CN118283873B - Led驱动电路、驱动方法及其led照明灯具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了LED驱动电路、驱动方法及其LED照明灯具，涉及LED驱动电路技术领域，解决了因输入电压不稳定导致的LED灯串发光效率不足的问题，其技术方案要点是：信号采样电路，连接至输入电源，用于采样输入电源的输入电压的电压信号；驱动电路，用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的发光状态；逻辑电路，用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的接入状态；逻辑控制输出模块，逻辑控制输出模块的输入端连接至信号采样电路，输出端分别连接至驱动电路和逻辑电路，用于根据电压信号的大小选择对应的导通时序，并根据所述导通时序控制所述逻辑电路的开关状态与驱动电路的导通状态，以使LED灯串的不同LED灯珠组合成多段电流导通回路。

Description

LED驱动电路、驱动方法及其LED照明灯具

技术领域

本申请涉及LED驱动电路技术领域，更具体地说，它涉及LED驱动电路、驱动方法及其LED照明灯具。

背景技术

LED照明产品主要由LED光源、LED驱动电路和散热机构三部分组成。其中，LED光源的组合方式可以有多种形式，例如，多颗LED灯珠依次串联组成单串式结构，或者多颗LED灯珠串联连接组成一LED灯串，然后多个LED灯串相互并联连接组成矩阵式结构。

为了降低成本，LED产品更多的采用线性驱动方式；线性驱动的广泛使用，其效率相对非隔离等驱动呈现明显的劣势，如何提升线性的效率为当前主要矛盾。目前，一般做法是提升额定电压下的灯电压，但是在输入电压变化周期会带来输入功率的不恒定和发光不均匀的问题，导致LED灯串的发光效率降低。

发明内容

本申请的目的是提供LED驱动电路、驱动方法及其LED照明灯具，本申请解决了因输入电压不稳定导致的LED灯串发光效率不足的问题。

本申请的第一方面，提供了一种LED驱动电路，用于驱动至少一路LED灯串发光，所述 LED驱动电路包括：

信号采样电路，连接至输入电源，用于采样输入电源的输入电压的电压信号；

驱动电路，用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的发光状态；

逻辑电路，用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的接入状态；

逻辑控制输出模块，逻辑控制输出模块的输入端连接至信号采样电路，输出端分别连接至驱动电路和逻辑电路，用于根据电压信号的大小选择对应的导通时序，并根据所述导通时序控制所述逻辑电路的开关状态与驱动电路的导通状态，以使LED灯串的不同LED灯珠组合成多段电流导通回路。

在本申请的第一方面的一种实现方式中，输入电压是由交流输入电源经整流电路整流获得，所述信号采样电路由第一采样电阻和第二采样电阻并联构成。

在本申请的第一方面的一种实现方式中，所述逻辑控制输出模块与信号采样电路之间连接有乘法器，所述第一采样电阻与第二采样电阻并联连接的公共端与所述乘法器的输入端连接，所述乘法器用于对电压信号进行预处理。

在本申请的第一方面的一种实现方式中，所述LED灯串由第一LED灯珠、第二LED灯珠、第一二极体、第三LED灯珠、第二二极体和第四LED灯珠依次串联构成；其中所述第一LED灯珠的阳极与输入电压连接。

在本申请的第一方面的一种实现方式中，所述逻辑电路包括第一开关、第二开关、第一晶体管和第二晶体管，所述第一开关和第二开关的输入与逻辑控制输出模块的输出连接，用以接收来自逻辑控制输出模块输出的开关信号；

所述第一开关包括第一驱动器和第一高压晶体管，所述第二开关包括第二驱动器和第二高压晶体管；

所述第一驱动器的输出端与第一高压晶体管的栅极连接，所述第一高压晶体管的源极接地，所述第一高压晶体管的漏极与第一晶体管的栅极连接；

所述第二驱动器的输出端与第二高压晶体管的栅极连接，所述第二高压晶体管的源极接地，所述第二高压晶体管的漏极与第二晶体管的栅极连接；

所述第一晶体管的源极和第二晶体管的漏极连接后，接入第一二极体与第三LED灯珠的串联连接节点，所述第一晶体管的漏极分别与第一LED灯珠的阴极和第二LED灯珠的阳极连接，所述第二晶体管的源极分别与第二二极体的阴极和第四LED灯珠的阳极连接。

在本申请的第一方面的一种实现方式中，所述驱动电路包括第三驱动器、第四驱动器、第五驱动器、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管，所述第三驱动器、第四驱动器和第五驱动器的输入分别与逻辑控制输出模块的输出连接，用以接收来自逻辑控制输出模块输出的导通信号；

所述第三驱动器的输出端与第三晶体管的栅极连接，所述第三晶体管的漏极分别与第二LED灯珠的阴极和第一二极体的阳极连接；

所述第四驱动器的输出端与第四晶体管的栅极连接，所述第四晶体管的漏极分别与第三LED灯珠的阴极和第二二极体的阳极连接；

所述第五驱动器的输出端与第五晶体管的栅极连接，所述第五晶体管的漏极与第四LED灯珠的阴极连接；

所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器和第五驱动器的负极输入端均与输入电源的负极连接。

在本申请的第一方面的一种实现方式中，所述LED驱动电路还包括限流电阻，所述限流电阻的一端分别与第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管的源极连接，所述限流电阻的另一端与地电压连接。

在本申请的第一方面的一种实现方式中，所述驱动电路和逻辑电路不控制LED灯串的第一LED灯珠的发光状态和接入状态。

本申请的第二方面，提供了一种LED驱动方法，用以根据导通时序产生的逻辑信号和驱动信号来驱动至少一路LED灯串发光，所述LED驱动方法包括：

采样输入电源的输入电压的电压信号；

根据电压信号的大小选择对应的导通时序，并根据所述导通时序控制逻辑电路的开关状态与驱动电路的导通状态，以使LED灯串的不同LED灯珠组合成多段电流导通回路；

其中，所述驱动电路用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的发光状态，所述逻辑电路用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的接入状态。

本申请的第三方面，还提供了一种LED照明灯具，所述LED照明灯具具有如本申请的第一方面提供的一种LED驱动电路，还包括至少一路LED灯串组成的LED光源；

其中，所述LED驱动电路的输入电压是由交流输入电源经整流电路整流获得。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

在本申请提供的一种LED驱动电路、驱动方法及其LED照明灯具中，通过采样交流输入电源产生的输入电压的电压信号，结合预先设定的与电压信号对应的导通时序，来选择相应的导通时序控制逻辑电路的开关状态与驱动电路的导通状态，从而将各个LED灯珠组合成不同段数的电流导通回路，使得导通过程与常规的顺向依次导通过程不同，即通过本申请提供的导通时序，使得因交流输入电源的输入电压周期变化产生的电压损耗，被钳位在驱动电路上，从而固定住因输入电压周期变化引起的损耗，故此在交流输入电源的输入电压上升或下降时，提高LED灯串整体的发光效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请实施例的限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种LED驱动电路的一结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种LED驱动电路的又一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种LED驱动电路的工作波形仿真图；

图4为本申请实施例提供的一种LED驱动电路的又一结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种LED驱动方法的流程示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

110、信号采样电路；120、逻辑控制输出模块；130、逻辑电路；140、驱动电路；150、LED灯串；11、第一驱动器；12、第二驱动器；13、第三驱动器；14、第四驱动器；15、第五驱动器、16、第六驱动器；17、第七驱动器；M1、第一晶体管；M2、第二晶体管；M3、第三晶体管；M4、第四晶体管；M5、第五晶体管；M6、第六晶体管；M7、第七晶体管；R1、第一采样电阻；R2、第二采样电阻；R3、限流电阻；LED1、第一LED灯珠；LED2、第二LED灯珠；LED3、第三LED灯珠；LED4、第四LED灯珠；LED5、第五LED灯珠；D1、第一二极体；D2、第二二极体；D3、第三二极体。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请作进一步的详细说明，本申请的示意性实施方式及其说明仅用于解释本申请，并不作为对本申请的限定。

需说明的是，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所申请的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本申请的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

需要理解的是，诸如术语“第一”、“第二”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。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”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

首先，对本申请的技术术语进行说明。

LED照明灯具，即是指发光二极管照明灯具，是一种半导体固体发光器件。它利用固体半导体芯片作为发光材料，通过载流子在半导体中发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，从而直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

LED灯串，也被称为LED彩光带、灯带或罗氏线，是一种由多个发光二极管（LED灯珠）组成的。

LED灯珠，即发光二极管（Light Emitting Diode），是一种能够将电能直接转换为光能的半导体器件。它由P型和N型半导体材料组成，当电流通过这两种材料组成的PN结时，会发出可见光。LED灯珠具有高效、耐用、环保等特点，广泛应用于照明、显示、装饰和指示等领域。

请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种LED驱动电路140的一结构示意图，如图1所示，本实施例提供的一种LED驱动电路140用于驱动至少一路LED灯串150发光，所述LED驱动电路140包括：

信号采样电路110，连接至输入电源，用于采样输入电源的输入电压的电压信号；

驱动电路140，用于控制LED灯串150中的各个LED灯珠的发光状态；

逻辑电路130，用于控制LED灯串150中的各个LED灯珠的接入状态；

逻辑控制输出模块120，逻辑控制输出模块120的输入端连接至信号采样电路110，输出端分别连接至驱动电路140和逻辑电路130，用于根据电压信号的大小选择对应的导通时序，并根据导通时序控制逻辑电路130的开关状态与驱动电路140的导通状态，以使LED灯串150的不同LED灯珠组合成多段电流导通回路。

具体而言，输入电压是由交流输入电源经整流电路整流获得，信号采样电路110由第一采样电阻R1和第二采样电阻R2并联构成。整流电路和信号采样电路110是本领域技术的公知常识，故此本实施例只对其工作原理做简要的阐述。对于整流电路，其主要目的是将交流（AC）电源转换为直流（DC）电源，一般包括滤波和整流部分，在整流之前是滤波部分，交流电源可能包含许多高频噪声和纹波，这些需要被滤除，可通过滤波电路实现，其中滤波电路通常包括电容和电感，它们可以平滑交流信号，减少纹波。对于整流部分，可以采用常用的整流技术，例如半波、全波和桥式等。由两个采样电阻并联构成的信号采样电路110通常用于分压采样，这是一种常见的模拟信号采样技术。在这种电路中，两个电阻并联连接，共同形成一个分压器，用于将输入的电压信号分成两个部分，每个部分通过一个采样电阻。这里对信号采样电路110做一个简单的说明：输入电压：输入电压（Vin）加在两个并联的采样电阻（R1和R2）的两端。分压原理：根据欧姆定律，通过每个采样电阻的电流（I1和I2）与它们的阻值成反比。由于并联电路中各支路的电压相同，因此通过每个电阻的电压与它们的阻值成正比。这意味着电压会在两个电阻之间按它们的阻值比例分配。采样电阻：每个采样电阻可以被视为一个采样点，它们各自捕获输入电压的一个样本。这些样本反映了输入电压在采样瞬间的电压水平。采样保持：在实际应用中，采样电阻通常与采样保持电路结合使用。采样保持电路在采样阶段将输入电压固定在采样电阻上，然后在保持阶段将这个样本电压传递到ADC进行转换。输出：两个采样电阻上的电压可以分别转换为数字值，这些数字值代表了输入电压信号在采样时刻的数值。

进一步的，在逻辑控制输出模块120与信号采样电路110之间连接有乘法器，第一采样电阻R1与第二采样电阻R2并联连接的公共端与乘法器的输入端连接，乘法器用于对电压信号进行预处理。

具体而言，乘法器对电压信号的预处理通常指的是将采样到的电压信号与一个参考信号或数字控制信号相乘，以实现以下目的，例如缩放：乘法器可以调整采样的电压信号的幅值，使其符合特定的动态范围或满足后续逻辑控制输出模块120的要求。例如，将信号采样电路110采样获得的电压信号的幅值缩小到能够处理的范围内。例如频率调节：通过乘法器，可以对采样的电压信号进行频率调制。

由于本申请需要解决因交流输入电源的输入电压不稳定导致的LED灯串150发光效率不足的问题。故此，当输入电源在175~265V变化时，传统的驱动方案，只能在某一个电压输入时发光效率大于85%，在电压调整时会降低或灯珠变暗。故此，针对输入电压在175~265V变化时LED灯串150的发光效率问题，本发明通过采样交流输入电源产生的输入电压的电压信号，结合预先设定的与电压信号对应的导通时序，来选择相应的导通时序控制逻辑电路130的开关状态与驱动电路140的导通状态，从而将各个LED灯珠组合成不同段数的电流导通回路，使得导通过程与常规的顺向依次导通过程不同，即通过本申请提供的导通时序，使得因交流输入电源的输入电压周期变化产生的电压损耗，被钳位在驱动电路140上，从而固定住因输入电压周期变化引起的损耗，故此在交流输入电源的输入电压上升或下降时，提高LED灯串150整体的发光效率。

具体而言，由于前述实施例可知，LED照明灯具这一类照明产品主要由LED光源、LED驱动电路140和散热机构三部分组成。其中，LED光源的组合方式可以有多种形式，例如，多颗LED灯珠依次串联组成单串式结构，或者多颗LED灯珠串联连接组成一LED灯串150，然后多个LED灯串150相互并联连接组成矩阵式结构的LED光源。故此，针对一个LED照明产品，其包含的LED光源的灯珠数量和LED驱动电路140的路数是已经确定不变的，故此，结合当前LED光源的情况，根据变化的输入电压范围，针对以一定间隔的变化范围为标准，例如输入电压升高或下降10V，又或是升高或下降20V，再或是升高或下降15V等，本实施例不做具体的限定。针对上述实施例叙述的输入电压升高或下降的变化情况，其经过采样电路采样获得的电压信号也会固定变化一个数值，本实施例以10V的变化为例，当输入电压为190V时，其变化到200V时，采样得到的电压信号会在190V对应的基础上增加0.2V，别的变化情况，本实施例不再一一举例。结合上述叙述内容，故此，针对因输入电压变化带来的电压信号固定增加或减少的情况，本实施例根据电压信号的大小选择对应的导通时序，并根据导通时序控制逻辑电路130的开关状态与驱动电路140的导通状态。

可以理解的是，多段电流导通回路是指在不同的输入电压的变化区间下，输入电压、LED灯串150中的各个灯珠、逻辑电路、驱动电路和地电压构成的电流导通回路。

在一个实施例，LED灯串150由第一LED灯珠LED1、第二LED灯珠LED2、第一二极体D1、第三LED灯珠LED3、第二二极体D2和第四LED灯珠LED4依次串联构成；其中第一LED灯珠LED1的阳极与输入电压连接。

具体而言，对于LED灯串150包含的灯珠而言，其一般是采用相对固定的比例或者灯电压（本实施例以36V为例）。在LED灯串150中，一个LED灯珠（发光二极管）与一个二极体串联构成的组合通常被用来保护LED免受反向电压的损害。这种配置在某些LED灯串150中很常见，特别是在那些需要通过电线直接连接到电源的灯串中。二极体在这里的作用是防止当电源的正极和负极连接错误时，LED受到高电压的损害。当正极连接到电源的正线，而负极连接到LED灯珠的一端时，电流会流向LED，使其发光。当电源的正负极颠倒连接时，二极体会阻止电流逆向流过LED，从而保护LED不被过高的电压损坏。二极体是一种半导体器件，全称为晶体二极管（Crystal Diode）。二极体具有单向导通的特性，即只在正向电压作用下导通，而在反向电压作用下则处于截止状态。其工作原理是基于PN结的正向偏压和反向偏压效应。当在二极体的正极施加正向电压，负极施加反向电压时，电流可以通过二极体；而当在正极施加反向电压，负极施加正向电压时，电流则不能通过二极体。

在一个实施例中，所述逻辑电路130包括第一开关、第二开关、第一晶体管M1和第二晶体管M2，所述第一开关和第二开关的输入与逻辑控制输出模块120的输出连接，用以接收来自逻辑控制输出模块120输出的开关信号；所述第一开关包括第一驱动器11和第一高压晶体管，所述第二开关包括第二驱动器12和第二高压晶体管；所述第一驱动器11的输出端与第一高压晶体管的栅极连接，所述第一高压晶体管的源极接地，所述第一高压晶体管的漏极与第一晶体管M1的栅极连接；所述第二驱动器12的输出端与第二高压晶体管的栅极连接，所述第二高压晶体管的源极接地，所述第二高压晶体管的漏极与第二晶体管M2的栅极连接；所述第一晶体管M1的源极和第二晶体管M2的漏极连接后，接入第一二极体D1与第三LED灯珠LED3的串联连接节点，所述第一晶体管M1的漏极分别与第一LED灯珠LED1的阴极和第二LED灯珠LED2的阳极连接，所述第二晶体管M2的源极分别与第二二极体D2的阴极和第四LED灯珠LED4的阳极连接。

具体而言，请参考图2，本实施例给出逻辑电路130与LED灯串150各个LED灯珠连接的示意图，可以理解的是，在图2中LED灯串150一共含有4个LED灯珠，故此本实施例提供的逻辑电路130含有第一晶体管M1和第二晶体管M2。作为本领域技术人员熟知的常识，目前LED照明产品的LED光源的LED灯串150中灯珠的数量大多都为4个，针对照明的需求，通过并联多个LED灯串150即可实现。但也可以仅对LED灯串150做变化。例如当本实施例提供的开关和晶体管的数量为一个时，即LED灯串150一共含有三个LED灯珠，中间的灯珠连接一个二极体，相应地逻辑电路130包括第一开关和第一晶体管M1，即去掉第二开关和第二晶体管M2。假设灯珠为五个时，相应的也会增加一组子逻辑电路130，即此时的逻辑电路130包括三个开关和三个晶体管。

第一高压晶体管主要是为了给第一晶体管M1提供足够大的导通电流，以保证第一晶体管M1能够顺利导通。相应地，第二高压晶体管与第一高压晶体管的作用相同，是为了给第二晶体管M2提供足够大的导通电流，以保证第二晶体管M2能够顺利导通。

在一个实施例中，所述驱动电路140包括第三驱动器13、第四驱动器14、第五驱动器15、第三晶体管M3、第四晶体管M4和第五晶体管M5，所述第三驱动器13、第四驱动器14和第五驱动器15的输入分别与逻辑控制输出模块120的输出连接，用以接收来自逻辑控制输出模块120输出的导通信号；所述第三驱动器13的输出端与第三晶体管M3的栅极连接，所述第三晶体管M3的漏极分别与第二LED灯珠LED2的阴极和第一二极体D1的阳极连接；所述第四驱动器14的输出端与第四晶体管M4的栅极连接，所述第四晶体管M4的漏极分别与第三LED灯珠LED3的阴极和第二二极体D2的阳极连接；所述第五驱动器15的输出端与第五晶体管M5的栅极连接，所述第五晶体管M5的漏极与第四LED灯珠LED4的阴极连接；所述第一驱动器11、第二驱动器12、第三驱动器13、第四驱动器14和第五驱动器15的负极输入端均与输入电源的负极连接。

在本实施例中，结合上文实施例对于逻辑电路130的开关和晶体管的数量变化，本实施例提供的驱动电路140也是相同的变化方式，结合当前灯珠的数量通过增加或减少一组或多组的子驱动电路140即可，相应的增加的电路的连接方式与上述连接内容相同，本实施例不再做多余的赘述。

具体而言，第一晶体管M1至第五晶体管M5可以是效应晶体管MOSFET、双极型晶体管BJT或者具有同等开闭给功能的三端受控器件，如绝缘栅双极型晶体管IGBT等。第一驱动器11至第五驱动器15可采用功率放大器，以提供给第一开关和第二开关包括的高压晶体管的导通信号，以及第三晶体管M3至第五晶体管M5的导通信号。

如图2所示，在一个整流半周期内（例 50Hz电网的半周期是10毫秒），LED灯串150是由四个（或多个）LED灯珠串联，且连接处与驱动电路140和逻辑电路130相连接。LED灯珠的比例可为固定倍数关系，驱动电路140和逻辑电路130的逻辑控制使各串灯珠不同组合，当输入电压上升或下降时，让最终叠加到驱动电路140上的电压被钳位在固定电压（如36V），那么驱动电路140的损耗不会增加，当灯珠电压逐级升高时，其发光效率更高，最终使得LED照明产品的发光效率得到提高。

例如，当输入电压为190V，采样的电压信号约1.2V，此时对应为一个3段电流导通回路驱动。当输入电压每变化升高10V，采样电压固定变化约0.2V时，则对应开通功率MOS(功率MOS即第三晶体管M3、第四晶体管M4和第五晶体管M5，功率MOS开通顺序由设计时确定)，LED灯珠电压也因为第一晶体管M1 、第二晶体管M2的逻辑切换对应增加36V，且因为固定比例的原因最终实现每变化0.2V，灯电压增加36V，依次类推并切换6-7次。换一个意思就是功率MOS承担的电压降（即损耗）也随着输入电压变化而固定在36V。该方案与传统方案相比，因为损耗固定，那么随着灯电压的升高而显著提高了整机效率。当电压由高转低时，因为采用电压降低，逻辑变换，使灯电压也随之变化，但是功率MOS的漏极电压降始终维持不变，仍然实现较高的效率。

仍然以图2为例，晶体管M3~M5的导通状态由驱动电路140的驱动器作用，第一晶体管M1、第二晶体管M2受第一开关SPC1、第二开关SPC2分别控制。当交流输入电源的输入电压为230Vac(340VDC)（对于欧洲来说，230V是测试的额定电压）时，其逻辑控制时序描述如下（-VDC即GND，+VDC即DC_BUS）：

第一段灯亮：DC_BUS电压在（72V,108V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第一晶体管M1→第二晶体管M2→第四LED灯珠LED4→→-VDC。

具体而言，针对第一段灯亮，设置的4段灯电压的值都是按每个步骤增加36V来实现的。因为驱动电路的IC芯片的最佳工作状态是30V左右，因此取最接近的灯电压可以减少IC芯片的损耗，可提升IC芯片的工作效率，这也就是预先设定电压导通时序的原因，设定原理：当交流电压输入时，一个周期内从过零点到最大值的变化为正弦曲线，采样后的信号也会随着输入电压变化，设置当采样信号为1.2V时，第五晶体管M5开通，同时第一晶体管M1/第二晶体管M2也开通，对应的LED灯电压也会随着电压升高达到开启条件，第一段的过程就是第一LED灯珠LED1+第四LED灯珠LED4的过程，刚好就是72V+36V=108V灯电压。因为72V电压很低，所以可以作为所有的公共第一段，配合后面的三段灯串来逐渐累加36V，一直累加到288V。第一段灯亮的过程就是第一LED灯珠LED1+第四LED灯珠LED4的过程，刚好就是72V+36V=108V灯电压。

第二段灯亮：DC_BUS电压在（108V,144V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第一晶体管M1→第三LED灯珠LED3→第四晶体管M4→-VDC。

具体而言，针对第二段灯亮，输入的交流正弦波电压继续增加约36V，达到设置的采样信号为1.4V时，第一晶体管M1/第四晶体管M4开通，对应的LED灯电压也会随着电压升高达到开启条件，第二段的过程就是第一LED灯珠LED1+第三LED灯珠LED3的电流回路，刚好就是72V+72V=144V灯电压。

第三段灯亮：DC_BUS电压在（144V,180V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第三LED灯珠LED3→第二二极体D2→第四LED灯珠LED4→第五晶体管M5→-VDC。

第四段灯亮：DC_BUS电压在（180V,216V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第三晶体管M3→-VDC。

第五段灯亮：DC_BUS电压在（216V,252V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→→第四LED灯珠LED4→第五晶体管M5→-VDC。

第六段灯亮：DC_BUS电压在（252V,288V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→第三LED灯珠LED3→第四晶体管M4→-VDC。

第七段灯亮：DC_BUS电压在（288V,+∞）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→第三LED灯珠LED3→第二二极体D2→第四LED灯珠LED4→第五晶体管M5→-VDC。

具体而言，针对第三段至第七段灯亮的过程，可参考上文描述的第一段灯亮和第二段灯亮的实施过程，本实施例不做多余的赘述。

当交流输入电源的输入电压为220Vac(310VDC)（国内额定交流电压）则因为采样信号原因，此时仅有六段电压工作，此时效率也会最高，如下所示：

第一段灯亮：DC_BUS电压在（72V,108V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第一晶体管M1→第二晶体管M2→第四LED灯珠LED4→-VDC。

第二段灯亮：DC_BUS电压在（108V,144V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第一晶体管M1→第三LED灯珠LED3→第四晶体管M4→-VDC。

第三段灯亮：DC_BUS电压在（144V,180V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第三LED灯珠LED3→第二二极体D2→第四LED灯珠LED4→第五晶体管M5→-VDC。

第四段灯亮：DC_BUS电压在（180V,216V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第三晶体管M3→-VDC。

第五段灯亮：DC_BUS电压在（216V,252V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→第四LED灯珠LED4→第五晶体管M5→-VDC。

第六段灯亮：DC_BUS电压在（252V,288V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→第三LED灯珠LED3→第四晶体管M4→-VDC。

需要说明的，当输入电压再降低，则自适应工作到更少的段数，例如五段、四段等，通过自适应调整来LED灯串适应较宽的输入电压且全部发光，提升LED灯串的发光效率。

综合上文实施例叙述的国内外不同的交流额定输入电压的情况，如图3所示，通过以上对多段线性LED灯珠的工作原理描述，其显著增加LED灯珠的导通时间，即亮的时间更长，在同等输入功率下，更多的LED灯珠发光，则提升了LED灯串150的整体效率。通过图3的仿真波形图可知，每个周期的波形都是镜像对称，因此本实施例以输入母线电流波形的第一个周期进行举例说明，其余周期均是相同的原理。

如图3所示，在第一个周期的电流波形的上升部分的半个周期，其对应于：第一通道电流波形（第三晶体管M3）的第一个图形块，第二通道电流波形（第四晶体管M4）的第一个图形块和第二个图形块，以及第三通道电流波形（第五晶体管M5）的第一个图形块到第四个图形块，其中针对上升部分的半个周期的第四个图形块只包含前半部分。相应的，在第一个周期的电流波形的下降部分的半个周期，其对应于：第一通道电流波形的第二个图形块，第二通道电流波形的第三个图形块和第四个图形块，以及第三通道电流波形的第四个图形块到第七个图形块，其中针对下降部分的半个周期第四个图形块只包含后半部分。

由此可见，通过图3的仿真波形图，由第一通道电流波形的一个图形块，第二通道电流波形的两个图形块，第三通道电流波形的四个图形块，总体就可以呈现七段的驱动效果。其相比传统的三段约84%、四段约85%、五段的方式约86%，其效率更高，可超过90%。且输入电压即使低于额定范围也能全面发光，适应性更广。

如图4所示，在图2示出的最少数量LED灯珠的结构示意图的基础，本实施例增加了一个第五LED灯珠LED5，基于上文实施例叙述的内容可知，每增加一个灯珠则蓄增加相应的驱动电路和逻辑电路，例如与第五LED灯珠LED5的阳极连接的第七晶体管M7，与第五LED灯珠LED5的阴极连接的第六晶体管M6，相应地为了控制第六晶体管M6的导通状态，还需要与之对应的第六驱动器16，相应地还需要将逻辑电路的第七晶体管M7，也需要一个高压晶体管和驱动器来控制其的导通和关断，因此如图4所示，通过第七驱动器17的输出端与高压晶体管的栅极连接，而后高压晶体管的漏极与第七晶体管M7的栅极连接，这与上文叙述的连接原理是相同，作为本领域技术人员可以理解的是，当增加更多的逻辑电路和驱动电路时，电路的元件的布置和连接方式都是相同原理，本实施例不做多余的赘述。

在图4所示内容的基础上，当输入电压300Vac(420VDC)时，利用本申请实施例提供的驱动电路和驱动方法可以做更多段数的灯珠点亮，实现LED灯串的高效率，具体如下：

第一段灯亮：DC_BUS电压在（72V,108V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第一晶体管M1→第二晶体管M2→第七晶体管M7→第五LED灯珠LED5→第六晶体管M6→-VDC。

第二段灯亮：DC_BUS电压在（108V,144V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第一晶体管M1→第二晶体管M2→第四LED灯珠LED4→第五晶体管M5→-VDC。

第三段灯亮：DC_BUS电压在（144V,180V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第一晶体管M1→第二晶体管M2→第四LED灯珠LED4→第三二极体D3→第四晶体管M4→第六晶体管M6→-VDC。

第四段灯亮：DC_BUS电压在（180V,216V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第三晶体管M3→-VDC。

第五段灯亮：DC_BUS电压在（216V,252V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第三LED灯珠LED3→第二二极体D2→第四LED灯珠LED4→第三二极体D3→第五LED灯珠LED5→第六晶体管M6→-VDC。

第六段灯亮：DC_BUS电压在（252V,288V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→第三LED灯珠LED3→第四晶体管M4→-VDC。

第七段灯亮：DC_BUS电压在（288V,324V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→第三LED灯珠LED3→第二二极体D2→第七晶体管M7→第五LED灯珠LED5→第六晶体管M6→-VDC。

第八段灯亮：DC_BUS电压在（324V,360V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→第三LED灯珠LED3→第二二极体D2→第四LED灯珠LED4→第五晶体管M5→-VDC。

第九段灯亮：DC_BUS电压在（360V,396V）区间，电流导通回路为：+VDC→第一LED灯珠LED1→第二LED灯珠LED2→第一二极体D1→第三LED灯珠LED3→第二二极体D2→第四LED灯珠LED4→第三二极体D3→第五LED灯珠LED5→第六晶体管M6→-VDC。

具体而言，针对如图4所示的情况，本实施例提供第一段至第九段灯亮的过程，也可参考上文描述的第一段灯亮和第二段灯亮的实施过程，本实施例不做多余的赘述。需要说明的是，图4已经清楚的披露出了在LED灯珠数量为5时，各个器件的连接情况，故此本实施例不再做一一描述。

在一个实施例中，所述LED驱动电路140还包括限流电阻R3，所述限流电阻R3的一端分别与第三晶体管M3、第四晶体管M4和第五晶体管M5的源极连接，所述限流电阻R3的另一端与地电压连接。

具体而言，限流电阻R3的主要作用如下：保护LED：每个LED都有其推荐的正向电流值，限流电阻R3可以根据LED的正向电流和电压来计算，确保LED在其最大工作电流范围内工作，防止因电流过大而损坏LED。稳定亮度：限流电阻R3可以限制电流，使得LED的工作状态稳定，不会因为电流的波动而导致亮度的变化。电压分配：在LED灯串150中，每个LED上的电压可能会有微小差异，限流电阻R3可以帮助平衡这些电压差异，确保每个LED都能在相似的条件下工作。防止过热：过大的电流会导致LED产生过多的热量，而限流电阻R3能够帮助控制电流，从而降低LED的发热量，提高使用寿命。防止短路：如果LED灯串150中某个LED失效或短路，限流电阻R3可以限制电流，防止整个电路因短路而损坏。

在一些实施例中，所述驱动电路140和逻辑电路130不控制LED灯串150的第一LED灯珠LED1的发光状态和接入状态。

具体而言，由图2或图4可知，第一LED灯珠LED1是作为LED灯串与交流整流后的输入电压连接的第一个灯珠，因此每段电流导通回路必须包含第一LED灯珠LED1，否则整个LED灯串就会处于断开状态。

请参考图5，图5为本申请实施例提供的一种LED驱动方法的流程示意图，如图4所示，LED驱动方法用以根据导通时序产生的逻辑信号和驱动信号来驱动至少一路LED灯串150发光，所述LED驱动方法包括：

S410，采样输入电源的输入电压的电压信号；

S420，根据电压信号的大小选择对应的导通时序，并根据所述导通时序控制逻辑电路130的开关状态与驱动电路140的导通状态，以使LED灯串150的不同LED灯珠组合成多段电流导通回路；其中，所述驱动电路140用于控制LED灯串150中的各个LED灯珠的发光状态，所述逻辑电路130用于控制LED灯串150中的各个LED灯珠的接入状态。

本实施例中，LED驱动方法是基于上文实施例提供的LED驱动电路140来实现的，因此，关于本实施例提供的LED驱动方法的详细工作过程，可参考上文实施例提供的LED驱动电路的实施例的详细说明，本实施例不再赘述。

可见，在本申请实施例提供的一种LED驱动方法中，通过采样交流输入电源产生的输入电压的电压信号，结合预先设定的与电压信号对应的导通时序，来选择相应的导通时序控制逻辑电路130的开关状态与驱动电路140的导通状态，从而将各个LED灯珠组合成不同段数的电流导通回路，使得导通过程与常规的顺向依次导通过程不同，即通过本申请提供的导通时序，使得因交流输入电源的输入电压周期变化产生的电压损耗，被钳位在驱动电路140上，从而固定住因输入电压周期变化引起的损耗，故此在交流输入电源的输入电压上升或下降时，提高LED灯串150整体的发光效率。

本申请实施例还提供了一种LED照明灯具，所述LED照明灯具具有上文实施例提供的一种LED驱动电路140，还包括至少一路LED灯串150组成的LED光源；其中，所述LED驱动电路140的输入电压是由交流输入电源经整流电路整流获得。

搭载本申请实施例提供的一种LED驱动电路140的LED照明灯具，通过采样交流输入电源产生的输入电压的电压信号，结合预先设定的与电压信号对应的导通时序，来选择相应的导通时序控制逻辑电路130的开关状态与驱动电路140的导通状态，从而将LED灯串150各个LED灯珠组合成不同段数的电流导通回路，使得导通过程与常规的顺向依次导通过程不同，即通过本申请提供的导通时序，使得因交流输入电源的输入电压周期变化产生的电压损耗，被钳位在驱动电路140上，从而固定住因输入电压周期变化引起的损耗，故此在交流输入电源的输入电压上升或下降时，提高LED照明灯具整体的发光效率。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，用于驱动至少一路LED灯串发光，其中所述LED灯串由第一LED灯珠、第二LED灯珠、第一二极体、第三LED灯珠、第二二极体和第四LED灯珠依次串联构成；其中所述第一LED灯珠的阳极与输入电压连接，所述 LED驱动电路包括：

信号采样电路，连接至输入电源，用于采样输入电源的输入电压的电压信号；

驱动电路，用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的发光状态；所述驱动电路包括第三驱动器、第四驱动器、第五驱动器、第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管，所述第三驱动器、第四驱动器和第五驱动器的输入分别与逻辑控制输出模块的输出连接，用以接收来自逻辑控制输出模块输出的导通信号；所述第三驱动器的输出端与第三晶体管的栅极连接，所述第三晶体管的漏极分别与第二LED灯珠的阴极和第一二极体的阳极连接；所述第四驱动器的输出端与第四晶体管的栅极连接，所述第四晶体管的漏极分别与第三LED灯珠的阴极和第二二极体的阳极连接；所述第五驱动器的输出端与第五晶体管的栅极连接，所述第五晶体管的漏极与第四LED灯珠的阴极连接；

逻辑电路，用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的接入状态；所述逻辑电路包括第一开关、第二开关、第一晶体管和第二晶体管，所述第一开关和第二开关的输入与逻辑控制输出模块的输出连接，用以接收来自逻辑控制输出模块输出的开关信号；所述第一开关包括第一驱动器和第一高压晶体管，所述第二开关包括第二驱动器和第二高压晶体管；所述第一驱动器的输出端与第一高压晶体管的栅极连接，所述第一高压晶体管的源极接地，所述第一高压晶体管的漏极与第一晶体管的栅极连接；所述第二驱动器的输出端与第二高压晶体管的栅极连接，所述第二高压晶体管的源极接地，所述第二高压晶体管的漏极与第二晶体管的栅极连接；所述第一晶体管的源极和第二晶体管的漏极连接后，接入第一二极体与第三LED灯珠的串联连接节点，所述第一晶体管的漏极分别与第一LED灯珠的阴极和第二LED灯珠的阳极连接，所述第二晶体管的源极分别与第二二极体的阴极和第四LED灯珠的阳极连接；所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器和第五驱动器的负极输入端均与输入电源的负极连接；

所述LED驱动电路还包括限流电阻，所述限流电阻的一端分别与第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管的源极连接，所述限流电阻的另一端与地电压连接；

逻辑控制输出模块，逻辑控制输出模块的输入端连接至信号采样电路，输出端分别连接至驱动电路和逻辑电路，用于根据电压信号的大小选择对应的导通时序，并根据所述导通时序控制所述逻辑电路的开关状态与驱动电路的导通状态，以使LED灯串的不同LED灯珠组合成多段电流导通回路。

2.根据权利要求1所述的一种LED驱动电路，其特征在于，输入电压是由交流输入电源经整流电路整流获得，所述信号采样电路由第一采样电阻和第二采样电阻并联构成。

3.根据权利要求2所述的一种LED驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制输出模块与信号采样电路之间连接有乘法器，所述第一采样电阻与第二采样电阻并联连接的公共端与所述乘法器的输入端连接，所述乘法器用于对电压信号进行预处理。

4.根据权利要求3所述的一种LED驱动电路，其特征在于，所述驱动电路和逻辑电路不控制LED灯串的第一LED灯珠的发光状态和接入状态。

5.一种LED驱动方法，应用于如权利要求1至4任一项所述的一种LED驱动电路，其特征在于，用以根据导通时序产生的逻辑信号和驱动信号来驱动至少一路LED灯串发光，所述LED驱动方法包括：

采样输入电源的输入电压的电压信号；

根据电压信号的大小选择对应的导通时序，并根据所述导通时序控制逻辑电路的开关状态与驱动电路的导通状态，以使LED灯串的不同LED灯珠组合成多段电流导通回路；

其中，所述驱动电路用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的发光状态，所述逻辑电路用于控制LED灯串中的各个LED灯珠的接入状态。

6.一种LED照明灯具，其特征在于，所述LED照明灯具具有如权利要求1至4任一项所述的一种LED驱动电路，还包括至少一路LED灯串组成的LED光源；

其中，所述LED驱动电路的输入电压是由交流输入电源经整流电路整流获得。