WO2015024529A1

WO2015024529A1 - Led交流驱动电路

Info

Publication number: WO2015024529A1
Application number: PCT/CN2014/084991
Authority: WO
Inventors: 杨冕; 封正勇; 龙文涛; 李东明
Original assignee: 四川新力光源股份有限公司
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-02-26
Also published as: CN104427688B; EP3046396A1; US20160360586A1; EA201690457A1; EP3046396A4; CN104427688A; US9775206B2

Abstract

一种LED交流驱动电路，包括：整流单元，限流单元，M个LED单元，每个LED单元包括ni个串联的LED，其中1≤i≤M，且n₁+n₂+…+n_M＝N，1≤M≤N，且N通过式（Ｉ）确定。所述M个LED单元顺序与所述整流单元的正端和连接在所述整流单元的负端上的限流单元相连接，其中第一LED单元包括串联在LED串的负端的开关，第iLED单元包括串联在LED串的正端的开关和串联在LED串负端的开关，1≤i≤M-1，以及第M LED单元包括串联在LED串的正端的开关；以及M-1个断开或导通控制连接线路，其中，通过改变各个开关的打开、关闭状态以及所述断开或导通控制连接线路的断开或导通状态，改变各个LED单元的串并联状态，从而使得在所述脉动直流电的各个电压范围内全部LED都正常工作。

Description

LED交流驱动电路本申请要求于 2013 年 8 月 23 日提交中国国家知识产权局、申请号为 201310373427.1、发明名称为 "LED交流驱动电路"的中国专利申请的优先权，该在先申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域本发明涉及 LED驱动电路技术领域，具体的 , 涉及一种 LED交流驱动电路。

背景技术

当前，节能环保的意识越来越受到社会各界广泛关注。在照明领域，表现为大量釆用具有独特节能优势的 LED照明产品。

现有技术中， LED 照明产品的驱动电路通常釆用传统的开关恒流电源技术（ AC-DC )。这些驱动电路的使用寿命都远远低于 LED本身的使用寿命，这导致 LED照明产品的实际使用寿命较传统的节能灯管没有优势。因此，人们提出了将 LED直接接入交流市电的第一代 LED交流驱动技术，这种技术可以解决传统驱动电源的寿命问题，但是驱动效率很低，一般低于 70%, 而开关恒流电源的驱动效率通常大于 80%。另外，由于第一代 LED交流驱动技术的 LED 工作电流是时刻变化的，在交流市电的每个周期中都会产生一个冲击，这对 LED自身寿命会有损伤，同时会导致 LED发光效率的降低，随着市电的波动会使得人眼看到明显的闪烁。

针对第一代 LED交流驱动技术的上述缺陷，人们提出了第二代 LED交流驱动技术，将原来单一的 LED 串分成了若干个单元，每个单元由一个或多个 LED 串联在一起，对每个单元设置接地开关，然后设置限流装置；运行时，釆用控制电路检测输入电压值，根据该电压值来选择其中的一个开关导通。该驱动技术的优点在于，由于交流市电成正弦波形，电压随时间变化而变化，当电压低时点亮第一个单元，电压升高时点亮第一、第二两个单元，当电压开始降低时，再点亮其中的第一个单元，如此往复。这样就将驱动的效率从原来的小于 70%提高到了 90%。同时，由于釆用了限流技术，使流过 LED电流的峰值得到了限制，也就保护了 LED本身，同时也解决了交流市电电压波动时产生明显闪烁的问题。

第二 LED交流驱动技术虽然解决了第一代技术存在的问题，但是仍然存在一些缺陷。例如，当前市场需求期望 LED照明产品能够兼容传统的 TRIAC 调光器，实现调光功能。这种需求对传统的开关恒流电源来说是难以实现，市面上的可调光开关恒流电源的调光效果差（会有闪烁），同样的需求对于第一代交流驱动技术来说存在一个明显的亮度突变（突然变亮或变暗），对于第二代 LED交流驱动技术来说，虽然调光中的亮度不会有明显的闪烁和突变，但是在调光过程中会出现很多个单元的 LED不亮的现象，这对于 LED照明来说会导致部分出光面没有光。结果，虽然实现了调节亮度的大小，却影响了光的输出。

此外，第二代 LED交流驱动技术在不同时间内 LED的工作数量是不同的，只有很少的时间是全部发光，结果没有充分利用所有的 LED。

另外，第二代 LED交流驱动技术虽然釆用了限流技术,但是没有解决 LED 照明产品输出光的亮度问题，即划分了多少个单元就会有两倍于所分单元数量的亮度阶梯（亮度在一段时间内恒定，当电压升高，亮度就会上升到一定值后保持）。

再者，第二代 LED交流驱动技术与第一代技术一样，一款产品只能工作在一个电网电压下。例如，如果将 110V的交流产品工作在 220V电网中， LED 产品的亮度功率等会增加，甚至损坏；同样，如杲将 220V的产品工作在 110V 电网中，其功率和亮度都会降低，甚至不亮。

因此，希望开发出一种 LED交流驱动电路，其能够实现第二代交流技术的优点的同时，还能够让 LED输出的光时恒定，没有阶梯。此外，还需要 LED 交流驱动电路可以像传统开关电源那样可以工作在不同的电网电压下，并保持功率和亮度不会改变。

发明内容

本发明的目的是提供一种 LED交流驱动电路，包括：

整流单元，其连接在交流市电上，用于对市电进行整流而输出脉动直流电；限流单元，其串联在电路中，用于限制电路中的电流大小；

M个 LED单元，每个 LED单元包括 ni个串联的 LED, 其中 l i M, JL nl+n2+...+nM=N, 1 < M < N,

且 N通过下式确定：

其中 Vin为交流市电电压， Vf为单个 LED的管压降，

所述 M个 LED单元顺序地以其两端，即靠近其 LED串的正端的一端和靠近其 LED串的负端的另一端，与所述整流单元的正端和连接在所述整流单元的负端上的限流单元相连接，其中第一 LED单元包括串联在 LED串的负端的开关，第 i LED单元包括串联在 LED串的正端的开关和串联在 LED串负端的开关， l i M-l , 以及第 M LED单元包括串联在 LED串的正端的开关；以及，

M-1个断开或导通控制连接线路，其每个的一端连接在第 i个 LED单元的 LED串的负端，另一端连接在第 i+1 LED单元的 LED串的正端， 1 i M-1 , 用于通过断开或导通而控制电路布局，

其中，通过改变各个开关的打开、关闭状态以及所述断开或导通控制连接线路的断开或导通状态，改变各个 LED单元的串并联状态，从而使得在所述脉动直流电的各个电压范围内全部 LED都正常工作。

根据本发明一方面，其中市电电压为 220V, 每颗 LED的管压降为 3.2V, N=96, M=4。

根据本发明另一方面，其中第 1 LED单元包括串联在其 LED串的负端的串的负端的开关 S4; 第 3 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S6和串联在其 LED串的负端的开关 S7; 以及第 4 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S9。

根据本发明另一方面，其中包括三个断开或导通控制连接线路，其分别为开关 S2、 S5和 S8 ,其中，开关 S2—端连接第 1 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 2 LED单元内的 LED串的正端；开关 S5—端连接第 2 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 3 LED单元内的 LED串的正端；以及开关 S8—端连接第 3 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 4 LED单元内的 LED串的正端。

根据本发明另一方面，其中当所述脉动直流电的电压从 0V升高到 VI，期间，将开关 S2、 S5、 S8断开，其余开关闭合，使得第 1 LED单元、第 2 LED 单元、第 3 LED单元、第 4 LED单元为并联关系；当所述脉动直流电的电压从 VI，升高到 V2，期间，将开关 S2、 S4、 S6、和 S8闭合，开关 Sl、 S3、 S5、 S7和 S9断开，使得第 1 LED单元和第 2 LED单元串联连接、第 3 LED单元和第 4 LED单元串联连接，并使得这两串并联；当所述脉动直流电的电压从 V2'升高到 Vmax'期间，将开关 S2、 S5、 S8闭合、其余开关断开，使得第 1 LED 单元、第 2 LED单元、第 3 LED单元和第 4 LED单元串联连接，其中 Vl '、 V2'为所述脉动直流电的上升沿中特定电压， V1 '<V2' ,其值使得全部所述 LED 单元在对应连接关系下都可以正常工作， Vmax，为所述脉动直流电的最大电压值，当所述脉动直流电的电压从 Vmax'降低到零期间，根据相应的电压区间对应地控制所述开关。

根据本发明另一方面，其中市电电压为 220V, 每颗 LED的管压降为 3V, N=90 , M=6。

根据本发明另一方面，其中第 1 LED单元包括串联在其 LED串的负端的串的负端的开关 S4; 第 3 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S6和串联在其 LED串的负端的开关 S7; 第 4 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S9和串联在其 LED串的负端的开关 S10;第 5 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S11和串联在其 LED串的负端的开关 S13; 以及第 6 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S14。

根据本发明另一方面，其中包括五个断开或导通控制连接线路，其分别为开关 S2、 S5、 S8、 S12和 S15 , 其中，开关 S2—端连接第 1 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 2 LED单元内的 LED串的正端；开关 S5—端连接第 2 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 3 LED单元内的 LED 串的正端；开关 S8—端连接第 3 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 4 LED单元内的 LED串的正端；开关 S12—端连接第 4 LED单元内的 LED 串的负端，另一端连接第 5 LED单元内的 LED串的正端；以及开关 S15—端连接第 5 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 6 LED单元内的 LED 串的正端。

根据本发明另一方面，其中包括五个断开或导通控制连接线路，其分别为二极管 D2、 D3、 D4、 D5和 D6, 其中，二极管 D2正极连接第 1 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 2 LED单元内的 LED串的正端；二极管 D3正极连接第 2 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 3 LED单元内的 LED 串的正端；二极管 D4正极连接第 3 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 4 LED单元内的 LED串的正端；二极管 D5正极连接第 4 LED单元内的 LED 串的负端，负极连接第 5 LED单元内的 LED串的正端；以及二极管 D6正极连接第 5 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 6 LED单元内的 LED串的正端。

根据本发明另一方面，其中当所述脉动直流电的电压从 VI升高到 V2期间，将开关 S2、 S5、 S8、 S12和 S15 断开或使二极管 D2、 D3、 D4、 D5和 D6截止，其余开关闭合，使得所述 6个 LED单元并联连接，其中导通电压为全部 LED 串联导通电压总和的 1/6; 当所述脉动直流电的电压从 V2升高到 V3期间，将开关 Sl、 S3、 S7、 S9、 S13、 S14断开，将所述 LED单元中的其余开关闭合，并且还将开关 S2、 S8、 S15闭合，将开关 S5、 S12断开，或者在二极管的情况中 D2、 D4、 D6处于导通状态， D3、 D5处于截止状态，从而使得 LED1单元和 LED2单元串联、 LED3单元和 LED4单元串联、 LED5单元和 LED6单元串联，并且还使得这 3 串再并联，其中导通电压为全部 LED 串联导通电压总和的 1/3; 当所述脉动直流电的电压从 V3升高到 V4期间，将开关 Sl、 S3、 S4、 S6、 S9、 S10、 Sll、 S13、 S14断开，将所述 LED单元中的其余开关闭合，并且还将开关 S2、 S5、 S12和 S15闭合、将开关 S8断开，或者在二极管的情况中 D2、 D3、 D5、 D6处于导通状态， D4处于截止状态，从而使得 LED 1、 LED2和 LED3 串联， LED4、 LED5和 LED6串联，并且还使得这 2串再并联，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和的 1/2; 当所述脉动直流电的电压从 V4升高到 Vmax期间，此时所述 LED单元中的所有开关全部断开，开关 S2、 S5、 S8、 S12和 S15全部闭合或者所有的二极管全部导通，从而使得 6个 LED单元的 LED全部串联，其中导通电压为全部 LED 串联导通电压总和，其中 VI、 V2、 V3、 V4为所述脉动直流电的上升沿中特定电压， V1<V2<V3<V4 , 其值使得全部所述 LED单元在对应连接关系下都可以正常工作， Vmax为全部 LED 串联导通电压总和，当所述脉动直流电的电压从 Vmax降低到零期间，根据相应的电压区间对应地控制所述开关。

根据本发明另一方面，其还包括开关控制装置，其检测脉动直流电压并根据该电压控制所述开关的闭合和断开。

根据本发明的 LED交流驱动电路可以解决现有技术中的缺点，同时保留原有电路的优点。在一个周期中， LED都是整体在工作， LED发光的利用率高，同时实现了全电压工作，在不同的电压下，所有的 LED都在工作，且亮度没有变化。从而具有全球通用性。

附图说明图 1示出了现有技术中第一代 LED交流驱动电路的结构示意图；图 2示出了现有技术中第二代 LED交流驱动电路的结构示意图；图 3示出了根据本发明第一实施例的 LED交流驱动电路的结构示意图；图 4A示出交流市电波形图；

图 4B示出市电经过全桥整流后形成的脉动直流电波形图；

图 5示出在本发明第一实施例的 LED交流驱动电路中进行调节的脉动直流电的电压区间；

图 6示出本发明实施例中的示例恒流器的主要原理图；

图 7示出根据本发明第二实施例的 LED交流驱动电路的结构示意图；图 8示出本发明第二实施例中的 LED交流驱动电路中的各个开关在电压区间中的状态图；

图 9、图 10、图 11和图 12示出第二实施例的变化实施例的各个阶段的结构示意图；

图 13示出变化实施例中的 LED交流驱动电路中的各个开关在电压区间中的状态图；

图 14示出本发明实施例中的开关控制示意图；

图 15示出在一个交流电的周期内，市电的电压波形图（虚线）与才艮据本发明的所有 LED在这个周期内的光通量（实线）的示意图。具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图 1示出了现有技术中第一代 LED交流驱动电路的结构示意图。如图 1 所示，其电路的主要特点是，在整个电路中釆用电阻来限流，整个电路结构简单。该电路结构的缺点是，由于釆用了电阻限流，电阻上需要消耗大量的电能，导致驱动电路效率较低，一般为 70%。且电阻工作时产生大量的热量，而 LED 工作就会有大量的热量产生，在加上电阻的热量，使得第一代交流驱动电路需要有良好的散热能力。另外，流过 LED的电流不是恒定的，在交流市电的每个工作周期都要对 LED产生一个较大的电流冲击，直接导致 LED的寿命下降，同时产生更多的热量。市电电压有波动时， LED的亮度会有明显的闪烁。

图 2示出了现有技术中第二代 LED交流驱动电路的结构示意图。第二代 LED交流驱动电路的主要功能是解决第一代 LED交流电路存在的问题。其工作方式为，交流市电通过整流后，接入一串 LED光源。因为电压是周期变化的，电压不是一直恒定，因而将一串 LED光源划分为多个组，每个组 LED的数量可以相同，也可以不同。再将分好组的 LED光源，通过一个开关接到一串 LED光源的负端（如图 2中的 Kl , K2... ... )。最后将 LED串的负端接入一个恒流单元 H, 用于限制流过 LED的电流。这样 LED工作方式为随经过整流后的市电电压的变化而变化，其具体工作方式为： 1 ) 当电压由 0V升高到最大值期间， LED点亮顺序为第一组 LED点亮后，再点亮下一组 LED, 直到最后一组点亮。 2 ) 当电压由最大值降低到 0V期间， LED熄灭顺序为组后一组 LED先熄灭，再熄灭前一的组 LED, 直到第一组熄灭。这样就实现了提高驱动的效率，实现了较高的功率因数；因为有恒流器 H, 所以当市电有电压波动时，可以降低 LED的闪烁。但是，第二代 LED交流驱动电路也存在巨大的缺点，因为 LED串的工作方式决定了在整个工作周期中， LED串不是全部在工作，所以存在 LED串输出光不断变化，且对 LED串的发光的利用率较低。同时不具有全电压（85V-265V )的工作模式，设计工作在 220V电压的驱动，工作在 110V时 LED不能全亮或熄灭。而全球的市电电压有许多种，因此不具有通用性。

图 3示出根据本发明第一实施例的 LED交流驱动电路的结构示意图。本发明首先将交流市电通过整流后，输出脉动直流电，再将 LED模组接入，最后再进行限流处理。 LED模组不是釆用第二代 LED交流驱动技术中的电路架构，而是将 LED由原来的一串，改变为可串联同时也可以实现并联的排列方式。这种模组主要是将原来的第二代 LED交流驱动技术中一串 LED进行分解为不同单元，每个单元内的 LED为一颗或多颗，但总体数量不得超过 LED的总数， LED最大总数的计算公式为： Vf

其中 Vin为交流市电电压， Vf为单个 LED的管压降，

在同一单元内的 LED釆用串联方式将该单元内的 LED全部连接；同时所分单元的总数为一个单元或多个单元，但是分的单元总数不超过 LED的总数。然后将分好数量的 LED单元通过开关连接。在如图 3所示的电路结构中，将 LED串分为 4个，每个开关按照不同的接法将 LED单元连接起来。

当市电电压为 220V, 每颗 LED的管压降为 3.2V, 通过上述公式计算出 LED的最大总数 W =

=1.414*220/3.2=97, 将其均分为 4个单元，每个单元为 24颗，总共用了 24*4=96颗。每个单元内的 LED釆用串联方式连接。

如图 3所示，图中 VI'为输入市电， D1为整流单元， LED1 , LED2, LED3 , LED4为所分的 LED单元内的 LED; 单元 1 , 单元 2, 单元 3 , 单元 4, 为增加了开关后的单元。电路中还有限流单元，用于限制流过 LED的电流。

电路首先将市电 VI，经过整流单元 D1后，接入到 LED,开关和限流单元。其中，单元 1接入一个开关 S1 , 单元 2接入两个开关 S3、 S4, 单元 3接入两个开关 S6、 S7，单元 4接入一个开关 S9。

开关 SI—端连接单元 1内的 LED串的负端，另一端连接到限流单元的输入端；开关 S3—端连接单元 2内的 LED串的正端，另一端连接到整流单元的正端；开关 S4—端连接单元 2内的 LED串的负端，另一端连接到限流单元的输入端；开关 S6—端连接单元 3内的 LED串的正端，另一端连接到整流单元的正端；开关 S7—端连接单元 3内的 LED串的负端，另一端连接到限流单元的输入端；开关 S9—端连接单元 4内的 LED串的正端，另一端连接到整流单元的正端。

另外，开关 S2—端连接单元 1 内的 LED 串的负端，另一端连接单元 2 内的 LED串的正端；开关 S5—端连接单元 2内的 LED串的负端，另一端连接单元 3内的 LED串的正端；开关 S8—端连接单元 3内的 LED串的负端，另一端连接单元 4内的 LED串的正端。

图 4A示出交流市电波形图，且图 4B示出市电经过全桥整流后形成的脉动直流电波形图。

图 5示出在本发明第一实施例的 LED交流驱动电路中进行调节的脉动直流电的电压区间。其中 t表示市电整流后的脉动直流电的一个周期的时间， V 表示脉动直流电的电压在一个周期内随时间的变化示意图。当电压从 0V开始到 VI，间，单元 1、单元 2、单元 3、单元 4为并联关系，开关除 S2, S5 , S8 是断开外，其余开关为闭合。当电压从 VI，开始升高到 V2'间，单元 1和单元 2为串联连接，单元 3和单元 4为串联连接；最后将这两串并联，接入整流单元的正端和限流单元的输入端。为实现该连接，将开关 S2和 S8闭合， S3和 S9断开。当电压从 V2，开始升高到 Vmax'间，单元 1、单元 2、单元 3、单元 4为串联关系，开关除 S2 , S5 , S8是闭合夕卜，其余开关为断开。当电压从 Vmax，开始降低到 V4'间 ,单元 1和单元 2为串联连接，单元 3和单元 4为串联连接；最后将这两串并联，接入整流单元的正端和限流单元的输入端，实现该链接，将开关 S2和 S8闭合， S3和 S9断开。当电压从 V4'降低到 0V间，单元 1、单元 2、单元 3、单元 4为并联关系，开关除 S2, S5 , S8是断开外，其余开关为闭合。其中 Vl '、 V2'、 V3'、 V4'的电压值根据每个单元的 LED 串的 Vf 值来确定。例如 VI '是两倍于一个单元内的所有 LED串联后的 Vf值， Vmax' 为全部 LED串联导通电压值。

限流单元的输入端接入到 LED的负端，其输出端接到整流单元的负端。其功能主要是为限制整个回路中的电流。图 6示出本发明实施例中的示例恒流器的主要原理图。如图所示，其中包括运放 UA、开关管 T、电阻 Re和 RL, 其连接关系为，输入端 VCC接入电阻 RL的一端，电阻 RL的另一端接到开关管 T的漏极；将电阻 Re的一端接入输出端 GND, 另一端接入开关管 T的源极，同时将运放的反向端接入开关管 T的源极。最后将运放的输出端 12接入到开关管 T的栅极。

其工作原理为，首先运放同向端 DA接入一个基准源 VI' , 开始工作时运放输出端 12为高电平，这样开关管 T 出于导通状态，有电流从输入端 VCC 流到 GND, 这样在电阻 Re上产生一个电压 V2' , 当 V2， > V1，时，运放输出端 12为低电平，这样开关管 T出于截止状态，阻止电流流过。然后，因为没有了电流这样 V2'的电压为低电平，这样 Vr > V2'，运放输出端为高电平，开关管 T又出于导通状态。因此可以通过调整 Re的阻值实现电流大小的调节。

根据本发明第一实施例的 LED交流驱动电路可以解决第二代交流驱动电路中的缺点，同时保留原有电路的优点。在一个周期中， LED 都是整体在工作， LED发光的利用率高，同时实现了全电压工作，在不同的电压下，所有的 LED都在工作，且亮度没有变化。从而具有全球通用性。

如前文所述，初始时将所有的开关断开，然后当经过整流后的脉动直流电的电压由 0开始升高到 VI，时，首先将开关 Sl、 S3、 S4、 S6、 S7和 S9闭合，这样将 LED1单元、 LED2单元、 LED3单元和 LED4单元并联在一起，使得 LED 串的工作电压门限降为第二代 LED交流驱动技术中一串 LED的四分之一，同时所有 LED都在同时正常工作。

当电压从 VI，升高到 V2，时，我们再将 S2和 S8闭合，同时将 Sl、 S3、 S7和 S9断开。这样将 LED1单元和 LED2单元串联在一起，同样将 LED3单元和 LED4单元也串联在一起，这样将此前的四个单元合并为两个单元，这两个单元再次并联，因此其 LED的出入门限电压也随之上升，同时所有的 LED 都在工作。

当电压从 V2，升高到 Vmax，后，我们再将开关 S5闭合，同时将开关 S4和 S6断开。这样将 LED还原为原来的一串 LED , 同时所有 LED都在工作。为了保护 LED的工作电流不超过其允许的值，我们可以在电路中加入限流单元，以保护 LED。

电压达到最高点 (Vmax，)后开始下降，在从 Vmax降到 V3，前，我们的每个开关的状态保持不变，当电压从 V3，降到 V4，时，将开关 S5断开，同时开关 S2、 S4、 S6和 S8闭合，这样将 LED串恢复为两个单元并联，使 LED工作门限电压下降一半，同时 LED可以全部工作。

当电压从 V4'降到 0时，我们将开关 S2和 S8断开，同时将开关 Sl、 S3、 S7和 S9闭合，这样将原来的两个单元，改变为四个单元并联，因此 LED的工作电压再次下降，所有的 LED全部工作。如此反复。

通过本发明第一实施例中的电路可获得如下有益效果：

1 )我们实际使用的市电的电压是不稳定，为了使 LED在工作中不受电网电压波动的影响，我们可以在电路中加入限流单元，这样在电压高于 LED的工作电压范围内的能量被限流单元吸收，这样当电网电压升高或下降在一定范围内（电网电压波动范围 ± 10% ), 不会出现闪烁。

2 )这种交流 LED驱动电路很好的解决了，此前交流 LED产品，不能同时工作在多个电压范围内（如中国电压 AC220V、欧美国家电压 AC230V、 AC110V、 AC 120V, AC127V ) 的问题，同时在不同的电网电压下 LED照明产品的亮度和功率不变话。因此这样的产品全球通用。

3 )通过这种电路可以使 LED产品的功率因数 ( PF ) >0.95, 同时总谐波

( THD ) <15%,整个电路的效率11 >95% 。

4 )可以工作在不同的工作频率下，适应各个国家地区的电网工作频率 (常见的电网频率 50Hz或 60Hz )。

5 )整个电路中没有产生高频，因为工作在工频电压状态中，不会产生电磁干扰，因而具有良好的 EMC性能。

6 ) 由于在不同的阶段 LED是全部工作，且每个阶段 LED产品输出的光是一致的，因 LED照明产品需要能够兼容传统的 TRIAC调光器，这样在使用 TRIAC调光器调光时，相当于是改变了输出光的占空比，来实现亮度的调节，且在调光过程中不会产生闪烁。调光的效果好于第二代 LED交流驱动技术，因为本发明是釆用整体发光，而第二代 LED交流驱动技术时会有部分发光，部分不发光的时。

7 )整个电路中不会使用电解电容，其他的电子元器件的工作寿命都远大于 LED的工作寿命，因此使用这种电路的产品寿命长于必须使用电容的开关电源技术的产品，同时成本较低。而且其性价比也比第一代，第二代 LED交流驱动技术高。具有良好的经济价值，大大降低成本，且产品品质大大提升。为了一种优秀的低碳产品。

图 7示出根据本发明第二实施例的 LED交流驱动电路的结构示意图。其中电网电压 AC220V, 频率 50Hz, 因此首先计算 LED的数量 (N), 其中选择 LED的管压降为 3V。

根据上述公式 v_f

优选数量为 Ν χ 0.9 « 92

从而计算得出 LED数量为 90,再将 LED均匀分为 6个单元（此处优选为均分，也可以不均分），每个单元 LED数量为 15颗，将这 15颗 LED串联成一串，同时用开关 S1到 S15将 6个单元的 LED按照图 7的方式连接，然后串接一个限流单元，将流过 LED的电流的最大值进行限定在其额定的电流范围内，最后将其接入到经过将 220V市电全桥整流后的脉动直流电中。

该电路中所分单元数量可以根据市电的情况进行调整（分的单元数量可以为从 1个单元到 N ( LED最大总数 )个单元；)，在该实施例中考虑成本效率选取 6个单元。为了能够实现一个较为合理的分配方案，优选每个单元内的 LED 数量相同，因此开关的数量也根据分的单元数量与连接方法作相应的调整；该电路可以工作在 300V到 5V的交流电压中。

图 8示出本发明第二实施例中的 LED交流驱动电路中的各个开关在电压区间中的状态图，其中 0表示断开， 1表示闭合。

当所述脉动直流电的电压从 VI升高到 V2期间，将开关 S2、 S5、 S8、 S12 和 S15断开，其余开关闭合，使得所述 6个 LED单元并联连接，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和的 1/6。

当所述脉动直流电的电压从 V2升高到 V3期间，将开关 Sl、 S3、 S7、 S9、

S13、 S14断开，将所述 LED单元中的其余开关闭合，并且还将开关 S2、 S8、 S15闭合，将开关 S5、 S12断开，从而使得 LED1单元和 LED2单元串联、 LED3 单元和 LED4单元串联、 LED5单元和 LED6单元串联，并且还使得这 3串再并联，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和的 1/3。

当所述脉动直流电的电压从 V3升高到 V4期间，将开关 Sl、 S3、 S4、 S6、 S9、 S10、 Sll、 S13、 S14断开，将所述 LED单元中的其余开关闭合，并且还将开关 S2、 S5、 S12和 S15 闭合、将开关 S8断开，从而使得 LED1、 LED2 和 LED3串联， LED4、 LED5和 LED6串联，并且还使得这 2串再并联，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和的 1/2。

当所述脉动直流电的电压从 V4升高到 Vmax期间，此时所述 LED单元中的所有开关全部断开，开关 S2、 S5、 S8、 S12和 S15全部闭合，从而使得 6 个 LED单元的 LED全部串联，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和。

当所述脉动直流电的电压从 Vmax降低到零期间，根据相应的电压区间对应地控制所述开关。

根据本发明原理，电路中的开关可以变化为二极管。图 9、图 10、图 11 和图 12示出本发明第二实施例的变化实施例的各个阶段的结构示意图。其中将第二实施例中的开关 S2、 S5、 S8、 S12、 S15替换为二极管 D2、 D3、 D4、 D5、 D6, 以进一步简化电路和降低成本，其在具体的工作中可以实现达到相同的工作效果。

如图 9所示， 6个单元的 LED并联（电压从 VI到 V2 ): 所有开关闭合，所有用于替换开关的二极管都处于截止状态，因而这 6个单元实现为并联。导通电压为所有 LED串联导通电压总和的 1/6。

如图 10所示，两个单元串联再有 3组并联（电压从 V2到 V3 ): 此时将开关 Sl、 S3、 S7、 S9、 S13、 S14 断开，其余开关闭合，此时 D2、 D4、 D6 处于导通状态， D3、 D5依旧处于截止状态。这样 LED1单元和 LED2单元通过 D2串接成一串， LED3单元和 LED4单元通过 D4串接成一串， LED5单元和 LED6单元通过 D6串接成一串，最后这 3串再并联。导通电压为所有 LED 串联导通电压总和的 1/3。

如图 11所示， 3个单元串联，且该 2个组并联（电压从 V3到 V4 ): 此时将开关 Sl、 S3、 S4、 S6、 S10、 Sll、 S13、 S14 断开，其余开关闭合，此时 D2、 D3、 D5、 D6 处于导通状态， D4 处于截止状态。这样将 LED1、 LED2 和 LED3通过 D2和 D3串接为一串；将 LED4、 LED5和 LED6通过 D5和 D6 串接为一串；最后 2串 LED再并联。导通电压为所有 LED串联导通电压总和的 1/2。

如图 12所示（电压从 V4到 V5 ): 此时所有开关全部断开，所有的二极管全部导通，从而将 6个单元的 LED全部串接成为一串。导通电压为所有 LED 串联导通电压总和。

图 13示出变化实施例中的 LED交流驱动电路中的各个开关在电压区间中的状态图，其中 0表示断开， 1表示闭合。

实际的工作中需要一个开关控制装置，该装置包括市电输入检测，开关控制，开关驱动 3个部分，图 14示出本发明实施例中的开关控制示意图。其中，市电输入检测主要是检测经过全桥整流和的脉动直流电压；开关控制根据脉动直流电压值和分解开关数量来做出开关对每个开关的控制信号；以及开关驱动将控制信号转化为能够控制开关闭合和断开的驱动电路。图 15示出在一个交流电的周期内，市电的电压波形图（虚线）与根据本发明实施的所有 LED在这个周期内的光通量（实线）的示意图，其清楚示出了本发明的有益效果。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

权利要求

1. 一种 LED交流驱动电路，包括：

M个 LED单元，每个 LED单元包括 ni个串联的 LED, 其中 l i M,

JL nl+n2+...+nM=N, 1 < M < N,

且 N通过下式确定： v_f

其中 Vin为交流市电电压， Vf为单个 LED的管压降，

2. 根据权利要求 1所述的 LED交流驱动电路，其中市电电压为 220V, 每颗 LED的管压降为 3.2 V, N=96, M=4。

3. 根据权利要求 2所述的 LED交流驱动电路，其中：

第 1 LED单元包括串联在其 LED串的负端的开关 SI ;

第 2 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S3和串联在其 LED串的负端的开关 S4;

第 3 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S6和串联在其 LED串的负端的开关 S7; 以及，

第 4 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S9。

4. 根据权利要求 3所述的 LED交流驱动电路，其中包括三个断开或导通控制连接线路，其分别包括开关 S2、 S5和 S8, 其中：

开关 S2—端连接第 1 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 2 LED 单元内的 LED串的正端；

开关 S5—端连接第 2 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 3 LED 单元内的 LED串的正端；以及

开关 S8—端连接第 3 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 4 LED 单元内的 LED串的正端。

5. 根据权利要求 4所述的 LED交流驱动电路，其中：

当所述脉动直流电的电压从 0V升高到 VI，期间，将开关 S2、 S5、 S8断开，其余开关闭合，使得第 1 LED单元、第 2 LED单元、第 3 LED单元、第 4 LED单元为并联关系；

当所述脉动直流电的电压从 VI，升高到 V2，期间，将开关 S2、 S4、 S6和

S8闭合，开关 Sl、 S3、 S5、 S7和 S9断开，使得第 1 LED单元和第 2 LED单元串联连接、第 3 LED单元和第 4 LED单元串联连接，并使得这两串并联；当所述脉动直流电的电压从 V2，升高到 Vmax，期间，将开关 S2、 S5、 S8 闭合、其余开关断开，使得第 1 LED单元、第 2 LED单元、第 3 LED单元和第 4 LED单元串联连接 ,

其中 Vl'、 V2'为所述脉动直流电的上升沿中特定电压， Vr<V2'，其值使得全部所述 LED单元在对应连接关系下都可以正常工作， Vmax，为所述脉动直流电的最大电压值，当所述脉动直流电的电压从 Vmax，降低到零期间，根据相应的电压区间对应地控制所述开关。

6. 根据权利要求 1所述的 LED交流驱动电路，其中市电电压为 220V, 每颗 LED的管压降为 3 V , Ν=90 , M=6。

7. 根据权利要求 6所述的 LED交流驱动电路，其中：

第 1 LED单元包括串联在其 LED串的负端的开关 SI；

第 3 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S6和串联在其 LED串的负端的开关 S7;

第 4 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S9和串联在其 LED串的负端的开关 S10;

第 5 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S11和串联在其 LED 串的负端的开关 S13 ; 以及，

第 6 LED单元包括串联在其 LED串的正端的开关 S14。

8. 根据权利要求 7所述的 LED交流驱动电路，其中包括五个断开或导通控制连接线路，其分别包括开关 S2、 S5、 S8、 S12和 S15 , 其中：

开关 S5—端连接第 2 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 3 LED 单元内的 LED串的正端；

开关 S8—端连接第 3 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 4 LED 单元内的 LED串的正端；

开关 S12—端连接第 4 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 5 LED 单元内的 LED串的正端；以及

开关 S15—端连接第 5 LED单元内的 LED串的负端，另一端连接第 6 LED 单元内的 LED串的正端。

9. 根据权利要求 7所述的 LED交流驱动电路，其中包括五个断开或导通控制连接线路，其分别包括二极管 D2、 D3、 D4、 D5和 D6, 其中：

二极管 D2正极连接第 1 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 2 LED 单元内的 LED串的正端；

二极管 D3正极连接第 2 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 3 LED 单元内的 LED串的正端；

二极管 D4正极连接第 3 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 4 LED 单元内的 LED串的正端；

二极管 D5正极连接第 4 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 5 LED 单元内的 LED串的正端；以及，

二极管 D6正极连接第 5 LED单元内的 LED串的负端，负极连接第 6 LED 单元内的 LED串的正端。

10. 根据权利要求 8或 9所述的 LED交流驱动电路，其中：

当所述脉动直流电的电压从 VI升高到 V2期间，将开关 S2、 S5、 S8、 S12 和 S15断开或使二极管 D2、 D3、 D4、 D5和 D6截止，其余开关闭合，使得所述 6个 LED单元并联连接，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和的 1/6;

当所述脉动直流电的电压从 V2升高到 V3期间，将开关 Sl、 S3、 S7、 S9、 S13、 S14断开，将所述 LED单元中的其余开关闭合，并且还将开关 S2、 S8、 S15闭合，将开关 S5、 S12断开，或者在二极管的情况中 D2、 D4、 D6处于导通状态， D3、 D5处于截止状态，从而使得 LED1单元和 LED2单元串联、 LED3 单元和 LED4单元串联、 LED5单元和 LED6单元串联，并且还使得这 3串再并联，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和的 1/3;

当所述脉动直流电的电压从 V3升高到 V4期间，将开关 Sl、 S3、 S4、 S6、

S10、 Sll、 S13、 S14断开，将所述 LED单元中的其余开关闭合，并且还将开关 S2、 S5、 S12和 S15闭合、将开关 S8断开，或者在二极管的情况中 D2、 D3、 D5、 D6处于导通状态， D4处于截止状态，从而使得 LED1、 LED2和 LED3串联， LED4、 LED5和 LED6串联，并且还使得这 2串再并联，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和的 1/2;

当所述脉动直流电的电压从 V4升高到 Vmax期间，此时所述 LED单元中的所有开关全部断开，开关 S2、 S5、 S8、 S12和 S15全部闭合或者所有的二极管全部导通，从而使得 6个 LED单元的 LED全部串联，其中导通电压为全部 LED串联导通电压总和，

其中 VI、 V2、 V3、 V4 为所述脉动直流电的上升沿中特定电压，

VKV2<V3<V4,其值使得全部所述 LED单元在对应连接关系下都可以正常工作 , Vmax为所述脉动直流电的最大电压值，当所述脉动直流电的电压从 Vmax 降低到零期间，根据相应的电压区间对应地控制所述开关。

11. 根据权利要求 1、 4和 8中任一项所述的 LED交流驱动电路，其还包括开关控制装置，其检测脉动直流电压并根据该电压控制所述开关的闭合和断开。