LED照明電路和包括其的照明設備的制作方法

文檔序號:24728929發布日期:2021-04-16 23:22
LED照明電路和包括其的照明設備的制作方法
led照明電路和包括其的照明設備
技術領域
1.本發明涉及一種led照明電路。


背景技術:

2.抽頭式線性驅動器(或被稱為步進led驅動器)是一種低成本led驅動技術,其不需要切換模式電源。該抽頭式線性驅動器動態地旁路led段的串聯連接中的一個或多個led段,以使得電氣環路中其余led段的正向電壓與輸入電壓的幅度匹配。輸入電壓通常是ac干線電壓。us20150108909a1公開了這種抽頭式線性驅動器。甚至進一步地,該抽頭式線性驅動器以二進制方式旁路led段。更具體地,將這三個段的狀態用作3位二進制代碼,每個段對應一位,1意味著一個段不被旁路,而0意味著該段被旁路,三個段被切換為000、001、010、011、100、101、110和111。


技術實現要素:

3.本發明的實施例的基本思想是經由緩沖組件鉗位開關的電壓以避免電流尖峰,該緩沖組件被連接到至少兩個led段的串聯串的陽極和陰極。緩沖組件的放電仍然流經led段,以防止功率損耗。優選地,緩沖組件還鉗位電流源電路的電壓。本發明的實施例的另一基本思想是:通過使用分別與led并聯并且具有用于led的電流源的緩沖組件來提供具有魯棒的浪涌保護的電路。
4.根據基本實施例,提供了一種led照明電路,該led照明電路包括:輸入,適于接收輸入電壓;多個led段,被串聯連接并被連接到輸入;緩沖組件,用相應開關被連接到多個led段中的至少兩個led段的串聯串的陽極和陰極;電流源電路,跨輸入與緩沖組件和至少兩個led段的并聯連接串聯連接;還包括跨電流源電路的另外的緩沖組件,其中所述緩沖組件和另外的緩沖組件串聯連接。
5.該實施例進一步提高了效率、emi容限和thd。與已知電路相比,效率可以提高大約5%,emi容限為20db,并且thd為3%。該實施例還可以減輕led和電流源的浪涌風險,因為緩沖組件還可以將浪涌電流分流到地面(輸入的另一極性)。因此,提供了兩個緩沖組件的雙重功能。
6.在另一實施例中,所述緩沖組件包括電容器,所述電容器適于:當至少兩個led段的開關斷開時,緩沖跨至少兩個led段的電壓,并且當一個led段的開關閉合而另一led段的開關仍然斷開時經由一個led段的開關和另一led段進行放電。
7.該實施例進一步限定了緩沖組件在減小輸入電流尖峰中的操作。
8.在另一實施例中,該實施例還包括切換布置,該切換布置包括多個開關(q1、q2、q3、q4),多個開關中的每個開關與相應的led段并聯,以選擇性地不旁路任何led段或旁路至少一個led段,以便將多個led段中的其余led段的正向電壓與輸入電壓的瞬時幅度進行匹配。
9.在該實施例中,使用了抽頭式線性驅動器(切換段)拓撲。電壓改變將不會被應用
于電流源電路,并且輸入電流尖峰更少。
10.在另一實施例中,當至少兩個led段的開關被切換時,所述緩沖組件適于使跨至少兩個led段的電壓穩定,從而使跨電流源電路的電壓穩定。
11.該實施例進一步限定了緩沖組件在減小輸入電流尖峰中的操作。
12.在另一實施例中,輸入包括:正端子,連接串聯的多個led段的陽極;以及負端子,經由電流源電路連接串聯的多個led段的陰極,并且緩沖組件跨串聯的多個led段的陽極和陰極被連接。
13.在該實施例中,緩沖組件跨整個串聯的多個led段被連接。
14.備選地,緩沖組件可以連接到多個led段中的僅子集led段的串聯連接。
15.并且該實施例還包括二極管,該二極管從串聯的多個led段的陰極向所述緩沖組件與另外的緩沖組件的互連呈正向。
16.在另一實施例中,該緩沖組件還包括:多個電容器,每個電容器分別與一個led段并聯;以及多個二極管,每個二極管都在一個開關與一個電容器之間,以阻止電容器經由開關放電,以使得開關的電流流動端子與該并聯電容器的放電能量被解耦。
17.這些電容器進一步減少了led段的閃爍。
18.在另一實施例中,輸入適于接收經整流的ac干線電壓作為輸入電壓。ac干線電壓在美國或日本可以是110v ac,或在歐洲和中國是220/230v ac。
19.在另一實施例中,所述切換布置適于:當輸入電壓的瞬時幅度在第一范圍內時,不旁路第一led段而旁路第二led段;當輸入電壓的瞬時幅度在高于第一范圍的第二范圍內時,旁路第一led段而不旁路第二led段;以及當輸入電壓的瞬時幅度在高于第二范圍的第三范圍內時,不旁路第一led段和第二led段。
20.該實施例提供了基本實施例在二進制抽頭式線性中的應用。備選地,基本實施例還可以與正常抽頭式線性驅動器一起使用,其中led段以001、011和111的方式被逐漸/累積地導通/關斷,其中三個位指示相應的led段的狀態。
21.本發明的另一方面提供了一種照明設備,該照明設備包括根據上文實施例的led照明電路。照明設備可以優選是路燈。
22.本發明的這些和其他方面將從下文描述的(多個)實施例變得明顯,并且將參考下文描述的(多個)實施例來闡述。
附圖說明
23.為了更好地理解本發明,并更清楚地示出本發明如何實施,現在將僅通過示例參考隨附的附圖,在附圖中:
24.圖1示出了通常的抽頭式線性驅動器的電路示意圖;
25.圖2示出了圖1中的電路的輸入電流波形;
26.圖3示出了另一通常的抽頭式線性驅動器的電路示意圖;
27.圖4示出了根據本發明的基本實施例的抽頭式線性驅動器的電路示意圖;
28.圖5示出了根據本發明的改進實施例的抽頭式線性驅動器的電路示意圖;以及
29.圖6示出了圖5中的電路的輸入電流波形。
具體實施方式
30.將參考附圖來描述本發明。
31.圖1示出了抽頭式線性驅動器的通常的電路示意圖。v1代表輸入電壓,其為例如230v rms ac電壓。u3代表整流器橋,其可以是基于二極管的。備選地,整流器橋可以基于由有源開關(如雙極晶體管或mosfet)實施的有源整流。c9是大的緩沖電容器,其被連接到整流器的正輸出和負輸出,以用于提供一定的緩沖。led1至led4代表切換的led段,而mosfet s1至s4分別與led1至led4并聯以用于旁路或不旁路一個led段。這些mosfet由開關控制塊驅動,該開關控制塊可以是ic,或由分立組件實施。電流源電路b1與led段串聯連接,并且電流源電路b1和led段連接到整流器的正輸出和負輸出。每個led段具有緩沖電容器c1至c4。隔離二極管d1至d4被連接在mosfet與緩沖電容器之間,以防止緩沖電容器通過mosfet放電。
32.在切換時段期間,切換mosfet q1至q4上存在高dv/dt。由于切換時的整流輸入電壓(在vbus與gnd之間)被認為是恒定的,因此電流源電路b1上存在大的電壓尖峰,這使得emi較差。另外,因為電流源電路b1的阻抗響應緩慢,所以導致輸入電流的高尖峰,這使thd變差,并且還由于電路的振蕩而產生一些噪聲。圖2在頂部示出了電流尖峰,在中間示出了ac干線輸入電壓,在底部示出了跨電流源電路b1的電壓??梢钥闯?,電流尖峰和電壓尖峰非常大。
33.另一電路如圖3中所示出,在mosfet s1至s4的柵極/源極與漏極/源極之間添加了電容器。以mosfet s1為例,在柵極與源極之間添加了c10,并且在漏極與源極之間添加了c5。電路降低了切換速度以克服電流尖峰,并且跨mosfet的電壓被電容器c5鉗位,因此電流源電路b1上不存在瞬變的電壓改變,從而使電流尖峰更少。然而,該電路帶來一些副作用:由于電容器c5至c8中所存儲的能量被mosfet消耗,所以效率較低;以及mosfet之間的交叉切換會影響輸入電流形狀,降低thd和pf性能。
34.本發明的基本實施例提出了一種緩沖組件,該緩沖組件被連接到至少兩個led段的串聯串的陽極和陰極。當至少兩個led段的開關斷開時,該緩沖組件緩沖跨至少兩個led段的電壓,并且當一個led段的開關閉合而另一led段的開關仍然斷開時,該緩沖組件經由一個led段的一個開關和另一led段進行放電。因此,跨至少兩個led段的電壓被穩定以防止電壓/電流尖峰,并且由緩沖組件放電的能量仍然流經另一led段,并且效率高。
35.更具體地,如圖4中所示出,去除了跨mosfet的漏極和源極的電容器,以使得防止了其放電損失。添加電容器c9以將所有led段led1至led4的串聯串的陽極和陰極與相應的開關q1至q4連接。備選地,電容器c9可以連接到僅兩個或三個led段(例如led1和led2、led2和led3、或led3和led4、或led1、led2和led3、或led2、led3和led4)的串聯串的陽極和陰極。
36.當ac干線電壓的瞬時幅度處于峰值時,令q1至q4全部關斷。隨著幅度下降,q1從斷開切換到導通以旁路led段led1。在切換點處,輸入電壓被認為是恒定的。c9保持從整流器的正輸出到led段的陰極的電壓。因此,跨電流源電路b1的電壓也被保持。不存在電壓/電流尖峰。c9通過以下輪次被放電:
37.q1
?
ds

d2

c2//led2

d3

c3//led3

d4

c4//led4

d5
38.其中ds意味著從漏極到源極,并且//意味著并聯連接。
39.放電電流驅動led段led2至led4,因此實施例具有比圖3中的電路更高的效率,其
中c5的放電電流被mosfet完全消耗。
40.另一實施例是添加與電流源電路并聯的另外的緩沖組件。如圖5中所示出,另外的緩沖組件c5跨電流源電路b1被設置。在(經整流的)輸入電壓之間,緩沖組件c9和另外的緩沖組件c5串聯連接。該實施例還包括二極管,該二極管從串聯的多個led段的陰極向所述緩沖組件c9與另外的緩沖組件c5的互連呈正向。
41.電容器c5也使跨電流源電路的電壓穩定。如果mosfet導通,則跨電流源電路的電壓旨在增加,但其首先將被c5的電壓加上d5的正向電壓鉗位。
42.c5通過以下輪次被放電:
43.c9

q1
?
ds

d2

c2//led2

d3

c3//led3

d4

c4//led4

b1
44.在q1切換期間,led1上的電壓降將在很短的時間內被施加到b1的源極點。
45.v
soruce1
=v
bus
?
vled1
?
vled2
?
vled3
?
vled4
??
(1)(q1至q4斷開)
46.v
soruce2
=v
bus
?
v
rdson
?
vled2
?
vled3
?
vled4
??
(2)(q1導通,q2至q3斷開)
47.通過等式2至等式1,我們可以獲得在q1導通期間在b1上的電壓改變。
48.δv
source
=v
led1
?
v
rdson
???
(3)
49.b1是線性電流源,可以通過等式(4)來計算在q1導通的時段時b1的電阻。
50.r
b1
=v
source1
/i
in
??
(4)
51.在ql導通期間的電流增量:
52.i
peak
=δv
source
/r
b1
???
(5)
53.尖峰ipeak通過等式5計算。該尖峰電流會使emi、thd變差。此外,該尖峰電流在q1的引腳之間產生振蕩,這些引腳降低了高電位性能。
54.在沒有c9的情況下,b1的響應速度比q1的導通速度慢得多。在有c1的情況下,我們可以看出跨電流源的δvsource被減小,r
b1
被增大。顯然,ipeak變小了,輸入電流變得平滑(圖7中的綠色通道)。針對電路,我們選擇c9 330nf和c5 33nf。在c9放電期間,能量幾乎全部被led消耗。另外,在d9的幫助下,電容器c9中沒有存儲額外的功率,而b1消耗了c5。因此,效率高。
55.圖6示出了圖5中的實施例的輸入電流波形??梢钥闯?,電流尖峰遠小于圖2中的電流尖峰。
56.電流源電路可以通過雙極晶體管或mosfet來實施。通過研究附圖、公開內容和所附權利要求書,本領域的技術人員在實踐要求保護的本發明時可以理解和實現所公開的實施例的變型。例如,電流源電路可以從led段的陰極被移動到led段的陽極,即高側驅動。在權利要求書中,詞語“包括”不排除其他元件或步驟,并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單個處理器或其他單元可以滿足在權利要求書中記載的數個項的功能。在相互不同的從屬權利要求中敘述某些措施這一事實并不指示這些措施的組合不能用于有利。計算機程序可以被存儲/分布在合適的介質上,諸如與其他硬件一起供應的或作為其他硬件的部分供應的光學存儲介質或固態介質,但也可以以其他形式被分布,諸如經由因特網或其他有線或無線電信系統。權利要求書中的任何附圖標記都不應該被解釋為是對范圍的限制。
再多了解一些
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