CN110072317B - 含有损输入电流波形补偿单元的分段式led驱动电路及其优化方法 - Google Patents

Abstract

一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，包括整流电路、受控电流源1至受控电流源N+X、控制器和有损补偿单元a；或者，包括整流电路、阻抗补偿单元1至阻抗补偿单元N+X、受控电流源、控制器和有损补偿单元a；再或者，包括整流电路、阻抗补偿单元1至阻抗补偿单元N+X、受控电流源、控制器和有损补偿单元b；有损补偿单元a或有损补偿单元b的作用是令少段数的分段式LED驱动电路在照明和VLC两种模式下都可获得高PF、低THDi、低输入电流谐波分量的性能。进一步，一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的优化方法可令少段数的分段式LED驱动电路在照明模式下实现效率最大化。

Description

含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路及其优 化方法

技术领域

本发明涉及分段式LED驱动电路，尤其是一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，当采用优化方法时可同时实现高PF(功率因数)、低THDi(输入电流总畸变率)、低输入电流谐波分量和高效率，适用于高性能的应用场合。

背景技术

针对数瓦级交流输入的应用场合，分段式LED驱动电路比传统开关式LED驱动电路具有更高的性能价格比。从本质上讲，分段式LED驱动电路主要由受控电流源组成。按受控电流源的数目进行划分，分段式LED驱动电路可分为多电流源型和单电流源型两种典型类型。

由于分段式LED驱动电路的段数与成本和控制难易度直接相关，在商业应用中一般会采用如三段或四段这样少段数的分段式LED驱动电路。但是，针对PF、THDi以及输入电流谐波分量均有高要求且宽输入电压范围的应用场合，少段数的分段式LED驱动电路的效率表现往往不佳。因此，可在分段式LED驱动电路的基础上增加有损输入电流波形补偿单元，通过引入适当的损耗来平衡PF、THDi、输入电流谐波分量和效率之间的关系，可采用优化方法来解决满足多种电气指标的效率最优问题。更进一步，引入有损输入电流波形补偿单元还可以改善VLC(可见光通信)模式下分段式LED驱动电路多种电气指标恶化的问题。

发明内容

为克服现有少段数的分段式LED驱动电路在照明模式下虽然可满足PF、THDi和输入电流谐波分量的高要求但是效率低下以及在VLC模式下PF、THDi、输入电流谐波分量等电气指标恶化的不足，本发明提供一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路及其优化方法，目的在于改善少段数的分段式LED驱动电路在照明模式下的效率表现以及缓解其在VLC模式下PF、THDi、输入电流谐波分量等电气指标的恶化程度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，属于多电流源型，包括整流电路、受控电流源1至受控电流源N+X、控制器和有损补偿单元a，所述整流电路包括电容Ci1、电容Ci2和二极管D1至D4，受控电流源K具有端口sK+、端口sK-、端口fK和端口eK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，控制器具有端口e1至eN+X、端口ea、端口f和端口fa，有损补偿单元a具有端口a+、端口a-、端口ea和端口fa；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极以及二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元a的端口a+以及LED串G1的阳极相连，LED串G1的阴极同时与LED串G2的阳极、受控电流源1的端口s1+相连，受控电流源1的端口s1-同时与有损补偿单元a的端口a-、电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极以及二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端以及单相交流电源vac的另一端相连，受控电流源1的端口e1与控制器的端口e1相连，受控电流源1的端口f1与控制器的端口f相连，依次类推，LED串GN+X的阳极与LED串GN+X-1的阴极相连，LED串GN+X的阴极与受控电流源N+X的端口sN+X+相连，受控电流源N+X的端口sN+X-与有损补偿单元a的端口a-相连，受控电流源N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，受控电流源N+X的端口fN+X与控制器的端口f相连，控制器的端口ea与有损补偿单元a的端口ea相连，控制器的端口fa与有损补偿单元a的端口fa相连；

所述控制器的端口ea和端口eK分别控制有损补偿单元a和受控电流源K的通断，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，当有损补偿单元a导通时，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia的大小由控制器的端口fa确定，当受控电流源K导通时，流入受控电流源K的端口sK+的电流iK的大小由控制器的端口f确定；

所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的输入电流iac满足式(1)，

在照明模式下，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia和流入受控电流源K的端口sK+的电流iK分别满足式(2)和式(3)，

在VLC模式下，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia和流入受控电流源K的端口sK+的电流iK分别满足式(4)和式(5)，

式中，函数fi(t)为满足PF、THDi和输入电流谐波分量等要求的任意输入电流包络函数(例如：正弦函数)，函数fc(t)为VLC信号“0”对应的LED电流函数(例如：零函数)，电压V01和V02分别是照明模式下有损补偿单元a导通时单相交流电源电压绝对值|vac|对应的下限电压和上限电压，电压VK为LED串GK的正向导通压降，而且0≤fc(t)<|fi(t)|以及0≤V01<V02≤V1。

更进一步，所述控制器包括DSP和DAC芯片，DSP芯片采用TMS320F28027，DAC芯片采用TLV5627。

一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，属于单电流源型，包括整流电路、阻抗补偿单元1至阻抗补偿单元N+X、受控电流源、控制器和有损补偿单元a，所述整流电路包括电容Ci1、二极管D1至D4和电容Ci2，阻抗补偿单元K具有端口aK、端口bK、端口eK和端口dK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，受控电流源具有端口s+、端口s-、端口d和端口f，控制器具有端口e1至eN+X、端口ea、端口f和端口fa，有损补偿单元a具有端口a+、端口a-、端口ea和端口fa；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元a的端口a+、阻抗补偿单元N+X的端口aN+X至阻抗补偿单元1的端口a1相连，阻抗补偿单元N+X的端口bN+X与LED串GN+X的阳极相连，阻抗补偿单元N+X的端口dN+X与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，以此类推，阻抗补偿单元1的端口b1同时与LED串G2的阴极和LED串G1的阳极相连，阻抗补偿单元1的端口d1与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元1的端口e1与控制器的端口e1相连，LED串G1的阴极与受控电流源的端口s+相连，受控电流源的端口f与控制器的端口f相连，控制器的端口fa与有损补偿单元a的端口fa相连，控制器的端口ea与有损补偿单元a的端口ea相连，受控电流源的端口s-同时与有损补偿单元a的端口a-、电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极和二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端和单相交流电源vac的另一端相连；

所述控制器的端口ea和端口eK分别控制有损补偿单元a和阻抗补偿单元K的通断，当有损补偿单元a导通时流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia的大小由所述控制器的端口fa确定，当阻抗补偿单元K导通时流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK的大小由所述控制器的端口f确定，当阻抗补偿单元K导通时阻抗补偿单元K的等效阻抗大小由所述受控电流源的端口d确定，当阻抗补偿单元K导通时其等效阻抗的变化可改善受控电流源的线性度，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，电流iac、ia和iK也满足式(1)至(5)。

针对上述两种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，所述有损补偿单元a的第一种优选方案，有损补偿单元a包括电阻Ra1_1、电阻Ra2_1、NPN型BJT管Qa1_1和NPN型BJT管Qa2_1，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_1的一端相连，电阻Ra1_1的另一端与NPN型BJT管Qa1_1的集电极相连，NPN型BJT管Qa1_1的基极同时与电阻Ra2_1的一端以及NPN型BJT管Qa2_1的集电极相连，电阻Ra2_1的另一端与有损补偿单元a的端口fa相连，NPN型BJT管Qa2_1的基极与有损补偿单元a的端口ea相连，NPN型BJT管Qa1_1的发射极和NPN型BJT管Qa2_1的发射极均与有损补偿单元a的端口a-相连，电阻Ra1_1的作用是限制电流ia的大小，电阻Ra2_1的作用是参与调节电流ia的大小。

针对上述两种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，所述有损补偿单元a的第二种优选方案，有损补偿单元a包括电阻Ra1_2、电阻Ra2_2、电阻Ra3_2、NPN型BJT管Qa1_2、NPN型BJT管Qa2_2和NPN型BJT管Qa3_2，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_2的一端相连，电阻Ra1_2的另一端与NPN型BJT管Qa3_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa3_2的基极同时与电阻Ra3_2的一端以及NPN型BJT管Qa2_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa3_2的发射极与NPN型BJT管Qa1_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa1_2的基极与电阻Ra2_2的一端相连，电阻Ra3_2的另一端和电阻Ra2_2的另一端均与有损补偿单元a的端口fa相连，NPN型BJT管Qa2_2的基极与有损补偿单元a的端口ea相连，NPN型BJT管Qa1_2的发射极和NPN型BJT管Qa2_2的发射极均与有损补偿单元a的端口a-相连，电阻Ra1_2的作用是限制电流ia的大小，电阻Ra2_2和电阻Ra3_2的作用是参与调节电流ia的大小。与有损补偿单元a的第一种优选方案相比，有损补偿单元a的第二种优选方案具有更好的线性度。

针对上述两种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，所述有损补偿单元a的第三种优选方案，有损补偿单元a包括电阻Ra1_3、电阻Ra2_3、电阻Ra3_3、N沟道MOS管Ma1_3和N沟道MOS管Ma2_3，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_3的一端相连，电阻Ra1_3的另一端与N沟道MOS管Ma1_3的漏极相连，N沟道MOS管Ma1_3的栅极同时与电阻Ra2_3的一端以及有损补偿单元a的端口fa相连，N沟道MOS管Ma1_3的源极同时与电阻Ra2_3的另一端以及N沟道MOS管Ma2_3的漏极相连，N沟道MOS管Ma2_3的栅极同时与电阻Ra3_3的一端以及有损补偿单元a的端口ea相连，N沟道MOS管Ma2_3的源极同时与电阻Ra3_3的另一端以及有损补偿单元a的端口a-相连。与有损补偿单元a的第一种和第二种优选方案相比，有损补偿单元a的第三种优选方案具有更好的快速性。

一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，也属于单电流源型，包括整流电路、阻抗补偿单元1至阻抗补偿单元N+X、受控电流源、控制器和有损补偿单元b，所述整流电路包括电容Ci1、二极管D1至D4和电容Ci2，阻抗补偿单元K具有端口aK、端口bK、端口eK和端口dK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，受控电流源具有端口s+、端口s-、端口d和端口f，控制器具有端口e1至eN+X、端口eb和端口f，有损补偿单元b具有端口b+、端口b-、端口eb和端口db；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元b的端口b+、阻抗补偿单元N+X的端口aN+X至阻抗补偿单元1的端口a1相连，阻抗补偿单元N+X的端口bN+X与LED串GN+X的阳极相连，阻抗补偿单元N+X的端口dN+X与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，以此类推，阻抗补偿单元1的端口b1同时与LED串G2的阴极和LED串G1的阳极相连，阻抗补偿单元1的端口d1与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元1的端口e1与控制器的端口e1相连，LED串G1的阴极同时与有损补偿单元b的端口b-和受控电流源的端口s+相连，受控电流源的端口d还与有损补偿单元b的端口db相连，受控电流源的端口f与控制器的端口f相连，控制器的端口eb与有损补偿单元b的端口eb相连，受控电流源的端口s-同时与电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极和二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端和单相交流电源vac的另一端相连；

所述控制器的端口eb和端口eK分别控制有损补偿单元b和阻抗补偿单元K的通断，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时流出有损补偿单元b的端口b-的电流ib的大小或流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK的大小均由所述控制器的端口f确定，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时有损补偿单元b的等效阻抗大小或阻抗补偿单元K的等效阻抗大小均由所述受控电流源的端口d确定，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时其等效阻抗的变化可改善受控电流源的线性度，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，

所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的输入电流iac满足式(6)，

在照明模式下，流出有损补偿单元b的端口b-的电流ib和流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK分别满足式(7)和式(8)，

在VLC模式下，流出有损补偿单元b的端口b-的电流ib和流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK分别满足式(9)和式(10)，

式中，函数fi(t)为满足PF、THDi和输入电流谐波分量等要求的任意输入电流包络函数(例如：正弦函数)，电压V01和V02分别是照明模式下有损补偿单元b导通时单相交流电源电压绝对值|vac|对应的下限电压和上限电压，电压VK为LED串GK的正向导通压降，而且0≤V01<V02≤V1。

针对上述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，所述有损补偿单元b的第一种优选方案，有损补偿单元b包括PNP型BJT管Qb1_1、NPN型BJT管Qb2_1、NPN型BJT管Qb3_1、电阻Rb1_1、电阻Rb2_1、电阻Rb3_1、电阻Rb4_1和电阻Rb5_1，有损补偿单元b的端口b+与PNP型BJT管Qb1_1的发射极相连，PNP型BJT管Qb1_1的集电极与电阻Rb1_1的一端相连，电阻Rb1_1的另一端与有损补偿单元b的端口b-相连，PNP型BJT管Qb1_1的基极与电阻Rb2_1的一端相连，电阻Rb2_1的另一端与NPN型BJT管Qb2_1的集电极相连，NPN型BJT管Qb2_1的基极同时与电阻Rb3_1的一端以及电阻Rb4_1的一端相连，电阻Rb3_1的另一端与有损补偿单元b的端口eb相连，电阻Rb4_1的另一端与NPN型BJT管Qb3_1的集电极相连，NPN型BJT管Qb3_1的基极与电阻Rb5_1的一端相连，电阻Rb5_1的另一端与有损补偿单元b的端口db相连，NPN型BJT管Qb2_1的发射极和NPN型BJT管Qb3_1的发射极均与受控电流源的端口s-相连。电阻Rb1_1、电阻Rb2_1和电阻Rb4_1均为限流电阻，电阻Rb5_1的作用是参与调节有损补偿单元b的端口b+至端口b-的等效阻抗大小。

针对上述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，所述有损补偿单元b的第二种优选方案，有损补偿单元b包括PNP型BJT管Qb1_2、NPN型BJT管Qb2_2、PNP型BJT管Qb3_2、PNP型BJT管Qb4_2、电阻Rb1_2、电阻Rb2_2、电阻Rb3_2、电阻Rb4_2和电阻Rb5_2，有损补偿单元b的端口b+与PNP型BJT管Qb1_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb1_2的集电极与PNP型BJT管Qb4_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb4_2的集电极与电阻Rb1_2的一端相连，电阻Rb1_2的另一端与有损补偿单元b的端口b-相连，PNP型BJT管Qb1_2的基极与电阻Rb2_2的一端相连，电阻Rb2_2的另一端与NPN型BJT管Qb2_2的集电极相连，NPN型BJT管Qb2_2的基极与电阻Rb3_2的一端相连，电阻Rb3_2的另一端与有损补偿单元b的端口eb相连，PNP型BJT管Qb4_2的基极与电阻Rb4_2的一端相连，电阻Rb4_2的另一端与PNP型BJT管Qb3_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb3_2的基极与电阻Rb5_2的一端相连，电阻Rb5_2的另一端与有损补偿单元b的端口db相连，NPN型BJT管Qb2_2的发射极和PNP型BJT管Qb3_2的集电极均与受控电流源的端口s-相连。电阻Rb1_2、电阻Rb2_2和电阻Rb4_2均为限流电阻，电阻Rb5_2的作用是参与调节有损补偿单元b的端口b+至端口b-的等效阻抗大小。与有损补偿单元b的第一种优选方案相比，有损补偿单元b的第二种优选方案具有更宽的等效阻抗调节范围。

进一步，针对上述三种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，关于其照明模式下参数V01、V02、V1至VN+X的一种优化方法，包括以下步骤：

步骤一：假设单相交流电源电压有效值的下限为Vacmin及下限裕量为ΔV1，且ΔV1>0，组成LED串G1至GN+X的单颗LED的正向导通压降为VLED，利用式(11)确定的值，

步骤二：假设单相交流电源电压有效值的上限为Vacmax及上限裕量为ΔV2，且ΔV2>0，若满足式(12)，则采用均匀分布的方法，即采用式(13)确定的值，M的取值范围为1至X，

步骤三：若满足式(14)，则以效率为优先采用含约束条件的PSO算法(即粒子群算法)寻找V01、V02和V1至的优化解，约束条件(a)由式(15)和式(16)组成，Y的取值范围为1至N-1，

0≤V01＜V02≤V1 (15)

约束条件(b)由式(17)至式(19)组成，PF_required为PF指标标准值、THDi_required为THDi指标标准值，Iac(n)为输入电流第n次谐波的有效值，

PF＞PF_required (17)

THDi＜THDi_required (18)

Iac(n)＜IEC 61000-3-2标准值 (19)

步骤四：根据步骤一至步骤三所得的V1至的解，确定V2至VN+X的值。

进一步，所述优化方法的步骤三中，假设单相交流电源电压有效值的标称值为Vacrating，包括以下子步骤：

子步骤一：生成符合约束条件(a)的n组V01、V02和V1至的初始值，n为大于1的整数，设置迭代总次数为k、当前迭代次数为m和迭代误差为ε，k为大于1的整数，赋值m＝0，赋值ε为一特定的正数ε1，定义第j组V01、V02和V1至/>的初始值为V01_j(0)、V02_j(0)和V1_j(0)至/>第j组V01、V02和V1至/>的当前值为V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至/>第j组V01、V02和V1至/>的后续值为V01_j(m+1)、V02_j(m+1)和V1_j(m+1)至/>第j组局部优化解为V01_jpbest、V02_jpbest和V1_jpbest至第j组局部最大效率为η_jpbest，第1至n组全局优化解为V01_gbest、V02_gbest和V1_gbest至/>第1至n组全局最大效率为η_gbest，j的取值范围为1至n，赋值η_jpbest＝0和η_gbest＝0，

子步骤二：依次代入n组V01、V02和V1至的当前值，计算Vacmin、Vacrating和Vacmax三种工作条件下的平均效率，

若第j组V01、V02和V1至的当前值V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至使得约束条件(b)均能满足，则计算平均效率/>

若第j组V01、V02和V1至的当前值V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至使得约束条件(b)不能全部满足，则直接赋值平均效率/>为一特定的负数η1，

子步骤三：依次更新n组局部最大效率和局部优化解，

若且/>则更新第j组的局部最大效率和局部优化解，即赋值/>V01_jpbest＝V01_j(m)、V02_jpbest＝V02_j(m)、V1_jpbest＝V1_j(m)，以此类推，/>同时终止第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则保持第j组的局部最大效率和局部优化解不变，同时终止第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则更新第j组的局部最大效率和局部优化解，即赋值/>V01_jpbest＝V01_j(m)、V02_jpbest＝V02_j(m)、V1_jpbest＝V1_j(m)，以此类推，/>同时继续第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则保持第j组的局部最大效率和局部优化解不变，同时继续第j组寻找局部优化解的过程，

子步骤四：依次更新n组V01、V02和V1至的后续值，

假设vj01为第j组V01的粒子速度，vj02为第j组V02的粒子速度，vj1为第j组V1的粒子速度，依次类推，vjN-1为第j组的粒子速度，根据式(20)至式(23)依次更新vj01和V01_j(m+1)、vj02和V02_j(m+1)、vj1和V1_j(m+1)至vjN-1和/>直至满足约束条件(a)，

vj＝MIN(vj,vj_ulimit) (21)

vj＝MAX(vj,vj_dlimit) (22)

jpresent(m+1)＝jpresent(m)+vj (23)

式中，w为惯性权重，rand()为结果介于(0，1)之间的随机函数，c1和c2为学习因子，MIN()为最小值函数，MAX()为最大值函数，vj的取值范围为vj01、vj02和vj1至vjN-1，vj_ulimit的取值范围为vj01_ulimit、vj02_ulimit和vj1_ulimit至vjN-1_ulimit，vj01_ulimit为vj01的上限，vj02_ulimit为vj02的上限，vj1_ulimit为vj1的上限，依次类推，vjN-1_ulimit为vjN-1的上限，vj_dlimit的取值范围为vj01_dlimit、vj02_dlimit和vj1_dlimit至vjN-1_dlimit，vj01_dlimit为vj01的下限，vj02_dlimit为vj02的下限，vj1_dlimit为vj1的下限，依次类推，vjN-1_dlimit为vjN-1的下限，对应地，jpresent(m)的取值范围为V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至jpbest的取值范围为V01_jpbest、V02_jpbest和V1_jpbest至/>gbest的取值范围为V01_gbest、V02_gbest和V1_gbest至

子步骤五：更新第1至n组全局最大效率和全局优化解，取η_gbest＝MAX(η_1pbset,...,η_npbset)，MAX()为最大值函数，

若η_jpbest＝MAX(η_1pbset,...,η_npbset)，则赋值V01_gbest＝V01_jpbest、V02_gbest＝V02_jpbest、V1_gbest＝V1_jpbest，以此类推，

子步骤六：更新当前迭代次数m＝m+1，重复子步骤二至子步骤五直至当前迭代次数m大于迭代总次数k或者第1至n组寻找局部优化解的过程全部被终止，

子步骤七：确定V01、V02和V1至的解，取/>依次类推，/>V02＝MIN(V02_gbest，V1)，V01＝MIN(V01_gbest，V02)，MIN()为最小值函数。

再进一步，所述子步骤一中按逆序依次生成第j组V01、V02和V1至的初始值，即先/>至V1_j(0)、再V02_j(0)、后V01_j(0)，初始值生成策略可以是在约束条件(a)限定的范围内运用类似于rand()的随机函数产生初始值。

更进一步，所述子步骤四中关于第j组vj01_ulimit至vjN-1_ulimit以及vj01_dlimit至vjN-1_dlimit的设置都可以结合约束条件(a)来进行。

本发明的技术构思为：通过植入有损补偿单元，可令少段数的分段式LED驱动电路在照明和VLC两种模式下都可获得高PF、低THDi、低输入电流谐波分量的性能；提出以含约束条件的PSO算法为基础的优化方法，可令少段数的分段式LED驱动电路在照明模式下实现效率最大化。

本发明的有益效果主要表现在：所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路在宽输入电压范围内都具有高PF、低THDi、低输入电流谐波分量的特点；适用的优化方法可令含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路在照明模式下同时实现高PF、低THDi、低输入电流谐波分量和效率最大化，即运行于最佳工作状态。

附图说明

图1是本发明实施例1的电路图。

图2是本发明实施例2的电路图。

图3是本发明实施例3的电路图。

图4是本发明在照明模式下的输入电压和电流波形示意图。

图5是本发明在VLC模式下的输入电压和电流波形示意图。

图6是适用于本发明实施例1和实施2的有损补偿单元a的第一种优选方案。

图7是适用于本发明实施例1和实施2的有损补偿单元a的第二种优选方案。

图8是适用于本发明实施例1和实施2的有损补偿单元a的第三种优选方案。

图9是适用于本发明实施例3的有损补偿单元b的第一种优选方案。

图10是适用于本发明实施例3的有损补偿单元b的第二种优选方案。

图11是适用于本发明的优化方法的电压分布示意图。

图12是本发明实施例1在照明模式下的仿真波形图。

图13是现有分段式LED驱动电路在照明模式下的仿真波形图。

图14是本发明实施例2在VLC模式下的实验波形图。

图15是现有分段式LED驱动电路在VLC模式下的实验波形图。

图16是本发明实施例3与适用优化方法相结合后在照明模式下的实验波形图。

图17是现有分段式LED驱动电路与现有优化方法相结合后在照明模式下的实验波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参考图1、图4至图8，一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，包括整流电路、受控电流源1至受控电流源N+X、控制器和有损补偿单元a，所述整流电路包括电容Ci1、电容Ci2和二极管D1至D4，受控电流源K具有端口sK+、端口sK-、端口fK和端口eK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，控制器具有端口e1至eN+X、端口ea、端口f和端口fa，有损补偿单元a具有端口a+、端口a-、端口ea和端口fa；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极以及二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元a的端口a+以及LED串G1的阳极相连，LED串G1的阴极同时与LED串G2的阳极、受控电流源1的端口s1+相连，受控电流源1的端口s1-同时与有损补偿单元a的端口a-、电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极以及二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端以及单相交流电源vac的另一端相连，受控电流源1的端口e1与控制器的端口e1相连，受控电流源1的端口f1与控制器的端口f相连，依次类推，LED串GN+X的阳极与LED串GN+X-1的阴极相连，LED串GN+X的阴极与受控电流源N+X的端口sN+X+相连，受控电流源N+X的端口sN+X-与有损补偿单元a的端口a-相连，受控电流源N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，受控电流源N+X的端口fN+X与控制器的端口f相连，控制器的端口ea与有损补偿单元a的端口ea相连，控制器的端口fa与有损补偿单元a的端口fa相连；

所述控制器的端口ea和端口eK分别控制有损补偿单元a和受控电流源K的通断，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，当有损补偿单元a导通时，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia的大小由控制器的端口fa确定，当受控电流源K导通时，流入受控电流源K的端口sK+的电流iK的大小由控制器的端口f确定；

所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的输入电流iac满足式(1)，在照明模式下流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia和流入受控电流源K的端口sK+的电流iK分别满足式(2)和式(3)，在VLC模式下流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia和流入受控电流源K的端口sK+的电流iK分别满足式(4)和式(5)。

更进一步，所述控制器包括DSP和DAC芯片，DSP芯片采用TMS320F28027，DAC芯片采用TLV5627。

参考图6，所述有损补偿单元a采用第一种优选方案，即有损补偿单元a包括电阻Ra1_1、电阻Ra2_1、NPN型BJT管Qa1_1和NPN型BJT管Qa2_1，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_1的一端相连，电阻Ra1_1的另一端与NPN型BJT管Qa1_1的集电极相连，NPN型BJT管Qa1_1的基极同时与电阻Ra2_1的一端以及NPN型BJT管Qa2_1的集电极相连，电阻Ra2_1的另一端与有损补偿单元a的端口fa相连，NPN型BJT管Qa2_1的基极与有损补偿单元a的端口ea相连，NPN型BJT管Qa1_1的发射极和NPN型BJT管Qa2_1的发射极均与有损补偿单元a的端口a-相连，电阻Ra1_1的作用是限制电流ia的大小，电阻Ra2_1的作用是参与调节电流ia的大小。

参考图7，所述有损补偿单元a采用第二种优选方案，即有损补偿单元a包括电阻Ra1_2、电阻Ra2_2、电阻Ra3_2、NPN型BJT管Qa1_2、NPN型BJT管Qa2_2和NPN型BJT管Qa3_2，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_2的一端相连，电阻Ra1_2的另一端与NPN型BJT管Qa3_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa3_2的基极同时与电阻Ra3_2的一端以及NPN型BJT管Qa2_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa3_2的发射极与NPN型BJT管Qa1_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa1_2的基极与电阻Ra2_2的一端相连，电阻Ra3_2的另一端和电阻Ra2_2的另一端均与有损补偿单元a的端口fa相连，NPN型BJT管Qa2_2的基极与有损补偿单元a的端口ea相连，NPN型BJT管Qa1_2的发射极和NPN型BJT管Qa2_2的发射极均与有损补偿单元a的端口a-相连，电阻Ra1_2的作用是限制电流ia的大小，电阻Ra2_2和电阻Ra3_2的作用是参与调节电流ia的大小。与有损补偿单元a的第一种优选方案相比，有损补偿单元a的第二种优选方案具有更好的线性度。

参考图8，所述有损补偿单元a采用第三种优选方案，即有损补偿单元a包括电阻Ra1_3、电阻Ra2_3、电阻Ra3_3、N沟道MOS管Ma1_3和N沟道MOS管Ma2_3，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_3的一端相连，电阻Ra1_3的另一端与N沟道MOS管Ma1_3的漏极相连，N沟道MOS管Ma1_3的栅极同时与电阻Ra2_3的一端以及有损补偿单元a的端口fa相连，N沟道MOS管Ma1_3的源极同时与电阻Ra2_3的另一端以及N沟道MOS管Ma2_3的漏极相连，N沟道MOS管Ma2_3的栅极同时与电阻Ra3_3的一端以及有损补偿单元a的端口ea相连，N沟道MOS管Ma2_3的源极同时与电阻Ra3_3的另一端以及有损补偿单元a的端口a-相连。与有损补偿单元a的第一种和第二种优选方案相比，有损补偿单元a的第三种优选方案具有更好的快速性。

采用有损补偿单元a的第二种优选方案以及照明模式下“V01＝0和V02＝V1”的输入电流补偿方案，取Vac＝200V、N＝3、X＝1和fi(t)为正弦函数，将本发明实施例1和现有分段式LED驱动电路进行仿真比较。图12是本发明实施例1在照明模式下的仿真波形图。图13是现有分段式LED驱动电路在照明模式下的仿真波形图。对比图12和图13可知，实施例1具有更高的PF、更低的THDi和更低的输入电流的谐波分量。

实施例2

参考图2、图4至图8，一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，包括整流电路、阻抗补偿单元1至阻抗补偿单元N+X、受控电流源、控制器和有损补偿单元a，所述整流电路包括电容Ci1、二极管D1至D4和电容Ci2，阻抗补偿单元K具有端口aK、端口bK、端口eK和端口dK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，受控电流源具有端口s+、端口s-、端口d和端口f，控制器具有端口e1至eN+X、端口ea、端口f和端口fa，有损补偿单元a具有端口a+、端口a-、端口ea和端口fa；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元a的端口a+、阻抗补偿单元N+X的端口aN+X至阻抗补偿单元1的端口a1相连，阻抗补偿单元N+X的端口bN+X与LED串GN+X的阳极相连，阻抗补偿单元N+X的端口dN+X与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，以此类推，阻抗补偿单元1的端口b1同时与LED串G2的阴极和LED串G1的阳极相连，阻抗补偿单元1的端口d1与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元1的端口e1与控制器的端口e1相连，LED串G1的阴极与受控电流源的端口s+相连，受控电流源的端口f与控制器的端口f相连，控制器的端口fa与有损补偿单元a的端口fa相连，控制器的端口ea与有损补偿单元a的端口ea相连，受控电流源的端口s-同时与有损补偿单元a的端口a-、电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极和二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端和单相交流电源vac的另一端相连；

所述控制器的端口ea和端口eK分别控制有损补偿单元a和阻抗补偿单元K的通断，当有损补偿单元a导通时流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia的大小由所述控制器的端口fa确定，当阻抗补偿单元K导通时流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK的大小由所述控制器的端口f确定，当阻抗补偿单元K导通时阻抗补偿单元K的等效阻抗大小由所述受控电流源的端口d确定，当阻抗补偿单元K导通时其等效阻抗的变化可改善受控电流源的线性度，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，电流iac、ia和iK也满足式(1)至(5)。

实施例2的其他结构与实施例1相同，工作过程也与实施例1相似。

采用有损补偿单元a的第一种优选方案以及VLC模式下“fc(t)＝0”的输入电流补偿方案，取Vac＝220V、N＝3、X＝1和fi(t)为正弦函数，将本发明实施例2和现有分段式LED驱动电路进行实验比较。图14是本发明实施例2在VLC模式下的实验波形图。图15是现有分段式LED驱动电路在VLC模式下的实验波形图。对比图14和图15可知，实施例2具有更高的PF、更低的THDi和更低的输入电流的谐波分量，相应的实验数据显示：实施例2的THDi为8.7％，而现有分段式LED驱动电路的THDi为28.4％；实施例2的效率为76.6％，而现有分段式LED驱动电路的效率为85.4％。

实施例3

参考图3、图4、图5、图9和图10，一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，包括整流电路、阻抗补偿单元1至阻抗补偿单元N+X、受控电流源、控制器和有损补偿单元b，所述整流电路包括电容Ci1、二极管D1至D4和电容Ci2，阻抗补偿单元K具有端口aK、端口bK、端口eK和端口dK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，受控电流源具有端口s+、端口s-、端口d和端口f，控制器具有端口e1至eN+X、端口eb和端口f，有损补偿单元b具有端口b+、端口b-、端口eb和端口db；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元b的端口b+、阻抗补偿单元N+X的端口aN+X至阻抗补偿单元1的端口a1相连，阻抗补偿单元N+X的端口bN+X与LED串GN+X的阳极相连，阻抗补偿单元N+X的端口dN+X与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，以此类推，阻抗补偿单元1的端口b1同时与LED串G2的阴极和LED串G1的阳极相连，阻抗补偿单元1的端口d1与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元1的端口e1与控制器的端口e1相连，LED串G1的阴极同时与有损补偿单元b的端口b-和受控电流源的端口s+相连，受控电流源的端口d还与有损补偿单元b的端口db相连，受控电流源的端口f与控制器的端口f相连，控制器的端口eb与有损补偿单元b的端口eb相连，受控电流源的端口s-同时与电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极和二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端和单相交流电源vac的另一端相连；

所述控制器的端口eb和端口eK分别控制有损补偿单元b和阻抗补偿单元K的通断，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时流出有损补偿单元b的端口b-的电流ib的大小或流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK的大小均由所述控制器的端口f确定，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时有损补偿单元b的等效阻抗大小或阻抗补偿单元K的等效阻抗大小均由所述受控电流源的端口d确定，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时其等效阻抗的变化可改善受控电流源的线性度，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，

所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的输入电流iac满足式(6)。在照明模式下，流出有损补偿单元b的端口b-+的电流ib和流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK分别满足式(7)和式(8)；在VLC模式下，流出有损补偿单元b的端口b-的电流ib和流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK分别满足式(9)和式(10)。

参考图9，所述有损补偿单元b的第一种优选方案，有损补偿单元b包括PNP型BJT管Qb1_1、NPN型BJT管Qb2_1、NPN型BJT管Qb3_1、电阻Rb1_1、电阻Rb2_1、电阻Rb3_1、电阻Rb4_1和电阻Rb5_1，有损补偿单元b的端口b+与PNP型BJT管Qb1_1的发射极相连，PNP型BJT管Qb1_1的集电极与电阻Rb1_1的一端相连，电阻Rb1_1的另一端与有损补偿单元b的端口b-相连，PNP型BJT管Qb1_1的基极与电阻Rb2_1的一端相连，电阻Rb2_1的另一端与NPN型BJT管Qb2_1的集电极相连，NPN型BJT管Qb2_1的基极同时与电阻Rb3_1的一端以及电阻Rb4_1的一端相连，电阻Rb3_1的另一端与有损补偿单元b的端口eb相连，电阻Rb4_1的另一端与NPN型BJT管Qb3_1的集电极相连，NPN型BJT管Qb3_1的基极与电阻Rb5_1的一端相连，电阻Rb5_1的另一端与有损补偿单元b的端口db相连，NPN型BJT管Qb2_1的发射极和NPN型BJT管Qb3_1的发射极均与受控电流源的端口s-相连。电阻Rb1_1、电阻Rb2_1和电阻Rb4_1均为限流电阻，电阻Rb5_1的作用是参与调节有损补偿单元b的端口b+至端口b-的等效阻抗大小。

参考图10，所述有损补偿单元b的第二种优选方案，有损补偿单元b包括PNP型BJT管Qb1_2、NPN型BJT管Qb2_2、PNP型BJT管Qb3_2、PNP型BJT管Qb4_2、电阻Rb1_2、电阻Rb2_2、电阻Rb3_2、电阻Rb4_2和电阻Rb5_2，有损补偿单元b的端口b+与PNP型BJT管Qb1_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb1_2的集电极与PNP型BJT管Qb4_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb4_2的集电极与电阻Rb1_2的一端相连，电阻Rb1_2的另一端与有损补偿单元b的端口b-相连，PNP型BJT管Qb1_2的基极与电阻Rb2_2的一端相连，电阻Rb2_2的另一端与NPN型BJT管Qb2_2的集电极相连，NPN型BJT管Qb2_2的基极与电阻Rb3_2的一端相连，电阻Rb3_2的另一端与有损补偿单元b的端口eb相连，PNP型BJT管Qb4_2的基极与电阻Rb4_2的一端相连，电阻Rb4_2的另一端与PNP型BJT管Qb3_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb3_2的基极与电阻Rb5_2的一端相连，电阻Rb5_2的另一端与有损补偿单元b的端口db相连，NPN型BJT管Qb2_2的发射极和PNP型BJT管Qb3_2的集电极均与受控电流源的端口s-相连。电阻Rb1_2、电阻Rb2_2和电阻Rb4_2均为限流电阻，电阻Rb5_2的作用是参与调节有损补偿单元b的端口b+至端口b-的等效阻抗大小。与有损补偿单元b的第一种优选方案相比，有损补偿单元b的第二种优选方案具有更宽的等效阻抗调节范围。

实施例3的其他结构与实施例2相同，工作过程也与实施例2相似。

参考图11，实施例3采用照明模式下参数V01、V02、V1至VN+X的一种优化方法，其包括步骤一至步骤四。

步骤一：假设单相交流电源电压有效值的下限为Vacmin及下限裕量为ΔV1，且ΔV1>0，组成LED串G1至GN+X的单颗LED的正向导通压降为VLED，利用式(11)确定的值，

步骤二：假设单相交流电源电压有效值的上限为Vacmax及上限裕量为ΔV2，且ΔV2>0，若满足式(12)，则采用均匀分布的方法，即采用式(13)确定的值，M的取值范围为1至X，

步骤三：若满足式(14)，则以效率为优先采用含约束条件的PSO算法(即粒子群算法)寻找V01、V02和V1至的优化解，约束条件(a)由式(15)和式(16)组成，Y的取值范围为1至N-1，约束条件(b)由式(17)至式(19)组成，PF_required为PF指标标准值、THDi_required为THDi指标标准值，Iac(n)为输入电流第n次谐波的有效值，

步骤四：根据步骤一至步骤三所得的V1至的解，确定V2至VN+X的值。

进一步，所述优化方法的步骤三又包括子步骤一至子步骤七，假设单相交流电源电压有效值的标称值为Vacrating，

子步骤一：生成符合约束条件(a)的n组V01、V02和V1至的初始值，n为大于1的整数，设置迭代总次数为k、当前迭代次数为m和迭代误差为ε，k为大于1的整数，赋值m＝0，赋值ε为一特定的正数ε1，定义第j组V01、V02和V1至/>的初始值为V01_j(0)、V02_j(0)和V1_j(0)至/>第j组V01、V02和V1至/>的当前值为V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至/>第j组V01、V02和V1至/>的后续值为V01_j(m+1)、V02_j(m+1)和V1_j(m+1)至/>第j组局部优化解为V01_jpbest、V02_jpbest和V1_jpbest至第j组局部最大效率为η_jpbest，第1至n组全局优化解为V01_gbest、V02_gbest和V1_gbest至/>第1至n组全局最大效率为η_gbest，j的取值范围为1至n，赋值η_jpbest＝0和η_gbest＝0，

子步骤二：依次代入n组V01、V02和V1至的当前值，计算Vacmin、Vacrating和Vacmax三种工作条件下的平均效率，

若第j组V01、V02和V1至的当前值V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至/>使得约束条件(b)均能满足，则计算平均效率/>

若第j组V01、V02和V1至的当前值V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至使得约束条件(b)不能全部满足，则直接赋值平均效率/>为一特定的负数η1，

子步骤三：依次更新n组局部最大效率和局部优化解，

若且/>则更新第j组的局部最大效率和局部优化解，即赋值/>V01_jpbest＝V01_j(m)、V02_jpbest＝V02_j(m)、V1_jpbest＝V1_j(m)，以此类推，/>同时终止第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则保持第j组的局部最大效率和局部优化解不变，同时终止第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则更新第j组的局部最大效率和局部优化解，即赋值/>V01_jpbest＝V01_j(m)、V02_jpbest＝V02_j(m)、V1_jpbest＝V1_j(m)，以此类推，/>同时继续第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则保持第j组的局部最大效率和局部优化解不变，同时继续第j组寻找局部优化解的过程，

子步骤四：依次更新n组V01、V02和V1至的后续值，

假设vj01为第j组V01的粒子速度，vj02为第j组V02的粒子速度，vj1为第j组V1的粒子速度，依次类推，vjN-1为第j组的粒子速度，根据式(20)至式(23)依次更新vj01和V01_j(m+1)、vj02和V02_j(m+1)、vj1和V1_j(m+1)至vjN-1和/>直至满足约束条件(a)，

子步骤五：更新第1至n组全局最大效率和全局优化解，取η_gbest＝MAX(η_1pbset,...,η_npbset)，MAX()为最大值函数，

若η_jpbest＝MAX(η_1pbset,...,η_npbset)，则赋值V01_gbest＝V01_jpbest、V02_gbest＝V02_jpbest、V1_gbest＝V1_jpbest，以此类推，子步骤六：更新当前迭代次数m＝m+1，重复子步骤二至子步骤五直至当前迭代次数m大于迭代总次数k或者第1至n组寻找局部优化解的过程全部被终止。/>

子步骤七：确定V01、V02和V1至的解，取/>依次类推，/>V02＝MIN(V02_gbest，V1)，V01＝MIN(V01_gbest，V02)，MIN()为最小值函数。

再进一步，所述子步骤一中按逆序依次生成第j组V01、V02和V1至的初始值，即先/>至V1_j(0)、再V02_j(0)、后V01_j(0)，初始值生成策略是在约束条件(a)限定的范围内运用类似于rand()的随机函数产生初始值。

更进一步，所述子步骤四中关于第j组vj01_ulimit至vjN-1_ulimit以及vj01_dlimit至vjN-1_dlimit的设置都结合约束条件(a)来进行。

取Vacmin＝190V、Vacmax＝250V、Vacrating＝220V、VLED＝3.08V、N＝3、X＝1、fi(t)为正弦函数、PF_required＝0.9、THDi_required＝5％、IEC 61000-3-2Class C标准、n＝50、k＝50、w＝1和c1＝c2＝0.5，将本发明实施例3和现有分段式LED驱动电路进行实验比较。图16是本发明实施例3与本发明适用优化方法相结合后在Vac＝220V照明模式下的实验波形图。图17是现有分段式LED驱动电路与现有优化方法(中国发明专利号：ZL201710928070.7)相结合后在Vac＝220V照明模式下的实验波形图。相应的实验数据显示：实施例3和现有分段式LED驱动电路的PF值、THDi值、输入电流谐波分量值均满足要求；但是，实施例3的效率为86.0％，而现有分段式LED驱动电路的效率为84.0％。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，其特征在于：所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路包括整流电路、受控电流源1至受控电流源N+X、控制器和有损补偿单元a，所述整流电路包括电容Ci1、电容Ci2和二极管D1至D4，受控电流源K具有端口sK+、端口sK-、端口fK和端口eK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，控制器具有端口e1至eN+X、端口ea、端口f和端口fa，有损补偿单元a具有端口a+、端口a-、端口ea和端口fa；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极以及二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元a的端口a+以及LED串G1的阳极相连，LED串G1的阴极同时与LED串G2的阳极、受控电流源1的端口s1+相连，受控电流源1的端口s1-同时与有损补偿单元a的端口a-、电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极以及二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端以及单相交流电源vac的另一端相连，受控电流源1的端口e1与控制器的端口e1相连，受控电流源1的端口f1与控制器的端口f相连，依次类推，LED串GN+X的阳极与LED串GN+X-1的阴极相连，LED串GN+X的阴极与受控电流源N+X的端口sN+X+相连，受控电流源N+X的端口sN+X-与有损补偿单元a的端口a-相连，受控电流源N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，受控电流源N+X的端口fN+X与控制器的端口f相连，控制器的端口ea与有损补偿单元a的端口ea相连，控制器的端口fa与有损补偿单元a的端口fa相连；

所述控制器的端口ea和端口eK分别控制有损补偿单元a和受控电流源K的通断，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，当有损补偿单元a导通时，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia的大小由控制器的端口fa确定，当受控电流源K导通时，流入受控电流源K的端口sK+的电流iK的大小由控制器的端口f确定；

所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的输入电流iac满足式(1)，

在照明模式下，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia和流入受控电流源K的端口sK+的电流iK分别满足式(2)和式(3)，

在VLC模式下，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia和流入受控电流源K的端口sK+的电流iK分别满足式(4)和式(5)，

式中，函数fi(t)为满足PF、THDi和输入电流谐波分量等要求的任意输入电流包络函数，函数fc(t)为VLC信号“0”对应的LED电流函数，电压V01和V02分别是照明模式下有损补偿单元a导通时单相交流电源电压绝对值|vac|对应的下限电压和上限电压，电压VK为LED串GK的正向导通压降，而且0≤fc(t)<|fi(t)|以及0≤V01<V02≤V1。

2.一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，其特征在于：所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路包括整流电路、阻抗补偿单元1至阻抗补偿单元N+X、受控电流源、控制器和有损补偿单元a，所述整流电路包括电容Ci1、二极管D1至D4和电容Ci2，阻抗补偿单元K具有端口aK、端口bK、端口eK和端口dK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，受控电流源具有端口s+、端口s-、端口d和端口f，控制器具有端口e1至eN+X、端口ea、端口f和端口fa，有损补偿单元a具有端口a+、端口a-、端口ea和端口fa；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元a的端口a+、阻抗补偿单元N+X的端口aN+X至阻抗补偿单元1的端口a1相连，阻抗补偿单元N+X的端口bN+X与LED串GN+X的阳极相连，阻抗补偿单元N+X的端口dN+X与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，以此类推，阻抗补偿单元1的端口b1同时与LED串G2的阴极和LED串G1的阳极相连，阻抗补偿单元1的端口d1与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元1的端口e1与控制器的端口e1相连，LED串G1的阴极与受控电流源的端口s+相连，受控电流源的端口f与控制器的端口f相连，控制器的端口fa与有损补偿单元a的端口fa相连，控制器的端口ea与有损补偿单元a的端口ea相连，受控电流源的端口s-同时与有损补偿单元a的端口a-、电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极和二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端和单相交流电源vac的另一端相连；

所述控制器的端口ea和端口eK分别控制有损补偿单元a和阻抗补偿单元K的通断，当有损补偿单元a导通时流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia的大小由所述控制器的端口fa确定，当阻抗补偿单元K导通时流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK的大小由所述控制器的端口f确定，当阻抗补偿单元K导通时阻抗补偿单元K的等效阻抗大小由所述受控电流源的端口d确定，当阻抗补偿单元K导通时其等效阻抗的变化可改善受控电流源的线性度，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数；

所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的输入电流iac满足式(1)，

在照明模式下，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia和流入受控电流源K的端口sK+的电流iK分别满足式(2)和式(3)，

在VLC模式下，流入有损补偿单元a的端口a+的电流ia和流入受控电流源K的端口sK+的电流iK分别满足式(4)和式(5)，

式中，函数fi(t)为满足PF、THDi和输入电流谐波分量等要求的任意输入电流包络函数，函数fc(t)为VLC信号“0”对应的LED电流函数，电压V01和V02分别是照明模式下有损补偿单元a导通时单相交流电源电压绝对值|vac|对应的下限电压和上限电压，电压VK为LED串GK的正向导通压降，而且0≤fc(t)<|fi(t)|以及0≤V01<V02≤V1。

3.如权利要求1或2所述的含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，其特征在于：所述有损补偿单元a包括电阻Ra1_1、电阻Ra2_1、NPN型BJT管Qa1_1和NPN型BJT管Qa2_1，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_1的一端相连，电阻Ra1_1的另一端与NPN型BJT管Qa1_1的集电极相连，NPN型BJT管Qa1_1的基极同时与电阻Ra2_1的一端以及NPN型BJT管Qa2_1的集电极相连，电阻Ra2_1的另一端与有损补偿单元a的端口fa相连，NPN型BJT管Qa2_1的基极与有损补偿单元a的端口ea相连，NPN型BJT管Qa1_1的发射极和NPN型BJT管Qa2_1的发射极均与有损补偿单元a的端口a-相连；

或者，所述有损补偿单元a包括电阻Ra1_2、电阻Ra2_2、电阻Ra3_2、NPN型BJT管Qa1_2、NPN型BJT管Qa2_2和NPN型BJT管Qa3_2，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_2的一端相连，电阻Ra1_2的另一端与NPN型BJT管Qa3_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa3_2的基极同时与电阻Ra3_2的一端以及NPN型BJT管Qa2_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa3_2的发射极与NPN型BJT管Qa1_2的集电极相连，NPN型BJT管Qa1_2的基极与电阻Ra2_2的一端相连，电阻Ra3_2的另一端和电阻Ra2_2的另一端均与有损补偿单元a的端口fa相连，NPN型BJT管Qa2_2的基极与有损补偿单元a的端口ea相连，NPN型BJT管Qa1_2的发射极和NPN型BJT管Qa2_2的发射极均与有损补偿单元a的端口a-相连；

再或者，所述有损补偿单元a包括电阻Ra1_3、电阻Ra2_3、电阻Ra3_3、N沟道MOS管Ma1_3和N沟道MOS管Ma2_3，有损补偿单元a的端口a+与电阻Ra1_3的一端相连，电阻Ra1_3的另一端与N沟道MOS管Ma1_3的漏极相连，N沟道MOS管Ma1_3的栅极同时与电阻Ra2_3的一端以及有损补偿单元a的端口fa相连，N沟道MOS管Ma1_3的源极同时与电阻Ra2_3的另一端以及N沟道MOS管Ma2_3的漏极相连，N沟道MOS管Ma2_3的栅极同时与电阻Ra3_3的一端以及有损补偿单元a的端口ea相连，N沟道MOS管Ma2_3的源极同时与电阻Ra3_3的另一端以及有损补偿单元a的端口a-相连。

4.一种含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，其特征在于：所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路包括整流电路、阻抗补偿单元1至阻抗补偿单元N+X、受控电流源、控制器和有损补偿单元b，所述整流电路包括电容Ci1、二极管D1至D4和电容Ci2，阻抗补偿单元K具有端口aK、端口bK、端口eK和端口dK，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数，受控电流源具有端口s+、端口s-、端口d和端口f，控制器具有端口e1至eN+X、端口eb和端口f，有损补偿单元b具有端口b+、端口b-、端口eb和端口db；

单相交流电源vac的一端同时与电容Ci1的一端、二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、电容Ci2的一端、有损补偿单元b的端口b+、阻抗补偿单元N+X的端口aN+X至阻抗补偿单元1的端口a1相连，阻抗补偿单元N+X的端口bN+X与LED串GN+X的阳极相连，阻抗补偿单元N+X的端口dN+X与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元N+X的端口eN+X与控制器的端口eN+X相连，以此类推，阻抗补偿单元1的端口b1同时与LED串G2的阴极和LED串G1的阳极相连，阻抗补偿单元1的端口d1与受控电流源的端口d相连，阻抗补偿单元1的端口e1与控制器的端口e1相连，LED串G1的阴极同时与有损补偿单元b的端口b-和受控电流源的端口s+相连，受控电流源的端口d还与有损补偿单元b的端口db相连，受控电流源的端口f与控制器的端口f相连，控制器的端口eb与有损补偿单元b的端口eb相连，受控电流源的端口s-同时与电容Ci2的另一端、二极管D4的阳极和二极管D3的阳极相连，二极管D4的阴极同时与二极管D2的阳极、电容Ci1的另一端和单相交流电源vac的另一端相连；

所述控制器的端口eb和端口eK分别控制有损补偿单元b和阻抗补偿单元K的通断，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时流出有损补偿单元b的端口b-的电流ib的大小或流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK的大小均由所述控制器的端口f确定，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时有损补偿单元b的等效阻抗大小或阻抗补偿单元K的等效阻抗大小均由所述受控电流源的端口d确定，当有损补偿单元b或阻抗补偿单元K导通时其等效阻抗的变化可改善受控电流源的线性度，K的取值范围为1至N+X，N和X均为大于0的整数；

所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的输入电流iac满足式(6)，

在照明模式下，流出有损补偿单元b的端口b-的电流ib和流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK分别满足式(7)和式(8)，

在VLC模式下，流出有损补偿单元b的端口b-的电流ib和流出阻抗补偿单元K的端口bK的电流iK分别满足式(9)和式(10)，

式中，函数fi(t)为满足PF、THDi和输入电流谐波分量等要求的任意输入电流包络函数，电压V01和V02分别是照明模式下有损补偿单元b导通时单相交流电源电压绝对值|vac|对应的下限电压和上限电压，电压VK为LED串GK的正向导通压降，而且0≤V01<V02≤V1。

5.如权利要求4所述的含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路，其特征在于：所述有损补偿单元b包括PNP型BJT管Qb1_1、NPN型BJT管Qb2_1、NPN型BJT管Qb3_1、电阻Rb1_1、电阻Rb2_1、电阻Rb3_1、电阻Rb4_1和电阻Rb5_1，有损补偿单元b的端口b+与PNP型BJT管Qb1_1的发射极相连，PNP型BJT管Qb1_1的集电极与电阻Rb1_1的一端相连，电阻Rb1_1的另一端与有损补偿单元b的端口b-相连，PNP型BJT管Qb1_1的基极与电阻Rb2_1的一端相连，电阻Rb2_1的另一端与NPN型BJT管Qb2_1的集电极相连，NPN型BJT管Qb2_1的基极同时与电阻Rb3_1的一端以及电阻Rb4_1的一端相连，电阻Rb3_1的另一端与有损补偿单元b的端口eb相连，电阻Rb4_1的另一端与NPN型BJT管Qb3_1的集电极相连，NPN型BJT管Qb3_1的基极与电阻Rb5_1的一端相连，电阻Rb5_1的另一端与有损补偿单元b的端口db相连，NPN型BJT管Qb2_1的发射极和NPN型BJT管Qb3_1的发射极均与受控电流源的端口s-相连；

或者，所述有损补偿单元b包括PNP型BJT管Qb1_2、NPN型BJT管Qb2_2、PNP型BJT管Qb3_2、PNP型BJT管Qb4_2、电阻Rb1_2、电阻Rb2_2、电阻Rb3_2、电阻Rb4_2和电阻Rb5_2，有损补偿单元b的端口b+与PNP型BJT管Qb1_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb1_2的集电极与PNP型BJT管Qb4_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb4_2的集电极与电阻Rb1_2的一端相连，电阻Rb1_2的另一端与有损补偿单元b的端口b-相连，PNP型BJT管Qb1_2的基极与电阻Rb2_2的一端相连，电阻Rb2_2的另一端与NPN型BJT管Qb2_2的集电极相连，NPN型BJT管Qb2_2的基极与电阻Rb3_2的一端相连，电阻Rb3_2的另一端与有损补偿单元b的端口eb相连，PNP型BJT管Qb4_2的基极与电阻Rb4_2的一端相连，电阻Rb4_2的另一端与PNP型BJT管Qb3_2的发射极相连，PNP型BJT管Qb3_2的基极与电阻Rb5_2的一端相连，电阻Rb5_2的另一端与有损补偿单元b的端口db相连，NPN型BJT管Qb2_2的发射极和PNP型BJT管Qb3_2的集电极均与受控电流源的端口s-相连。

6.一种针对权利要求1～5任意一项的含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的优化方法，其特征在于：所述含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的优化方法中，假设电压V01和V02分别是照明模式下有损补偿单元a或有损补偿单元b导通时单相交流电源电压绝对值|vac|对应的下限电压和上限电压，电压VK为LED串GK的正向导通压降，K的取值范围为1至N+X，包括以下步骤：

步骤一：假设单相交流电源电压有效值的下限为Vacmin及下限裕量为ΔV1，且ΔV1>0，组成LED串G1至GN+X的单颗LED的正向导通压降为VLED，利用式(11)确定的值，

步骤二：假设单相交流电源电压有效值的上限为Vacmax及上限裕量为ΔV2，且ΔV2>0，若满足式(12)，则采用均匀分布的方法，即采用式(13)确定的值，M的取值范围为1至X，

步骤三：若满足式(14)，则以效率为优先采用含约束条件的PSO算法寻找V01、V02和V1至的优化解，约束条件(a)由式(15)和式(16)组成，Y的取值范围为1至N-1，

0≤V01＜V02≤V1 (15)

约束条件(b)由式(17)至式(19)组成，PF_required为PF指标标准值、THDi_required为THDi指标标准值，Iac(n)为输入电流第n次谐波的有效值，

PF＞PF_required (17)

THDi＜THDi_required (18)

Iac(n)＜IEC 61000-3-2标准值 (19)

步骤四：根据步骤一至步骤三所得的V1至的解，确定V2至VN+X的值。

7.如权利要求6所述的含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的优化方法，其特征在于：所述步骤三中，假设单相交流电源电压有效值的标称值为Vacrating，包括以下子步骤：

子步骤一：生成符合约束条件(a)的n组V01、V02和V1至的初始值，n为大于1的整数，设置迭代总次数为k、当前迭代次数为m和迭代误差为ε，k为大于1的整数，赋值m＝0，赋值ε为一特定的正数ε1，定义第j组V01、V02和V1至/>的初始值为V01_j(0)、V02_j(0)和V1_j(0)至/>第j组V01、V02和V1至/>的当前值为V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至/>第j组V01、V02和V1至/>的后续值为V01_j(m+1)、V02_j(m+1)和V1_j(m+1)至/>第j组局部优化解为V01_jpbest、V02_jpbest和V1_jpbest至第j组局部最大效率为η_jpbest，第1至n组全局优化解为V01_gbest、V02_gbest和V1_gbest至/>第1至n组全局最大效率为η_gbest，j的取值范围为1至n，赋值η_jpbest＝0和η_gbest＝0，

子步骤二：依次代入n组V01、V02和V1至的当前值，计算Vacmin、Vacrating和Vacmax三种工作条件下的平均效率，

若第j组V01、V02和V1至的当前值V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至/>使得约束条件(b)均能满足，则计算平均效率/>

若第j组V01、V02和V1至的当前值V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至/>使得约束条件(b)不能全部满足，则直接赋值平均效率/>为一特定的负数η1，

子步骤三：依次更新n组局部最大效率和局部优化解，

若且/>则更新第j组的局部最大效率和局部优化解，即赋值/>V01_jpbest＝V01_j(m)、V02_jpbest＝V02_j(m)、V1_jpbest＝V1_j(m)，以此类推，/>同时终止第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则保持第j组的局部最大效率和局部优化解不变，同时终止第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则更新第j组的局部最大效率和局部优化解，即赋值/>V01_jpbest＝V01_j(m)、V02_jpbest＝V02_j(m)、V1_jpbest＝V1_j(m)，以此类推，/>同时继续第j组寻找局部优化解的过程，

若且/>则保持第j组的局部最大效率和局部优化解不变，同时继续第j组寻找局部优化解的过程，

子步骤四：依次更新n组V01、V02和V1至的后续值，

假设vj01为第j组V01的粒子速度，vj02为第j组V02的粒子速度，vj1为第j组V1的粒子速度，依次类推，vjN-1为第j组的粒子速度，根据式(20)至式(23)依次更新vj01和V01_j(m+1)、vj02和V02_j(m+1)、vj1和V1_j(m+1)至vjN-1和/>直至满足约束条件(a)，

vj＝MIN(vj,vj_ulimit) (21)

vj＝MAX(vj,vj_dlimit) (22)

jpresent(m+1)＝jpresent(m)+vj (23)

式中，w为惯性权重，rand()为结果介于(0，1)之间的随机函数，c1和c2为学习因子，MIN()为最小值函数，MAX()为最大值函数，vj的取值范围为vj01、vj02和vj1至vjN-1，vj_ulimit的取值范围为vj01_ulimit、vj02_ulimit和vj1_ulimit至vjN-1_ulimit，vj01_ulimit为vj01的上限，vj02_ulimit为vj02的上限，vj1_ulimit为vj1的上限，依次类推，vjN-1_ulimit为vjN-1的上限，vj_dlimit的取值范围为vj01_dlimit、vj02_dlimit和vj1_dlimit至vjN-1_dlimit，vj01_dlimit为vj01的下限，vj02_dlimit为vj02的下限，vj1_dlimit为vj1的下限，依次类推，vjN-1_dlimit为vjN-1的下限，对应地，jpresent(m)的取值范围为V01_j(m)、V02_j(m)和V1_j(m)至jpbest的取值范围为V01_jpbest、V02_jpbest和V1_jpbest至/>gbest的取值范围为V01_gbest、V02_gbest和V1_gbest至/>

子步骤五：更新第1至n组全局最大效率和全局优化解，取η_gbest＝MAX(η_1pbset,...,η_npbset)，MAX()为最大值函数，

若η_jpbest＝MAX(η_1pbset,...,η_npbset)，则赋值V01_gbest＝V01_jpbest、V02_gbest＝V02_jpbest、V1_gbest＝V1_jpbest，以此类推，

子步骤六：更新当前迭代次数m＝m+1，重复子步骤二至子步骤五直至当前迭代次数m大于迭代总次数k或者第1至n组寻找局部优化解的过程全部被终止，

子步骤七：确定V01、V02和V1至的解，取/>依次类推，V02＝MIN(V02_gbest，V1)，V01＝MIN(V01_gbest，V02)，MIN()为最小值函数。

8.如权利要求7所述的含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的优化方法，其特征在于：所述子步骤一中，按逆序依次生成第j组V01、V02和V1至的初始值，即先/>至V1_j(0)、再V02_j(0)、后V01_j(0)，初始值生成策略可以是在约束条件(a)限定的范围内运用类似于rand()的随机函数产生初始值。

9.如权利要求7所述的含有损输入电流波形补偿单元的分段式LED驱动电路的优化方法，其特征在于：所述子步骤四中，关于第j组vj01_ulimit至vjN-1_ulimit以及vj01_dlimit至vjN-1_dlimit的设置都可以结合约束条件(a)来进行。