LED驅動電路及LED燈管的制作方法

本實用新型涉及照明技術領域，特別是涉及一種LED驅動電路及LED燈管。

背景技術：

LED的高光效、長壽命以及不含汞的特點，使得采用LED燈管替代傳統熒光燈燈管逐漸成為一種趨勢。替代應用有兩種主要的方式，一種是完全移除原有的熒光燈燈管和鎮流器，直接輸入市電到LED燈管，但是這種方式需要修改燈具內部接線，因此產生額外的人工費用；另外一種是只替換燈管，安裝的LED燈管需要兼容原有的鎮流器工作，這種替換非常簡單方便，用戶可以自己操作而無需聘請專業人員，因此省去相關的人工費用。

在熒光燈鎮流器中，電子鎮流器有相當大的比例，因而替代熒光燈燈管的一大挑戰在于兼容電子鎮流器工作。電子鎮流器有不同的拓撲結構，而且由于所使用的LED燈管功率往往遠低于熒光燈燈管功率，這使得電子鎮流器搭配LED燈管工作會有許多困難，目前比較主流的LED驅動電路架構如圖1所示。

在圖1中，AC為市電輸入，經過電子鎮流器后，輸出高頻交流電壓和交流電流到LED燈管，在LED燈管內部，燈絲模擬電路用于模擬傳統熒光燈燈絲阻抗，整流橋用于把高頻交流電壓和交流電流轉換為直流電壓和直流電流，再經過功率變換電流轉化為合適的電壓電流點亮LED顆粒。

圖2是現有LED驅動電路的電路結構示意圖，其中開關S1、開關S2、隔直流電容Cb、諧振電感Lr以及諧振電容Cr屬于電子鎮流器內部電路，開關S1和S2組成半橋電路，高頻變換高壓母線電壓；隔直流電容Cb去除高頻電壓的直流部分，轉換為交流高頻電壓信號；諧振電感Lr和諧振電容Cr組成諧振腔，用于在接熒光燈時諧振點燈，諧振電感Lr在穩定工作后起限流作用。LED燈管通過端子1、2、3和4連接到電子鎮流器，經過燈絲模擬電路之后進入由二極管D1、D2、D3和D4組成的整流橋，來自鎮流器的高頻交流信號經過整流橋轉化為直流信號，經過功率變換電路輸出到LED光源。

現有的LED燈管在連接恒功率電子鎮流器或者磁環自激驅動的電子鎮流器時，由于電子鎮流器保持輸出對應熒光燈使用的功率，這往往比LED燈管功率要大很多，過高的功率會使LED燈管觸發保護、過熱或者過早壽終，影響LED燈管的使用，如果燈管提供對應的內置保護，則會使得LED燈管不兼容該類型電子鎮流器，這也會影響產品的銷售。

技術實現要素：

鑒于上述問題，提出了本實用新型提供了一種LED驅動電路及LED燈管以克服上述問題或者至少部分地解決上述問題。

根據本實用新型的一個方面，提供了一種LED驅動電路，包括：反饋控制電路、負載阻抗增加電路，其中，所述反饋控制電路采集LED的工作電流，并與預定的閾值進行比較，當所述LED的工作電流大于等于所述閾值時，驅動所述負載阻抗增加電路工作，當所述LED的工作電流小于所述閾值時，所述負載阻抗增加電路不工作；所述負載阻抗增加電路工作時，增加所述LED驅動電路的負載等效阻抗。

可選的，上述LED驅動電路還包括：整流橋，所述負載阻抗增加電路設置在所述整流橋和所述LED之間。

可選的，所述負載阻抗增加電路包括：負載阻抗增加元件和與所述負載阻抗增加元件并聯的開關元件，所述開關元件導通時，所述負載阻抗增加元件被旁路，所述開關元件斷開時，所述負載阻抗增加元件接入所述LED驅動電路，增加所述LED驅動電路的負載等效阻抗。

可選的，所述開關元件包括：功率三極管、場效應管或者繼電器。

可選的，所述閾值為閾值電壓；所述反饋控制電路包括：電流檢測單元、閾值比較單元、驅動單元，所述電流檢測單元采集所述LED的工作電流將其轉換為比較電壓，并輸入至所述閾值比較單元，所述閾值比較單元將所述比較電壓與所述閾值電壓進行比較，當所述比較電壓大于等于所述閾值電壓時，控制所述驅動單元開始工作以驅動所述負載阻抗增加電路工作，當所述比較電壓小于所述閾值電壓時，所述驅動單元不工作，所述負載阻抗增加電路不工作。

可選的，所述電流檢測單元包括：采樣電阻、變壓器或者霍爾傳感器。

可選的，所述電流檢測單元包括：采樣電阻，所述采樣電阻與所述LED串聯，所述LED的工作電流流過所述采樣電阻產生所述比較電壓。

可選的，所述閾值比較單元包括：比較器，所述采樣電阻連接至所述比較器的正端，所述閾值電壓接入所述比較器的負端，所述比較器的輸出端連接至所述驅動單元，所述比較器的輸出端還連接至所述比較器的正端。

可選的，所述閾值比較單元還包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻，所述采樣電阻通過所述第一電阻連接至所述比較器的正端，所述閾值電壓通過所述第二電阻接入所述比較器的負端，所述比較器的輸出端通過所述第三電阻連接至所述比較器的正端，所述比較器的輸出端通過所述第四電阻連接至所述驅動單元。

可選的，所述驅動單元包括：開關三極管、限流電阻、續流二極管，所述開關三極管的基極連接至所述閾值比較單元的輸出端，所述開關三極管的發射極接地，所述開關三極管的集電極通過所述限流電阻連接至所述續流二極管，所述續流二極管與所述負載阻抗增加電路的開關元件反向并聯。

可選的，上述LED驅動電路還包括：功率變換電路；所述負載阻抗增加元件為阻抗電感，所述開關元件為繼電器，所述繼電器包括：驅動繞組和繼電開關，所述驅動繞組的一端通過所述限流電阻連接至所述開關三極管的集電極，所述驅動繞組的另一端連接至電源，所述驅動繞組與所述續流二極管反向并聯，所述繼電開關與所述阻抗電感并聯，所述阻抗電感兩端分別于所述整流橋和所述功率變換電路連接。

可選的，上述LED驅動電路還包括：功率變換電路；所述驅動單元包括：光耦模塊、第一分壓電阻、第二分壓電阻、穩壓二極管，所述光耦模塊的輸入端連接至所述閾值比較單元的輸出端，所述光耦模塊的輸出端連接至所述負載阻抗增加電路，所述整流橋的母線通過所述第一分壓電阻和所述第二分壓電阻連接至所述負載阻抗增加電路的開關元件，所述穩壓二極管的兩端分別與所述開關元件的兩端連接。

可選的，所述負載阻抗增加元件為阻抗電感，所述開關元件為場效應管，所述整流橋的母線通過所述第一分壓電阻和所述第二分壓電阻連接至所述場效應管的門極，所述場效應管的門極同時連接至所述光耦模塊的輸出端，所述場效應管的門極和源極分別與所述穩壓二極管的兩端連接，所述阻抗電感的兩端分別與所述場效應管的源極和漏極連接，所述阻抗電感與所述場效應管的源極連接的一端同時與所述整流橋連接，所述阻抗電感與所述場效應管的漏極連接的一端同時與所述功率變換電路連接。

根據本實用新型的另一個方面，還提供了一種LED燈管，包括上述任一LED驅動電路和與LED驅動電路連接的至少一個LED，LED驅動電路用于在上電后驅動至少一個LED發光工作。

本實用新型實施例提供的LED驅動電路，適合兼容電子鎮流器的LED燈管應用，特別是針對恒功率鎮流器或者磁環自激驅動鎮流器，能降低鎮流器輸出功率，使得LED燈管能工作在額定功率，避免因為過功率使用導致LED燈管損壞或者早衰。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本實用新型的具體實施方式。

根據下文結合附圖對本實用新型具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本實用新型的上述以及其他目的、優點和特征。

附圖說明

通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1是現有LED驅動電路的架構示意圖；

圖2是現有LED驅動電路的電路結構示意圖；

圖3是根據本實用新型實施例的LED驅動電路的架構示意圖；

圖4是根據本實用新型優選實施例的LED驅動電路的架構示意圖；

圖5是根據本實用新型一個優選實施例的LED驅動電路的電路結構示意圖；

圖6是根據本實用新型另一個優選實施例的LED驅動電路的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。需要說明的是，本實用新型實施例和優選實施例中的技術特征在不沖突的前提下可以相互結合。

針對現有技術中問題，有必要設計一款LED驅動電路，使得其在連接恒功率電子鎮流器或者磁環自激驅動的電子鎮流器時，能降低電子鎮流器輸出功率，使LED燈管工作在設計功率以內，保證LED燈管的正常使用以及產品壽命。

圖3是根據本實用新型實施例的LED驅動電路架構示意圖。本實用新型實施例提供的LED驅動電路可以直接與現有的LED驅動電路的模塊配合工作。如圖3所示，根據本實用新型實施例的LED驅動電路包括反饋控制電路13和負載阻抗增加電路14，其可以直接與燈絲模擬電路10、整流橋11、功率變換電路12配合工作，整個LED驅動電路用于在上電后驅動至少一個LED發光工作，圖3僅示出了一個LED。優選地，負載阻抗增加電路14可以設置在整流橋11和上述的LED之間。

在本實施例中，反饋控制電路13采集LED的工作電流，并與預定的閾值進行比較，當LED的工作電流大于等于閾值時，驅動負載阻抗增加電路14工作，當LED的工作電流小于閾值時，負載阻抗增加電路14不工作；

負載阻抗增加電路14工作時，增加LED驅動裝置的負載等效阻抗。

本實施例提供的LED驅動電路，可以在LED功率過高時，提高整個LED驅動電路的負載等效阻抗，從而使電子鎮流器降低輸出電流，達到降低輸出功率的目的。本實施例提供的LED驅動電路適合兼容電子鎮流器的LED燈管應用，特別是針對恒功率鎮流器或者磁環自激驅動鎮流器，能降低鎮流器輸出功率，使得LED燈管能工作在額定功率，避免因為過功率使用導致LED燈管損壞或者早衰。

在本實用新型的一個優選實施例中，可以通過下面的架構實現反饋控制電路13。如圖4所示，反饋控制電路13可以包括：電流檢測單元131、閾值比較單元132、驅動單元133，電流檢測單元131采集LED的工作電流將其轉換為比較電壓，并輸入至閾值比較單元132，閾值比較單元132將比較電壓與閾值電壓進行比較，當比較電壓大于等于閾值電壓時，控制驅動單元133開始工作以驅動負載阻抗增加電路14工作，當比較電壓小于閾值電壓時，驅動單元133不工作，負載阻抗增加電路14不工作。

本優選實施例提供了一種優選地實現反饋控制電路13的方案，基于電流檢測單元131、閾值比較單元132、驅動單元133即可完全實現反饋控制電路13的功能，架構簡潔且控制邏輯明確。在本優選實施例提供的方案中，采用了將電流轉換為電壓進行比較的方式，這樣可以大幅簡化電路結構，較低成本。此時，上述的閾值即為電壓閾值。

在上述實施例中，電流檢測單元131可以直接基于采樣電阻、變壓器或者霍爾傳感器實現，即使用采樣電阻、變壓器、霍爾傳感器都可以實現采集電流的功能。

進一步的，如圖4所示，負載阻抗增加電路14可以通過負載阻抗增加元件141和與負載阻抗增加元件141并聯的開關元件142實現，開關元件142導通時，負載阻抗增加元件141被旁路，LED驅動電路的負載等效阻抗沒有變化；開關元件142斷開時，負載阻抗增加元件141接入LED驅動電路，增加LED驅動電路的負載等效阻抗。

如圖4所示，負載阻抗增加電路14可以設置在整流橋11與功率變換電路12之間，負載阻抗增加元件141可以通過與整流橋11和功率變換電路12串聯的電感實現，開關元件142則可以通過功率三極管、場效應管或者繼電器等實現。開關元件142受LED電流的控制，在LED回路串入電流檢測單元131，通過閾值比較，把比較結果輸入到驅動單元133，由驅動單元133控制開關元件142的導通和斷開。電流檢測單元131可以反饋LED的電流大小，該電流與設定的閾值進行比較，如果流過LED的電流比設定的閾值小，驅動單元133使開關元件142導通，負載阻抗增加元件141被短路，工作狀態不變；當流過LED的電流比設定的閾值大，驅動單元133使開關K斷開，負載阻抗增加元件141被接入到整流橋11和功率變換電路12之間，增加LED驅動電路的負載等效阻抗。在具體實現比較LED工作電流和預定的閾值大小時，可以將電流裝換為電壓進行比較，此時預定的閾值要設置為閾值電壓。另外，也可以考慮采用直接通過分壓電阻等比例采樣電壓，再與閾值電壓進行比較的方式。

負載阻抗增加元件141可以通過電感實現，是因為電子鎮流器輸出的是高頻電壓和高頻電流，電感在高頻電流下呈現一定的阻抗值，當電感被接入電路時，該阻抗值與后續功率變換電路形成串聯的關系，從而可以提高負載等效阻抗，使電子鎮流器降低輸出電流，達到降低輸出功率的目的。同時，電感與后續功率變換電路串聯，也可以改變負載阻抗特性，針對采用類似電荷泵方式實現無源功率因數校正的電子鎮流器，可以降低輸入電流總諧波失真。

基于上述電路架構，在具體實現時，可以建立如圖5所示的電路結構。

如圖5所示，整流橋11由二極管D1、D2、D3和D4組成，負載阻抗增加電路14設置在整流橋11和功率變換電路12之間，其包括電感L，繼電器K1，繼電器K1在沒有激勵的情況下是常閉合的。電流檢測單元131通過采樣電阻Rs實現，電流采樣電阻Rs串入LED回路中，LED電流流過采樣電阻Rs產生對應的電壓，即比較電壓。閾值比較單元132基于比較器U1實現，另外，出于限流的考慮，可以增設第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻Rfb、第四電阻Rd，比較電壓經過第一電阻R1反饋到比較器U1的正端，閾值電壓Vref經過第二電阻R2接入比較器U1的負端；比較器U1輸出端一方面通過第三電阻Rfb反饋到正端，另一方面通過第四電阻Rd驅動驅動單元133包括的開關三極管Q1。開關三極管Q1的集電極通過限流電阻R3連接到繼電器K1驅動繞組限流電阻，R3用于限制流過繼電器K1驅動繞組的電流，驅動繞組另外一頭接電源Vcc，同時驅動繞組反向并聯續流二極管Dr，用于提供驅動繞組在開關三極管Q1關斷時的續流回路。

由于繼電器K1在沒有激勵時是常閉合，電路上電后繼電器K1保持閉合，電感L被短路，電路正常工作，此時有電流流入LED，并通過采樣電阻Rs檢測。如果流入LED的電流比設定的閾值小，比較器U1的負端比正端大，比較器U1輸出低電平，開關三極管Q1保持關斷，繼電器K的驅動繞組沒有激勵電流流過，繼電器K1保持閉合；如果流入LED的電流比設定的閾值大，比較器U1的負端比正端小，比較器U1輸出高電平，開關三極管Q1導通，電源Vcc提供電流流入繼電器K1驅動繞組，使得繼電器K1斷開，電感L接入電路，從而降低電子鎮流器輸出功率，減少流入LED的電流。

第三電阻Rfb用于正反饋，當比較器U1輸出高電平時，通過第三電阻Rfb反饋到正端輸入，即使由于LED電流減少導致經過采樣電阻Rs反饋的比較電壓降低，由于第三電阻Rfb的反饋，使得比較器U1的正端比負端大，比較器U1保持高電平輸出。

進一步的，基于上述電路架構，在具體實現時，還可以建立如圖6所示的電路結構。

在圖6所示的電路中，電流檢測單元131和閾值比較單元132與圖5所示的電路中的電流檢測單元131和閾值比較單元132結構相同。負載阻抗增加電路14包括電感L和場效應管K2，電感L兩端并聯場效應管K2，場效應管K2的門極驅動來自整流橋11的母線，經過第一分壓電阻RA和第二分壓電阻RB分壓接入，在場效應管K2的門極和源極接入穩壓二極管Dz用于限制驅動電壓。LED電流通過采樣電阻Rs檢測并反饋到比較器U1的正端，閾值電壓Vref經過第二電阻R2接入比較器U1的負端，U1的輸出端一方面通過第三電阻Rfb反饋到正端輸入，另一方面通過第四電阻Rd接入光耦模塊U2，光耦模塊U2用于提供驅動關斷信號，控制場效應管K2導通或關斷。

電路上電時整流橋的母線電壓通過第一分壓電阻RA和第二分壓電阻RB提供驅動偏置給場效應管K2，使得場效應管K2飽和導通，在流入LED的電流不大時，經過采樣電阻Rs反饋的比較電壓比電壓閾值Vref小，比較器U1輸出低電平，沒有驅動電流流過光耦模塊U2，光耦模塊U2保持關斷，開關K保持閉合導通，從而旁路電感L，不影響原來的工作；當電子鎮流器輸出功率過大時，流入LED的電流變大，超過設定的閾值，比較器U1的正端比負端大，比較器U1輸出高電平驅動光耦模塊U2，光耦模塊U2的導通使得場效應管K2門極電壓拉低，場效應管K2斷開，電感L被串入電路中，從而降低電子鎮流器輸出功率。

在本實用新型的一個實施例中還提供了一種LED燈管，其包括上述任一LED驅動電路和與LED驅動電路連接的至少一個LED，LED驅動電路用于在上電后驅動上述至少一個LED發光工作。

本實用新型實施例提供了一種LED驅動電路，適合兼容電子鎮流器的LED燈管應用，特別是針對恒功率鎮流器或者磁環自激驅動鎮流器，該驅動電路能降低鎮流器輸出功率，使得LED燈管能工作在額定功率，避免因為過功率使用導致LED損壞或者早衰，同時，對使用無源功率因數校正的電子鎮流器，該驅動能進一步改善輸入電流諧波失真。

在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本實用新型的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，并未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。

類似地，應當理解，為了精簡本公開并幫助理解各個實用新型方面中的一個或多個，在上面對本實用新型的示例性實施例的描述中，本實用新型的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本實用新型要求比在每個權利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權利要求書所反映的那樣，實用新型方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本實用新型的單獨實施例。

本領域那些技術人員可以理解，可以對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變并且把它們設置在與該實施例不同的一個或多個設備中。可以把實施例中的模塊或單元或組件組合成一個模塊或單元或組件，以及此外可以把它們分成多個子模塊或子單元或子組件。除了這樣的特征和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何組合對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征以及如此公開的任何方法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的每個特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。

此外，本領域的技術人員能夠理解，盡管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本實用新型的范圍之內并且形成不同的實施例。例如，在權利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。

本實用新型的各個部件實施例可以以硬件實現，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟件模塊實現，或者以它們的組合實現。本領域的技術人員應當理解，可以在實踐中使用微處理器或者數字信號處理器(DSP)來實現根據本實用新型實施例的LED驅動電路中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本實用新型還可以實現為用于執行這里所描述的方法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機程序產品)。這樣的實現本實用新型的程序可以存儲在計算機可讀介質上，或者可以具有一個或者多個信號的形式。這樣的信號可以從因特網網站上下載得到，或者在載體信號上提供，或者以任何其他形式提供。

應該注意的是上述實施例對本實用新型進行說明而不是對本實用新型進行限制，并且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可設計出替換實施例。在權利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本實用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的計算機來實現。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項來具體體現。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。可將這些單詞解釋為名稱。

至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本實用新型的多個示例性實施例，但是，在不脫離本實用新型精神和范圍的情況下，仍可根據本實用新型公開的內容直接確定或推導出符合本實用新型原理的許多其他變型或修改。因此，本實用新型的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。