【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 導(dǎo)通時(shí)間是 Ton 。在 Q1 導(dǎo)通時(shí)，V1 處電壓是Vdc (設(shè) Q1 導(dǎo)通時(shí)兩端的電壓為零)。Q1 關(guān)斷時(shí)V1點(diǎn)的電壓下降到0V，則V1 處的電壓波形是矩形電波，如圖 所示，Ton 的電壓是Vdc ，其余時(shí)間電壓為零，則V1 點(diǎn)一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓直流值是Vdc Ton /T。LC 濾波器處在V1和 Vo 之間它使輸出點(diǎn) Vo 成為幅值等于Vdc Ton /T 的無尖鋒無紋波的直流電壓。圖21 開關(guān)電源Buck拓?fù)涞脑韴D損耗低，效率高是Buck 電路最大的優(yōu)點(diǎn)，接下來介紹一下整個(gè)電路波形變化及工作過程，設(shè)Vo為輸出電壓。圖22 Buck變換器連續(xù)工作模式下各節(jié)點(diǎn)波形當(dāng)周期開始時(shí)，電感L的起始電流是I1 ，Q1 由二極管反偏截止，控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)后導(dǎo)通，加在 L 上的電壓是VdcVo，因?yàn)殡妷汉愣ㄌ幵陔姼袃啥耍噪娏骶€性上升到I2，其斜率為dI/ dt= (Vdc –Vo )/L。當(dāng)Q1 關(guān)斷時(shí)，電感的電流無法改變，電壓極性在電感兩端顛倒，二極管導(dǎo)通續(xù)流，這種現(xiàn)象就是電感反沖。沒有接二極管 D1的話，保持電感 L 上的電流方向不變，這會(huì)讓 Q1 兩端的電壓差過大而損壞開關(guān)。為了使電感中的電流線性下降，連接二極管，使電感兩端電壓極性產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，其斜率為dI/ dt= (Vd1+Vo )/L。Q1 關(guān)斷結(jié)束后，電感上的電流降低為1I 。Q1 再導(dǎo)通時(shí)，D1 的電流減少，直到 電流變0，因?yàn)镼1 上的電流增長(zhǎng)并取代了二極管的 D1 正向電流，D1 再次反偏，V1 恢復(fù)到4第2章 開關(guān)電源Vdc ，電感的電流變化過程重復(fù)上一個(gè)周期。電感的電流在整個(gè)周期內(nèi)，會(huì)有I2I1的變化，輸出電流 Io 為I1+1/2 (I2I1 )。電流在下降時(shí)沒有下降為 0，也就是I1 0，這種模式就是連續(xù)工作模式，如圖 22中所示。電感上的電流在下降時(shí)下降到0，也就是在電感上的儲(chǔ)能已經(jīng)完全釋放，這樣的工作模式是不連續(xù)模式，如圖 23所示。8圖23 不連續(xù)工作模式下的電流波形圖 開關(guān)調(diào)制方式 在調(diào)制方式上開關(guān)電源電路的調(diào)制方式主要有脈寬調(diào)制和脈頻調(diào)制。我們主要介紹PWM調(diào)制方式 脈寬調(diào)制（PWM：Pulse Width Modulation）開關(guān)頻率保持不變的是脈寬調(diào)制，占空比是通過調(diào)整開啟脈沖寬度來改變閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)的，從而實(shí)現(xiàn)能源的負(fù)荷轉(zhuǎn)移控制，稱為“定頻調(diào)寬”。PWM脈寬調(diào)制開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器是最常用的方法，通過反饋端的反饋信號(hào)和參考信號(hào)的差異，內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波進(jìn)行比較，并輸出一個(gè)恒定頻率可變寬度方波信號(hào)來控制開關(guān)管，可以根據(jù)負(fù)載調(diào)速開關(guān)管開啟時(shí)間，從而使輸出電壓穩(wěn)定。PWM 調(diào)制適用于電壓和電流控制模式，在負(fù)載較重的情況下具有：效率很高，電壓調(diào)整率高，線性度高，輸出紋波小。9 控制方式開關(guān)電源 DC－DC 變換器有兩種控制模式，分別是電流控制模式（Current Ctonrol Mode）和電壓控制模式（Voltage Ctonrol Mode）。 電壓控制模式將一個(gè)鋸齒波與誤差放大器的輸出電壓進(jìn)行比較就是電壓控制的原理，產(chǎn)生控制用的 PWM 信號(hào)。PWM 電壓模式的控制原理圖如圖 25 所示，其原理為：講放大的誤差電壓Vea 輸入到脈寬調(diào)整器(電壓比較器)中。誤差電壓Vea是由R1和R2檢測(cè)出來的電壓V。輸入誤差放大器EA中與參考電壓Vref比較獲得。圖25 PWM電壓模式控制原理圖第2章 開關(guān)電源 電流控制模式針對(duì)電壓控制方式的缺點(diǎn)，近年來開發(fā)的電流控制技術(shù)。電流控制模式可分為峰值電流模式控制（脈沖編碼調(diào)制峰值電流模式）和平均電流模式控制（計(jì)算機(jī)：平均電流模式），含石棉材料的相變材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電流控制模式，通常稱為峰值電流控制模式。電流控制模式是在電壓控制模式的基礎(chǔ)上，增加，電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)，電感電流不再是一個(gè)獨(dú)立的變量，使開關(guān)電源變換成一階無條件穩(wěn)定系統(tǒng)，它只有一個(gè)桿和一個(gè)90度的相位滯后，從而容易沒有限制大開放的增加和改善小信號(hào)，信號(hào)特征。根據(jù)最優(yōu)控制理論，系10統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)最小平方誤差積分指標(biāo)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此，在脈寬調(diào)制和輸出電壓和電感電流反饋信號(hào)的雙閉環(huán)控制是一致的一個(gè)最優(yōu)控制法。圖 為 PWM 峰值電流控制模式的原理框圖。與電壓控制方式的不同，電流控制方式的脈寬調(diào)制電壓比較器的輸入端的電壓控制模式在鋸齒信號(hào)改變電感電流采樣值轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓比較器，另一端是輸出電壓采樣值與參考值的誤差放大器。在每個(gè)周期開始時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)控制開關(guān)開啟，電流在開關(guān)和電感上增加，當(dāng)電流增加與比vilella，觸發(fā)端高電位，關(guān)閉開關(guān)。如果Vdc 增大，則 Vs 上升速度會(huì)因?yàn)殚_關(guān)導(dǎo)通加快，Vs 超過Vea 所用的時(shí)間縮短，則Ton 變短；若Vdc 減小，則 Vs 超過Vea 讓 PWM 需要更長(zhǎng)的時(shí)間來控制信號(hào)。所以不管輸入電壓Vdc 如何波動(dòng)，開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間Ton都能通過電流控制改變 ，使得輸出電壓穩(wěn)定為Vo=Vref(1+R1/R2)。閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)圖26 PWM峰值電流型控制原理圖從圖 26 上可以看到，電流控制是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)由輸出電壓反饋電路是由電壓外環(huán)控制，電流環(huán)，內(nèi)環(huán)電流在每個(gè)開關(guān)周期的增加，直至達(dá)到設(shè)定誤差電壓閾值電壓外環(huán)，電流環(huán)是瞬時(shí)快到每個(gè)周期脈沖電流取樣，檢測(cè)動(dòng)態(tài)變化輸出電感電流，電壓外環(huán)只負(fù)責(zé)控制輸出電壓。因此，電流控制模式與電壓控制模式更大的帶寬，理論分析和試驗(yàn)，證明了電流模式控制有許多優(yōu)點(diǎn)比電壓模式控制。11第3章 LED 驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)在第一章中有詳細(xì)的說明設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)應(yīng)用環(huán)境和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)需要考慮的各種基本模式，設(shè)計(jì)了一種驅(qū)動(dòng)芯片使用電流模式脈寬調(diào)制控制降壓結(jié)構(gòu)。如第一章緒論，電流控制模式比電壓控制模式相比具有更高的效率，更好的負(fù)載調(diào)整率和線性調(diào)整，因?yàn)槭且粋€(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，但也有更好的穩(wěn)定性和更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法。而使用降壓途徑是由于電池電壓高于典型值12v，驅(qū)動(dòng)所需的電壓，所以需要驅(qū)動(dòng)的降壓拓?fù)?。采用脈寬調(diào)制控制由于大功率照明等重負(fù)荷的條件下，效率高，電壓調(diào)整率高，線性度高，低輸出紋波。本文所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片作為穩(wěn)定的照明電光源，基本要求是在外界條件變化時(shí)保持穩(wěn)定的亮度。從圖12顯示發(fā)光量基本與正向平均電流成線性關(guān)系，當(dāng)流過LED正向平均電流增大，LED發(fā)光亮度是一個(gè)線性增加，所以控制LED亮度基本上是通過控制LED正向平均電流。圖11給出的LED驅(qū)動(dòng)在常溫下I V曲線，從圖中可以看出在正向電壓低于一個(gè)閾值，電流小，無光。當(dāng)電壓超過一定的閾值，電流與電壓迅速增加，使LED的發(fā)光。通過控制電壓的抗體可以控制電流的設(shè)備，從而控制LED亮度，但如果恒壓源的驅(qū)動(dòng)，和小的變化將造成較大變化的亮度，也會(huì)產(chǎn)生很大的變化，從而導(dǎo)致如果使用恒定電壓驅(qū)動(dòng)方式無法滿足日常照明光源亮度穩(wěn)定的要求，因此，要精確控制高功率LED亮度，驅(qū)動(dòng)器的輸出必須提供準(zhǔn)確的恒定電流，使高功率LED一般采用恒定電流源驅(qū)動(dòng)。 LED 驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)述經(jīng)過之前的理論分析，LED 驅(qū)動(dòng)芯片在本設(shè)計(jì)中的總體結(jié)構(gòu)圖如圖 31所示：閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)圖31 LED驅(qū)動(dòng)芯片總結(jié)構(gòu)圖Vin ： Vin 引腳連接外部電源，起到對(duì) LED 驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部的控制電路和開關(guān)管輸送電流的作用，SHDN ：SHDN 引腳是關(guān)閉整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的， 時(shí)。不使用的話則讓引腳連到Vin。TR ：TR 是用來控制內(nèi)部振蕩器頻率的。內(nèi)部基準(zhǔn)的緩沖輸出由REF：REF 控制。調(diào)節(jié) LED 電流的大小可把 REF 引腳連接至引腳Vadj ，也可以用一個(gè)電阻分壓器在Vadj 引腳上產(chǎn)生一個(gè)較低的電壓。接在放大器內(nèi)部電壓輸入端的是Vadj：Vadj 引腳。將REF引腳與Vadj引腳連接，可以輸出電流為1A。輸出電流想要第一點(diǎn)的話，可以根據(jù)式 31 來設(shè)置Vadj 的電壓： AV= ………………………………………………………（31）接連接到地電位的引腳是GND：GND 。內(nèi)部誤差放大器由Vc ： Vc 決定輸出。內(nèi)部電路與CV 引腳是否連接由PWM：PWM 引腳控制。LED 的正極連接到LED：LED 引腳，利用電流檢測(cè)電阻器的輸出。OUT：OUT連接到輸出電容器和電感器，利用電流檢測(cè)電阻的輸入。SW：SW 引腳接到續(xù)流二極管和電感器上，是內(nèi)部電源開關(guān)的輸出。LED驅(qū)動(dòng)芯片在每個(gè)周期，反饋回路控制開關(guān)的峰值電流，并沒有直接供電的開關(guān)占空比的方法。與電壓控制模式，電流模式控制，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的循環(huán)，并提供逐周期電流限制。每個(gè)周期開始時(shí)，振蕩器產(chǎn)生的低電壓是用來連接內(nèi)部開關(guān)。開關(guān)和外部電感電流的我開始增加，當(dāng)電流超過某一水平所決定的簡(jiǎn)歷引腳電壓，電壓比較器將RS觸發(fā)器輸出，從而切斷開關(guān)。外部電感電流通過外部二極管，并開始下降。當(dāng)收到一個(gè)低脈沖，周期重新開始。所以，簡(jiǎn)歷引腳電容的電壓控制通過電感電流和輸出電流。內(nèi)部錯(cuò)誤放大器通過不斷調(diào)整簡(jiǎn)歷引腳電壓調(diào)節(jié)輸出電流。電壓的Vadj引腳設(shè)置通過引腳電流調(diào)節(jié)器，電流流過100歐姆的電阻。通用放大器是負(fù)責(zé)維護(hù)的簡(jiǎn)歷引腳電壓。，循環(huán)是在平衡的狀態(tài)。 PWM 發(fā)生器的控制邏輯圖32 PWM邏輯控制信號(hào)發(fā)生器開關(guān)電源的對(duì)輸出的調(diào)整是通過控制開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的占空比，因此作為整個(gè)芯片產(chǎn)生 PWM 調(diào)制信號(hào)的核心部分，控制邏輯直接決定了對(duì)開關(guān)管的 PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法。本芯片產(chǎn)生 PWM 調(diào)制信號(hào)的邏輯電路部分如圖 32 所示。開關(guān)管控制邏輯主要有三個(gè)特點(diǎn)：一、開關(guān)是由振蕩器的輸出邏輯“0”觸發(fā)；二、關(guān)閉由比較器輸出邏輯“1”觸發(fā)；三、如果振蕩器的邏輯“1”之前，13閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)該比較器輸出邏輯“1”，然后開關(guān)，和輸出的比較邏輯狀態(tài)。因此，如果振蕩器的頻率，開關(guān)的脈寬調(diào)制信號(hào)的工作周期通常是由芯片電流控制回路，最大占空比的工作周期是由一個(gè)振蕩器。 工作狀態(tài)工作狀態(tài)分為三種：?jiǎn)?dòng)階段狀態(tài)、穩(wěn)定工作狀態(tài)、自動(dòng)調(diào)節(jié)工作狀態(tài)。 啟動(dòng)階段啟動(dòng)期間， Vout 為低電壓。想要調(diào)整管 Q2 正常運(yùn)作要使Vout 具有足夠的電壓。所以設(shè)計(jì)了比較器在芯片內(nèi)部，用來檢測(cè)Vout ，當(dāng)?shù)陀?2V 時(shí)，要強(qiáng)制為Vc 充電是通過一個(gè)二極管來達(dá)到的，讓開關(guān)管工作，輸出電容Cout從電感 L 上獲得電壓，當(dāng)Vout 的電壓升至 2V 的時(shí)候停止獲得，這個(gè)時(shí)候調(diào)整關(guān)Q2的工作狀態(tài)為正常。 穩(wěn)定工作在 LED 驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)定工作的過程中，一個(gè)周期的開始時(shí)刻，振蕩器輸出的低電壓和Q的邏輯“0”經(jīng)過或非門使開關(guān)管導(dǎo)通，開關(guān)電流通過電感L對(duì)輸出電容Cout充電，電感電流LI 線性上升[12]。LED 上的電流同時(shí)流過 Ω 的采樣電阻，采樣電阻上的壓降與基準(zhǔn)電流通過 100Ω電阻的壓降進(jìn)行比較，雙方的壓力差通過通用放大器，放大器的輸出電流對(duì)電容充放電電容，電壓的比較器反相輸入端的基準(zhǔn)電壓，比較器的正輸入開關(guān)電流采樣后得到的電壓與和正斜率補(bǔ)償電壓，當(dāng)電壓和過電壓時(shí)電容器，比較器輸出從低層次向高水平的營業(yè)額，是引發(fā)的輸入端子是“1”，使“1”，所以問邏輯開關(guān)管的關(guān)閉[12]。在剩下的時(shí)間內(nèi)，續(xù)流二極管導(dǎo)電，電感電流線性減小，輸出電容法院繼續(xù)提供電流[12]。理想情況下，在整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的輸出電壓，電容器電容基本保持恒定，每個(gè)周期的流出的領(lǐng)導(dǎo)和我從電感電流等于。[12]。 自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)均在一個(gè)恒定值，處于平衡狀態(tài)，如果一個(gè)參數(shù)或外部環(huán)境的變化，如參考電流調(diào)整或負(fù)載變化時(shí)，則系統(tǒng)穩(wěn)定平衡狀態(tài)的打破，但因?yàn)橐粋€(gè)負(fù)反饋回路，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整達(dá)到新的平衡。目前的參考源變小為例，介紹了調(diào)整過程。當(dāng)電流基準(zhǔn)減小，即流經(jīng) 100Ω電流減小，壓降隨之變小。電流在LED上沒有馬上改變，則電阻 ，導(dǎo)致GM 放大器從 C 上抽走電流，電容 C 上的電壓下降，則比較器的翻轉(zhuǎn)電平值降低，電源對(duì)開關(guān)提供的電流減小，這樣電感 L 對(duì)輸出電容15Cout 的平均充電電流也就減少了，最終使輸出電容Cout對(duì) LED 提供的電流減小到基準(zhǔn)電流值， Ω 電阻和 100 Ω 電阻的壓降相等，電容 C 的電壓保持不變，系統(tǒng)穩(wěn)定在新的平衡狀態(tài)[12]。閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第4章 子模塊的分析與設(shè)計(jì) RC 振蕩器 典型的 RC 振蕩電路我們使用了以下三個(gè)振蕩器：振蕩器，振蕩器和振蕩器。晶體振蕩頻率精度，但價(jià)格高；環(huán)形振蕩器的布局面積大，振動(dòng)頻率高，但其穩(wěn)定性不好；和振蕩器具有成本低，沒有電感，可調(diào)頻率和電容電阻可以被集成到一個(gè)芯片次要優(yōu)點(diǎn)，但精度不高，一般在1%至10%，對(duì)工藝參數(shù)和溫度敏感，影響其工作電壓頻率。雖然振蕩器有很多優(yōu)點(diǎn)，但電路結(jié)構(gòu)仍然是有限的，在許多苛刻的應(yīng)用。振蕩器僅能工作在較低的頻率，這些限制使振蕩器適合應(yīng)用在低成本，低精度的應(yīng)用，如音頻發(fā)生器，報(bào)警，閃爍的燈光。雖然在某些要求精度在1%到10 %的振蕩器的應(yīng)用，取而代之的將是高價(jià)格的晶體振蕩器，但其成本優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。大多數(shù)的振蕩器使用電阻和電容的振蕩周期的確定。振蕩周期和大小是成正比的。然而，電阻電容的變化以及電路中放大器的延遲會(huì)顯著改變振蕩器的頻率。高頻開關(guān)模塊的原理圖如圖7所示。圖，是一個(gè)關(guān)鍵部分開關(guān)轉(zhuǎn)換器和脈寬調(diào)制控制。單片機(jī)實(shí)