CN103634991A - 一种高压集成交流led多段线性驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高压集成交流LED多段线性驱动装置。包括有整流电路、若干LED模组、若干开通关断电路、若干MOS管、开通保护电路、关断保护电路和恒流源，其中整流电路的输入端与交流电源连接，MOS管分别与LED模组的输出端、开通关断电路、开通保护电路和关断保护电路相连。本发明集成度高、直接用交流高压驱动、功率因数高、寿命长、成本低、使用稳定可靠的高压集成交流LED多段线性驱动装置。

Description

一种高压集成交流LED多段线性驱动装置

技术领域

本发明是一种高压集成交流LED多段线性驱动装置，属于高压集成交流LED多段线性驱动装置的创新技术。

背景技术

LED发光二极管，为一种能够将电能转换为光能的半导体组件，具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环保耐用等优点，广泛用于照明灯具、显示器、交通信号灯等领域。相对于传统的白炽灯，发光二极管为单向导通的元件，并且发光二极管需要合适的直流低电压来驱动发光。此外，发光二极管具有负温度特性而且由LED伏安特性知，较小的电压波动会引起LED很大的电流变化，对LED的寿命和发光效率都造成影响。因此若要将发光二极管应用在交流市电，需要在交流电与LED负载之间加上AC-DC转换器才能实现直流驱动。一般的设计方案如图1所示。这种基本的LED驱动电路，包含AC-DC或DC-DC转换器。但是，这些的驱动电路中都使用了电感或者大电容，这无疑给灯具增加了重量、体积和成本。而且电解电容寿命受温度影响大，成为了LED驱动电源寿命的瓶颈，电感的使用也会带来严重的EMI问题。如果直接用交流电驱动LED（AC-LED），那么不需要进行AC-DC转换，从而解决AC-DC转换电路带来的一系列问题。

传统的AC-LED采用矩阵式排列的微晶粒整合而成，在设计上加入桥式电路，只要将交流电加在AC-LED的两端，电流就可以双向流动，使LED发光。但是这样的LED功率因数低，而且由LED伏安特性曲线可知，较小的电压波动，就可以引起很大的电流变化（电流电压变化10%，电流变化60%），这对LED的寿命和发光效率都造成了影响。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种集成度高、直接用交流高压驱动、功率因数高、寿命长、成本低、使用稳定可靠的高压集成交流LED多段线性驱动装置。本发明设计合理，方便实用。

本发明的技术方案是：本发明的压集成交流LED多段线性驱动装置，包括有整流电路、若干LED模组、若干开通关断电路、若干MOS管、开通保护电路、关断保护电路和恒流源，其中整流电路的输入端与交流电源连接，MOS管分别与LED模组的输出端、开通关断电路、开通保护电路和关断保护电路相连。

上述若干LED模组包括依次相连的第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组，若干MOS管包括有第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，若干开通关断电路包括有第一开通关断电路、第二开通关断电路、第三开通关断电路和第四开通关断电路，其中第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组依次串联，且第一LED模组的一端与整流电路连接、与开通保护电路连接及与第一开通关断电路、第二开通关断电路、第三开通关断电路和第四开通关断电路连接，第二LED模组的一端与第一MOS管连接，第二LED模组的另一端与第二MOS管连接，第三LED模组的一端与第二MOS管连接，第三LED模组的另一端与第三MOS管连接，第四LED模组的一端与第三MOS管连接，第四LED模组的另一端与第四MOS管连接，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均与开通保护电路连接、与关断保护电路相连及与恒流源连接。

上述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的漏极接到各组LED模组的输出端，源极接到恒流源，栅极接至开通保护电路。

本发明由于采用包括交流电源输入端、整流电路、开通保护电路、LED模组、开通关断电路、MOS管、关断保护电路和恒流源形成回路的结构。本发明取消电容、电感元件，大幅减小了LED灯照明的体积；与其他LED灯照明设计方案相比，本发明采用交流电源直接驱动，使电路更简单可靠，便于LED灯照明的大规模集成；分级驱动的方案也使得电路功率因数达到0.99，电源驱动效率达0.9，总谐波失真                                               

10%，极低的电磁干扰辐射。本发明是由交流电源直接驱动，不需使用任何变压器、电容器与电感器等储能电子元件，故不会有功率因数低落的问题，而不须额外设置功率因数校正器，是大幅减少本发明所使用的电子元件及体积，满***流LED驱动电路小型化的需求。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的高压集成交流LED多段线性驱动装置。

附图说明

图1为传统的LED高频斩波驱动设计方案示意图。

图2为本发明的原理图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图2所示，本发明的压集成交流LED多段线性驱动装置，包括有整流电路102、若干LED模组、若干开通关断电路、若干MOS管、开通保护电路115、关断保护电路116和恒流源117，其中整流电路102的输入端与交流电源101连接，MOS管分别与LED模组的输出端、开通关断电路、开通保护电路115和关断保护电路116相连。

上述若干LED模组包括依次相连的第一LED模组103、第二LED模组104、第三LED模组105、第四LED模组106，若干MOS管包括有第一MOS管108、第二MOS管110、第三MOS管112和第四MOS管114，若干开通关断电路包括有第一开通关断电路107、第二开通关断电路109、第三开通关断电路111和第四开通关断电路113，其中第一LED模组103、第二LED模组104、第三LED模组105、第四LED模组106依次串联，且第一LED模组103的一端与整流电路102连接、与开通保护电路115连接及与第一开通关断电路107、第二开通关断电路109、第三开通关断电路111和第四开通关断电路113连接，第二LED模组104的一端与第一MOS管108连接，第二LED模组104的另一端与第二MOS管110连接，第三LED模组105的一端与第二MOS管110连接，第三LED模组105的另一端与第三MOS管112连接，第四LED模组106的一端与第三MOS管112连接，第四LED模组106的另一端与第四MOS管114连接，第一MOS管108、第二MOS管110、第三MOS管112和第四MOS管114均与开通保护电路115连接、与关断保护电路116相连及与恒流源117连接。开通保护电路输入端与开通关断电路的输入端连接。保证在电路开通瞬间，保证回路中不过压、不过流。关断保护电路输入端与开通保护电路的输出端连接，输出端与MOS管连接，保证在LED模组切换时，产生的反向电压不会损坏MOS管。本发明的开通关断电路采用分段开启LED模组的控制方式。本发明的整流电路、开通保护电路、开通关断电路以及关断保护电路完全使用电阻和半导体器件。本发明的开通保护电路为瞬间过压保护。本发明的的电流恒流值可通过调节电阻实现。本发明的方法采用分段线性驱动。

本实施例中，上述交流电源101使用AC220V电源。本发明的LED驱动电源使用AC220V/110V电源，直接使用交流电，整流电路102把交流电源101的交流电能转换为直流电能。整流电路102输入端连接交流电源并将交流电源转换为脉动电压，并由其输出端输出。本发明用220V/110V AC交流电源直接驱动，不需要变压器将高压电能转变为低压电能。

上述开通保护电路115包括稳压二极管和串联电阻。开通保护电路115抑制了尖峰电压对后续电路的影响，主要包括稳压二极管和串联电阻

上述第一LED模组103、第二LED模组104、第三LED模组105、第四LED模组106均包含若干个LED光源，且若干个LED光源采用串联方式连接。LED模组输入端与整流电路的输出端连接，输出端与MOS管的漏极连接，从整流电路的输出端接受脉动电压并受MOS管控制其所在回路的开通和关断，控制发光。

上述第一LED模组103、第二LED模组104、第三LED模组105、第四LED模组106包含的LED光源的个数按照电压从高到低依次启动的顺序分别为7、6、6和5个，第一LED模组103、第二LED模组104、第三LED模组105、第四LED模组106输出后分别与MOS管和开通关断电路连接。

上述第一开通关断电路107、第二开通关断电路109、第三开通关断电路111和第四开通关断电路113均由三极管和电阻组成。开通关断电路输入端与整流电路的输出端连接，输出端与MOS管连接。根据电压大小，控制MOS管的开通和关断，从而适时的关断其他回路。开通保护电路保证接通时不过压、不过流；关断保护电路保证LED模组切换时产生的反压不会损坏MOS管。

 

本实施例中，上述第一MOS管108、第二MOS管110、第三MOS管112和第四MOS管114的漏极接到各组LED模组的输出端，源极接到恒流源117，栅极接至开通保护电路115。MOS管根据栅极电压控制所在回路的导通和关断。MOS管导通时，电流形成阶梯式恒流输出，在电压低时工作电流小，电压大时工作电流大，从而得到较高的PF值。同时，电路根据输入电压的大小，改变接入恒流源117的串联LED模组数量，低压时接入LED灯珠数量少，高压时全部接入，从而可以降低恒流源117上的电压损耗，提高驱动效率。

上述恒流源包括三极管和电阻，三极管的基极与LED模组串联，发射极接地，集电极和电阻并联。电阻另一端接地。通过流出LED模组的电流控制三极管的导通与关断，从而控制电路中电阻大小，保证回路中正弦阶梯波。

本发明的工作原理如下：如图2所示，当电压逐渐增加且达到一定大小时，第一LED模组103启动，但电流只通过第一MOS管108流到恒流源117，此时电流大小由R1、R2、R3和R4设定。

当电压继续增大，第二LED模组104启动，通过第一开通关断电路107把接在第一LED模组103输出的第一MOS管108关断，第一LED模组103及第二LED模组104串联发光，第二MOS管110导通，此时电流由R2、R3和R4设定，第一MOS管108截止，电流只通过第二MOS管110流到恒流源117；

当电压继续增大，第三LED模组105启动，通过第二开通关断电路109把接在第二LED模组104输出端的第二MOS管110关断，第一LED模组103、第二LED模组104、第三LED模组105串联导通发光，第三MOS管112导通，此时电流由R3和R4设定，第一MOS管108、第二MOS管110都截止，电流只通过第三MOS管112流到恒流源117。

当电压继续增大，第四LED模组106启动，通过第三开通关断电路111把接在第三LED模组105输出端的第三MOS管112关断，第一LED模组103、第二LED模组104、第三LED模组105、第四LED模组106串联导通发光，第四MOS管114导通，第一MOS管108、第二MOS管110、第三MOS管112都截止，电流大小由R4设定，电流只通过第四MOS管114流到恒流源117。在电压下降时，则逐次关闭第四LED模组10、第三LED模组105、第二LED模组104、第一LED模组103，电流也逐次下降。

本发明直接由交流电压驱动，没有电容及电感或其他电子元件在先前技术的衍生问题。

以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压集成交流LED多段线性驱动装置，其特征在于包括有整流电路、若干LED模组、若干开通关断电路、若干MOS管、开通保护电路、关断保护电路和恒流源，其中整流电路的输入端与交流电源连接，MOS管分别与LED模组的输出端、开通关断电路、开通保护电路和关断保护电路相连。

2.根据权利要求1所述的高压集成交流LED多段线性驱动装置，其特征在于上述若干LED模组包括依次相连的第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组，若干MOS管包括有第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，若干开通关断电路包括有第一开通关断电路、第二开通关断电路、第三开通关断电路和第四开通关断电路，其中第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组依次串联，且第一LED模组的一端与整流电路连接、与开通保护电路连接及与第一开通关断电路、第二开通关断电路、第三开通关断电路和第四开通关断电路连接，第二LED模组的一端与第一MOS管连接，第二LED模组的另一端与第二MOS管连接，第三LED模组的一端与第二MOS管连接，第三LED模组的另一端与第三MOS管连接，第四LED模组的一端与第三MOS管连接，第四LED模组的另一端与第四MOS管连接，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均与开通保护电路连接、与关断保护电路相连及与恒流源连接。

3.根据权利要求1所述的高压集成交流LED多段线性驱动装置，其特征在于上述交流电源使用AC220V/110V电源。

4.根据权利要求1所述的高压集成交流LED多段线性驱动装置，其特征在于上述开通保护电路包括稳压二极管和串联电阻。

5.根据权利要求1所述的高压集成交流LED多段线性驱动装置，其特征在于上述第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组均包含若干个LED光源，且若干个LED光源采用串联方式连接。

6.根据权利要求1所述的高压集成交流LED多段线性驱动装置，其特征在于上述第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组包含的LED光源的个数按照电压从高到低依次启动的顺序分别为7、6、6和5个，第一LED模组、第二LED模组、第三LED模组、第四LED模组输出后分别与MOS管和开通关断电路连接。

7.根据权利要求1所述的高压集成交流LED多段线性驱动装置，其特征在于上述第一开通关断电路、第二开通关断电路、第三开通关断电路和第四开通关断电路均由三极管和电阻组成。

8.根据权利要求1所述的高压集成交流LED多段线性驱动装置，其特征在于上述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的漏极接到各组LED模组的输出端，源极接到恒流源，栅极接至开通保护电路。

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