【文章內(nèi)容簡介】 是高頻工作，充分利用了 LED 內(nèi)熒光粉的余輝效應(yīng)，不但不會(huì)有光的閃爍現(xiàn)象，還進(jìn)一步提高了LED 的發(fā)光效率。 2 體積小型化 隨著 LED 的進(jìn)一步發(fā)展，向照明領(lǐng)域的不斷進(jìn)軍，向民用市場(chǎng)的逐漸普及。大功率 LED 電源設(shè)計(jì)的小型化發(fā)展是一個(gè)必然的趨勢(shì)，這對(duì) LED 驅(qū)動(dòng)器提出了新的課題。 3 多功能保護(hù) LED 在電流過強(qiáng)時(shí)，引起 LED 衰減，導(dǎo)致 LED 的壽命縮短。恒定的電流在 LED照明中極其重要，這就需要 驅(qū)動(dòng)器提供過流保護(hù)功能。良好的 LED 的驅(qū)動(dòng)器保護(hù)功能是必不可少的，如過流保護(hù)、過溫保護(hù)、短路保護(hù)、安全保護(hù)等。 4 功率因素 功率因數(shù)是加在負(fù)載上的電壓和電流波形之間的相角余弦（若電壓波形與電流波形的相角差為，則 cos 便是電源的功率因數(shù)）。當(dāng)加在負(fù)載上的電壓和電流波形相位一致時(shí) 即相角差 0 ，則功率因數(shù) cos 1 是理想的情況；當(dāng)加在負(fù)載上的電壓和電流波形相角差為 90176。時(shí)（即 90），則功率因數(shù)等于零（處于最小值）；通常，電源的功率因數(shù)處于 0 到 1 之間，即 0≤ cos≤ 1，可用百分?jǐn)?shù)表示。 加在負(fù)載上的電壓 和電流波形之間存在相位差導(dǎo)致的結(jié)果之一是供電效率降低，即產(chǎn)生所要求的電力需要輸入更大的電力。導(dǎo)致的另外一個(gè)結(jié)果而且是更嚴(yán)重的后果，那就是電壓和電流的波形差產(chǎn)生過多的高次諧波。大量的高次諧波反饋到主輸入線（電網(wǎng)），造成電網(wǎng)被高次諧波污染成為惡性事故的隱患。同時(shí)，這種高次諧波也會(huì)擾亂控制系統(tǒng)里的敏感低壓電路。 隨著節(jié)能理念的深入人心，大功率 LED 的發(fā)展日趨成熟，“功率因素”的指標(biāo)也被 LED 電源驅(qū)動(dòng)行業(yè)提上議題，交流系統(tǒng)里實(shí)際功率等于視在功率乘以功率因素。 5 長壽命 對(duì)于大功率 LED 要進(jìn)入普通照明領(lǐng)域，和其 匹配的驅(qū)動(dòng)電源同樣面臨著長壽命的要求，已經(jīng)成為制約 LED 發(fā)展的一個(gè)瓶頸問題，各大驅(qū)動(dòng)電源廠商也都意識(shí)到這一點(diǎn)，更是 LED 應(yīng)用廠商更加關(guān)注的一點(diǎn)，它將決定 LED 整體節(jié)能高效的性能能否真正實(shí)現(xiàn)。 大功率 LED 驅(qū)動(dòng)現(xiàn)狀研究 大功率 LED 恒流驅(qū)動(dòng)常用方法有電阻限流、線性控制調(diào)節(jié)、電荷泵升壓、開關(guān)變換器控制等。下面對(duì)現(xiàn)有的各種控制方法進(jìn)行簡要的介紹 [1015]。 電阻限流電路 這類應(yīng)用的原理圖如圖 24 所示，電阻限流電路控制方式是根據(jù) LED 的 IV曲線來確定預(yù)期正向電流所需要的電壓，過一個(gè)串聯(lián)電阻來控制 LED 的電流。一般根據(jù) LED 參數(shù)和發(fā)光強(qiáng)度，可以得到 LED 的直流電流，從而可知 LED 兩端的電壓，限流電阻值： （ 21）式中： Vin 為電路的輸入電壓 F 為 IED 的正向電流； VF 為 LED 在正向電流為 IF 時(shí)的壓降； VD為防反二極管的壓降 可選 圖 24 電阻限流電路 這個(gè)應(yīng)用方案簡單易行，只需要一個(gè)限流電阻就可以控制 LED 的光強(qiáng)，但存在不少的缺點(diǎn) :輸入電壓的微小變化都會(huì)導(dǎo)致 LED 電流的變化，從而影響光通量輸出；限流電阻上會(huì)消耗 大量的功率而使得整個(gè)系統(tǒng)效率不高；當(dāng)這種調(diào)光方式在對(duì)白光 LED 燈進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)使 LED 發(fā)出的白光顏色發(fā)生偏移，不利于把這種控制方式用于日常照明系統(tǒng)，所以這種方式多用在對(duì)光色要求不高的情況。 線性控制電路 與電阻限流法相比，線性控制法在精度上有了很大的提高。其基本的原理是 :線性控制是把工作于線性區(qū)的功率管等效為一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻，通過負(fù)反饋系統(tǒng)調(diào)節(jié)功率管的阻值大小使得流過 LED 的電流維持在一個(gè)恒定的值。但是由于功率管工作在線性區(qū)，消耗了較多的功率，系統(tǒng)的效率不高。線性調(diào)節(jié)器可以分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。 圖 25 并聯(lián)型線性控制器和串聯(lián)型線性控制器 并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器。它采用功率管與 LED 并聯(lián)，分流掉負(fù)載的一部分電流。與電阻限流電路相似，分流調(diào)節(jié)器也同樣需要串聯(lián)一個(gè)限流電阻 Rload，如圖 18 a 所示。當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，流過 LED 上的電流增加，反饋電壓增大使得功率管 Q1 的動(dòng)態(tài)電阻減小，流過 Q1 的電流將會(huì)增大，這樣就增大了限流電阻 Rload 上的壓降，從而使得 LED 上的電流和電壓保持恒定。分流調(diào)節(jié)器同樣由于串入了限流電阻，系統(tǒng)的效率不高，并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到 恒流輸出。 串聯(lián)型調(diào)節(jié)器是采用功率管與 LED 串聯(lián)，當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，使功率管的動(dòng)態(tài)電阻增大，從而使得功率管上的壓降增大，以保持 LED 上的電壓 電流 恒定，如圖 18 b）所示。這種控制方式與并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器相比，由于少了串聯(lián)的線性電阻，使得系統(tǒng)的效率較高。但是由于功率三極管或 MOSFET 管都有一個(gè)飽和導(dǎo)通電壓，因此輸入的最小電壓必需大于功率管的飽和電壓與負(fù)載電壓之和，使得整個(gè)電路的電壓調(diào)節(jié)范圍受限。 電荷泵升壓電路 電荷泵升壓電路（圖 26）又稱為開關(guān)電容升壓控制器。它利用分立電容將電能從輸入端傳送到輸出 端，整個(gè)電路不需要任何的電感。電荷泵變換器設(shè)計(jì)比較簡單，只需根據(jù)元件規(guī)格來挑選適合的電容。但它的主要缺點(diǎn)是只能提供有限的輸出電壓范圍，大多數(shù)充電泵電路的輸出電壓增益為輸入電壓的 1， 3/2，或 2倍。若要驅(qū)動(dòng)多個(gè) LED 時(shí)，必須采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式。此時(shí)為了防止并聯(lián)支路上電流分配不均，每條并聯(lián)支路上必須使用鎮(zhèn)流電阻，這樣會(huì)消耗大量的功率，整個(gè)系統(tǒng)的效率就會(huì)降低。 圖 26 電荷泵升壓電路 開關(guān)變換電路 開關(guān)電源電路通過調(diào)節(jié)開關(guān)功率管的通斷比可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，理論上將功率管的損耗降低為 0V。開關(guān) 電源作為能量變換中效率最高的一種方式，特別適用于大功率 LED 的亮度控制。與傳統(tǒng)的電壓型 Buck, Boost, BuckBoost變換器不同的是大功率 LED的驅(qū)動(dòng)電路的反饋量是流過 LED的電流信號(hào)而不是輸出電壓信號(hào)，以此來滿足 LED 的恒流驅(qū)動(dòng)要求。 采用 Buck 拓?fù)淇梢詫?shí)現(xiàn)低于輸入電源電壓的輸出。這是一種定周期、定時(shí)刻導(dǎo)通的控制方式，通過控制 LED 的峰值電流來調(diào)節(jié) LED 的亮度，整個(gè)控制電路結(jié)構(gòu)比較簡單。采用 Boost 可以實(shí)現(xiàn)高于輸入電源電壓的輸出幅值。與電荷泵電路不同的是 Boost 理論上的升壓增益可以無窮 大，所以在連接多個(gè) LED 方式時(shí)可以采用串聯(lián)方式，保證了每個(gè) LED 的發(fā)光亮度都相同，并且限流電阻也只需要一個(gè)，有效的提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，可以說是所有驅(qū)動(dòng)電路中效率最高的。不過與電荷泵升壓電路相比，需要電感元件，增加了系統(tǒng)的成本和體積。與傳統(tǒng)的BuckBoost 變換器相比，用于大功率 LED 驅(qū)動(dòng)的 BuckBoost 型變換器電路是將開關(guān)管移至輸入電壓的負(fù)端，從而使得開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)更加簡單。通過控制 LED的峰值電流及其導(dǎo)通占空比，來調(diào)節(jié) LED 的平均電流，以達(dá)到 LED 亮度調(diào)節(jié)的目的。 圖 27 Buck、 Boost、 BuckBoost 型大功率 LED 驅(qū)動(dòng)電路 第三章 脈寬調(diào)制型（ PWM）開關(guān)電源原理 脈沖寬度調(diào)制方式（ PWM），其開關(guān)頻率恒定，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖的寬度來改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能量向負(fù)載傳遞的控制，稱之為“定頻調(diào)寬”。 本章將介紹降壓型脈寬調(diào)制型（ PWM）開關(guān)電源 DC/DC 變換器 Buck 拓?fù)涞幕窘Y(jié)構(gòu)， Buck 結(jié)構(gòu)的變換原理和控制方式。開關(guān)電源 DC/DC 變換器從控制模式上可以分為兩類，電壓控制模式（ Voltage Control Mode）和電流控制模式（ Current Control Mode）。下面 分別介紹電壓控制模式和電流控制模式的原理和特點(diǎn) [16][17][18]。 電壓控制模式 取代線性變換器的開關(guān)型變換器早在 20 世紀(jì) 60 年代就開始應(yīng)用。它將快速通斷的晶體管置于輸入和輸出之間，通過調(diào)節(jié)占空比來控制輸出直流電壓的平均值。降壓型的電壓模式開關(guān)電源 Buck 變換器的原理圖如圖 31 所示。其中開關(guān)器件 Q1 與直流輸入電壓 VDC 直接相連。在每個(gè)周期 T 內(nèi)， Q1導(dǎo)通時(shí)間為 Ton。在 Q1 導(dǎo)通時(shí)， V1 點(diǎn)電壓為 VDC（設(shè) Q1 導(dǎo)通時(shí)兩端的電壓降為零）。 Q1 關(guān)斷時(shí) V1點(diǎn)的電壓迅速下降為 0V 假設(shè)續(xù)流二極管 D1 的兩端 的電壓降也為零 ，則 V1 點(diǎn)的電壓波形為矩形波，如圖 32 所示， Ton 時(shí)的電壓為 VDC，其余時(shí)間電壓為零，則 V1 點(diǎn)一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓直流值為 VDC*Ton/T。 LC 濾波器接在 V1 和 Vo 之間它使輸出點(diǎn) Vo 成為幅值等于 V DC*Ton/T 的無尖鋒無紋波的直流電壓。 圖 31 電壓模式開關(guān)電源 Buck 拓?fù)涞脑韴D 其邏輯關(guān)系是，當(dāng) VDC 上升時(shí)，則 Vo 上升，誤差放大器輸出電壓 Vea 下降，鋸齒波高于 Vea 的時(shí)間提前，也就是 Q1 導(dǎo)通時(shí)間 Ton 縮短，使得 Vo V DC *Ton/T保持不變；同理，如果 VDC 下降，則 Q1 導(dǎo) 通時(shí)間 Ton 延長，最終的結(jié)果也保證Vo 不變。由此可以總結(jié)出，無論輸入電壓 VDC 如何波動(dòng)，電壓控制系統(tǒng)都會(huì)改變 Q1 的導(dǎo)通時(shí)間 Ton，使得最終的輸出電壓維持在 Vo Vref 1+R2/R1 。 下面就詳細(xì)的分析一下整個(gè)電路的工作過程和波形變化，假設(shè)輸出為 Vo。 圖 32 Buck 變換器連續(xù)工作模式下各節(jié)點(diǎn)波形 在每個(gè)周期開始時(shí)，電感 L 上的初始電流為 I1， Q1 由控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)后導(dǎo)通，二極管反偏截止，加在 L 上的電壓的大小為 VDCVo，由于電感兩端的電壓恒定，所以流過電感的電流線性上升到 I2，其斜率為。當(dāng) 控制信號(hào)使 Q1 關(guān)斷時(shí)，由于電感的電流不能突變，所以電感兩端電壓極性迅速顛倒，二極管導(dǎo)通續(xù)流，這種電壓極性顛倒的現(xiàn)