专利名称：随输入电压改变串并联结构的led驱动装置及工作方法
技术领域：
本发明属于电子电路控制领域，特别涉及一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置及工作方法。
背景技术：
LED照明越来越普及，市场中存在很多通用的LED驱动芯片与模块，并且LED的驱动电源慢慢形成业界通用标准，各品牌的驱动电源之间经常可以互通使用。为了降低LED的驱动电源的成本，产生了阻容降压和恒流源芯片直接降压两种方式的LED驱动装置。由于阻容降压造成的功因太低，在大于一定瓦数的应用中被很多单位拒收，因此美国、欧洲、中国台湾和韩国等地区发展了根据输入电压或者电流的高低而将被驱动的LED分阶段逐步导通和逐步断开的技术，可以在较低的成本提供高功因高效率的LED驱动电源，但是该技术存在两个很大的问题，第一是日光灯管中在每一个电源弦波周期中导通时间短的LED就比较暗，在日光灯管中产生明显的暗区；第二是，分段导通方法在低压时只有少部分的LED亮起来，造成了时域上的暗区，因此分段导通虽然解决了效率和功因的问题，但是并没有有效解决LED频闪问题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中LED驱动装置带来的空间中暗区及时间上频闪的技术问题，提供一种LED驱动装置，解决LED灯具，尤其是LED日光灯管中的空间暗区及时域频闪问题。本发明的实施例提供一种随输入电压动态改变串并联结构的LED驱动装置，该LED驱动装置用于驱动LED矩阵，所述LED驱动装置包括一个输入电压传感模块，一个电路串并联结构控制模块，一个可改变LED矩阵中LED的串并联结构的开关组合和一个可改变总电流大小的恒流源；
所述输入电压传感模块，将输入电压与预设的不同电压范围的临界值进行比较，并根据比较结果输出一个输入电压状态信号到所述电路串并联结构控制模块；
所述电路串并联结构控制模块，根据输入电压状态信号输出对应的控制信号到所述开关组合以及可改变总电流大小的恒流源；
所述开关组合连接到所述的可改变总电流大小的恒流源以及被驱动的LED矩阵，根据所述的不同的控制信号而改变开关组合的串并联结构，所述的可改变总电流大小的恒流源根据开关组合的串并联结构分流到被驱动的LED矩阵中；
所述可改变总电流大小的恒流源，根据所述的不同的控制信号改变该恒流源的总电流大小配合所述开关组合使得在单一串联LED路径上的电流保持在一恒流电流范围。进一步地，当所述输入电压传感模块检测到输入电压位于最低电压范围时，所述电路串并联结构控制模块控开关矩阵制将被驱动的LED矩阵中所有的LED以最多路并联的方式驱动； 当所述输入电压传感模块检测到输入电压位于最高电压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合将被驱动的LED矩阵中所有的LED以最少路并联以及最多路串联的方式驱动；
其中，在所述电路串并联结构控制模块的控制下，所述被驱动的LED矩阵中LED的并联数随输入电压的升高而减少。进一步地，所述的可改变总电流大小的恒流源的总电流大小在改变时与被驱动的LED矩阵中LED的并联数目成正比变化。进一步地，所述电路串并联结构控制模块控制所述开关组合在不同的LED串并联结构下使得所述被驱动的LED矩阵中的LED都一起导通或关断，在导通时，所述可改变总电流大小的恒流源所提供的总电流经由所述开关组合分流到所述被驱动的LED矩阵中所有的LED并联路径中。进一步地，所述开关组合具有两种串并联结构，所述预设电压范围为一个低压范围和一个闻压范围；
当输入电压传感模块检测到输入电压位于低压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第一种串并联结构；
当输入电压传感模块检测到输入电压位于高压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第二种串并联结构；
其中，所述第一种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第二种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的两倍。为了使得本发明的LED驱动装置有更高的电源效率，进一步地，所述开关矩阵具有三种串并联结构，所述预设电压范围为一个低压范围、一个中压范围和一个高压范围；
当输入电压传感模块检测到输入电压位于低压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第一种串并联结构；
当输入电压传感模块检测到输入电压位于中压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第二种串并联结构；
当输入电压传感模块检测到输入电压位于高压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第三种串并联结构；
其中，所述第一种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第三种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的三倍，所述第二种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第三种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的两倍。进一步地，所述LED矩阵中的LED具有三种串并联结构，所述预设电压范围为一个低压范围、一个中压范围和一个高压范围；
当输入电压传感模块检测到输入电压位于低压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第一种串并联结构；
当输入电压传感模块检测到输入电压位于中压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第二种串并联结构；
当输入电压传感模块检测到输入电压位于高压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第三种串并联结构；
其中，与前面所提的三种结构不同的是所述第一种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第三种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的三倍，所述第一种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第二种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的两倍。进一步地，所述输入电压传感模块、开关组合、可改变总电流大小的恒流源以及电路串并联结构控制模块都集成在同一芯片上，所述被驱动的LED矩阵设置在芯片外部；所述的芯片还设置有用来连接外部元件的接口，根据所述外部元件的参数可设定被驱动的LED矩阵中单一 LED串联电路上的电流大小，以及调整所述不同电压范围的临界值。本发明还提供一种上述的随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置的工作方法，包括以下步骤，
步骤一、采集电源输入电压，将其与预设的不同电压范围的临界值进行比较，并根据比较结果输出对应的控制信号；
步骤二、根据不同的控制信号驱动LED矩阵中所有的LED以不同的串并联结构导通，当输入电压位于最低电压范围时，控制LED矩阵中所有的LED以最多路并联的方式导通；当输入电压位于最高电压范围时，控制LED矩阵中所有的LED以最少路并联以及最多路串联的方式导通；其中，所述LED的并联数随输入电压的升高而减少。进一步的，在所述步骤二中，控制流经被驱动的LED矩阵的总电流大小与LED矩阵中的并联路数成正比，并且流经单一串联LED路径上的电流保持在一恒流电流范围。以上所述技术方案，通过对输入电压与预设的不同电压范围的临界值进行比较，并根据比较结果输出对应的控制信号改变被驱动LED矩阵中LED的串并联结构，并使得在单一串联LED路径上的电流保持在一恒流电流范围，实现了所有的LED在每一个电源弦波周期中一起导通或者熄灭，有效解决了日光灯管中LED在空间中有亮区暗区的现象，也使得时间轴上的暗区大幅缩短，进一步的降低了传统驱动在直流低压时LED灯具的频闪问题。
图1是本发明一种实施例的LED驱动装置结构示意 图2是本发明一种实施例的LED矩阵和可控开关的排布及不同串并联结构下的电流分流路径不意 图3是本发明第二种实施例的LED矩阵和可控开关的排布及不同串并联结构下的电流分流路径不意 图4是本发明第三种实施例的LED矩阵和可控开关的排布及不同串并联结构下的电流分流路径示意 图5是本发明一种实施例的LED驱动装置的工作方法流程图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。根据图1所示，本发明提供一种随输入电压动态改变串并联结构的LED驱动装置，所述LED驱动装置用于驱动LED矩阵40，所述LED驱动装置包括一个输入电压传感模块10，一个电路串并联结构控制模块20，一个可动态改变总电流大小的恒流源30，和一个可动态改变LED矩阵40中LED的串并联结构的开关组合50 ；
所述LED矩阵40具有高压端和低压端，在LED矩阵40的高压端和低压端和之间形成可导通工作的多种具有不同LED串并联结构的支路，例如，所述LED矩阵40中的所有LED可相互串联形成一条单一的串联路径，或LED矩阵40中的所有LED可相互并联形成所有LED并联形式的路径；
所述输入电压传感模块10，用于监测电源的输入电压，并将输入电压与预设的不同电压范围的临界值进行比较，并根据比较结果输出一个输入电压状态信号到所述电路串并联结构控制模块20。这里所述的预设的不同电压范围的临界值可根据电源的输入电压提前设定好，比如，设置成O IlOVac的低压范围及IlOVac 220Vac的高压范围；如果是要制作灯具供美国市场使用，那么就要把LED数目和电压范围的临界值换成能适应美国的IlOVac的输入电压范围的数值。所述电路串并联结构控制模块20，用于接收所述的输入电压状态信号，并根据所述输入电压状态信号输出对应的控制信号到所述开关组合50以及可改变总电流大小的恒流源30 ；
所述开关组合50，连接到可改变总电流大小的恒流源30和被驱动的LED矩阵40，开关组合50根据所述不同的控制信号动态改变串并联结构，让被驱动的LED矩阵40中的部分LED先串联后再将各串联路径并联，具体的串联数目及并联数目可根据不同国家电源电压规范预先设置被驱动LED矩阵及控制信号的组态，当把电路集成到芯片中时，可以预留设定接口调整电压范围的临界值。单一串联路径上的电流乘以总LED数目和LED的顺向导通电压就大约是LED矩阵的总瓦数，为了使每颗LED在空间中和在时间上保持稳定的亮度，对每一颗LED的驱动电流就要保持固定的恒流状态，也就是恒流源30随同开关组合50 —起根据不同电压范围对应的控制信号动态改变其总电流大小，使得在单一串联LED路径上的电流保持固定，由于被驱动的LED是先串联成串后再将各串联路径进行并联，所述可改变总电流大小的恒流源30的总电流值会与并联路数成正比变化，但是制作硬件时很难保证变化的比例关系和理论完全一样，因此只要能让在单一串联LED路径上的电流保持在某一恒流电流范围内就好了，此范围越小则亮暗区造成的光斑和时域中的闪烁就越小。进一步地，当所述的输入电压传感模块10监测到输入电压位于较低的预设电压范围时，输出的所述输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块控制开关组合50将被驱动的LED矩阵40中所有的LED以较多路并联的方式驱动，即通电工作；当所述输入电压传感模块10侦测到输入电压位于较高的预设电压范围时，输出的所述输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块控制开关组合50将被驱动的LED矩阵中所有的LED以较少路并联的方式驱动；当所述输入电压传感模块检测到输入电压位于最低电压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合50将被驱动的LED矩阵中所有的LED以最多路并联的方式驱动；当所述输入电压传感模块检测到输入电压位于最高电压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合50将被驱动的LED矩阵40中所有的LED以最少路并联以及最多路串联的方式驱动；其中，在所述电路串并联结构控制模块的控制下，所述被驱动的LED矩阵40中LED的并联数随输入电压的升高而减少。
以上技术方案中，为了能使在LED矩阵40中单一的串联LED路径上的电流保持在某一恒流电流范围内，所述的可改变总电流大小的恒流源的总电流大小在LED矩阵40中所有LED的串并联结构改变时和LED矩阵40中LED的并联数目成正比变化，因此使得电流通过所述开关组合50分流到各个并联的单一 LED串联路径中的电流值可以维持在一个固定的范围内。同时所述电路串并联结构控制模块20控制所述开关组合在不同的LED串并联结构下使得所述LED矩阵40中的LED都一起导通或关断，在导通时，所述可改变总电流大小的恒流源所提供的总电流经由所述开关组合分流到所述被驱动的LED矩阵40中所有的LED并联路径中。更近一步地，所述输入电压传感模块10、开关组合50、可改变总电流大小的恒流源30以及电路串并联结构控制模块20可集成在同一芯片上，所述被驱动的LED矩阵40设置在芯片外部；所述的芯片还设置有用来连接外部元件得接口，根据所述外部元件的参数，通过所述接口可设定单一 LED串联电路上的电流大小，以及调整所述不同电压范围的临界值。举例来说，可以利用一个外部电阻来调整单一 LED串联路径上的电流，用另外的电阻来调整不同电压范围的临界值。以中国电源电压举例，如果怕电源电压异常变低时LED灯具过暗，那么调整临界值时不一定完全把标准的输入电源电压范围成比例分割，可以减少串联路径上的LED数目，并所有电压范围临界值一起降低；但是如果很在乎正常输入电源电压范围的电源效率，不在乎电源电压的异常变低，那么就可以增加LED的数目和调高各电压范围的临界值。下面将通过实施例对本发明的随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置及其工作原理进行进一步的说明。第一种实施例:
结合图2所示，所述LED矩阵40在其高压端与低压端之间设置有两个LED串，假设这是为了中国的市电规格做的电路，目前业界的白光LED的顺向导通电压是3.0V到3.6V左右，所以LED串53和LED串57各自是39颗LED串联，两串LED加起来总共是串联78颗LED，那么顺向导通电压在234Vdc到302Vdc左右，220Vac经过桥堆大约有310Vdc，可以直接推动此78颗LED，并且有足够的电压来稳定恒流源电流，如果担心交流电源电压不稳，交流电源电压峰值变低时LED不够亮，那么可以将单一串联数目由39颗串联减少到36 38颗，亮度会变得稳定，但是电流在恒流源上的压降会增加，这压降并不是在LED上面发光，而是在恒流源上面发热，因此降低了电源效率。图2中举例的两个LED串分别串接有39颗LED，一般电源电压峰值降低时亮度会略微变暗，但并不会完全熄灭。同时，假设所述预设电压范围为一个低压范围和一个高压范围，当电源输入电压落在低压范围时，所述输入电压传感模块10输出的输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块20控制所述LED矩阵40中所有的LED以较多的并联路数导通，即图2中，所述电路串并联结构控制模块20控制LED矩阵40中的LED以两路并联的方式驱动，可控开关55为断开状态，可控开关52、54、56及58为闭合状态，两路并联中的第一个LED支路电流以单点划线表示，由高压端流经可控开关52、LED串53和可控开关54到低压端，两路并联中的第二个LED支路电流也以单点划线表示，由高压端流经可控开关56、LED串57和可控开关58到低压端。
当电源输入电压落在高压范围时，所述输入电压传感模块10输出的输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块20控制所述LED矩阵40中所有的LED以较少的并联路数导通，即图2中，所述电路串并联结构控制模块20控制LED矩阵40中的LED以一路并联的方式驱动，此时，可控开关55变成闭合状态，可控开关54和56变为开路状态，该LED支路中的电流以虚线表示，由高压端流经可控开关52、LED串53、可控开关55、LED串57和可控开关58到低压端，其中可控开关52和可控开关58为一直导通的状态，如果此驱动电路不需要和其他多段电压范围架构可以更换组态共用的，那么开关52和开关58不需要做成可控开关，直接做成导通路径就好，因此在图2中虽然标示了数字，但直接画成闭合状态的导通路径，可以节省成本。在以上所述控制过程中，不论LED矩阵40的高压端与低压端之间形成怎样的LED支路通路，电流源30提供给每个LED串的工作电流是相同的，换句话说，所述的电流源输出的总电流的大小与LED串的并联路数成正比变化，因此在LED串53和LED串57是并联时电流源的总输出电流是在LED串53和57串联时总输出电流的两倍，在生产灯具时，要把LED串53和LED串57进行配对，尽量让两者顺向导通电压一致，该操作可使得电流源在两个LED串并联工作时，分流给每个LED支路的电流一致，在LED串53和57中加入串联电阻可以加强并联时的电流平衡，但是此串联电阻将会降低电源效率，如果把恒流源拆成两部分，在LED串53和57中各放一个恒流源，仍然符合上述专利实施方法，但是会增加成本，并且在串联时恒流源大小不一致时会降低电源效率。第二种实施例:
图3是本发明第二种实施例的LED矩阵和可控开关的排布示意图和不同串并联结构下的电流分流路径；结合图3所示，图3为一个LED矩阵40中可形成三种LED串并联组合的例子，预设电压范围分为三段电压范围，分别是低压范围、中压范围和高压范围，与第一种实施例相比，本实施例可以降低跨在恒流源30上的电压造成的功率损耗以提高电路的总体效率，还可以在较低的输入电源电压提前导通LED而缩短时间上的暗区。在所述LED矩阵40中，高压端与低压端之间有串并联的开关组合与六个LED串，我们还是以在中国实施举例，假设每个LED串分别串接有13颗LED，一个LED串是13颗LED，两个LED串是26颗LED，三个LED串39颗，以此类推，最长的LED串是当六串LED串在单一路串联的状况，LED串联总数是78颗，如果担心电源电压不稳，交流电源电压峰值变低时LED不够亮，那么可以将每个LED串的LED串联数目由13颗串联减少到12颗，亮度会相对稳定些。当输入电压传感模块10检测到的输入电源电压位于低压范围时，输出输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块20控制开关组合50将所述LED矩阵40中所有的LED以三路并联的方式导通，即在图3中可控开关640、650、654及660为断开状态，可控开关610、612、620、652、622、630及632为闭合状态，三路并联LED中的第一支LED支路电流以虚线表示，由高压端流经可控开关610、两个LED串串接而成的26颗LED再经可控开关612到低压端；三路并联中的第二支LED支路电流也以虚线表示，由高压端经可控开关620流经一个LED串组成的13颗LED，再经可控开关652，再经另一个LED串组成的13颗LED，再经可控开关622到低压端；三路并联中的第三支LED支路电流还以虚线表示，由高压端流经可控开关630、两个LED串串接而成的26颗LED，再经可控开关632到低压端。当输入电压传感模块10检测到的输入电源电压位于中压范围时，输出输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块20控制开关组合50将所述LED矩阵40中所有的LED以两路并联的方式导通，即可控开关612、620、622、630及652为断开状态，可控开关610、650、660、640、654和632为闭合状态，两路并联中的第一支LED支路电流以单点划线表示，由高压端流经可控开关610然后经26颗LED再经可控开关650，再经13颗LED，最后经可控开关660到低压端；两路并联中的第二支LED支路电流也以单点划线表示，由高压端流经可控开关640然后经13颗LED再经可控开关654，再经26颗LED，最后经可控开关632到低压端。当输入电压传感模块10检测到的输入电源电压位于高压范围时，输出输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块20控制开关组合50将所述LED矩阵40中所有的LED以一路并联的方式导通，可控开关612、620、640、630、660和622为断开状态，可控开关610、650、652、654和632为闭合状态，单路导通所有LED的电流以双点划线表示，由高压端流经可控开关610然后经26颗LED再经可控开关650，再经13颗LED，再经可控开关652然后经13颗LED再经可控开关654，再经26颗LED，最后经可控开关632到低压轨道。在以上所述的三种串并联结构方式中，不论哪种串并联结构方式，所述电路串并联结构控制模块20都控制恒流源30给所述LED矩阵40中的单一 LED串提供同一大小的工作电流，因此，本实施例中，恒流源30输出的总电流大小也与LED串的并联路数成正比变化，在三路LED串路径并联时的恒流源30的总电流是一路LED串并联时的三倍，在两路LED串路径并联时的恒流源30的总电流是一路LED串路径并联时的两倍，如此不管是几路并联，单一 LED串中的电流都是维持在一个相同的定值。第三种实施例:
图4是本发明第三种实施例的LED矩阵和可控开关的排布示意图和不同串并联结构下的电流分流路径；结合图4所示，图4为另一种LED矩阵40中可形成三种LED串并联结构组合的例子，图3中第二种实施例的三种结构的串联LED数目分别是26颗、39颗和78颗，对应的导通电压比例是2:3:6，因此低压导通区间，中压导通区间，高压导通区间的电压范围比例大致是2: (3-2):(6-3)=2:1:3，如此的设计虽然比第一种实施例更优一些，但是使得恒流源30在不同电压范围的效率会不一样高，为了进一步优化效率，采取新的串联数目比例，三种串联的数目分别是26颗、52颗和78颗，如此以来，三段电压范围的比例就是1:1:1了，恒流源30在各电压范围的效率是一样高的，可以提升整体电源效率。图4中LED矩阵40的高压端与低压端之间有串并联的开关组合与六个LED串，我们假设每个LED串分别串接有26颗LED，一串有26颗，两串有52颗，三串就有78颗，和前述实施例一样，如果困扰担心电源电压不稳，当最大电源电压变低时LED不够亮，那么可以将单串LED串联数目由26颗串联减少到25颗或24颗串联，亮度会稳定，但是会损失效率。图4实施例中的预设电压范围也分为三段电压范围，分别是低压范围、中压范围和高压范围。当输入电压传感模块10检测到的输入电源电压位于低压范围时，输出输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块20控制所述LED矩阵40中所有的LED以六路并联的方式导通，控制相应的可控开关使LED矩阵40中的电流按虚线的方向流动，第一支LED支路电流由高压端700流经LED串710再经过一个可控开关先与第二支LED支路电流由高压端700流经LED串712并联后再经一个可控开关流到低压端，同理第三支LED支路电流由高压端700流经LED串720再经过一个可控开关先与第四支LED支路电流由高压端700流经LED串722并联后再经一个可控开关流到低压端，同理第五支LED支路电流由高压端700流经LED串730再经过一个可控开关先与第六支LED支路电流由高压端700流经LED串732并联后再经一个可控开关流到低压端，由于可控开关的控制原理与前述实施例中相同，只是可控开关闭合与断开的组合不同，因此本实施例中对可控开关的控制细节不再详细描述。当输入电压传感模块10检测到的输入电源电压位于中压范围时，输出输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块20控制所述LED矩阵40中所有的LED以三路并联的方式导通，该种控制方式下，电路串并联结构控制模块20控制相应的可控开关使LED矩阵40中的电流按单点划线的方向流动，第一支LED支路电流由高压端流经LED串710与LED串720形成的串联路径到低压端，第二支LED支路电流由高压端流经LED串712与LED串730形成的串联路径到低压端，第三支LED支路电流由高压端流经LED串722与LED串732形成的串联路径到低压端。当输入电压传感模块10检测到的输入电源电压位于高压范围时，输出输入电压状态信号给所述电路串并联结构控制模块20控制所述LED矩阵40中所有的LED以两路并联的方式导通，该种控制方式下，电路串并联结构控制模20控制相应的可控开关使LED矩阵40中的电流按双点划线的方向流动，第一支LED支路电流由高压端流经LED串710、LED串720、LED串730串联形成的路径后流到低压端，第二支LED支路电流由高压端流经LED串712、LED串722、LED串732串联形成的路径后流到低压端。在以上所述的三种控制方式中，不论哪种控制方式，所述控制模块20都控制电流源30给所述LED矩阵40中的LED串提供同一工作电流，因此，本实施例中，电流源30输出的总电流大小也与LED串的并联路数成正比变化，因此在六路LED串并联时电流源的总电流是两路LED串并联时的二倍，在六路LED串并联时的电流源总电流是二路LED串并联时的两倍，如此不管是几路并联，单一 LED串中的电流都是维持在定值，而电压范围都是以26颗LED为一个范围，因此得到最平衡的恒流源效率，进而得到较佳的整体电源效率，不过可控开关的数目要比第二种实施例多了一些，增加了一些成本。以上所述的第二种实施例和第三种实施例，与第一种实施例相比，分成三段电压范围能提高电源效率和功率因数，可是增加开关数目会提高硬件成本；当电压范围两段式的方式无法达到客户需求的电源效率与功率因数时，直觉的会发展出上面第一种并联数目为3:2:1的方式，但是各电源电压范围的上限与该范围中的LED串联数目大致正比，即2:3:6，也就是第一段范围:第二段范围:第三段范围=2: (3-2): (6-3) =2:1:3，这个电源电压范围的分布并不均匀，因此愿意略微再多花一点成本的前提下，就可以采用第二种三个范围中并联数目比例为6:3:2的方式，其对应的串联数目比值为2:4:6，也就是第一段范围:第二段范围:第三段范围=2: (4-2): (6-4) =2:2:2，这个电源电压范围的分布非常均匀。付出上述增加的开关成本得到均匀的电压范围，可以降低恒流源上面的最大压降和总发热，以及提供更高的功因和更高的电源效率。本发明还提供一种上述的随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置的工作方法，包括以下步骤，
步骤一、采集电源输入电压，将其与预设的不同电压范围的临界值进行比较，并根据比较结果输出对应的控制信号；
步骤二、根据不同的控制信号驱动LED矩阵40中所有的LED以不同的串并联结构导通，当输入电压位于最低电压范围时，控制LED矩阵40中所有的LED以最多路并联的方式导通；当输入电压位于最高电压范围时，控制LED矩阵中所有的LED以最少路并联以及最多路串联的方式导通；其中，所述LED的并联数随输入电压的升高而减少。进一步的，在所述步骤二中，控制流经被驱动的LED矩阵的总电流大小与LED矩阵中的并联路数成正比，并且流经单一串联LED路径上的电流保持在一恒流电流范围。本发明的以上实施例所提供的LED驱动电路，能在某特定瓦数以上(例如5瓦)实现大功因(例如功因大于0.8)的效能，同时该LED驱动电源的效率得到有效提高，并且所有的LED在每一个电源弦波周期中一起导通或者一起熄灭，在日光灯管中不会有亮区暗区的分别，解决高功因、高效率LED驱动电路的问题，而且由于在低压时所有的LED是一起导通的，使得时间轴上的暗区大幅缩短，进一步的降低了传统驱动在直流低压时造成LED灯具的频闪问题。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置，所述LED驱动装置用于驱动LED矩阵，其特征在于:所述LED驱动装置包括一个输入电压传感模块，一个电路串并联结构控制模块，一个可改变LED矩阵中LED的串并联结构的开关组合和一个可改变总电流大小的恒流源； 所述输入电压传感模块，将输入电压与预设的不同电压范围的临界值进行比较，并根据比较结果输出一个输入电压状态信号到所述电路串并联结构控制模块； 所述电路串并联结构控制模块，根据输入电压状态信号输出对应的控制信号到所述开关组合以及可改变总电流大小的恒流源； 所述开关组合连接到所述的可改变总电流大小的恒流源以及被驱动的LED矩阵，根据所述的不同的控制信号而改变开关组合的串并联结构，所述的可改变总电流大小的恒流源根据开关组合的串并联结构分流到被驱动的LED矩阵中； 所述可改变总电流大小的恒流源，根据所述的不同的控制信号改变该恒流源的总电流大小配合所述开关组合使得在单一串联LED路径上的电流保持在一恒流电流范围。
2.如权利要求1所述的一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置，其特征在于: 当所述输入电压传感模块检测到输入电压位于最低电压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制所述的开关组合将被驱动的LED矩阵中所有的LED以最多路并联的方式驱动； 当所述输入电压传感模块检测到输入电压位于最高电压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制所述的开关组合将被驱动的LED矩阵中所有的LED以最少路并联以及最多路串联的方式驱动； 其中，在所述电路串并联结构控制模块的控制下，所述的开关组合的并联数随输入电压的升闻而减少。
3.如权利要求2所述的一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置，其特征在于:所述的可改变总电流大小的恒流源的总电流大小在改变时与被驱动的LED矩阵中LED的并联数目成正比变化。
4.如权利要求3所述的一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置，其特征在于:所述电路串并联结构控制模块控制所述开关组合在不同的LED串并联结构下使得所述被驱动的LED矩阵中的LED都一起导通或关断，在导通时，所述可改变总电流大小的恒流源所提供的总电流经由所述开关组合分流到所述LED矩阵中所有的LED并联路径中。
5.如权利要求4所述的一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置，其特征在于:所述开关组合具有两种串并联结构，所述预设电压范围为一个低压范围和一个高压范围； 当输入电压传感模块检测到输入电压位于低压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第一种串并联结构； 当输入电压传感模块检测到输入电压位于高压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第二种串并联结构； 其中，所述第一种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第二种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的两倍。
6.如权利要求4所述的一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置，其特征在于:所述开关矩阵具有三种串并联结构，所述预设电压范围为一个低压范围、一个中压范围和一个高压范围； 当输入电压传感模块检测到输入电压位于低压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第一种串并联结构； 当输入电压传感模块检测到输入电压位于中压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第二种串并联结构； 当输入电压传感模块检测到输入电压位于高压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第三种串并联结构； 其中，所述第一种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第三种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的三倍，所述第二种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第三种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的两倍。
7.如权利要求4所述的一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置，其特征在于:所述LED矩阵中的LED 具有三种串并联结构，所述预设电压范围为一个低压范围、一个中压范围和一个高压范围； 当输入电压传感模块检测到输入电压位于低压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第一种串并联结构； 当输入电压传感模块检测到输入电压位于中压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第二种串并联结构； 当输入电压传感模块检测到输入电压位于高压范围时，所述电路串并联结构控制模块控制开关组合在第三种串并联结构； 其中，所述第一种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第三种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的三倍，所述第一种串并联结构中被驱动的LED的并联数目是所述第二种串并联结构中被驱动的LED的并联数目的两倍。
8.如上述任意一项权利要求所述的一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置，其特征在于:所述输入电压传感模块、开关组合、可改变总电流大小的恒流源以及电路串并联结构控制模块都集成在同一芯片上，所述被驱动的LED矩阵设置在芯片外部；所述的芯片还设置有用来连接外部元件的接口，根据所述外部元件的参数设定被驱动的LED矩阵中单一 LED串联电路上的电流大小，以及调整所述不同电压范围的临界值。
9.一种随输入电压改变串并联结构的LED驱动装置的工作方法，所述LED驱动装置用于驱动LED矩阵，其特征在于:包括以下步骤， 步骤一、采集电源输入电压，将其与预设的不同电压范围的临界值进行比较，并根据比较结果输出对应的控制信号； 步骤二、根据不同的控制信号驱动LED矩阵中所有的LED以不同的串并联结构导通，当输入电压位于最低电压范围时，控制LED矩阵中所有的LED以最多路并联的方式导通；当输入电压位于最高电压范围时，控制LED矩阵中所有的LED以最少路并联以及最多路串联的方式导通；其中，所述LED的并联数随输入电压的升高而减少。
10.如权利要求9所述的工作方法，其特征在于:在所述步骤二中，控制流经被驱动的LED矩阵的总电流大小与LED矩阵中的并联路数成正比，并且流经单一串联LED路径上的电流保持在一恒流电流 范围。
全文摘要
一种随输入电压动态改变串并联结构的LED驱动装置，用于驱动LED矩阵，包括输入电压传感模块，将输入电压与预设的不同电压范围进行比较，并输出一个输入电压状态信号；一个电路串并联结构控制模块，根据输入电压状态信号输出对应的控制信号到开关组合以及可动态改变总电流大小的恒流源；一个可改变LED矩阵串并联结构的开关组合，根据不同的控制信号动态改变LED矩阵的串并联结构；一个可动态改变总电流大小的恒流源，根据不同的控制信号动态改变该恒流源的总电流大小配合开关组合使得在单一串联LED路径上的电流保持在一恒流电流范围。有效解决了LED灯具有亮区暗区的现象，进一步的降低了传统驱动在直流低压时LED灯具的频闪问题。
文档编号H05B37/02GK103167701SQ201310110690
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者黄世蔚 申请人:黄世蔚