CN208434144U - Led驱动电路和包括该led驱动电路的灯具 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及LED驱动电路和包括该LED驱动电路的灯具。本实用新型提供了一种用于驱动LED的分段线性驱动电路，包括功率开关(M2)，连接于所述输出端并用于与LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；控制回路(Q1、R4、R5)，用于检测流过所述功率开关(M2)的电流，并控制所述功率开关(M2)的阻抗使得该检测电流符合参考电流；其特征在于，所述控制回路包括：线性电路(R4、R5)，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的该线性关系完全线性地转换为所述参考电流。

Description

LED驱动电路和包括该LED驱动电路的灯具
技术领域
本实用新型的实施例总体上涉及照明领域，并且更具体地涉及一种LED驱动电路，用于灯具。
背景技术
分段线性驱动(Tapped Linear Driver)电路使用正弦市电直接驱动LED，而不需要复杂的开关电源。该技术由于成本低、功率大等优势，应用领域越来越大，例如目前在户外照明等领域有着很好的应用前景。
目前已知的基于集成电路(IC)的一种分段线性驱动如图1所示。均值为230VRMS的市电通过整流桥转变为直流信号后，通过分段线性驱动来驱动三段LED。从上至下，第一段LED由与其并联的一个 MOSFET开关Q3和第一颗集成电路IC TPS92411控制；第二段LED 由与其并联的第二颗集成电路IC TPS92411控制；第三段LED由与其并联的第三颗集成电路ICTPS92411控制。三段LED的串联通过一个线性开关Q1连接到地/连接回整流桥。电路的运行原理是：每一颗IC检测其VS端的电压，该VS端与相应LED段的阴极(及下一 LED段的阳极)相连。IC内部将VS端的电压与一设定电压进行比较，若该电压低于该设定电压，IC内部的开关导通将相应LED段短路；若该电压高于该设定电压，IC内部的开关断开，相应LED段被输入电压所驱动。第三颗IC的设定电压最低，从下往上逐渐升高，第一颗最高。工作流程是：
市电周期过零开始时，所有IC均将LED段短路。
随着市电电压升高，电压施加在线性开关Q1上，使第三颗IC的 VS端电压升高直至它的设定电压，此时第三颗IC开始断开，第三段LED开始发光。
随着市电电压继续升高，第二颗IC的VS端电压升高至它的设定电压，此时第二颗IC开始断开，第二段LED开始发光。同时，由于第二段LED上产生了电压降，最下颗IC的VS端电压反而变低，此时第三颗IC开始导通，第三段LED被短路。
随着市电电压继续升高，增加的电压又施加在线性开关Q1上，使第三颗IC的VS端电压由升高直至设定电压，此时第三颗IC开始断开，第三段LED又开始发光。在此过程中第二段LED仍保持发光。
随着市电电压继续升高，第一颗IC的VS端电压升高至设定电压，此时第一颗IC开始断开，第一段LED开始发光。同时，由于第一段 LED上产生了电压降，第二颗和第三颗IC的VS端电压反而变低，此时第二颗和第三颗IC开始导通，第二段和第三段LED被短路。
随着市电电压继续升高，电压施加在线性开关Q1上，使第三颗的IC的VS端电压升高直至设定电压，此时第三颗IC开始断开，第三段LED开始发光。在此过程中第一段LED仍保持发光。
随着市电电压继续升高，第二颗IC的VS端电压升高至设定电压，此时第二颗IC开始断开，第二段LED开始发光。同时，由于第二段 LED上产生了电压降，最下颗IC的VS端电压反而变低，此时第三颗IC开始导通，第三段LED被短路。在此过程中第一段LED仍保持发光。
随着市电电压继续升高，增加的电压又施加在线性开关Q1上，使第三颗IC的VS端电压由升高直至设定电压，此时第三颗IC开始断开，第三段LED又开始发光。在此过程中第一段和第二段LED仍保持发光。
之后市电电压达到顶峰并开始下降，各IC的操作与市电电压上升过程中相反。不再赘述。更加具体的描述可以参见TPS92411的技术手册《TPS92411x用于对具有低纹波电流的发光二极管(LED)进行离线交流线性直接驱动的浮动开关》(Copyright2015,TexasInstruments Incorporated)。
高功率驱动对总谐波失真(THD)有着很严格的要求，即需要使得输入电流尽量近似于正弦(与市电电压形状相似)。为了实现这一目的，MOSFET Q1的基极由1M欧电阻连接到整流后的市电电压，基极电压也是近似一个正弦电压，因此MOSFET Q1提供的电流信号也是近似正弦形状，具有可接受的总谐波失真。
对于在输入市电的不同均值情况下，需要提供较为稳定的输出功率，而不能因为输入电压的升高而过度升高输出功率(线性调整或称 line regulation)。图1中的分段线性驱动使用三极管Q2及附属电路来实现这一功能。具体地，对于某个具有较高均值的输入电压，当周期内输入电压的瞬时幅值超过由分压电路442K欧和249K欧以及68V 齐纳二极管设定的某个阈值后，68V齐纳二极管将会被击穿，额外的电流被注入三极管Q2，使得MOSFETQ1所提供的电流降低。随着瞬时幅值的继续增加，MOSFET Q1所提供的电流降得更低。如图2所示，电流开始是正弦形状，与输入电压形状一致；当输入电压达到一定阈值后，电流反而开始下降，输入电压越高，电流下凹越显著。这个下凹的电流虽然使得功率保持稳定，但是恶化了总谐波失真。
现有设计的另外一个缺点是，除了第三段以外，控制其他几段 LED的集成电路都是浮地设置。并且当第一段LED的电压高于100 伏特时，现有设计的IC需要额外的MOSFETQ3与其串联在一起来控制第一段LED，添加这一额外的MOSFET Q3的另一个原因是需要通过6K V的浪涌检测。这些设置带来一些问题：第一颗IC的供电电压VIN需要第一段LED中的至少一部分导通后才能提供，因此在启动阶段导致第一颗IC工作不稳定。并且，VIN电压还为第一颗IC提供了前述设定电压，该颗IC的浮地设置导致设定电压出现不稳定。额外的MOSFET Q3也导致额外的电压降，使得第一段的控制不稳定。由于该设计中，各颗IC的工作是相互关联的，因此整个电路也会出现不稳定或震荡。
实用新型内容
为解决总谐波失真的问题，本实用新型的第一个方面的构思在于，避免使用下凹形状的参考电流，而是在输入电压的整个周期中完全地按恒定线性关系提供与输入电压相关的参考电流，且对于不同均值的输入电压，有一一对应的线性关系。由于整个周期中的参考电流与输入电压是恒定的线性关系，因此在LED驱动提供输入/输出电流时，该电流可以与输入电压的形状一致，具有较低的总谐波失真。优选地，该线性关系与输入电压的均值呈相反方向变化，使对应于较高均值输入电压的线性关系的比例较小且使得参考电流较小，即在较高输入电压均值的情况下降低了输入电流，稳定甚至降低了输出功率。
本实用新型的第一个方面提供了一种LED驱动电路，包括：输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；输出端，用于连接到LED负载；根据所述市电的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED 负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述市电的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关；功率开关，连接于所述输出端并用于与所述LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；控制回路，用于检测流过所述功率开关的电流，并控制所述功率开关的阻抗使得该检测电流符合参考电流；其特征在于，所述控制回路包括：线性电路，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以该恒定的线性关系完全线性地转换为所述参考电流。
该方面中，在可接受的额定均值范围内，将供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的线性关系完全线性地转换为参考电流。因此在可接受的额定均值范围内，整个周期中，所提供的输入电流和输入供电电压之间是恒定的线性关系，减少了输入电流的总谐波失真。这里的恒定指的是对于给定均值的供电电压，线性关系在供电电压的整个周期中是不变的。
在一个进一步的实施方式中，线性电路包括第一电阻和第二电阻串联而成的分压电路，所述控制回路包括：与所述功率开关串联的检测电阻；控制三极管，其集电极连接到所述功率开关的控制极，基极连接到所述检测电阻，且集电极连接到所述第一电阻和第二电阻的连接点。
在该实施方式中，线性关系由电阻分压电路实现，且输出电流与该参考信号的比较通过控制三极管的基极至发射极电压来实现，电路运行稳定，实现起来也比较简便。
在一个进一步的实施方式中，所述功率开关的所述控制极通过驱动元件连接到所述输入端。该实施方式提供了功率开关的驱动方式，而电流控制仍通过前述控制回路完成。
在一个进一步的实施方式中，还包括：补偿电路，连接到所述输入端和所述线性电路，用于检测所述供电电压的均值，并根据所述均值的变化来改变所述线性关系。该实施方式提供了线性调整。并且该实施方式根据不同均值改变线性关系，而被改变的线性关系在输入电压整个周期中仍然是恒定的，因此参考电流和输入电流仍与输入电压呈线性关系，所以总谐波失真较低。
在一个进一步的实施方式中，所述补偿电路包括：平均电容，用于检测所述供电电压的均值；阈值元件，用于检测所述均值是否超过一定阈值；开关，当所述均值超过所述阈值时，控制所述分压电路的分压比。
该实施方式提供了补偿电路的具体实现，实现起来比较简单。
在一个进一步的实施方式中，所述开关根据所述均值而工作在线性状态以相反方向控制所述所述分压电路的输出。在该实施方式中，均值升高时，分压电路的输出较低，即参考电流和输出电流均较低，避免LED驱动电路的输出功率过高。
在一个进一步的实施方式中，所述开关包括三极管与连接到该三极管的发射极的第三电阻。该实施方式使用三极管来提供线性状态的开关，成本较低。且使用第三电阻来减少不同三极管的放大倍数的差别，有助于产品化。
在一个进一步的实施方式中，所述输入端用于接收市电作为所述瞬时幅值随时间变化的供电电压。该实施方式特别适合于采用市电电压直接驱动的分段线性驱动器。
基于以上方面，本实用新型还提供了一种灯具，包括前述的LED 驱动电路，和被所述LED驱动电路所驱动的LED。优选地，该灯具是户外灯具，例如路灯，或者是泛光灯(floodlighting)等高功率灯具。
为解决图1中的完全基于集成电路的分段线性驱动运行不稳定的问题，本实用新型的第二个方面的构思在于，避免使用浮地的集成电路来控制第一段LED，而是使用连接到输入端及输入端的电源地的电路来控制第一段LED。这样第一段LED的控制电路不再依赖于第一段LED而发生震荡。
本实用新型的第二个方面提供了一种LED驱动电路，包括：输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；输出端，用于连接到LED负载；根据所述市电的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED 负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述市电的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关，所示开关电路包括：
第一开关电路，与所述LED负载中的第一段并联；
第二开关电路，与所述LED负载中的第二段并联，其中所述第二段的导通电压小于所述第一段的导通电压；
其中，所述第二开关电路包括第二集成电路，所述第二集成电路包括与所述第二段的阴极相连的电压检测端，并用于在所述电压检测端的电压低于第二阈值时开通将所述第二段短路，在所述电压检测端的电压高于所述第二阈值时断开将所述第二段开启；
其特征在于，所述第一开关电路包括：
电压检测电路，连接到所述输入端及输入端的电源地，用于检测所述输入端的电压；
比较电路，用于比较所述输入端的电压和第一阈值；
控制电路，用于当所述输入端的电压小于所述第一阈值时开通将所述第一段短路，当所述输入端的电压大于所述第一阈值时断开将所述第一段开启。
由于第一开关电路中的电压检测电路是连接到所述输入端及输入端的电源地，所以该触发相对稳定，不会产生震荡，进一步也不会导致其他段LED的集成电路发生震荡。
在一个优选的实施方式中，所述第二集成电路包括TPS92411或 TPS92411P芯片，所述第二段的导通电压小于100伏特，且所述第一段的导通电压大于100伏特。
该实施方式提供了对基于TPS92411集成电路的分段线性驱动的支持，不会引起第二段LED的TPS92411芯片震荡。
在一个优选的实施方式中，所述第一段的阳极连接到所述输入端的正极，所述第一段的阴极连接到所述第二段的阳极，以及所述第二段的阴极耦接到所述输入端的电源地。该实施方式提供了采用分段线性驱动来驱动LED时的典型电路设置。
在一个优选的实施方式中，所述电压检测电路包括分压电路，所述比较电路包括齐纳二极管，所述控制电路包括：与所述第一段并联的第一开关；与所述第一开关的控制极相连的开关组，所述开关组连接到所述输入端和所述比较电路，用于被所述输入端的电压所偏置而将所述第一开关导通，且被所述比较电路所触发而将所述第一开关断开。
该实施方式提供了第一开关电路的具体实现方式，其中采用分压电路和齐纳二极管电路来实现电压采集和检测，工作比较稳定，且方便实现。
在一个优选的实施方式中，所示开关电路还包括：
第三开关电路，与所述LED负载中的第三段并联，其中所述第三段的导通电压小于所述第二段的导通电压；
其中，所述第三开关电路包括第三集成电路，所述第三集成电路包括与所述第三段的阴极相连的电压检测端，并用于在所述电压检测端的电压低于第三阈值时开通将所述第三段短路，在所述电压检测端的电压高于所述第三阈值时断开将所述第三段开启，所述第二集成电路包括TPS92411或TPS92411P芯片，所述第三段的导通电压小于100 伏特；
所述第二段的阴极耦接到所述第三段的阳极，所述第三段的阴极连接到所述输入端的电源地。
该实施方式提供了三段式的分段线性驱动的实现。可以理解，也可以使用四段及以上的分段线性驱动，这些实现方式同样落入前述两段和三段实现的覆盖范围。
优选地，所述第一开关电路包括离散元件，成本较低。
在一个优选的实施方式中，由于第二段或第三段LED的导通电压具有一定容差，为了使得第一段LED的工作与第二段和第三段LED 的工作相互协调，该LED驱动电路还包括补偿电路，连接到所述第二段或所述第三段的阳极和所述电压检测电路，以检测所述第二段和所述第三段的导通电压或所述第三段的导通电压，且根据检测到的该导通电压来以相反方向调整所检测到的所述输入端的电压。
若第二段或第三段的导通电压高，则需要第一段LED在较高的电压后才开通；反之亦然。因此该实施方式中，根据该导通电压以相反方向调整所检测到的所述输入端的电压，当导通电压高时，降低检测到的输入端电压，使得需要更高的输入端电压才能使第一段LED开通。
在一个优选的实施方式中，所述输入端用于接收市电作为所述瞬时幅值随时间变化的供电电压。该实施方式适合于市电电压直接供电的分段线性驱动，具有广泛的应用。
本实用新型还提供了一种灯具，包括根据前述第二方面的LED 驱动电路，和被所述LED驱动电路所驱动的LED。优选地，该灯具是户外灯具，例如路灯，或者是泛光灯(floodlighting)等高功率灯具。
本实用新型的第三个方面提供了由前述第一方面和第二方面组合而成的LED驱动电路，包括：输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；输出端，用于连接到LED负载；根据所述市电的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述市电的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关；功率开关，连接于所述输出端并用于与所述LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；控制回路，用于检测流过所述功率开关的电流，并控制所述功率开关的阻抗使得该检测电流符合参考电流；所述控制回路包括：线性电路，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的线性关系完全线性地转换为所述参考电流；其中该开关电路包括与所述 LED负载的、串联的多个段一一并联的开关，所示开关电路包括：第一开关电路，与所述LED负载中的第一段并联；第二开关电路，与所述LED负载中的第二段并联，其中所述第二段的导通电压小于所述第一段的导通电压；其中，所述第二开关电路包括第二集成电路，所述第二集成电路包括与所述第二段的阴极相连的电压检测端，并用于在所述电压检测端的电压低于第二阈值时开通将所述第二段短路，在所述电压检测端的电压高于所述第二阈值时断开将所述第二段开启；所述第一开关电路包括：电压检测电路，连接到所述输入端及输入端的电源地，用于检测所述输入端的电压；比较电路，用于比较所述输入端的电压和第一阈值；控制电路，用于当所述输入端的电压小于所述第一阈值时开通将所述第一段短路，当所述输入端的电压大于所述第一阈值时断开将所述第一段开启。
参照附图及具体实施方式，本实用新型的实施方式的优点将被本领域的一般技术所了解。
附图说明
图1示出了现有的一种分段线性驱动；
图2是图1的分段线性驱动对于不同均值输入电压下的输入/输出电流波形；
图3是根据本实用新型第一个方面的实施例；
图4是图3中的实施例对于不同均值输入电压下的输入/输出电流波形；
图5是根据本实用新型第二个方面的实施例。
具体实施方式
现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本实用新型的原理。
图3是根据本实用新型第一个方面的实施例，包括输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压V1，这里还优选地包括由二极管DB1-4构成的整流桥，整流桥输出的总线电压Vbus基本就是取绝对值后的供电电压V1。输出端，用于连接到LED负载。根据所述市电的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述市电的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关。在图3中该开关电路和LED负载被简略地画作LED3。功率开关M2，连接于所述输出端并用于与所述LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流。控制回路R1、Q1、R4、 R5，用于检测流过所述功率开关M2的电流，并控制所述功率开关M2的阻抗使得该检测电流符合参考电流；其特征在于，所述控制回路包括：线性电路R4、R5，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的线性关系完全线性地转换为所述参考电流。
优选地，线性电路是第一电阻R4和第二电阻R5组成的分压电路，则有以下等式
Vref＝Vbus*R5/(R4+R5)
且MOSFET M2的源极和电源地之间连接有检测电阻R1用于检测流过功率开关M2的电流I，则有以下等式
VR1＝I*R1
R3是一个限流电阻，它将电压VR1接到三极管Q1的基极。
对于三极管Q1来说，它的集电极连接到功率开关M2的栅极，基极连接到所述检测电阻R1，且集电极连接到第一电阻R4和第二电阻R5的连接点。三极管的基极-发射极电压为VQ1be，则
当VR1>＝Vref+VQ1be时，三极管进入放大模式，将功率开关M2的栅极电压拉低，从而降低流过M2的电流I，进而减少VR1。稳定状况下，流过M2的电流I应与Vref+VQ1be成线性关系，其中由于VQ1be较小，所以其对电流I应与Vref之间的关系没有实质性的贡献，因此可以近似认为电流I与Vref之间具有线性关系，换句话说电流I应与参考电流一致，该参考电流为Vref/R1。所述控制回路包括：线性电路，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的该线性关系完全线性地转换为所述参考电流。该线性关系覆盖了将例如三极管Q1的基极-发射极电压考虑在内的情况。
因此，随着输入电压信号的幅值在整个周期上以例如正弦形状变化时，Vref根据比例R5/(R4+R5)以相同形状变化，且电流I根据Vref进行变化。则电流应具有实质性的完整的正弦形状，而不是像图2所示的现有技术那样具有导致总谐波失真的凹陷部分。
并且，如图3所示，该LED驱动电路还包括补偿电路，连接到所述输入端和所述线性电路，用于检测所述供电电压的均值，并根据所述均值的变化来改变所述线性关系。具体地，所述补偿电路包括：平均电容C2，用于检测所述供电电压的均值；阈值元件Z2，用于检测所述均值是否超过一定阈值；开关Q2，当所述均值超过所述阈值时，控制所述分压电路的分压比。
具体的，所述开关Q2根据所述均值而工作在线性状态以相反方向控制所述所述分压电路的输出。例如，当通过分压电路R6和R7分压、且由C2检测得到的输入电压的均值Vp大于齐纳二极管Z2的击穿电压和三极管Q2的基极-集电极电压时，三极管Q2导通且降低前述分压电路R4、R5中的的第二电阻R5的阻抗，相应地降低了在该均值的输入电压下的Vref和输入/输出电流I。输入电压的均值越大，三极管Q2的阻抗越低，分压电路R4、R5输出越低，因此输入/输出电流越低。值得注意的是，在该输入电压的整个周期中，分压电路 R4、R5仍然是一个线性电路，因此电流仍具有实质性的完整的正弦形状，只是电流幅值相对于较低均值的输入电压下的电流幅值会减小。如图4所示，最左侧是输入电压均值为220V时的输入/输出电流波形，中间是输入电压均值为240V时的输入/输出电流波形，最右侧是输入电压均值为264V时的输入/输出电流波形。波形峰值之间的直线示出了不同输入电流之间的大小关系。值得注意的是，分段线性驱动在分段开关的过程中可能会产生一些输入/输出电流失真，但这并不影响参考电流的正弦形状，也不影响输入/输出电流实质性的正弦形状。
下表1示出了在不同均值的输入电压下的输入功率，输入电流， PFC(功率校正因子)和THD(总谐波失真)。
表1
在表1中，输入功率随着输入电压的均值的变化而呈反方向变化。可以理解，在其他实施方式中，也可以将输入功率恒定下来。
图5示出了根据本实用新型第二个方面的实施方式的电路图。其中功率开关可以是图3中的MOSFET M2，并且可以进一步包括图3 中的第一个方面的用于调制输入/输出电流的控制回路和线性电路，该控制回路和线性电流在图5中并未示出。
如图5所示，该LED驱动电路包括输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压Vin，例如是市电。输出端，用于连接到LED负载。根据所述市电的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述市电的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关，所示开关电路包括：
第一开关电路，与所述LED负载中的第一段LED1并联；
第二开关电路，与所述LED负载中的第二段LED2并联，其中所述第二段的导通电压小于所述第一段的导通电压；
其中，所述第二开关电路包括第二集成电路IC2，所述第二集成电路包括与所述第二段的阴极相连的电压检测端，并用于在所述电压检测端的电压低于第二阈值时开通将所述第二段短路，在所述电压检测端的电压高于所述第二阈值时断开将所述第二段开启。第二集成电路 IC2的端子连接及其与LED2的连接关系可参照图1中从上至下第二颗IC的端子连接及其与相应LED的连接关系，其运作原理也是类似的，在此不再赘述。
虽然图3中仅示出了一颗LED，图5中第一段、第二段和第三段也都仅示出了一颗LED，但是这仅仅是图示，其覆盖任意数量的LED 颗粒，例如覆盖图1中所示的每一段都包括若干LED颗粒的情况。
优选地，LED驱动电路还包括第三开关电路，与所述LED负载中的第三段LED3并联，其中所述第三段的导通电压小于所述第二段的导通电压；其中，所述第三开关电路包括第三集成电路IC3，所述第三集成电路IC3包括与所述第三段的阴极相连的电压检测端，并用于在所述电压检测端的电压低于第三阈值时开通将所述第三段短路，在所述电压检测端的电压高于所述第三阈值时断开将所述第三段开启。第二集成电路IC3的端子连接及其与LED3的连接关系可参照图1中从上至下第三颗IC的端子连接及其与相应LED的连接关系，其运作原理也是类似的，在此不再赘述。
与图1中的现有技术不同的是，这里的第一开关电路包括：
电压检测电路R1、R2，连接到所述输入端及输入端的电源地，用于检测所述输入端的电压；
比较电路Z1，用于比较所述输入端的电压和第一阈值；
控制电路包括与第一段LED1并联的开关Q1，以及开关组Q5、 Q3、Q2，用于当所述输入端的电压小于所述第一阈值时开通开关Q1 将所述第一段LED1短路，当所述输入端的电压大于所述第一阈值时断开关Q1将所述第一段LED1开启。
更加具体地来说，电压检测电路R1、R2构成分压电路，一端连接于整流桥的正极，另一端连接于整流桥的负极(即电源地)。所以，所检测的输入端电压并非浮动的，便于控制。
比较电路Z1由齐纳二极管实现，当分压电路的输出高于齐纳二极管的击穿电压(加上三极管Q5的基极-集电极导通电压)后，齐纳二极管Z1和三极管Q5导通，使得三极管Q3、Q2和Q1都关断，从而使得第一段LED1被电源电压所驱动。齐纳二极管的击穿电压(加上三极管Q5的基极-集电极导通电压)应选择为：使Z1和Q5导通的输入电压高于LED2和LED1的导通电压之和，且实质上等于(或略高于)LED1的导通电压。当输入电压达到该设定值使第一段LED1 导通时，第二IC和第三IC自动回到导通状态而将第二段LED2和第三段LED3短路。之后随着输入电压的继续升高，第三IC和第二IC 又会交替并同时断开，这与图1中的第三IC和第二IC的操作是类似的，在此不再赘述。
此外，齐纳二极管Z1还能够补偿三极管Q5、Q3等的基极-集电极导通电压的热偏移。三极管Q2在需要将第一段LED1短路时，能够放大双极三极管Q1的基极电流。通过增加电阻R3和R4的阻值，能够减少该电路的功耗。替代地，开关Q1也可以通过MOSFET来实现。
由于LED的导通电压存在容差，第二段LED2和第三段LED3 的导通电压可能随不同批次或在同一批次中都有不同。在极端情况下，齐纳二极管的击穿电压(加上三极管Q5的基极-集电极导通电压) 随对应的输入电压有可能小于第二段LED2和第三段LED3的导通电压的之和，这有可能导致第一段LED1提前开通而不是如预期那样在第二段和第三段LED开通之后才开始工作。为了补偿这种导通电压的误差，在一个优选的实施方式中，还提供了补偿电路R6、R7、Q4、 R5，其连接到所述第二段LED2(或所述第三段LED3)的阳极和所述电压检测电路，以检测所述第二段LED2和所述第三段LED3的导通电压(或所述第三段LED3的导通电压)，且根据检测到的该导通电压来以相反方向调整所检测到的所述输入端的电压。例如，如果第二段LED2和第三段LED3的导通电压较高，则R6、R7构成的分压电路的输出较高，Q4的阻抗较低，R5、Q4、R8以较低的阻抗与分压电路中的电阻R2并联，使得分压电路的输出电压较低。因此需要更高的输入电压才能在分压电路的输出端获得足以导通齐纳二极管Z1 的检测电压，即使得第一段LED1在较高的输入电压时才导通，这个较高的输入电压正好符合第二段LED2和第三段LED3较高的导通电压。但是可以理解，该补偿电路并不是必需的。
虽然在本申请中权利要求书已针对特征的特定组合而制定，但是应当理解，本公开的范围还包括本文所公开的明确或隐含或对其任何概括的任何新颖特征或特征的任何新颖的组合，不论它是否涉及目前所要求保护的任何权利要求中的相同方案。

Claims (22)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：
输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；
输出端，用于连接到LED负载；
根据所述供电电压的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述供电电压的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关；
功率开关，连接于所述输出端并用于与所述LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；
控制回路，用于检测流过所述功率开关的电流，并控制所述功率开关的阻抗使得该检测电流符合参考电流；
所述控制回路包括：
线性电路，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的该线性关系完全线性地转换为所述参考电流。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述线性电路包括第一电阻和第二电阻串联而成的分压电路，所述控制回路包括：
与所述功率开关串联的检测电阻；
控制三极管，其集电极连接到所述功率开关的控制极，基极连接到所述检测电阻，且集电极连接到所述第一电阻和第二电阻的连接点。
3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关的所述控制极通过驱动元件连接到所述输入端。
4.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：
补偿电路，连接到所述输入端和所述线性电路，用于检测所述供电电压的均值，并根据所述均值的变化来改变所述线性关系。
5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述补偿电路包括：
平均电容，用于检测所述供电电压的均值；
阈值元件，用于检测所述均值是否超过一定阈值；
开关，当所述均值超过所述阈值时，控制所述分压电路的分压比。
6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关根据所述均值而工作在线性状态且以相反方向控制所述分压电路的输出。
7.根据权利要求5或6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关包括双极型三极管与连接到该三极管的发射极的第三电阻。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输入端用于接收市电作为所述瞬时幅值随时间变化的供电电压，且所述可接受的额定均值范围为198V-264V。
9.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：
输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；
输出端，用于连接到LED负载；
根据所述供电电压的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述供电电压的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关，所述开关电路包括：
第一开关电路，与所述LED负载中的第一段并联；
第二开关电路，与所述LED负载中的第二段并联，其中所述第二段的导通电压小于所述第一段的导通电压；
其中，所述第二开关电路包括第二集成电路，所述第二集成电路包括与所述第二段的阴极相连的电压检测端，并用于在所述电压检测端的电压低于第二阈值时开通将所述第二段短路，在所述电压检测端的电压高于所述第二阈值时断开将所述第二段开启；
所述第一开关电路包括：
电压检测电路，连接到所述输入端及输入端的电源地，用于检测所述输入端的电压；
比较电路，用于比较所述输入端的电压和第一阈值；
控制电路，用于当所述输入端的电压小于所述第一阈值时开通将所述第一段短路，当所述输入端的电压大于所述第一阈值时断开将所述第一段开启。
10.根据权利要求9所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二集成电路包括TPS92411或TPS92411P芯片，所述第二段的导通电压小于100伏特，且所述第一段的导通电压大于100伏特，
所述第一段的阳极连接到所述输入端的正极，所述第一段的阴极连接到所述第二段的阳极，以及
所述第二段的阴极耦接到所述输入端的电源地。
11.根据权利要求9或10所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电压检测电路包括分压电路，所述比较电路包括齐纳二极管，所述控制电路包括：
与所述第一段并联的第一开关；
与所述第一开关的控制极相连的开关组，所述开关组连接到所述输入端和所述比较电路，用于被所述输入端的电压所偏置而将所述第一开关导通，且被所述比较电路所触发而将所述第一开关断开。
12.根据权利要求9或10所述的LED驱动电路，其特征在于，所示开关电路还包括：
第三开关电路，与所述LED负载中的第三段并联，其中所述第三段的导通电压小于所述第二段的导通电压；
其中，所述第三开关电路包括第三集成电路，所述第三集成电路包括与所述第三段的阴极相连的电压检测端，并用于在所述电压检测端的电压低于第三阈值时开通将所述第三段短路，在所述电压检测端的电压高于所述第三阈值时断开将所述第三段开启，所述第二集成电路包括TPS92411或TPS92411P芯片，所述第三段的导通电压小于100伏特；
所述第二段的阴极耦接到所述第三段的阳极，所述第三段的阴极连接到所述输入端的电源地。
13.根据权利要求12所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一开关电路包括离散元件，且还包括：
补偿电路，连接到所述第二段或所述第三段的阳极和所述电压检测电路，以检测所述第二段和所述第三段的导通电压或所述第三段的导通电压，且根据检测到的该导通电压来以相反方向调整所检测到的所述输入端的电压。
14.根据权利要求9或10所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输入端用于接收市电作为所述瞬时幅值随时间变化的供电电压，还包括：
功率开关，连接于所述输出端并用于与所述LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；
控制回路，用于检测流过所述功率开关的电流，并控制所述功率开关的阻抗使得该检测电流符合参考电流；
所述控制回路包括：
线性电路，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的该线性关系完全线性地转换为所述参考电流，
其中所述第二段的阴极通过所述功率开关连接到所述输入端的电源地。
15.根据权利要求14所述的LED驱动电路，其特征在于，所述线性电路包括第一电阻和第二电阻串联而成的分压电路，所述控制回路包括：
与所述功率开关串联的检测电阻；
控制三极管，其集电极连接到所述功率开关的控制极，基极连接到所述检测电阻，且集电极连接到所述第一电阻和第二电阻的连接点。
16.根据权利要求15所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关的所述控制极通过驱动元件连接到所述输入端。
17.根据权利要求15所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：
补偿电路，连接到所述输入端和所述线性电路，用于检测所述供电电压的均值，并根据所述均值的变化来改变所述线性关系。
18.根据权利要求17所述的LED驱动电路，其特征在于，所述补偿电路包括：
平均电容，用于检测所述供电电压的均值；
阈值元件，用于检测所述均值是否超过一定阈值；
开关，当所述均值超过所述阈值时，控制所述分压电路的分压比。
19.根据权利要求18所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关根据所述均值而工作在线性状态且以相反方向控制所述分压电路的输出。
20.根据权利要求18或19所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关包括双极型三极管与连接到该三极管的发射极的第三电阻。
21.根据权利要求14所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输入端用于接收市电作为所述瞬时幅值随时间变化的供电电压，且所述可接受的额定均值范围为198V-264V。
22.一种灯具，其特征在于，包括根据权利要求1至21中任一项所述的LED驱动电路，和被所述LED驱动电路所驱动的LED。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020155413A1 (zh) * 2019-01-28 2020-08-06 苏州菲达旭微电子有限公司 一种线性高功率因数驱动电路

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