一种自适应LED灯的制作方法

本发明涉及LED领域，特别是涉及一种自适应LED灯。

背景技术：

目前，LED灯通常采用开关电源驱动，市电经高频开关电源转换成低压直流电驱动LED发光。采用开关电源驱动的LED电路复杂、元器件多、成本高、可靠性低，体积较大。高频开关电源的引入不仅会产生电磁干扰，而且会直接影响LED整灯的使用寿命，因为很多LED灯的故障都是由电源故障引起的。

为解决上述问题，出现了无需开关电源的线性恒流LED灯电路。单颗LED的电压一般为3.2V左右，远低于市电电压，因此采用多颗LED串联形成高压LED串使其总电压接近市电电压，再经过限流电路使LED工作。如图1所示，多颗LED串联形成高压LED串使其总电压接近市电电压，单颗LED的电压为3V，n个单颗LED串联形成电压为(3n)V的高压LED串。当输入电压小于Vd时LED处于截止状态不发光，大于Vd时LED才导通发光，但是，这种电路中LED工作电压是波动的且工作电流是不连续的，电流开通角小，LED频闪明显，电效率低，谐波失真大，性能指标不高。

因此，如何提供一种寿命长、没有频闪且功率因数高的LED灯，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自适应LED灯，所述LED灯发光持续而稳定，没有频闪，而且LED灯能够自动适应交流电周期电压的变化，增大了电路电流的开通角，因此，功率因素高，谐波失真小。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自适应LED灯，所述LED灯包括：直流电源、第一LED组件、第二LED组件、第一电流控制开关、第二电流控制开关和第一二极管，其中，

所述第一LED组件包括：第一LED灯、第一恒流电路和第一电解电容，所述第二LED组件包括：第二LED灯、第二恒流电路和第二电解电容；

所述第一LED灯的阳极分别与所述直流电源的正输出端、所述第一电解电容的正极及所述第一电流控制开关的输入端连接，所述第一LED灯的阴极与所述第一恒流电路的输入端连接，所述第一恒流电路的输出端与所述第一电解电容的负极及所述第一二极管的阳极连接；

所述第一二极管的阴极分别与所述第一电流控制开关的输出端、所述第二LED灯的阳极及所述第二电解电容的正极连接，所述第二LED灯的阴极与所述第二恒流电路的输入端连接，所述第二恒流电路的输出端分别与所述直流电源的负输出端及所述第二电解电容的负极连接，所述第二电流控制开关的输入端与所述第一二极管的阳极连接，所述第二电流控制开关的输出端与所述第二恒流电路的输出端连接。

可选的，所述自适应LED灯还包括n个LED电路、若干第二二极管和若干第三电流控制开关，n表示正整数，其中，每个所述LED电路包括：所述第一LED组件、所述第二LED组件、所述第一电流控制开关、所述第二电流控制开关和所述第一二极管；其中，

相邻的各级所述LED电路之间设置有所述第二二极管，且所述第二二极管的阳极与前级的所述LED电路的输出端连接，所述第二二极管的阴极与后级的所述LED电路的输入端连接；

第一级所述LED电路的输入端与所述直流电源的正输出端连接，第(n+1)级所述LED电路的输出端与所述直流电源的负输出端连接，第一级所述LED电路的输出端和第(n+1)级所述LED电路的输入端分别串联一个所述第三电流控制开关，与第一级LED电路的输出端连接的所述第三电流控制开关与所述直流电源的负输出端连接，与第(n+1)级LED电路的输入端连接的所述第三电流控制开关与所述直流电源的正输出端连接；

第一级LED电路与第(n+1)级LED电路之间的各中间级LED电路的输入端和输出端均串联一个所述第三电流控制开关，其中，与所述中间级LED电路的输入端连接的所述第三电流控制开关与所述直流电源的正输出端连接，与所述中间级LED电路的输出端连接的所述第三电流控制开关与所述直流电源的正输出端连接。

可选的，所述自适应LED灯还包括第三LED组件、第三二极管和第四电流控制开关，其中，

所述第三LED组件包括：第三LED灯、第三恒流电路、第三电解电容，所述第三LED灯的阴极与所述第一恒流电路的输入端连接，所述第三LED灯的阳极与所述第三电解电容的正极连接，所述第三电解电容的负极与所述第三恒流电路的输出端连接；

所述第三LED组件与最后一级的所述LED电路连接，其中，所述第三LED组件的输入端分别与所述第三二极管的阴极及所述第四电流控制开关的一端连接，所述第三二极管的阳极分别与相邻的前一级的所述LED电路的输出端及所述第四电流控制开关的一端连接，与所述第三二极管的阳极连接的所述第四电流控制开关的另一端与所述直流电源的负输出端连接，与所述第三LED组件的输入端连接的所述第四电流控制开关的另一端与所述直流电源的正输出端连接。

可选的，所述自适应LED灯还包括恒流电路或者限流电路，所述恒流电路或者限流电路与所述直流电源串联，用于对所述直流电源产生的直流电压信号进行限流或恒流。

可选的，所述自适应LED灯还包括附加可控恒流源电路，所述附加可控恒流源电路的一端与所述直流电源的正输出端连接，所述附加可控恒流源电路的另一端与所述直流电源的负输出端连接。

可选的，所述第一电流控制开关包括：开关偏置电阻、开关取样电阻、开关MOS管及开关晶体管，其中，所述开关偏置电阻跨接在所述开关MOS管的漏极和所述开关MOS管的栅极之间，所述开关MOS管的漏极与所述第一电解电容的正极连接，所述开关MOS管的栅极与所述开关晶体管的集电极连接，所述开关晶体管的基极与所述开关MOS管的源极连接，所述开关取样电阻跨接在所述开关晶体管的基极和所述开关晶体管的发射极之间，所述开关MOS管的源极与所述第一二极管的阴极连接，所述开关晶体管的发射极与所述第二LED组件的输入端连接。

可选的，所述第二电流控制开关、所述第三电流控制开关和/或所述第四电流控制开关与所述第一电流控制开关相同。

可选的，所述第一恒流电路包括：恒流偏置电阻、恒流取样电阻、恒流MOS管及恒流晶体管，其中，所述恒流偏置电阻的一端与所述第一LED灯的阳极连接，所述恒流偏置电阻的另一端分别与所述恒流MOS管的栅极及所述恒流晶体管的集电极连接，所述恒流MOS管的漏极与所述第一LED灯的阴极连接，所述恒流MOS管的源极与所述恒流晶体管的基极连接，所述恒流取样电阻跨接在所述恒流晶体管的基极和所述恒流晶体管的发射极之间，所述恒流晶体管的发射极与所述第一电解电容的负极连接。

可选的，所述第二恒流电路和/或所述第三恒流电路与所述第一恒流电路相同。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的LED灯无需开关电源，在普通线性恒流的基础上增加了改善LED导通角、提高线路功率因数的储能电容和恒流电路，解决了普通线性恒流电路效率低、频闪高、功率因素低、谐波失真大的问题，使LED灯以线性恒流的方式达到了开关电源驱动的效果，同时又能克服开关电源驱动的LED灯存在的故障率高、电磁干扰严重等问题。由于没有开关电源中高频变压器等磁性元件，线路简单，可将贴片元件与LED灯珠安装在铝基板上使灯具的体积小巧，使其设计更加灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有LED驱动电路图；

图2为本发明提供的2阶自适应LED灯的原理图；

图3为本发明提供的2阶自适应LED灯Vb低于2*Vf时的等效电路图；

图4为本发明提供的2阶自适应LED灯Vb大于2*Vf时的等效电路图；

图5为专用恒流电路和控制开关的电路图；

图6为本发明提供的2阶自适应LED灯的电路图；

图7为设置有附加可控恒流源电路的2阶自适应LED灯的电路图；

图8为3阶自适应LED灯的电路原理图；

图9为4阶自适应LED灯的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种自适应LED灯，所述LED灯发光持续而稳定，没有频闪，而且LED灯能够自动适应交流电周期电压的变化，增大了电路电流的开通角，因此，功率因素高，谐波失真小。

图2为本发明提供的2阶自适应LED灯的原理图。如图2所示，一种自适应LED灯，LED灯包括：直流电源11、第一LED组件12、第二LED组件13、第一电流控制开关14、第二电流控制开关15和第一二极管16，其中，

第一LED组件12包括：第一LED灯121、第一恒流电路122和第一电解电容123，第二LED组件13包括：第二LED灯131、第二恒流电路132和第二电解电容133；

第一LED灯121的阳极分别与直流电源11的正输出端、第一电解电容123的正极及第一电流控制开关14的输入端连接，第一LED灯121的阴极与第一恒流电路122的输入端连接，第一恒流电路122的输出端与第一电解电容123的负极及第一二极管16的阳极连接；

第一二极管16的阴极分别与第一电流控制开关14的输出端、第二LED灯131的阳极及第二电解电容133的正极连接，第二LED灯131的阴极与第二恒流电路132的输入端连接，第二恒流电路132的输出端分别与直流电源11的负输出端及第二电解电容133的负极连接，第二电流控制开关15的输入端与第一二极管16的阳极连接，第二电流控制开关15的输出端与第二恒流电路132的输出端连接。

本实施例中，自适应LED灯还包括恒流电路17或者限流电路17，恒流电路17或者限流电路17与直流电源11串联，用于对直流电源11产生的直流电压信号进行限流或恒流。

本实施例中，直流电源11为整流桥堆，市电经整流桥堆整流后变为波动直流电Vb。第一恒流电路122、第二恒流电路132和恒流电路(限流电路)17均为专门设计的恒流源电路。

本实施例提供的自适应LED灯的工作原理如下：

第一LED灯121和第二LED灯131的正向电压均为Vf，设计要求2*Vf略大于市电电压有效值而小于市电峰值。第一电流控制开关14和第二电流控制开关15为专门设计的受控开关，受控开关的状态由流过取样电阻的电流控制，电流小时开关导通，电流大时开关截止，第一电流控制开关14和第二电流控制开关15截止的触发电流小于恒流电路17的电流；第一恒流电路122和第二恒流电路132决定与其串联的LED灯的工作电流，恒流电路17的恒流电流大于第一电流控制开关14和第二电流控制开关15截止的触发电流；第一电解电容123和第二电解电容133在电压高时储电在电压低时放电。

经整流桥堆整流后的波动直流电Vb是按正弦波正半周变化的，每一个周期内电压从0开始由小至大达到峰值，再从峰值由大至小变为0。电压Vb低时电路电流较小，触发第一电流控制开关14和第二电流控制开关15使其导通。电压Vb高时电路电流较大，触发第一电流控制开关14和第二电流控制开关15截止。电路中第一LED组件12和第二LED组件13的连接关系与电压Vb的大小有关，电压Vb低时第一LED组件12和第二LED组件13并联，电压高时第一LED组件12和第二LED组件13串联。

下面具体介绍本实施例提供的自适应LED灯的工作过程：

图3为本发明提供的2阶自适应LED灯Vb低于2*Vf时的等效电路图。如图3所示，当Vb低于2*Vf时，第一电流控制开关14和第二电流控制开关15处于导通状态，第一二极管16处于反向偏置状态，相当于截止。第一LED组件12和第二LED组件13处于并联状态。

当Vb小于Vf时，第一电流控制开关14和第二电流控制开关15处于导通状态，第一二极管16处于反向偏置状态，相当于截止。第一LED组件12和第二LED组件13处于并联状态。第一电解电容123放电驱动第一LED灯121发光，第二电解电容133放电驱动第二LED灯131发光。

当Vb高于Vf且低于2*Vf时，第一电流控制开关14和第二电流控制开关15处于导通状态，第一二极管16处于反向偏置状态，相当于截止。第一LED组件12和第二LED组件13处于并联状态。直流电源11驱动第一LED灯121和第二LED灯131发光并且对第一电解电容123和第二电解电容133充电。第一恒流电路122和第二恒流电路132保证了第一LED灯121和第二LED灯131的工作电流在额定范围内，使LED灯正常工作。

图4为本发明提供的2阶自适应LED灯Vb大于2*Vf时的等效电路图。如图4所示，当Vb高于2*Vf时，第一电流控制开关14和第二电流控制开关15处于截止状态，此时第一二极管16处于正向偏置状态。第一LED组件12和第二LED组件13处于串联状态。由于电压Vb大于2*Vf，直流电源11驱动第一LED灯121和第二LED灯131发光并且对第一电解电容123和第二电解电容133充电。恒流电路17限制了电路的最大电流，防止过流损坏。

图5为专用恒流电路和控制开关的电路图。如图5所示的专用恒流电路和控制开关的其工作原理为：

T1为N沟道MOS管，Q1为NPN晶体管，R1为偏置电阻为T1提供栅极偏置电压，R2为电流取样电阻，R3为负载，R3可以是电阻或者LED灯。流过负载R3的电流也流过T1和取样电阻R2，取样电阻上的压降同时也是晶体管Q1的偏压，Q1和T1形成负反馈电路稳定R2上的压降，达到了稳定负载R3电流的目的，从而组成恒流源电路。

恒流电路的工作过程为：

当A至C的电压升高→负载R3电流增加→R2压降也增加→Q1工作点升高→Q1集电极电压下降→T1偏置电压下降→T1内阻升高→负载R3电流下降，通过这个闭环负反馈过程稳定了负载R3的电流。

同时，图5所示的电路也可变成电流控制开关。当B点至C点无外部电流通过时，电路恒流源工作状态不受影响，当有外部电流通过B、C时，若电流足够大使R2上的电压降足够高，能够使Q1完全导通或饱和时，T1栅极电压被Q1拉低，从而使T1截止。可见，通过控制B点的注入电流可控制开关电路使其处于截止状态或导通状态。

图6为本发明提供的2阶自适应LED灯的电路图。如图6所示，本实施例为2阶电路，R1、T1、Q1、R2组成恒流源第一恒流电路122，决定第一LED灯121的工作电流，T2、Q2、R3、R4组成第一电流控制开关14。T3、Q3、R5、R6组成第二恒流电路132，决定第二LED灯131的工作电流。T4、Q4、R7、R8组成第二电流控制开关15。T5、Q5、R9、R10组成恒流电路17。

具体地，第一电流控制开关14包括：开关偏置电阻R3、开关取样电阻R4、开关MOS管T2及开关晶体管Q2，其中，开关偏置电阻R3跨接在开关MOS管T2的漏极和开关MOS管T2的栅极之间，开关MOS管T2的漏极与第一电解电容123的正极连接，开关MOS管T2的栅极与开关晶体管Q2的集电极连接，开关晶体管Q2的基极与开关MOS管T2的源极连接，开关取样电阻R4跨接在开关晶体管Q2的基极和开关晶体管Q2的发射极之间，开关MOS管T2的源极与第一二极管16的阴极连接，开关晶体管Q2的发射极与第二LED组件13的输入端连接。第二电流控制开关15与第一电流控制开关14的电路相同。

具体地，第一恒流电路122包括：恒流偏置电阻R1、恒流取样电阻R2、恒流MOS管T1及恒流晶体管Q1，其中，恒流偏置电阻R1的一端与第一LED灯121的阳极连接，恒流偏置电阻R1的另一端分别与恒流MOS管T1的栅极及恒流晶体管Q1的集电极连接，恒流MOS管T1的漏极与第一LED灯121的阴极连接，恒流MOS管T1的源极与恒流晶体管Q1的基极连接，恒流取样电阻R2跨接在恒流晶体管Q1的基极和恒流晶体管Q1的发射极之间，恒流晶体管Q1的发射极与第一电解电容123的负极连接。由图6可见，第二恒流电路132和第一恒流电路17与第一恒流电路122的电路相同。

图7为设置有附加可控恒流源电路的2阶自适应LED灯的电路图。如图7所示，自适应LED灯还包括附加可控恒流源电路18，附加可控恒流源电路18的一端与直流电源11的正输出端连接，附加可控恒流源电路18的另一端与直流电源11的负输出端连接。

由图7可见，附加可控恒流源电路18包括T6、Q6、R11、R12、R13，用于增加电路电流的导通角、提高功率因数。当直流电源11的输出电压Vb低于Vf时，此时T2、T4和T5都没有电流，附加可控恒流源电路18使电路有电流，从而加大了电流导通角、提高了功率因素、降低了谐波失真。当电压上升使T2、T4或T5导通有电流通过附加可控恒流源电路18的电流取样电阻R13时，T6将截止而不消耗功率，这样使T6既能起到提高电路功率因素的作用，又不会损耗太多功率。

本实施例提供的LED灯可根据交流电的变化规律改变LED灯的拓扑结构(串联或并联)使LED灯能够适应交流电压的高低变化，使LED灯的总电压接近供电电压，从而减少损耗在恒流电路上的压降和功耗，进而提高LED灯的效率。直流电源输出的电压高时驱动LED灯工作并对电解电容充电，直流电源输出的电压低时电解电容放电驱动LED灯发光。第一恒流电路122和第二恒流电路132使流过第一LED灯121和第二LED灯131的电流恒定不波动，因此自适应LED灯发光持续而稳定、没有频闪。本实施例提供的自适应LED灯能够自动适应交流电周期电压变化，与简单的线性恒流电路相比，加大了电路电流的开通角，提高了功率因素，降低了谐波失真。

本实施例为2组LED灯和2个电解电容的2阶电路，以此类推可由3组、4组甚至更多的LED灯和相应数量的电解电容、恒流电路和受控开关组成3阶、4阶甚至更多级的高阶LED电路，阶数越多每组LED电压越低、电路电流开通角越大、功率因素也越高、电路谐波失真越低。因此，实际应用中可根据需要增加电路阶数进一步提升LED灯的性能。

以上述的2阶电路为基础，还可形成各种高阶电路。图8为3阶自适应LED灯的电路原理图。图9为4阶自适应LED灯的电路原理图。

3阶自适应LED灯的工作过程如下：

1、直流电源11的输出电压Vb按照正弦波正半周规律变化。当Vb小于Vf时，电路电流较小，K1-K4都导通，电解电容C1、C2和C3放电，分别通过恒流源H1、H2和H3驱动LED1、LED2和LED3发光。

2、当Vb大于Vf而小于2*Vf时，电路电流较小，K1-K4都导通，LED1、LED2和LED3并联，Vb可驱动3个LED工作并且可对3个电解电容充电。

3、当Vb大于2*Vf而小于3*Vf时，电路电流升高，控制电路使K3、K4截止而K1、K2保持导通，LED1与LED2并联后再与LED3串联，此时电路中LED总电压为2*Vf，Vb可继续驱动LED工作并且对电解电容充电。

4、当Vb大于3*Vf时，电路电流继续升高，控制电路使K1至K4都截止，LED1、LED2和LED3串联，此时电路中LED的总电压为3*Vf，Vb仍可继续驱动LED工作并且对电解电容充电。

5、电压下降过程是以上工作过程的逆过程，在此不再赘述。

4阶自适应LED灯的工作过程如下：

1、直流电源11的输出电压Vb按照正弦波正半周规律变化。当Vb小于Vf时，电路电流较小，K1-K6都导通，电解电容C1、C2、C3和C4放电，分别通过恒流源H1、H2、H3和H4驱动LED1、LED2、LED3和LED4发光。

2、当Vb大于Vf而小于2*Vf时，电路电流较小，K1-K6都导通，LED1、LED2、LED3和LED4并联，Vb可驱动4个LED工作并且可对4个电解电容充电。

3、当Vb大于2*Vf而小于3*Vf时，电路电流升高，控制电路使K5、K6截止而K1-K4保持导通，LED1与LED2并联形成第一并联支路、LED3和LED4并联形成第二并联支路，第一并联支路与第二并联支路通过D2串联，此时电路中LED总电压为2*Vf，Vb可继续驱动LED工作并且对电解电容充电。

4、当Vb大于3*Vf而小于4*Vf时，电路电流继续升高，控制电路使K1、K2、K5、K6截止而K3、K4保持导通，LED1、LED2通过D1串联后再与LED3和LED4组成的并联电路通过D2串联，此时电路中LED的总电压为3*Vf，Vb仍可继续驱动LED工作并且对电解电容充电。

5、当Vb大于4*Vf时，电路电流继续升高，控制电路使K1-K6截止，LED1、LED2、LED3和LED4通过D1、D2、D3串联，此时电路中LED的总电压为4*Vf，Vb仍可继续驱动LED工作并且对电解电容充电。

6、电压下降过程是以上工作过程的逆过程，在此不再赘述。

可见，本实施例提供的高阶自适应LED灯可以根据电压正弦变化规律改变各个LED的串、并联状态，从而适应直流电压变化，使LED总电压接近供电电压，减少损耗在恒流电路的压降和功耗从而提高效率。通过电解电容的充放电和恒流电路使LED工作电流稳定不变，LED稳定发光没有频闪。同时，因为单串LED电压更低，因此电路电流的开通角更大、功率因素更高、电路谐波失真更低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。