专利名称：超高亮度发光二极管增压驱动装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种增压驱动装置，尤其是一种用于超高亮度发光二极管(LED)直流增压驱动装置。
背景技术：
传统便携式发光器(最通用的是手电筒)基本上由四大部分组成，即电源(如一次电池、二次电池、太阳能电池或其他能转换装置等)、开关、反射器和照明光源。这四部分以不同方式封装在一个可携带的整体或分离器具内。若将照明发光器设计成可戴在头上使用，手电筒就演变成头灯，可供矿工、维修工、探险员、潜水员或牙医使用。
传统发光器采用的照明光源一般是灯丝灯泡(如白炽灯、氪灯、卤素灯和氙灯等)、荧光灯、弧光灯或等离子体灯等。灯丝灯泡的光源主要通过细小而脆弱的灯丝，使其温度达到一定高度而发生热—光能转换。由电池提供并流经灯丝的电能只有很小部分被转换成光能而发光照明，大部分电能(如80％～90％)以热能的形式浪费掉，灯丝的使用寿命也很短(如500～1000小时)。
白色超高亮度发光二极管作为第四代照明光源已崭露头角。白色LED具有低电压驱动、低功耗、经济安全、小型轻巧、无灯丝、耐振荡、寿命长、温度稳定、可靠性高、多色调、高效能、光强可调、配光灵活、设计自由度大等优点。另外，白色LED不含水银和灯口金属部使用的铅玻璃等污染物。白色固态LED的光能转换效率高达70％～80％，可靠使用寿命长达10万小时以上，是普通灯丝灯泡的100-300倍，并使相应电池使用寿命延长10倍以上。
发明内容
本实用新型旨在提供一种体积小、质量轻、厚度薄，LED输出的光强度大的用于超高亮度发光二极管直流增压的驱动装置。
本实用新型设有壳体、开关、电源、串联电阻，开关串接于电源通路中，变压器设有初级线圈(或称主级线圈)和至少1组次级线圈，还设有数量与变压器次级线圈组数相同的三极管、整流二极管、储能电容和齐纳二极管组；变压器初级线圈的一端与次级线圈的一端接电源，初级线圈的另一端接串联电阻，串联电阻的另一端接三极管基极，次级线圈的另一端接三极管集电极，整流二极管分别接三极管集电极和储能电容，储能电容的另一端接三极管发射极与电源，储能电容与齐纳二极管并联并外接发光二极管。
所说的发光二极管为高亮度发光二极管或超高亮度发光二极管。
所说的壳体可选用信息指示灯(例如交通工具信号指示灯、方向灯、尾灯、刹车灯、交通信号灯、警示灯、标志灯等)、大屏幕显示屏(取代传统灯箱、霓虹灯、磁翻板等)、液晶LED显示背照明板(例如汽车、音响仪表板、手机背光板、电子手表、电子计算器等背光板)和固态照明灯(例如手电筒、装饰灯、圣诞灯、夜景工程灯以及各种场所的照明灯等)等。
发光二极管(LED)是一种将电流顺向通到p-n结处而发光的半导体固态器件，通常采用双异质结构和量子井结构。当外界驱动电压没有达到激活LED所需的最低电压之前，不管用多大的电流，也是无法让其导通发光。超高亮度LED(如白光、蓝光、绿光和紫光等)的一般工作电压为3.3～4.3V，有的(如红光、橙光和琥珀色光等)则可工作在较低一点的电压范围，如2.3～3.5V。但整体来说，只利用单纯一节1.5V干电池是不可能驱动超高亮度LED。若用单纯二节1.5V干电池，即使能够驱动工作，发光强度通常也不尽理想。假如采用三节或三节以上的1.5V或更高电压的电池去驱动超高亮度LED，其应用范围就会受到较多限制。因此，能否设计合理的低电压LED驱动电路，是保证超高亮度LED(主要是白色LED)有效提供最佳光照强度的一个关键。
白色超高亮度LED具有很陡峭的电压—电流曲线特性，这意味着微小的电压变化就会导致其较大的电流变化。要获取较稳定和较明亮的光输出效果，LED驱动线路的输入功率应优化选择。迄今为止，有四种基本方法可以驱动白色超高亮度LED，即不足功率、串接电阻、恒电压和恒电流控制。其中最简单的方法是用适当低于白色LED额定电压的电压来驱动它，使其工作在额定电流之下，其内在功率损耗几乎为零，但因不能满负荷驱动白色LED，光强度一般较低。目前市面上采用两节碱性电池(5号或7号)的小型LED手电筒，大部分使用这一方法。最普通的驱动方法是在电压允许范围内，与白色LED串联一只适当阻值的电阻。电阻引起的电压降能够起到限流作用。电阻可以外接，也可以利用供电电池本身的内阻来实现。市面上采用三节碱性电池(5号或7号)的LED手电筒也较常采用这种方法。其主要缺点是有将近15％～25％的电能会被电阻浪费掉。第三种驱动方法是恒电流驱动，其设计更为复杂，成本也较高，一般需要应用集成电路和大量辅助元件，对于低成本、高效能的LED发光器，可以说是一大门槛。更加实用有效的驱动方法是恒电压控制。利用现代电子元件和合理的线路设计，这种驱动电路一般可以实现型小、量轻、价廉、可靠和高效等要求，尤其是低电压不足以直接驱动白色LED而需要增压处理的情形之下。此种方法要求输入电压必须与白色LED严格匹配，以免将其烧坏。
综上所述，表明本实用新型为现代发展的超高亮度LED提供了一种体积小、质量轻、厚度薄、LED输出的光强度大的直流增压驱动装置，无需采用成本昂贵的集成电路，仅利用普通元器件，通过优化结构设计达到本实用新型的目的，它可广泛用于信息指示灯(例如交通工具信号指示灯、方向灯、尾灯、刹车灯、交通信号灯、警示灯、标志灯等)、大屏幕显示屏(取代传统灯箱、霓虹灯、磁翻板等)、液晶LED显示背照明板(例如汽车、音响仪表板、手机背光板、电子手表、电子计算器等背光板)和固态照明灯(例如手电筒、装饰灯、圣诞灯、夜景工程灯以及各种场所的照明灯等)等。
图1为单电池单超高亮度LED增压驱动电路的组成原理图。
图2为单电池三超高亮度LED增压驱动电路的组成原理图。
图3为图2电路所有散立元件的表面封装元件线路板设计图样。
图4为图1电路的电池输入电压Vin(V)与流经高亮度LED(白光发光二极管，whiteLED)正向驱动电压Vf(V)的关系曲线图。
图5为图1电路的电池输入电压Vin(V)与流经高亮度LED的电流If(mA)的关系曲线图。
图6为单电池单超高亮度LED袖珍长效手电筒的结构示意图。
图7为单电池单超高亮度LED圆柱形袖珍长效手电筒的结构示意图。
图8为单电池三超高亮度LED袖珍长效手电筒的结构示意图。
图9为单电池超高亮度LED双功能验钞器—手电筒的结构示意图。
图10为单电池超高亮度LED双功能验钞器—手电筒双选择开关电路组成原理图。
图11为太阳能超高亮度LED台灯结构示意图。
图12为太阳能超高亮度LED台灯电路组成原理图。
图13为太阳能超高亮度LED庭院灯结构示意图。
图14为干电池超高亮度LED装饰灯结构示意图。
具体实施方式
单电池超高亮度LED驱动电路的基本原理如图1所示。主要由变压器T、串联电阻R、三极管Q、整流二极管D、储能电容C、齐纳二极管D0、超高亮度LED D1(白色或其他颜色)、开关K和电池电源等组成。电流从电源(0.55～1.5VDC)流经变压器T的主级线圈、三极管Q的基极和R，使Q正向导通。同时，T次级线圈的反向感应电路在适当时候抵消流经Q基极的驱动电流，使Q截止。当Q截止时，在集电极产生一个正向电压脉冲。由于T次级与电源串联，在Q集电极的总电压将超过电源，此电压经D整流和C平滑处理后，最终使D1的电压得到增压。当此增压后的电压超过D1的额定电压(如3.3～4.3V)时，就点亮D1，并一直维持到T次级彻底放电为止。然后，电源又开始向T主级、R和Q基极提供电流，导通Q，继而又驱动D1。此过程不断循环振荡，当振荡周期足够大(如20KHz～300KHz)，便周期性导通D1，给人以一种连续点亮的感觉。
以下给出图1、2中各元器件的选择原则。
若Q基极—发射极寄生电容量为几+皮法拉(PF)，T主级线圈的电感值为几+微亨(μH)，根据简单公式f＝1/(2π√LC)，此增压线路的振荡频率f可大致估算为几百千赫兹(KHz)。
白色LED的发光效率随着施加功率的变化而变化。若以较为普遍的20mA作为驱动起始点(100％)，增加功率即会降低效率；而减少功率即增加发光效率(但减少了发光强度)。在高输入功率的极端下，若增加功率7.5倍，只能相应增加3倍的发光输出，而同时发光效率逐渐递减。在低输入功率极端下，若降低功率达80％，仍能输出30％的发光，而同时发光效率逐渐递升。因此，要得到更大的发光强度，其基本原则就是添加更多的白色LED，而不是一味增加每个LED的输入功率。
根据变压器T主次级和Q三间形成的循环振荡原理，将T由单主级—单次级，演变成单主级—多次级模式，就可以很方便地实现多路LED输出，以提升总体发光强度。如图2所示，单电池能有效驱动三路独立的LED增压回路，所有平行的LED增压回路共用一个变压器T主级和串联电阻R，每个三极管Q的基极共接，其振荡由各自的变压器T次级单独控制，从而保证流经Q的电流不致于过快饱和。利用这种平行并联输出方式，整体的LED光照强度与单个LED线路相比可提高将近3倍。值得注意的是，若只用一只三极管也能实现如图2所示的三路LED输出，但此时由于单只三极管电流承受能力可能过负荷，其最终光强输出无法达到最佳。
变压器T的尺寸大小、磁导率和饱和特性将决定T达到饱和前的最大电流一匝数值。如果T在Q基极最小导通电流前饱和，T这时就类似一纯电阻而使Q马上截止，没法实现循环振荡，也就达不到增压之目的。T线圈的尺寸大小和R的阻值决定了流经Q的导通电流。R可调整最终流向D1的驱动电流，减少R可增加D1的电流，直到Q饱和为止。T的主次级电感值既决定Q集电极电流抵消基极电流而截止Q所需的时间，又控制着在Q关闭时流经D1的电流大小和持续时间。为便于实现流经D1足够大驱动电流，从而保证足够光照亮度，Q最好为具有较高集电极电流限值的NPN型开关三极管。为最大限度提高D1两端的电压值，D应为正向压降较小的肖特基二极管。C应为有极性的电解铝电容器或钽电容器，其容值可根据充放电时间优化选择。D0可以限制D1两端的电压，使其最大电压不致于超过其耐受电压而达到保护作用。
为了使本实用新型的增压驱动电路的体积做得更小、更薄、更轻，所有的散立元件均可由表面封装元件(SMD)来替代。若采用双面印刷线路板设计，其大小尺寸可与变压器的尺寸相当。如图3给出的三路LED输出的线路板设计实样，其直径约22mm。
本实用新型单电池LED增压驱动电路典型的电池输入电压Vin与高亮度LED正向驱动电压Vf的关系如图4所示。
电池电压在0.55～1.5V范围内，超高亮度LED两端增压后的电压Vf可维持在3.3～3.7V，保证超高亮度LED持续导通发光。超高亮度LED的光强在其正向导通后，主要由流经LED的电流If所决定。与图4对应的电池输入电压Vin与流经LED的电流If之间的关系曲线示于图5。由图5得知，电流If随着电池电压Vin的增加逐渐在5～47mA范围内上升，其平均电流将近26mA，高于一般超高亮度LED的额定电流20mA。因此超高亮度LED输出的光照强度表现优良。
以下给出一些应用超高亮度发光二极管增压驱动装置的实例。
鉴于超高亮度LED(尤其以白光为主)在现实生活中的应用领域不断扩大，从信息指示灯(比如汽车信号指示、方向灯、尾灯、刹车灯、交通信号灯、警示灯、标志灯等)、大屏幕显示屏(取代传统灯箱、霓虹灯、磁翻板等)、液晶LCD显示背照明(如汽车、音响仪表板、手机背光板、电子手表、电子计算器背光板等)和固态照明(如手电筒，圣诞灯，装饰灯，夜景工程灯，轮船、飞机、汽车的内部照明灯，室内、矿山、潜水、抢险、军用的照明灯等)，层出不穷，举不胜举。若对本实用新型中的LED增压驱动电路加以灵活应用，便可提供一些功能高效且又成本低廉的解决方案。同时将白色超高亮度LED用其他超高亮度彩色LED或大功率LED(纯蓝、绿、紫、琥珀、粉红色等)来替换，即可实现多色调照明。
1)单电池单超高亮度LED长效袖珍手电筒(参见图6，7)设计为一个准圆柱形结构，由外壳膨胀上部1、外壳下部2、印刷线路板3、白色LED4(一般为5mm圆形管)、反射罩5、平行光镜头6、旋转开关7、电池8和拉绳孔9组成。线路板上装有单电池单白色LED增压驱动电路，并提供白色LED、电池和开关的接口。手电筒长度和直径主要由电池尺寸和镜头大小决定。电池可用一次或二次电池，包括1.5V左右钮扣型、5号(AA)、7号(AAA)、2号(C)和1号(D)电池等，但以5号电池为宜。手电筒外壳可用塑料、铝合金或其他金属材料制成，其外形设计可多样化。图7与图6的区别在于外壳为纯圆柱形设计。若以一节5号碱性电池为例，有效连续光照时间可达20小时以上。
2)单电池多高亮度LED袖珍长效手电筒(参见图8)若采用单电池多超高亮度LED增压驱动电路，便可实现单电池多LED手电筒，其外观基本上与图7一致，只是镜头、反射罩和线路板部分稍作调整，以使从3个白色LED辐射出来的点光源能够会聚子一平行光束。
3)单电池超高亮度LED双功能验钞器—手电筒(参见图9，10)目前在国内外市场上，手电筒一般仅作为便携式照明用。由于具备验钞功能(如人民币、港币或其他外币等)的紫外线发光二极管(UV LED)的电压驱动特性与白色LED相似，因此只需对LED在增压驱动电路上的排列位置稍作调整，将单一旋转开关改为双选择旋转开关，即可制成单电池双功能验钞器—手电筒。紫光LED选用3mm圆形，横置于反射罩和线路板之间，其前部侧面留一个透明塑料窗，以便向外透光。紫光LED亦可与白光LED平行朝前放置。类似单刀双掷双选择旋转开关K的电原理如图10所示。图中D1为白光LED，D2为紫光LED，略去稳压用的齐纳二极管。其他元器件标记与图1，2相同。
4)太阳能超高亮度LED台灯(参见图11，12)由于白色超高亮度LED驱动功率很小(对通用5mm圆形管来说，只消耗70～200mw)，因此可以与再生能源太阳能光伏电池有机结合，以提供足够的发光亮度和较长的光照时间。太阳能光伏电池(单晶或多晶)放置于台灯底座，用PC塑料作表面，以利于太阳光线有效穿透。也可以将太阳能电池做成一个模块，用一对引线将其安装于窗外，屋顶或阳台上，让室外光线直接照射取光。太阳能光伏电池通过一个整流二极管直接给1.5V电池或并联的多个二次电池(镍镉、镍氢、锂电池等)长时间充电。
在图12中，采用4块太阳能光伏电池SP提供一般光照下大于1.5V的电压，2节二次电池V并联以保证至少2-3个晚上的学习照明时间。其他标记与图1，2相同。
5)太阳能超高亮度LED庭院灯(参见图13)低能耗长寿命的白光或彩色LED与太阳能的有机结合可为夜景工程建设(如楼面灯、庭院灯、标志景观灯等)提供高性价比的产品。图13是一盏利用本实用新型中的增压驱动电路制成的太阳能超高亮度LED庭院灯的外观设计。采用塔式结构，太阳能电池放置于庭院灯顶部，其上覆盖着透明PC塑料层。整个庭院灯可设计成全封装、全天侯使用型。庭院灯中部安置超高亮度白色或其他颜色LED(1盏或多盏)，将LED发射的光横向辐射出来。线路的开关改成光控开关，实现晚上自动开灯，白天自动关灯。
6)干电池超高亮度LED浪漫装饰灯(参见图14)在图14中，1个或多个超高亮度白色或彩色LED放置在浪漫装饰灯的中部，向上辐射。LED底下和灯顶部内侧配有2个特殊设计的反射罩，将LED发射出来的光转变成可向四周横向散射的平面光。LED增压线路置于LED下侧，直接与电池相连。开关可采用简单操作的旋转式，按压式或其它方式。干电池可采用1节1号高容量电池或几节并联的5号或7号一次或二次电池，以提供超长时间的光照。若按1个超高亮度LED、1节1号电池计算，其连续有效发光照明时间可达300小时左右，相当于半年的使用周期(按每天平均使用1-2小时计)。这种LED浪漫装饰灯可替代传统的烛光或其他微光灯具，利用其发射出来的白色、绿色、蓝色、紫色或粉红色等光彩，透过PC或压克力塑料制成的全透明或磨砂雾状面，供卧室、咖啡厅、酒吧、宾馆等场合使用。
权利要求1.超高亮度发光二极管增压驱动装置，其特征在于设有壳体、开关、电源、串联电阻，开关串接于电源通路中，变压器设有初级线圈和至少1组次级线圈，还设有数量与变压器次级线圈组数相同的三极管、整流二极管、储能电容和齐纳二极管组；变压器初级线圈的一端与次级线圈的一端接电源，初级线圈的另一端接串联电阻，串联电阻的另一端接三极管基极，次级线圈的另一端接三极管集电极，整流二极管分别接三极管集电极和储能电容，储能电容的另一端接三极管发射极与电源，储能电容与齐纳二极管并联并外接发光二极管。
2.如权利要求1所述的超高亮度发光二极管增压驱动装置，其特征在于所说的壳体选用信息指示灯，大屏幕显示屏，液晶LED显示背照明板或固态照明灯。
3.如权利要求2所述的超高亮度发光二极管增压驱动装置，其特征在于所说的信息指示灯为交通工具信号指示灯，方向灯，尾灯，刹车灯，交通信号灯，警示灯或标志灯。
4.如权利要求2所述的超高亮度发光二极管增压驱动装置，其特征在于所说的大屏幕显示屏为传统灯箱，霓虹灯或磁翻板。
5.如权利要求2所述的超高亮度发光二极管增压驱动装置，其特征在于所说的液晶LED显示背照明板为汽车，音响仪表板，手机背光板，电子手表或电子计算器背光板。
6.如权利要求2所述的超高亮度发光二极管增压驱动装置，其特征在于所说的固态照明灯为手电筒，装饰灯，圣诞灯或夜景工程灯。
专利摘要超高亮度发光二极管增压驱动装置。设有壳体、开关、电源、串联电阻，变压器设有初级线圈和至少1组次级线圈，还设有数量与变压器次级线圈组数相同的三极管、整流二极管、储能电容和齐纳二极管组；变压器初级的一端与次级的一端接电源，初级的另一端接电阻，电阻另一端接三极管基极，次级另一端接集电极，整流二极管分别接集电极和电容，电容另一端接发射极与电源，电容与齐纳二极管并联并外接发光二极管。为现代发展的超高亮度LED提供了一种体积小、质量轻、厚度薄、LED输出的光强度大的直流增压驱动装置，无需采用成本昂贵的集成电路，可广泛用于各类灯具。
文档编号H05B33/02GK2739914SQ200420073928
公开日2005年11月9日 申请日期2004年6月25日 优先权日2004年6月25日
发明者王亚军 申请人:王亚军