【導(dǎo)讀】代傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈成為新一代照明光源。隨著大功率照明LED性能的提。景觀照明領(lǐng)域向普通白光照明領(lǐng)域擴展。與此同時，與功率型LED配套的驅(qū)動。集成電路的研發(fā)也由于功率型LED逐漸得到廣泛的應(yīng)用而迅速的發(fā)展。恒流驅(qū)動方式的大功率LED驅(qū)動電源設(shè)計方法。根據(jù)現(xiàn)有大功率LED路燈的。功率資料，提出了大功率LED路燈的設(shè)計方案，并設(shè)計出相應(yīng)的驅(qū)動電路。的多功能性，使用簡單、方便。100lm/W以上，這使得城市路燈照明節(jié)能改造成為可能。功率LED路燈，正以迅猛的速度沖擊傳統(tǒng)的路燈市場。

　　

【正文】 又分為線性驅(qū)動和脈沖驅(qū)動。 PWM 電路原理分析知其直接驅(qū)動能力較弱，同樣要配合功率開關(guān)管放大電路放大驅(qū)動能力。與 PWM 調(diào)節(jié)控制 模式相區(qū)別，仍然保持脈沖的形式直接驅(qū)動 LED，在一個脈沖周期內(nèi)同樣通過取樣電阻實現(xiàn)恒流，這樣的驅(qū)動形式既保持了峰值電流的可控且穩(wěn)定，又可以實現(xiàn)平均電流的 PWM 調(diào)節(jié)。其應(yīng)用存在于 LED 大屏幕驅(qū)動顯示、大型 LED 液晶電視背光源驅(qū)動、信號報警閃光燈驅(qū)動、室內(nèi)外彩飾亮度調(diào)節(jié)等，并且此類驅(qū)動芯片正不斷涌現(xiàn)在更廣泛的 LED 應(yīng)用領(lǐng)域，隨著大功率 LED 發(fā)光效率的不斷提高，很可能會成為普通照明的驅(qū)動選擇。 3． PWM 驅(qū)動電路 ACDC 轉(zhuǎn)化實現(xiàn)交流電間接驅(qū)動 LED，是現(xiàn)在對大功率 LED 的主流實現(xiàn)方案。如圖 29 是飛利浦公司開 發(fā)的一款高檔次大功率 LED 驅(qū)動電源電路結(jié)構(gòu)框圖，此電路包括電磁干擾模塊、 ACDC 轉(zhuǎn)換模塊、 PFC 無功補償模塊、 DCDC 轉(zhuǎn)換模塊、控制集成電路模塊 (即 PWM 脈寬調(diào)制模塊 )等，功率因數(shù)達到90%以上，壽命可達到 50000h 以上，同時還可完成 100%到 1%的調(diào)光控制 ]2[ 。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 圖 29 大功率集成驅(qū)動芯片原理圖 本章小結(jié) LED 驅(qū)動電源是 LED 燈具的關(guān)鍵所在，它就好比一個人的心臟，要制造高品質(zhì)的、用于照明的 LED 燈具必須放棄恒壓方式驅(qū)動 LED。本章節(jié)主要講述了大功率 LED 的特性，其中包括大功率 LED 的光學(xué)和電學(xué)特性，為設(shè)計大功率LED 驅(qū)動電路奠定基礎(chǔ)，并闡述了 LED 驅(qū)動方式的分類，分為恒壓式和恒流式驅(qū)動電路，并做了簡單的比較，為下文為什么要引用恒流式驅(qū)動芯片而不是恒壓式驅(qū)動芯片做了說明，并將大功率 LED 驅(qū)動電路的發(fā)展趨勢做了簡要的介紹，對現(xiàn)有驅(qū)動電路進行比較分析，為整體電路的設(shè)計提供依據(jù)。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 第 3章 控制驅(qū)動芯片的設(shè)計選型 常用大功率 LED的恒流驅(qū)動芯片 由表 31 不難看出，各個恒流源芯片的輸入電壓存在一定的差別 ]4[ ，大概分為三個類型， ~6V， 4~30V， 85~450V，芯片的輸出電流也存在一定的差別，也可分為三個類型，分別為小于 1000mA、 1000mA~2020mA、大于2020mA，設(shè)計 1W 的 LED 路燈時，對電流的選擇范圍為小于 1000mA 就可以。當(dāng)然，具體的芯片還要根據(jù)電路的需求最后選定。 表 31 幾款常用驅(qū)動大功率 LED 的驅(qū)動芯片 1W 到 10W 的 LED 降壓恒流驅(qū)動 IC 型號 輸入 輸出電流 效率 使能 封裝 CMD7136 ~6V 400mA1A 85% 無 SOT893 CMD7135 ~6V 350mA 85% 無 SOT893 CMD7132 ~6V 320mA 85% 無 SOT893 CMD7128 ~6V 280mA 94% 無 SOT893 CMD5612 ~6V 1200mA 94% 無 TO252 PT4115 8~30V 1200mA 94% 有 SOT895 CMD7150 4~40V 1500mA 94% 有 TO2525 AMC7150 4~40V 1500mA 94% 有 TO2525 CMD736 4~40V 3000mA 90% 有 TO253 CMD735 4~40V 1500mA 90% 有 TO2525 CMD733 4~40V 1000mA 90% 有 DIP8,SO8 CMD34063 4~40V 1500mA 90% 有 DIP8,SO8 PT4107 85~450V 1000mA 90% 有 SOP8 芯片的選定 現(xiàn)在市面上常見的大功率 LED 為 1WLED，在做一個 120W 大功率 LED 路燈時，需要 120 個大功 率 LED，那么就要考慮這些 LED 的聯(lián)接方式。 單芯片構(gòu)成的驅(qū)動電源 若采用 120 個 LED 串聯(lián)使用，則可以保證通過每一個 LED 的電流均相等，即可保證每一個 LED 的亮度是一樣的，但這樣設(shè)計是存在弊端的。串聯(lián)120 個 LED 勢必會使路燈的整體可靠性下降，當(dāng)一個 LED 毀壞時，整個 LED路燈就會被毀壞，且串聯(lián) 120 個 LED 后，對 LED 串的供電電壓就會很大， 120 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 個 LED 的供電電壓大約可達到 450V，這是不可取的，所以不考慮將 120 個LED 串聯(lián)使用。 若采用兩路 60WLED 串并聯(lián)使用，這樣電壓約為 230V，同樣很高， 不可取，且采用一個驅(qū)動源驅(qū)動時，由于 LED 內(nèi)部構(gòu)造必定存在差異性，不能保證每路 LED 流過的電流均相等。 1W 大功率 LED 的額定電流為 350mA，兩路LED 需要的電流則為 700mA，當(dāng)恒流源輸出 700mA 電流時，由于每路 LED 的電流不相等，則使其中一路 LED 串的電流高于 350mA，另一路低于 350mA，這樣高于 350mA 的 LED 串會很快燒毀，又使所有的電流流向最后一路 LED，最后使這一路 LED 也很快燒毀。所以這樣的電路不可取。 綜上所述，采用一個驅(qū)動電源驅(qū)動 120W 的大功率 LED 路燈是不可取的。 多芯片構(gòu)成的驅(qū) 動電源 要制做 120W 大功率 LED 路燈，要考慮到它的電流，電壓及可靠性的因素。在設(shè)計中，本人還考慮要設(shè)計一個可用于 30W， 60W， 90W， 120W 的驅(qū)動電源，即根據(jù)路燈的不同瓦數(shù)，對驅(qū)動電源的輸出管腳進行設(shè)置，即可完成對不同規(guī)格的路燈的驅(qū)動，同時每路為 30 個 LED，又提升了電路的可靠性。根據(jù)以上要求，設(shè)計的電路為每路為 30 個 LED 的 4 路 LED 串，則每路 LED 串的電流均為 350mA，電壓為 110V。 設(shè)計的電源采用四個恒流源芯片 (保證了每路 LED 的電流相等 )共用一個電壓輸入端的方法，這樣既保證了可靠性，又降低 了成本，所以這樣的驅(qū)動電路可行。 芯片的選擇 綜上所述，應(yīng)保證驅(qū)動芯片的輸出電流大于 350mA，為了有效的利用芯片，輸出電流還應(yīng)不大于 1000mA。再根據(jù)輸入電壓的范圍，最終選定 PT4107為本驅(qū)動電路的驅(qū)動芯片。 PT4107 恒流驅(qū)動控制芯片介紹 PT4107是一款針對高功率 LED 照明，工作于 PWM 方式的高效 LED 驅(qū)動控制電路，借助于一個外部電阻和電容 PT4107能適應(yīng)從 18V 到 450V 的寬輸入電壓范圍。由外部電阻器和一個內(nèi)部穩(wěn)壓將高輸入電壓從 110VAC 或 220VAC 糾正鉗位到 20V。當(dāng)電壓在輸入電壓引 腳超過 UVLO 閾值時柵極驅(qū)動器就啟用。通過限制外部功率 MOSFET 的峰值電流來控制輸出電流。檢測電阻的電壓供應(yīng)到 PT4107的 CS 引腳。當(dāng) CS 引腳的電壓超過峰值電流感應(yīng)電壓閾值，柵極驅(qū)動信號終止， 功率 MOSFET 關(guān)閉。閾值內(nèi)部設(shè)置，也可以通過采用外部電壓到LD 引腳進行編程。通過外部的電阻可設(shè)定 PT4107以最高 300KHZ 的固定頻率控制外部功率 MOS 管。它以獨特的電路結(jié)構(gòu)，采用峰值電流檢測為大功率LED 提供恒定的供電電流。 LED 的電流可以通過選擇恰當(dāng)?shù)南蘖麟娮鑱碓O(shè)定。PT4107還為使用者提供良好的調(diào)光措施 （ SW1： 5K 的可調(diào)電位器），即通過在 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 線性調(diào)光輸入端施加一個控制電壓來控制渡過 LED 的電流，從而達到線性改變LED 亮度的目的。此外， PT4107也支持低頻的數(shù)字脈沖調(diào)光功能 (輸出 LED 個數(shù)少于 5個時適用 )。 PT4107采用矽威專利的電流補償技術(shù)，使得 LED 電流在很寬的輸入電壓范圍以及不同 LED 個數(shù)的條件下保持恒定。并為系統(tǒng)提供了安全可靠的過流過溫保護，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。整體供電效率可達 90％， 每個 PT4107可以驅(qū)動 30串多并的 LED 組合 ，達到了高效低成本的驅(qū)動要求 ]7[ 。 PT4107 基本性能 PT4107 是一個高電壓降壓控制器的通用型高亮度 LED 驅(qū)動器，它有很多優(yōu)良的特性，具體的特性如下： 1. 高效率 :大于 90% 2. 寬輸入電壓范圍 :從 18V 到 450V 3. 以恒定電流方式驅(qū)動 LED 4. 支持毫安級到安培級的輸出應(yīng)用 5. 支持一個到上百個 LED 的驅(qū)動應(yīng)用 6. 支持低頻可變占空比的數(shù)字脈沖調(diào)光功能 7. 支持線性調(diào)光功能 (SW1:5K 的可調(diào)電位 ) 8. 采用頻率抖動減少輻射 EMI 干擾 9. 可外部設(shè)定過溫保護 PT4107 管腳配置 圖 31 所示為 PT4107 芯片圖 圖 31 PT4107管腳配置 表 33是對 PT4107管腳的具體描述。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 表 33 管腳定義 管腳名稱 描述 GND 接地 CS 感應(yīng) LED 串電流 LD 通過電流檢測比較器改變電流限制閾值實現(xiàn)線性調(diào)光 RI 振蕩器的頻率控制。在此引腳和地面之間連接電阻以設(shè)置 PWM頻率 ROTP 溫度傳感輸入引腳。通過一個熱敏電阻使該引腳連接到GND 。一旦電壓低于 ROTP 引腳預(yù)先定義的值， PWM輸出將被禁用 PWMD 低頻 PWM 調(diào)光引 腳，也叫做使能輸入。內(nèi)部 100kohm 電阻拉至 5 V 電壓 VIN 經(jīng)過一個電阻連接輸入電壓為 18V450VDC GATE 驅(qū)動器的外置 MOSFET 門 PT4107 工作參數(shù) 表 32 所示為 PT4107 操作范圍。 PT4107 恒流驅(qū)動芯片的輸入端電壓范圍為 0 到 20 伏，輸入電流最大為 10mA，其它引腳的電壓范圍為 0~5V， PT4107的操作溫度為 40~+85 攝氏度，這個操作范圍十分適用于室外的環(huán)境溫度。 表 32 PT4107 操作范圍 符號 項目 取值 單位 Vin VDD 輸入電壓 0~20 V 其它引腳 0~5 V Topt 操作溫度 40~+85 C. Ivin 最大輸入電流 10 mA 本章小結(jié) 本章節(jié)主要講述了大功率 LED 路燈的設(shè)計方案及應(yīng)用于 LED 驅(qū)動的恒流芯片的種類，比較幾種芯片，最終選定了適應(yīng)本路燈方案的 PT4107 做為驅(qū)動電路的驅(qū)動芯片。并詳細(xì)介紹了驅(qū)動芯片 PT4107 性能。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 第 4章 基于 PT4107 大功率 LED 驅(qū)動電源的設(shè)計 驅(qū)動電路總體設(shè)計 系統(tǒng)構(gòu)成 PT4107提供了一個峰值電流檢測同時為 LED提供連續(xù)電流的連續(xù)模式的BUCK轉(zhuǎn)換器。它具有兩種調(diào)光功能，低頻的 PWM信號調(diào)光和線性可變電阻調(diào)光；另外提供了溫度檢測功能，通過一個熱敏電阻檢測整個系統(tǒng)的環(huán)境溫度，為整個系統(tǒng)的可靠的工作提供了安全的保證。 PT4107為我們提供了方便的低成本的大功率 LED 驅(qū)動解決方案，是大功率 LED 驅(qū)動的最好選擇之一。 本課題的設(shè)計目的為做一個用于驅(qū)動 30W， 60W， 90W， 120W路燈的多功能驅(qū)動電路，能夠?qū)崿F(xiàn)電流的調(diào)節(jié)，即照明燈亮度的調(diào)節(jié)。根據(jù)對驅(qū)動電路的不同要求設(shè)計出三種用于驅(qū)動大功率 LED的驅(qū)動電路： 簡單并聯(lián)形式 驅(qū)動電路、具有保護隔離的并聯(lián)形式驅(qū)動電路、單元化形式的驅(qū)動電路。如圖 41為電路的系統(tǒng)構(gòu)成。驅(qū)動 電路主要包括整流模塊和驅(qū)動模塊，下面對這兩個模塊進行詳細(xì)的說明。 圖 41 基于 PT4107大功率 LED驅(qū)動電源的設(shè)計 整流模塊 整流電路可以分為單相半波整流電路，單相全波整流電路，單相橋式整流電路。但是半波整說是以 犧牲 一半交流為代價而換取整流效果的，電流利用率很低，因此常用在高電壓、小電流的場合，而在一般無線電裝置中很少采用；然而全波整流電路，需要變壓器有一個使兩端對稱的次級中心抽頭，這給制作上帶來 很多的麻煩。另外，這種電路中，每只整流二極管承受的最大反向電壓，是變壓器次級電壓最大值的兩倍，因此需用能承受較高電壓的二極管。而橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成 橋 式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。整流電路的作用是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。但是，這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差的很遠(yuǎn)。 如 圖 42為橋式整流電路 ，橋式整流電路工作原理如下：在 AC的正半周內(nèi)，二極管 D1， D2導(dǎo)電， D3， D4截止，電路中構(gòu)成了 D1，驅(qū)動電路， D2通電回 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 路；在 AC的負(fù)半周內(nèi)，二極管 D3， D4導(dǎo)電， D1， D2截止，電路中構(gòu)成了 D3，驅(qū)動電路， D4通電回路。正、負(fù)半周均有電流流過負(fù)載驅(qū)動電路，而且無論在正半周還是負(fù)半周，流過驅(qū)動電路的電流方向都是一致的，因而使輸出電壓的直流成分得到提高，脈沖成分被降低。 本整流橋使用的整流二極管是 1N4004