CN101222807A - 自激式led驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明的自激式LED(发光二极管)驱动器由晶体管自激式开关震荡器2，电流限定电路3构成，同时具有直流电源输入端及驱动输出端，电流限定电路3用于限定晶体管自激式开关震荡器中开关晶体管饱和导通时最大电流，从而达到恒定驱动输出电流或恒定驱动输出功率的目的，使所驱动的LED(发光二极管)稳定的发光。

Description

自激式LED驱动器

技术领域：

本发明属于LED(发光二极管)驱动技术领域，同时也属于电源术领域。

背景技术：

LED(发光二极管)的导电特性与与普通二极管相似，正向导通，反相截止，正向导通时发光，其伏安特性呈现为施加在发光二极管上的驱动电压有轻微增加引起发光二极管电流快速增加，导致发光二极管损坏，为保证发光二极管稳定工作，通常采用恒流或恒功率驱动方式。

目前已有的高效LED(发光二极管)驱动器大多采用大环路电流负反馈方式为LED(发光二极管)提供稳定工作电流，其电路复杂，成本过高，不利于LED(发光二极管)照明的应用推广。

发明内容：

本发明是一种适用于交直流电源，尤其是适用于交流220伏或交流110伏市电作电源的LED(发光二极管)驱动器，通过限定开关管最大电流的自激式发光二极管(LED)驱动器，其工作效率高、性能稳定，寿命长且电路简洁，成本低。

本发明的一种方式为自激式LED(发光二极管)驱动器，其构成框图见图1所示。

本发明的自激式LED(发光二极管)驱动器由晶体管自激式开关震荡器2，电流限定电路3构成，同时具有直流电源输入端及驱动输出端，电流限定电路3用于限定晶体管自激式开关震荡器中开关晶体管饱和导通时最大电流，从而达到恒定驱动输出电流或恒定驱动输出功率的目的，使所驱动的LED(发光二极管)稳定的发光。

直流电源输入端可连接诸如电池提供的直接直流电源，也可以连接交流电源经整流滤波后获得的直流电源或交流电源经整流后未经滤波的脉动直流电源。

驱动输出端用于连接一串LED(发光二极管)或带有电流分配电路的多串LED。

晶体管自激式开关震荡器2包括至少一只具有放大及开关作用晶体管Q21及至少一只高频变压器T21，高频变压器T21至少包括一个主绕组N21及一个反馈绕组N22，主绕组N21连接于晶体管Q21的集电极一发射极电流回路，反馈绕组N22连接于晶体管Q21基极发射极电流回路，其相位连接构成正反馈，形成自激震荡。

电流限定电路3连接于晶体管Q21基极及发射极，在晶体管Q21饱和导通期间检测晶体管Q21发射极电流，当晶体管Q21发射极电流增加到电流限定装置的设定值时，输出反馈信号至晶体管Q21基极使晶体管Q21的发射极电流不能继续增加，由于高频开关变压器组N21绕组中的电流不能继续增加，次级绕组N22中使晶体管Q21饱和导通的感生电压消失，迫使晶体管Q21迅速转入关断状态，从而限定了晶体管Q21饱和导通时的最大电流，达到恒定驱动器输出电流或输出功率的目的。

前述的晶体管Q21为双结型晶体管，也可使用场效应晶体管，双结型晶体管的集电极、发射极及基极分别对应场效应晶体管的漏极、源极及栅极。

附图说明：

图1为本发明的自激式LED驱动器构成框图。

图2为本发明具体实施方式1的电路图。

图3为本发明具体实施方式2的电路图。

图4为本发明具体实施方式3的电路图。

图5为本发明具体实施方式4的电路图。

图6为本发明具体实施方式5的电路图。

图7为本发明具体实施方式6的电路图。

图8为本发明具体实施方式7的电路图。

图9为本发明具体实施方式8的电路图。

图10为本发明具体实施方式9的电路图。

图11为本发明具体实施方式10的电路图。

图中1.直流电源，2.晶体管自激式开关震荡器，3.电流限定电路。

具体实施方式1：

图2示出本发明的单开关管应用电路，直流电源1由交流市电UAC，电容C11，C12，C13，电感T2构成，交流市电UAC经电容C11，C12，电感T2构成的高频滤波电路滤波后，经桥式整流器D11整流，电容C13滤波后为驱动器提供直流电源，高频滤波电路用于滤除电网瞬变电压对驱动器的干扰，同时也滤除驱动器高频信号对电网污染，驱动输出端连接LED串，晶体管自激式开关振荡器2由晶体管Q21，变压器T21，电阻R21，R22及二极管D21构成。电流限定电路3由电阻R31与稳压二极管D31构成。

工作原理为电阻R22给晶体管Q21建立合适的初始偏置电流，使晶体管Q21进入放大状态，在接通电源的瞬间，晶体管Q21集电极，变压器T21的初级绕组N21电流由零开始增加，在变压器T21的反馈绕组N22中产生感生电压，感生电流经电容C21，电阻R21，流经晶体管Q21基极，发射极，使晶体管Q21集电极电流进一步增加，迫使晶体管Q21迅速饱和导通，在晶体管Q21饱和导通期间，由于变压器初级绕组N21存在电感，流经变压器初级绕组N21，晶体管Q21集电极一发射极电流线性增加，电流限定装置3中电阻R31的的电压线性增大，晶体管Q21发射极，基极电平线性升高，当晶体管Q21基极电平升高至电流限定电路3中稳压二极管D31反向导通电压时，稳压二极管D31反向导通，使晶体管Q21基极电平不能继续升高，晶体管Q21发射极电平也不能继续升高，变压器初级绕组N21中电流不能继续增加，次级绕组N22中使晶体管Q31饱和导通的感生电压消失，晶体管Q21迅速转入截止状态，变压器磁芯中储存的能量通过初级绕组N21及续流二极管D22及LED串放电，变压器初级绕组N21中电流线性减小，次级绕组N22中产生与晶体管Q21饱和导通时反向的感生电压，使晶体管Q21完全关断，稳压二极管D21正向导通，电容器C21放电并反向充电，当变压器磁芯中储存的能量通过初级绕组N21及续流二极管D21及LED串放电结束时，电容器C21储存的电荷通过电阻R21，晶体官Q21基极，发射极，电阻R31放电，迫使晶体管Q21再次转入饱和导通状态，如此周而复始形成震荡。电流限定装置3限定了晶体管Q21饱和导通时的发射极最大电流，流过LED串的平均电流是晶体管Q21饱和导通时发射极最大电流的函数，从而在LED串上获得稳定的平均电流，输出电流经电容器C22滤波后在LED串上获得平滑稳定的直流电流使LED串稳定可靠的发光。

具体实施方式2：

具体实施方式1的电路结构为降压工作模式，需要输入电压必须大于LED串的导通电压一定数值时才能使其正常工作，而交流市电经整流后获得的电压为零至最大值之间连续变化的电压，当LED串的LED个数较多时，需要使用容量较大的滤波电容C13，从而使得驱动器功率因素降低，将具体实施方式1的电路输出方式调整后构成构成图5所示的可升压也可降压的LED驱动器，由于不再需要输入电压必须大于LED串的导通电压一定数值才工作，其可使用较小的滤波电容C13从而获得较高的功率因素。

具体实施方式3：

将具体实施方式1的电路输出方式调整后构成图4所示的升压LED驱动器，其LED串初始导通电压必须大于输入电压最大值，其也可使用较小的滤波电容C13而获得较高的功率因素。

具体实施方式4：

图5示出本发明的一种高精度恒流的应用电路，其与具体实施方式1的区别在于使用独立的储能电感L21，变压器T21仅用作反馈振荡，在晶体管Q21关断期间变压器T21的初级绕组N21经电阻R23，续流二级管D22放电，储能电感L21经续流二极管D21及LED串放电，适当选取电阻R23的阻值，使变压器T21的初级绕组N21的放电时间远小于储能电感L21的放电时间，当T21的初级绕组N21的放电结束时，晶体管Q21迅速转入饱和导通状态，此时储能电感L21经续流二极管D21，LED串放电电流仅有少量下降后又开始线性增大，驱动器输出到LED串中的平均电流与电流限定电路3设定的晶体管Q21最大发射极电流接近，使得流过LED串中的电流恒定精度大幅提高。

具体实施方式5：

图6示出将具体实施方式5中晶体管Q21由双结型晶体管改用场效应晶体管的应用电路，其与具体实施方式4的区别在于振荡器启动电路不同，启动电路由电阻R22，电容C23及双向二极管D25构成，接通电源的瞬间，经电阻R22的电流给电容C23充电，当电容C23上的电压上升至双向二极管D25的导通电压时，双向二极管D25导通，场效应晶体管Q21栅极获得瞬间上升电平，场效应晶体管Q21导通，晶体管开关振荡器2起震，电路开始工作，同时给电容C21提供放电通路，其余工作原理与具体实施方式4相同，由于使用了场效应晶体管作开关管，可采用更高的工作频率，储能电感体积更小，适合制造小体积的LED驱动器。

具体实施方式6：

图7示出本发明的一种适用于电池等低压电源或需要较大电流的LED驱动器电路，Udc为直流电源，其在电流限定电路3中使用一只晶体管Q31作电压放大用途，可将电阻R31上的最大电压降至0.6伏特附近，减少电阻R3上消耗的电能，进一步提高了驱动器效率。稳压二极管D23用于保护晶体管Q31的栅极使其不致击穿同时为电容C21提供放电通路。

具体实施方式7：

图8示出本发明的一种可调光的LED驱动器电路，在电流限定电路3中使用了晶体管Q31作电流放大，并使用了调压电路，调压电路可用电位器构成旋钮调压，也可使用带D/A转换的微处理器构成触摸调压或远程控制调压，在晶体管饱Q21和导通期间，当电阻R31上电压升至大于调压电路输出电压时，晶体管Q31导通，晶体管Q21的的发射极电流不能继续增加，迫使晶体管饱Q21迅速转入关断状态，改变调压电路的输出电压值即改变了LED串的工作电流，达到调光目的。二极管D25为电容C21提供放电通路。

具体实施方式8：

图9示出本发明的一种采用双开关管轮流导通的LED驱动器电路，其电流限定装置3中电阻R31及稳压管D31用于限定晶体管Q21饱和导通时最大电流，电阻R32及稳压管D32用于限定晶体管Q22饱和导通时最大电流，反馈变压器T21具有两个反馈绕组N22及N23，用于使晶体管Q21及Q22轮流导通，电阻R22及R24提供初始偏流以使电路起震，电阻R23及电容C23作用与电阻R21及电容C21作用相同，电容C25及C26作输出交流耦合作用同时具有一定的整流后滤波作用，由于输出高频交流电，输出驱动端连接两串相同数量及类型的LED串1及LED串2，两串LED间为反向并联，也可在驱动输出端加高频全桥整流后驱动单串LED。

具体实施方式9：

图10示出本发明的一种隔离型恒功率LED驱动器电路，其电路振荡原理与具体实施方式1相同，二极管D21与稳压管D25用于保护晶体管Q21不致因过高的电压而损坏，电路起震后，由于电流限定电路3的存在，晶体管Q21每次饱和导通期间，流经功率变压器T21初级绕组N21的最大电流是固定的，即晶体管Q21每次饱和导通期间送入变压器T21磁芯的能量是固定的，在晶体管Q21每次饱和导通期间变压器T21磁芯中的能量经次级绕组N24，二极管D23整流，电容C22滤波后向LED串放电，使LED串发光，次级绕组N24放电结束后晶体管Q21再次转入饱和导通状态，晶体管Q21的持续关断时间取决于次级绕组N21与LED串导通电压，与电源电压无关，而晶体管Q21的持续导通时间与电源电压有关，电源电压越高导通时间越短，适当设置电路中元件参数使晶体管Q21的导通持续时间远低于关断持续时间，使振荡器2的振荡周期主要取决于晶体管Q21的关断持续时间，从而使驱动器的输出功率几乎不依赖与电源电压的变化，构成恒功率的LED驱动器，在允许LED串脉冲工作时二极管D23及电容C22可不用，次级绕组N24直接连接LED串。

具体实施方式10：

图11示出本发明的一种采用双开关管轮流导通，输入输出隔离的LED驱动器电路，其用变压器T22代替实施例8中的储能电感L21，变压器T22输出端连接两串相同数量及类型的LED串1及LED串2，两串LED间为反向并联，也可在驱动输出端加高频全桥整流后驱动单串LED，其可使用小容量滤波电容C25，C26而获得高功率因素。

Claims (10)

1.自激式LED驱动器，由晶体管自激式开关震荡器2，电流限定电路3构成，同时具有直流电源输入端及驱动输出端，电流限定电路3用于限定晶体管自激式开关震荡器2中开关晶体管Q21饱和导通时最大电流，从而达到恒定驱动输出电流或恒定驱动输出功率的目的，使所驱动的LED(发光二极管)稳定的发光。

2.根据权利要求1所述的自激式LED驱动器，晶体管Q21在饱和导通期间发射极电流增加到电流限定电路3的设定值时，限定晶体管Q21的发射极电流使其不能继续增加，此时由于高频开关变压器T21主组中N21的电流不能继续增加，高频开关变压器反馈绕组N22中使晶体管饱和导通的感生电压消失，迫使晶体管Q21迅速转入关断状态，从而限定了晶体管Q21饱和导通时的最大电流。

3.根据权利要求1所述的自激式LED驱动器，其中晶体管自激式开关震荡器2含有至少一只晶体管Q21及至少一只高频变压器T21。

4.根据权利要求2所述的高频变压器T21具有至少一个主绕组N21及一个反馈绕组N22。

5.根据权利要求2所述的高频变压器T21，其主绕组N21连接于晶体管Q21的集电极—发射极电流回路，反馈绕组连接于晶体管Q21的基极—发射极电流回路，其相位连接构成正反馈，形成自激震荡。

6.根据权利要求2中所述的晶体管Q21为具有放大及开关作用的半导体元件，可以是双结型晶体管也可以是场效应管。

7.根据权利要求2中所述的晶体管Q21既作为振荡器的放大元件，也作为驱动输出的开关元件。

8.根据权利要求1所述的自激式LED驱动器，其中驱动输出端连接1串LED或带有电流分配电路的多串LED。

9.根据权利要求1所述的自激式LED驱动器，其直流电源输入端可连接诸如电池提供的直接直流电源，也可以连接交流电源经整流滤波后获得的直流电源或交流电源经整流后获得的脉动直流电源。

10.根据权利要求1所述的自激式LED驱动器，其中电流限定电路3至少包括一只电阻R31。

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