【導(dǎo)讀】像石油，煤炭等資源，隨著人類的大力開采，這些不可再生資源的數(shù)量越。所以節(jié)約能源和開發(fā)新能源顯得更加重要。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們發(fā)明了一。為此本論文從LED家居照明面臨的技術(shù)問(wèn)題展開研究，通過(guò)LED的特?？刂颇K的LED智能調(diào)光系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)能夠接收無(wú)線信號(hào)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)光，可。根據(jù)人體的紅外信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)機(jī)功能。了解LED的光學(xué)特性，分析LED驅(qū)動(dòng)電源的研究現(xiàn)狀。學(xué)習(xí)并掌握LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)以及現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)缺點(diǎn)。用Protel繪制出電路圖并進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試電路，以驗(yàn)證其功能。撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。[1]陳永真，陳之勃.實(shí)用LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)詳解.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[3]沙占友，王彥明，馬洪濤.LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)入門.北京：中國(guó)電力出版社，進(jìn)入21世紀(jì)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源危機(jī)越來(lái)越受到人們的重視。LED照明已經(jīng)進(jìn)入各個(gè)行業(yè)，尤其是在照明領(lǐng)域發(fā)揮出出色的能力。居照明方面的成果令人矚目，LED家居照明是潛力巨大的市場(chǎng)。

　　

【正文】 （降壓型）變換器、 Boost（升壓型）變換器、 BoostBuck（升 降壓型）變換器、 Cuk 變換器、雙向 DC/DC 變換器、橋式可逆斬波器等幾種形式。有變壓器隔離的 DC/DC 變換器，主要形式有正激式變換器、反激式變換器、橋式隔離變換器等。下面主要討論本文涉及的有變壓器反激式變換器。 反激式變換器 反激式變換器是開關(guān)穩(wěn)壓器及開關(guān)電源最基本的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其領(lǐng)域非常 廣泛。反激式變換器亦稱回掃式變換器（ Flyfactor Converter）。凡是在功率開關(guān)管截止期間負(fù)載輸出能量的統(tǒng)稱為反激式變換器，它是從降壓 /升壓式變換器（ BankBoost Converter）演變而來(lái)。反激式變換器基本原理如圖 31（ a），（ b）所示。 IU 為直流電壓輸入 ， 0U 為直流 電壓輸出 ， T 為高頻變壓器， PN 為一次繞組， SN 為二次繞組。V為 MOSFET 功率開關(guān)管，其柵極接脈寬調(diào)制信號(hào)，漏極（驅(qū)動(dòng)端）接一次繞組下端。VD 為輸出整流二極管， C為輸出濾波電容。在脈寬調(diào)制信號(hào)的正半周時(shí) V 導(dǎo)通，一次側(cè)有電流 PI 通過(guò)，將能量?jī)?chǔ)存在一次繞組中。此時(shí)二次繞組的輸出電壓極性是上端位負(fù)、下端為正，使 VD截止，沒(méi)有輸出，如圖 31（ a）所示。負(fù)半周時(shí) V截止，一次側(cè)沒(méi)有電流通過(guò)，根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，此時(shí)一次繞組上 有 感應(yīng)電壓 ORU 產(chǎn)生 ,使二次繞組產(chǎn)生電壓 SU ， 它的 極性是上端為正、下端為負(fù)， 此時(shí) VD導(dǎo)通，經(jīng)過(guò) VD、 C整流濾波 得到 輸出電壓，如圖 31（ b）。由于 開關(guān)管工作頻率很高 ，使輸出電壓基本維持穩(wěn)定，從而 達(dá)到 了穩(wěn)壓的目的。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) PI+PNSN++VDC+IU OUTV PNSN+VDC++IU OUTVORU SSI (a) （ b） 圖 31 反激式變換器的基本原理 （ a）功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)能力（ b）功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)傳輸能力 反激式變換器主要有以下特點(diǎn)： （ 1）高頻變壓器一次繞組的同名端與二次繞組的同名端極性相反，并且一次繞組的同名端接 1U 的正端，另外一端接功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)端。 （ 2）當(dāng)功率開關(guān)管導(dǎo)通 時(shí)，將能量存儲(chǔ)在高頻變壓器中；當(dāng)過(guò)功率開關(guān)管截止時(shí)再將能量傳輸給二次。高頻變壓器就相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能電感，不斷地儲(chǔ)存能量和釋放能量。即可構(gòu)成交流輸入的 AC/DC 變換器，亦可構(gòu)成直流輸入的變換器。 （ 3）輸出電壓的極性可正、可負(fù)，這取決于繞組極性和輸出整流管的具體接法。輸出電壓可低于輸入電壓，這取決于高頻變壓器的匝數(shù)比 （ 4）反激式變換器的輸出電壓表達(dá)式為 00102 PTUU D UIL? (39) 其中， 0U / 0I 代表反激式變換器的輸出阻抗。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 第 4 章 LED 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì) 有了前面的初步介紹，下面主要以 L6561 和 AX2021 為控制器設(shè)計(jì)一款 LED 驅(qū)動(dòng)器。 L6561 L6561 簡(jiǎn)介 L6561 是意法半導(dǎo)體公司（ ST）生產(chǎn)的 PFC 專用芯片，適用于具有高功率因數(shù)的LED 鎮(zhèn)流器、開關(guān)電源、 AC/DC 式電源適配器。 L6561 主要特點(diǎn)： （ 1） L6561 能在交流 85~265V 的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，功率因數(shù)可達(dá)到 ，電源效率可達(dá) 90%。 （ 2） 內(nèi)置啟動(dòng)電路和零電流檢測(cè)電路，以保證 PFC 變換器工作在臨界導(dǎo)通模式。 （ 3） 具有過(guò)電壓、欠電壓遲滯鎖死、電流檢測(cè)、禁用等功能。暫時(shí)不用開關(guān)電源時(shí)可從外部關(guān)斷輸出，將電源功耗將至最低。 （ 4） 內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精度高達(dá) 1%。啟動(dòng)電流低至 50μ A（典型值），電源電流僅為 4mA（典型值）。 （ 5） 采用高性能圖騰柱輸出， 推挽輸出級(jí)有 NPN 晶體管和 N溝道 MOSFET 組成，輸出電流可達(dá)177。 400mA，可直接驅(qū)動(dòng)大功率 MOSFET 或絕緣柵雙極性晶體管（ IGBT）。 L6561 引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu) L6561 采用 DIP8 或 SO8 封裝，引腳排列如圖 41 所示，引腳說(shuō)明如表 41 所示。 2348765L65INVCOMPULTCS ZCDGNDCCU 圖 41 L6561引腳圖 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 表 41 L6561引腳功能 引腳 名稱 說(shuō)明 1 INV 誤差放大器的反相輸入端，輸出電壓0U 經(jīng)過(guò)分壓器接 INV 端以提供反饋電壓 2 COMP 誤差放大器的輸出端，接外部 RC 型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 3 MUTL 內(nèi)部乘法器的輸入端，整流橋的輸出電壓經(jīng)過(guò)分壓器接 MUTL端，使該端的電壓信號(hào)與整流橋輸出電壓呈比列關(guān)系 4 CS 外部功率 MOSFET 的峰值電流檢測(cè)端 5 ZCD 電流檢測(cè)電路的輸入端 6 GND 接地 7 GD 驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET 柵 極的引腳 8 CCU 電源 L6561 的內(nèi)部框圖如圖 42所示。主要包括啟動(dòng)電路，誤差放大器，乘法器，電壓調(diào)節(jié)器（用于產(chǎn)生內(nèi)部 7V 電源），過(guò)電壓檢測(cè)電路，整形器，電流比較器， RS 觸發(fā)器，欠壓比較器，驅(qū)動(dòng)級(jí)，圖騰柱輸出級(jí)（ NPN 晶體管 VT 和 N溝道 MOSFET 組成），零電流檢測(cè)比較器，禁用電路和門電路。 +穩(wěn) 壓 器過(guò) 壓 檢 測(cè)乘 法 器+關(guān) 斷驅(qū) 動(dòng)RQS+ 啟 動(dòng)7 V 內(nèi) 部 電 源INVCCVCM O PM UL TCSGDZ CDG ND18 2 3 46 5 720V1R2R 40K5pFCCV零 電 流 檢 測(cè) 器 圖 42 L6561內(nèi)部框圖 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) L6561 工作原理 L6561 的基本工作原理如圖 43 所示。 PFC 控制電路采用雙環(huán)反饋控制法，一方面控制輸入電流為正弦波，獲得高功率因數(shù)；另一方面控制輸出電壓保持穩(wěn)定。內(nèi)環(huán)反饋是將橋式整流輸出的線電壓（半周期的正弦波電壓）通過(guò) 3R 、 4R 分壓后輸入到乘法器輸入端 MULT，作為正弦波電壓基準(zhǔn)，使輸入電流能實(shí)時(shí)地跟蹤線電壓的變化。乘法器的輸出電壓 MU 作為電流比較器的參考電壓，與 MOSFET 漏極峰值電流的取樣電壓進(jìn)行比較，對(duì) MOSFET 每個(gè)周期內(nèi)的峰值電流進(jìn)行控制。電流比較器的輸出接 PWM控制器。外環(huán)反饋用于控制 PFC 變換器的直流輸出電壓 0U 。 0U 經(jīng)過(guò) 1R 、 2R 分壓后接誤差放大器的反相輸入端 INV，與同相輸入端的 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差rU ，送至乘法器，使乘法器的輸出電壓 MU 與 0U 成正比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。 +2 . 5 V乘 法 器+I N VC O M P M U L T C S G D誤 差 放大 器電 流 比較 器P W M 控 制 器u8 5 ~ 2 6 5 VB R 3R4R1C M O SF ETVD 2C 0USRZVD2 3 4 76561LrU MU0U 圖 43 L6561基本工作原理 臨界導(dǎo)通模式是一種固定的導(dǎo)通時(shí)間功率因數(shù)校正法。在功率 MOSFET 導(dǎo)通期間，電感電流 iL 沿固定斜率上升，一旦達(dá)到閥值電流，電流比較器就翻轉(zhuǎn)，使功率 MOSFET截止， iL 沿可變斜率下降。一旦零電流檢測(cè)到 iL =0，立即使功率 MOSFET 導(dǎo)通，進(jìn)入下一個(gè)開關(guān)周期。由于在 iL 回零后不存在死區(qū)時(shí)間，因此輸入電流仍是連續(xù)的，并按正弦規(guī)律跟蹤交流輸入電壓 u 的瞬時(shí)變化軌跡，從而使功率因數(shù)趨近于 1。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) L6561 反激式電源設(shè)計(jì) 由 L6561 構(gòu)成的 APFC 反激式變換器如圖 44 所示。交流輸入電壓經(jīng)過(guò)整流橋和R R3 分壓后，給 L6561 內(nèi)部乘法器的 MULT 端輸入一個(gè)正弦電壓信號(hào)， C2 為 MULT端的旁路電容。輔助繞組輸出分成兩路，一路經(jīng)過(guò) R6接零電 流檢測(cè)電路的輸入端 ZCD，一路經(jīng)過(guò) R R4 分壓后送至誤差放大器的發(fā)相輸入端 INV， C5 為誤差放大器的補(bǔ)償電容。 R8 為柵極限流電阻， R9 為電流檢測(cè)電阻。由瞬態(tài)電壓抑制器 ZVD 和超快恢復(fù)二極管 1VD 組成鉗位電路，用于抑制高頻變壓器漏感所形成的尖峰電壓。 3VD 和 C5 構(gòu)成整流濾波電路 。 2FUABR122 0 n / 40 0CV13RM21nC 320RK230RRK31C?5220RK647RK722R447C?810R9R24148VDIN1VD ZVD52200CF?3VD6 nCV32158M UL TCOMPINVZCDCCUGDCSG ND6561L0U 圖 44 L6561構(gòu)成的反激式電源 AX2021 AX2021 簡(jiǎn)介 AX2021 是中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)亞瑟萊特（ AXElite）科技公司生產(chǎn)的具有輸出電壓保護(hù)（ OVP）功能的 3A 大電流 LED 驅(qū)動(dòng)器，可驅(qū)動(dòng)幾十瓦甚至更大功率的 LED 燈串。 AX2021有以下特點(diǎn)： （ 1） 屬于降壓式 LED 驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部 P溝道功率開關(guān)管的通態(tài)電阻僅為 130m? 。輸入電壓范圍是 +8~40V；最高輸出電壓為 +38V，最大輸出電流 3A，可驅(qū)動(dòng) 10 只白光LED 構(gòu)成的燈串。開關(guān)頻率為 300KHz，占空比可調(diào)范圍是 0~100%，電源效率可達(dá) 90%。 （ 2） 它通過(guò)外部電流取樣電阻來(lái)檢測(cè) LED 上的電流。反饋電壓的典型值僅為西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 200mV，能降低功耗，提高電源效率。 （ 3） 通過(guò) OVP 引腳可檢測(cè)是否因負(fù)載開路而造成輸出過(guò)電壓。 AX2021 還具有軟啟動(dòng)、關(guān)斷控制、過(guò)電流保護(hù)、短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能。 （ 4） 利用 OVP 引腳還可以實(shí)現(xiàn) PWM 調(diào)光。調(diào)光頻率范圍 100Hz~50KHz。 （ 5） 若將 SW 端經(jīng)電感接地， SSU 端改接輸出端，即可構(gòu)成極性顛倒的負(fù)壓輸出式 LED 驅(qū)動(dòng)電源。此時(shí) LED 燈串的正極接地，負(fù)極流經(jīng)設(shè)定電阻接 0U 。 （ 6） AX2021 的靜態(tài)電流低至 5 A? ，最高結(jié)溫為 150℃。 AX2021 工作原理 AX2021 采用 SOP8封裝，引腳排列如圖 45 所示。引腳功能如表 42所示。 12348765/E N SSSSUVG AT ECCU SWOVPFBCO M P2021AX 圖 45 AX2021引腳排列 表 42 AX2021引腳說(shuō)明 引腳 名稱 說(shuō)明 1 /ENSS 為啟用 /禁用和軟啟動(dòng)端，接芯片內(nèi)部的啟動(dòng)電路，該腳懸空時(shí)啟用 AX2021，接低電平時(shí)禁用。 2 SSU 接地 3 VGATE 功率開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)鉗位端 4 CCU 接電源 5