【正文】 有不同的方案。下面簡(jiǎn)要介紹這四種不同的驅(qū)動(dòng)電源技術(shù) 。 (1) 低電壓驅(qū)動(dòng) ： 低電壓驅(qū)動(dòng)就是指用低于 LED 正向?qū)▔航档碾妷候?qū)動(dòng) LED，如一節(jié)普通的干電池或者鎳鉻／鎳氫電池，其正常供電電壓為 至 。低電壓驅(qū)動(dòng) LED就是要把電壓升高到足以使 LED 導(dǎo)通的電壓值。對(duì)于 LED 這樣的低功率照明器件，這是一種常見的使用情況，如 LED 手電筒、 LED 應(yīng)急燈、節(jié)能臺(tái)燈等。由于受單節(jié)電池容量的限制，一般不需要很大功率，但要求有最低的成本和比較高的變換效率。另外，考慮到有可能配合一節(jié) 5 號(hào)電池工作，還要有最小的體積，其最佳技術(shù)方案是電荷泵式升壓變換器。 (2) 過渡 電壓驅(qū)動(dòng) ： 過渡電壓驅(qū)動(dòng)是指給 LED 供電的電源電壓值在 LED 管壓降附近變動(dòng)，這個(gè)電壓有時(shí)略高于 LED 管壓降，有時(shí)略低于 LED 管壓降。如一節(jié)或者兩節(jié)鋰電池串聯(lián)的鉛酸電池，滿電時(shí)電壓在 4V 以上，電快用完時(shí)電壓在 3V以下。用這類電源供電的典型應(yīng)用有 LED 礦燈等。過渡電壓驅(qū)動(dòng) LED 的電源變換電路既要解決升壓?jiǎn)栴}又要解決降壓?jiǎn)栴}，為了配合一節(jié)鋰電池工作，也需要有盡可能小的體積和盡可能低的成本。一般情況下功率也不大，其最高性價(jià)比的電路結(jié)構(gòu)是反極性電荷泵式變換器。 (3) 高電壓驅(qū)動(dòng) ： 高電壓驅(qū)動(dòng)是指給 LED 供電的電壓 值始終高于 LED 管壓降，如 5V、 12V，24V的電源。典型應(yīng)用有太陽能草坪燈、太陽能庭院燈、機(jī)動(dòng)車的燈光系統(tǒng)等。高電壓驅(qū)動(dòng) LED 要解決降壓?jiǎn)栴}，由于高電壓驅(qū)動(dòng)一般是由普通蓄電池供電，會(huì)用到比較大的功率 (如機(jī)動(dòng)車照明和信號(hào)燈光 )，應(yīng)該有盡可能低的成本。變換器的最佳電路結(jié)構(gòu)是串聯(lián)開關(guān)降壓電路。 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 4 (4) 市電驅(qū)動(dòng) ： 市電驅(qū)動(dòng)，顧名思義就是用 220V、 50Hz 的交流市電經(jīng)過電源變換裝置給LED 供電。這是一種對(duì) LED 照明應(yīng)用最有價(jià)值的供電方式，是半導(dǎo)體照明普及應(yīng)用必須要解決好的問題。用市電驅(qū)動(dòng) LED 要解決降壓和整流 問題，還要有比較高的變換效率、有較小的體積和較低的成本。另外，考慮到對(duì)電網(wǎng)的影響，還要解決好電磁干擾和功率因數(shù)問題。對(duì)中小功率的 LED，現(xiàn)在普遍使用的電路結(jié)構(gòu)是反激變換器。對(duì)于大功率的應(yīng)用，則是使用橋式變換電路。 目前，單顆 LED 的光效還不足以滿足大部分照明的要求，這就要求 LED 驅(qū)動(dòng)電源能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè) LED，只有合理的配合設(shè)計(jì)才能保證 LED 正常工作。LED 負(fù)載的連接形式直接關(guān)系到其可靠性和使用壽命，現(xiàn)有的連接方式有全部串聯(lián)、全部并聯(lián)、混聯(lián)三種。 無論是何種驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)，歸根到底對(duì)于 LED 照明而言只有恒壓和 恒流的區(qū)別。采用恒壓設(shè)計(jì)會(huì)危害 LED 的未來。 LED 是需要恒流方式驅(qū)動(dòng)工作的，但目前由于恒流方式限制達(dá)不到實(shí)際需求，而較多地使用恒壓方式設(shè)計(jì)。恒壓方式是暫時(shí)的過渡，很快會(huì)被恒流技術(shù)取代。故本設(shè)計(jì)采用的是市電驅(qū)動(dòng) LED 照明目前存在的問題與解決方法 目前， LED 照明光源的光效雖然還不是很理想，但隨著時(shí)間的推移和制作工藝的進(jìn)步，其光效將達(dá)到甚至超過現(xiàn)有的其他照明光源的光效。同時(shí)，高功率LED 照明的散熱效果也有望進(jìn)一步得到改善。 LED 的理論使用壽命在 6 萬小時(shí)以上，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)及驅(qū) 動(dòng)方式選擇不當(dāng)， LED照明忽明忽暗，使 LED 極易損壞。當(dāng)前很多廠家生產(chǎn)的 LED 燈類產(chǎn)品采用阻容降壓的方式向 LED 供電，這樣做使得效率低。并且現(xiàn)有的大部分驅(qū)動(dòng)電源功率因數(shù)普遍偏低，降低了電能的有效利用率。精確設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源是解決上述問題的關(guān)鍵，只有根據(jù) LED 照明產(chǎn)品的要求、應(yīng)用場(chǎng)合，選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，合理選用 LED 驅(qū)動(dòng)方式，才能提高 LED 照明的效率和可靠性，將 LED 照明的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。 在 LED 照明的配光技術(shù)方面，目前的配光大部分沿用傳統(tǒng)配光方法，普遍采用透鏡聚光和反射鏡利用旁側(cè)光照，為了達(dá)到一定的光照效 果，往往給照明燈具帶來種種問題例如散熱差和燈具的體積大和重量增加及其影響外觀，同時(shí)也忽青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 5 略了 LED 的光學(xué)特性，而且 LED 照明燈具配光后的光利用效率也較低。解決上述問題，只有從 LED 自身的結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性出發(fā)，尋求一種能夠滿足 LED 照明要求的，且具有 LED 照明特點(diǎn)的配光方法。 綜上所述，解決 LED 照明的方法只有從 LED 自身的光學(xué)、電學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和條件要求，因地制宜，才能解決 LED 照明技術(shù)上存在的問題，使 LED 照明真正成為值得廣泛推廣使用的綠色照明。 論文主要工作及設(shè)計(jì)目標(biāo)要求 ① ． 論文的主要工作： (1) 熟悉 LED 照明系統(tǒng)工作原理，發(fā)展趨勢(shì)，開關(guān)電源的控制方式以及工作原理。 (2) 研究 LED 照明驅(qū)動(dòng)電源的相關(guān)技術(shù)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的主電路進(jìn)行分類和比較，重點(diǎn)研究驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)效率和校正問題 ,總結(jié)一般 LED 照明對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求，然后按設(shè)計(jì)要求選擇驅(qū)動(dòng)芯片，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源電路。 (3) 研究 LED 照明系統(tǒng)開關(guān)電源的控制級(jí)電路和功率級(jí)電路，按設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)合理的控制方式及反饋電路。 (4) 開關(guān)電源輸入電路要求：寬電壓輸入，要求可在交流 85～ 265V 范圍內(nèi)正常工作； (5) 開關(guān)電源輸出電路要求 ：?jiǎn)温份敵觯銐狠敵觯?12V，精度 177。5%，恒流輸出： 350mA，精度為 177。7 ； (6) 制作印刷電路板，生成 PCB 板電路圖紙。 ② ． LED 照明對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)要求 在開發(fā)高能效的 LED 通用照明系統(tǒng)時(shí)，需要從系統(tǒng)的角度來分析其要求，總的來看， LED 照明系統(tǒng)涉及以下幾個(gè)方面的要求： LED 光源、電源轉(zhuǎn)換、控制和驅(qū)動(dòng)、熱管理、光學(xué)設(shè)計(jì)。其中， LED 的電源轉(zhuǎn)換、控制和驅(qū)動(dòng)是本節(jié)討論的重點(diǎn)。 總體來說，對(duì)于 LED 照明驅(qū)動(dòng)電源而言，它面臨的主要問題是 LED 的非線性。這主要體現(xiàn)在 LED 的正向電壓會(huì)隨著電流和溫度而變化，不同 LED器件的正向電壓也會(huì)有所差異， LED“色點(diǎn) 會(huì)隨著電流和溫度而漂移，而且 LED 必須在規(guī)范要求的范圍內(nèi)工作從而實(shí)現(xiàn)可靠工作。而 LED 照明驅(qū)動(dòng)電源的主要作用，青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 6 就是在工作條件范圍內(nèi)穩(wěn)定電流，無論輸入條件和正向電壓如何變化，始終能夠保持 LED 的工作電流穩(wěn)定，從而保證 LED 的工作壽命和滿足可靠性的要求。 具體地說，根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和 LED 的驅(qū)動(dòng)特性要求，在選擇和設(shè)計(jì) LED照明驅(qū)動(dòng)電源時(shí)要考慮到以下幾點(diǎn)： 1．高可靠性 特別像 LED 路燈的驅(qū)動(dòng)電源，裝在高空，維修不方便，并且維修的花費(fèi)也大。 2． 驅(qū)動(dòng)方式 現(xiàn)在通行的 有兩種：其一是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源，每個(gè)恒流源單獨(dú)給每路 LED 供電。這種方式，組合靈活，一路 LED 故障，不影響其他 LED 的工作，但成本會(huì)略高一點(diǎn)。另一種是直接恒流供電， LED 串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。它的優(yōu)點(diǎn)是成本低一點(diǎn)，但靈活性差，還要解決某個(gè) LED 故障，不影響其他 LED 運(yùn)行的問題。這兩種形式，在一段時(shí)間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會(huì)較好。 3． 高效率 LED 是節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)電源的效率要高。對(duì)于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu)，尤為重要。因?yàn)?LED 的發(fā)光效率隨著 LED 溫度的升高而下降，所以 LED 的散熱非常 重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對(duì)延緩 LED 的光衰有利。 4． 高功率因素 功率因素是電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的要求。一般 70 瓦以下的用電器，沒有強(qiáng)制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個(gè)用電器功率因素低一點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)的影響不大，但晚上大家點(diǎn)燈，同類負(fù)載太集中，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對(duì)于 30 瓦～ 40 瓦的 LED驅(qū)動(dòng)電源，據(jù)說不久的將來，也許會(huì)對(duì)功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。 5．浪涌保護(hù) LED 抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。有些 LED 燈裝在戶外，如 LED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌，有些浪涌會(huì)導(dǎo)致 LED 的損壞。因此 LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù) LED 不被損壞的能力。 6．保護(hù)功能 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 7 電源除了常規(guī)的保護(hù)功能 (過流、過壓、短路、過載等保護(hù) )外，最好在恒流輸出中增加 LED 溫度負(fù)反饋，防止 LED 溫度過高。 7． 防護(hù)方面 燈具外安裝型，電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮，外殼要耐曬。 8． 驅(qū)動(dòng)電源的壽命要與 LED 的壽命相適配。 9．要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 8 第 2 章 驅(qū)動(dòng)電源整體方 案設(shè)計(jì) 電是工業(yè)的動(dòng)力，是人類生活的源泉。而電源是產(chǎn)生電的裝置。我們用的電，一般都是需經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能適合使用的需要，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。自 20 世紀(jì) 60 年代，人們發(fā)明了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開關(guān)變換電路。而在轉(zhuǎn)換時(shí)，以自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源 (Switching Power Supply)。開關(guān)電源作為一種綠色電源以及其高效的特點(diǎn)而廣泛應(yīng) 用 于各種驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)當(dāng)中。 LED照明驅(qū)動(dòng)電源的 確定 為了保證 LED 在照明中得到良好的應(yīng)用，需要采用恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源與之搭配。本文將目前常用的 LED 照明 驅(qū)動(dòng)電源按照電路功能和應(yīng)用要求的不同分為線性型電路、開關(guān)型電路 。 下面簡(jiǎn)述其各自特點(diǎn)： 線性型電路是一種最為簡(jiǎn)單和最為直接的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方式。線性型驅(qū)動(dòng)應(yīng)用可分為兩種：穩(wěn)壓電源 +鎮(zhèn)流電阻和穩(wěn)流電源 +鎮(zhèn)流電阻。在照明級(jí) LED 的應(yīng)用中，雖然存在著效率低、調(diào)節(jié)性差等問題，但是由于其電路簡(jiǎn)單、體積小巧，能滿足一般要求，因此在一些特定的場(chǎng)合應(yīng)用較多。這種類型的電路 主要用于較小功率級(jí)的照明，如手機(jī)的背光照明等。 開關(guān)型電路沿用開關(guān)電源的設(shè)計(jì)思路，其電路主要由控制級(jí)電路和功率級(jí)電路 (主電路 )組成，功率級(jí)主要由電感、電容、開關(guān)管和整流管組成，控制級(jí)電路一般是由反饋和調(diào)制電路組成。利用開關(guān)型電路可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率。 綜上所述，出于對(duì)效率和實(shí)用性的考慮，本設(shè)計(jì)將采用的是開關(guān)型電路。由于本文的設(shè)計(jì)采用的是開關(guān)型電路，所以這小節(jié)詳細(xì)討論一下電路的功率級(jí)部分，按照輸入電壓和輸出電壓的大小關(guān)系分為降壓型變換器、升壓型變換器和升降壓型變換器三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 1． 降 壓型變換器 (buck變換器 ) 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 9 如圖 21 所示，其工作原理：當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，巧一向負(fù)載提供能量，并同時(shí)貯存一部分能量在電感 L 中，整流二極管不導(dǎo)通。當(dāng)開關(guān) S 打開時(shí)，為了維持電流不突變， L兩端電壓反向，整流二極管導(dǎo)通，貯存在 L中的能量釋放出來，以維持負(fù)載穩(wěn)壓。開關(guān) S 導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間段里，電感的電流變化量應(yīng)相等，即： toffton II ??? 可知： ? ? L tVL tVV o f foutonoutin ???? 即得： inout VDV ?? 所以電壓的增益系數(shù)： DVVM inout ?? 式中： D 為占空比，上面的推導(dǎo)皆是建立在假設(shè)變換器工作在非 CCM 的工作模式下的， ont 為開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間， oft 為開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間， offon ontt tD ?? ，忽略整流二極管的壓降。下面討論的 前提條件都一樣。 圖 21 降壓型變換器 降壓型變換器是不連續(xù)工作模式，當(dāng)儲(chǔ)能電感很小時(shí)，電感中能量釋放完時(shí)可能輸入未導(dǎo)通，導(dǎo)致電流斷流，會(huì)造成輸出電壓紋波較大，電源調(diào)整率差。 2．升壓型變換器 (boost 變換器 ) 如圖 22 所示，其工作原理：當(dāng)開關(guān) S 閉合時(shí)，輸入電壓 K 刀對(duì)電感 L 充電，整流二極管兩端電壓方向不導(dǎo)通；當(dāng)開關(guān) S 斷開后，電感 L兩端電壓反向，整流二極管導(dǎo)通，輸出電壓為輸入電壓與電感電壓之和。在開關(guān) S 導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間里，電感電流變化量應(yīng)相等。 可知： ? ?L tVVLtV of finou tonin ???? 即得： inout VDDV ?? 1 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 10 所以電壓的增益系數(shù)： DVVM inout ??? 1 1 圖 22 升壓型變換器 由于需要將低壓升為高壓的場(chǎng)合不多，升壓型變換器沒有降壓型變換器應(yīng)用廣泛。即使有些需要高壓的場(chǎng)合，也可用其他的更有利的方法替代。盡管如此，對(duì)升壓型變換器多做研究還是很有益的。因?yàn)橹灰米儔浩魈娲姼?，升壓型變換器即可變?yōu)楹苡袃r(jià)值且應(yīng)用廣泛的反激變換器拓?fù)洹? 3．升降壓型變換器 (buck． boost 變換器 ) 如圖 23