CN216057574U - 多段开关降压电路和led灯具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多段开关降压电路和LED灯具。其中，多段开关降压电路包括电压检测电路、降压型恒流开关电源电路和光源选择电路，电压检测电路用于检测降压型恒流开关电源电路的输入电压，光源选择电路用于根据电压检测电路的检测结果选择N组光源中的第一至第M组光源串联后接入降压型恒流开关电源电路的输出端，其中，N≥2，M≤N，当M<N时，M组光源串联后的工作电压≤降压型恒流开关电源电路的输入电压≤M+1组光源串联后的工作电压；当M＝N时，M组光源串联后的工作电压≤降压型恒流开关电源电路的输入电压。本实用新型满足谐波要求，具有高PF，且输出电压没有限制，效率高，输出电流低，器件选型要求低，电路成本低。

Description

多段开关降压电路和LED灯具

技术领域

本实用新型属于电路技术领域，具体地涉及一种多段开关降压电路和LED灯具。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED灯具由于具有高效节能、长寿命、绿色环保等优点，已被越来越广泛地应用在各种场所中。

LED灯具使用时需要采用LED驱动电路来进行驱动。降压型恒流开关电源电路是一种比较常用的LED驱动电路。由于降压型恒流开关电源电路的原理是输出电压要小于输入电压，当输入电压小于输出电压时，IC不工作，LED通过输出电解电容进行供电，这样就会造成无输入电流，从而产生谐波，因此，目前的具有高PF(功率因数)的降压型恒流开关电源电路为了使谐波满足要求，需要将输出电压做的比较低，这样的话驱动效率也较低，且输出电压做的比较低，要达到同等的功率输出，输出电流就会比较大，对电感及MOS管等器件的性能要求就比较高，成本比较高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多段开关降压电路用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种多段开关降压电路，包括电压检测电路、降压型恒流开关电源电路和光源选择电路，电压检测电路用于检测降压型恒流开关电源电路的输入电压，光源选择电路用于根据电压检测电路的检测结果选择N组光源中的第一至第M组光源串联后接入降压型恒流开关电源电路的输出端，其中，N≥2，M≤N，当M<N时，M组光源串联后的工作电压≤降压型恒流开关电源电路的输入电压≤M+1组光源串联后的工作电压；当M＝N时，M组光源串联后的工作电压≤降压型恒流开关电源电路的输入电压。

进一步的，所述光源选择电路包括比较电路、控制逻辑电路和开关选择电路，比较电路的输入端接电压检测电路的输出端，比较电路的输出端接控制逻辑电路的输入端，控制逻辑电路用于控制开关选择电路选择M组光源串联在降压型恒流开关电源电路的输出端上。

更进一步的，所述开关选择电路由N个开关构成，N组光源依次首尾连接，第一组光源的正端为串联后的N组光源的正端，接降压型恒流开关电源电路的输出正端，N个开关分别接在N组光源的负端与降压型恒流开关电源电路的输出负端之间。

更进一步的，所述开关采用MOS管来实现。

进一步的，所述第一组光源的工作电压为30-60V。

进一步的，所述降压型恒流开关电源电路的功率开关管与控制逻辑电路所选择的开关共用。

进一步的，所述比较电路采用多路比较器来实现。

进一步的，所述电压检测电路包括电阻分压电路和电容C2，电阻分压电路接在降压型恒流开关电源电路的输入端之间，电容C2接在电阻分压电路的输出端与降压型恒流开关电源电路的输入负端之间。

本实用新型还提供了一种LED灯具，包括上述的多段开关降压电路和N组光源，N组光源为LED光源。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型不仅满足谐波要求，具有高PF，且输出电压没有限制，驱动效率较高，输出电流可以较低，器件选型要求低，电路成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一的电路框图；

图2为本实用新型实施例一的电路图；

图3为本实用新型实施例一的光源选择电路和恒流控制单元的电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例一

如图1-3所述，一种多段开关降压电路，包括电压检测电路11、降压型恒流开关电源电路12和光源选择电路13，电压检测电路11用于检测降压型恒流开关电源电路12的输入电压，光源选择电路13用于根据电压检测电路11的检测结果选择N组光源14中的第一至第M组光源串联后接入降压型恒流开关电源电路12的输出端，由降压型恒流开关电源电路12进行驱动，其中，N≥2，M≤N，当M<N时，M组光源串联后的工作电压≤降压型恒流开关电源电路12的输入电压≤M+1组光源串联后的工作电压；当M＝N时，M组光源串联后的工作电压≤降压型恒流开关电源电路12的输入电压。

本具体实施例中，光源优选为LED光源，但并不以此为限。N为4，4组光源分别为光源LED1、光源LED2、光源LED3和光源LED4，但并不限于此，在一些实施例中，光源的数量可以根据实际情况进行设定，如N为2、3、5、6等等。

本具体实施例中，电压检测电路11包括电阻分压电路和电容C2，电阻分压电路接在降压型恒流开关电源电路12的输入端之间，电容C2的第一端接电阻分压电路的输出端，第二端接降压型恒流开关电源电路12的输入负端GND。更具体的，电阻分压电路包括电阻R4和R5，电阻R4的第一端接降压型恒流开关电源电路12的输入正端Vbus，电阻R4的第二端串联电阻R5接降压型恒流开关电源电路21的输入负端GND，电阻R4和R5之间的节点为电阻分压电路的输出端，采用该电压检测电路11，电路结构简单，易于实现，成本低，但并不限于此，在一些实施例中，也可以采用现有其它的电压检测电路来实现。

本具体实施例中，光源选择电路13包括比较电路、控制逻辑电路U4和开关选择电路，比较电路的输入端接电压检测电路11的输出端，比较电路的输出端接控制逻辑电路U4的输入端，控制逻辑电路U4用于控制开关选择电路选择M组光源串联在降压型恒流开关电源电路12的输出端上。

更具体的，本实施例中，开关选择电路由4个开关Q1、Q2、Q3和Q4构成，光源LED1、光源LED2、光源LED3和光源LED4依次首尾串联连接，光源LED1(第一组光源)的正端为串联后的4组光源的正端，接降压型恒流开关电源电路12的输出正端，开关Q1、Q2、Q3和Q4分别接在光源LED1、光源LED2、光源LED3和光源LED4的负端与降压型恒流开关电源电路12的输出负端之间，采用该电路结构，电路结构简单紧凑，易于实现，成本低，但并不限于此，在一些实施例中，开关选择电路也可以采用其它的开关选择电路结构来实现。

优选的，本具体实施例中，开关Q1、Q2、Q3和Q4采用MOS管来实现，灵敏度高，耐流大，损耗低，但并不限于此，在一些实施例中，也可以采用其它开关管来实现。

本具体实施例中，比较电路采用多路比较器U2来实现，多路比较器U2的输入端3接电压检测电路11的输出端(电容C2的第一端)，多路比较器U2设有三个不同的基准电压Vref1、Vref2和Vref3，多路比较器U2的输出端接控制逻辑电路U4的输入端，控制逻辑电路U4根据多路比较器U2输出的比较结果，相应地控制开关Q1、Q2、Q3或Q4工作。控制逻辑电路U4可以采用基准发生器或选择电路等来实现，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。当然，在一些实施例中，比较电路和控制逻辑电路U4也可以采用单片机来实现。

本具体实施例中，降压型恒流开关电源电路12包括电感T1、输出电解电容EC1、功率开关管、采样电阻R2和恒流控制单元，优选的，本实施例中，功率开关管与控制逻辑电路U4所选择的开关共用，即功率开关管由开关Q1、Q2、Q3或Q4来实现，控制逻辑电路U4根据多路比较器U2输出的比较结果，相应地控制开关Q1、Q2、Q3或Q4工作，该开关同时受恒流控制单元进行恒流控制，实现恒流驱动，采样电阻R2设置在开关Q1、Q2、Q3和Q4与降压型恒流开关电源电路12的输出负端之间，更具体的电路连接请详见图2和3。功率开关管与控制逻辑电路U4所选择的开关共用，使得开关数量更少，电路更简单紧凑，成本更低，但并不限于此，在一些实施例中，功率开关管也可以由单独的功率开关管来实现。

本具体实施例中，恒流控制单元采用比较器U3来实现，恒流控制单元的采样端接采样电阻R2的输出端，恒流控制单元通过控制逻辑电路U4驱动相应的开关Q1、Q2、Q3或Q4工作，实现恒流输出。更具体的恒流驱动控制可以参考现有技术，此已是非常成熟的技术，是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。当然，在一些实施例中，恒流控制单元也可以采用现有的恒流控制芯片来实现。

本具体实施例中，降压型恒流开关电源电路12还包括续流二极管D1，续流二极管D1的负端接光源LED4的负端，续流二极管D1的正端接电感T1的输入端。当然，在一些实施例中，续流二极管D1的负端也可以接光源LED1、LED2和LED3的负端。

在一些实施例中，降压型恒流开关电源电路12也可以采用现有的其它降压型恒流开关电源电路来实现。

优选的，本实施例中，光源LED1的工作电压为30-60V，这样在整个正弦周期内都有输入电流，增加LED光源被点亮的时间，提高LED光源的利用率且改善功率因数，使谐波符合要求。

本具体实施例中，还包括输入电路，输入电路的输出端接降压型恒流开关电源电路12的输入端，输入电路包括整流电路DB和滤波电路，滤波电路包括电感L1、电阻R1和电容C1，具体电路连接请详见图2。

本具体实施例中，光源选择电路13和恒流控制单元共同集成为一控制模块U1，使得结构更紧凑。

工作过程：

电压检测电路11检测降压型恒流开关电源电路12的输入电压并传输给多路比较器U2，当光源LED1的工作电压<降压型恒流开关电源电路12的输入电压<光源LED1和LED2串联的工作电压时，检测电压小于基准电压Vref1，控制逻辑电路U4选择开关Q1工作，进行恒流驱动光源LED1，开关Q1导通时，导通回路为：Vbus→电感T1→光源LED1→开关Q1→采样电阻R2→GND，关断回路为：Vbus→电感T1→光源LED1→光源LED2→光源LED3→光源LED4→续流二极管D1→Vbus。

当光源LED1和LED2串联的工作电压<降压型恒流开关电源电路12的输入电压<光源LED1、LED2和LED3串联的工作电压时，检测电压在基准电压Vref1和Vref2之间，控制逻辑电路U4选择开关Q2工作，进行恒流驱动串联的光源LED1和LED2，开关Q2导通时，导通回路为：Vbus→电感T1→光源LED1→光源LED2→开关Q2→采样电阻R2→GND，关断回路为：Vbus→电感T1→光源LED1→光源LED2→光源LED3→光源LED4→续流二极管D1→Vbus。

当光源LED1、LED2和LED3串联的工作电压<降压型恒流开关电源电路12的输入电压<光源LED1、LED2、LED3和LED4串联的工作电压时，检测电压在基准电压Vref2和Vref3之间，控制逻辑电路U4选择开关Q3工作，进行恒流驱动串联的光源LED1、LED2和LED3，开关Q3导通时，导通回路为：Vbus→电感T1→光源LED1→光源LED2→光源LED3→开关Q3→采样电阻R2→GND，关断回路为：Vbus→电感T1→光源LED1→光源LED2→光源LED3→光源LED4→续流二极管D1→Vbus。

光源LED1、LED2、LED3和LED4串联的工作电压<降压型恒流开关电源电路12的输入电压时，检测电压在基准电压大于Vref3，控制逻辑电路U4选择开关Q4工作，进行恒流驱动串联的光源LED1、LED2、LED3和LED4，开关Q4导通时，导通回路为：Vbus→电感T1→光源LED1→光源LED2→光源LED3→光源LED4→开关Q4→采样电阻R2→GND，关断回路为：Vbus→电感T1→光源LED1→光源LED2→光源LED3→光源LED4→续流二极管D1→Vbus。

实施例二

本实用新型还提供了一种LED灯具，包括实施例一的多段开关降压电路和N组光源，N组光源为LED光源。

本实用新型不仅满足谐波要求，具有高PF，且输出电压没有限制(输出电压无需固定设置得比较低，可以随输入电压大小变化调节)，驱动效率较高，输出电流低，器件选型要求低，电路成本低。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种多段开关降压电路，其特征在于：包括电压检测电路、降压型恒流开关电源电路和光源选择电路，电压检测电路用于检测降压型恒流开关电源电路的输入电压，光源选择电路用于根据电压检测电路的检测结果选择N组光源中的第一至第M组光源串联后接入降压型恒流开关电源电路的输出端，其中，N≥2，M≤N，当M<N时，M组光源串联后的工作电压≤降压型恒流开关电源电路的输入电压≤M+1组光源串联后的工作电压；当M＝N时，M组光源串联后的工作电压≤降压型恒流开关电源电路的输入电压。

2.根据权利要求1所述的多段开关降压电路，其特征在于：所述光源选择电路包括比较电路、控制逻辑电路和开关选择电路，比较电路的输入端接电压检测电路的输出端，比较电路的输出端接控制逻辑电路的输入端，控制逻辑电路用于控制开关选择电路选择M组光源串联在降压型恒流开关电源电路的输出端上。

3.根据权利要求2所述的多段开关降压电路，其特征在于：所述开关选择电路由N个开关构成，N组光源依次首尾连接，第一组光源的正端为串联后的N组光源的正端，接降压型恒流开关电源电路的输出正端，N个开关分别接在N组光源的负端与降压型恒流开关电源电路的输出负端之间。

4.根据权利要求3所述的多段开关降压电路，其特征在于：所述开关采用MOS管来实现。

5.根据权利要求3所述的多段开关降压电路，其特征在于：所述第一组光源的工作电压为30-60V。

6.根据权利要求3或4所述的多段开关降压电路，其特征在于：所述降压型恒流开关电源电路的功率开关管与控制逻辑电路所选择的开关共用。

7.根据权利要求2所述的多段开关降压电路，其特征在于：所述比较电路采用多路比较器来实现。

8.根据权利要求1所述的多段开关降压电路，其特征在于：所述电压检测电路包括电阻分压电路和电容C2，电阻分压电路接在降压型恒流开关电源电路的输入端之间，电容C2接在电阻分压电路的输出端与降压型恒流开关电源电路的输入负端之间。

9.一种LED灯具，其特征在于：包括权利要求1-8任意一项所述的多段开关降压电路和N组光源，N组光源为LED光源。

Images