CN203340342U - Led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出一种LED驱动电路,该LED驱动电路包括:整流及阻尼电路,EMI滤波电路,控制电路,以及开关变换电路;其中,整流及阻尼电路的输入端是LED驱动电路的输入端,整流及阻尼电路的输出端连接EMI滤波电路的输入端,整流及阻尼电路包括桥式整流电路和阻尼电路,桥式整流电路连接阻尼电路,EMI滤波电路的输出端连接开关变换电路的第一端,控制电路连接开关变换电路,开关变换电路的输出端是LED驱动电路的输出端。本实用新型的LED驱动电路能够以更加简单的结构为调光电路提供所需的擎住电流和维持电流,而且即便是在低输入电压范围也能够为调光电路提供非常好的支持。

Description

LED驱动电路
技术领域
本实用新型涉及一种LED驱动电路,特别是涉及一种支持调光的LED驱动电路。
背景技术
LED作为新型节能光源,以其突出的环保、节能、寿命长、体积小等特点,近年来在照明领域得到了广泛的应用。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,LED驱动电路对于保证LED处于稳定、可靠的工作状态起着相当重要的作用。可调光LED照明产品的出现,对LED驱动电路提出了更高的要求,如何能够更好地支持可调光LED照明产品的工作,是当前面临的相当重要的课题。
目前已经提出了诸多支持切相调光的LED驱动电路的解决方案。
1.需要利用外部的泄放电阻来提供擎住电流和维持电流的单级LED驱动器(以恩智浦半导体公司(NXP Semiconductor)推出的SSL2101为代表)。
这类LED驱动器需要利用外部的泄放电阻来提供泄放电流以支持TRIAC调光器,但是这类LED驱动器的泄放损耗不理想,并且泄放电阻的硬开关可能会产生瞬变电流/电压,从而导致调光器不稳定。
2.需要利用外部的泄放电路来提供擎住电流和维持电流的单级LED驱动器(以恩智浦半导体公司推出SSL210312V21W反激式LED驱动器、艾尔瓦特公司(iWatt)推出的iW3608、美国国家半导体公司(National Semiconductor)推出的LM3445为代表)。
这类LED驱动器作为对所有输入电压都适用的通用解决方案,具有理想的泄放功耗,并且能够对调光器提供可靠的支持。但是,这类LED驱动器需要额外的功率晶体管及相关元件,这些元件不仅导致LED驱动器的成本提高,而且由于这些元件自身需要一定的安装空间,因此也不适用于内部空间有限的小功率的改型灯。
3.除了主变换器以外,还需要利用专用的升压变换器在切相的并且低的输入电压范围提供额外的擎住电流和维持电流的两级LED驱动器(以艾尔瓦特公司推出的iW3610、赛普拉斯半导体公司(Cypress Semiconductor)推出的CY8CLEDAC02为代表)。
这类LED驱动器对调光器有很好的支持,但是额外的升压变换器增加了成本,并且影响了系统效率。
4.利用第一升压级的缓冲电容来防止TRIAC(三端双向可控硅)调光器熄火的两级LED驱动器,并没有为了TRIAC调光器的操作进行专门的设计(以凌云逻辑公司(Cirrus Logic)推出的CS1610/12为代表)。
这类LED驱动器由于缓冲电容的作用能够实现无频闪,但是这类LED驱动器需要额外级的功率变换,这样不仅增加了成本,而且增大了电路板的尺寸,因此不适合应用于小的改型灯。另外,这类LED驱动器也没有解决好TRIAC调光器的熄火问题,致使TRIAC调光器的操作不稳定。
5.在AC或DC总线上具有RC支路的单级LED驱动器,该RC支路提供擎住电流,开关变换器提供维持电流(以PI(Power Integration)公司推出的LNK403-409/413-419,飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)推出的FL7730,以及意法半导体公司推出的L6562为代表)。
这类LED驱动器在没有泄放电路的情况下,使得大多数调光器实现了可接受的调光,但是由恒定导通时间和恒定开关频率控制产生的正弦输入电流对低输入电压范围中的某些调光器没有给予很好的支持。
实用新型内容
针对现有的LED驱动电路存在的上述问题,本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单且能够对调光提供理想的支持的LED驱动电路。
为解决上述技术问题,本实用新型的LED驱动电路包括:整流及阻尼电路,EMI滤波电路,控制电路,以及开关变换电路;其中,整流及阻尼电路的输入端是LED驱动电路的输入端,整流及阻尼电路的输出端连接EMI滤波电路的输入端,整流及阻尼电路包括桥式整流电路和阻尼电路,桥式整流电路连接阻尼电路,EMI滤波电路的输出端连接开关变换电路的第一端,控制电路连接开关变换电路,开关变换电路的输出端是LED驱动电路的输出端。
整流及阻尼电路的第一种技术方案是:桥式整流电路的输入端是整流及阻尼电路的输入端,桥式整流电路的输出端中的正极端是整流及阻尼电路的输出端,阻尼电路的一端连接桥式整流电路的输出端中的负极端,阻尼电路的另一端接地或连接桥式整流电路的输出端中的正极端。该阻尼电路可以为有源阻尼电路,该有源阻尼电路包括定时并联开关和电阻,定时并联开关与电阻并联连接,该电阻的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。当阻尼电路的另一端接地时,该阻尼电路也可以由电阻构成,该电阻的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下,也可以进一步优选为在150欧姆以上且200欧姆以下。
整流及阻尼电路的第二种技术方案是:桥式整流电路的输入端是整流及阻尼电路的输入端,阻尼电路的一端连接桥式整流电路的输出端中的正极端,阻尼电路的另一端是整流及阻尼电路的输出端。该阻尼电路可以为有源阻尼电路,该有源阻尼电路包括定时并联开关和电阻,定时并联开关与电阻并联连接,该电阻的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。该阻尼电路也可以由电阻构成,该电阻的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。
整流及阻尼电路的第三种技术方案是:阻尼电路串联在LED驱动电路的输入端与桥式整流电路的输入端之间,桥式整流电路的输出端是整流及阻尼电路的输出端。该阻尼电路由电阻构成,该电阻的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。
EMI滤波电路是由第一电容、电感、第二电容依序串联构成的π型滤波器,其中,电感与第一电容相连的一端是EMI滤波电路的输入端,电感与第二电容相连的一端是EMI滤波电路的输出端,第一电容的电容值优选为在0.047μF以上且0.33μF以下。
控制电路是连续导通模式控制电路或断续导通模式控制电路,控制电路控制开关变换电路输出正弦电流。
控制电路是控制开关变换电路工作在临界导通模式并具有恒定导通时间的临界导通模式控制电路,控制电路控制开关变换电路输出准正弦电流。
控制电路包括第一输出端和第二输出端,控制电路的第一输出端连接开关变换电路的第二端,控制电路的第二输出端连接开关变换电路的第三端。
开关变换电路是降压变换器、降压/升压变换器、反激变换器中的任意一个。
LED驱动电路的输入端连接调光电路,LED驱动电路的输出端连接LED负载。
调光电路为切相调光电路。
与现有技术相比,本实用新型的LED驱动电路不需要额外设置专用的泄放电路或升压变换器或其他元件就能够为调光电路提供所需的擎住电流和维持电流,而且即便是在低输入电压范围也能够为调光电路提供非常好的支持。由此可见,本实用新型的LED驱动电路1能够以更加简单的结构实现对调光电路的更好的支持。
下面结合附图对本实用新型的LED驱动电路进行详细的描述。
附图说明
图1是表示本实用新型的LED驱动电路的组成的方框图。
图2是表示本实用新型的LED驱动电路的一个应用实例的方框图。
图3是表示本实用新型的LED驱动电路中的整流及阻尼电路的第一种实施方式的一个实施例的方框图。
图4是表示本实用新型的LED驱动电路中的整流及阻尼电路的第一种实施方式的另一个实施例的方框图。
图5是表示图4所示的实施例的电路框图。
图6是表示本实用新型的LED驱动电路中的整流及阻尼电路的第二种实施方式的方框图。
图7是表示本实用新型的LED驱动电路中的整流及阻尼电路的第三种实施方式的方框图。
图8是表示本实用新型的LED驱动电路的第一实施例的电路框图。
图9是表示本实用新型的LED驱动电路的第二实施例的电路框图。
图10是表示本实用新型的LED驱动电路的第三实施例的电路框图。
图11是表示本实用新型的LED驱动电路的输入电压与输入电流的幅度之间的关系的示意图。
附图标记说明
1  LED驱动电路
2  整流及阻尼电路
3  EMI滤波电路
4  控制电路
5  开关变换电路
6  调光电路
7  LED负载
21 桥式整流电路
22 阻尼电路
具体实施方式
图1是表示本实用新型的LED驱动电路的组成的方框图。图1所示的LED驱动电路1包括整流及阻尼电路2,EMI滤波电路3,控制电路4,以及开关变换电路5。整流及阻尼电路2的输入端是该LED驱动电路1的输入端,整流及阻尼电路2的输出端连接EMI滤波电路3的输入端,整流及阻尼电路2包括桥式整流电路21和阻尼电路22,桥式整流电路21连接阻尼电路22,EMI滤波电路3的输出端连接开关变换电路5的第一端,控制电路4连接开关变换电路5,开关变换电路5的输出端是该LED驱动电路1的输出端。需要说明的是,在本实用新型的各个附图中,为了清楚简化起见,部分省略了LED驱动电路中各组成电路接地的表示。
图2是表示本实用新型的LED驱动电路的一个应用实例的方框图。如图2所示,LED驱动电路1的输入端连接调光电路6,LED驱动电路1的输出端连接LED负载7。
整流及阻尼电路2可以采用以下三种方式来实施。
1.整流及阻尼电路2的第一种实施方式:整流及阻尼电路2中的桥式整流电路21的输入端是整流及阻尼电路2的输入端,桥式整流电路21的输出端中的正极端是整流及阻尼电路2的输出端,连接EMI滤波电路3的输入端,整流及阻尼电路2中的阻尼电路22的一端连接桥式整流电路21的输出端中的负极端(如图3、图4所示)。
图3和图4是表示本实用新型的LED驱动电路中的整流及阻尼电路的第一种实施方式的两个实施例的方框图。从图3、图4所示的整流及阻尼电路2的第一种实施方式的两个实施例的方框图可以看出,阻尼电路22的一端连接桥式整流电路21的输出端中的负极端,阻尼电路22的另一端既可以连接桥式整流电路21的输出端中的正极端(如图4所示),也可以不连接桥式整流电路21的输出端中的正极端而是接地(如图3所示)。
在图3和图4所示的第一种实施方式的两个实施例中,阻尼电路22可以是有源阻尼电路。图5是表示图4所示的阻尼电路22为有源阻尼电路的实施例的电路图。图5所示的阻尼电路22包括定时并联开关Q2和电阻R1,定时并联开关Q2与电阻R1并联连接,该电阻R1的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。定时并联开关Q2可以由三极管或MOSFET等元件来实现。
在图3所示的第一种实施方式的实施例中,阻尼电路22也可以由电阻R1构成,该电阻R1的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。
2.整流及阻尼电路2的第二种实施方式:整流及阻尼电路2中的桥式整流电路21的输入端是整流及阻尼电路2的输入端,整流及阻尼电路2中的阻尼电路22的一端连接桥式整流电路21的输出端中的正极端,整流及阻尼电路2中的阻尼电路22的另一端是整流及阻尼电路2的输出端,连接EMI滤波电路3的输入端,桥式整流电路21的输出端中的负极端接地(如图6所示)。
在第二种实施方式中,阻尼电路22可以是有源阻尼电路。该有源阻尼电路包括定时并联开关Q2和电阻R1,定时并联开关Q2与电阻R1并联连接,该电阻R1的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。
在第二种实施方式中,阻尼电路22也可以由电阻R1构成,该电阻R1的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。
3.整流及阻尼电路2的第三种实施方式:阻尼电路22串联在LED驱动电路1的输入端与桥式整流电路21的输入端之间,桥式整流电路21的输出端是整流及阻尼电路2的输出端,连接EMI滤波电路3的输入端(如图7所示)。
在第三种实施方式中,阻尼电路22可以由电阻R1构成,该电阻R1的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下。
EMI滤波电路3可以采用现有的适用于LED驱动电路的任何类型的EMI滤波电路来实施,例如可以采用π型滤波器来实施。控制电路4可以采用临界导通模式控制电路、连续导通模式控制电路、断续导通模式控制电路中的任意一个来实施。当控制电路4由连续导通模式控制电路或断续导通模式控制电路来实施时,控制电路4控制开关变换电路5输出正弦电流,作为调光电路的输入电流。当控制电路4由临界导通模式控制电路来实施时,控制电路4控制开关变换电路5工作在临界导通模式并具有恒定导通时间,控制电路4控制开关变换电路5输出准正弦电流,作为调光电路的输入电流。开关变换电路5可以采用降压变换器、降压/升压变换器、反激变换器中的任意一个来实施。
图8是表示本实用新型的LED驱动电路的第一实施例的电路框图。在图8所示的LED驱动电路1的第一实施例中,整流及阻尼电路2采用上述图4所示的第一种实施方式来实施,开关变换电路5采用降压变换器来实施,EMI滤波电路3采用由第一电容C1、电感L1、第二电容C2依序串联构成的π型滤波器来实施,控制电路4采用临界导通模式控制电路来实施,例如,恩智浦半导体公司推出的SSL21082和SSL2129均可用作控制电路4。为了清楚简化起见,在图8中并未具体示出控制电路4的内部电路结构。
在LED驱动电路1的第一实施例中,如图8所示,开关变换电路5包括二极管D2、功率场效应晶体管Q3、电阻R4、电容C3、以及电感L2。二极管D2、功率场效应晶体管Q3、电阻R4依序串联连接,其中二极管D2的正极连接功率场效应晶体管Q3的漏极,功率场效应晶体管Q3的源极连接电阻R4的一端,电阻R4的另一端接地。电容C3和电感L2串联连接,串联连接的电容C3和电感L2与二极管D2并联连接。电感L2的一端连接电容C3的负极,电感L2的另一端连接功率场效应晶体管Q3的漏极。
EMI滤波电路3中的电感L1的输出端连接开关变换电路5中的二极管D2的负极(即开关变换电路5的第一端),控制电路4的第一输出端连接开关变换电路5中的功率场效应晶体管Q3的栅极(即开关变换电路5的第二端),控制电路4的第二输出端连接开关变换电路5中的功率场效应晶体管Q3的源极(即开关变换电路5的第三端)。开关变换电路5中的电容C3的两端是开关变换电路5的输出端。
图9是表示本实用新型的LED驱动电路的第二实施例的电路框图。图9所示的LED驱动电路1的第二实施例与图8所示的LED驱动电路1的第一实施例的不同之处在于,在图9所示的LED驱动电路1的第二实施例中,开关变换电路5采用降压/升压变换器来实施。
在LED驱动电路1的第二实施例中,如图9所示,开关变换电路5包括二极管D2、功率场效应晶体管Q3、电阻R4、电容C3、以及电感L2。电感L2、功率场效应晶体管Q3、电阻R4依序串联连接,其中电感L2的一端(即开关变换电路5的第一端)连接EMI滤波电路3中的电感L1的输出端,电感L2的另一端连接功率场效应晶体管Q3的漏极,功率场效应晶体管Q3的源极连接电阻R4的一端,电阻R4的另一端接地。电容C3和二极管D2串联连接,串联连接的电容C3和二极管D2与电感L2并联连接。其中,二极管D2的负极连接电容C3的正极,二极管D2的正极连接功率场效应晶体管Q3的漏极。
控制电路4的第一输出端连接开关变换电路5中的功率场效应晶体管Q3的栅极(即开关变换电路5的第二端),控制电路4的第二输出端连接开关变换电路5中的功率场效应晶体管Q3的源极(即开关变换电路5的第三端)。开关变换电路5中的电容C3的两端是开关变换电路5的输出端。
图10是表示本实用新型的LED驱动电路的第三实施例的电路框图。图10所示的LED驱动电路1的第三实施例与图8、图9所示的LED驱动电路1的第一实施例、第二实施例的不同之处在于,在图10所示的LED驱动电路1的第三实施例中,开关变换电路5采用反激变换器来实施。
在LED驱动电路1的第三实施例中,如图10所示,开关变换电路5包括二极管D2、功率场效应晶体管Q3、电阻R4、电容C3、以及变压器L3。变压器L3的初级线圈、功率场效应晶体管Q3、电阻R4依序串联连接,其中变压器L3的初级线圈的一端(即开关变换电路5的第一端)连接EMI滤波电路3中的电感L1的输出端,变压器L3的初级线圈的另一端连接功率场效应晶体管Q3的漏极,功率场效应晶体管Q3的源极连接电阻R4的一端,电阻R4的另一端接地。二极管D2和电容C3串联连接,串联连接的二极管D2和电容C3与变压器L3的次级线圈并联连接。其中,变压器L3的次级线圈的一端连接二极管D2的正极,二极管D2的负极连接电容C3的正极,电容C3的负极连接变压器L3的次级线圈的另一端。
控制电路4的第一输出端连接开关变换电路5中的功率场效应晶体管Q3的栅极(即开关变换电路5的第二端),控制电路4的第二输出端连接开关变换电路5中的功率场效应晶体管Q3的源极(即开关变换电路5的第三端)。开关变换电路5中的电容C3的两端是开关变换电路5的输出端。
在上述LED驱动电路1的第一实施例、第二实施例和第三实施例中,如图8、图9和图10所示,电感L1与第一电容C1相连的一端是EMI滤波电路3的输入端,电感L1与第二电容C2相连的一端是EMI滤波电路3的输出端,第一电容C1的电容值优选为在0.047μF以上且0.33μF以下。
本实用新型的LED驱动电路1特别适用于调光电路为切相调光电路的情况。这是因为切相调光电路在线电压上瞬态电压变化很快(即电压变化率dv/dt很高),这样就容易产生较大的冲击电流。LED驱动电路需要将冲击电流限制到可接受的等级,以避免在电压瞬变期间损坏调光电路或者触发保险丝盒。
本实用新型的LED驱动电路1利用阻尼电路22和EMI滤波电路3来限制冲击电流,通过合理地设置阻尼电路22中的电阻R1的电阻值和EMI滤波电路3中的第一电容C1的电容值,不仅能够有效地限制冲击电流,而且EMI滤波电路3中的第一电容C1中的充电电流还能够为调光电路提供足够的擎住电流。阻尼电路22中的电阻R1的电阻值优选为在100欧姆以上且250欧姆以下,EMI滤波电路3中的第一电容C1的电容值优选为在0.047μF以上且0.33μF以下,在这种情况下,该LED驱动电路1能够实现对调光电路的更好的支持。
由此可见,与背景技术中所述的现有技术相比,本实用新型的LED驱动电路1不需要额外设置专用的泄放电路或升压变换器或其他元件就能够为调光电路提供所需的擎住电流,这样使得本实用新型的LED驱动电路1的结构更加简单。
而且,一旦调光电路导通,本实用新型的LED驱动电路1就能够为调光电路在导通期间提供所需的维持电流。尤其是相对于现有技术,本实用新型的LED驱动电路1能够为调光电路在低输入电压范围提供更大的维持电流。这是因为:
(1)当控制电路4由临界导通模式控制电路实施时,由于控制电路4控制开关变换电路5工作在临界导通模式并具有恒定导通时间,从而使得开关变换电路5能够为调光电路提供几乎没有相移的准正弦输入电流Iin,如图11所示,由于本实用新型的LED驱动电路1在低输入电压范围中以较高的频率进行开关工作,与典型的正弦输入电流相比,由于准正弦输入电流Iin在低输入电压范围增大,因此本实用新型的LED驱动电路1能够为调光电路在低输入电压范围提供更大的维持电流。
(2)而且,通过适当地设置限流点,本实用新型的LED驱动电路1在峰值输入电压范围工作在限流模式(即峰值电流是恒定的,如图11所示),这样也使得输入电流Iin在低输入电压范围更大一些,从而能够为调光电路在低输入电压范围提供更大的维持电流。
因此,对于低输入电压的情况,本实用新型的LED驱动电路1的优势更为突出。本实用新型的LED驱动电路1特别适用于以90V以上120V以下的市电电压作为输入电压的情况。
由此可见,与背景技术中所述的现有技术相比,本实用新型的LED驱动电路1能够在低输入电压范围为调光电路提供非常好的支持,而并不需要额外设置专用的泄放电路或升压变换器或其他元件。
综上,本实用新型的LED驱动电路1能够以更加简单的结构实现对调光电路的更好的支持。

Claims (15)

1.一种LED驱动电路,其特征在于,所述LED驱动电路包括:整流及阻尼电
路,EMI滤波电路,控制电路,以及开关变换电路;其中,
所述整流及阻尼电路的输入端是所述LED驱动电路的输入端,
所述整流及阻尼电路的输出端连接所述EMI滤波电路的输入端,所述整流及阻尼电路包括桥式整流电路和阻尼电路,所述桥式整流电路连接所述阻尼电路,
所述EMI滤波电路的输出端连接所述开关变换电路的第一端,所述控制电路连接所述开关变换电路,
所述开关变换电路的输出端是所述LED驱动电路的输出端。
2.如权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述桥式整流电路的输入端是所述整流及阻尼电路的输入端,所述桥式整流电路的输出端中的正极端是所述整流及阻尼电路的输出端,
所述阻尼电路的一端连接所述桥式整流电路的输出端中的负极端。
3.如权利要求2所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述阻尼电路的另一端接地。
4.如权利要求2所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述阻尼电路的另一端连接所述桥式整流电路的输出端中的正极端。
5.如权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述桥式整流电路的输入端是所述整流及阻尼电路的输入端,所述阻尼电路的一端连接所述桥式整流电路的输出端中的正极端,所述阻尼电路的另一端是所述整流及阻尼电路的输出端。
6.如权利要求2或5所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述阻尼电路为有源阻尼电路,所述有源阻尼电路包括定时并联开关和电阻值在100欧姆以上且250欧姆以下的电阻,所述定时并联开关与所述电阻并联连接。
7.如权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述阻尼电路串联在所述LED驱动电路的输入端与所述桥式整流电路的输入端之间,所述桥式整流电路的输出端是所述整流及阻尼电路的输出端。
8.如权利要求3、5、7中任意一项所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述阻尼电路由电阻值在100欧姆以上且250欧姆以下的电阻构成。
9.如权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述EMI滤波电路是由电容值在0.047μF以上且0.33μF以下的第一电容、电感、第二电容依序串联构成的π型滤波器,其中,所述电感与所述第一电容相连的一端是所述EMI滤波电路的所述输入端,所述电感与所述第二电容相连的一端是所述EMI滤波电路的所述输出端。
10.如权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述控制电路是连续导通模式控制电路或断续导通模式控制电路,所述控制电路控制所述开关变换电路输出正弦电流。
11.如权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述控制电路是控制所述开关变换电路工作在临界导通模式并具有恒定导通时间的临界导通模式控制电路,所述控制电路控制所述开关变换电路输出准正弦电流。
12.如权利要求10或11所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述控制电路包括第一输出端和第二输出端,所述控制电路的第一输出端连接所述开关变换电路的第二端,所述控制电路的第二输出端连接所述开关变换电路的第三端。
13.如权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述开关变换电路是降压变换器、降压/升压变换器、反激变换器中的任意一个。
14.如权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述LED驱动电路的输入端连接调光电路,
所述LED驱动电路的输出端连接LED负载。
15.如权利要求14所述的LED驱动电路,其特征在于,
所述调光电路为切相调光电路。
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