專利名稱：一種自適應led驅動電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種驅動電源，特別涉及一種自適應LED驅動電源。
背景技術：
高亮度發光二極管LED，以其節能、環保、高效、長壽命等諸多優點正成為新一代的 綠色照明光源。制造高效率、低成本、高功率因數、長壽命的驅動電源是保證LED發光品質 和整體性能以及促進LED產業迅速發展的關鍵。目前，在市電輸入的日常照明場合，常采用包含適配器和驅動器兩部分來驅動LED 點亮的電路，適配器的功能是實現輸入功率因數校正(PFC)和交流直流轉換(AC-DC)，為后 級提供穩定電壓。驅動器由LED專用驅動芯片組成，為高亮度LED的穩定工作提供恒定電 流。兩級式LED驅動電源可以較好的保證LED的發光品質，但是存在器件多、體積大、壽命 短等缺點。冠德科技公司推出一個電源管理IC，其電源方案在AC輸入端可以沒有電容器。但 此類技術的缺陷是輸出為脈沖電流，將造成LED頻閃，對LED燈珠壽命產生不良影響。全球高壓集成電路領先供應商Power Integrations公司推出一款能效高達92% 的LED路燈應用電源的設計方法。基于公司的HiperPLC電源控制器設計而成，其將功率因 數校正(PFC)和諧振(LLC)控制功能同時集成到了單個集成到電路中，實現簡單且極具成 本效益的電路設計，但此技術缺乏對LED芯片的智能化控制功能。理論上LED都一樣，都是能發光的二極管，而實際上所有LED的電性能都是有差 異的每個廠家的生產工藝是不一致的，甚至相差很大，就是同一廠家的不同時間的工藝都 是有差異的；同時生產發光二極管的半導體材料的純度要求非常高，不同廠家使用的半導 體原材料的純度是有差異的，這就使LED的發光強度與驅動電流是不完全相同的，或者相 差很大，而且耐過電流能力和發熱的差異也就自然而然的不同了 ；由于封裝工藝和封裝材 料的不同，使得整體的散熱能力是不一樣的。由此不難看出LED發光二極管存在個體之間 的很大的差異，如果每個燈只用一個LED，那是很好控制的，而且是真正的長壽命，例如電 視機、DVD上的電源指示燈就是如此；而當用LED制作照明燈具時，就不是用單個的LED， 而是用多個，或上百上千個LED排成陣列接入電路，再者，需要的亮度就不是指示燈所能做 到的，而電流大了、小了亮度都要減弱，且會使壽命大打折扣，甚而致于未出廠就壞掉了 ；因 LED的差異性總是存在的，在多個LED組成的連路中，當有幾個壞掉時，通常是短路，會使電 流增大而損壞其他的LED。這就是不一致性帶來的后果，也是制約LED產業發展的因素之
ο綜上所述，由于單個LED光源是低電壓、恒電流驅動器件，其發光強度由流過LED 的電流大小決定，電流過強會引起LED光的衰減，電流過弱會影響LED的發光強度，因此， LED的驅動需要提供恒流電源，以保證大功率LED使用的安全性，同時達到理想的發光強 度。此外，在LED照明領域，要體現出節能和長壽命的特點，選擇好LED驅動電源至關重要， 沒有好的驅動電源的匹配，LED照明的優勢無法發揮出來。因此實現LED驅動電源對LED芯片的自適應和智能化管理和驅動電源的長壽命，解決LED應用中由于其自身的不一致性而 造成的缺陷是目前急需解決的技術問題。

實用新型內容本實用新型的目的是解決前述現有技術存在的技術問題，提供一種自適應LED驅 動電源，它能實現LED驅動電源對LED芯片的自適應和智能化的管理，解決LED應用中由于 其自身的不一致性而造成的缺陷，促進LED光效、壽命、可靠度等指標的提升。實現本實用新型目的的技術方案是一種自適應LED驅動電源，包括與電源輸入 端相連的輸入濾波整流單元；與輸入濾波整流單元輸出端相連的PFC單元；與PCF單元輸 出端相連的電壓變換單元；與電壓變換單元輸出端相連的輸出單元；所述輸出單元的輸出 端與LED燈具相連；還包括DSP主控芯片單元和隔離驅動單元；所述DSP主控芯片單元發出 PWM脈寬調制信號控制所述隔離驅動單元，繼而控制電壓變換單元的電壓轉換。所述輸入濾波整流單元中采用的電容為無極性固體電容；所述輸出單元中采用的 電容為高分子固體電容。所述電壓變換單元中的變壓器為集成一體化變壓器。所述集成一體化變壓器為大功率輸出電感和主變壓器磁合成；采用多層PCB板為 繞組；銅帶中嵌入鐵氧體磁芯，銅帶分為兩段，分別作為集成一體化變壓器的主輸出線包和 大功率輸出電感線包。所述DSP主控芯片單元采用模糊預測算法程序控制技術，采用的芯片型號為 56F8323。所述輸入濾波整流單元為DSP主控芯片單元提供工作電源；所述電壓變換單元產 生的自饋電經過輔助電源單元為DSP主控芯片單元提供工作所需的維持電源。自適應LED驅動電源，還包括電流反饋單元；所述輸出單元通過電流反饋單元將 電路的電流信號反饋給DSP主控芯片單元。自適應LED驅動電源還包括溫度檢測單元和伏安特性檢測單元；所述溫度檢測單 元包括設置在LED燈具的散熱片上的溫度檢測裝置，該溫度檢測裝置將檢測的溫度數據反 饋給DSP主控芯片單元；所述伏安特性檢測單元將檢測到的LED燈具的伏安特性數據反饋 給DSP主控芯片單元。自適應LED驅動電源還包括同步驅動單元；所述DSP主控芯片單元發出PWM脈寬 調制信號控制所述同步驅動單元，繼而控制輸出單元。自適應LED驅動電源還包括與DSP主控芯片單元雙向連接的PC通訊接口單元，用 于對自適應LED驅動電源進行遠程監控。采用了上述技術方案后，本實用新型具有以下的積極效果(1)本實用新型采用 DSP主控芯片單元對整個數字LED驅動電路進行智能化管理，同時采用預測算法程序控制 技術，達到自適應模糊輝度控制，實現長壽命電源與LED負載的最佳配置，最大程度地提高 光效，節約能源；采用模糊預測算法，實現對LED芯片的實時偵測，對LED燈珠壽命進行預 警，實現今后網絡聯接的遠程管理。從而對不同的LED燈芯、顆目以及不同型號的LED的驅 動電流，驅動電壓都能達到最佳的匹配效果；能根據負載情況，自動決定電流、電壓和自動 熱管理；操作人性化，不需要特別定制規格，使用方便；可控性強，整個工作過程曲線，通過網絡連接，實時監控，使操作者一目了然，非常智能化，徹底解決了 LED應用中由于其自身 的不一致性而帶來的問題。(2)現有的水溶性電容在低溫下會結冰，影響使用，因此本實用新型在輸入濾波整 流單元中采用無極性固體電容替代普通電解電容器；在輸出單元的輸出濾波電路中，高分 子固體電容，提高了輸出電流精度，極大地減小輸出紋波，延長電源壽命，保證使用壽命達 到10萬小時。(3)本實用新型采用集成一體化變壓器，使驅動電源小型化，采用以PCB布線為繞 組，由于是布線為正面的導體，在平面導體中的高頻電流也會遠離中心趨于邊緣流動，但是 電流仍然流經全部導體，趨膚效應會大大降低，且可以達到很大的電流密度，又由于鐵芯小 損耗低，能夠得到更高的效率。因此能使得本實用新型的自適應LED驅動電源體積小、能耗 低、穩定性好，確保了大批量生產的一致性。(4)本實用新型通過DSP主控芯片單元對各檢測單元控制，能對LED芯片的壽命和 故障進行預警，適合網絡管理LED路燈、超市、生產場地等大面積的照明，只要通過計算機 就可以馬上查出故障，達到遠程管理的目的。

為了使本實用新型的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例并結合附 圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1為本實用新型的原理框圖。圖2為本實用新型的電壓變換單元的集成一體化變壓器的結構示意圖。附圖中標號為輸入濾波整流單元1，PFC單元2，電壓變換單元3，輸出單元4，LED燈具5，DSP主 控芯片單元6，隔離驅動單元7，電流反饋單元8，溫度檢測單元9，伏安特性檢測單元10，同 步驅動單元11，PC通訊接口單元12，輔助電源單元13。
具體實施方式
(實施例1)見圖1，本實施例的自適應LED驅動電源，包括輸入濾波整流單元1、PCF單元2、 電壓變換單元3、輸出單元4、DSP主控芯片單元6、隔離驅動單元7、電流反饋單元8、溫度檢 測單元9、伏安特性檢測單元10、同步驅動單元11、PC通訊接口單元12和輔助電源單元13。輸入濾波整流單元1與電源輸入端相連。PFC單元2與輸入濾波整流單元1輸出 端相連。電壓變換單元3與PCF單元2輸出端相連。輸出單元4與電壓變換單元3輸出 端相連。輸出單元4的輸出端與LED燈具5相連。DSP主控芯片單元6發出PWM脈寬調制 信號控制所述隔離驅動單元7，繼而控制電壓變換單元3的電壓轉換。輸入濾波整流單元 1為DSP主控芯片單元6提供工作電源。電壓變換單元3產生的自饋電經過輔助電源單元 13為DSP主控芯片單元6提供工作所需的維持電源。輸出單元4通過電流反饋單元8將電 路的電流信號反饋給DSP主控芯片單元6。溫度檢測單元9包括設置在LED燈具5的散熱 片上的溫度檢測裝置，該溫度檢測裝置將檢測的溫度數據反饋給DSP主控芯片單元6，從而 使DSP主控芯片單元6能實時掌握LED燈具5的溫升，以進行合理的調控。伏安特性檢測
5單元10將檢測到的LED燈具5的伏安特性數據反饋給DSP主控芯片單元6，從而使DSP主 控芯片單元6能實時判斷各LED燈具5亮度是否一致。DSP主控芯片單元6發出PWM脈寬 調制信號控制所述同步驅動單元11，繼而控制輸出單元4。PC通訊接口單元12與DSP主控 芯片單元6雙向連接，用于對自適應LED驅動電源進行遠程監控。為了提高自適應LED驅動電源的使用壽命，輸入濾波整流單元1中采用的電容為 無極性固體電容；輸出單元4中采用的電容為高分子固體電容。為了使自適應LED驅動電源小型化，電壓變換單元3中的變壓器為集成一體化變 壓器。具體見圖2所示，集成一體化變壓器為大功率輸出電感和主變壓器磁合成；采用多層 PCB板為繞組；銅帶中嵌入鐵氧體磁芯，銅帶分為兩段，分別作為集成一體化變壓器的主輸 出線包和大功率輸出電感線包。DSP主控芯片單元6采用模糊預測算法程序控制技術，采用的芯片型號為 56F8323。通過DSP的預測算法控制技術，實現模糊自適應輝度調節，使自適應LED驅動電 源能夠自動與不同的LED芯片達到最佳的配合；自動調節電流電壓，使LED光效最大，并 且實現調光、長壽命，從而解決由于LED陣列中單個LED的不一致性而造成的一系列缺陷。 通過模糊預測算法控制技術，因此不需知道被控對象或過程的數學模型。對于不確定性系 統，如隨時間的變化和非線性系統能有效地進行控制。如LED的發光電流與溫度之間的變 化呈現非線性，而普通的恒流電路無法進行實時偵測，也就是驅動無法優化，壽命會受到影 響。而采用模糊控制后，燈芯的電流、電壓、溫度、壽命進行實時偵測，達到驅動和負載的最 優化，還能對LED芯片的壽命和故障進行預警，只要通過計算機就可以馬上查出故障，達到 遠程管理的目的。以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一 步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本 實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包 含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求一種自適應LED驅動電源，包括與電源輸入端相連的輸入濾波整流單元(1)；與輸入濾波整流單元(1)輸出端相連的PFC單元(2)；與PCF單元(2)輸出端相連的電壓變換單元(3)；與電壓變換單元(3)輸出端相連的輸出單元(4)；所述輸出單元(4)的輸出端與LED燈具(5)相連；其特征在于還包括DSP主控芯片單元(6)和隔離驅動單元(7)；所述DSP主控芯片單元(6)發出PWM脈寬調制信號控制所述隔離驅動單元(7)，繼而控制電壓變換單元(3)的電壓轉換。
2.根據權利要求1所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于所述輸入濾波整流 單元(1)中采用的電容為無極性固體電容；所述輸出單元(4)中采用的電容為高分子固體 電容。
3.根據權利要求2所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于所述電壓變換單元 (3)中的變壓器為集成一體化變壓器。
4.根據權利要求3所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于所述集成一體化變 壓器為大功率輸出電感和主變壓器磁合成；采用多層PCB板為繞組；銅帶中嵌入鐵氧體磁 芯，銅帶分為兩段，分別作為集成一體化變壓器的主輸出線包和大功率輸出電感線包。
5.根據權利要求4所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于所述DSP主控芯片 單元(6)采用的芯片型號為56F8323。
6.根據權利要求5所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于所述輸入濾波整流 單元(1)為DSP主控芯片單元(6)提供工作電源；所述電壓變換單元(3)產生的自饋電經 過輔助電源單元(13)為DSP主控芯片單元(6)提供工作所需的維持電源。
7.根據權利要求6所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于還包括電流反饋單 元(8)；所述輸出單元(4)通過電流反饋單元(8)將電路的電流信號反饋給DSP主控芯片 單元(6)。
8.根據權利要求7所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于還包括溫度檢測單 元(9)和伏安特性檢測單元(10)；所述溫度檢測單元(9)包括設置在LED燈具(5)的散熱 片上的溫度檢測裝置，該溫度檢測裝置將檢測的溫度數據反饋給DSP主控芯片單元(6)；所 述伏安特性檢測單元(10)將檢測到的LED燈具(5)的伏安特性數據反饋給DSP主控芯片 單元(6)。
9.根據權利要求8所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于還包括同步驅動單 元(11)；所述DSP主控芯片單元(6)發出PWM脈寬調制信號控制所述同步驅動單元(11)， 繼而控制輸出單元(4)。
10.根據權利要求9所述的一種自適應LED驅動電源，其特征在于還包括與DSP主控 芯片單元(6)雙向連接的PC通訊接口單元(12)，用于對自適應LED驅動電源進行遠程監 控。
專利摘要本實用新型公開了一種自適應LED驅動電源，包括與電源輸入端相連的輸入濾波整流單元；與輸入濾波整流單元輸出端相連的PFC單元；與PCF單元輸出端相連的電壓變換單元；與電壓變換單元輸出端相連的輸出單元；輸出單元的輸出端與LED燈具相連；還包括DSP主控芯片單元和隔離驅動單元；DSP主控芯片單元發出PWM脈寬調制信號控制所述隔離驅動單元，繼而控制電壓變換單元的電壓轉換。本實用新型采用DSP主控芯片單元對整個數字LED驅動電路進行智能化管理，實現長壽命電源與LED負載的最佳配置，最大程度地提高光效，節約能源，非常智能化，徹底解決了LED應用中由于其自身的不一致性而帶來的問題。
文檔編號H05B37/02GK201750591SQ20102021748
公開日2011年2月16日 申請日期2010年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者丁玉紅, 謝偉文, 賀建平 申請人:常州豐泰機電工程有限公司