發光二極體驅動電路以及包含該電路的照明裝置的製作方法
2023-06-03 09:25:01 2
專利名稱：發光二極體驅動電路以及包含該電路的照明裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體照明技術，特別涉及一種用於發光二極體光源的驅動電路和包含該驅動電路的照明裝置。
背景技術：
目前在照明裝置中用作光源的發光二極體(LED)是一種利用半導體PN結或類似結構將電能轉換為光能的固態器件，它一般包括帶引線的支架、設置在支架上的半導體晶片以及將該晶片四周密封起來的封裝材料(例如螢光矽膠或環氧樹脂)。與白熾燈和螢光節能燈相比，發光二極體具有環保、可回收再利用、高光效、色彩豐富和可調光等諸多優點，因此隨著製造工藝的日趨完善，基於發光二極體的照明光源將逐漸成為主流光源。作為一種電光轉換器件，LED僅在適當的直流電壓和電流下才能發光。LED驅動電路或驅動電源實質上是一種電子控制裝置，其位於外部電源與LED模塊之間，用於為LED提供額定的恆定電流和/或恆定電壓。LED驅動電路是決定照明裝置發光性能和壽命的重要因素，因此如何在成本約束條件下設計出結構簡單而性能可靠的電源電路一直是業界關注的課題。
實用新型內容本實用新型的一個目的是提供一種LED驅動電路，其具有結構簡單和可靠性高的優點。
在按照本實用新型的一個實施例中，LED驅動電路包括:橋式整流器；升壓變換單元，包括電感器、開關二極體、PWM控制器和功率場效應電晶體，其中，所述電感器和開關二極體串聯耦合在所述橋式整流器輸出端與LED負載之間，所述功率場效應電晶體的漏極耦合在所述電感器與開關二極體的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端I禹合；晶體三極體，其基極經所述LED負載與所述開關二極體的負極耦合，集電極與所述PWM控制器的控制端耦合；以及電容器，其耦合在開關二極體的負極與接地之間。在上述實施例中，通過晶體三極體向PWM控制器提供反饋信號，同時實現了恆流和恆壓的功能。優選地，在上述LED驅動電路中，所述PWM控制器和功率場效應電晶體被集成在同一集成電路晶片中。更優選地，所述集成電路晶片的型號為普芯達電子有限公司生產的CW12L30 或 CW12L40。優選地，在上述LED驅動電路中，所述PWM控制器、功率場效應電晶體和晶體三極體被集成在同一集成電路晶片中。優選地，在上述LED驅動電路中，還包含耦合在所述PWM控制器的控制端與接地之間的電容器。通過選擇大容量電容器，可以使反饋迴路響應變緩，從而達到功率因子校正的目的。本實用新型的還有一個目的是提供一種LED照明裝置，其具有結構簡單和可靠性聞的優點。在按照本實用新型的一個實施例中，LED照明裝置包括:LED 負載；LED驅動電源，包括:橋式整流濾波單元；DC-DC升壓變換單元，包括電感器、開關二極體、PWM控制器和MOS管，其中，所述電感器和開關二極體串聯在所述橋式整流濾波單元與LED負載之間，所述MOS管的漏極耦合在所述電感器與開關二極體的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端耦合；以及反饋單元，包括晶體三極體，其基極耦接至所述LED負載的迴路，集電極耦接至所述PWM控制器的控制端。在上述實施例中，LED負載為一組串聯、並聯或混聯的LED。
本實用新型的上述和/或其它方面和優點將通過
以下結合附圖的各個方面的描述變得更加清晰和更容易理解。圖1為按照本實用新型一個實施例的LED驅動電路的原理圖。圖2為按照本實用新型另一個實施例的LED驅動電路的示意圖。附圖標號列表:10 LED驅動電路110橋式整流濾波單元120 DC-DC升壓變換單元130反饋單元BRl全橋整流器Cl、C2、C3、C4、C5、C6 電容器Dl開關二極體L1、L2 電感器LEDl-LEDn LED 負載Ql晶體三極體R1、R2、R3、R4、R5 電阻器Tl MOS 管Ul開關調整器U2 PWM 控制器。
具體實施方式
下面參照其中圖示了本實用新型示意性實施例的附圖更為全面地說明本實用新型。但本實用新型可以按不同形式來實現，而不應解讀為僅限於本文給出的各實施例。給出的上述各實施例旨在使本文的披露全面完整，更為全面地傳達給本領域技術人員本實用新型的保護範圍。在本說明書中，術語「照明裝置」應該廣義地理解為所有能夠通過提供光線以實現實用的或美學的效果的設備，包括但不限於球泡燈、檯燈、壁燈、射燈、吊燈、吸頂燈、路燈、手電筒、舞臺布景燈和城市景觀燈等。「耦合」或「耦接」應當理解為既包括在兩個單元之間直接傳送電能量或電信號的情形，也包括經過一個或多個第三單元間接傳送電能量或電信號的情形。諸如「包含」和「包括」之類的用語表示除了具有在說明書和權利要求書中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本實用新型的技術方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。以下藉助附圖描述本實用新型的實施例。圖1為按照本實用新型一個實施例的LED驅動電路的原理圖。本實施例的LED驅動電路10包括橋式整流濾波單元110、DC_DC升壓變換單元120和反饋單元130，以下對各個單元作進一步的描述。如圖1所示，橋式整流濾波單元110包括全橋整流器BRl、電容器Cl、C2、C3、壓敏電阻器Rl和電感器LI。交流電(例如市電)經全橋整流器BRl整流後在正極端I上輸出全波脈動電壓。濾波電容器Cl、C2、C3、壓敏電阻器Rl和電感器LI構成EMI濾波電路，其一方面抑制交流電網中的高頻幹擾對驅動電路的影響，另一方面抑制驅動電路對交流電網的電磁幹擾。值得指出的是，雖然這裡示出的是全波整流方式，但是在本實用新型的實施例中，半波整流也是可用的。參見圖1，濾波電容器Cl和壓敏電阻器Rl並聯在全橋整流器BRl的交流輸入端3和4之間，其中壓敏電阻器Rl通過抑制電路中出現的異常過電壓而將全橋整流器BRl的輸入電壓鉗制在預定的水平。濾波電容器C2、C3和電感器LI組成π型濾波迴路並且耦接在全橋整流器BRl的正極端I與負極端2之間，以對全橋整流器BRl輸出的脈動電壓進行低通濾波。升壓變換單元120與橋式整流濾波單元110、反饋單元130和LED負載(在圖1所示的實施例中為串聯在一起的LEDl-LEDn)耦合，其將橋式整流濾波單元110輸出的脈動電壓提升至所需的電壓和電流水平並提供給LED負載。此外，DC-DC升壓變換單元120還與反饋單元130協同工作，以使提供給LED負載的電流和電壓保持恆定並實現功率因子校正功能。在典型的應用場合下，LED負載可能由多顆串聯在一起的LED組成，其串聯後的總電壓被設計為超過電網輸入的電壓最高值，因此電壓的提升是必需的。以波動範圍為±10%的220V交流電為例，其最高電壓約為342V，則LED串聯電壓將超過342V。 在本實施例中，DC-DC升壓變換單元120包括電感器L2、開關二極體Dl、電容器C6和開關調整器UI。優選地，可以採用集成有脈寬調製(PWM)控制器和金屬氧化物半導體場效應管(以下又簡稱為MOS管)的集成電路晶片作為開關調整器U1，其中PWM控制器的輸出端與MOS管的柵極耦接以實現對MOS管導通和關斷的控制。在具體的開關調整器晶片中，為了簡化佔空比的調節，可保持MOS管的開關頻率為定值(例如大約1MHz)，而MOS管的關斷時間是可調節的；或者可保持MOS管的關斷時間為定值(例如大約320ns)，而MOS管的開關頻率是可調節的。典型地，這類開關調整器晶片一般都配置與MOS管的漏極耦合的漏極引腳、與PWM控制器的控制端耦合的反饋引腳。上述開關調整器的例子包括但不局限於中國普芯達電子有限公司生產的CW12L30和CW12L40晶片等。如圖1所示，電感器L2和開關二極體Dl被串聯在橋式整流濾波單元110與LED負載之間，其中開關二極體Dl的正極與電感器L2耦合，負極與LED負載耦合。優選地，可採用速度快、壓降小的肖特基二極體作為開關二極體D1。繼續參見圖1，開關調整器Ul的漏極引腳D耦合在電感器L2與開關二極體Dl的正極之間，並且反饋引腳FB與反饋單元130耦合。此外，在圖1所示的實施例中，電容器C6與LED負載共接於開關二極體Dl的負極以在開關二極體Dl截止時向LED負載放電。參見圖1，開關調整器Ul包括電源引腳VCC和接地引腳GND，其中電源引腳VCC經電容器C4接地。反饋單元130包括晶體三極體Q1、電阻器R2、R3和電容器C5。如圖1所示，晶體三極體Ql採用共射極放大電路的連接形式，其中，集電極經電阻器R3耦合至開關調整器Ul的反饋引腳以將反饋信號提供至開關調整器U1，其射極與接地耦合以作為輸入迴路和輸出迴路的共同接地端，並且基極接入LED負載的迴路以提取檢測信號。電阻器R2耦接在基極與接地之間以構成輸入迴路。另外，開關調整器Ul的反饋引腳FB還經電容器C5接地。以下描述圖1所示LED驅動電路的工作原理。當接通交流電源時，橋式整流濾波單元110將輸入的交流電變換為脈動電壓並輸出至DC-DC升壓變換單元120的電感器L2。開關調整器Ul內部的MOS管在PWM控制器信號的控制下以很高的頻率導通和關斷。當MOS導通時，在橋式整流濾波單元110的輸出電壓的作用下，電流流經電感器L2和MOS管，開關二極體Dl因為電容器C6上的電壓而截止。隨著流經電感器L2的電流不斷增大，電感器內存儲的能量也不斷增多。此時，LED負載由電容器C6供電，其依靠電容器C6的放電電流工作。當MOS管切換至關斷狀態時，流經電感器L2的電流開始減小，從而在電感器L2的兩端誘發感應電動勢，其極性為上正右負。感應電動勢與橋式整流濾波單元110的輸出電壓相疊加後提升了橋式整流濾波單元110的輸出電壓。此時，疊加的電壓高於電容器C6上的電壓，因此開關二極體Dl進入導通狀態，LED負載改由電感器L2供電，並且電容器C6也由電感器L2充電並且直至MOS管再度切換至導通狀態。在本實施例中，感應電動勢的大小取決於MOS管的佔空比，因此可以通過調節PWM控制器輸出信號的佔空比獲得所希望的電壓提升幅度。當MOS管再度被切換回導通狀態時，開關二極體Dl處的疊加電壓開始減小並將再次低於電容器C6上的電壓，因此開關二極體Dl進入截止狀態，LED負載改由電容器C6以提升的電壓供電，而電感器L2又開始存儲電能。由上可見，在PWM控制器的控制下，MOS管在上述導通和關斷狀態之間不斷切換，從而使LED負載正極上的電壓始終保持在較高的電壓水平。參見圖1，LED負載與電阻器R4、R5並聯在開關二極體Dl的負極與電阻器R2之間，並且LED負載的負極耦接至晶體三極體Ql的基極。當流經LED負載的電流和/或電壓發生波動時，流經晶體三極體Ql的基極的電流也會改變，經過晶體三極體Ql放大後的反饋信號從集電極經電阻器R3輸出至開關調整器Ul的反饋引腳，PWM控制器由此可以根據反饋信號對輸出信號的佔空比進行調整，由此使提供給LED負載的電流和電壓保持恆定。在圖1所示的實施例中，開關調整器Ul的反饋引腳FB還經大容量的電容器C5接地，這可以使反饋環路的響應變緩，反饋電平在交流電線路半周期中接近於恆定。基本恆定的反饋電平表示在MOS管中的電流對應於在交流線路半周期內傳送到LED負載上的平均能量。由於開關調整器Ul在固定頻率上工作，在MOS管導通時間結束之前，電流的增加不會超出一定的範圍。通過在輸入的交流電壓增加時減少流經MOS管的開關電流，並且在輸入的交流電壓減少時增加流經MOS管的開關電流，使LED負載輸入端的紋波最小化，並且交流輸入電流能時刻跟蹤交流輸入電壓的變化，從而實現功率因子校正的功能。需要指出的是，在圖1所示的實施例中，PWM控制器與MOS管被集成在同一集成電路晶片中，為了進一步提聞集成度，還可以考慮將晶體二極體Ql、PWM控制器和MOS管二者集成在同一集成電路晶片中。還需要指出的是，PWM控制器和MOS管也可以以分立的電路元件的形式被提供於按照本實用新型的LED驅動電路中。圖2所示的LED驅動電路示出了這種形式的一個例子，其中與圖1中相同或相似的單元採用相同的標號表示。如圖2所示，本實施例的LED驅動電路10同樣包括橋式整流濾波單元110、DC_DC升壓變換單元120和反饋單元130。橋式整流濾波單元110和反饋單元130採用與圖1所示相同的形式和結構，此處不再贅述。參見圖2，DC_DC升壓變換單元120包括電感器L2、開關二極體D1、電容器C6、PWM控制器U2和MOS管Tl，其中，電感器L2和開關二極體Dl被串聯在橋式整流濾波單元110與LED負載之間，開關二極體Dl的正極與電感器L2耦合，負極與LED負載耦合。在本實施例中，MOS管Tl的漏極D耦合在電感器L2與開關二極體Dl的正極之間，源極S耦接至接地，柵極G與PWM控制器U2的輸出端P相連。PWM控制器U2 —般以集成電路晶片的形式提供，其控制端FB與反饋單元130耦合。如圖2所示，電容器C6被耦合在開關二極體Dl的負極與LED負載之間以在開關二極體Dl截止時向LED負載放電。反饋單元130同樣包括晶體三極體Q1、電阻器R2、R3和電容器C5。晶體三極體Ql採用共射極放大電路的連接形式，其中，集電極經電阻器R3耦合至PWM控制器U2的控制端FB以將反饋信號提供給PWM控制器U2，其射極與接地耦合以作為輸入迴路和輸出迴路的共同接地端，並且基極接入LED負載的迴路以提取檢測信號。PWM控制器的控制端FB還經電容器C5接地。圖2所示LED驅動電路的工作原理與前述實施例的相似，因此此處不再贅述。按照本實用新型的一個實施例，LED照明裝置包括LED負載和LED驅動電路，其中LED驅動電路可採用上面藉助圖1和2所述結構的LED驅動電路。需要指出的是，雖然圖1和2所示的LED負載由多個串聯的LED組成，但是它也可由多個並聯或混聯的LED組成。雖然已經展現和討論了本實用新型的一些方面，但是本領域內的技術人員應該意識到，可以在不背離本實用新型原理和精神的條件下對上述方面進行改變，因此本實用新型的範圍將由權利要求以及等同的內容所限定。
權利要求1.一種LED驅動電路，其特徵在於，包括: 橋式整流濾波單元； DC-DC升壓變換單元，包括電感器、開關二極體、PWM控制器和MOS管，其中，所述電感器和開關二極體串聯在所述橋式整流濾波單元與LED負載之間，所述MOS管的漏極耦合在所述電感器與開關二極體的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端耦合；以及 反饋單元，包括晶體三極體，其基極耦接至所述LED負載的迴路，集電極耦接至所述PWM控制器的控制端。
2.如權利要求1所述的LED驅動電路，其中，還包含耦合在所述PWM控制器的控制端與接地之間的電容器。
3.如權利要求1所述的LED驅動電路，其中，所述PWM控制器和MOS管被集成在同一集成電路晶片中。
4.如權利要求3所述的LED驅動電路，其中，所述集成電路晶片採用普芯達電子有限公司生產的CW12L30或CW12L40晶片。
5.如權利要求1所述的LED驅動電路，其中，所述PWM控制器、MOS管和晶體三極體被集成在同一集成電路晶片中。
6.一種LED照明裝置，其特徵在於，包括: LED負載；以及 LED驅動電源,包括: 橋式整流濾波單元； DC-DC升壓變換單元，包括電感器、開關二極體、PWM控制器和MOS管，其中，所述電感器和開關二極體串聯在所述橋式整流濾波單元與LED負載之間，所述MOS管的漏極耦合在所述電感器與開關二極體的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端耦合；以及 反饋單元，包括晶體三極體，其基極耦接至所述LED負載的迴路，集電極耦接至所述PWM控制器的控制端。
7.如權利要求6所述的LED照明裝置，其中，還包含耦合在所述PWM控制器的控制端與接地之間的電容器。
8.如權利要求6所述的LED照明裝置，其中，所述PWM控制器和MOS管被集成在同一集成電路晶片中。
9.如權利要求8所述的LED照明裝置，其中，所述PWM控制器、MOS管和晶體三極體被集成在同一集成電路晶片中。
10.如權利要求6所述的LED照明裝置，其中，所述LED負載為一組串聯、並聯或混聯的LED。
專利摘要本實用新型涉及半導體照明技術，特別涉及一種用於發光二極體光源的驅動電路和包含該驅動電路的照明裝置。按照本實用新型的實施例的LED驅動電路包括橋式整流濾波單元；DC-DC升壓變換單元，包括電感器、開關二極體、PWM控制器和MOS管，其中，所述電感器和開關二極體串聯在所述橋式整流濾波單元與LED負載之間，所述MOS管的漏極耦合在所述電感器與開關二極體的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端耦合；以及反饋單元，包括晶體三極體，其基極耦接至所述LED負載的迴路，集電極耦接至所述PWM控制器的控制端。
文檔編號H05B37/02GK203057600SQ20122061532
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者趙依軍, 李文雄 申請人:趙依軍, 李文雄