【正文】 如何將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題中，是我們?cè)诋厴I(yè)設(shè)計(jì)中必須要掌握的技能，以使我們能夠適應(yīng)畢業(yè)后工作的需要，它是我們今后走向工作的一個(gè)過(guò)渡。 37 致 謝 經(jīng)過(guò)半年的努力，本次 畢業(yè)設(shè)計(jì) 已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科畢業(yè)生，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)還是有一定困難的。 只能在理論上給以論證和說(shuō)明。 . 欠壓保護(hù)電路 欠壓保護(hù)電路如圖 48所示，它監(jiān)測(cè)電路的電壓狀況，如果電壓低于預(yù)設(shè)的電壓，保護(hù)電路開(kāi)始工作，使控制器 SG3524的腳 10關(guān)斷端輸出高電平，停止驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。由于這個(gè)傳輸過(guò)程是通過(guò)“電—— 光 —— 電”的轉(zhuǎn)換完成的， GB1與 GB2之間并沒(méi)有電的聯(lián)系，所以同時(shí)實(shí)現(xiàn)了輸入端與輸出端之間的電的隔離。 32 光電耦合器的介紹 光電耦合器件是發(fā)光器件與光接收器件組合的一種器件，它是以光作為媒介把輸入端的電信號(hào)耦合到輸出端，也稱為光耦合器。 SD 為保護(hù)信號(hào)輸入端，當(dāng)該腳接高電平時(shí)， IR2110的輸出信號(hào)全被封鎖，其對(duì)應(yīng)的輸出端恒為低電平；而當(dāng)該腳接低電平時(shí)， IR2110的輸出信號(hào)跟隨 HIN 和 LIN 而變化，在實(shí)際電路里，該端接用戶的保護(hù)電路的輸出。邏輯輸入端采用施密特觸發(fā)電路，提高抗干擾能力。另外，它的軟啟動(dòng)電路也非常容易設(shè)計(jì)，只需在管腳 8 接一個(gè)軟啟動(dòng)電容即可。這樣 1 P 、 2 P 的輸出每半周期交替為正，其寬度和 PWM 信號(hào)的負(fù)脈沖相等。根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要 求，在誤差放大器的輸出腳 9 和腳 1 之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。 SG3525A 控制芯片的介紹 PWM 控制電路采用美國(guó)硅通用電氣公司的 SG3525A 控制芯片。 電路較為復(fù)雜； 需要考慮各 LED之間電流的匹配。當(dāng)斷開(kāi)某一只 LED 時(shí)，分配在余下 LED 中的電流不大，不至于影響余下的 LED正常工作。將所有 LED 串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著 LED 的使用量，而且并聯(lián) LED 負(fù)載電流較大，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)增加。此外，并聯(lián)設(shè)計(jì)提供低電磁干擾、低噪聲和高效率，且容錯(cuò)性較強(qiáng)。 當(dāng)某一只 LED 品質(zhì)不良斷開(kāi)后，串聯(lián)在一起的 LED 將全部不亮。經(jīng) DC/AC 變換器逆變之后輸出 20kHz、脈寬可調(diào)的交流電壓，又經(jīng)高頻變壓器的兩個(gè)副邊分 21 正負(fù)半周送入整流濾波電路，輸出直流電壓。代入數(shù)據(jù)有： 其中 Lf為輸出濾波電感， 0U? 為允許紋波電壓， sf 為開(kāi)關(guān)頻率。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的占空比，就能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 v。欲獲得 CI 的準(zhǔn)確值，可按下式進(jìn)行計(jì)算： 18 舉例說(shuō)明，在寬范圍電壓輸入時(shí)， umin=85V。 表 31 輸入濾波電容器容量的選擇 （ 2)準(zhǔn)確計(jì)算輸入濾波電容器容量的方法：輸入濾波電容的容量是 LED 驅(qū)動(dòng)電源的一個(gè)重要參數(shù)。由于整流橋?qū)嶋H通過(guò)的不是正弦波電流，而是窄脈沖電流 (參見(jiàn)圖 35)，因此整流橋的平均整流電流 IdIRMS，一般可按 Id=(0． 6～ 0． 7)IRMS 來(lái)計(jì)算 IAVG 值。 整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓 URM(V)，正向壓降 UF(V)，平均整流電流 Id(A)，正向峰值浪涌電流 IFSM(A)，最大反向漏電流 IR(μA)。 2)整流二極管的一次導(dǎo)通過(guò)程，可視為一個(gè)“選通脈沖”，其脈沖重復(fù)頻率就等于交流電網(wǎng)的頻率 (50Hz)。)，但由于濾波電容器 C 的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時(shí)間內(nèi)才有輸入電流經(jīng)過(guò)整流橋?qū)?C 充電。圖 (c)、 (d)所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。 C1 和 C2 采用薄膜電容器，容量范圍大致是 ~，主要用來(lái)濾除串模干擾。此外，電磁干擾濾波器應(yīng)對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用。 （ 2）驅(qū)動(dòng) IC 的作用： LED 雖然在節(jié)能方面比普通光源的效率高，但是 LED光源卻不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿足驅(qū)動(dòng) LED 的額定電壓和電流，才能使 LED 正常工作，也就是所謂的 LED 專用驅(qū)動(dòng) IC。 DC/AC 變換電路：逆變電路是將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi) 11 關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。目前來(lái)說(shuō)，采用 PWM 控制方式設(shè)計(jì)的 LED 電源是比較理想的，因?yàn)檫@種開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流都很穩(wěn)定。 圖 24 LED的 IV特性 曲線 10 第 3 章 LED 驅(qū)動(dòng)主電路的設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)的總體方案 LED 驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是將交、直流電壓轉(zhuǎn)換成平滑的直流電壓，為 LED提供穩(wěn)定的單向驅(qū)動(dòng)電流，保證 LED 在比較高的發(fā)光效率和比較低的光衰下正常工作 【 4】 。一般是在 IF=20mA 時(shí)測(cè)得的。半值角的 2 倍為視角（或稱半功率角）。 2． 電參數(shù)的意義 （ 1）光譜分布和峰值波長(zhǎng)： LED 所發(fā)的光并非單一波長(zhǎng)，其波長(zhǎng)基本上按 圖 22 所示規(guī)律分布。 圖 21 LED發(fā)光原理 LED 的主要參數(shù) 1．極限參數(shù)的意義 （ 1）允許功耗 Pm: 允許加于 LED 兩端正向直流電 壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。白光 LED 的價(jià)格以達(dá)到了 2~5 元一個(gè)。盡管 LED 具有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前仍存在下述缺點(diǎn)。 （ 6） 安全可靠。 LED 單管壽命為 10 萬(wàn)小時(shí)，光源壽命在 2 萬(wàn)小時(shí)以上，按每天工作 12h 計(jì)算，壽命也在 5 年以上。 節(jié)能。顧名思義，發(fā)光二極管 是 一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能并具有二級(jí)管特性的電子器件。與熒光燈的電子鎮(zhèn)流器不同， LED 驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并同時(shí)完成與 LED 的電壓和電流的匹配。 4 LED 驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì) 近幾年， LED 的發(fā)光效率提高了 100 倍，成本下降了 90%。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長(zhǎng)照明系統(tǒng)的壽命，并且是綠色無(wú)污染的？取代白熾燈，熒光燈，節(jié)能燈的第四代照明燈具是什么？業(yè)界給出的答案就是 LED 照明燈。通過(guò)各種電子元器件和電子電路組成恒流的電源，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 LED 具有節(jié)能、環(huán)保、結(jié)構(gòu)牢固、使用壽命長(zhǎng)、體積小、發(fā)光效率高、顯色性高、工作電壓低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù) LED 電流、電壓變化特點(diǎn)，采用恒流源驅(qū)動(dòng)是比較理想的LED 驅(qū)動(dòng)方式。所以，我選擇了這個(gè)發(fā)展前景比較好的研究課題。白光 LED 上的正向壓降一般為34V， LED 光源不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿足驅(qū)動(dòng) LED 的額定電壓和電流，才能使 LED正常工作，也就是所謂的 LED 專用驅(qū)動(dòng)電源。 白光 LED 上的正向壓降一般為 34V， LED 光源不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿足驅(qū)動(dòng) LED 的額定電壓和電流，才能使 LED 正常工作，也就是所謂的 LED 專用驅(qū)動(dòng)電源。當(dāng)負(fù)載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時(shí)，初級(jí)控制 IC 可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)使負(fù)載電 流回到初始設(shè)計(jì)值上。 LED 的電流大小是由加在二極管兩端的電壓大小來(lái)控制的。 LED 為冷光源，眩光小，無(wú)輻射，使用中不產(chǎn)生有害物質(zhì)。 LED 的光譜窄，單色性好，幾乎所有發(fā)出的光都可以利用，而且無(wú)需過(guò)濾直接發(fā)出色光。采用專用電源給 LED 光源供電時(shí)，達(dá)到最大照度的時(shí)間小于 10ms。結(jié)溫過(guò)高會(huì)直接影響 LED 的壽命，并且會(huì)增大 LED 的光衰，情況嚴(yán)重的會(huì)將 LED 燒壞。此外，在一定條件下，它還具 有發(fā)光特性。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。由于一般 LED 的發(fā)光強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用坎德拉 (mcd)作單位。 9 圖 23 兩種不同型號(hào)的 LED的發(fā)光強(qiáng)度角分布 （ 5）正向工作電流 IF：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。當(dāng)電壓超過(guò)某一值后，正向 電流隨 電壓迅速增加，發(fā)光。恒流電源可消除正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化。 總體電路圖如 附錄一 所示。 隔離、驅(qū)動(dòng)電路： （ 1）隔離的作用 :將驅(qū)動(dòng)電路的控制部分與主電路隔離，避免主電路中的強(qiáng)電干擾控制電路中的弱信號(hào)。若從形成特點(diǎn)看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。它的兩個(gè)線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，兩個(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)。圖 33 示出一種兩級(jí)復(fù)合式 EMI 濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級(jí)(亦稱兩節(jié) )濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。在理想情況下，整流橋的導(dǎo)通角本應(yīng)為 180176。因此，整流橋?qū)嶋H通過(guò)的是窄脈沖電流。硅整流橋有 4 個(gè)引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個(gè)。這是因?yàn)榇祟惞茏拥膬r(jià)格低廉，且按照耐壓值“寧高勿低”的原則，能提高整流橋的安全性與可靠性。令每單位輸出功率 (W)所需輸入濾波電容器容量 (μF)的比例系數(shù)為 k，當(dāng)交流電壓 u=85～ 265V 時(shí)，應(yīng)取 k=(2～ 3)μF／ W；當(dāng)交流電壓 u=230V(1177。 u 經(jīng)過(guò)橋式整流和 CI濾波，在 u=umin 情況下的輸入電壓波形如圖 36 所示。半橋式逆變電路一個(gè)橋臂 19 由開(kāi)關(guān)管 S S2（ S S2 是兩個(gè)帶反并聯(lián)二極管 VD VD2 的 MOSFET 管）組成，另一個(gè)橋臂由電容 C C2（ C C2 是容量相等的兩個(gè)電解電容）組成。 輸出平滑電路如圖 38 所示。主電路圖如圖39 所示。當(dāng) LED 的一致性差別較大時(shí)，分配在不同的LED 兩端的電壓不同，通過(guò)每只 LED 的電流相同， LED 的亮度一致。但由于 LED 的 VF 值存在一個(gè)變化范圍，各 LED 之間的壓差會(huì)隨之變化，對(duì)亮度的均勻性有一定的影響。解決辦法是盡量多并聯(lián) LED,當(dāng)斷開(kāi)某一只 LED 時(shí)，分配在余下 LED 中的電流不大，不至于影響余下 LED 的正常工作。大電流通過(guò)損壞 的這串 LED 后，由于通過(guò)的電流較大，多表現(xiàn)為斷路。 多個(gè) LED接頭； 恒壓驅(qū)動(dòng)時(shí)可靠性低； 需要考慮各個(gè) LED電流 的匹配； 串聯(lián)連接 電路簡(jiǎn)單，連接方便； 各個(gè) LED電流相同，亮度一致； 僅有兩個(gè) LED接頭；恒流驅(qū)動(dòng)時(shí)可靠性高。 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(wú)負(fù)載狀態(tài)下的問(wèn)題。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端 (腳 3)。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是 ?？梢栽?13 腳處接一個(gè)約 。 12345678 910111213141516U1S G 3 5 2 5 A2 7 K 2 0 01 0 K1 0 K 3 0 K2 . 8 K104 . 72 2 0 p F3 0 0 p F0 . 0 1 u F0 . 1 u F5 0 p F1 u F+ 1 5 V輸出 B輸出 A電壓反饋SD 圖 44 PWM控制電路圖 30 隔離、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) IR2110 集成芯片的介紹 IR2110是 IR 公司生產(chǎn)的大功率 MOSFET 和 IGBT 專用驅(qū)動(dòng)集成電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì) MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還具有快速完整的保護(hù)功能，因而它可以提 高控制系統(tǒng)的可靠性，減少電路的復(fù)雜程度。電源 VCC 典型值為 15 V，邏輯電源和模擬電源共用一個(gè) 15 V電源，邏輯地和模擬地接在一起。 IR2110具有很多優(yōu)點(diǎn)：自舉懸浮驅(qū)動(dòng)電源可同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一橋臂的上、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件，驅(qū)動(dòng) 500 V主電路系統(tǒng)，工作頻率高，可以達(dá)到 500 kHz；具有電源欠壓保護(hù)相關(guān)斷邏輯；輸出用圖騰柱結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)峰值電流為 2 A；兩通道設(shè)有低壓延時(shí)封鎖 (50 ns)?；竟ぷ麟娐啡鐖D 46所示。 6腳 VB 和 5腳 VS 之間的電容為自舉電容。 R1 R2R3R4R6R5D1VSD+ 1 2 VC1C2C3C D 4 0 1 1C D 4 0 1 1+ 1 2 V輸出采樣 圖 49 過(guò)流保護(hù)電路圖 LED 的驅(qū)動(dòng)電流都是比較小的，很小的電流變化就能導(dǎo)致發(fā)光二極管串的損壞，所以保護(hù)電路對(duì)于 LED 的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)說(shuō)是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。 （ 4）采用 IR2110 專用集成驅(qū)動(dòng) IC 驅(qū)動(dòng) LED， IR2110 具有許多 優(yōu)點(diǎn)，給實(shí)際的電路 設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大 的 方便 。 我也要感謝我的母校，謝謝它給我提供了一個(gè)好的學(xué)習(xí)環(huán)境。 通過(guò)畢業(yè) 設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，我逐步掌握了一個(gè)電子產(chǎn)品的基本開(kāi)發(fā)流程，學(xué)到了很多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)，提高了自己的理論聯(lián)系實(shí)際和動(dòng)手實(shí)踐能力，相信這對(duì)以后的學(xué)習(xí)、工作和生活都有很大的幫助。導(dǎo)師淵博的知識(shí)，敏銳的科學(xué)洞察力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?治學(xué)態(tài)度，強(qiáng)烈的創(chuàng)新思想和對(duì)科學(xué)研究教育事業(yè)的執(zhí)著追求都給我留下了難忘的印象，并將激勵(lì)我在今后的工作中勇敢面對(duì)困難和挑戰(zhàn)。 （ 2）對(duì)電路的各個(gè)模塊（ EMI 濾