【文章內(nèi)容簡介】 室壽命可達 100000h，且光源可以頻繁地亮滅，而不會影響照明 LED 驅(qū)動電源的設計 7 其壽命，并且啟動速度非?？?。 （ 6）可以通過控制半導體發(fā)光層半導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。 （ 7）光源中不 添加汞，有利于保護環(huán)境。 （ 8） LED 發(fā)光具有很強的方向性。 （ 9）使用低壓直流電，具有負載小、干擾弱的優(yōu)點。 （ 10） LED屬于低電壓，高電流驅(qū)動。所以很小的電壓變化就能引起電流的強烈的變化，影響二極管的發(fā)光均衡，嚴重的會燒壞 LED。由此產(chǎn)生 LED 的均、流均壓的問題?？梢赃x擇 LED 的串接和并接，同時會出現(xiàn)如何達到輸出恒流穩(wěn)壓的問題。 開關電源發(fā)展很久，各方面技術都比較全面。但是在驅(qū)動 LED 方面，各種技術還不是很完善，尤其在驅(qū)動高功率方面和電路電流的穩(wěn)壓恒流方面還有待完善。 LED 的發(fā)展和開關電源的發(fā)展是緊 密聯(lián)系在一起的一個整體，驅(qū)動 LED就必須有一個穩(wěn)定的恒流電源。本文就對驅(qū)動 LED 的電源做出一點想法，尤其是在恒流的問題上。 2 LED 照明開關電源電路分析 LED 照明開關電源的組成電路 目前市場上用于照明的 LED 光源電路普遍采用簡單的電阻限流方式 ,而電源的供電電壓一般變化范圍較大。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。所以電路設計時最好采用具備自動恒流特性的驅(qū)動電路 ， 另外降低電路設計的復 雜程度也是提高 LED 光源可靠性的有效途徑之一。 組成電路的綜述 陜西科技大學畢業(yè)論文 8 開關電源將頻率為 50Hz、 200V 的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾百毫安以下的直流電壓。單相交流電經(jīng)過電源變壓器整流電路濾波電路和穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓，輸出恒定的直流電流，用于驅(qū)動 LED 燈源陣列，總體電路框圖如圖 所示。 圖 一種 LED 常規(guī)驅(qū)動電路如圖 所示 （見附錄Ⅰ） 。 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LED 電流設置電阻。驅(qū)動電路雖然電路簡單，成本較低，但電流調(diào)節(jié)性能很差，并且在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、過熱保護電路 取樣 軟啟動電路 過流保護 輸出恒 流 LED燈源陣列 照明 LED 驅(qū)動電源的設計 9 AC 線路電壓瞬態(tài)升高時，很容易使 LED 損壞。所以必須加上各種濾波電路和恒壓，反饋等控制電路。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。下面就對這些方面的內(nèi)容做出分析。 電路功能介紹 （ 1）主電路 從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括： 輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。 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，以供下一級變換。 逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。 輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。 主電路通過濾波，整流，交變整流等得到輸出所需要的直流電流。但是這個還是不完善的，還需要輔助控制電路的取樣反饋控制。 （ 2）控制電路 一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設定標準進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的資料，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施 。 驅(qū)動 LED 需要受控的 DC(直流 )電流。為了使 LED 的使用壽命長些， LED 電流中的紋波必須很低，因為高紋波電流會使 LED 產(chǎn)生較大的阻性功耗，降低 LED 使用壽命。 LED驅(qū)動電路需要更高效率，因為總體效率不僅取決于 LED 本身，也與驅(qū)動電路有關。而工陜西科技大學畢業(yè)論文 10 作于電流控制模式的開關轉換器是滿足 LED 應用的高功率及高效率要求的理想驅(qū)動方案。 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到穩(wěn)定。使LED 發(fā)光均衡穩(wěn)定 ， 得到理想的結果。 （ 3）檢測電路 除了提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料。 （ 4）輔助電源 提供所有單一電路的不同要求電源。 第二節(jié) 開關控制穩(wěn)壓原理 開關 K 以一定的時間間隔重復地接通和斷開，在開關 K接通時，輸入電源 E通過開關 K 和濾波電路提供給負載 RL，在整個開關接通期間，電源 E 向負載提供能量；當開關 K 斷開時，輸入電源 E便中斷了能量的提供?？梢?，輸入電源向負載提供能量是斷續(xù)的，為使負載能得到連續(xù)的能量提供，開關穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關接通時將一部份能量儲存起來，在開關斷開時，向負載 釋放。由電感 L、電容 C2 和二極管 D 組成的電路，就具有這種功能。電感 L用以儲存能量，在開關斷開時，儲存在電感 L中的能量通過二極管 D釋放給負載，使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管 D使負載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。在 AB 間的電壓平均值 EAB 可用下式表示： EAB=TON/T*E 式中 TON為開關每次接通的時間， T為開關通斷的工作周期（即開關接通時間 TON和關斷時間 TOFF之和）。 由式可知，改變開關接通時間和工作周期的比例， AB 間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整 TON和 T的比例便能使輸出電壓V0 維持不變。改變接通時間 TON 和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為 “ 時間比率控制 ” （ Time Ratio Control,縮寫為 TRC）。 輸入 EMI 濾波器設計 照明 LED 驅(qū)動電源的設計 11 EMI 電源濾波器的類型 EMI 電源濾波器是一種由電感、電容組成的低通濾波器，它允許直流或工頻 (50 Hz~400 Hz)信號通過，對頻率較高的其它信號有較大的衰減作用。根據(jù)抑制干擾的程度，EMI 電源濾波器通常分為一般性能和高性能兩種電源濾波器。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 （電路圖見附錄Ⅰ） 。 基本設計 （ 1）電路結構選取原則 在實際應用中， EMI 電源濾波器兩端阻抗通常都是處于失配狀態(tài)。當處于失配狀態(tài)時， EMI 信號會在它的輸入和輸出端口產(chǎn)生反射。失配越大，反射越大。我們可以利用這個反射原則，根據(jù) EMI 電源濾波器將要連接的具體源和負載阻抗情況，設計其電路結構和參數(shù)來獲得滿意的抑制效果。在進行濾波器電路結構的設計時應遵循下列原則：當源阻抗是高阻時，濾波器的輸入阻抗應為低阻，反之亦然。當負載阻抗是高阻時，濾波器的輸出阻抗應為低阻， 反之亦然。對于 EMI信號，電感是高阻，電容是低阻，所以電路可以按照表 。 表 EMI 電源濾波器的端接方式 源阻抗 N 負載阻抗 G 低 低 低 高 陜西科技大學畢業(yè)論文 12 高 低 高 高 （ 2）開關電源的干擾信號特點 開關電源的干擾信號按傳導模式可分為共模干擾信號和差模干擾信號。根據(jù)其特點可粗略地劃為三個頻段： ～ 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。在設計時如果哪個頻段不達標，可針對該頻段加強濾波效果。例如在 ～ MHz 頻段不達標，可以加強差模干擾信號的抑制，增大電容Cx 的值或添加差模扼流圈；如在 5～ 30 MHz 頻段不達標，可以加強共模干擾信號的抑制，增大電容 Cy 的值或增加共模濾波的級數(shù)。在抑制干擾信號時，重點還是放在共模干擾信號的抑制上。 高頻變壓器設計 綜合分析 高頻變壓器是一種應用電磁感應原理，將電能從一個電路傳輸?shù)搅硪粋€電路的電磁裝置，是開關電源的關鍵部件之一。它只用于交流回路。在交流回路中起到電器隔離、儲能、變壓、變流、變阻等作用。開關電源高頻變壓器的設計要求是依據(jù)電源整機技術規(guī)定決 定的，出入、輸出濾波電路的設計要涉及到高頻變壓器的許多參數(shù)，而且高頻變壓器設計的好壞直接影響到整體電路的質(zhì)量，其對減小電源噪聲和整機工作的穩(wěn)定性有很大的影響。直接影響著 LED的發(fā)光穩(wěn)定性。故首先應對高頻變壓器進行設計。 照明 LED 驅(qū)動電源的設計 13 參數(shù)計算 1)設定開關頻率 開關頻率對電源的體積、重量等影響很大。開關頻率越高，變壓器磁芯就會選得更小，輸出濾波電感和電容體積也會減小，但開關損耗增加，效率下降，散熱器體積加大。綜合考慮兩方面，設定其工作頻率為 Fs=50kHz。 2)選磁芯 磁芯選用 R2KB 軟磁鐵氧體材料，其飽和磁感應強度 B。 =4700 Gs，考慮到高溫時 B。會下降，同時為防止合閘瞬間變壓器飽和，設定最大工作磁密 B = 0B /3=1500 GS。對半橋變換器，當脈沖波形近似為方波時，可按式 ()來確定磁芯的大小。 ucmsowep KJKBfPAAA ?2 10 6???? （ ） 式中： PA 為磁芯的面積乘積； eA 為磁芯的截面積。； Aw為磁芯的窗口面積。 P。為輸出功率； ? 為變壓器效率，一般可取 80%； fs 為變換器工作頻率； B為磁芯最大工作磁密； J為導線的電流密度，一般取 2～ 3 A／ ram。； K為磁芯的填充系數(shù)，對鐵氧體，取K =1； K為窗口的銅填充系數(shù)，一般 K =～ 。 本設計選用 EE40 型鐵氧體磁芯，由手冊知其參數(shù)為： eA =127 mm， Aw =173 mm，則 eA Aw =2． 20cm ，遠大于 Ap 的計算值。 根據(jù)表 ，選用鐵芯為 EE40，這時鐵芯截面積為 138mm2。 表 輸出功率與鐵芯尺寸的關系 尺寸 型號 A/H （ max） B/h （ max） C （ max） D （ max） Ac （ mm2） 陜西科技大學畢業(yè)論文 14 EE16 16/8 12/6 4 18 EE19 19/7 14/6 4 5 20 EE22 22/11 19/8 6 6 36 EE25 25/17 19/13 7 6 42 EE28 28/17 20/8 78 EE30 38/21 21/17 11 115 EE35 35/20 28/18 11 10 110 EE40 40/27 35/21 12 138 EE45 45/30 38/23 13 12 156 EE50 50/33 43/ 15 15 225 EE60 60/38 45/28 16 16 256 續(xù)表 型號 輸出功率 P0(W) Be （ mm2） 50KHz 100KHz 150 KHz 200 KHz EE16 8 12 16 18 9 EE19 15 20 30 40 EE22 20 30 50 80 EE25 40 55 90 130 18 EE28 60 90 140 200 EE30 95 130 210 260 照明 LED 驅(qū)動電源的設計 15 EE35 120 170 300 440 EE40 190 290 420 550 EE45 220 350 510 650 75 EE50 300 440 660 800 105 EE50 380 550 850 1000 116 3)計算原邊匝數(shù) 按最低輸入電壓和滿載輸出的極端情況來計算。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