Hvled稳亮宽压驱动器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了HVLED稳亮宽压驱动器技术方案，克服LED灯丝一维线性高压驱动器‘电压升LED亮数增、电压降LED亮数减’缺陷导致的两大痼疾：①灯光随电网电压高低而明暗波动②灯光有工频闪烁。本驱动器将整串LED灯丝分段组合，随电网电压升降实时调控，既调LED灯丝一维‘长度’，也调其二维阵列‘宽度’，使LED照明光源亮度稳定、适应输入电压范围超宽，成为本技术发明独具亮点：既消除LED灯光工频闪烁，又不受市电网电压波动影响LED灯光亮度，使基于本实用新型HVLED稳亮宽压驱动器的LED照明灯能获得高品质照明效果。本实用新型优越之处在于：适应市电网供电各种环境，即使电网电压大幅剧烈波动，也能可靠保障LED照明光源高效安全又稳定的照明效果。
【专利说明】HVLED稳亮宽压驱动器
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种LED照明电路驱动器1C，具体涉及一种HVLED稳亮宽压驱动器集成电路IC技术方案。本发明属于节能环保半导体照明领域，亦属于微电子集成电路IC领域。
【【背景技术】】
[0002]LED作为照明光源，高效节能、安全长寿，得到广泛应用。在发展过程中，不断涌现各类驱动方案:PWM开关电源、阻容降压电路、恒流管CRD、…，也有无驱动器技术方案。
[0003]市电网供电LED灯具渐多采用高电压直接驱动方案:从两串反向并联LED灯丝，(LED灯丝即HVLED，LED指单PN结LED，以下同)，到4段LED灯丝搭成‘发光整流桥’加单串LED灯丝段的AC LED，及各种配整流桥的单串LED灯丝。所述LED灯丝如图1，是指由两个以上LED串联成一独立组件，其伏安特性是灯丝中所有LED伏安特性线性叠加。
[0004]要使整串LED灯丝电路能实时与市电网整流脉动直流电压高低变化相匹配而平稳工作，一维线性调控方案采用‘同比’控制导通LED数量:整串LED灯丝中导通LED正向电压降之总和与脉动直流电压相匹配，其余LED截止，所以有:电压升则导通LED数量增，电压降则导通LED数量减；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，该VFm是LED灯丝中所有LED正向电压Vf的统计期望值。
[0005]本文的讨论，仅限于单整串LED灯丝拓扑结构的范围，至于为加大功率增加亮度而采用二整串及以上LED 灯丝并联使用的情况，其基本原理相同，在此略而不论。
[0006]动态追逐电压LED灯丝一维线性驱动电路，最直观的是为LED灯丝中每个LED配接电子开关逐个控制，显然电路冗余布线拥挤成本高故障多，实不可取。实际可行方案是将整串LED灯丝优化分成若干段。图2为大幅精简的高压LED灯丝一维线性驱动电路原理示意图。对数量不多的LED灯丝段进行组合开关控制，主要分两类:①将整串LED灯丝按二进制组合分段，以二进制可逆计数器输出信号参与实时切换控制；②优化分段并安排各LED灯丝段LED数量，按顺序逐段增减控制。此二类方案各有利弊:方案①控制细微精准，电能利用效率> 99%, PF ^ 0.98，但IC尺寸大成本高PCB拥挤；方案②划分LED灯丝段灵活，利于应用产品设计和制造，但效率稍低，介于80-94%之间，PF≥0.90，指标尚可接受。
[0007]然而，在灯光质量和用电环境适应性两方面，一维线性驱动方案存在明显不足。一方面，导通LED数量周期增减变化导致灯光工频闪烁；另一方面，当电网电压波动较大，导致灯光照度亮暗差异较大；在偏远地区或输变电远端用电环境，有时照明效果会变差。
[0008]为克服一维线性驱动方案缺陷，使LED灯在电网电压偏低时也能正常照明，并消除灯光工频闪烁，本发明公开了 ‘HVLED稳亮宽压驱动器’技术方案。基于本方案的HVLED稳亮宽压驱动器1C，向LED灯丝提供稳定的功率，确保市电直接驱动的LED照明灯发光稳定，克服了工频闪烁难题，亮度不随电网波动而发生明暗变化，有助于推广LED节能照明。
[0009]本发明立足完全自主创新，给出多种合理而简洁的驱动器电路设计，方便不同应用选择最适合的设计方案，较好地解决了频闪和电网波动导致LED灯亮度变化的难题。【
【发明内容】
】
[0010]本发明要解决的技术问题是:克服市电高压LED灯一维线性驱动器的不足。本发明公开了 HVLED稳亮宽压驱动器技术方案，克服LED灯丝一维线性高压驱动器‘电压升LED亮数增、电压降LED亮数减’缺陷导致的两大痼疾:①灯光随电网电压高低而明暗波动②灯光有工频闪烁。本驱动器将整串LED灯丝分段组合，随电网电压升降实时调控，既调LED灯丝一维‘长度’，也调其二维阵列‘宽度’，使LED照明光源亮度稳定、适应输入电压范围超宽，成为本技术发明独具亮点:既消除LED灯光工频闪烁，又不受市电网电压波动影响LED灯光亮度，使基于本发明HVLED稳亮宽压驱动器的LED照明灯能获得高品质照明效果。
[0011]本发明优越之处在于:适应市电网供电各种环境，即使电网电压大幅剧烈波动，也能可靠保障LED照明光源高效安全又稳定的照明效果。破除一维线性控制束缚，独辟蹊径在二维空间既调LED灯丝‘长短’，也调其阵列‘宽窄’:动态组合各LED灯丝段阵列，使市电网电压无论偏低还是正常，LED灯丝中导通LED数量都能保持稳定，使LED灯适应市电网供电各种环境，特别是边远地区恶劣环境，以极低成本，实现高品质LED节能照明。
[0012]本技术方案改进之处在于，将一维线性HVLED驱动器存在三变的缺点，改进为三不变:[0013]【I】一维驱动器所驱动LED灯丝中导通发亮LED数量，随脉动直流电压升降而增减；本HVLED稳亮宽压驱动器，驱动导通发亮LED数量保持相对稳定；
[0014]【2】一维驱动器提供LED灯丝照明的功率，随脉动直流电压升降而增减；本HVLED稳亮宽压驱动器提供LED灯的照明功率稳定，不随电网电压波动变化而变化；
[0015]【3】一维驱动器驱动的LED灯，随市电网电压升降，其照明亮度明暗变化；本HVLED稳亮宽压驱动器所驱动的LED灯，即使电网电压波动，其照明亮度不发生明暗变化。
[0016]实现三变到三不变的升级换代，要依靠合理的技术方案，现说明如下。
[0017]先按电网标准确定构成LED灯的单整串LED灯丝所需单PN结LED总数量。按AC220V并考虑电路负载，取脉动电压上限300VDC，单整串LED灯丝LED数量N:N=300V/VFm，取VFm=3V，N=100，即:整串LED灯丝全部LED数量是100个。为便于均等分割整串LED灯丝以方便LED灯丝段排列组合切换变阵，取96或88个LED组成整串灯丝。
[0018]再按照理想状态分析。本技术方案‘HVLED稳亮宽压驱动器’在整个脉动直流电压变化范围内，安排整串LED灯丝中全部LED尽可能多地导通发光。欲达此技术目标，本方案采用的技术手段是=LED灯丝二维分段变阵组合法。
[0019]如同军营96名士兵行进队列变阵:随着威武雄壮有节奏的“变”阵口令声，一路纵队，变成两路纵队、三路纵队、四路纵队，…，继而变成方阵，再逐渐变宽，…，渐成四列横队、三列横队、二列横队，最后变成一列横队，至此为半个变阵周期；再继续变换回到一路纵队，完成一个方阵变换完整周期；周而复始无穷无尽，然则行进阵列中士兵总数始终未变。
[0020]据此原理，让我们先从脉动直流电压过零点上升时刻开始分析:当电压上升接近
3.6V前，整串LED灯丝被拆成96段:1个LED为I段组成96并，相当士兵一列横队，这样即使脉动电压在不到3.6VD。低压下，也能确保100%的LED正常导通发光；随着脉动电压继续上升，超过3.6VDC但不到7.2VDC，立即重排LED灯丝使其变‘窄’:每段2个LED串联、48个LED灯丝段并联，即2串48并，相当于士兵阵列两列横队，仍然是100%的LED导通发光；电压继续升高，LED灯丝再度变‘窄’变‘长’:变成3串32并，接着4串24并、6串16并、8串12并、12串8并、16串6并、24串4并、32串3并、48串2并，在脉动直流电压接近峰值时，最终变成一串96个LED串联的最‘长’单串完整LED灯丝，如一路纵队士兵阵列，完成了 LED灯丝段阵列由‘宽’变‘长’的半个变换组合周期，全过程始终100% ‘全员’ LED导通，自然亮度不变；紧接下来脉动直流电压从峰值下降，便启动另半个由‘长’变‘宽’的组合变换周期，…，如是等等，其原理相同方法类似，不再赘述。
[0021]上述所有变阵排列组合中，LED是100%正常导通正常发光，可见本技术方案‘HVLED稳亮宽压驱动器’，以二维变阵法巧妙地从根本上解决了工频闪烁难题。至于应对电网电压波动，本技术方案稳定灯光亮度的原理完全一样，显然拓宽了电压输入范围，无需赘述。
[0022]以上是基于本技术方案基本原理的理想化讨论，实际电路不能像理想化分析那样设计，LED灯丝切分细节锱铢必较。事实上，在LED灯丝分段的任何节点，二维变阵功能的实现，都需要依靠电子开关阵列按照严苛时序执行精准操作，还要有精益求精的电路设计配合。
[0023]图3为实用电路原理图，整串LED灯丝分四段:LEDSUA、LEDsuB, LEDsuC和LEDsuD,简记A、B、C、D，四段LED串联长度N相等，此例N为24，AC220V系统20≤N≤26，其余电网据此类推N并可适当增减；整流脉动直流电压Vh加至IC和LED灯丝段A正极；虚线方框为IC封装界限、其内为基于本发明驱动集成电路IC(以下同)；IC外各LED灯丝段不直接相连，由IC内部开关阵列On/Off组合状态实施调控。表1反映电路工作过程。
[0024]表1左第一栏‘脉动电压段’、‘Vp=标称峰值’，在AC220V可设Vp为300VDC。 [0025]表1
[0026]
【权利要求】
1.一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:随电网整流脉动直流电压高低变化，作为LED照明光源电路驱动控制核心的本驱动器1C，对其外以下述连接方式的LED灯丝电路，以下述调控方式进行驱动:所述连接方式是:驱动器IC的引脚分别连接至少两段LED灯丝段的正极和负极，而所述至少两段LED灯丝段在IC外相互隔离，没有任何电路连接；所述调控方式进行驱动是:当所述脉动直流电压较低时，IC内部电路将所述至少两段LED灯丝段组成并联形式，而当电压较高时，IC内部电路将所述至少两段LED灯丝段组成串联形式。
2.根据权利要求1所述的一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:该驱动器IC有不少于9只引脚或腹部带接地金属片的8只引脚，其中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，且每段仅与IC的2只引脚连接，各段之间相互不直接相连；在电网电压正常的正弦变化周期内，当电压较低时四段LED灯丝被组成并联电路而导通发光，当电压较高时四段LED灯丝被组成串联电路而导通发光。
3.根据权利要求1所述的一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:该驱动器IC有不少于10只引脚或腹部带接地金属片的9只引脚；9只引脚连接LED灯发光电路的五段LED灯丝段，其中三段串联LED数量相等，且仅与驱动器IC引脚连接，各LED灯丝段之间无电路相连，也不与剩下两LED灯丝段连接；剩下两LED灯丝段首尾相接串联在一起，其LED数量之和与前三段中任一段LED数量相等；这两段LED灯丝段LED数量比例大致为2: I ;第一、第二、第三各段LED灯丝段串联LED数量相等且等于其它两段串联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；在电网电压正常的正弦变化周期内，电压低时四路五段并联，电压高时五段串联。
4.根据权利要求1所述的一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:该驱动器IC有8只引脚，分别连接四段LED数量相等的LED灯丝段两端，各段互不相连；驱动电路地线Vss/Gnd和脉动高压地线共用IC腹部金属片，高电压Vh输入端与某段LED灯丝段正极共用IC 一引脚；在电网电压正常的正弦变化周期内，电压低时四段并联，电压高时四段串联。
5.根据权利要求1所述的一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:该驱动器IC至少有7只引脚或6只引脚加腹部接地金属片，LED灯发光电路有四段LED灯丝段，第一段由占总数一半的LED串联而成，其首尾两端仅连IC两只引脚；第二段LED数量是第一段的一半，第三段是第二段的三分之二，剩下LED串联成第四段；第二、第三、第四段首尾相接串联成与第一段LED数量相等的LED灯丝段，其两端和中间两个接点连接到IC另外4只引脚；在实施电路中，第一 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数量可适当调整；在电网电压正常的正弦周期内，电压低时二路并联，电压高时I路串联。
6.根据权利要求1所述的一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:该驱动器IC至少有7pin或6pin加腹部接地金属片，LED灯有四段LED灯丝段，LED总数是14N，在AC220V，N=8，其余电网类推；第一段用7N颗LED，其两端仅连IC两只引脚，第二段4N颗，第三段2N颗，剩下IN颗串联成第四段；第二、第三、第四段串联成与第一段LED数量相等的LED灯丝段，其两端和中间两个接点仅连到IC另外4只引脚；在实施电路中，第一段串联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数量可适当调整；在电网电压低时二路并联，电压闻时I路串联。
7.根据权利要求1所述的一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:该驱动器IC至少有6pin或腹部带金属片的5pin，LED灯有三段LED灯丝段，LED总数是6N，在AC220V，N =.16，其余电网类推；第一段有3N颗LED，两端仅连IC两引脚；第二段2N颗LED，第三段IN颗LED ;第二、第三段串联，其两端和中间接点仅连IC另3只引脚；在实施电路中，第一段LED数量等于其它两段LED数量之和的原则不变，各段实际串联LED数量可适当调整；在电网电压低时二路并联，电压高时I路串联。
8.根据权利要求1所述的一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:该驱动器至少有4pin加腹部金属片，LED灯有2段LED数量相等且互不连接的LED灯丝段连到1C，电网脉动直流电压正极与其中一段正极共用一只IC引脚，在4脚IC中电路地线和脉动直流电压负极连到腹部金属片；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；在电网电压低时二路并联，电压高时I路串联。
9.根据权利要求1所述的一种HVLED稳亮宽压驱动器，其特征是:整串LED灯丝分成仅连到IC引脚、相互隔离的N个组合段，各组合段细分成串联LED数比例相同的M段；在HVLED稳亮宽压驱动器IC调控的脉动直流电压正弦变化周期中，有这N段并联导通的工作阶段，也有全部LED串联组合成一整串LED灯丝的单整串导通工作阶段；并联阶段还可细分成M个小阶段以提高效率 、改善控制效果；N和M为2 < N < 4、2 < M < 3的整数。
【文档编号】H05B37/00GK203748042SQ201320707841
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】吕大明 申请人:吕大明