【正文】 極回路的充放電時(shí)間常數(shù),、更靈活的LED功率能力,外置MOSFET是唯一的選擇方式,IC需要合適的驅(qū)動(dòng)能力,MOSFET輸入電容是關(guān)鍵的參數(shù)! 下圖Cgd和Cgs是MOSFET等效結(jié)電容. 一般IC的PWM OUT輸出內(nèi)部集成了限流電阻,具體數(shù)值大小同IC的峰值驅(qū)動(dòng)輸出能力有關(guān),可以近似認(rèn)為R=Vcc/ Rg選擇在1020Ω左右. 一般的應(yīng)用中IC的驅(qū)動(dòng)可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET,但是考慮到通常驅(qū)動(dòng)走線不是直線,感量可能會(huì)更大,并且為了防止外部干擾,這個(gè)電阻要盡量靠近MOSFET的柵極. 以上討論的是MOSFET ON狀態(tài)時(shí)電阻的選擇,在MOSFET OFF狀態(tài)時(shí)為了保證柵極電荷快速瀉放,由于走線電感的原因也會(huì)引起諧振(因此有些應(yīng)用中也會(huì)在這個(gè)二極管上串一個(gè)小電阻),但是由于二極管的反向電流不導(dǎo)通,此時(shí)Rg又參與反向諧振回路,. MOS開關(guān)管損耗:不管是NMOS還是PMOS,導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在,這樣電流就會(huì)在這個(gè)電阻上消耗能量,幾毫歐的也有. MOSFET導(dǎo)通和截止的時(shí)候,流過的電流有一個(gè)上升的過程,在這段時(shí)間內(nèi),MOSFET管的損耗是電壓和電流的乘積,而且開關(guān)頻率越快,降低損耗但也要兼顧雜聲的出現(xiàn). 導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大,可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損耗。降低開關(guān)頻率,. 輸出的要求:因?yàn)镸OSFET一般都連接著感性電路,或者傳輸延時(shí)過大,瞬間短路電流會(huì)顯著降低電源的效率,是MOSFET發(fā)熱的原因之一. 估算結(jié)區(qū)溫度:一般來說,即使源極/漏極電壓超過絕對(duì)的最大額定值,功率 MOSFET MOSFET 的擊穿電壓 (BVDSS) ,溫度越高,功率 MOSFET 工作時(shí)的環(huán)境溫度超過 25℃,其結(jié)區(qū)溫度會(huì)因能量耗散而升至高于環(huán)境溫度. 當(dāng)擊穿真正發(fā)生時(shí),漏極電流會(huì)大得多,真正的擊穿電壓會(huì)是額定低電流擊穿電壓值的 倍. 盡管非正常的過壓尖峰不會(huì)導(dǎo)致器件擊穿,但為了確保器件的可靠性,功率MOSFET : T_{J}=P_{D}R_{ JC}+T_{C} 其中, T_{J}:結(jié)區(qū)溫度。T_{C}:管殼溫度。P_{D}:結(jié)區(qū)能耗。R_{ JC}:穩(wěn)態(tài)下結(jié)區(qū)至管殼的熱阻. 不過在很多應(yīng)用中,功率 MOSFET 中的能量是以脈沖方式耗散,并由下式表達(dá): Z_{ JC}(t)=r(t) R_{ JC} 這里,r(t)是與熱容量相關(guān),r(t)非常小。但對(duì)于很寬的脈沖,r(t)接近1,而瞬態(tài)熱阻接近穩(wěn)態(tài)熱阻. 有時(shí)輸入電壓并不是一個(gè)固定值,當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電壓超過穩(wěn)壓管的電壓,如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,就會(huì)出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候,MOS管工作良好,而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足,引起導(dǎo)通不夠徹底,從而增加功耗. (VCC)相同,導(dǎo)通電阻小. 目前市場(chǎng)上也有低電壓驅(qū)動(dòng)MOSFET,但耐壓都較低,可以選擇用在串接要求不是很高的場(chǎng)合.第三章 設(shè)計(jì)方案這個(gè)電路的原型是降壓型buck電路，原理是在MOS管開通時(shí)，輸入電源通過L平波和C濾波后向負(fù)載端提供電流；當(dāng)MOS管關(guān)斷后，L通過二極管續(xù)流，保持負(fù)載電流連續(xù)。輸出電壓因?yàn)檎伎毡茸饔茫粫?huì)超過輸入電源電壓。本設(shè)計(jì)針對(duì)驅(qū)動(dòng)一定數(shù)量的LED燈珠提出以下要求：6. 設(shè)計(jì)電路能夠滿足驅(qū)動(dòng)2330顆燈珠（一顆1WLED燈珠的驅(qū)動(dòng)電壓大概為3V，電流為350mA左右）7. 電流精度高，能夠達(dá)到350mA177。10Ma8. 輸入電壓范圍廣，能夠在輸入電壓為140290V之間工作9. 在220V正常輸入電壓情況下，電路的效率能夠達(dá)到80%以上10. 低成本，便于量產(chǎn)等等。針對(duì)該電路提出的要求，為了提高電路的效率，決定使用不隔離型電路，減少變壓器的消耗。另外為了提高效率和降低成本，將輸入端的EMI也去掉了。電路圖如下 在該電路中用到了NCP1200的CS腳來控制負(fù)載的電流，原理是在一個(gè)周期內(nèi)MOS管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流開始上升，當(dāng)其值到達(dá)我們?cè)O(shè)定的值時(shí)，通過采樣電阻給CS端反饋一個(gè)電壓信號(hào)，控制MOS管的關(guān)斷，此時(shí)負(fù)載由電感供電，電感在下個(gè)開關(guān)周期前將所儲(chǔ)存的能量放完，這種模式叫做不連續(xù)模式。這種控制峰值電流來達(dá)到恒流的方法不能實(shí)現(xiàn)真正的恒流，負(fù)載電流會(huì)隨著輸入電壓的波動(dòng)和負(fù)載數(shù)量的波動(dòng)而變化輸入為可調(diào)變壓器的110V，串接6個(gè)（10W51RJ）電阻（代替30個(gè)1WLED燈珠）聯(lián)47uF400V電容，Rs=1Ω，F(xiàn)B接口接15K電阻，實(shí)驗(yàn)后測(cè)量電壓為108V，根據(jù)I=U/R換算成電流為363mA。只改變負(fù)載，改為串接5個(gè)電阻，測(cè)量電壓103V，換算成電流為410mA。 串接5個(gè)電阻調(diào)節(jié)輸入電壓后測(cè)量輸出電壓，結(jié)果如下： 輸入（V）：65 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 135 140 145 155 165 178 196 228 255 輸出（V）：65 71 76 81 85 88 91 94 101 108 113 103 97 92 88 86 84 83 82 82 串接6個(gè)電阻調(diào)節(jié)輸入電壓后測(cè)量輸出電壓，結(jié)果如下： 輸入（V）：59 86 98 113 125 147 180 205 255 輸出（V）：63 90 100 111 120 108 95 93 93由以上數(shù)據(jù)可以看出，該方案恒流效果不是很好，尤其是在低壓情況下，容易造成LED擊穿。況且在負(fù)載LED數(shù)量變化時(shí)，輸出電流變化較大。該電路只是簡單的靠限制峰值電流來達(dá)到恒流效果的。當(dāng)LED燈珠壞掉一個(gè)的話，此電路的恒定電流值會(huì)增加，這樣會(huì)讓剩下的LED燈珠加速老化。輸入電壓在140290變化時(shí)不能滿足恒流要求，故不考慮該方案。該電路原理圖如下該方案是利用晶體管的反向擊穿特性，三極管在PN結(jié)溫度變化時(shí)，電壓基準(zhǔn)的話會(huì)有較大的變化，Vbe=,當(dāng)溫度在40度和80度變化時(shí)，℃。這樣電壓基準(zhǔn)就變化了，而且范圍較大。電流變化精度受到外部溫度的影響較大，會(huì)超出要求范圍，而且其成本也會(huì)相對(duì)提高。故該方案不予考慮。運(yùn)放加光耦方式的原理是通過運(yùn)放來比較與負(fù)載串聯(lián)的電阻上的壓降，把這個(gè)信號(hào)通過光耦的隔離，反饋到芯片的FB腳，來控制MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)負(fù)載電流上升時(shí)，采用電阻上的壓降會(huì)升高，這將使得運(yùn)放的正向輸入端電壓高于反向輸入端，運(yùn)放輸出為高電平，這樣流過光耦的電流會(huì)增大，光耦輸出端的阻值會(huì)降低，這樣就拉低了FB端的電壓，芯片會(huì)縮短MOS管的導(dǎo)通時(shí)間，使負(fù)載電流降低，從而實(shí)現(xiàn)恒流。運(yùn)放的電源要求是177。15V，而我們的負(fù)載壓降是90V上下，這就需要我們?yōu)檫\(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)電壓穩(wěn)定的電源。第一是用穩(wěn)壓二極管串聯(lián)電阻的方法，第二是用TL431串聯(lián)電阻的方法。前者的優(yōu)點(diǎn)是成本低，穩(wěn)定性有待實(shí)驗(yàn)測(cè)試；后者的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，成本高一些。實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管的電壓會(huì)有大的波動(dòng)，這是因?yàn)樨?fù)載變化時(shí)，穩(wěn)壓管的漏電流會(huì)發(fā)生些許的變化，從而引起了穩(wěn)壓值的漂移；而使用后一種方案的穩(wěn)壓效果相當(dāng)理想，所以最終確定使用TL431串聯(lián)電阻為運(yùn)放提供電源此方案可以保證電流變化精度在要求范圍內(nèi)，可以驅(qū)動(dòng)2028顆LED，而且經(jīng)理論分析其可靠性不錯(cuò)，但是達(dá)到這種性能需要增加2元錢的材料成本，而且電路相對(duì)復(fù)雜了一些，不過這個(gè)方案適合量產(chǎn)。運(yùn)放方案加上了開路保護(hù)功能，當(dāng)電路不接負(fù)載時(shí)是很危險(xiǎn)的，并聯(lián)在負(fù)載兩端用于濾波的電解電容會(huì)因?qū)嶋H電壓超過其標(biāo)稱值而爆炸。開路保護(hù)的原理是通過比較負(fù)載端的電壓與設(shè)定值的大小，來驅(qū)動(dòng)光耦，進(jìn)而反饋到芯片F(xiàn)B端來控制MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)空載時(shí)，MOS管導(dǎo)通后，輸出電壓會(huì)因?yàn)殡姼袠O性原因高于輸入電壓，這時(shí)運(yùn)放會(huì)比較輸入后輸出高電平，驅(qū)動(dòng)光耦，拉低FB端，使MOS管關(guān)斷，讓大電壓降在MOS管上，因?yàn)镸OS管的耐壓可達(dá)600V。電路原理圖如下此方案可以保證電流變化精度在要求范圍內(nèi)，可以驅(qū)動(dòng)2028顆LED，而且經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析其可靠性不錯(cuò)，但是達(dá)到這種性能需要增加2元錢的材料成本，而且電路相對(duì)復(fù)雜了一些，不過這個(gè)方案適合量產(chǎn)。利用光耦的擊穿特性，——，——10mA變化，線性好，而且損耗主要在采樣電阻上。而且是負(fù)溫度系數(shù)（晶體管方案也有），即夏天溫度高時(shí)，恒流電流低，燈珠發(fā)熱少，冬天溫度低時(shí)，恒流電流高，燈珠發(fā)熱多。但是由于單個(gè)的光耦具有一致性差異，這樣就會(huì)導(dǎo)致每個(gè)電路恒流的基準(zhǔn)不一樣。所以如果實(shí)用此方案時(shí)，要先對(duì)光耦進(jìn)行人工分檔，通過測(cè)量其正向壓降進(jìn)行分檔。要想調(diào)節(jié)恒流值，通過光耦輸入的正向壓降除以采樣電阻獲得。電路圖如下用直接驅(qū)動(dòng)光耦電路測(cè)量串接6個(gè)電阻的負(fù)載數(shù)據(jù)如下： 輸入電壓（V）： 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 230 240 250 260 270 280 290 輸出電流（mA）：329 338 341 341 340 340 340 340 340 340 339 338 337 337 336 336 335 用直接驅(qū)動(dòng)光耦電路測(cè)量串接4個(gè)電阻的負(fù)載數(shù)據(jù)如下： 輸入電壓（V）： 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 輸出電流（mA）：340 339 338 336 327 320 318 318 318 318 319 321 320 321 325 325 325 325 換了光耦后，用直接驅(qū)動(dòng)光耦電路測(cè)量串接4個(gè)電阻的負(fù)載數(shù)據(jù)如下： 輸入（V）： 140 200 250 290 140 200 290 140 200 250 290 輸出（mA）：356 356 355 354 335 334 331 333 332 329 327經(jīng)過在常溫里試驗(yàn)了一下，發(fā)現(xiàn)其有一定的恒流精度，其優(yōu)點(diǎn)是電路比運(yùn)放方案簡單，損耗低；但是缺點(diǎn)是①精度差，依賴光耦，可能會(huì)有一致性差別②溫漂大，在負(fù)40度到正70度時(shí)精度變化20%③可靠性不能保證，量產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)大。在經(jīng)過大量試驗(yàn)之前，不推薦使用這個(gè)方案。第四章 實(shí)驗(yàn)中問題及處理方法 ，在220V時(shí)，負(fù)載為6個(gè)電阻時(shí)不叫，負(fù)載為3個(gè)電阻時(shí)不叫，負(fù)載為2個(gè)電阻時(shí)輕叫，負(fù)載為1個(gè)電阻時(shí)叫。在110V時(shí)，負(fù)載為4個(gè)電阻時(shí)不叫，負(fù)載為5到6個(gè)時(shí)有叫聲。經(jīng)過測(cè)量后發(fā)現(xiàn)是占空比過高，示波器顯示圖像比較混亂。改變相應(yīng)的電感即可改善。 ，用示波器測(cè)量光耦兩端的電壓波形，發(fā)現(xiàn)尖峰很多，也很大。發(fā)現(xiàn)地線影響大，換了粗地線后還是一樣；并聯(lián)10uF電解電容到光耦兩端，并無明顯改善；換470uF電解電容也不行。最后發(fā)現(xiàn)是示波器表筆相當(dāng)于天線，影響較大。，LED燈會(huì)閃爍。當(dāng)FB懸空時(shí)，相當(dāng)于光耦輸出大電阻，輸入端基本沒有電流流過，芯片認(rèn)為可能是輸出短路，所以啟動(dòng)短路保護(hù)，這樣會(huì)發(fā)生閃爍。4. 濾波器件選擇：RC大于10倍尖峰脈沖寬度。5. 在FB端接一個(gè)可調(diào)電位器，代替光耦反饋，在燈珠個(gè)數(shù)確定后，可以固定這個(gè)電阻，可以很大節(jié)省材料成本，增加的是人工成本，但是經(jīng)過試驗(yàn)，其穩(wěn)壓效果不理想，也是在220V以上才穩(wěn)定，220V以下變化很大。6. 用TL431，通過用10K電阻與一個(gè)16V的穩(wěn)壓二極管串聯(lián)提供個(gè)低壓電源，此時(shí)在電阻上的功耗為接近1W，在輸出接近30W時(shí)，損耗占到了3%。效率會(huì)大大降低。運(yùn)放相對(duì)而言功耗會(huì)小些第五章 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 在這次設(shè)計(jì)過程中，不光對(duì)開關(guān)電源原理更加清楚，實(shí)踐能力也得到了很大的提高。對(duì)電路中的各種反饋形式有了更多的了解。通過這次設(shè)計(jì)，對(duì)開關(guān)電源中經(jīng)常用到的芯片，MOS管，電容，電感等元器件有了更全面的認(rèn)識(shí)。掌握了不同的元器件的功能和用法。掌握了NCP1200芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。對(duì)電路中要求的各種元器件的參數(shù)有了明確的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中，掌握了設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路的思路。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要考慮最簡單化，最可靠，和成本的兼容性，而不僅僅是把電路設(shè)計(jì)出來就OK，那是不現(xiàn)實(shí)的。設(shè)計(jì)電路時(shí)要從大往小考慮，先設(shè)計(jì)好大的框架，再注意各個(gè)部分元器件的選擇。在調(diào)試電路時(shí)，要確定好幾個(gè)調(diào)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的參數(shù)，做到對(duì)癥下藥，而不盲目調(diào)試。在做電路的時(shí)候，通過自己動(dòng)手對(duì)參數(shù)的測(cè)量，通過對(duì)電路故障的排除，對(duì)以后電路的研究有了很大幫助。致 謝 至此論文完稿之際，向所有關(guān)心和支持我的老師，同學(xué)和朋友們表示衷心的感謝！首先感謝我的指導(dǎo)教員李正生教員，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，李教員對(duì)相關(guān)問題的解答及指導(dǎo)，對(duì)我?guī)椭艽蟆Ｍ瑫r(shí)感謝實(shí)習(xí)過程中的同事，在這次論文中和同事一起討論，因?yàn)樗麄兊囊庖姡业脑S多困難得以很快解決！再次感謝他們?。?！61