專利名稱：一種自調(diào)壓led智能模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明領(lǐng)域，特別涉及一種適用于對(duì)LED功率單元有自動(dòng)調(diào)壓需要的電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié) 能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景照明等領(lǐng)域。隨著LED光源價(jià)格的下降，LED燈具逐漸走進(jìn)千家萬戶。而目前市場(chǎng)上的LED燈具產(chǎn)品由于驅(qū)動(dòng)器的可靠性較差，從而導(dǎo)致其在市場(chǎng)上推廣的難度較大，同時(shí)由于高可靠性的LED驅(qū)動(dòng)器的成本較高，一時(shí)難以實(shí)現(xiàn)性價(jià)比方面的有效平衡。在現(xiàn)有技術(shù)中，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00510020493. 6提供一種交流LED照明燈，這種驅(qū)動(dòng)模式省去了交流到直流的驅(qū)動(dòng)器，從而可以減少LED燈具對(duì)驅(qū)動(dòng)器可靠性的依賴，但這種交流LED對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)非常敏感，其LED電流的限制只有通過串聯(lián)電阻的方式進(jìn)行，這將較大地降低系統(tǒng)的發(fā)光效率，驅(qū)動(dòng)電流不穩(wěn)定使LED光源的整體光效大幅度降低，同時(shí)由于驅(qū)動(dòng)電流在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)會(huì)給LED光源帶來較大的電流沖擊，加劇了光源的光衰。此外，LED只在交流半波的電壓下工作，因此LED整體的發(fā)光效率較低。同采用直流驅(qū)動(dòng)的LED相比，光源的利用效率只有原來的50%左右。因此，本發(fā)明人針對(duì)現(xiàn)有LED電路的缺陷進(jìn)行研究改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種自調(diào)壓LED智能模塊，其可減少交流LED對(duì)輸入電網(wǎng)穩(wěn)定性的依賴、LED驅(qū)動(dòng)電流不可控以及發(fā)光效率低下等問題，實(shí)現(xiàn)功率LED模組的自動(dòng)調(diào)壓，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高光效和高可靠性。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種自調(diào)壓LED智能模塊，包括至少一個(gè)功率單元和一個(gè)脈寬調(diào)制單元，所述各功率單元依次首尾串聯(lián)后，其輸入端連接輸入電壓正端，輸出端連接脈寬調(diào)制單元的一端，而脈寬調(diào)制單元的另一端連接輸入電壓負(fù)端；其中，各功率單元均包括LED模組、儲(chǔ)能單元和續(xù)流單元，所述LED模組的陽(yáng)極連接續(xù)流單元的負(fù)端，并共同作為功率單元的首端，LED模組的陰極連接儲(chǔ)能電感的一端，而儲(chǔ)能單元的另一端連接續(xù)流單元的正端，并共同作為功率單元的尾端。上述LED模組是單個(gè)LED，或至少兩個(gè)LED組成的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)結(jié)構(gòu)。該LED模組的兩端還可以通過并聯(lián)電容以降低紋波電流。上述續(xù)流單元是二極管、MOSFET或開關(guān)狀態(tài)受控的單向?qū)娐?。上述脈寬調(diào)制單元包括開關(guān)單元、電流采樣單元和控制單元，所述開關(guān)單元的一端連接串聯(lián)功率單元的輸出端，另一端經(jīng)由電流采樣單元連接輸入電壓負(fù)端，所述控制單元采樣流過電流采樣單元的電流，并據(jù)此控制開關(guān)單元的開關(guān)狀態(tài)。
上述開關(guān)單元采用MOSFET、IGBT, IFET、可控硅晶閘管或三極管。上述電流采樣單元采用采樣電阻、半導(dǎo)體電流采樣器、電流互感器或霍爾傳感器。上述智能模塊還包括分壓電路，所述分壓電路包括第一、二電阻，第一電阻的一端連接輸入電壓正端，另一端經(jīng)由第二電阻連接輸入電壓負(fù)端，所述控制單元采樣第一、二電阻的分壓值，并據(jù)此調(diào)節(jié)開關(guān)單元的導(dǎo)通占空比。上述智能模塊還包括由第三、四電阻構(gòu)成的保護(hù)電路，所述第三電阻與第四電阻串聯(lián)后，一端連接功率單元的輸出端，另一端連接輸入電壓負(fù)端，所述控制單元采樣第三、四電阻的分壓值，并在該分壓值過高時(shí)強(qiáng)制輸出占空比，限制開關(guān)單元的端電壓。上述控制單元為外置，并通過一隔離驅(qū)動(dòng)單元對(duì)開關(guān)單元進(jìn)行控制。上述隔離驅(qū)動(dòng)單元采用隔離變壓器、光電耦合器件、半導(dǎo)體高頻隔離驅(qū)動(dòng)器或非·隔離驅(qū)動(dòng)器。采用上述方案后，本發(fā)明通過對(duì)輸入電壓進(jìn)行全波整流后直接驅(qū)動(dòng)，可以減少類似于交流LED對(duì)輸入電網(wǎng)的穩(wěn)定性的依賴、LED驅(qū)動(dòng)電流不可控，以及發(fā)光效率的低下等問題。同傳統(tǒng)的直流驅(qū)動(dòng)方式相比，本發(fā)明可以消除傳統(tǒng)LED光源對(duì)驅(qū)動(dòng)器的高可靠性的依賴，該智能模塊可以通過脈寬調(diào)制單元中開關(guān)單元的斷開和閉合狀態(tài)實(shí)現(xiàn)LED模組的兩端電壓調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)LED模組自動(dòng)調(diào)壓功能，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高光效和高可靠性。


圖I是本發(fā)明第一實(shí)施例的電路示意 圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的電路示意 圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例的電路示意 圖4是本發(fā)明第四實(shí)施例的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種自調(diào)壓LED智能電路，包括至少一個(gè)功率單元和脈寬調(diào)制單元，各功率單元依次首尾串聯(lián)后，其輸入端連接輸入電壓正端，輸出端連接脈寬調(diào)制單元的一端，而該脈寬調(diào)制單元的另一端連接輸入電壓負(fù)端；其中，各功率單元均包括LED模組、儲(chǔ)能單元和續(xù)流單元，所述LED模組可以是單個(gè)LED，也可以是由至少兩個(gè)LED組成的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)結(jié)構(gòu)，而續(xù)流單元可以是二極管或M0SFET，也可以是開關(guān)狀態(tài)受控的單向?qū)娐罚瑑?chǔ)能單元可以是單個(gè)電感，也可以是由一個(gè)或多個(gè)磁芯組成的耦合電感；所述LED模組的陽(yáng)極連接續(xù)流單元的負(fù)端，并共同作為功率單元的首端，LED模組的陰極連接儲(chǔ)能電感的一端，而儲(chǔ)能電感的另一端連接續(xù)流單元的正端，并共同作為功率單元的尾端。所述脈寬調(diào)制單元包括控制單元、開關(guān)單元和電流采樣單元，其中，開關(guān)單元的一端連接功率單元串的輸出端，該開關(guān)單元的另一端經(jīng)由電流采樣單元連接輸入電壓負(fù)端，所述控制單元采樣流過電流采樣單元的電流，并控制開關(guān)單元的開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而改變續(xù)流單元對(duì)LED模組的供電狀態(tài)，從而確保流過LED模組的最大電流可控；其中，開關(guān)單元可以采用MOSFET、IGBT、IFET、可控硅晶閘管或三極管等電子開關(guān)元件，電流采樣單元可以采用采樣電阻、半導(dǎo)體電流采樣器、電流互感器或霍爾傳感器。
如圖I所示，是本發(fā)明的第一實(shí)施例，共有n個(gè)功率單元，其中，脈寬調(diào)制單元包括三極管Q1、采樣電阻R3和控制單元Ul ;第一個(gè)功率單元的首端與V(+)連接，尾端則與第二個(gè)功率單元的首端連接，前(n-1)個(gè)功率單元依次類推；第!!個(gè)功率單元的首端連接第(n-1)個(gè)功率單元的尾端，而該第n個(gè)功率單元的尾端則與三極管Ql的集電極連接，所述三極管Ql的發(fā)射極經(jīng)由采樣電阻R3連接V(-)，而三極管Ql的基極連接控制單元Ul ;對(duì)于第n個(gè)功率單元而言，儲(chǔ)能單元采用儲(chǔ)能電感Ln (n=l, 2,…，n),續(xù)流單元采用二極管Dn。當(dāng)三極管Ql開通時(shí)，各個(gè)儲(chǔ)能電感均處于儲(chǔ)能狀態(tài)，而當(dāng)三極管Ql關(guān)斷時(shí)，各功率單元中的儲(chǔ)能電感分別續(xù)流二極管對(duì)LED模組進(jìn)行供電，從而保持LED模組能夠在恒定的電流下連續(xù)工作。因此，在工作時(shí)，控制單元Ul采樣流過采樣電阻R3的電流，從而獲知流過LED模組的電流，并據(jù)此對(duì)三極管Ql的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，具體是當(dāng)流過采樣電阻R3的峰值電流超過預(yù)設(shè)值時(shí)，控制單元Ul將會(huì)通過改變對(duì)三極管Ql基極的施加電壓而限制三極管Ql的導(dǎo)通占空比，從而限制流過LED模組的電流。另外，在本實(shí)施例中，還存在由電阻R1、R4組成的分壓電路，所述電阻Rl的一端連·接V(+)，另一端經(jīng)由電阻R4連接V(-)，而控制單元Ul的電壓采樣端連接在電阻Rl、R4之間，控制單元Ul通過電阻Rl、R4的分壓采樣輸入電壓，當(dāng)輸入電壓最低時(shí)，調(diào)節(jié)三極管Ql的導(dǎo)通占空比至最大，而當(dāng)電阻Rl、R4的分壓值低于預(yù)設(shè)值時(shí)，調(diào)節(jié)三極管Ql的導(dǎo)通占空比至最??；各LED模組通過調(diào)節(jié)自己兩端的電壓來適應(yīng)輸入電壓的變換，從而可以使所有LED模組工作在恒定的電流情況下。在本實(shí)施例中，還包括由電阻R2、R5組成的保護(hù)電路，電阻R2、R5相互串聯(lián)后，并聯(lián)在三極管Ql的集電極與V(-)之間，控制單元Ul還采樣電阻R2、R5之間的分壓電壓，從而得到三極管Ql的端電壓，當(dāng)三極管Ql兩端的電壓過高時(shí)，控制單元Ul將強(qiáng)制輸出占空t匕，對(duì)三極管Ql兩端的電壓進(jìn)行限制，從而減少采用高壓開關(guān)管的成本。再請(qǐng)配合圖2所示，是本發(fā)明的第二實(shí)施例，其與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，各功率單元中的續(xù)流單元除了續(xù)流二極管，還包含有M0SFET，且該MOSFET的柵極懸空，源極與續(xù)流二極管的陽(yáng)極連接，漏極與續(xù)流二極管的陰極連接。采用這種結(jié)構(gòu)后，解決了流過續(xù)流二極管的電流較大而引起的續(xù)流二極管功耗增加的問題，當(dāng)續(xù)流二極管續(xù)流時(shí)MOSFET導(dǎo)通，從而降低續(xù)流二極管的功耗，提升功耗單元的整體效率。圖3所示是本發(fā)明的第三實(shí)施例，其與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，各功率單元中的儲(chǔ)能單元采用耦合電感，從而避免每個(gè)LED模組均需要一個(gè)儲(chǔ)能電感的問題，并由此規(guī)避電感一致性及成本增加的問題。本實(shí)施例中電路的其它部分與第一實(shí)施例相同，在此不再贅述。圖4所示是本發(fā)明的第四實(shí)施例，其與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，各功率單元中的LED模組兩端并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能電容以降低流過每個(gè)LED模組的紋波電流。本實(shí)施例中電路的其它部分與第一實(shí)施例相同，在此不再贅述。需要說明的是，在前述各實(shí)施例中，控制單元均可內(nèi)置或外置，當(dāng)控制單元外置時(shí)，需通過一隔離驅(qū)動(dòng)單元對(duì)開關(guān)單元進(jìn)行控制，所述隔離驅(qū)動(dòng)單元可以是隔離變壓器、光電耦合器件、半導(dǎo)體高頻隔離驅(qū)動(dòng)器或非隔離驅(qū)動(dòng)器。以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于包括至少ー個(gè)功率単元和一個(gè)脈寬調(diào)制單元，所述各功率単元依次首尾串聯(lián)后，其輸入端連接輸入電壓正端，輸出端連接脈寬調(diào)制單元的一端，而脈寬調(diào)制單元的另一端連接輸入電壓負(fù)端；其中，各功率単元均包括LED模組、儲(chǔ)能単元和續(xù)流單元，所述LED模組的陽(yáng)極連接續(xù)流單元的負(fù)端，并共同作為功率単元的首端，LED模組的陰極連接儲(chǔ)能電感的一端,而儲(chǔ)能單元的另一端連接續(xù)流單元的正端，并共同作為功率単元的尾端。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述LED模組的兩端還并聯(lián)有電容。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述續(xù)流単元是ニ極 >管、MOSFET或開關(guān)狀態(tài)受控的單向?qū)娐贰?br> 4.如權(quán)利要求I所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述脈寬調(diào)制單元包括開關(guān)單元、電流采樣單元和控制單元，所述開關(guān)単元的一端連接串聯(lián)功率単元的輸出端，另一端經(jīng)由電流采樣單元連接輸入電壓負(fù)端，所述控制単元采樣流過電流采樣單元的電流，并據(jù)此控制開關(guān)單元的開關(guān)狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述開關(guān)單元采用MOSFET、IGBT、IFET、可控硅晶閘管或三極管。
6.如權(quán)利要求4所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述電流采樣單元采用采樣電阻、半導(dǎo)體電流采樣器、電流互感器或霍爾傳感器。
7.如權(quán)利要求4所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述智能模塊還包括分壓電路，所述分壓電路包括第一、ニ電阻，第一電阻的一端連接輸入電壓正端，另一端經(jīng)由第二電阻連接輸入電壓負(fù)端，所述控制単元采樣第一、ニ電阻的分壓值，并據(jù)此調(diào)節(jié)開關(guān)単元的導(dǎo)通占空比。
8.如權(quán)利要求4所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述智能模塊還包括由第三、四電阻構(gòu)成的保護(hù)電路，所述第三電阻與第四電阻串聯(lián)后，一端連接功率単元的輸出端，另一端連接輸入電壓負(fù)端，所述控制単元采樣第三、四電阻的分壓值，并在該分壓值過高時(shí)強(qiáng)制輸出占空比，限制開關(guān)單元的端電壓。
9.如權(quán)利要求4所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述控制單元為外置，并通過一隔離驅(qū)動(dòng)單元對(duì)開關(guān)単元進(jìn)行控制。
10.如權(quán)利要求9所述的ー種自調(diào)壓LED智能模塊，其特征在于所述隔離驅(qū)動(dòng)單元采用隔離變壓器、光電耦合器件、半導(dǎo)體高頻隔離驅(qū)動(dòng)器或非隔離驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種自調(diào)壓LED智能模塊，包括至少一個(gè)功率單元和一個(gè)脈寬調(diào)制單元，所述各功率單元依次首尾串聯(lián)后，其輸入端連接輸入電壓正端，輸出端連接脈寬調(diào)制單元的一端，而脈寬調(diào)制單元的另一端連接輸入電壓負(fù)端；其中，各功率單元均包括LED模組、儲(chǔ)能單元和續(xù)流單元，所述LED模組的陽(yáng)極連接續(xù)流單元的負(fù)端，并共同作為功率單元的首端，LED模組的陰極連接儲(chǔ)能電感的一端，而儲(chǔ)能單元的另一端連接續(xù)流單元的正端，并共同作為功率單元的尾端。此結(jié)構(gòu)可減少交流LED對(duì)輸入電網(wǎng)穩(wěn)定性的依賴、LED驅(qū)動(dòng)電流不可控以及發(fā)光效率低下等問題，實(shí)現(xiàn)功率LED模組的自動(dòng)調(diào)壓，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高光效和高可靠性。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102791063SQ20121024790
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者張從峰 申請(qǐng)人:張從峰