专利名称：一种自适应led驱动电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种驱动电源，特别涉及一种自适应LED驱动电源。
背景技术：
高亮度发光二极管LED，以其节能、环保、高效、长寿命等诸多优点正成为新一代的 绿色照明光源。制造高效率、低成本、高功率因数、长寿命的驱动电源是保证LED发光品质 和整体性能以及促进LED产业迅速发展的关键。目前，在市电输入的日常照明场合，常采用包含适配器和驱动器两部分来驱动LED 点亮的电路，适配器的功能是实现输入功率因数校正(PFC)和交流直流转换(AC-DC)，为后 级提供稳定电压。驱动器由LED专用驱动芯片组成，为高亮度LED的稳定工作提供恒定电 流。两级式LED驱动电源可以较好的保证LED的发光品质，但是存在器件多、体积大、寿命 短等缺点。冠德科技公司推出一个电源管理IC，其电源方案在AC输入端可以没有电容器。但 此类技术的缺陷是输出为脉冲电流，将造成LED频闪，对LED灯珠寿命产生不良影响。全球高压集成电路领先供应商Power Integrations公司推出一款能效高达92% 的LED路灯应用电源的设计方法。基于公司的HiperPLC电源控制器设计而成，其将功率因 数校正(PFC)和谐振(LLC)控制功能同时集成到了单个集成到电路中，实现简单且极具成 本效益的电路设计，但此技术缺乏对LED芯片的智能化控制功能。理论上LED都一样，都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电性能都是有差 异的每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都 是有差异的；同时生产发光二极管的半导体材料的纯度要求非常高，不同厂家使用的半导 体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同的，或者相 差很大，而且耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了 ；由于封装工艺和封装材 料的不同，使得整体的散热能力是不一样的。由此不难看出LED发光二极管存在个体之间 的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，那是很好控制的，而且是真正的长寿命，例如电 视机、DVD上的电源指示灯就是如此；而当用LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED， 而是用多个，或上百上千个LED排成阵列接入电路，再者，需要的亮度就不是指示灯所能做 到的，而电流大了、小了亮度都要减弱，且会使寿命大打折扣，甚而致于未出厂就坏掉了 ；因 LED的差异性总是存在的，在多个LED组成的连路中，当有几个坏掉时，通常是短路，会使电 流增大而损坏其他的LED。这就是不一致性带来的后果，也是制约LED产业发展的因素之
ο综上所述，由于单个LED光源是低电压、恒电流驱动器件，其发光强度由流过LED 的电流大小决定，电流过强会引起LED光的衰减，电流过弱会影响LED的发光强度，因此， LED的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率LED使用的安全性，同时达到理想的发光强 度。此外，在LED照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择好LED驱动电源至关重要， 没有好的驱动电源的匹配，LED照明的优势无法发挥出来。因此实现LED驱动电源对LED芯片的自适应和智能化管理和驱动电源的长寿命，解决LED应用中由于其自身的不一致性而 造成的缺陷是目前急需解决的技术问题。
实用新型内容本实用新型的目的是解决前述现有技术存在的技术问题，提供一种自适应LED驱 动电源，它能实现LED驱动电源对LED芯片的自适应和智能化的管理，解决LED应用中由于 其自身的不一致性而造成的缺陷，促进LED光效、寿命、可靠度等指标的提升。实现本实用新型目的的技术方案是一种自适应LED驱动电源，包括与电源输入 端相连的输入滤波整流单元；与输入滤波整流单元输出端相连的PFC单元；与PCF单元输 出端相连的电压变换单元；与电压变换单元输出端相连的输出单元；所述输出单元的输出 端与LED灯具相连；还包括DSP主控芯片单元和隔离驱动单元；所述DSP主控芯片单元发出 PWM脉宽调制信号控制所述隔离驱动单元，继而控制电压变换单元的电压转换。所述输入滤波整流单元中采用的电容为无极性固体电容；所述输出单元中采用的 电容为高分子固体电容。所述电压变换单元中的变压器为集成一体化变压器。所述集成一体化变压器为大功率输出电感和主变压器磁合成；采用多层PCB板为 绕组；铜带中嵌入铁氧体磁芯，铜带分为两段，分别作为集成一体化变压器的主输出线包和 大功率输出电感线包。所述DSP主控芯片单元采用模糊预测算法程序控制技术，采用的芯片型号为 56F8323。所述输入滤波整流单元为DSP主控芯片单元提供工作电源；所述电压变换单元产 生的自馈电经过辅助电源单元为DSP主控芯片单元提供工作所需的维持电源。自适应LED驱动电源，还包括电流反馈单元；所述输出单元通过电流反馈单元将 电路的电流信号反馈给DSP主控芯片单元。自适应LED驱动电源还包括温度检测单元和伏安特性检测单元；所述温度检测单 元包括设置在LED灯具的散热片上的温度检测装置，该温度检测装置将检测的温度数据反 馈给DSP主控芯片单元；所述伏安特性检测单元将检测到的LED灯具的伏安特性数据反馈 给DSP主控芯片单元。自适应LED驱动电源还包括同步驱动单元；所述DSP主控芯片单元发出PWM脉宽 调制信号控制所述同步驱动单元，继而控制输出单元。自适应LED驱动电源还包括与DSP主控芯片单元双向连接的PC通讯接口单元，用 于对自适应LED驱动电源进行远程监控。采用了上述技术方案后，本实用新型具有以下的积极效果(1)本实用新型采用 DSP主控芯片单元对整个数字LED驱动电路进行智能化管理，同时采用预测算法程序控制 技术，达到自适应模糊辉度控制，实现长寿命电源与LED负载的最佳配置，最大程度地提高 光效，节约能源；采用模糊预测算法，实现对LED芯片的实时侦测，对LED灯珠寿命进行预 警，实现今后网络联接的远程管理。从而对不同的LED灯芯、颗目以及不同型号的LED的驱 动电流，驱动电压都能达到最佳的匹配效果；能根据负载情况，自动决定电流、电压和自动 热管理；操作人性化，不需要特别定制规格，使用方便；可控性强，整个工作过程曲线，通过网络连接，实时监控，使操作者一目了然，非常智能化，彻底解决了 LED应用中由于其自身 的不一致性而带来的问题。(2)现有的水溶性电容在低温下会结冰，影响使用，因此本实用新型在输入滤波整 流单元中采用无极性固体电容替代普通电解电容器；在输出单元的输出滤波电路中，高分 子固体电容，提高了输出电流精度，极大地减小输出纹波，延长电源寿命，保证使用寿命达 到10万小时。(3)本实用新型采用集成一体化变压器，使驱动电源小型化，采用以PCB布线为绕 组，由于是布线为正面的导体，在平面导体中的高频电流也会远离中心趋于边缘流动，但是 电流仍然流经全部导体，趋肤效应会大大降低，且可以达到很大的电流密度，又由于铁芯小 损耗低，能够得到更高的效率。因此能使得本实用新型的自适应LED驱动电源体积小、能耗 低、稳定性好，确保了大批量生产的一致性。(4)本实用新型通过DSP主控芯片单元对各检测单元控制，能对LED芯片的寿命和 故障进行预警，适合网络管理LED路灯、超市、生产场地等大面积的照明，只要通过计算机 就可以马上查出故障，达到远程管理的目的。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附 图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型的电压变换单元的集成一体化变压器的结构示意图。附图中标号为输入滤波整流单元1，PFC单元2，电压变换单元3，输出单元4，LED灯具5，DSP主 控芯片单元6，隔离驱动单元7，电流反馈单元8，温度检测单元9，伏安特性检测单元10，同 步驱动单元11，PC通讯接口单元12，辅助电源单元13。
具体实施方式
(实施例1)见图1，本实施例的自适应LED驱动电源，包括输入滤波整流单元1、PCF单元2、 电压变换单元3、输出单元4、DSP主控芯片单元6、隔离驱动单元7、电流反馈单元8、温度检 测单元9、伏安特性检测单元10、同步驱动单元11、PC通讯接口单元12和辅助电源单元13。输入滤波整流单元1与电源输入端相连。PFC单元2与输入滤波整流单元1输出 端相连。电压变换单元3与PCF单元2输出端相连。输出单元4与电压变换单元3输出 端相连。输出单元4的输出端与LED灯具5相连。DSP主控芯片单元6发出PWM脉宽调制 信号控制所述隔离驱动单元7，继而控制电压变换单元3的电压转换。输入滤波整流单元 1为DSP主控芯片单元6提供工作电源。电压变换单元3产生的自馈电经过辅助电源单元 13为DSP主控芯片单元6提供工作所需的维持电源。输出单元4通过电流反馈单元8将电 路的电流信号反馈给DSP主控芯片单元6。温度检测单元9包括设置在LED灯具5的散热 片上的温度检测装置，该温度检测装置将检测的温度数据反馈给DSP主控芯片单元6，从而 使DSP主控芯片单元6能实时掌握LED灯具5的温升，以进行合理的调控。伏安特性检测
5单元10将检测到的LED灯具5的伏安特性数据反馈给DSP主控芯片单元6，从而使DSP主 控芯片单元6能实时判断各LED灯具5亮度是否一致。DSP主控芯片单元6发出PWM脉宽 调制信号控制所述同步驱动单元11，继而控制输出单元4。PC通讯接口单元12与DSP主控 芯片单元6双向连接，用于对自适应LED驱动电源进行远程监控。为了提高自适应LED驱动电源的使用寿命，输入滤波整流单元1中采用的电容为 无极性固体电容；输出单元4中采用的电容为高分子固体电容。为了使自适应LED驱动电源小型化，电压变换单元3中的变压器为集成一体化变 压器。具体见图2所示，集成一体化变压器为大功率输出电感和主变压器磁合成；采用多层 PCB板为绕组；铜带中嵌入铁氧体磁芯，铜带分为两段，分别作为集成一体化变压器的主输 出线包和大功率输出电感线包。DSP主控芯片单元6采用模糊预测算法程序控制技术，采用的芯片型号为 56F8323。通过DSP的预测算法控制技术，实现模糊自适应辉度调节，使自适应LED驱动电 源能够自动与不同的LED芯片达到最佳的配合；自动调节电流电压，使LED光效最大，并 且实现调光、长寿命，从而解决由于LED阵列中单个LED的不一致性而造成的一系列缺陷。 通过模糊预测算法控制技术，因此不需知道被控对象或过程的数学模型。对于不确定性系 统，如随时间的变化和非线性系统能有效地进行控制。如LED的发光电流与温度之间的变 化呈现非线性，而普通的恒流电路无法进行实时侦测，也就是驱动无法优化，寿命会受到影 响。而采用模糊控制后，灯芯的电流、电压、温度、寿命进行实时侦测，达到驱动和负载的最 优化，还能对LED芯片的寿命和故障进行预警，只要通过计算机就可以马上查出故障，达到 远程管理的目的。以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本 实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种自适应LED驱动电源，包括与电源输入端相连的输入滤波整流单元(1)；与输入滤波整流单元(1)输出端相连的PFC单元(2)；与PCF单元(2)输出端相连的电压变换单元(3)；与电压变换单元(3)输出端相连的输出单元(4)；所述输出单元(4)的输出端与LED灯具(5)相连；其特征在于还包括DSP主控芯片单元(6)和隔离驱动单元(7)；所述DSP主控芯片单元(6)发出PWM脉宽调制信号控制所述隔离驱动单元(7)，继而控制电压变换单元(3)的电压转换。
2.根据权利要求1所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于所述输入滤波整流 单元(1)中采用的电容为无极性固体电容；所述输出单元(4)中采用的电容为高分子固体 电容。
3.根据权利要求2所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于所述电压变换单元 (3)中的变压器为集成一体化变压器。
4.根据权利要求3所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于所述集成一体化变 压器为大功率输出电感和主变压器磁合成；采用多层PCB板为绕组；铜带中嵌入铁氧体磁 芯，铜带分为两段，分别作为集成一体化变压器的主输出线包和大功率输出电感线包。
5.根据权利要求4所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于所述DSP主控芯片 单元(6)采用的芯片型号为56F8323。
6.根据权利要求5所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于所述输入滤波整流 单元(1)为DSP主控芯片单元(6)提供工作电源；所述电压变换单元(3)产生的自馈电经 过辅助电源单元(13)为DSP主控芯片单元(6)提供工作所需的维持电源。
7.根据权利要求6所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于还包括电流反馈单 元(8)；所述输出单元(4)通过电流反馈单元(8)将电路的电流信号反馈给DSP主控芯片 单元(6)。
8.根据权利要求7所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于还包括温度检测单 元(9)和伏安特性检测单元(10)；所述温度检测单元(9)包括设置在LED灯具(5)的散热 片上的温度检测装置，该温度检测装置将检测的温度数据反馈给DSP主控芯片单元(6)；所 述伏安特性检测单元(10)将检测到的LED灯具(5)的伏安特性数据反馈给DSP主控芯片 单元(6)。
9.根据权利要求8所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于还包括同步驱动单 元(11)；所述DSP主控芯片单元(6)发出PWM脉宽调制信号控制所述同步驱动单元(11)， 继而控制输出单元(4)。
10.根据权利要求9所述的一种自适应LED驱动电源，其特征在于还包括与DSP主控 芯片单元(6)双向连接的PC通讯接口单元(12)，用于对自适应LED驱动电源进行远程监 控。
专利摘要本实用新型公开了一种自适应LED驱动电源，包括与电源输入端相连的输入滤波整流单元；与输入滤波整流单元输出端相连的PFC单元；与PCF单元输出端相连的电压变换单元；与电压变换单元输出端相连的输出单元；输出单元的输出端与LED灯具相连；还包括DSP主控芯片单元和隔离驱动单元；DSP主控芯片单元发出PWM脉宽调制信号控制所述隔离驱动单元，继而控制电压变换单元的电压转换。本实用新型采用DSP主控芯片单元对整个数字LED驱动电路进行智能化管理，实现长寿命电源与LED负载的最佳配置，最大程度地提高光效，节约能源，非常智能化，彻底解决了LED应用中由于其自身的不一致性而带来的问题。
文档编号H05B37/02GK201750591SQ20102021748
公开日2011年2月16日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者丁玉红, 谢伟文, 贺建平 申请人:常州丰泰机电工程有限公司