【正文】 現(xiàn)也為照明界開拓出了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，并為照明節(jié)能設(shè)計(jì)提供了更多的選擇。(6)高性能。(2)避免電力公害 :盡量減少網(wǎng)側(cè)電流諧波，并使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 1。產(chǎn)業(yè)界也涌現(xiàn)一些技術(shù)難度較大、具有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，如 多諧振雙環(huán)控制的通信開關(guān)電源 1 單芯片控制的 500W 以下 PFC控制器， 智能化高頻開關(guān)電源 .用于空調(diào)和冰箱的無位置傳感器的變頻調(diào)速器部件和 數(shù)千kW 級(jí)的 IGBT 中壓變頻器 等。開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品 [1]。 本文主要通過設(shè)計(jì) 一個(gè) 恒流 驅(qū)動(dòng)電源 來驅(qū)動(dòng) LED。 根據(jù) LED 電流、電壓變化特點(diǎn)，采用恒流驅(qū)動(dòng)方式，是比較理想的 LED驅(qū)動(dòng)方式，它能避免 LED 正向電壓的改變而引起電流變動(dòng)，同時(shí)恒定的電流使 LED的亮度穩(wěn)定。 I 摘 要 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ， LED 由于環(huán)保、壽命長(zhǎng)、光電效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，近年來在各行業(yè)應(yīng)用得以快速發(fā)展， 同時(shí)，由于近年來的開關(guān)電源在電子電器各行業(yè)中占了非常重要的位置，由此 驅(qū)動(dòng) LED的開關(guān) 電源 就 成了關(guān)注熱點(diǎn)。 因此對(duì) 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)提出 了 嚴(yán)格要求。 完全 適合用來驅(qū)動(dòng) LED 的開關(guān)電源。以整流技術(shù) (AC/DC)為主的各種電源裝置，如電解、電鍍和中小容量的 AD/DC 變換器的出現(xiàn)是這個(gè)時(shí)期的主要標(biāo)志。 20 世紀(jì)九十年代以來是我國(guó)電力電子技術(shù)和電源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的期 。前國(guó)際上流行的開關(guān)電源向著以下幾個(gè)方面發(fā)展 :(l)進(jìn)一步提高電能變換效率，降低待機(jī)損耗 。(5)小型輕量化 :通過高頻化、組件小型化和先進(jìn)工藝加以實(shí)施 。 LED，特別是白色光 LED，因其與傳統(tǒng)光源相比所具有的理論以及現(xiàn)實(shí)的優(yōu)越性 [2]，受到廣大專業(yè)人士的青睞。 開關(guān)電源和 LED 的發(fā)展概況 2 電源是各種電子設(shè)備必不可缺的組成部分，性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可達(dá) 80%90%，比普通性能穩(wěn)壓電源提高近一倍。采用了這種集成電路來調(diào)節(jié)和控制的開關(guān)電源，不但外部電路簡(jiǎn)單，組件數(shù)目少，而且可以和微處理器直接接口或通過局域網(wǎng) (LAN)來實(shí)現(xiàn)編程或控制功能，是目前 75W 以下高效率、多功能開關(guān)電源的最佳解決方案。 IC 產(chǎn) 品 在功率電子中的應(yīng)用可以簡(jiǎn)單分為兩類。但這種器件需要采用與集成電路不同的縱向工藝和較厚的外延層來達(dá)到耐壓要求，另一類得 到廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品是功率集成電路 (Power)。 開關(guān)電源 和 LED 的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 開關(guān)電源已有幾十年的發(fā)展歷史。目前，開關(guān)頻率已從 20kHZ 左右提高到幾百 、 千赫茲甚至兆赫茲。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速的持續(xù)增長(zhǎng)，人民生活的不斷改善，新住宅的建設(shè)和人均使用面積的大幅度提高，照明燈具增加了裝飾功能，這大大提高了照明用電的需求和照明節(jié)電的空間。在我們的照明 4 設(shè)計(jì)過程中，我 們應(yīng)該以一種理性的態(tài)度去看待 LED 的應(yīng)用，應(yīng)該在真正了解 LED 性能前提下，根據(jù)環(huán)境的條件，合理地選擇使用 LED，才能真正創(chuàng)造出一個(gè)節(jié)能而優(yōu)質(zhì)的照明光環(huán)境 [5]。 高效率： 為了使開關(guān)電源較、小、薄，高頻化（開關(guān)頻率達(dá)兆赫級(jí)）是必然發(fā)展趨勢(shì)。 高可靠： 開關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍，因此降低了可靠性。 模塊化： 無論是 AC/DC或是 DC/DC 或是變換器都是朝模塊化方向發(fā)展 [6]。但諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)也有其難點(diǎn)，如很難準(zhǔn)確地控制開關(guān)頻率、諧振時(shí)增大了器件負(fù)荷、場(chǎng)效應(yīng)管的寄生電容易引起短路損耗、組件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)管等問題難以解決。 LED 的 特點(diǎn) 作為一種冷光源， LED 具有很多傳統(tǒng)光源所不能比擬的優(yōu)勢(shì)。 （ 4）理論上具有與傳統(tǒng)光源相比更高的發(fā)光效率，理論上 LED 的發(fā)光效率大于200lm/w，從而具有相當(dāng)巨大的節(jié)能潛力。 （ 8） LED 發(fā)光具有很強(qiáng)的方向性 。由此產(chǎn)生 LED 的均 、 流均壓的問題。 LED 的發(fā)展和開關(guān)電源的發(fā)展是緊密聯(lián)系在一起的一個(gè)整體，驅(qū)動(dòng) LED 就必須有一個(gè)穩(wěn)定的恒流電源。 下面就各部分的作用做出介紹。 EMI 濾波 整流濾波電路 高頻變壓器 穩(wěn)壓電路 PWM 控制電路 過壓、欠壓、過熱保護(hù)電路 取樣 軟啟動(dòng)電路 過流保護(hù) 輸出恒 流 LED燈源陣列 8 常規(guī)驅(qū)動(dòng)電路 該電路由降壓 (220V/12V)式電源變壓器、橋式整流器和濾波電容 (C1)組成， R1 為L(zhǎng)ED 電流設(shè)置電阻。 下面就對(duì)這些方面的內(nèi)容做出分析。 輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。 9 驅(qū)動(dòng) LED需要受控的 DC(直流 )電流。 控制電路有效通過輸出端取樣的電流電壓值，反饋給主電路，起到反饋調(diào)制作用，主電路通過反饋的信息在調(diào)整電路的整流輸出，使輸出的電流盡可能的達(dá)到穩(wěn)定。 四、輔助電源 提供所有單一電路的不同要求電源。電感 L用以儲(chǔ)存能量，在 開關(guān)斷開時(shí)，儲(chǔ)存在電感 L中的能量通過二極管 D釋放給負(fù)載，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管 D 使負(fù)載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。 LED 電路設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮 LED 的電性能參數(shù)和主要光電特性 ,同時(shí)要考慮電路的轉(zhuǎn)換效率和復(fù)雜程度。 保證驅(qū)動(dòng) LED 燈組的需要。 圖 一般性能電路 圖 高性能電路 基本設(shè)計(jì)思想 （ 1） 電路結(jié)構(gòu)選取原則 在實(shí)際應(yīng)用中， EMI 電源濾波 器兩端阻抗通常都是處于失配狀態(tài)。在進(jìn)行濾波器電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下列原則：當(dāng)源阻抗是高阻時(shí)，濾波器的輸入阻抗應(yīng)為低阻，反之亦然。根據(jù)其特點(diǎn)可粗略地劃為三個(gè)頻段： ～ MHz 差模干擾為主； ～ 5 MHz 差、共模干擾共存；5～ 30 MHz 共模干擾為主。 （ 3） 電路參數(shù)確定 L 的設(shè)計(jì)原則： ○ 1 磁芯材料的頻率范圍要寬，在 1GHz 左右； ○ 2 磁芯磁導(dǎo)率高。常用的電網(wǎng)濾波器參數(shù)為 220nF/275V。它只用于交流回 路。故首先應(yīng)對(duì)高頻變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2)選磁芯 磁芯選用 R2KB 軟磁鐵氧體材料，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B。 13 式中： PA 為磁芯的面積乘積， cm ； eA 為磁芯的截面積， cm 。； K 為磁芯的填充系數(shù)，對(duì)鐵氧體，取 K =1； K 為窗口的銅填充系數(shù)，一般 K =～ 。 根據(jù)表 22，選用鐵芯為 EE40，這時(shí)鐵芯截面積為 138mm2。 =116 V。由于 V=260=364 V。另外，考慮銅線的電流密度可取 3～ 6A／ mm ，由原、副邊最大工作電流就可確定出各自所需導(dǎo)線的截面積，進(jìn)而選擇合適的導(dǎo)線。而且整流電路的電流穩(wěn)定也是很重要的環(huán)節(jié)。功率為 150W，輸入交流電壓范圍為 180～260 V，輸出直流電壓為 +1 5 V，電流為 10 A，輸出電壓調(diào)整率 Sv ≤ 1 ，輸出電壓紋波 P_P≤ 50 mV。半橋 式逆變電路一個(gè)橋臂由開關(guān)管 S1， S2 組成，另一個(gè)橋臂由電容 C1， C2 組成。 圖中， R1， R2 是并聯(lián)均壓電阻； C3 是耦合電容，其作用是防止由于兩個(gè)開關(guān)管的特性差異而造成變壓器磁芯飽和，從而提高半橋逆變電路的抗不平衡能力， C3 要選擇ESR小的無極 性電容。 輸出平滑電路設(shè)計(jì) 開關(guān)電源輸出平滑電路的性能好壞直接影響 到輸出電壓的質(zhì)量問題， 是 LED 能否正常穩(wěn)定的發(fā)光的保證。 Vin 為輸入直流電壓。 穩(wěn)壓電路 由于各個(gè) LED 的動(dòng)態(tài)阻抗和正向壓降不相同 。 雖然整流濾波電路 能將正弦交流電壓變換成平滑的直流電壓電流，但是，一方面，由于輸出電壓平均值取決與變壓器副邊電壓有 效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)；從而導(dǎo)致電流的變化。 原理圖和電路圖 圖 圖 調(diào)整管 保護(hù)電路 比較放大電路 基準(zhǔn)電壓電路 取樣電路 21 組件選擇和參數(shù)的選定 若 同相 比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，則其輸出電壓 可調(diào)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管并保持射極輸出形式，就構(gòu)成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，輸出電壓為 ? ? ZURRRRU )()(1 339。 當(dāng)由于某種原因使輸出電壓 U升高（降低）時(shí)，取樣電路將這一變化送到 A 反相輸入端，并與同相輸入端電位 U進(jìn)行比較放大； A 的輸出電壓，即調(diào)整管的基極點(diǎn)位降低（升高）；因?yàn)殡娐凡捎蒙錁O輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高） ，從而使 U 得到穩(wěn)定。 進(jìn)線電源過壓及欠壓對(duì)開關(guān)電源造成的危害，主要表現(xiàn)在器件因承受的電壓及電流應(yīng)力超出正常使 用的范圍而損壞，同時(shí)因電氣性能指標(biāo)被破壞而不能滿足要求。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流，重者往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流 橋過流損壞；輕者也會(huì)使空氣開關(guān)合不上閘。根據(jù)有關(guān)資料分析表明，電子元器件溫度每升高 2℃ ，可靠性下降 10％，溫升 50℃ 時(shí)的工作壽命只有溫升 25℃ 時(shí)的 1/6，為了避免功率器件過熱造成損壞，在開關(guān)電源中亦需要設(shè)置過熱保護(hù)電路?？紤]到成本和安裝空間問題，現(xiàn)采用 晶閘管保護(hù)法 。經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻 R1，開關(guān)電源處于正常運(yùn)行狀態(tài)。因此 ， 功率因數(shù)的高低及諧波電流失真成為 開關(guān) 電源的一個(gè)非常重要的參數(shù)。其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、成本較低。 采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)可以非常有效地降低諧波含量、提高功率因數(shù) ， 從而滿足現(xiàn)行最嚴(yán)格的諧波標(biāo)準(zhǔn)。 UC3845 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過一個(gè)小變壓器，變?yōu)閮陕吠辔坏尿?qū)動(dòng)信號(hào)，分別驅(qū)動(dòng)兩只開關(guān)管 S1 和 S2。取樣電壓可以直接從輔助控制電源整流濾波后取得，它反映輸入電源電壓的變化，比較器共享一個(gè)基準(zhǔn)電壓， N11 為 欠電 壓比較器， N12 為 過電 圖 采用晶閘 管和限流電阻組成的防浪涌電流電路 壓比較器，調(diào)整 R3 可以調(diào)節(jié)過、欠壓的動(dòng)作閾值。 圖 過壓、欠壓、過熱保護(hù)電路 可實(shí)現(xiàn)過壓 保護(hù)和 LED 開路保護(hù)的額外電路。電阻越小 (大 )，電流就越大 (小 )，開關(guān)頻率也就越高 (低 )。 穩(wěn)壓二極管選用 IN6002B，其穩(wěn)定電壓為 12V，現(xiàn) 就過壓保護(hù)要求 整定 R2 為 30，設(shè) R R4 阻值之和為 R，則有 （ ） 26 把 Vmin=220V、 R2=30K 代入式 可求得 R=。 LED 燈采用鋁基板散熱；功率器件均勻排布；盡可能避免將 LED 驅(qū)動(dòng)電路與散熱部分貼近設(shè)計(jì)；抑制封裝至印刷電路基板的熱阻抗；提高 LED 芯片的散熱 順暢性以降低熱阻抗。因?yàn)闆]有足夠的負(fù)載供電容放電，輸出電壓在每個(gè)周期都會(huì)逐漸升高。因此， Q2 的基極發(fā)射極的 PN 結(jié)將關(guān)閉，導(dǎo)致R5 上的電流為零。 27 短路 保護(hù) 電源的 輸入短路保護(hù)直接在輸入濾波電路前端串接一個(gè)熔斷器即可。所以很小的電流變化就能導(dǎo)致發(fā)光二極管串的損壞?？朔驕p少地線干擾的方法主要有以 下幾種： （ 1）單點(diǎn)接地。如采用矩形截面導(dǎo)體，因?yàn)楸饩匦谓孛鎸?dǎo)體的自感比同截面積的導(dǎo)線自感要小； （ 4）減小電源裝置對(duì)地的分布電容。 驅(qū)動(dòng) LED燈 組 可在轉(zhuǎn)換器中增加小型而低廉的額外電路以克服負(fù)載調(diào)節(jié)和無負(fù)載狀態(tài)下的問題 [9]。其中，腳 16 為 SG3525 的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（ 177。腳 1 及腳 2 分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。 1%，采用溫度補(bǔ)償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，向外輸出電流可達(dá) 400mA，沒有過流保護(hù)電路。 D PWM 信號(hào)產(chǎn)生及分相電路： 比較器的反相端接誤差放大 器的輸出信號(hào) ue，而振蕩器的輸出信號(hào) Uc 則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸出信號(hào)為 PWM 信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)鎖存器鎖存，分相電路由二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和兩個(gè)或非門構(gòu)成，其輸入信號(hào)為振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)，并用時(shí)鐘信號(hào)的前沿觸發(fā)，輸出為頻率減半的互補(bǔ)方波，這些方波和 PWM 信號(hào)輸入到或非門邏輯電路。 E 脈沖輸出級(jí)電 路 :輸出末級(jí)采用推挽輸出電路，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)功率管時(shí)關(guān)斷速度更快 .11 腳和 14 腳相位相差 1800，拉電流和灌電流峰值達(dá) 200mA。 工作過程 可以圖 。 分別是與腳 腳 6 相連的振蕩器的電容和電阻； Ra 是與腳 7 相連的放電端電阻值。這些反饋方案的瞬態(tài)響應(yīng)性能是有限的，無法滿足 LED的 PWM 亮度調(diào)節(jié)所需要的快速開／關(guān)瞬態(tài)響應(yīng)。因此它可以很方便地與 PWM 亮度調(diào)節(jié)方案一起工作。是驅(qū)動(dòng) LED 電源在合理，實(shí)用在開關(guān)電源。采用了這種集成電路來調(diào)節(jié)和控制的開關(guān)電源，不但外部電路簡(jiǎn)單，組件數(shù)目少，而且可以和微處理器直接接口或通過局域網(wǎng) (LAN)來實(shí)現(xiàn)編程或控制功能，是目前高效率、多功能開關(guān)電源的最佳 解決方案。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成度和布線密度都將大大提高，電子產(chǎn)品正向著多功能、小型化和高效率的方向發(fā)展，其中離不開電 源的小型化和高