交流多段分区驱动式led光引擎及其驱动方法
【专利摘要】本发明涉及LED照明【技术领域】，尤其涉及一种交流多段分区驱动式LED光引擎及其驱动方法。本发明将拟驱动的若干LED灯珠分成n段LED灯组，并根据各段LED灯组中LED灯珠的规格确定各段LED灯组的导通电压，然后利用第一信号控制单元用于驱动所述n段LED灯组的交流电源的实时电压，并在电压达到所述n段LED灯组中功率最大的灯组的导通电压时导通该LED灯组，利用第二信号控制单元用于驱动所述n段LED灯组的交流电源的实时电压，并在电压达到所述n段LED灯组中的其他灯组中的某一灯组的导通电压时导通该LED灯组。本发明解决了现有技术中芯片制造水平不足导致的生产成本高，光效低的问题，大大提高了LED光引擎的光效。
【专利说明】交流多段分区驱动式LED光引擎及其驱动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED照明【技术领域】，尤其涉及一种交流多段分区驱动式LED光引擎及 其驱动方法。
【背景技术】
[0002] 现有的LED光源都由LED光源本身及交流驱动电源组成，而交流驱动电源的方案 无外乎两种：1、高压线性控制交流电源，2、开关式控制交流电源。开关式控制交流电源由 于电路复杂，元件繁多，成本高，故障率高、寿命短，成为制约开关式控制交流电源寿命的瓶 颈。而高压线性控制交流电源具有很多应用上的优势，如高功率、无高频辐射，体积小，由集 成1C取代交流驱动电源，简化了 LED光源的结构，已成为LED光源的交流电源的主要发展 方向。
[0003] 如果采用高压线性控制方案，LED的导通电压必须与其驱动电压相匹配，当采用 220V交流电源供电时，如果采用普通的3V左右的LED，则需要90个左右的LED灯珠，致使 LED灯体积庞大，使用不便，虽然降低了交流驱动电源的成本，但是LED光源本身的成本反 而增大了。为适应高压线性控制交流电源的驱动方案，芯片制造商纷纷研制高压LED的芯 片，但目前该项制造技术尚未成熟，芯片成本高，且LED芯片光效始终停留在lOOlm/w左右 的水平，而采用该LED芯片的LED光源整体光效几乎都在701m/w以下。因此，现有的LED 灯技术方案无法满足高功率、高光效的要求，有必要提出一种可实现高功率、高光效LED灯 的解决方案。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种交流多段分区驱动式LED光引擎及其驱 动方法，以解决现有技术中LED光引擎光效低的问题。本发明是这样实现的：
[0005] -种交流多段分区驱动式LED光引擎，包括交流电源、第一信号控制单元、第二信 号控制单元、η个恒流驱动单元、η个开关元件、η段LED灯组；其中，η彡2 ;
[0006] 所述η段LED灯组中，第i段LED灯组通过第i开关元件与第i恒流驱动单元连 接，其中1彡i彡η ;功率最大的LED灯组所对应的恒流驱动单元与所述第一信号控制单元 连接，其他LED灯组所对应的恒流驱动单元共同与所述第二信号控制单元连接；
[0007] 所述交流电源与所述η段LED灯组连接，用于为所述η段LED灯组供电；
[0008] 所述第一信号控制单元及所述第二信号控制单元与所述交流电源连接，分别用于 检测所述交流电源的实时电压，并在所述实时电压达到各自对应的LED灯组中某个LED灯 组的导通电压时，通过该LED灯组所对应的恒流驱动单元控制相应的开关元件导通，使该 LED灯组发光。
[0009] 进一步地，所述η段LED灯组中，功率最大的LED灯组由若干LED子灯组并联构成； 所述LED子灯组包括若干串联的LED灯珠。
[0010] 进一步地，所述开关元件为mos管。
[0011] 一种交流多段分区驱动式LED光引擎的驱动方法，包括如下步骤：
[0012] 将拟驱动的若干LED灯珠分成η段LED灯组，并根据各段LED灯组中LED灯珠的 规格确定各段LED灯组的导通电压；
[0013] 第一信号控制单元用于驱动所述η段LED灯组的交流电源的实时电压，并在电压 达到所述η段LED灯组中功率最大的灯组的导通电压时导通该LED灯组；第二信号控制单 元用于驱动所述η段LED灯组的交流电源的实时电压，并在电压达到所述η段LED灯组中 的其他灯组中的某一灯组的导通电压时导通该LED灯组。
[0014] 进一步地，所述η段LED灯组中，功率最大的LED灯组通过将若干LED子灯组并联 的方式构成，所述LED子灯组通过将若干LED灯珠串联的方式构成。
[0015] 进一步地，所述信号控制单元通过mos管导通所述LED灯组。
[0016] 与现有技术相比，本发明提供的交流多段分区驱动式LED光引擎及其驱动方法， 将需要驱动的LED灯珠分成若干LED灯组分段依次驱动，并对其中功率最大的LED灯组采 用单一的信号控制单元单独驱动，对其他LED灯组采用另一信号控制单元驱动，解决了现 有技术中芯片制造水平不足导致的生产成本高，光效低的问题，大大提高了 LED光引擎的 光效。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1 :现有技术所米用的技术方案中LED光引擎的电压与时间的关系图一；
[0018] 图2 :现有技术所采用的技术方案中LED光引擎的电压与时间的关系图二；
[0019] 图3 :本发明实施例提供的交流四段分区驱动式LED光引擎的工作原理示意图；
[0020] 图4 :本发明实施例提供的交流多段分区驱动式LED光引擎结构示意图；
[0021] 图5 :本发明实施例提供的交流多段分区驱动式LED光引擎的驱动流程示意图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0023] 图1及图2为现有技术中所采用的光引擎技术方案，该技术方案没有进行分段式 驱动，而是一次性驱动光引擎中的所有LED。图1及图2中阴影矩形区域为导通区域，剩余 的空白区域为无功功耗区。从图1及图2可知，如果不采用多段分区驱动式的驱动方案，不 管将导通电压设置在什么位置，由于交流电的正弦波形的原因，都将会出现较大的无功功 耗区，从而导致光引擎光效低下的问题。
[0024] 鉴于现有技术的上述不足，本发明提供了一种交流多段分区驱动式的LED光引擎 及其驱动方法。图4为本发明实施例提供的交流多段分区驱动式LED光引擎结构示意图。 根据图4所示，该交流多段分区驱动式LED光引擎包括：
[0025] 包括交流电源8、第一信号控制单元6、第二信号控制单元7、η个恒流驱动单元、η 个开关元件、η段LED灯组；
[0026] 第i段LED灯组通过第i开关元件与第i恒流驱动单元连接，其中1 < i < η。所 述η段LED灯组中，功率最大的LED灯组所对应的恒流驱动单元与第一信号控制单元6连 接，其他LED灯组所对应的恒流驱动单元共同与所述第二信号控制单元7连接；
[0027] 交流电源8与所述η段LED灯组连接，用于为所述η段LED灯组供电；
[0028] 第一信号控制单元6及第二信号控制单元7与交流电源8连接，分别用于检测交 流电源8的实时电压，并在所述实时电压达到各自对应的LED灯组中某个LED灯组的导通 电压时，通过该LED灯组所对应的恒流驱动单元控制相应的开关元件导通，使该LED灯组发 光。
[0029] 为便于描述，在附图4中，将上述η个恒流驱动单元分别用第一恒流驱动单元103、 第二恒流驱动单元203、第三恒流驱动单元303、……、以及第η-1恒流驱动单元503、第η恒 流驱动单元603表示，将上述的η个开关元件分别用第一开关元件102、第二开关元件202、 第三开关元件302、……、第η-1开关元件503、第η开关元件603表示，将上述的η段LED 灯组分别用第一段LED灯组101、第二段LED灯组201、第三段LED灯组301、……、第n_l 段LED灯组501、第η段LED灯组601表示。第一段LED灯组101通过第一开关元件102与 第一恒流驱动单元103连接，第二段LED灯组201通过第二开关元件202与第二恒流驱动单 元203连接，第三段LED灯组301通过第三开关元件302与第三恒流驱动单元303连接，第 四段LED灯组401通过第四开关元件402与第四恒流驱动单元403连接，以此类推，第η-1 段LED灯组501通过第η-1开关元件502与第η-1恒流驱动单元503连接，第η段LED灯 组601通过第η开关元件602与第η恒流驱动单元603连接。
[0030] 在此，假设第一段LED灯组101的功率最大，从第一段LED灯组101到第η段LED 灯组601，功率逐渐降低。第一恒流驱动单元103与第一信号控制单元6连接，第二恒流驱 动单元203至第η恒流驱动单元603共同与第二信号控制单元7连接。
[0031] 由于第一段LED灯组101的功率最大，因此采用单独的第一信号控制单元6控制 第一段LED灯组101的发光，采用第二信号控制单元7控制其他段LED灯组的发光，比只采 用一个信号控制单元控制所有段LED灯组发光更有利于实现对LED灯组的准确控制。同 时，由于第一段LED灯组101的功率最大，其灯珠数量也是最多的，可将构成第一段LED灯 组101的各灯珠分成若干LED子灯组，每个子灯组包括若干串联的LED灯珠，然后将各子灯 组并联。通过这种方式可减少第一段LED灯组101中单个灯珠的电流，提高其光效。优选 Mos管作为上述各开关元件。在交流电源8与各段LED灯组之间还设置有桥式整流器。
[0032] 本发明还提供了一种交流多段分区驱动式LED光引擎的驱动方法，如图5所示，该 方法包括如下步骤：
[0033] 步骤S1 :将拟驱动的若干LED灯珠分成η段LED灯组，并根据各段LED灯组中LED 灯珠的规格确定各段LED灯组的导通电压；
[0034] 步骤S2 :信号控制单元用于驱动所述η段LED灯组的交流电源的实时电压，并在 所述实时电压达到所述η段LED灯组中某一 LED灯组的导通电压时导通该LED灯组；所述 η段LED灯组中，功率最大的LED灯组通过第一信号控制单元导通，其他LED灯组通过第二 信号控制单元导通。功率最大的LED灯组通过将若干LED子灯组并联的方式构成，所述LED 子灯组通过将若干LED灯珠串联的方式构成。信号控制单元通过mos管导通所述LED灯组。
[0035] 上述的交流多段分区驱动式LED光引擎及其驱动方法的技术方案中，η为大于或 等于2的任意自然数，现以η为4为例，对发明所提供的交流多段分区驱动式LED光引擎及 其驱动方法的技术原理及工作过程进行解释。
[0036] 图3为交流四段分区驱动式LED光引擎的工作原理示意图。vfl、vf2、vf3、vf4分 别为第一段LED灯组101、第二段LED灯组201、第三段LED灯组301、第四段LED灯组401 的导通电压。A、B、C、D四个阴影矩形区域分别为第一段LED灯组101、第二段LED灯组201、 第三段LED灯组301、第四段LED灯组401的导通区域。Al、A2、A3、A4及E区为无功功耗 区。第一段LED灯组101、第二段LED灯组201、第三段LED灯组301、第四段LED灯组401 是依次导通的。第一段LED灯组101最先导通，第四段LED灯组401最后导通。将该图与 图1及图2对比可看出。采用多段分区驱动式的驱动方案可使总的无功功耗区的比例大大 降低，且分段越多，总的无功功耗区占总功耗比例越低，光效越高。根据交流电的正弦曲线 特性可知，A区所对应的LED灯组导通占空比最高，由A区到D区，对应的LED灯组的导通 占空比逐渐变小，因此，由A区到D区，所对应的LED灯组的功率也配置为由大到小，才能使 光引擎的整体光效实现最高，因此，第一段LED灯组101到第四段LED灯组401的功率是依 次由大到小的。
[0037] 该LED光引擎的工作过程如下：
[0038] 第一信号控制单元6与第二信号控制单元7实时检测交流电源8的实时电压。第 一信号控制单元6检测到交流电源8的电压达到vfl时，通过第一恒流驱动单元103控制第 一开关元件102导通第一段LED灯组101。第二信号控制单元7检测到交流电源8的电压 达到vf2时，通过第二恒流驱动单元203控制第二开关元件202导通第二段LED灯组201， 检测到交流电源8的电压达到vf3时，通过第三恒流驱动单元303控制第三开关元件302导 通第三段LED灯组301，检测到交流电源8的电压达到vf4时，通过第四恒流驱动单元403 控制第四开关元件402导通第四段LED灯组401。
[0039] 功率最大的第一段LED灯组101可通过采用两种方式实现大功率。第一是采用大 功率的LED灯珠，第二是采用较多数量的小功率LED灯珠。由于大功率LED灯珠制造技术 不完善，因此成本较高。本实施例中选择采用较多数量的小功率LED灯珠组合以实现大功 率。由于采用小功率的LED灯珠，单个LED灯珠的功率较小，所需要的电流较小，因此将构 成第一段LED灯组101的各LED灯珠分成若干子灯组，各子灯组又由若干LED灯珠串联构 成，最后将各子灯组并联而形成第一段LED灯组101。这里，不仅仅是第一段LED灯组101 可采用这样的方式构成，第二段LED灯组201至第四段LED灯组401都可以根据需要采用 这种方式构成，只是配置的子灯组以及每个子灯组中所串联的LED灯珠数量不同而已。
[0040] 由于第一段LED灯组101功率最大，因此，设置了一个单独的第一信号控制单元6 控制其发光，用第二信号控制单元7控制其余LED灯组的发光。在第一信号控制单元6及 第二信号控制单元7中分别设置有第一电压检测单元及第二电压检测单元，用于检测交流 电源8的电压。
[0041] 以η为4为例的交流四段分区驱动式LED光引擎的驱动方法如下：
[0042] 将拟驱动的若干LED灯珠分成4个LED灯组，并根据各LED灯组中LED灯珠的规 格确定各LED灯组的导通电压；
[0043] 第一信号控制单元用于驱动该4个LED灯组的交流电源的实时电压，并在电压达 到该4个LED灯组中功率最大的灯组的导通电压时导通该LED灯组；
[0044] 第二信号控制单元用于驱动该4个LED灯组的交流电源的实时电压，并在电压达 到该4个LED灯组中的其他灯组中的某一灯组的导通电压时导通该LED灯组。该4个LED 灯组中，功率最大的LED灯组通过将若干LED子灯组并联的方式构成，所述LED子灯组通过 将若干LED灯珠串联的方式构成。第一信号控制单元及第二信号控制单元通过mos管导通 所述LED灯组。
[〇〇45] 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. 一种交流多段分区驱动式LED光引擎，其特征在于，包括交流电源、第一信号控制单 元、第二信号控制单元、η个恒流驱动单元、η个开关元件、η段LED灯组；其中，η彡2 ; 所述η段LED灯组中，第i段LED灯组通过第i开关元件与第i恒流驱动单元连接，其 中1彡i彡η ;功率最大的LED灯组所对应的恒流驱动单元与所述第一信号控制单元连接， 其他LED灯组所对应的恒流驱动单元共同与所述第二信号控制单元连接； 所述交流电源与所述η段LED灯组连接，用于为所述η段LED灯组供电； 所述第一信号控制单元及所述第二信号控制单元与所述交流电源连接，分别用于检测 所述交流电源的实时电压，并在所述实时电压达到各自对应的LED灯组中某个LED灯组的 导通电压时，通过该LED灯组所对应的恒流驱动单元控制相应的开关元件导通，使该LED灯 组发光。
2. 如权利要求1所述的交流多段分区驱动式LED光引擎，其特征在于，所述η段LED灯 组中，功率最大的LED灯组由若干LED子灯组并联构成；所述LED子灯组包括若干串联的 LED灯珠。
3. 如权利要求1所述的交流多段分区驱动式LED光引擎，其特征在于，所述开关元件为 mos 管。
4. 一种交流多段分区驱动式LED光引擎的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤： 将拟驱动的若干LED灯珠分成η段LED灯组，并根据各段LED灯组中LED灯珠的规格 确定各段LED灯组的导通电压； 第一信号控制单元用于驱动所述η段LED灯组的交流电源的实时电压，并在电压达到 所述η段LED灯组中功率最大的灯组的导通电压时导通该LED灯组；第二信号控制单元用 于驱动所述η段LED灯组的交流电源的实时电压，并在电压达到所述η段LED灯组中的其 他灯组中的某一灯组的导通电压时导通该LED灯组。
5. 如权利要求4所述的交流多段分区驱动式LED光引擎的驱动方法，其特征在于，所述 η段LED灯组中，功率最大的LED灯组通过将若干LED子灯组并联的方式构成，所述LED子 灯组通过将若干LED灯珠串联的方式构成。
6. 如权利要求4所述的交流多段分区驱动式LED光引擎的驱动方法，其特征在于，所述 信号控制单元通过mos管导通所述LED灯组。
【文档编号】H05B37/02GK104066248SQ201410298628
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】严伯勤 申请人:深圳普益照明科技有限公司