专利名称：分段变换投入的交流供电led光源驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体照明应用技术，特别是涉及一种可以模块化的交流电源直接供电的LED光源驱动电路。背景技术：
半导体照明灯具由于具有发光效率高、节电效果明显、寿命长、无污 染、抗震动等显著优点，已日益受到世界各国的重视，有望在不久的将来取代传统的各种照 明灯具。但是这种灯具通常都采用直流驱动电源供电，在灯具内必需安装将交流电变为直 流电的恒流驱动电源，尽管开关式恒流源效率较高，但用于驱动LED灯具时电能利用效率 降低10%左右；此外由于开关电源中常用的电解电容器的使用寿命一般都低于10000小 时，虽然LED光源的寿命可达5 7万小时，但是电源电路损坏后，灯具即不能使用，需要购 置新的灯具，形成目前的节能灯具节能不省钱的尴尬局面，不经济，严重影响其推广使用。为了解决这一问题，申请号为200710172585. 0(公开号为CN 101137261A)、发明 名称为《用于驱动LED的装置以及方法》发明专利申请公开了一种结构比较简单并且功率 效率高的交流电源驱动式LED点亮装置。将对交流电源进行整流后的信号的电压(整流电 压)与规定的基准电压进行比较，根据其比较结果控制流入LED阵列中的各LED的驱动电 流的导通和截止。根据该结构，当交流电源电压大时能使更多数目的LED点亮，当交流电压 小时使更少数目的LED点亮，由此可提高LED点亮装置的功率效率。图13为前述专利申请 分段点亮控制法驱动LED灯的电源效率和LED效率之间的关系图，图中曲线显示了电源效 率和LED效率之间的关系，由图可以看出，LED的数量越多，电源的效率越高，但是LED的利 用率越低，特别是当在电源电压为标准220V条件下，按电源效率95%设计的LED数量，在电 源电压为190V时，将有部分LED不亮，当电压为270V时电源的效率会降低到80%，而电流 源上消耗的功率将增加6 7倍。图14为前述专利申请整流全桥输入电压在190V-270V变化时LED消耗功率与电 流源消耗的功率曲线图，图中曲线104表示LED消耗功率，105表示电流源消耗功率，一方 面是价格昂贵的LED灯，另一方面是宝贵的能源，要提高能源利用率，必须牺牲LED灯，进 一步分析，可以得出这样的结论即该申请的技术方案是无法从根本上解决电能利用率和 LED发光二极管利用效率的问题的，另外采用传统的无源恒流电流源电路，它的输入电压与 通过电流虽然可以使电流基本保持在设定范围内，但当两端电压过高时，流过的电流也会 随电压升高而稍微升高，当电源电压由190V—270V范围变化时，通过LED的平均电流会随 电压升高而升高，恒流源上的功率消耗则随电压升高而成倍增加，会造成电源效率下降。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出一种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电 路，通过电压调节电路合理控制LED发光二极管的并联与串联，使得通过发光二极管的电 流控制在合理的范围内，彻底解决了电源利用率和LED发光二极管发光效率二者之间不可 调和的矛盾，并且可以据此组装生产出成本低、高效率、使用寿命长、便于大规模推广应用 的交流电源直接供电的LED照明灯。本发明所采用的技术方案
—种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，含有桥式整流电路(1)，压控 LED并联串联变换开关控制电路(2)，压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)，驱动 电路外接的一定数量组数的LED发光管组成的光源电路(4)，压控负温度系数可变的电流 开关控制电路(3)串联连接于桥式整流电路(1)的输出端，在外接光源电路(4)中每两组 LED发光管之间串联有二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)输入端连接桥 式整流电路的输出端，压控LED并联串联变换开关控制电路(2)的输出端控制连接光源电 路(4)中的各组LED发光管，所述的压控LED并联串联变换开关控制电路(2)根据桥式整 流电路(1)输出的电压在半个周期内将输入的电源电压根据外接LED的数量和组数划分为 不同的区域，根据区域多少和电压所在区域决定LED的串并联方式，实现多组LED发光二极 管之间并联与串联点亮方式的多次变换。
所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，通过压控负温度系数可变的 电流开关控制电路(3)，根据LED发光管的不同组合方式允许通过的不同电流，使其电子开 关对应工作在导通和关断两种状态，并使LED发光管通过的电流与LED灯具温度成反比；在 所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中，采用PNP型电子开关控制流入LED发光 二极管的电流，采用NPN型电子开关控制流出LED发光二极管的电流；在外接光源电路(4) 中每两组LED发光管之间串联的二极管内接于驱动电路内部，或者和LED发光管组串联外 接于驱动电路外部。所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，外接光源电路(4)包括A、B、 C三组LED发光二极管，相邻两组LED发光二极管之间各串联一个二极管，所述压控LED并 联串联变换开关控制电路⑵对应设有2个NPN型电子开关和2个PNP型电子开关，其中 第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极连接在A组LED发光二极管和第一个二极管(D2)的连 接节点处，第二个NPN型电子开关(N2)的漏极连接在B组LED发光二极管和第二个二极管 (D3)的连接节点处，两个NPN型电子开关的源极连接电流开关控制电路中电流调节器(N4) 的输入端和整个光源电路负极的连接点处，两个NPN型电子开关分别受控连接压控LED并 联串联变换开关控制电路⑵中第二个比较器(B2)、第三个比较器(B3)的输出端，压控 LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有 LED发光二极管两等分的中间点的二极管的负极，其漏极与第一组LED发光二极管的输入 端连接，栅极连接第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极，第二个PNP型电子开关(P2)的源极 连接在C组LED发光二极管正极与第二个二极管(D3)负极的连接点，第二个PNP型电子开 关(P2)的漏极连接LED发光二极管组的电源正极输入端，第二个PNP型电子开关(P2)的 栅极连接一个NPN型控制三集管(Ql)的集电极，所述控制三集管(Ql)的发射极接地，其控 制基极连接第一个电压比较器(Bi)的输出端。所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，外接光源电路(4)包括A、B、 C三组LED发光二极管，相邻两组LED发光二极管之间各串联一个二极管，所述压控LED并 联串联变换开关控制电路⑵对应设有2个NPN型电子开关和1个PNP型电子开关，其中 第一个NPN型电子开关的漏极连接在A组LED发光二极管和第一个二极管的连接节点处， 第二个NPN型电子开关的漏极连接在B组LED发光二极管和第二个二极管的连接节点处， 两个NPN型电子开关的源极与压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)中电流调节 器(N4)的漏极相连，两个NPN型电子开关的栅极分别受控连接压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个比较器(Bi)和第二个比较器(B2)的输出端，所述PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的二极管的负极，其漏极连接LED发 光二极管组的电源输入端，其栅极通过电阻耦合连接第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极。所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，外接光源电路(4)包括A、B、 C、D四组LED发光二极管，相邻两组LED发光二极管之间各串联一个二极管，所述压控LED 并联串联变换开关控制电路⑵对应设有3个NPN型电子开关和3个PNP型电子开关，其 中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极通过二极管连接在A组LED发光二极管和第一个二 极管(D2)的连接节点处，此节点通过一反相二极管(D7)与C组LED发光管的负极端相连， 第二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过二极管连接在B组LED发光二极管和第二个二极 管(D3)的连接节点处，第三个NPN型电子开关(N3)的漏极连接在C组LED发光二极管和 第三个二极管(D3)的连接节点处，三个NPN型电子开关的源极与LED发光管组负极端和压 控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)中电流调节器(N4)的漏极相连，三个NPN型电 子开关的栅极分别受控连接压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中各比较器(B1、B2、 B3)，压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个PNP型电子开关(Pl)的漏极连接 在将所有LED发光管两等分的中间点的二极管(D2)的负极，第二个PNP型电子开关(P2) 的漏极直接或通过二极管连接在将所有LED发光管四等分的另外两个二极管(DpD3)的负 极，第一个、第二个PNP型电子开关的源极与A组LED发光管的正极输入端连接后与全桥的 正输出端相连，第三个PNP型电子开关(P3)的漏极连接在D组LED发光管与第三个二极管 (D3)负极的连接点，其源极连接C组LED发光管与第二个二极管(D2)负极的连接点，三个 PNP型电子开关的栅极分别通过耦合电阻连接第二个NPN型电子开关、第一个NPN型电子开 关、第三个NPN型电子开关的漏极。所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，外接光源电路(4)包括A、B、 C、D四组LED发光二极管，所述LED分段点亮控制开关电路(2)对应设有3个NPN型电子 开关和2个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开(Ni)的漏极通过二极管连接在A组 LED发光二极管和第一个二极管(D1)的连接节点处，此节点通过一反相二极管与C组LED 发光管的负极端相连，第二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过二极管连接在B组LED发光 二极管和第二个二极管(D2)的连接节点处，第三个NPN型电子开关(N3)的漏极连接在C组 LED发光二极管和第三个二极管的连接节点处，三个NPN型电子开关的源极与LED发光管组 的负极和压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)中电流调节器(N4)的漏极相连，其 栅极分别连接三个比较器的输出端，第一个PNP型电子开关(Pl)的漏极连接在将所有LED 发光管两等分的中间点的第二个二极管的负极，第二个PNP型电子开关的漏极直接或通过 二极管连接在将所有LED发光管四等分的另外两个二极管(DpD3)的负极，二个PNP型电子 开关的源极与A组LED发光管的正极输入端连接后与全桥的正输出端相连，二个PNP型电 子开关分别受控连接第一个和第二个比较器，两个PNP型电子开关的栅极分别通过耦合电 阻连接第二个NPN型电子开关、第一个NPN型电子开关的漏极。所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，电压比较器可以采用集成电 路运算放大器，各个比较器的正、反相输入端通过匹配分压电路分别连接一个基准电压和 取样电压输入信号；所述电压比较器或者采用分立元件组成。所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，所述压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)，包括负温度系数的热敏电阻RT、电压比较器(B4)及由其控制的电 流调节器即一个NPN型电子开关(N4)、负温度系数的热敏电阻RT—端与控制电源的负极相 连，另一端通过一个电阻(R6)连接控制电源的正极，热敏电阻RT和电阻(R6)的接点通过一 个反相二极管(D4)接入电压比较器(B4)正相输入端，电压比较器(B4)正相输入端一路通 过电阻(R12)与控制电源的正极相连，二路通过一电阻(R11)与控制电源的负极相连，三路通 过一电阻(Rltl)与第二比较器输出端相连，所述电压比较器(B4)的反相输入端一路通过一 电阻(R13)与电流检测电阻(R14)及电流调节器(N4)的漏极连接点相连，另一路通过一限流 电阻(R15)和一稳压二极管(DW2)与LED发光二极管组负极输出端和电流调节器的连接节 点相连，所述电压比较器(B4)的输出端控制连接电流调节器的栅极。所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，由N组串联的LED发光二极 管与N-I个二极管间隔串联组成光源电路(4)，每相邻的两组LED发光二极管之间串联一个 二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有小于N个的NPN电子开关 和3个、2个或1个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极通过二极管 连接在第一组LED发光二极管和第一个二极管的连接节点处，第二个NPN型电子开关(N2) 的漏极通过二极管连接在第二组LED发光二极管和第二个二极管的连接节点处…，以此类 推，第N-I个NPN型电子开关(Nn-I)的漏极连接在第N组LED发光二极管和第N-I个二极 管的连接节点处，所有NPN型电子开关的源极与压控负温度系数可变的电流开关控制电路 (3)中电流调节器的源极相连，所有NPN型电子开关的栅极分别连接第一个、第二个、…、 第N-I个比较器(B1、B2、…、Bn-1)的输出端，第一个PNP型电子开关(Pl)的源极连接在 将所有LED发光管两等分的中间点的二极管的负极，第二个PNP型电子开关(P2)的源极直 接或通过二极管连接在将所有LED发光管四等分的另外两个分节点的二极管的负极，第一 个、第二个PNP型电子开关的源极与第一组LED发光管的输入端连接后与全桥的正输出端 相连，第三个PNP型电子开关(P3)的漏极连接在将所有LED发光管四等分的第四个接点处 的LED发光二极管组的正极输入处，其源极连接在将所有LED发光管四等分的第三个接点 处的LED发光二极管的正极输入处，三个PNP型电子开关的栅极分别受控连接各比较器，所 有各比较器的正、反相输入端分别连接一个基准电压和取样电压输入信号；其中，N为大于 1自然数。一种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，含有桥式整流电路⑴，电流调 节电路(3)以及LED分段点亮控制开关电路(2)，所述桥式整流电路输入端连接交流电源， 电流调节电路(3)中电流调节器的电流输出端连接桥式整流电路的负极输出端，电流调节 器的输入端与桥式整流电路的正极输出端之间设有连接N组LED发光二极管的连接节点， 电流调节器和被分成N组的LED发光二极管组成的光源电路(4)串联在整流电路的正、负 极输出端构成主回路，所述LED分段点亮控制开关电路(2)对应设有N-I个电子开关，其中 第一个电子开关的漏极连接在第一组LED发光二极管和第二组LED发光二极管的连接节点 处，第二个电子开关的漏极连接在第二组LED发光二极管和第三组LED发光二极管的连接 节点处，……，第N-I个电子开关的漏极连接在第N-I组LED发光二极管和第N组LED发 光二极管的连接节点处，所有电子开关的源极连接整流电源的负极，各个电子开关的栅极 分别连接一个比较器的输出端，各个比较器的正、反相输入端分别连接一个基准电压和取 样电压输入信号；电流调节器的输出端与桥式整流电路的负极输出端之间连接的LED发光二极管的组数N为2 9的自然数，LED发光二极管的总数为M个，M为40 110的自然数。本发明的有益积极效果1、本发明分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，采用合理的串并联电路使得电压低时，LED发光管并联，电压高时LED串联并分段投入的方式，使得所有LED发光管 的工作时间基本相同，寿命一致，提高了电源利用率。采用负温度系数电流调节电路串联在 LED灯主回路中，通过合理控制LED发光二极管的数量和组数，使得通过发光二极管的电流 控制在合理的范围内，保证了 LED发光二极管稳定工作状态，延长了照明灯的使用寿命，解 决了 LED发光二极管发光效率、电源利用率二者之间不可调和的矛盾。2、本发明分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，电源模块只有整流电路而 不用电容，特别是不使用寿命较短的大容量的电解电容，使用中对电网的冲击干扰小，尤其 是，电流调节电路保证了通过LED光源照明灯的电流不会随电压升高和降低而变动，因此 大大是提高了 LED照明灯及电源模块的使用寿命，使得驱动电路模块的使用寿命可与LED 发光二极管的使用寿命相当。3、本发明分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路中，压控负温度系数可变的 电流开关控制电路采用电子开关作为限流器，当光源电路中流过电流小于规定值时为通 路，当光源电路中流过电流达到规定值时立即关闭。关闭后当电压不太大时成间断导通，当 电压高到一定值时彻底关闭。工作过程中产生的热量很小，电源转换效率可高达99%以上。 同时在LED光源驱动电路的散热器上安装的负温度系数热敏电阻RT，可以使得当温度达到 一定值时，能够减少LED发光管通过的电流，使温度控制在合理范围之内，使LED得光衰减 慢。
四
图1 本发明交流供电LED光源驱动电路原理图之一(以3组LED发光二极管与2 个NPN型电子开关和两个PNP型电子开关为例)图2 本发明交流供电LED光源驱动电路原理图之二(以3组LED发光二极管与2 个NPN型电子开关和一个PNP型电子开关为例)图3 本发明交流供电LED光源驱动电路原理图之三(以4组LED发光二极管与3 个NPN型电子开关和3个PNP型电子开关为例)图4 本发明交流供电LED光源驱动电路原理图之四(以4组LED发光二极管与3 个NPN型电子开关和2个PNP型电子开关为例)图5 本发明交流供电LED光源驱动电路原理图之五(以N组LED发光二极管与 小于N个的NPN型电子开关和1-4个PNP型电子开关为例)图6 本发明交流供电LED光源驱动电路原理图之六(含有3组LED发光二极管 与2个NPN型电子开关和0个PNP型电子开关)图7 本发明交流供电LED光源驱动电路原理图之七(含有N组LED发光二极管 与小于N个的NPN型电子开关和0个PNP型电子开关)图8 实施例一的交流供电LED光源驱动电路集成或模块化的电路9 实施例二的交流供电LED光源驱动电路集成或模块化的电路图
图10 实施例三的交流供电LED光源驱动电路集成或模块化的电路11 压控负温度系数可变的电流开关控制电路控制3组LED发光二极管在不同 电压情况下的电流曲线12 图1所示交流供电LED光源驱动电路采用分离元件电阻、稳压管和三集管 组成的无源电压比较器替代有源比较器的电路图(串联在光源电路中的二极管内置)图13 现有技术LED光源电路采用传统恒流源输入电压在190V-270V变化时LED 消耗功率与电流源消耗的功率曲线14 现有技术LED光源电路采用传统恒流源LED发光二极管的数量与电源的效 率关系15-1、15-2、15-3、15_4 分别为实施例一在电压不同时具体分段工作的等效电 路图16-1、16-2、16-3 分别为实施例二在电压不同时具体分段工作的等效电路图17-1、17-2、17-3、17_4 分别为实施例二在电压不同时具体分段工作的等效电 路图17-5 实施例一、实施例三中工作电压分段示意18-1、18-2、18-3、18-4 分别为实施例四在电压不同时具体分段工作的等效电 路图19 分离元件组成的无源电压比较器原理图 五具体实施例方式实施例一参见图1，本实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路，含有桥式整流电路1，压控LED并联串联变换开关控制电路2，压控负温度系数可变的电流开关控 制电路3，桥式整流电路输入端连接交流电源，桥式整流电路正输出端到负输出端间分别连 接有A、B、C三组串联的LED发光二极管与2个二极管间隔串联组成光源电路4，A组LED 发光二极管的数量是B、C两组LED发光二极管数量的和，B、C两组LED发光二极管数量相 同。光源电路4与电流开关控制电路3串联后和压控LED并联串联变换开关控制电路2并 联。本实施例中压控LED并联串联变换开关控制电路2对应设有2个NPN型电子开关和2 个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开关m的源极连接在A组LED发光二极管和二 极管D2的连接节点，第二个NPN型电子开关N2的源极连接在B组LED发光二极管和二极 管D3的连接节点处，两个NPN型电子开关的漏极连接电流开关控制电路3中电流调节器的 输入端与整个光源电路负极的连接点处，其栅极分别连接一个比较器的输出端，第一个PNP 型电子开关Pl的源极连接在将所有LED发光管两等分的二极管D2的负极，第二个PNP型 电子开关P2的源极连接在C组LED发光二极管与第二个二极管D3的连接点处，第二个PNP 型电子开关P2的漏极连接LED发光二极管组的电源正极输入端，第二个PNP型电子开关P2 的栅极连接一个NPN型控制三集管Ql的集电极，所述控制三集管Ql的发射极接地，其控制 基极连接第一个电压比较器Bl的输出端。三集管Ql和电子开关N2的输出端分别控制连 接两个PNP型电子开关的栅极，比较器B2的输出通过二极管D6与比较器B3的反相输入端 连接。220V交流电通过桥式整流电路整流为峰值电压为311V、IOOHz的脉冲直流电，其起点电压为零，此时比较器B1、B2为高电平输出B3为低电平输出，B1、B2高电平通过Rltl使得限流比较器B4控制的电流调节开关N4允许流过的电流加大，电子开关N1、Q1、P1、P2打 开，N2关断，A、B、C组LED发光二极管在二极管D2、D3及电子开关附、PI、P2的作用下成两 并联连接，具体通路为第一路从E流出的电流经A组LED发光二极管、二极管D8、电子开关 Nl到F点；第二路从E流出的电流经电子开关P2、C组LED发光二极管到F点，由于A组数 量是C组的两倍，两者并联等于A组不通，其等效电路如图15-1所示，当电压由O开始上升 到C组LED发光二极管导通的电压时，C组LED发光二极管发亮，电压继续升高，流过C组 的LED的电流由小到大，对于20个串联的LED发光二极管，点亮电压为55V，到标准电流时 需电压64V，到2倍标准电流时需电压80V，当电压到100V左右时比较器Bl输出低电平，B2 还是输出高电平，电子开关Ni、Pl打开，Ql、P2关断，A、B、C组LED发光二极管在二极管D2 及电子开关PUl的作用下成两并联连接，具体通路为第一路从E流出的电流经A组LED 发光二极管、二极管D8、电子开关m到F点；第二路从E流出的电流经电子开关P1、B、C两 组LED发光二极管到F点。其等效电路15-2所示，由于电压没变而LED发光二极管数量由 20个到40个突然增加，电流将由高突降到低，随着电压继续升高，电流将继续升高，当瞬间 电压升高到135V三组LED到正常电流，170V时大到限流器规定的最大值，电压继续升高限 流工作，当电压继续升高到180V左右时比较器B2输出低电平，B3输出高电平电子开关N2 导通，A、B、C三组LED发光二极管形成如图15-3所示等效电路，由于电压没变而LED发光 二极管数量突然增加，电流将由高突降到低，随着电压继续升高，电流将继续升高，当电压 继续升高到250V左右时比较器B3输出低电平，B3输出低电平电子开关N2关闭，A、B、C三 组LED发光二极管形成如图15-4所示等效电路，由于电压没变而LED发光二极管数量突然 增加，电流将由高突降到低，随着电压继续升高，电流将继续升高，直到达到峰值。图11示 出了不同电压情况下通过LED发光二极管的电流图。输入电压为1IOV时，由于比较器B3 永远为低电平，限流比较器B4的正输出端电压较大而不变，通过电流调节器N4的电流大， 当电流调节器N4流过的电流小于设定值时，捡流电阻R14两端电压小于限流比较器B4正 输入端电压，B4输出高电平，电流调节器N4导通，当瞬间电压升高到300V左右，电流调节 器N4流过的电流在R14上的电压达到限流比较器B4正输出端电压时，由于限流比较器B4、 电流调节器N4的作用不让电流继续增加，当电流调节器N4上的电压上升到超过稳压管DW2 的导通电压时，电流调节器N4关闭，电流调节器N4的关闭使得流过LED发光二极管的电流 为零，加在电流调节器N4上的电压继续升高，同时由于流过LED发光二极管的电流为零，电 阻R14与电流调节器N4的节点电压为零，加在电流调节器N4上的电压通过稳压管DW2、电阻 R15分压在R13上，当电流调节器N4上的电压较小时，电阻R13与R15节点上的电压小于比较 器B4正输入端的电压，电流调节器N4再次导通，N4导通后，节点电压又高于B4正输出端 电压，N4再次关闭，这样电流调节器N4就连续导通、关闭，当电流调节器N4上的电压较大 时，电阻R13与R15节点上的电压大于比较器B4正输入端的电压，电流调节器N4彻底关断。 当电压到达峰值回落到330V以上附近时，N4再次连续导通关闭，当电压小于300V时，N4导 通，电压继续回落又形成如图15-4所示等效电路，再回落形成如图15-3所示等效电路，再 回落形成如图15-2所示等效电路。当电压继续回落到IlOV以下时，比较器Bl输出又为高 电平，形成图15-1所示等效电路，电压在半个周期内比较器B1、B2、B3分别控制Q1、N1、N2、 PI、P2、N3的导通和关断，使得三组LED灯形成由C组亮到A组与B、C两组并联，再到A组与B组两串，再到A组、B组与C组三串，再到A组与B组两串，再到A组与B、C两组并联，再到C组亮的周期变化，在电源半个周期内A、B两组灯在电压大于IOOV范围点亮，点亮占 空比为0. 78，C组灯从50V到210V亮再到大于250的范围内亮，点亮占空比为0. 777从而 保证了三组LED发光二极管的亮度和寿命基本一致。由于N1、N2、N4工作在开关状态未在 放大区，因此整个电源消耗的功率很小，电源效率可达到99%以上。图11就是不同电压情况下通过电流调节器N4的电流曲线图，当输入电源电压 为120V时，比较器Bl始终为高电平，LED为两并联，R11上的电压始终较大，通过电子开关 N4(电流调节器)的电流就较大，当电源电压在220V左右时，比较器Bi、B2由高到低通过 电子开关N4的电流随电压和电路串并联变化，当电源电压在280V左右时比较器Bl、B2输 出电压由高到低，通过电子开关N4的电流随电压和电路串并联变化，在电压峰值附近彻底 关闭，形成无电流区，改变电阻R15、R13的比值可改变无电流区大小。使全时段通过LED发 光二极管的电流控制在规定范围内，随着LED发光二极管的工作，安装在LED光源上的散热 器温度升高，安装在散热器上的热敏电阻RT电阻下降，电阻RT上的电压降低，当温度达到 50度时，二极管D4导通，使限流比较器B4正输入端电压减小，通过LED发光二极管的电流 减少，使LED散热器的温度控制在合理范围之内。由于串联在LED光源电路中的二极管是实现本发明的关键，是将两组LED发光二 极管由串联变为并联的关键元件，因此为了叙述方便，前述描述中将二极管放在光源电路4 中，但在本发明驱动电路模块化和集成电路芯片生产中，可以不包括发光二极管，此时可以 将二极管放在串并变换电路2与桥式整流电路1中，与压控负温度系数可变的电流开关控 制电路3合并生产出LED光源灯驱动(电源)模块。本实施例的分段变换投入交流供电LED光源驱动电路，在具体实施时，图1中的集 成电路电压比较器可以采用如图19所示由分离元件构成。此时图1所示实施方式的原理 图可以表示为图12。由分离元件电阻H、稳压二极管DW1、三极管Ql构成的比较器，当输 出电源电压小于DW1W导通电压时，输出高电平，当输出电源电压大于DW1的导通电压时，输 出低电平。图8是本实施例集成电路化或模块化的电路图，在集成电路和模块化时，将光源 电路4中的二极管集成到芯片和模块中，以此组装的LED灯具具有外接线路少，功率调整简 单的优点。实施例二参见图2，图中标号同实施例一相同的代表意义相同，不重述。本实施 例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路，与实施例一不同的是，压控LED并联串联变换 开关控制电路2含有2个NPN型电子开关和一个PNP型电子开关。其工作原理与实施例一 基本相同，其工作过程的等效电路分别如图16-1、图16-2和图16-3)所示，LED发光二极管 中A、B两组流过电流相同，C组流过电流小于A、B两组但差别很小。图9是本实施例2集成电路化或模块化的电路图。实施例三参见图3，本实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路，与实施 例一不同的是，光源电路含有A、B、C、D四组LED发光二极管，每组LED发光二极管数量相 同。压控LED并联串联变换开关控制电路2含有3个NPN型电子开关和3个PNP型电子开 关。即将实施例一中A组LED发光二极管划等分为两组，分别增加一个NPN型和一个PNP 型电子开关，其工作原理基本与实施例一相同，其不同电压下电路工作等效电路分别如图17-1、图17-2、图17-3和图17_4所示。图17_1中，电源电压在0_1阶段范围内，限流器流 过电流最大；图17-2中，电源电压在1-2阶段范围内，限流器流过电流较大；图17-3中，电 源电压在2-3阶段范围内，限流器流过电流较小；图17-4中，电源电压在3-4阶段范围内， 限流器流过电流最小。同时由于电阻R12上多并联一个由比较器B2控制的电阻R28，因此在 比较器B1、B2同时为高电平时限流器通过的电流比实施例一中通过的最大电流要大。图10是本实施例集成电路化或模块化的电路图。
实施例四参见图4，本实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路，与实施 例三的不同之处是压控LED并联串联变换开关控制电路2含有3个NPN型电子开关和2 个PNP型电子开关。本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，工作原理与实 施例三基本相同，不同点是等效电路中LED发光二极管中A、B、C三组流过电流相同，D组流 过电流小于A、B、C三组，但差别很小。图18-1、18-2、18-3、18-4分别为本实施例中LED发 光二极管在电压不同时具体分段工作的等效电路。实施例五参见图5，本实施例分段变换投入交流供电LED光源驱动电路，与实施 例四的不同之处是在实施例四基础上将LED发光二极管划分更细，形成更多的发光二极 管组数，通过压控LED并联串联变换开关控制电路2，可将LED发光二极管实现8并到4并 到2并再到分多段投入，由于电路原理相同，在此就不一一叙述。实施例六参见图6，本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，与实 施例一或实施例二的不同之处在于压控LED并联串联变换开关控制电路2不含PNP型电 子开关，由于无P型电子开关电路不能使LED并联但可将LED分段3段投入。实施例七参见图7，本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，LED发 光二极管分为N组且控制电路无PNP型电子开关，由于无P型电子开关电路不能使LED并 联但可将LED分N段投入。电流调节器和被分成N组的LED发光二极管组成的光源电路4串联在整流电路的 正、负极输出端构成主回路，所述LED分段点亮控制开关电路2对应设有N-I个电子开关， 其中第一个电子开关的漏极连接在第一组LED发光二极管和第二组LED发光二极管的连 接节点处，第二个电子开关的漏极连接在第二组LED发光二极管和第三组LED发光二极管 的连接节点处，……，第N-I个电子开关的漏极连接在第N-I组LED发光二极管和第N组 LED发光二极管的连接节点处，所有电子开关的源极连接整流电源的负极，各个电子开关的 栅极分别连接一个比较器的输出端，各个比较器的正、反相输入端分别连接一个基准电压 和取样电压输入信号；电流调节器的输出端与桥式整流电路的负极输出端之间连接的LED 发光二极管的组数N为2 9的自然数，LED发光二极管的总数为M个，M为40 110的自 然数。实施例八本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，由N组串联的 LED发光二极管与N-I个二极管间隔串联组成光源电路4，每相邻的两组LED发光二极管之 间串联一个二极管，压控LED并联串联变换开关控制电路2对应设有小于N个的NPN电子开 关和3个、2个或1个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开关附的漏极通过二极管连 接在第一组LED发光二极管和第一个二极管的连接节点处，第二个NPN型电子开关N2的漏 极通过二极管连接在第二组LED发光二极管和第二个二极管的连接节点处，…，以此类推， 第N-I个NPN型电子开关Nn-I的漏极连接在第N组LED发光二极管和第N-I个二极管的连接节点处，所有NPN型电子开关的源极与压控负温度系数可变的电流开关控制电路3中电 流调节器的源极相连，所有NPN型电子开关的栅极分别连接第一个、第二个、…、第N-I个 比较器B1、B2、…、Bn-I的输出端，第一个PNP型电子开关Pl的源极连接在将所有LED发 光管两等分的中间点的二极管的负极，第二个PNP型电子开关P2的源极直接或通过二极管 连接在将所有LED发光管四等分的另外两个分节点的二极管的负极，第一个、第二个PNP型 电子开关的源极与第一组LED发光管的输入端连接后与全桥的正输出端相连，第三个PNP 型电子开关P3的漏极连接在将所有LED发光管四等分的第四个接点处的LED发光二极管 组的正极输入处，其源极连接在将所有LED发光管四等分的第三个接点处的LED发光二极 管的正极输入处，三个PNP型电子开关的栅极分别受控连接各比较器，所有各比较器的正、 反相输入端分别连接一个基准电压和取样电压输入信号；其中，N为大于1自然数。实施例九本实施例分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，含有桥式整流 电路，压控LED并联串联变换开关控制电路，压控负温度系数可变的电流开关控制电路，驱 动电路外接的一定数量组数的LED发光管组成的光源电路和压控负温度系数可变的电流 开关控制电路串联连接于桥式整流电路的输出端，在外接光源电路中每两组可并联的LED 发光管之间串联有二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路输入端连接桥式整流 电路的输出端，压控LED并联串联变换开关控制电路的输出端控制连接光源电路中的各组 LED发光管，所述的压控LED并联串联变换开关控制电路根据桥式整流电路输出的电压在 半个周期内将输入的电源电压根据外接LED的数量和组数划分为不同的区域，根据区域多 少和电压所在区域决定LED的串并联方式，实现多组LED发光二极管之间并联与串联点亮 方式的多次变换。通过压控负温度系数可变的电流开关控制电路，根据LED发光管的不同组合方式 允许通过的不同电流，使其电子开关对应工作在导通和关断两种状态，并使LED发光管通 过的电流与LED灯具温度成反比；在所述压控LED并联串联变换开关控制电路中，采用PNP 型电子开关控制流入LED发光二极管的电流，采用NPN型电子开关控制流出LED发光二极 管的电流；在外接光源电路中每两组可并联的LED发光管之间串联的二极管内接于驱动电 路内部，或者和LED发光管组串联外接于驱动电路外部。上述各实施例中的电压比较器可以采用如图19所示的另一种分离元件组成，当输入的电压小于稳压管DWl的导通电压时，比较器输出高电平，当输入的电压大于稳压管 Dffl的导通电压时，比较器输出低电平。图12为第一实施例用分离元件组成的比较器Bi、 B2、B3的原理图，其工作原理与第一实施例完全相同不再说明。图中的B4也可用分离元件 组成。
权利要求
一种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，含有桥式整流电路(1)，压控LED并联串联变换开关控制电路(2)，压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)，驱动电路外接的一定数量组数的LED发光管组成的光源电路(4)，压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)串联连接于桥式整流电路(1)的输出端，其特征是在外接光源电路(4)中每两组LED发光管之间串联有二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)输入端连接桥式整流电路的输出端，压控LED并联串联变换开关控制电路(2)的输出端控制连接光源电路(4)中的各组LED发光管，所述的压控LED并联串联变换开关控制电路(2)根据桥式整流电路(1)输出的电压在半个周期内将输入的电源电压根据外接LED的数量和组数划分为不同的区域，根据区域多少和电压所在区域决定LED的串并联方式，实现多组LED发光二极管之间并联与串联点亮方式的多次变换。
2.根据权利要求1所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，其特征是通 过压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)，根据LED发光管的不同组合方式允许通 过的不同电流，使其电子开关对应工作在导通和关断两种状态，并使LED发光管通过的电 流与LED灯具温度成反比；在所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中，采用PNP型 电子开关控制流入LED发光二极管的电流，采用NPN型电子开关控制流出LED发光二极管 的电流；在外接光源电路⑷中每两组LED发光管之间串联的二极管内接于驱动电路内部， 或者和LED发光管组串联外接于驱动电路外部。
3.根据权利要求2所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，其特征是夕卜 接光源电路(4)包括A、B、C三组LED发光二极管，相邻两组LED发光二极管之间各串联一 个二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有2个NPN型电子开关和2 个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极连接在A组LED发光二极管和 第一个二极管(D2)的连接节点处，第二个NPN型电子开关(N2)的漏极连接在B组LED发光 二极管和第二个二极管(D3)的连接节点处，两个NPN型电子开关的源极连接电流开关控制 电路中电流调节器(N4)的输入端和整个光源电路负极的连接点处，两个NPN型电子开关分 别受控连接压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第二个比较器(B2)、第三个比较器 (B3)的输出端，压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个PNP型电子开关(Pl)的 源极连接在将所有LED发光二极管两等分的中间点的二极管的负极，其漏极与第一组LED 发光二极管的输入端连接，栅极连接第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极，第二个PNP型电 子开关(P2)的源极连接在C组LED发光二极管正极与第二个二极管(D3)负极的连接点， 第二个PNP型电子开关(P2)的漏极连接LED发光二极管组的电源正极输入端，第二个PNP 型电子开关(P2)的栅极连接一个NPN型控制三集管(Ql)的集电极，所述控制三集管(Ql) 的发射极接地，其控制基极连接第一个电压比较器(Bi)的输出端。
4.根据权利要求2所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，其特征是夕卜 接光源电路(4)包括A、B、C三组LED发光二极管，相邻两组LED发光二极管之间各串联一 个二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有2个NPN型电子开关和 1个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开关的漏极连接在A组LED发光二极管和第 一个二极管的连接节点处，第二个NPN型电子开关的漏极连接在B组LED发光二极管和第 二个二极管的连接节点处，两个NPN型电子开关的源极与压控负温度系数可变的电流开关 控制电路(3)中电流调节器(N4)的漏极相连，两个NPN型电子开关的栅极分别受控连接压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个比较器(Bi)和第二个比较器(B2)的输出 端，所述PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的二极管的 负极，其漏极连接LED发光二极管组的电源输入端，其栅极通过电阻耦合连接第一个NPN型 电子开关(Ni)的漏极。
5.根据权利要求2所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，其特征是夕卜 接光源电路(4)包括A、B、C、D四组LED发光二极管，相邻两组LED发光二极管之间各串联 一个二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设有3个NPN型电子开关和 3个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开关(Ni)的漏极通过二极管连接在A组LED 发光二极管和第一个二极管(D2)的连接节点处，此节点通过一反相二极管(D7)与C组LED 发光管的负极端相连，第二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过二极管连接在B组LED发光 二极管和第二个二极管(D3)的连接节点处，第三个NPN型电子开关(N3)的漏极连接在C组 LED发光二极管和第三个二极管(D3)的连接节点处，三个NPN型电子开关的源极与LED发 光管组负极端和压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)中电流调节器(N4)的漏极 相连，三个NPN型电子开关的栅极分别受控连接压控LED并联串联变换开关控制电路(2) 中各比较器(B1、B2、B3)，压控LED并联串联变换开关控制电路(2)中第一个PNP型电子开 关(Pl)的漏极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的二极管(D2)的负极，第二个PNP 型电子开关(P2)的漏极直接或通过二极管连接在将所有LED发光管四等分的另外两个二 极管(DpD3)的负极，第一个、第二个PNP型电子开关的源极与A组LED发光管的正极输入 端连接后与全桥的正输出端相连，第三个PNP型电子开关(P3)的漏极连接在D组LED发光 管与第三个二极管(D3)负极的连接点，其源极连接C组LED发光管与第二个二极管(D2)负 极的连接点，三个PNP型电子开关的栅极分别通过耦合电阻连接第二个NPN型电子开关、第 一个NPN型电子开关、第三个NPN型电子开关的漏极。
6.根据权利要求2所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，其特征是夕卜 接光源电路⑷包括A、B、C、D四组LED发光二极管，所述LED分段点亮控制开关电路(2) 对应设有3个NPN型电子开关和2个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开(Ni)的漏 极通过二极管连接在A组LED发光二极管和第一个二极管(D1)的连接节点处，此节点通过 一反相二极管与C组LED发光管的负极端相连，第二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过二 极管连接在B组LED发光二极管和第二个二极管(D2)的连接节点处，第三个NPN型电子开 关(N3)的漏极连接在C组LED发光二极管和第三个二极管的连接节点处，三个NPN型电子 开关的源极与LED发光管组的负极和压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)中电 流调节器(N4)的漏极相连，其栅极分别连接三个比较器的输出端，第一个PNP型电子开关 (Pl)的漏极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的第二个二极管的负极，第二个PNP 型电子开关的漏极直接或通过二极管连接在将所有LED发光管四等分的另外两个二极管 (D1^D3)的负极，二个PNP型电子开关的源极与A组LED发光管的正极输入端连接后与全桥 的正输出端相连，二个PNP型电子开关分别受控连接第一个和第二个比较器，两个PNP型电 子开关的栅极分别通过耦合电阻连接第二个NPN型电子开关、第一个NPN型电子开关的漏 极。
7.根据权利要求3 6任一项所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，其 特征是所述电压比较器采用集成电路运算放大器，各个比较器的正、反相输入端通过匹配分压电路分别连接一个基准电压和取样电压输入信号；所述电压比较器或者采用分立元件 组成。
8.根据权利要求7所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，其特征是所 述压控负温度系数可变的电流开关控制电路(3)，包括负温度系数的热敏电阻RT、电压比 较器(B4)及由其控制的电流调节器即一个NPN型电子开关(N4)、负温度系数的热敏电阻 RT —端与控制电源的负极相连，另一端通过一个电阻(R6)连接控制电源的正极，热敏电阻 RT和电阻(R6)的接点通过一个反相二极管(D4)接入电压比较器(B4)正相输入端，电压比 较器(B4)正相输入端一路通过电阻(R12)与控制电源的正极相连，二路通过一电阻(R11) 与控制电源的负极相连，三路通过一电阻(Rltl)与第二比较器输出端相连，所述电压比较器 (B4)的反相输入端一路通过一电阻(R13)与电流检测电阻(R14)及电流调节器(N4)的漏极 连接点相连，另一路通过一限流电阻(R15)和一稳压二极管(DW2)与LED发光二极管组负极 输出端和电流调节器的连接节点相连，所述电压比较器(B4)的输出端控制连接电流调节 器的栅极。
9.根据权利要求1或2所述的分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，其特征是 由N组串联的LED发光二极管与N-I个二极管间隔串联组成光源电路(4)，每相邻的两组 LED发光二极管之间串联一个二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)对应设 有小于N个的NPN电子开关和3个、2个或1个PNP型电子开关，其中第一个NPN型电子开 关(Ni)的漏极通过二极管连接在第一组LED发光二极管和第一个二极管的连接节点处，第 二个NPN型电子开关(N2)的漏极通过二极管连接在第二组LED发光二极管和第二个二极 管的连接节点处...，以此类推，第N-I个NPN型电子开关(Nn-I)的漏极连接在第N组LED 发光二极管和第N-I个二极管的连接节点处，所有NPN型电子开关的源极与压控负温度系 数可变的电流开关控制电路(3)中电流调节器的源极相连，所有NPN型电子开关的栅极分别连接第一个、第二个.....第N-I个比较器(B1、B2.....Bn-I)的输出端，第一个PNP型电子开关(Pl)的源极连接在将所有LED发光管两等分的中间点的二极管的负极，第二个PNP 型电子开关(P2)的源极直接或通过二极管连接在将所有LED发光管四等分的另外两个分 节点的二极管的负极，第一个、第二个PNP型电子开关的源极与第一组LED发光管的输入端 连接后与全桥的正输出端相连，第三个PNP型电子开关(P3)的漏极连接在将所有LED发光 管四等分的第四个接点处的LED发光二极管组的正极输入处，其源极连接在将所有LED发 光管四等分的第三个接点处的LED发光二极管的正极输入处，三个PNP型电子开关的栅极 分别受控连接各比较器，所有各比较器的正、反相输入端分别连接一个基准电压和取样电 压输入信号；其中，N为大于1自然数。
10.一种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，含有桥式整流电路(1)，电流调 节电路(3)以及LED分段点亮控制开关电路(2)，所述桥式整流电路输入端连接交流电源， 电流调节电路(3)中电流调节器的电流输出端连接桥式整流电路的负极输出端，电流调节 器的输入端与桥式整流电路的正极输出端之间设有连接N组LED发光二极管的连接节点， 电流调节器和被分成N组的LED发光二极管组成的光源电路(4)串联在整流电路的正、负 极输出端构成主回路，其特征是所述LED分段点亮控制开关电路(2)对应设有N-I个电子 开关，其中第一个电子开关的漏极连接在第一组LED发光二极管和第二组LED发光二极管 的连接节点处，第二个电子开关的漏极连接在第二组LED发光二极管和第三组LED发光二极管的连接节点处，......，第N-I个电子开关的漏极连接在第N-I组LED发光二极管和第N组LED发光二极管的连接节点处，所有电子开关的源极连接整流电源的负极，各个电子开关的栅极分别连接一个比较器的输出端，各个比较器的正、反相输入端分别连接一个基准 电压和取样电压输入信号；电流调节器的输出端与桥式整流电路的负极输出端之间连接的 LED发光二极管的组数N为2 9的自然数，LED发光二极管的总数为M个，M为40 110 的自然数。
全文摘要
本发明涉及一种半导体照明应用技术。一种分段变换投入的交流供电LED光源驱动电路，外接一定数量组数的LED发光管组成光源电路(4)，在外接光源电路(4)中每两组LED发光管之间串联有二极管，所述压控LED并联串联变换开关控制电路(2)输入端连接桥式整流电路的输出端，压控LED并联串联变换开关控制电路(2)的输出端控制连接光源电路(4)中的各组LED发光管，所述的压控LED并联串联变换开关控制电路(2)根据桥式整流电路输出的电压在半个周期内将输入的电源电压根据外接LED的数量和组数划分为不同的区域，并根据区域多少和电压所在区域决定LED的串并联方式，实现多组LED发光二极管之间并联与串联点亮方式的多次变换。
文档编号H05B37/02GK101827481SQ20101019512
公开日2010年9月8日 申请日期2010年5月22日 优先权日2009年9月29日
发明者云永利, 李云霄, 李征, 秦金磊, 韩颖慧 申请人:李云霄