专利名称：Led驱动器、led发光电路以及led光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED技术领域，尤其涉及LED驱动器，LED发光电路以及 LED光源。
背景技术：
目前，大功率的LED (Light Emitting Diode，发光二极管)被作为有效 的光源得以广泛使用，比如，应用在汽车的前照灯和尾灯中。作为LED的 驱动器，其被要求提供高于LED正向电压的电压，以及能够将电流限定在 LED的工作范围内。
传统的DC/DC电源变换器能够满足LED的上述要求，是一种理想的 LED驱动器，请参见图l，显示了其作为LED驱动器，为汽车前照灯和尾灯 中的LED提供电源的驱动电路。
其中，开关电源(Switching Mode Power Supply, SMPS)变换器是使一 种高效节能的DC/DC电源变换器，其类型包括Buck (降压)、Boost (升压)、 Buck-Boost (反转)、Cuk (低噪声升降)以及Flyback (回扫)变换器等， 都可以用来驱动LED。请参见图2A 图2E，依序显示了上述开关电源变换 器的电路图。
可以看出，现有技术中作为LED驱动器的开关电源都至少包括了一有 源开关、一二极管、 一电感以及一电容，存在空间占用和制造成本较高的问 题，而且器件越多，所需要综合考虑的因素也就越多。
发明内容
本发明的实施例旨在修正传统的DC/DC变换器，以较少的器件为LED 提供驱动。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种LED驱动器，包括有源 开关、电感和电容，该有源开关、电感和电容采用使其能够与二极管连接形成开关电源电路的连接结构；该LED驱动器的电感输出用于驱动设于该二 极管位置的LED,且该LED驱动器通过控制该有源开关的负载周期来控制 LED的发光强度。
其中，上述开关电源电路可以包括降压Buck电路、升压Boost电路、 反转Buck-Boost电路、升降Cuk电路和回扫Flyback电路。
本发明的实施例还提供了一种LED驱动器，包括有源开关、电感及二 极管，该有源开关、电感和二极管采用使其能够与电容连接形成Buck开关 电源电路的连接结构；该LED驱动器的电感输出用于驱动设于该电容位置 的LED,且该LED驱动器通过控制该有源开关的负载周期来控制LED的发 光强度。
本发明的实施例还提供了一种LED驱动器，包括有源开关和电感，该 有源开关和电感采用使其能够与串联的电容和二极管形成开关电源电路的 连接结构；该LED驱动器的电感输出用于驱动设于该串联的电容和二极管 位置的LED,且该LED驱动器通过控制该有源开关的负载周期来控制LED 的发光强度。
其中，上述开关电源电路可以包括升压Boost电路、反转Buck-Boost电 路、升降Cuk电路和回扫Flyback电路。
本发明的实施例还提供了一种LED发光电路，包括LED和LED驱动电 路；该LED驱动电路为上述的LED驱动电路。
其中，该LED可以为一个或多个串联的LED。
较佳的，如果LED发光电路如下其LED驱动器的有源开关、电感和 电容采用使其能够与二极管连接形成Flyback开关电源电路的连接结构，其 中，该电感为变压器；则该LED可以集成在该变压器的二级绕组上。
具体的，LED可以集成在该二级绕组的线圈上。
本发明的实施例还提供了一种LED光源，包括电源和发光电路；该发 光电路为上述的LED发光电路。
其中，该LED光源可以为设置在车辆上的LED车灯。 该LED车灯可以为前照灯或尾灯。
由上述技术方案可知，本发明的实施例通过对传统的DC/DC变换器进 行修正，采用较少的器件实现LED驱动，具有以下有益效果1、 不对原LED发光效果造成影响；
2、 有利于电路简化，从而降低空间占用，减少制造成本。 通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、
特征和优点将更加明显。
图1为DC/DC变换器作为LED驱动器，为汽车前照灯和尾灯中的LED 提供电源的驱动电路；
图2A 图2E为现有技术中Buck、 Boost、 Buck-Boost、 Cuk以及Flyback 变换器的电路图3A 图3E为本发明提供的一种LED发光电路的电路图4A、 4B为集成LED的二级绕组电路示意图5本发明提供的另一种LED发光电路的电路图6A 图6D为本发明提供的再一种LED发光电路的电路图7A 7D为图6所示LED发光电路的输入/输出波形图。
具体实施例方式
下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只 用于举例说明，并不用于限制本发明。
首先，必须说明的是，本发明的核心思想在于，在保持LED发光效果 的前提下，减少传统DC/DC变换器的内部器件，其原理是基于人类视觉的 特点，即人类对光亮变化的感知存在一定延时，任何快于人眼反应时间的变 化都不会被察觉。
一般情况下，由于开关电源内部器件工作在高频开关状态，因此如果有 足够的电路磁感系数，就能够实现LED的驱动；基于这一原理，传统DC/DC 变换器中的一些器件，诸如电容器和二极管，可以被删除；例如，DC/DC变 换器中的二极管可以直接采用LED取代而不会影响到电路的性能；再例如， 被用来最小化纹波电压的输出电容器也可以被忽略，这是因为，输出电容器 用于滤波和提供平滑DC，则在LED而非负载电阻作为主要的驱动对象的情 况下，输出电容器的作用已不再重要，因此可以加以忽略。具体的实现方案将在下述实施例中加以讨论。
首先，本发明的实施例提供了一种LED驱动器，其通过移除二极管实现。
该LED驱动器包括有源开关、电感和电容，该有源开关、电感和电容 采用使其能够与二极管连接形成开关电源电路的连接结构，其中，开关电源 电路可以包括降压Buck电路、升压Boost电路、反转Buck-Boost电路、升 降Cuk电路和回扫Flyback电路，分别如图2A 图2E所示。
作为LED的驱动，该LED驱动器的电感输出用于驱动设于二极管位置 的LED，且该LED驱动器通过控制有源开关的负载周期(duty cycle)来控 制LED的发光强度。
基于上述LED驱动器，本发明的实施例提供了相应的LED发光电路， 包括LED和LED驱动电路，且其LED驱动电路为上述的LED驱动电路， 如图3A 图3E所示。
当然，LED驱动器的具体电路为图3A 图3E所示电路中去除LED的部 分，在此不再赘述。
具体而言，图3A显示了基于Buck开关电源电路连接结构的LED发光 电路；
图3B显示了基于Boost开关电源电路连接结构的LED发光电路； 图3C显示了基于Buck-Boost开关电源电路连接结构的LED发光电路； 图3D显示了基于Cuk开关电源电路连接结构的LED发光电路； 图3E显示了基于Flyback开关电源电路连接结构的LED发光电路。 本领域普通技术人员可以理解，由于LED作为二极管的特性，因此本 发明实施例所提供的LED发光电路保持了开关电源的餘性，同时，由于LED 自身特性，决定了上述电路能够驱动接入的LED发光，从而实现了电路简 化。
需要指出的是，本发明实施例所提供的LED发光电路中，所驱动的LED 可以为一个，但较佳的，可以是多个串联的LED，如上面的图3A 图3E所 示，分别以串联的三个或者四个LED为例，以增强发光效果。
特别的，对于图3E显示的基于Flyback开关电源电路连接结构的LED发光电路而言，其还可进行进一步的优化。
具体的，在现有技术中，Flyback开关电源电路的电感是以变压器的形 式存在的，且Flyback开关电源电路的二极管设置在变压器的二级绕组(the secondary side)上，因此，在本发明实施例所提供的相应LED发光电路中， 由于二极管被LED所取代，因此LED发光电路中的LED可以集成在变压器 的二级绕组上，如图4A所示；图4B对LED未加以显示，以更加清楚的标 识线圈情况。
可选的，该LED可以集成在二级绕组的线圈上，即LED的管脚或者说 LED的引线形成二级绕组的部分线圈，从而减少绕组线圈制造过程中所需要 的铜线。
接下来，以图3E显示的基于Flyback开关电源电路连接结构的LED发 光电路为例，提供集成了LED的绕组电感量。
一般来说，对于作为电感的环芯，其电感量定义如下
丄一
当LED成为二级绕组的一部分时，对于作为电感的绕组，其电感量是 绕组的互感，请结合图4B，如下
其中，是绕组p和绕组q之间的互感；
i^是绕组p的匝数；
A^是绕组q的匝数；
^是绕组q产生的磁通；以及，该绕组q产生的磁通如下^=&/,; 因此，绕组p和绕组q之间的互感为
其中，k为耦合系数。
上述实施例提供的LED驱动器仅仅是基于开关电源电路连接结构并移 除了二极管实现的，而在一些情况下，电容也可以被移除，以进一步降低空 间占用和实现成本，因此，本发明也提供了相应的实施例，如下
8一种通过移除电容实现的LED驱动器，包括有源开关、电感及二极管， 该有源开关、电感和二极管采用使其能够与电容连接形成Buck开关电源电 路的连接结构。
该LED驱动器的电感输出用于驱动设于电容位置的LED,且该LED驱 动器通过控制有源开关的负载周期来控制LED的发光强度。
基于该通过移除电容实现的LED驱动器，本发明的实施例提供了相应 的LED发光电路，包括LED和LED驱动电路，且其LED驱动电路为上述 的LED驱动电路，如图5所示。
进一步的，还可以将电容和二极管同时加以移除，本发明也提供了相应 的实施例，如下
一种通过同时移除电容和二极管实现的LED驱动器，包括有源开关和 电感，该有源开关和电感采用使其能够与串联的电容和二极管形成幵关电源 电路的连接结构。其中，开关电源电路可以包括升压Boost电路、反转 Buck-Boost电路、升降Cuk电路和回扫Flyback电路。
该LED驱动器的电感输出用于驱动设于串联的电容和二极管位置的 LED,且该LED驱动器通过控制所述有源开关的负载周期来控制LED的发 光强度。
基于该通过同时移除电容和二极管实现的LED驱动器，本发明的实施 例提供了相应的LED发光电路，包括LED和LED驱动电路，且其LED驱 动电路为上述的LED驱动电路。
具体的，图6A显示了基于Boost开关电源电路连接结构的LED发光电
路；
图6B显示了基于Buck-Boost开关电源电路连接结构的LED发光电路； 图6C显示了基于Cuk开关电源电路连接结构的LED发光电路； 图6D显示了基于Flyback开关电源电路连接结构的LED发光电路。 可以看出，上述提供的LED发光电路以LED同时替代了原开关电源电
路中的电容和二极管，即该LED直接馈入电感的输出。
具体的，电路发送高频电流脉冲给LED， LED发光的亮度取决于通过其
的平均电流。这是由于开关动作发生在非常高的频率，因此人眼仅能察觉到平均的亮度，而忽略掉高频的变化。
以Boost电路工作于连续模式为例，通过其LED的平均电流可以很容易 得出，如下
了哪(zra) = (1 - * 7j^d(尸a:)
其中，D、 lLED(AVW和lLED(PK)分别是负载周期、通过LED的平均电流 和峰值电流。
因此，通过该LED的平均电流取决于负载周期和LED的峰值电流，由 此可知，负载周期和峰值电流决定了最终的发光亮度。
作为具体的实施例，图7A显示了 80%占空比的情况下，上述通过同时 移除电容和二极管实现的LED驱动器工作在50kHz时的输入波形，其中， 上面的曲线为输入电压，中间的曲线为输入电流，下面的曲线为输入功率； 图7B显示了相应的输出波形，其中，上面的曲线为输出电压，中间的曲线 为输出电流，下面的曲线为输出功率。
作为另外一个具体的实施例，图7C显示了 80°/。占空比的情况下，上述 通过同时移除电容和二极管实现的LED驱动器工作在100kHz时的输入波 形，其中，上面的曲线为输入电压，中间的曲线为输入电流，下面的曲线为 输入功率；图7D显示了相应的输出波形，其中，上面的曲线为输出电压， 中间的曲线为输出电流，下面的曲线为输出功率。
基于上述提供的LED发光电路，本发明还提供了一种光源，包括电源 和发光电路，该发光电路为上述实施例所描述的LED发光电路。
进一步的，该光源可以应用在车辆领域，作为设置在车辆上的车灯。 具体的，该车灯可以是前照灯或者尾灯。
虽然己参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是 说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而 不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细 节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利 要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种LED驱动器，包括有源开关、电感和电容，所述有源开关、电感和电容采用使其能够与二极管连接形成开关电源电路的连接结构；其特征在于，所述LED驱动器的电感输出用于驱动设于所述二极管位置的LED，且所述LED驱动器通过控制所述有源开关的负载周期来控制LED的发光强度。
2. 根据权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述开关电 源电路包括降压Buck电路、升压Boost电路、反转Buck-Boost电路、升 降Cuk电路和回扫Flyback电路。
3. —种LED驱动器，包括有源开关、电感及二极管，所述有源开关、 电感和二极管采用使其能够与电容连接形成Buck开关电源电路的连接 结构；其特征在于，所述LED驱动器的电感输出用于驱动设于所述电容 位置的LED，且所述LED驱动器通过控制所述有源开关的负载周期来控 制LED的发光强度。
4. 一种LED驱动器，包括有源开关和电感，所述有源开关和电感采 用使其能够与串联的电容和二极管形成开关电源电路的连接结构；其特 征在于，所述LED驱动器的电感输出用于驱动设于所述串联的电容和二 极管位置的LED,且所述LED驱动器通过控制所述有源开关的负载周期 来控制LED的发光强度。
5. 根据权利要求4所述的LED驱动器，其特征在于，所述开关电源 电路包括升压Boost电路、反转Buck-Boost电路、升降Cuk电路和回扫 Flyback电路。
6. —种LED发光电路，包括LED和LED驱动电路；其特征在于， 所述LED驱动电路为权利要求1-5任一所述的LED驱动电路。
7. 根据权利要求6所述的LED发光电路，其特征在于，所述LED为 一个或多个串联的LED。
8. 根据权利要求6所述的LED发光电路，其LED驱动器的有源开关、 电感和电容采用使其能够与二极管连接形成Flyback开关电源电路的连 接结构，其中，所述电感为变压器；其特征在于，所述LED集成在所述变压器的二级绕组上。
9. 根据权利要求8所述的LED发光电路，其特征在于，所述LED集 成在所述二级绕组的线圈上。
10. —种LED光源，包括电源和发光电路；其特征在于，所述发光 电路为权利要求6-9任一所述的LED发光电路。
11. 根据权利要求IO所述的LED光源，其特征在于，所述LED光源 为设置在车辆上的LED车灯。
12. 根据权利要求11所述的LED光源，其特征在于，所述LED车灯 为前照灯或尾灯。
全文摘要
本发明公开了LED驱动器，包括有源开关、电感和电容，该有源开关、电感和电容采用使其能够与二极管连接形成开关电源电路的连接结构；该LED驱动器的电感输出用于驱动设于该二极管位置的LED，且该LED驱动器通过控制该有源开关的负载周期来控制LED的发光强度。本发明还公开了另外两种LED驱动器，其有源开关、电感和二极管采用使其能够与电容连接形成Buck开关电源电路的连接结构，或者，其有源开关和电感采用使其能够与串联的电容和二极管形成开关电源电路的连接结构。本发明还公开了一种LED发光电路和一种LED光源。通过本发明，既不对原LED发光效果造成影响，同时有利于电路简化，从而降低空间占用，减少制造成本。
文档编号F21W101/02GK101527986SQ200810007700
公开日2009年9月9日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者宙 张, 祁树刚, 郑家伟, 郑绮君, 郭锦辉 申请人:香港理工大学