專利名稱：發(fā)光二極管驅(qū)動電路以及包含該電路的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導體照明技術(shù)，特別涉及一種用于發(fā)光二極管光源的驅(qū)動電路和包含該驅(qū)動電路的照明裝置。
背景技術(shù)：
目前在照明裝置中用作光源的發(fā)光二極管(LED)是一種利用半導體PN結(jié)或類似結(jié)構(gòu)將電能轉(zhuǎn)換為光能的固態(tài)器件，它一般包括帶引線的支架、設(shè)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(例如熒光硅膠或環(huán)氧樹脂)。與白熾燈和熒光節(jié)能燈相比，發(fā)光二極管具有環(huán)保、可回收再利用、高光效、色彩豐富和可調(diào)光等諸多優(yōu)點，因此隨著制造工藝的日趨完善，基于發(fā)光二極管的照明光源將逐漸成為主流光源。作為一種電光轉(zhuǎn)換器件，LED僅在適當?shù)闹绷麟妷汉碗娏飨虏拍馨l(fā)光。LED驅(qū)動電路或驅(qū)動電源實質(zhì)上是一種電子控制裝置，其位于外部電源與LED模塊之間，用于為LED提供額定的恒定電流和/或恒定電壓。LED驅(qū)動電路是決定照明裝置發(fā)光性能和壽命的重要因素，因此如何在成本約束條件下設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單而性能可靠的電源電路一直是業(yè)界關(guān)注的課題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的一個目的是提供一種LED驅(qū)動電路，其具有結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的優(yōu)點。
在按照本實用新型的一個實施例中，LED驅(qū)動電路包括:橋式整流器；升壓變換單元，包括電感器、開關(guān)二極管、PWM控制器和功率場效應(yīng)晶體管，其中，所述電感器和開關(guān)二極管串聯(lián)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(yīng)晶體管的漏極耦合在所述電感器與開關(guān)二極管的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端I禹合；晶體三極管，其基極經(jīng)所述LED負載與所述開關(guān)二極管的負極耦合，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(guān)二極管的負極與接地之間。在上述實施例中，通過晶體三極管向PWM控制器提供反饋信號，同時實現(xiàn)了恒流和恒壓的功能。優(yōu)選地，在上述LED驅(qū)動電路中，所述PWM控制器和功率場效應(yīng)晶體管被集成在同一集成電路芯片中。更優(yōu)選地，所述集成電路芯片的型號為普芯達電子有限公司生產(chǎn)的CW12L30 或 CW12L40。優(yōu)選地，在上述LED驅(qū)動電路中，所述PWM控制器、功率場效應(yīng)晶體管和晶體三極管被集成在同一集成電路芯片中。優(yōu)選地，在上述LED驅(qū)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，可以使反饋回路響應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單和可靠性聞的優(yōu)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(qū)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(guān)二極管、PWM控制器和MOS管，其中，所述電感器和開關(guān)二極管串聯(lián)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(guān)二極管的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端耦合；以及反饋單元，包括晶體三極管，其基極耦接至所述LED負載的回路，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(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的LED。

本實用新型的上述和/或其它方面和優(yōu)點將通過
以下結(jié)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(qū)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(qū)動電路的示意圖。附圖標號列表:10 LED驅(qū)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(guān)二極管L1、L2 電感器LEDl-LEDn LED 負載Ql晶體三極管R1、R2、R3、R4、R5 電阻器Tl MOS 管Ul開關(guān)調(diào)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(xiàn)，而不應(yīng)解讀為僅限于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(lǐng)域技術(shù)人員本實用新型的保護范圍。在本說明書中，術(shù)語“照明裝置”應(yīng)該廣義地理解為所有能夠通過提供光線以實現(xiàn)實用的或美學的效果的設(shè)備，包括但不限于球泡燈、臺燈、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?！榜詈稀被颉榜罱印睉?yīng)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(jīng)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(quán)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(shù)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。以下借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(qū)動電路的原理圖。本實施例的LED驅(qū)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(jīng)全橋整流器BRl整流后在正極端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(gòu)成EMI濾波電路，其一方面抑制交流電網(wǎng)中的高頻干擾對驅(qū)動電路的影響，另一方面抑制驅(qū)動電路對交流電網(wǎng)的電磁干擾。值得指出的是，雖然這里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并聯(lián)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(xiàn)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型濾波回路并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(lián)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并提供給LED負載。此外，DC-DC升壓變換單元120還與反饋單元130協(xié)同工作，以使提供給LED負載的電流和電壓保持恒定并實現(xiàn)功率因子校正功能。在典型的應(yīng)用場合下，LED負載可能由多顆串聯(lián)在一起的LED組成，其串聯(lián)后的總電壓被設(shè)計為超過電網(wǎng)輸入的電壓最高值，因此電壓的提升是必需的。以波動范圍為±10%的220V交流電為例，其最高電壓約為342V，則LED串聯(lián)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(guān)二極管Dl、電容器C6和開關(guān)調(diào)整器UI。優(yōu)選地，可以采用集成有脈寬調(diào)制(PWM)控制器和金屬氧化物半導體場效應(yīng)管(以下又簡稱為MOS管)的集成電路芯片作為開關(guān)調(diào)整器U1，其中PWM控制器的輸出端與MOS管的柵極耦接以實現(xiàn)對MOS管導通和關(guān)斷的控制。在具體的開關(guān)調(diào)整器芯片中，為了簡化占空比的調(diào)節(jié)，可保持MOS管的開關(guān)頻率為定值(例如大約1MHz)，而MOS管的關(guān)斷時間是可調(diào)節(jié)的；或者可保持MOS管的關(guān)斷時間為定值(例如大約320ns)，而MOS管的開關(guān)頻率是可調(diào)節(jié)的。典型地，這類開關(guān)調(diào)整器芯片一般都配置與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(guān)調(diào)整器的例子包括但不局限于中國普芯達電子有限公司生產(chǎn)的CW12L30和CW12L40芯片等。如圖1所示，電感器L2和開關(guān)二極管Dl被串聯(lián)在橋式整流濾波單元110與LED負載之間，其中開關(guān)二極管Dl的正極與電感器L2耦合，負極與LED負載耦合。優(yōu)選地，可采用速度快、壓降小的肖特基二極管作為開關(guān)二極管D1。繼續(xù)參見圖1，開關(guān)調(diào)整器Ul的漏極引腳D耦合在電感器L2與開關(guān)二極管Dl的正極之間，并且反饋引腳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負載共接于開關(guān)二極管Dl的負極以在開關(guān)二極管Dl截止時向LED負載放電。參見圖1，開關(guān)調(diào)整器Ul包括電源引腳VCC和接地引腳GND，其中電源引腳VCC經(jīng)電容器C4接地。反饋單元130包括晶體三極管Q1、電阻器R2、R3和電容器C5。如圖1所示，晶體三極管Ql采用共射極放大電路的連接形式，其中，集電極經(jīng)電阻器R3耦合至開關(guān)調(diào)整器Ul的反饋引腳以將反饋信號提供至開關(guān)調(diào)整器U1，其射極與接地耦合以作為輸入回路和輸出回路的共同接地端，并且基極接入LED負載的回路以提取檢測信號。電阻器R2耦接在基極與接地之間以構(gòu)成輸入回路。另外，開關(guān)調(diào)整器Ul的反饋引腳FB還經(jīng)電容器C5接地。以下描述圖1所示LED驅(qū)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并輸出至DC-DC升壓變換單元120的電感器L2。開關(guān)調(diào)整器Ul內(nèi)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(guān)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(jīng)電感器L2和MOS管，開關(guān)二極管Dl因為電容器C6上的電壓而截止。隨著流經(jīng)電感器L2的電流不斷增大，電感器內(nèi)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(guān)斷狀態(tài)時，流經(jīng)電感器L2的電流開始減小，從而在電感器L2的兩端誘發(fā)感應(yīng)電動勢，其極性為上正右負。感應(yīng)電動勢與橋式整流濾波單元110的輸出電壓相疊加后提升了橋式整流濾波單元110的輸出電壓。此時，疊加的電壓高于電容器C6上的電壓，因此開關(guān)二極管Dl進入導通狀態(tài)，LED負載改由電感器L2供電，并且電容器C6也由電感器L2充電并且直至MOS管再度切換至導通狀態(tài)。在本實施例中，感應(yīng)電動勢的大小取決于MOS管的占空比，因此可以通過調(diào)節(jié)PWM控制器輸出信號的占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(tài)時，開關(guān)二極管Dl處的疊加電壓開始減小并將再次低于電容器C6上的電壓，因此開關(guān)二極管Dl進入截止狀態(tài)，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(guān)斷狀態(tài)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并聯(lián)在開關(guān)二極管Dl的負極與電阻器R2之間，并且LED負載的負極耦接至晶體三極管Ql的基極。當流經(jīng)LED負載的電流和/或電壓發(fā)生波動時，流經(jīng)晶體三極管Ql的基極的電流也會改變，經(jīng)過晶體三極管Ql放大后的反饋信號從集電極經(jīng)電阻器R3輸出至開關(guān)調(diào)整器Ul的反饋引腳，PWM控制器由此可以根據(jù)反饋信號對輸出信號的占空比進行調(diào)整，由此使提供給LED負載的電流和電壓保持恒定。在圖1所示的實施例中，開關(guān)調(diào)整器Ul的反饋引腳FB還經(jīng)大容量的電容器C5接地，這可以使反饋環(huán)路的響應(yīng)變緩，反饋電平在交流電線路半周期中接近于恒定?；竞愣ǖ姆答侂娖奖硎驹贛OS管中的電流對應(yīng)于在交流線路半周期內(nèi)傳送到LED負載上的平均能量。由于開關(guān)調(diào)整器Ul在固定頻率上工作，在MOS管導通時間結(jié)束之前，電流的增加不會超出一定的范圍。通過在輸入的交流電壓增加時減少流經(jīng)MOS管的開關(guān)電流，并且在輸入的交流電壓減少時增加流經(jīng)MOS管的開關(guān)電流，使LED負載輸入端的紋波最小化，并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(xiàn)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芯片中，為了進一步提聞集成度，還可以考慮將晶體二極管Ql、PWM控制器和MOS管二者集成在同一集成電路芯片中。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于按照本實用新型的LED驅(qū)動電路中。圖2所示的LED驅(qū)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采用相同的標號表示。如圖2所示，本實施例的LED驅(qū)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采用與圖1所示相同的形式和結(jié)構(gòu)，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(guān)二極管D1、電容器C6、PWM控制器U2和MOS管Tl，其中，電感器L2和開關(guān)二極管Dl被串聯(lián)在橋式整流濾波單元110與LED負載之間，開關(guān)二極管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(guān)二極管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 —般以集成電路芯片的形式提供，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(guān)二極管Dl的負極與LED負載之間以在開關(guān)二極管Dl截止時向LED負載放電。反饋單元130同樣包括晶體三極管Q1、電阻器R2、R3和電容器C5。晶體三極管Ql采用共射極放大電路的連接形式，其中，集電極經(jīng)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回路和輸出回路的共同接地端，并且基極接入LED負載的回路以提取檢測信號。PWM控制器的控制端FB還經(jīng)電容器C5接地。圖2所示LED驅(qū)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(qū)動電路，其中LED驅(qū)動電路可采用上面借助圖1和2所述結(jié)構(gòu)的LED驅(qū)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(lián)的LED組成，但是它也可由多個并聯(lián)或混聯(lián)的LED組成。雖然已經(jīng)展現(xiàn)和討論了本實用新型的一些方面，但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)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，因此本實用新型的范圍將由權(quán)利要求以及等同的內(nèi)容所限定。
權(quán)利要求1.一種LED驅(qū)動電路，其特征在于，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(guān)二極管、PWM控制器和MOS管，其中，所述電感器和開關(guān)二極管串聯(lián)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(guān)二極管的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端耦合；以及 反饋單元，包括晶體三極管，其基極耦接至所述LED負載的回路，集電極耦接至所述PWM控制器的控制端。
2.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)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(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動電路，其中，所述PWM控制器和MOS管被集成在同一集成電路芯片中。
4.如權(quán)利要求3所述的LED驅(qū)動電路，其中，所述集成電路芯片采用普芯達電子有限公司生產(chǎn)的CW12L30或CW12L40芯片。
5.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動電路，其中，所述PWM控制器、MOS管和晶體三極管被集成在同一集成電路芯片中。
6.一種LED照明裝置，其特征在于，包括: LED負載；以及 LED驅(qū)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(guān)二極管、PWM控制器和MOS管，其中，所述電感器和開關(guān)二極管串聯(lián)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(guān)二極管的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端耦合；以及 反饋單元，包括晶體三極管，其基極耦接至所述LED負載的回路，集電極耦接至所述PWM控制器的控制端。
7.如權(quán)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(quán)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芯片中。
9.如權(quán)利要求8所述的LED照明裝置，其中，所述PWM控制器、MOS管和晶體三極管被集成在同一集成電路芯片中。
10.如權(quán)利要求6所述的LED照明裝置，其中，所述LED負載為一組串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的LED。
專利摘要本實用新型涉及半導體照明技術(shù)，特別涉及一種用于發(fā)光二極管光源的驅(qū)動電路和包含該驅(qū)動電路的照明裝置。按照本實用新型的實施例的LED驅(qū)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(guān)二極管、PWM控制器和MOS管，其中，所述電感器和開關(guān)二極管串聯(lián)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(guān)二極管的正極之間，柵極與所述PWM控制器的輸出端耦合；以及反饋單元，包括晶體三極管，其基極耦接至所述LED負載的回路，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(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者趙依軍, 李文雄 申請人:趙依軍, 李文雄