專利名稱：一種智能化led脈沖驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及照明器具，具體是LED驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
LED具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)、壽命長、直流低壓驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，其應(yīng)用逐漸從指示、顯示領(lǐng)域 發(fā)展到普通照明市場。但與熒光燈、高壓氣體放電燈等傳統(tǒng)光源在性能價(jià)格比上競爭，還需 要進(jìn)一步提高其發(fā)光效率和單個(gè)器件的功率。發(fā)光效率除與LED器件本身的性能有關(guān)外， 受驅(qū)動(dòng)電流的大小和波形的影響也很大，有些情況下采用方波來驅(qū)動(dòng)可達(dá)到比直流驅(qū)動(dòng)更 高的發(fā)光效率。 但是目前采用的開關(guān)電路，一般采用電感限流，由于電感是儲(chǔ)能元件，它們在開關(guān) 電路的晶體管"開"或"關(guān)"時(shí)分別通過儲(chǔ)能和釋能來起到限流的作用，這樣電流波形由于 積分過程總會(huì)有一個(gè)緩慢上升或下降的波形，實(shí)際檢測LED的電流波形，這種波形接近三 角波，這樣就無法使LED工作在一個(gè)恒定的電流值，也就不能將工作電流固定地維持在效 率極值點(diǎn)。如果采用電阻限流，雖然可以得到比較理想的方波，但在限流電阻上產(chǎn)生大量能 耗，因此不采用這種方式。

實(shí)用新型內(nèi)容為減少LED工作在不同電流時(shí)結(jié)溫對(duì)其發(fā)光效率的影響，我們采用相同平均電流 不同占空比和峰值方波脈沖電流驅(qū)動(dòng)LED以觀察其發(fā)光效率的變化，這一變化實(shí)際上反映 了發(fā)光量子效率與驅(qū)動(dòng)電流瞬態(tài)值關(guān)系，對(duì)高亮度1W 60W白光LED的測量結(jié)果(l)LED 有一個(gè)使量子效率達(dá)到極值點(diǎn)的電流，稱之為效率極值工作點(diǎn)；(2)隨著電流的進(jìn)一步增 大，發(fā)光效率明顯降低。由此可以得出以下結(jié)論在效率極值點(diǎn)低于額定電流時(shí)采用恒定直 流驅(qū)動(dòng)，否則采用峰值電流等于效率極值工作點(diǎn)的矩形直流脈沖，既保證LED的平均電流 維持在額定電流，又使其驅(qū)動(dòng)電流處在最佳的電流工作點(diǎn)。即使是在效率極值點(diǎn)低于額定 電流的情況下，在一些LED調(diào)光應(yīng)用的場合，當(dāng)調(diào)光電路的驅(qū)動(dòng)電流在效率極值點(diǎn)以下時(shí)， 使用方波脈沖驅(qū)動(dòng)LED的發(fā)光效率也會(huì)比直流驅(qū)動(dòng)高。 本實(shí)用新型的目的就是提供一種方波脈沖輸出的LED驅(qū)動(dòng)電路以自動(dòng)尋找LED的 發(fā)光效率最高工作點(diǎn)，適用于普通外照明以及專業(yè)照明領(lǐng)域，包括交流市電和直流電池供 電的普通室內(nèi)外照明燈具和應(yīng)急燈具、移動(dòng)照明器具、LED液晶背光源、LED投影光源、LED 汽車前照燈和車廂內(nèi)照明等場合。 為了達(dá)到比較高的效率，得到方波(或近似于方波)電流的驅(qū)動(dòng)波形，我們采取 了低頻方波調(diào)制高頻方波來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的LED驅(qū)動(dòng)電路包括高頻方波脈沖發(fā)生電 路0SC、晶體管Q、電流取樣電阻R、電感L和回流二極管Dl、高頻脈沖濾波電容C、以及負(fù)載 LED,電流取樣電阻R連接比較器CM的反相端，由單片機(jī)MCU提供參考電壓Uref輸入到CM 的同相端，比較器的輸出端和高頻方波脈沖發(fā)生電路OSC接入到與門AND1的兩個(gè)輸入端， AND1的輸出端再和由單片機(jī)產(chǎn)生的低頻調(diào)制信號(hào)分別同與門AND2的兩個(gè)輸入端相連，由AND2的輸出端與開關(guān)晶體管Q的柵極相連，光檢測模塊D2對(duì)負(fù)載LED的發(fā)光亮度進(jìn)行檢
測，檢測信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后反饋輸入到單片機(jī)MCU。 上述的光檢測模塊D2包括光電探測器和檢測信號(hào)放大電路，其中光電探測器采
用光電二極管、光電池或光敏電阻中的一種。 單片機(jī)MCU產(chǎn)生合適占空比的低頻方波(50Hz lkHz)輸出到與門AND2實(shí)現(xiàn)對(duì) OSC產(chǎn)生的高頻(10kHz 200kHz)脈沖的調(diào)制，低頻方波調(diào)制高頻方波后形成的間歇式方 波脈沖控制晶體管Q的柵極，然后由在負(fù)載LED兩端并聯(lián)的容值恰當(dāng)?shù)碾娙軨將高頻成分 大部分濾除，使低頻波包仍然呈現(xiàn)出接近方波的電流波形。只要波包的頻率高于人眼視覺 產(chǎn)生閃爍感的最高頻率，即可得到高效舒適的照明效果，或用于液晶顯示的背光源時(shí)，波包 頻率應(yīng)保證光源的脈沖驅(qū)動(dòng)不干擾顯示器的刷新率。 當(dāng)由電流取樣電阻R反饋到比較器CM反相端的電壓信號(hào)小于參考電壓Uref時(shí)， CM輸出高電平，否則輸出低電平，所以通過輸入比較器的參考電壓U^可控制對(duì)晶體管 Q(MOSFET)柵極輸入的高低電平，從而控制Q管在一個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間和流過電流取樣電 阻R即流過晶體管Q的電流峰值。比較器CM參考電壓Uref由單片機(jī)MCU另一輸出端口提供，通過變化參考電壓Uref
即可控制輸出到LED的峰值電流。在啟動(dòng)后初始1分鐘左右，通過單片機(jī)MCU在相同平均 電流下自動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比和峰值電流，對(duì)光檢測模塊D2檢測到的系列光強(qiáng)值進(jìn) 行比較，找到光強(qiáng)最大的工作點(diǎn)，之后使驅(qū)動(dòng)電路一直保持在這點(diǎn)工作。 對(duì)于峰值電流可由單片機(jī)MCU輸出到比較器CM的參考電壓Uref來控制，經(jīng)過測量 發(fā)現(xiàn)，對(duì)LED輸出的峰值電流im與參考電壓UMf的近似關(guān)系是im ^ UMf18(接近三角波的 im^Ure/關(guān)系)，單片機(jī)MCU在計(jì)算峰值電流時(shí)采用了這一關(guān)系。這樣利用單片機(jī)MCU自 動(dòng)搜索效率極值點(diǎn)，這樣就解決了因不同廠家不同批次的LED特性參數(shù)造成的不一致性問 題。 本實(shí)用新型通過低頻方波調(diào)制高頻方波的方式，實(shí)現(xiàn)了近似方波的電流波形，根 據(jù)LED的效率-電流特性來確定輸出占空比和峰值電流，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)器和LED的相互匹配， 達(dá)到比直流驅(qū)動(dòng)更高的效率。且由于利用了單片機(jī)MCU自動(dòng)搜索效率極值點(diǎn)，所以驅(qū)動(dòng)器 作為單獨(dú)的產(chǎn)品，同時(shí)適用于任意廠家生產(chǎn)的LED的不同效率-電流特性。

圖1是本實(shí)用新型的智能化的脈沖驅(qū)動(dòng)電路原理圖； 圖2是低頻方波調(diào)制高頻方波驅(qū)動(dòng)下LED的電流波形； 圖3是高頻方波驅(qū)動(dòng)下LED的電流波形。
具體實(shí)施方式如圖1所示，本實(shí)用新型所公開的智能化LED脈沖驅(qū)動(dòng)電路包括高頻方波脈沖發(fā) 生電路0SC、晶體管Q、電流取樣電阻R、電感L和回流二極管Dl、高頻脈沖濾波電容C、以及 負(fù)載LED,電流取樣電阻R連接比較器CM的反相端，由單片機(jī)MCU提供參考電壓UMf輸入到 CM的同相端，比較器的輸出端和高頻方波脈沖發(fā)生電路OSC接入到與門AND1的兩個(gè)輸入 端，當(dāng)R反饋的信號(hào)超過設(shè)定的門限值U^時(shí)比較器輸出端為低電平，從而關(guān)閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)恒流控制，AND1的輸出端再和由單片機(jī)產(chǎn)生的低頻調(diào)制信號(hào)分別同與門AND2的兩個(gè) 輸入端相連，由AND2的輸出端與開關(guān)晶體管Q的柵極相連，在Q導(dǎo)通時(shí)電感L起到限流的 作用并在此期間儲(chǔ)存一定的電磁能量，Q關(guān)閉時(shí)通過回流二極管Dl將電感L的儲(chǔ)能通過負(fù) 載LED釋放，光檢測模塊D2對(duì)負(fù)載LED的發(fā)光亮度進(jìn)行檢測，檢測信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入到單片機(jī)MCU，通過這種光反饋的方法尋找效率最高的電流工作點(diǎn)。 對(duì)上述低頻方波調(diào)制高頻方波驅(qū)動(dòng)電路測量，得到LED的電流波形如下圖2所示。 比較圖3的高頻方波驅(qū)動(dòng)下LED的電流波形，可以看出，本實(shí)用新型得到比較接近方波的電 流波形。
權(quán)利要求一種智能化LED脈沖驅(qū)動(dòng)電路，包括高頻方波脈沖發(fā)生電路OSC、電流取樣電阻R、MOS管Q、快恢復(fù)二極管D1、電感L、負(fù)載LED以及在負(fù)載LED兩端并聯(lián)著的電容C，其特征在于高頻方波脈沖發(fā)生電路OSC接入到與門AND1的一個(gè)輸入端，與門AND1的輸出端連接入與門AND2的一個(gè)輸入端，與門AND2的輸出端連接MOS管Q的柵極，比較器CM的輸出端連接入與門AND1的另一個(gè)輸入端，電流取樣電阻R連接比較器CM的反相端，產(chǎn)生低頻方波，并控制其占空比和控制峰值電流的單片機(jī)MCU的兩個(gè)輸出端分別與與門AND2的另一個(gè)輸入端和比較器CM的同相端連接，對(duì)負(fù)載LED發(fā)光亮度進(jìn)行檢測的光檢測模塊D2連接著對(duì)信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器ADC，轉(zhuǎn)換器ADC連接著單片機(jī)MCU的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化LED脈沖驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于光檢測模塊D2 是包括光電探測器的檢測信號(hào)放大電路，光電探測器是光電二極管、光電池或光敏電阻。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種LED驅(qū)動(dòng)器，利用低頻方波調(diào)制高頻方波產(chǎn)生的脈沖電壓控制開關(guān)電路的晶體管，然后將輸出的高頻部分濾除，實(shí)現(xiàn)低頻方波驅(qū)動(dòng)輸出的占空比和峰值電流可調(diào)智能化LED脈沖驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電路主要包括方波發(fā)生器、開關(guān)晶體管、限流電感和回流二極管、高頻交流濾波電容、恒流控制單元、光反饋單元和單片機(jī)控制單元。針對(duì)具有不同效率-電流關(guān)系特征的LED，在保持恒定平均電流的前提下，在LED點(diǎn)亮初始階段，通過單片機(jī)設(shè)置系列驅(qū)動(dòng)電流的占空比和峰值，對(duì)LED發(fā)光亮度進(jìn)行檢測并將結(jié)果保存最后比較得出LED驅(qū)動(dòng)達(dá)到最高效率的最佳電流，正常工作時(shí)則將LED的工作點(diǎn)設(shè)置在該電流值上，同時(shí)采用合適的占空比將平均工作電流控制在額定電流值上。
文檔編號(hào)F21V23/00GK201523469SQ20092016480
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月7日
發(fā)明者何志毅, 葉懋, 林旭, 黃品高 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)