專利名稱：一種市電輸入led恒流驅動器的制作方法
技術領域：
本發明屬于LED的市電照明領域，具體涉及一種市電輸入照明LED恒流驅動器。
背景技術：
LED由于壽命長、光電轉換效率高、節能環保、響應時間短等眾多優點，成為了照明 領域關注的焦點，近年來發展異常迅速。在LED照明應用日趨廣泛的同時，LED驅動電路也 面臨更大的挑戰，如必須能夠處理越來越大的電流。因為很小的電壓波動會引起LED電流 的較大變化，因此為防止LED損壞，則需要專門的驅動電路來控制LED陣列中每個LED的電 流保持恒定。此外由于LED照明需要調光或更復雜的控制屬性，為此必須提供多種控制策 略。傳統的恒壓驅動方式，如圖1所示，存在穩壓精度不夠和穩流能力較差的缺點。由 于LED為電流敏感型器件，正常工作時，穩壓電源很小的電壓變化會引起LED電流的較大變 化。隨著LED電流的變化，LED的亮度會明亮不一致，同時也會因為LED組里面某個LED的 損壞使得整體的電流變大，容易導致整個LED組損壞和壽命縮短，因而這種驅動電路急需 改良。為了克服恒壓驅動方式的弊端，現在廣泛采用恒流驅動方式。如圖2所示，目前 的恒流驅動器普遍采用的控制策略檢測LED中的電流，并將其作為反饋信號，誤差放大器 All對電流檢測器Fll輸出的電流反饋電壓Vcs與帶隙基準電壓源U13輸出的基準電壓 Vref的差值進行放大，并將差值放大信號送入脈沖寬度(PWM)調制器Ull，PWM調制器Ull 根據差值信號的幅值產生對應脈沖寬度調制信號，開關驅動器U12根據脈沖寬度調制信號 來控制開關Qll的導通關斷，使電感Lll充放電，來保持流經LED中平均電流的恒定。但， 此種策略跟蹤能力差，容易導致LED中的電流在目標值附近振蕩，穩定能力差。
發明內容
為了解決上述問題，提出本發明，并且本發明的目的是提供一種電路結構簡單、穩 定性好、成本低、穩流精度高和轉換效率高的新型LED恒流驅動器。 為了能夠實現上述目的，本發明采取如下技術方案一種市電輸入LED恒流驅動 器包括電源轉換器，把輸入的市電經過全橋整流、濾波變成直流電；電流控制器，通過控 制開關的導通關斷時間，使電感充放電，來保持流經LED電路中的電流恒定。根據本發明的一方面，電源轉換器包括整流橋，把輸入的交流電壓轉換成直流電 壓；兩個并聯的電解電容，對直流電壓進行濾波，濾除直流電壓中的交流成分，保持輸出電 壓的穩定。電流控制器包括電流檢測器、振蕩器、誤差放大器、積分器、比較器、鎖存器、開關 驅動器、開關、二極管、電感、帶隙基準電壓源；其中積分器，對誤差放大器輸出的差值信號 進行積分，輸出鋸齒波電壓信號；電流控制器各部分連接關系為電流檢測器的一端與開關的源極連接，另一端接地；開關的柵極接開關驅動器的輸出端，開關的漏極接二極管的陽極和電感的第一端，二極 管的陰極接負載LED組的陽極，電感的第二端接負載LED組的陰極，誤差放大器的同相輸入 端接基準電壓，反相輸入端接電流檢測器的輸出反饋電壓，輸出端接積分器的輸入，積分器 的輸出接比較器的反向輸入端，比較器的同向輸入端接電流檢測器的輸出反饋電壓，鎖存 器的復位端接比較器的輸出，置位端接振蕩器產生的時鐘信號，同相輸出端接開關驅動器。本發明的有益效果為根據以上技術方案提出的LED恒流驅動器，以改進的Buck 驅動電路為基礎，設計了新的電流控制方法-I2控制方法，利用檢測信號與參考信號的差值 積分來調節脈沖信號的寬度，使得穩態時單個周期開關導通期間電壓Vcs的平均值等于基 準電壓Vref，消除平均電流的穩態誤差，從而精確平均電流。具有比普通電流控制電路更好 的調節性能，控制的作用更明顯。
圖1示出了傳統的恒壓驅動方式的構造；圖2示出了目前LED恒流驅動器普遍采用的控制結構的構造；圖3示出了本發明提出的LED恒流驅動器的主要結構示意圖。
具體實施例方式下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。以下將詳細描述本發明的一 種示例性實施例。一種市電輸入LED恒流驅動器包括電源轉換器，把輸入的市電經過全橋整流、 濾波變成直流電；電流控制器，通過控制開關的導通關斷時間，使電感充放電，來保持流經 LED電路中的電流恒定。根據本發明的一方面，電源轉換器包括整流橋，把輸入的交流電壓轉換成直流電 壓；兩個并聯的濾波電容，對直流電壓進行濾波，濾除直流電壓中的交流成分，保持輸出電 壓的穩定。LED恒流驅動器驅動負載LED組30，該負載LED組30作為大功率照明燈、IXD背 光燈、指示燈及汽車內外照明。如圖3所示，LED恒流驅動器包括電源轉換器20和電流控制器10。電源轉換器20包括整流橋D22，電解電容C21、C22。整流橋D22對輸入的交流電 進行全波整流，變成直流電；并聯的電容C21、C22對直流電進行濾波，濾除直流電中的交流 成分。電流控制器10使得在負載LED組30中流動的電流Io達到預定電流值。這里，預 定值表示將被施加到負載LED組30的電流。電流控制器10包括電流檢測器F21、振蕩器T21、誤差放大器A21、積分器J21、比 較器A22、鎖存器U21、開關驅動器U22、開關Q21、二極管D21、電感L21、帶隙基準電壓源 U23。電流檢測器F21檢測在負載LED組30中流動的電流Ιο。電流檢測器F21可用預 定阻值的電阻器來實現，其中，電流檢測器F21的一端與開關Q21的源極連接，電流檢測器 F21的另一端接地。在此實施例中，在負載LED組30流動的電流Io可根據電流Io流過電流檢測器F21產生的電壓和電流檢測器F21的電阻來計算。當然，在不脫離本發明的范圍 和精神的情況下，任何其它適合的電流檢測器都能用作設計選擇的電流檢測器。開關Q21的柵極接開關驅動器U22的輸出端，開關Q21的漏極接二極管D21的陽極 和電感L21的第一端。二極管D21的陰極接負載LED組30的陽極。電感L21的第二端接 負載LED組30的陰極。優選地，開關Q21用N道溝金屬氧化物半導體場效應管(NM0SFET) 來實現。開關Q21柵極 上電壓的大小決定開關Q21的導通關斷狀態。當開關Q21導通時， 電流流過電感L21，電感電流k增加；當開關管Q21關斷時，電感電流通過二極管D21續流， 電感電流iL下降。LED20與電感L21串聯，所以流過LED20的電流即為、。誤差放大器A21的同相輸入端接基準電壓Vref，反相輸入端接電流檢測器F21的 輸出反饋電壓Vcs，輸出端接積分器J21的輸入。積分器J21的輸出接比較器A22的反向 輸入端。比較器A22的同向輸入端接電流檢測器F21的輸出反饋電壓Vcs。開關Q21導通 時，反饋電壓Vcs近似線性上升，誤差放大器A21將反饋電壓Vcs與基準電壓Vref求差值 并放大，并將放大后的差值信號送入積分器J21。積分器J21對差值信號進行積分，產生一 個鋸齒波電壓信號，并將該信號輸出到比較器A22的反向輸入端。比較器A22將鋸齒波電 壓信號與反饋Vcs進行比較，輸出占空比可調的脈沖寬度調制信號。鎖存器U21的復位端R接比較器A22的輸出，置位端S接振蕩器T21產生的時鐘 信號，同相輸出端Q接開關驅動器U22。比較器A22輸出為高電平時，Q端輸出邏輯0，開關 驅動器U22輸出低電壓信號，開關S的關斷。比較器A22輸出為低電平時，Q端輸出邏輯由 時鐘信號決定，時鐘為高電平時，Q端輸出邏輯1，開關驅動器U22輸出高電壓信號，開關S 導通；時鐘為低電平時，Q端輸出為保持上個狀態。這樣，該實施例的電流控制器10就能通 過檢測在負載LED組30中流動的電流Io來控制開關Q21的導通關斷時間的長短來控制電 流Io達到預定目標值為止。本發明實施例的LED恒流驅動器，恒定電流輸出，電流可調，從幾十毫安到1安培， 適用于多個串聯的大功率LED的應用；電路結構簡單，外圍元器件少，生產成本低，轉換效 率可大于90%;適用于1W-3W大功率LED照明燈，大屏幕IXD的背光照明、LED信號燈、警示 燈、應急燈、礦燈及各種發光顏色的照明燈，公共場所的照明燈，汽車內外照明及信號指示 燈。以上描述了本發明的一種實施例，在不脫離由權利要求及其等同物限定的本發明 的原理和精神的情況可對這些實施例作改變。
權利要求
1.一種市電輸入LED恒流驅動器，包括電源轉換器，把輸入的市電經過全橋整流、濾波變成直流電；電流控制器，通過控制開關的導通關斷時間，使電感充放電，來保持流經LED電路中的 電流恒定；其中，電源轉換器由整流橋、兩個并聯的電解電容組成；電流控制器包括電流檢測 器、振蕩器、誤差放大器、比較器、鎖存器、開關驅動器、開關、二極管、電感、帶隙基準電壓 源； 其特征在于在電流控制器中還包括積分器，對誤差放大器輸出的差值信號進行積 分，輸出鋸齒波電壓信號；電流控制器各部分連接關系為電流檢測器(F21)的一端與開關0^21)的源極連接， 另一端接地；開關0^21)的柵極接開關驅動器(U22)的輸出端，開關0^21)的漏極接二極管 (D21)的陽極和電感(L21)的第一端，二極管(D21)的陰極接負載LED組的陽極，電感(L21) 的第二端接負載LED組的陰極，誤差放大器(A21)的同相輸入端接基準電壓，反相輸入端接 電流檢測器(F21)的輸出反饋電壓，輸出端接積分器(J21)的輸入，積分器(J21)的輸出接 比較器(A22)的反向輸入端，比較器(A22)的同向輸入端接電流檢測器(F21)的輸出反饋 電壓，鎖存器(U21)的復位端(R)接比較器糊的輸出，置位端( 接振蕩器(T21)產生 的時鐘信號，同相輸出端(Q)接開關驅動器(U22)。
2.如權利要求1所述的一種市電輸入LED恒流驅動器，其特征在于電流控制器中的 開關(Q21)選用N道溝金屬氧化物半導體場效應管來實現。
全文摘要
本發明涉及一種市電輸入LED恒流驅動器，該LED恒流驅動器包括電源轉換器和電流控制器，電流控制器包括電流檢測器、振蕩器、誤差放大器、積分器、比較器、鎖存器、開關驅動器、開關、二極管、電感、帶隙基準電壓源；其中積分器，對誤差放大器輸出的差值信號進行積分，輸出鋸齒波電壓信號。本發明以改進的Buck驅動電路為基礎，設計了新的電流控制方法-I2控制方法，利用檢測信號與參考信號的差值積分來調節脈沖信號的寬度，使得穩態時單個周期開關導通期間電壓Vcs的平均值等于基準電壓Vref，消除平均電流的穩態誤差，從而精確平均電流。具有比普通電流控制電路更好的調節性能，控制的作用更明顯。
文檔編號H05B37/02GK102076138SQ20091024151
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月25日 優先權日2009年11月25日
發明者于冬, 劉彬, 魏學業 申請人:北京交通大學