【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 點(diǎn)保證了系統(tǒng)資源的最大化，最合理化和最經(jīng)濟(jì)化應(yīng)用。（5）與傳統(tǒng)意義上的單片機(jī)系統(tǒng)相比，PSoc 最大程度地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)單片化的目標(biāo)，也減少了 PCB 的面積。和其他架構(gòu)的 SoC 相比， PSoc 在保證以更簡(jiǎn)便方式實(shí)現(xiàn)更多更靈活功能和具備較高性能的前提下，達(dá)到了迄今為止最高的性價(jià)比。圖 21 中左邊的PCB 板是采用傳統(tǒng)單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案，右邊的 PCB 板是在實(shí)現(xiàn)與左圖相同的功能的前提下采用 PSoc 的設(shè)計(jì)方案，從圖中明顯的可以看出采用 PSoc 的設(shè)計(jì)方案節(jié)省了大量的元器件，PCB 板的面積也相應(yīng)的小了很多 【3】 。 6第 3 章 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇　　LED 驅(qū)動(dòng)只占 LED 照明系統(tǒng)成本的很小部分，但它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)性能的可靠性。目前，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的 LED 驅(qū)動(dòng)方案主要定位在中高端 LED 照明和燈飾等市場(chǎng)。燈飾分為室內(nèi)和室外兩種，由于室內(nèi) LED 燈所應(yīng)用的電源環(huán)境有 AC/DC 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器兩種方式，所以驅(qū)動(dòng)芯片的選擇也要從這兩方面考慮 【4】 。圖 31 利用 DC/DC 穩(wěn)壓器 FB 反饋端實(shí)現(xiàn)從恒壓驅(qū)動(dòng)(左圖) 到恒流驅(qū)動(dòng)(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。12V 交流電是酒店中廣泛應(yīng)用的鹵素?zé)舻碾娫矗F(xiàn)有的 LED 可以在保留現(xiàn)有交流 12V 的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)替代鹵素?zé)舻脑O(shè)計(jì)，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體 LM2734 的主要優(yōu)勢(shì)是體積小、可靠性高、輸出電流高達(dá) 1A，恰好適合鹵素?zé)魺艨谥睆叫〉奶攸c(diǎn)。取代鹵素?zé)糁?，LED 燈一般做成 1W 或 3W。LED 燈與鹵素?zé)粝啾扔袃纱髢?yōu)勢(shì) 【5】 ：（1）光源比較集中，1W 照明所獲得的亮度等同于十幾瓦鹵素?zé)舻牧炼?，因此比較省電；（2）LED 燈的壽命比鹵素?zé)糸L(zhǎng)。LED 燈的主要弱點(diǎn)是燈光的射角太窄，成本相對(duì)較高。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于 LED 燈的壽命較長(zhǎng)，所以還是具有非常大的成本優(yōu)勢(shì)。220V AC/DC 轉(zhuǎn)換器(例如 LM5021)主要鎖定舞臺(tái)燈和路燈市場(chǎng)。 7圖 32 在 FB 反饋端和 RFB 之間放置一個(gè)運(yùn)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。手電筒采用的 LED 功率基本上是 1W，供電方式包括鋰電池和鎳鋅電池、堿性電池等。3W 手電筒的應(yīng)用一直還存在一些難點(diǎn)，因?yàn)?3W LED 燈本身需要散熱，散熱裝置的體積大，從而在一定程度上削弱了 LED 燈體積小的優(yōu)勢(shì)。此外，由于 3W LED 燈的電流高達(dá) 700mA，一次充電后的電池使用時(shí)間縮短。盡管如此，對(duì)于上述應(yīng)用國(guó)家半導(dǎo)體提供LM347LM2623A 和 LM3485 等方案。礦燈也是 LED 燈的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，它屬于特種照明行業(yè)，需要專業(yè)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)對(duì) LED 在礦燈領(lǐng)域的應(yīng)用一直都很重視。目前，LED 設(shè)計(jì)行業(yè)存在對(duì)特種行業(yè)的需求認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題，設(shè)計(jì)中常采用一些不切實(shí)際的、新奇的設(shè)計(jì)方案。例如，將 LED燈和電池一起嵌入頭盔，卻沒(méi)有考慮到礦燈特殊使用環(huán)境的各種需求，這可能是造成LED 在礦燈市場(chǎng)的應(yīng)用一直沒(méi)有打開(kāi)局面的重要原因。對(duì)于礦燈 LED 應(yīng)用，美國(guó)國(guó)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。已經(jīng)用戶采用一顆 1W 的 LED 燈，周圍再放 6 顆普通的高亮度 LED 燈，構(gòu)成一種具有特殊閃爍功能的礦燈?？偠灾琇ED 燈在燈飾和特種照明行業(yè)有著廣泛的發(fā)展前景，國(guó)家半導(dǎo)體為此提供完整的新型 LED 驅(qū)動(dòng)解決方案。 8圖 33 基于 LM2734 的恒流驅(qū)動(dòng)電路 高效的恒流驅(qū)動(dòng)電路　　恒壓供電的基本電路(圖 31 左)采用反饋電阻 RFB1 和 RFB2，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，VFB 也隨之變化，DC/DC 穩(wěn)壓器通過(guò)感知 VFB 的變化，使輸出電壓維持在一個(gè)固定的電平： ()120 )(RFBV??? 在圖 31 右邊電路中，DC/DC 穩(wěn)壓器的 FB 是高阻輸入端，流經(jīng) LED 的電流 IF 為： ()RFBVI?為保持 IF 恒定，DC/DC 穩(wěn)壓器感知 VFB，然后調(diào)整 LED 正端電壓，使流經(jīng) LED的電流保持恒定。這就是利用 DC/DC 穩(wěn)壓器 FB 反饋端實(shí)現(xiàn)恒壓到恒流轉(zhuǎn)換的原理。一般來(lái)說(shuō)，DC/DC 穩(wěn)壓器對(duì) VFB 的變化有一個(gè)感知的范圍，一旦 LED 選定，其工作電流 IF 的大小也就確定了，所選的電阻要保證 VFB 落在 DC/DC 穩(wěn)壓器容許的范圍內(nèi)。以 VFB 等于 1。25V 為例，假設(shè) IF 分別為 15mA、350mA 和 700mA，采樣電阻的功耗將分別小于 20mW、400mW 和 800mW。對(duì)于 1W 的 LED 來(lái)說(shuō)，采樣電阻的功耗分別占到總電源消耗的 2%、40%和 80%。因此，采樣電阻的設(shè)計(jì)對(duì)提高 LED 的功效至關(guān)重要，它應(yīng)該選取盡可能小的數(shù)值 【6】 。 9B O O S TS WF BG N DE NO NO F FINV OUTVINVC 1D 2D 1R 1R 2C 2C 3L 1圖 34 從采樣電阻直接獲取反饋電壓的設(shè)計(jì)由于直接將 RFB 連接 FB 端會(huì)造成 RFB 的功耗過(guò)大，所以在 FB 端和 RFB 之間放置一個(gè)運(yùn)算放大器，以放大 RFB 采集到的電壓 VTAP(圖 32)。 ()RIPFBVRFTAI???1通常，1W 大功率 LED 的典型工作電流為 350mA，如果選擇 RFB 等于 1 歐姆，則RFB 的功耗為： ()? 考慮運(yùn)算放大器本身的功耗，RFB 及其附屬電路的功耗大約為 1W LED 功率的12%。這樣就能在確保 LED 獲得恒流供電的同時(shí)，將 RFB 的功耗降低到可以接受的水平，從而使 LED 兩端的電壓盡可能大，流經(jīng)的電流也盡可能大。國(guó)家半導(dǎo)體按照這個(gè)原理工作的穩(wěn)壓器有 LM2736 和 LM2734?！　M2734 是 1A 降壓型穩(wěn)壓器。基于 LM2734 的恒流驅(qū)動(dòng)電路(圖 33)利用 LM321 運(yùn)算放大器獲取采樣電阻 Rset 上的電壓，結(jié)合其它電阻和電容就可以構(gòu)成一個(gè)完整、高效率的大功率 LED 恒流驅(qū)動(dòng)電路。在實(shí)際使用中，有些 LED 恒流驅(qū)動(dòng)電路可以直接從采樣電阻獲取反饋電壓，如圖 34 所示。圖 33 中采樣電阻 Rset 決定了恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，而且對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效率有重要影響，因此仔細(xì)設(shè)計(jì) Rset 對(duì)節(jié)省能源至關(guān)重要。圖 33 和圖 34 的詳細(xì)設(shè)計(jì)文件請(qǐng)向國(guó)家半導(dǎo)體當(dāng)?shù)厥跈?quán)分銷商索取。一般來(lái)說(shuō)，如果要求 LED 驅(qū)動(dòng)電流的變化不超過(guò)標(biāo)稱值的 5%至 10%，那么采用精度為 2%的電阻就足夠了。LED 驅(qū)動(dòng)電流的典型波動(dòng)范圍是正負(fù) 10%。由于采樣電阻消耗的功率較大，應(yīng)避免使用功率較小的貼片電阻。此外，LM3478 方案適用于多個(gè)大功10率 LED 的恒流驅(qū)動(dòng)，而基于 LM5021 的恒流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案則針對(duì) 220V AC/DC 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。 恒流驅(qū)動(dòng)與散熱的考慮　　就電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，工程師在設(shè)計(jì) LED 恒流驅(qū)動(dòng)電路時(shí)首先要了解 LED 的恒流參數(shù)。目前 LED 芯片的制造商很多，國(guó)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(jì)工程師要清楚地認(rèn)識(shí)到 LED 功率并不是決定發(fā)光效率的唯一參數(shù)。例如，同樣是 1W 的 LED，有的 LED 可以達(dá)到 40 流明的亮度，而有的只能達(dá)到20 流明的亮度，這是因?yàn)?LED 光學(xué)效率還取決于材料和制作工藝等諸多環(huán)節(jié)?！　∮行┰O(shè)計(jì)工程師為提高發(fā)光效率而采取加大驅(qū)動(dòng)電流的辦法，例如，對(duì)于同一顆1W LED，加大驅(qū)動(dòng)電流后，亮度可以從 20 流明提高到 40 流明，但是 LED 的工作溫度也相應(yīng)升高了。一旦溫度超過(guò) LED 的限溫點(diǎn)，就會(huì)影響 LED 的壽命和可靠性，這是設(shè)計(jì)恒流驅(qū)動(dòng)過(guò)程中需要注意的重要問(wèn)題。 此外，LED 照明系統(tǒng)的光學(xué)效率不僅僅取決于 LED 恒流驅(qū)動(dòng)方案，還與整個(gè)系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)密切相關(guān)。為縮小體積，某些 LED 恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將 LED 驅(qū)動(dòng)電路與散熱部分貼近設(shè)計(jì)，這樣容易影響可靠性 【7】 。 　 一般來(lái)說(shuō)，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(huì)產(chǎn)生熱損耗，因此 LED 驅(qū)動(dòng)電路不能與散熱系統(tǒng)緊貼在一起。建議采取下列散熱措施：LED燈采用鋁基板散熱。功率器件均勻排布。盡可能避免將 LED 驅(qū)動(dòng)電路與散熱部分貼近設(shè)計(jì)。抑制封裝至印刷電路基板的熱阻抗。提高 LED 芯片的散熱順暢性以降低熱阻抗。 目前，很多功率型 LED 的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到 70 mA、100 mA 甚至 1 A，這將會(huì)引起芯片內(nèi)部熱量聚集，導(dǎo)致發(fā)光波長(zhǎng)漂移、出光效率下降、熒光粉加速老化以及使用壽命縮短等一系列問(wèn)題。業(yè)內(nèi)已經(jīng)對(duì)大功率 LED 的散熱問(wèn)題作出了很多的努力：通過(guò)對(duì)芯片外延結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用表面粗化技術(shù)等提高芯片內(nèi)外量子效率，減少無(wú)輻射復(fù)合產(chǎn)生的晶格振蕩，從根本上減少散熱組件負(fù)荷。通過(guò)優(yōu)化封裝