【正文】 整流電路的作用是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。根據(jù)對驅(qū)動電路的不同要求設(shè)計出三種用于驅(qū)動大功率 LED的驅(qū)動電路： 簡單并聯(lián)形式 驅(qū)動電路、具有保護(hù)隔離的并聯(lián)形式驅(qū)動電路、單元化形式的驅(qū)動電路。內(nèi)部 100kohm 電阻拉至 5 V 電壓 VIN 經(jīng)過一個電阻連接輸入電壓為 18V450VDC GATE 驅(qū)動器的外置 MOSFET 門 PT4107 工作參數(shù) 表 32 所示為 PT4107 操作范圍。 PT4107采用矽威專利的電流補(bǔ)償技術(shù)，使得 LED 電流在很寬的輸入電壓范圍以及不同 LED 個數(shù)的條件下保持恒定。檢測電阻的電壓供應(yīng)到 PT4107的 CS 引腳。根據(jù)以上要求，設(shè)計的電路為每路為 30 個 LED 的 4 路 LED 串，則每路 LED 串的電流均為 350mA，電壓為 110V。 單芯片構(gòu)成的驅(qū)動電源 若采用 120 個 LED 串聯(lián)使用，則可以保證通過每一個 LED 的電流均相等，即可保證每一個 LED 的亮度是一樣的，但這樣設(shè)計是存在弊端的。其應(yīng)用存在于 LED 大屏幕驅(qū)動顯示、大型 LED 液晶電視背光源驅(qū)動、信號報警閃光燈驅(qū)動、室內(nèi)外彩飾亮度調(diào)節(jié)等，并且此類驅(qū)動芯片正不斷涌現(xiàn)在更廣泛的 LED 應(yīng)用領(lǐng)域，隨著大功率 LED 發(fā)光效率的不斷提高，很可能會成為普通照明的驅(qū)動選擇。當(dāng)輸入、輸出之間需要進(jìn)行電氣隔離時，可采用變壓器進(jìn)行隔離和升降壓。它的架構(gòu)非常簡單，但 LED 的電流會隨著落在 LED 兩端的電壓而改變，如果 LED 順向偏壓不一致或輸入電壓有些許變動都會對 LED 的亮度產(chǎn)生影響。但這些應(yīng)用對 LED 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計也提出了新的要求，包括：輸入電壓范圍一般要求為6V 到 24V；具有沖擊負(fù)載保護(hù)、反相和 過壓保護(hù)；待機(jī)功耗非常低；低帶隙基準(zhǔn)以減少電流檢測損耗以及具有 PWM 調(diào)整亮度的功能等。因而現(xiàn)代電子設(shè)備產(chǎn)品通常要求輸入交流電壓范 圍能達(dá) 85～ 265VAC，這樣無疑增大了設(shè)計成本，體積及設(shè)計難度。也就是說 ≥50W 的 LED 燈不僅功率因數(shù) (PF)，而且其諧波干擾也必須滿足這類標(biāo)準(zhǔn)要求。為了防止這種情況發(fā)生，大功率 LED 一般必須采用恒流方 式供電。 LED 的光通量隨著流過 LED 的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來光通量增加得越少。給 LED 供電的電源必須注意以下事項 ]15[ : 1. LED 是單向?qū)щ娖?件，由于這個特點，就要用直流電流或者單向脈沖電流給 LED 供電。色溫隨著電流的增加而下降，小電流下色溫較高，為 5300K，色坐標(biāo)處于淡黃色區(qū)域，電流增加時，色溫迅速降低，在 50mA 下降至 4850K，然后色溫隨電流增加逐漸飽和。所以，采用恒壓 源驅(qū)動不能保證 LED 亮度的一致性，并且影響 LED 的可靠性、壽命和光衰。下面主要就搜集到的大功率 LED 的相關(guān)電學(xué)和光學(xué)特性進(jìn)行了整理。集成電路和燈具廠商紛紛開始行動，奔向這個巨大市場。目前，世界上生產(chǎn)藍(lán)光二極管的半導(dǎo)體公司紛紛和老牌燈泡制造商結(jié)盟，搶占這個可以說是未來最大的照明市場。對半導(dǎo)體照明的各項性能指標(biāo)，如發(fā)光效率，壽命，單燈光通量，性價比以及顯色指數(shù)等提出了階段性的目標(biāo)。 國內(nèi)大功率 LED 照明技術(shù)發(fā)展情況 國內(nèi)， lmm? lmm 倒裝結(jié)構(gòu)白光 LED 在標(biāo)準(zhǔn)電流 (350mA)下光通量可達(dá)到40 lm 以上 ]20[ 。日亞公司由于在 InGaN LED 技術(shù)和生產(chǎn)白色 LED 的熒光粉材料上擁有多項專利，在 InGaN 白色 LED芯片供應(yīng)上一直占有優(yōu)勢地位。但目前在材料質(zhì)量、器件指標(biāo)等方面與國際先進(jìn)水平還有很大差距，特別是在半導(dǎo)體用于照明的一些關(guān)鍵性產(chǎn)業(yè)技術(shù)上還未能攻克?？偠灾?，為了實現(xiàn)真正意義上的半導(dǎo)體照明，我們需要研究、開發(fā)并生產(chǎn)出光效高、單顆功率大、價格合理的白光 LED?，F(xiàn)在單顆 LED 的光通量是以流明，甚至是以毫流明為單位來量度的。 7. 環(huán)保。大功率照明 LED 以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至在水下也能長時間穩(wěn)定地工作。 大功率 LED 照明第一個突出的優(yōu)點就是節(jié)能。第一個有歷史意義的藍(lán)光 LED 也出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 90 年代早期，再一次利用金鋼砂 早期的半導(dǎo)體光源的障礙物，依當(dāng)今的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)去衡量，它與前蘇聯(lián)以前開發(fā)的黃光 LED 一樣光線暗淡。磷化稼的改變使得 LED 更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。更難處理的是碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應(yīng)，研究被摒棄了。第三種照明技術(shù)是熒光燈照明，熒光燈利用電能作為驅(qū)動能源來激發(fā)低壓汞蒸氣產(chǎn)生波長約為 的窄帶紫外出射光，該紫外光照射燈管內(nèi)壁上的熒光粉，激發(fā)它產(chǎn)生占滿整個可見光譜的白光。從本質(zhì)上講，照明史的發(fā)展就是人類不斷提高照明 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 效率的過程。實現(xiàn)功率電源的程序化管理和半導(dǎo)體照明電源的節(jié)能控制技術(shù)。 2020 年，拋開金融危機(jī)對世界經(jīng)濟(jì)的影響，歐美等國際市場對大功率LED 電源的需求量還是很大，受金融危機(jī)影響較小。 LED路燈 ，特別是 大功率 LED路燈 ，正以迅猛的速度沖擊傳統(tǒng)的 路燈 市場。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 大功率 LED 驅(qū)動電源研究 摘要 大功率 LED 以其高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、可靠性高等優(yōu)點正在逐漸取代傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈成為新一代照明光源。而相對 大功率 LED路燈應(yīng)用中的驅(qū)動電路也正如雨后春筍般 萌發(fā) 。 作為 LED 整體產(chǎn)品考慮， LED 芯片本身的優(yōu)越性如節(jié)能、壽命長、綠色環(huán)保等還要搭配后端驅(qū)動電源才能實現(xiàn)， LED 自身要求直流供電即實現(xiàn) ACDC的轉(zhuǎn)換；色彩、亮度的變換即驅(qū)動電源提供調(diào)節(jié)功能等。作為 LED 照明系統(tǒng)的重要組成部分，在大 功率LED 日益成為市場主流的今天，它將有很好的推廣應(yīng)用前景。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。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。 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。 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。 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。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% 。而且它沒有傳統(tǒng)燈泡的鎢扮、玻璃殼等易損部件，維護(hù)費用低廉。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。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)。 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。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)真正能實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的企業(yè)屈指可數(shù)。 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 獨霸整個高亮度 LED 的市場。 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、中國照明學(xué)會、中國照明電器協(xié)會 8 個部門、行業(yè)，及北京、上海、浙江、廣東、江蘇、江西、長春等 17 個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。 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。可見半導(dǎo)體燈已對傳統(tǒng)的白熾燈發(fā)起了挑戰(zhàn)，一個全新的半導(dǎo)體照明燈時代即將來臨。 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)動大功率照明燈用 LED 的電源驅(qū)動芯片，也正在引起更多的集成電路開發(fā)廠商的投入。 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。因此，超高亮 LED 通常采用恒流源驅(qū)動 ]2[ 。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[ 。 2. LED 是一個具有 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門限電壓時 LED 才會充分導(dǎo)通。因此，應(yīng)該使 LED 在一個發(fā)光效率比較高的電流值下工作。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。 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)計基本取決各個企業(yè)開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品的考慮。為滿足這一通用輸入要求，實現(xiàn)的途徑一般有兩個：一是直接按 85～ 265VAC 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計；二是按 220VAC177。 針對這些需求， 工程師們 提供了全系列 LED 驅(qū)動器設(shè)計方案，可以為用戶提供全面的 LED 驅(qū)動器解決方案。如圖 26 所示為恒壓驅(qū)動電路。PWM 變換器的工作原理如下圖所示。 3． PWM 驅(qū)動電路 ACDC 轉(zhuǎn)化實現(xiàn)交流電間接驅(qū)動 LED，是現(xiàn)在對大功率 LED 的主流實現(xiàn)方案。串聯(lián)120 個 LED 勢必會使路燈的整體可靠性下降，當(dāng)一個 LED 毀壞時，整個 LED路燈就會被毀壞，且串聯(lián) 120 個 LED 后，對 LED 串的供電電壓就會很大， 120 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 個 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LED 串聯(lián)使用。 設(shè)計的電源采用四個恒流源芯片 (保證了每路 LED 的電流相等 )共用一個電壓輸入端的方法，這樣既保證了可靠性，又降低 了成本，所以這樣的驅(qū)動電路可行。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)動信號終止， 功率 MOSFET 關(guān)閉。并為系統(tǒng)提供了安全可靠的過流過溫保護(hù)，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。 PT4107 恒流驅(qū)動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，這個操作范圍十分適用于室外的環(huán)境溫度。如圖 41為電路的系統(tǒng)構(gòu)成。但是，這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差的很遠(yuǎn)。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，而同時在一定程度上克服了它的缺點。 本課題的設(shè)計目的為做一個用于驅(qū)動 30W， 60W， 90W， 120W路燈的多功能驅(qū)動電路，能夠?qū)崿F(xiàn)電流的調(diào)節(jié)，即照明燈亮度的調(diào)節(jié)。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。此外， PT4107也支持低頻的數(shù)字脈沖調(diào)光功能 (輸出 LED 個數(shù)少于 5個時適用 )。通過限制外部功率 MOSFET 的峰值電流來控制輸出電流。在設(shè)計中，本人還考慮要設(shè)計一個可用于 30W， 60W， 90W， 120W 的驅(qū)動電源，即根據(jù)路燈的不同瓦數(shù)，對驅(qū)動電源的輸出管腳進(jìn)行設(shè)置，即可完成對不同規(guī)格的路燈的驅(qū)動，同時每路為 30 個 LED，又提升了電路的可靠性。 表 31 幾款常用驅(qū)動大功率 LED 的驅(qū)動芯片 1W 到 10W 的 LED 降壓恒流驅(qū)動 IC 型號 輸入 輸出電流 效率 使能 封裝 CMD7136 ~6V 400mA1A 85% 無 SOT893 CMD7135 ~6V 350mA 85% 無 SOT893 CMD7132 ~6V 320mA 85% 無 SOT893 CMD7128 ~6V 280mA 94% 無 SOT893 CMD5612 ~6V 1200mA 94% 無 TO252 PT4115 8~30V 1200mA 94% 有 SOT895 CMD7150 4~40V 1500mA 94% 有 TO2525 AMC7150 4~40V 1500mA 94% 有 TO2525 CMD736 4~40V 3000mA 90% 有 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 120W 大功率 LED 路燈時，需要 120 個大功 率 LED，那么就要考慮這些 LED 的