專利名稱：自調(diào)壓led智能模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明領(lǐng)域，特別涉及一種適用于對LED功率單元有自動(dòng)調(diào)壓需要的電路。
背景技術(shù)：
LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景照明等領(lǐng)域。隨著LED 光源價(jià)格的下降，LED燈具逐漸走進(jìn)千家萬戶。而目前市場上的LED燈具產(chǎn)品由于驅(qū)動(dòng)器的可靠性較差，從而導(dǎo)致其在市場上推廣的難度較大，同時(shí)由于高可靠性的LED驅(qū)動(dòng)器的成本較高，一時(shí)難以實(shí)現(xiàn)性價(jià)比方面的有效平衡。在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示為中國專利申請?zhí)?00510020493. 6提供的交流LED照明燈，這種驅(qū)動(dòng)模式省去了交流到直流的驅(qū)動(dòng)器，從而可以減少LED燈具對驅(qū)動(dòng)器可靠性的依賴，但這種交流LED對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)非常敏感，其LED電流的限制只有通過串聯(lián)電阻的方式進(jìn)行，這將較大地降低系統(tǒng)的發(fā)光效率，驅(qū)動(dòng)電流不穩(wěn)定使LED光源的整體光效大幅度降低，同時(shí)由于驅(qū)動(dòng)電流在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)會(huì)給LED光源帶來較大的電流沖擊，加劇了光源的光衰。此外，LED只在交流半波的電壓下工作，因此LED整體的發(fā)光效率較低。同采用直流驅(qū)動(dòng)的LED相比，光源的利用效率只有原來的50%左右。因此，本發(fā)明人針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷進(jìn)行研究改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種自調(diào)壓LED智能模塊，其可減少交流LED對輸入電網(wǎng)穩(wěn)定性的依賴、LED驅(qū)動(dòng)電流不可控以及發(fā)光效率低下等問題，實(shí)現(xiàn)功率LED模組的自動(dòng)串并聯(lián)，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高光效高可靠性。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種自調(diào)壓LED智能模塊，包括兩個(gè)LED功率單元、兩個(gè)開關(guān)單元、單向?qū)ɑ亓鲉卧?控制單元、兩個(gè)電流采樣單元和輸入電壓采樣單元，其中，第一 LED功率單元的輸入端分別連接輸入電源的正極和第一開關(guān)單元的一端，輸出端則分別連接第二開關(guān)單元的一端和單向?qū)ɑ亓鲉卧妮斎攵耍龅诙_關(guān)單元的另一端連接第一電流采樣單元的一端；第一開關(guān)單元的另一端與單向?qū)ɑ亓鲉卧妮敵龆诉B接，并共同連接第二 LED功率單元的輸入端；所述第二 LED功率單元的輸出端連接第二電流采樣單元的一端，且第一、二電流采樣單元的另一端連接，并共同連接輸入電源的負(fù)極；所述輸入電壓采樣單元與輸入電源并聯(lián)；控制單元接收第一、二電流采樣單元和輸入電壓采樣單元的采樣值，并據(jù)此分別控制第一、二開關(guān)單元的開關(guān)狀態(tài)及占空比。上述LED功率單元為單個(gè)LED，或至少兩個(gè)LED組成的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)。上述開關(guān)單元為機(jī)械開關(guān)或開關(guān)電路。上述開關(guān)電路由MOSFET、IGBT、JFET、可控硅、晶閘管或三極管構(gòu)成。
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上述單向?qū)ɑ亓鲉卧獮槎O管或開關(guān)狀態(tài)由控制單元控制的單向?qū)娐?。上述單向?qū)娐酚蒑OSFET、IGBT、JFET、晶閘管、可控硅或三極管組成。上述電流采樣單元為采樣電阻、半導(dǎo)體電流采樣器、電流互感器或霍爾傳感器。上述控制單元為一個(gè)，其驅(qū)動(dòng)信號端分別連接第一、二開關(guān)單元的控制端；輸入電壓采樣單元采用由兩個(gè)電阻串聯(lián)而成的分壓電路，所述分壓電路的一端連接第一 LED功率單元的輸入端，另一端連接第一電流采樣單元的另一端，且兩個(gè)電阻的連接點(diǎn)連接控制單元的電壓采樣端。上述控制單元為內(nèi)置或外置，且外置控制單元通過隔離驅(qū)動(dòng)單元對第一、二開關(guān)單元進(jìn)行控制。上述隔離驅(qū)動(dòng)單元為隔離變壓器、光電耦合器件、半導(dǎo)體高頻隔離驅(qū)動(dòng)器或非隔離驅(qū)動(dòng)器。采用上述方案后，本發(fā)明通過全波整流后直接驅(qū)動(dòng)，可以減少類似于交流LED對輸入電網(wǎng)的穩(wěn)定性的依賴、LED驅(qū)動(dòng)電流不可控，以及及發(fā)光效率的低下等問題。同傳統(tǒng)的直流驅(qū)動(dòng)方式相比，本發(fā)明可以消除傳統(tǒng)LED光源對驅(qū)動(dòng)器的高可靠性的依賴，該智能模塊可以通過開關(guān)單元的斷開和閉合狀態(tài)實(shí)現(xiàn)LED功率單元的自動(dòng)串并聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)LED模組自動(dòng)調(diào)壓功能，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高光效高可靠性。


圖1是傳統(tǒng)交流LED驅(qū)動(dòng)及控制電路圖； 圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的電路示意圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的電路示意圖； 圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的電路示意圖； 圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例的電路示意圖； 圖6是本發(fā)明第五實(shí)施例的電路示意圖； 圖7是本發(fā)明第六實(shí)施例的電路示意圖； 圖8是本發(fā)明第七實(shí)施例的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種自調(diào)壓LED智能模塊，包括兩個(gè)LED功率單元、兩個(gè)開關(guān)單元、單向?qū)ɑ亓鲉卧?、控制單元、兩個(gè)電流采樣單元和輸入電壓采樣單元，其中，第一 LED功率單元的輸入端分別連接輸入電源的正極和第一開關(guān)單元的一端，輸出端則分別連接第二開關(guān)單元的一端和單向?qū)ɑ亓鲉卧妮斎攵?，而第二開關(guān)單元的另一端則連接第一電流采樣單元的一端；第一開關(guān)單元的另一端與單向?qū)ɑ亓鲉卧妮敵龆诉B接，并共同連接第二LED功率單元的輸入端；所述第二LED功率單元的輸出端連接第二電流采樣單元的一端， 且第一、二電流采樣單元的另一端連接，再共同連接輸入電源的負(fù)極；所述輸入電壓采樣單元與輸入電源并聯(lián)；控制單元接收電流采樣單元和輸入電壓采樣單元的采樣值，并據(jù)此分別控制第一、二開關(guān)單元的開關(guān)狀態(tài)及占空比。如圖2所示，是本發(fā)明提供自調(diào)壓LED智能模塊的第一種具體實(shí)施結(jié)構(gòu)，其中，D1、D2均為功率單元，其可以是單個(gè)LED，也可以是多個(gè)LED組成的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中是以單個(gè)LED為例進(jìn)行說明；而單向?qū)ɑ亓鲉卧捎枚O管D3 ；第一、二開關(guān)單元分別采用Si、S2，它們既可以是機(jī)械開關(guān)，也可以是電子開關(guān)，如由多個(gè)半導(dǎo)體器件(如M0SFET、 IGBT、JFET、可控硅、晶閘管及三極管等)組成的開關(guān)電路；控制單元既可以采用一個(gè)芯片， 實(shí)現(xiàn)分別對第一、二開關(guān)單元的控制功能，也可以采用兩個(gè)芯片，本說明書中分別給出了兩種形式的實(shí)施例；電流采樣單元為控制單元提供流過功率單元的電流值，可以采用采樣電阻、半導(dǎo)體電流采樣器、電流互感器或或霍爾傳感器等，本實(shí)施例中采用電流采樣器Rl和 R8 ；輸入電壓采樣單元為控制單元提供本發(fā)明LED智能模塊的電壓值，本實(shí)施例中采用由電阻R2、R3串聯(lián)構(gòu)成的分壓電路。配合圖2所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的電路連接結(jié)構(gòu)為LED Dl的陰極與二極管D3 的陽極連接，而Dl的陰極與開關(guān)S2的一端連接，Dl的陽極還與開關(guān)Sl的一端連接；D3的陰極分別與開關(guān)Sl的另一端和LED D2的陽極連接；這樣，當(dāng)開關(guān)S1、S2同時(shí)閉合時(shí)，D3被屏蔽，沒有電流通過，此時(shí)Dl和D2工作在并聯(lián)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)Si、S2同時(shí)斷開時(shí)，流經(jīng)Dl的電流將經(jīng)由D3進(jìn)入D2，此時(shí)Dl和D2工作在串聯(lián)狀態(tài)。另外，開關(guān)S2的另一端與電流采樣器R8的一端連接，LED D2的陰極與電流采樣器Rl的一端連接，而D2的陽極與開關(guān)Sl的另一端連接，電流采樣器Rl的另一端與電流采樣器R8的另一端及電阻R3的一端連接，電阻R2、R3串聯(lián)后并接在智能模塊的兩端，控制單元Ul的驅(qū)動(dòng)信號HO、VS與開關(guān)Sl的控制極連接，而驅(qū)動(dòng)信號L0、COM與開關(guān)S2的控制極連接，Ul接收Rl及R8上的采樣電流，并將其與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號分別給Sl和S2，從而得以調(diào)整BUS+和BUS-兩端的電壓，并把通過每個(gè)功率單元的電流控制在特定的范圍內(nèi)。電阻R2的一端與Dl的陽極連接，其另一端與電阻R3的另一端連接，控制單元Ul 的電壓采樣引腳IN與電阻R3的另一端連接，R3的一端還與BUS-相連；由電阻R2、R3組成的分壓電路決定著電流采樣的參考電壓，當(dāng)Dl和D2并聯(lián)時(shí)，開關(guān)Sl和S2工作在最大占空比100%，而當(dāng)Dl和D2串聯(lián)時(shí)，開關(guān)Sl和S2工作在最小占空比0%。同時(shí)，Ul通過R2和R3 的分壓信號引腳IN采樣輸入端的電壓信號，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓比較，從而產(chǎn)生PWM脈沖信號，以調(diào)節(jié)BUS-和BUS+兩端的電壓，該控制方式可以為電壓環(huán)或電流環(huán)，也可以為雙環(huán)控制。另外，在本實(shí)施例中，還在BUS+與控制單元Ul的引腳DT之間連接有電阻R7，而在 BUS+與引腳SD之間連接有電阻R9，且所述Ul的引腳IN同電流采樣器Rl的控制端相連， Ul的引腳SD與電流采樣器R8的控制端相連。D2的陰極與電流采樣器Rl的一端相連，電阻R7、R9是加在電流采樣信號上的直流偏置，當(dāng)功率單元工作在串聯(lián)狀態(tài)時(shí)，所有LED流過的電流為整個(gè)模塊在并聯(lián)狀態(tài)下電流的一半，因此需要加入直流偏置給電流采樣信號，以降低流過每個(gè)LED的電流，提高LED串聯(lián)的可靠性。再請參考圖3所示，是本發(fā)明的第二實(shí)施例，是控制單元外置的情況，此時(shí)需借助隔離驅(qū)動(dòng)單元對開關(guān)單元進(jìn)行控制；其中，D4、D5均是功率單元，第一、二開關(guān)單元分別采用功率管S3、S4，控制單元采用兩個(gè)芯片U3、U2，分別對功率管S3、S4進(jìn)行控制，電流采樣單元為電流采樣器RlO和R4，R6和R5分別為控制單元U3、U2的上拉電阻，通過該電阻給隔離驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)供電，所述的隔離驅(qū)動(dòng)單元可以采用隔離變壓器、光電耦合器件、半導(dǎo)體高頻隔離驅(qū)動(dòng)器或非隔離驅(qū)動(dòng)器等。Signal USignal 2為外部控制器的驅(qū)動(dòng)信號的輸入端，Singal 3、Signal 4分別為電流采樣器RIO、R4的電流信號。LED D4的陰極分別與二極管D6的陽極和功率管S3的一端連接，而D4的陽極連接功率管S4的一端；功率管S4的另一端與D6的陰極連接，并共同連接至LED D5的陽極； 當(dāng)S3、S4同時(shí)閉合時(shí)，D6被屏蔽，沒有電流通過，D4和D5工作在并聯(lián)狀態(tài)；當(dāng)S3與S4均斷開時(shí)，流經(jīng)D4的電流將通過D6進(jìn)入D5，此時(shí)D4和D5工作在串聯(lián)狀態(tài)。在本實(shí)施例中，所述的功率管S3的另一端與電流采樣器RlO的一端連接，功率單元D5的陰極與電流采樣器R4的一端相連，D5的陽極則與功率管S4的另一端相連，R4的另一端與電流采樣器RlO的另一端連接，并通過連接BUS-?？刂茊卧猆2和U3為隔離的驅(qū)動(dòng)器，S4的驅(qū)動(dòng)信號由U2進(jìn)行控制，S3的驅(qū)動(dòng)信號由U3進(jìn)行控制。外部控制器將根據(jù)本發(fā)明需要的BUS+與BUS-兩端的電壓給Signal 1及Signal 2信號通道輸入不同占空比的脈沖，來達(dá)到調(diào)整BUS+和BUS-兩端的電壓的目的，并通過對LED的電流控制，使本發(fā)明電路工作在特定的范圍內(nèi)。另外，電阻R5的一端連接S4的一端，另一端則連接S4的控制端正極；電阻R6的一端連接D4的陽極，另一端連接S3的控制端正極。當(dāng)D4和D5工作在并聯(lián)狀態(tài)時(shí)，S3和 S4工作在最大占空比100% ；當(dāng)D4和D5工作在串聯(lián)狀態(tài)時(shí)，Sl和S2工作在最小占空比0% ； 當(dāng)D4和D5工作在串聯(lián)狀態(tài)時(shí)，所有功率單元流過的電流為整個(gè)模塊在并聯(lián)狀態(tài)下電流的一半。再請參考圖4所示，是本發(fā)明的第三實(shí)施例，同第一實(shí)施例的最大區(qū)別是單向?qū)ɑ亓鲉卧捎脦w二極管的M0SFET，回流二極管可以為MOSFET體內(nèi)的寄生二極管。在該實(shí)施例中，MOSFET可以由IGBT、可控硅、晶閘管、三極管或JFET組成的開關(guān)電路來替代。 該電路的應(yīng)用情況是當(dāng)LED功率單元工作在串聯(lián)狀態(tài)，流過LED功率單元的電流較大時(shí)，采用單向?qū)ǘO管時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的功耗，而采用MOSFET或電子開關(guān)可以有效地降低在單向回流時(shí)消耗在二極管上的功耗，從而提高系統(tǒng)的效率及可靠性。該應(yīng)用電路的其他功能同圖2所示的應(yīng)用電路相同，在此不再贅述。如圖5所示，是本發(fā)明的第四種實(shí)施結(jié)構(gòu)，其與第一實(shí)施例的不同在于，單向?qū)ɑ亓鲉卧捎脝蜗驅(qū)娐返男问?，其開關(guān)狀態(tài)由控制單元控制，從本說明書后面的幾個(gè)實(shí)施例可以看出，該單向?qū)娐返膶傩钥梢耘c開關(guān)單元相同，不同之處在于其在控制單元的控制下只能單向?qū)?，而開關(guān)單元?jiǎng)t可以沒有方向性。圖6所示是本發(fā)明的第五種實(shí)施電路，其與第二實(shí)施例的不同在于，單向?qū)ɑ亓鲉卧捎门c開關(guān)單元相同的電子器件，另外，其控制端均通過光電耦合器件進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)，以解決開關(guān)單元及單向?qū)ɑ亓鲉卧母◎?qū)動(dòng)問題；其中，開關(guān)S6的開關(guān)狀態(tài)及占空比由Signal 1的占空比決定，開關(guān)S8的開關(guān)狀態(tài)及占空比由Signal 2的占空比決定，開關(guān)S7的開關(guān)狀態(tài)及占空比由Signal 3的占空比決定，其工作方式與第四實(shí)施例最大的不同是，該LED的串并聯(lián)狀態(tài)由外部控制信號決定，BUS+與BUS-兩端的電壓由外部的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。圖7所示是本發(fā)明的第六種實(shí)施電路，其與第一實(shí)施例的不同在于，單向?qū)ɑ亓鲉卧捎萌龢O管Q2，并在其集電極與發(fā)射極之間正向連接二極管D9，該三極管Q2可以采用NPN型，也可以采用PNP型。其它部分電路的功能與描述與第一實(shí)施例相同，不再詳述。
圖8所示是本發(fā)明的第七種實(shí)施電路，其與第三實(shí)施例的不同在于，開關(guān)單元與單向?qū)ɑ亓鲉卧目刂贫朔謩e由一個(gè)隔離變壓器進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)，以解決這三個(gè)開關(guān)的浮驅(qū)動(dòng)問題，其中，開關(guān)Sll的開關(guān)狀態(tài)及占空比由Signal 1的占空比決定，開關(guān)S12的開關(guān)狀態(tài)及占空比由Signal 2的占空比決定，而單向?qū)ɑ亓鲉卧拈_關(guān)狀態(tài)及占空比由 Signal 3的占空比決定。以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于包括兩個(gè)LED功率單元、兩個(gè)開關(guān)單元、單向?qū)ɑ亓鲉卧?、控制單元、兩個(gè)電流采樣單元和輸入電壓采樣單元，其中，第一 LED功率單元的輸入端分別連接輸入電源的正極和第一開關(guān)單元的一端，輸出端則分別連接第二開關(guān)單元的一端和單向?qū)ɑ亓鲉卧妮斎攵?，所述第二開關(guān)單元的另一端連接第一電流采樣單元的一端；第一開關(guān)單元的另一端與單向?qū)ɑ亓鲉卧妮敵龆诉B接，并共同連接第二 LED功率單元的輸入端；所述第二 LED功率單元的輸出端連接第二電流采樣單元的一端， 且第一、二電流采樣單元的另一端連接，并共同連接輸入電源的負(fù)極；所述輸入電壓采樣單元與輸入電源并聯(lián)；控制單元接收第一、二電流采樣單元和輸入電壓采樣單元的采樣值，并據(jù)此分別控制第一、二開關(guān)單元的開關(guān)狀態(tài)及占空比。
2.如權(quán)利要求1所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述LED功率單元為單個(gè) LED,或至少兩個(gè)LED組成的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述開關(guān)單元為機(jī)械開關(guān)或開關(guān)電路。
4.如權(quán)利要求3所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述開關(guān)電路由M0SFET、 IGBT、JFET、可控硅、晶閘管或三極管構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述單向?qū)ɑ亓鲉卧獮槎O管或開關(guān)狀態(tài)由控制單元控制的單向?qū)娐贰?br> 6.如權(quán)利要求5所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述單向?qū)娐酚?MOSFET、IGBT、JFET、晶閘管、可控硅或三極管組成。
7.如權(quán)利要求1所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述電流采樣單元為采樣電阻、半導(dǎo)體電流采樣器、電流互感器或霍爾傳感器。
8.如權(quán)利要求1所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述控制單元為一個(gè)，其驅(qū)動(dòng)信號端分別連接第一、二開關(guān)單元的控制端；輸入電壓采樣單元采用由兩個(gè)電阻串聯(lián)而成的分壓電路，所述分壓電路的一端連接第一 LED功率單元的輸入端，另一端連接第一電流采樣單元的另一端，且兩個(gè)電阻的連接點(diǎn)連接控制單元的電壓采樣端。
9.如權(quán)利要求1所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述控制單元為內(nèi)置或外置，且外置控制單元通過隔離驅(qū)動(dòng)單元對第一、二開關(guān)單元進(jìn)行控制。
10.如權(quán)利要求9所述的自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述隔離驅(qū)動(dòng)單元為隔離變壓器、光電耦合器件、半導(dǎo)體高頻隔離驅(qū)動(dòng)器或非隔離驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種自調(diào)壓LED智能模塊，包括兩個(gè)LED功率單元、兩個(gè)開關(guān)單元、單向?qū)ɑ亓鲉卧⒖刂茊卧?、兩個(gè)電流采樣單元和輸入電壓采樣單元，第一LED功率單元的輸入端連接第一開關(guān)單元，輸出端連接第二開關(guān)單元和單向?qū)ɑ亓鲉卧妮斎攵耍坏诙_關(guān)單元還連接第一電流采樣單元；第一開關(guān)單元與單向?qū)ɑ亓鲉卧妮敵龆诉B接，并共同連接第二LED功率單元的輸入端；第二LED功率單元的輸出端連接第二電流采樣單元；所述輸入電壓采樣單元與輸入電源并聯(lián)；控制單元接收電流采樣單元和輸入電壓采樣單元的采樣值，并據(jù)此分別控制第一、二開關(guān)單元的開關(guān)狀態(tài)及占空比。此電路可實(shí)現(xiàn)功率LED模組的自動(dòng)串并聯(lián)，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高光效高可靠性。
文檔編號H05B37/02GK102573233SQ201210005238
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者張從峰 申請人:張從峰