CN110035582A - Led灯管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED灯管，包括使用时受控于一开关的驱动电路，所述驱动电路包括：调光控制器，具有开关状态监测端口和供电端口，开关断开后其供电电压逐渐下降，开关再次导通时，如所述供电电压介于第一设定值和第二设定值，其输出与开关断开时相同的驱动信号，使流经LED光源的电流保持不变；如所述供电电压低于第二设定值，其输出动态变化的驱动信号，使流经LED光源的电流从第一极值逐渐变化至第二极值；电力转换单元，用于接收所述驱动信号，为LED光源提供能量。本发明LED灯管仅通过操作电源开关就可以实现调光，而且不需要对原有电路进行改造，易于实现。

Description

LED灯管
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种可以调光的LED灯管。
背景技术
LED灯管具有环保、高效等优点，已经逐渐替代传统的荧光灯管。一般的LED灯管不具有调光功能，影响了使用体验，为解决该问题，如CN108633142A公开了一种LED灯的调光电路，包括恒压源，与LED负载串联连接在恒压源的输出端的开关管，与开关管电连接的驱动电路，驱动电路在正常情况下驱动开关管通断以对LED负载进行PWM调光。
又如CN208445794U公开了一种调光LED灯驱动电路，包括DC/DC变换电路、LED灯串及开关管驱动电路，所述DC/DC变换电路通过开关管Q1与LED灯串连接，所述开关管Q1与所述开关管驱动电路连接；该电路采用调频芯片和开关管驱动电路相结合，来调节开关管的频率，进而调节LED灯串的亮度。
再如CN105554956A公开基于PWM调光的LED灯照明系统，包括整流电路、输出驱动电路、PWM调光电路和LED发光源，整流电路将交流电转换为直流电，送入输出驱动电路，将经输出驱动电路作用得到的输出电压加载在PWM调光电路的调光控制芯片上，为芯片提供供电电源，调光控制芯片根据端口提供的PWM信号，决定内部功率开关的通断，改变送入LED发光源的输出电流。
以上LED灯管均是通过改变PWM信号的占空比来调节流经LED光源的电流，但大部分LED灯管的控制器件只有电源开关，如何通过电源开关对LED灯管进行调光是具有重大意义的。
发明内容
本发明提供了一种仅通过操作电源开关就可以实现调光的LED灯管。
一种LED灯管，包括使用时受控于一开关的驱动电路，所示驱动电路包括：
调光控制器，具有开关状态监测端口和供电端口，开关断开后其供电电压逐渐下降，开关再次导通时，如所述供电电压介于第一设定值和第二设定值，其输出与开关断开时相同的驱动信号，使流经LED光源的电流保持不变；如所述供电电压低于第二设定值，其输出动态变化的驱动信号，使流经LED光源的电流从第一极值逐渐变化至第二极值；
电力转换单元，用于接收所述驱动信号，为LED光源提供能量。
如所述供电电压低于第二设定值，调光控制器输出动态的驱动信号，使流经LED光源的电流从最小值逐渐变化至最大值。
所述调光控制器包括：
调光触发模块，根据开关状态输出相应的触发信号；
欠压检测模块，用于检测输入调光控制器的供电电压；
基准信号生成器，在开关导通状态根据导通时刻供电电压的大小输出电位固定的或者呈梯度变化的基准信号；
PWM脉宽调制模块，用于接收所述基准信号，合成PWM脉冲信号。
所述PWM脉宽调制模块包括：
跨导放大器，具有基准信号输入端和采样信号输入端，用于对基准信号和采样信号进行比较，输出比较结果；
锯齿波生成器，用于生成锯齿波信号；
比较器，利用锯齿波信号和比较结果合成PWM脉冲信号。
所述电力转换单元包括与LED光源串接的第一开关管、自耦变压器以及与自耦变压器并联的续流二极管，续流二极管的负极连接第一开关管的源极，正极连接LED光源。
所述驱动电路包括整流单元、输入滤波单元、输出滤波单元，其中电力转换单元设于输入滤波单元和输出滤波单元之间。
所述整流单元和输入滤波单元之间设置有安全保护单元。
所述安全保护单元具有：
第二开关管；
电压采集端口，用于采集输入电网的电流；
电流采集端口，用于采集加载在电网输入端的电压；
阻抗计算器，利用所述电压和电流计算得到电网阻抗；
阻抗比较器，将电网阻抗与设定值进行比较，控制第二开关管导通或断开。
所述驱动电路包括与LED光源串接的消除频闪单元。
所述供电电压从第一设定值下降至第二设定值的时间为3-5s，所述流经LED光源的电流从第一极值逐渐变化至第二极值的时间为5-10s。
本发明LED灯管仅通过操作电源开关就可以实现调光，而且不需要对原有电路进行改造，易于实现，且操作方便。
附图说明
图1为本发明LED灯管驱动电路的原理图。
图2为本发明安全保护模块与外围电路的连接示意图。
图3为本发明驱动电路调光部分的模块结构示意图。
图4为调光控制器的模块结构示意图。
图5为基准信号生成器的模块结构示意图。
图6为安全保护单元的模块结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种LED灯管的驱动电路，包括依次连接的整流单元1、输入滤波单元2、电力转换单元3、输出滤波单元4，其中整流单元1为由四个二极管组成桥式整流器BD，用于将输入的交流电转换为直流电。输入滤波单元2用于对直流电进行平滑处理，使得输入电流较为平稳，在一个实施例中，输入滤波单元2包括并联的电容C1和电容C2，电容C1和电容C2之间设置有并联的电感L1和电阻R1。
为了保护内部电路安全，整流单元1之前和输入滤波单元2之后分别设置有压敏电阻RV1和压敏电阻RV。
电力转换单元3接收调光控制器5的驱动信号，为LED光源提供能量，它由开关管Q1、自耦变压器L2和续流二极管D1，开关管Q1的源极连接自耦变压器L2和续流二极管D1，漏极连接输入滤波单元2，栅极接收调光控制器5的驱动信号。
当开关管Q1导通时，由于自耦变压器L2的限流作用，流经LED光源的电流逐渐变大，而当开关管Q2断开时，同样由于自耦变压器L2的限流作用，流经LED光源的电流逐渐变小，达到稳流的效果。
为了达到限流的目的，自耦变压器L2与开关管Q1和续流二极管D1之间具有并联设置的电阻R4和电阻R5。
输出滤波单元4同样是用于消除电流的波动，如噪音等。它由并联设置的电容C6、电容C9和电阻R12组成，其中电阻R12用于电容放电。
调光控制器5具有8个管脚，其中管脚VDD为供电端口，其连接外部的降压供电电路7，降压供电电路7包括依次串接的限流二极管D2、电阻R7、电阻R11以及与电阻R11并联的电容C5，电阻R11和电容C5接地，电阻R7和电阻R11之间的结点连接管脚VDD。降压供电电路7的输入端连接自耦变压器L2的中间管脚。当开关12断开时，电容C5向电阻R11放电，两端的电压持续下降，在一段时间内为调光控制器5继续供电。
管脚CLK为开关监测端口，其连接外围的开关监测电路6，开关监测电路6包括依次串接的电阻R2、电阻R3、电阻R6以及与电阻R6并联的电容C3，电阻R6和电容C3接地，电阻R3和电阻R6的连接结点与管脚CLK连接。
管脚DRV为门极驱动端口，通过电阻R8连接开关管Q1的栅极。管脚HV为高压启动端口，它通过电阻R13连接输入滤波单元2的输出端。管脚COMP为补偿端口，通过电容C4接地。管脚ZCD为过零检测和过压保护端口，它通过串接的电阻R9和电阻R10连接自耦变压器L2的中间脚。管脚CS为电流采样端口，直接连接开关管Q1的源极。
进一步说明调光控制器5的工作原理，如图4和5所示，调光控制器5包括欠压检测模块51、调光触发模块52、基准信号生成器53以及PWM脉冲调制模块50。欠压检测模块51连接外部的降压供电电路7，检测调光控制器的供电电压。调光触发模块52连接外部的开关监测电路6，根据开关12的状态，输出调光请求信号或者调光终止信号。
如图5所示，基准信号生成器53包括时钟531、计数器532和数模转换器533，其中时钟531受控于调光触发模块52，收到触发请求信号后开始工作，收到触发终止信号后停止工作。
计数器532收到时钟531的输出信号后发生跳转(比如从0变为1)，驱使数模转换器533改变其输出的基准信号的电位。但当计数器532处于锁定状态时，即使收到时钟信号也不会发生跳转。计数器521是否锁定取决于调光控制器5的供电电压大小或是否已经跳转到最大值。
开关12断开后，供电电压持续下降，当其值介于第一设定值和第二设定值之间，则欠压检测模块51发出信号让计数器532锁定，如果开关12一直没有打开，供电电压下降至低于第二设定值，则计数器532复位(即跳转为0)，也就是不再锁定，如果供电电压大于第一设定值，欠压检测模块51驱动计数器532正常计数。
在本实施例中，第一设定值为15V，第二设定值为4V，电容C5两端的电压从15V下降至4V大概需要4s的时间，在该4秒内重新导通开关12，那么基准信号生成器53可以输出固定电位的基准信号，因为计数器532没有跳转，那么该基准信号的电位与开关断开时的基准信号电位相同。本实施例中计数器532从最小值跳转到最大值大概需要7s的时间，就是说LED灯管在7s内调光结束。
流经LED光源的电流经采样输入调光控制器5，该电流经过滤波器55滤波处理后与基准信号在跨导放大器54中比较运算，获得的运算结果与锯齿波生成器56生成的锯齿波输入比较器57中，合成PWM脉冲信号。PWM脉冲信号与调光请求信号经过与运算控制开关管Q1的导通或断开。基准信号的电位发生变化会改变PWM脉冲信号的占空比，从而可以调节流经LED光源的电流大小。
因此，当开关12正常开启时，基准信号生成器输出电位呈梯度变化的基准信号，从而逐渐改变PWM脉冲信号的占空比，调节流经LED光源的电流大小。在调光过程中开关12断开，调光控制器5的供电电压会瞬间下降至低于第一设定值，计数器532锁定，其数值不再发生跳转。
如在供电电压下降至低于第二设定值之前再次导通开关12，调光触发模块52再次发出调光请求信号，不过此时计数器532已经锁定，数值不能跳转，基准信号生成器53只能输出电位恒定的基准信号，PWM脉冲信号的占空比保持不变，流经LED光源的电流也不发生变化。
如供电电压一直下降至低于第二设定值，那么计数器532复位，解除锁定，之后再导通开关12，基准信号生成器53又输出电位呈梯度变化的基准信号，LED灯管又开始自动调光。调光的模式一般是从亮度最小值变化至亮度最大值，当然也可以是相反的变化形式。
为了避免安装灯管时操作人员接触到灯管一端，输入灯管另一端的电流经过操作人员而发生触电事故，本实施例的驱动电路还包括安全保护单元8，安全保护单元8外围设置有电流采样电路9和电压采样电路10，分别连接安全保护单位的管脚CS和管脚VS，管脚CS和管脚VS分别作为安全保护单元8的电流采样端口和电压采样端口。
如图2所示，电流采样电路9包括接地的电阻RS1以及与电阻RS1并联的二极管D21，采集输入电网的电流。电压采样电路包括电阻24、电阻25和电阻26，管脚VS连接电阻25和电阻26的结点，采集加载在电网输入端的电压。
如图5所示，安全保护单元8包括电压存储器81、电流存储器82、阻抗生成器83、阻抗比较器84、状态机85、门极驱动86和开关管87，电压存储器81用于存储经采样电路采集的电压，电流存储器82用于存储经采样电路采集的电流。
采集到的电压和电流输入阻抗生成器83，运算获得电网当前的阻抗，该阻抗与设定值进行比较，如果大于设定值(如500欧姆)，则通过门极驱动86关断开关管87，让电流不流过LED光源13。如果小于设定值，则通过门极驱动86导通开关管87，LED灯管可以正常工作。
管脚VCC为供电端口，连接依次串接的电阻R21、电阻R22和电阻R23，同时通过电容C21接地。电阻R21、电阻R22之间的连接结点通过稳压二极管D22连接管脚TRG，通过电阻R27连接管脚POK。
本发明还设置有消除频闪单元11，消除频闪单元11(如采用DIO8241F芯片)的管脚GND和管脚VC通过有电容C21连接，可以消除流经LED光源的电流波纹。

Claims (10)

1.一种LED灯管，包括使用时受控于一开关的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：
调光控制器，具有开关状态监测端口和供电端口，开关断开后其供电电压逐渐下降，开关再次导通时，如所述供电电压介于第一设定值和第二设定值，其输出与开关断开时相同的驱动信号，使流经LED光源的电流保持不变；如所述供电电压低于第二设定值，其输出动态变化的驱动信号，使流经LED光源的电流从第一极值逐渐变化至第二极值；
电力转换单元，用于接收所述驱动信号，为LED光源提供能量。
2.如权利要求1所述的LED灯管，其特征在于，如所述供电电压低于第二设定值，调光控制器输出动态的驱动信号，使流经LED光源的电流从最小值逐渐变化至最大值。
3.如权利要求1所述的LED灯管，其特征在于，所述调光控制器包括：
调光触发模块，根据开关状态输出相应的触发信号；
欠压检测模块，用于检测输入调光控制器的供电电压；
基准信号生成器，在开关导通状态根据导通时刻供电电压的大小输出电位固定的或者呈梯度变化的基准信号；
PWM脉宽调制模块，用于接收所述基准信号，合成PWM脉冲信号。
4.如权利要求3所述的LED灯管，其特征在于，所述PWM脉宽调制模块包括：
跨导放大器，具有基准信号输入端和采样信号输入端，用于对基准信号和采样信号进行比较，输出比较结果；
锯齿波生成器，用于生成锯齿波信号；
比较器，利用锯齿波信号和比较结果合成PWM脉冲信号。
5.如权利要求3或4所述的LED灯管，其特征在于，所述电力转换单元包括与LED光源串接的第一开关管、自耦变压器以及与自耦变压器并联的续流二极管，续流二极管的负极连接第一开关管的源极，正极连接LED光源。
6.如权利要求1所述的LED灯管，其特征在于，所述驱动电路包括整流单元、输入滤波单元、输出滤波单元，其中电力转换单元设于输入滤波单元和输出滤波单元之间。
7.如权利要求6所述的LED灯管，其特征在于，所述整流单元和输入滤波单元之间设置有控制驱动电路导通或断开的安全保护单元。
8.如权利要求7所述的LED灯管，其特征在于，所述安全保护单元具有：
第二开关管；
电压采集端口，用于采集输入电网的电流；
电流采集端口，用于采集加载在电网输入端的电压；
阻抗计算器，利用所述电压和电流计算得到电网阻抗；
阻抗比较器，将电网阻抗与设定值进行比较，控制第二开关管导通或断开。
9.如权利要求1所述的LED灯管，其特征在于，所述驱动电路包括与LED光源串接的消除频闪单元。
10.如权利要求1所述的LED灯管，其特征在于，所述供电电压从第一设定值下降至第二设定值的时间为3-5s，所述流经LED光源的电流从第一极值逐渐变化至第二极值的时间为5-10s。
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