專利名稱：自調壓led智能模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于照明領域，特別涉及一種適用于對LED功率單元有自動調壓需要的電路。
技術背景 LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節能、環保、壽命長、響應速度快等優點，廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景照明等領域。隨著LED光源價格的下降，LED燈具逐漸走進千家萬戶。而目前市場上的LED燈具產品由于驅動器的可靠性較差，從而導致其在市場上推廣的難度較大，同時由于高可靠性的LED驅動器的成本較高，一時難以實現性價比方面的有效平衡。在現有技術中，如圖I所示為中國專利申請號200510020493.6提供的交流LED照明燈，這種驅動模式省去了交流到直流的驅動器，從而可以減少LED燈具對驅動器可靠性的依賴，但這種交流LED對電網電壓的波動非常敏感，其LED電流的限制只有通過串聯電阻的方式進行，這將較大地降低系統的發光效率，驅動電流不穩定使LED光源的整體光效大幅度降低，同時由于驅動電流在電網電壓波動時會給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整體的發光效率較低。同采用直流驅動的LED相比，光源的利用效率只有原來的50%左右。因此，本設計人針對現有技術的缺陷進行研究改進，本案由此產生。
實用新型內容本實用新型的目的，在于提供一種自調壓LED智能模塊，其可減少交流LED對輸入電網穩定性的依賴、LED驅動電流不可控以及發光效率低下等問題，實現功率LED模組的自動串并聯，從而達到整個系統的高光效高可靠性。為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是一種自調壓LED智能模塊，包括兩個LED功率單元、兩個開關單元、單向導通回流單元、控制單元、兩個電流采樣單元和輸入電壓采樣單元，其中，第一 LED功率單元的輸入端分別連接輸入電源的正極和第一開關單元的一端，輸出端則分別連接第二開關單元的一端和單向導通回流單元的輸入端，所述第二開關單元的另一端連接第一電流采樣單元的一端；第一開關單元的另一端與單向導通回流單元的輸出端連接，并共同連接第二 LED功率單元的輸入端；所述第二 LED功率單元的輸出端連接第二電流采樣單元的一端，且第一、二電流采樣單元的另一端連接，并共同連接輸入電源的負極；所述輸入電壓采樣單元與輸入電源并聯；控制單元接收第一、二電流采樣單元和輸入電壓采樣單元的采樣值，并據此分別控制第一、二開關單元的開關狀態及占空比。上述LED功率單元為單個LED，或至少兩個LED組成的串聯或并聯結構。上述開關單元為機械開關或開關電路。上述開關電路由MOSFET、IGBT、JFET、可控硅、晶閘管或三極管構成。[0011 ] 上述單向導通回流單元為二極管或開關狀態由控制單元控制的單向導通電路。上述單向導通電路由MOSFET、IGBT、JFET、晶閘管、可控硅或三極管組成。上述電流采樣單元為采樣電阻、半導體電流采樣器、電流互感器或霍爾傳感器。上述控制單元為一個，其驅動信號端分別連接第一、二開關單元的控制端；輸入電壓采樣單元采用由兩個電阻串聯而成的分壓電路，所述分壓電路的一端連接第一 LED功率單元的輸入端，另一端連接第一電流采樣單元的另 一端，且兩個電阻的連接點連接控制單元的電壓采樣端。上述控制單元為內置或外置，且外置控制單元通過隔離驅動單元對第一、二開關單元進行控制。上述隔離驅動單元為隔離變壓器、光電耦合器件、半導體高頻隔離驅動器或非隔離驅動器。采用上述方案后，本實用新型通過全波整流后直接驅動，可以減少類似于交流LED對輸入電網的穩定性的依賴、LED驅動電流不可控，以及及發光效率的低下等問題。同傳統的直流驅動方式相比，本實用新型可以消除傳統LED光源對驅動器的高可靠性的依賴，該智能模塊可以通過開關單元的斷開和閉合狀態實現LED功率單元的自動串并聯，從而實現LED模組自動調壓功能，達到整個系統的高光效高可靠性。
圖I是傳統交流LED驅動及控制電路圖；圖2是本實用新型第一實施例的電路示意圖；圖3是本實用新型第二實施例的電路示意圖；圖4是本實用新型第三實施例的電路示意圖；圖5是本實用新型第四實施例的電路示意圖；圖6是本實用新型第五實施例的電路示意圖；圖7是本實用新型第六實施例的電路示意圖；圖8是本實用新型第七實施例的電路示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖，對本實用新型的技術方案進行詳細說明。本實用新型提供一種自調壓LED智能模塊，包括兩個LED功率單元、兩個開關單元、單向導通回流單元、控制單元、兩個電流采樣單元和輸入電壓采樣單元，其中，第一 LED功率單元的輸入端分別連接輸入電源的正極和第一開關單元的一端，輸出端則分別連接第二開關單元的一端和單向導通回流單元的輸入端，而第二開關單元的另一端則連接第一電流采樣單元的一端；第一開關單元的另一端與單向導通回流單元的輸出端連接，并共同連接第二 LED功率單元的輸入端；所述第二 LED功率單元的輸出端連接第二電流采樣單元的一端，且第一、二電流采樣單元的另一端連接，再共同連接輸入電源的負極；所述輸入電壓采樣單元與輸入電源并聯；控制單元接收電流采樣單元和輸入電壓采樣單元的采樣值，并據此分別控制第一、二開關單元的開關狀態及占空比。如圖2所示，是本實用新型提供自調壓LED智能模塊的第一種具體實施結構，其中，D1、D2均為功率單元，其可以是單個LED，也可以是多個LED組成的串聯或并聯結構，本實施例中是以單個LED為例進行說明；而單向導通回流單元采用二極管D3;第一、二開關單元分別采用S1、S2，它們既可以是機械開關，也可以是電子開關，如由多個半導體器件(如MOSFET、IGBT、JFET、可控硅、晶閘管及三極管等)組成的開關電路；控制單元既可以采用一個芯片，實現分別對第一、二開關單元的控制功能，也可以采用兩個芯片，本說明書中分別給出了兩種形式的實施例；電流采樣單元為控制單元提供流過功率單元的電流值，可以采用采樣電阻、半導體電流采樣器、電流互感器或或霍爾傳感器等，本實施例中采用電流采樣器Rl和R8 ;輸入電壓采樣單元為控制單元提供本實用新型LED智能模塊的電壓值，本實施例中采用由電阻R2、R3串聯構成的分壓電路。配合圖2所示，本實用新型第一實施例的電路連接結構為LED Dl的陰極與二極管D3的陽極連接，而Dl的陰極與開關S2的一端連接，Dl的陽極還與開關SI的一端連接；D3的陰極分別與開關SI的另一端和LED D2的陽極連接；這樣，當開關S1、S2同時閉合時，D3被屏蔽，沒有電流通過，此時Dl和D2工作在并聯狀態；當開關SI、S2同時斷開時，流經 Dl的電流將經由D3進入D2，此時Dl和D2工作在串聯狀態。另外，開關S2的另一端與電流采樣器R8的一端連接，LED D2的陰極與電流采樣器Rl的一端連接，而D2的陽極與開關SI的另一端連接，電流采樣器Rl的另一端與電流采樣器R8的另一端及電阻R3的一端連接，電阻R2、R3串聯后并接在智能模塊的兩端，控制單元Ul的驅動信號HO、VS與開關SI的控制極連接，而驅動信號L0、COM與開關S2的控制極連接，Ul接收Rl及R8上的采樣電流，并將其與內部的基準電壓進行比較，從而產生PWM驅動信號分別給SI和S2，從而得以調整BUS+和BUS-兩端的電壓，并把通過每個功率單元的電流控制在特定的范圍內。電阻R2的一端與Dl的陽極連接，其另一端與電阻R3的另一端連接，控制單元Ul的電壓采樣引腳IN與電阻R3的另一端連接，R3的一端還與BUS-相連；由電阻R2、R3組成的分壓電路決定著電流采樣的參考電壓，當Dl和D2并聯時，開關SI和S2工作在最大占空比100%，而當Dl和D2串聯時，開關SI和S2工作在最小占空比0%。同時，Ul通過R2和R3的分壓信號引腳IN米樣輸入端的電壓信號,與內部的基準電壓比較,從而產生PWM脈沖信號，以調節BUS-和BUS+兩端的電壓，該控制方式可以為電壓環或電流環，也可以為雙環控制。另外，在本實施例中，還在BUS+與控制單元Ul的引腳DT之間連接有電阻R7，而在BUS+與引腳SD之間連接有電阻R9，且所述Ul的引腳IN同電流采樣器Rl的控制端相連，Ul的引腳SD與電流采樣器R8的控制端相連。D2的陰極與電流采樣器Rl的一端相連，電阻R7、R9是加在電流采樣信號上的直流偏置，當功率單元工作在串聯狀態時，所有LED流過的電流為整個模塊在并聯狀態下電流的一半，因此需要加入直流偏置給電流采樣信號，以降低流過每個LED的電流，提高LED串聯的可靠性。再請參考圖3所示，是本實用新型的第二實施例，是控制單元外置的情況，此時需借助隔離驅動單元對開關單元進行控制；其中，D4、D5均是功率單元，第一、二開關單元分別采用功率管S3、S4，控制單元采用兩個芯片U3、U2，分別對功率管S3、S4進行控制，電流采樣單元為電流采樣器RlO和R4，R6和R5分別為控制單元U3、U2的上拉電阻，通過該電阻給隔離驅動單元的驅動供電，所述的隔離驅動單元可以采用隔離變壓器、光電耦合器件、半導體高頻隔離驅動器或非隔離驅動器等。Signal USignal 2為外部控制器的驅動信號的輸入端，Singal 3, Signal 4分別為電流采樣器RIO、R4的電流信號。LED D4的陰極分別與二極管D6的陽極和功率管S3的一端連接，而D4的陽極連接功率管S4的一端；功率管S4的另一端與D6的陰極連接，并共同連接至LED D5的陽極；當S3、S4同時閉合時，D6被屏蔽，沒有電流通過，D4和D5工作在并聯狀態；當S3與S4均斷開時，流經D4的電流將通過D6進入D5，此時D4和D5工作在串聯狀態。在本實施例中，所述的功率管S3的另一端與電流采樣器RlO的一端連接，功率單元D5的陰極與電流采樣器R4的一端相連，D5的陽極則與功率管S4的另一端相連，R4的另一端與電流采樣器RlO的另一端連接，并通過連接BUS-。控制單元U2和U3為隔離的驅動器，S4的驅動信號由U2進行控制，S3的驅動信號由U3進行控制。外部控制器將根據本實用新型需要的BUS+與BUS-兩端的電壓給Signal I及Signal 2信號通道輸入不同占空比的脈沖，來達到調整BUS+和BUS-兩端的電壓的目的，并通過對LED的電流控制，使本實用新型電路工作在特定的范圍內。 另外，電阻R5的一端連接S4的一端，另一端則連接S4的控制端正極；電阻R6的一端連接D4的陽極，另一端連接S3的控制端正極。當D4和D5工作在并聯狀態時，S3和S4工作在最大占空比100% ;當D4和D5工作在串聯狀態時，SI和S2工作在最小占空比0% ；當D4和D5工作在串聯狀態時，所有功率單元流過的電流為整個模塊在并聯狀態下電流的一半。再請參考圖4所示，是本實用新型的第三實施例，同第一實施例的最大區別是單向導通回流單元采用帶體二極管的M0SFET，回流二極管可以為MOSFET體內的寄生二極管。在該實施例中，MOSFET可以由IGBT、可控硅、晶閘管、三極管或JFET組成的開關電路來替代。該電路的應用情況是當LED功率單元工作在串聯狀態，流過LED功率單元的電流較大時，采用單向導通二極管時會產生較大的功耗，而采用MOSFET或電子開關可以有效地降低在單向回流時消耗在二極管上的功耗，從而提高系統的效率及可靠性。該應用電路的其他功能同圖2所示的應用電路相同，在此不再贅述。如圖5所示，是本實用新型的第四種實施結構，其與第一實施例的不同在于，單向導通回流單元采用單向導通電路的形式，其開關狀態由控制單元控制，從本說明書后面的幾個實施例可以看出，該單向導通電路的屬性可以與開關單元相同，不同之處在于其在控制單元的控制下只能單向導通，而開關單元則可以沒有方向性。圖6所示是本實用新型的第五種實施電路，其與第二實施例的不同在于，單向導通回流單元采用與開關單元相同的電子器件，另外，其控制端均通過光電耦合器件進行隔離驅動，以解決開關單元及單向導通回流單元的浮驅動問題；其中，開關S6的開關狀態及占空比由Signal I的占空比決定，開關S8的開關狀態及占空比由Signal 2的占空比決定，開關S7的開關狀態及占空比由Signal 3的占空比決定，其工作方式與第四實施例最大的不同是，該LED的串并聯狀態由外部控制信號決定，BUS+與BUS-兩端的電壓由外部的控制系統進行調整。圖7所示是本實用新型的第六種實施電路，其與第一實施例的不同在于，單向導通回流單元采用三極管Q2，并在其集電極與發射極之間正向連接二極管D9，該三極管Q2可以采用NPN型，也可以采用PNP型。其它部分電路的功能與描述與第一實施例相同，不再詳述。圖8所示是本實用新型的第七種實施電路，其與第三實施例的不同在于，開關單元與單向導通回流單元的控制端分別由一個隔離變壓器進行隔離驅動，以解決這三個開關的浮驅動問題，其中，開關Sll的開關狀態及占空比由Signal I的占空比決定，開關S12的開關狀態及占空比由Signal 2的占空比決定，而單向導通回流單元的開關狀態及占空比由Signal 3的占空比決定。以上實施例僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內。
權利要求1.一種自調壓LED智能模塊，其特征在于包括兩個LED功率單元、兩個開關單元、單向導通回流單元、控制單元、兩個電流采樣單元和輸入電壓采樣單元，其中，第一 LED功率單元的輸入端分別連接輸入電源的正極和第一開關單元的一端，輸出端則分別連接第二開關單元的一端和單向導通回流單元的輸入端，所述第二開關單元的另一端連接第一電流采樣單元的一端；第一開關單元的另一端與單向導通回流單元的輸出端連接，并共同連接第二LED功率單元的輸入端；所述第二LED功率單元的輸出端連接第二電流采樣單元的一端，且第一、二電流采樣單元的另一端連接，并共同連接輸入電源的負極；所述輸入電壓采樣單 元與輸入電源并聯；控制單元接收第一、二電流采樣單元和輸入電壓采樣單元的采樣值，并據此分別控制第一、二開關單元的開關狀態及占空比。
2.如權利要求I所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述LED功率單元為單個LED，或至少兩個LED組成的串聯或并聯結構。
3.如權利要求I所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述開關單元為機械開關或開關電路。
4.如權利要求3所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述開關電路由MOSFET、IGBT、JFET、可控硅、晶閘管或三極管構成。
5.如權利要求I所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述單向導通回流單元為二極管或開關狀態由控制單元控制的單向導通電路。
6.如權利要求5所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述單向導通電路由MOSFET、IGBT、JFET、晶閘管、可控硅或三極管組成。
7.如權利要求I所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述電流采樣單元為采樣電阻、半導體電流采樣器、電流互感器或霍爾傳感器。
8.如權利要求I所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述控制單元為一個，其驅動信號端分別連接第一、二開關單元的控制端；輸入電壓采樣單元采用由兩個電阻串聯而成的分壓電路，所述分壓電路的一端連接第一 LED功率單元的輸入端，另一端連接第一電流采樣單元的另一端，且兩個電阻的連接點連接控制單元的電壓采樣端。
9.如權利要求I所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述控制單元為內置或外置，且外置控制單元通過隔離驅動單元對第一、二開關單元進行控制。
10.如權利要求9所述的自調壓LED智能模塊，其特征在于所述隔離驅動單元為隔離變壓器、光電耦合器件、半導體高頻隔離驅動器或非隔離驅動器。
專利摘要本實用新型公開一種自調壓LED智能模塊，包括兩個LED功率單元、兩個開關單元、單向導通回流單元、控制單元、兩個電流采樣單元和輸入電壓采樣單元，第一LED功率單元的輸入端連接第一開關單元，輸出端連接第二開關單元和單向導通回流單元的輸入端；第二開關單元還連接第一電流采樣單元；第一開關單元與單向導通回流單元的輸出端連接，并共同連接第二LED功率單元的輸入端；第二LED功率單元的輸出端連接第二電流采樣單元；所述輸入電壓采樣單元與輸入電源并聯；控制單元接收電流采樣單元和輸入電壓采樣單元的采樣值，并據此分別控制第一、二開關單元的開關狀態及占空比。此電路可實現功率LED模組的自動串并聯，從而達到整個系統的高光效高可靠性。
文檔編號H05B37/02GK202425145SQ201220007058
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者張從峰 申請人:張從峰