LED驱动电路及LED灯管的制作方法

本实用新型涉及照明技术领域，特别是涉及一种LED驱动电路及LED灯管。

背景技术：

LED的高光效、长寿命以及不含汞的特点，使得采用LED灯管替代传统荧光灯灯管逐渐成为一种趋势。替代应用有两种主要的方式，一种是完全移除原有的荧光灯灯管和镇流器，直接输入市电到LED灯管，但是这种方式需要修改灯具内部接线，因此产生额外的人工费用；另外一种是只替换灯管，安装的LED灯管需要兼容原有的镇流器工作，这种替换非常简单方便，用户可以自己操作而无需聘请专业人员，因此省去相关的人工费用。

在荧光灯镇流器中，电子镇流器有相当大的比例，因而替代荧光灯灯管的一大挑战在于兼容电子镇流器工作。电子镇流器有不同的拓扑结构，而且由于所使用的LED灯管功率往往远低于荧光灯灯管功率，这使得电子镇流器搭配LED灯管工作会有许多困难，目前比较主流的LED驱动电路架构如图1所示。

在图1中，AC为市电输入，经过电子镇流器后，输出高频交流电压和交流电流到LED灯管，在LED灯管内部，灯丝模拟电路用于模拟传统荧光灯灯丝阻抗，整流桥用于把高频交流电压和交流电流转换为直流电压和直流电流，再经过功率变换电流转化为合适的电压电流点亮LED颗粒。

图2是现有LED驱动电路的电路结构示意图，其中开关S1、开关S2、隔直流电容Cb、谐振电感Lr以及谐振电容Cr属于电子镇流器内部电路，开关S1和S2组成半桥电路，高频变换高压母线电压；隔直流电容Cb去除高频电压的直流部分，转换为交流高频电压信号；谐振电感Lr和谐振电容Cr组成谐振腔，用于在接荧光灯时谐振点灯，谐振电感Lr在稳定工作后起限流作用。LED灯管通过端子1、2、3和4连接到电子镇流器，经过灯丝模拟电路之后进入由二极管D1、D2、D3和D4组成的整流桥，来自镇流器的高频交流信号经过整流桥转化为直流信号，经过功率变换电路输出到LED光源。

现有的LED灯管在连接恒功率电子镇流器或者磁环自激驱动的电子镇流器时，由于电子镇流器保持输出对应荧光灯使用的功率，这往往比LED灯管功率要大很多，过高的功率会使LED灯管触发保护、过热或者过早寿终，影响LED灯管的使用，如果灯管提供对应的内置保护，则会使得LED灯管不兼容该类型电子镇流器，这也会影响产品的销售。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本实用新型提供了一种LED驱动电路及LED灯管以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种LED驱动电路，包括：反馈控制电路、负载阻抗增加电路，其中，所述反馈控制电路采集LED的工作电流，并与预定的阈值进行比较，当所述LED的工作电流大于等于所述阈值时，驱动所述负载阻抗增加电路工作，当所述LED的工作电流小于所述阈值时，所述负载阻抗增加电路不工作；所述负载阻抗增加电路工作时，增加所述LED驱动电路的负载等效阻抗。

可选的，上述LED驱动电路还包括：整流桥，所述负载阻抗增加电路设置在所述整流桥和所述LED之间。

可选的，所述负载阻抗增加电路包括：负载阻抗增加元件和与所述负载阻抗增加元件并联的开关元件，所述开关元件导通时，所述负载阻抗增加元件被旁路，所述开关元件断开时，所述负载阻抗增加元件接入所述LED驱动电路，增加所述LED驱动电路的负载等效阻抗。

可选的，所述开关元件包括：功率三极管、场效应管或者继电器。

可选的，所述阈值为阈值电压；所述反馈控制电路包括：电流检测单元、阈值比较单元、驱动单元，所述电流检测单元采集所述LED的工作电流将其转换为比较电压，并输入至所述阈值比较单元，所述阈值比较单元将所述比较电压与所述阈值电压进行比较，当所述比较电压大于等于所述阈值电压时，控制所述驱动单元开始工作以驱动所述负载阻抗增加电路工作，当所述比较电压小于所述阈值电压时，所述驱动单元不工作，所述负载阻抗增加电路不工作。

可选的，所述电流检测单元包括：采样电阻、变压器或者霍尔传感器。

可选的，所述电流检测单元包括：采样电阻，所述采样电阻与所述LED串联，所述LED的工作电流流过所述采样电阻产生所述比较电压。

可选的，所述阈值比较单元包括：比较器，所述采样电阻连接至所述比较器的正端，所述阈值电压接入所述比较器的负端，所述比较器的输出端连接至所述驱动单元，所述比较器的输出端还连接至所述比较器的正端。

可选的，所述阈值比较单元还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述采样电阻通过所述第一电阻连接至所述比较器的正端，所述阈值电压通过所述第二电阻接入所述比较器的负端，所述比较器的输出端通过所述第三电阻连接至所述比较器的正端，所述比较器的输出端通过所述第四电阻连接至所述驱动单元。

可选的，所述驱动单元包括：开关三极管、限流电阻、续流二极管，所述开关三极管的基极连接至所述阈值比较单元的输出端，所述开关三极管的发射极接地，所述开关三极管的集电极通过所述限流电阻连接至所述续流二极管，所述续流二极管与所述负载阻抗增加电路的开关元件反向并联。

可选的，上述LED驱动电路还包括：功率变换电路；所述负载阻抗增加元件为阻抗电感，所述开关元件为继电器，所述继电器包括：驱动绕组和继电开关，所述驱动绕组的一端通过所述限流电阻连接至所述开关三极管的集电极，所述驱动绕组的另一端连接至电源，所述驱动绕组与所述续流二极管反向并联，所述继电开关与所述阻抗电感并联，所述阻抗电感两端分别于所述整流桥和所述功率变换电路连接。

可选的，上述LED驱动电路还包括：功率变换电路；所述驱动单元包括：光耦模块、第一分压电阻、第二分压电阻、稳压二极管，所述光耦模块的输入端连接至所述阈值比较单元的输出端，所述光耦模块的输出端连接至所述负载阻抗增加电路，所述整流桥的母线通过所述第一分压电阻和所述第二分压电阻连接至所述负载阻抗增加电路的开关元件，所述稳压二极管的两端分别与所述开关元件的两端连接。

可选的，所述负载阻抗增加元件为阻抗电感，所述开关元件为场效应管，所述整流桥的母线通过所述第一分压电阻和所述第二分压电阻连接至所述场效应管的门极，所述场效应管的门极同时连接至所述光耦模块的输出端，所述场效应管的门极和源极分别与所述稳压二极管的两端连接，所述阻抗电感的两端分别与所述场效应管的源极和漏极连接，所述阻抗电感与所述场效应管的源极连接的一端同时与所述整流桥连接，所述阻抗电感与所述场效应管的漏极连接的一端同时与所述功率变换电路连接。

根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种LED灯管，包括上述任一LED驱动电路和与LED驱动电路连接的至少一个LED，LED驱动电路用于在上电后驱动至少一个LED发光工作。

本实用新型实施例提供的LED驱动电路，适合兼容电子镇流器的LED灯管应用，特别是针对恒功率镇流器或者磁环自激驱动镇流器，能降低镇流器输出功率，使得LED灯管能工作在额定功率，避免因为过功率使用导致LED灯管损坏或者早衰。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是现有LED驱动电路的架构示意图；

图2是现有LED驱动电路的电路结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的LED驱动电路的架构示意图；

图4是根据本实用新型优选实施例的LED驱动电路的架构示意图；

图5是根据本实用新型一个优选实施例的LED驱动电路的电路结构示意图；

图6是根据本实用新型另一个优选实施例的LED驱动电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，本实用新型实施例和优选实施例中的技术特征在不冲突的前提下可以相互结合。

针对现有技术中问题，有必要设计一款LED驱动电路，使得其在连接恒功率电子镇流器或者磁环自激驱动的电子镇流器时，能降低电子镇流器输出功率，使LED灯管工作在设计功率以内，保证LED灯管的正常使用以及产品寿命。

图3是根据本实用新型实施例的LED驱动电路架构示意图。本实用新型实施例提供的LED驱动电路可以直接与现有的LED驱动电路的模块配合工作。如图3所示，根据本实用新型实施例的LED驱动电路包括反馈控制电路13和负载阻抗增加电路14，其可以直接与灯丝模拟电路10、整流桥11、功率变换电路12配合工作，整个LED驱动电路用于在上电后驱动至少一个LED发光工作，图3仅示出了一个LED。优选地，负载阻抗增加电路14可以设置在整流桥11和上述的LED之间。

在本实施例中，反馈控制电路13采集LED的工作电流，并与预定的阈值进行比较，当LED的工作电流大于等于阈值时，驱动负载阻抗增加电路14工作，当LED的工作电流小于阈值时，负载阻抗增加电路14不工作；

负载阻抗增加电路14工作时，增加LED驱动装置的负载等效阻抗。

本实施例提供的LED驱动电路，可以在LED功率过高时，提高整个LED驱动电路的负载等效阻抗，从而使电子镇流器降低输出电流，达到降低输出功率的目的。本实施例提供的LED驱动电路适合兼容电子镇流器的LED灯管应用，特别是针对恒功率镇流器或者磁环自激驱动镇流器，能降低镇流器输出功率，使得LED灯管能工作在额定功率，避免因为过功率使用导致LED灯管损坏或者早衰。

在本实用新型的一个优选实施例中，可以通过下面的架构实现反馈控制电路13。如图4所示，反馈控制电路13可以包括：电流检测单元131、阈值比较单元132、驱动单元133，电流检测单元131采集LED的工作电流将其转换为比较电压，并输入至阈值比较单元132，阈值比较单元132将比较电压与阈值电压进行比较，当比较电压大于等于阈值电压时，控制驱动单元133开始工作以驱动负载阻抗增加电路14工作，当比较电压小于阈值电压时，驱动单元133不工作，负载阻抗增加电路14不工作。

本优选实施例提供了一种优选地实现反馈控制电路13的方案，基于电流检测单元131、阈值比较单元132、驱动单元133即可完全实现反馈控制电路13的功能，架构简洁且控制逻辑明确。在本优选实施例提供的方案中，采用了将电流转换为电压进行比较的方式，这样可以大幅简化电路结构，较低成本。此时，上述的阈值即为电压阈值。

在上述实施例中，电流检测单元131可以直接基于采样电阻、变压器或者霍尔传感器实现，即使用采样电阻、变压器、霍尔传感器都可以实现采集电流的功能。

进一步的，如图4所示，负载阻抗增加电路14可以通过负载阻抗增加元件141和与负载阻抗增加元件141并联的开关元件142实现，开关元件142导通时，负载阻抗增加元件141被旁路，LED驱动电路的负载等效阻抗没有变化；开关元件142断开时，负载阻抗增加元件141接入LED驱动电路，增加LED驱动电路的负载等效阻抗。

如图4所示，负载阻抗增加电路14可以设置在整流桥11与功率变换电路12之间，负载阻抗增加元件141可以通过与整流桥11和功率变换电路12串联的电感实现，开关元件142则可以通过功率三极管、场效应管或者继电器等实现。开关元件142受LED电流的控制，在LED回路串入电流检测单元131，通过阈值比较，把比较结果输入到驱动单元133，由驱动单元133控制开关元件142的导通和断开。电流检测单元131可以反馈LED的电流大小，该电流与设定的阈值进行比较，如果流过LED的电流比设定的阈值小，驱动单元133使开关元件142导通，负载阻抗增加元件141被短路，工作状态不变；当流过LED的电流比设定的阈值大，驱动单元133使开关K断开，负载阻抗增加元件141被接入到整流桥11和功率变换电路12之间，增加LED驱动电路的负载等效阻抗。在具体实现比较LED工作电流和预定的阈值大小时，可以将电流装换为电压进行比较，此时预定的阈值要设置为阈值电压。另外，也可以考虑采用直接通过分压电阻等比例采样电压，再与阈值电压进行比较的方式。

负载阻抗增加元件141可以通过电感实现，是因为电子镇流器输出的是高频电压和高频电流，电感在高频电流下呈现一定的阻抗值，当电感被接入电路时，该阻抗值与后续功率变换电路形成串联的关系，从而可以提高负载等效阻抗，使电子镇流器降低输出电流，达到降低输出功率的目的。同时，电感与后续功率变换电路串联，也可以改变负载阻抗特性，针对采用类似电荷泵方式实现无源功率因数校正的电子镇流器，可以降低输入电流总谐波失真。

基于上述电路架构，在具体实现时，可以建立如图5所示的电路结构。

如图5所示，整流桥11由二极管D1、D2、D3和D4组成，负载阻抗增加电路14设置在整流桥11和功率变换电路12之间，其包括电感L，继电器K1，继电器K1在没有激励的情况下是常闭合的。电流检测单元131通过采样电阻Rs实现，电流采样电阻Rs串入LED回路中，LED电流流过采样电阻Rs产生对应的电压，即比较电压。阈值比较单元132基于比较器U1实现，另外，出于限流的考虑，可以增设第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻Rfb、第四电阻Rd，比较电压经过第一电阻R1反馈到比较器U1的正端，阈值电压Vref经过第二电阻R2接入比较器U1的负端；比较器U1输出端一方面通过第三电阻Rfb反馈到正端，另一方面通过第四电阻Rd驱动驱动单元133包括的开关三极管Q1。开关三极管Q1的集电极通过限流电阻R3连接到继电器K1驱动绕组限流电阻，R3用于限制流过继电器K1驱动绕组的电流，驱动绕组另外一头接电源Vcc，同时驱动绕组反向并联续流二极管Dr，用于提供驱动绕组在开关三极管Q1关断时的续流回路。

由于继电器K1在没有激励时是常闭合，电路上电后继电器K1保持闭合，电感L被短路，电路正常工作，此时有电流流入LED，并通过采样电阻Rs检测。如果流入LED的电流比设定的阈值小，比较器U1的负端比正端大，比较器U1输出低电平，开关三极管Q1保持关断，继电器K的驱动绕组没有激励电流流过，继电器K1保持闭合；如果流入LED的电流比设定的阈值大，比较器U1的负端比正端小，比较器U1输出高电平，开关三极管Q1导通，电源Vcc提供电流流入继电器K1驱动绕组，使得继电器K1断开，电感L接入电路，从而降低电子镇流器输出功率，减少流入LED的电流。

第三电阻Rfb用于正反馈，当比较器U1输出高电平时，通过第三电阻Rfb反馈到正端输入，即使由于LED电流减少导致经过采样电阻Rs反馈的比较电压降低，由于第三电阻Rfb的反馈，使得比较器U1的正端比负端大，比较器U1保持高电平输出。

进一步的，基于上述电路架构，在具体实现时，还可以建立如图6所示的电路结构。

在图6所示的电路中，电流检测单元131和阈值比较单元132与图5所示的电路中的电流检测单元131和阈值比较单元132结构相同。负载阻抗增加电路14包括电感L和场效应管K2，电感L两端并联场效应管K2，场效应管K2的门极驱动来自整流桥11的母线，经过第一分压电阻RA和第二分压电阻RB分压接入，在场效应管K2的门极和源极接入稳压二极管Dz用于限制驱动电压。LED电流通过采样电阻Rs检测并反馈到比较器U1的正端，阈值电压Vref经过第二电阻R2接入比较器U1的负端，U1的输出端一方面通过第三电阻Rfb反馈到正端输入，另一方面通过第四电阻Rd接入光耦模块U2，光耦模块U2用于提供驱动关断信号，控制场效应管K2导通或关断。

电路上电时整流桥的母线电压通过第一分压电阻RA和第二分压电阻RB提供驱动偏置给场效应管K2，使得场效应管K2饱和导通，在流入LED的电流不大时，经过采样电阻Rs反馈的比较电压比电压阈值Vref小，比较器U1输出低电平，没有驱动电流流过光耦模块U2，光耦模块U2保持关断，开关K保持闭合导通，从而旁路电感L，不影响原来的工作；当电子镇流器输出功率过大时，流入LED的电流变大，超过设定的阈值，比较器U1的正端比负端大，比较器U1输出高电平驱动光耦模块U2，光耦模块U2的导通使得场效应管K2门极电压拉低，场效应管K2断开，电感L被串入电路中，从而降低电子镇流器输出功率。

在本实用新型的一个实施例中还提供了一种LED灯管，其包括上述任一LED驱动电路和与LED驱动电路连接的至少一个LED，LED驱动电路用于在上电后驱动上述至少一个LED发光工作。

本实用新型实施例提供了一种LED驱动电路，适合兼容电子镇流器的LED灯管应用，特别是针对恒功率镇流器或者磁环自激驱动镇流器，该驱动电路能降低镇流器输出功率，使得LED灯管能工作在额定功率，避免因为过功率使用导致LED损坏或者早衰，同时，对使用无源功率因数校正的电子镇流器，该驱动能进一步改善输入电流谐波失真。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本实用新型实施例的LED驱动电路中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本实用新型还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。