一種高集成度無電容電感l(wèi)ed驅動拓撲結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，可以是并聯(lián)拓撲結構、串聯(lián)拓撲結構，也可以是并聯(lián)拓撲結構和串聯(lián)拓撲結構的組合。并聯(lián)拓撲結構，所述并聯(lián)拓撲結構包括一個并聯(lián)驅動模塊或多個串聯(lián)的并聯(lián)驅動模塊，所述并聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為并聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED。所述串聯(lián)拓撲結構包括一個或多個串聯(lián)驅動模塊，所述串聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為串聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED；MOS管的高電壓端接本串聯(lián)驅動模塊的LED串的負極。本實用新型集成度高，驅動效率高，成本低，且壽命長，安全可靠。
【專利說明】—種高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及LED (發(fā)光二極管)照明領域，特別涉及一種高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構。
【背景技術】
[0002]LED芯片以其高效，高集成度，以及高壽命在新型節(jié)能光源領域得到廣泛應用。在LED光源中，電源驅動是比較關鍵的技術。由于LED負載的高度非線性，以限流為主要機制的驅動模塊成為技術主流。目前比較流行的驅動技術包括隔離和非隔離類開關電源模塊，以及無電感電容的驅動方案。隔離和非隔離類開關電源方案技術成熟，效率和功率因數(shù)都能滿足電網(wǎng)需求。但是由于模塊中需利用電容，電感或變壓器等儲能器件，壽命以及集成度，成本都受到一定影響，限制了其應用范圍。而無電感電容的驅動方案集成度高，成本低，但是目前的技術在效率，功率因數(shù)，EMI輻射干擾，以及和可控硅調光器的兼容性等方面存在一定問題。
[0003]如上所述，傳統(tǒng)開關電源LED需要電感電容等儲能元器件的支持，集成度和價格方面沒有競爭力，同時電解電容的壽命也成為LED發(fā)光模組的瓶頸。目前市場對無電感電容的硅模組驅動技術需求很大。目前硅模組驅動技術主要有AC LED，其直接利用LED的單向導電特性，把LED作為整流器件，不需要其他器件，集成度和成本都有很大優(yōu)勢。但是ACLED只在電壓達到峰值的時候才能輸出最大發(fā)光強度，LED利用率低。而且AC LED對調光器以及不同輸入電壓的適應性都不好，應用領域受到一定限制。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題就是克服上述現(xiàn)有AC LED利用率低的缺陷，提出一種高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，可以提高LED利用率。
[0005]為了解決上述問題，本實用新型提供一種高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，包括并聯(lián)拓撲結構，所述并聯(lián)拓撲結構包括一個并聯(lián)驅動模塊或多個串聯(lián)的并聯(lián)驅動模塊，所述并聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為并聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED。
[0006]優(yōu)選地，所述高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構通過控制所述并聯(lián)驅動模塊中MOS管是否導通，以控制與所述MOS管并聯(lián)的LED串是否有電流通過，從而控制所述并聯(lián)拓撲結構中所驅動的LED的個數(shù)。
[0007]優(yōu)選地，所述高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構還包括與所述并聯(lián)拓撲結構相連的串聯(lián)拓撲結構，
[0008]所述串聯(lián)拓撲結構包括一個或多個串聯(lián)驅動模塊，所述串聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為串聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED ；M0S管的高電壓端接本串聯(lián)驅動模塊的LED串的負極；
[0009]當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，前一個串聯(lián)驅動模塊中MOS管的高電壓端與后一個串聯(lián)驅動模塊中LED串的正極相連。
[0010]優(yōu)選地，所述串聯(lián)拓撲結構中的MOS管的低電壓端接地或通過電阻接地。
[0011]優(yōu)選地，當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，每個串聯(lián)驅動模塊中的LED串具有相同數(shù)量的LED。
[0012]優(yōu)選地，當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，在工作時，僅有一個MOS管導通；當一 MOS管導通，僅在其前端的LED有電流通過。
[0013]優(yōu)選地，所述高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構還包括控制器，所述控制器與所述高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構中的MOS管的柵極相連，用于控制MOS管的柵極電壓，以控制MOS管是否導通或開啟，從而控制所述高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構中所驅動的LED的個數(shù)。
[0014]為了解決上述問題，本實用新型提供一種高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，包括串聯(lián)拓撲結構，所述串聯(lián)拓撲結構包括一個或多個串聯(lián)驅動模塊，所述串聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為串聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED ；M0S管的高電壓端接本串聯(lián)驅動模塊的LED串的負極；
[0015]當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，前一個串聯(lián)驅動模塊中MOS管的高電壓端與后一個串聯(lián)驅動模塊中LED串的正極相連。
[0016]優(yōu)選地，所述串聯(lián)拓撲結構中的MOS管的低電壓端接地或通過電阻接地。
[0017]優(yōu)選地，當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，在工作時，僅有一個MOS管導通；當一 MOS管導通，僅在其前端的LED有電流通過。
`[0018]本實用新型的LED驅動拓撲結構具有如下優(yōu)點:
[0019]1、集成度高，驅動效率高，成本低。
[0020]2、不需要電感電容等儲能器件，壽命長，安全可靠。
[0021]3、動態(tài)范圍廣，可以適用于電壓波動較大的領域。
[0022]4、可兼容不同的可控硅調光器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型實施例的MOS管和LED并聯(lián)的拓撲結構；
[0024]圖2為本實用新型實施例的MOS管和LED串聯(lián)的拓撲結構；
[0025]圖3為本實用新型實施例的組合拓撲結構；
[0026]圖4為本實用新型的一個電流控制實例。
【具體實施方式】
[0027]下文中將結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0028]大多數(shù)交直流電源都是輸出阻抗較低的電壓源。對于這類電源線性電阻性負載的負載電流和輸出電壓成正比，功率因數(shù)較高。和普通線性電阻相比，LED的IV曲線具有很強的非線性，負載電流對電壓極為敏感，因此LED負載不適合直接接在交直流電源上。
[0029]假設LED的閾值電壓為Vt，理想輸出功率時的電壓為Vp。當輸入電壓為V的時候，理想1^0負載數(shù)11應該是￥丨〈￥/11〈￥?。然而，在實際應用中，要能夠根據(jù)輸入電壓的大小實現(xiàn)調節(jié)單個的LED數(shù)量，技術難度較大。同時，即使能夠調節(jié)單個LED的數(shù)量，依然難以保證LED處于最佳工作狀態(tài)。本實用新型采用疊加式以及混合模式MOSFET開關結構來解決LED數(shù)量配置技術，同時可采用一個LDO (低壓差線性穩(wěn)壓器)限流開關來進一步控制電流大小。
[0030]本實用新型實施例的高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，可以是并聯(lián)拓撲結構、串聯(lián)拓撲結構，也可以是并聯(lián)拓撲結構和串聯(lián)拓撲結構的組合。
[0031]并聯(lián)拓撲結構包括一個并聯(lián)驅動模塊或多個串聯(lián)的并聯(lián)驅動模塊，所述并聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為并聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED,如圖1所示。
[0032]圖1為四個并聯(lián)驅動模塊串聯(lián)的例子，但本實用新型并不僅限于此，并聯(lián)驅動模塊可以是一個或多個。當MOS管導通時，電流經(jīng)過MOS管，而與MOS并聯(lián)的LED串沒有電流通過，這樣，通過控制所述并聯(lián)驅動模塊中MOS管是否導通，以控制與所述MOS管并聯(lián)的LED串是否有電流通過，從而控制所述并聯(lián)拓撲結構中所驅動的LED的個數(shù)。即通過不同的MOS管的開關組合，可以使得電流通過任意數(shù)量的LED。
[0033]和MOS管Ml，M2, M3, M4并聯(lián)的LED串中，LED可以是多個，比如，1，2，4，8，等等。
[0034]串聯(lián)拓撲結構包括一個或多個串聯(lián)驅動模塊，所述串聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為串聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED ;M0S管的高電壓端接本串聯(lián)驅動模塊的LED串的負極，如圖2所示。當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，前一個串聯(lián)驅動模塊中MOS管的高電壓端與后一個串聯(lián)驅動模塊中LED串的正極相連。MOS管的低電壓端接地或通過電阻接地。
[0035]圖2為串聯(lián)拓撲結構包括3個串聯(lián)驅動模塊的例子，但本實用新型并不僅限于此，串聯(lián)驅動模塊可以是一個或多個。
[0036]在優(yōu)選的方案中，每個LED串中的LED數(shù)量相同。
[0037]當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，在工作時，僅有一個MOS管導通；當一 MOS管導通，僅在其前端的LED有電流通過。比如，如圖2所示，當MOS管Ml導通時，僅僅在MOS管Ml前端的LED有電流通過；當MOS管Ml開啟，MOS管M2導通時，僅僅在MOS管M2前端的(包括MOS管Ml前端的)LED導通；當MOS管Ml和M2開啟，MOS管M3導通時，圖2中所有LED都有電流通過。
[0038]可以采用并聯(lián)拓撲結構和串聯(lián)拓撲結構組合的方式，如圖3所示。其中MOS管M1-M3采用如并聯(lián)拓撲結構，M4-M6串聯(lián)拓撲結構，但是本實用新型中LED和MOS管組合的數(shù)量不限于圖3中所示。
[0039]并聯(lián)拓撲結構和串聯(lián)拓撲結構組合的方式，適用于當器件和工藝條件限制，使得單獨的并聯(lián)拓撲結構或串聯(lián)拓撲結構不能完全滿足設計要求的情況。
[0040]如圖3所示，MOS管M1-M3可以以任意組合開啟或導通。當其中任意一個MOS管導通時，電流不通過與其并聯(lián)的LED串；當其中任何一個MOS管開啟時，電流通過與其并聯(lián)的LED串。MOS管M4-M6中只有一個導通。當MOS管M4導通時，電流通過M4而不通過M4后面的LED串。當MOS管M4開啟而MOS管M5導通時，電流通過MOS管M5前的LED串而不通過MOS管M5后的LED串。當MOS管M4和M5開啟，MOS管M6導通時，電流通過MOS管M4后面的兩串LED串組合。[0041]本實用新型可以通過分離器件實現(xiàn)，也可以通過集成芯片實現(xiàn)。其電流邏輯控制電路可以采用反饋式控制。反饋機制視系統(tǒng)要求。圖4給出一個控制電流的實例。系統(tǒng)通過測量采樣電阻Rs上的壓降來測量通過LED的電流。該電流采樣通過比較器Cl和目標電流比較。比較結果輸入控制器?？刂破魍ㄟ^控制M1-M6柵極電壓來控制MOS管M1-M6的開關。當電流超過目標電流時，控制器增加串入電流通路的LED數(shù)量；當電流低于目標電流時，控制器減少串入電流通路的LED數(shù)量。
[0042]本實用新型可以通過調節(jié)LED負載的數(shù)量和調節(jié)導通電流，來調節(jié)負載電流，同時實現(xiàn)高輸出效率和高功率因數(shù)的性能。和其他類似技術相比，本實用新型利用特殊的開關拓撲結構使得負載達到最優(yōu)化，開關切換時序也達到最優(yōu)化，具有最好的負載和時序效率。
[0043]目前利用ACLED技術，以及類似的無電感電容的LED驅動技術，驅動效率難以達到90%以上。本實用新型在理論上效率可以接近100%。由于開關損耗等問題，在實際應用中效率可以達到95%以上。利用本實用新型結構的LED驅動功率因數(shù)可以達到97%以上，對電網(wǎng)污染和干擾小，完全滿足電網(wǎng)對LED照明設備的要求。在成本方面，本實用新型的實現(xiàn)可以采用單芯片或者雙芯片組合實現(xiàn)，價格低廉，成本競爭優(yōu)勢大。同時驅動電路可以和發(fā)光芯片集成在同一個照明腔體內，實現(xiàn)了最大集成化。由于擺脫了對電解電容的依賴性，壽命可以達到兩萬小時以上。
[0044]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于，包括并聯(lián)拓撲結構，所述并聯(lián)拓撲結構包括一個并聯(lián)驅動模塊或多個串聯(lián)的并聯(lián)驅動模塊，所述并聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為并聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED。
2.如權利要求1所述的高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于，通過控制所述并聯(lián)驅動模塊中MOS管是否導通，以控制與所述MOS管并聯(lián)的LED串是否有電流通過，從而控制所述并聯(lián)拓撲結構中所驅動的LED的個數(shù)。
3.如權利要求1所述的高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于，還包括與所述并聯(lián)拓撲結構相連的串聯(lián)拓撲結構， 所述串聯(lián)拓撲結構包括一個或多個串聯(lián)驅動模塊，所述串聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為串聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED ;M0S管的聞電壓端接本串聯(lián)驅動I旲塊的LED串的負極； 當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，前一個串聯(lián)驅動模塊中MOS管的高電壓端與后一個串聯(lián)驅動模塊中LED串的正極相連。
4.如權利要求3所述的高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于， 所述串聯(lián)拓撲結構中的MOS管的低電壓端接地或通過電阻接地。
5.如權利要求3所述的高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于， 當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，每個串聯(lián)驅動模塊中的LED串具有相同數(shù)量的LED。
6.如權利要求3所述的高集成`度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于， 當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，在工作時，僅有一個MOS管導通；當一MOS管導通，僅在其前端的LED有電流通過。
7.如權利要求1~6中任意一項所述的高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于，還包括控制器，所述控制器與所述高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構中的MOS管的柵極相連，用于控制MOS管的柵極電壓，以控制MOS管是否導通或開啟，從而控制所述高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構中所驅動的LED的個數(shù)。
8.一種高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于，包括串聯(lián)拓撲結構，所述串聯(lián)拓撲結構包括一個或多個串聯(lián)驅動模塊，所述串聯(lián)驅動模塊包括MOS管和LED串，所述MOS管與LED串為串聯(lián)連接，所述LED串包括一個或多個串聯(lián)的LED ;M0S管的高電壓端接本串聯(lián)驅動1?塊的LED串的負極； 當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，前一個串聯(lián)驅動模塊中MOS管的高電壓端與后一個串聯(lián)驅動模塊中LED串的正極相連。
9.如權利要求8所述的高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于， 所述串聯(lián)拓撲結構中的MOS管的低電壓端接地或通過電阻接地。
10.如權利要求8或9所述的高集成度無電容電感LED驅動拓撲結構，其特征在于， 當所述串聯(lián)拓撲結構包括多個串聯(lián)驅動模塊時，在工作時，僅有一個MOS管導通；當一MOS管導通，僅在其前端的LED有電流通過。
【文檔編號】H05B37/02GK203632940SQ201320849264
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】馮向光, 孫國喜, 劉國旭, 范振燦 申請人:易美芯光（北京）科技有限公司