一種led驅動裝置的製作方法

2023-05-27 22:53:21

專利名稱：一種led驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體控制裝置，尤其是涉及一種無電抗、高功率的LED驅
動裝置。
背景技術：
現有的交流LED驅動設備均採用電感式(變壓器)和電容式降壓，或採用開關電 源將交流轉換成固定的直流後，採用恆流方式供給確定數目的LED發光。這種驅動方式為 了保證在交流電波谷時的直流電壓，必須使用電解電容器。電解電容器的壽命一般不超過 4000小時，而LED —般壽命可以超過5萬小時以上，所以電解電容成為照明LED壽命的短 板。同時由於電解電容的存在，交流電壓在超過電容存儲的電壓以後才開始作用，因此造成 無功功率的產生。這種產生大量無功功率的LED驅動的應用，對於電網將產生嚴重威脅。為了解決交直流變換的效率問題，也出現了一些交流驅動的LED，但是這些驅動要 麼採用雙倍的LED，其裝置成本是直流驅動方式的兩倍。要麼採用簡單恆流方式，根本不能 獲得較高的驅動效率。中國專利申請號200910172323. 8的發明申請公開了一種交流供電LED光源驅動 電路，其包括電流調節器，電流調節器的電源輸入端連接橋式整流電路正極輸出端，電流調 節器的輸出端與橋式整流電路的負極輸出端之間設有連接N組LED發光二極體的連接節 點，LED分段點亮控制開關電路對應設有N-I個電子開關，電子開關的漏極連接整流電源負 極，各個電子開關的柵極分別連接一個比較器的輸出端。驅動電路通過控制LED發光二極 管的數量和組數保證LED發光二極體正常工作，但該驅動電路只能在某一時刻只使一部分 LED燈發光，不能發揮LED燈的高效率。

發明內容
本發明主要是解決現有的LED驅動裝置受到電抗影響、使用壽命短、容易產生無 功功率、效率低的問題，提供了一種不使用任何高壓下工作的電感元件和電容元件、使用壽 命長、驅動效率高的LED驅動裝置。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種LED驅動裝 置，包括用於檢測輸入電壓的電壓監測電路、根據不同電源而變化的控制邏輯生成電路和 驅動電路，所述驅動電路包括若干個由一個或多個LED串聯構成的LED串，LED串相互連接， 在每兩個相鄰的LED串之間連接有級聯開關，所述每個LED串的輸入端上分別連接有上位 開關，上位開關另一端分別連接到電源正極上，所述每個LED串的輸出端上分別連有下位 開關，下位開關另一端分別連接到電源負極上，所述電壓監測電路與控制邏輯生成電路相 連，所述控制邏輯生成電路分別連接到驅動電路上的上位開關、下位開關和聯級開關上。本 發明LED驅動裝置通過改變LED串的串並聯變化，將交流啟動電壓降到2V以下，使得每個 LED燈工作在正常的電壓下，相比其他採用某一時刻只亮起一部分LED燈的方法，充分使用 了 LED燈，提高了使用效率。本LED驅動電路為準純電阻設備，沒有使用任何高壓下工作的電感元件和電容元件，消除了電抗對電路的影響。另外，相比於其他LED驅動裝置需要用到 電解電容，本LED驅動裝置使用壽命更長，同時又避免了無功功率的產生，消除了浪費，保 護了電網。電壓監測電路檢測輸入電壓的值，隨著電壓的變化，電壓監測電路不斷發送信 號給控制邏輯生成電路，而控制邏輯生成電路將收到的信號進行邏輯處理然後發送給各個 上位開關、上位開關和聯級開關，控制它們進行開啟或閉合，改變驅動電路中LED串之間的 串、並聯的組合，使輸入電壓平均為每個LED燈正常工作電壓。作為一種優選方案，所述電壓監測電路為數字式監測電路或模擬式監測電路。作為一種優選方案，所述電壓監測電路為數字式監測電路，其包括若干個電壓比 較器一，在每個電壓比較器一上具有參考電壓單元，所述電壓比較器一輸入端分別連接到 A/D轉換單元上，電壓比較器一輸出端分別連接到控制邏輯生成電路上。參考電壓單元上預 先設定一參考電壓，該參考電壓值和分級根據輸入電壓和LED串並聯數量而定。如在中國 220V市電，市電的峰值為31IV，LED燈的發光電壓為2-4V，若串聯96個LED，可以分成6級 參考電壓，即隨著交流電壓峰值的變化，LED裝置的串並聯是在32個由3個LED串聯成的 串聯電路相併聯、16個由6個LED燈串聯成的串聯電路相併聯、8個由12個LED燈串聯成 的串聯電路相併聯、4個由24個LED燈串聯成的串聯電路相併聯、2個由48個LED燈串聯 成的串聯電路相併聯、96個LED燈相串聯這些情況下變化，平均每個LED電壓為3. 2V左右， 則設定的6級參考電壓分別為9. 6V、19. 2V、38. 4V、76. 9V、153. 6V、307. 2V。上述3. 2V電壓 只是一種情況，使得LED工作在比較典型的狀態，使LED —直保持工作在標準亮度；我們可 以通過改變參考電壓值，設定參考電壓為6V、12V、24V、48V、96V、192V六級參考電壓，平均 每個LED電壓為2V左右，此時得到的2V左右開始切換連接方式，平均亮度會稍有降低，但 是提高了電源利用率。電壓比較器一接收到輸入電壓後與參考電壓相比較，只有在輸入電 壓大於或等於參考電壓時才發送信號到控制邏輯生成電路。作為一種優選方案，所述電壓監測電路為模擬式電壓監測電路，其包括η個電壓 比較器二和η+1個分壓電阻，分壓電阻相串聯，該分壓電阻的串聯電路輸入端與電源正極 相連，輸出端與電壓負極相連，在分壓電阻的串聯電路上還並聯有電阻R0，所述電壓比較器 二的正相輸入端都連接在電阻RO與電源負極之間，第一個電壓比較器二的反相輸入端連 接在第一個分壓電阻與第二個分壓電阻之間，第η個電壓比較器二的反相輸入端連接在第 η個分壓電阻與第η+1個分壓電阻之間，電壓比較器二的輸出端分別連接到控制邏輯生成 電路上。作為一種優選方案，所述每個電壓比較器或電壓比較器二上設有正相線路和反相 線路連接到控制邏輯生成電路上，反相線路上連接有反相裝置，正相線路上連接有延時裝 置。反相裝置對信號進行反相處理，則相對於原信號產生了延遲，在正相線路上設置延時裝 置，原信號經過延時，這樣使得同一個LED串的上位、下位、級聯三個開關的控制信號能夠 同時到達。控制邏輯生成電路接收由電壓比較器發送來的信號經過邏輯判斷後產生每一個 LED串的上位開關控制信號、下位開關控制信號和級聯開關控制信號。控制信號分別發送到 對應的開關上。作為一種優選方案，在所述LED串上並聯有斷路保護電路，所述斷路保護電路包 括電路監視單元和斷路保護開關，電路監視單元並聯在LED串上，斷路保護開關的漏極和 源極分別連接在LED串的輸入端和輸出端上，其柵極連接到電路監視單元上。當若干個LED串相串聯時，斷路保護電路防止某一個LED燈或LED串短路失效後，整個LED裝置同時失 效。電路監視單元監視LED串的電壓變化情況，若出現異常，則發出信號到斷路保護開關的 柵極，使得斷路保護開關的漏極、源極導通，給其他LED串提供一個電流通路。作為一種優選方案，在至少一個下位開關與電源負極之間連接有恆流源電路。為 了保證LED裝置的正常工作，在每個下位開關與電源負極之間或在更具需要在部分下位開 關與電源負極之間設置恆流源電路。若在每個下位開關與電源負極之間設有恆流源電路， 當本級的LED串處於級聯的狀態時，恆流源電路不工作；而當作為下位LED串的時，恆流源 電路工作。因此，本發明的優點是1.通過改變LED燈的串並聯關係，使得每個LED燈上的電 壓控制在合理的範圍內，保證它們都正常工作，相比在一個時刻只使一部分LED燈發光的 方式，發揮了 LED裝置的高效率；2.不使用任何高壓下工作的電感元件或電容元件，消除了 電抗對電路的影響；3.不採用使用電解電容等使用壽命短的元器件，相比於採用電感式或 電容式降壓方式的驅動裝置，其使用壽命更長；4.不需要使用電解電容，避免了無功功率 的產生，減少了浪費，同時對電網也起到了保護作用。


附圖1是本發明的一種電路結構框視附圖2是本發明中驅動電路的一種電路結構示意圖； 附圖3是本發明中數字式電壓監測電路的一種電路結構示意圖； 附圖4是本發明中模擬式電壓監測電路的一種電路結構示意圖； 附圖5是本發明中控制邏輯生成電路的一種電路結構示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例1
本實施例一種LED驅動裝置，如圖1所示，包括電壓監測電路1、控制邏輯生成電路2和 驅動電路3，電壓監測電路輸入端連接在電源線路上，電壓監測電路1與控制邏輯生成電路 2相連，控制邏輯生成電路連接到驅動電路3上。如圖2所示，該驅動電路包括若干個由一個或多個LED串聯而成的LED串，本實施 例中以96個LED為例，每個LED串由三個LED串聯而成，則可以分成32個LED串，LED串 相互串聯，在每個LED串上都連接有三個開關，分別為上位開關6、下位開關7和級聯開關8 (最後一個LED串除外，其只具有上位開關和下位開關)，級聯開關連接在每兩個相鄰的LED 串之間，級聯開關的柵極連接到控制邏輯生成電路上。上位開關的源極與LED串的輸入端 即正極端相連，上位開關的漏極分別連接到電源正極上。下位開關的漏極與LED串輸出端 即負極端相連，下位開關的源極連接到電源負極。上位開關6、下位開關7和級聯開關8的 柵極都連接到控制邏輯生成電路上，用於接收控制信號而對開關進行斷開或閉合。為了保 證上位開關和級聯開關在開關切換時，首先切斷應該斷開的開關，然後再閉合應該閉合的 開關，在上位開關、級聯開關的柵極上分別連接有電平變換電路10，該電平變換線路提供快 速切斷和延遲閉合的功能。在每個下位開關的源極上連接有恆流源電路12。當若干個LED串相串聯時，為了防止某一個LED燈或LED串短路失效後，整個LED裝置同時失效，在每個 LED串上並聯有斷路保護電路，該斷路保護電路包括電路監視單元9和斷路保護開關13， 該電路監視單元並聯在LED串上，斷路保護開關的漏極和源極分別連接在LED串的輸入端 和輸出端上，斷路保護開關的柵極連接到電路監視單元，在LED串的電壓變化情況，若出現 異常，則發出信號到斷路保護開關的柵極，使得斷路保護開關的漏極、源極導通，給其他LED 串提供一個電流通路。如圖3所示，該電壓監測電路1為數字式電壓監測電路，其包括若干個電壓比較器 一 14，在每個電壓比較器一上都連接有一個參考電壓單元13，每個電壓比較器一輸入端都 連接到A/D轉換單元15上，該A/D轉換單元單元連接在電源上，每個電壓比較器一的輸出 端分別連接到控制邏輯生成電路2上。參考電壓單元上存儲有預先設定好的參考電壓，電 壓比較器一接收到輸入電壓後與參考電壓相比較，只有在輸入電壓大於或等於參考電壓時 才發送信號到控制邏輯生成電路。電壓比較器一的個數是根據採用幾級電壓控制而定，由 於本實施例中以96個LED為例，每個LED串具有三個LED，LED串具有32個，則採用的是6 級電壓控制，即隨著交流電壓峰值的變化，LED裝置的串並聯是在32個由3個LED串聯成 的串聯電路相併聯、16個由6個LED燈串聯成的串聯電路相併聯、8個由12個LED燈串聯 成的串聯電路相併聯、4個由24個LED燈串聯成的串聯電路相併聯、2個由48個LED燈串 聯成的串聯電路相併聯、96個LED燈相串聯這些情況下變化。所以電壓比較器一 14具有6 個，每個參考電壓單元上預先設定好一個參考電壓，中國市電為220V，市電的峰值為311V， 採用96個LED，得到每個LED的平均電壓為3. 2V左右，正好工作在比較典型的狀態下，由 於採用6級電壓控制，則參考電壓則分別為9. 6V、19. 2V、38. 4V、76. 9V、153. 6V、307. 2V。每 個電壓比較器一根據其設定的參考電壓與輸入電壓比較，如輸入電壓大於或等於參考電壓 時，則向控制邏輯生成電路發送信號VI、V2……或V6。如圖5所示，由電壓監測電路發送來的信號都分成兩路，分別為正相線路、反相線 路，反向線路上設置有反相裝置18，為了使反相線路的信號能夠和正相線路信號同時到達 開關，在正相線路上設置有延時裝置17。信號VI、V2……或V6進入控制邏輯生成電路後， 頸邏輯處理後，分別生成第一 LED串上位控制脈衝、第一 LED串下位控制脈衝、第一 LED串 級聯控制脈衝，第二 LED串上位控制脈衝、第二 LED串下位控制脈衝、第二 LED串級聯控制 脈衝，一直到第三十二 LED串上位控制脈衝、第三十二 LED串下位控制脈衝、第三十二 LED 串級聯控制脈衝，每個脈衝發送到執行電路上對應的開關的柵極上，控制開關進行閉合或 斷開。如當輸入電壓在第一分級參考電壓和第二分級參考電壓之間時，此時電壓監測電路 中只有第一個電壓比較器向控制邏輯生成電路發送信號VI，信號Vl經過正相線路和反相 線路進入控制邏輯生成電路，控制邏輯生成電路經過邏輯判斷後，向第一到第三十二 LED 串上位開關發送高電平、第一到第三十二 LED串下位開關發送高電平、向級聯開關發送低 電平，則上位開關、下位開關都閉合，級聯開關斷開，三十二個LED串形成並聯，則保證了分 配到每個LED上的電壓為LED正常工作狀態下的電壓。當輸入電壓在第二分級參考電壓和 第三分級參考電壓之間時，此時電壓監測電路中第一和第二電壓比較器向控制邏輯生成電 路發送信號VI、V2，信號控制邏輯生成電路經過邏輯判斷後，則向第一、三……三十一 LED 串上位開關發送高電平，向第二、四……三十二LED串上位開關發送低電平，向第一、三…… 三十一 LED串下位開關發送低電平，向第二、四……三十二 LED串下位開關發送高電平，向第一、三……三十一 LED串級聯開關發送低電平，向第二、四……三十LED串級聯開關發送 高電平，則第一 LED串和第二 LED串相串聯、第三LED串和第四LED串相串聯、……第三—^一 LED串和第三十二 LED串相串聯，這些串聯電路再相併聯，使得分配到每個LED上的電壓為 LED正常工作狀態下的電壓。以此類推，其他幾種情況就不再贅述。控制邏輯生成電路具體控制邏輯如下我們首先為LED串設定四種狀態，分別為 自亮、首燈、級聯、尾燈。自亮上位開關閉合，下位開關閉合，級聯開關斷開； 首燈上位開關閉合，下位開關斷開，級聯開關閉合； 級聯上位開關斷開，下位開關斷開，級聯開關閉合； 尾燈上位開關斷開，下位開關閉合，級聯開關斷開。LED串根據輸入電壓不同分別具有自亮、首燈、級聯、尾燈四種狀態，其中位於首端 的LED串除自亮外始終為首燈，位於尾端的LED串除自亮外始終為尾燈。由於每個LED串 都具有自亮狀態，所以可以只用首燈、尾燈、級聯三種狀態解釋控制的實現。首先舉一個參 考電壓分級少、LED串少的LED驅動裝置為例，假設LED驅動裝置由12個LED串組成，採用 3級電壓控制，設定參考電壓為U1、U2、U3，輸入電壓為U。12個串的狀態為
在這裡將首端與尾端LED串之間，除了自亮以外，做了幾次首燈的LED串定義為N首， 做了幾次尾燈的LED串定位為N尾，從上面的分析可以得出在一個過程中各LED串為
根據上表分析，若採用96個LED的情況，可以推知具有1個首燈，1個尾燈，32 個級聯燈，16個1首、1尾，8個2首、2尾，4個3首、3尾，2個4首、4尾，1個5首、5尾燈。 這樣就可以設置各LED串的邏輯為
7實施例2
如圖4所示，電壓監測電路1為模擬式電壓監測電路，其包括6個電壓比較器二 16和 7個分壓電阻，分別為電阻R1、電阻R2廣電阻R7，分壓電阻之間相串聯，該分壓電阻的串聯 電路輸入端與電源正極相連，輸出端與電壓負極相連，在分壓電阻的串聯電路上還並聯有 電阻R0，電壓比較器二 16的正相輸入端都連接在電阻RO與電源負極之間，第一個電壓比較 器二的反相輸入端連接在第一個分壓電阻與第二個分壓電阻之間，第一個電壓比較器二的 反相輸入端連接在第分壓電阻Rl與分壓電阻R2之間，第二個電壓比較器二的反相輸入端 連接在第分壓電阻R2與分壓電阻R3之間，……第六個電壓比較器二的反相輸入端連接在 第分壓電阻R6與分壓電阻R7之間。電壓比較器二的輸出端分別連接到控制邏輯生成電路 上。當輸入電壓達到第一分級參考電壓時，該電壓監測電路中第一個電壓比較器二發出信 號，當輸入電壓達到第二分級參考電壓時，該電壓監測電路中第一和第二個電壓比較器二 發出信號，其他情況以此類推。本實施例中LED驅動裝置的其他結構與實施例1中所述一 樣。LED串可以由2個、4個或更多數量串聯而成，電壓控制則根據情況進行合適的分 級。本發明工作時，隨著輸入電壓值的變化，不斷變化LED串之間的串並聯關係，使得每個 LED都能工作在正常的電壓下，發揮了 LED裝置的高效率。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領 域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替 代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。儘管本文較多地使用了驅動電路、電壓監測電路、控制邏輯生成電路、電壓比較器 一、電壓比較器二等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更 方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相 違背的。
權利要求
一種LED驅動裝置，其特徵在於包括用於檢測輸入電壓的電壓監測電路(1)、根據不同電源而變化的控制邏輯生成電路(2)和驅動電路(3)，所述驅動電路包括若干個由一個或多個LED串聯構成的LED串(5)，LED串相互連接，在每兩個相鄰的LED串之間連接有級聯開關(8)，所述每個LED串的輸入端上分別連接有上位開關(6)，上位開關分別連接到電源正極上，所述每個LED串的輸出端上分別連有下位開關(7)，下位開關分別連接到電源負極上，所述電壓監測電路(1)與控制邏輯生成電路(2)相連，所述控制邏輯生成電路分別連接到驅動電路(3)上的上位開關(6)、下位開關(7)和聯級開關(8)上。
2.根據權利要求1所述的一種LED驅動裝置，其特徵是所述電壓監測電路(1)為數字 式電壓監測電路或模擬式電壓監測電路。
3.根據權利要求2所述的一種LED驅動裝置，其特徵是所述電壓監測電路(1)為數字 式電壓監測電路，其包括若干個電壓比較器一(14)，在每個電壓比較器一上具有一參考電 壓單元(13)，所述電壓比較器一輸入端分別連接到A/D轉換單元(15)上，電壓比較器一輸 出端分別連接到控制邏輯生產電路(2)上。
4.根據權利要求2所述的一種LED驅動裝置，其特徵是所述電壓監測電路(1)為模擬 式電壓監測電路，其包括η個電壓比較器二(16)和η+1個分壓電阻，分壓電阻相串聯，該分 壓電阻的串聯電路輸入端與電源正極相連，輸出端與電壓負極相連，在分壓電阻的串聯電 路上還並聯有電阻R0，所述電壓比較器二的正相輸入端都連接在電阻RO與電源負極之間， 第一個電壓比較器二的反相輸入端連接在第一個分壓電阻與第二個分壓電阻之間，第η個 電壓比較器二的反相輸入端連接在第η個分壓電阻與第η+1個分壓電阻之間，電壓比較器 二的輸出端分別連接到控制邏輯生成電路上。
5.根據權利要求3或4所述的一種LED驅動裝置，其特徵是所述每個電壓比較器一 (14)或電壓比較器二(16)上設有正相線路和反相線路連接到控制邏輯生成電路(2)上，反 相線路上連接有反相裝置(18)，正相線路上連接有延時裝置(17)。
6.根據權利要求1至4任一項所述的一種LED驅動裝置，其特徵是在所述LED串上並 聯有斷路保護電路，所述斷路保護電路包括電路監視單元(9)和斷路保護開關(13)，電路 監視單元並聯在LED串上，斷路保護開關的漏極和源極分別連接在LED串的輸入端和輸出 端上，其柵極連接到電路監視單元上。
7.根據權利要求6所述的一種LED驅動裝置，其特徵是在至少一個下位開關(7)與電 源負極之間連接有恆流源電路(12)。
全文摘要
本發明涉及一種LED驅動裝置。解決了LED驅動裝置受電抗影響、使用壽命短、效率低的問題，其包括電壓監測電路、控制邏輯生成電路和驅動電路，驅動電路包括若干個由多個LED串聯構成的LED串，LED串相連，在每兩個相鄰的LED串間連有級聯開關，每個LED串輸入端上連有上位開關，上位開關連到電源正極上，每個LED串的輸出端上連有下位開關，下位開關連到電源負極上，電壓監測電路與控制邏輯生成電路相連，控制邏輯生成電路連到驅動電路上的上位開關、下位開關和聯級開關上。本發明隨著輸入電壓值的變化，不斷變化LED串之間的串並聯關係，使得每個LED都能工作在正常的電壓下，發揮了LED裝置的高效率，還具有無電抗、使用壽命長、電能浪費少的優點。
文檔編號H05B37/02GK101945515SQ20101025438
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月17日 優先權日2010年8月17日
發明者石崇源 申請人:石崇源