專利名稱：一種led脈沖驅(qū)動電路及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖驅(qū)動電路技術(shù)，特別涉及一種LED脈沖驅(qū)動電路及其驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管),是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，LED具有節(jié)能、環(huán)保、體積小和使用壽命長等優(yōu)點，是目前最理想的代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明光源的光源，有著廣泛的用途；而驅(qū)動電路是保證LED使用壽命長及其它性能的一個很關(guān)鍵的因素，目前，雖然LED達(dá)到50000小時或更長的壽命，但是現(xiàn)有的恒流LED驅(qū)動電路壽命卻很短，難以超過10000小時，與LED的使用壽命相差甚遠(yuǎn)，造成LED驅(qū)動電路使用壽命與LED的使用壽命不相匹配的主要原因是其中必不可少的作為儲能、穩(wěn)壓元件的電解電容在額定工作條件下壽命一般只有5000 10000小時，從而直接導(dǎo)致LED的實際使用壽命遠(yuǎn)低于預(yù)期壽命，而由于成本因素，其它電容也無法替代電解電容，另外，恒流驅(qū)動電路的輸出功率越大,所需電解電容容量也越大,造成驅(qū)動電路體積大、成本聞；為提聞LED的使用壽命、減小驅(qū)動電路體積和降低成本，必須突破現(xiàn)有技術(shù)，研發(fā)制造出無電解電容的LED驅(qū)動電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種LED脈沖驅(qū)動電路，該電路不需電解電容儲能，使用壽命長，成本低，具有體積小、輸出功率高的優(yōu)點。本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種LED脈沖驅(qū)動電路的驅(qū)動方法，該方法使電流脈沖頻率隨市電電壓的瞬時絕對值變化，相對于固定開關(guān)頻率產(chǎn)生的干擾度低。本發(fā)明的首要目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種LED脈沖驅(qū)動電路，包括整流橋，所述整流橋具有輸入端和輸出端，所述輸出端具有正極和負(fù)極，所述LED脈沖驅(qū)動電路還包括控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路、電感、開關(guān)管、LED模塊、第一電阻、第二電阻和第三電阻;電感的一端和第一電阻的一端均與整流橋輸出端的正極相連接，整流橋輸出端的負(fù)極接參考地，整流橋的輸入端接220伏單相交流市電，開關(guān)管的漏極和LED模塊的陽極均與電感的另一端相連接，LED模塊的陰極和開關(guān)管的源極均與第三電阻的一端連接，第三電阻的另一端接參考地，第一電阻的另一端與第二電阻的一端相連接，第二電阻的另一端接參考地。所述LED模塊的正向?qū)妷嚎梢愿哂谳斎胧须婋妷悍怠Ｋ隹刂齐娐钒ǖ谒碾娮?、第五電阻、電壓比較器、第六電阻，第五電阻的一端與LED模塊的陰極相連接，第五電阻的另一端與電壓比較器的反相輸入端相連接；第一電阻和第二電阻均與第四電阻的一端相連接，第四電阻的另一端連接電壓比較器同相輸入端；第六電阻的一端與開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出相連接，第六電阻的另一端與電壓比較器的同相輸入端相連接。
所述開關(guān)管驅(qū)動電路用于驅(qū)動開關(guān)管，包括第七電阻、第一三極管和第二三極管，所述第一三極管為NPN型，第二三極管為PNP型，第七電阻的一端接電壓源VCC，第七電阻的另一端、第一三極管的基極和第二三極管的基極均與電壓比較器的輸出端相連接，第一三極管的集電極連接電壓源VCC，第一三極管的發(fā)射極與第二三極管的發(fā)射極相連，此連接是開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出，與開關(guān)管的輸入即開關(guān)管的柵極相連，第二三極管的集電極接參考地。本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種LED脈沖驅(qū)動電路的驅(qū)動方法，包括如下步驟步驟1、開關(guān)管7導(dǎo)通，電感4、開關(guān)管7和第三電阻6所形成的回路中的電流上升;步驟2、第一電阻2和第二電阻3對整流橋I輸出的電壓進(jìn)行分壓，所述第二電阻3兩端的電壓為基本參考電壓；第二電阻3、第四電阻9和第六電阻12對開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出電壓進(jìn)行分壓，在第四電阻9上得到滯回電壓，基本參考電壓與滯回電壓之和構(gòu)成參考電壓，也就是電壓比較器10同相端電壓；第三電阻6兩端的電壓為采樣電壓，此電壓通過第五電阻8引到電壓比較器反相輸入端，當(dāng)采樣電壓高于參考電壓時，電壓比較器10輸出低電平，使開關(guān)管驅(qū)動電路關(guān)斷開關(guān)管7，從而使得電感4的電流只能經(jīng)LED模塊5流過，即點亮LED模塊5，由于LED模塊5的導(dǎo)通電壓高于市電輸入電壓，故此電流由電感4釋放能量來維持并持續(xù)下降；步驟3、當(dāng)采樣電壓低于參考電壓時，電壓比較器10輸出高電平，使開關(guān)管驅(qū)動電路開通開關(guān)管7，電感4的電流改由開關(guān)管7通過，LED模塊5因此被短路而熄滅，此時輸入的市電電壓幾乎完全加到電感4上，從而使得電感4的電流持續(xù)增加；步驟4、重復(fù)執(zhí)行步驟I至步驟3，以得到流經(jīng)LED模塊(5)的電流，所述得到的流經(jīng)LED模塊(5)的電流為脈沖波，所述脈沖波的包絡(luò)為正弦波經(jīng)全波整流所得的波形。所述步驟1、步驟2和步驟3中，第一三極管13和第二三極管14組成的驅(qū)動電路對電壓比較器10輸出的控制信號進(jìn)行功率放大后，送到開關(guān)管7的柵極，控制開關(guān)管7的導(dǎo)通與關(guān)斷。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果1、使用壽命長，并延長了 LED的使用壽命；本發(fā)明在電路設(shè)計過程中沒有采用電解電容來設(shè)計電路，而是采用脈沖電流替代恒定電流來驅(qū)動LED，使LED驅(qū)動電路的壽命不受電解電容使用壽命的限制，不僅延長了驅(qū)動電路的使用壽命，也延長了 LED的使用壽命。2、脈沖驅(qū)動電路體積小，成本低，輸出功率高；本發(fā)明電路不需要電解電容，因此降低了成本；本發(fā)明在220伏單相交流市電輸入下，輸入電流為正弦波，相對恒流驅(qū)動電路輸出功率受電解電容容量的限制而言，脈沖驅(qū)動電路體積小、輸出功率高。3、相對于固定開關(guān)頻率產(chǎn)生的干擾度低；本發(fā)明采用不固定的開關(guān)頻率驅(qū)動開關(guān)管，開關(guān)頻率隨輸入市電電壓的瞬時絕對值變化，所以相對于固定開關(guān)頻率產(chǎn)生的干擾強度要低。


圖1是LED脈沖驅(qū)動電路的電路原理圖。
圖2是驅(qū)動LED脈沖驅(qū)動電路的驅(qū)動方法的控制流程框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例如圖1所示，一種LED脈沖驅(qū)動電路，包括整流橋I，所述整流橋I具有輸入端和輸出端，所述輸出端具有正極和負(fù)極，所述LED脈沖驅(qū)動電路還包括控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路、電感4、開關(guān)管7、LED模塊5、第一電阻2、第二電阻3和第三電阻6 ；電感4的一端和第一電阻2的一端均與整流橋I輸出端的正極相連接，整流橋I輸出端的負(fù)極接參考地，整流橋I的輸入端接220伏單相交流市電，開關(guān)管7的漏極和LED模塊5的陽極均與電感4的另一端相連接，LED模塊5的陰極和開關(guān)管7的源極均與第三電阻6的一端連接，第三電阻6的另一端接參考地，第一電阻2的另一端與第二電阻3的一端相連接，第二電阻3的另一端接參考地。所述LED模塊5的正向?qū)妷焊哂谳斎胧须婋妷悍?。所述控制電路包括第四電?、第五電阻8、電壓比較器10、第六電阻12，第五電阻8的一端與LED模塊5的陰極相連接,第五電阻8的另一端與電壓比較器10的反相輸入端相連接；第一電阻2和第二電阻3均與第四電阻9的一端相連接，第四電阻9的另一端連接電壓比較器10同相輸入端；第六電阻12的一端與開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出相連接，第六電阻12的另一端與電壓比較器10的同相輸入端相連接。所述開關(guān)管驅(qū)動電路用于驅(qū)動開關(guān)管7，包括第七電阻11、第一三極管13和第二三極管14，第七電阻11的一端接電壓源VCC，第七電阻11的另一端、第一三極管13的基極和第二三極管14的基極均與電壓比較器10的輸出端相連接，第一三極管13的集電極連接電壓源VCC，第一三極管13的發(fā)射極與第二三極管14的發(fā)射極相連，此連接是開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出，與開關(guān)管7的輸入即開關(guān)管7的柵極相連，第二三極管14的集電極接參考地。如圖2和圖1所示，一種驅(qū)動LED脈沖驅(qū)動電路的驅(qū)動方法，包括如下步驟步驟1、開關(guān)管7導(dǎo)通，電感4、開關(guān)管7和第三電阻6所形成的回路中的電流上升;步驟2、第一電阻2和第二電阻3對整流橋I輸出的電壓進(jìn)行分壓，所述第二電阻3兩端的電壓設(shè)為基本參考電壓；第二電阻3、第四電阻9和第六電阻12對開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出電壓進(jìn)行分壓，在第四電阻9上得到滯回電壓，基本參考電壓與滯回電壓之和構(gòu)成參考電壓，也就是電壓比較器10同相端電壓；第三電阻6兩端的電壓為采樣電壓，此電壓通過第五電阻8引到電壓比較器反相輸入端，當(dāng)采樣電壓高于參考電壓時，電壓比較器10輸出低電平，使開關(guān)管驅(qū)動電路關(guān)斷開關(guān)管7，從而使得電感4的電流只能經(jīng)LED模塊5流過，即點亮LED模塊5，由于LED模塊5的導(dǎo)通電壓高于市電輸入電壓，故此電流由電感4釋放能量來維持并持續(xù)下降；步驟3、當(dāng)采樣電壓低于參考電壓時，電壓比較器10輸出高電平，使開關(guān)管驅(qū)動電路開通開關(guān)管7，電感4的電流改由開關(guān)管7通過，LED模塊5因此被短路而熄滅，此時輸入的市電電壓幾乎完全加到電感4上，從而使得電感4的電流持續(xù)增加；步驟4、重復(fù)執(zhí)行步驟I至步驟3，以得到流經(jīng)LED模塊(5)的電流，所述得到的流經(jīng)LED模塊(5)的電流為脈沖波，所述脈沖波的包絡(luò)為正弦波經(jīng)全波整流所得的波形。所述步驟1、步驟2和步驟3中，第一三極管13和第二三極管14組成的驅(qū)動電路對電壓比較器10輸出的控制信號進(jìn)行功率放大后，送到開關(guān)管7的柵極，控制開關(guān)管7的導(dǎo)通與關(guān)斷。所述驅(qū)動LED脈沖驅(qū)動電路的驅(qū)動方法的具體控制過程如下第一電阻和第二電阻對整流橋輸出的電壓進(jìn)行分壓，將由此得到的第二電阻上的電壓作為基本參考電壓，因此基本參考電壓波形與整流橋輸出的電壓波形一致，即為正弦波經(jīng)全波整流所得的波形，第二電阻、第四電阻和第六電阻對開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出電壓進(jìn)行分壓，將由此得到的第四電阻上的電壓稱為滯回電壓，除了基本參考電壓處于零電壓附近以外，滯回電壓遠(yuǎn)小于基本參考電壓，將所述基本參考電壓與滯回電壓之和，也就是電壓比較器同相端電壓作為參考電壓；將第三電阻兩端的電壓作為采樣電壓，并通過第五電阻傳送到電壓比較器反相輸入端，當(dāng)采樣電壓高于參考電壓時，電壓比較器輸出低電平，使得開關(guān)管驅(qū)動電路關(guān)斷開關(guān)管，從而使得電感上的電流只能經(jīng)LED模塊流過，即點亮LED模塊，由于LED模塊的導(dǎo)通電壓高于市電輸入電壓，故需電感釋放能量來維持LED模塊的導(dǎo)通，導(dǎo)通期間電流持續(xù)下降，使得第三電阻上的采樣電壓也持續(xù)下降，當(dāng)采樣電壓低于參考電壓時，電壓比較器輸出高電平，使開關(guān)管驅(qū)動電路開通開關(guān)管，電感的電流改由開關(guān)管通過，LED模塊因此被短路而熄滅，此時輸入的市電電壓幾乎完全加到電感上，從而使得流經(jīng)電感的電流持續(xù)上升；由于滯回電壓遠(yuǎn)小于基本參考電壓，因此采樣電壓近似等于基本參考電壓，即采樣電壓波形也是正弦波經(jīng)全波整流所得的波形，而采樣電壓是開關(guān)管和LED模塊輪流導(dǎo)通的電流在第三電阻上形成的，因此通過開關(guān)管和LED模塊的電流為脈沖電流，其包絡(luò)為正弦波經(jīng)全波整流所得的波形。滯回電壓的作用是使開關(guān)管開通和關(guān)斷時的參考電壓不相等，使得開關(guān)管開、關(guān)間隔一定的時間，避免開、關(guān)頻率過高導(dǎo)致開關(guān)管過熱而損壞，滯回電壓的具體作用過程如下開關(guān)管驅(qū)動電路輸出高電平使開關(guān)管導(dǎo)通，同時也使滯回電壓升高，使得參考電壓跟著升高，反之，開關(guān)管驅(qū)動電路輸出低電平使開關(guān)管關(guān)斷，同時也使滯回電壓降低，使得參考電壓跟著降低，因此開關(guān)管開通后的參考電壓高于其關(guān)斷后的參考電壓，使得電感上的電流在開關(guān)管開始關(guān)斷時刻高于開關(guān)管開始導(dǎo)通時刻，開關(guān)管開通與關(guān)斷之間滯回電壓的差別越大，流經(jīng)電感的電流差別也越大，而電感電流的變化需要時間，因此開關(guān)管從開通到關(guān)斷或從關(guān)斷到開通的時間間隔越長，反之越短，也就是滯回電壓差別越大，開關(guān)管的開關(guān)頻率越低，反之開關(guān)頻率越聞；另外，開關(guān)管的開關(guān)頻率也與施加到電感上的電壓有關(guān)，電感上的電壓越大，則電流上升越快，使采樣電壓接近并高于參考電壓的速度越快，因此開關(guān)管從開通到關(guān)斷的時間越短，使得開關(guān)管開關(guān)頻率越高，反之開關(guān)頻率越低，而施加到電感上的電壓為交流市電經(jīng)整流橋的輸出，因此開關(guān)管的開關(guān)頻率，也是流過LED模塊的脈沖電流頻率，隨交流市電電壓的瞬時絕對值變化，相對于固定開關(guān)頻率，頻率變化的脈沖電流產(chǎn)生的電磁干擾強度小。電壓比較器輸出的高電平或低電平信號經(jīng)由第七電阻、第一三極管和第二三極管組成的驅(qū)動電路功率放大后，送到開關(guān)管的柵極，控制開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)斷。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LED脈沖驅(qū)動電路，包括整流橋(I)和LED模塊(5)，所述整流橋(I)具有輸入端和輸出端，所述輸出端具有正極和負(fù)極，其特征在于，還包括控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路、電感(4)、開關(guān)管(7)、第一電阻(2)、第二電阻(3)和第三電阻(6);電感(4)的一端和第一電阻(2)的一端均與整流橋(I)輸出端的正極相連接，整流橋(I)輸出端的負(fù)極接參考地，開關(guān)管(7)的集電極和LED模塊(5)的陽極均與電感(4)的另一端相連接，LED模塊(5)的陰極和開關(guān)管(7)的源極均與第三電阻(6)的一端連接，第三電阻(6)的另一端接參考地，第一電阻(2)的另一端與第二電阻(3)的一端相連接，第二電阻(3)的另一端接參考地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動電路，其特征在于，所述控制電路包括第四電阻(9)、第五電阻(8)、電壓比較器(10)和第六電阻(12)，第五電阻(8)的一端與LED模塊(5)的陰極相連接，第五電阻(8)的另一端與電壓比較器(10)的反相輸入端相連接；第一電阻(2)和第二電阻(3)均與第四電阻(9)的一端相連接，第六電阻(12)的一端與開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端相連接，第六電阻(12)的另一端與電壓比較器(10)的同相輸入端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED脈沖驅(qū)動電路，其特征在于，所述開關(guān)管驅(qū)動電路包括第七電阻(11)、第一三極管(13)和第二三極管(14)，第七電阻(11)的一端接電壓源VCC，第七電阻(11)的另一端、第一三極管(13)的基極和第二三極管(14)的基極均與電壓比較器(10)的輸出端相連接，第一三極管(13)的集電極連接電壓源VCC，第一三極管(13)的發(fā)射極與第二三極管(14)的發(fā)射極相連，第二三極管(14)的集電極接參考地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED脈沖驅(qū)動電路，其特征在于LED模塊(5)的正向?qū)妷焊哂谳斎胧须婋妷悍怠?br> 5.權(quán)利要求1所述的LED脈沖驅(qū)動電路的驅(qū)動方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1、開關(guān)管(7)導(dǎo)通，電感(4)、開關(guān)管(7)和第三電阻(6)所形成回路中的電流上升; 步驟2、第一電阻(2)和第二電阻(3)對整流橋(I)輸出的電壓進(jìn)行分壓，得到基本參考電壓；第二電阻(3)、第四電阻(9)和第六電阻(12)對開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出電壓進(jìn)行分壓，在第四電阻(9)上得到滯回電壓，基本參考電壓與滯回電壓之和構(gòu)成電壓比較器(10)的同相端電壓；第三電阻(6)兩端的電壓為采樣電壓，所述采樣電壓通過第五電阻(8)引至IJ電壓比較器(10)的反相輸入端，當(dāng)采樣電壓高于參考電壓時，電壓比較器(10)輸出低電平，使開關(guān)管驅(qū)動電路關(guān)斷開關(guān)管(7)，流經(jīng)電感(4)的電流全部流過LED模塊(5)，以點亮LED 模塊(5)； 步驟3、當(dāng)采樣電壓低于參考電壓時，電壓比較器(10)輸出高電平，使開關(guān)管驅(qū)動電路開通開關(guān)管(7)，流經(jīng)電感(4)的電流全部從開關(guān)管(7)流過，LED模塊(5)熄滅，以使輸入的市電電壓全部加到電感(4)上，流經(jīng)電感(4)的電流持續(xù)增加； 步驟4、重復(fù)執(zhí)行步驟I至步驟3，以得到流經(jīng)LED模塊(5)的電流，所述得到的流經(jīng)LED模塊(5)的電流為脈沖波，所述脈沖波的包絡(luò)為正弦波經(jīng)全波整流所得的波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED脈沖驅(qū)動電路的驅(qū)動方法，其特征在于，所述步驟1、步驟2和步驟3中，第一三極管(13)和第二三極管(14)組成的驅(qū)動電路對電壓比較器(10)輸出的控制信號進(jìn)行功率放大后，傳送到開關(guān)管(7)的柵極，控制開關(guān)管(7)的導(dǎo)通與關(guān)斷。
全文摘要
一種LED脈沖驅(qū)動電路，包括整流橋、控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路、電感、開關(guān)管、LED模塊和若干電阻；驅(qū)動LED脈沖驅(qū)動電路的驅(qū)動方法，包括如下步驟步驟1.開關(guān)管導(dǎo)通，回路中的電流上升；步驟2.電阻對整流橋輸出的電壓進(jìn)行分壓，得到參考電壓；電阻對電流采樣得到采樣電壓，采樣電壓與參考電壓通過電壓比較器進(jìn)行比較，當(dāng)采樣電壓高于參考電壓時，電壓比較器輸出低電平，關(guān)斷開關(guān)管，回路中的電流下降；步驟3.當(dāng)采樣電壓低于參考電壓時，電壓比較器輸出高電平，導(dǎo)通開關(guān)管；步驟4.重復(fù)執(zhí)行步驟1至步驟3，使得流過LED的電流為脈沖電流，其包絡(luò)為正弦波經(jīng)全波整流所的得波形。具有使用壽命長和輸出功率高等優(yōu)點。
文檔編號H05B37/02GK103025012SQ201210524498
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者王劍, 周平, 田聯(lián)房 申請人:華南理工大學(xué)