【正文】 第 4 章 基于 POWER PSOC 的 LED 驅(qū)動設(shè)計 .......................................................18 POWERPSOC 的性能 ............................................................................................................18結(jié)論 ............................................................................................................................................23參考文獻 ...................................................................................................................................24致謝 ............................................................................................................................................250第 1 章 概述 PSOC 發(fā)展過程PSoc 的發(fā)展與單片機技術(shù)的發(fā)展密不可分，實際上就是單片機技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)不斷發(fā)展，超大規(guī)模集成電路工藝水平的不斷提高，深亞微米工藝已經(jīng)走向成熟，以及EDA 軟件工具不斷升級的今天發(fā)展的必然產(chǎn)物，它能極大地滿足人們對電子系統(tǒng)的諸如縮小體積、減輕重量、降低功耗、提高可靠性、提高性能、增強保密性、降低系統(tǒng)成本等等多方面的要求。關(guān)鍵詞：LED ；驅(qū)動電路；恒流特性；系統(tǒng)效率；PowerPSoCIAbstractThis paper describes the application of highpower LED and its Constant current drive program selection guide, and then there an American panyCypress39。 PowerPSoC 系列是具有性能良好的功率電子學控制器和開關(guān)器件，方便實現(xiàn)用于照明的功率系統(tǒng)解決方案，可替代傳統(tǒng)的 MCU 系統(tǒng) IC 以及其周圍的數(shù)量眾多的分立元件。 Driving circuit。 （4）之前推出的 SOC 均是數(shù)字邏輯系統(tǒng)。 （2）數(shù)字模塊、模擬模塊和 MCU 集成在一起。實踐證明，一個以前從來都沒學習過單片機的人學習 PSoc 要比學習其他單片機用的時間短。M8C3是一個 4MIPS 的 8 位哈佛結(jié)構(gòu)的微處理器。數(shù)字模塊的個數(shù)因設(shè)備的不同而不同，具體的各種設(shè)備所含的數(shù)字模塊的數(shù)目參見表 21。 系統(tǒng)資源 系統(tǒng)資源提供了額外的可編程片上系統(tǒng)功能，這些功能取決于你的 PSoc 設(shè)備的特征。（3）PSoc 采用了一種新的構(gòu)架，通過可配置的數(shù)字及模擬區(qū)塊靈活地構(gòu)造適用的用戶模塊，這是傳統(tǒng)的單片機所不具備的。圖 31 利用 DC/DC 穩(wěn)壓器 FB 反饋端實現(xiàn)從恒壓驅(qū)動(左圖) 到恒流驅(qū)動(右圖)的轉(zhuǎn)換 AC/DC 轉(zhuǎn)換器AC/DC 分為 220V 交流輸入和 12V 交流輸入。 7圖 32 在 FB 反饋端和 RFB 之間放置一個運算放大器以降低功耗 DC/DC 轉(zhuǎn)換器　　目前，LED 手電筒占據(jù)了 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的絕大部分需求量。對于礦燈 LED 應(yīng)用，美國國家半導(dǎo)體提供了豐富的 DC/DC 穩(wěn)壓器產(chǎn)品，包括LM348LM3478 和 LM5010。對于 1W 的 LED 來說，采樣電阻的功耗分別占到總電源消耗的 2%、40%和 80%。在實際使用中，有些 LED 恒流驅(qū)動電路可以直接從采樣電阻獲取反饋電壓，如圖 34 所示。目前 LED 芯片的制造商很多，國內(nèi)外 LED 的差異主要在于相同電參數(shù)的情況下，流明數(shù)可能不同，因此設(shè)計工程師要清楚地認識到 LED 功率并不是決定發(fā)光效率的唯一參數(shù)。功率器件均勻排布。盡管如此，單個 LED 產(chǎn)品目前也僅處于 1～10 W 級的水平，散熱能力仍亟待提高。xVyz對于穩(wěn)態(tài)熱分析而言，T/t=0，式()可化簡為： （）0)()()( ??????qzTxayxT??根據(jù)式()、邊界條件與初始條件，利用迭代法或者消去法求解，得出熱分析結(jié)果。器件滿足使用 ANSYS 軟件進行穩(wěn)態(tài)有限元熱分析的條件。因此可知，溫度越高，輻照度越大。實際上，熱導(dǎo)率值超過 7 W mK 以上、可商業(yè)1化的透明硅樹脂封裝材料目前尚無文獻報導(dǎo)。無限度地提高 LED 散熱片面積顯然不現(xiàn)實，因此一般使用 散熱片提升LED 產(chǎn)品最大功率至 10 W 左右，出于成本等因素就不能繼續(xù)提高。表 34 大功率 LED 在壽命上具有很大優(yōu)勢光源種類 光效(im/w) 顯色之數(shù) (Ra) 色溫(k) 平均壽命(h)普通照明白熾熱燈 15 100 2800 1000鹵鎢燈 25 100 3000 2022~5000普通熒光燈 70 70 全系列 10000三基色熒光燈 93 80~98 全系列 12022緊湊型熒光燈 60 85 全系列 8000高壓汞燈 50 45 3300~4300 6000金屬鹵化物燈 75~95 65~92 3000/4500/5600 6000~20220高壓鈉燈 100~120 23/60/85 1950/2200/2500 24000低壓鈉燈 200 1750 28000高平無極燈 55~70 85 3000~4000 40000~800001W~3W LED 38(白光)~120(紅光)85 全系列 20220~100000 新應(yīng)用對驅(qū)動器的要求大功率 LED 被稱為“ 綠色光源 ”，它將向大 LED 電流 (300mA 至 )、高效率(60至 120 流明/瓦) 、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。在大功率 LED 驅(qū)動器設(shè)計中，主要采用開關(guān)電容型LED 驅(qū)動方案，其優(yōu)點是 LED 兩端的電壓較高、流過的電流較大，從而獲得較高的功效及光學效率。Power psoc 器件高性能的功率電子包含 1A2MHz 功率 FET，延遲控制器，電流傳感放大器及 PrISM/PWM 調(diào)制器，創(chuàng)建完整 LED 功率管理的功率電子解決方案。CY8CLED04D0 的功率周邊包含 4 個 32V 的功率場效管 FET 每個 1A 的額定電流，也集成了門驅(qū)動可用于驅(qū)動外部的 MOSFETs 便于獲得更高的電流和電壓的能力。本文首先介紹了特種照明的應(yīng)用環(huán)境，然后，詳細闡述了利用 DC/DC 穩(wěn)壓器實現(xiàn)恒壓轉(zhuǎn)恒流設(shè)計的基本原理和實際案例，并說明了大功率 LED 驅(qū)動器設(shè)計與散熱部分設(shè)計應(yīng)該注意的事項，最后指出了大功率 LED 新應(yīng)用對驅(qū)動器設(shè)計提出的新要求，給出了Cypress 公司的完整解決方案的設(shè)計它有助于從事 LED 照明行業(yè)的電子設(shè)計工程師全面掌握最新的 LED 驅(qū)動器系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)。 在 power psoc 系列中 CY8CLED04D0X 是最先集成功率周邊和附加性能的功率電子應(yīng)用產(chǎn)品。POWERPSOC 系列結(jié)合了最好的可編程偏上系統(tǒng)技術(shù)、功率電子控制和開關(guān)器件，對于利用功率片上系統(tǒng)構(gòu)建照明應(yīng)用方面是最合適的。 LED 照明系統(tǒng)需要借助于恒流供電，目前主流的恒流驅(qū)動設(shè)計方案是利用線性或開關(guān)型 DC/DC 穩(wěn)壓器結(jié)合特定的反饋電路為 LED 提供恒流供電，根據(jù) DC/DC 穩(wěn)壓器外圍電路設(shè)計的差異，又可以分為電感型 LED 驅(qū)動器和開關(guān)電容型 LED 驅(qū)動器。事實證明增加散熱面積，可以促進散熱?？梢钥闯?，增加散熱面積是很好的散熱方式，可以輕易地提高 LED 器件散熱能力，這是目前 LED 產(chǎn)品所普遍使用的散熱方式之一。得出結(jié)果，如圖 36 所示。其中 ε 為黑體的輻射系數(shù) 。器件與外界的熱對流系數(shù)為 20。11 建立模型（1）有限元熱分析理論三維直角坐標系中的瞬態(tài)溫度場場變量 T(x，y，z，t)滿足下式： （）dtTcqxTyxz?????????0)()()(式中：T/x，T/y，T/z 為沿 x，y，z 方向的溫度梯度； ， ， 為熱導(dǎo)率； 為單xy?z0q位體積的熱生成； 是密度與比熱容的乘積： 為溫度隨時間的變化率。通過優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)、材料，選擇以鋁基為主的金屬芯印刷電路板(MCPCB)，使用陶瓷、復(fù)合金屬基板等方法，加快熱量從外延層向散熱基板散發(fā)。 　 一般來說，LED 照明系統(tǒng)的熱源基本就是 LED 燈本身的熱源，熱源太集中會產(chǎn)生熱損耗，因此 LED 驅(qū)動電路不能與散熱系統(tǒng)緊貼在一起。此外，LM3478 方案適用于多個大功10率 LED 的恒流驅(qū)動，而基于 LM5021 的恒流驅(qū)動設(shè)計方案則針對 220V AC/DC 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用?！　M2734 是 1A 降壓型穩(wěn)壓器。以 VFB 等于 1。目前，LED 設(shè)計行業(yè)存在對特種行業(yè)的需求認識不足的問題，設(shè)計中常采用一些不切實際的、新奇的設(shè)計方案。但從長遠