【正文】 我的畢業(yè)設(shè)計課題是《 LED 節(jié)能燈驅(qū)動電路的設(shè)計》，綜合應(yīng)用了所學的《模擬電子技術(shù)》、《高頻電子線路》等專業(yè)課程，也參考了一些很好的電路設(shè)計方面的書籍，例如《 LED 驅(qū)動電源設(shè)計 100 例》、《白光 LED 驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用實例》、《 新型開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用》等。最后，我要感謝擔任我論文評審和評閱的各位老師，謝謝他們提出的寶貴意見和建議。在近半年的時間里，導師從課題的學習、研究、電路圖的設(shè)計和繪制等方面都給予了幫助和指導。 （ 5） 電路參數(shù)的計算和整定都是以較有影響力的文獻為依據(jù)和參考， 可靠性和可行性都很高。 本設(shè)計的主要特點如下： （ 1）根據(jù) LED 本身的電壓電流特性，采用恒流源驅(qū)動方式，可靠性高。電源的輸入短路保護直接在 EMI 濾波電路前端串接一個熔斷器即可。當電路電壓下降超過預(yù)定值后，運算放大器開始工作，輸出跳轉(zhuǎn)為負， LED 燈亮，同時三級管 V截止，向 SG3524的 SD 端輸出高電平，封鎖 IR2110的輸出驅(qū)動信號。自舉電容電壓達到 ，才能夠正常工 作，一般采用小容量電容，以提高充電電壓。 123567910111213U2I R 2 1 1 01 0 01 0 020200 . 1 u FF R 1 0 41 u F0 . 1 u FP C 8 1 7P C 8 1 7+ 1 5 V+ 1 5 V驅(qū)動 S2驅(qū)動 S1U1 的 14 腳U1 的 11 腳 圖 47 IR2110的外圍連接圖 圖 47中 10腳 HIN 和 12腳 LIN 為逆變橋中同一橋臂上下兩個功率 MOS 的驅(qū)動脈沖信號輸入端。 光電耦合器R1 R2+G B 1 G B 2+I1 I2R?R E S 2R?R E S 2 圖 46 光電耦合器基本工作電路圖 當輸入端加上電壓 GB1時，電流 I1流過發(fā)光二級管使其發(fā)光。 光電耦合器種類 較多，按其內(nèi)部輸出電路結(jié)構(gòu)的不同，可分為光電二極管型光電耦合器、光電三極管型光電耦合器、光敏電阻型光電耦合器、光控晶閘管型光電耦合器、達林頓型光電耦合器、集成電路型光電耦合器、光電二極管和半導體型光電耦合器等；按其輸出形式可以分為普通型光電耦合器、線性輸出型光電耦合器、高速輸出型光電耦合器、高傳輸比輸出型光電耦合器、雙路輸出型光電耦合器和組合封裝型光電耦合器等。芯片還有一個封鎖兩路輸出的保護端 SD，在 SD 輸入高電平時，兩路輸出均被封鎖 。 IR2110的自舉電容選擇不好，容易造成芯片 損壞或不能正常工作。輸出端設(shè)有對功率電源 VCC 的欠壓保護，當小于 8． 2 V時，封鎖驅(qū)動輸出。由于邏輯信號均通過電平耦合電路連接到各自的通道上，允許邏輯電路參考地 (VSS)與功率電路參考地 (COM)之間有 － 5 V～＋ 5 V的偏移量，并且能屏蔽小于 50 ns 脈沖，這樣便具有較理想的抗噪聲效果。 IR2110 的引腳排列圖如圖 45（ a)所示，內(nèi)部功能原理圖如圖 45（ b)所示。分 別是與腳 腳 6 相連的振蕩器的電容和電阻； Ra 是與腳 7 相連的放電端電阻值。 28 工作過程如圖 43所示。 E 脈沖輸出級電路 :輸出末級采用推挽輸出電路，驅(qū)動場效應(yīng)功率管時關(guān)斷速度更快 .11 腳和 14 腳相位相差 1800，拉電流和灌電流峰值達 200mA。 D PWM 信號產(chǎn)生及分相電路： 比較器的反相端接誤差放大器的輸出信號 Ue，而振蕩器的輸出信號 Uc則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸出信號為 PWM 信號，該信號經(jīng)鎖存器鎖存，分相電路由二進制計數(shù)器和兩個或非門構(gòu)成，其輸入信號為振蕩器的時鐘信號，并用時鐘信號的前沿觸 發(fā)，輸出為頻率減半的互補方波，這些方波和 PWM 信號輸入到或非門邏輯電路。1%，采用溫度補償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標準電源，向外輸出電流可達 400mA，沒有過流保護電路。腳 1 及腳 2 分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。其中，腳 16 為 SG3525A 的基準電壓源輸出，精度可以達到（ 177。該轉(zhuǎn)換器易于實現(xiàn)，且在峰值電流模式控制時無需進行反饋補償沒計。 整流濾波電路輸出直流電壓的大小靠 PWM 發(fā)生器的輸出脈沖寬度來控制。 驅(qū)動電路輸出電壓高，不利于設(shè)計制造； 無容錯設(shè)計，一個 LED失敗，所有 LED均不亮； 恒壓驅(qū)動時可靠性低。 24 V+V 圖 313 LED采用混連方式的連接圖 LED 的三種連接方式各有其優(yōu)缺點，三種連接方式的比較如表 32 所示。斷開一串 LED 后，如果采取穩(wěn)壓方式驅(qū)動，驅(qū)動器的輸出電流將減小，而不影響余下所有 LED 的正常工作。如圖 313 所示，串聯(lián)的 LED 數(shù)量平均分配，分配在一串 LED 上的電壓相同，同一串中每只 LED的電流也相同，各 LED 的亮度一致。 D1D2D3D4D5V+V 23 D1 D2 D3 D4 D5V+V 圖 312 LED采用全部并聯(lián)方式的連接圖 采用混連方式 在需要使用比較多的 LED 的應(yīng)用中，如果將所有 LED 串聯(lián)，將需要 LED 驅(qū)動器輸出較高的電壓。如圖 312 所示， LED采用全部并聯(lián)方式是指將多只 LED 的正極與正極、負極與負極并聯(lián)連接，其特點是每只 LED 的工作電壓一樣。 2. LED 采用全部并聯(lián)方式 在并聯(lián)設(shè)計中，多只 LED 由具備獨立電流的驅(qū)動電路來驅(qū)動。齊納二極管的導通電壓要比 LED 的導通電壓高，否則 LED 就不正常發(fā)光。 當某一只 LED 品質(zhì)不良短路時，如果采用穩(wěn)壓方式驅(qū)動，由于驅(qū)動器輸出電壓不變，那么分配在剩余的 LED 兩端的電壓將升高，驅(qū)動器的輸出電流將增大， 22 容易損壞余下所有的 LED。 MOSFET 管 S1 和 S2 可由 SG3525A 的 11和 14 腳直接控制。 其工作原理為： 220V交流電經(jīng)過 EMI 濾波電路，過濾掉電網(wǎng)中的雜波。 所以輸出電感量為 ，濾波電容容量為 6800μF，二極管 D 選 BYV32200。 LD1D2LC 圖 38 輸出平滑電路 由于輸出高頻變壓器輸出脈沖電壓頻率達 100KHz,故要求輸出整流二極管具有快速恢復特性，故選用超快速恢復二極管，根據(jù)輸出電壓及電流參數(shù)選用 philips公司的 BYV32200 二極管，其技術(shù)參數(shù)如下： 最高反向工作電壓： 200V； 整流電流： 20A； 20 反向恢復時間： 35nS. 其中 D 為 2 倍占空比，即 D=； K 為波形系數(shù)，取值在 到 1 之間，取 時計算誤差較小， Ns 為高頻變壓器二次繞組匝數(shù)， Np 為一次繞組匝數(shù)。圖 37 中， R R2 是并聯(lián)均壓電阻； C3 是耦合電容，其作用是防止由于兩個開關(guān)管的特性差異而造成變壓器磁芯飽和，從而提高半橋逆變電路的抗不平衡能力， C3 要選擇 ESR 小的無極性電容。高頻變壓器初級一端接在 C C2 的中點，另一端接在 S S2 的 公共連接端，C C2 中點的電壓等于整流后直流電壓的一半，即 V／ 2。 圖 36 交流電壓為最小值時的輸入電壓波形 DC/AC 變換電路的設(shè)計 DC/AC 逆變電路是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電路 ,逆變電路現(xiàn)在常用的開關(guān)器件有功率晶體管（ GTR)、功率場效應(yīng)管 (POWER MOSFET)、可關(guān)斷晶閘管（ GTO）、普通型和快速型晶閘管（ SCR)。該圖是在 Po=POM， f=50Hz、整流橋的導通時間 tC=3ms、 η=80％ 的情況下繪出的。但 CI 值取得過高，會增加電容器成本，而且對于提高 UImin 值和降低脈動電壓的效果并不明顯。15％ )時，應(yīng)取k=1μF／ W。將 Po=15W、 η=80％、 umin=85V、 cosψ=0． 7 一并代入 (2)式得到，IRMS=0． 32A，進而求出 Id=0． 65IRMS=0． 21A。 設(shè)輸入有效值電流為 IRMS，整流橋額定的有效值電流為 IBR，應(yīng)當使 IBR≥ 2IRMS。對于寬范圍輸入交流電壓，umax=265V，同理求得 UBR=468． 4V，應(yīng)選耐壓 600V的成品整流橋。 硅整流橋的最大整流電流平均值分 0． 5～ 40A 等多種規(guī)格，最高反向工作電壓有 50～ 1000V等多種規(guī)格。 圖 35 16 （ 2）整流橋的參數(shù)選擇 隔離式驅(qū)動電源一般采用由整流管構(gòu)成的整流橋，亦可直接選用 成品整流橋，完成橋式整流。橋式整流濾波電路的原理如圖 35(a)所示，整流濾波電壓及整流電流的波形分別如圖 35(b)和 (c)所示 [6]。(導 通范圍是 36176。(導通范圍是從0176。 R 為泄放電阻，可將 C3 上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進線端 L、 N 不帶電，保證使用的安 全性。 C1C2C3C4C5L1L2 圖 33 兩級復合式 EMI濾波器電路 為減小體積、降低成本，單片開關(guān)電源一般采用簡易式單級 EMI 濾波器，典型電路如圖 34 所示。 C3 和 C4 亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是 2200Pf~。 需要指出，當額定電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。 C1C2C3C4L 圖 32 電磁干擾濾波器的基本電路 該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應(yīng)接通大地。串模干擾是兩條電源線之間(簡稱線對線 )的噪聲，共模干擾則是兩條電源線對大地 (簡稱線對地 )的噪聲。 電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導噪聲的頻譜大致為 10kHz~30MHz，最高可達 150MHz。通過隔離人工在線調(diào)試的時候更加安全。 輔助電路：提供所有單一電路的不同要求電源。 電路各組成 部分的主要作用如下： EMI 濾波電路：將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。這種方式的 LED 電源主要由四部分組成，它們分別是：輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、 PWM 穩(wěn)壓控制部分、開關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。因此，無論正向電流如何變化，都可產(chǎn)生恒定的 LED 亮度。所以對驅(qū)動電路的設(shè)計尤其的重要。由 IV曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流 及反向電壓等參數(shù) 。 在外界溫度升高時， VF 將下降。在實際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇 IF 在 下。中垂線（法線）AO 的坐標為相對發(fā)光強度（即發(fā)光強度與 最大發(fā)光強度的之比）。 （ 3）光譜半寬度 Δλ:它表示發(fā)光管的光譜純度 .是指圖 23 中 1/2 峰值光強所對應(yīng)兩波長之間隔 。只有單色光才有 λ0波長。 （ 4） 工作環(huán)境 :發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。 （ 2） 最大正向直流電流 IFm：允許加的最大的正向直流電流。在正向電壓下，電子由 n 區(qū)注入 P 區(qū)，空穴由 P 區(qū)注入 n 區(qū)。 LED 要成為未來照明的主流光源，就 一定要朝著大流明方向發(fā)展，其成本才有可能降低，市場才有可能突破。 （ 3）價格高。 市面上的單體 LED 光源的功率一般在 5W以下，很少有大功率的 LED 光源，這是 LED 在照明領(lǐng)域發(fā)展的一個阻礙。 綜上所述， LED 是一種符合綠色照明要求的光源。 LED 的發(fā)熱量低，并能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和。 LED 光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術(shù)的控制下使 3 種顏色具有 256 級灰度并任意混合，可產(chǎn)生256x256x256（即 16777216）種顏色，形成不同光色的組合。 （ 4） 結(jié)構(gòu)牢固。 LED的環(huán)保效益好，光譜中沒有紫外線和紅外線，而且廢棄物可回收，不含汞元素，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。其發(fā)光效率比傳統(tǒng) 光源節(jié)能 80%~90%。根據(jù)加在二極管兩端的電壓大小，利用通過 LED 的電流始終使 pn 結(jié)發(fā)光 【 3】 。 LED 在工作時需外加電源，外加的電能也是由這兩個正、負電極加入到半導體二 極管內(nèi)。 ，要向集中控制，標準模塊化，系統(tǒng)可擴展性三方面發(fā)展。 目前 LED 驅(qū)動電路發(fā)展的主要趨勢有： LED 的特點開發(fā)一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術(shù)將每顆 LED 的輸入電流控制在最佳電流值，使得 LED 能獲得穩(wěn)定的電流，并產(chǎn)生最高的輸出光通量。 要發(fā)展 LED 必須發(fā)展 LED 的配套的設(shè)施，驅(qū)動電源就是最主要的 【 2】 。 LED 用作固體照明器件的經(jīng)濟性顯著，且有利于環(huán)保，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈，世界增長率在 20%以上，美、日、歐、中國（包括臺灣和香港地區(qū)）均推出了半導體照明計劃。但是由于各種不同規(guī)格的 LED 驅(qū)動電源的性能和轉(zhuǎn)換效率各不相同，所以選擇合適、高效的 LED 驅(qū)動電源，才能真正展現(xiàn)出 LED 光源高效能的特性 [1]。遠高于白熾燈和日光燈，此外 LED 燈珠壽命可長達十萬小時，并且綠色無污染。