CN104684219B - 一种led照明设备和驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED灯具电源的驱动电路，包括：整流滤波单元，用于将交流电进行整流和滤波以输出第一直流电压；恒压电源单元，用于将由整流滤波单元输出的第一直流电压转换为第二直流电压并输出恒定电压；恒流驱动单元，用于将恒压电源单元输出的恒定电压进行恒流变换以输出恒定电流至LED光源；和调光调色控制单元，用于通过输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号来调节LED光源的亮度和冷暖，其中该恒压电源单元为隔离型，该恒流驱动单元为非隔离型。

Description

一种LED照明设备和驱动电路

技术领域

本发明涉及一种LED照明设备，更具体地，涉及一种LED照明设备的驱动电路。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯具正在迅速取代传统的白炽灯。与白炽灯相比，LED灯具有发光效率高、低耗电、可调色温、寿命长等优点。在LED灯具的各个部件中，电源和驱动电路的设计至关重要。由于LED的光特性与电流直接相关，因此LED通常采用恒流驱动，以保证对LED亮度、色度的准确调节，同时避免驱动电流超出额定值，影响可靠性和寿命。

例如公开号为CN101572972的发明专利文件公开了一种可调光恒流源电路，包括EMC防护电路、PFC校正电路、恒流源电路和调光控制电路。其中EMC防护电路的输入端接到外部AC220V输入，输出端连接到PFC校正电路，由PFC校正电路输出恒压信号给恒流源电路和调光控制电路，由恒流源输出端驱动外部灯具，调光控制电路的输出端输出脉宽调制信号驱动恒流源，以达到调光目的。这样的电路恒流源的输出和输入没有电气隔离，这种情况要求灯具外壳本身具有良好的电气隔离，方能保证安全。因此，这种不隔离的LED灯具通常用在商用照明和路灯中，即只有专业训练的电工才会接触的场合。另外，如果恒流源的输出和输入采用开关电源变压器实现电气隔离，这种情况下，开关电源的工作频率通常为20kHz～70kHz，这样的工作频率对脉宽调制信号(通常为500Hz～1kHz)的响应不够灵敏，即灯具无法调节到较低的亮度。通常的实现中，当脉宽调制信号的占空比小于10％左右时，灯具就会直接熄灭。

综上，这种单级恒流驱动的效果难以令人满意，尤其是对于功率较大的LED灯具。

因此，需要性能更稳定的电源和驱动电路设计，以及成本更低的调光控制电路。

发明内容

为此，本发明提供一种LED照明设备和驱动电路，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。

根据本发明的一个方面，提供一种LED灯具电源驱动电路，包括：整流滤波单元，用于将交流电进行整流和滤波以输出第一直流电压；恒压电源单元，用于将由整流滤波单元输出的第一直流电压转换为第二直流电压并输出恒定电压；恒流驱动单元，用于将恒压电源单元输出的恒定电压进行恒流变换以输出恒定电流至LED光源；和调光调色控制单元，用于通过输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号来调节LED光源的亮度和冷暖，其中恒压电源单元为隔离型，恒流驱动单元为非隔离型。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，恒压电源单元包括用于电气隔离的隔离部件。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，还包括：冷暖光切换单元，用于调节LED光源的冷暖色调，其中第一脉宽调制信号被输出至恒流驱动单元，第二脉宽调制信号被输出至冷暖光切换单元。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，LED光源包括具有不同色温的至少第一组LED发光器件和第二组LED发光器件，该冷暖光切换单元包括：第一开关器件(Q1)，与第一组LED发光器件的第一串联支路连接在恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间；第二开关器件(Q2)，与第二组LED发光器件的第二串联支路连接在恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间；第一分压支路，包括串联的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)；第三开关器件(Q3)，其与分压支路的第三串联支路连接在恒流驱动单元的第一输出端与接地端之间；第二分压支路，包括串联在恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间的第四电阻(R4)和第五电阻(R5)；和第四开关器件(Q4)，其与第四电阻(R4)并联，其中第三开关器件的选通端接收来自调光调色控制单元的第二脉宽调制信号，其中第一开关器件(Q1)的选通端连接在第二电阻(R2)与第三电阻(R3)之间，第二开关器件(Q2)的选通端连接到第四电阻(R4)和第五电阻(R5)之间，第四开关器件(Q4)的选通端连接到第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，第三开关器件包括NPN型三极管，第三开关器件的选通端为基极，基极经由第六电阻(R6)接收第二脉宽调制信号并且经由第七电阻(R7)连接到接地端，第三开关器件的集电极连接到第三电阻(R3)，发射极连接到接地端。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，第四开关器件包括PNP型三极管，第四开关器件的选通端为基极，第四开关器件的发射极连接到恒流驱动单元的第一输出端，第四开关器件的集电极连接到第四电阻(R4)与第五电阻(R5)之间。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，第一开关器件包括PMOS管，第一开关器件的选通端为栅极，第一开关器件的漏极与第一组LED发光器件相连，第一开关器件的源极连接到恒流驱动单元的第一输出端。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，第二开关器件包括PMOS管，第二开关器件的选通端为栅极，第二开关器件的漏极与第二组LED发光器件相连，第二开关器件的源极连接到恒流驱动单元的第一输出端。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，还包括EMI滤波单元，用于抑制电网和电子元件自身产生的电磁干扰。

可选地，在根据本发明的LED灯具电源驱动电路中，恒流驱动单元工作频率范围为600kHz至1000kHz。

根据本发明的另一方面，提供了一种LED照明设备，包括如上所述的LED灯具电源驱动电路和LED光源。

根据本发明的LED灯具电源驱动电路方案，采用了恒压恒流两极驱动，一方面恒压开关电源通过变压器实现了电路输出和市电隔离，从而确保电路的安全性；另一方面由于恒流驱动单元采用低压非隔离结构，工作频率远高于调光脉宽调制信号，因此可以实现精度很高的亮度调节，以及低于5％额定功率的低亮度情况下的稳定照明。

另外，根据本发明的LED灯具电源驱动电路方案，采用了利用单个恒流驱动单元实现的冷暖切换电路，不仅节约了成本，并且由于在调节冷暖时单个恒流电源输出电流是稳定不变的，因此调节冷暖时，整个灯具的发光亮度不会变化。

综上，本发明能够提供性能更稳定的LED电源和驱动电路设计，以及成本更低的调光控制电路。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施方式的LED灯具电源驱动电路100的结构图；

图2示出了根据本发明的一个示例性实施方式的LED灯具电源驱动电路100的冷暖光切换单元150的电路示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1是根据本发明的一个实施例的LED灯具电源驱动电路100的结构示意图。该LED灯具电源的驱动电路包括：整流滤波单元110、恒压电源单元120、恒流驱动单元130和调光调色控制单元140。

整流滤波单元110将交流电进行整流和滤波以输出第一直流电压，例如对于220V市电输入的情况，整流滤波后的输出是不超过400V的直流电。恒压电源单元120将由整流滤波单元110输出的第一电压直流电转换为第二电压直流电并输出稳定电压，其中恒压电源单元120包括用于电气隔离的隔离部件，根据本发明的一个实施方式，恒压电源单元120由恒压开关电源和变压器组成，恒压开关电源将高压直流电(比如不超过400V的直流电)转换为24V低压直流电，并保持输出电压的稳定。其中恒压开关电源的工作频率为20kHz至70kHz。恒压开关电源通过变压器实现了输出级和输入级(市电)的隔离，从而保证其后续所有电路的安全性。恒流驱动单元130与恒压电源单元120相连，将恒压电源单元120输出的恒定电压进行恒流变换以输出恒定电流至LED光源，根据本发明的一个实施例，该恒定电流保持在250mA至300mA，恒流驱动单元130的工作频率范围为600kHz至1000kHz。应当注意的是，该恒压电源单元120为隔离型，恒流驱动单元130为非隔离型。另外，调光调色控制单元140输出两路脉宽调制信号，分别用来调节LED光源的亮度和冷暖。

根据本发明的一个实施例，该驱动电路100还包括冷暖光切换单元150，用于调节LED光源的冷暖色调。即上述两路脉宽调制信号中，第一脉宽调制信号被输出至恒流驱动单元130以调节光的亮度，第二脉宽调制信号被输出至冷暖光切换单元150以调节光的冷暖色调，而后将冷暖光切换单元150的输出给LED发光器件。

其中，LED光源包括具有不同色温的至少第一组LED发光器件和第二组LED发光器件。

根据本发明的一个实施例，该驱动电路100还包括EMI滤波单元160，其输入端接到外部电源AV220V的输入，用于抑制电网和电子元件自身产生的电磁干扰，而后将交流电输出给整流滤波单元110。

根据本发明的恒压恒流两级驱动电路，通过恒压电源单元实现了电路输出和市电隔离，保障了电路的安全性；同时非隔离恒流驱动单元以600kHz至1000kHz的频率调节脉宽调制信号(通常为1kHz)，可以实现精度很高的亮度调节，以及亮度低于5％以下的低亮度输出。

图2示出了根据本发明的一个实施例的冷暖光切换单元150的电路示意图。冷暖光切换单元150包括：第一开关器件Q1，与第一组LED发光器件(LED_P1，LED_N)的第一串联支路连接在恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间；第二开关器件Q2，与第二组LED发光器件(LED_P2，LED_N)的第二串联支路连接在恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间；第一分压支路，包括串联的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；第三开关器件Q3，其与分压支路的第三串联支路连接在恒流驱动单元的第一输出端与接地端GND之间；第二分压支路，包括串联在恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间的第四电阻R4和第五电阻R5；和第四开关器件Q4，其与第四电阻R4并联。

其中第三开关器件的选通端接收来自调光调色控制单元140的第二脉宽调制信号，即冷暖切换信号，其中第一开关器件Q1的选通端连接在第二电阻R2与第三电阻R3之间，第二开关器件Q2的选通端连接到第四电阻R4和第五电阻R5之间，第四开关器件Q4的选通端连接到第一电阻R1和第二电阻R2之间。

更具体地，第三开关器件包括NPN型三极管Q3，第三开关器件的选通端为基极，基极经由第六电阻R6接收第二脉宽调制信号并且经由第七电阻R7连接到接地端，其集电极连接到第三电阻R3，发射极连接到接地端。

第四开关器件包括PNP型三极管Q4，第四开关器件的选通端为基极，其发射极连接到恒流驱动单元的第一输出端，集电极连接到第四电阻R4与第五电阻R5之间。

第一开关器件包括PMOS管Q1，该第一开关器件的选通端为栅极，其漏极与第一组LED发光器件相连，源极连接到恒流驱动单元的第一输出端。

第二开关器件包括PMOS管Q2，该第二开关器件的选通端为栅极，其漏极与第二组LED发光器件相连，源极连接到恒流驱动单元的第一输出端。

当冷暖信号输入为高电平时，NPN型三极管Q3导通，第一分压支路上有电流通过，PMOS管Q1和PNP型三极管Q4导通，于是第四电阻R4被短路，PMOS管Q2截止。此时第一组LED发光器件上有电流通过，该LED发光器件点亮，同理，第二组LED发光器件熄灭。

相应地，当冷暖信号输入为低电平时，NPN型三极管Q3截止，于是第一分压支路上无电流通过，从而PMOS管Q1和PNP型三极管Q4均截止，第二分压支路上有电流通过，因此PMOS管Q2导通。同理，此时第二组LED发光器件点亮，第一组LED发光器件熄灭。

由于在实际应用中，两路LED发光器件不需要同时亮起，因此根据本发明的冷暖光切换电路，可以使用单个恒流驱动单元，而不需要两个或多个恒流单元。不仅节约了成本，且在调节冷暖时，单个恒流电源输出电流是稳定不变的，因此调节冷暖不会改变整个灯具的发光亮度。

应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

A：根据本发明的LED灯具电源驱动电路，其中恒流驱动单元工作频率范围为600kHz至1000kHz。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种LED灯具电源驱动电路，包括：

整流滤波单元，用于将交流电进行整流和滤波以输出第一直流电压；

恒压电源单元，用于将由所述整流滤波单元输出的第一直流电压转换为第二直流电压并输出恒定电压；

恒流驱动单元，用于将恒压电源单元输出的恒定电压进行恒流变换以输出恒定电流至LED光源；和

调光调色控制单元，用于通过输出第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号来调节LED光源的亮度和冷暖，

冷暖光切换单元，用于调节LED光源的冷暖色调，其中，所述第一脉宽调制信号被输出至所述恒流驱动单元，所述第二脉宽调制信号被输出至所述冷暖光切换单元，其中，所述LED光源包括具有不同色温的至少第一组LED发光器件和第二组LED发光器件，

所述冷暖光切换单元包括：

第一开关器件(Q1)，与第一组LED发光器件的第一串联支路连接在所述恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间；

第二开关器件(Q2)，与第二组LED发光器件的第二串联支路连接在所述恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间；

第一分压支路，包括串联的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)；

第三开关器件(Q3)，其与分压支路的第三串联支路连接在所述恒流驱动单元的第一输出端与接地端之间；

第二分压支路，包括串联在所述恒流驱动单元的第一输出端和第二输出端之间的第四电阻(R4)和第五电阻(R5)；和

第四开关器件(Q4)，其与第四电阻(R4)并联，

其中第三开关器件的选通端接收来自所述调光调色控制单元的第二脉宽调制信号，其中第一开关器件(Q1)的选通端连接在第二电阻(R2)与第三电阻(R3)之间，第二开关器件(Q2)的选通端连接到第四电阻(R4)和第五电阻(R5)之间，第四开关器件(Q4)的选通端连接到第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间；

其中所述恒压电源单元为隔离型，所述恒流驱动单元为非隔离型。

2.如权利要求1所述的LED灯具电源驱动电路，其中所述恒压电源单元包括用于电气隔离的隔离部件。

3.如权利要求1所述的LED灯具电源驱动电路，其中所述第三开关器件包括NPN型三极管，所述第三开关器件的选通端为基极，基极经由第六电阻(R6)接收第二脉宽调制信号并且经由第七电阻(R7)连接到接地端，第三开关器件的集电极连接到第三电阻(R3)，发射极连接到接地端。

4.如权利要求1所述的LED灯具电源驱动电路，其中所述第四开关器件包括PNP型三极管，所述第四开关器件的选通端为基极，第四开关器件的发射极连接到恒流驱动单元的第一输出端，第四开关器件的集电极连接到第四电阻(R4)与第五电阻(R5)之间。

5.如权利要求1所述的LED灯具电源驱动电路，其中所述第一开关器件包括PMOS管，所述第一开关器件的选通端为栅极，第一开关器件的漏极与第一组LED发光器件相连，第一开关器件的源极连接到所述恒流驱动单元的第一输出端。

6.如权利要求1所述的LED灯具电源驱动电路，其中所述第二开关器件包括PMOS管，所述第二开关器件的选通端为栅极，第二开关器件的漏极与第二组LED发光器件相连，第二开关器件的源极连接到所述恒流驱动单元的第一输出端。

7.如权利要求1所述的LED灯具电源驱动电路，还包括EMI滤波单元，用于抑制电网和电子元件自身产生的电磁干扰。

8.如权利要求1所述的LED灯具电源驱动电路，其中所述恒流驱动单元工作频率范围为600kHz至1000kHz。

9.一种LED照明设备，包括如权利要求1-8中任一项所述的LED灯具电源驱动电路和LED光源。