【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） 大功率 LED 恒流驅(qū)動電路的研究與設(shè)計 目 錄 摘 要 III Abstract Ⅳ 第一章 緒 論 1 白光 LED 發(fā)展的背景和意義 1 大功率 LED 發(fā)光原理 3 白光 LED 的發(fā)展簡介 3 課題介紹與研究意義 5 第二章 大功率 LED 驅(qū)動電路 6 白光 LED 的伏安特性 6 白光 LED 的連接方式 7 串聯(lián)驅(qū)動 7 并聯(lián)驅(qū)動 8 混聯(lián)驅(qū)動 8 大功率 LED 驅(qū)動電路的發(fā)展趨勢 9 大功率 LED 驅(qū)動現(xiàn)狀研究 10 電阻限流電路 10 線性控制電路 11 電荷泵升壓電路 12 開關(guān)變換電路 12 第三章 脈寬調(diào)制型（ PWM）開關(guān)電源原理 14 電壓控制模式 14 電流控制模式 17 第四章 LED 恒流驅(qū)動電路設(shè)計 20 大功率 LED 驅(qū)動芯片的比較 20 LT3755 芯片介紹 21 LT3755 工作原理 23 設(shè)計電路 24 第五章 總 結(jié) 28 參考文獻 29 致 謝 30 大功率白光 LED 恒流驅(qū)動電路的研究與設(shè)計 摘 要 近年來，大功率白光 LED 因其高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、高可靠性等優(yōu)點逐漸在照明領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，已經(jīng)開始替代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明光源，成為 21 世紀(jì)的新一代照明光源。大功率白光 LED 產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展有力地推動了LED 驅(qū)動集成電路產(chǎn)業(yè)的前進，孕育著巨大的商機。 論文在簡要介紹大功率 LED 的發(fā)光特性、伏安特性及其驅(qū)動方案的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了 Buck 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、 PWM 調(diào)制型開關(guān)電源電流控制模式和電壓控制模式的優(yōu)缺點，提出了一種基于 PWM 調(diào)制型 Buck 模式開關(guān)電源恒流驅(qū)動電路原理，利用 LT3755 芯片驅(qū)動大功率白 光 LED 的設(shè)計電路。該驅(qū)動電路具有 1000:1 高調(diào)光比（ PWM 調(diào)光）、低電流消耗、高效率、短路保護和開路 LED 保護等 Abstract In recent years， Semiconductor lighting is widely used and is gradually replacing the incandescent and fluorescent lighting due to its advantages over conventional lighting of high efficiency， low energy consumption， low pollution， long lifetime and high reliability. The boom of high power white LED greatly promotes the development of integrated circuits for driving LED ， which generates the enormous business opportunities. The thesis briefly introduces the characteristics of luminous flux curve and IV cuve of high power LED and its driving methods. The operating principles of Buck converter for driving High Power LED are analyzed in detail. Compared with other driving mode, switching power technology has high efficiency, so the thesis gives a LED buck mode driver using Chip LT3755 based on switching power technology. The driver in this paper is a high frequency stepdown DCDC converter with the features of low power loss, high efficiency, 1000:1 PWM dimming, shortcircuit protection, openvoltage protection, and is ideal for driving high current LED. Key words : highpower LED, Switching Power, PWM, constantcurrent driving， LT3755 緒 論 在電光源發(fā)展的一百多年來，光源照明電器己經(jīng)經(jīng)歷了三個重要的發(fā)展階段，這三個階段的代表性光源分別為白熾燈、熒光燈和高強 度氣體放電燈?，F(xiàn)在人們普遍認(rèn)為大功率照明 LED 是第四代光源。 白光 LED 發(fā)展的背景和意義 進入二十一世紀(jì)，面對能源供應(yīng)的日趨緊張和全球環(huán)境的加速惡化，節(jié)約能源和保護環(huán)境已成為社會發(fā)展的共識。開發(fā)應(yīng)用節(jié)能環(huán)保的工業(yè)產(chǎn)品已在人類社會各個行業(yè)展開。 當(dāng)前，照明用電約占世界總能耗的 20%，而我國照明用電量每年在 3000 億千瓦時以上，占總用電量的 12%左右。照明用電量的猛增以及發(fā)電能源消耗的加劇，將使我國的供電勢態(tài)和環(huán)境與生態(tài)保護的現(xiàn)狀日益嚴(yán)峻。如果無限制地建設(shè)水力發(fā)電設(shè)施，將會破壞自然環(huán)境 。如果不斷增設(shè)火力 發(fā)電站，又將更進一步惡化業(yè)已存在的能源危機。因此，可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)觀念要求，一是加強可再生能源的利用，加快太陽能、風(fēng)能、核能等各種發(fā)電技術(shù)的發(fā)展；二是加速節(jié)能高效光源和燈具的研究、應(yīng)用與發(fā)展。然而傳統(tǒng)的照明光源，比如白熾燈、熒光燈、金屬鹵化物燈等，能耗高且效率低下，浪費了大量電能。若能以耗能低、壽命長、環(huán)保安全的照明 LED 取代目前低效率、高耗電的傳統(tǒng)照明光源，無疑將帶來一場世界性的照明革命，對我國的可持續(xù)發(fā)展更具有戰(zhàn)略意義。 據(jù)統(tǒng)計，用照明 LED 取代全部白熾燈或部分熒光燈，我國每年就可節(jié)約 1/3的照明用電量 ，這相當(dāng)于節(jié)省一個三峽工程的年發(fā)電量，不僅可以緩解我國電能需求的緊張形勢，還可以降低燃煤量（目前我國 70%以上的發(fā)電量是依靠燃煤獲得），減小對環(huán)境的污染 [1]。 LED 是發(fā)光二極管 Light Emitting Diode 的簡稱，照明 LED 主要是指白光LED。作為新一代照明光源，白光 LED 與傳統(tǒng)照明光源相比，具有如下優(yōu)勢： l 發(fā)光效率高：白熾燈、鹵鎢燈的光效為 12~24lm/W，熒光燈的光效為50~70lm/W，鈉燈的光效為 90~140lm/W， LED 的光效經(jīng)改良后可達(dá) 50~200lm/W，而且光的 單色性好，光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。 2 節(jié)能，耗電量少：在同樣的照明效果下， LED 的耗電量是白熾燈的八分之一，熒光燈的二分之一。據(jù)美國圣地牙哥國家實驗室的 Jeff Nelson 博士稱，全球的白熾燈和熒光燈都被白光 LED 取代的話，將節(jié)約 38 座核電站的發(fā)電量。 3 壽命長：研究資料表明， LED 的平均壽命在 10 萬小時左右，是熒光燈的 10 倍，白熾燈的 100 倍。同時由于照明 LED 的結(jié)構(gòu)特點，使得其本身沒有易損的部件存在，在水下等特殊環(huán)境中也可以穩(wěn)定的工作。 4 體積?。嚎梢宰?成各種形式的光源，例如點光源、面光源等。 5 高響應(yīng)速度：照明 LED 的響應(yīng)速度為納秒級，而白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級。 6 環(huán)保：照明 LED 廢棄后易回收處理。熒光燈等廢棄后會產(chǎn)生重金屬汞不易處理的污染物。 根據(jù) Strategies Unlimited 提供的數(shù)據(jù)，到 2021 年，高亮度（ HB）白光LED 通用照明市場預(yù)計將超過 50 億美元，對應(yīng)從 2021 年到 2021 年的年復(fù)合增長率為 28%。這僅僅是開始，因為隨著 LED 在商業(yè)上更具經(jīng)濟效益，它們的高發(fā)光效率只會進一步加速推進從白熾燈、熒光燈和高 壓鈉燈向高亮度白光 LED 轉(zhuǎn)變的好處。 白光 LED 的高效節(jié)能、綠色環(huán)保優(yōu)點使得各個國家和地區(qū)投入了大量財力人力資源啟動自己的半導(dǎo)體照明計劃，如下表所示 [1]： 表 11 各國半導(dǎo)體照明計劃 國家 /地區(qū) 立項時間 項目名稱 項目預(yù)期目標(biāo) 預(yù)計效益 日本 1998 年 21 世紀(jì)光計劃 到 2021 年， 50%的照明光源被白光 LED 取代 可減少1~2 座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省 10 億公升以上的原油消耗 歐洲 2021年 彩虹計劃 通過歐共體的補助金推廣 LED 的應(yīng)用 應(yīng)用半導(dǎo)體照明實現(xiàn)：高效、節(jié)能、不使用有害環(huán)境的材料、模 擬自然光 美國 2021 年 國家半導(dǎo)體照明計劃 到 2021，年 55%的熒光燈和白熾燈被白光 LED 取代 每年節(jié)約350 億 2021 年 國家半導(dǎo)體照明工程 20212020 年，投資 50100 億元發(fā)展半導(dǎo)體照明技術(shù)，形成自主知識產(chǎn)權(quán)， LED 達(dá)到 150~2021m/W， 15 元 /klm 將建立半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，全面進入通用照明市場，占有 30% ~50%的市場份額，實現(xiàn)節(jié)電 30%以上，年照明節(jié)電 1000 億千瓦時以上 大功率 LED 發(fā)光原理 大功率 LED 是由 IIIIV 族化合物，如 GaAs（砷化鎵）、 GaP（磷 化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是 PN 結(jié)。因此它具有一般 PN 結(jié)的IV 特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性