Led灯丝稳功率组合驱动器的制造方法【专利摘要】本发明公开了LED灯丝稳功率组合驱动器，克服了一维LED灯丝驱动方案‘电压升LED亮数增、电压降LED亮数减’固有缺陷，按照供电网整流脉动直流电压瞬态值，适时调整LED灯丝电路串并联组合以确保导通发亮LED数量稳定：电压低时LED灯丝段调为少串联多并联、电压高则多串少并，动态切换LED灯丝段组合，自适应脉动电压变化，使导通发亮LED数量稳定，既降低LED灯照明工频闪烁，又不受供电网电压波动对LED灯发光亮度的影响，使基于市电网高压驱动技术的LED灯，能获得和保持良好稳定的照明效果。本发明优越之处在于：适应市电网供电各种环境，特别是远离中心地区的边远地区恶劣环境，以完善的技术和极低的成本，安全可靠地提供高效安全又稳定的照明效果。【专利说明】LED灯丝稳功率组合驱动器【【
技术领域：
】】[0001]本发明涉及一种LED照明电路驱动器，具体涉及一种LED灯丝稳功率组合驱动器。本发明属于节能环保半导体照明领域，亦属于微电子技术和集成电路设计应用领域。【【
背景技术：
】】[0002]发光二极管LED作为照明光源，具有高效节能、安全长寿等特点，逐渐得到广泛应用。为获得优质照明效果，电子线路方面已有诸多成熟设计方案。主流基于PWM脉宽调制技术的开关电源低电压直流驱动器系列产品，具有宽输入电压、稳定的输出特性和基本满足要求的使用寿命，以及集成多重保护措施，相对安全可靠；缺点是电子线路复杂、外围元器件多、体积很难做小，成本偏高，若技术上处理不好，还有EMI电磁辐射。[0003]市电网直接供电LED照明光源和灯具中，渐多采用高电压直接驱动方案，从完全无驱动器的LED照明电路:如两串反向并联LED灯丝，到配接整流桥的单串LED灯丝，甚或有用4段LED灯丝串组成‘发光整流桥’加上单串LED灯丝等的ACLED方案，都能提供一般照明功能。所述LED灯丝，如图1所示，是指由两个以上相同参数LED首尾相接串联构成的单一组件，其伏安特性是灯丝中所有LED伏安特性的线性叠加。图1中1-1符号代表‘直流LED灯丝’，1-2是其所表示>2个LED串联电路，1-3符号代表‘交流LED灯丝’，1-4是其所表示的电路，是由两段相同的直流LED灯丝反向并联而成。无驱动器LED照明电路简洁，但不易协调各种非稳态因素，过分简化导致光效低、易损坏，处理不好会有工频闪烁。[0004]近年来研制动态追逐电网电压的市电LED灯丝直驱电路，都是基于一路LED灯丝或若干段LED灯丝组成一路串联电路而实施控制的，都属于一维线性控制范畴，其原理和特点是:【I】整流脉动直流高压直接加载到LED灯丝(部分段落)上；【2】一路串联构成的LED灯丝，其导通部分LED总正向电压降与脉动直流电压值线性匹配，其余的LED处于截止状态；【3】导通LED数量与实时脉动直流电压数值匹配，即:脉动直流电压上升则导通LED总数量增加，脉动电压下降则导通LED总数量减少；【4】脉动直流电压数值V与导通LED个数η的关系大体为n=V/VFm，这里VFm是LED灯丝中所有LED正向电压Vf的统计期望值。控制电路还可根据脉动电压升降趋势，以适当的提前量，超前调整η数值，以求最佳效果。[0005]经过有限检索得知，采用市电网高压直接驱动技术方案的部分专利有:【1】美国《ReducedflickerACLEDlampwithseparatelyshortablesectionsofanLEDstring》，专利申请号:US20110227489A1;【2】中国《具有光切换阵列的光引擎》，专利申请号:201120343284.6；[3]中国《交流高压多段光源驱动装置》，专利申请号:201320021625.7，等；据了解还有台湾、韩国等国家和地区有类似专利申请。[0006]本文的讨论，都限于单灯单整串LED灯丝结构，单灯多整串LED灯丝原理相同，略。[0007]所述一维线性动态追逐电压LED灯丝直接驱动电路的形式有多种，最直观的是为LED灯丝中的每一个LED发光二极管配接一组电子开关，有多少LED就用多少组电子开关，一字排开逐个控制清清楚楚。显然如果这么做，则电路布线拥挤，成本高故障多，只能说说，实不可取。实际方案有:将整条LED灯丝分成若干段，各段串联LED数量优化确定，再将各段LED灯丝段优化排列组合，连接至开关，动态控制串联导通LED总数量；驱动电路IC内部电路优化，外部引线简化，这样做成本低效果好方可实用。[0008]在驱动电路控制单元中，有的方案设置适当位数二进制可逆计数器作为控制代码ROM地址发生器，该计数器输出地址码实时指向ROM特定单元，ROM输出各路开关控制信号电平，经缓冲级驱动相应电子开关，实时切换相应LED灯丝段进行串联组合并控制其导通状态，实现动态追逐脉动直流电压变化，使串联导通的LED数量得以与电压相匹配。[0009]用电子开关阵列切换各LED灯丝段串联组合与通断，用适当长短的LED灯丝段适应电压变化，实现电压高导通LED多、电压低导通LED少，这是一维控制方案的实质。例如AC220V应用，若整串灯丝LED总数100个，可分7段，各段LED数量分别是:1、2、4、8、16、32、37个，需专用7只电子开关，其最后一段LED数量由公式100-(1+2+4+8+16+32)=37确定，括号中是以二进制组合其余各段LED数量之和。但实际电路不精确控制到单个LEDVf变化，各段LED数量安排是lm、2m、4m、8m、16m、32m、R等，m为≥I的整数，R是整串灯丝LED总数减去二进制组合段LED数量的差数。当m=I且AC220V，就如上列所述；如果改变m=2则LED段数为6段，各段LED串联数量分别是2、4、8、16、32、38个，需6只电子开关；改111=4贝丨J5段，LED数分别是4、8、16、32、40个，需5只电子开关；若改m=8则4段，LED是8、16、32、44个，只需4只电子开关。显然m值增加，LED段数减少，电路变简单，但电流控制效果变得粗糙:阶梯电压跨度变大，流经LED灯丝的电流If变化率更大，这些如图4的中图4-2波形所示。折中的技术改进是增加电流调整器件如恒流二极管，或叫电流调整二极管CRD，其限流电流If波形如图4的4-3图所示，在导通段基本为恒定数值。增加CRD会牺牲一些用电效率，以换取电路简洁和控制平稳。[0010]作为电路实例，图2给出m=8的电路原理图，符号Vh为整流脉动直流高压，Vdd是电路IC内部电源提供给控制电路的电源，Gnd为地线，ADin是控制电路信号采样输入点，图3是加载在LED灯丝上电压波形示意图，DCV纵坐标旁边数值是脉动直流电压刻度，左边AC220V是正常电压波形，右边AC220V-30%是偏低电压波形；图4是电气波形分列示意图，4-1显示LED灯丝电压波形，4-2是电路不采取恒流措施时的LED电流波形，4_3是恒流波形，4-4是LED功率波形。结合下列表1可看出图2电路的动态追逐电压控制过程:从上向下是随着整流脉动电压从峰值下降，到地址1100为止达到过零变换点；反之从下向上则随电压上升直到峰值。不同电压段LED灯丝段有不同组合，流经LED灯丝段电流线路不同，表右‘电流路线代号’栏中仅列出几种组合的电流路线，图2右部虚线所示电流路径帮助分析。[0011]表1:[0012]【权利要求】1.一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:市电网交流高压直驱LED灯，其串联结构的单整串LED灯丝分成N段LED灯丝段，其中至少有一段或等效于一段LED灯丝段只连接到驱动电路IC引脚，而不连接其它LED灯丝段；驱动电路IC的驱动控制周期内至少有一段时间片段是提供2路或多路串联的LED灯丝段以并联方式工作、总导通电流加倍或增加至多倍；随着脉动直流电压高低变化，控制电路随时将这些LED灯丝段进行串联并联重新排列组合，使得LED灯中导通发亮的LED总数量，既不随脉动直流电压上升而大幅增加，也不随电压下降而大幅减少(过零转换阶段电压除外)，始终保持导通发亮的LED数量高于LED总数的70%的稳定状态；所述LED灯丝段数N为介于2和9的整数。2.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的驱动器集成电路IC有12或14只引脚，其中有8只引脚用于连接构成LED灯发光电路的四段LED灯丝段，各LED灯丝段的串联LED数量相等，且每段LED灯丝段两端仅与驱动器IC的2只引脚连接，各LED灯丝段之间相互不直接相连。3.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的驱动器集成电路IC有12或14只引脚，其中有9只引脚用于连接构成LED灯发光电路的五段LED灯丝段，这五段LED灯丝段中的三段LED灯丝段的串联LED数量相等，且各段LED灯丝段两端仅与驱动器IC的2只引脚连接，各LED灯丝段之间相互不直接相连，也不与剩下的两段LED灯丝段连接；剩下两段LED灯丝段首尾相接串联在一起，这两段LED灯丝段的LED数量之和与前三段中任意一段LED灯丝段中LED的数量相等，而串联组成的这两段LED灯丝段中LED数量比例大致为1:2，其三个接点与驱动IC的3只引脚连接，而不与前三段LED灯丝段的任何一段相连；在实施电路中，第一、第二、第三各段LED灯丝段串联LED数量等于其它两段串联LED数量之和的原则不变，各段实际串联LED数量细节可适当调整。4.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的集成电路IC有8只引脚，LED灯发光电路是四段LED灯丝段，每段串联LED数量相等；IC的8只引脚分为4对`，每对分别连接一段LED灯丝段两端，各段LED灯丝段仅与两只IC引脚连接而相互不直接相连；驱动电路地线Vss/Gnd和脉动高压地线共用IC腹部金属散热片，高电压Vh输入端与某段LED灯丝段正极共用IC一引脚。5.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的集成电路IC有8只引脚，构成LED灯的发光电路有四段LED灯丝段，各段LED数量不一:第一段LED灯丝段由占单串完整LED灯丝的LED总数一半的LED串联而成，其首尾两端连接到IC的两只引脚，不再与其它LED灯丝段连接；第二段LED灯丝段串联的LED数量是第一段的一半，第三段串联的LED是第二段的三分之二，剩下的LED串联构成第四段LED灯丝段；第二、第三、第四段LED灯丝段首尾相接串联成与第一段LED数量相等的LED灯丝段，其两端和中间的两个接点连接到IC的另外4只引脚；在实施电路中，第一段LED灯丝段串联LED数量等于其它三段串联LED数量之和的原则不变，各段实际串联LED数量细节可适当调整。6.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的集成电路IC有8只引脚，构成LED灯的发光电路有四段LED灯丝段，LED总数量是14N，在AC220V电网应用时，N=6或7，其余电网以此类比；各LED灯丝段串联的LED数量不一:第一段LED灯丝段由占单串完整LED灯丝的LED总数14N—半的7N颗LED串联而成，其首尾两端连接到IC的两只引脚，不再与其它LED灯丝段连接；第二段LED灯丝段串联4N颗LED，第三段串联2N颗LED，剩下的IN颗LED串联成第四段LED灯丝段；第二、第三、第四段LED灯丝段首尾相接串联成与第一段LED数量相等的LED灯丝段，其两端和中间的两个接点连接到IC的另外4只引脚；在实施电路中，第一段LED灯丝段串联LED数量等于其它三段串联LED数量之和的原则不变，各段实际串联LED数量细节可适当调整。7.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的集成电路IC有6只引脚，或是腹部带金属散热片的5引脚IC;构成LED灯发光电路有三段LED灯丝段，LED总数是6N，在AC220V电网应用时，N=16，其余电网类推；各1^0灯丝段串联的LED数量不一:第一段LED灯丝段由占单串完整LED灯丝LED总数6N—半的3N颗LED串联而成，其首尾两端连接到IC的两只引脚，不与其它LED灯丝段连接；第二段LED灯丝段串联2N颗LED，剩下IN颗LED串联成第三段LED灯丝段；第二、第三段LED灯丝段首尾相接串联成与第一段LED数量相等的LED灯丝段，其两端和中间的接点连接到IC的另外3只引脚；在实施电路中，第一段LED灯丝段串联LED数量等于其它两段串联LED数量之和的原则不变，各段实际串联LED数量细节可适当调整。8.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的集成电路封装成腹部带金属散热片的4只引脚1C，或5、6、8只引脚1C，驱动构成LED灯发光电路的2段串联LED数量相等且互不连接的LED灯丝段，电网脉动直流电压正极与其中一段LED灯丝段正极共用一只IC引脚，在4脚IC中电路地线和脉动直流电压负极连接到腹部金属散热片；在实施电路中，两段LED灯丝段互不连接且串联LED数量相等的原则不变，各LED灯丝段实际串联LED数量细节可调整。9.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的集成电路封装于8只引脚的IC封装中，例如S0P8、DIP-8、PSDIP-8等，其4只引脚连接驱动构成LED灯发光电路的2段LED灯丝段，这两段LED灯丝段串联LED数量相等，但两段LED灯丝段之间不直接连接；在实施电路中，两段LED灯丝段串联LED数量相等的原则不变，各LED灯丝段实际串联LED数量细节可调整；本驱动IC的另外3只引脚，可提供功率等级选项，以及接入功率微调器件。10.根据权利要求1的一种LED灯丝稳功率组合驱动器，其特征是:基于该驱动器原理制作的驱动1C，驱动构成LED灯照明电路的整串LED灯丝是被分割成N段由串联段数相同、逐段串联LED数量比例相同的LED灯丝串联组合段，这N段LED灯丝串联组合段之间互不连接，其两端和中间接点直接连到驱动电路IC引脚上；在交流电网周期中，有这N段LED灯丝串联组合段并联导通工作的阶段，也有其串联组合导通工作的阶段，这两个阶段都还可以细分成若干小阶段以提高效率、改善控制效果；N是介于2到4的整数。【文档编号】H05B37/02GK103533709SQ201310472699【公开日】2014年1月22日申请日期:2013年10月8日优先权日:2013年10月8日【发明者】吕大明申请人:吕大明