CN102158083A - 一种稳定led输出光通量的buck变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于LED电源驱动技术领域，具体是一种稳定LED输出光通量的BUCK变换器。该变换器电路由带有内部放大器的光敏二极管、运算放大器、比较器和外部电感等组成。由于光敏二极管的阻值根据接收到的LED光通量的变化而变化，从而得到一个反馈电压，然后利用BUCK变换电路，可以改变输入给LED的电流值，进而调整LED输出光通量的大小，达到稳定输出光通量的目的。与一般的驱动电路相比，本发明受温度和电源电压干扰很小，使LED输出的光通量基本稳定。

Description

一种稳定LED输出光通量的BUCK变换器
技术领域
本发明属于LED电源驱动技术领域，具体涉及一种稳定LED输出光通量的BUCK变换器。
背景技术
LED（Light Emitting Diode）是发光二极管，为一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。由于LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻，并且它的耗电量相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近100%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能80%以上。LED为固体冷光源，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。
LED输出的光通量是一个重要的参数，由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位来衡量，这个单位就叫光通量，并且在很多地方都需要保持LED输出光通量的稳定，比如应用在仪器仪表中的LED以及通信设备中的LED等等。
然而，LED的光通量与流过的电流以及温度有关。当流过LED的电流不变时，随着环境温度的变化，LED的输出光通量也会发生变化。传统的LED驱动电路，只是保持流过LED的电流或者电压恒定不变；然而在温度变化时，LED的输出光通量也会改变，因而不能达到很好控制输出光通量的目的。本发明电路可以通过光敏二极管所产生的反馈电压来补偿流过LED上的电流，从而达到输出光通量稳定的目的。
发明内容
本发明的目的在于针对LED的输出光通量随着温度的变化而改变的问题，提供了一种新型的BUCK型变换器，以解决温度以及电源电压对光通量带来干扰的问题。
本发明提供的BUCK变换器，采用光敏二极管电压反馈方式，调节流过LED电流，达到输出光通量稳定的目的。该BUCK变换器电路包括BUCK电路、光敏传感电路和PWM控制电路，其中：
所述的BUCK电路，具有一个整流管、一个肖特基二极管和一个电感。整流管与PWM控制电路的输出端相连，起到整流的作用；肖特基二极管起到续流的作用；电感用来储存能量，在续流时，起到能量转换的作用。图1是一个最基本的BUCK变换器的电路原理图，其中MP为整流管。如图1所示，在整流管导通时，有电流流过电感L，使能量储存在电感上，而当整流管截止时，电感上的能量释放到LED上以维持电压的输出。通过反馈电路把 
Figure 2011101017538100002DEST_PATH_IMAGE001
反馈到PWM控制电路上和参考电压做比较，从而控制整流管工作周期的大小，实现电压变换的目的。
所述的光敏传感电路，由BURR-BROWN公司的OPT101芯片以及两个分压电阻组成。其中OPT101芯片起到感应LED输出光通量的变化并且将其转换成电压变化的作用，然后通过两个电阻的分压取出所需要的反馈电压，并且将其传给PWM控制模块的一个输入端。图2是OPT101芯片的内部结构框图。如图2所示，OPT101芯片内部自带一个运算放大器，它的灵敏度还可以由外部所接的一个电阻和一个电容进行调节。
所述的PWM控制电路，包括一个差分输入的运算放大器、一个比较器以及两个电阻。其中运算放大器和比较器级联，用以产生脉冲宽度调制信号，这个调制信号连接到两个电阻组成的驱动电路上，用以控制BUCK电路中晶体管导通和关闭。
本发明提出的BUCK变换器电路，其输入端为光敏传感电路传来的反馈电压
Figure 703331DEST_PATH_IMAGE002
，该反馈电压
Figure 519977DEST_PATH_IMAGE002
与参考电压
Figure 2011101017538100002DEST_PATH_IMAGE003
一起经过差分运算放大器的运算，差分运算放大器的输出给比较器，通过与固定三角波的比较，输出PWM波形，从而控制晶体管的导通与关闭，达到稳定LED输出光通量的目的。与一般的方法相比，本电路结构清晰简单，并且直接通过光通量的变化来调节流过LED的电流，从而减少温度和电源电压的干扰。
附图说明
图1  基本的BUCK变换器的电路原理示意图。
图2  OPT101芯片的内部结构框图。
图3  本发明的BUCK变换器的整体结构框图。
具体实施方式
下面结合附图3和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图3所示，一种适用于稳定LED输出光通量的BUCK变换器电路，包括BUCK电路、光敏传感电路和PWM控制电路，其中：所述的BUCK电路包括一个整流管MP、一个肖特基二极管D和一个电感L。所述的光敏传感电路由OPT101芯片以及两个分压电阻R3与R4组成。
所述的PWM控制电路包括一个差分输入的运算放大器、一个比较器以及两个电阻R1与R2。
运算放大器的负输入端接光敏传感电路的反馈电压
Figure 319306DEST_PATH_IMAGE002
，正输入端接参考电压
Figure 842691DEST_PATH_IMAGE004
；输出端接比较器的负输入端，比较器的正输入端接固定三角波发生器。比较器产生的脉冲宽度调制信号接到驱动电路的电阻R1和电阻R2共用的端口上；电阻R1另一端接电源，电阻R2的另一端接整流管MP，这样PWM信号就可以控制整流管MP的开通与关闭。整流管MP的栅极接电阻R2，源极接电源电压，漏极接电感L，并且也与肖特基二极管D的负极相连，肖特基二极管D的正极接地。电感L的另一端与LED相连，LED另一端接地。当LED发光时，OPT101芯片能够接收到LED输出的光通量，从而产生反馈电压，这个电压经过电阻R4与电阻R3的分压得到
Figure 836317DEST_PATH_IMAGE002
，再传到运算放大器的负输入端。其中，另有电阻R5与电容C2并联接OPT101芯片的4端口和5端口，起到调节OPT101芯片灵敏度的作用；OPT101芯片的1端口接电源，3端口和8端口接地，5端口接电阻R4，电阻R4的另一端接电阻R3和运算放大器的负输入端，电阻R3的另一端接地。
当LED输出的光通量变大时，光敏传感电路反馈的电压值
Figure 77943DEST_PATH_IMAGE004
变大，从而使运算放大器的输出变小，这个输出电压与固定三角波比较后使得比较器输出的PWM占空比变大，导致整流管的关断时间变长，从而使LED输出的光通量变小，达到一个稳定的数值。
当LED输出的光通量变小时，光敏传感电路反馈的电压值
Figure 415383DEST_PATH_IMAGE004
变小，从而使运算放大器的输出变大，这个输出电压与固定三角波比较后使得比较器输出的PWM占空比变小，导致整流管的关断时间变短，从而使LED输出的光通量变大，达到一个稳定的数值。
通过上面描述可以知道，本发明电路完全可以使LED输出的光通量稳定，并且可以减少温度和电源电压变化的影响。

Claims (2)

1.一种稳定LED输出光通量的BUCK变换器，包括BUCK电路、光敏传感电路和PWM控制电路，其特征在于：
所述的BUCK电路中具有一个整流管管、一个肖特基二极管和一个电感，其中整流管与PWM控制电路的输出端相连，起到整流的作用；肖特基二极管起到续流的作用；电感用来储存能量，在续流时，起到能量转换的作用；
所述的光敏传感电路由OPT101芯片以及两个分压电阻组成；其中OPT101芯片用于感应LED输出光通量的变化并且将其转换成电压变化，然后通过两个电阻的分压取出所需要的反馈电压，并且将其传给PWM控制模块的一个输入端；
所述的PWM控制电路包括一个差分输入的运算放大器、一个比较器以及两个电阻；其中运算放大器和比较器级联，用以产生脉冲宽度调制信号，这个调制信号连接到两个电阻组成的驱动电路上，用以控制BUCK电路中整流管导通和关闭。
2.根据权利要求1所述的稳定LED输出光通量的BUCK变换器，其特征在于：所述的BUCK电路包括一个整流管MP、一个肖特基二极管D和一个电感L，所述的光敏传感电路由OPT101芯片以及两个分压电阻R3与R4组成，所述的PWM控制电路包括一个差分输入的运算放大器、一个比较器以及两个电阻R1与R2；其中：
所述运算放大器的负输入端接光敏传感电路的反馈电压                                                
Figure 621284DEST_PATH_IMAGE002
，正输入端接参考电压；输出端接比较器的负输入端；
所述比较器的正输入端接固定三角波发生器，比较器产生的脉冲宽度调制信号接到驱动电路的电阻R1和电阻R2共用的端口上；电阻R1另一端接电源，电阻R2的另一端接整流管MP；
整流管MP的栅极接电阻R2，源极接电源电压，漏极接电感L，并且也与肖特基二极管D的负极相连，肖特基二极管D的正极接地；电感L的另一端与LED相连，LED另一端接地；当LED发光时，OPT101芯片接收到LED输出的光通量，从而产生反馈电压，这个电压经过电阻R4与电阻R3的分压得到
Figure 858547DEST_PATH_IMAGE002
，再传到运算放大器的负输入端；
另有电阻R5与电容C2并联接于OPT101芯片的4端口和5端口；OPT101芯片的1端口接电源，3端口和8端口接地，5端口接电阻R4，电阻R4的另一端接电阻R3和运算放大器的负输入端，电阻R3的另一端接地。
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