CN217936004U - 兼容恒流和调光的led驱动电路、led直管灯和led灯具系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种兼容恒流和调光的LED驱动电路、LED直管灯和LED灯具系统，LED驱动电路包括带有交流输入端的整流单元、滤波单元和功率转换单元，所述功率转换单元具有耦接所述交流输入端的检测端，并且根据交流输入端不同的输入电压处于两种不同的工作模式，分别为在交流输入端的输入电压大于第一阈值时其输出功率保持恒定不变的恒流工作模式以及在交流输入端的输入电压小于第一阈值时其输出功率随所述输入电压发生变化的调光工作模式。本申请LED驱动电路根据输入电压的大小相应进入恒流工作模式和调光工作模式，在输入电压小于第一阈值情况下，满足亮度调节需求；在输入电压大于第一阈值情况下，满足保持照明亮度的需求。

Description

兼容恒流和调光的LED驱动电路、LED直管灯和LED灯具系统

技术领域

本申请涉及照明技术领域，特别是涉及一种兼容恒流和调光的LED驱动电路、LED直管灯和LED灯具系统。

背景技术

LED照明技术正快速发展而取代了传统的白炽灯及萤光灯。LED灯管节能低能耗、环保和长寿命等优势，LED直管灯无意外地逐渐成为人们高度期待的照明选项。因此考虑所有因素后，LED直管灯将会是可节省成本和长寿命的绿色照明选项。

传统荧光灯一般包含电子式镇流器、荧光灯管、灯具载体。为了实现节能环保长寿命，改进普通的荧光灯，使其变为更节能环保，提高其发光效率，延长使用寿命，就必须把传统荧光灯管进行LED灯管替换改造。荧光灯具替换为 LED灯管包括两种方案：第一种不对线路进行改造，把荧光灯直接取下，直接用LED灯管替换，即TYPE A替换型。第二种是通过剪线将镇流器旁路，通过接线实现单端或双端进电，即TYPE B剪线型。除此之外还包括兼容两者的 TYPE A+B双功能转换兼容型。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种兼容恒流和调光的LED驱动电路、LED直管灯和LED灯具系统。

本申请提供一种兼容恒流和调光的LED驱动电路，包括带有交流输入端的整流单元、滤波单元和功率转换单元，所述功率转换单元具有耦接所述交流输入端的检测端，并且根据交流输入端不同的输入电压处于两种不同的工作模式，分别为在交流输入端的输入电压大于第一阈值时其输出功率保持恒定不变的恒流工作模式以及在交流输入端的输入电压小于第一阈值时其输出功率随所述输入电压发生变化的调光工作模式。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述功率转换单元包括开关管，所述开关管具有栅极、源极和漏极，所述漏极经由一感抗元件耦接至负载，所述源极经由一采样电路接地；

所述恒流工作模式下，所述开关管的导通角跟随所述输入电压变大而减小；

所述调光工作模式下，所述开关管的导通角处于最大值，并保持不变。

可选的，所述功率转换单元包括：

驱动器，耦接所述栅极；

阻抗检测器，输入端耦接至所述检测端；

比较控制器，具有采样输入端和控制输出端，所述采样输入端耦接至所述阻抗检测器的输出端，所述控制输出端耦接至所述驱动器的输入端。

可选的，所述功率转换单元包括主控芯片和外围电路，所述开关管、驱动器、阻抗检测器和比较控制器集成于所述主控芯片。

可选的，所述第一阈值处于108～120V之间。

可选的，包括耦接在所述交流输入端和所述检测端之间的电压检测单元，所述电压检测单元包括：

第一二极管，正极耦接至所述交流输入端；

第一电阻，一端耦接至所述第一二极管的负极，另一端耦接至所述检测端。

可选的，所述整流单元包括第一整流单元和第二整流单元，所述第一整流单元具有第一交流输入端和第二交流输入端，所述第一交流输入端和/或第二交流输入端通过电压检测单元耦接至所述检测端。

可选的，所述第二整流单元具有第三交流输入端和第四交流输入端，所述LED驱动电路包括耦接所述第三交流输入端、第四交流输入端和负载的频率检测电路。

本申请还提供一种LED直管灯，包括由灯管及其两端的端盖组成的灯壳，所述灯壳内部设置有发光组件和驱动电源，所述驱动电源上设置有如本申请所述的LED驱动电路，所述端盖上设置有与所述交流输入端耦接的导电件。

本申请还提供一种LED灯具系统，包括如本申请所述的LED直管灯及调光器，所述调光器耦接所述导电件，用于调节所述输入电压。

本申请的兼容恒流和调光的LED驱动电路至少具有以下技术效果：

本申请兼容恒流和调光的LED驱动电路根据输入电压的大小相应进入恒流工作模式和调光工作模式，在输入电压小于第一阈值情况下，满足亮度调节需求；在输入电压大于第一阈值情况下，满足保持照明亮度的需求。

附图说明

图1为本申请一实施例中LED直管灯的结构示意图；

图2为本申请一实施例中整流单元的电路原理图；

图3为本申请一实施例中频率检测电路的电路原理图；

图4为本申请一实施例中LED灯具系统的结构示意图；

图5为本申请一实施例中LED驱动电路的模块结构示意图；

图6为本申请一实施例中主控芯片的结构框图；

图7为本申请一实施例中整流单元和电压检测单元的电路原理图；

图8为本申请一实施例中功率转换单元的电路原理图；

图9为本申请一实施例中LED驱动电路的电路原理图；

图10为本申请一实施例中调光器的工作原理图；

图11为本申请一实施例中调光器的工作原理图；

图中附图标记说明如下：

100、灯壳；101、灯管；102、端盖；110、导电件；111、第一引脚；112、第二引脚；113、第三引脚；114、第四引脚；120、镇流器；

200、整流单元；210、第一整流单元；220、第二整流单元；300、滤波单元；

400、功率转换单元；410、主控芯片；411、阻抗检测器；412、比较控制器；413、驱动器；414、开关管；420、次级滤波单元；

500、频率检测电路；600、调光器；700、电压检测单元。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“耦接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、次序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

本申请中，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

参见图1和图2，本申请一实施例中提供一种LED直管灯，包括由灯管101 及其两端的端盖102组成的灯壳100，灯壳100内部设置有发光组件和驱动电源，驱动电源上设置有LED驱动电路，端盖102上设置有与交流输入端耦接的导电件110。导电件110包括在一个端盖102上设置的第一引脚111和第二引脚112、以及在另一端盖102上设置的第三引脚113和第四引脚114，其中第三引脚113和第四引脚114短接。

LED驱动电路包括带有交流输入端的整流单元200、滤波单元和功率转换单元，整流单元200包括第一整流单元210和第二整流单元220，第一整流单元210例如可以是整流桥BD1，第二整流单元220例如可以是整流桥BD2。整流单元200输出直流总线Vbus+，直流总线Vbus+与地线之间接有压敏电阻 RV1。

交流输入端具体包括第一整流单元210具有的第一交流输入端L1和第二交流输入端N1、以及第二整流单元220具有的第三交流输入端AC2和第四交流输入端AC3。其中，第三交流输入端AC2和第四交流输入端AC3短接、且经由保险丝F3耦接至短接的第三引脚113和第四引脚114，保险丝F3用于监测压敏电阻RV1的工作状态，进行异常状态的保护。第一交流输入端L1和第二交流输入端N1之间耦接有电容CX1，第三交流输入端AC2和第二交流输入端N1之间耦接有电容CX2，电容CX1和电容CX2形成降压保护。

参见图3，LED驱动电路包括频率检测电路500，频率检测电路500耦接在负载、以及第三交流输入端AC2和第四交流输入端AC3之间，负载例如可以是发光组件。频率检测电路500具体包括电容C8、电容C9、二极管D6、二极管D7、稳压二极管Z1、电阻R15和开关管Q1组成的电路拓扑结构，用于进行市电模式和镇流器模式的转换判定，开关管例如可以是MOSFET管。市电模式即输入电压在120-277V、频率在50-60Hz；镇流器模式即输入电压在800-1200V、频率在25K-80KHz。

在TYPE A替换型工作模式下，灯壳100两端的导电件110耦接至镇流器 120，频率检测电路500通过第三交流输入端AC2和第四交流输入端AC3，具体为图中的HIF脚接收交流信号，高频25K-100KHz高频交流电通过各交流输入端进入，频率检测电路500进入工作状态，电容C8进行高频电压电流取样，二极管D6和二极管D7整流滤波，使得开关管Q1导通，通过图中的Q1-D脚，即开关管Q1的漏极耦接至负载，为负载供电。在TYPE A模式下，只要镇流器120本身具有调光功能，直接把荧光灯管替换成LED直管灯就能够实现调光，例如可控硅调光、0-10V调光等，实现节能环保功能，符合DLC5.1要求。

市电模式下，工业用电电压为277V，家庭用电电压为120V。在家庭使用中，通常采用调光器调节灯具的亮度，同时存在电压波动变化时维持亮度的需求、以及工业用电情况下保持灯具亮度的需求。

参见图4和图5，在一个实施例中，提供一种LED灯具系统，包括调光器 600、以及上一实施例中的LED直管灯，调光器600耦接导电件110，用于调节输入电压，调光器600例如可以通过前切式或后切式进行输入电压AC的调节。

本实施例中LED驱动电路兼容恒流和调光，包括带有交流输入端的整流单元200、滤波单元300和功率转换单元400，功率转换单元400具有耦接交流输入端的检测端DET，并且根据交流输入端不同的输入电压处于两种不同的工作模式，分别为在交流输入端的输入电压大于第一阈值时其输出功率保持恒定不变的恒流工作模式以及在交流输入端的输入电压小于第一阈值时其输出功率随输入电压发生变化的调光工作模式。第一阈值处于108～120V之间，例如可以是110V，避免由于电压波动进入调光波动。可以理解，在TYPE B模式下，功率转换单元400正常工作，实现恒流模式和调光模式，实现了多功能的优势，符合UL安规和DLC5.1要求。

参见图5和图6，功率转换单元400包括开关管414，开关管414具有栅极、源极和漏极，开关管414的漏极经由一感抗元件耦接至负载，源极经由一采样电路接地。感抗元件例如可以是变压器或电感，采样电路例如可以是采样电阻 RS。恒流工作模式下，开关管414的导通角跟随输入电压变大而减小；调光工作模式下，开关管414的导通角处于最大值，并保持不变。

本实施例中，功率转换单元400包括阻抗检测器411、比较控制器412、驱动器413、以及开关管414。阻抗检测器411的输入端耦接至检测端DET。比较控制器412具有采样输入端和控制输出端，其中采样输入端耦接至阻抗检测器411的输出端，控制输出端耦接至驱动器413的输入端。驱动器413的输出端耦接开关管414的栅极，用于调节开关管414的导通角。功率转换单元400 包括主控芯片410和外围电路，开关管414、驱动器413、阻抗检测器411和比较控制器412集成于主控芯片410。开关管414的漏极具体为主控芯片的输出端Dra，源极具体为主控芯片的采样端ISP。

本实施例通过自适应地驱动开关管实现恒流模式和调光模式的切换，能够同时满足工场照明亮度稳定和家庭照明调光的需求。并且利用一个开关管自身的特性，而非通过逻辑判断控制驱动不同的电路元件，减少了电路元件的使用，简化了控制模式，保证了控制稳定性。

恒流工作模式下，导通角在1度～360度之间自适应变化，保持输出功率不变。当然受限于开关管自身的限制，导通角自适应变化的区间有所局限，例如开关管的导通时间可调周期在0.9～11μs。调光工作模式下，开关管的导通角达到极限状态，无法进行自适应变化，从恒流工作模式退出，进入调光工作模式，此时功率转换单元的输出功率仅受外部输入电压的影响。

举例说明如下：初始状态下，输入电压例如可以是277V。输入电压从277V 下降，开关管414的导通角逐步增加，保持输出功率恒定。输入电压达到第一阈值例如110V，开关管414的导通角达到最大可调值。输入电压继续从110V 下降，输出功率开始伴随下降。

本实施例中，检测端DET检测交流输入端的输入电压，阻抗检测器411通过内部采样电阻对输入电流和电压进行采样，获得检测结果，一般为检测结果相对于交流输入端的输入电压等比例缩小。比较控制器412具有一基准电压，例如可以是200mV。比较控制器412将检测结果和基准电压比较后，根据比较结果，控制驱动器413调节开关管414的导通角。比较控制器412例如可以通过运算放大器实现其功能，驱动器413例如可以比较控制器412相应地控制 PWM信号完成对栅极的驱动控制。进一步地，经由一采样电路接地的源极还耦接至比较控制器412，形成输出反馈控制，保证控制精度。

参见图7，LED驱动电路还包括耦接在交流输入端和检测端DET之间的电压检测单元700，电压检测单元700包括第一二极管D1和第一电阻R1。其中，第一二极管D1的正极耦接至交流输入端；第一电阻R1的一端耦接至第一二极管D1的负极，另一端耦接至检测端DET。

进一步地，第一交流输入端L1和/或第二交流输入端N1通过电压检测单元700耦接至检测端DET。在LED驱动电路内置于各实施例提供的LED直管灯时，无论是单端进电或双端进电都能够实现输入电压的检测。具体地，设置在第二交流输入端N1和检测端DET之间的电压检测单元包括二极管D2和电阻R2。其中，二极管D2的正极耦接至第二交流输入端N1，电阻R2的一端耦接至二极管D2的负极，另一端耦接至检测端DET。

参见图3、图6～图8，滤波单元300和功率转换单元400可采用如图布置的方式。滤波单元300包括EMI抗干扰电路，包括电感L1、电容C1和电容 C2。功率转换单元400包括的主控芯片410具有进电端VIN、供电端VCC、输出端Dra、接地端GND、采样端ISP、以及检测端REC。其中，进电端VIN 经由电阻R8耦接至直流总线Vbus+。供电端VCC耦接至进电端VIN提供芯片工作电压，且经由电容C3接地，电容C3使用时充电。输出端Dra耦接至内置开关管414的漏极。采样端ISP经由电阻RS1和电阻RS2接地。检测端 REC耦接至检测端DET。输出端Dra经由变压器T1耦接至负载，图中仅示出负载的输入端V1+和输出端V1-。负载的输入端V1+和输出端V1-之间包括设置有次级滤波单元420，包括电容CD1、电容CD2和电阻R14组成的拓扑电路。各实施例中，主控芯片内部或外围电路还设置有漏电检测电路，漏电检测电路若检测到有触电风险，即断开整个回路，降低使用风险和安全隐患。关于漏电保护电路的详细内容和工作原理在此不做赘述，可参见现有技术。

本实施例能够兼容型TYPE A和TYPE B工作模式。在TYPE A模式下，频率检测电路500进入工作状态，交流输入端经由二极管D6和二极管D7整流后，开关管Q1经由Q1-D脚耦接至次级滤波单元420，进而为负载供电，此时主控芯片停止工作。在TYPE B模式下，低频AC50-60Hz交流电通过交流输入端进电，开关管Q1不工作。交流电依次通过整流单元200、滤波单元300 和功率转换单元，完成恒流工作模式和调光工作模式的选择。

本申请各实施例中提供的LED直管灯和LED驱动电路为TYPE A+B双功能转换兼容型。发光效率高，均具有调光功能。在TYPE B模式下，能够实现根据输入电压实现恒流工作模式和调光工作模式的自适应调整。

参见图9～图11，在一个实施例中提供如图所示的LED驱动电路，LED 驱动电路包括依次耦接的整流单元BD和功率转换单元PC，整流单元BD例如可以是全波整流桥，具有交流输入端和直流输出端，整流单元BD的交流输入端经由一调光器TRIAC Dimmer耦接至市电，市电例如可以是AC120V/60Hz，调光器例如可以通过如图10后切式原理或图11前切式原理实现。

直流输出端设置有滤波电容，功率转换单元PC包括主控芯片410及其外围电路。本实施例中，主控芯片410的供电端VCC、进电端VIN、接地端GND、采样端ISP、检测端REC的接线方式可参见以上各实施例。主控芯片410的输出端Dra经由一电感耦接负载，即发光二极管Dx。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.兼容恒流和调光的LED驱动电路，包括带有交流输入端的整流单元、滤波单元和功率转换单元，其特征在于，所述功率转换单元具有耦接所述交流输入端的检测端，并且根据交流输入端不同的输入电压处于两种不同的工作模式，分别为在交流输入端的输入电压大于第一阈值时其输出功率保持恒定不变的恒流工作模式以及在交流输入端的输入电压小于第一阈值时其输出功率随所述输入电压发生变化的调光工作模式。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率转换单元包括开关管，所述开关管具有栅极、源极和漏极，所述漏极经由一感抗元件耦接至负载，所述源极经由一采样电路接地；

所述恒流工作模式下，所述开关管的导通角跟随所述输入电压变大而减小；

所述调光工作模式下，所述开关管的导通角处于最大值，并保持不变。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率转换单元包括：

驱动器，耦接所述栅极；

阻抗检测器，输入端耦接至所述检测端；

比较控制器，具有采样输入端和控制输出端，所述采样输入端耦接至所述阻抗检测器的输出端，所述控制输出端耦接至所述驱动器的输入端。

4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率转换单元包括主控芯片和外围电路，所述开关管、驱动器、阻抗检测器和比较控制器集成于所述主控芯片。

5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一阈值处于108～120V之间。

6.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，包括耦接在所述交流输入端和所述检测端之间的电压检测单元，所述电压检测单元包括：

第一二极管，正极耦接至所述交流输入端；

第一电阻，一端耦接至所述第一二极管的负极，另一端耦接至所述检测端。

7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述整流单元包括第一整流单元和第二整流单元，所述第一整流单元具有第一交流输入端和第二交流输入端，所述第一交流输入端和/或第二交流输入端通过电压检测单元耦接至所述检测端。

8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二整流单元具有第三交流输入端和第四交流输入端，所述LED驱动电路包括耦接所述第三交流输入端、第四交流输入端和负载的频率检测电路。

9.LED直管灯，包括由灯管及其两端的端盖组成的灯壳，所述灯壳内部设置有发光组件和驱动电源，其特征在于，所述驱动电源上设置有如权利要求1～8任一所述的LED驱动电路，所述端盖上设置有与所述交流输入端耦接的导电件。

10.LED灯具系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的LED直管灯及调光器，所述调光器耦接所述导电件，用于调节所述输入电压。

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