专利名称：一种led交流分段驱动的切换开关电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED交流分段驱动的切换开关电路，具体涉及一种适用于LED交流分段驱动的切换开关电路和该切换开关电路构成的LED交流分段驱动电路，普遍适用于采用交流分段驱动方式的各种LED照明灯具中。
背景技术：
LED光源具有环保、节能、使用寿命长、驱动电压低等优点，被认为是21世纪最有前途的照明光源，尤其适合于办公室、教室、商场、停车场、候车室、地铁、隧道、道路等需要长时间照明的公共场所。在LED照明灯具中，采用隔离式AC-DC开关电源恒流驱动方式虽然解决了 LED照明灯具的安规问题，但驱动电流大，致使驱动电路复杂，可靠性差，成本高，效率低，体积大；另一方面，在隔离式AC-DC开关电源中多使用电解电容，致使驱动电源寿命远小于灯具内LED芯片的寿命，为此，一些无电解电容的LED驱动，如LED交流驱动技术受到了重视。现有的LED交流分段驱动方案普遍采用附图1或附图2所示的连接方式，很少采用附图3所示的连接方式，原因是切换开关控制电路不共地，同时切换开关控制电路内的MOS管驱动电路的电源只能取自整流输出高压+VCC,—方面功耗大，另一方面由于电压差大，MOS管驱动电路元件耐压要求高。附图1或附图2所示的连接方式仅适用顺序分段LED驱动方式，不支持编码分段LED驱动方式，分段数量有限，致使LED灯具效率不高。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种降低了驱动电路的功耗；也降低了驱动电路内各元件的耐压要求，使灯具效率更高的LED交流分段驱动的切换开关电路。本发明设计合理，方便实用，有效地降低了成本，提高了 LED驱动电路的效率，提高了灯具的光效和功率因素PFC。本发明的技术方案是:本发明的LED交流分段驱动的切换开关电路，包括有至少一组取电电路及开关控制电路，其中取电电路(400)包括有至少两组串联的LED芯片组，分别是第一 LED芯片组和第二 LED芯片组，开关控制电路包括有电平接口电路、驱动电路、电子开关；其中电平接口电路的输入端与控制信号输入端CON连接，电平接口电路的电源端与第一 LED芯片组的正极连接，电平接口电路的公共电位参考点地与第二 LED芯片组的负极连接，电平接口电路的输出端与驱动电路的输入端连接，驱动电路的电源端VDD与第一LED芯片组的正极连接，驱动电路的公共电位参考点地与第二 LED芯片组的负极连接，驱动电路的输出端与电子开关的第一极连接，电子开关的第二极分别与第一 LED芯片组的负极连接及与第二 LED芯片组的正极连接，电子开关的公共电位参考点地COM与第二 LED芯片组的负极连接，第一 LED芯片组的负极与第二 LED芯片组的正极连接；当电子开关处于截止状态时，第一 LED芯片组和第二 LED芯片组正常工作，第一 LED芯片组和第二 LED芯片组上的正向电压给电平接口电路和驱动电路提供直流电源；当电子开关处于导通状态时，第一 LED芯片组正常工作，第二 LED芯片组被电子开关旁路而没有正向电压，第一 LED芯片组上的正向电压给电平接口电路和驱动电路提供直流电源。上述开关控制电路包括有若干组，开关控制电路与取电电路中的若干组LED芯片组构成若干段LED交流分段扫描驱动电路。上述若干组开关控制电路还连接有分段扫描控制电路，若干组开关控制电路与分段扫描控制电路连接构成若干段LED交流分段扫描驱动电路。本发明与现有技术相比，具有如下优点:
(I)该切换开关利用数颗LED芯片的正向电压给MOS管导通期间的驱动电路提供工作电源。一方面，降低了 MOS管驱动电路的功耗；另一方面也降低了驱动电路内各元件的耐压要求；三是可使用低压MOS管作开关元件，而低压MOS管导通内阻小，使灯具的效率高。(2)使用本发明的切换开关电路后，可使用分段驱动连线方式，构成LED交流分段顺序驱动电路，也可以构成分段编码驱动电路。在编码驱动控制器的控制下，使用3个切换开关电路即可形成八段LED驱动方式，有效地降低了 LED交流分段驱动电路的成本，提高了LED驱动电路的效率，提高了灯具的光效和功率因素PFC。
附图1 2是现有LED灯具分段驱动方式普遍采用的连接方式。附图3是现有LED灯具分段驱动方式中比较少用的连接方式。附图4是本发明的原理框图。附图5本发明实施例1的电路图。附图6本发明实施例2取电电路及开关控制电路与分段扫描控制电路连接的原理框图。附图7本发明实施例3的电路图。附图8本发明实施例4的电路图。
具体实施例方式本发明的原理框图如图4所示，本发明的LED交流分段驱动的切换开关电路，包括有至少一组取电电路400及开关控制电路401，其中取电电路400包括有第一 LED芯片组405和第二 LED芯片组406，开关控制电路401包括有电平接口电路402、驱动电路403、电子开关404，其中电平接口电路402的输入端与控制信号输入端CON连接，电平接口电路402的输出端与驱动电路403的输入端连接，电平接口电路402和驱动电路403的电源端VDD与第一 LED芯片组405的正极连接及驱动电路403的输出端与电子开关404的第一极连接，电子开关404的第二极分别与第一 LED芯片组405的负极连接及与第二 LED芯片组406的正极连接，电子开关404的第三极与第二 LED芯片组406的负极连接；第一 LED芯片组405的负极与第二 LED芯片组406的正极连接；电子开关404处于截止状态时，第一 LED芯片组405和第二 LED芯片组406正常工作，第一 LED芯片组405和第二 LED芯片组406上的正向电压给电平接口电路402和驱动电路403提供直流电源；当电子开关404处于导通状态时，第一 LED芯片组405正常工作，第二 LED芯片组406被电子开关旁路而不工作，第一 LED芯片组405上的正向电压给电平接口电路402和驱动电路403提供直流电源。
上述电平接口电路402及驱动电路403由光电耦合器件组成。上述电子开关由N沟MOS管组成，N沟MOS管的漏极D与LED芯片组405的正极连接，N沟MOS管的源极S连接LED芯片组406的负极，N沟MOS管的第三极G接驱动电路403的输出。上述取电电路400及开关控制电路401包括有若干组，取电电路400及开关控制电路401与分段扫描控制电路3连接构成LED交流分段扫描驱动的切换开关电路。本实施例中，包括有至少一组取电电路400及开关控制电路401，其中取电电路400包括有至少两组串联有若干LED芯片的串联LED芯片组，分别是第一 LED芯片组405和第二 LED芯片组406，开关控制电路401包括有电平接口电路402、驱动电路403、电子开关404;其中电平接口电路402的输入端与控制信号输入端CON连接，电平接口电路402的电源端VDD与第一 LED芯片组405的正极连接，电平接口电路402的公共电位参考点地COM与第二 LED芯片组406的负极连接，电平接口电路402的输出端与驱动电路403的输入端连接，驱动电路403的电源端VDD与第一 LED芯片组405的正极连接，驱动电路403的公共电位参考点地COM与第二 LED芯片组406的负极连接，驱动电路403的输出端与电子开关404的第一极连接，电子开关404的第二极分别与第一的LED芯片组405的负极连接及与第二LED芯片组406的正极连接，电子开关404的公共电位参考点地COM与第二 LED芯片组406的负极连接，第一 LED芯片组405的负极与第二 LED芯片组406的正极连接；当电子开关404处于截止状态时，第一 LED芯片组405和第二 LED芯片组406正常工作，第一 LED芯片组405和第二 LED芯片组406上的正向电压给电平接口电路402和驱动电路403提供直流电源，当电子开关404处于导通状态时，第一 LED芯片组405正常工作，第二 LED芯片组406被电子开关旁路而不工作，第一 LED芯片组405上的正向电压给电平接口电路402和驱动电路403提供直流电源。上述电平接口电路402及驱动电路403由光电耦合器件组成。上述电子开关由N沟MOS管组成，N沟MOS管的漏极D与第一 LED芯片组405的负极连接，另一极源极S连接第二 LED芯片组406的负极，第三极G连接驱动电路403的输出。上述开关控制电路401包括有若干组，开关控制电路401与取电电路400中的若干组LED芯片组构成若干段LED交流分段扫描驱动电路。或上述若干组开关控制电路401还连接有分段扫描控制电路604，若干组开关控制电路401与分段扫描控制电路604连接构成若干段LED交流分段扫描驱动电路。上述分段扫描控制电路604为分段编码扫描控制电路或分段顺序扫描控制电路。上述两组开关控制电路401与若干组LED芯片组构成四段LED交流分段编码扫描驱动电路；四组开关控制电路401与若干组LED芯片组构成十六段LED交流分段扫描驱动电路。上述分段扫描控制电路604还连接有防雷/过压保护电路601、桥式整流电路602、电压取样电路603。上述第一 LED芯片组5和第二 LED芯片组6为串联有若干LED芯片的串联LED芯片组；或第一 LED芯片组5和/或第二 LED芯片组6还并接或串接有若干LED芯片组。实施例1: 本发明实施例中，开关控制电路401包括有电平接口电路402、驱动电路403、电子开关404，电子开关404为N沟MOS管，取电电路400包括有第一 LED芯片组405和第二 LED芯片组406，电平接口电路402、驱动电路403的电源端VDD接LED芯片组405的正极，N沟MOS管的漏极D接LED芯片组405的负极，N沟MOS管的源极S接切换开关电路401的公共电位参考点地C0M，公共电位参考点地COM接LED芯片组406的负极，LED芯片组406的正极与LED芯片组405的负极相连接，如附图5所示。本发明工作原理:开关控制信号从CON引脚输入，经电平接口电路402完成电平转换后，送到驱动电路403，控制N沟MOS管导通或截止，N沟MOS管承担开关功能；当N沟MOS管截止时，LED芯片组405和LED芯片组406同时导通，切换开关电路401内的电平接口电路402和驱动电路403的工作电源由LED芯片组405和LED芯片组406上的正向电压(K+n) xVF提供；而当N沟MOS管导通时，LED芯片组405导通，LED芯片组406被旁路，LED芯片组406没有电流通过而不工作，此时，电平接口电路402和驱动电路403的工作电源由LED芯片组505的正向电压K xVr提供，解决了承担开关功能的N沟MOS管导通期间的驱动电路403的供电问题，实现了自供电功能。由于N沟MOS管驱动电压Ves —般在2 15V之间，因此LED芯片组405可包含I个 数个LED芯片，具体数量K与LED的正向电压(Vf)和MOS管VffiUh)有关；LED芯片组406包含的LED芯片数目与LED灯具驱动方式有关，可从几个到数十个不等。实施例2:
利用本发明的三组开关控制电路401可构成附图6所示的八段LED交流分段扫描驱动电路，该电路包括防雷/过压保护电路601、桥式整流电路602、电压取样电路603、分段扫描控制电路604，三组开关控制电路401分别是第一组开关控制电路611、第二组开关控制电路621、第三组开关控制电路631，第一组开关控制电路611、第二组开关控制电路621、第三组开关控制电路631都包括有电平接口电路402、驱动电路403、电子开关404，电子开关404为N沟MOS管T，N沟MOS管T都有三个极，分别是源极S、漏极D及第三极G，取电电路400包括有7组串联的LED芯片组，分别是第一 LED芯片组405、第二 LED芯片组406、第三LED芯片组407、第四LED芯片组408、第五LED芯片组409、第六LED芯片组410、第七LED芯片组411 ;第七LED芯片组411的正极接+VCC，第一组开关控制电路611的驱动电路的一极VDD连接第二 LED芯片组406的正极，第一组开关控制电路611的电子开关403的漏极D连接第一 LED芯片组405的负极，第一组开关控制电路611的电子开关403的COM极连接第二 LED芯片组406的负极，并连接第二组开关控制电路621的电平接口电路402和驱动电路403的VDD ;第二组开关控制电路621的电平接口电路402和驱动电路403的VDD连接第三LED芯片组407的正极，第二组开关控制电路621的另一极电子开关403的漏极D连接第三LED芯片组407的负极，第二组开关控制电路621的的公共电位参考点地COM连接第四LED芯片组408的负极，且第二组开关控制电路621的的公共电位参考点地COM连接第三组开关控制电路631的电平接口电路(402)和驱动电路403的VDD ;第三组开关控制电路631的电平接口电路402和驱动电路403的VDD连接第五LED芯片组409的正极，第三组开关控制电路631的电子开关404的漏极D连接第五LED芯片组409的负极，第三组开关控制电路631的公共电位参考点地COM极连接第六LED芯片组410的负极；第六LED芯片组410的负极连接恒流源606的正极，恒流源606负极接地。
如附图6所示，该电路的工作原理:交流电压经整流电路603整流后，得到输出电压+VCC，+VCC经电压取样电路603降压、滤波后获得LED交流分段扫描控制电路604所需的输入信号，并送至分段编码扫描控制电路604的输入端VIN,分段扫描控制电路604根据输入电压值并通过C0N1、C0N2和C0N3依次控制第一组开关控制电路611、第二组开关控制电路621、第三组开关控制电路631的导通或截止。当输入电压较小，第一组开关控制电路611、第二组开关控制电路621、第三组开关控制电路631三个开关控制电路均处于导通状态时，LED芯片组411、LED芯片组405、LED芯片组407和LED芯片组409的LED工作发光，LED芯片组406、LED芯片组408和LED芯片组410被电子开关旁路而不工作发光；当输入电压上升到不同值时，分段编码扫描控制电路604控制开关控制电路611、621和631依次截止或导通，相关联的LED芯片组406、LED芯片组408和LED芯片组410相对应地依次有通电工作或被旁路而不工作；当第一组开关控制电路611、第二组开关控制电路621、第三组开关控制电路631依次截止时，LED芯片组406、LED芯片组408和LED芯片组410相对应地依次有电流通过而工作发光；当第一组开关控制电路611、第二组开关控制电路621、第三组开关控制电路631依次导通时，LED芯片组406、LED芯片组408和LED芯片组410相对应地依次被旁路而不工作发光。由三组LED芯片组406、LED芯片组408和LED芯片组410可以产生八种组合，所以，如图6的LED电路可以形成八段编码扫描电路。如附图6所示，该电路的LED芯片组405的LED芯片数量m与输入的交流电压大小有关。其余LED段包含的LED数目按2的幂次递增，如由CONO信号控制的开关控制电路611对应的LED芯片组405和LED芯片组406包含P个LED芯片，则由CONl信号控制的开关控制电路621对应的LED芯片组407和LED芯片组408包含2xP个LED芯片，由C0N2控制的开关控制电路631对应的LED芯片组407和LED芯片组410包含4xP个LED芯片。实施例3:
如附图7所示，该电路是使用本发明的三组开关控制电路构成另外一种八段LED交流分段扫描驱动电路，该电路以附图6所示的电路区别在于:开关控制电路611的公共电位参考点地COM与下一级的开关控制电路621的一极VDD不相连接；开关控制电路621的一极COM与下一级的开关控制电路621的电源端VDD不相连接。其余工作原理和附图6所示的电路相同。如附图6和附图7所示，该电路使用三组开关控制电路构成八段LED交流分段编码扫描驱动电路，同样原理，两组开关控制电路401与若干组LED芯片组构成四段LED交流分段编码扫描驱动电路；四组开关控制电路401与若干组LED芯片组构成十六段LED交流分段编码扫描驱动电路。以此类推。实施例4:
附图8是实现本发明的一个具体实施电路之一，开关控制电路401包括有电平接口电路402、驱动电路403、电子开关404，其中电平接口电路402包括有三极管Tl和T2以及电阻R1、R2、R3、R4，驱动电路403包括有三极管T3、T4和T5以及电阻R5、R6，电子开关404为N沟MOS管T6，取电电路400包括有第一 LED芯片组405和第二 LED芯片组406，当开关控制信号CON输入高电平时，三极管Tl、T2饱和导通，电平接口电路402输出高电平，导致三极管T3饱和导通，三极管T3的集电极电位下降，使驱动级三极管T5导通，而三极管T4截止，即驱动电路403输出低电平，结果N沟MOS管T6截止，此时三极管T2、T4的集电极-发射极之间承受的最大电压为LED芯片组405和LED芯片组406的2+P个LED的正向电压；而当开关控制信号CON输入低电平时，三极管T1、T2均截止，导致三极管T3均截止，三极管T3的集电极电位升高，使驱动级三极管T4导通，而三极管T5截止，即驱动电路403输出高电平，结果N沟MOS管T6导通，此时三极管T3的集电极-发射极之间承受的最大电压为2个LED的正向电压。上述提供了本发明的较佳实施案例之一的描述，以使本领域内的技术人员可以了解本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总原理应用到其他实施例而不具备创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理方法和新特征的最佳范围。
权利要求
1.一种LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于包括有至少一组取电电路(400)及开关控制电路(401)，其中取电电路(400)包括有至少两组串联的LED芯片组，分别是第一 LED芯片组(405)和第二 LED芯片组(406)，开关控制电路(401)包括有电平接口电路(402)、驱动电路(403)、电子开关(404);其中电平接口电路(402)的输入端与控制信号输入端CON连接，电平接口电路(402)的电源端(VDD)与第一 LED芯片组(405)的正极连接，电平接口电路(402)的公共电位参考点地(COM)与第二 LED芯片组(406)的负极连接，电平接口电路(402)的输出端与驱动电路(403)的输入端连接，驱动电路(403)的电源端VDD与第一 LED芯片组(405)的正极连接，驱动电路(403)的公共电位参考点地(COM)与第二 LED芯片组(406)的负极连接，驱动电路(403)的输出端与电子开关(404)的第一极连接，电子开关(404)的第二极分别与第一 LED芯片组(405)的负极连接及与第二 LED芯片组(406)的正极连接，电子开关(404)的公共电位参考点地COM与第二 LED芯片组(406)的负极连接，第一 LED芯片组(405)的负极与第二 LED芯片组(406)的正极连接；当电子开关(404)处于截止状态时，第一 LED芯片组(405)和第二 LED芯片组(406)正常工作，第一LED芯片组(405)和第二 LED芯片组(406)上的正向电压给电平接口电路(402)和驱动电路(403)提供直流电源；当电子开关(404)处于导通状态时，第一 LED芯片组(405)正常工作，第二 LED芯片组(406)被电子开关(404)旁路而没有正向电压，第一 LED芯片组(405)上的正向电压给电平接口电路(402)和驱动电路(403)提供直流电源。
2.根据权利要求1所述的LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于上述电平接口电路(402)及驱动电路(403)由光电耦合器件组成。
3.根据权利要求1所述的LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于上述电子开关由N沟MOS管组成，N沟MOS管的漏极(D)极接第一 LED芯片组(405)的负极，另一极源极(S)连接第二 LED芯片组(406)的负极，第三极(G)接驱动电路(403)的输出。
4.根据权利要求1至3任一项所述的LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于上述开关控制电路(401)包括有若干组，开关控制电路(401)与取电电路(400)中的若干组LED芯片组构成若干段LED交流分段扫描驱动电路。
5.根据权利要求4所述的LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于上述若干组开关控制电路(401)还连接有分段扫描控制电路￠04)，若干组开关控制电路(401)与分段扫描控制电路(604)连接构成若干段LED交流分段扫描驱动电路。
6.根据权利要求5所述的LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于上述分段扫描控制电路(604)为分段编码扫描控制电路或分段顺序扫描控制电路。
7.根据权利要求6所述的LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于上述三组开关控制电路(401)与分段扫描控制电路(604)能构成八段LED交流分段编码扫描驱动电路，三组开关控制电路(401)分别是第一组开关控制电路(611)、第二组开关控制电路(621)、第三组开关控制电路(631)，第一组开关控制电路(611)、第二组开关控制电路(621)、第三组开关控制电路(631)都包括有电平接口电路(402)、驱动电路(403)、电子开关(404)，电子开关(404)为N沟MOS管T，N沟MOS管T都有三个极，分别是源极S、漏极D及第三极G，取电电路(400)包括有7组串联的LED芯片组，分别是第一 LED芯片组(405)、第二 LED芯片组(406)、第三LED芯片组(407)、第四LED芯片组(408)、第五LED芯片组(409)、第六LED芯片组(410)、第七LED芯片组(411);第七LED芯片组(411)的正极接+VCC，第一组开关控制电路(611)的驱动电路的一极VDD连接第二 LED芯片组406的正极，第一组开关控制电路(611)的电子开关(404)的漏极D连接第一 LED芯片组(405)的负极，第一组开关控制电路611的电子开关(404)的COM极连接第二 LED芯片组(406)的负极，并连接第二组开关控制电路(621)的电平接口电路(402)和驱动电路(403)的电源端VDD ;第二组开关控制电路(621)的电平接口电路(402)和驱动电路(403)的电源端VDD连接第三LED芯片组(407)的正极，第二组开关控制电路(621)的电子开关(404)的漏极D连接第三LED芯片组(407)的负极，第二组开关控制电路(621)的公共电位参考点地COM连接第四LED芯片组(408)的负极，且第二组开关控制电路(621)的公共电位参考点地COM连接第三组开关控制电路(631)的电平接口电路(402)和驱动电路(403)的电源端VDD ;第三组开关控制电路(631)的电平接口电路(402)和驱动电路(403)的电源端VDD连接第五LED芯片组(409)的正极，第三组开关控制电路(631)的电子开关(404)的漏极D连接第五LED芯片组(409)的负极，第三组开关控制电路(631)的公共电位参考点地COM极连接第六LED芯片组(410)的负极；第六LED芯片组(410)的负极连接恒流源(606)的正极。
8.根据权利要求5所述的LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于上述两组开关控制电路(401)与若干组LED芯片组构成四段LED交流分段编码扫描驱动电路；四组开关控制电路(401)与若干组LED芯片组构成十六段LED交流分段编码扫描驱动电路。
9.根据权利要求5所述的LED交流分段驱动的切换开关电路，其特征在于上述分段扫描控制电路(604)还连接有桥式整流电路￠02 )、电压取样电路￠03 )。
10.根据权利要求5所述的LED交流驱动的控制电路，其特征在于上述第一LED芯片组(5)和第二 LED芯片组(6)为串联有若干LED芯片的串联LED芯片组；或第一 LED芯片组(5)和/或第二 LED芯片 组(6)还并接或串接有若干LED芯片组。
全文摘要
本发明是一种LED交流分段驱动的切换开关电路。包括有至少一组取电电路(400)及开关控制电路(401)，其中取电电路(400)包括有第一LED芯片组(405)和第二LED芯片组(406)，开关控制电路(401)包括有电平接口电路(402)、驱动电路(403)、电子开关(404)，本发明降低了驱动电路的功耗；也降低了驱动电路内各元件的耐压要求，使灯具效率高。本发明设计合理，方便实用，有效地降低了成本，提高了LED驱动电路的效率，提高了灯具的光效和功率因素PFC。
文档编号H05B37/02GK103118464SQ20131004707
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者潘永雄, 元烽 申请人:元烽, 潘永雄