專利名稱：開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光控制。更具體地 說，本發(fā)明涉及一種用于開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方 法。
背景技術(shù)：
高亮度發(fā)光二極管調(diào)光控制有兩種控制方案。即，模擬調(diào)光和脈寬調(diào)制調(diào)光。模 擬調(diào)光相對容易實現(xiàn)，但調(diào)光范圍窄并帶光的色溫變化。脈寬調(diào)制調(diào)光能實現(xiàn)寬調(diào)光范圍 而又比較少光的色溫變化。在大多數(shù)高性能應(yīng)用中，如LCD TV LED背光，LED投影儀，脈寬 調(diào)制調(diào)光是主要調(diào)光控制方案。高亮度發(fā)光二極管的線性電流源驅(qū)動器是非常容易實現(xiàn)脈寬調(diào)制調(diào)光的，如它可 以在400赫茲調(diào)制頻率下輸出占空比小于1 %，但其驅(qū)動效率比較低。當(dāng)所需的高亮度發(fā)光 二極管的電流高時，這線性電流源驅(qū)動器的功耗也高。這產(chǎn)生了相當(dāng)大的散熱問題。由于開關(guān)的導(dǎo)通關(guān)斷，開關(guān)型直流-直流變換器可以得到相當(dāng)高的效率，這使得 散熱問題容易解決。在開關(guān)型直流-直流變換器中，有儲能元件。它與開關(guān)組合將輸入能 量有控制地傳輸?shù)捷敵?。正是這儲能元件它使得開關(guān)型直流_直流變換器系統(tǒng)的響應(yīng)速度 要比線性電流源驅(qū)動器慢。用開關(guān)型直流-直流變換器實現(xiàn)高亮度發(fā)光二極管的脈寬調(diào)制 調(diào)光是一熱門課題。在已有的方案中，典型的是在降壓式開關(guān)變換器的輸出負(fù)載上并接一短路開關(guān)， 降壓式開關(guān)變換器以平均電流模式控制如圖1所示。正是這短路開關(guān)使得這電感電流可控 制地流過高亮度發(fā)光二極管或這短路開關(guān)。這樣只要這電感電流沒變化，它可在高亮度發(fā) 光二極管負(fù)載中產(chǎn)生很好的脈寬調(diào)制調(diào)光電流，也就是，這負(fù)載高亮度發(fā)光二極管能得到 低占空比的電流方波。在實際應(yīng)用中，當(dāng)這負(fù)載電壓增加，如200V在LCD TV背光應(yīng)用中， 這低占空比的電流方波有相當(dāng)?shù)氖д妗?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以降壓式開關(guān)變換器為基礎(chǔ)產(chǎn)生窄脈寬電流脈沖序列。使用本發(fā) 明可產(chǎn)生用于高亮度發(fā)光二極管高性能調(diào)光應(yīng)用的非常寬占空比變化范圍的脈寬調(diào)制電 流脈沖序列。本發(fā)明提出一種復(fù)合功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它由開關(guān)降壓電流調(diào)節(jié)器和有源鉗位變換器 組成。有源鉗位變換器用于吸收能量并將其回收到輸入電源或其他吸收電壓電源。本發(fā)明的開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方法，其由 轉(zhuǎn)換開關(guān)，開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器，高亮度發(fā)光二極管負(fù)載和有源鉗位電路構(gòu)成；所述轉(zhuǎn)換 開關(guān)是用于轉(zhuǎn)換開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器的輸出電流從高亮度發(fā)光二極管負(fù)載到有源鉗位 電路或從有源鉗位電路到高亮度發(fā)光二極管負(fù)載；所述開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器由降壓開關(guān)SA,續(xù)流二極管DA，降壓電感L構(gòu)成；所述有源鉗位電路是由開關(guān)Sl和S2，吸收開關(guān)變壓器 漏感能量的電容Ce，輸出二極管D3和D4或全波整流橋和開關(guān)變壓器T構(gòu)成；開關(guān)變壓器 T的兩個原邊繞組分別與開關(guān)Sl或S2串連；開關(guān)變壓器T的兩個原邊繞組分別與開關(guān)Sl 或S2串連所形成的支路并聯(lián)并分別作為有源鉗位電路的輸入端；用于吸收開關(guān)變壓器漏 感能量的Cc電容分別與開關(guān)Sl或S2串連；開關(guān)變壓器的兩個付邊繞組或一個付邊繞組與 輸出二極管D3和D4或全波整流橋構(gòu)成全波整流電路；全波整流電路的輸出是輸入電壓源 Vin或其他吸收電壓電源。開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器是由平均電流型或準(zhǔn)平均電流型或其他控制方法控制使得其輸出電流恒定。有源鉗位電路中開關(guān)Sl和S2交互導(dǎo)通，即Sl導(dǎo)通，S2截止；S2導(dǎo)通，Sl截止；這 樣有源鉗位電路的輸入電流可以從開關(guān)變壓器的兩個原邊繞組相位相反地分別流入，開關(guān) 變壓器的付邊經(jīng)輸出二極管D3和D4交互導(dǎo)通或經(jīng)全波整流橋，以固定比例輸出到輸入電 壓源Vin或其他吸收電壓電源。以上所述開關(guān)Sl和S2為自激驅(qū)動或它激驅(qū)動。以上所述Sl和S2的電壓應(yīng)力是由輸入電壓Vin或其他吸收電壓電源和開關(guān)變壓 器原付邊匝比決定的。以上所述Sl和S2的電流應(yīng)力是由有源鉗位電路的輸入電流Io決定的。與有源鉗位電路相串聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)可以省略。本發(fā)明的優(yōu)點之一是開關(guān)降壓電流調(diào)節(jié)器使得系統(tǒng)能高效地產(chǎn)生輸出電流，正是 這有源鉗位變換器能將不流過高亮度發(fā)光二極管的那部分電感電流完全回收到輸入電源。本發(fā)明的優(yōu)點之二是開關(guān)降壓電流調(diào)節(jié)器的電感工作條件可以保持不變，這樣電 感電流可以恒定。這恒定的電感電流在高亮度發(fā)光二極管負(fù)載和有源鉗位變換器之一交替 流過可使得高亮度發(fā)光二極管負(fù)載的輸入脈沖電流非常接近方波。本發(fā)明的優(yōu)點之三是由于開關(guān)降壓電流調(diào)節(jié)器的電感工作條件保持不變和電感 電流恒定，這可使得所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制音頻噪音比較低。


圖1是現(xiàn)有高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制技術(shù)的調(diào)光方案。圖2是本發(fā)明的原理圖。圖3是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光 方案具體實例電路圖。圖4是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光 方案具體第二實例電路圖。圖5是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光 方案具體第三實例電路圖。圖6是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光 方案具體第四實例電路圖，降壓開關(guān)SA以共地驅(qū)動方式來驅(qū)動。圖7是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光 方案具體第五實例電路圖，降壓開關(guān)SA以共地驅(qū)動方式來驅(qū)動。
圖8是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光 方案具體第六實例電路圖，降壓開關(guān)SA以共地驅(qū)動方式來驅(qū)動。圖9是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光 方案具體第七實例電路圖，兩高亮度發(fā)光二極管串分別脈寬調(diào)制調(diào)光。圖10是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流_直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào) 光方案具體第八實例電路圖，兩高亮度發(fā)光二極管串分別脈寬調(diào)制調(diào)光。圖11是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流_直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào) 光方案具體第九實例電路圖，兩高亮度發(fā)光二極管串分別脈寬調(diào)制調(diào)光。圖12是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流_直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào) 光方案具體第十實例電路圖，兩高亮度發(fā)光二極管串分別脈寬調(diào)制調(diào)光及降壓開關(guān)SA以 共地驅(qū)動方式來驅(qū)動。圖13是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流_直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào) 光方案具體第十一實例電路圖，兩高亮度發(fā)光二極管串分別脈寬調(diào)制調(diào)光及降壓開關(guān)SA 以共地驅(qū)動方式來驅(qū)動。圖14是本發(fā)明的用于開關(guān)型直流_直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào) 光方案具體第十二實例電路圖，兩高亮度發(fā)光二極管串分別脈寬調(diào)制調(diào)光及降壓開關(guān)SA 以共地驅(qū)動方式來驅(qū)動。
具體實施例方式對降壓式開關(guān)變換器而言，為了產(chǎn)生完整的方波電流脈沖，這需要一開關(guān)SK控制 這電感電流是通過還是不通過高亮度發(fā)光二極管串。圖1所示一已有的方案。該方案不能 保證當(dāng)開關(guān)SK開通和關(guān)斷時電感工作條件保持不變，電感電流恒定。電感電流的變化程度 取決于高亮度發(fā)光二極管串的輸出電壓Vo與輸入電壓Vin之比。盡管降壓式開關(guān)變換器 以平均電流模式控制，這電壓比例越高這電感電流變化越大。對高亮度發(fā)光二極管串的高輸出電壓應(yīng)用，圖1的方案是難以滿足要求的。如果 有一個如圖2所示的等效的電壓源Vrfl，它是接近高亮度發(fā)光二極管串的輸出電壓No，當(dāng) 開關(guān)SK開通和關(guān)斷時電感工作條件可以很少變化，因此電感電流基本恒定。正是這基本恒 定的電感電流才使得產(chǎn)生用于高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光的完整方波電流脈沖成為 可能。在圖2中這等效的電壓源Vrfl是一個沉源，當(dāng)開關(guān)SK開通時，用于吸收電感的儲能。 在實際應(yīng)用中，這等效的電壓源應(yīng)該有能力回收這吸收的電感儲能并反饋到輸入電源。圖3給出本發(fā)明具體電路圖。這等效的電壓源Vrfl是由開關(guān)Sl和S2，開關(guān)變壓 器T，二極管D3和D4，吸收開關(guān)變壓器漏感能量的電容Cc和輸入電源Vin構(gòu)成。在這等 效的電壓源Vrfl中，開關(guān)Sl和S2以50%占空比交替導(dǎo)通。正是開關(guān)Sl和S2導(dǎo)通關(guān)斷， 當(dāng)開關(guān)SK關(guān)斷時，使得這輸入電感電流經(jīng)開關(guān)變壓器，二極管D3和D4回收到輸入電壓源 Vin0從輸入電壓源反射過來的電壓是Vrfl。Vrfl = VinXNs/Np。通過變壓器的匝比選擇 很容易使得Vrfl接近這高亮度發(fā)光二極管串的輸出電壓Vo。在這等效的電壓源Vrfl中， Sl和S2的電壓應(yīng)力是2XVrf 1，其電流應(yīng)力是電感電流。在這電路中，開關(guān)SK與高亮度發(fā)光二極管串聯(lián)。如果Vrf 1是高于這高亮度發(fā)光二極管的輸出電壓Vo，當(dāng)開關(guān)SK導(dǎo)通時，電感電流通過SK和高亮度發(fā)光二極管。當(dāng)開關(guān)SK關(guān)斷時，電感電流轉(zhuǎn)道過通過等效的電壓源Vrfl并被吸收和反饋到輸入電源Vin。圖4給出本發(fā)明另一具體電路圖，開關(guān)SK與等效的電壓源Vrfl串聯(lián)。如果Vrfl 是低于這高亮度發(fā)光二極管的輸出電壓Vo，當(dāng)開關(guān)SK關(guān)斷時，電感電流通過高亮度發(fā)光二極管。當(dāng)開關(guān)SK導(dǎo)通時，電感電流轉(zhuǎn)道通過等效的電壓源Vrfl并被吸收和反饋到輸入電 源 Vin。
在圖5中，有兩個開關(guān)SK和SKl分別與高亮度發(fā)光二極管和等效的電壓源Vrfl 相串聯(lián)。開關(guān)SK和SKl交替導(dǎo)通關(guān)斷產(chǎn)生高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光的方波電流脈 沖。選擇Vrfl接近高亮度發(fā)光二極管的輸出電壓Vo以保證電感工作條件可以很少變化， 因此電感電流基本恒定。由于開關(guān)變壓器的隔離作用，降壓開關(guān)SA可以以低成本共地驅(qū)動方式來驅(qū)動，如 圖6、圖7和圖8所示。本發(fā)明方案可用于多高亮度發(fā)光二極管串脈寬調(diào)制調(diào)光應(yīng)用。圖9，10，11，12，13 和14示范兩高亮度發(fā)光二極管串的脈寬調(diào)制調(diào)光應(yīng)用。在這類應(yīng)用中，一個電流源可以驅(qū)動多高亮度發(fā)光二極管串并且各高亮度發(fā)光二 極管可以相互獨立脈寬調(diào)制調(diào)光。在等效的電壓源Vrfl中，開關(guān)Sl和S2只需以50%占空 比驅(qū)動脈沖。這種脈寬調(diào)制調(diào)光方案是非常簡單，可靠，低成本和高效率。在圖4、5、7、8、9、11、12、14中轉(zhuǎn)換開關(guān)SK或SKl或SK2與有源鉗位電路相串聯(lián)。 由于有源鉗位電路中的開關(guān)Sl和S2的等效開關(guān)作用，這轉(zhuǎn)換開關(guān)SK或SKl或SK2可以省 略以進一步降低系統(tǒng)成本。
權(quán)利要求
開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方法，其特征在于由轉(zhuǎn)換開關(guān)，開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器，高亮度發(fā)光二極管負(fù)載和有源鉗位電路構(gòu)成；所述轉(zhuǎn)換開關(guān)是用于轉(zhuǎn)換開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器的輸出電流從高亮度發(fā)光二極管負(fù)載到有源鉗位電路或從有源鉗位電路到高亮度發(fā)光二極管負(fù)載；所述開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器由降壓開關(guān)SA，續(xù)流二極管DA，降壓電感L構(gòu)成；所述有源鉗位電路是由開關(guān)S1和S2，吸收開關(guān)變壓器漏感能量的電容Cc，輸出二極管D3和D4或全波整流橋和開關(guān)變壓器T構(gòu)成；開關(guān)變壓器T的兩個原邊繞組分別與開關(guān)S1或S2串連；開關(guān)變壓器T的兩個原邊繞組分別與開關(guān)S1或S2串連所形成的支路并聯(lián)并分別作為有源鉗位電路的輸入端；用于吸收開關(guān)變壓器漏感能量的Cc電容分別與開關(guān)S1或S2串連；開關(guān)變壓器的兩個付邊繞組或一個付邊繞組與輸出二極管D3和D4或全波整流橋構(gòu)成全波整流電路；全波整流電路的輸出是輸入電壓源Vin或其他吸收電壓電源。
2.如權(quán)利要求1所述開關(guān)型直流_直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方 法，其特征在于開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器是由平均電流型或準(zhǔn)平均電流型或其他控制方法 控制使得其輸出電流恒定。
3.如權(quán)利要求1所述開關(guān)型直流_直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方 法，其特征在于有源鉗位電路中開關(guān)Sl和S2交互導(dǎo)通，即Sl導(dǎo)通，S2截止；S2導(dǎo)通，Sl 截止；這樣有源鉗位電路的輸入電流可以從開關(guān)變壓器的兩個原邊繞組相位相反地分別流 入，開關(guān)變壓器的付邊經(jīng)輸出二極管D3和D4交互導(dǎo)通或經(jīng)全波整流橋，以固定比例輸出到 輸入電壓源Vin或其他吸收電壓電源。
4.如權(quán)利要求3所述開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方 法，其特征在于開關(guān)Sl和S2為自激驅(qū)動或它激驅(qū)動。
5.如權(quán)利要求3所述開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方 法，其特征在于S1和S2的電壓應(yīng)力是由輸入電壓Vin或其他吸收電壓電源和開關(guān)變壓器 原付邊匝比決定的。
6.如權(quán)利要求3所述開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方 法，其特征在于S1和S2的電流應(yīng)力是由有源鉗位電路的輸入電流Io決定的。
7.如權(quán)利要求1所述開關(guān)型直流_直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方 法，其特征在于將與有源鉗位電路相串聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)省略。
全文摘要
開關(guān)型直流-直流變換器的高亮度發(fā)光二極管脈寬調(diào)制調(diào)光方法，由轉(zhuǎn)換開關(guān)，開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器，高亮度發(fā)光二極管負(fù)載和有源鉗位電路構(gòu)成；轉(zhuǎn)換開關(guān)用于轉(zhuǎn)換開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器的輸出電流從高亮度發(fā)光二極管負(fù)載到有源鉗位電路或從有源鉗位電路到高亮度發(fā)光二極管負(fù)載；開關(guān)型降壓電流調(diào)節(jié)器由降壓開關(guān)SA，續(xù)流二極管DA，降壓電感L構(gòu)成；有源鉗位電路是由開關(guān)S1和S2，吸收開關(guān)變壓器漏感能量的電容Cc，輸出二極管D3和D4和開關(guān)變壓器構(gòu)成。使用本發(fā)明可產(chǎn)生用于高亮度發(fā)光二極管高性能調(diào)光應(yīng)用的非常寬占空比變化范圍的脈寬調(diào)制電流脈沖序列。
文檔編號H05B37/02GK101808448SQ20101011622
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者翁大豐, 魏其萃 申請人:魏其萃