【文章內(nèi)容簡介】 電的驅(qū)動(dòng)器。直流驅(qū)動(dòng)器使用直流電供電，根據(jù)不同的應(yīng)用可以有串聯(lián)降壓型；升壓型：變換器型三種電路結(jié)構(gòu)[12]。(1) 直流降壓型驅(qū)動(dòng)器直流降壓型驅(qū)動(dòng)器的基本原理是用開關(guān)器件配合電抗性器件對外界電源降壓限流以后驅(qū)動(dòng)發(fā)光管工作。串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單，變換效率比較高。串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器比較適合用于輸入電壓和負(fù)載管壓降差別不太大的情況下驅(qū)動(dòng)發(fā)光管。這種驅(qū)動(dòng)器的主要缺點(diǎn)是一旦主開關(guān)器件損壞大電流會(huì)直接通過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。顯而易見，這種方案當(dāng)供電電壓低于負(fù)載管壓降時(shí)不能使用。(2) 直流升壓型驅(qū)動(dòng)器直流升壓型驅(qū)動(dòng)器的基本原理是用開關(guān)器件配合電抗性器件儲(chǔ)能升壓限流的方式工作的。升壓驅(qū)動(dòng)器的變換效率也比較高。這種方案制作的驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是自身出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)損壞發(fā)光管。升壓型驅(qū)動(dòng)器只能用在負(fù)載管壓降始終高于電源電壓的情況。如果負(fù)載管壓降低于電源電壓驅(qū)動(dòng)器會(huì)失控，大電流直接經(jīng)過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。輸入直流低電壓時(shí)所用的發(fā)光管數(shù)量少可以選用降壓驅(qū)動(dòng)器也可以選用升壓驅(qū)動(dòng)器，盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。如果發(fā)光管數(shù)量多應(yīng)該選用升壓驅(qū)動(dòng)器，也是盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管[6]。(3)直流變換器型驅(qū)動(dòng)器變換器型驅(qū)動(dòng)器n町用開關(guān)器件配合高頻變壓器實(shí)現(xiàn)能量從初級到次級的傳輸，同時(shí)做電壓／電壓變換驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作。這種驅(qū)動(dòng)器輸出端的電壓不受輸入電壓的制約，可以按照所需要串聯(lián)的發(fā)光管數(shù)任意設(shè)計(jì)，應(yīng)用靈活，適合用在供電電壓在負(fù)載管壓降附近波動(dòng)的情況，也適合供電電壓和負(fù)載管壓降差別很大的情況。其缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，變換效率比以上兩種類型的驅(qū)動(dòng)器略低。如果輸入直流高電壓驅(qū)動(dòng)小功率管可以用串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)大功率管從安全角度考慮應(yīng)該選用變換器結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器。交流驅(qū)動(dòng)器使用交流市電供電，根據(jù)不同的應(yīng)用也分為降壓型、升壓型、變換器型三種電路類型。交流驅(qū)動(dòng)器和直流驅(qū)動(dòng)器的區(qū)別除了需要對輸入的交流電做整流濾波之外，從安全角度考慮還存在一個(gè)隔離和不隔離的問題。(1) 交流串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器交流串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器[2]把輸入的交流市電整濾波后直接用開關(guān)器件和電抗性器件對輸入的高電壓進(jìn)行降壓限流。這種驅(qū)動(dòng)器和直流降壓驅(qū)動(dòng)器具有同樣的優(yōu)缺點(diǎn)，適合串聯(lián)驅(qū)動(dòng)多只發(fā)光管。很顯然，這種電路結(jié)構(gòu)屬于不隔離電路，使用時(shí)應(yīng)注意安全，制作的燈具發(fā)光二極管的引線也不能在外部裸露。由于這電路主開關(guān)管損壞時(shí)打電流會(huì)通過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀，因此，高電壓輸入串聯(lián)驅(qū)動(dòng)多只大功率發(fā)光管時(shí)要謹(jǐn)慎使用。(2) 交流升壓型驅(qū)動(dòng)器交流升壓型驅(qū)動(dòng)器把輸入的交流市電整濾波后直接用開關(guān)器件和電抗性器件對輸入的高電壓進(jìn)行升壓限流。這種驅(qū)動(dòng)器和直流升壓驅(qū)動(dòng)器具有同樣的優(yōu)缺點(diǎn)。但是，直接市電輸入時(shí)輸入的電壓較高，220交流勢電需要整流升壓到直流電壓400伏以上，負(fù)載的發(fā)光管需要串聯(lián)125只以上白光或者藍(lán)光發(fā)光管才能保證在電源電壓有較大波動(dòng)時(shí)安全工作。由于這種驅(qū)動(dòng)器當(dāng)負(fù)載管壓降低于輸入電壓時(shí)會(huì)失控使大電流直接通過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀，因此也要謹(jǐn)慎使用。(3) 交流變換器型驅(qū)動(dòng)器交流變換器型驅(qū)動(dòng)器是把輸入的交流市電整流后經(jīng)過高頻變換變壓限流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作，這種驅(qū)動(dòng)器有高頻變壓器做隔離，因此輸出端是安全的，并且輸出端的電壓不受輸入電壓的制約，可以按照所需要串聯(lián)的發(fā)光管數(shù)任意設(shè)計(jì)，應(yīng)用靈活，其他優(yōu)缺點(diǎn)和直流變換器型驅(qū)動(dòng)器相同。變換效率約90%。220伏交流市電輸入時(shí)驅(qū)動(dòng)200只以下小功率管都可以考慮用串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)200只以上小功率管應(yīng)該選用升壓或者隔離驅(qū)動(dòng)器。 LED的直流驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)選擇發(fā)光管發(fā)光靠電能激發(fā)，不管是直流驅(qū)動(dòng)還是脈沖驅(qū)動(dòng)，輸入的電能量決定了輸出的光能量，脈沖驅(qū)動(dòng)不可能使發(fā)光管提高光效，相反，應(yīng)該是直流驅(qū)動(dòng)光效更高。因?yàn)榘l(fā)光管的輸入電流過大光通量隨電流增加的速度將變緩，發(fā)光管的管小降低。另外，過大的電流還會(huì)引起發(fā)光管發(fā)射的光譜向長波方向偏移，對于白光發(fā)光管來說，這將導(dǎo)致激發(fā)熒光粉效能的降低，使光效下降。所以，脈沖驅(qū)動(dòng)不可能使發(fā)光管省電，但設(shè)計(jì)合理的脈沖驅(qū)動(dòng)器也不會(huì)明顯的引起光效的下降，因此也就不會(huì)比直流驅(qū)動(dòng)更明顯的費(fèi)電。但是脈沖驅(qū)動(dòng)器常常具有電路結(jié)簡單生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，所以還是值得使用。因此，究竟用脈沖驅(qū)動(dòng)還是用直流驅(qū)動(dòng)要根據(jù)具體情況而定[4]。如果用脈沖驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，一般不會(huì)縮短發(fā)光管的使用壽命發(fā)光管是一種量子器件適合高速工作，這正是發(fā)光管的優(yōu)點(diǎn)之一。如果有閃爍使用的發(fā)光管頻頻損壞，那應(yīng)該是其他方面的原因引起的，比如過熱，電流過大等等，而不會(huì)是發(fā)光管自身不耐閃爍。一般的驅(qū)動(dòng)技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低．在用于低功率的普通LED驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電流只有幾個(gè)mA，因此損耗不明顯，當(dāng)用作電流有幾百mA甚至更高的高亮LED的驅(qū)動(dòng)時(shí)，功率電路的損耗就成了比較嚴(yán)重的問題。綜合以上特點(diǎn)，本電路采用交流變換器型驅(qū)動(dòng)器、直流驅(qū)動(dòng)LED。對于市電供電的驅(qū)動(dòng)器來說，由于火線可以對地形成回路，這樣有可能導(dǎo)致人、畜觸電者引起其他事故。如果驅(qū)動(dòng)器的輸出端能和市電隔離就會(huì)更為安全。隔離驅(qū)動(dòng)雖然電路結(jié)構(gòu)比不隔離驅(qū)動(dòng)器略微復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)器體積也會(huì)增大、生產(chǎn)成本會(huì)提高，而不隔離驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、體積也可以做得更小，但不隔離降壓驅(qū)器的一個(gè)最大的危險(xiǎn)是驅(qū)動(dòng)器一旦損壞高電壓大電流會(huì)直接通過發(fā)光管是發(fā)光管損壞。因此，還是使用隔離驅(qū)動(dòng)器為好。交流變換器型驅(qū)動(dòng)器變換效率較高，從節(jié)能的角度來說，更有意義。 第三章 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本章的主要目的是研究常用的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)，提出自己的電源主結(jié)構(gòu)形式，并對其中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。以高頻變壓器取代工頻變壓器，采用脈沖調(diào)制技術(shù)的直流一直流變換器型穩(wěn)壓電源，通常稱它為開關(guān)電源。它具有管耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬及體積小、重量輕等特點(diǎn)，目前己在各種電子儀器和設(shè)備、航空和宇宙飛行器、發(fā)射機(jī)、電子計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備和電視機(jī)、錄放機(jī)中得到了應(yīng)用。開關(guān)晶體管、開關(guān)二極管和開關(guān)變壓器是組成開關(guān)電源的三個(gè)關(guān)鍵元件，減小開關(guān)電源的體積和重量就須提高電源的開關(guān)頻率，大功率，高反壓和高速開關(guān)晶體管，快速恢復(fù)開關(guān)二極管以及開關(guān)電源變壓器中使用的高頻，低損耗磁性材料的技術(shù)發(fā)展，使開關(guān)電源的開關(guān)頻率從數(shù)十kHz發(fā)展到數(shù)百kHz。開關(guān)電源的基本電路由“交流一直流轉(zhuǎn)換電路”、“開關(guān)型功率變換器”、“控制電路”和“整流濾波電路”等組成(見圖31)。輸入的電網(wǎng)電壓通過“交流一直流轉(zhuǎn)換電路中的整流器和濾波器轉(zhuǎn)換成直流電，該直流電源作為“開關(guān)型功率變換器的輸入電源，經(jīng)過“開關(guān)型功率變換器”將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖方波電壓輸給“整流濾波電路”，變成平滑直流供給負(fù)載，控制電路則起著控制“開關(guān)型功率變換器”工作的作用。圖31 開關(guān)電源原理框圖開關(guān)型功率變換器是開關(guān)電源的主電路，開關(guān)電源的能量轉(zhuǎn)換，電壓變換就由它來承擔(dān)。在直流變換器的基礎(chǔ)上，由于高頻脈沖技術(shù)及開關(guān)變換技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了推挽式開關(guān)型功率變換器，全橋式功率變換器，半橋式功率變換器，單端正激式功率變換器，單端反激式功率變換器，快速磁放大器式開關(guān)型功率變換器等。其控制方式可分為脈沖寬度調(diào)制(PWM)和脈沖頻率調(diào)制(PFM)兩種。圖32 反激式變換器原理圖反激電路原理如圖32所示，圖中為電網(wǎng)交流電壓，經(jīng)“交流一直流轉(zhuǎn)換電路”中整流濾波而得到的直流電壓?？刂齐娐钒ㄩ_關(guān)頻率振蕩器、脈寬調(diào)制器、驅(qū)動(dòng)器、比較放大器、保護(hù)器等。當(dāng)開關(guān)晶體管BG被驅(qū)動(dòng)脈沖激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí)，Ui加在開關(guān)變壓器T的初級繞組N，上，此時(shí)次級繞組N1的極性使D處于反偏而截止，因此N1上沒有電流流過，此時(shí)電感能量儲(chǔ)存在N1中，當(dāng)BG截止時(shí)，N2上電壓極性顛倒使D處于正偏，N1上有電流流過，在BG導(dǎo)通期間儲(chǔ)存在N2中的能量此時(shí)通過D向負(fù)載釋放。反激式變換器工作波形見圖圖33 反擊式變換器工作波形反激式變換器電源的穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓U。降低時(shí)，其差值經(jīng)過比較放大器放大，使脈寬調(diào)制器輸出脈沖的寬度變寬，因而BG導(dǎo)通時(shí)間加長，N1中儲(chǔ)能增大，于是輸出電壓升高，以補(bǔ)償其下降部分。反之，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，脈寬調(diào)制器輸出脈沖的寬度變窄，因而導(dǎo)通時(shí)間縮短，N1中儲(chǔ)能減小，于是輸出電壓降低，以補(bǔ)償其上升部分[12]。正激電路原理圖如圖34所示，正激電路和反激電路相比，變壓器T的次級繞組IV，的極性連接正好相反，它是在BG導(dǎo)通時(shí)通過Dl向負(fù)載傳遞能量并在電感L中儲(chǔ)能。在BG截止時(shí)q截止，N2相當(dāng)于開路，此時(shí)L中儲(chǔ)能通過續(xù)流二極管D：向負(fù)載釋放。正激變換器工作波形見圖35。 圖34 正激電路原理圖35 正激變換器工作波形正激電路的穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓U。降低時(shí)，控制電路的輸出脈沖變寬，BG導(dǎo)通時(shí)間加長，輸出電壓升高，以補(bǔ)償其下降部分，當(dāng)輸出電壓U。上升時(shí)，控制電路的輸出脈沖變窄，BG導(dǎo)通時(shí)間縮短，輸出電壓降低，以補(bǔ)償其上升部分。典型的半橋式變換電路如圖36所示。圖36 典型板橋市變換電路半橋式變換電路是雙端電路，在一個(gè)周期內(nèi)，BGl和BG2交替導(dǎo)通，其集電極電位一個(gè)上升，另一個(gè)則下降。隨著BGl和BG2的導(dǎo)通和截止，在電容C1和C上極性相反的電壓分別施加于開關(guān)變壓器初級繞組上。變壓器初級在整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過，磁芯得到了充分利用，晶體管BGl和BG2的集電極與發(fā)射極峰值電壓要求較低，2UCE=EC。主要缺點(diǎn)是晶體管流過的電流較大，與推挽式電路相比，要輸出相同功率，晶體管必須流過兩倍的電流。這種電路另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，為了避免磁飽和，通過耦合電容e的作用可以自動(dòng)修正，也就是說具有抗不平衡的作用。但是耦合電容C3要選的合適，不然效果不佳。圖37 半橋式變換器工作波形圖38 全橋是變換器原理電路 典型的全橋式電路如圖38所示。這種電路每半周期兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通，如BGl、BG4或BGBG3。使開關(guān)變壓器初級繞組在一個(gè)周期內(nèi)交替受到極性相反的輸入電壓激勵(lì)。開關(guān)變壓器的次級繞組經(jīng)過整流和濾波，輸出所需要的直流電壓。其主要優(yōu)點(diǎn)是：晶體管集電極與發(fā)射極峰值電壓要求較低，ECE=1/2EC，并且每個(gè)晶體管流過的電流比半橋小50％。但它主要缺點(diǎn)是需要四只晶體管，及四組相互隔離的晶體管驅(qū)動(dòng)電路，使控制驅(qū)動(dòng)電路成本增大，而且不象半橋電路那樣具有抗不平衡的能力。圖39 全橋式變換器工作波形圖310 推挽式變換器原理推挽式變換電路實(shí)際上是由兩個(gè)正激式變換電路所組成，只是它們工作時(shí)相位相反。基本的推挽式電路結(jié)構(gòu)如圖310所示。在每個(gè)周期里，BGl和BG2交替導(dǎo)通，其集電極電位一個(gè)上升，另一個(gè)下降，形成推挽式動(dòng)作，使開關(guān)變壓器T具有中心抽頭的初級繞組的兩個(gè)異名端分別被激勵(lì)，在各自的半個(gè)周期內(nèi)，分別把能量傳遞給負(fù)載。這種電路每個(gè)晶體管流過的平均電流比同等的單端正激式電路減少50%。但是這種電路還是很少被采用，主要原因有兩個(gè)：一是受開關(guān)晶體管電壓額定值的限制，理論上晶體管集電極與發(fā)射極的峰值電壓應(yīng)為坼r=，但實(shí)際上在正式產(chǎn)品中，假如不能保證ECE=，產(chǎn)品損壞率將會(huì)增高，這樣有可能選不出合適的晶體管：二是變壓器的磁芯飽和問題。由于推挽式電路的特殊結(jié)構(gòu)，極易發(fā)生磁飽和，為了避免飽和現(xiàn)象，要增加相應(yīng)的輔助電路，并要求兩只晶體管的特性參數(shù)高度一致，這很難辦到。圖311 推挽式變換器工作波形雙極性變換器電源(推挽、半橋、全橋)的穩(wěn)壓原理是這樣的：若由于某種原因(例如輸入電網(wǎng)電壓的變化或輸出端伏在的變化)使輸出電壓變化△U，則△U，經(jīng)脈寬控制電路處理后就產(chǎn)生寬度可變的控制脈沖，驅(qū)動(dòng)開關(guān)晶體管，實(shí)行功率變換，其輸出也是改變了脈沖寬度的方波電壓，從而使輸出電壓回到額定值電壓砜。這類開關(guān)電源是通過改變脈沖寬度或占空比來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。假定輸出電壓平均值為