專利名稱：Led超寬限電壓驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于照明領(lǐng)域，特別涉及一種LED在超寬限電壓下工作的驅(qū)動(dòng)器。
眾所周知，現(xiàn)有LED，也即發(fā)光二極管。以住采用脈沖驅(qū)動(dòng)LED，其發(fā)光亮度得以提高，但LED所處的工作電源的先決必要條件是穩(wěn)壓，其次，電壓較高時(shí)，LED的串并聯(lián)均應(yīng)采取均壓或均流措施，由此給諸多方面的應(yīng)用帶來極大困擾和麻煩，相應(yīng)維護(hù)、維修工作也復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的是提供一種可有效使LED在超寬限電壓范圍內(nèi)正常運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)器，無需大功率穩(wěn)壓或恒流的特殊電源。
本實(shí)用新型的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的一種LED超寬限電壓驅(qū)動(dòng)器，包括直流功率電源及負(fù)載LED，其特征是驅(qū)動(dòng)器依次由基頻f0方波發(fā)生器、微分電路、脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路、場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路連接而成，場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載LED，另，脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路一路經(jīng)反相器、場(chǎng)效應(yīng)管拉流電路提供負(fù)載LED拉流，再，負(fù)載LED上接有一電壓采樣電路，采樣信號(hào)經(jīng)占空比精確調(diào)節(jié)PMW電路后輸出一控制信號(hào)給脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路，同時(shí)脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路還受控于電壓跟蹤電路，根據(jù)功率電源電壓的波動(dòng)適時(shí)對(duì)輸出的脈寬作出調(diào)整，場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路和場(chǎng)效應(yīng)管拉流電路共同作用使負(fù)載LED處于高亮度工作狀態(tài)，直流電源部分包括功率電源和微功率穩(wěn)壓電源，微功率穩(wěn)壓電源提供驅(qū)動(dòng)電路的工作電源。
其驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)機(jī)理是LED的發(fā)光亮度基本上正比于電流密度，對(duì)于采用脈沖驅(qū)動(dòng)是很有利的，它可以在平均電流與直流電流相等的情況下獲得較直流電流更高的亮度；其次，功率電源的電壓與驅(qū)動(dòng)LED脈沖幅度增值相關(guān)。欲使驅(qū)動(dòng)LED的信號(hào)脈沖有效時(shí)，其有效值應(yīng)合乎電源電壓愈高，脈寬越窄。在預(yù)定的周期內(nèi)盡可能使LED達(dá)到應(yīng)有電流值充分發(fā)光，同時(shí)維持正常結(jié)溫；再則，LED的PN結(jié)電容具有存貯電荷效應(yīng)，并與外部電場(chǎng)成指數(shù)規(guī)律關(guān)系，本實(shí)用新型正是利用這一內(nèi)在特性采取合理的技術(shù)路線，使LED能工作在超寬限電壓下。
本實(shí)用新型具有設(shè)計(jì)合理，簡(jiǎn)化和完善了LED電控驅(qū)動(dòng)裝備，變高昂的供電系統(tǒng)為低廉的普通電源，允許電源電壓的波動(dòng)；而且拓展了LED的應(yīng)用，使其步入照明領(lǐng)域提供可靠、緊揍而又廉價(jià)的技術(shù)支持，可廣泛用于諸如交通、航海、航空等行業(yè)。
下面結(jié)合具體圖例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明


圖1本實(shí)用新型原理框圖圖2本實(shí)用新型電路圖參照?qǐng)D1，一種LED超寬限電壓驅(qū)動(dòng)器，包括直流功率電源及負(fù)載LED，其特征是驅(qū)動(dòng)器依次由基頻f0方波發(fā)生器、微分電路、脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路、場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路組成，場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載LED，另，脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路一路經(jīng)反相器、場(chǎng)效應(yīng)管拉流電路提供負(fù)載LED拉流，再，負(fù)載LED上接有一電壓采樣電路，采樣信號(hào)經(jīng)占空比精確調(diào)節(jié)PMW電路后輸出一控制信號(hào)給脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路，同時(shí)脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路還受控于電壓跟蹤電路，根據(jù)功率電源電壓的波動(dòng)適時(shí)對(duì)輸出的脈寬作出調(diào)整，場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路和場(chǎng)效應(yīng)管拉流電路共同作用使負(fù)載LED處于高亮度工作狀態(tài)，直流電源部分包括功率電源和微功率穩(wěn)壓電源，微功率穩(wěn)壓電源提供驅(qū)動(dòng)電路的工作電源。在負(fù)載LED主回路中設(shè)有過流短路保護(hù)電路；在功率電源與脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路間還設(shè)有電壓跟蹤電路。
參照?qǐng)D1并圖2，其圖1框圖中的電路構(gòu)成如下1、功率電源為直流電源6至35V。LED在受本驅(qū)動(dòng)器控制下能在6至35V超寬限電壓下正常運(yùn)行。
2、微功率穩(wěn)壓電源提供LED驅(qū)動(dòng)部分電路所需的電源，功率電源E經(jīng)電阻R1限流并作穩(wěn)壓管DW1負(fù)載，穩(wěn)壓管DW1輸出穩(wěn)壓在5V,C1是濾波電容。穩(wěn)壓管有利于功率電源E的下限電壓更低。
3、基頻f0方波發(fā)生器由集成塊IC1、電阻R2、R3、電容C2組成多諧振蕩，IC1的3腳輸出方波。振蕩頻率f0=1.44/(R2+R3)C2。IC1選時(shí)基集成電路555。
4、微分電路為保證IC1的輸出準(zhǔn)確觸發(fā)IC2，則要求加到IC2的2腳是負(fù)脈沖。為此IC1的3腳輸出經(jīng)電阻R5和電容C4組成的微分電路后加到IC2的2腳上?？紴V到微分的倍幅值可能出現(xiàn)大于VDD的尖頭脈沖而接入二極管D2，用此保證尖峰幅值不會(huì)大于VDD，微分時(shí)間R5、C4網(wǎng)絡(luò)，以IC2輸出脈寬最小值為參考，并小于該值選作RC網(wǎng)絡(luò)常數(shù)。
5、脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路由集成電路IC2、電阻R8、電容C7組成的可控單穩(wěn)暫態(tài)電路，IC2的3腳輸出的脈寬即暫態(tài)脈寬受控于兩路信號(hào)“可控單穩(wěn)”過程是三極管BG3、電阻R8、R11組成鏡象電流源，從電位器VR1抽頭點(diǎn)Vmod電壓信號(hào)加至BG3的基極，當(dāng)Vmod愈大，鏡象電流輸出亦愈大，即線性充電電流亦愈大，C7充電速度愈快。致使IC2暫態(tài)縮短更快，脈寬變窄。Vmod是跟蹤E電壓大小的同步變量。這是可控單穩(wěn)的一個(gè)信號(hào)。另一個(gè)信號(hào)是來自于“PWM調(diào)控輸出電壓”信號(hào)加至IC2的5腳控制電壓端。該端是IC2內(nèi)部2/3VDD的分壓點(diǎn)，是兩個(gè)比較器的比較基準(zhǔn)電壓。改變IC2的5腳的電壓，即改變IC2內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)門限，從而改變IC2產(chǎn)生的脈寬。
自選占空比及其調(diào)節(jié)當(dāng)精確計(jì)算出IC2的RC定時(shí)網(wǎng)絡(luò)，并從E的電壓寬限范圍并由電壓跟蹤電路中定出Vmod，則IC2輸出脈寬就是該條件下的基本值，粗選出占空比。它與負(fù)載變化等因素?zé)o關(guān)。參考電路原理圖，圖中有兩個(gè)虛線框，一是電源E、另一是負(fù)載主回路，VR1、R14是外圍件，其它的是本設(shè)計(jì)的電控模塊。
Vmod是由VR1抽頭點(diǎn)得出，本設(shè)計(jì)免去使用者精算手續(xù)，本設(shè)計(jì)允許在抽頭點(diǎn)指示刻度值偏差±5伏。具體地說，將E6至35伏分成5檔，并劃上刻度，從E的實(shí)際電壓值選定VR1的抽頭相應(yīng)刻度位置。這就是Vmod的參考值，E電壓在此Vmod偏差波動(dòng)±5伏。
6、占空比精確調(diào)節(jié)PWM電路由電阻R15、R17、R6、R7、R16、二極管D3、電容C5、C6三極管BG2及IC3組成。LED主回路中的采樣電阻R14，電流流經(jīng)它產(chǎn)生的壓降真實(shí)反應(yīng)負(fù)載電流的大小。為了避免影響主回路，R14一般是很小的值，因此在R14上的壓降也很小。
采樣電壓信號(hào)輸入IC3的同相端，IC3的6腳輸出同步于采樣的變化電壓，經(jīng)D3隔離、C5旁路，由限流R7輸入BG2的柵極。
IC3輸出電壓愈高，則BG2愈導(dǎo)通，即源漏極電阻RSD就愈小，反之則愈大。
IC2輸出高電平時(shí)脈寬與電容C6的充電電壓VC6與VDD比值有關(guān)，即VC6減小，充電時(shí)間也就小，脈寬變窄，反之，脈寬變大。
上述過程是PWM電路的作用精調(diào)IC2輸出脈沖占空比。總之功率電源E波動(dòng)，一方面影響C7充電電流變化，另一方面，引起負(fù)載電流變化，而PWM調(diào)控作用精確調(diào)節(jié)IC2輸出脈寬，穩(wěn)住負(fù)載的合適電流保證LED正常結(jié)溫下可靠運(yùn)行。
7、場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路由二極管D5和三極管BG6組成。
8、場(chǎng)效應(yīng)管拉流電路由二極管D4、三極管BG4、BG5和電阻R13組成。
9、反相器由二極管D4、三極管BG4和電阻R13組成。
負(fù)載LED的功率驅(qū)動(dòng)與拉流機(jī)理是三極管BG5和BG6工作在相反相位下，當(dāng)IC2輸出呈高電平時(shí)，D4、D5導(dǎo)通，BG6飽和導(dǎo)通，LED得電。與此同時(shí)，BG4亦飽和導(dǎo)通，BG5柵極經(jīng)BG4的集射極回路呈低電平、BG5截止關(guān)斷。
當(dāng)IC2輸出呈低電平，D4、D5截止、BG4、BG6截止關(guān)斷，此時(shí)BG5柵極經(jīng)R13輸入VDD呈高電平而飽和導(dǎo)通，LED的PN結(jié)處于短路，電子濃度梯度迅速下滑，而LED主回路斷開。這個(gè)過程是LED的拉流過程?！袄鳌笔轻槍?duì)消除LED的PN結(jié)電荷存貯效應(yīng)的影響而言，確保LED在每一脈沖周期內(nèi)，PN結(jié)迅速恢復(fù)電中性，從而維持正常結(jié)溫，實(shí)現(xiàn)LED能在超寬限電壓范圍內(nèi)正常運(yùn)行的措施之一。
10、電壓采樣電路為串聯(lián)在負(fù)載LED主回路上的電阻R14。
11、過流短路保護(hù)電路由二極管D1、穩(wěn)壓管DW2、三極管BG1和電阻R4組成。當(dāng)主回路中出現(xiàn)短路或過流時(shí)，R14的壓降突然增大，IC3的4腳輸出電平足以擊穿DW2，DW2處于雪崩導(dǎo)通，BG1立即飽和導(dǎo)通，IC4的4腳強(qiáng)行復(fù)位端經(jīng)BG1的集射極回路呈低電平，IC1中止振蕩，IC1的3腳呈低電平，C4隔直，IC2的2腳呈高電平，IC2復(fù)位，IC2的3腳呈低電平，D4、D5截止。
此時(shí)主回路的BG6截止關(guān)斷主回路，BG5導(dǎo)通短路LED的兩端并保護(hù)了負(fù)載LED，主回路與功率電源E斷開。E也受到保護(hù)。
12、電壓跟蹤電路由R12、VR1、R9及BG3組成，它是并聯(lián)在功率電源E回路，VR1抽頭的Vmod的大小，同步于E大小的變化。提供IC2單穩(wěn)暫態(tài)所需的電容器C7充電速度變化保持同步量。即E電壓增大，C7充電速度增大，IC2輸出脈寬變窄，反之脈寬增大。
權(quán)利要求1.一種LED超寬限電壓驅(qū)動(dòng)器，包括直流功率電源及負(fù)載LED，其特征是驅(qū)動(dòng)器依次由基頻f0方波發(fā)生器、微分電路、脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路、場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路連接而成，場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載LED，另，脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路一路經(jīng)反相器、場(chǎng)效應(yīng)管拉流電路提供負(fù)載LED拉流，再，負(fù)載LED上接有一電壓采樣電路，采樣信號(hào)經(jīng)占空比精確調(diào)節(jié)PMW電路后輸出一控制信號(hào)給脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路，同時(shí)脈寬占空比自選調(diào)節(jié)電路還受控于電壓跟蹤電路，場(chǎng)效應(yīng)管功率推動(dòng)電路和場(chǎng)效應(yīng)管拉流電路共同作用使負(fù)載LED處于高亮度工作狀態(tài)，并維持正常結(jié)溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED超寬限電壓驅(qū)動(dòng)器，其特征是負(fù)載LED主回路中設(shè)有過流短路保護(hù)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED超寬限電壓驅(qū)動(dòng)器，其特征是場(chǎng)效應(yīng)管拉流電路是由二極管D4、三極管BG4、BG5和電阻R13組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種LED超寬限電壓驅(qū)動(dòng)器，包括直流電源及負(fù)載LED，其特征是驅(qū)動(dòng)器還包括基頻f
文檔編號(hào)H05B43/00GK2452246SQ0025577
公開日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者林文獻(xiàn) 申請(qǐng)人:林文獻(xiàn)