【正文】 TO253 CMD735 4~40V 1500mA 90% 有 TO2525 CMD733 4~40V 1000mA 90% 有 DIP8,SO8 CMD34063 4~40V 1500mA 90% 有 DIP8,SO8 PT4107 85~450V 1000mA 90% 有 SOP8 芯片的選定 現(xiàn)在市面上常見的大功率 LED 為 1WLED，在做一個(gè) 120W 大功率 LED 路燈時(shí)，需要 120 個(gè)大功 率 LED，那么就要考慮這些 LED 的聯(lián)接方式。 1W 大功率 LED 的額定電流為 350mA，兩路LED 需要的電流則為 700mA，當(dāng)恒流源輸出 700mA 電流時(shí)，由于每路 LED 的電流不相等，則使其中一路 LED 串的電流高于 350mA，另一路低于 350mA，這樣高于 350mA 的 LED 串會(huì)很快燒毀，又使所有的電流流向最后一路 LED，最后使這一路 LED 也很快燒毀。在設(shè)計(jì)中，本人還考慮要設(shè)計(jì)一個(gè)可用于 30W， 60W， 90W， 120W 的驅(qū)動(dòng)電源，即根據(jù)路燈的不同瓦數(shù)，對驅(qū)動(dòng)電源的輸出管腳進(jìn)行設(shè)置，即可完成對不同規(guī)格的路燈的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)每路為 30 個(gè) LED，又提升了電路的可靠性。再根據(jù)輸入電壓的范圍，最終選定 PT4107為本驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)芯片。通過限制外部功率 MOSFET 的峰值電流來控制輸出電流。通過外部的電阻可設(shè)定 PT4107以最高 300KHZ 的固定頻率控制外部功率 MOS 管。此外， PT4107也支持低頻的數(shù)字脈沖調(diào)光功能 (輸出 LED 個(gè)數(shù)少于 5個(gè)時(shí)適用 )。 PT4107 基本性能 PT4107 是一個(gè)高電壓降壓控制器的通用型高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)器，它有很多優(yōu)良的特性，具體的特性如下： 1. 高效率 :大于 90% 2. 寬輸入電壓范圍 :從 18V 到 450V 3. 以恒定電流方式驅(qū)動(dòng) LED 4. 支持毫安級到安培級的輸出應(yīng)用 5. 支持一個(gè)到上百個(gè) LED 的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用 6. 支持低頻可變占空比的數(shù)字脈沖調(diào)光功能 7. 支持線性調(diào)光功能 (SW1:5K 的可調(diào)電位 ) 8. 采用頻率抖動(dòng)減少輻射 EMI 干擾 9. 可外部設(shè)定過溫保護(hù) PT4107 管腳配置 圖 31 所示為 PT4107 芯片圖 圖 31 PT4107管腳配置 表 33是對 PT4107管腳的具體描述。一旦電壓低于 ROTP 引腳預(yù)先定義的值， PWM輸出將被禁用 PWMD 低頻 PWM 調(diào)光引 腳，也叫做使能輸入。并詳細(xì)介紹了驅(qū)動(dòng)芯片 PT4107 性能。 本課題的設(shè)計(jì)目的為做一個(gè)用于驅(qū)動(dòng) 30W， 60W， 90W， 120W路燈的多功能驅(qū)動(dòng)電路，能夠?qū)崿F(xiàn)電流的調(diào)節(jié)，即照明燈亮度的調(diào)節(jié)。 圖 41 基于 PT4107大功率 LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì) 整流模塊 整流電路可以分為單相半波整流電路，單相全波整流電路，單相橋式整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成 橋 式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。正、負(fù)半周均有電流流過負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路，而且無論在正半周還是負(fù)半周，流過驅(qū)動(dòng)電路的電流方向都是一致的，因而使輸出電壓的直流成分得到提高，脈沖成分被降低。但是，這種單向脈動(dòng)電壓往往包含著很大的脈動(dòng)成分，距離理想的直流電壓還差的很遠(yuǎn)。另外，這種電路中，每只整流二極管承受的最大反向電壓，是變壓器次級電壓最大值的兩倍，因此需用能承受較高電壓的二極管。如圖 41為電路的系統(tǒng)構(gòu)成。它具有兩種調(diào)光功能，低頻的 PWM信號調(diào)光和線性可變電阻調(diào)光；另外提供了溫度檢測功能，通過一個(gè)熱敏電阻檢測整個(gè)系統(tǒng)的環(huán)境溫度，為整個(gè)系統(tǒng)的可靠的工作提供了安全的保證。 PT4107 恒流驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端電壓范圍為 0 到 20 伏，輸入電流最大為 10mA，其它引腳的電壓范圍為 0~5V， PT4107的操作溫度為 40~+85 攝氏度，這個(gè)操作范圍十分適用于室外的環(huán)境溫度。在此引腳和地面之間連接電阻以設(shè)置 PWM頻率 ROTP 溫度傳感輸入引腳。并為系統(tǒng)提供了安全可靠的過流過溫保護(hù)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 LED 的電流可以通過選擇恰當(dāng)?shù)南蘖麟娮鑱碓O(shè)定。當(dāng) CS 引腳的電壓超過峰值電流感應(yīng)電壓閾值，柵極驅(qū)動(dòng)信號終止， 功率 MOSFET 關(guān)閉。由外部電阻器和一個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓將高輸入電壓從 110VAC 或 220VAC 糾正鉗位到 20V。 設(shè)計(jì)的電源采用四個(gè)恒流源芯片 (保證了每路 LED 的電流相等 )共用一個(gè)電壓輸入端的方法，這樣既保證了可靠性，又降低 了成本，所以這樣的驅(qū)動(dòng)電路可行。 綜上所述，采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng) 120W 的大功率 LED 路燈是不可取的。串聯(lián)120 個(gè) LED 勢必會(huì)使路燈的整體可靠性下降，當(dāng)一個(gè) LED 毀壞時(shí)，整個(gè) LED路燈就會(huì)被毀壞，且串聯(lián) 120 個(gè) LED 后，對 LED 串的供電電壓就會(huì)很大， 120 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 個(gè) LED 的供電電壓大約可達(dá)到 450V，這是不可取的，所以不考慮將 120 個(gè)LED 串聯(lián)使用。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 第 3章 控制驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)選型 常用大功率 LED的恒流驅(qū)動(dòng)芯片 由表 31 不難看出，各個(gè)恒流源芯片的輸入電壓存在一定的差別 ]4[ ，大概分為三個(gè)類型， ~6V， 4~30V， 85~450V，芯片的輸出電流也存在一定的差別，也可分為三個(gè)類型，分別為小于 1000mA、 1000mA~2020mA、大于2020mA，設(shè)計(jì) 1W 的 LED 路燈時(shí)，對電流的選擇范圍為小于 1000mA 就可以。 3． PWM 驅(qū)動(dòng)電路 ACDC 轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)交流電間接驅(qū)動(dòng) LED，是現(xiàn)在對大功率 LED 的主流實(shí)現(xiàn)方案。 PWM 驅(qū)動(dòng)電路是由 PWM 信號控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，又分為線性驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)。PWM 變換器的工作原理如下圖所示。對于這種變換器，有兩種工作方式 :一種是保持開關(guān)周期 Ts 不變，改變控制開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間及占空比寬度調(diào)節(jié) (PWM)方式 。如圖 26 所示為恒壓驅(qū)動(dòng)電路。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 24 普通大功率 LED 直流驅(qū)動(dòng)電路 圖 25 所示電路中利用兩只反并聯(lián)的二極管對降壓后的 交流電壓進(jìn)行整流。 針對這些需求， 工程師們 提供了全系列 LED 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案，可以為用戶提供全面的 LED 驅(qū)動(dòng)器解決方案。同時(shí)精心設(shè)計(jì)輸出級使其輸出電流和電壓符合 LED 照明要求，是保證亮度穩(wěn)定和提高可靠性的重要環(huán)節(jié)。為滿足這一通用輸入要求，實(shí)現(xiàn)的途徑一般有兩個(gè)：一是直接按 85～ 265VAC 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；二是按 220VAC177。 5． AC 輸入電壓范圍 通常取額定值的 177。 3．盡可能使 LED 電源電壓向安全低壓標(biāo)準(zhǔn)靠攏 由于新興的 LED 照明業(yè) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 還未來得及建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)， LED 電源的設(shè)計(jì)基本取決各個(gè)企業(yè)開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品的考慮。 整流器和平滑濾波器結(jié)合工作的結(jié)果是使電網(wǎng)輸入電流波形發(fā)生畸變，電能利用率降低，通常只有約 60%或更低，這就是說，一個(gè) 60W 的 LED 燈在不考慮變換 損耗的情況下，從電網(wǎng)吸收的功率實(shí)際是 60/=100W，白白浪費(fèi)了 40W或更多，并產(chǎn)生大量諧波污染電網(wǎng)，危害著其他用電設(shè)備。為了盡可能提高電流源的效率，減少發(fā)熱，電流源的輸入電壓必須得到合理控制，使其最大值在扣除內(nèi)部壓降后同電流一樣，也與 LED 需要的總電壓相匹配。 基于電源效率的設(shè)計(jì)原則 功率型 LED 應(yīng)用于各種場合的照明，通過近幾年業(yè)界的共同關(guān)注和推進(jìn)已得到快速的發(fā)展， LED 早已不僅僅局限于指示類應(yīng)用領(lǐng)域，隨著其應(yīng)用的不斷擴(kuò)大譬如功率型 LED 路燈、功率型 LED 隧道燈、功率型筒燈等等都已得到很好的推廣應(yīng)用，但所有這類燈具目前都存在驅(qū)動(dòng)源性能指標(biāo)不夠理想的局面，這就導(dǎo)致燈具 的穩(wěn)定性和可靠性無法得到保障。因此，應(yīng)該使 LED 在一個(gè)發(fā)光效率比較高的電流值下工作。 4． LED 的 PN 結(jié)的溫度系數(shù)為負(fù)，溫度升高時(shí) LED 的勢壘電勢降低。 2. LED 是一個(gè)具有 PN 結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，具有勢壘電勢，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，加在 LED 上的電壓值超過這個(gè)門限電壓時(shí) LED 才會(huì)充分導(dǎo)通。 原始電源有各種形式，但現(xiàn)有大部分電源，一般都不能直接給 LED 供電。這表明隨著電流增加，熒光強(qiáng)度相對藍(lán)光 LED 發(fā)光強(qiáng)度有所增加 ]20[ 。電流增大，光功率隨之增大，當(dāng)正向電流為 200mA 時(shí)光功率達(dá)到。因此，超高亮 LED 通常采用恒流源驅(qū)動(dòng) ]2[ 。再如下圖為某類 LED 正向壓降 (VF)和正向電流的 (IF)關(guān)系曲線，由曲線可知，當(dāng)正向電壓超過某個(gè)閾值 (約 2V，區(qū)別于LED 類型 )，即通常所 說的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為， IF與 VF成正比 [16]。 大功率 LED 伏安特性 圖 21 為同一型號批次大功率 LED 器件的電流一電壓特性之間的差異性。 由此，自行設(shè)計(jì)并完成了可用于 LED 道路照 明用的大功率 LED 驅(qū)動(dòng)電源。 大功率照明燈用 LED 制造技術(shù)突飛猛進(jìn)，今天已經(jīng)能大批量生產(chǎn)，而且在增加 LED 發(fā)光效率 (lm/w)方面努力；從 AC 到 DC 恒流源輸出、經(jīng)濟(jì)而有效地驅(qū)動(dòng)大功率照明燈用 LED 的電源驅(qū)動(dòng)芯片，也正在引起更多的集成電路開發(fā)廠商的投入。家庭用照明燈的發(fā)光效率及平均壽命比較如表 12(為 2020 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) ) ]5[ ?？梢姲雽?dǎo)體燈已對傳統(tǒng)的白熾燈發(fā)起了挑戰(zhàn)，一個(gè)全新的半導(dǎo)體照明燈時(shí)代即將來臨。高亮度藍(lán)光二極管 (LED)已解決了發(fā)光二極管的三 原色的缺色問題，因此徹底解決大屏幕全彩色顯示問題。 圖 11 LED 光通量增長曲線 表 11 中顯示的是半導(dǎo)體照明 LED 燈的發(fā)展趨勢和遠(yuǎn)景。 大功率 LED 照明發(fā)展趨勢 在過去的 30 多年中，正像 Haitz 定律預(yù)示的那樣， 每 ~2 年單顆 LED 的光通量就提高一倍。 2020 年 6 月 17 日 ，國家科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合教育部、信息產(chǎn)業(yè)部、建設(shè)部、中科院、中國 輕工聯(lián)合會(huì)、中國照明學(xué)會(huì)、中國照明電器協(xié)會(huì) 8 個(gè)部門、行業(yè)，及北京、上海、浙江、廣東、江蘇、江西、長春等 17 個(gè)地方政府正式宣布成立國家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，標(biāo)志著我國的半導(dǎo)體照明工程正式啟動(dòng)。 美國加州大學(xué)固態(tài)發(fā)光及顯示中心則尋求白色 LED 之外的其它解決方案，目前該中心正在進(jìn)行一項(xiàng)由政府扶持的項(xiàng)目，主要針對下一代照明。 Sumitomo 住友電子向美國 CREE 公司一年內(nèi)訂購了一億美元的 LED 合同，這將是 CREE 一年的全部生產(chǎn)能力，住友很顯然是想 獨(dú)霸整個(gè)高亮度 LED 的市場。由 Philips Lighting和 Agilent(原 HP)于 1998 年合資興辦的 Lumileds 是一家致力于功率型白光LED 生產(chǎn)，封裝研究和開發(fā)的公司。LED 產(chǎn)品中技術(shù)壁壘最高的是上中游產(chǎn)品的生產(chǎn)，目前窺視這一巨大商機(jī)的廠家不少，但由于技術(shù)、資金和產(chǎn)業(yè)化工藝的限制，國內(nèi)真正能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)屈指可數(shù)。 1995 年，高亮度藍(lán)色、綠色 LED 也相繼進(jìn)入量產(chǎn)，使 LED 的發(fā)光波長覆蓋從紅色到藍(lán)色整個(gè)可見光譜范圍，而且具有高達(dá) 30%的發(fā)光效率。 大功率 LED照明技術(shù)發(fā)展情況 國外大功率 LED 照明技術(shù)發(fā)展情況 對于 LED 這種將電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件的研究很早就開始了。這就需要在單色 LED 的基礎(chǔ)上研究，開發(fā)白光 LED。與一般的照明需要千流明甚至更高光通量的要求相距甚遠(yuǎn)。通過控制電路很容易調(diào)控 亮度，實(shí)現(xiàn)多樣的動(dòng)態(tài)變化效果。大功率 LED 的工作電壓為 3~4 伏左右的直流電，因而沒有電磁干擾。 6. 響應(yīng) 快。而且它沒有傳統(tǒng)燈泡的鎢扮、玻璃殼等易損部件，維護(hù)費(fèi)用低廉。 3. 壽命長。雖然按一般光效定義的 LED 的發(fā)光效率并不算高，但由于 LED 的光譜幾乎全部集中于可見光區(qū)域，效率可達(dá)到 80%~90% ，而白熾燈的可見光轉(zhuǎn)換效率僅為10%~20% 。 LED 的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長而曲折的歷史過程 ]2[ 。 20 世紀(jì) 90 年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化稼 LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強(qiáng)度的綠光和藍(lán)光鋼氮稼 LED。幾乎與此同時(shí)， HP 公司與TI 公司也推出了帶 7 段紅光顯示屏的計(jì)算器。 20 世紀(jì) 70 年代中期，磷化稼開始被用作發(fā)光光源，隨后可發(fā)出灰白綠光。在早期的試驗(yàn)中， LED 需要放置在液化氮里，需要進(jìn)一步研究以便能高效率的在室溫下工作。 20 世紀(jì) 20 年代晚期 Bernhard Gudden 和 Robert Wichard 在德國 使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發(fā)光，但再一次因發(fā)光暗淡而停止研究。要使它變成接近自然光的白光，還需將出射的窄帶有色光轉(zhuǎn)化成占滿整個(gè)可見光光譜的白光 ]1[ 。由于熒光燈的出射光波長幾乎全部集中在可見光譜的某一窄帶范圍內(nèi)，因此其發(fā)光效率大大高于白熾燈，一般為 851m/w。首先，它摒棄了傳統(tǒng)的化學(xué)燃料，而采用電能作為發(fā)光驅(qū)動(dòng)能源，因此具有無污染、易輸運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)。最初的火光照明采用燃燒化學(xué)燃料的方法來獲得人類所需的光源。大功率