专利名称：一种市电输入led恒流驱动器的制作方法
技术领域：
本发明属于LED的市电照明领域，具体涉及一种市电输入照明LED恒流驱动器。
背景技术：
LED由于寿命长、光电转换效率高、节能环保、响应时间短等众多优点，成为了照明 领域关注的焦点，近年来发展异常迅速。在LED照明应用日趋广泛的同时，LED驱动电路也 面临更大的挑战，如必须能够处理越来越大的电流。因为很小的电压波动会引起LED电流 的较大变化，因此为防止LED损坏，则需要专门的驱动电路来控制LED阵列中每个LED的电 流保持恒定。此外由于LED照明需要调光或更复杂的控制属性，为此必须提供多种控制策 略。传统的恒压驱动方式，如图1所示，存在稳压精度不够和稳流能力较差的缺点。由 于LED为电流敏感型器件，正常工作时，稳压电源很小的电压变化会引起LED电流的较大变 化。随着LED电流的变化，LED的亮度会明亮不一致，同时也会因为LED组里面某个LED的 损坏使得整体的电流变大，容易导致整个LED组损坏和寿命缩短，因而这种驱动电路急需 改良。为了克服恒压驱动方式的弊端，现在广泛采用恒流驱动方式。如图2所示，目前 的恒流驱动器普遍采用的控制策略检测LED中的电流，并将其作为反馈信号，误差放大器 All对电流检测器Fll输出的电流反馈电压Vcs与带隙基准电压源U13输出的基准电压 Vref的差值进行放大，并将差值放大信号送入脉冲宽度(PWM)调制器Ull，PWM调制器Ull 根据差值信号的幅值产生对应脉冲宽度调制信号，开关驱动器U12根据脉冲宽度调制信号 来控制开关Qll的导通关断，使电感Lll充放电，来保持流经LED中平均电流的恒定。但， 此种策略跟踪能力差，容易导致LED中的电流在目标值附近振荡，稳定能力差。
发明内容
为了解决上述问题，提出本发明，并且本发明的目的是提供一种电路结构简单、稳 定性好、成本低、稳流精度高和转换效率高的新型LED恒流驱动器。 为了能够实现上述目的，本发明采取如下技术方案一种市电输入LED恒流驱动 器包括电源转换器，把输入的市电经过全桥整流、滤波变成直流电；电流控制器，通过控 制开关的导通关断时间，使电感充放电，来保持流经LED电路中的电流恒定。根据本发明的一方面，电源转换器包括整流桥，把输入的交流电压转换成直流电 压；两个并联的电解电容，对直流电压进行滤波，滤除直流电压中的交流成分，保持输出电 压的稳定。电流控制器包括电流检测器、振荡器、误差放大器、积分器、比较器、锁存器、开关 驱动器、开关、二极管、电感、带隙基准电压源；其中积分器，对误差放大器输出的差值信号 进行积分，输出锯齿波电压信号；电流控制器各部分连接关系为电流检测器的一端与开关的源极连接，另一端接地；开关的栅极接开关驱动器的输出端，开关的漏极接二极管的阳极和电感的第一端，二极 管的阴极接负载LED组的阳极，电感的第二端接负载LED组的阴极，误差放大器的同相输入 端接基准电压，反相输入端接电流检测器的输出反馈电压，输出端接积分器的输入，积分器 的输出接比较器的反向输入端，比较器的同向输入端接电流检测器的输出反馈电压，锁存 器的复位端接比较器的输出，置位端接振荡器产生的时钟信号，同相输出端接开关驱动器。本发明的有益效果为根据以上技术方案提出的LED恒流驱动器，以改进的Buck 驱动电路为基础，设计了新的电流控制方法-I2控制方法，利用检测信号与参考信号的差值 积分来调节脉冲信号的宽度，使得稳态时单个周期开关导通期间电压Vcs的平均值等于基 准电压Vref，消除平均电流的稳态误差，从而精确平均电流。具有比普通电流控制电路更好 的调节性能，控制的作用更明显。
图1示出了传统的恒压驱动方式的构造；图2示出了目前LED恒流驱动器普遍采用的控制结构的构造；图3示出了本发明提出的LED恒流驱动器的主要结构示意图。
具体实施例方式下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。以下将详细描述本发明的一 种示例性实施例。一种市电输入LED恒流驱动器包括电源转换器，把输入的市电经过全桥整流、 滤波变成直流电；电流控制器，通过控制开关的导通关断时间，使电感充放电，来保持流经 LED电路中的电流恒定。根据本发明的一方面，电源转换器包括整流桥，把输入的交流电压转换成直流电 压；两个并联的滤波电容，对直流电压进行滤波，滤除直流电压中的交流成分，保持输出电 压的稳定。LED恒流驱动器驱动负载LED组30，该负载LED组30作为大功率照明灯、IXD背 光灯、指示灯及汽车内外照明。如图3所示，LED恒流驱动器包括电源转换器20和电流控制器10。电源转换器20包括整流桥D22，电解电容C21、C22。整流桥D22对输入的交流电 进行全波整流，变成直流电；并联的电容C21、C22对直流电进行滤波，滤除直流电中的交流 成分。电流控制器10使得在负载LED组30中流动的电流Io达到预定电流值。这里，预 定值表示将被施加到负载LED组30的电流。电流控制器10包括电流检测器F21、振荡器T21、误差放大器A21、积分器J21、比 较器A22、锁存器U21、开关驱动器U22、开关Q21、二极管D21、电感L21、带隙基准电压源 U23。电流检测器F21检测在负载LED组30中流动的电流Ιο。电流检测器F21可用预 定阻值的电阻器来实现，其中，电流检测器F21的一端与开关Q21的源极连接，电流检测器 F21的另一端接地。在此实施例中，在负载LED组30流动的电流Io可根据电流Io流过电流检测器F21产生的电压和电流检测器F21的电阻来计算。当然，在不脱离本发明的范围 和精神的情况下，任何其它适合的电流检测器都能用作设计选择的电流检测器。开关Q21的栅极接开关驱动器U22的输出端，开关Q21的漏极接二极管D21的阳极 和电感L21的第一端。二极管D21的阴极接负载LED组30的阳极。电感L21的第二端接 负载LED组30的阴极。优选地，开关Q21用N道沟金属氧化物半导体场效应管(NM0SFET) 来实现。开关Q21栅极 上电压的大小决定开关Q21的导通关断状态。当开关Q21导通时， 电流流过电感L21，电感电流k增加；当开关管Q21关断时，电感电流通过二极管D21续流， 电感电流iL下降。LED20与电感L21串联，所以流过LED20的电流即为、。误差放大器A21的同相输入端接基准电压Vref，反相输入端接电流检测器F21的 输出反馈电压Vcs，输出端接积分器J21的输入。积分器J21的输出接比较器A22的反向 输入端。比较器A22的同向输入端接电流检测器F21的输出反馈电压Vcs。开关Q21导通 时，反馈电压Vcs近似线性上升，误差放大器A21将反馈电压Vcs与基准电压Vref求差值 并放大，并将放大后的差值信号送入积分器J21。积分器J21对差值信号进行积分，产生一 个锯齿波电压信号，并将该信号输出到比较器A22的反向输入端。比较器A22将锯齿波电 压信号与反馈Vcs进行比较，输出占空比可调的脉冲宽度调制信号。锁存器U21的复位端R接比较器A22的输出，置位端S接振荡器T21产生的时钟 信号，同相输出端Q接开关驱动器U22。比较器A22输出为高电平时，Q端输出逻辑0，开关 驱动器U22输出低电压信号，开关S的关断。比较器A22输出为低电平时，Q端输出逻辑由 时钟信号决定，时钟为高电平时，Q端输出逻辑1，开关驱动器U22输出高电压信号，开关S 导通；时钟为低电平时，Q端输出为保持上个状态。这样，该实施例的电流控制器10就能通 过检测在负载LED组30中流动的电流Io来控制开关Q21的导通关断时间的长短来控制电 流Io达到预定目标值为止。本发明实施例的LED恒流驱动器，恒定电流输出，电流可调，从几十毫安到1安培， 适用于多个串联的大功率LED的应用；电路结构简单，外围元器件少，生产成本低，转换效 率可大于90%;适用于1W-3W大功率LED照明灯，大屏幕IXD的背光照明、LED信号灯、警示 灯、应急灯、矿灯及各种发光颜色的照明灯，公共场所的照明灯，汽车内外照明及信号指示 灯。以上描述了本发明的一种实施例，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明 的原理和精神的情况可对这些实施例作改变。
权利要求
1.一种市电输入LED恒流驱动器，包括电源转换器，把输入的市电经过全桥整流、滤波变成直流电；电流控制器，通过控制开关的导通关断时间，使电感充放电，来保持流经LED电路中的 电流恒定；其中，电源转换器由整流桥、两个并联的电解电容组成；电流控制器包括电流检测 器、振荡器、误差放大器、比较器、锁存器、开关驱动器、开关、二极管、电感、带隙基准电压 源； 其特征在于在电流控制器中还包括积分器，对误差放大器输出的差值信号进行积 分，输出锯齿波电压信号；电流控制器各部分连接关系为电流检测器(F21)的一端与开关0^21)的源极连接， 另一端接地；开关0^21)的栅极接开关驱动器(U22)的输出端，开关0^21)的漏极接二极管 (D21)的阳极和电感(L21)的第一端，二极管(D21)的阴极接负载LED组的阳极，电感(L21) 的第二端接负载LED组的阴极，误差放大器(A21)的同相输入端接基准电压，反相输入端接 电流检测器(F21)的输出反馈电压，输出端接积分器(J21)的输入，积分器(J21)的输出接 比较器(A22)的反向输入端，比较器(A22)的同向输入端接电流检测器(F21)的输出反馈 电压，锁存器(U21)的复位端(R)接比较器糊的输出，置位端( 接振荡器(T21)产生 的时钟信号，同相输出端(Q)接开关驱动器(U22)。
2.如权利要求1所述的一种市电输入LED恒流驱动器，其特征在于电流控制器中的 开关(Q21)选用N道沟金属氧化物半导体场效应管来实现。
全文摘要
本发明涉及一种市电输入LED恒流驱动器，该LED恒流驱动器包括电源转换器和电流控制器，电流控制器包括电流检测器、振荡器、误差放大器、积分器、比较器、锁存器、开关驱动器、开关、二极管、电感、带隙基准电压源；其中积分器，对误差放大器输出的差值信号进行积分，输出锯齿波电压信号。本发明以改进的Buck驱动电路为基础，设计了新的电流控制方法-I2控制方法，利用检测信号与参考信号的差值积分来调节脉冲信号的宽度，使得稳态时单个周期开关导通期间电压Vcs的平均值等于基准电压Vref，消除平均电流的稳态误差，从而精确平均电流。具有比普通电流控制电路更好的调节性能，控制的作用更明显。
文档编号H05B37/02GK102076138SQ20091024151
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者于冬, 刘彬, 魏学业 申请人:北京交通大学