【正文】 重慶大學網(wǎng)絡教育學院 畢業(yè)設計（論文 ） 題目 LED照明驅(qū)動開關電源設計 學生所在校外學習中心 批次 層次 專業(yè) 學 號 學 生 指 導 教 師 起 止 日 期 I 摘 要 全球?qū)⑾破鹨粓龈鼮榧ち业摹肮?jié)能減排”運動 ,勢必推動相關技術(shù)的發(fā)展， LED 由于環(huán)保、壽命長、光電效率高等眾多優(yōu)點 ,成為了照明領域關注的焦點 ,近年來發(fā)展迅速。若能以 LED 照明取代目前低效率、高耗能的傳統(tǒng)照明 ,無疑對緩解當前越來越緊迫的能源短缺和環(huán)境惡化問題起到舉足輕重的作用。本文圍繞 LED 驅(qū)動電路從降低LED驅(qū)動電源 成本和提高驅(qū)動性能出發(fā) ,主要內(nèi)容有 :首先闡述 LED的發(fā)展現(xiàn)狀及應用前景。并進一步地說明了國內(nèi)外在 LED 照明研究中的一些成果以及對未來發(fā)展的意義，對 LED 驅(qū)動電源的研究現(xiàn)狀進行了深刻的分析 ,確定了論文的主體方向。其次系統(tǒng)地介紹了可應用于 LED 驅(qū)動的一些拓撲 ,對常用于照明 LED 驅(qū)動電路的開關電源式拓撲進行詳細的闡述，結(jié)合 LED 的特點 ,提出了 LED 恒流驅(qū)動設計。本文 目的是設計出一款能實現(xiàn)高精度恒流控制并且 發(fā)熱量低的 LED 照明驅(qū)動開關電源 。在前面分析的基礎上 ,設計了一個有利于 LED 驅(qū)動的反激型開關電源 ,對主電路、控 制電路、反饋電路、高頻變壓器等進行了詳細的設計。 關鍵詞： LED 驅(qū)動電源 發(fā)熱低 恒流 隔離 低成本 I 目 錄 中文摘要???????????????????????????????? I ????????????????????????????????? 1 論文的研究背景及意義???????????????????????? 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀??????????????????????????? 2 本文的主要內(nèi)容及思路???????????????????????? 3 系統(tǒng)性能指標???????????????????????????? 4 ??????????????????????????? 4 的基本工作條件 ??????????????????? ?????? 4 方案的對比 ????????????????????????????? 4 方案的確定????????????????????????????? 7 驅(qū)動分析???????????????????????????? 8 驅(qū)動控制現(xiàn)狀???????????? ?????????????? 8 連接方式???????????????????????????? 8 驅(qū)動器介紹??????????????????????????? 9 直流驅(qū)動器???????????????????????????? 9 交流驅(qū)動器??? ???????????????????????? 10 驅(qū)動選擇??????????????????????????? 11 4 開關電源分析???????????????????????????? 12 開關電源的應用與發(fā)展??????????????????????? 12 反激電路????????????????????????????? 13 正激電路????????????????????????????? 14 半橋 電路????????????????????????????? 15 全橋電路????????????????????????????? 16 推挽電路????????????????????????????? 17 幾種電路結(jié)構(gòu)的比較???????????????????????? 18 ?????????????????????????????? 20 實現(xiàn)隔離輸出 ???????????????????????? ??? 20 實現(xiàn) LED 恒流，實現(xiàn)過壓保?????????????????????? 20 ???????????????????????????? 22 電路設計????????????????????????????? 22 磁路設計 ????????????????????????????? 25 7 結(jié)論???????????????????????????????? 26 參考文獻 ??????????????????????????????? 27 I 論文的研究背景及意義 全球能源緊張，提高電器的效率是行之有效的方法。照明用電占據(jù)全球 21%的總用電量，如果能提高照明用的的效率，可以有效緩解能源緊張。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長照明系統(tǒng)的壽命，并且是綠色無污染的？取代白熾燈，熒光燈，節(jié)能燈的第四代照明燈具是什么？業(yè)界給出的答案就是 LED 燈照明。LED 照明每 W 流明數(shù)可達到 120lm。遠高于白熾燈和日光燈，此外 LED 燈珠壽命可長達十萬小時，并且綠色無污染。 LED 照明具備的這些優(yōu)點決定了其應用前景是非常廣闊的。 LED 照明應用上的限制在于 LED 有固定的正向壓降，電流也有上限（工作電流是影響 LED 壽命的主要因素）。大功率白光 LED 上的正向壓降一般為 34V，不能直接使用市電驅(qū)動。因此一個和 LED 燈珠匹配的高效，環(huán)保，長壽命的電源是必須的，這正是這次選題的意義與目的所在。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 LED 行業(yè)的興起，并不是偶然的，而是在整個科學發(fā)展的條件下，在節(jié)能環(huán)保的號召下，在人類能源日漸緊張的情況下發(fā)展起來的。能源的浪費與消耗，勢必呼喚新節(jié)能產(chǎn)品誕生，即使不是 LED 也是其它同類產(chǎn)品來取代，所以說 LED 照明的興起，是有其必然性的。作為 LED 照明的核心驅(qū)動力， LED 驅(qū)動電源的發(fā)展直接影響 LED 的普及和大眾化。怎么降低 LED 成本，讓 LED 照明進入千家萬戶，這是擺在所有 LED 人面前的一個重要課題，同時也是一次重大的發(fā)展機遇。 開關電源的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，由于 LED 驅(qū)動的降壓技術(shù)大部分采用開關電源。因此即使是 LED 驅(qū)動電源真正進入研究的時間不算長，卻無礙其技術(shù)的成熟。LED 驅(qū)動要求的技術(shù)特點是：壽命長，體積?。ㄌ貏e商用照明和家用照明，最好可以內(nèi)嵌到燈頭）。 眾所周知，絕大部分開 關電源都需要一個輸出濾波的電解電容，即使高品質(zhì)的電解電容，工作在 100 攝氏度左右，壽命也只有 1Wh 左右。毫無疑問，電解電容正是 LED 燈整體壽命的瓶頸。而內(nèi)嵌式驅(qū)動板上的電解電容，由于 LED 的發(fā)熱 II 以及驅(qū)動板本身的發(fā)熱，長期在高溫工作，更使電解電容壽命減短。目前已經(jīng)有集成電路，無需輸出電解電容，僅需幾個外圍就能直接驅(qū)動 LED 發(fā)光。這使得LED 照明的長壽命的特點確實得到保障。 另外一點，限制 LED 燈 壽命是工作時的溫度，目前臺灣某技術(shù)機構(gòu)解決方法為，使 LED 燈珠像一個燈一樣可拔插，使 LED 燈成為可維護產(chǎn)品。除了技 術(shù)上的創(chuàng)新外，還有組合上的創(chuàng)新，例如加入調(diào)光技術(shù)（模擬調(diào)光，數(shù)字調(diào)光， Triac調(diào)光）；用三色 LED 組成色光可調(diào)制系統(tǒng)；采用頻率抖動技術(shù)減少 EMI；加入功率因數(shù)校正電路等。 未來 LED 驅(qū)動電源將向何處發(fā)展呢 ?我們都知道， LED 驅(qū)動電源是直接為 LED提供驅(qū)動力的，相當于發(fā)動機。 LED 驅(qū)動電源技術(shù)的發(fā)展，對 LED 相關行業(yè)的發(fā)展是至關重要的。也是具有決定意義的。 LED 驅(qū)動電源的主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并同時完成與 LED 的電壓和電流的匹配。隨著硅集成電路電源電壓的直線下降， LED 工作電壓越來越多地處于電 源輸出電壓的最佳區(qū)間。恒流恒壓這些技術(shù)，將會越來越普遍。 (1)國外 LED 電路發(fā)展現(xiàn)狀。半導體照明技術(shù)的開發(fā)研究引起了全球研究機構(gòu)和企業(yè)的重視。國外共有近 200 家公司參與 GaN 器件、材料和設備的開發(fā)，近300 所大學和研究所參與 GaN 的研發(fā)。目前，功率型白光 LED 光視效能 (發(fā)光效率 )已經(jīng)達到 100lm/W，研究水平達到 160lm/W。經(jīng)過技術(shù)發(fā)展和市場競爭，世界主要 LED 廠商已經(jīng)形成各自的技術(shù)特色。日本日亞化學處于全球技術(shù)領先水平，壟斷高端白色、藍、綠色 LED 的市場，豐田合成在白光 LED 及車燈照明技術(shù)開發(fā)據(jù)國 際前端 。美國 Cree 的碳化硅襯底生長 GaN 外延片國際領先，傳統(tǒng)照明巨頭Philips 絕對控股的美國 Lumileds 功率型白光 LED 國際領先 。傳統(tǒng)照明巨頭Osram 歐司朗控股的德國歐司朗光電半導體功率型 LED 封裝和車用 LED 燈具開發(fā)國際領先。 (2)國內(nèi) LED 電路發(fā)展現(xiàn)狀。國內(nèi)的外延片生長技術(shù)主要源于美國、基本上是進口美國的有機金屬化學氣相沉淀 (MOCVD)裝備，這些裝備在美國就不是一流的裝備，在整個 LED 產(chǎn)業(yè)外延片的生長、芯片、芯片封裝 3個環(huán)節(jié)中，外延片生長投資要占到 70%，外延片成本要占到封裝成成品的 70%，同時外延片生長技術(shù)的人才全世界都缺乏，簡單的說，外延片的水平?jīng)Q定了整個 LED 產(chǎn)業(yè)水平，國內(nèi) III 近幾年也陸續(xù)引進了 50 多臺 MOCVD 裝備，均處理大生產(chǎn)工藝摸索階段，一旦工藝成熟，則會上 10 倍地增大裝備數(shù)量形成規(guī)模生產(chǎn)，市場需求巨大。 國家“ 863”計劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金及時支持了國產(chǎn)外延設備如液相外延爐和 MOCVD 設備的研發(fā) (中科院半導體所、中電科技集團公司第四十八所 )，通過整機消化吸收，關鍵技術(shù)再創(chuàng)新等措施，填補了國內(nèi)空白，使長期制約我國 LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的裝備瓶頸得以突破。隨著國家照明工程的起步，國內(nèi) LED 芯 片設備的巨大需求再次引起了國外半導體設備生產(chǎn)商的積極響應，他們?nèi)找嬷匾曋袊@個巨大的市場，但是，這里面也存在著一個隱憂，國外芯片設備高昂的價格，相對制約了國內(nèi)企業(yè)的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，也消耗了國家大量寶貴的外匯。同樣也擠占了國內(nèi)設備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。 本文的主要內(nèi)容及思路 系統(tǒng)基本組成部分 圖 11系統(tǒng)總體框圖 考慮到家庭常用的是 5 1W，或 6 1W，商用照明常用的是 1 1W 到 12 1W，本設計采用恒流輸出，輸出電壓隨負 載大小自動調(diào)節(jié)的適用廣泛的設計。 考慮到國內(nèi)采用 50HZ、 220V 的供電系統(tǒng)，而美國、歐洲、日本居民用電從110V240V 不等，再考慮到網(wǎng)壓 10%的波動，系統(tǒng)把輸入放寬到從 85V265V。 本著設計一款符合社會要求的真正節(jié)能、節(jié)錢、長壽的 LED 驅(qū)動電源的思想。在能效轉(zhuǎn)換和產(chǎn)品成本上作出折中的選擇，轉(zhuǎn)換效率要求在 75%以上；元件選擇盡可能采用了常見型號，滿足要求的情況下，盡可能采用國產(chǎn)的元器件（例如采用常用的 1N4007,1N4148， PI 公司的 TinySwitchⅢ 系列，電容采用國產(chǎn)的 BHA，交流輸入 整流濾波 PWM 驅(qū)動控制 輸出濾波 功率變換 開關管電路 EMI 濾波 保護電路 恒流輸出 ？ IV Jwco）。對于批量生產(chǎn)，能有效降低成本，使 LED 照明更容易走進人民生活。 系統(tǒng)性能指標 （ 1）主輸出最大輸出功率為 14W，輔助輸出為 ，總輸出小于 15W； （ 2）輸出電流為恒定 350mA； （ 3）最大輸出電壓為 40V； （ 4）滿負荷下轉(zhuǎn)換效率大于 85%； （ 5）負載為 350mA 時最大紋波為 5mV； （ 6）因為沒有添加功率因數(shù)模塊，因此 PF值最低僅為 左右； （ 7）最少可以接一個 1W 的高亮度 LED，最多可以驅(qū)動 12 個 1W 的高亮度 LED（全功率輸出時 TNY280 應添加散熱片） 。 的基本工作條件 在選擇驅(qū)動電源的設計方案之前，應先明晰 LED 的基本工作條件： （ 1） 輸入直流電壓不低于 LED 正向壓降； （ 2） 采用直流電流或單向脈沖電流驅(qū)動； （ 3） 對 LED 電流加以限制，以防止 LED 損壞； （ 4） 由于 LED 電流與其光通量之間的非線性關系， LED 應該在光效比較高的電流值下工作； （ 5） 優(yōu)良的散熱設計。 方案的對比 （ 1） 常規(guī)變壓器降壓見圖 21。 V 圖 21 常規(guī)變壓器降壓 這種電源的優(yōu)點是體積小，不足之處是重量偏重、電源效率也很 低，一般在45%～ 60%，因為可靠性不高，所以一般很少用。 （ 2） 電子變壓器降壓 電路 見圖 22 。 圖 22 電子變壓器降壓 這種電源結(jié)構(gòu)不足之處是轉(zhuǎn)換效率低，電壓范圍