专利名称：一种发光二极管光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于照明和指示的光源，特别是发光二极管(LED)光源。
背景技术：
当今社会，能源问题已经成为突出问题。照明是人类消耗能源的重要方面，据媒体报道数据显示，使用半导体光源LED代替传统的白炽灯照明，将节约全球照明能耗的50％。由此可知，在未来的电子技术领域，LED光源作为指示和照明将成为又一大电子主题。
LED是一种固体光源，自90年代，GaAlInP和GaAlInN发光二极管的出现，使LED的发光效率和发光强度有了突破性的发展，高亮度白色及蓝色LED已经出现。进入21世纪，随着材料技术、封装技术及自身工艺的发展，单只的LED的光通量可以达到几十流明，红、橙色的LED光效率可以达到100lm/W，绿色的LED也可达到50lm/W，光的强度已经超过了1cd(通常人们以1cd作为一般LED和高亮度LED的分界点)，其视角也有了提高，已经超过了60度。为其在各种照明和指示系统中的应用奠定了基础。
目前，LED光源已推广应用于各种工业领域，随着LED自身技术的不断发展和日益成熟，LED光源将取代传统的白炽灯光源。另外，LED是一种低场型电致发光器件，它具有电压低、电流小、亮度高、寿命长、体积小、能耗低和响应速度快等特点，这些特点使得研制性能更优的指示和照明用灯成为可能。
现有的LED光源都由电源、变压器、LED点阵组成(如图2所示)，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源。现有的LED光源只有通过提高LED的输入电压，来提高LED光源的亮度，这样会造成能耗提高、LED寿命降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发光二极管(LED)光源，它的发光亮度高，能耗低、寿命长。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种发光二极管光源，它包括电源、变压器、发光二极管点阵，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源；电源与发光二极管点阵之间设有开关电路，开关电路由一振荡电路控制。
另外，振荡电路的输出频率为90-120Hz。
另外，它还包括调制电路，振荡电路和调制电路具有相同的时钟，开关电路还由调制电路控制。
另外，调制电路的波特率在1.2k以上。
另外，电源和后级电路之间设有负载开关电路。
本发明光源电路中设置有振荡电路和开关电路，振荡电路产生一定频率的方波信号，以控制开关电路的开启和关闭，以控制输入LED的电流，使LED点阵高频闪烁，提高LED的瞬时亮度，使光源在LED光源的亮度提高的情况下，不会提高电能消耗、LED的寿命也不会受到影响。
为防止光源闪烁而造成人眼疲劳，振荡电路的输出频率一般设为90-120Hz。
本发明利用LED响应时间短的特性，在光源电路中设置一个调制电路，调制电路将要发出的信号调制成方波输出，输出的方波高低电频控制开关电路的开启和关闭，以控制输入LED点阵的电流，使LED点阵高频闪烁，使LED光源具有信息传递的功能。
调制电路的波特率在1.2k以上，以保证信号传输的速度和稳定。
本发明光源电路中还设置有负载开关电路，它的目的是防止接入的电源反接而造成电路中的电子元件损坏，以保护整个电路。
本发明LED光源可用于汽车的照明和指示光源、航标灯等。
图1为本发明LED光源实施例1电路框2为现有LED光源的电路框3为本发明LED光源实施例1电路4为现有LED光源输出波形与本发明LED光源实施例1输出的LED原始波形、振荡电路输出的高频波形、光源实际的输出波形对比5为本发明LED光源实施例2电路框6为本发明LED光源实施例2电路7为本发明LED光源实施例2的振荡电路输出的高频波形、调制电路输出的高频波形、光源实际的输出波形对比8为信息接收装置的电路框9为本发明LED光源实施例2输入LED点阵的电压波形图10为用于接收本发明LED光源实施例2发出的光的光传感器的光信号输出波形具体实施方式
如图1所示的本发明LED光源实施例1，它为汽车的照明和指示LED光源，它包括电源、变压器、发光二极管点阵，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源；电源与发光二极管点阵之间设有开关电路，开关电路由一振荡电路控制。振荡电路的输出频率为90-120Hz。电源和后级电路之间设有负载开关电路。
如图3所示的本发明LED光源实施例1电路图，其中负载开关电路为由功率MOSFET设计的负载开关电路(switch)，其工作原理为只有当Vin和Vcon同时为正的时候，负载开关才被打开而使后级的振荡电路和变压器等工作，这样能够很好地避免因为电源的反接而造成后级电路的损害。
由于汽车使用的电源电压低，电路驱动的LED数量有限，为了增加LED点阵中LED的数量，通常会选择一个电压提升电路作为变压器。在LED驱动芯片的设计领域中，凌特公司的LT系列驱动产品和MAXIM公司的max系列驱动器走在了技术的前列，其产品均有较宽的电压输入范围，电压输出可调性好，封装小，温度特性好等特点，能够很好的解决在设计电路时所用的电源电压过低的问题。本发明LED光源实施例2从车用光源的驱动方面考虑，选取LT系列产品中的LT1618作为(升压)变压器，同时LT1618内还具有开关电路。
振荡电路为NE555，它的目的是产生一定频率的方波信号，以控制LT1618内的开关电路的关断或者提供脉宽及脉频调制以控制流过LED的电流，LT1618的目的是提升电源的电压而增加负载(LED)并提供恒定的电流，提高LED的瞬时亮度。这种设计能够很好的保正输出电路中电流的恒定型，也能够尽量多的增加所带的负载以满足LED的实际应用。
NE555的典型多谐振荡电路，其作用是提供一定频率的脉冲来控制LT1618内的开关电路工作，输出电压由R3和R4决定，其关系式为R3＝R4(Vout/1.263-1)输出电流Io(流过LED的电流)由R6决定，在确定了流过LED的电流之后，就可以方便的调整R6的阻值来完成。其关系式为Io＝50mv/R6该电路在实测中有稳定的输出电流，输入电压的波动基本不影响输出电流和电压，其实际测量值如下表所示，表中的数值是按照设计输出电压为36V，输出电流为70mA得出的。
若发现LED有闪烁的现象，主要原因就是振荡电路的设计频率太低，将其输出频率改变为90-120Hz，闪烁现象随之消失。
本实施例1中所用LED的封装是贴片式的，其标称电压2.1伏，可以通过的最大电流为175mA，其亮度(红色)可达1125-2850mcd，视角可达120度，光通量可达5lm。
在LED点阵中，LED的串接使得在使用过程中会因为其中一只LED的损坏而导致整个光源的不能发光，为了有效的避免该问题的发生，在每只LED的两端，并联上一只普通二极管(普通二极管的开启电压小于LED的标称电压为益，普通的硅管和锗管就能够达到要求)，能很好的避免此问题的发生。
另外，由于车用光源要求亮度高，因此所需LED的数量比较多，其散热问题就变得尤为突出。在设计硬制板电路的时候，为了有效的散热，防止热量的集中，可将硬制板电路设计为上下两块，下层专用于调制电路及变压器，上层为LED点阵电路，能够避免因为LED的热量传递到驱动芯片而使其损坏。
如图4所示，图中波形1为LED原始波形，即现有LED光源的输出波形，它为直线。波形2为振荡电路输出高频波形，它为方波。波形3为光源实际的输出波形，即本发明光源实施例1光源实际的输出波形，它为方波。
如图5所示的本发明LED光源实施例2，它为具有信息传递功能的汽车照明和指示LED光源，它包括电源和发光二极管点阵，在电源和发光二极管点阵之间还依次设有负载开关电路、开关电路、变压器。电路中还设有一调制电路和一振荡电路，振荡电路和调制电路具有相同的时钟，开关电路由调制电路和振荡电路共同控制。调制电路的波特率在1.2k以上。
如图6所示的本发明LED光源实施例2电路图其中负载开关电路为由功率MOSFET设计的负载开关电路(switch)，LT1618作为(升压)变压器，同时LT1618内还具有开关电路。
调制电路为单片机(P89C51X2BN)，单片机的P1.1-P1.7角接收信号，经调制后从串口输出一定频率的脉冲信号至LT1618的使能端，其作用是通过发出的脉冲信号来控制LT1618内的开关电路工作。
另外，单片机本身还可以作为振荡电路，单片机可设定输出一定频率的脉冲信号，经调制后的脉冲信号与该脉冲信号(两信号具有相同的时钟)叠加后输出，控制LT1618内的开关电路工作，以利于降低能耗，提高LED的使用寿命。若发现LED有闪烁的现象，说明单片机可设定输出的频率太低，将其输出频率设为90-120Hz，闪烁现象即可消失。
如图7所示，图中波形2为本发明光源实施例2光源的振荡电路输出高频波形，它为方波。波形4为本发明光源实施例2光源的调制电路输出高频波形，它为方波。波形3为光源实际的输出波形，即本发明光源实施例2光源实际的输出波形，它为方波。
如图8所示的信息接收装置，它包括光传感器、放大器、串行接口、单片机，带有信息的、LED光源发出的光信号通过灵敏度较高的光传感器，将光信号转换为电信号，并将信号放大通过串口送入单片机，再由单片机控制其它外部设备，或通过其它外部设备提示或显示出来。
单片机叠加输出两信号具有相同的时钟，使得信息传递信号能够准确无误的传送给计算机，同时，为了不影响光的传输，在高频振荡处于闲置的时候，其输出始终保持高电平。
输入LED点阵的电压波形如图9，经过光传感器的光信号输出波形如图10。
本发明LED光源实施例2中，要使传递的信号能够准确的被计算机接受，选择一种合理的通讯方式是至关重要的。如果在LED光信号里加入高频的脉冲信号，这种信号刚好能满足串行异步通讯的字符格式，再将这种串行通讯的格式转换成并行通讯的方式传输给计算机，然后由计算机完成信号的处理。然后由计算机下达指令于外部设备，提示驾驶者相应的操作。
串行通讯的字符格式主要由四个部分组成，起始位(1位低电平)、数据位(7位)，奇偶校验位(1位)和停止位(1位高电平)。因此将输出光信号按照这种格式进行编码，使其具有一定的含义，以便计算机能够识别这种信号。因此，在原有方波信号的基础上，加上更高频率的符合串行通讯格式的方波信号，就能完成LED信号的传递。由于所加的信息传输信号的高频特性，对人的视角影响不大。
从输入输出波形分看，输出光信号为矩形波信号，这就使得在能耗相同的情况下提高了LED的瞬时亮度。这种输出的载波信号，传输了与串行接口通讯相同的字符信号，能够通过串口被计算机接受和处理。
本发明LED光源实施例2信号灯的亮度比原始车灯的亮度强的情况下，流过LED的瞬时电流为70mA，加在LED两端的电压为36V，由此可以计算出光源消耗的功率P＝UI＝2.52W，与常用的白炽灯25W相比，显然大幅度的降低了能耗。由于光信号为含义信息的矩形波信号，在设计时充分考虑载波信号的频率，才能既可以有效的避免闪烁现象又可以准确无误的传递信息。
本发明LED光源实施例2在汽车光源中的应用，使得汽车光源更具有智能化。在汽车智能化光源设计当中，将不同的信息信号进行编码和规定，使得不同的编码信息表示不同性质的光源。例如将串行通讯字符中的数据位为1000011的指定为转向灯，而将1000111的指定为刹车灯等。将所有的车用光源进行唯一的编码，就能在智能化的汽车中使用，利用图形和声音等多媒体方式提示驾驶者对方车辆的意图。在汽车倒车的过程中，利用这种智能化光源，可以有效的减少事故，取代专用的雷达倒车系统。汽车的倒车灯发出的光信号遇到障碍物的时候放射回来，被光传感器接收然后送入计算机处理以提示驾驶者安全的车距。
随着汽车节能要求和智能化要求的提高，本发明LED光源实施例2必将成为汽车光源中的主流产品。
权利要求
1.一种发光二极管光源，它包括电源、变压器、发光二极管点阵，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源，其特征在于电源与发光二极管点阵之间设有开关电路，开关电路由一振荡电路控制。
2.如权利要求1所述的光源，其特征在于振荡电路的输出频率为90-120Hz。
3.如权利要求1或2所述的光源，其特征在于它还包括调制电路，振荡电路和调制电路具有相同的时钟，开关电路还由调制电路控制。
4.如权利要求3所述的光源，其特征在于调制电路的波特率在1.2k以上。
5.如权利要求1或2所述的光源，其特征在于电源和后级电路之间设有负载开关电路。
全文摘要
本发明涉及一种发光二极管光源，它包括电源、变压器、发光二极管点阵，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源；电源与发光二极管点阵之间设有开关电路，开关电路由一振荡电路控制。本发明光源电路中设置有振荡电路和开关电路，振荡电路产生一定频率的方波信号，以控制开关电路的开启和关闭，以控制输入LED的电流，使LED点阵高频闪烁，提高LED的瞬时亮度，使光源在LED光源的亮度提高的情况下，不会提高电能消耗、LED的寿命也不会受到影响。
文档编号H05B37/02GK1589078SQ20041006069
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月9日 优先权日2004年8月9日
发明者陈汉汛, 吉孔武, 徐达伟, 倪尔东, 刘利 申请人:武汉理工大学