的DC-DC降压电路，以及将市电整流成为脉动直流的整流桥电路B1;其特征在于：

还包括电压检测模块（100）和调控电路（200）；所述电压检测模块（100）电连接在所述整流桥电路B1的输出两端；所述调控电路（200）与所述电压检测模块（100）和开关元件（300）互相电连接，该调控电路（200）接收所述电压检测模块（100）的输出电压信号，通过分析该输出电压信号，来实时监测所述DC-DC降压电路两端的输入电压Vi,并计算得出所述开关元件（300）之单个周期的导通时间TH和截止时间TL，来控制所述开关元件（300）的导通对截止时间的比率，从而使驱动LED灯的电流保持恒定。

9.根据权利要求8所述的LED灯可调光的恒流驱动电路,其特征在于：

还包括能接收外部调光信号模块发送调光信号的感应器J1，该感应器J1将接收的调光信号传递给所述调控电路（200），所述调控电路（200）接收到该调光信号后，来调整所述开关元件（300）的导通时间TH或截止时间TL，从而使驱动LED灯的电流发生变化来达到调光的目的。

10.根据权利要求8所述的LED灯可调光的恒流驱动电路，其特征在于：

所述电压检测模块（100）包括串联在一起的两个电阻R1、R2，该串联的两个电阻R1、R2电连接在所述整流桥电路B1的输出两端；所述调控电路（200）的一个端口电连接在两个电阻R1、R2之间。

11.根据权利要求8所述的LED灯可调光的恒流驱动电路，其特征在于：

还包括隔离二极管D2和储能电容C2；隔离二极管D2的阳极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，隔离二极管D2的阴极电连接在所述DC-DC降压电路的LED灯的阳极端；储能电容C2电连接在隔离二极管D2的阴极和地之间。

12.根据权利要求8至11之任一项所述的LED灯可调光的恒流驱动电路，其特征在于：

还包括为所述调控电路（200）降压稳压供电的供电模块，该供电模块包括降压电阻RV、稳压二极管DV和三极晶体管Q1，该三极晶体管Q1为场效应管或三极管；降压电阻RV和稳压二极管DV串联后电连接在所述整流桥电路B1的输出两端，其中稳压二极管DV的阳极接地，该地就是所述整流桥电路B1的负输出端，降压电阻RV接所述整流桥电路B1的正输出端；三极晶体管Q1的栅极或基极电连接在降压电阻RV和稳压二极管DV之间，三极晶体管Q1的漏极或集电极电连接在所述整流桥电路B1的正输出端，三极晶体管Q1的源极或发射极电连接到所述调控电路（200）的电源端口。