CN102143624A

CN102143624A - 一种高频窄脉冲驱动led的高效节能方法

Info

Publication number: CN102143624A
Application number: CN2010101043078A
Authority: CN
Inventors: 宋忠慎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-03

Abstract

一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，是利用高频窄脉冲产生电路形成的频率很高，占空比很小的窄脉冲来驱动LED发出脉冲闪光，在流过LED的电流时间短，耗电少，发热小的情况下，利用人眼的视觉残留效应，感受到更高的亮度，实现延长LED寿命并节能的目的。其高频窄脉冲产生电路由窄脉冲形成单元1，栅极驱动及保护单元2，电流传感检测单元3，触发单元4和电源稳压单元5组成，整个电路可设计成一个功能模块或IC芯片，用于新型高效节能长寿的LED电光源，具有巨大的社会经济效益。

Description

一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法

技术领域

本发明涉及电光源领域，具体涉及楼堂馆所、酒店餐厅，商场，企事业单位办公室，工厂车间、机关学校及普通家庭的日常节能照明，更具体地说，涉及一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法。

背景技术

照明是人们日常生产、生活不可缺少的组成部分，从原始的火把、油灯，到现代的各式各样的电灯，一直伴随着人类社会的进步而发展。自爱迪生发明了电灯以后，用电来发光照明，已成为现代文明社会的主要照明方式。而在各式各样的电光源中，近年来兴起的LED照明是一种发展最迅猛，最有广阔前途的新型电光源。但目前的LED驱动方式大多采用稳压恒流驱动，LED发光过程中一直有连续的电流流过，从而使LED发热严重，光源散热是长期困扰人们的技术难题，如果解决不好，会直接影响LED光源的寿命和效率。

考虑到人眼的感光方式一般遵循两个法则：一个称为“Broca-Sulzer效应”，就是接受到象快门那样的瞬间闪光后，人眼感受到的亮度是实际亮度的几倍。另一个称为“Talbot-Plateau效应”，就是当反复接受瞬间闪光后，人眼会感受到反复时间内的平均亮度。Talbot-Plateau效应是在以电压周期为数百ms左右低速电源驱动的水银荧光灯中发现的，因此，如果设想以电压周期达数百ns占空比很小的高速脉冲电源来驱动LED，其结果当频率高到一定程度时，利用人眼的视觉残留现象，Broca-Sulzer效应的影响比Talbot-Plateau效应更大，人眼便可感受到更高的亮度，可使LED亮度感觉翻倍。已有试验证明，当对LED施加占空比≤10％、频率为MHz数量级的周期高速脉冲电压时，与施加恒定直流电压时相比，人眼感受到的亮度约为2倍。受验者参与的评测实验显示，采用蓝色LED可感受到的亮度为1.5～1.9倍，绿色LED为2.0～2.2倍，红色LED为1.0～1.3倍。采用高速脉冲电源来驱动LED，由于占空比很小，LED实际流过电流的时间短，消耗的电能少，发热量也会显著减小，温升降低，使用寿命会大大延长，且节能效果明显，作为一种新型高效节能长寿的LED电光源，无疑具有巨大的社会经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其实质是利用高频窄脉冲产生电路形成的一种频率很高，占空比很小的高频窄脉冲来驱动LED发出脉冲闪光，在实际流过LED的电流时间短，耗电少，发热小，温升低的情况下，利用人眼的视觉残留效应，感受到更高的亮度，从而实现延长LED电光源寿命并节能的目的。

本发明的目的是这样实现的，设计一种高频窄脉冲产生电路，见附图1，它由窄脉冲形成单元1，栅极驱动及保护单元2，电流传感检测单元3，触发单元4和电源稳压单元5组成，整个电路可以设计成一个功能模块或者IC芯片封装到一个6～8脚的封装内。

本发明的特征在于，以S0-8 IC封装为例，高频窄脉冲产生电路功能模块的引脚安排和连接关系如下：

窄脉冲形成单元1产生形成的高频窄脉冲连接到栅极驱动及保护单元2，经过其缓冲放大以后由S0-8的第5脚GD端输出去接应用电路中的外部开关MOS管栅极G；应用电路中的LED电流检测信号由S0-8的第3脚CS端输入连接到电流传感检测单元3，单元3检测出的过流和保护信号送回栅极驱动及保护单元2，用于对MOS开关提供安全保护；单元3检测出的限流信号连接到触发单元4；触发单元4产生的触发信号连接到窄脉冲形成单元1，对窄脉冲的形成进行控制；电源稳压单元5对由S0-8的第8脚VCC端引入的外部电源进行稳压和处理后连接到1、2、3、4各功能单元，为其提供电能；窄脉冲形成单元1由S0-8的第1脚引出的C端和由S0-8的第2脚引出的R端用于外接电容、电阻等定时元件；S0-8的第4脚为内部各单元的公共地GND引出端；S0-8的第6、7脚留作功能备用端暂时未连接。

本发明的特征还在于，它是利用一个10～16进位的计数器输出的进位脉冲来形成高频窄脉冲的，其占空比约为10％～6％，符合试验发现的最佳效果占空比≤10％的窄脉冲要求。

本发明的特征还在于，除了利用计数器进位脉冲方法外，还可以利用单片机、不对称多谐振荡器、可触发单稳态电路等脉冲形成、延时电路形成高频窄脉冲。

本发明的特征还在于，驱动LED的窄脉冲除了占空比固定的方法以外，还可以在一定的范围内变动，合理的选择参数，同样可实现高效节能的目的。当采用可变占空比的窄脉冲驱动LED时，LED的供电电压允许在一定范围内波动，无需稳压，这样就可利用交流电源经过整流后的脉动直流电为LED直接供电，可使实用电路大大简化，成本显著降低，便于广泛推广。

本发明的特征还在于，当采用可变频率和占空比的窄脉冲驱动LED时，适当的选择电路参数和元器件，还可实现交流整流直接供电的PFC功率因数校正功能，进一步提高应用电路整体效率和节能效果。

本发明的特征还在于，模块留有C、R外部调节端，通过改变外接的电容器C、电阻R等定时元件参数或者外加可变时钟信号，能够很方便的调节窄脉冲的频率和占空比，从而在实用电路中实现调光功能。

本发明的特征还在于，通过合理选择外接的电容器C、电阻R等定时元件参数，可以很方便的调节窄脉冲的频率和占空比等参数，以便在实用电路中获得最佳节能效果。

本发明的特征还在于，应用电路中的C、R定时元件和功率MOS还可集成到IC芯片中去，可使应用电路元器件数量和占用面积大大减少，集成度和可靠性提高，成本显著下降。

本发明的特征还在于，本领域的技术人员还可根据本发明的方法原理设计出各种各样的高频窄脉冲形成和驱动LED应用电路，但这并不改变本发明提出的利用高频窄脉冲驱动LED实现高效节能的方法实质，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

附图说明

附图1是本发明一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法的高频窄脉冲产生电路方框图。

附图2是本发明一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法的典型应用电路图。

具体实施方式

下面结合附图2和一款高频窄脉冲驱动LED实施例对本发明作进一步说明。

按照本发明的方法原理，把一个高频窄脉冲LED驱动芯片封装到一个S0-8封装U1里，U1的第1脚C端连接定时电容C1的左端；U1的第2脚R端连接定时电容C1的右端和定时电阻R1的上端；U1的第4脚和R1的下端连接后接地GND；U1的第8脚连接限流电阻R2下端和滤波电容器C2正极；C2负极接地GND；电阻R2上端接到直流电源正极VCC；直流电源负极接地GND；U1的第5脚GD端连接应用电路的外部MOS开关管Q1栅极G；Q1源极S连接电流取样电阻R3的上端和U1的第3脚电流传感输入端CS；R3的下端接地GND；Q1漏极D连接发光二极管LED1负极和回流二极管D1正极；LED1正极连接电感L1右端；电感L1左端连接D1负极后再连接到直流电源正极VCC，这就构成了一个典型了LED应用电路。

在此典型应用电路中，Q1为3035MOS开关管，D1为1A50V肖特基二极管，LED1为350mA1W白光LED，L1为2A 4.7uH电感器，R3为0.5W1Ω精密电阻，R2为0.5W51Ω金属膜电阻，C2为10V 1uF电解电容。当直流电源电压VCC＝4.5V时，取C1＝100pF，R1＝1KΩ，即可在Q1栅极得到占空比≤10％、频率为MHz数量级的高速窄脉冲驱动信号，LED1在高速开关状态下工作，其发光效果与用传统稳压恒流源方式供电相比，感觉不到眩光和闪烁，在人的眼睛感觉亮度相同的情况下，可节约电能消耗50％以上，而且LED的发热和温升明显降低了，从而实现了高效节能并延长LED寿命的目的。

Claims

1.一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其实质是利用高频窄脉冲产生电路形成的一种频率很高，占空比很小的高频窄脉冲来驱动LED发出脉冲闪光，在实际流过LED的电流时间短，耗电少，发热小，温升低的情况下，利用人眼的视觉残留效应，感受到更高的亮度，从而实现延长LED电光源寿命并节能的目的。其高频窄脉冲产生电路见附图1，它由窄脉冲形成单元1，栅极驱动及保护单元2，电流传感检测单元3，触发单元4和电源稳压单元5组成，整个电路可以设计成一个功能模块或者IC芯片封装到一个6～8脚的封装内。

2.根据权利要求1所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法和高频窄脉冲产生电路功能模块，其特征在于，以SO-8IC封装为例，它的引脚安排和连接关系如下：

窄脉冲形成单元1产生形成的高频窄脉冲连接到栅极驱动及保护单元2，经过其缓冲放大以后由SO-8的第5脚GD端输出去接应用电路中的外部开关MOS管栅极G；应用电路中的LED电流检测信号由SO-8的第3脚CS端输入连接到电流传感检测单元3；单元3检测出的过流和保护信号送回栅极驱动及保护单元2，用于对MOS开关提供安全保护；单元3检测出的限流信号连接到触发单元4；触发单元4产生的触发信号连接到窄脉冲形成单元1，对窄脉冲的形成进行控制；电源稳压单元5对由SO-8的第8脚VCC端引入的外部电源进行稳压和处理后连接到1、2、3、4各功能单元，为其提供电能；窄脉冲形成单元1由SO-8的第1脚引出的C端和由SO-8的第2脚引出的R端用于外接电容、电阻等定时元件；SO-8的第4脚为内部各单元的公共地GND引出端；SO-8的第6、7脚留作功能备用端暂时未连接。

3.根据权利要求1、2所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其特征还在于，是利用一个10～16进位的计数器输出的进位脉冲来形成高频窄脉冲的，其占空比约为10％～6％，符合试验发现的最佳效果占空比≤10％的窄脉冲要求。

4.根据权利要求1、2所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其特征还在于本发明的特征还在于，除了利用计数器进位脉冲方法外，还可以利用单片机、不对称多谐振荡器、可触发单稳态电路等脉冲形成、延时电路形成高频窄脉冲。

5.根据权利要求1、2所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其特征还在于，驱动LED的窄脉冲除了占空比固定的方法以外，还可以在一定的范围内变动，合理的选择参数，同样可实现高效节能的目的。当采用可变占空比的窄脉冲驱动LED时，LED的供电电压允许在一定范围内波动，无需稳压，这样就可利用交流电源经过整流后的脉动直流电为LED直接供电，可使实用电路大大简化，成本显著降低，便于广泛推广。

6.根据权利要求1、2所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其特征还在于，当采用可变频率和占空比的窄脉冲驱动LED时，适当的选择电路参数和元器件，还可实现交流整流直接供电的PFC功率因数校正功能，进一步提高应用电路整体效率和节能效果。

7.根据权利要求1、2所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其特征还在于，模块留有C、R外部调节端，通过改变外接的电容器C、电阻R等定时元件参数或者外加可变时钟信号，能够很方便的调节窄脉冲的频率和占空比，从而在实用电路中实现调光功能。

8.根据权利要求1、2所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其特征还在于，通过合理选择外接的电容器C、电阻R等定时元件参数，可以很方便的调节窄脉冲的频率和占空比等参数，以便在实用电路中获得最佳节能效果。

9.根据权利要求1、2所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其特征还在于，应用电路中的C、R定时元件和功率MOS还可集成到IC芯片中去，可使应用电路元器件数量和占用面积大大减少，集成度和可靠性提高，成本显著下降。

10.根据权利要求1、2所述的一种高频窄脉冲驱动LED的高效节能方法，其特征还在于，本领域的技术人员还可根据本发明的方法原理设计出各种各样的高频窄脉冲形成和驱动LED应用电路，但这并不改变本发明提出的利用高频窄脉冲驱动LED实现高效节能的方法实质，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。