[實用新型]一種智能化LED脈沖驅(qū)動電路

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920164803.5
• 申請日: 2009-11-07
• 公開（公告）號: CN201523469U
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何志毅;林旭;黃品高;葉懋
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02;F21V23/00;F21Y101/02
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 羅玉榮

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及照明器具，具體是LED驅(qū)動電路。

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)動等特點，其應用逐漸從指示、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)光源在性能價格比上競爭，還需要進一步提高其發(fā)光效率和單個器件的功率。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)動可達到比直流驅(qū)動更高的發(fā)光效率。

但是目前采用的開關(guān)電路，一般采用電感限流，由于電感是儲能元件，它們在開關(guān)電路的晶體管“開”或“關(guān)”時分別通過儲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有一個緩慢上升或下降的波形，實際檢測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。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。

實用新型內(nèi)容

為減少LED工作在不同電流時結(jié)溫對其發(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LED以觀察其發(fā)光效率的變化，這一變化實際上反映了發(fā)光量子效率與驅(qū)動電流瞬態(tài)值關(guān)系，對高亮度1W～60W白光LED的測量結(jié)果：(1)LED有一個使量子效率達到極值點的電流，稱之為效率極值工作點；(2)隨著電流的進一步增大，發(fā)光效率明顯降低。由此可以得出以下結(jié)論：在效率極值點低于額定電流時采用恒定直流驅(qū)動，否則采用峰值電流等于效率極值工作點的矩形直流脈沖，既保證LED的平均電流維持在額定電流，又使其驅(qū)動電流處在最佳的電流工作點。即使是在效率極值點低于額定電流的情況下，在一些LED調(diào)光應用的場合，當調(diào)光電路的驅(qū)動電流在效率極值點以下時，使用方波脈沖驅(qū)動LED的發(fā)光效率也會比直流驅(qū)動高。

本實用新型的目的就是提供一種方波脈沖輸出的LED驅(qū)動電路以自動尋找LED的發(fā)光效率最高工作點，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)外照明燈具和應急燈具、移動照明器具、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。

為了達到比較高的效率，得到方波(或近似于方波)電流的驅(qū)動波形，我們采取了低頻方波調(diào)制高頻方波來實現(xiàn)。本實用新型的LED驅(qū)動電路包括：高頻方波脈沖發(fā)生電路OSC、晶體管Q、電流取樣電阻R、電感L和回流二極管D1、高頻脈沖濾波電容C、以及負載LED，電流取樣電阻R連接比較器CM的反相端，由單片機MCU提供參考電壓U_ref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的兩個輸入端，AND1的輸出端再和由單片機產(chǎn)生的低頻調(diào)制信號分別同與門AND2的兩個輸入端相連，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對負載LED的發(fā)光亮度進行檢測，檢測信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后反饋輸入到單片機MCU。

上述的光檢測模塊D2包括光電探測器和檢測信號放大電路，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MCU產(chǎn)生合適占空比的低頻方波(50Hz～1kHz)輸出到與門AND2實現(xiàn)對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，然后由在負載LED兩端并聯(lián)的容值恰當?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，波包頻率應保證光源的脈沖驅(qū)動不干擾顯示器的刷新率。

當由電流取樣電阻R反饋到比較器CM反相端的電壓信號小于參考電壓U_ref時，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_ref可控制對晶體管Q(MOSFET)柵極輸入的高低電平，從而控制Q管在一個周期的導通時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U_ref由單片機MCU另一輸出端口提供，通過變化參考電壓U_ref即可控制輸出到LED的峰值電流。在啟動后初始1分鐘左右，通過單片機MCU在相同平均電流下自動調(diào)節(jié)驅(qū)動脈沖的占空比和峰值電流，對光檢測模塊D2檢測到的系列光強值進行比較，找到光強最大的工作點，之后使驅(qū)動電路一直保持在這點工作。