【正文】 圖 SG3525 工作過(guò)程 32 接線方式 該芯片的輸入電壓工作范圍是 8～ 35 V，通?？扇?+15 V；振蕩頻率是 100～ 500 kHz，芯片的腳 5 和腳 7 間串聯(lián)一個(gè)電阻 Ra 就可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。然而，本文所描述的轉(zhuǎn)換器并不要求任何反饋補(bǔ)償。 開(kāi)關(guān)電源 亦稱為無(wú)工頻變壓器的電源。開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展還將很長(zhǎng)遠(yuǎn)。 此外，電路參數(shù)的計(jì)算和整定都是以較有影響力的文獻(xiàn)為依據(jù)和參考，本次的設(shè)計(jì)主要參照了 我校張占松教授等所編著的《開(kāi)關(guān)電源的原理和設(shè)計(jì)》 。本論文絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)思想和方法都是在現(xiàn)有的、成熟的理論支持下進(jìn)行的，可靠性和可行性都很高，不但符合開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求，而且符合驅(qū)動(dòng) LED 在各方面在條件。 33 圖 驅(qū)動(dòng)電路外圍接線 在帶有輸出電流反饋的開(kāi)關(guān) LED驅(qū)動(dòng)器中，一般還需要反饋補(bǔ)償來(lái)穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器，并調(diào)節(jié)電流以達(dá)到期望的電流值。可以在 13 腳處接一個(gè)約 的電容濾去電壓尖峰。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是 。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端 (腳 3)。這種方法，實(shí)質(zhì)是對(duì)晶體管導(dǎo)通脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。地線 干擾包括地阻抗干擾和地環(huán)路干擾。這種過(guò)壓保護(hù)方法將強(qiáng)制控制 IC 進(jìn)入 低頻、低功率的工作模式。在 LED 開(kāi)路狀態(tài)下，當(dāng)開(kāi) 關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感存儲(chǔ)能量，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，該能量轉(zhuǎn)移到輸出電容上。下面就以上設(shè)計(jì)參數(shù)整定電路電阻參數(shù)。由于 4 個(gè)比較器的輸出端是并聯(lián)的，無(wú)論是過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱任何一種故障發(fā)生，比較器輸出低電平，封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電源停止工作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。功率因數(shù)校正電路的原理圖如圖 所示 . 24 圖 功率因數(shù)校正電路原理圖 該電路采用一塊 UC3845 作 為控制芯片，反饋信號(hào)來(lái)自輸出端。 功率因數(shù)校 正的方法及其優(yōu)缺點(diǎn) 常用的 提高功率因數(shù)的辦法有兩種：一種是無(wú)源功率因數(shù)校 正法，采用電感和電容等器件來(lái)完成。當(dāng)電容器 C1 充電到約 80％額定電壓時(shí)，逆變器正常 23 工作。 再者 ， 溫度是影響電源設(shè)備可靠性的最重要因素。 22 3 反饋和保護(hù)電路設(shè)計(jì) 綜述 首先， 開(kāi)關(guān)電源在 運(yùn)行過(guò)程中，因電源電壓的異常，如電壓過(guò)低或過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電源無(wú)發(fā)啟動(dòng)，甚至是燒毀。下面將對(duì)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理做 出介紹。 所以輸出電感量為 H，濾波電容容量為 6800μ F，二極管 D 選 BYV32200。 （ 2）允許紋波電壓計(jì)算： 18 （ ） （ 3）容量計(jì)算： （ ） 將數(shù)據(jù)代入式 33 有： （ ） 取標(biāo)稱值 Ci=200μ F。圖中開(kāi)關(guān)管 S1， S2選用 MoSFET，因?yàn)樗请妷候?qū)動(dòng)全控型器件，具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快及安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)。要恒流驅(qū)動(dòng) LED 就必須經(jīng)過(guò)整流產(chǎn)生的直流電源。 4)核算最大輸入交流電壓時(shí)的最大磁密 B 利用計(jì)算出來(lái)的變壓器初級(jí)匝數(shù)，核算變壓器在最大輸入交流電壓時(shí)的 B 看磁芯是否飽和。則 eA Aw =2． 20cm ，遠(yuǎn)大于 Ap 的計(jì)算值。對(duì)半橋變換器，當(dāng)脈沖波形近似為方波時(shí)，可按式 (1)來(lái)確定磁芯的大小。直接影響著 LED的發(fā)光穩(wěn)定性。 另外，在電源入口處要加一電網(wǎng)濾波器，它的做用是：對(duì)市電的高頻干擾進(jìn)行濾除，并且也將開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的高頻干擾與電網(wǎng)隔離。 表 21 EMI 電源濾波器的端接方式 源阻抗 N 負(fù)載阻抗 G 低 低 低 高 高 低 高 高 （ 2） 開(kāi)關(guān)電源的干擾信號(hào)特點(diǎn) 開(kāi)關(guān)電源的干擾信號(hào)按傳導(dǎo)模式可分為共模干擾信號(hào)和差模干擾信號(hào)。圖 、圖 給出單環(huán)和雙環(huán)電源濾波器的典型電路，前者為一般性能電路，后者為高性能電路。改變接通時(shí)間 TON 和工作周期比例亦即改變脈沖的占 空比，這種方法稱為“時(shí)間比率控制”（ Time Ratio Control,縮寫為 TRC）。 三、檢測(cè)電路 除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料 。 二、控制電路 一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。 使電流恒定的輸出，保證 LED 的使用安全和發(fā)光的穩(wěn)定和均衡。 單相交流電經(jīng)過(guò)電源變壓器整流電路濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直 流電壓， 輸出恒定的直流電流 [7]。所以很小的電壓變化就能引起電流的強(qiáng)烈的變化 ， 影響二極管的發(fā)光均衡，嚴(yán)重的會(huì)燒壞 LED。 （ 3）能夠較好地控制發(fā)光光譜組成，從而能夠很好地用于博物館以及展覽館中的局部或重點(diǎn)照明 。 低噪聲： 開(kāi)關(guān)電源的又一缺點(diǎn)是噪聲大，單純追求高頻化，噪聲也隨之增大，采用 5 部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以高頻化， 又可以低噪聲。據(jù)悉，美國(guó) WICOR開(kāi)關(guān)電源公司設(shè)計(jì)制造了多種 ECZ較開(kāi)關(guān) DC／ DC變換器，其最大輸出功率有 800W、 600W、300W 等，相應(yīng)的功率密度為 、 17w／ cm3，效率為 80～ 90%；日本 NemicLambda公司剛推出 一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊 RM 系列（日本人稱這種技術(shù)為“部分諧振”），開(kāi)關(guān)頻率為 200— 300kHz，功率密度為 27W/cm3，用同步整流器（即用 MOS－ FER 代替肖特基二級(jí)管）使整個(gè)電路效率提高到 90%。 LED 以其巨大的節(jié)能潛力以及良好的照明性能為我們打開(kāi)了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域。 70 年代后期以來(lái)，隨著集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步，各種開(kāi)關(guān)電源專用芯片大量問(wèn)世，這種新型節(jié)能電源才重獲發(fā)展。關(guān)于性能更優(yōu)的分立器件一直是研究的對(duì)象，也將進(jìn)一步提高整機(jī)系統(tǒng)的性能。在開(kāi) 關(guān)電源中，為了實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制等功能，以及減小體積、減輕重量，高壓功率集成電路得到廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。因此驅(qū)動(dòng) LED的 開(kāi)關(guān)電源亟需得到大力的發(fā)展。 (4)降 低電噪聲 。經(jīng)過(guò)近十年的努力，我國(guó)電力半導(dǎo)體器件的研制和生產(chǎn)有了長(zhǎng)足的發(fā)展 [1]。 傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源 控制集成電路具有效率高、輸出穩(wěn)定、可靠性高，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能 。 理論上， LED 的使用壽命在 10 萬(wàn)小時(shí)以上，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)方式選擇不當(dāng)，使 LED 極易損壞。通過(guò)各種電力電子組件和電力電子電路組成一個(gè)恒流的電源，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。但與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在應(yīng)用基礎(chǔ)研究深度方面差距為 510 年 。 能源危機(jī)、溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化時(shí)刻提醒著人們，地球已經(jīng)疲憊不堪，改變?nèi)藗兊哪茉传@取方式以及提高能源利用率已經(jīng)成為當(dāng)前世人的共識(shí)。線形穩(wěn)壓電源亦稱串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)壓性能好，輸出電壓波紋很小，但它必須使用笨重的工頻變壓器與電網(wǎng)進(jìn)行隔離 ，并且調(diào)整管的功率損耗較大，致使電源的體積和重量大，效率低。目前，絕大部分電子系統(tǒng)中都大量使用了集成電路來(lái)減小體積，減輕重量，提高可靠性。發(fā)光二極管的應(yīng)用十分普遍，由于工作電壓低、耗電省、色彩豐富、價(jià)格低，因而受到電氣工程師和科研人員的歡迎 [13]，早期傳統(tǒng)的產(chǎn)品發(fā)光效率低，光強(qiáng)一般幾個(gè)到幾十個(gè) 光照度 ，適宜使用在室內(nèi)場(chǎng)合，在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用，由于應(yīng)用技術(shù)日 3 趨發(fā)展，傳統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)新的應(yīng)用商機(jī)，正在流行的 LED 圣誕燈，由于造型新穎，有鴨嘴型 圣誕燈、多彩球型燈、珠廉窗燈，而且色彩豐富，不易碎破，低壓使用的安全性，近期在香港等東南亞地區(qū)銷勢(shì)強(qiáng)勁，受到人們普遍的歡迎，正在威脅和替代現(xiàn)有電泡的圣誕市場(chǎng)；一種受到兒童歡迎的閃光鞋，利用走睡時(shí) LED 閃鑠發(fā)光，非常醒目，既有單色光，也有雙色光，據(jù)浙江一家鞋業(yè)公司總經(jīng)理介紹，僅溫州地區(qū)一年要用去 500KK 的發(fā)光二極管；具有健康保健作用的牙刷，在發(fā)達(dá)國(guó)家使用普遍，利用發(fā)光二極管作為牙刷的電量指示十分方便，每把牙刷都帶一個(gè) LED燈， LED 經(jīng)電容降壓后，可以使用 220V、280V 電源，市場(chǎng)還有擴(kuò)張的潛力，由于主動(dòng)發(fā) 光指示清晰，壽命長(zhǎng)，耗電少 [4]等特點(diǎn)，很受用戶歡迎，不久可以全部替代電泡型 AD11 產(chǎn)品，總之傳統(tǒng)發(fā)光二極管的市場(chǎng)不僅會(huì)隨著原有應(yīng)用面產(chǎn)品的成長(zhǎng)而提升，而且新的應(yīng)用面開(kāi)拓了市場(chǎng)商機(jī)。 MOS 功率開(kāi)關(guān)管 (MOSesFE T))、肖特基二極管 (SBD)、超快恢復(fù)二極管 (SRD) .PWM 調(diào)制開(kāi)關(guān)電源的研究瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS)、壓敏電阻器 (TL431)、電磁干擾濾波器 (EMI Filter),高導(dǎo)磁率磁性材料、由非晶合金制成的磁珠 (magicbead )等一大批新器件、新材料正被廣泛采用。小型、薄型、輕運(yùn)化。追求壽命的延長(zhǎng)要從設(shè)計(jì)方面著眼，而不是從使用方面著想。 抗電磁干擾（ EMI）： 當(dāng)開(kāi)關(guān)電源在高頻下開(kāi)關(guān)時(shí)，其噪聲通過(guò)電源線產(chǎn)生對(duì)其它電子設(shè)備的干擾，世界各國(guó)已有抗 EMI的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的 FCC、德國(guó)的 VDE 等，研究開(kāi)發(fā)抗 EMI的開(kāi)關(guān)電源日益顯 得重要 。 （ 6）可以通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光層 半導(dǎo)體材料的禁止帶幅的大小，從而發(fā)出各種顏色的光線，且彩度更高。 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展很久， 各方面技術(shù)都比較全面 。上述研究表明 , LED 的特性接近穩(wěn)壓二極管 ,工作電壓變化 V ,工作電流可能變化 20 MA 左右 ,容易造成 LED 的損壞 ,降低產(chǎn)品的可靠性。 整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。 LED驅(qū)動(dòng)電路需要更高效率，因?yàn)榭傮w效率不僅取決于 LED本身，也與驅(qū)動(dòng)電路有關(guān)。可見(jiàn)，輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的，為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置，在開(kāi)關(guān)接通時(shí)將一部份能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，向負(fù)載釋放。 所以對(duì)電路的設(shè)計(jì)尤其的重要。失配越大，反射越大。例如在 ～ MHz 頻段不達(dá)標(biāo)，可以加強(qiáng)差模干擾信號(hào)的抑制，增大電容 Cx 的值或添加差模扼流圈；如在 5～ 30 MHz 頻段不達(dá)標(biāo)，可以加強(qiáng)共模干擾信號(hào) 的抑制，增大電容 Cy 的值或增加共模濾波的級(jí)數(shù)。應(yīng)盡量的避免電壓電流的干擾。開(kāi)關(guān)頻率越高，變壓器磁芯就會(huì)選得更小，輸出濾波電感和電容體積也會(huì)減小，但開(kāi)關(guān)損耗增 加，效率下降，散熱器體積加大。 P。已知最小輸入交流電壓為 180 V，減去 20 V的直流紋波電壓和整流器的壓降，最小直流電壓為 V=180=232 V。 5)計(jì)算副邊匝數(shù) 副邊電路采用帶有中間抽頭的全波整流濾波電路，設(shè)輸出方波脈沖占空比 ，輸出回路二極管壓降為 n 扼流圈壓降為 ，取 a+ =1． 5 V，則變壓器副邊電壓 2U 為 故副邊匝數(shù)為 6 匝 6)計(jì)算原邊最大工作電流 在最低交流輸入電壓為 220 V時(shí)，變壓器原邊通過(guò)的電流一定是最大可能的工作電流，由經(jīng)驗(yàn) 可得 [12]，原邊最大工作電流為 。方案如下。開(kāi)關(guān) S1， S2交替導(dǎo)通就在變壓器的次級(jí)形成幅值為 V／ 2 的交流方波電壓。 圖 2. 整流二極管的選取 由于輸出高頻變壓器輸出脈沖電壓頻率達(dá) 100KHz,故要求輸出整流二極管具有快速恢復(fù)特性，故選用超快速恢復(fù)二極管，根據(jù)輸出電壓及電流參數(shù)選用 philips 公司的BYV32200 二極管，其技術(shù)參數(shù)如下： 最高反向工作電壓： 200V； 整流電流： 20A； 反向恢復(fù)時(shí)間： 35nS. 由于輸出電流有 40 之大，故需采用三只管并聯(lián)方式運(yùn)行。保證發(fā)光二極管串發(fā)光均衡，達(dá)到最好的發(fā)光效率。 圖中，晶體管 T 為調(diào)整管，電阻 R 與穩(wěn)壓管 D構(gòu)成基準(zhǔn)電壓電路，電阻 1R 、 2R 和 3R為輸出電壓的采樣電路，集成運(yùn)放作為比較放大電路。 另外負(fù)載的異常，如輸出短路等都會(huì)給電源帶來(lái)致命的損壞。 軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 軟啟動(dòng) 的實(shí)質(zhì)是延時(shí)啟動(dòng) 。 功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)電源是一種二極管整流、電容濾波的非線性電路 ， 其輸入功率低 ， 并有較強(qiáng)的諧波電流。 另外一種是有源功率因數(shù)校正法 [6]， 主要是采用全控開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路 ， 以控制輸入電流的波形跟隨電壓波形 ， 使得電流與電壓同相 。該電路首先要保證輸出穩(wěn)壓，故占空比變化不大。與該引腳相連的電阻可用來(lái)設(shè)置內(nèi)部電流，其內(nèi)部電流用來(lái)給振蕩器電容 (可以是內(nèi)部或外部 )充電。 注：熱敏電阻緊貼功率開(kāi)關(guān)管的散熱片安裝。這也提供了一條通過(guò) Q3 基極電流的路徑，使 Q3導(dǎo)通。過(guò)流保護(hù)電路較為簡(jiǎn)單，直接把取輸出電流檢測(cè)電阻的電壓經(jīng)均壓后引入到主控芯片 TL494 的比較器正相輸出端與基準(zhǔn)電壓比較后就可實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)功能。單點(diǎn)接地可以有效抑制差模干擾； （ 2）減少接地電阻。它所具有的開(kāi)環(huán)特性也使之成為那些需要 PWM亮度調(diào)節(jié)的應(yīng)用中的理想選擇。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) 。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。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。該控制方案所用的唯一反饋信息是 通過(guò)傳感電阻獲得流經(jīng) MOSFET 的峰值電流。它是利用體積很小的高頻變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變換及電網(wǎng)隔離的，不僅能去掉笨重的工頻