专利名称：一种智能化led脉冲驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及照明器具，具体是LED驱动电路。
背景技术：
LED具有全固态结构、寿命长、直流低压驱动等特点，其应用逐渐从指示、显示领域 发展到普通照明市场。但与荧光灯、高压气体放电灯等传统光源在性能价格比上竞争，还需 要进一步提高其发光效率和单个器件的功率。发光效率除与LED器件本身的性能有关外， 受驱动电流的大小和波形的影响也很大，有些情况下采用方波来驱动可达到比直流驱动更 高的发光效率。 但是目前采用的开关电路，一般采用电感限流，由于电感是储能元件，它们在开关 电路的晶体管"开"或"关"时分别通过储能和释能来起到限流的作用，这样电流波形由于 积分过程总会有一个缓慢上升或下降的波形，实际检测LED的电流波形，这种波形接近三 角波，这样就无法使LED工作在一个恒定的电流值，也就不能将工作电流固定地维持在效 率极值点。如果采用电阻限流，虽然可以得到比较理想的方波，但在限流电阻上产生大量能 耗，因此不采用这种方式。
实用新型内容为减少LED工作在不同电流时结温对其发光效率的影响，我们采用相同平均电流 不同占空比和峰值方波脉冲电流驱动LED以观察其发光效率的变化，这一变化实际上反映 了发光量子效率与驱动电流瞬态值关系，对高亮度1W 60W白光LED的测量结果(l)LED 有一个使量子效率达到极值点的电流，称之为效率极值工作点；(2)随着电流的进一步增 大，发光效率明显降低。由此可以得出以下结论在效率极值点低于额定电流时采用恒定直 流驱动，否则采用峰值电流等于效率极值工作点的矩形直流脉冲，既保证LED的平均电流 维持在额定电流，又使其驱动电流处在最佳的电流工作点。即使是在效率极值点低于额定 电流的情况下，在一些LED调光应用的场合，当调光电路的驱动电流在效率极值点以下时， 使用方波脉冲驱动LED的发光效率也会比直流驱动高。 本实用新型的目的就是提供一种方波脉冲输出的LED驱动电路以自动寻找LED的 发光效率最高工作点，适用于普通外照明以及专业照明领域，包括交流市电和直流电池供 电的普通室内外照明灯具和应急灯具、移动照明器具、LED液晶背光源、LED投影光源、LED 汽车前照灯和车厢内照明等场合。 为了达到比较高的效率，得到方波(或近似于方波)电流的驱动波形，我们采取 了低频方波调制高频方波来实现。本实用新型的LED驱动电路包括高频方波脉冲发生电 路0SC、晶体管Q、电流取样电阻R、电感L和回流二极管Dl、高频脉冲滤波电容C、以及负载 LED,电流取样电阻R连接比较器CM的反相端，由单片机MCU提供参考电压Uref输入到CM 的同相端，比较器的输出端和高频方波脉冲发生电路OSC接入到与门AND1的两个输入端， AND1的输出端再和由单片机产生的低频调制信号分别同与门AND2的两个输入端相连，由AND2的输出端与开关晶体管Q的栅极相连，光检测模块D2对负载LED的发光亮度进行检
测，检测信号通过模数转换器ADC转换为数字信号后反馈输入到单片机MCU。 上述的光检测模块D2包括光电探测器和检测信号放大电路，其中光电探测器采
用光电二极管、光电池或光敏电阻中的一种。 单片机MCU产生合适占空比的低频方波(50Hz lkHz)输出到与门AND2实现对 OSC产生的高频(10kHz 200kHz)脉冲的调制，低频方波调制高频方波后形成的间歇式方 波脉冲控制晶体管Q的栅极，然后由在负载LED两端并联的容值恰当的电容C将高频成分 大部分滤除，使低频波包仍然呈现出接近方波的电流波形。只要波包的频率高于人眼视觉 产生闪烁感的最高频率，即可得到高效舒适的照明效果，或用于液晶显示的背光源时，波包 频率应保证光源的脉冲驱动不干扰显示器的刷新率。 当由电流取样电阻R反馈到比较器CM反相端的电压信号小于参考电压Uref时， CM输出高电平，否则输出低电平，所以通过输入比较器的参考电压U^可控制对晶体管 Q(MOSFET)栅极输入的高低电平，从而控制Q管在一个周期的导通时间和流过电流取样电 阻R即流过晶体管Q的电流峰值。比较器CM参考电压Uref由单片机MCU另一输出端口提供，通过变化参考电压Uref
即可控制输出到LED的峰值电流。在启动后初始1分钟左右，通过单片机MCU在相同平均 电流下自动调节驱动脉冲的占空比和峰值电流，对光检测模块D2检测到的系列光强值进 行比较，找到光强最大的工作点，之后使驱动电路一直保持在这点工作。 对于峰值电流可由单片机MCU输出到比较器CM的参考电压Uref来控制，经过测量 发现，对LED输出的峰值电流im与参考电压UMf的近似关系是im ^ UMf18(接近三角波的 im^Ure/关系)，单片机MCU在计算峰值电流时采用了这一关系。这样利用单片机MCU自 动搜索效率极值点，这样就解决了因不同厂家不同批次的LED特性参数造成的不一致性问 题。 本实用新型通过低频方波调制高频方波的方式，实现了近似方波的电流波形，根 据LED的效率-电流特性来确定输出占空比和峰值电流，实现了驱动器和LED的相互匹配， 达到比直流驱动更高的效率。且由于利用了单片机MCU自动搜索效率极值点，所以驱动器 作为单独的产品，同时适用于任意厂家生产的LED的不同效率-电流特性。
图1是本实用新型的智能化的脉冲驱动电路原理图； 图2是低频方波调制高频方波驱动下LED的电流波形； 图3是高频方波驱动下LED的电流波形。
具体实施方式如图1所示，本实用新型所公开的智能化LED脉冲驱动电路包括高频方波脉冲发 生电路0SC、晶体管Q、电流取样电阻R、电感L和回流二极管Dl、高频脉冲滤波电容C、以及 负载LED,电流取样电阻R连接比较器CM的反相端，由单片机MCU提供参考电压UMf输入到 CM的同相端，比较器的输出端和高频方波脉冲发生电路OSC接入到与门AND1的两个输入 端，当R反馈的信号超过设定的门限值U^时比较器输出端为低电平，从而关闭驱动信号以实现恒流控制，AND1的输出端再和由单片机产生的低频调制信号分别同与门AND2的两个 输入端相连，由AND2的输出端与开关晶体管Q的栅极相连，在Q导通时电感L起到限流的 作用并在此期间储存一定的电磁能量，Q关闭时通过回流二极管Dl将电感L的储能通过负 载LED释放，光检测模块D2对负载LED的发光亮度进行检测，检测信号通过模数转换器ADC 转换为数字信号后输入到单片机MCU，通过这种光反馈的方法寻找效率最高的电流工作点。 对上述低频方波调制高频方波驱动电路测量，得到LED的电流波形如下图2所示。 比较图3的高频方波驱动下LED的电流波形，可以看出，本实用新型得到比较接近方波的电 流波形。
权利要求一种智能化LED脉冲驱动电路，包括高频方波脉冲发生电路OSC、电流取样电阻R、MOS管Q、快恢复二极管D1、电感L、负载LED以及在负载LED两端并联着的电容C，其特征在于高频方波脉冲发生电路OSC接入到与门AND1的一个输入端，与门AND1的输出端连接入与门AND2的一个输入端，与门AND2的输出端连接MOS管Q的栅极，比较器CM的输出端连接入与门AND1的另一个输入端，电流取样电阻R连接比较器CM的反相端，产生低频方波，并控制其占空比和控制峰值电流的单片机MCU的两个输出端分别与与门AND2的另一个输入端和比较器CM的同相端连接，对负载LED发光亮度进行检测的光检测模块D2连接着对信号进行AD转换的转换器ADC，转换器ADC连接着单片机MCU的输入端。
2. 根据权利要求1所述的一种智能化LED脉冲驱动电路，其特征在于光检测模块D2 是包括光电探测器的检测信号放大电路，光电探测器是光电二极管、光电池或光敏电阻。
专利摘要本实用新型涉及一种LED驱动器，利用低频方波调制高频方波产生的脉冲电压控制开关电路的晶体管，然后将输出的高频部分滤除，实现低频方波驱动输出的占空比和峰值电流可调智能化LED脉冲驱动电路。该驱动电路主要包括方波发生器、开关晶体管、限流电感和回流二极管、高频交流滤波电容、恒流控制单元、光反馈单元和单片机控制单元。针对具有不同效率-电流关系特征的LED，在保持恒定平均电流的前提下，在LED点亮初始阶段，通过单片机设置系列驱动电流的占空比和峰值，对LED发光亮度进行检测并将结果保存最后比较得出LED驱动达到最高效率的最佳电流，正常工作时则将LED的工作点设置在该电流值上，同时采用合适的占空比将平均工作电流控制在额定电流值上。
文档编号F21V23/00GK201523469SQ20092016480
公开日2010年7月7日 申请日期2009年11月7日 优先权日2009年11月7日
发明者何志毅, 叶懋, 林旭, 黄品高 申请人:桂林电子科技大学