【正文】 適的電流值,有時(shí)體積和成本是制約主要因數(shù),但是還是要大于峰值電流的2倍(通常在65%),就算在板級(jí)空間十分珍貴的情況下也要保證30%預(yù)留空間余量,這樣可以有效的減小內(nèi)阻,減小發(fā)熱量。質(zhì)量不好、繞制松散電感器件也會(huì)有噪聲。未屏蔽的電感在金屬外殼安裝時(shí)會(huì)發(fā)生線路震蕩頻率改變,從而產(chǎn)生噪聲,這時(shí)需要將電感屏蔽。另外,當(dāng)被屏蔽干擾信號(hào)的波長(zhǎng)正好與金屬機(jī)殼的某個(gè)尺寸接近的時(shí)候,金屬機(jī)殼很容易會(huì)變成一個(gè)大諧振腔,即:電磁波會(huì)在金屬機(jī)殼內(nèi)來(lái)回反射,并會(huì)產(chǎn)生互相迭加. 為了獲得最佳的效率,確保該電感銅線低的DCR(銅線電阻).,SMT有時(shí)也會(huì)有影響,會(huì)使得電感感值發(fā)生嚴(yán)重變化,要仔細(xì)了解供應(yīng)商產(chǎn)品溫度忍耐限度要求.輸出電容器件選擇: ,一個(gè)小的 ,圖上存在一個(gè)拐點(diǎn),再增加電容值,對(duì)操作頻率和輸出電流的調(diào)整影響不大. 增加輸出電容(COUT),從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),是增加了輸出級(jí)所能儲(chǔ)存的能量,(COUT)之后,負(fù)載電流有相同的趨勢(shì),只不過(guò)所有尖銳的拐角都變得圓滑了,所有的峰值明顯減小,如下圖所示. 應(yīng)用設(shè)計(jì)在輸出端上采用低ESR(等效串聯(lián)電阻)陶瓷電容器,這是與其它電介質(zhì)相比,.輸入電容器的選擇: 一般在驅(qū)動(dòng)IC輸入設(shè)置一顆電容,價(jià)格變得非常低廉而穩(wěn)定,集成到IC內(nèi)部沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì),所以大多將整流濾波部分不予整體考慮. 如果采用電解電容提供了附加的旁路或輸入電源阻抗很低,并強(qiáng)制該開(kāi)關(guān)電流進(jìn)入一個(gè)嚴(yán)密的本機(jī)環(huán)路,以高效的完成這項(xiàng)工作,而且,陶瓷電容器小尺寸和低阻抗(低的等效串聯(lián)電阻或ESR),與數(shù)值相同的其它電容器類型相比,也不建議在此使用.肖特基二極管選擇: 通常開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換型LED恒流驅(qū)動(dòng)IC在mos管關(guān)斷期間傳到電流,所選擇二極管反向耐壓要針對(duì)線路最高輸出電壓脈沖值來(lái)確定,因此應(yīng)選擇一個(gè)正向電流IF=I*(1D)%,則需要考慮PWM低電平期間來(lái)自輸出的二極管泄漏(有氣在熱點(diǎn)上),這一點(diǎn)或許也很重要. 升壓型轉(zhuǎn)換器中的輸出二極管在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間流過(guò)電流,峰值電流等于電感峰值電流. Id(二極管電流)=Il(電感電流)=(1+X/2)*Iout(最大電流)/1Dmax 二極管消耗功率為: Pd=Iout(最大)*Vd 保持較短的二極管引線長(zhǎng)度并遵循正確的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)布局,是要合適,高耐壓肖特基二極管Vf值也會(huì)高些,功耗會(huì)大,成本也會(huì)稍有增加,沒(méi)有成本壓力可以考慮. 經(jīng)?？梢允褂玫亩O管可以是: IN58171A20V IN58191A40V CMSH160M 1A60V CMSH1100M1A100V BYV26A200V BYV26B400V BYV26C600V BYV26D800V B2202A20V B2402A40V B2100 2A100V B3203A20V UPS3403A40V SBM4303A40V 8ETU048A400VLED恒流驅(qū)動(dòng)器件MOSFET選擇! ,應(yīng)用較為廣泛,也多以NMOS為主. 功率MOSFET的開(kāi)關(guān)特性:MOSFET功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流的,因此它的一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,工作頻率高,功率MOSFET的工作頻率在下降時(shí)間主要由輸入回路時(shí)間常數(shù)決定. MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在,在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載,在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒(méi)有的. MOS管是電壓驅(qū)動(dòng)器件,基本不需要激勵(lì)級(jí)獲取能量,但是功率MOSFET和雙極型晶體管不同,它的柵極電容比較大,在導(dǎo)通之前要先對(duì)該電容充電,當(dāng)電容電壓超過(guò)閾值電壓(VGSTH),柵極驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載能力必須足夠大,以保證在系統(tǒng)要求的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)等效柵極電容(CEI)的充電. ,但可以降低柵極驅(qū)動(dòng)回路信號(hào)源內(nèi)阻Rs的值,從而減小柵極回路的充放電時(shí)間常數(shù),、更靈活的LED功率能力,外置MOSFET是唯一的選擇方式,IC需要合適的驅(qū)動(dòng)能力,MOSFET輸入電容是關(guān)鍵的參數(shù)! 下圖Cgd和Cgs是MOSFET等效結(jié)電容. 一般IC的PWM OUT輸出內(nèi)部集成了限流電阻,具體數(shù)值大小同IC的峰值驅(qū)動(dòng)輸出能力有關(guān),可以近似認(rèn)為R=Vcc/ Rg選擇在1020Ω左右. 一般的應(yīng)用中IC的驅(qū)動(dòng)可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET,但是考慮到通常驅(qū)動(dòng)走線不是直線,感量可能會(huì)更大,并且為了防止外部干擾,這個(gè)電阻要盡量靠近MOSFET的柵極. 以上討論的是MOSFET ON狀態(tài)時(shí)電阻的選擇,在MOSFET OFF狀態(tài)時(shí)為了保證柵極電荷快速瀉放,由于走線電感的原因也會(huì)引起諧振(因此有些應(yīng)用中也會(huì)在這個(gè)二極管上串一個(gè)小電阻),但是由于二極管的反向電流不導(dǎo)通,此時(shí)Rg又參與反向諧振回路,. MOS開(kāi)關(guān)管損耗:不管是NMOS還是PMOS,導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在,這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量,幾毫歐的也有. MOSFET導(dǎo)通和截止的時(shí)候,流過(guò)的電流有一個(gè)上升的過(guò)程,在這段時(shí)間內(nèi),MOSFET管的損耗是電壓和電流的乘積,而且開(kāi)關(guān)頻率越快,降低損耗但也要兼顧雜聲的出現(xiàn). 導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大,可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損耗。降低開(kāi)關(guān)頻率,. 輸出的要求:因?yàn)镸OSFET一般都連接著感性電路,或者傳輸延時(shí)過(guò)大,瞬間短路電流會(huì)顯著降低電源的效率,是MOSFET發(fā)熱的原因之一. 估算結(jié)區(qū)溫度:一般來(lái)說(shuō),即使源極/漏極電壓超過(guò)絕對(duì)的最大額定值,功率 MOSFET MOSFET 的擊穿電壓 (BVDSS) ,溫度越高,功率 MOSFET 工作時(shí)的環(huán)境溫度超過(guò) 25℃,其結(jié)區(qū)溫度會(huì)因能量耗散而升至高于環(huán)境溫度. 當(dāng)擊穿真正發(fā)生時(shí),漏極電流會(huì)大得多,真正的擊穿電壓會(huì)是額定低電流擊穿電壓值的 倍. 盡管非正常的過(guò)壓尖峰不會(huì)導(dǎo)致器件擊穿,但為了確保器件的可靠性,功率MOSFET : T_{J}=P_{D}R_{ JC}+T_{C} 其中, T_{J}:結(jié)區(qū)溫度。T_{C}:管殼溫度。P_{D}:結(jié)區(qū)能耗。R_{ JC}:穩(wěn)態(tài)下結(jié)區(qū)至管殼的熱阻. 不過(guò)在很多應(yīng)用中,功率 MOSFET 中的能量是以脈沖方式耗散,并由下式表達(dá): Z_{ JC}(t)=r(t) R_{ JC} 這里,r(t)是與熱容量相關(guān),r(t)非常小。但對(duì)于很寬的脈沖,r(t)接近1,而瞬態(tài)熱阻接近穩(wěn)態(tài)熱阻. 有時(shí)輸入電壓并不是一個(gè)固定值,當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電壓超過(guò)穩(wěn)壓管的電壓,如果簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,就會(huì)出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候,MOS管工作良好,而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足,引起導(dǎo)通不夠徹底,從而增加功耗. (VCC)相同,導(dǎo)通電阻小. 目前市場(chǎng)上也有低電壓驅(qū)動(dòng)MOSFET,但耐壓都較低,可以選擇用在串接要求不是很高的場(chǎng)合.第三章 設(shè)計(jì)方案這個(gè)電路的原型是降壓型buck電路，原理是在MOS管開(kāi)通時(shí)，輸入電源通過(guò)L平波和C濾波后向負(fù)載端提供電流；當(dāng)MOS管關(guān)斷后，L通過(guò)二極管續(xù)流，保持負(fù)載電流連續(xù)。輸出電壓因?yàn)檎伎毡茸饔茫粫?huì)超過(guò)輸入電源電壓。本設(shè)計(jì)針對(duì)驅(qū)動(dòng)一定數(shù)量的LED燈珠提出以下要求：1. 設(shè)計(jì)電路能夠滿足驅(qū)動(dòng)2330顆燈珠（一顆1WLED燈珠的驅(qū)動(dòng)電壓大概為3V，電流為350mA左右）2. 電流精度高，能夠達(dá)到350mA177。10Ma3. 輸入電壓范圍廣，能夠在輸入電壓為140290V之間工作4. 在220V正常輸入電壓情況下，電路的效率能夠達(dá)到80%以上5. 低成本，便于量產(chǎn)等等。針對(duì)該電路提出的要求，為了提高電路的效率，決定使用不隔離型電路，減少變壓器的消耗。另外為了提高效率和降低成本，將輸入端的EMI也去掉了。電路圖如下 在該電路中用到了NCP1200的CS腳來(lái)控制負(fù)載的電流，原理是在一個(gè)周期內(nèi)MOS管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流開(kāi)始上升，當(dāng)其值到達(dá)我們?cè)O(shè)定的值時(shí)，通過(guò)采樣電阻給CS端反饋一個(gè)電壓信號(hào)，控制MOS管的關(guān)斷，此時(shí)負(fù)載由電感供電，電感在下個(gè)開(kāi)關(guān)周期前將所儲(chǔ)存的能量放完，這種模式叫做不連續(xù)模式。這種控制峰值電流來(lái)達(dá)到恒流的方法不能實(shí)現(xiàn)真正的恒流，負(fù)載電流會(huì)隨著輸入電壓的波動(dòng)和負(fù)載數(shù)量的波動(dòng)而變化輸入為可調(diào)變壓器的110V，串接6個(gè)（10W51RJ）電阻（代替30個(gè)1WLED燈珠）聯(lián)47uF400V電容，Rs=1Ω，F(xiàn)B接口接15K電阻，實(shí)驗(yàn)后測(cè)量電壓為108V，根據(jù)I=U/R換算成電流為363mA。只改變負(fù)載，改為串接5個(gè)電阻，測(cè)量電壓103V，換算成電流為410mA。 串接5個(gè)電阻調(diào)節(jié)輸入電壓后測(cè)量輸出電壓，結(jié)果如下： 輸入（V）：65 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 135 140 145 155 165 178 196 228 255 輸出（V）：65 71 76 81 85 88 91 94 101 108 113 103 97 92 88 86 84 83 82 82 串接6個(gè)電阻調(diào)節(jié)輸入電壓后測(cè)量輸出電壓，結(jié)果如下： 輸入（V）：59 86 98 113 125 147 180 205 255 輸出（V）：63 90 100 111 120 108 95 93 93由以上數(shù)據(jù)可以看出，該方案恒流效果不是很好，尤其是在低壓情況下，容易造成LED擊穿。況且在負(fù)載LED數(shù)量變化時(shí)，輸出電流變化較大。該電路只是簡(jiǎn)單的靠限制峰值電流來(lái)達(dá)到恒流效果的。當(dāng)LED燈珠壞掉一個(gè)的話，此電路的恒定電流值會(huì)增加，這樣會(huì)讓剩下的LED燈珠加速老化。輸入電壓在140290變化時(shí)不能滿足恒流要求，故不考慮該方案。該電路原理圖如下該方案是利用晶體管的反向擊穿特性，三極管在PN結(jié)溫度變化時(shí)，電壓基準(zhǔn)的話會(huì)有較大的變化，Vbe=,當(dāng)溫度在40度和80度變化時(shí)，℃。這樣電壓基準(zhǔn)就變化了，而且范圍較大。電流變化精度受到外部溫度的影響較大，會(huì)超出要求范圍，而且其成本也會(huì)相對(duì)提高。故該方案不予考慮。運(yùn)放加光耦方式的原理是通過(guò)運(yùn)放來(lái)比較與負(fù)載串聯(lián)的電阻上的壓降，把這個(gè)信號(hào)通過(guò)光耦的隔離，反饋到芯片的FB腳，來(lái)控制MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)負(fù)載電流上升時(shí)，采用電阻上的壓降會(huì)升高，這將使得運(yùn)放的正向輸入端電壓高于反向輸入端，運(yùn)放輸出為高電平，這樣流過(guò)光耦的電流會(huì)增大，光耦輸出端的阻值會(huì)降低，這樣就拉低了FB端的電壓，芯片會(huì)縮短MOS管的導(dǎo)通時(shí)間，使負(fù)載電流降低，從而實(shí)現(xiàn)恒流。運(yùn)放的電源要求是177。15V，而我們的負(fù)載壓降是90V上下，這就需要我們?yōu)檫\(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)電壓穩(wěn)定的電源。第一是用穩(wěn)壓二極管串聯(lián)電阻的方法，第二是用TL431串聯(lián)電阻的方法。前者的優(yōu)點(diǎn)是成本低，穩(wěn)定性有待實(shí)驗(yàn)測(cè)試；后者的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，成本高一些。實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管的電壓會(huì)有大的波動(dòng)，這是因?yàn)樨?fù)載變化時(shí)，穩(wěn)壓管的漏電流會(huì)發(fā)生些許的變化，從而引起了穩(wěn)壓值的漂移；而使用后一種方案的穩(wěn)壓效果相當(dāng)理想，所以最終確定使用TL431串聯(lián)電阻為運(yùn)放提供電源此方案可以保證電流變化精度在要求范圍內(nèi)，可以驅(qū)動(dòng)2028顆LED，而且經(jīng)理論分析其可靠性不錯(cuò)，但是達(dá)到這種性能需要增加2元錢的材料成本，而且電路相對(duì)復(fù)雜了一些，不過(guò)這個(gè)方案適合量產(chǎn)。運(yùn)放方案加上了開(kāi)路保護(hù)功能，當(dāng)電路不接負(fù)載時(shí)是很危險(xiǎn)的，并聯(lián)在負(fù)載兩端用于濾波的電解電容會(huì)因?qū)嶋H電壓超過(guò)其標(biāo)稱值而爆炸。開(kāi)路保護(hù)的原理是通過(guò)比較負(fù)載端的電壓與設(shè)定值的大小，來(lái)驅(qū)動(dòng)光耦，進(jìn)而反饋到芯片F(xiàn)B端來(lái)控制MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)