Led光源分区分段变换投入驱动控制方法及其控制电路的制作方法

xiaoxiao2020-9-9  2

【知识产权代理】【专利服务】Tel:18215660330

专利名称:Led光源分区分段变换投入驱动控制方法及其控制电路的制作方法
技术领域
本发明涉及 一种半导体照明应用技术,特别是涉及一种LED光源分区分段变换投入驱动控制方法及其分区分段变换投入控制电路。
背景技术
半导体照明灯具由于具有发光效率高、节电效果明显、使用寿命长、无污染、抗震动等显著优点,日益受到世界各国的重视,有望在不久的将来取代传统的各种照明灯具。但是目前的LED光源照明灯具通常都采用直流电源供电,日常应用中在灯具内必需安装将交流电变为直流电的恒流驱动电源,尽管目前的开关式恒流源输出稳定,但其电源电路中通常不可避免的使用有电解电容器。而LED光源的寿命可达5 7万小时,常用的电解电容器的使用寿命一般都低于10000小时,因此目前的LED光源照明灯具一旦电源电路损坏,灯具即不能使用,需要购置新的灯具,而目前的LED光源照明灯具一般价格不菲,这就造成目前的节能灯具在使用中存在节能不省钱的尴尬局面,不经济,严重影响其推广使用。为了解决这一问题,申请号为200710142585. O (公开号为CN 101137261A)、名称为《用于驱动LED的装置以及方法》的发明专利申请公开了一种结构比较简单并且功率效率高的交流电源驱动式LED点亮装置。将对交流电源进行整流后的信号的电压(整流电压)与规定的基准电压进行比较,根据其比较结果控制流入LED阵列中的各LED的驱动电流的导通和截止。根据该结构,当交流电源电压大时能使更多数目的LED点亮,当交流电压小时使更少数目的LED点亮,此种电路有两个问题一是LED发光管工作的时间不同,先期导通的发光管工作占空比可以达到O. 9,而后期导通的发光管工作占空比仅为O. 3—0. 4,平均为O. 55。二是灯具光效率低。由于平均占空比为O. 55左右,光源要达到额定功率必须加大工作时的电流和功率,通常需要增大I. 8倍,而在I. 8倍额定功率下工作的光效仅为额定功率下的80%。虽然电路的转换效率高达90%以上,但是综合光效只有70%。2010年5月22日由本申请人提出的《分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路》的发明专利申请,虽然可将LED的平衡度提高到90%,但考虑到电路应用的可行性与功率因子的综合性,其平均占空比仅提高提高到O. 75,光源要达到额定功率必须加大工作时的电流和功率到I. 4倍。而在I. 4倍额定功率下工作的光效仅为额定功率下工作的光效90%,加上电路转换效率,从交流电到光的综合效率仅能作到82%。上述两种方法的驱动控制方法,其电源转换效率根据其电源整流后的划分的区域多少决定,区域越多,转换效率越高,区域越少转换效率就越低,区域多电路结构复杂,控制连线多。如图I所示的一种现有LED光源分段投入的法,将电源整流区划分4个区域,LED发光单元需要3组,只有3个工作区域,两种电路实用性均不满足未来LED灯具的发展需要,电源转换效率低,光效率低。

发明内容
本发明针对现有技术不足,提出一种LED光源分区分段变换投入驱动控制方法及其分区分段变换投入控制电路,可使LED光源综合效率可达到90%以上,电源转换效率高,同时又能避免使用电解电容,使用寿命长。本发明所采用的技术方案
一种LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,对于3 7组具有不同导通电压的LED发光单元,每组LED发光单元的导通电压成比例关系,所述LED发光单元依次串联并通过恒流源电路接入整流电路输出端,所述的驱动控制方法,I)通过分区变换投入控制电路将整流电路输出电压根据波形划分为2 5个区域,将导通电压高的2 6组LED发光单元,根据其导通电压所在区域位置通过所述控制电路使上述LED发光单元并联、串联或串并组合驱动;
2)结合上述划分的每个区域,通过区内分段变换投入控制电路,将所述LED发光单元 中导通电压低的I 2组LED发光单元,通过所述控制电路使其在上述划分的每个区域内不驱动点亮、并联点亮或串联驱动点亮;
3)所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路,其控制LED发光单元投入的前提是使点亮的LED发光单元组工作电压和区域电压匹配。所述的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,含有三组LED发光单元,其中第I组、第2组工作电压为2u,第3组工作电压为u,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为2个分区域,通过下述方式控制LED发光单元的投入,
O当整流电路的瞬时输出电压小于2u时,所有LED发光单元均不投入;
2)当整流电路的瞬时输出电压大于2u而小于3u时,仅投入第I组LED发光单元;
3)当整流电路的瞬时输出电压大于3u而小于4u时,同时投入第3组LED发光单元;
4)当整流电路的瞬时输出电压大于4u,同时投入第I组、第2组LED发光单元,第I组、第2组LED发光单元以串联方式工作;
5)当整流电路的瞬时电压大于5u时,同时投入第I组、第2组、第3组LED发光单元,第I组、第2组、第3组LED发光单元以串联方式工作。所述的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,使第I组、第2组LED发光单元通过单向二极管相连,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为2个分区域,同所述分区变换投入控制电路设有串并联变换开关电路,通过下述方式控制LED发光单元的投入,
1)在整流电路的瞬时输出电压大于2u而小于3u时,通过串并联变换开关电路,使第I组、第2组LED发光单元并联投入工作;
2)在整流电路的瞬时输出电压大于3u而小于4u时,以串联方式投入第3组LED发光单元;
3)在整流电路的瞬时输出电压大于4u而小于5u时,使第I组、第2组LED发光单元以串联的方式投入工作,第三组退出工作;
4)在整流电路的瞬时输出电压大于5u时,第I组、第2组、第3组LED发光单元以串联的方式投入工作。所述的LED光源分段分区变换投入驱动控制方法,含有四组LED发光单元,其中第I组、第2组工作电压为3u,第3组、第4组工作电压为U,所述四组LED发光单元中第I组、第2组通过单向二极管串联连接,第3组、第4组也通过单向二极管串联连接接入恒流源回路,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为3个分区域,在所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路的输出端各设置串并联变换开关电路,控制LED发光单元以下述方式投入,
O当整流电路的瞬时输出电压小于3u时,所有LED发光单元均不投入;
2)当整流电路的瞬时输出电压大于3u小于4u时,使第I组、第2组LED发光单元并联投入工作;
3)在整流电路的瞬时输出电压大于4u而小于5u时,同时投入第3组、第4组LED发光单元,第3组、第4组LED发光单元并联;
4)在整流电路的瞬时输出电压大于5u而小于6u时,使第3组、第4组LED发光单元以 串联的方式投入工作;
5)在整流电路的瞬时输出电压大于6u而小于7u时,第I组、第2组LED发光单元以串联的方式投入工作,第3组、第4组退出工作;
6)在整流电路的瞬时输出电压大于7u而小于8u时,投入第3组、第4组LED发光单元,使第3组、第4组LED发光单元并联;
7)在整流电路的瞬时输出电压大于8u时,四组LED发光单元串联全部投入工作。所述的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,含有五组LED发光单元,其中第I组工作电压为6u,第2组、第3组工作电压为3u,第4组、第5组工作电压为u,所述五组LED发光单元中第I组、第2组、第3组依次通过单向二极管串联连接,第4组、第5组也通过单向二极管串联连接,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为4个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为3个分区域,同所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路连接设有串并联变换开关电路,通过下述方式控制LED发光单元的投入,
O当整流电路的瞬时输出电压小于6u时,所有LED发光单元均不投入;
2)当整流电路的瞬时输出电压大于6u小于7u时,使第2组与第3组串联后和第I组LED发光单元并联投入工作;
3)在整流电路的瞬时输出电压大于7u而小于8u时,接着投入第4组、第5组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联;
4)在整流电路的瞬时输出电压大于8u而小于9u时,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作;
5)当整流电路的瞬时输出电压大于9u小于IOu时,使第2组与第3组并联后和第I组LED发光单元串联投入工作,第4组、第5组退出工作;
6)在整流电路的瞬时输出电压大于IOu而小于Ilu时,接着投入第3组、第4组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联;
7)在整流电路的瞬时输出电压大于Ilu而小于12u时,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作;
8)当整流电路的瞬时输出电压大于12u小于13u时,使第I组第2组与第3组串联投入工作;第4组、第5组退出工作;9)在整流电路的瞬时输出电压大于13u而小于14u时,接着投入第3组、第4组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联;
10)在整流电路的瞬时输出电压大于14u,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作,5组LED发光单元全部串联工作。一种LED光源分区分段变换投入驱动控制电路,包括3—7组LED发光单元,其中每组LED发光单元的导通电压成比例关系,所述LED发光单元依次串联并通过恒流源电路接入整流电路正、负极输出端,在所述整流电路正、负极输出端之间连接有分区变换投入控制电路,所述分区变换投入控制电路将输出电压波形划分为2—5个区域,控制2—5组导通电压高的LED发光单元根据整流电路输出的电压,在对应的工作区间分别以并联、串联或并串结合连接方式投入工作;在分区变换投入控制电路控制的LED发光单元输出端到整流电路的负输出端之间连接有区内分段变换投入控制电路,所述区内分段电路使区内分段电路控制的1-2组导通电压低且导通电压相同的LED发光单元在其分区控制的LED发光单元输出端到到恒流源的输入端之间短路、并联或串联投入工作,导通电压低且相同的LED发光单元投入的前提是使点亮的LED发光单元组工作电压和区域电压匹配。所述的分区分段变换投入驱动控制电路,包括LED2、LEDl、LED3三组LED发光单元,其中LED2、LED1工作电压为2u,LED3工作电压为u,在所述整流电路两输出端之间连接有分区变换投入控制电路,将整流电路输出电压根据波形划分为小于电压4u和大于4u2个区域,同所述分区变换投入控制电路相连接设有区内分段变换投入控制电路,区内分段变换投入控制电路将发光单元LED2输出到电源地之间的电压划分为大于U和小于U的两个小区域;分区变换投入控制电路由取样电阻Rl、R2和电子开关管P1、P3组成,取样电阻Rl、R2并联在整流电路的正输出端和负输出端之间,取样电阻Rl、R2的连接节点连接电子开关管Pl的控制端,电子开关管Pl的输出端一路通过电阻R5连接发光单元LED1、LED3的连接节点,另一路连接电子开关管P3的控制端,电子开关管P3的输出端连接发光单元LED2、LED1的连接节点,电子开关管P1、P3的电源端连接整流电路的正输出端,区内分段变换投入控制电路由取样电阻R3、R4、和电子开关管P2、P4组成,取样电阻R3、R4 —端连接电阻R5和发光单元LEDl的连接节点,另一端连接整流电路的负输出端,取样电阻R3、R4的连接节点连接电子开关管P2的控制端,电子开关管P2的输出端一路通过电阻R6连接连接整流电路的负极输出端,另一路连接电子开关管P4的控制端,电子开关管P4的输出端连接发光单元LED3和恒流源电路的连接节点,电子开关管P2、P4的电源端连接电阻R5和发光单元LEDl的连接节点。所述的分区分段变换投入驱动控制电路,第I组和第2组LED发光单元通过单向二极管D2相连,在分区变换投入控制电路的输出端连接有串并联变换开关电路,所述串并联变换开关电路由二极管D3、电子开关管NI和电阻R7组成,电子开关管P3的集电极一路通过二极管D3连接电子开关管NI的电源端和二极管D2与发光单元LEDl的连接节点,另一路通过电阻R7连接电子开关管NI的控制端,电子开关管NI的输入端连接LED2与D2的节点,输出端连接发光单元LEDl和发光单元LED3的连接节点。所述的分区分段变换投入驱动控制电路,含有LED1、LED2、LED3、LED4四组LED发光单元,其中第I组、第2组工作电压为3u,第3组、第4组工作电压为U,四组LED发光单元依次通过单向二极管串联接入恒流源回路,在所述整流电路正、负极输出端之间连接有、分区变换投入控制电路,将整流后电源波形划分为小于电压6u和大于6u 2个区域;所述分区变换投入控制电路的输出端设有串并联变换开关电路,分区变换投入控制电路由取样电阻R1、R2和电子开关管P1、P3组成,串并联变换开关电路由二极管D3、电子开关管NI和电阻R7、R8组成,电子开关管P3的输出端一路通过二极管D3连接单向二极管D2和第2组LED发光单元的连接节点,另一路通过电阻R8连接电子开关管NI的控制端,电子开关管NI的电源端连接第I组LED发光单元和二极管D2的连接节点;电子开关管NI的输出端连接第2组LED发光单元和第3组LED发光单元的连接节点;由取样电阻R3、R4和电子开关管P2、P4以及取样电阻R5、R6和电子开关管P5、P6组成二级区内分段变换投入控制电路,将第2组LED发光单元输出到电源地之间的电压划分为小于U、大于U小于2U和大于2U小于3U的三个小区域;同前述二级区内分段变换投入控制电路连 接设有由二极管D5、电子开关管N2和电阻RlO、Rll组成的串并联变换开关电路。所述的分区分段变换投入驱动控制电路,含有五组LED发光单元,其中第I组工作电压为6u,第2组、第3组工作电压为3u,第4组、第5组工作电压为u,所述五组LED发光单元中第I组、第2组、第3组依次通过单向二极管串联连接,第4组、第5组也通过单向二极管串联连接,在所述整流电路正、负极输出端之间连接有分区变换投入控制电路,将整流后电源波形划分为小于9u、大于9u小于12u,和大于12u的3个区域,区内分段变换投入控制电路由取样电阻R1、R2、R3和电子开关管P1、P2、N4、N5组成,取样电阻R1、R2、R3串联连接,Rl的一端接整流电路的正输入端,R3的一端接整流电路的负输入端,Rl与R2的节点接电子开关Pl的控制端,R2与R3的节点接电子开关N4的控制端,Pl控制P2,N4通过二极管D7控制N6,P2通过电阻R8、N5同样控制N6,将每个区域划分为3个分区域,所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路的输出端连接设有两个串并联变换开关电路,第一个串并联变换开关电路由二极管D3、D4电子开关管N3和电阻R9、RlO组成,电子开关管P2的输出端一路通过二极管D4连接单向二极管D3和第2组LED发光单元的连接节点,一路通过电阻RlO连接电子开关管N3的控制端,第三路通过电阻R9连接电子开关管N5的控制端.第二个串并联变换开关电路由二极管D5、D6电子开关管N6 P4和电阻R11、R12组成,电子开关管N6的输入端一路通过二极管D6连接单向二极管D5和第2组LED发光单元的连接节点,一路通过电阻R12连接电子开关管P4的控制端。本发明的有益效果
I、本发明LED光源分区分段变换投入驱动控制方法及其分区分段变换投入控制电路,电源分区多LED分组少,电源转换效率高的,可使LED光源综合效率可达到90%以上。2、本发明LED光源分区分段变换投入驱动控制方法及其分区分段变换投入控制电路,结构简单,控制连线少,实现方式简单,同时又能避免使用电解电容,体积小,耐高温,能够显著延长光源使用寿命。


图I :现有3组LED发光单元分段投入控制电路 图2 :现有3组LED发光单元分段投入方式在不同电压区的工作状态;
图3 :本发明3组LED发光单元分区分段投入的控制电路原理 图4 :图3所示LED光源分区分段投入方式在不同电压区的工作状态;图5 :本发明3组LED发光单元分区分段变换投入控制电路 图6 :图5所示LED光源分区分段变换投入方式在不同电压区的工作状态;
图7 :本发明4组LED发光单元分区分段变换投入控制电路 图8 :图7所示LED光源分段投入方式在不同电压区的工作状态;
图9 :本发明5组LED发光单元分区分段变换投入控制电路 图10 :图9所示LED光源分段投入方式在不同电压区的工作状态;
图11 :本发明3组LED发光单元组成的LED光源驱动控制电路,电子开关采用NPN型晶体管的电路图。
具体实施例方式实施例一本发明LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,对于3 7组具有不同导通电压的LED发光单元,每组LED发光单元的导通电压成比例关系,所述LED发光单元依次串联并通过恒流源电路接入整流电路输出端,所述的驱动控制方法,I)通过分区变换投入控制电路将整流电路输出电压根据波形划分为2 5个区域,将导通电压高的2 6组LED发光单元,根据其导通电压所在区域位置通过所述控制电路使上述LED发光单元并联、串联或串并组合驱动;
2)结合上述划分的每个区域,通过区内分段变换投入控制电路,将所述LED发光单元中导通电压低的I 2组LED发光单元,通过所述控制电路使其在上述划分的每个区域内不驱动点亮、并联点亮或串联驱动点亮;
3)所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路,其控制LED发光单元投入的前提是使点亮的LED发光单元组工作电压和区域电压匹配。实施例二 本实施例的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,含有三组LED发光单元,其中第I组、第2组工作电压为2u,第3组工作电压为u,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为2个分区域,通过下述方式控制LED发光单元的投入,
O当整流电路的瞬时输出电压小于2u时,所有LED发光单元均不投入;
2)当整流电路的瞬时输出电压大于2u而小于3u时,仅投入第I组LED发光单元;
3)当整流电路的瞬时输出电压大于3u而小于4u时,同时投入第3组LED发光单元;
4)当整流电路的瞬时输出电压大于4u,同时投入第I组、第2组LED发光单元,第I组、第2组LED发光单元以串联方式工作;
5)当整流电路的瞬时电压大于5u时,同时投入第I组、第2组、第3组LED发光单元,第I组、第2组、第3组LED发光单元以串联方式工作。实施例三本实施例的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,与实施例二不同的是,在实施例二方法基础上,使第I组、第2组LED发光单元通过单向二极管相连,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为2个分区域,同所述分区变换投入控制电路设有串并联变换开关电路,通过下述方式控制LED发光单元的投入,
I)在整流电路的瞬时输出电压大于2u而小于3u时,通过串并联变换开关电路,使第I组、第2组LED发光单元并联投入工作;2)在整流电路的瞬时输出电压大于3u而小于4u时,以串联方式投入第3组LED发光单元;
3)在整流电路的瞬时输出电压大于4u而小于5u时,使第I组、第2组LED发光单元以串联的方式投入工作,第三组退出工作;
4)在整流电路的瞬时输出电压大于5u时,第I组、第2组、第3组LED发光单元以串联的方式投入工作。 实施例四本实施例的LED光源分段分区变换投入驱动控制方法,含有四组LED发光单元,其中第I组、第2组工作电压为3u,第3组、第4组工作电压为U,所述四组LED发光单元中第I组、第2组通过单向二极管串联连接,第3组、第4组也通过单向二极管串联连接接入恒流源回路,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为3个分区域,在所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路的输出端各设置串并联变换开 关电路,控制LED发光单元以下述方式投入,
O当整流电路的瞬时输出电压小于3u时,所有LED发光单元均不投入;
2)当整流电路的瞬时输出电压大于3u小于4u时,使第I组、第2组LED发光单元并联投入工作;
3)在整流电路的瞬时输出电压大于4u而小于5u时,同时投入第3组、第4组LED发光单元,第3组、第4组LED发光单元并联;
4)在整流电路的瞬时输出电压大于5u而小于6u时,使第3组、第4组LED发光单元以串联的方式投入工作;
5)在整流电路的瞬时输出电压大于6u而小于7u时,第I组、第2组LED发光单元以串联的方式投入工作,第3组、第4组退出工作;
6)在整流电路的瞬时输出电压大于7u而小于8u时,投入第3组、第4组LED发光单元,使第3组、第4组LED发光单元并联;
7)在整流电路的瞬时输出电压大于8u时,四组LED发光单元串联全部投入工作。实施例五本实施例的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,含有五组LED发光单元,其中第I组工作电压为6u,第2组、第3组工作电压为3u,第4组、第5组工作电压为u,所述五组LED发光单元中第I组、第2组、第3组依次通过单向二极管串联连接,第4组、第5组也通过单向二极管串联连接,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为4个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为3个分区域,同所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路连接设有串并联变换开关电路,通过下述方式控制LED发光单元的投入,
O当整流电路的瞬时输出电压小于6u时,所有LED发光单元均不投入;
2)当整流电路的瞬时输出电压大于6u小于7u时,使第2组与第3组串联后和第I组LED发光单元并联投入工作;
3)在整流电路的瞬时输出电压大于7u而小于8u时,接着投入第4组、第5组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联;
4)在整流电路的瞬时输出电压大于8u而小于9u时,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作;5)当整流电路的瞬时输出电压大于9u小于IOu时,使第2组与第3组并联后和第I组LED发光单元串联投入工作,第4组、第5组退出工作;
6)在整流电路的瞬时输出电压大于IOu而小于Ilu时,接着投入第3组、第4组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联;
7)在整流电路的瞬时输出电压大于Ilu而小于12u时,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作;
8)当整流电路的瞬时输出电压大于12u小于13u时,使第I组第2组与第3组串联投入工作;第4组、第5组退出工作;
9)在整流电路的瞬时输出电压大于13u而小于14u时,接着投入第3组、第4组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联; 10)在整流电路的瞬时输出电压大于14u,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作,5组LED发光单元全部串联工作。实施例六本实施例是实现LED光源分区分段变换投入驱动控制方法的控制电路,包括3—7组LED发光单元,其中每组LED发光单元的导通电压成比例关系,所述LED发光单元依次串联并通过恒流源电路接入整流电路正、负极输出端,在所述整流电路正、负极输出端之间连接有分区变换投入控制电路,所述分区变换投入控制电路将输出电压波形划分为2—5个区域,控制2—5组导通电压高的LED发光单元根据整流电路输出的电压,在对应的工作区间分别以并联、串联或并串结合连接方式投入工作;在分区变换投入控制电路控制的LED发光单元输出端到整流电路的负输出端之间连接有区内分段变换投入控制电路,所述区内分段电路使区内分段电路控制的1-2组导通电压低且导通电压相同的LED发光单元在其分区控制的LED发光单元输出端到到恒流源的输入端之间短路、并联或串联投入工作,导通电压低且相同的LED发光单元投入的前提是使点亮的LED发光单元组工作电压和区域电压匹配。实施例七参见图3、图4。本实施例的分区分段变换投入驱动控制电路,包括LED2、LED1、LED3三组LED发光单元,其中LED2、LED1工作电压为2u,LED3工作电压为u,在所述整流电路两输出端之间连接有分区变换投入控制电路,将整流电路输出电压根据波形划分为小于电压4u和大于4u 2个区域,同所述分区变换投入控制电路相连接设有区内分段变换投入控制电路,区内分段变换投入控制电路将发光单元LED2输出到电源地之间的电压划分为大于U和小于U的两个小区域;分区变换投入控制电路由取样电阻Rl、R2和电子开关管P1、P3组成,取样电阻Rl、R2并联在整流电路的正输出端和负输出端之间,取样电阻Rl、R2的连接节点连接电子开关管Pl的控制端,电子开关管Pl的输出端一路通过电阻R5连接发光单元LEDl、LED3的连接节点,另一路连接电子开关管P3的控制端,电子开关管P3的输出端连接发光单元LED2、LEDl的连接节点,电子开关管P1、P3的电源端连接整流电路的正输出端,区内分段变换投入控制电路由取样电阻R3、R4、和电子开关管P2、P4组成,取样电阻R3、R4 —端连接电阻R5和发光单元LEDl的连接节点,另一端连接整流电路的负输出端,取样电阻R3、R4的连接节点连接电子开关管P2的控制端,电子开关管P2的输出端一路通过电阻R6连接连接整流电路的负极输出端,另一路连接电子开关管P4的控制端,电子开关管P4的输出端连接发光单元LED3和恒流源电路的连接节点,电子开关管P2、P4的电源端连接电阻R5和发光单元LEDl的连接节点。
附图I为现有3组LED分段投入控制电路图,它是将电源整流后的电源划分为小于电压A,大于A大于小于B,大于B大于小于C和大于C的4个区,小于A时LED不工作,其在其它不同电压区的工作过程如图2中所示。由图2可以看出在半个周期内LEDl有约80%的工作时间,与LED2有约60%的工作时间。LED3仅有约40%的工作时间。LEDl的工作时间是LED3工作时间的两倍。
附图3为本发明3组LED分段投入控制电路的原理图,电路元件相同结构和方法不同,由Rl、R2、PU P3组成的分区电路,一端连接整流桥的正输出段另一端连接整流桥的负输出端。分区电路将整流后电源波形划分为小于电压4u和大于4u 2个区域。由于LED1、LED2两组发光管的导通电压为2U,LED3的导通电压为1U,由R3、R4、P2、P4组成的区内分段电路将LED2输出到电源地之间的电压划分为大于U和小于U的两个小区域。其工作过程是在第一个半波周期,当瞬时电压在小于4u时间段,Pl关闭P3导通,LEDl被短路没有电流,当瞬时电压小于2U时,所有LED没有电流不发光,当瞬时电压接近2U时,LEDl开始有电流通过,等于2U时,LEDl达到额定电流,电压继续升高,在恒流源上的电压降开始由O开始上升,由R3、R4、P2、P4组成的区内分段电路,检测恒流源上的电压降,当瞬时电压小于3U时,恒流源上的电压降为电源电压减去LEDl上的电压降2U,恒流源上的电压降小于U,P2关闭P4导通,LED3被短路,其等效电路如图4所示。当瞬时电压大于3U时,恒流源上的电压降为电源电压减去LEDl上的电压降2U,恒流源上的电压降大于U,P2导通P4关闭,LED3串联到电源回路,当瞬时电压大于4U时,Pl导通P3关闭,LEDl与LED2串联到回路中,由于LEDl与LED2的导通电压为4U恒流源上的电压降减少到小于U,P2关闭P4导通,LED3由被短路退出工作,当瞬时电压大于5U时,恒流源上的电压降为电源电压减去LED2加LEDl上的电压降4U,恒流源上的电压降又大于U,P2导通P4关闭,LED3又串联到电源回路,整个过程由等效电路如图4描述。当瞬时电压生高到峰值下降后,电路又以相反的顺序工作。分段投入和分段变换投入电路电源转换效率,由电源划分区域多少决定,区域少,效率低,区域多,效率高。由于分区后再分段投入和撤出。同样的元件,不同样的连接方法,分区数提高25%。电源效率提高,在半个周期内LEDl有80%的工作时间,LED 2和LED3均有60%的工作时间,在半个周期内3组LED的总工作时间比原来增加,不平衡度进一步减少。电源转换效率提高。上述电路用PNP三极管检测整流桥输出的瞬时电压和各区内的瞬时电压,如果用NPN管起到同样效果,如图11电路是在图3电路中分区分段判断电压使用的P1、P2、P3、P4管改为N1、N2、N3、N4后的原理图,效果同样达到图3的工作过程。同样上述三极管可用场效应管代替。以下各实施例亦是如此。实施例八参见图5、图6,本实施例的分区分段变换投入驱动控制电路,与实施例七不同的是,为进一步提高LED的总工作时间,减少LED的不平衡度,在图3电路上增加二极管D2、D3三极管NI和电阻R7,电路变化为分段变换分区分段投入电路。具体电路和工作过程如图5,各阶段工作过程如图6。第I组和第2组LED发光单元通过单向二极管D2相连,在分区变换投入控制电路的输出端连接有串并联变换开关电路,所述串并联变换开关电路由二极管D3、电子开关管NI和电阻R7组成,电子开关管P3的集电极一路通过二极管D3连接电子开关管NI的电源端和二极管D2与发光单元LEDl的连接节点,另一路通过电阻R7连接电子开关管NI的控制端,电子开关管NI的输出端连接发光单元LEDl和发光单元LED3的连接节点。由图6可以看出在半个周期内LEDl与LED2约有80%的工作时间,LED 3有60%的工作时间。3组LED总数的80%有80%的工作时间,20%点LED有60%的工作时间。其平衡度已超过90%以上。实施例九参见图7、图8,本实施例的分区分段变换投入驱动控制电路,与实施例八不同的是,在图5所示电路基础上又增加二极管D4、D5,三极管P5、P6、N2和电阻R8、R9、R10、R11,LED发光单元为4组,其中LED K LED2导通电压相同,LED3、LED4导通电压相同为LEDl的三分之一,分区电路将整流后电源波形划分为,小于电压6u,和大于6u 2个区域。区内分段变换电路将LED2输出到电源地之间的电压划分为小于U、大于IU小于2U和大于2U的三个小区域,当电压小于IU时P4导通,大于IU时P4关断,小于2U,P6、N2导通LED3与LED4并联。大于2U,P6、N2关断,LED3与LED4串联。分区变换电路与区内分段变换电路配合将电源整流后的波形划分为小于3U、大于3U小于4U、大于4U小于5U、大于5U小于6U、大于6U小于7U、大于7U小于8U、大于8U的7个区域,其中小于3U时LED无电流,大于3U小于4U及到大于8U的电源区域,4组LED的工作过程入图8。

图8可以看出在半个周期内LEDl与LED2约有80%的工作时间,LED 3 LED 4由70%的工作时间。4组LED总数的75%有80%的工作时间,25%LED有70%的工作时间。其平衡度已超过93%以上。电源转换效率可提高到95%以上。同样4组光源用现有的分段投入和变换投入电源划分区域只有4个工作区,而用分区分段变换方法电源工作区可增加到6个区分数增加50%,效率提高明显。实施例十参见图9、图10,本实施例的分区分段变换投入驱动控制电路,含有五组LED发光单元,其中第I组工作电压为6u,第2组、第3组工作电压为3u,第4组、第5组工作电压为U,所述五组LED发光单元中第I组、第2组、第3组依次通过单向二极管串联连接,第4组、第5组也通过单向二极管串联连接,在所述整流电路正、负极输出端之间连接有分区变换投入控制电路,将整流后电源波形划分为小于9u、大于9u小于12u,和大于12u的3个区域,区内分段变换投入控制电路由取样电阻Rl、R2、R3和电子开关管P1、P2、N4、N5组成,取样电阻R1、R2、R3串联连接,Rl的一端接整流电路的正输入端,R3的一端接整流电路的负输入端,Rl与R2的节点接电子开关Pl的控制端,R2与R3的节点接电子开关N4的控制端,Pl控制P2,N4通过二极管D7控制N6,P2通过电阻R8、N5同样控制N6,将每个区域划分为3个分区域,所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路的输出端连接设有两个串并联变换开关电路,第一个串并联变换开关电路由二极管D3、D4电子开关管N3和电阻R9、RlO组成,电子开关管P2的输出端一路通过二极管D4连接单向二极管D3和第2组LED发光单元的连接节点,一路通过电阻RlO连接电子开关管N3的控制端,第三路通过电阻R9连接电子开关管N5的控制端.第二个串并联变换开关电路由二极管D5、D6电子开关管N6 P4和电阻R11、R12组成,电子开关管N6的输入端一路通过二极管D6连接单向二极管D5和第2组LED发光单元的连接节点,一路通过电阻R12连接电子开关管P4的控制端。所述分区分段变换投入控制电路和串并联变换开关电路,根据区域电压波形,分区分段变换控制五组LED发光单元的串联、并联或串并联投入。分区变换投入控制电路,将整流后电源波形划分为小于6u、大于6u小于9u、大于9u小于12u,大于12u小于14u和大于14u 5个区域,区内分段变换投入控制电路又将每个区域划分为小于U、大于U小于2U和大于2U小于3U的三个小区域,所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路。当电压小于小于9u时Pl关闭P2导通,同时N6关闭,由N6控制的LED2与LED3串联,同时由N3控制的第一个串并控制电路将LEDl与串联后的LED2与LED3并联。当电压大于9u时小于12u Pl导通P2关闭,同时N6导通,由N6控制的LED2与LED3并联,同时由N3控制的LEDl与并联后的LED2、LED3串联,当电压大于12 u时N4导通N6又关闭,由N6控 制的LED2与LED3又串联,LED1、LED2与LED3串联投入工作。5组LED发光单元的工作过程如图10所不。
权利要求
1.一种LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,对于3 7组具有不同导通电压的LED发光单元,每组LED发光单元的导通电压成比例关系,所述LED发光单元依次串联并通过恒流源电路接入整流电路输出端,所述的驱动控制方法,其特征是 1)通过分区变换投入控制电路将整流电路输出电压根据波形划分为2 5个区域,将导通电压高的2 6组LED发光单元,根据其导通电压所在区域位置通过所述控制电路使上述LED发光单元并联、串联或串并组合驱动; 2)结合上述划分的每个区域,通过区内分段变换投入控制电路,将所述LED发光单元中导通电压低的I 2组LED发光单元,通过所述控制电路使其在上述划分的每个区域内不驱动点亮、并联点亮或串联驱动点亮; 3)所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路,其控制LED发光单元投入的前提是使点亮的LED发光单元组工作电压和区域电压匹配。
2.根据权利要求I所述的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,其特征是含有三组LED发光单元,其中第I组、第2组工作电压为2u,第3组工作电压为u,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为2个分区域,通过下述方式控制LED发光单元的投入, 1)当整流电路的瞬时输出电压小于2u时,所有LED发光单元均不投入; 2)当整流电路的瞬时输出电压大于2u而小于3u时,仅投入第I组LED发光单元; 3)当整流电路的瞬时输出电压大于3u而小于4u时,同时投入第3组LED发光单元; 4)当整流电路的瞬时输出电压大于4u,同时投入第I组、第2组LED发光单元,第I组、第2组LED发光单元以串联方式工作; 5)当整流电路的瞬时电压大于5u时,同时投入第I组、第2组、第3组LED发光单元,第I组、第2组、第3组LED发光单元以串联方式工作。
3.根据权利要求2所述的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,其特征是使第I组、第2组LED发光单元通过单向二极管相连,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为2个分区域,同所述分区变换投入控制电路设有串并联变换开关电路,通过下述方式控制LED发光单元的投入, 1)在整流电路的瞬时输出电压大于2u而小于3u时,通过串并联变换开关电路,使第I组、第2组LED发光单元并联投入工作; 2)在整流电路的瞬时输出电压大于3u而小于4u时,以串联方式投入第3组LED发光单元; 3)在整流电路的瞬时输出电压大于4u而小于5u时,使第I组、第2组LED发光单元以串联的方式投入工作,第三组退出工作; 4)在整流电路的瞬时输出电压大于5u时,第I组、第2组、第3组LED发光单元以串联的方式投入工作。
4.根据权利要求I所述的LED光源分段分区变换投入驱动控制方法,其特征是含有四组LED发光单元,其中第I组、第2组工作电压为3u,第3组、第4组工作电压为U,所述四组LED发光单元中第I组、第2组通过单向二极管串联连接,第3组、第4组也通过单向二极管串联连接接入恒流源回路,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为2个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为3个分区域,在所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路的输出端各设置串并联变换开关电路,控制LED发光单元以下述方式投入, 1)当整流电路的瞬时输出电压小于3u时,所有LED发光单元均不投入; 2)当整流电路的瞬时输出电压大于3u小于4u时,使第I组、第2组LED发光单元并联投入工作; 3)在整流电路的瞬时输出电压大于4u而小于5u时,同时投入第3组、第4组LED发光单元,第3组、第4组LED发光单元并联; 4)在整流电路的瞬时输出电压大于5u而小于6u时,使第3组、第4组LED发光单元以串联的方式投入工作; 5)在整流电路的瞬时输出电压大于6u而小于7u时,第I组、第2组LED发光单元以串联的方式投入工作,第3组、第4组退出工作; 6)在整流电路的瞬时输出电压大于7u而小于8u时,投入第3组、第4组LED发光单元,使第3组、第4组LED发光单元并联; 7)在整流电路的瞬时输出电压大于8u时,四组LED发光单元串联全部投入工作。
5.根据权利要求I所述的LED光源分区分段变换投入驱动控制方法,其特征是含有五组LED发光单元,其中第I组工作电压为6u,第2组、第3组工作电压为3u,第4组、第5组工作电压为u,所述五组LED发光单元中第I组、第2组、第3组依次通过单向二极管串联连接,第4组、第5组也通过单向二极管串联连接,在每一个半波周期,分区变换投入控制电路根据整流电路的瞬时输出电压波形划分为3个区域,区内分段变换投入控制电路将每个区域划分为3个分区域,同所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路连接设有串并联变换开关电路,通过下述方式控制LED发光单元的投入, 1)当整流电路的瞬时输出电压小于6u时,所有LED发光单元均不投入; 2)当整流电路的瞬时输出电压大于6u小于7u时,使第2组与第3组串联后和第I组LED发光单元并联投入工作; 3)在整流电路的瞬时输出电压大于7u而小于8u时,接着投入第4组、第5组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联; 4)在整流电路的瞬时输出电压大于8u而小于9u时,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作; 5)当整流电路的瞬时输出电压大于9u小于IOu时,使第2组与第3组并联后和第I组LED发光单元串联投入工作,第4组、第5组退出工作; 6)在整流电路的瞬时输出电压大于IOu而小于Ilu时,接着投入第3组、第4组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联; 7)在整流电路的瞬时输出电压大于Ilu而小于12u时,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作; 8)当整流电路的瞬时输出电压大于12u小于13u时,使第I组第2组与第3组串联投入工作;第4组、第5组退出工作; 9)在整流电路的瞬时输出电压大于13u而小于14u时,接着投入第3组、第4组LED发光单元,第4组、第5组LED发光单元并联; 10)在整流电路的瞬时输出电压大于14u,使第4组、第5组LED发光单元以串联的方式投入工作,5组LED发光单元全部串联工作。
6.一种LED光源分区分段变换投入驱动控制电路,包括3— 7组LED发光单元,其中每组LED发光单元的导通电压成比例关系,所述LED发光单元依次串联并通过恒流源电路接入整流电路正、负极输出端,其特征是在所述整流电路正、负极输出端之间连接有分区变换投入控制电路,所述分区变换投入控制电路将输出电压波形划分为2— 5个区域,控制2— 5组导通电压高的LED发光单元,根据整流电路输出的电压,在对应的工作区间分别以并联、串联或并串结合连接方式投入工作;在分区变换投入控制电路控制的LED发光单元输出端到整流电路的负输出端之间连接有区内分段变换投入控制电路,所述区内分段电路使区内分段电路控制的1-2组导通电压低且导通电压相同的LED发光单元在其分区控制的LED发光单元输出端到恒流源的输入端之间短路、并联或串联投入工作,导通电压低且相同的LED发光单元投入的前提是使点亮的LED发光单元组工作电压和区域电压匹配。
7.根据权利要求6所述的分区分段变换投入驱动控制电路,其特征是包括LED2、LEDl、LED3三组LED发光单元,其中LED2、LEDl工作电压为2u,LED3工作电压为u,在所述整流电路两输出端之间连接有分区变换投入控制电路,将整流电路输出电压根据波形划分为小于电压4u和大于4u 2个区域,同所述分区变换投入控制电路相连接设有区内分段变换投入控制电路,区内分段变换投入控制电路将发光单元LED2输出到电源地之间的电压划分为大于U和小于U的两个小区域;分区变换投入控制电路由取样电阻Rl、R2和电子开关管P1、P3组成,取样电阻R1、R2并联在整流电路的正输出端和负输出端之间,取样电阻Rl、R2的连接节点连接电子开关管Pl的控制端,电子开关管Pl的输出端一路通过电阻R5连接发光单元LED1、LED3的连接节点,另一路连接电子开关管P3的控制端,电子开关管P3的输出端连接发光单元LED2、LEDl的连接节点,电子开关管PU P3的电源端连接整流电路的正输出端,区内分段变换投入控制电路由取样电阻R3、R4、和电子开关管P2、P4组成,取样电阻R3、R4 一端连接电阻R5和发光单元LEDl的连接节点,另一端连接整流电路的负输出端,取样电阻R3、R4的连接节点连接电子开关管P2的控制端,电子开关管P2的输出端一路通过电阻R6连接连接整流电路的负极输出端,另一路连接电子开关管P4的控制端,电子开关管P4的输出端连接发光单元LED3和恒流源电路的连接节点,电子开关管P2、P4的电源端连接电阻R5和发光单元LEDl的连接节点。
8.根据权利要求7所述的分区分段变换投入驱动控制电路,其特征是第I组和第2组LED发光单元通过单向二极管D2相连,在分区变换投入控制电路的输出端连接有串并联变换开关电路,所述串并联变换开关电路由二极管D3、电子开关管NI和电阻R7组成,电子开关管P3的集电极一路通过二极管D3连接电子开关管NI的电源端和二极管D2与发光单元LEDl的连接节点,另一路通过电阻R7连接电子开关管NI的控制端,电子开关管NI的输入端连接LED2与D2的节点,输出端连接发光单元LEDl和发光单元LED3的连接节点。
9.根据权利要求6所述的分区分段变换投入驱动控制电路,其特征是含有LED1、LED2、LED3、LED4四组LED发光单元,其中第I组、第2组工作电压为3u,第3组、第4组工作电压为U,四组LED发光单元依次通过单向二极管串联接入恒流源回路,在所述整流电路正、负极输出端之间连接有分区变换投入控制电路,将整流后电源波形划分为小于电压6u和大于6u 2个区域;所述分区变换投入控制电路的输出端设有串并联变换开关电路,分区变换投入控制电路由取样电阻Rl、R2和电子开关管PU P3组成,串并联变换开关电路由二极管D3、电子开关管NI和电阻R7、R8组成,电子开关管P3的输出端一路通过二极管D3连接单向二极管D2和第2组LED发光单元的连接节点,另一路通过电阻R8连接电子开关管NI的控制端,电子开关管NI的电源端连接第I组LED发光单元和二极管D2的连接节点;电子开关管NI的输出端连接第2组LED发光单元和第3组LED发光单元的连接节点;由取样电阻R3、R4和电子开关管P2、P4以及取样电阻R5、R6和电子开关管P5、P6组成二级区内分段变换投入控制电路,将第2组LED发光单元输出到电源地之间的电压划分为小于U、大于U小于2U和大于2U小于3U的三个小区域;同前述二级区内分段变换投入控制电路连接设有由二极管D5、电子开关管N2和电阻RIO、Rll组成的串并联变换开关电路。
10.根据权利要求6所述的分区分段变换投入驱动控制电路,其特征是含有五组LED发光单元,其中第I组工作电压为6u,第2组、第3组工作电压为3u,第4组、第5组工作电压为u,所述五组LED发光单元中第I组、第2组、第3组依次通过单向二极管串联连接,第4组、第5组也通过单向二极管串联连接,在所述整流电路正、负极输出端之间连接有分区变换投入控制电路,将整流后电源波形划分为小于9u、大于9u小于12u,和大于12u的3个区域,区内分段变换投入控制电路由取样电阻Rl、R2、R3和电子开关管PU P2、N4、N5组成,取样电阻R1、R2、R3串联连接,Rl的一端接整流电路的正输入端,R3的一端接整流电路的负输入端,Rl与R2的节点接电子开关Pl的控制端,R2与R3的节点接电子开关N4的控制端,Pl控制P2,N4通过二极管D7控制N6,P2通过电阻R8、N5同样控制N6,将每个区域划分为3个分区域,所述分区变换投入控制电路和区内分段变换投入控制电路的输出端连接设有两个串并联变换开关电路,第一个串并联变换开关电路由二极管D3、D4电子开关管N3和电阻R9、RlO组成,电子开关管P2的输出端一路通过二极管D4连接单向二极管D3和第2组LED发光单元的连接节点,一路通过电阻RlO连接电子开关管N3的控制端,第三路通过电阻R9连接电子开关管N5的控制端.第二个串并联变换开关电路由二极管D5、D6电子开关管N6 P4和电阻R11、R12组成,电子开关管N6的输入端一路通过二极管D6连接单向二极管D5和第2组LED发光单元的连接节点,一路通过电阻R12连接电子开关管P4的控制端。
全文摘要
本发明涉及一种半导体照明应用技术。一种LED光源分区分段变换投入驱动控制方法及其控制电路,对于3~7组具有不同导通电压的LED发光单元,1)通过分区变换投入控制电路将整流电路输出电压根据波形划分为2~5个区域,将导通电压高的2~6组LED发光单元,根据其导通电压所在区域位置通过所述控制电路使上述LED发光单元并联、串联或串并组合驱动;2)结合上述划分的每个区域,通过区内分段变换投入控制电路,将所述LED发光单元中导通电压低的1~2组LED发光单元,通过所述控制电路使其在上述划分的每个区域内不驱动点亮、并联点亮或串联驱动点亮。可使LED光源综合效率可达到90%以上,电源转换效率高,同时又能避免使用电解电容,使用寿命长。
文档编号H05B37/02GK102711319SQ20121013421
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月3日 优先权日2012年5月3日
发明者云永利, 李云霄 申请人:李云霄

最新回复(0)