专利名称：发光二极管驱动电路以及包含该电路的照明装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体照明技术，特别涉及一种用于发光二极管光源的驱动电路和包含该驱动电路的照明装置。
背景技术：
目前在照明装置中用作光源的发光二极管(LED)是一种利用半导体PN结或类似结构将电能转换为光能的固态器件，它一般包括带引线的支架、设置在支架上的半导体晶片以及将该晶片四周密封起来的封装材料(例如荧光硅胶或环氧树脂)。与白炽灯和荧光节能灯相比，发光二极管具有环保、可回收再利用、高光效、色彩丰富和可调光等诸多优点，因此随着制造工艺的日趋完善，基于发光二极管的照明光源将逐渐成为主流光源。作为一种电光转换器件，LED仅在适当的直流电压和电流下才能发光。LED驱动电路或驱动电源实质上是一种电子控制装置，其位于外部电源与LED模块之间，用于为LED提供额定的恒定电流和/或恒定电压。LED驱动电路是决定照明装置发光性能和寿命的重要因素，因此如何在成本约束条件下设计出结构简单而性能可靠的电源电路一直是业界关注的课题。
实用新型内容本实用新型的一个目的是提供一种LED驱动电路，其具有结构简单和可靠性高的优点。
在按照本实用新型的一个实施例中，LED驱动电路包括:桥式整流器；升压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和功率场效应晶体管，其中，所述电感器和开关二极管串联耦合在所述桥式整流器输出端与LED负载之间，所述功率场效应晶体管的漏极耦合在所述电感器与开关二极管的正极之间，栅极与所述PWM控制器的输出端I禹合；晶体三极管，其基极经所述LED负载与所述开关二极管的负极耦合，集电极与所述PWM控制器的控制端耦合；以及电容器，其耦合在开关二极管的负极与接地之间。在上述实施例中，通过晶体三极管向PWM控制器提供反馈信号，同时实现了恒流和恒压的功能。优选地，在上述LED驱动电路中，所述PWM控制器和功率场效应晶体管被集成在同一集成电路芯片中。更优选地，所述集成电路芯片的型号为普芯达电子有限公司生产的CW12L30 或 CW12L40。优选地，在上述LED驱动电路中，所述PWM控制器、功率场效应晶体管和晶体三极管被集成在同一集成电路芯片中。优选地，在上述LED驱动电路中，还包含耦合在所述PWM控制器的控制端与接地之间的电容器。通过选择大容量电容器，可以使反馈回路响应变缓，从而达到功率因子校正的目的。本实用新型的还有一个目的是提供一种LED照明装置，其具有结构简单和可靠性闻的优点。在按照本实用新型的一个实施例中，LED照明装置包括:LED 负载；LED驱动电源，包括:桥式整流滤波单元；DC-DC升压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管，其中，所述电感器和开关二极管串联在所述桥式整流滤波单元与LED负载之间，所述MOS管的漏极耦合在所述电感器与开关二极管的正极之间，栅极与所述PWM控制器的输出端耦合；以及反馈单元，包括晶体三极管，其基极耦接至所述LED负载的回路，集电极耦接至所述PWM控制器的控制端。在上述实施例中，LED负载为一组串联、并联或混联的LED。
本实用新型的上述和/或其它方面和优点将通过
以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解。图1为按照本实用新型一个实施例的LED驱动电路的原理图。图2为按照本实用新型另一个实施例的LED驱动电路的示意图。附图标号列表:10 LED驱动电路110桥式整流滤波单元120 DC-DC升压变换单元130反馈单元BRl全桥整流器Cl、C2、C3、C4、C5、C6 电容器Dl开关二极管L1、L2 电感器LEDl-LEDn LED 负载Ql晶体三极管R1、R2、R3、R4、R5 电阻器Tl MOS 管Ul开关调整器U2 PWM 控制器。
具体实施方式
下面参照其中图示了本实用新型示意性实施例的附图更为全面地说明本实用新型。但本实用新型可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，更为全面地传达给本领域技术人员本实用新型的保护范围。在本说明书中，术语“照明装置”应该广义地理解为所有能够通过提供光线以实现实用的或美学的效果的设备，包括但不限于球泡灯、台灯、壁灯、射灯、吊灯、吸顶灯、路灯、手电筒、舞台布景灯和城市景观灯等。“耦合”或“耦接”应当理解为既包括在两个单元之间直接传送电能量或电信号的情形，也包括经过一个或多个第三单元间接传送电能量或电信号的情形。诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本实用新型的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。以下借助附图描述本实用新型的实施例。图1为按照本实用新型一个实施例的LED驱动电路的原理图。本实施例的LED驱动电路10包括桥式整流滤波单元110、DC_DC升压变换单元120和反馈单元130，以下对各个单元作进一步的描述。如图1所示，桥式整流滤波单元110包括全桥整流器BRl、电容器Cl、C2、C3、压敏电阻器Rl和电感器LI。交流电(例如市电)经全桥整流器BRl整流后在正极端I上输出全波脉动电压。滤波电容器Cl、C2、C3、压敏电阻器Rl和电感器LI构成EMI滤波电路，其一方面抑制交流电网中的高频干扰对驱动电路的影响，另一方面抑制驱动电路对交流电网的电磁干扰。值得指出的是，虽然这里示出的是全波整流方式，但是在本实用新型的实施例中，半波整流也是可用的。参见图1，滤波电容器Cl和压敏电阻器Rl并联在全桥整流器BRl的交流输入端3和4之间，其中压敏电阻器Rl通过抑制电路中出现的异常过电压而将全桥整流器BRl的输入电压钳制在预定的水平。滤波电容器C2、C3和电感器LI组成π型滤波回路并且耦接在全桥整流器BRl的正极端I与负极端2之间，以对全桥整流器BRl输出的脉动电压进行低通滤波。升压变换单元120与桥式整流滤波单元110、反馈单元130和LED负载(在图1所示的实施例中为串联在一起的LEDl-LEDn)耦合，其将桥式整流滤波单元110输出的脉动电压提升至所需的电压和电流水平并提供给LED负载。此外，DC-DC升压变换单元120还与反馈单元130协同工作，以使提供给LED负载的电流和电压保持恒定并实现功率因子校正功能。在典型的应用场合下，LED负载可能由多颗串联在一起的LED组成，其串联后的总电压被设计为超过电网输入的电压最高值，因此电压的提升是必需的。以波动范围为±10%的220V交流电为例，其最高电压约为342V，则LED串联电压将超过342V。 在本实施例中，DC-DC升压变换单元120包括电感器L2、开关二极管Dl、电容器C6和开关调整器UI。优选地，可以采用集成有脉宽调制(PWM)控制器和金属氧化物半导体场效应管(以下又简称为MOS管)的集成电路芯片作为开关调整器U1，其中PWM控制器的输出端与MOS管的栅极耦接以实现对MOS管导通和关断的控制。在具体的开关调整器芯片中，为了简化占空比的调节，可保持MOS管的开关频率为定值(例如大约1MHz)，而MOS管的关断时间是可调节的；或者可保持MOS管的关断时间为定值(例如大约320ns)，而MOS管的开关频率是可调节的。典型地，这类开关调整器芯片一般都配置与MOS管的漏极耦合的漏极引脚、与PWM控制器的控制端耦合的反馈引脚。上述开关调整器的例子包括但不局限于中国普芯达电子有限公司生产的CW12L30和CW12L40芯片等。如图1所示，电感器L2和开关二极管Dl被串联在桥式整流滤波单元110与LED负载之间，其中开关二极管Dl的正极与电感器L2耦合，负极与LED负载耦合。优选地，可采用速度快、压降小的肖特基二极管作为开关二极管D1。继续参见图1，开关调整器Ul的漏极引脚D耦合在电感器L2与开关二极管Dl的正极之间，并且反馈引脚FB与反馈单元130耦合。此外，在图1所示的实施例中，电容器C6与LED负载共接于开关二极管Dl的负极以在开关二极管Dl截止时向LED负载放电。参见图1，开关调整器Ul包括电源引脚VCC和接地引脚GND，其中电源引脚VCC经电容器C4接地。反馈单元130包括晶体三极管Q1、电阻器R2、R3和电容器C5。如图1所示，晶体三极管Ql采用共射极放大电路的连接形式，其中，集电极经电阻器R3耦合至开关调整器Ul的反馈引脚以将反馈信号提供至开关调整器U1，其射极与接地耦合以作为输入回路和输出回路的共同接地端，并且基极接入LED负载的回路以提取检测信号。电阻器R2耦接在基极与接地之间以构成输入回路。另外，开关调整器Ul的反馈引脚FB还经电容器C5接地。以下描述图1所示LED驱动电路的工作原理。当接通交流电源时，桥式整流滤波单元110将输入的交流电变换为脉动电压并输出至DC-DC升压变换单元120的电感器L2。开关调整器Ul内部的MOS管在PWM控制器信号的控制下以很高的频率导通和关断。当MOS导通时，在桥式整流滤波单元110的输出电压的作用下，电流流经电感器L2和MOS管，开关二极管Dl因为电容器C6上的电压而截止。随着流经电感器L2的电流不断增大，电感器内存储的能量也不断增多。此时，LED负载由电容器C6供电，其依靠电容器C6的放电电流工作。当MOS管切换至关断状态时，流经电感器L2的电流开始减小，从而在电感器L2的两端诱发感应电动势，其极性为上正右负。感应电动势与桥式整流滤波单元110的输出电压相叠加后提升了桥式整流滤波单元110的输出电压。此时，叠加的电压高于电容器C6上的电压，因此开关二极管Dl进入导通状态，LED负载改由电感器L2供电，并且电容器C6也由电感器L2充电并且直至MOS管再度切换至导通状态。在本实施例中，感应电动势的大小取决于MOS管的占空比，因此可以通过调节PWM控制器输出信号的占空比获得所希望的电压提升幅度。当MOS管再度被切换回导通状态时，开关二极管Dl处的叠加电压开始减小并将再次低于电容器C6上的电压，因此开关二极管Dl进入截止状态，LED负载改由电容器C6以提升的电压供电，而电感器L2又开始存储电能。由上可见，在PWM控制器的控制下，MOS管在上述导通和关断状态之间不断切换，从而使LED负载正极上的电压始终保持在较高的电压水平。参见图1，LED负载与电阻器R4、R5并联在开关二极管Dl的负极与电阻器R2之间，并且LED负载的负极耦接至晶体三极管Ql的基极。当流经LED负载的电流和/或电压发生波动时，流经晶体三极管Ql的基极的电流也会改变，经过晶体三极管Ql放大后的反馈信号从集电极经电阻器R3输出至开关调整器Ul的反馈引脚，PWM控制器由此可以根据反馈信号对输出信号的占空比进行调整，由此使提供给LED负载的电流和电压保持恒定。在图1所示的实施例中，开关调整器Ul的反馈引脚FB还经大容量的电容器C5接地，这可以使反馈环路的响应变缓，反馈电平在交流电线路半周期中接近于恒定。基本恒定的反馈电平表示在MOS管中的电流对应于在交流线路半周期内传送到LED负载上的平均能量。由于开关调整器Ul在固定频率上工作，在MOS管导通时间结束之前，电流的增加不会超出一定的范围。通过在输入的交流电压增加时减少流经MOS管的开关电流，并且在输入的交流电压减少时增加流经MOS管的开关电流，使LED负载输入端的纹波最小化，并且交流输入电流能时刻跟踪交流输入电压的变化，从而实现功率因子校正的功能。需要指出的是，在图1所示的实施例中，PWM控制器与MOS管被集成在同一集成电路芯片中，为了进一步提闻集成度，还可以考虑将晶体二极管Ql、PWM控制器和MOS管二者集成在同一集成电路芯片中。还需要指出的是，PWM控制器和MOS管也可以以分立的电路元件的形式被提供于按照本实用新型的LED驱动电路中。图2所示的LED驱动电路示出了这种形式的一个例子，其中与图1中相同或相似的单元采用相同的标号表示。如图2所示，本实施例的LED驱动电路10同样包括桥式整流滤波单元110、DC_DC升压变换单元120和反馈单元130。桥式整流滤波单元110和反馈单元130采用与图1所示相同的形式和结构，此处不再赘述。参见图2，DC_DC升压变换单元120包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C6、PWM控制器U2和MOS管Tl，其中，电感器L2和开关二极管Dl被串联在桥式整流滤波单元110与LED负载之间，开关二极管Dl的正极与电感器L2耦合，负极与LED负载耦合。在本实施例中，MOS管Tl的漏极D耦合在电感器L2与开关二极管Dl的正极之间，源极S耦接至接地，栅极G与PWM控制器U2的输出端P相连。PWM控制器U2 —般以集成电路芯片的形式提供，其控制端FB与反馈单元130耦合。如图2所示，电容器C6被耦合在开关二极管Dl的负极与LED负载之间以在开关二极管Dl截止时向LED负载放电。反馈单元130同样包括晶体三极管Q1、电阻器R2、R3和电容器C5。晶体三极管Ql采用共射极放大电路的连接形式，其中，集电极经电阻器R3耦合至PWM控制器U2的控制端FB以将反馈信号提供给PWM控制器U2，其射极与接地耦合以作为输入回路和输出回路的共同接地端，并且基极接入LED负载的回路以提取检测信号。PWM控制器的控制端FB还经电容器C5接地。图2所示LED驱动电路的工作原理与前述实施例的相似，因此此处不再赘述。按照本实用新型的一个实施例，LED照明装置包括LED负载和LED驱动电路，其中LED驱动电路可采用上面借助图1和2所述结构的LED驱动电路。需要指出的是，虽然图1和2所示的LED负载由多个串联的LED组成，但是它也可由多个并联或混联的LED组成。虽然已经展现和讨论了本实用新型的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到，可以在不背离本实用新型原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本实用新型的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。
权利要求1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括: 桥式整流滤波单元； DC-DC升压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管，其中，所述电感器和开关二极管串联在所述桥式整流滤波单元与LED负载之间，所述MOS管的漏极耦合在所述电感器与开关二极管的正极之间，栅极与所述PWM控制器的输出端耦合；以及 反馈单元，包括晶体三极管，其基极耦接至所述LED负载的回路，集电极耦接至所述PWM控制器的控制端。
2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中，还包含耦合在所述PWM控制器的控制端与接地之间的电容器。
3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述PWM控制器和MOS管被集成在同一集成电路芯片中。
4.如权利要求3所述的LED驱动电路，其中，所述集成电路芯片采用普芯达电子有限公司生产的CW12L30或CW12L40芯片。
5.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述PWM控制器、MOS管和晶体三极管被集成在同一集成电路芯片中。
6.一种LED照明装置，其特征在于，包括: LED负载；以及 LED驱动电源,包括: 桥式整流滤波单元； DC-DC升压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管，其中，所述电感器和开关二极管串联在所述桥式整流滤波单元与LED负载之间，所述MOS管的漏极耦合在所述电感器与开关二极管的正极之间，栅极与所述PWM控制器的输出端耦合；以及 反馈单元，包括晶体三极管，其基极耦接至所述LED负载的回路，集电极耦接至所述PWM控制器的控制端。
7.如权利要求6所述的LED照明装置，其中，还包含耦合在所述PWM控制器的控制端与接地之间的电容器。
8.如权利要求6所述的LED照明装置，其中，所述PWM控制器和MOS管被集成在同一集成电路芯片中。
9.如权利要求8所述的LED照明装置，其中，所述PWM控制器、MOS管和晶体三极管被集成在同一集成电路芯片中。
10.如权利要求6所述的LED照明装置，其中，所述LED负载为一组串联、并联或混联的LED。
专利摘要本实用新型涉及半导体照明技术，特别涉及一种用于发光二极管光源的驱动电路和包含该驱动电路的照明装置。按照本实用新型的实施例的LED驱动电路包括桥式整流滤波单元；DC-DC升压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管，其中，所述电感器和开关二极管串联在所述桥式整流滤波单元与LED负载之间，所述MOS管的漏极耦合在所述电感器与开关二极管的正极之间，栅极与所述PWM控制器的输出端耦合；以及反馈单元，包括晶体三极管，其基极耦接至所述LED负载的回路，集电极耦接至所述PWM控制器的控制端。
文档编号H05B37/02GK203057600SQ20122061532
公开日2013年7月10日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者赵依军, 李文雄 申请人:赵依军, 李文雄