CN114698191A - Led驱动电路及led照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED驱动电路及LED照明装置，LED驱动电路包括：恒压驱动模块、电压调节模块、供电检测切换模块以及控制模块；当所述电压调节模块的输出端连接有LED负载时，所述供电检测切换模块检测到LED负载电压为高电压，所述控制模块对该高电压进行处理并控制所述供电检测切换模块导通，使所述电压调节模块启动并为LED负载供电；当所述电压调节模块的输出端未连接LED负载时，所述供电检测切换模块检测到LED负载电压为0，所述控制模块对当前的LED负载电压进行处理并控制所述供电检测切换模块断开，使所述电压调节模块关断。本发明通过设置供电检测切换模块和控制模块，能够实现在空载状态下切断电压调节模块的供电，以降低能量损耗。

Description

LED驱动电路及LED照明装置

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电路及应用该LED驱动电路的LED照明装置，属于驱动电路技术领域。

背景技术

随着生活水平的提高，LED照明越来越多的应用在很多场景中，市场上也出现了很多LED驱动方案，其中恒压与恒流的电路组合是其中一种常用线路架构。由于欧洲ERP要求驱动在空载状态需要待机功耗小于0.5W，上述的驱动方案，恒压电路和恒流电路在空载情况下均会有能量消耗，单独的恒压电路部分或单独的恒流电路部分可能满足待机功耗小于0.5W，但是如果两部分合在一起就容易超出。

有鉴于此，确有必要提出一种新型的LED驱动电路，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED驱动电路，能够在空载情况下自动把电压调节模块的供电切断，以降低能量耗损。

为实现上述目的，本发明提供了一种LED驱动电路，包括：恒压驱动模块，用于将市电交流电转换为恒压直流电；电压调节模块，与所述恒压驱动模块相连，用于将所述恒压直流电转化为能够供LED使用的恒流电；供电检测切换模块，与所述电压调节模块相连，用于检测与所述电压调节模块的输出端相连的LED负载电压，并根据该LED负载电压控制所述电压调节模块的启动或关断；以及控制模块，与所述供电检测切换模块相连，用于将模拟信号转换成数字信号，并根据所述数字信号控制所述供电检测切换模块导通或关断；其中，当所述电压调节模块的输出端连接有LED负载时，所述供电检测切换模块检测到LED负载电压为高电压，所述控制模块对该高电压进行处理并控制所述供电检测切换模块导通，使所述电压调节模块启动并为LED负载供电；当所述电压调节模块的输出端未连接LED负载时，所述供电检测切换模块检测到LED负载电压为0，所述控制模块对当前的LED负载电压进行处理并控制所述供电检测切换模块断开，使所述电压调节模块关断。

作为本发明的进一步改进，所述供电检测切换模块包括分压模块，所述分压模块包括相互串联的第一电阻和第二电阻，所述控制模块与所述第一电阻和第二电阻的公共端节点相连，以采集分压模块输出的模拟信号并将该模拟信号转换成数字信号。

作为本发明的进一步改进，所述供电检测切换模块还包括开关模块，所述控制模块连接在所述分压模块和所述开关模块之间，用于输出控制信号至所述开关模块，以控制所述开光模块关闭或打开。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块内设有预先设定的阈值，所述控制模块用于将转换形成的数字信号与预先设定的阈值进行比较，当数字信号大于阈值时，输出控制信号至所述开关模块。

作为本发明的进一步改进，所述电压调节模块包括与所述恒压驱动模块的输出端相连以接收恒压直流电的输入端、与LED负载的负极相连的负极输出端以及与LED负载的正极相连的正极输出端，所述分压模块与所述负极输出端相连，所述开关模块与所述输入端相连，且当所述负极输出端对地输出高电压时，所述分压模块输出高电平，所述开关模块导通，所述电压调节模块开始正常工作；当所述负极输出端对地输出电压为0V时，所述分压模块输出低电平，所述开关模块关断，所述电压调节模块断开。

作为本发明的进一步改进，所述开关模块包括第一开关件和第二开关件，所述第二开关件与所述控制模块相连，所述第一开关件分别与所述第二开关件和所述电压调节模块相连，以在第二开关件导通时，使所述第一开关件导通，所述电压调节模块启动并为LED负载供电。

作为本发明的进一步改进，所述第一开关件为PNP三级管，所述第二开关件为NPN三极管，且所述NPN三极管导通后将所述PNP三级管的基极拉低，使所述PNP三级管导通。

作为本发明的进一步改进，所述恒压驱动模块为高PF隔离恒压模块，所述电压调节模块为BUCK DC-DC恒流调光模块。

作为本发明的进一步改进，所述恒压驱动模块为低PF副边反馈隔离恒压模块，所述电压调节模块为BUCK DC-DC恒流调光模块。

本发明的目的还在于提供一种LED照明装置，以更好的应用上述LED驱动电路。

为实现上述目的，本发明提供了一种LED照明装置，所述LED照明装置包括前述的LED驱动电路。

本发明的有益效果是：本发明的LED驱动电路通过设置供电检测切换模块和控制模块，从而可以利用该供电检测切换模块和控制模块来自动切换电压调节模块的供电，进而在空载状态下切断电压调节模块的供电，以降低能量损耗。

附图说明

图1是本发明的LED驱动电路的结构示意图。

图2是图1所示LED驱动电路的第一实施例电路原理图。

图3是图1所示LED驱动电路的第二实施例电路原理图。

图4是图3中接入一路供电检测切换模块后的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明揭示了一种LED驱动电路和应用该LED驱动电路的LED照明装置，LED照明装置在应用LED驱动电路之后，能够在保证照明效果较佳的基础上降低能量耗损。LED照明装置的其他结构可以采用现有技术中的结构，本发明将不再对其进行详述。

如图1所示，该LED驱动电路包括用于将市电交流电转换为恒压直流电的恒压驱动模块1、与恒压驱动模块1相连且用于将恒压直流电转化为能够供LED使用的恒流电的电压调节模块2、与电压调节模块2相连的供电检测切换模块3以及与供电检测切换模块3相连的控制模块4。电压调节模块2连接在恒压驱动模块1的输出端，并与供电检测切换模块3电性连接。

控制模块4用于将模拟信号转换成数字信号，并根据数字信号控制供电检测切换模块3导通或关断；供电检测切换模块3用于检测与电压调节模块2的输出端相连的LED负载电压，并根据该LED负载电压控制电压调节模块2的启动或关断，从而为LED负载供电或断电。其中，当电压调节模块2的输出端连接有LED负载时，供电检测切换模块3检测到LED负载电压为高电压，控制模块4对该高电压进行处理并控制供电检测切换模块3导通，使电压调节模块2启动并为LED负载供电，使LED点亮；当电压调节模块2的输出端未连接LED负载时，供电检测切换模块3检测到LED负载电压为0，控制模块4对当前的LED负载电压进行处理并控制供电检测切换模块3断开，使电压调节模块2关断，LED熄灭。

结合图1和图2所示，恒压驱动模块1包括恒压驱动芯片U1、与恒压驱动芯片U1连接的变压器T1、与恒压驱动芯片U1连接的开关电子元器件Q3以及若干个电阻、电容、二极管。该开关电子元器件Q3优选为MOS管，且该MOS管的栅极与恒压驱动芯片U1的输出端脚相连，漏极与变压器T1的初级线圈相连。变压器T1的次级线圈与电解电容EC1相连并接地。当恒压驱动模块1正常工作时，则会将市电交流电转换为恒压直流电，即在电解电容EC1两端产生直流电压。

电压调节模块2包括与恒压驱动模块1的输出端相连以接收恒压直流电的输入端、与LED负载的负极相连的负极输出端以及与LED负载的正极相连的正极输出端，供电检测切换模块3的一端与所述输入端相连、另一端与所述负极输出端相连。对应到图2，输入端可以简写为CV端，负极输出端可以简写为LED-端，以及正极输出端可以简写为LED+端，供电检测切换模块3的一端连接在CV端、另一端连接在LED-端。

优选地，电压调节模块2为DC-DC恒流模块，该DC-DC恒流模块与上述电解电容EC1的正极端连接。DC-DC恒流模块包括电压调节芯片U2、与电压调节芯片U2连接的若干个电阻、电容、二极管以及电解电容EC3，电解电容EC3的正极端与电解电容EC1的正极端连接，电解电容EC3的负极端与电压调节芯片U2连接。LED+端和LED-端分别与电解电容EC3的正极端和负极端连接，即LED负载可以接在LED+端和LED-端之间。当恒压驱动模块1将市电交流电转换为恒压直流电并输入至DC-DC恒流模块时，DC-DC恒流模块再将直流电转换成可供LED使用的恒流电。

供电检测切换模块3包括分压模块和与分压模块连接的开关模块，分压模块与LED-端相连，开关模块与CV端相连，且当LED-端对GND端输出高电压时，分压模块对该高电压进行分压后输出高电平，使开关模块导通，电压调节模块2开始正常工作；当LED-端对GND端输出电压为0V时，分压模块对该0V电压进行分压后输出低电平，使开关模块关断，电压调节模块2断开、不工作。换而言之，当LED负载的负极对GND端为高电压时，分压模块分压后也为高电压，此时开关模块导通，DC-DC恒流模块正常工作；当LED负载的负极为低电压0V时，分压模块分压后也为低电压0V，此时开关模块不导通，那么DC-DC恒流模块则不能正常工作，即不能将直流电转换成LED负载可以使用的恒流电。

控制模块4连接在分压模块和开关模块之间，用于输出控制信号至开关模块，以控制开关模块关闭或打开。具体来讲，分压模块包括相互串联的第一电阻R5和第二电阻R6，控制模块4与第一电阻R5和第二电阻R6的公共端节点相连，以采集分压模块输出的模拟信号并将该模拟信号转换成数字信号。控制模块4内设有预先设定的阈值，控制模块4用于将转换形成的数字信号与预先设定的阈值进行比较，当数字信号大于阈值时，输出控制信号至开关模块，使开关模块闭合。

开关模块包括第一开关件和第二开关件，第二开关件与控制模块4相连，第一开关件分别与第二开关件和电压调节模块2相连，以在第二开关件导通时，使第一开关件导通，电压调节模块2启动并为LED负载供电。

优选地，第一开关件为PNP三极管Q1，第二开关件为NPN三极管Q2。该PNP三极管Q1和NPN三级管Q2均包括基极、集电极以及发射极。PNP三极管Q1的发射极与电压调节模块2的正极输出端相连、集电极与电压调节模块2内的电压调节芯片U2相连、基极与NPN三极管Q2的集电极相连，NPN三极管Q2的基极与控制模块4相连、发射极接地；NPN三极管Q2导通后将PNP三级管Q1的基极拉低，使PNP三级管Q1导通。

也就是说，当接入LED负载时，经过分压模块分压后，控制模块4控制NPN三极管Q2导通，NPN三极管Q2将PNP三级管Q1的基极拉低，使PNP三级管Q1导通，此时电压调节模块2启动并为LED负载供电。当然，分压模块中电阻的数量也可以根据实际需要设计为其他数量，开关模块中的开关件也可以设置为其他类型的电子元器件，只要能够实现空载时的功耗低于0.5W、接入负载时能够正常工作的效果即可，于此不作任何限制。

下面将以LED负载电压为36V、恒压驱动模块1产生的恒压直流电为50V(即电解电容EC1两端的电压为50V)为例，详细说明本发明LED驱动电路的工作原理以及工作过程。当然，恒压驱动模块1产生的恒压直流电和LED负载电压可以根据实际应用的需求进行设计，只要满足能够驱动LED负载即可，于此不作过多限制。

优选地，恒压驱动芯片U1为IW3627(高PF隔离恒压芯片)、电压调节芯片U2为可以调光的LED BUCK DC-DC恒流调光控制芯片SM32108E。当然，恒压驱动芯片U1和电压调节芯片U2的型号也可以为其他，只要能够驱动LED负载正常工作以及在空载情况下能够保证损耗小于0.5W即可，于此不作过多限制。恒压驱动芯片U1的输出端脚与MOS管Q3的栅极连接，MOS管Q3的漏极与变压器T1的4脚连接，恒压驱动芯片U1产生PWM波信号控制MOS管Q3的工作状态，即开启或关闭，如此，当MOS管Q3开启时，变压器T1中有电流流入，反之，当MOS管Q3关闭时，变压器T1中则没有电流流入。即恒压驱动模块1通过调节PWM波的占空比可以输出满足要求的电压。

具体地，电解电容EC1的正极端与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极与变压器T1连接，即电解电容EC1通过二极管D3接到变压器T1上，当变压器T1输出高电压时，变压器T1中的电流通过二极管D3流入电解电容EC1并对其进行充电；当变压器T1输出低电压时，二极管D3不会导通，那么此时电解电容EC1对外放电。电解电容EC1上的电压为直流电压，也就是说恒压驱动模块1通过电解电容EC1产生恒压直流电。产生的恒压直流电进入DC-DC恒流模块，该DC-DC恒流模块充当降压的作用，通过上述产生的PWM信号调节以实现恒压直流电降至LED负载可以使用的电压。

本发明中供电检测切换模块3还包括限流电阻和分流下拉电阻，且限流电阻和分流下拉电阻分别与PNP三极管Q1和NPN三极管Q2连接。优选地，限流电阻包括第三电阻R2、第四电阻R3以及第五电阻R4，第三电阻R2和第四电阻R3分别与PNP三极管Q1的基极和集电极连接，第五电阻R4与NPN三极管Q2的基极连接；分流下拉电阻包括第六电阻R1和第七电阻R7，第六电阻R1连接在PNP三极管Q1的发射极和基极之间，第七电阻R7与NPN三极管Q2的基极连接并接地。当然，上述限流电阻和分流下拉电阻中电阻的数量可以根据实际状况设计增加或减少，于此不作过多限制。

如此设置，LED驱动电路能够在空载状况下自动把电压调节模块2的供电切断来降低能量消耗；同时，在负载接入电路时，也能够保证其正常工作。具体地，当LED负载接入电路时，即LED负载与LED+端和LED-端连接，此时电解电容EC1的两端产生直流电压50V，电解电容EC3的负极端的电压等于直流电压50V减去LED负载电压36V，即电解电容EC3的负极端的电压14V＝50V-36V。电解电容EC3的负极端的电压14V再通过第一电阻R5和第二电阻R6分压后达到NPN三极管Q2的导通电流，使得NPN三极管Q2导通，NPN三极管Q2导通后将PNP三极管Q1的基极b拉低，此时PNP三极管Q1导通，恒压直流电直接流入电压调节芯片U2的Vin端口内，此时电压调节芯片U2正常工作，控制整个DC-DC恒流模块将恒压直流电转化为可供LED负载使用的电压。

当LED负载没有接入电路时，即LED+端和LED-端之间断开，此时电解电容EC1两端产生的直流电压为50V，由于LED+端和LED-端之间断开，所以电解电容EC3的负端电压为0V，第一电阻R5和第二电阻R6上分到的电压也为0V，此时NPN三极管Q2和PNP三极管Q1均不能导通，那么直流电压50V则不能流入电压调节芯片U2的Vin端口内，导致电压调节芯片U2不能正常工作。经过多次实验，此时电压调节芯片U2所在的DC-DC恒流模块的整个线路没有能量消耗，即整个LED驱动电路的能量消耗为恒压驱动模块1部分的空载功耗，于此就可以满足ERP待机功耗小于0.5W的要求。

本发明中供电检测切换模块3的GND端与LED-端不为同一网络。以上举例使用的恒压驱动芯片U1和电压调节芯片U2不限定种类、是否隔离以及何种电源拓扑，只要恒压驱动模块1能够产生恒压直流电、输出的LED-端与GND端不为同一网络，如此才能够使第一电阻R5和第二电阻R6检测到LED-端的电压。

优选地，控制模块4为MCU模块，MCU模块包括1脚-16脚，其中1脚接地，6脚与第六电阻R4连接，11脚接在第一电阻R5和第二电阻R6之间。当LED负载接入电路时，电解电容EC1的两端产生直流电压50V，电解电容EC3的负极端的电压等于直流电压50V减去LED负载电压36V，即电解电容EC3的负极端的电压14V＝50V-36V。电解电容EC3的负极端的电压14V再通过第一电阻R5和第二电阻R6分压后，送到MCU模块的11脚，由MCU模块在内部进行ADC转换，以将模拟信号转换成数字信号。

MCU模块内部设有阈值，转换好的数字信号先与内部的阈值作比较，若是高于内部阈值，MCU模块则会通过第6脚输出3.3V高电位，NPN三极管Q2导通。也就是说，第一电阻R5和第二电阻R6分压后，再通过MCU模块处理后达到NPN三极管Q2的导通电流，NPN三极管Q2导通后将PNP三极管Q1的基极b拉低，此时PNP三极管Q1导通，恒压直流电直接流入电压调节芯片U2的Vin端口内，此时电压调节芯片U2正常工作，控制整个DC-DC恒流模块将恒压直流电转化为LED负载可以使用的电压。

当LED负载没有接入电路时，则电解电容EC3的负端电压为0V，第一电阻R5和第二电阻R6上分到的电压也为0V，并先到达MCU模块内进行处理，然后再与MCU模块内部的阈值做比较，若是低于内部阈值，MCU模块则通过第6脚输出低电平，此时NPN三极管Q2和PNP三极管Q1均不能导通，那么恒压直流电则不会流入电压调节芯片U2的Vin端口内，导致电压调节芯片U2不能正常工作。经过多次实验，此时电压调节芯片U2所在的DC-DC恒流模块的整个线路没有能量消耗，即整个LED驱动电路的能量消耗为恒压驱动模块1部分的空载功耗，于此就可以满足ERP待机功耗小于0.5W的要求。

如图3所示，作为本发明的第二实施例，本发明的LED驱动电路中恒压驱动芯片U1还可以为HFC0100HS(低PF副边反馈隔离恒压芯片)，电压调节芯片U2为H5112A(BUCK DC-DC恒流调光芯片)，此时也能实现当LED负载未接入电路时整个LED驱动电路的能量消耗小于0.5W，当LED负载接入电路时整个LED驱动电路正常工作的功效。当然，由于供电检测切换模块3中的MCU模块有多个端口，所以还可以对LED负载进行调光、调色、蓝牙以及Wifi等功能的设计和应用。

如图4所示，本发明还可以在图3的基础上接入多个DC-DC恒流模块和供电检测切换模块3，即对DC-DC恒流模块和供电检测切换模块3做一个等效复制的电路，以对应于多路LED共阳输出的应用。以二路LED共阳输出为例，两路的LED+端共用，LED-端不同，此时，MCU模块U3的10脚接入另一个供电检测切换模块3和DC-DC恒流模块。多一路检查就可多一路ADC采样，第一电阻R5和第二电阻R6的采样使用的是MCU模块U3的11脚，而电阻R5’和电阻R6’的采样则使用的是MCU模块U3的10脚，MCU模块U3的6脚同时控制PNP三极管Q2和Q2’。MCU模块中其他的PIN脚也可以对LED负载进行调光、调色等。

从图4可以看出：本发明的LED驱动电路不仅能够利用供电检测切换模块3来自动切换电压调节模块2的供电，进而在空载状态下能够切断电压调节模块2的供电以降低能量损耗；同时还能控制多路LED负载的通断电，以及对多路LED负载进行调光、调色等。

综上所述，本发明的LED驱动电路通过设置供电检测切换模块3，从而可以利用该供电检测切换模块3来自动切换电压调节模块2的供电，进而在空载状态下可以切断电压调节模块2的供电以降低能量损耗。此外，供电检测切换模块3设有控制模块4，更能精准地自动切换电压调节模块2的供电。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：

恒压驱动模块(1)，用于将市电交流电转换为恒压直流电；

电压调节模块(2)，与所述恒压驱动模块(1)相连，用于将所述恒压直流电转化为能够供LED使用的恒流电；

供电检测切换模块(3)，与所述电压调节模块(2)相连，用于检测与所述电压调节模块(2)的输出端相连的LED负载电压，并根据该LED负载电压控制所述电压调节模块(2)的启动或关断；以及

控制模块(4)，与所述供电检测切换模块(3)相连，用于将模拟信号转换成数字信号，并根据所述数字信号控制所述供电检测切换模块(3)导通或关断；

其中，当所述电压调节模块(2)的输出端连接有LED负载时，所述供电检测切换模块(3)检测到LED负载电压为高电压，所述控制模块(4)对该高电压进行处理并控制所述供电检测切换模块(3)导通，使所述电压调节模块(2)启动并为LED负载供电；当所述电压调节模块(2)的输出端未连接LED负载时，所述供电检测切换模块(3)检测到LED负载电压为0，所述控制模块(4)对当前的LED负载电压进行处理并控制所述供电检测切换模块(3)断开，使所述电压调节模块(2)关断。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述供电检测切换模块(3)包括分压模块，所述分压模块包括相互串联的第一电阻(R5)和第二电阻(R6)，所述控制模块(4)与所述第一电阻(R5)和第二电阻(R6)的公共端节点相连，以采集分压模块输出的模拟信号并将该模拟信号转换成数字信号。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于：所述供电检测切换模块(3)还包括开关模块，所述控制模块(4)连接在所述分压模块和所述开关模块之间，用于输出控制信号至所述开关模块，以控制所述开光模块关闭或打开。

4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于：所述控制模块(4)内设有预先设定的阈值，所述控制模块(4)用于将转换形成的数字信号与预先设定的阈值进行比较，当数字信号大于阈值时，输出控制信号至所述开关模块。

5.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于：所述电压调节模块(2)包括与所述恒压驱动模块(1)的输出端相连以接收恒压直流电的输入端、与LED负载的负极相连的负极输出端以及与LED负载的正极相连的正极输出端，所述分压模块与所述负极输出端相连，所述开关模块与所述输入端相连，且当所述负极输出端对地输出高电压时，所述分压模块输出高电平，所述开关模块导通，所述电压调节模块(2)开始正常工作；当所述负极输出端对地输出电压为0V时，所述分压模块输出低电平，所述开关模块关断，所述电压调节模块(2)断开。

6.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于：所述开关模块包括第一开关件和第二开关件，所述第二开关件与所述控制模块(4)相连，所述第一开关件分别与所述第二开关件和所述电压调节模块(2)相连，以在第二开关件导通时，使所述第一开关件导通，所述电压调节模块(2)启动并为LED负载供电。

7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于：所述第一开关件为PNP三级管，所述第二开关件为NPN三极管，且所述NPN三极管导通后将所述PNP三级管的基极拉低，使所述PNP三级管导通。

8.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述恒压驱动模块(1)为高PF隔离恒压模块，所述电压调节模块(2)为BUCK DC-DC恒流调光模块。

9.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述恒压驱动模块(1)为低PF副边反馈隔离恒压模块，所述电压调节模块(2)为BUCK DC-DC恒流调光模块。

10.一种LED照明装置，其特征在于：所述LED照明装置包括权利要求1-9中任意一项所述的LED驱动电路。

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