CN106332363B - Led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种LED驱动电路，本公开涉及的LED驱动电路通过设置使得多组LED负载可以在并联状态和串联状态间切换，在输入电压较低时使得LED负载处于并联状态，并通过设置在对应的并联支路上的晶体管工作在线性状态调节流过对应的LED负载的电流，在输入电压升高后使得LED负载或驱动模块处于串联状态，并通过设置于串联路径上的晶体管调节流过所有LED负载的电流。由此，一方面可以使得所有的LED负载的工作时间相同，另一方面可以使得所有的LED负载在整个工作周期中大部分时候都工作。提高电路整体寿命的同时提高了LED负载的利用率。

Description

LED驱动电路
技术领域
本发明涉及电力电子，具体地，涉及一种LED驱动电路。
背景技术
为了实现LED驱动电路的小型化，通常会将线性电源(LDO)与LED负载集成在一起，直接接收整流后的半波信号驱动LED负载工作。
图1示出了现有技术中的LED驱动电路的电路图。如图1所示，多组LED负载串联连接在输入端口的高压端和低压端(图中为接地端)之间。多个晶体管S1-S4分别连接在对应的LED负载的负极和接地端之间，输入电压为经过整流后的半波信号。当输入电压较低时，晶体管S1工作在线性状态，使得LED负载D2、D3、D4被短路，同时晶体管S1可以根据需要调节流过LED负载的电流。在输入电压升高时晶体管S2工作于线性状态，使得LED负载D3、D4被短路，晶体管S2调节流过由LED负载D1、D2组成的串联负载的电流，以此类推。图2示出了输入电压变化与晶体管的状态工作波形图。在图1所示的技术方案中，在每个工作周期内，LED负载D1的工作时间最长，而最靠近接地端的LED负载D4的工作时间最短。一方面LED的使用程度不均，这会降低整个电路的使用寿命，另一方面，LED负载的绝对使用时间较短，对于LED的利用率不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种LED驱动电路，以使得多组LED负载的使用时间平均化，提高整个电路的使用寿命。
第一方面，提供一种LED驱动电路，包括：
N+1个LED负载和N个隔离元件，连接在输入端口的高压端和低压端之间，所述N个隔离元件连接在相邻的LED负载之间；
N个第一晶体管和N个第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态、导通状态或同时处于关断状态以控制所述N+1个LED负载处于并联状态或串联状态；以及
第三晶体管，在第一晶体管和所述第二晶体管处于关断状态时受控工作于线性状态以调节流过所述N+1个LED负载的电流；
其中，N大于等于1。
优选地，所述第三晶体管在所述第一晶体管和第二晶体管工作于线性状态时受控处于导通状态。
优选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态时使得流过每个所述LED负载的电流相等。
优选地，在输入电压高于第一阈值低于第二阈值时，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态或导通状态，所述第三晶体管受控处于导通状态；在输入电压高于所述第二阈值时，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控切换到关断状态，所述第三晶体管受控切换到线性状态。
优选地，所述隔离元件为电容；
在输入电压下降到低于所述第二阈值时，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管均受控工作于线性状态，调节流过的电流使得所述电容两端的电压逐渐翻转并上升到预定值。
优选地，所述电容的电容值根据LED负载串联时的工作电流和每个周期内串联模式的期望持续时间确定。
优选地，所述隔离元件为电容或电阻。
优选地，所述第一晶体管连接在对应的隔离元件的第一端和低压端之间；所述第二晶体管连接在高压端和对应于隔离元件的第二端之间；
其中，所述第三晶体管与LED负载之一串联连接。
优选地，所述第一晶体管连接在对应的隔离元件的第一端和中间端之间；所述第二晶体管连接在高压端和对应的隔离元件的第二端之间；N+1个LED负载和N个隔离元件连接在所述高压端和所述中间端之间；
其中，所述第三晶体管连接所述中间端和低压端之间。
优选地，所述第一晶体管连接在对应的隔离元件的第一端和所述低压端之间；所述第二晶体管连接在中间端和对应的隔离元件的第二端之间；N+1个LED负载和N个隔离元件连接在所述中间端和所述低压端之间；
其中，所述第三晶体管连接所述高压端和所述中间端之间。
第二方面，提供一种LED驱动电路，包括：
N+1个LED驱动模块和N个模块隔离元件，连接在输入端口的高压端和低压端之间，所述N个模块隔离元件连接在相邻的LED负载之间；其中，N大于等于1；其中，每个所述LED驱动模块包括能在并联状态和串联状态间切换的M+1个LED负载，其中，M大于等于1；
N个第一晶体管和N个第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态、导通状态或同时处于关断状态以控制所述N+1个LED驱动模块处于并联状态或串联状态；以及，
第三晶体管，在所述第一晶体管和第二晶体管均处于关断状态且LED驱动模块的LED负载处于串联状态时受控工作于线性状态以调节流过串联的LED负载的电流。
优选地，每个所述LED驱动模块包括M个第四晶体管和M个第五晶体管，所述第四晶体管和所述第五晶体管受控部分或全部工作于线性状态和部分处于导通状态或同时处于关断状态以控制所述M个LED负载处于并联状态或串联状态。
优选地，所述第三晶体管在所述第一晶体管和第二晶体管工作于线性状态时和/或第四晶体管和第五晶体管工作于线性状态时受控处于导通状态。
优选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态时使得流过每个所述LED驱动模块的电流相等。
优选地，在输入电压高于第一阈值低于第二阈值时，所述第一晶体管和第二晶体管处于导通状态、第四晶体管和第五晶体管均受控工作于线性状态或导通状态，所述第三晶体管受控处于导通状态；
在输入电压高于所述第二阈值低于第三阈值时，所述第四晶体管和所述第五晶体管受控处于关断状态，所述第一晶体管和所述第二晶体管均受控工作于线性状态，所述第三晶体管受控处于导通状态；
在输入电压高于所述第三阈值时，所述第一晶体管、第二晶体管、第四晶体管和第五晶体管均切换到关断状态，所述第三晶体管受控工作于线性状态。
优选地，所述模块隔离元件为电容；
在输入电压高于所述第三阈值时，所述第四晶体管、所述第五晶体管和所述第三晶体管均受控工作于线性状态，调节流过的电流使得所述电容两端的电压逐渐翻转并上升到预定值。
优选地，所述电容的电容值根据LED驱动模块串联时的工作电流和每个周期内串联模式的期望持续时间确定。
优选地，所述模块隔离元件为电容或电阻。
优选地，所述LED驱动模块还包括：
M个负载隔离元件，与所述M+1个LED负载一同连接在LED驱动模块的输入端口，其中，M个负载隔离元件分别连接在相邻的LED负载之间；
其中，所述第四晶体管连接在对应的负载隔离元件的第一端和LED驱动模块的输入端口的低压端之间；所述第二晶体管连接在LED驱动模块的输入端口的高压端和对应于隔离元件的第二端之间。
优选地，所述负载隔离元件为电容或电阻。
优选地，所述第三晶体管与任意一个所述LED驱动模块中的LED负载之一串联连接；或者，
所述第三晶体管连接在LED驱动电路的输入端口的低压端和被设置为与所述LED驱动电路的输入端口的低压端相邻的LED驱动模块的输入端口低压端之间；或者，
所述第三晶体管连接在LED驱动电路的输入端口的高压端和被设置为与所述LED驱动电路的输入端口的高压端相邻的LED驱动模块的输入端口高压端之间。
通过设置使得多组LED负载可以在并联状态和串联状态间切换，在输入电压较低时使得LED负载处于并联状态，并通过设置在对应的并联支路上的晶体管工作在线性状态调节各LED负载的电流，在输入电压升高后使得LED负载处于串联状态，并通过设置于串联路径上的晶体管调节流过所有LED负载的电流。由此，一方面可以使得所有的LED负载的工作时间相同，另一方面可以使得所有的LED负载在整个工作周期中大部分时候都工作。提高电路整体寿命的同时提高了LED负载的利用率。
进一步，通过将LED驱动电路作为一个模块，以类似的结构实现多个驱动模块之间可以在并联状态和串联状态间切换，从而可以适应于LED负载较多的场合。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是现有技术中的LED驱动电路的示意图；
图2是图1所示的LED驱动电路的输入电压与晶体管电压的工作波形图；
图3是本发明实施例的LED驱动电路的示意图；
图4是图3所示的LED驱动电路的输入电压与晶体管电压的工作波形图；
图5是本发明实施例的LED驱动电路的一个可选实施方式的示意图；
图6是本发明另一个实施例的LED驱动电路的示意图；
图7是本发明另一个实施例的LED驱动电路的一个可选实施方式的示意图；
图8是本发明又一个实施例的LED驱动电路的示意图；
图9是图8所示的LED驱动电路的输入电压与晶体管电压的工作波形图；
图10是本发明又一个实施例的LED驱动电路的一个可选实施方式的示意图；
图11是本发明又一个实施例的LED驱动电路的示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图3是本发明实施例的LED驱动电路的示意图。如图3所示，所述LED驱动电路1包括2组LED负载D1和D2、电容C1以及晶体管S1-S3。其中，LED负载D1、电容C1和LED负载D2顺序连接在LED驱动电路输入端口的高压端h和低压端l之间，也即，电容C1连接在LED负载D1的阴极和LED负载D2的阳极之间。晶体管S1连接在电容C1的第一端a和低压端l之间。晶体管S1的作用在于，在其导通时，其对应的电容C1到低压端l之间的所有元件(在图3中为电容C1和LED负载D2)被短路。具有这类连接关系(连接在作为隔离元件的电容的高压一侧端点和输入端口的低压端连接)和作用的晶体管在本实施例中也称为第一晶体管。晶体管S2连接在电容C2的第二端b和高压端h之间。晶体管S2的作用在于，在其导通时，其对应的电容C1到高压端之间的所有元件(在图3中为电容C1和LED负载D1)被短路。具有这类连接关系(连接在作为隔离元件的电容的低压一侧端点和输入端口的高压端连接)和作用的晶体管在本实施例中也称为第一晶体管。由此，在晶体管S1和S2受控同时导通时，输入端口流入的电流可以沿LED负载D1和晶体管S1构成的支路流向低压端l，也可以沿晶体管S2和LED负载D2构成的支路流向低压端l，这使得LED负载D1和D2处于并联状态。在晶体管S1和S2受控同时处于关断状态时，电容C1两端a和b之间电压为零或负值，在连接关系改变后，从输入端口流入的电流沿LED负载D1、电容C1和LED负载D2构成的通路流动，从而使得LED负载D1和D2处于串联状态。也即，通过晶体管S1和S2受控导通和关断，可以控制两个LED负载D1和D2在并联状态和串联状态间切换。
同时，通过控制晶体管S1和S2导通工作在线性状态，可以调节流过晶体管的电流，从而调节在并联状态下分别流过LED负载D1所在支路的电流和流过LED负载D2所在支路的电流。应理解，在本实施例中，晶体管导通存在两种不同的状态，即导通工作在线性状态或导通状态。在线性状态下，晶体管可以控制流过的电流；而在导通状态下，可以认为晶体管的两极之间被短路。
应理解，在本发明中，晶体管可以工作于关断状态、导通状态和线性状态。在关断状态下，晶体管呈现出极高的电阻使得流过的电流几乎为零。在导通状体下，晶体管呈现出极低的电阻，使得晶体管的压降几乎为零，在线性状态下，晶体管可以根据控制端(例如MOS晶体管的栅极)电压控制流过晶体管的电流。
晶体管S3设置在LED负载和电容构成的串联通路上。具体地，在图3中，晶体管S3与LED负载D2串联连接在电容C1的第二端b和低压端之间。在晶体管S1和S2导通时，晶体管S3处于导通状态，从而不对流过的电流施加影响。在晶体管S1和S2关断时，晶体管S3工作于线性状态，调节流过两个串联LED负载D1和D2的电流。容易理解，晶体管S3也可以设置在串联通路上的其它位置，例如，与LED负载D1串联在高压端和电容C1的第一端a之间。
图4是图3所示的LED驱动电路的输入电压与晶体管电压的工作波形图。如图4所示，本实施例的LED驱动电路可直接与整流电路的输出端连接，接收整流电路输出的正弦半波直流电压VIN。通常，在每个周期内，输入电压VIN由零上升至最大值，再由最大值下降至零。在时刻t1-t2期间，输入电压低于第一阈值V1，不能使得任何一个LED负载导通。在此期间，所有的LED负载不工作，晶体管S1-S3可以处于任意状态。优选地，在此期间，晶体管S1-S3处于关断状态。在时刻t2-t3期间，输入电压在第一阈值V1和第二阈值V2之间上升，该电压可以驱动一个LED负载导通。在此期间，晶体管S1和S2受控工作于线性状态，晶体管S3受控处于导通状态，由此，LED负载D1和D2处于并联状态，通过晶体管S1和S2分别调节流过两个并联支路的电流，实现对于LED负载的控制。优选地，晶体管S1和S2受控工作于线性状态来控制使得流过不同LED负载的电流基本相等。在时刻t3-t4期间，输入电压由第二阈值V2上升至最大值并逐渐下降到第二阈值V2，该电压足以驱动两个串联的LED负载导通。在此期间，晶体管S1和S2关断，使得LED负载D1和D2处于串联状态，通过晶体管S3受控工作于线性状态控制流过串联电路的电流。在输入电压下降到第二阈值V2以下后，按照类似的方式使得电路处于并联状态，并控制流过并联支路的电流。在输入电压下降到第一阈值V1以下后，LED负载D1和D2停止工作，如此循环。由此，在每个周期内t2-t5期间，所有的LED负载均在工作，而且不同LED负载的工作时间相同。
其中，在由串联状态切换为并联状态(也即，晶体管S1、S2由关断切换到工作在线性状态导通)时，由于电容的两端a和b之间的电压为正压(第一端a的电位高于第二段b的电位)，在切换后会过渡到负压，为了防止电流过大损害电路，在切换过程中，需要使得晶体管S1、S2以及S3均工作在线性状态，使得流过晶体管S1和S2的电流IS1和IS2均等于流过未与晶体管S3串联的LED负载D1的电流ID1和流过电容的电流IC1之和，也即：
IS1＝IS2＝ID1+IC1
由此，可以使得电容两端电压逐渐翻转并上升到预定值，而不会由于段时间内电流过大或过小导致电路不能正常工作。
而且，在串联状态下，电容C1两端的电压持续上升，在其上升到一定限度后，LED负载就不能工作了。要使得LED负载在串联时工作的时间足够长，需要控制电容C1上的电压。在串联状态下，电容C1的电压满足：
其中，T为串联导通时间，IS3为流过晶体管S3的电流，C1为电容值，VC1为电容两端电压。为了保持LED负载在整个串联状态下保持工作可以计算获得能够接受的最大电容电压。由此，根据期望的工作时间T以及流过晶体管S3的电流即可以确定电容C1的电容值。也就是说，电容值根据LED负载串联时的工作电流和每个周期内串联模式的期望持续时间确定。
同时，本实施例的LED驱动电路并不限于设置两个并联支路，可以设置更多的LED负载从而获得更多的并联支路。图5是本发明实施例的LED驱动电路的一个可选实施方式的示意图。如图5所示，LED驱动电路2包括3组LED负载D1、D2和D3、电容C1和C2、晶体管S1-S5。其中，LED负载和电容按照LED负载D1、电容C1、LED负载D2、电容C2和LED负载D3的顺序连接在输入端口的高压端h和低压端l之间。晶体管S1和S2与电容C1对应。晶体管S1连接在电容C1的第一端a和低压端l之间。晶体管S2连接在电容C1的第二端b和高压端h之间。晶体管S4和S5与电容C2对应。晶体管S4连接在电容C2的第一端c和低压端l之间。晶体管S5连接在电容C2的第二端d和高压端h之间。由此，在晶体管S1、S2、S4和S5允许电流流过时，三组LED负载D1、D2和D3处于并联状态。LED负载D1与晶体管S1构成一个并联支路，LED负载D2与晶体管S2以及S4构成一个并联支路，LED负载D3与晶体管S5构成并联支路。此时，通过控制晶体管S1工作在线性状态，控制晶体管S2和/或S4工作在线性状态，控制晶体管S5工作在线性状态，就可以分别调节三个并联支路的电流。也就是说，在此期间，晶体管S1、S2、S4、S5中的一部分工作于线性状态(例如S1、S2和S5)，另一部分(例如S4)，就可以调节实现对并联支路的电流调节。通常，设置于同一并联支路上的两个晶体管中，一个处于导通状态，另一个处于线性状态即可。在晶体管S1、S2、S4和S5均关断时，三组LED负载D1、D2和D3与电容C1以及C2组成串联电路。由于电容在初始状态下两端电压为零，在并联状态下第二端的电压高于第一端的电压。因此，在转换到串联状态后，由于电容反向充电，会有电流流过电容，使得整个串联通路导通。也就是说，通过晶体管S1、S2、S4和S5受控在不同状态间切换可以使得多组LED负载在并联状态和串联状态间切换。晶体管S3在并联状态下，通过各并联支路对应的晶体管受控工作于线性状态即可以控制流过个并联支路(也即，各LED负载)的电流。
晶体管S3设置在LED负载和电容构成的串联通路上。具体地，在图5中，晶体管S3与LED负载D3串联连接在电容C2的第二端d和低压端之间。在晶体管S1、S2、S4和S5导通时，晶体管S3处于导通状态，从而不对流过的电流施加影响。在晶体管S1、S2、S4和S5关断时，晶体管S3工作于线性状态，调节流过三个串联LED负载D1、D2和D3的电流。容易理解，晶体管S3也可以设置在串联通路上的其它位置，例如，与LED负载D1串联在高压端和电容C1的第一端a之间。
以此类推，图3和图5所示的LED驱动电路可以扩展到任意数量的LED负载。
同时，在图3和图4所示的LED驱动电路中，电容可以替换为电阻。替换为电阻可以加快切换速度，各晶体管在LED负载由串联模式切换为并联模式时可以直接进行切换，而不需要同时工作在线性状态以等待电容电压达到预定值。但是，由于电容为储能元件，其损耗较小，替换为电阻后，LED驱动电路的整体损耗会增大。
同时，作为替代方式，设置于串联通路上的晶体管还可以有不同的设置方式。图6是本发明另一个实施例的LED驱动电路的示意图。在图6所示的LED驱动电路3中，设置有两组LED负载D1和D2，还包括晶体管S1、S2和S3以及作为隔离元件的电容C1。其中，LED负载D1、电容C1和LED负载D2顺序连接在高压端和一个中间端m之间。晶体管S1连接在电容C1的第一端a和中间端m之间。晶体管S2连接在电容C1的第二端b和高压端h之间。晶体管S3连接在中间端m和低压端l之间。也就是说，将晶体管S1和LED负载D1看作一个并联支路，将晶体管S2和LED负载D2看作另一个并联支路，晶体管S3与上述并联支路组成的并联电路串联。在晶体管S1和S2受控工作于线性状态时，晶体管S3处于导通状态，由晶体管S1和S2分别控制流过对应并联支路的电流。在晶体管S1和S2受控关断时，晶体管S3受控工作于线性状态，此时，LED负载D1和D2处于串联状态，晶体管S3控制流过串联通路的电流。
进一步地，图6所示结构的LED电路也不限于2组LED负载，其可以扩展应用于任意多组LED负载。
同时，晶体管S3的设置位置也并不限于在低压端一侧，其也可以设置在高压端一侧，也即，如图7所示，LED驱动电路4将LED负载和电容连接在中间端m和低压端l之间，与电容靠近低压端一侧的第二端b连接的晶体管均另一端连接到中间端m。晶体管S3连接在中间端m和高压端h之间。这样的结构也可以依据相同的控制方式实现与图6所示电路相同的功能。
同时，可以将图3、图5、图6、图7中的LED负载替换为LED驱动模块，从而实现多层级的控制。图8是本发明又一个实施例的LED驱动电路的示意图。如图8所示，LED驱动电路5包括2个LED驱动模块M1和M2、电容C1以及晶体管S1-S3。LED驱动模块M1和M2均包括输入端口，所述输入端口具有一个高压端和一个低压端。LED驱动模块M1、电容C1和LED驱动模块M2顺序连接在输入端口的高压端h和低压端l之间。晶体管S1连接在电容C1的第一端a和低压端l之间。晶体管S2连接在电容C1的第二端b和高压端h之间。晶体管S3与LED驱动模块M2串联在电容C1的第二端b和低压端之间，从而被设置在LED驱动模块M1、电容C1和LED驱动模块M2组成的串联通路上。在晶体管S1导通时，电容C1和LED驱动模块M2被短路；在晶体管S1导通时，电容C1和LED驱动模块M1被短路，由此，使得LED驱动模块M1和M2形成并联关系。此时，晶体管S3受控导通，通过晶体管S1和S2受控工作于线性状态来控制流过不同并联支路(也即，不同LED驱动模块)的电流。优选地，晶体管S1和S2受控工作于线性状态来控制使得流过不同LED驱动模块的电流基本相等。在晶体管S1和S2关断时，LED驱动模块M1和M2以及电容C1形成串联通路，通过晶体管S3受控工作于线性状态可以控制流过串联通路的电流。
同时，在本实施例中，LED驱动模块M1和M2包括多组LED负载，所述LED负载可以根据控制在串联状态和并联状态之间切换，也即，LED驱动模块可以形成为一个所有LED负载并联构成的复合负载，也可以行为一个所有LED负载串联的复合负载。优选地，LED驱动模块M1和M2采用如图6所示的结构。也即，LED驱动模块M1包括两组LED负载D1和D2、作为隔离元件的电容C2、晶体管S4和S5。LED负载D1连接在模块输入端口的高压端和电容C2的第一端a1之间，LED负载D2连接在电容C2的第二端b1和模块输入端口的低压端之间。晶体管S4连接在模块输入端口的低压端和电容C2的第一端a1之间，晶体管S5连接在模块输入端口的高压端和电容C2的第二端b1之间。LED驱动模块M2具有类似的结构。晶体管S3可以设置在LED驱动模块M2内在图8中，晶体管S3与LED驱动模块M2靠近低压端l一侧的LED负载串联。容易理解，晶体管S3也可以与LED驱动模块M2中的另一个LED负载串联，或与LED驱动模块M1中的任意一个LED负载串联，以实现将其设置在LED负载串联通路上的目的。
由于LED驱动模块中的LED负载也可以在并联状态和串联状态之间切换，LED驱动电路5可以实现多级控制。也即，LED驱动电路5中的所有LED负载D1-D4可以存在如下三种组合方式：
1.LED驱动模块内部的LED负载处于并联状态，LED驱动模块之间也处于并联状态。此时，仅需要驱动一个LED负载工作的电压即可以使得所有的LED负载点亮。
2.LED驱动模块内部的LED负载切换到串联状态，LED驱动模块之间处于并联状态。此时，需要驱动两个LED负载工作的电压才能够使得所有LED负载电量，需要的输入电压更大。
3.LED驱动模块内部的LED负载处于串联状态，LED驱动模块之间也切换到处于串联状态。此时所有的LED负载D1-D4与三个电容C1-C3之间形成串联通路。
对应于三种不同的组合方式，可以采用三级阈值来控制LED驱动电路5工作。图9是图8所示的LED驱动电路的输入电压与晶体管的控制时序关系图。如图9所示，在时刻t1-t2期间，输入电压有零上升到第一阈值V1。此时的输入电压不能驱动任何一个LED负载导通。在此期间，所有的LED负载不工作，晶体管S1-S7可以处于任意状态。在时刻t2-t3期间，输入电压由第一阈值V1上升到第二阈值V2，该电压可以驱动1个LED负载导通。在此期间，晶体管S4-S7受控工作于线性状态，控制流过对应的LED负载的电流。晶体管S1-S3受控处于导通状态。此时，所有LED负载处于并联状态。通过晶体管S4-S7就可以分别调节4个LED负载的电流。在时刻t3-t4期间，输入电压由第二阈值V2上升到第三阈值V3，该电压可以驱动2个串联的LED负载导通，在此期间，晶体管S4-S7关断，使得LED驱动模块M1中的LED负载D1和D2形成串联，LED驱动模块M2中的LED负载D3和D4形成串联。而晶体管S1-S2受控工作于线性状态，使得LED负载D1和D2的串联电路与D3和D4的串联电路并联。晶体管S3受控处于导通状态。晶体管S1用于调节流过LED驱动模块M1的电流，晶体管S2调节流过LED驱动模块M2的电流。在时刻t4-t5期间，输入电压由第三阈值V3上升到最大值再下降到第三阈值V3，该电压可以驱动4个串联的LED负载导通，在此期间，晶体管S1-S2、S4-S7均关断，从而LED负载D1-D4形成串联关系。晶体管S3受控工作于线性状态，调节流过串联电路的电流。在时刻t5-t6期间，输入电压由第三阈值V3下降到第二阈值V2，在此期间的控制方式与时刻t3-t4期间相同，通过控制S1-S2受控工作于线性状态，并控制晶体管S4-S7关断，使得LED负载D1和D2的串联电路与D3和D4的串联电路并联。在时刻t6-t7期间，输入电压由第二阈值V2下降到第一阈值V1，在此期间的控制方式与时刻t2-t3期间相同，通过控制晶体管S4-S7均受控工作于线性状态，晶体管S1-S3处于导通状态，使得LED负载D1-D4并联。在t7-t8期间，输入电压下降到低于第一阈值V1，LED负载D1和D2停止工作，如此循环。由此，在每个周期内的t2-t7期间，所有的LED负载均在工作，而且不同的LED负载的工作时间相同。
本实施例的电路可以使得LED驱动电路驱动更多数量的LED负载。
类似地，LED驱动模块之间由串联状态切换为并联状态时，由于电容C1两端ab之间的电压为正压，在切换后会过渡到负压，为了防止电流过大损害电路，在切换过程中，需要使得晶体管S1、S2以及S3均工作在线性装置，使得流过晶体管S1和S2的电流满足预定关系，进而可以使得电容两端电压逐渐翻转并上升到预定值，而不会由于段时间内电流过大或过小导致电路不能正常工作。
同时，本实施例的LED驱动电路并不限于设置两个并联支路，可以设置更多的LED负载从而获得更多的并联支路。图10是本实施例的LED驱动电路的一个可选实施方式的示意图。如图10所示，LED驱动电路6包括3个LED驱动模块M1-M3、电容C1和C2、晶体管S1-S11。其中，LED驱动模块M1、电容C1、LED驱动模块M2、电容C2和LED驱动模块M3顺序连接在电路输入端口的高压端h和低压端l之间。晶体管S1-S4用于改变LED驱动模块M1-M3之间的连接关系。晶体管S5设置于所有LED负载可能形成的串联通路上。各LED模块的结构与图9所示相同。由此，通过晶体管S1-S4控制LED驱动模块之间的连接关系，通过晶体管S6-S11分别控制LED驱动模块M1-M3内部的LED负载的连接关系，可以使得LED驱动电路中的6组LED负载在全部并联，模块内部串联且模块之间并列，以及全部并联三种状态间切换。在全部并联时，通过模块内对应设置的晶体管控制流过的电流。在模块内部串联且模块之间并列，通过模块对应的晶体管控制流过的电流。在全部串联时，通过设置在串联通路上的晶体管S5控制流过的电流。由此，在保证使用时间的长度和平均度的同时，可以驱动更多的LED负载。
同时，设置于串联通路上的晶体管S5还可以如图11所示设置于LED驱动模块的外部。如图11所示，LED驱动电路7包括两组LED驱动模块M1和M2，还包括晶体管S1、S2和S3以及作为隔离元件的电容C1。其中，LED驱动模块M1、电容C1和LED驱动模块M2顺序连接在高压端和一个中间端m之间。晶体管S1连接在电容C1的第一端a和中间端m之间。晶体管S2连接在电容C1的第二端b和高压端h之间。晶体管S3连接在中间端m和低压端l之间。也就是说，将晶体管S1和LED驱动模块M1看作一个并联支路，将晶体管S2和LED驱动模块M2看作另一个并联支路，晶体管S3与上述并联支路组成的并联电路串联。在晶体管S1和S2受控工作于线性状态时，晶体管S3处于导通状态，由晶体管S1和S2分别控制流过对应并联支路的电流。在晶体管S1和S2受控关断时，晶体管S3受控工作于线性状态，此时，LED负载D1和D2处于串联状态，晶体管S3控制流过串联通路的电流。LED驱动模块M1和M2内部的结构与图10相同，在此不再赘述。由此，可以使得LED驱动电路中的4组LED负载在全部并联，模块内部串联且模块之间并列，以及全部并联三种状态间切换。在全部并联时，通过模块内对应设置的晶体管控制流过的电流。在模块内部串联且模块之间并列，通过模块对应的晶体管控制流过的电流。在全部串联时，通过设置在串联通路上的晶体管S5控制流过的电流。由此，在保证使用时间的长度和平均度的同时，可以驱动更多的LED负载。
容易理解，图11所述的LED驱动电路7中的LED驱动模块的数量也不限于2个，可以扩展为任意多个LED驱动模块。每个LED驱动模块内的LED负载的数量也不限于2个，可以扩展为3个或更多。
同时，在图8、10和11所示的LED驱动电路中，隔离元件可以部分或全部替换为电阻。替换为电阻可以加快切换速度，各晶体管在LED负载由串联模式切换为并联模式时可以直接进行切换，而不需要同时工作在线性状态以等待电容电压达到预定值。但是，由于电容为储能元件，其损耗较小，替换为电阻后，LED驱动电路的整体损耗会增大。可以将仅将模块间的电路隔离元件设置为电阻，也可以仅将模块内的模块隔离元件设置为电阻，还可以将所有的隔离元件均设为电阻。
本公开涉及的LED驱动电路通过设置使得多组LED负载可以在并联状态和串联状态间切换，在输入电压较低时使得LED负载处于并联状态，并通过与设置在对应的并联支路上的晶体管工作在线性状态调节各并联支路的电流，在输入电压升高后使得LED负载或驱动模块处于串联状态，并通过设置于串联路径上的晶体管调节流过所有LED负载的电流。由此，一方面可以使得所有的LED负载的工作时间相同，另一方面可以使得所有的LED负载在整个工作周期中大部分时候都工作。提高电路整体寿命的同时提高了LED负载的利用率。
进一步，通过将LED驱动电路作为一个模块，以类似的结构实现多个驱动模块之间可以在并联状态和串联状态间切换，从而可以适应于LED负载较多的场合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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保护范围之内。

Claims (20)

1.一种LED驱动电路，包括：
N+1个LED负载和N个隔离元件，连接在输入端口的高压端和低压端之间，所述N个隔离元件连接在相邻的LED负载之间；
N个第一晶体管和N个第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态、导通状态或同时处于关断状态以控制所述N+1个LED负载处于并联状态或串联状态；以及
第三晶体管，在第一晶体管和所述第二晶体管均处于关断状态时受控工作于线性状态以调节流过所述N+1个LED负载的电流；
其中，所述隔离元件为电容或电阻，N大于等于1。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第三晶体管在所述第一晶体管和第二晶体管工作于线性状态时受控处于导通状态。
3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态时使得流过每个所述LED负载的电流相等。
4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，在输入电压高于第一阈值低于第二阈值时，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态或导通状态，所述第三晶体管受控处于导通状态；在输入电压高于所述第二阈值时，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控切换到关断状态，所述第三晶体管受控切换到线性状态。
5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述隔离元件为电容；
在输入电压下降到低于所述第二阈值时，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管均受控工作于线性状态，调节流过的电流使得所述电容两端的电压逐渐翻转并上升到预定值。
6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电容的电容值根据LED负载串联时的工作电流和每个周期内串联模式的期望持续时间确定。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管连接在对应的隔离元件的第一端和低压端之间；所述第二晶体管连接在高压端和对应于隔离元件的第二端之间；
其中，所述第三晶体管与LED负载之一串联连接。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管连接在对应的隔离元件的第一端和中间端之间；所述第二晶体管连接在高压端和对应的隔离元件的第二端之间；N+1个LED负载和N个隔离元件连接在所述高压端和所述中间端之间；
其中，所述第三晶体管连接所述中间端和低压端之间。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管连接在对应的隔离元件的第一端和所述低压端之间；所述第二晶体管连接在中间端和对应的隔离元件的第二端之间；N+1个LED负载和N个隔离元件连接在所述中间端和所述低压端之间；
其中，所述第三晶体管连接所述高压端和所述中间端之间。
10.一种LED驱动电路，包括：
N+1个LED驱动模块和N个模块隔离元件，连接在输入端口的高压端和低压端之间，所述N个模块隔离元件连接在相邻的LED驱动模块之间；其中，N大于等于1；其中，每个所述LED驱动模块包括能在并联状态和串联状态间切换的M+1个LED负载，其中，M大于等于1；
N个第一晶体管和N个第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态、导通状态或同时处于关断状态以控制所述N+1个LED驱动模块处于并联状态或串联状态；以及，
第三晶体管，在所述第一晶体管和第二晶体管均处于关断状态且LED驱动模块的LED负载处于串联状态时受控工作于线性状态以调节流过串联的LED负载的电流。
11.根据权利要求10所述的LED驱动电路，其特征在于，每个所述LED驱动模块包括M个第四晶体管和M个第五晶体管，所述第四晶体管和所述第五晶体管受控工作于线性状态、导通状态或同时处于关断状态以控制所述M个LED负载处于并联状态或串联状态。
12.根据权利要求11所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第三晶体管在所述第一晶体管和第二晶体管工作于线性状态时和/或第四晶体管和第五晶体管工作于线性状态时受控处于导通状态。
13.根据权利要求10所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管受控工作于线性状态时使得流过每个所述LED驱动模块的电流相等。
14.根据权利要求12所述的LED驱动电路，其特征在于，在输入电压高于第一阈值低于第二阈值时，所述第一晶体管和第二晶体管处于导通状态、第四晶体管和第五晶体管受控工作于线性状态或导通状态，所述第三晶体管受控处于导通状态；
在输入电压高于所述第二阈值低于第三阈值时，所述第四晶体管和所述第五晶体管受控处于关断状态，所述第一晶体管和所述第二晶体管均受控工作于线性状态，所述第三晶体管受控处于导通状态；
在输入电压高于所述第三阈值时，所述第一晶体管、第二晶体管、第四晶体管和第五晶体管均切换到关断状态，所述第三晶体管受控工作于线性状态。
15.根据权利要求14所述的LED驱动电路，其特征在于，所述模块隔离元件为电容；
在输入电压高于所述第三阈值时，所述第四晶体管、所述第五晶体管和所述第三晶体管均受控工作于线性状态，调节流过的电流使得所述电容两端的电压逐渐翻转并上升到预定值。
16.根据权利要求15所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电容的电容值根据LED驱动模块串联时的工作电流和每个周期内串联模式的期望持续时间确定。
17.根据权利要求10所述的LED驱动电路，其特征在于，所述模块隔离元件为电容或电阻。
18.根据权利要求10-17中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动模块还包括：
M个负载隔离元件，与所述M+1个LED负载一同连接在LED驱动模块的输入端口，其中，M个负载隔离元件分别连接在相邻的LED负载之间；
其中，所述第四晶体管连接在对应的负载隔离元件的第一端和LED驱动模块的输入端口的低压端之间；所述第二晶体管连接在LED驱动模块的输入端口的高压端和对应于隔离元件的第二端之间。
19.根据权利要求18所述的LED驱动电路，其特征在于，所述负载隔离元件为电容或电阻。
20.根据权利要求18所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第三晶体管与任意一个所述LED驱动模块中的LED负载之一串联连接；或者，
所述第三晶体管连接在LED驱动电路的输入端口的低压端和被设置为与所述LED驱动电路的输入端口的低压端相邻的LED驱动模块的输入端口低压端之间；或者，
所述第三晶体管连接在LED驱动电路的输入端口的高压端和被设置为与所述LED驱动电路的输入端口的高压端相邻的LED驱动模块的输入端口高压端之间。
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