一种开关多段线性恒流调光LED灯的制作方法

本实用新型涉及一种LED灯，尤其是涉及一种开关多段线性恒流调光LED灯。

背景技术：

当前，LED已经被广泛应用在照明领域，各生产厂商在不断提高性价比的同时，推出功能多样化的LED灯。开关多段线性恒流调光LED灯通过设置开关多段线性控制电路，开关多段线性控制电路采集市电中电源开关的通断次数来调节LED灯的发光亮度或发光颜色，实现对LED灯的多段调光控制，其接线方便，成本低，已逐渐替代传统的开关电源恒流调光LED灯,被广泛使用。现有的开关多段线性恒流可调光LED灯，要么只能调节LED灯的发光亮度，不能调节发光颜色，要么只能调节LED灯的发光颜色，不能调节发光亮度。目前，开关多段线性恒流可调光LED灯根据其性能可分为两类：亮度调节型开关多段线性恒流可调光LED灯和颜色调节型开关多段线性恒流可调光LED灯。

亮度调节型开关多段线性恒流可调光LED灯的结构原理图如图1所示，该LED灯包括交流转直流电路、开关多段线性控制电路和LED发光电路。交流转直流电路具有火线接入端、零线接入端和输出端，开关多段线性控制电路具有输入端、第一输出端和第二输出端，LED发光电路具有正输入端和负输入端，交流转直流电路的火线接入端AC-L接市电的火线，零线接入端AC-N接市电的零线，交流转直流电路的输出端、LED发光电路的正输入端和开关多段线性控制电路的输入端连接，LED发光电路的负输入端分别与开关多段线性控制电路的第一输出端和第二输出端连接。该LED灯中，开关多段线性控制电路控制流过LED发光电路的电流大小，由此改变LED灯的发光亮度。亮度调节型开关多段线性恒流可调光LED灯的电路如图2所示。图2中，SM2213EA芯片、三个电阻(R1、R2和R3)以及两个电容(C1和C2)构成开关多段线性控制电路，SM2213EA芯片是目前通用的开关多段线性控制集成电路，当该LED灯连接到市电，市电的电源开关对该LED灯进行开关动作时，开关多段线性控制电路的输入端接收到开关次数的信号，开关信号的切换使SM2213EA芯片的第6脚(开关多段线性控制电路的第一输出端Out1)和第5脚(开关多段线性控制电路的第二输出端Out2)的导通状态和电流大小发生变化，对于固定电压的LED发光电路来说，LED灯的亮度和流过LED发光电路的电流大小成正比，所以调节LED发光电路电流的大小可以调节LED灯的亮度。当电源开关连续动作时，LED灯的状态变化，具体变化过程为：电源开关第一次开时，为第一状态，SM2213EA芯片的第5脚导通，第6脚断开，在SM2213EA芯片的第4脚提供一个大小为Vcf的对地参考电压，用于设置第5脚的电流，流过LED发光电路的电流大小为I1＝Vcf/R2；开关第一次关断后再开时，为第二状态，SM2213EA芯片的第6脚和第5脚同时导通，在SM2213EA芯片的第3脚和第4脚分别提供大小为0.5*Vcf的对地参考电压，由于第3脚和第4脚的对地电压相同，尽管SM2213EA芯片的第6脚导通，但实际导通的电流为零，(0.5*Vcf-0.5*Vcf)/R3＝0，此时SM2213EA芯片的第5脚输出的电流为0.5*Vcf/R2,所以流过LED发光电路的总电流为I2＝0.5*Vcf/R2，此状态时，LED发光电路的电流只有第一状态的一半，所以第二状态的LED灯的亮度是第一状态的一半亮度；开关第二次关断后再开时，为第三状态，SM2213EA芯片的第6脚导通，第5脚断开，设置SM2213EA芯片的第6脚电流大小的第3脚对地参考电压为Vcf，那么流过SM2213EA芯片的第6脚的电流为I3＝Vcf/(R3+R2)，通过改变电阻R3的电阻值可以设定此状态流过LED发光电路的电流大小，一般情况下，电阻R3的电阻值远大于电阻R2，所以此状态的I3的电流远小于I1，这样可以使第三状态LED灯的亮度远小于第一状态的亮度；当电源开关连续进行开关时，SM2213EA芯片的第5脚和第6脚的状态会依次循环变化，LED灯的亮度也将依次循环变化，由此实现LED灯的亮度调节。

颜色调节型开关多段线性恒流可调光LED灯的结构原理图如图3所示，该LED灯包括交流转直流电路、开关多段线性控制电路和两路LED发光电路，两路LED发光电路分别记为第一LED发光电路和第二LED发光电路，第一LED发光电路的色温低于第二LED发光电路的色温，通过控制流过第一LED发光电路和第二LED发光电路的电流比例，可以改变LED灯的颜色。交流转直流电路具有火线接入端、零线接入端和输出端；开关多段线性控制电路具有输入端、第一输出端和第二输出端，第一LED发光电路和第二LED发光电路分别具有正输入端和负输入端，交流转直流电路的火线接入端AC-L接市电的火线，零线接入端AC-N接市电的零线，交流转直流电路的输出端分别与第一LED发光电路的正输出端、第二LED发光电路的正输入端和开关多段线性控制电路的输入端连接，第一LED发光电路的负输入端和开关多段线性控制电路的第一输出端连接，第二LED发光电路的负输入端和开关多段控制电路的第二输出端连接。颜色调节型开关多段线性恒流可调光LED灯的电路如图4所示。图4中，SM2213EA芯片、三个电阻(R1、R2和R3)以及两个电容(C1和C2)构成开关多段线性控制电路，SM2213EA芯片是目前通用的开关多段线性控制集成电路，电阻R3用于设置SM2213EA芯片的第6脚导通时的电流，电阻R2用于设置SM2213EA芯片的第5脚导通时的电流大小。一般电阻R3和电阻R2取相同的电阻值R。SM2213EA芯片的第5脚作为开关多段线性控制电路的第二输出端，第6脚作为开关多段线性控制电路的第一输出端，第8脚接电阻R1后，作为开关多段线性控制电路的输入端。当该LED灯接在市电时，市电的电源开关对LED灯进行开关动作时，开关多段线性控制电路的输入端接收到开关次数的信号，每次开关信号使开关多段线性控制电路的第一输出端和第二输出端的导通状态和电流大小发生变化。由于LED灯的亮度和流过两路LED发光电路的电流大小成正比，调节两路LED发光电路的电流大小可以调节两路LED发光电路的发光亮度，而两个LED发光电路的亮度的比例不同，LED灯表现出的颜色就不同。当电源开关动作时，该LED灯状态变化，具体状态过程为：电源开关第一次开时，为第一状态，SM2213EA芯片的第5脚导通，第6脚断开，在第4脚提供一个大小为Vcf的对地参考电压，电阻R2设定SM2213EA芯片的第5脚的导通电流，电流大小为:I1＝Vcf/R2＝Vcf/R，此时LED灯的颜色是高色温的第二LED发光电路单独发光的颜色，颜色较白；开关第一次关断后再开时，为第二状态，SM2213EA芯片的第5脚和第6脚同时导通，在第3脚和第4脚分别提供大小为0.5*Vcf的对地参考电压，流过开关多段线性控制电路的第一输出端和第二输出端的电流大小分别为:I21＝0.5*Vcf/R3＝0.5*Vcf/R和I22＝0.5*Vcf/R2＝0.5*Vcf/R，所以流过第一LED发光电路和第二LED发光电路的电流相等，并且总电流:I2＝0.5*Vcf/R3+0.5*Vcf/R2＝Vcf/R，所以，第二状态和第一状态时，流过两路LED发光电路的总电流不变，但是第二状态时，由于高色温的第二LED发光电路和低色温的第一LED发光电路的电流相等，两路LED发光电路都发光，此状态的LED灯的颜色处在两LED发光电路单独发光时的颜色的中间颜色；开关第二次关断后再开时，为第三状态，SM2213EA芯片的第6脚导通，第5脚断开，设置第6脚的电流大小的第3脚的对地参考电压为Vcf，流过第6脚的电流为:I3＝Vcf/R3＝Vcf/R，第三状态与第一状态和第二状态的两路LED发光电路的总电流相等，所以LED灯的亮度没有变化，但是第三状态只有低色温的第一LED发光电路发光，所以此时LED灯的颜色为第一LED发光电路单独点亮的颜色，颜色较红。当电源开关连续进行开关动作时，开关多段线性控制电路的输出端的状态将依次循环变化，LED灯的颜色也将依次循环变化。该LED灯使用了两路LED发光电路，各种状态下，要么一个LED发光电路满功率发光，但另一个LED发光电路不亮，要么两路LED发光电路同时发光，但通过的电流都只有额定电流的一半，没有一个状态能够使两个LED发光电路都能满荷工作。所以此类型LED灯的发光电路的利用率较低。

上述两种LED灯只能单独调节发光亮度或单独调节发光颜色，无法满足在调节亮度的时候同时调节颜色的市场需求。鉴此，设计一种在调节发光亮度的同时，可以调节发光颜色的开关多段线性恒流调光LED灯具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在调节发光亮度的同时，可以调节发光颜色的开关多段线性恒流调光LED灯。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种开关多段线性恒流调光LED灯，包括交流转直流电路、开关多段线性控制电路和两路LED发光电路，所述的两路LED发光电路分别为第一LED发光电路和第二LED发光电路，所述的第一LED发光电路的色温低于所述的第二LED发光电路的色温，所述的交流转直流电路具有火线接入端、零线接入端和输出端，所述的开关多段线性控制电路具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的第一LED发光电路和所述的第二LED发光电路分别具有正输入端和负输入端，所述的交流转直流电路的输出端分别与所述的第一LED发光电路的正输入端和所述的开关多段线性控制电路的输入端连接，所述的第一LED发光电路的负输入端、所述的第二LED发光电路的正输入端和所述的开关多段线性控制电路的第一输出端连接，所述的第二LED发光电路的负输入端和所述的开关多段线性控制电路的第二输出端连接。

所述的开关多段线性控制电路包括SM2213EA芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容和第二电容；所述的第一电阻的一端为所述的开关多段线性控制电路的输入端，所述的第一电阻的另一端和所述的SM2213EA芯片的第8脚连接，所述的第二电阻的一端为所述的开关多段线性控制电路的第一输出端，所述的第二电阻的另一端和所述的SM2213EA芯片的第6脚连接，所述的SM2213EA芯片的第5脚为所述的开关多段线性控制电路的第二输出端，所述的SM2213EA芯片的第1脚和所述的第一电容的一端连接，所述的SM2213EA芯片的第2脚和所述的第二电容的一端连接，所述的SM2213EA芯片的第3脚和所述的第三电阻的一端连接，所述的SM2213EA芯片的第4脚和所述的第四电阻的一端连接，所述的第三电阻的另一端、所述的第四电阻的另一端和所述的第五电阻的一端连接，所述的第五电阻的另一端、所述的第一电容的另一端和所述的第二电容的另一端均接地。

所述的第三电阻、所述的第四电阻和所述的第五电阻的阻值之比为3：1：1。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过将交流转直流电路的输出端分别与第一LED发光电路的正输入端和开关多段线性控制电路的输入端连接，第一LED发光电路的负输入端、第二LED发光电路的正输入端和开关多段线性控制电路的第一输出端连接，第二LED发光电路的负输入端和开关多段线性控制电路的第二输出端连接，当交流转直流电路接到市电时，市电的电源开关在第一次开启时，开关多段线性控制电路的输入端接收到开关信号进入第一状态，此时开关多段线性控制电路的第二输出端输出电流，开关多段线性控制电路的第一输出端断开，流过第一LED发光电路和第二LED发光电路的电流均等于开关多段线性控制电路的第二输出端输出的电流，当电源开关第一次关断后再开启时，开关多段线性控制电路的输入端接收开关信号，进入第二状态，此时开关多段线性控制电路的第一输出端和第二输出端均输出一定的电流，但开关多段线性控制电路的第二输出端输出的电流为第一状态时电流的一半，此时流过第二LED发光电路的电流是开关多段线性控制电路的第二输出端输出的电流，而流过第一LED发光电路的电流为开关多段线性控制电路的第一输出端和第二输出端输出的电流总和，所以在第二状态，第一LED发光电路和第二LED发光电路的电流发生变化，而且第一LED发光电路的电流大于第二LED发光电路的电流。当电源开关第二次关断后再开启时，开关多段线性控制电流的输入端接收到开关信号进入第三状态，开关多段线性控制电路的第二输出端断开，开关多段线性控制电路的第一输出端输出电流，其电流大小是第二状态时的一倍，此时流过第二LED发光电路的电流为零，第二LED发光电路不发光，只有第一LED发光电路有电流通过发光。继续开关动作，将依次重复以上的三种状态。本实用新型中，第一LED发光电路和第二LED发光电路的发光亮度和流过的电路大小成正比，而LED灯的发光颜色跟第一LED发光电路和第二LED发光电路的发光亮度比例有关，由此通过调整各状态时流过第一LED发光电路和第二LED发光电路的电流大小，或者LED电路的实际消耗功率大小，可以在调节发光亮度的同时调节发光颜色。

附图说明

图1为现有的亮度调节型开关多段线性恒流可调光LED灯的结构原理图；

图2为现有的亮度调节型开关多段线性恒流可调光LED灯的电路图；

图3为现有的颜色调节型开关多段线性恒流可调光LED灯的结构原理图；

图4为现有的颜色调节型开关多段线性恒流可调光LED灯的电路图；

图5为本实用新型的开关多段线性恒流可调光LED灯的结构原理图；

图6为本实用新型的开关多段线性恒流可调光LED灯的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：如图5所示，一种开关多段线性恒流调光LED灯，包括交流转直流电路1、开关多段线性控制电路2和两路LED发光电路，两路LED发光电路分别为第一LED发光电路3和第二LED发光电路4，第一LED发光电路3的色温低于第二LED发光电路4的色温，交流转直流电路1具有火线接入端、零线接入端和输出端，开关多段线性控制电路2具有输入端、第一输出端和第二输出端，第一LED发光电路3和第二LED发光电路4分别具有正输入端和负输入端，交流转直流电路1的输出端分别与第一LED发光电路3的正输入端和开关多段线性控制电路2的输入端连接，第一LED发光电路3的负输入端、第二LED发光电路4的正输入端和开关多段线性控制电路2的第一输出端连接，第二LED发光电路4的负输入端和开关多段线性控制电路2的第二输出端连接。

实施例二：如图5所示，一种开关多段线性恒流调光LED灯，包括交流转直流电路1、开关多段线性控制电路2和两路LED发光电路，两路LED发光电路分别为第一LED发光电路3和第二LED发光电路4，第一LED发光电路3的色温低于第二LED发光电路4的色温，交流转直流电路1具有火线接入端、零线接入端和输出端，开关多段线性控制电路2具有输入端、第一输出端和第二输出端，第一LED发光电路3和第二LED发光电路4分别具有正输入端和负输入端，交流转直流电路1的输出端分别与第一LED发光电路3的正输入端和开关多段线性控制电路2的输入端连接，第一LED发光电路3的负输入端、第二LED发光电路4的正输入端和开关多段线性控制电路2的第一输出端连接，第二LED发光电路4的负输入端和开关多段线性控制电路2的第二输出端连接。

如图6所示，本实施例中，开关多段线性控制电路2包括SM2213EA芯片U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1和第二电容C2；第一电阻R1的一端为开关多段线性控制电路2的输入端，第一电阻R1的另一端和SM2213EA芯片U1的第8脚连接，第二电阻R2的一端为开关多段线性控制电路2的第一输出端，第二电阻R2的另一端和SM2213EA芯片U1的第6脚连接，SM2213EA芯片U1的第5脚为开关多段线性控制电路2的第二输出端，SM2213EA芯片U1的第1脚和第一电容C1的一端连接，SM2213EA芯片U1的第2脚和第二电容C2的一端连接，SM2213EA芯片U1的第3脚和第三电阻R3的一端连接，SM2213EA芯片U1的第4脚和第四电阻R4的一端连接，第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端、第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端均接地。第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的阻值之比为3：1：1。

当本实施例的开关多段线性恒流调光LED灯接在市电，市电的电源开关对该LED灯进行开关动作时，开关多段线性控制电路2的输入端接收到开关次数的信号，每次开关信号使开关多段线性控制电路2的第一输出端和第二输出端的导通状态和电流发生变化。对于固定电压的LED电路来说，由于LED灯的亮度和流过LED电路的电流大小成正比，调节LED电流的大小可以调节LED电路的发光亮度。设定第一LED发光电路3的额定电压为V1,第二LED发光电路4的额定电压为V2，第一LED发光电路3和第二LED发光电路4采用相同电压值V。

当电源开关动作时，LED灯状态变化，具体状态过程为：

当电源开关第一次开时，为第一状态，SM2213EA芯片U1的第5脚导通，第6脚断开，在M2213EA芯片U1的第4脚提供大小为Vcf的对地参考电压，第4脚的对地电阻大小可以设定SM2213EA芯片U1的第5脚的输出电流，此时，开关多段线性控制电路2的第二输出端Out2的电流大小为：

I1＝Vcf/(R4+R5)--------------(1)

通常情况下，取第一LED发光电路3的额定电流和第二LED发光电路4的相等，并调整此状态I1的电流大小为第一LED发光电路3和第二LED发光电路4的额定电流。所以在这个状态时，第一LED发光电路3和第二LED发光电路4都达到的额定功率。由于开关多段线性控制电路2的第一输出端Out1处于断开状态，此时流过第一LED发光电路3的电流I11和流过第二LED发光电路4的电流I12都为I1,并且

I11:I12＝1：1---------------(2)

LED电路的总发光功率为

P1＝(V1+V2)*I1＝2V*Vcf/(R4+R5)------------(3)

当电源开关第一次关断后再打开时，为第二状态，SM2213EA芯片U1的第5脚和第6脚同时导通，在第3脚和第4脚分别提供了大小为0.5*Vcf的对地参考电压，从电路原理可以分析得到，开关多段线性控制电路2的第二输出端Out2的电流I22和第一输出端Out1的电流I21大小的比例为R3:R4，即：

I21:I22＝R4:R3

流过第一LED发光电路3的总电流为I2＝I21+I22。所以有：

I2:I22＝1+R4/R3------------(4)

流过开关多段线性控制电路2的第一输出端Out1和第二输出端Out2的总电流为：

I2＝0.5Vcf/(R3//R4+R5)--------------(5)

其中R3//R4为R3和R4并联电阻值。

此时LED灯电路的发光总功率为：

P2＝V1*I2+V2*I22＝V*I2+V*I2*(I22/I2)＝V*I2+V*I2*(R3/(R3+R4))

P2＝V*I2*(1+R3/(R3+R4))-----------------(6)

当电源开关第二次关断后再打开时，为第三状态，开关多段线性控制电路2的第一输出端Out1导通，第二输出端Out2断开，设置第一输出端Out1的电流大小的第3脚的对地参考电压为Vcf，流过开关多段线性控制电路2的第一输出端Out1的电流I3即为低色温第一LED发光电路3的电流：

I3＝Vcf/(R3+R5)----------------(7)

P3＝V1*I3＝V*Vcf/(R3+R5)--------(8)

当电源开关连续进行开关时，输出端口的状态将依次循环变化。

本实施例中，R3，R4和R5电阻值大小之比为3：1：1，设R3＝3R，R4＝R，R5＝R。

在第一状态时，由等式(3)得出发光功率为：

P1＝2V*Vcf/2R＝V*Vcf/R----------(9)

由等式(2)可计算出第一状态时，第一LED发光电路3和第二LED发光电路4的功率比：

P11:P12＝1：1------------(10)

这状态时，LED灯的发光颜色在第一LED发光电路3和第二LED发光电路4单独发光颜色的中间颜色。

在第二状态时，由等式(4)得到：

I2：(I2-2)＝4：3

计算可得第一LED发光电路3的功率P21和第二LED发光电路4的功率P22之比为：

P21：P22＝4：3

此状态第一LED发光电路3的发光强度大于第二LED发光电路4的发光强度，LED灯的颜色比第一状态偏红。

由等式(5)可以得到：

I2＝0.5Vcf/(R3//R4+R5)＝0.5*Vcf/(0.75+1)R＝2*Vcf/7R

由等式(6)得到：

P2＝V*Vcf/2R

比较第一状态功率P1和第二状态功率P2，得到：

P2＝P1/2；

第二状态的发光功率是第一状态的一半。

在第三状态时，由等式(7)(8)得：

I3＝V*Vcf/4R

P3＝V*Vcf/4＝P1/4

在第三状态时的发光功率只有第一状态的四分之一，是第二状态的二分之一。

综上所述,各状态时的发光电路的发光总功率之比为：

P1:P2:P3＝4:2:1

即LED灯各状态时的发光亮度比

各状态的低色温第一LED发光电路3和高色温第二LED发光电路4的功率比依次为：

第一状态为1:1，第二状态为4:3，第三状态为1：0

比例越大，LED灯的颜色越偏红色。