高性能電流式多切led控制器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高性能電流式多切LED控制器，包括輸入整流單元、電壓采樣單元、邏輯控制單元、電流采樣單元、恒流控制單元、開關陣列、電容、電阻和LED燈串；邏輯控制單元根據電壓采集單元和電流采樣單元采集的電壓、電流信號發出控制信號給開關陣列控制LED燈串實現三切或四切的串轉并的轉換，并且發出控制信號調節恒流控制單元的電流值。本發明無紋波、低EMI、高效率、實現單電壓輸入范圍、較高PF值、小型化、集成化和低成本，串聯電容分壓法極大的擴展了對輸入電壓變化的自適應并提高了系統效率，而且為LED提供了強大的濾波、供電；創新的電流監測自鎖開關，極大的提高了系統的效率并減小了系統尺寸、降低了系統成本。
【專利說明】高性能電流式多切LED控制器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種LED驅動技術，尤其涉及一種高性能電流式多切LED控制器。
【背景技術】
[0002]LED驅動現行技術有以下三種:一是阻容電路，缺點是恒流精度不高，僅適用于5W以下；成本低、效率高達95%左右；尺寸適中但可靠性差，易發生整機燒毀。二是開關電源，缺點是恒流精度高，可寬范圍工作；成本高、效率較高、EMI嚴重、紋波大；尺寸大。三是分段線性，缺點是恒流精度高，與阻容一樣不適宜一定電壓范圍工作；成本適中、效率低、紋波小但燈珠利用率低；尺寸小。總之現有技術中缺點是未采用多切方式:效率低、PF值低無串聯電容，效率低且不能適應窄輸入電壓變化，紋波很大；僅采用電壓法作判斷，不能適應輸入電壓的變化:不能適應窄輸入電壓變化。
【發明內容】
[0003]本發明做要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種高性能電流式多切LED控制器，本高性能電流式多切LED控制器無紋波、低EM1、高效率、實現單電壓輸入范圍、較高PF值、小型化、集成化和低成本。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案為:包括輸入整流單元、電壓采樣單元、邏輯控制單元、電流采樣單元、恒流控制單元、開關陣列、電容、電阻和由LED單元組成的LED燈串；所述LED燈串首部與輸入整流單元的輸出端電連接，尾部與恒流控制單元電連接，恒流控制單元另一端與電容和電阻依次串聯，電阻的另一端接地；所述相鄰的兩個LED單元之間以及尾部的LED單元處還串接有二極管；所述二極管的陽極與相鄰LED單元的負極連接，所述二極管的陰極與相鄰LED單元的正極連接；所述尾部的二極管的陰極和首部的LED單元的正極之間還串接有一個二極管，所述串接的二極管的陰極與首部的LED單元的正極連接；所屬電流采樣單元一端與邏輯控制單元電連接，另一端與電容的近地端電連接；所述LED單元為單顆LED燈珠或者LED燈串或者LED串并組合；所述輸入整流單元的輸出與電壓采樣單元電連接，電壓采樣單元的輸出與邏輯控制單元電連接；所述電壓采樣單元對經過輸入整流單元整流后的輸入電壓進行采樣；所述電流采樣單元對流經LED燈串的電流進行采樣；所述開關陣列用于控制LED燈串的串并聯關系；所述邏輯控制單元根據電壓采集單元采集的電壓信號和電流采樣單元采集的電流信號發出控制信號給開關陣列，通過開關陣列控制LED燈串實現三切或四切的串轉并的轉換；所述邏輯控制單元根據電壓采集單元采集的電壓信號和電流采樣單元采集的電流信號發出控制信號給恒流控制單元，以調節恒流控制單元的電流值。
[0005]作為本發明進一步改進的技術方案，所述恒流控制單元由運放、基準電壓源、MOSFET或者三極管構成的負反饋組合而成；或者所述恒流控制單元由單個恒流二極管或恒流二極管并聯組成；所述恒流控制單元通過改變基準電壓源的電壓值或者開關切換恒流二極管的并聯個數來調變電流值。
[0006]作為本發明進一步改進的技術方案，所述邏輯控制單元和開關陣列集成在一起，形成集成芯片。
[0007]作為本發明進一步改進的技術方案，所述邏輯控制單元、開關陣列、恒流控制單元和LED燈串集合在一起，形成集成芯片。
[0008]作為本發明進一步改進的技術方案，所述邏輯控制單元、開關陣列、電壓采樣單元、電流采集單元。
[0009]作為本發明進一步改進的技術方案，所述邏輯控制單元、開關陣列、電壓采樣單元、電流采集單元、恒流控制單元、LED燈串集合在一起形成集成芯片。
[0010]作為本發明進一步改進的技術方案，所述LED單元為單顆LED燈珠或者LED燈串或LED串并組合。
[0011]本發明在具備串轉并的同時還串聯了一個電容、采用了多次串轉并方式、采用了電流檢測手段，這三項重大改進，打破了常規，大大提高了驅動器的性能，改變了整個LED行業對于線性驅動器性能不佳的認識。串聯電容分壓法極大的擴展了對輸入電壓變化的自適應并提高了系統效率，而且為LED提供了強大的濾波、供電；創新的電流監測自鎖開關，極大的提高了系統的效率并減小了系統尺寸、降低了系統成本。本高性能電流式多切LED控制器無紋波、低EM1、高效率、實現單電壓輸入范圍、較高PF值、小型化、集成化和低成本，這是業界一直苦苦追尋的較為理想化的驅動目標，本發明一并實現了上述所有功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1中三切實現原理框圖。
[0013]圖2為實施例1中三切分立電路部分集成化原理框圖。
[0014]圖3為實施例1中三切部分電路與LED總集成原理框圖。
[0015]圖4為實施例1中三切分立電路完全集成化原理框圖。
[0016]圖5為實施例1中三切完全電路與LED總集成原理框圖。
[0017]圖6為實施例2中四切實現原理框圖。
[0018]圖7為實施例2中四切分立電路部分集成化原理框圖。
[0019]圖8為實施例2中四切部分電路與LED總集成原理框圖。
[0020]圖9為實施例2中四切分立電路完全集成化原理框圖。
[0021]圖10為實施例2中四切完全電路與LED總集成原理框圖。
[0022]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
參見圖1，本包括輸入整流單元、電壓采樣單元、邏輯控制單元、電流采樣單元、恒流控制單元、開關陣列、電容、電阻和由LED單元組成的LED燈串；所述LED燈串首部與輸入整流單元的輸出端電連接，尾部與恒流控制單元電連接，恒流控制單元另一端與電容和電阻依次串聯，電阻的另一端接地；所述相鄰的兩個LED單元之間以及尾部的LED單元處還串接有二極管；所述二極管的陽極與相鄰LED單元的負極連接，所述二極管的陰極與相鄰LED單元的正極連接；所述尾部的二極管的陰極和首部的LED單元的正極之間還串接有一個二極管，所述串接的二極管的陰極與首部的LED單元的正極連接；所屬電流采樣單元一端與邏輯控制單元電連接，另一端與電容的近地端電連接；所述LED單元為單顆LED燈珠或者LED燈串或者LED串并組合；所述輸入整流單元的輸出與電壓采樣單元電連接，電壓采樣單元的輸出與邏輯控制單元電連接；所述電壓采樣單元對經過輸入整流單元整流后的輸入電壓進行采樣；所述電流采樣單元對流經LED燈串的電流進行采樣；所述開關陣列用于控制LED燈串的串并聯關系；所述邏輯控制單元根據電壓采集單元采集的電壓信號和電流采樣單元采集的電流信號發出控制信號給開關陣列，通過開關陣列控制LED燈串實現三切或四切的串轉并的轉換；所述邏輯控制單元根據電壓采集單元采集的電壓信號和電流采樣單元采集的電流信號發出控制信號給恒流控制單元，以調節恒流控制單元的電流值。所述開關陣列包括開關 K101、K102、K201、K202、K203、K204 和 k401。
[0024]作為優選方案技術方案，所述恒流控制單元由運放、基準電壓源、MOSFET或者三極管構成的負反饋組合而成；或者所述恒流控制單元由單個恒流二極管或恒流二極管并聯組成；所述恒流控制單元通過改變基準電壓源的電壓值或者開關切換恒流二極管的并聯個數來調變電流值。
[0025]進一步的，參見圖2，所述邏輯控制單元和開關陣列集成在一起，形成集成芯片；或者參見圖3，所述邏輯控制單元、開關陣列、恒流控制單元和LED燈串集合在一起，形成集成芯片；或者參見圖4，所述邏輯控制單元、開關陣列、電壓采樣單元、電流采集單元。或者參見圖5，所述邏輯控制單元、開關陣列、電壓采樣單元、電流采集單元、恒流控制單元、LED燈串集合在一起形成集成芯片。另外可以通過減緩開關切換速度降低EMI問題，可以通過在LED兩端并聯電容，補償在切換過程中導致的輸出電流短時下跌導致的較低頻閃爍還可以進一步采樣電容上電壓，更精確控制卻換點。所述LED單元為單顆LED燈珠或者LED燈串或LED串并組合。
[0026]本實施例中的三切原理解析:假設輸入電壓Vin的峰值是Vp，LED電壓Vmi為4/5*Vp
電容穩態起始電壓為Va，輸出單串LED電流為I。整個控制分為兩個階段，第一階段是Vin從峰值到O下降階段，第二階段是Vin從O到峰值上升階段。
[0027]第一階段:
A,Vin下降同時通過整串LED對電容進行充電，當電容電壓Vb+LED電壓4/5*Vp=Vintl時，電流下降為0，第一次充電結束，檢測電流信號控制LED燈串由單串切換為兩并，同時控制恒流單元由1變為2*1 ；
B,Vin繼續下降同時通過兩并LED對電容進行充電，當電容電壓Vc+LED電壓2/5*Vp=Vint2 時，
電流再次下降為0，第二次充電結束，檢測電流信號控制LED燈串由兩并切換為四并，同時控制恒流單元由2*1變為4*1
C，Vin繼續下降同時通過四并LED對電容進行充電，當電容電壓Vd+LED電壓l/5*Vp=Vint3 時，
電流第三次下降為0，第三次充電結束，檢測電流信號控制開關K401導通，切換為電容供電，同時維持恒流單元為4*10，之后輸入不再提供能量，此時也可以根據電容電壓與LED電壓的差值以及LED燈珠個數的情況選擇切換為三并和3*10，或者其他的更適合的串并和電流關系。
[0028]第二階段:
A，Vin從O上升，輸入不提供能量，LED由電容供電，電容電壓下降，此時仍維持第一階段末的串并以及電流關系；
B, Vin電壓上升至大于電容電壓Ve時(Ve仍大于l/5*Vp),自動改為輸入供電，此時若電容容值選取較小，電容電壓上升斜率大于Vin電壓上升斜率，則之后輸出狀態不斷的在K401關閉，Vin充電一電流下降為0，K401打開一電容供電一電壓檢測，K401關閉，輸出配置始終維持第一階段末的串并以及電流關系；
直到Vin達到Vp時，該循環結束，此時電容剩余電壓為Va，應小于l/5*Vp，因此電容也不能無限小，若電容過小，電容剩余電壓要高于Va，則第一階段平衡被破壞，整體效率下降，此時若電容容值選擇較大，電容電壓上升斜率小于Vin電壓上升斜率，則:
C，當Vin上升至2/5*Vp+Vf時，檢測電壓信號控制LED燈串由四并切換為兩并，同時控制恒流單元由4*1變為2*1 ；
D,當Vin上升至4/5*Vp+Vg時，檢測電壓信號控制LED燈串由兩并切換為單串，同時控制恒流單元由2*1變為1 ；
E，直到Vin上升至Vp時，電容電壓為Va，注意Va加上第一階段第一次充電的電壓還應小于l/5*Vp ,此為該電容容值的選取要素之一。
[0029]實施例2
參見圖6，本實施例2與實施例1不同之處在于:本實施例2中或者通過開關陣列控制8個LED單元實現四切串轉并的轉換；還包含開關K103、K104、K205、K206、K207、K208、；Κ301和Κ302。本實施例2的其他部分與實施例1相同，不再詳述。
[0030]基于上述不同，參見圖7、圖8、圖9和圖10，本實施例2的四切原理解析:假設輸入電壓Vin的峰值是Vp，LED電壓Vmi為4/5*Vp，電容穩態起始電壓為Va，輸出單串LED電流為I。整個控制分為兩個階段，第一階段是Vin從峰值到O下降階段，第二階段是Vin從O到峰值上升階段。
[0031]第一階段:
A,Vin下降同時通過整串LED對電容進行充電，當電容電壓Vb+LED電壓8/9*Vp=Vintl時，電流下降為0，第一次充電結束，檢測電流信號控制LED燈串由單串切換為兩并，同時控制恒流單元由1變為2*1 ；
B,Vin繼續下降同時通過兩并LED對電容進行充電，當電容電壓Vc+LED電壓4/9*Vp=Vint2,
電流再次下降為0，第二次充電結束，檢測電流信號控制LED燈串由兩并切換為四并，同時控制恒流單元由2*1變為4*1
C，Vin繼續下降同時通過四并LED對電容進行充電，當電容電壓Vd+LED電壓2/9*Vp=Vint2 時，
電流次下降為0，第三次充電結束，檢測電流信號控制LED燈串由四并切換為八并同時控制恒流單元由4*1變為8*1，
D，Vin繼續下降同時通過八并LED對電容進行充電，當電容電壓Ve+LED電壓l/9*Vp=Vint3 時， 電流第四次下降為O，第四次充電結束，檢測電流信號控制開關K401導通，切換為電容供電，同時維持恒流單元為8*10，之后輸入不再提供能量，此時也可以根據電容電壓與LED電壓的差值以及LED燈珠個數的情況選擇切換為七并或6并和7*1或6*1，或者其他的更適合的串并和電流關系。
[0032]第二階段:
A，Vin從O上升，輸入不提供能量，LED由電容供電，電容電壓下降，此時仍維持第一階段末的串并以及電流關系；
B,Vin電壓上升至大于電容電壓Vf時(Vf仍大于l/9*Vp)，自動改為輸入供電此時若電容容值選取較小，電容電壓上升斜率大于Vin電壓上升斜率，則之后輸出狀態不斷的在K401關閉，Vin充電一電流下降為0，K401打開一電容供電一電壓檢測，Κ401關閉，輸出配置始終維持第一階段末的串并以及電流關系，
直到Vin達到Vp時，該循環結束，此時電容剩余電壓為Va，應小于l/9*Vp，因此電容也不能無限小，
若電容過小，電容剩余電壓要高于Va，則第一階段平衡被破壞，整體效率下降，此時若電容容值選擇較大，電容電壓上升斜率小于Vin電壓上升斜率，則:
C，當Vin上升至2/9*Vp+Vg時，檢測電壓信號控制LED燈串由八并切換為四并，同時控制恒流單元由8*1變為4*1，
D，當Vin上升至4/9*Vp+Vh時，檢測電壓信號控制LED燈串由四并切換為兩并，同時控制恒流單元由4*1變為2*1，
E，當Vin上升至8/9*Vp+Vi時，檢測電壓信號控制LED燈串由兩并切換為單串，同時控制恒流單元由2*1變為1，
F，直到Vin上升至Vp時，電容電壓為Va，注意Va加上第一階段第一次充電的電壓還應小于l/9*Vp,此為該電容容值的選取要素之一。
【權利要求】
1.一種高性能電流式多切LED控制器，其特征在于:包括輸入整流單元、電壓采樣單元、邏輯控制單元、電流采樣單元、恒流控制單元、開關陣列、電容、電阻和由LED單元組成的LED燈串；所述LED燈串首部與輸入整流單元的輸出端電連接，尾部與恒流控制單元電連接，恒流控制單元另一端與電容和電阻依次串聯，電阻的另一端接地；所述相鄰的兩個LED單元之間以及尾部的LED單元處還串接有二極管；所述二極管的陽極與相鄰LED單元的負極連接，所述二極管的陰極與相鄰LED單元的正極連接；所述尾部的二極管的陰極和首部的LED單元的正極之間還串接有一個二極管，所述串接的二極管的陰極與首部的LED單元的正極連接；所屬電流采樣單元一端與邏輯控制單元電連接，另一端與電容的近地端電連接；所述LED單元為單顆LED燈珠或者LED燈串或者LED串并組合；所述輸入整流單元的輸出與電壓采樣單元電連接，電壓采樣單元的輸出與邏輯控制單元電連接；所述電壓采樣單元對經過輸入整流單元整流后的輸入電壓進行采樣；所述電流采樣單元對流經LED燈串的電流進行采樣；所述開關陣列用于控制LED燈串的串并聯關系；所述邏輯控制單元根據電壓采集單元采集的電壓信號和電流采樣單元采集的電流信號發出控制信號給開關陣列，通過開關陣列控制LED燈串實現三切或四切的串轉并的轉換；所述邏輯控制單元根據電壓采集單元采集的電壓信號和電流采樣單元采集的電流信號發出控制信號給恒流控制單元，以調節恒流控制單元的電流值。
2.根據權利要求1所述的高性能電流式多切LED控制器，其特征在于:所述恒流控制單元由運放、基準電壓源、MOSFET或者三極管構成的負反饋組合而成；或者所述恒流控制單元由單個恒流二極管或恒流二極管并聯組成；所述恒流控制單元通過改變基準電壓源的電壓值或者開關切換恒流二極管的并聯個數來調變電流值。
3.根據權利要求1或2所述的高性能電流式多切LED控制器，其特征在于:所述邏輯控制單元和開關陣列集成在一起，形成集成芯片。
4.根據權利要求1或2所述的高性能電流式多切LED控制器，其特征在于:所述邏輯控制單元、開關陣列、恒流控制單元和LED燈串集合在一起，形成集成芯片。
5.根據權利要求1或2所述的高性能電流式多切LED控制器，其特征在于:所述邏輯控制單元、開關陣列、電壓采樣單元、電流采集單元。
6.根據權利要求1或2所述的高性能電流式多切LED控制器，其特征在于:所述邏輯控制單元、開關陣列、電壓采樣單元、電流采集單元、恒流控制單元、LED燈串集合在一起形成集成芯片。
7.根據權利要求1或2所述的高性能電流式多切LED控制器，其特征在于:所述LED單元為單顆LED燈珠或者LED燈串或LED串并組合。
【文檔編號】H05B37/02GK104507207SQ201410677234
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】陳敦軍, 雷建明, 張 榮, 鄭有炓 申請人:南京大學