CN108770132B - Led全电压高效率线性驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种LED全电压高效率线性驱动电路，包括LED负载模块和工作模式控制模块，LED负载模块包括第一负载和第二负载，第一负载和第二负载均连接至外接电源的输出端，通过工作模式控制模块连接至第一负载和第二负载的输出端以形成回路，从而使第一负载和第二负载正常工作，且工作模式控制模块还连接至第二负载的输入端和外接电源的输出端之间，可以控制第二负载与外接电源之间的通断，从而控制第一负载和第二负载之间的串并联连接方式，实现LED灯串的线性全电压驱动；而且还能根据外接电源的电压来调整LED负载模块的工作电流，使得第一负载和第二负载的工作电流随着电压的升高而降低，保证LED灯串能够高效率的工作，降低其他额外的功耗。

Description

LED全电压高效率线性驱动电路

技术领域

本发明实施例涉及LED驱动技术领域，尤其是一种LED全电压高效率线性驱动电路。

背景技术

LED是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，例如用LED作为显示器或其他照明设备或背光源时，需要对LED进行驱动。

现有技术中典型的LED线性恒流驱动方式中，灯具的输出功率为P_out＝U_led×I_out，其中U_led是灯串的电压，I_out是灯串电流，通常采用120Vac作为输入电压的线性电源不可以工作在220Vac的输入环境下，否则驱动芯片会因为本身的功耗过大导致损坏，最终LED灯具无法正常使用；而采用220Vac作为输入电压的线性电源，因为LED灯珠压降远大于120Vac线网整流后的脉动直流电压，导致在120Vac输入范围内，无法达到LED灯珠压降，LED灯具无法正常工作。

现有的LED照明线性驱动为了满足客户的高效率要求，通常工作在单一电压下，不能满足高低电压的全电压工作要求，而在高低电压下工作时，又会导致功率不一致的问题。

发明内容

本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种LED全电压高效率线性驱动电路，实现LED线性全电压、高效率且高低压功率一致的驱动功能。

为解决上述技术问题，本发明创造的实施例采用的一个技术方案是：提供一种LED全电压高效率线性驱动电路，包括：

LED负载模块，包括第一负载和第二负载，所述第一负载和第二负载均设有若干依次串联的LED灯珠，所述第一负载的输入端和第二负载的输入端均连接至外接电源的输出端；

工作模式控制模块，连接至所述第一负载的输出端和第二负载的输出端以形成回路，所述工作模式控制模块与所述外接电源连接，且所述工作模式控制模块还连接至所述第二负载的输入端与所述外接电源的输出端之间的线路上，用于使所述第一负载和第二负载之间的串并联连接状态以及所述第一负载和第二负载的工作电流改变。

可选地，当所述第一负载和第二负载并联时，所述外接电源的电压小于第一预设阈值，所述外接电源的输出功率为P1；当所述第一负载和第二负载串联时，所述外接电源的电压大于第二预设阈值，所述外接电源的输出功率为P3；当所述第一负载和第二负载由并联连接转入串联连接，所述外接电源的电压大于所述第一预设阈值且小于所述第二预设阈值，所述外接电源的输出功率为P2；所述P1、P2和P3两两之间的差值小于预设功率阈值，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值。

可选地，还包括：

整流模块，所述整流模块的输入端连接至外接电源的输出端，用于将所述外接电源的电压信号整流后输出，所述第一负载的输入端和第二负载的输入端均连接至所述整流模块的输出端。

可选地，所述工作模式控制模块包括：

开关管单元，设置于所述第二负载的输入端与所述整流模块的输出端之间的线路上；

模式控制单元，包括第一输出端OUT1和第二输出端OUT2，所述第一输出端OUT1连接至第一功率管M1的栅极，所述第一功率管M1的源极接地，所述第一功率管M1的漏极连接至所述第一负载的输出端；所述第二输出端OUT2连接至第二功率管M2的栅极，所述第二功率管M2的源极接地，所述第二功率管M2的漏极连接至所述第二负载的输出端，所述第二负载的输出端还通过正向导通的二极管D1连接至所述第一负载的输入端；

信号检测单元，与所述整流模块、开关管单元和模式控制单元连接，用于检测所述整流模块输出的电压后分别输出第一控制信号和第二控制信号至开关管单元和模式控制单元，以使所述第一负载和第二负载之间的串并联连接状态改变并使所述第一负载和第二负载的工作电流改变，所述信号检测单元还输出第三控制信号至模式控制单元，用于微调所述第一负载和第二负载的工作电流。

可选地，所述信号检测单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、滤波电阻Rs、滤波电容C、第一比较器U1和第二比较器U2，所述第一电阻R1的第一端连接至所述整流模块的输出端，所述第一电阻R1的第二端通过所述第二电阻R2接地，所述第一电阻R1的第二端还连接至所述滤波电阻Rs的第一端，所述滤波电阻Rs的第二端连接至所述第一比较器U1的正极输入端，所述滤波电阻Rs的第二端还通过滤波电容C接地，所述第一比较器U1的负极输入端连接至内部阈值电压信号端Vref1，所述第一比较器U1的输出端连接至En控制端，所述En控制端连接至所述开关管单元并输出所述第一控制信号至所述开关管单元；所述第一比较器U1的输出端还分别连接至第一开关器S1和通过反向器连接至第二开关器S2，所述第一开关器S1的输入端连接至高电压阈值端Vref2，所述第一开关器S1的输出端连接至第三信号输出端Vref4，所述第二开关器S2的输入端连接至低电压阈值端Vref3，所述第二开关器S2的输出端连接至所述第三信号输出端Vref4，所述第三信号输出端Vref4连接至所述模式控制单元并输出所述第三控制信号至所述模式控制单元；所述第一电阻R1的第二端还连接至第二比较器U2的正极输入端，所述第二比较器U2的负极输入端连接至所述第二比较器U2的输出端，所述第二比较器U2的输出端连接至第二信号输出端Ictrl，所述第二信号输出端Ictrl连接至所述模式控制单元并输出所述第二控制信号至所述模式控制单元。

可选地，所述模式控制单元包括第一控制块和第二控制块，所述第一控制块的输入端连接至所述第三信号输出端Vref4和第二信号输出端Ictrl，所述第一控制块的输出端连接至所述第一输出端OUT1；所述第二控制块的输入端连接至所述第三信号输出端Vref4和第二信号输出端Ictrl，所述第二控制块的输出端连接至所述第二输出端OUT2。

可选地，所述第一控制块包括第三比较器U3、第四比较器U4、第五比较器U5和第六比较器U6，所述第三比较器U3的正极输入端连接至所述第二信号输出端Ictrl，所述第三比较器U3的负极输入端通过第三电阻R3和第四电阻R4连接至第四比较器U4的输出端，所述第三比较器U3的负极输入端还连接至第一MOS管Q1的源极，所述第一MOS管Q1的栅极连接至所述第三比较器U3的输出端，所述第一MOS管Q1的漏极连接至内部电压源Vdd；所述第四比较器U4的正极输入端连接至所述第三信号输出端Vref4，所述第四比较器U4的负极输入端连接至所述第三电阻R3和第四电阻R4之间的线路上，所述第四比较器U4的输出端连接至所述第五比较器U5的正极输入端，所述第五比较器U5的负极输入端通过第五电阻R5和第六电阻R6接地，所述第五比较器U5的负极输入端还连接至第二MOS管Q2的源极，所述第五比较器U5的输出端连接至所述第二MOS管Q2的栅极，所述第二MOS管Q2的漏极连接至所述内部电压源Vdd；所述第六比较器U6的正极输入端连接至所述第五电阻R5和第六电阻R6之间的线路上，所述第六比较器U6的使能控制端连接至所述En控制端用于接收所述第一控制信号，所述第六比较器U6的负极输入端通过第七电阻R7接地，所述第六比较器U6的负极输入端还连接至第一功率管M1的源极，所述第六比较器U6的输出端连接至所述第一输出端OUT1，所述第一输出端OUT1连接至所述第一功率管M1的栅极，所述第一功率管M1的漏极连接至所述第一负载的输出端。

可选地，第二控制块包括第七比较器U7、第八比较器U8、第九比较器U9和第十比较器U10，所述第七比较器U7的正极输入端连接至所述第二信号输出端Ictrl，所述第七比较器U7的负极输入端通过第八电阻R8和第九电阻R9连接至第八比较器U8的输出端，所述第七比较器U7的负极输入端还连接至第三MOS管Q3的源极，所述第三MOS管Q3的栅极连接至所述第七比较器U7的输出端，所述第三MOS管Q3的漏极连接至内部电压源Vdd；所述第八比较器U8的正极输入端连接至所述第三信号输出端Vref4，所述第八比较器U8的负极输入端连接至所述第八电阻R8和第九电阻R9之间的线路上，所述第八比较器U8的输出端连接至所述第九比较器U9的正极输入端，所述第九比较器U9的负极输入端通过第十电阻R10和第十一电阻R11接地，所述第九比较器U9的负极输入端还连接至第四MOS管Q4的源极，所述第九比较器U9的输出端连接至所述第四MOS管Q4的栅极，所述第四MOS管Q4的漏极连接至所述内部电压源Vdd；所述第十比较器U10的正极输入端连接至所述第十电阻R10和第十一电阻R11之间的线路上，所述第十比较器U10的负极输入端通过第十二电阻R12接地，所述第十比较器U10的负极输入端还连接至第二功率管M2的源极，所述第十比较器U10的输出端连接至所述第二输出端OUT2，所述第二输出端OUT2连接至所述第二功率管M2的栅极，所述第二功率管M2的漏极连接至所述第二负载的输出端。

本发明实施例的有益效果是：LED负载模块包括第一负载和第二负载，且第一负载和第二负载均设有多个串联的LED灯珠，其中，第一负载和第二负载均连接至外接电源的输出端，通过工作模式控制模块连接至第一负载和第二负载的输出端以形成回路，从而使第一负载和第二负载正常工作，且工作模式控制模块还连接至第二负载的输入端和外接电源的输出端之间，可以控制第二负载与外接电源之间的通断，从而控制第一负载和第二负载之间的串并联连接方式，实现LED灯串的线性全电压驱动；而且还能根据外接电源的电压来调整第一负载和第二负载的工作电流，使得第一负载和第二负载的工作电流随着电压的升高而降低，保证LED灯串能够高效率的工作，降低其他额外的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明LED全电压高效率线性驱动电路实施例的结构示意图；

图2为本发明LED全电压高效率线性驱动电路另一个实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例的具体电路结构示意图；

图4为本发明实施例信号检测单元的电路结构示意图；

图5为本发明实施例第一控制块的电路结构示意图；

图6为本发明实施例第二控制块的电路结构示意图；

图7为本发明实施例的通过LED灯串的电流与整流模块后电压示意图；

图8为本发明实施例的输入功率曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，图1为本发明实施例LED全电压高效率线性驱动电路结构示意图。

如图1所示，一种LED全电压高效率线性驱动电路，包括：LED负载模块1和工作模式控制模块2。

LED负载模块1包括第一负载led1和第二负载led2，第一负载led1和第二负载led2均设有若干依次串联的LED灯珠，第一负载led1的输入端和第二负载led2的输入端均连接至外接电源的输出端；工作模式控制模块2连接至第一负载led1的输出端和第二负载led2的输出端以形成回路，工作模式控制模块2与外接电源连接，且工作模式控制模块2还连接至第二负载led2的输入端与外接电源的输出端之间的线路上，用于使第一负载led1和第二负载led2之间的串并联连接状态以及第一负载led1和第二负载led2的工作电流改变。

外接电源是一种为电路提供电能的装置，在一个实施例中，请参阅图2，图2是本发明LED全电压高效率线性驱动电路另一个实施例的结构示意图，如图2所示，本发明LED全电压高效率线性驱动电路还包括整流模块3，整流模块3的输入端连接至外接电源的输出端，用于将外接电源的电压信号整流后输出至第一负载led1和第二负载led2，第一负载led1的输入端和第二负载led2的输入端均连接至整流模块3的输出端，第二负载led2的输出端还通过正向导通的二极管D1连接至第一负载led1的输入端。在一个实施例中，外接电源可以采用市电，其中，整流模块3连接市电电网后，将电网电压的交流电压信号进行整流后输出直流电压信号。当然，外接电源还可以采用蓄电池、太阳能电池或者其它电能装置，通过整流模块3或者现有技术中常见的变压器来调整电池的输出电压以达到驱动LED负载模块1工作的目的，整流模块3可以采用现有技术中的半波整流电路、全波整流电路或者桥式整流电路等。

LED负载模块1包括第一负载led1和第二负载led2，其中，第一负载led1和第二负载led2分别由若干依次串联的LED灯珠组成，依次串联的LED灯珠形成LED灯串，其中，第一负载led1的输入端为组成第一负载led1的LED灯串中第一个LED灯珠的阳极，第一负载led1的输出端为组成第一负载led1的LED灯串中最后一个LED灯珠的阴极；而第二负载led2的输入端为组成第二负载led2的LED灯串中第一LED灯珠的阳极，第二负载led2的输出端为组成第二负载led2的LED灯串中最后一个LED灯珠的阴极。需要说明的是，在具体实施时，本发明LED全电压高效率线性驱动电路不局限于设置一个LED负载模块1，根据不同的应用场景，电路中的LED负载模块1还可以设置有多个。

工作模式控制模块2与第一负载led1的输出端连接，从而使得外接电源、第一负载led1和工作模式控制模块2形成回路，或者使得外接电源、整流模块3、第一负载led1和工作模式控制模块2形成回路，工作模式控制模块2还与第二负载led2的输出端连接，从而使得外接电源、第二负载led2和工作模式控制模块2形成回路，或者使得外接电源、整流模块3、第二负载led2和工作模式控制模块2形成回路；工作模式控制模块2与整流模块3连接以检测整流模块3的输出电压，且工作模式控制模块2还连接至第二负载led2的输入端与整流模块3的输出端之间的线路上，从而根据检测到的整流模块3的输出电压来控制第二负载led2与整流模块3之间的通断，整流模块3输出低电压则使得第一负载led1和第二负载led2并联连接，整流模块3输出高电压则使得第一负载led1和第二负载led2串联连接，控制第一负载led1和第二负载led2之间的串并联连接方式。

当第一负载led1和第二负载led2并联时，外接电源的电压小于第一预设阈值，外接电源的输出功率为P1；当第一负载led1和第二负载led2串联时，外接电源的电压大于第二预设阈值，外接电源的输出功率为P3；当第一负载led1和第二负载led2由并联连接转入串联连接，外接电源的电压大于第一预设阈值且小于第二预设阈值，外接电源的输出功率为P2；P1、P2和P3两两之间的差值小于预设功率阈值，第一预设阈值小于第二预设阈值。第一预设阈值、第二预设阈值和预设功率阈值为系统预先设置的，且第一预设阈值、第二预设阈值和预设功率阈值根据具体不同的应用场景可以设定不同的数值。

在实施时，以外接电源为市电电网以输出120Vac或者220Vac电网电压为例，当外接电源为低电压输出(即120Vac电网电压)时，工作模式控制模块2使得第一负载led1和第二负载led2并联连接，而当外接电源的输出电压升高到预设高电压值(即220Vac电网电压)时，工作模式控制模块2使得第一负载led1和第二负载led2串联连接，实现全电压的驱动方式。另外，不管是在低压并联状态，还是在高压串联状态，工作模式控制模块2的输出电流均会根据市电的电压变化而变化，当电压上升时，LED灯串的输出电流降低。通过降低LED灯串的电流，即降低第一负载led1和第二负载led2的工作电流，避免驱动端口的功耗增大，从而提高了整体的转换效率，根据预设的阈值保证了高低压LED驱动功率一致，实现全电压工作、高效率转换以及高低压功率一致的功能。

本实施例通过LED负载模块1包括第一负载led1和第二负载led2，且第一负载led1和第二负载led2均设有多个串联的LED灯珠，其中，第一负载led1和第二负载led2均连接至外接电源的输出端，通过工作模式控制模块2连接至第一负载led1和第二负载led2的输出端以形成回路，从而使第一负载led1和第二负载led2正常工作，且工作模式控制模块2还连接至第二负载led2的输入端和外接电源的输出端之间，可以控制第二负载led2与外接电源之间的通断，从而控制第一负载led1和第二负载led2之间的串并联连接方式，实现LED灯串的线性全电压驱动；而且还能根据外接电源的电压来调整第一负载led1和第二负载led2的工作电流，使得第一负载led1和第二负载led2的工作电流随着电压的升高而降低，保证LED灯串能够高效率的工作。

在一个可选实施例中，请参阅图3，图3是本发明LED全电压高效率线性驱动电路的具体电路结构示意图。

如图3所示，工作模式控制模块2包括开关管单元21、模式控制单元22和信号检测单元23。

开关管单元21设置于第二负载led2的输入端与整流模块3的输出端之间的线路上；开关管单元21可以采用现有技术中用于使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元器件，例如开关管等。开关管单元21设置于第二负载led2的输入端和整流模块3的输出端之间，从而实现改变第二负载led2和整流模块3之间的通断的功能。

模式控制单元22包括第一输出端OUT1和第二输出端OUT2，第一输出端OUT1连接至第一功率管M1的栅极，第一功率管M1的源极接地，第一功率管M1的漏极连接至第一端V1，第一端V1连接至第一负载led1的输出端；第二输出端OUT2连接至第二功率管M2的栅极，第二功率管M2的源极接地，第二功率管M2的漏极连接至第二端V2，第二端V2连接至第二负载led2的输出端，第二负载led2的输出端还通过正向导通的二极管D1连接至第一负载led1的输入端；第二负载led2的输出端连接至二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接至第一负载led1的输入端。第一功率管M1和第二功率管M2可以采用场效应管或者三极管。

信号检测单元23与整流模块3、开关管单元21和模式控制单元22连接，用于检测整流模块3输出的电压后分别输出第一控制信号和第二控制信号至开关管单元21和模式控制单元22，以使第一负载led1和第二负载led2之间的串并联连接状态改变并使第一负载led1和第二负载led2的工作电流改变，另外信号检测单元23通过检测经过整理模块3整流后输出的电压，输出第三控制信号至模式控制单元，用于微调所述第一负载和第二负载的工作电流。

模式控制单元22用于改变第一负载led1和第二负载led2之间的串并联连接方式，模式控制单元22还用于改变第一负载led1和第二负载led2的工作电流，其中，模式控制单元22包括第一输出端OUT1和第二输出端OUT2，第一输出端OUT1连接至第一功率管M1的栅极，第二输出端OUT2连接至第二功率管M2的栅极，当信号检测单元23检测到整流模块3输出低电压时，输出第一控制信号至开关管单元21以使开关管单元21导通，以及输出第一控制信号和输出第二控制信号至模式控制单元22以使第一功率管M1和第二功率管M2导通，此时第一负载led1和第二负载led2处于并联连接状态，同时输出第三控制信号至模式工作单元22，以使模式控制单元22调节第一负载led1和第二负载led2的工作电流使第一负载led1和第二负载led2进入正常工作状态；

当信号检测单元23检测到整流模块3输出高电压时，输出第一控制信号至开关管单元21以使开关管单元21截止，以及输出第一控制信号和第二控制信号至模式控制单元22以关闭第一功率管M1并导通第二功率管M2，此时，第二负载led2通过二极管D1与第一负载led1串联，实现全电压驱动方式。另一方面，不管是在低压并联模式还是在高压串联模式下，模式控制单元22根据第三控制信号控制第一负载led1和第二负载led2的电流。避免由于LED灯串的电压是固定的，使得电压的升高导致驱动端口的电压升高，驱动端口上的功耗将会增大，浪费能源，因此此时降低LED灯串的工作电流，就可以相应地降低驱动端口的功耗，提高了整体的转换效率，同时也可通过预设的阈值使得系统在高低压时系统的功率的差值小于预设的功率阈值，实现高效率转换和高低压功率一致的功能。需要指出的是，上述高电压和低电压是由系统预设设定的，例如当本发明LED全电压高效率线性驱动电路连接至至市电电网时，市电电网的电压分为120Vac和220Vac两种，其中120Vac电网电压为低电压而220Vac电网电压为高电压。当然，高电压和低电压不限于上述的市电电网电压，根据具有应用场景的不同，高电压和底电压的电压值还可以设置为不同的电压值。

在一个实施例中，请参阅图4，图4是本发明LED线性全电压驱动电路的信号检测单元的电路结构示意图。

如图4所示，信号检测单元23包括第一电阻R1、第二电阻R2、滤波电阻Rs、滤波电容C、第一比较器U1和第二比较器U2，第一电阻R1的第一端连接至整流模块3的输出端，第一电阻R1的第二端通过第二电阻R2接地，第一电阻R1的第二端还连接至滤波电阻Rs的第一端，滤波电阻Rs的第二端连接至第一比较器U1的正极输入端，滤波电阻Rs的第二端还通过滤波电容C接地，第一比较器U1的负极输入端连接至内部阈值电压信号端Vref1，第一比较器U1的输出端连接至En控制端，En控制端连接至开关管单元21和模式控制单元22并输出第一控制信号至开关管单元21和模式控制单元22；第一比较器U1的输出端还分别连接至第一开关器S1和通过反向器连接至第二开关器S2，第一开关器S1的输入端连接至高电压阈值端Vref2，第一开关器S1的输出端连接至第三信号输出端Vref4，第二开关器S2的输入端连接至低电压阈值端Vref3，第二开关器S2的输出端连接至第三信号输出端Vref4，第三信号输出端Vref4连接至模式控制单元22并输出第三控制信号至模式控制单元22；第一电阻R1的第二端还连接至第二比较器U2的正极输入端，第二比较器U2的负极输入端连接至第二比较器U2的输出端，第二比较器U2的输出端连接至第二信号输出端Ictrl，第二信号输出端Ictrl连接至模式控制单元22并输出第二控制信号至模式控制单元22。

第一电阻R1、第二电阻R2、滤波电阻Rs、滤波电容C和第一比较器U1组成了高低压输入判断的比较电路，用于输出第一控制信号和第三控制信号，滤波电阻Rs和滤波电容C主要是将第一电阻R1和第二电阻R2分压得到的采样信号滤波整流，得到输入电压的有效值，该有效值用于判断高低压输入判断的依据；而第一电阻R1、第二电阻R2和第二比较器U2组成了用于输出第二控制信号的跟随电路；其中内部阈值电压信号端Vref1接内部阈值电压，当第一电阻R1的第一端连接至外接电源的输出端，外接电源的输出电压通过第一电阻R1和第二电阻R2进行分压，并与内部阈值电压进行比较，超过内部阈值电压则认为是高电压输入，此时En控制端为高电平，若低于内部阈值电压则认为是低电压输入，此时En控制端为低电平，高电压阈值端Vref2的电压为高输入电压时的阈值，低电压阈值端Vref3的电压为低输入电压时的阈值，当En控制端为高电平时，第一开关器S1导通而第二开关器S2截止，第三信号输出端Vref4等于Vref2；当En控制端为低电平时，第一开关器S1截止而第二开关器S2导通，第三信号输出端Vref4等于Vref3。第三信号输出端Vref4连接至模式控制单元22并输出第三控制信号至模式控制单元22，用于微调LED灯串的电流。

当信号检测单元23检测到整流模块3的电压为低电压后通过En控制端输出第一控制信号至开关管单元21，此时第一控制信号为低电压信号，以驱动开关管单元21闭合导通整流模块3和第二负载led2，并通过第二信号输出端Ictrl输出第二控制信号至模式控制单元22，以驱动模式控制单元22的第一端V1和第二端V2分别输出电流信号至第一负载led1和第二负载led2，从而使得第一负载led1和第二负载led2并联连接；当信号检测单元23检测到整流模块3的电压为高电压后通过En控制端输出第一控制信号至开关管单元21和模式控制模块22，此时第一控制信号为高电压信号，以驱动开关管单元21截止，断开整流模块3和第二负载led2之间的连接，并通过第二信号输出端Ictrl输出第二控制信号至模式控制单元22，使第二功率管M2导通而第一功率管M1截止。此时，第一负载led1的输出端通过二极管D1导通至第一负载led1的输入端，从而使得第一负载led1和第二负载led2串联连接。以整流模块3连接市电电网为例，电网电压包括120Vac输入电压和220Vac输入电压，其中，120Vac输入电压为电压，220Vac输入电压为高电压，当然，上述高电压和低电压的电压根据具有应用场景的不同可以设置不同的数值范围。

在一个实施例中，模式控制单元22包括第一控制块和第二控制块，所述第一控制块的输入端连接至第三信号输出端Vref4和第二信号输出端Ictrl，第一控制块的输出端连接至第一输出端OUT1；第二控制块的输入端连接至第三信号输出端Vref4和第二信号输出端Ictrl，第二控制块的输出端连接至第二输出端OUT2。

请参阅图5，图5是本发明LED全电压高效率线性驱动电路的第一控制块的具体电路结构示意图。

如图5所示，第一控制块包括第三比较器U3、第四比较器U4、第五比较器U5和第六比较器U6，第三比较器U3的正极输入端连接至第二信号输出端Ictrl，第三比较器U3的负极输入端通过第三电阻R3和第四电阻R4连接至第四比较器U4的输出端，第三比较器U3的负极输入端还连接至第一MOS管Q1的源极，第一MOS管Q1的栅极连接至第三比较器U3的输出端，第一MOS管Q1的漏极连接至内部电压源Vdd；第四比较器U4的正极输入端连接至第三信号输出端Vref4，第四比较器U4的负极输入端连接至第三电阻R3和第四电阻R4之间的线路上，第四比较器U4的输出端连接至第五比较器U5的正极输入端，第五比较器U5的负极输入端通过第五电阻R5和第六电阻R6接地，第五比较器U5的负极输入端还连接至第二MOS管Q2的源极，第五比较器U5的输出端连接至第二MOS管Q2的栅极，第二MOS管Q2的漏极连接至内部电压源Vdd；第六比较器U6的正极输入端连接至第五电阻R5和第六电阻R6之间的线路上，第六比较器U6的使能控制端连接至En控制端用于接收第一控制信号，第六比较器U6的负极输入端通过第七电阻R7接地，第六比较器U6的负极输入端还连接至第一功率管M1的源极，第六比较器U6的输出端连接至第一输出端OUT1，第一输出端OUT1连接至第一功率管M1的栅极，第一功率管M1的漏极连接至第一端V1，第一端V1连接至第一负载led1的输出端。

在一个可选实施例中，请参阅图6，图6是本发明LED全电压高效率线性驱动电路的第二控制块的具体电路结构示意图。

如图6所示，第二控制块包括第七比较器U7、第八比较器U8、第九比较器U9和第十比较器U10，第七比较器U7的正极输入端连接至第二信号输出端Ictrl，第七比较器U7的负极输入端通过第八电阻R8和第九电阻R9连接至第八比较器U8的输出端，第七比较器U7的负极输入端还连接至第三MOS管Q3的源极，第三MOS管Q3的栅极连接至第七比较器U7的输出端，第三MOS管Q3的漏极连接至内部电压源Vdd；第八比较器U8的正极输入端连接至第三信号输出端Vref4，第八比较器U8的负极输入端连接至第八电阻R8和第九电阻R9之间的线路上，第八比较器U8的输出端连接至第九比较器U9的正极输入端，第九比较器U9的负极输入端通过第十电阻R10和第十一电阻R11接地，第九比较器U9的负极输入端还连接至第四MOS管Q4的源极，第九比较器U9的输出端连接至第四MOS管Q4的栅极，第四MOS管Q4的漏极连接至内部电压源Vdd；第十比较器U10的正极输入端连接至第十电阻R10和第十一电阻R11之间的线路上，第十比较器U10的负极输入端通过第十二电阻R12接地，第十比较器U10的负极输入端还连接至第二功率管M2的源极，第十比较器U10的输出端连接至第二输出端OUT2，第二输出端OUT2连接至第二功率管M2的栅极，第二功率管M2的漏极连接至第二端V2，第二端V2连接至第二负载led2的输出端。

如图7所示，图7是本发明LED全电压高效率线性驱动电路一个实施例中通过LED灯串的电流与整流模块后电压示意图，不管是低压并联模式，还是在高压串联模式，通过LED灯串的电流会根据整流模块3整流的电压变化。当电压升高时，通过LED灯串的电流减小，也就是通过内部第一功率管M1或/和第二功率管M2的电流减小，这样消耗在内部MOS管的功耗降低，提高了整体的转换效率。第二信号输出端Ictrl输出的第二控制信号Ictrl是跟随整流之后的电压，同时也是控制第一控制块和第二控制块，实现控制LED灯串电流。第三控制信号Vref4用于微调LED灯串的电流，实现高低压功率一致。

请参阅图8，图8是本发明LED全电压高效率线性驱动电路在全电压下的输入功率曲线图。

如图8所示，本发明在全电压下的输出功率包括T1、T2和T3三段，其中，外接电源的输出电压包括U1、U2、U3和U4，U1至U2为第一工作电压区间，对应T1为低压输入区域；U2至U3为第二工作电压区间，对应T2为中间过渡区域；U3至U4为第三工作电压区间，对应T3为高压输入区域。T1和T3区域的输出功率基本一致，而T2区域由于电路的特性输出功率会有下降，从而达到了全电压输出功率一致。

具体地，当外接电源输出低电压时，例如整流模块3的输入端连接市电电网的120Vac电压时，电路处于第一工作电压区间，信号检测单元23检测到整流模块3输出的低电压，然后输出第一控制信号至开关管单元21和模式控制模块22，并输出第二控制信号至模式控制模块22，开关管单元21导通，此时En控制端为低电压，使得第六比较器U6有效，导通第一功率管M1，第二功率管M2为常开状态，模式控制单元22中的第一输出端OUT1和第二输出端OUT2分别与第一负载led1和第二负载led2导通，第一负载led1和第二负载led2并联连接，信号检测单元23还输出第三控制信号至模式控制单元22，从而控制通过第一负载led1和第二负载led2的电流，以驱动第一负载led1和第二负载led2正常工作，此时第一负载led1和第二负载led2并联组成的LED灯串的输入功率为P1，第一负载led1的工作电流为I1,第二负载led2的工作电流为I2，且I1＝I2，I1和I2的电流大小由模式控制单元22设定，在第一工作电压区间输入功率最大为P4,输入功率最小为P5。

当外接电源输出的高电压时，例如整流模块3的输入端连接市电电网的220Vac电压时，电路处于第三工作电压区间，信号检测单元23检测到整流模块3输出的高电压，然后输出第一控制信号至开关管单元21和模式控制模块22，并输出第二控制信号至模式控制模块22，此时En控制端为高电压，开关管单元21截止，并使得第六比较器U6为无效，第六比较器U6输出关闭，以控制第一功率管M1截止，而由于第二功率管M2为常开状态，模式控制单元22中的第一输出端OUT1与第一负载led1截止，而第二输出端OUT2与第二负载led2导通，第一负载led1通过二极管D1与第二负载led2串联连接，信号检测单元23还输出第三控制信号至模式控制单元22，从而降低第二输出端OUT2输出至第一负载led1和第二负载led2的串联组成的灯串的电流，在第三工作电压区间输入功率最大为P4，输入功率最小为P5。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种LED全电压高效率线性驱动电路，其特征在于，包括：

LED负载模块，包括第一负载和第二负载，所述第一负载和第二负载均设有若干依次串联的LED灯珠，所述第一负载的输入端和第二负载的输入端均连接至外接电源的输出端；

整流模块，所述整流模块的输入端连接至外接电源的输出端，用于将所述外接电源的电压信号整流后输出，所述第一负载的输入端和第二负载的输入端均连接至所述整流模块的输出端；

开关管单元，设置于所述第二负载的输入端与所述整流模块的输出端之间的线路上；

模式控制单元，包括第一输出端OUT1和第二输出端OUT2，所述第一输出端OUT1连接至第一功率管M1的栅极，所述第一功率管M1的源极接地，所述第一功率管M1的漏极连接至所述第一负载的输出端；所述第二输出端OUT2连接至第二功率管M2的栅极，所述第二功率管M2的源极接地，所述第二功率管M2的漏极连接至所述第二负载的输出端，所述第二负载的输入端还通过正向导通的二极管D1连接至所述第一负载的输出端；

信号检测单元，与所述整流模块、开关管单元和模式控制单元连接，用于检测所述整流模块输出的电压后分别输出第一控制信号和第二控制信号至开关管单元和模式控制单元，以使所述第一负载和第二负载之间的串并联连接状态改变并使所述第一负载和第二负载的工作电流改变，所述信号检测单元还输出第三控制信号至所述模式控制单元，用于微调所述第一负载和第二负载的工作电流；

所述信号检测单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、滤波电阻Rs、滤波电容C、第一比较器U1和第二比较器U2，所述第一电阻R1的第一端连接至所述整流模块的输出端，所述第一电阻R1的第二端通过所述第二电阻R2接地，所述第一电阻R1的第二端还连接至所述滤波电阻Rs的第一端，所述滤波电阻Rs的第二端连接至所述第一比较器U1的正极输入端，所述滤波电阻Rs的第二端还通过滤波电容C接地，所述第一比较器U1的负极输入端连接至内部阈值电压信号端Vref1，所述第一比较器U1的输出端连接至En控制端，所述En控制端连接至所述开关管单元并输出所述第一控制信号至所述开关管单元；所述第一比较器U1的输出端还分别连接至第一开关器S1和通过反向器连接至第二开关器S2，所述第一开关器S1的输入端连接至高电压阈值端Vref2，所述第一开关器S1的输出端连接至第三信号输出端Vref4，所述第二开关器S2的输入端连接至低电压阈值端Vref3，所述第二开关器S2的输出端连接至所述第三信号输出端Vref4，所述第三信号输出端Vref4连接至所述模式控制单元并输出所述第三控制信号至所述模式控制单元；所述第一电阻R1的第二端还连接至第二比较器U2的正极输入端，所述第二比较器U2的负极输入端连接至所述第二比较器U2的输出端，所述第二比较器U2的输出端连接至第二信号输出端Ictrl，所述第二信号输出端Ictrl连接至所述模式控制单元并输出所述第二控制信号至所述模式控制单元；

当所述信号检测单元检测到所述整流模块输出低电压时，输出第一控制信号至所述开关管单元以使所述开关管单元导通，以及输出第一控制信号和输出第二控制信号至所述模式控制单元以使所述第一功率管M1和所述第二功率管M2导通，此时所述第一负载和所述第二负载处于并联连接状态，同时输出第三控制信号至所述模式控制单元，以使所述模式控制单元调节所述第一负载和所述第二负载的工作电流使所述第一负载和所述第二负载进入正常工作状态；

当所述信号检测单元检测到所述整流模块输出高电压时，输出第一控制信号至所述开关管单元以使所述开关管单元截止，以及输出第一控制信号和第二控制信号至所述模式控制单元以关闭所述第一功率管M1并导通所述第二功率管M2，此时所述第二负载通过二极管与所述第一负载串联，实现全电压驱动方式。

2.根据权利要求1所述的LED全电压高效率线性驱动电路，其特征在于：当所述第一负载和第二负载并联时，所述外接电源的电压小于第一预设阈值，所述外接电源的输出功率为P1；当所述第一负载和第二负载串联时，所述外接电源的电压大于第二预设阈值，所述外接电源的输出功率为P3；当所述第一负载和第二负载由并联连接转入串联连接，所述外接电源的电压大于所述第一预设阈值且小于所述第二预设阈值，所述外接电源的输出功率为P2；所述P1、P2和P3两两之间的差值小于预设功率阈值，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值。

3.根据权利要求1所述的LED全电压高效率线性驱动电路，其特征在于，所述模式控制单元包括第一控制块和第二控制块，所述第一控制块的输入端连接至所述第三信号输出端Vref4和第二信号输出端Ictrl，所述第一控制块的输出端连接至所述第一输出端OUT1；所述第二控制块的输入端连接至所述第三信号输出端Vref4和第二信号输出端Ictrl，所述第二控制块的输出端连接至所述第二输出端OUT2。

4.根据权利要求3所述的LED全电压高效率线性驱动电路，其特征在于，所述第一控制块包括第三比较器U3、第四比较器U4、第五比较器U5和第六比较器U6，所述第三比较器U3的正极输入端连接至所述第二信号输出端Ictrl，所述第三比较器U3的负极输入端通过第三电阻R3和第四电阻R4连接至第四比较器U4的输出端，所述第三比较器U3的负极输入端还连接至第一MOS管Q1的源极，所述第一MOS管Q1的栅极连接至所述第三比较器U3的输出端，所述第一MOS管Q1的漏极连接至内部电压源Vdd；所述第四比较器U4的正极输入端连接至所述第三信号输出端Vref4，所述第四比较器U4的负极输入端连接至所述第三电阻R3和第四电阻R4之间的线路上，所述第四比较器U4的输出端连接至所述第五比较器U5的正极输入端，所述第五比较器U5的负极输入端通过第五电阻R5和第六电阻R6接地，所述第五比较器U5的负极输入端还连接至第二MOS管Q2的源极，所述第五比较器U5的输出端连接至所述第二MOS管Q2的栅极，所述第二MOS管Q2的漏极连接至所述内部电压源Vdd；所述第六比较器U6的正极输入端连接至所述第五电阻R5和第六电阻R6之间的线路上，所述第六比较器U6的使能控制端连接至所述En控制端用于接收所述第一控制信号，所述第六比较器U6的负极输入端通过第七电阻R7接地，所述第六比较器U6的负极输入端还连接至第一功率管M1的源极，所述第六比较器U6的输出端连接至所述第一输出端OUT1，所述第一输出端OUT1连接至所述第一功率管M1的栅极，所述第一功率管M1的漏极连接至所述第一负载的输出端。

5.根据权利要求3所述的LED全电压高效率线性驱动电路，其特征在于，第二控制块包括第七比较器U7、第八比较器U8、第九比较器U9和第十比较器U10，所述第七比较器U7的正极输入端连接至所述第二信号输出端Ictrl，所述第七比较器U7的负极输入端通过第八电阻R8和第九电阻R9连接至第八比较器U8的输出端，所述第七比较器U7的负极输入端还连接至第三MOS管Q3的源极，所述第三MOS管Q3的栅极连接至所述第七比较器U7的输出端，所述第三MOS管Q3的漏极连接至内部电压源Vdd；所述第八比较器U8的正极输入端连接至所述第三信号输出端Vref4，所述第八比较器U8的负极输入端连接至所述第八电阻R8和第九电阻R9之间的线路上，所述第八比较器U8的输出端连接至所述第九比较器U9的正极输入端，所述第九比较器U9的负极输入端通过第十电阻R10和第十一电阻R11接地，所述第九比较器U9的负极输入端还连接至第四MOS管Q4的源极，所述第九比较器U9的输出端连接至所述第四MOS管Q4的栅极，所述第四MOS管Q4的漏极连接至所述内部电压源Vdd；所述第十比较器U10的正极输入端连接至所述第十电阻R10和第十一电阻R11之间的线路上，所述第十比较器U10的负极输入端通过第十二电阻R12接地，所述第十比较器U10的负极输入端还连接至第二功率管M2的源极，所述第十比较器U10的输出端连接至所述第二输出端OUT2，所述第二输出端OUT2连接至所述第二功率管M2的栅极，所述第二功率管M2的漏极连接至所述第二负载的输出端。