【導(dǎo)讀】若能以LED照明取代目前低效率、高耗能的傳統(tǒng)照明,無疑對(duì)緩解當(dāng)前越來越緊。迫的能源短缺和環(huán)境惡化問題起到舉足輕重的作用。本文圍繞LED驅(qū)動(dòng)電路從降低。并進(jìn)一步地說明了國內(nèi)外在LED照明研究中的一些成果以及對(duì)未來發(fā)展的意。義，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深刻的分析,確定了論文的主體方向。拓?fù)溥M(jìn)行詳細(xì)的闡述，結(jié)合LED的特點(diǎn),提出了LED恒流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。出一款能實(shí)現(xiàn)高精度恒流控制并且發(fā)熱量低的LED照明驅(qū)動(dòng)開關(guān)電源。LED照明每W流明數(shù)可達(dá)到120lm。遠(yuǎn)高于白熾燈和日光燈，此外LED燈珠壽。直接影響LED的普及和大眾化。這是擺在所有LED人面前的一個(gè)重要課題，同時(shí)也是一次重大的發(fā)展機(jī)遇。因此即使是LED驅(qū)動(dòng)電源真正進(jìn)入研究的時(shí)間不算長，卻無礙其技術(shù)的成熟。容正是LED燈整體壽命的瓶頸。而內(nèi)嵌式驅(qū)動(dòng)板上的電解電容，由于LED的發(fā)熱。集成電路，無需輸出電解電容，僅需幾個(gè)外圍就能直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。法為，使LED燈珠像一個(gè)燈一樣可拔插，使LED燈成為可維護(hù)產(chǎn)品。

　　

【正文】 ...................................................19 輸出紋波 ..........................................................................................19 轉(zhuǎn)換效率 ..........................................................................................19 電壓調(diào)整率測試 ..............................................................................20 負(fù)載調(diào)整率 測試 ..............................................................................20 8 總結(jié) ...........................................................................................................................21 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................22 1 1 引言 隨著社會(huì)的進(jìn)步及芯片技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓诫x不開 LED 燈。自 09 年以來，LED 市場的需求以迅猛的 上升勢頭進(jìn)入 了很多 LED 領(lǐng)域的公司， 而且 成績優(yōu)異。 有些 廠家的簽約金額增長 勢頭優(yōu)異 ，有的甚至較去年幾乎翻了一番。與往年 相 比較， 很多市場早已 萌動(dòng)，大項(xiàng)目多，千萬元以上的項(xiàng)目就有十幾個(gè)。在沉寂了近十年后， LED作為 新興傳媒 ，再次受到 媒體 界的青睞 [1]。另一個(gè)特點(diǎn)就是 在 商業(yè)廣告方面的應(yīng)用 逐漸增多， 企業(yè)投 入也 明顯增加， 緊接著的是 ， LED 出口形勢也 非常喜人 。 去年 ，在廣東 舉辦了光博會(huì)， 這次 展會(huì) 上 ，是 全 年來 LED 產(chǎn)業(yè)的大 比拼 。 LED 交通信號(hào)燈，LED 生產(chǎn)設(shè)備、測試設(shè)備 ， LED 大屏， LED 照明等琳瑯滿目， 中國內(nèi)地因其 低廉的勞動(dòng)力成本 、 廣闊的市場、良好的投資環(huán)境 ，國外的投資商業(yè) 越來越喜歡在中國辦廠，中國也逐漸成為世界最大的 LED制造中心，同時(shí)也 說明我國 LED產(chǎn)業(yè)正在迅速發(fā)展 。 可以說， 如果我們 采取正確的對(duì)策，抓住機(jī)遇 ，仔細(xì)認(rèn)真研究市場的需求與供給，就可以使 我國 LED 產(chǎn)業(yè) 迎來一個(gè)新 巔峰 。 2 概 述 LED 工作原理 LED 主要結(jié)構(gòu)是由電極、 PN 結(jié)芯片、光學(xué)系統(tǒng)、等構(gòu)成的，它能把電能轉(zhuǎn)化成光能的部件，主要的過程也是光電轉(zhuǎn)化的過程，在一個(gè) PN 結(jié)兩端施加正向偏壓的話， 2 此時(shí) PN 結(jié)勢壘降低， N 極的電子向 P 極轉(zhuǎn)移， P 極的電子也向 N 極方向轉(zhuǎn)移，在 PN結(jié)結(jié)構(gòu)中，非平衡的空穴 會(huì)與帶電的電子復(fù)合并注入，其余的能量會(huì)以光的形式向外輻射開來，光子的能量會(huì)以空穴與電子能量差異越來越高，此時(shí)的波長和光頻率也有所區(qū)別，顏色也各異，這些原因都是因?yàn)?PN 區(qū)域的非平衡電荷而產(chǎn)生的，不穩(wěn)定流子。 圖 21 LED 的工作原理 和普通燈泡作為比較 ， LED 特點(diǎn)是十分明顯的 。 第一 ， 它的燈絲是燒不盡的 ， 所以 壽命 相對(duì)來說較長 ； 第二 ， 燈泡的小使得 LED 更加耐用 。 最后， LED 的小也有利于裝進(jìn)現(xiàn)代的電路中。 LED 的高效率是它的一大特點(diǎn) 。 普通 燈泡在 工作的 過程中會(huì)散發(fā)出大量 的 熱量 ，這是因?yàn)闊艚z需要加熱 。 但是這些多余的熱能是非常浪費(fèi)的 ， 要么把這熱能作為加熱器使用 ， 很多部分的熱能是肉眼不可見的 。 所以 說， LED 把電能直接用來發(fā)光，它 產(chǎn)生熱量 很少 [2]。 LED 照明技術(shù)的運(yùn)用 ． 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 LED 燈作為 高效率的 典型綠 色光源， 有著豐富的 市場前景。 目前， LED 產(chǎn)業(yè)已形成亞歐美三足鼎立的場面，在亞洲尤其突出的是中國、中國臺(tái)灣、日本等國家和地區(qū)，近日 LED 產(chǎn)業(yè)也被列為國家重點(diǎn)振興的產(chǎn)業(yè)，所以 市場 前景巨大。 據(jù)電子 有關(guān)部門數(shù)據(jù) 統(tǒng)計(jì)，國內(nèi) LED 市場將保持 20%以上 的增幅 。 專門 做市場調(diào)研的主管斯蒂爾 對(duì)高亮度發(fā)光二極管 做了一次詳細(xì)的調(diào)查，手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品的迅猛增加，高亮度 LED 在電子產(chǎn)品收入大概為 22 億美元，比 03年時(shí)增加了 7%，在汽車等信號(hào)領(lǐng)域上也多達(dá) 14%，而大多數(shù)高亮度 LED 來自中國臺(tái)灣 3 和中國制造的 [3]。 此前，建議那些制 造發(fā)光二極管的廠商其中在其他領(lǐng)域，比如樓房的景觀燈、夜市的景觀燈以及汽車領(lǐng)域上的照明領(lǐng)域等。中國科技部門也表示將 LED 納入國家重點(diǎn)的高新技術(shù)，在之前的北京奧運(yùn)會(huì)上，上海世博會(huì)上，以及廣東的亞運(yùn)會(huì)上使用了非常廣泛的高亮度發(fā)光二極管。 新興市場的不斷擴(kuò)展，使得產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷增加。推進(jìn) LED 照明的進(jìn)程也不斷加快，LED 已從成熟的市場領(lǐng)域轉(zhuǎn)向新興的市場，使得傳統(tǒng)照明巨頭主動(dòng)出擊，加快市場模式，大力推廣 LED 市場的發(fā)展。 中央也批準(zhǔn)建立了 大連、南昌 、 上海、廈門四個(gè)半導(dǎo)體 LED 照明基地。隨后又讓深圳成為國家第五個(gè)照明基地 ，那邊分布企業(yè)多達(dá) 400 多家 4]。 現(xiàn)全國 LED 各類企業(yè)大約 4000 多家，從而推進(jìn)了就業(yè)人數(shù)的增加，市場規(guī)模也大于 1000 億人民幣。 盡管 LED 在農(nóng)業(yè)方面還處于初級(jí)階段，但很多國家依然看好這塊市場，目前 LED主要方向畜牧業(yè)的照明、植物的生長、誘捕燈等。我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，這是不言而喻的，所以發(fā)展農(nóng)業(yè)技術(shù)的重要性也是不言而喻的。 國內(nèi)很多企業(yè)和高校也對(duì) LED 這方面的技術(shù)十分重視，都分分成立了自己的工作室，在寧波國內(nèi)較有基礎(chǔ)的就有 寧波升譜光電 企業(yè)，中國臺(tái)灣封裝技術(shù)的強(qiáng)大也使得它成為全球最大的 LED 生產(chǎn)基地。政府鼓 勵(lì)眾多企業(yè)研發(fā)自己的技術(shù)，盡快推動(dòng)照明技術(shù)的發(fā)展。 3 LED 的驅(qū)動(dòng)方式 比較 阻容降壓式 驅(qū)動(dòng) 在考慮到體積和成本等問題時(shí)，電壓式降壓電源是最簡單的方法之一，我們將交 4 流市電轉(zhuǎn)化成低壓直流最普遍的方法是用變壓器降壓后然后整流濾波。 電容降壓電路的最大優(yōu)點(diǎn)是電路簡單、方便，安全性和穩(wěn)定性差，效率低下是它的最大缺點(diǎn)，而且還是非隔離式的，它的工作原理就是在一定的交流頻率下電容產(chǎn)生容抗使工作電路受到限制。 阻 降壓式簡易 的 電源基本電路如圖 31， D3為穩(wěn)壓二極管， R1為沒有通電后給C1 電荷釋放電 阻， C1 是電容， D2為 二極管， D1在 一定時(shí)間后 給 C1 提供回路 進(jìn)行放電，其實(shí)在 實(shí)際 電路的運(yùn)用中常常采用的是圖 32 的 電路 。當(dāng)需要 負(fù)載較大的電流時(shí)，也 可采用圖 33 所示的橋式整流電路。 圖 31 電容降壓電路 圖 32 實(shí)際電路 圖 33 橋式整流電路 5 開關(guān)電源式驅(qū)動(dòng) 、開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理 調(diào)寬式和調(diào)頻式 是開關(guān)穩(wěn)壓電源的兩種控制方式，在運(yùn)用的過程中，我們常常使用 調(diào) 寬 式 ， 調(diào) 寬 式 開 關(guān) 穩(wěn) 壓 電 源 圖 34 。 圖 34 調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理 矩形脈沖的寬度決定單極性矩形脈沖的直流電壓 Uo，直流的平均電壓是歲脈沖的寬度越寬電壓值就越大，直流平均電壓 Uo 的計(jì)算公式為 Uo=UmT1/T ，其中 T 為矩形脈沖 的 周期； T1 為矩形 的 脈沖寬度 ， Um為矩形脈沖最大 的 電壓值 。 我們可以從上式看出， 當(dāng) Um 與 T 不變時(shí)， 直流平均電壓 Uo 與脈沖寬度 T1 成正比。所以我們只要使脈沖寬度變窄， 就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓目 的 [5]。 、開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電路 圖 35 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖 6 交流電壓經(jīng)過濾波電路 整流濾波后， 形成了一定部分 的直流電壓，該電壓經(jīng)過變換器變換后形成所需要的電壓，最后經(jīng)過整流濾波整流后成為所需要的直流電壓。 電路中的脈沖寬度調(diào)制器主要由比較器、取樣器、 振蕩器、脈寬調(diào)制 等電路構(gòu)成。此電路已經(jīng)集成化，形成了我們所需要的開關(guān)電源的集成電路，而輸出穩(wěn)定的電壓是由高頻開關(guān)元件時(shí)間控制的。 開關(guān)電源的分類 DC/DC 變換器和 AC/DC 變換器是開關(guān)電源的兩種方式，目前在國內(nèi)的設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟，同時(shí)得到了專業(yè)人士的認(rèn)可。 AC/DC 的模塊化，在模塊的運(yùn)用中其技術(shù)和生產(chǎn)制造是有點(diǎn)困難的。開關(guān)電源按激勵(lì)方式又可分為他 激式和自激式 [6]。 1 DC/DC 變換 DC/DC 變換是將固定直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱做直流斬波。它的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一是進(jìn)行調(diào)制的方式 Ts 不變，改變 TON，二是頻率的調(diào)制方式， TON不變，改變 Ts。一般的電路有一下幾種： （ 1）降壓斬波器它的輸出電壓 U小于輸入電壓 U1，那么極性相同； （ 2）升壓斬波器它的輸出電壓 U一般是大于輸入電壓的，那么它的極性就相同； （ 3）降壓或升壓斬波器它的輸出電壓 U 小于或大于輸入電壓，那么它的極性相反，電容傳輸； LED 驅(qū)動(dòng)電路的方式也多種多樣，種類也比較多，以下就 是它的比較： （ 1）照驅(qū)動(dòng)方法分：自激式和他激式； （ 2）按 DCDC 變換器工作方式可分：隔離型有通－通方式、半橋方式和全橋方式通－斷方式等不同的工作方式； （ 3）調(diào)控方式可分：（ PWM）和（ PFM）； （ 4）按照過流的方法可以分：輸出時(shí)的測驗(yàn)方法和開關(guān)電流的測試方法。 2 AC/DC 變換 AC/DC 變換則是將交流電壓改變成直流電壓，其功率主要流向是雙向的，流向負(fù)載的我們叫做整流，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)退到電源的情況，我們?cè)谡骱蜑V波的同時(shí)要考慮較大的電容，在濾波時(shí)我們必須要符合安全的標(biāo)準(zhǔn)，這樣就限制 AC/DC 電源體 積小型化 7 [7]。 3 他激式 電路激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生的振蕩器，電路形式如圖 36所示 圖 36 他激式 4 自激式 開關(guān)管兼作振蕩器中的振蕩管，電路形式如圖 37所示 圖 37 自激式 LED 的恒定電流源驅(qū)動(dòng) 電流流過 LED 芯片的大小決定了 LED 的亮度強(qiáng)弱。根據(jù) LED 的伏安特性，輸入電流為 20mA 時(shí)，二極管的亮度并不耀眼，所以在選擇恒流電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，不是一定要大于 20mA 的電流，選擇 18mA 的電流驅(qū)動(dòng)就差不多了，這樣就會(huì)有效的延長 LED 的使用 8 壽命。 當(dāng) r 在 20mA 的范圍內(nèi)波動(dòng)如果 Vr 為 20mA，波動(dòng)一般為 20mA，一旦波動(dòng)大于 20mA是，就會(huì)影響 LED 的工作效率和 LED 的使用壽命，所以最好 Vr 設(shè)置在 18mA，這樣就不會(huì)產(chǎn)生大的影響了，而且也有利于 LED 的工作狀態(tài)。圖 38為 LED 的恒流驅(qū)動(dòng)。 圖 38 LED 的恒流驅(qū)動(dòng)（串聯(lián)） 當(dāng) Vr 的恒定電流為 60mA 時(shí)，此時(shí)是并聯(lián)，所以 D D D3 的電流都是不一樣的，只能從三只 LED 的伏安特性來判斷電流，如果挑選三只正向電壓一樣的 LED，就有可能保證每只 LED 的電流都是 20mA，如果正向電壓不一樣，可能在工作一段時(shí)間后，流過三只 LED 的電流差異會(huì)影響 LED 的正常使用，所以我們采用 LED 串聯(lián)，目的也是非常明顯的。 圖 39 LED 的恒源驅(qū)動(dòng)（并聯(lián)） LED 的恒定電壓源驅(qū)動(dòng) LED 的恒定電壓源串聯(lián)驅(qū)動(dòng)如圖 310 所示 [8]。 圖 310 LED 的恒定電壓源串聯(lián)驅(qū)動(dòng) 9 當(dāng) Vcc 為恒定值時(shí)， D D D3工作時(shí)， D D D3 的電壓會(huì)下降，如果串聯(lián)一個(gè)電阻時(shí)，流過 LED 的電流不會(huì)增大，電流也不會(huì)超過 20mA，會(huì)大大增加 LED 的發(fā)光效率和使用壽命，保護(hù)電阻大小由式（ ）決定： R=（ *3） /I=（ Vcc9） /20 （ ） 當(dāng) Vcc 是恒定電壓源時(shí)， D D D3）與 Vcc 并聯(lián)。根據(jù)三只 LED 的伏安特性，R R R3，這三個(gè)電阻的阻值為（ ）求出： R1=（ VccVd1） /Id1 （ ） Id1 是 D1 的正向電流， Vd1 為 D1的正向電壓；電流如果為 20mA 時(shí)，它的正向電壓為 3V，那么 Id1=20mA，其他電阻也可以依照這個(gè)公式求出。 圖 311 LED 的恒定電壓源并聯(lián)驅(qū)動(dòng) LED 驅(qū)動(dòng)電路在實(shí)際開發(fā)的過程中也被越來越多的運(yùn)用，比如阻容降壓式 LED 驅(qū)動(dòng)、開關(guān)電源式驅(qū)動(dòng)等，如果我們掌握了這些電路的應(yīng)用，我們就可以方便的開發(fā)出效率高的 LED 驅(qū)動(dòng)電路。