一种亮度均匀的交流LED灯及其实现方法与流程

本发明涉及一种采用交流驱动的LED灯，特别涉及一种亮度均匀的LED灯，属于照明技术领域。

背景技术：

目前，LED已经广泛地应用于照明和显示领域。随着技术的发展，LED光效和功率进一步增大，亮度将越来越高。但由于LED灯的本身特性，其驱动一般是直流电源，而目前我国通常遇到的是220V,50Hz交流电源。目前市场上已有LED产品的供电方式有：(1)运用交流电给蓄电池充电，然后直流供电，这种方法的缺点是蓄电池的使用会造成污染，同时降低了能效；(2)采用交流转直流的电源，这种方法的缺点是电源的的性能对照明影响很大；(3)将交流电经过整流电桥，将负半周翻转为正半周，然后给LED灯具供电，这种方法的缺点是有100Hz频率的闪烁，同时，由于启动电压的作用，大部分时间LED不发光；(4)采用并联的、导通方向相反的LED阵列，交流电上下半周，分别工作，这种方式实际闪烁频率50Hz。

专利201510498804.3《一种交流LED灯》公开了一种采用IC智能开关控制的LED灯串，能够直接采用交流驱动，但是，在一个周期0.01秒内，LED灯串的工作时间也不一样，靠近电源的，工作时间比较长，离电源远的，仅仅在峰值电压时工作，使得灯串中每颗LED的亮度不一致，同时，存在100Hz的闪烁，亮度的峰谷变化率比较大，不利于普通照明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种每颗LED亮度相同，亮度峰谷变化率比较小的直接使用220v,50Hz市电的交流LED灯。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种亮度均匀的交流LED灯，包括整流电路、由开关S₁-S_n-1组成的S系列开关、由开关K₁-K_n组成的K系列开关、由开关K'₁-K'_n组成的K'系列开关、n个相同的LED灯单元，所述开关K_n、第n个LED灯单元和开关K'_n串联组成第n个LED灯串联支路，n个LED灯串联支路并联组成LED灯并联电路，第n-1个LED灯单元和第n个LED灯单元之间通过开关S_n-1相连，所述LED灯串联支路的输入端与所述整流电路的输出端相连，整流电路的输入端连接火线，所述LED灯串联支路的输出端连接地线。

进一步，所述LED灯单元是一个LED灯，或者是由若干个LED灯并联组成的LED灯组。

进一步，所述S系列开关、K系列开关和K'系列开关均为智能开关。

本发明还提供一种亮度均匀的交流LED灯的实现方法，根据时隙的平均电压大小，确定串联的LED灯单元数目M，然后将M个LED灯单元作为一组，组与组之间并联接入整流后的电路。

进一步，本发明的方法包括如下步骤：

步骤1：确定时隙的平均电压大小；

步骤2：确定串联的LED灯单元数目M；

步骤3：然后将M个LED灯单元作为一组，组与组之间并联接入整流后的电路；

步骤4：不同时隙内，按照如下规律控制开关的开闭：

若为第i到i+1时隙，则可以同时驱动i个LED灯单元；智能开关芯片给出开关信号，开关K1，Ki+1,K2i+1,…闭合，开关S1至Si-1,Si+1至S2i-1,S2i+1至S3i-1,…闭合，开关Ki',K2i',K3i',…闭合，其他开关断开。

进一步，采用MOS管组成的智能开关芯片测量瞬时电压，根据芯片给出的信号得到此时的时隙，在不同时隙对各电路的通断进行控制。

进一步，包括如下步骤：

步骤1：芯片根据检测到瞬时电压，得到时隙信号，确定起始时隙，发送给智能开关；

步骤2：在不同时隙对各电路的通断进行控制：

在0-1时隙，电压不足以驱动任何一个LED灯单元，这时，S系列开关、K系列开关和K'系列开关全部断开，不动作；

在1-2时隙，电压能够驱动一个LED灯单元，这时，K系列开关和K'系列开关全部闭合、S系列开关全部打开，这样，全部LED灯单元并联接入电路；

在2-3时隙，电压能够驱动两个LED灯单元，这时，K1,K3,K5,K7,…闭合，K2',K4',K6',K8',…闭合，S1,S3,S5,S7,…闭合，S2,S4,S6,S8…打开，K2,K4,K6,K8,…打开，K1',K3',K5',K7',…打开，这样，LED灯单元两个串联成一组，然后每组并联接入电路；

在3-4时隙，电压能够驱动三个LED灯单元，这时，K1,K4,K7,K10,…闭合，K3',K6',K9',K12',…闭合，S1,S2,S4,S5,S7,S8,…闭合，S3,S6,S9,S12…打开，K2,K3,K5,K6,K8,K9,…打开，K1',K2',K4',K5',K7',K8',…打开。这样，LED灯单元三个串联成一组，然后每组并联接入电路；

其它时隙依此类推。

本发明的有益效果如下：

本发明可以得到亮度均匀的交流驱动的LED灯，与传统LED灯相比，不需要AD转换电源，每只LED的亮度更均匀。

附图说明

图1是本发明一种亮度均匀的交流LED灯的原理图；

图2是交流电压的时隙选取图；

图3是智能开关芯片的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种亮度均匀的交流LED灯的结构如图1所示，包括整流电路、由开关S₁-S_n-1组成的S系列开关、由开关K₁-K_n组成的K系列开关、由开关K'₁-K'_n组成的K'系列开关、n个相同的LED灯单元，所述开关K_n、第n个LED灯单元和开关K'_n串联组成第n个LED灯串联支路，n个LED灯串联支路并联组成LED灯并联电路，第n-1个LED灯单元和第n个LED灯单元之间通过开关S_n-1相连，所述LED灯串联支路的输入端与所述整流电路的输出端相连，整流电路的输入端连接火线，所述LED灯串联支路的输出端连接地线。

作为本发明的优选实施方式，上述LED灯单元可以是一个LED灯，也可以是由若干个LED灯并联组成的LED灯组。

作为本发明的优选实施方式，上述S系列开关、K系列开关和K'系列开关均为智能开关。如图2所示，根据时隙的平均电压大小，确定串联的LED灯单元数目M，然后将M个LED灯单元作为一组，组与组之间并联接入整流后的电路。具体步骤如下：

步骤1：确定时隙的平均电压大小；

交流电经过整流后是100Hz，一个周期共分为100个时隙，每个时隙3.14V，0.0001s。刚接上电的时候，电压表快速测量两个相邻时隙(n-1,n)的平均电压，因此，采用测量的办法得到起始两个时隙的平均电压。传给智能开关的时隙信号是n。

步骤2：确定串联的LED灯单元数目M；

起始时，M＝时隙平均电压/LED额定电压。起始亮度时，要测量相邻两个时隙的电压，给出时隙信号(其实就是时隙序列号)，根据时隙信号，确定开关系列的起始动作，之后每隔0.0001s就做下一个开关动作，从而成为周期性动作。

步骤3：然后将M个LED灯单元作为一组，组与组之间并联接入整流后的电路；

步骤4：不同时隙内，按照如下规律控制开关的开闭：

若为第i到i+1时隙，则可以同时驱动i个LED灯单元；智能开关芯片给出开关信号，开关K1，Ki+1,K2i+1,…闭合，开关S1至Si-1,Si+1至S2i-1,S2i+1至S3i-1,…闭合，开关Ki',K2i',K3i',…闭合，其他开关断开。

作为本发明的优选实施方式，采用MOS管组成的智能开关芯片测量瞬时电压，根据芯片给出的信号得到此时的时隙，在不同时隙对各电路的通断进行控制。控制原理如图3所示。具体控制步骤如下：

步骤1：芯片根据检测到瞬时电压，得到时隙信号，确定起始时隙，发送给智能开关；

步骤2：在不同时隙对各电路的通断进行控制：

在0-1时隙，电压不足以驱动任何一个LED灯单元，这时，S系列开关、K系列开关和K'系列开关全部断开，不动作；

在1-2时隙，电压能够驱动一个LED灯单元，这时，K系列开关和K'系列开关全部闭合、S系列开关全部打开，这样，全部LED灯单元并联接入电路；

在2-3时隙，电压能够驱动两个LED灯单元，这时，K1,K3,K5,K7,…闭合，K2',K4',K6',K8',…闭合，S1,S3,S5,S7,…闭合，S2,S4,S6,S8…打开，K2,K4,K6,K8,…打开，K1',K3',K5',K7',…打开，这样，LED灯单元两个串联成一组，然后每组并联接入电路；

在3-4时隙，电压能够驱动三个LED灯单元，这时，K1,K4,K7,K10,…闭合，K3',K6',K9',K12',…闭合，S1,S2,S4,S5,S7,S8,…闭合，S3,S6,S9,S12…打开，K2,K3,K5,K6,K8,K9,…打开，K1',K2',K4',K5',K7',K8',…打开。这样，LED灯单元三个串联成一组，然后每组并联接入电路；

其它时隙依此类推。

若芯片给的时隙信号是第n的时隙，智能开关从n+1个时隙的工作模式开始，工作到第100个模式后，再从第1个模式开始，到100个模式，如此周期性变化。

下面结合具体实施例进行说明。

本实施例中，导光板包含LED灯(或LED并联灯组)若干，数量(例如白色LED100组)为314/LED的额定电压，市电的有效电压为220V，最大电压220sqrt(2)＝314V，LEDn(n＝1,2,3…)，智能开关三组，分别是开关S_n-1(n＝1,2,3…)，K_n(n＝1,2,3…),K_n^/(n＝1,2,3…)。

经过桥式整理后，得到频率为100Hz，峰值为220sqrt(2)的直流电，取一个周期10毫秒内，从LED的开启电压(白光LED低压开启电压时，不发光，开启电压就是LED发光的最低电压)开始，间隔3.14伏分成100等份(3.14V是一个LED正常工作时的额定电压，经过桥式整理后，峰值电压为314V)，分别标记为1-100。

0-1时隙，电压非常低，一个LED都不能驱动，因此S系列开关、K系列开关和K^/系列开关断开，不动作；

在1-2时隙，电压能够驱动1个LED，这时，K系列开关和K^/系列开关全部闭合、S系列开关全部打开。这样全部LED并联接入电路。

在2-3时隙，电压能够驱动2个LED，这时，K1,K3,K5,K7,…闭合，K2',K4',K6',K8',…闭合，S1,S3,S5,S7,…闭合，S2,S4,S6,S8…打开，K2,K4,K6,K8,…打开，K1',K3',K5',K7',…打开。这样，LED两个串联成一组，然后每组并联接入电路。

在3-4时隙，电压能够驱动3个LED，这时，K1,K4,K7,K10,…闭合，K3',K6',K9',K12',…闭合，S1,S2,S4,S5,S7,S8,…闭合，S3,S6,S9,S12…打开，K2,K3,K5,K6,K8,K9,…打开，K1',K2',K4',K5',K7',K8',…打开。这样，LED三个串联成一组，然后每组并联接入电路。

其它时隙依此类推。即，根据该时隙的平均电压大小，确定串联的LED数目M，然后M个LED为一组，组与组之间并联接入整流后的电路。

在全部时隙，所有LED(个别不能组成一组的除外，例如，LED100*100颗，在第3个时隙时，每三个一组，这样，就会有一个LED多余，这个LED在第3个时隙就不能发光。对应100*100颗LED，100*90颗都是一直在3.14V额定电压下工作，只有10％有时能工作，有时不能工作。本发明主要用于小功率LED组成的灯具，因此LED颗粒的数目很大，正常工作的LED是主要的)都在发光，因此，所有LED亮度相同。LED整体亮度变化较小。

本实施例中，采用1w白色LED为光源。一共97只(220sqrt(2)/3.2取整)。

选择100个MOS管组成的芯片测量市电的瞬时电压，根据该芯片给出的信号得到此时属于哪个时隙。

采用智能开关芯片，能够在不同时隙对各电路的通断进行控制。

当智能开关芯片选用MOS芯片时：

MOS芯片根据检测到瞬时电压，得到时隙信号，发送给智能芯片开关。

若为第i到i+1时隙，则可以同时驱动i个LED。MOS芯片给出开关信号，第K0，Ki,K2i,…开关闭合，S1至Si-1，Si+1至S2i-1，S2i+1至S3i-1,…闭合，第Ki-1,K2i-1,…开关闭合。其他开关断开。

确定了起始时隙后，按照规律各个开关闭合和打开，交流LED灯就可以工作了。

当智能开关芯片选用电压采集芯片时：

首先，电压采集芯片采集接通电源时相邻两个时隙的电压，确定时隙信号(即时隙序号)，然后传给智能开关阵列，之后电压采集芯片不工作，等到下一次开灯时电压采集芯片重新开始采集时隙电压信号。各个开关的通断规律与上述实施例相同。

由于每一个时隙对应的开关动作是恒定的，电压采集芯片收到时隙信号后，就按照该时隙对应的开关动作工作，下一个时隙就算0.0001s后，按照下一个时隙的开关动作工作，由此周而复始。

综上所述，本发明是一种低频闪LED交流灯。采用智能开关，在交流市电驱动下，有规律地驱动不同组合的LED灯。特点是总的注入功率波动比较小，整个LED灯具的频闪比较低。该发明采用交流电直接驱动LED灯，灯具中不需要设计电源，提高了LED灯的效率，降低了灯的重量。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。