【正文】 可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。 22 第 3 章 冷光源照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 冷光源照明系統(tǒng) 電源電路驅(qū)動(dòng)電路檢 測(cè) 電 路鍵 盤 、 顯 示 電 路L E D照 明 燈控 制 電 路 圖 31 照明系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 冷光源照明系統(tǒng)包括 :控制電路 ,驅(qū)動(dòng)電路 ,檢測(cè)電路 ,按鍵顯示電路 ,電源電路 ,復(fù)位電路 ,編程調(diào)試電路和報(bào)警電路。 N溝道增強(qiáng)型 VMOS 管的轉(zhuǎn)移特性曲線、輸出特性曲線分別如圖27(a)、 27(b)所示： IDU G S0 IDU G S01234 圖 27（ a） 轉(zhuǎn)移特性曲線 圖 27（ b）輸出特性曲線 21 本章小結(jié) 本章主要 論述了冷光源照明系統(tǒng)的基本特征以及電路原理。功率場(chǎng)效應(yīng)管因其存在 v 型槽而得名，習(xí)慣上稱為 VMOS 場(chǎng)效應(yīng)管 (VMOSFET)或 VMOS 管。 功率 MOSFET 場(chǎng)效應(yīng)管根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (JFET， Junction Gate Field Effect Transistor)和 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 (MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管或 MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)。 因此理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)有以下兩個(gè)重要的特點(diǎn) ： (1) “ 虛短 ” ，即認(rèn)為兩輸入端電壓相等： UU??? ，集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端電壓無(wú)窮接近，但又不是真正短路。集成運(yùn)放的應(yīng)用電路多種多樣，但其工作范圍只有兩種情況，即線性區(qū)或 非線性區(qū)。 (3)輸出電阻 0odR ? ； (4)共模抑制比 CMRK ?? ； (5)上限截止頻率 Hf ?? ； (6)輸入失調(diào)電壓 IOU 、輸入失調(diào)電流 IOI 和它們的溫漂 IOdUdT (℃ )、 IOdIdT (℃ ) 均為零，且無(wú)任何內(nèi)部噪聲。 集成運(yùn)放 集成運(yùn)算放大器 (簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放或運(yùn)放 )實(shí)際上是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路，具有高輸入電阻、高放大倍數(shù)及低輸出電阻的特點(diǎn)。 (2)所需電容容量應(yīng)滿足 (3 5) 2L TRC?的條件， T 為電網(wǎng)電壓周期。()cLR R C? ?? (式 212) 整流電路 內(nèi)阻為變壓器次級(jí)內(nèi)阻與二極管導(dǎo)通電阻之和，假設(shè)為 39。一般整流電路之后，還需接入濾波電路以濾除諧波成分，使脈動(dòng)的直流電變?yōu)楸容^平滑的直流電。整流電路種類較多，按整流元件的類型，分二極管整流和可控硅整流；按交流電源的相數(shù)，分單相和多相整流；按流過(guò)負(fù)載的電流波形，分半波和全波整流；按輸出電壓相對(duì)于電源變壓器次級(jí)電壓的倍數(shù)，又分一倍壓、二倍壓及多倍壓整流等。 整流濾波電路 驅(qū)動(dòng)電路首先要將 220W50Hz 的交流電通過(guò)整流濾波電路轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾娫礊楹懔麟娐饭╇姟? 因此無(wú)論是在串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)的連接方式下， LED 燈的任何故障都有可能會(huì)對(duì)其他的 LED 造成影 響。 圖 24（ a）先串聯(lián)后并聯(lián)的連接方式 13 圖 24（ b）先并聯(lián)后串聯(lián)的連接方式 先串聯(lián)后并聯(lián)的連接方式如圖 24(a)所示，在恒流驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，如果某 LED斷路，則該 LED 所在的整串燈都不亮，總恒定電流分?jǐn)偟狡渌?LED 燈串上，影響與并聯(lián)方式在恒流驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生斷路的相同；如果某 LED 短路，則該 LED 所在串聯(lián)支路在少了一個(gè) LED 燈的情況下與其他支路并聯(lián)，該支路的每個(gè) LED 的端電壓增加， 會(huì)使該支路上電流增加而影響其他 LED 燈的使用。 如果某 LED 短路那么其他 LED 將不再發(fā)光，若 LED 并聯(lián)數(shù)目較多，那么流過(guò)短 12 路 LED 的電流會(huì)增大到將發(fā)生短路支路熔斷而將該短路支路斷開，最終總恒定電流分?jǐn)偟狡渌?LED 上，由于并聯(lián)數(shù)目較多，因此影響不大；采用恒壓驅(qū)動(dòng)時(shí)若某 LED斷路則對(duì)整個(gè)電路沒(méi)有影響，如果某 LED 短路則影響與恒流驅(qū)動(dòng)方式下發(fā)生短路時(shí)相同 ，所以恒壓驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)盡量多并聯(lián) LED。 11 連接方式 圖 23（ a）串聯(lián)連接方式 圖 23（ b）并聯(lián)連接方式 LED 可以采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并混聯(lián)的連接方式。溫度升高還會(huì)導(dǎo)致光衰加劇及器件壽命呈指數(shù)下降。 大功率 LED的熱穩(wěn)定性問(wèn)題已成為 LED照明的一個(gè)技術(shù)瓶頸。 Philips公司研究中心對(duì)基于 RGB的白光 LED進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn) 其波長(zhǎng)和輸出光通量受到驅(qū)動(dòng)電流、溫度、使用時(shí) 10 間的影響，采用光敏二極管進(jìn)行色度檢測(cè)反饋結(jié)合 PI恒流閉環(huán)控制后，白光輸出色 差得到明顯改善。 通常把光輸出衰減 50％所經(jīng)歷 的時(shí)間定義為發(fā)光二極管的壽命。 9 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 000 . 20 . 40 . 60 . 811 . 2光通量電 流 （ m A ） 圖 22相對(duì)光通量Φ與正向電流 IF關(guān)系 LED光源最大的優(yōu)點(diǎn)就是長(zhǎng)壽命，各 LED廠商均聲稱其 LED的使用壽命可達(dá) 50，000～ 1 00， 000小 時(shí)，但通常 LED不會(huì)完全損壞，而是在其工作中光輸出逐漸減少。在正向電壓下，電子由 N區(qū)注入 P區(qū)，空穴由 P區(qū)注入 N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子 (少子 )一部分與多數(shù)載流子 (多子 )復(fù)合而發(fā)光。 反 向 電 壓正 向 電 壓0（μA）正向電流 圖 21普通二極管伏安特性曲線 8 在室溫 (T=300K)條件下， kTq≈ 26mV，在正向電壓大于零點(diǎn)幾伏時(shí)，就有 qvfkTe? 1 ，因此式 (22)可以化簡(jiǎn)為 I≈ I0 qvfkTe? (式 22) 式 (23)說(shuō)明照明 LED的電流與電壓呈指數(shù)關(guān)系，但指數(shù)關(guān)系并不適合用等效模型來(lái)描述。曾經(jīng)有人指出，高亮度 LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。 傳統(tǒng)的 PWM調(diào)光方式是將調(diào)光開關(guān)與負(fù)載串聯(lián)，當(dāng)開關(guān)打開時(shí)， LED支路沒(méi)有電流流過(guò)，當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)， LED支路有電流流過(guò)， LED燈發(fā)光。但并不是所有的燈都是可調(diào)光的， LED的響應(yīng)時(shí)間很短，只有幾到幾十納秒，尤其適合于 PWM方式調(diào)節(jié)亮度。使用 10%的調(diào)光級(jí)別可將燈的使用壽命延長(zhǎng)兩倍，而 50%調(diào)光級(jí)別可延長(zhǎng) 20倍。如果將調(diào)光級(jí)別降低 50%，則可以節(jié)省約 40%的電能。 Boost電路將輸入電壓提升，采樣電阻檢測(cè)流過(guò) LED電流并經(jīng)過(guò)放大電路反饋到恒流恒照度控制電路中，光電二極管檢測(cè) LED的照度，將照度值轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷褐担⑴c額定電壓比較，差值放大后送入到恒流恒照度控制電路中，改變 Boost電路調(diào)節(jié)開關(guān)的控制信號(hào)，使輸出電流或輸出照度保持恒定，恒定照度控制同樣是通 過(guò)控制輸出電流來(lái)維持照度值。當(dāng)斷開調(diào)節(jié)開關(guān)時(shí)，充電電容通過(guò)諧振電感的諧振從 AC電源吸收能量，能量?jī)?chǔ)存在充電電容中，轉(zhuǎn)移 到 DC總線電容中或在當(dāng)調(diào)節(jié)開關(guān)打開時(shí)轉(zhuǎn)移到負(fù)載中。由于大功率白光 LED的應(yīng)用受到了世界上的廣泛關(guān)注，大功率白光 LED的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)也因此成為熱點(diǎn)，大功率 LED的驅(qū)動(dòng)電路多采用恒流驅(qū)動(dòng)方式， LED恒流驅(qū)動(dòng)電路有電荷泵、 Buck、 Boost等多種驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)前中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)，核心競(jìng)爭(zhēng)力 仍有待于進(jìn)一步提升。 目前，中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展向好，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長(zhǎng)、照明應(yīng)用取得較大進(jìn)展。 冷光源照明系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 中國(guó) LED產(chǎn)業(yè)起步于 20世紀(jì) 70年代。超亮度藍(lán)光芯片是白光 LED 的核心，在這個(gè)發(fā)光芯片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過(guò)吸收來(lái)自芯片上的藍(lán)色光并將其轉(zhuǎn)化為白光。 20 世紀(jì) 80 年代早期到中期對(duì)砷化鎵磷化鋁的使用 ,使得第一代高亮度 LED 的誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。LED 采用雙層磷化鎵芯片（一個(gè)紅色另一個(gè)是綠色）能夠發(fā)出黃色光。第一個(gè)商用 LED 雖然僅能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應(yīng)用于感應(yīng)與光電領(lǐng)域。 1936 年 ,Gee Destiau 出版了一個(gè)關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報(bào)告。 LED 已經(jīng)進(jìn)入很多應(yīng)用領(lǐng)域，包括宇航、飛機(jī)、汽車、工業(yè)應(yīng)用、通信、消費(fèi)類產(chǎn)品等，遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，廣泛用作普通照明、車燈、景觀燈、路燈照明、液晶板背光源、手機(jī)背光源、數(shù)碼相機(jī)閃光燈等。照明用電占發(fā)電總量的比例在發(fā)達(dá)國(guó)家占 19%，在我國(guó)占 10‰而且在我國(guó)以低效照明為主，是終端節(jié)電的主要對(duì)象之一。目前一般 1W 白光 LED 的發(fā)光效率為 3045lm/W，發(fā)光效率突破 50lm/W 的白光 LED 器件已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化水準(zhǔn)，日亞化學(xué)工業(yè)已經(jīng)開始供應(yīng)發(fā)光效率 100lm/W的白色 LED 樣品，其他 LED 供應(yīng)商也都開始紛紛生產(chǎn) 100lm/W及以上的高效白光 LED， LED 的發(fā)光效率還將繼續(xù)上升。 在 20 世紀(jì) 70 年代， LED 最早應(yīng)用作指示燈、數(shù)字和文字顯示。低成本的單芯片集成電路及無(wú)需支持電路的特點(diǎn)，使它成為許多溫度測(cè)量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。微調(diào)或使能偏壓電壓可校正 LED 間的亮度不一或?qū)崿F(xiàn)多顆 LED 間整體亮度同時(shí)調(diào)整 。 冷光源 LED 以其高效率、低功耗、低電壓驅(qū)動(dòng)、使用壽命長(zhǎng)以及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，引起了全世界的廣泛關(guān)注，被越來(lái)越多的應(yīng)用于各種照明場(chǎng)合，在可預(yù)見的將來(lái)將有可能進(jìn)入一般照明市場(chǎng)以替代傳統(tǒng)的熱照明方案成為新一代照明光源。我國(guó)在1996 年也推出了“中國(guó)綠色照明工程 ，旨在我國(guó)發(fā)展和推廣高效照明器具，逐步替代傳統(tǒng)的低效照明電光源，節(jié)約照明用電。 采用 單通道輸出的 LED 恒流驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)高達(dá) 1安培的沈入電流（ sink current），并可透過(guò)調(diào)整參考輸入電流 ( REFI )來(lái)任意設(shè)定輸出電流的大小。 采用 AD590 溫度檢測(cè)， 適用于 150℃ 以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測(cè)應(yīng)用?！?， which was in order to develop and promote highefficient lighting apparatuses， gradually substitute the traditional lowefficient lighting apparatuses， and save lighting electricity． Power white LED has aroused world wide interest because of its high efficiency， low power loss， low drive voltage， long service life， energyconversation and other advantages， to be applied in many kinds of illuminance situation． In the foreseeable fut