專利名稱：一種穩(wěn)定led輸出光通量的buck變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于LED電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種穩(wěn)定LED輸出光通量的BUCK變換器。
背景技術(shù)：
LED (Light Emitting Diode)是發(fā)光二極管，為一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。由于LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常小，非常輕，并且它的耗電量相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗(單管0. 03-0. 06瓦)，電光功率轉(zhuǎn)換接近100%。一般來說LED的工作電壓是2-3. 6V，工作電流是0. 02-0. 03A ；這就是說，它消耗的電能不超過0. 1W，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。LED為固體冷光源，燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢?使用壽命可達(dá)6萬到10萬小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。LED輸出的光通量是一個(gè)重要的參數(shù)，由于人眼對不同波長的電磁波具有不同的靈敏度，我們不能直接用光源的輻射功率或輻射通量來衡量光能量，必須采用以人眼對光的感覺量為基準(zhǔn)的單位來衡量，這個(gè)單位就叫光通量，并且在很多地方都需要保持LED輸出光通量的穩(wěn)定，比如應(yīng)用在儀器儀表中的LED以及通信設(shè)備中的LED等等。然而，LED的光通量與流過的電流以及溫度有關(guān)。當(dāng)流過LED的電流不變時(shí)，隨著環(huán)境溫度的變化，LED的輸出光通量也會(huì)發(fā)生變化。傳統(tǒng)的LED驅(qū)動(dòng)電路，只是保持流過LED 的電流或者電壓恒定不變；然而在溫度變化時(shí)，LED的輸出光通量也會(huì)改變，因而不能達(dá)到很好控制輸出光通量的目的。本發(fā)明電路可以通過光敏二極管所產(chǎn)生的反饋電壓來補(bǔ)償流過LED上的電流，從而達(dá)到輸出光通量穩(wěn)定的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對LED的輸出光通量隨著溫度的變化而改變的問題，提供了一種新型的BUCK型變換器，以解決溫度以及電源電壓對光通量帶來干擾的問題。本發(fā)明提供的BUCK變換器，采用光敏二極管電壓反饋方式，調(diào)節(jié)流過LED電流，達(dá)到輸出光通量穩(wěn)定的目的。該BUCK變換器電路包括BUCK電路、光敏傳感電路和PWM控制電路，其中
所述的BUCK電路，具有一個(gè)整流管、一個(gè)肖特基二極管和一個(gè)電感。整流管與PWM控制電路的輸出端相連，起到整流的作用；肖特基二極管起到續(xù)流的作用；電感用來儲(chǔ)存能量， 在續(xù)流時(shí)，起到能量轉(zhuǎn)換的作用。圖1是一個(gè)最基本的BUCK變換器的電路原理圖，其中MP 為整流管。如圖1所示，在整流管導(dǎo)通時(shí)，有電流流過電感L，使能量儲(chǔ)存在電感上，而當(dāng)整
流管截止時(shí)，電感上的能量釋放到LED上以維持電壓的輸出。通過反饋電路把b反饋到
PWM控制電路上和參考電壓做比較，從而控制整流管工作周期的大小，實(shí)現(xiàn)電壓變換的目的。所述的光敏傳感電路，由BURR-BROWN公司的0PT101芯片以及兩個(gè)分壓電阻組成。其中0PT101芯片起到感應(yīng)LED輸出光通量的變化并且將其轉(zhuǎn)換成電壓變化的作用，然后通過兩個(gè)電阻的分壓取出所需要的反饋電壓，并且將其傳給PWM控制模塊的一個(gè)輸入端。圖 2是0PT101芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，0PT101芯片內(nèi)部自帶一個(gè)運(yùn)算放大器，它的靈敏度還可以由外部所接的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述的PWM控制電路，包括一個(gè)差分輸入的運(yùn)算放大器、一個(gè)比較器以及兩個(gè)電阻。其中運(yùn)算放大器和比較器級(jí)聯(lián)，用以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，這個(gè)調(diào)制信號(hào)連接到兩個(gè)電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路上，用以控制BUCK電路中晶體管導(dǎo)通和關(guān)閉。本發(fā)明提出的BUCK變換器電路，其輸入端為光敏傳感電路傳來的反饋電壓
V fb，該反饋電壓Fj6與參考電壓Fre/ —起經(jīng)過差分運(yùn)算放大器的運(yùn)算，差分運(yùn)算
放大器的輸出給比較器，通過與固定三角波的比較，輸出PWM波形，從而控制晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉，達(dá)到穩(wěn)定LED輸出光通量的目的。與一般的方法相比，本電路結(jié)構(gòu)清晰簡單，并且直接通過光通量的變化來調(diào)節(jié)流過LED的電流，從而減少溫度和電源電壓的干擾。


圖1基本的BUCK變換器的電路原理示意圖。圖20PT101芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖3本發(fā)明的BUCK變換器的整體結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖3和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖3所示，一種適用于穩(wěn)定LED輸出光通量的BUCK變換器電路，包括BUCK電路、光敏傳感電路和PWM控制電路，其中所述的BUCK電路包括一個(gè)整流管MP、一個(gè)肖特基二極管D和一個(gè)電感L。所述的光敏傳感電路由0PT101芯片以及兩個(gè)分壓電阻R3與R4組成。所述的PWM控制電路包括一個(gè)差分輸入的運(yùn)算放大器、一個(gè)比較器以及兩個(gè)電阻 Rl 與 R2。運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接光敏傳感電路的反饋電壓7 ρ，正輸入端接參考電壓
Vr4 ；輸出端接比較器的負(fù)輸入端，比較器的正輸入端接固定三角波發(fā)生器。比較器產(chǎn)生
的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)接到驅(qū)動(dòng)電路的電阻Rl和電阻R2共用的端口上；電阻Rl另一端接電源，電阻R2的另一端接整流管MP，這樣PWM信號(hào)就可以控制整流管MP的開通與關(guān)閉。整流管MP的柵極接電阻R2，源極接電源電壓，漏極接電感L，并且也與肖特基二極管D的負(fù)極相連，肖特基二極管D的正極接地。電感L的另一端與LED相連，LED另一端接地。當(dāng)LED 發(fā)光時(shí)，0PT101芯片能夠接收到LED輸出的光通量，從而產(chǎn)生反饋電壓，這個(gè)電壓經(jīng)過電阻
R4與電阻R3的分壓得到廠ρ，再傳到運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端。其中，另有電阻R5與電
容C2并聯(lián)接0PT101芯片的4端口和5端口，起到調(diào)節(jié)0PT101芯片靈敏度的作用；0PT101 芯片的1端口接電源，3端口和8端口接地，5端口接電阻R4，電阻R4的另一端接電阻R3和運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，電阻R3的另一端接地。當(dāng)LED輸出的光通量變大時(shí)，光敏傳感電路反饋的電壓值變大，從而使運(yùn)
算放大器的輸出變小，這個(gè)輸出電壓與固定三角波比較后使得比較器輸出的PWM占空比變大，導(dǎo)致整流管的關(guān)斷時(shí)間變長，從而使LED輸出的光通量變小，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。當(dāng)LED輸出的光通量變小時(shí)，光敏傳感電路反饋的電壓值。< 變小，從而使運(yùn)
算放大器的輸出變大，這個(gè)輸出電壓與固定三角波比較后使得比較器輸出的PWM占空比變小，導(dǎo)致整流管的關(guān)斷時(shí)間變短，從而使LED輸出的光通量變大，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。通過上面描述可以知道，本發(fā)明電路完全可以使LED輸出的光通量穩(wěn)定，并且可以減少溫度和電源電壓變化的影響。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定LED輸出光通量的BUCK變換器，包括BUCK電路、光敏傳感電路和PWM控制電路，其特征在于所述的BUCK電路中具有一個(gè)整流管管、一個(gè)肖特基二極管和一個(gè)電感，其中整流管與 PWM控制電路的輸出端相連，起到整流的作用；肖特基二極管起到續(xù)流的作用；電感用來儲(chǔ)存能量，在續(xù)流時(shí)，起到能量轉(zhuǎn)換的作用；所述的光敏傳感電路由0PT101芯片以及兩個(gè)分壓電阻組成；其中0PT101芯片用于感應(yīng)LED輸出光通量的變化并且將其轉(zhuǎn)換成電壓變化，然后通過兩個(gè)電阻的分壓取出所需要的反饋電壓，并且將其傳給PWM控制模塊的一個(gè)輸入端；所述的PWM控制電路包括一個(gè)差分輸入的運(yùn)算放大器、一個(gè)比較器以及兩個(gè)電阻；其中運(yùn)算放大器和比較器級(jí)聯(lián)，用以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，這個(gè)調(diào)制信號(hào)連接到兩個(gè)電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路上，用以控制BUCK電路中整流管導(dǎo)通和關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定LED輸出光通量的BUCK變換器，其特征在于所述的 BUCK電路包括一個(gè)整流管MP、一個(gè)肖特基二極管D和一個(gè)電感L，所述的光敏傳感電路由 0PT101芯片以及兩個(gè)分壓電阻R3與R4組成，所述的PWM控制電路包括一個(gè)差分輸入的運(yùn)算放大器、一個(gè)比較器以及兩個(gè)電阻Rl與R2 ；其中所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接光敏傳感電路的反饋電壓Z /&，正輸入端接參考電壓^ref ；輸出端接比較器的負(fù)輸入端；所述比較器的正輸入端接固定三角波發(fā)生器，比較器產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)接到驅(qū)動(dòng)電路的電阻Rl和電阻R2共用的端口上；電阻Rl另一端接電源，電阻R2的另一端接整流管MP ；整流管MP的柵極接電阻R2，源極接電源電壓，漏極接電感L，并且也與肖特基二極管D 的負(fù)極相連，肖特基二極管D的正極接地；電感L的另一端與LED相連，LED另一端接地；當(dāng) LED發(fā)光時(shí)，0PT101芯片接收到LED輸出的光通量，從而產(chǎn)生反饋電壓，這個(gè)電壓經(jīng)過電阻R4與電阻R3的分壓得到7 fb，再傳到運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；另有電阻R5與電容C2并聯(lián)接于0PT101芯片的4端口和5端口 ；0PT101芯片的1端口接電源，3端口和8端口接地，5端口接電阻R4，電阻R4的另一端接電阻R3和運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，電阻R3的另一端接地。
全文摘要
本發(fā)明屬于LED電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種穩(wěn)定LED輸出光通量的BUCK變換器。該變換器電路由帶有內(nèi)部放大器的光敏二極管、運(yùn)算放大器、比較器和外部電感等組成。由于光敏二極管的阻值根據(jù)接收到的LED光通量的變化而變化，從而得到一個(gè)反饋電壓，然后利用BUCK變換電路，可以改變輸入給LED的電流值，進(jìn)而調(diào)整LED輸出光通量的大小，達(dá)到穩(wěn)定輸出光通量的目的。與一般的驅(qū)動(dòng)電路相比，本發(fā)明受溫度和電源電壓干擾很小，使LED輸出的光通量基本穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102158083SQ20111010175
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者任俊彥, 葉凡, 李凱, 李慕媛, 陳昊 申請人:復(fù)旦大學(xué)