【正文】 及其工作原理 LED 節(jié)能燈驅(qū)動電路主要由主電路、控制電路兩大部分組成。代入數(shù)據(jù)有： 取標稱值為 6800μ F。 Vin 為輸入直流電壓。 輸出平滑電路如圖 38 所示。 輸出平滑電路的設(shè)計 驅(qū)動電源輸出平滑電路的性能好壞直接影響到輸出電壓的質(zhì)量問題，是 LED 能否正常穩(wěn)定發(fā)光的 保證。 。開關(guān) S S2 交替導(dǎo)通在變壓器的次級形成幅值為 V／ 2 的交流方波電壓。半橋式逆變電路一個橋臂 19 由開關(guān)管 S S2（ S S2 是兩個帶反并聯(lián)二極管 VD VD2 的 MOSFET 管）組成，另一個橋臂由電容 C C2（ C C2 是容量相等的兩個電解電容）組成。半橋式開關(guān)電源的逆變電路如圖 37 所示 [7]。取 UImin=90V， f=50Hz， tC=3ms，假定 Po=30W， η=80％， 一并帶入 (3)式中求出 CI=84． 2μF，比例系數(shù) CI／PO=84． 2μF／ 30W=2． 8μF／ W，這恰好在 (2～ 3)μF／ W 允許的范圍之內(nèi)。由圖可見，在直流高壓的最小值 UImin上還疊加一個幅度為 UR 的一次側(cè)脈動電壓，這是 CI 在充放電過程中形成的。 u 經(jīng)過橋式整流和 CI濾波，在 u=umin 情況下的輸入電壓波形如圖 36 所示。下面介紹計算 CI 準確值的方法。 CI 值選得過低，會使 UImin 值大大降低，而輸入脈動電壓 UR 卻升高 。輸入濾波電容器容量的選擇如表 3l 所示， Po 為驅(qū)動電源的輸出功率。令每單位輸出功率 (W)所需輸入濾波電容器容量 (μF)的比例系數(shù)為 k，當交流電壓 u=85～ 265V 時，應(yīng)取 k=(2～ 3)μF／ W；當交流電壓 u=230V(1177。實際選用 lA／ 600V的整流橋，以留出一定余量。 17 例如，設(shè)計一個 7． 5V／ 2A(15W)驅(qū)動電源，交流輸入電壓范圍是 85～ 265V，要求 η=80％ 。計算 IRMS 的公式如下： 式中， PO 為驅(qū)動電源的輸出功 率， η為電源效率， umin 為交流輸入電壓的最小值， cosφ 為驅(qū)動電源的功率因數(shù)，允許 cosφ=0． 5～ 0． 7。這是因為此類管子的價格低廉，且按照耐壓值“寧高勿低”的原則，能提高整流橋的安全性與可靠性。需要指出，假如用 4 只硅整流管來構(gòu)成整流橋，整流管的耐壓值還應(yīng)進一步提高。整流橋的反向擊穿電壓 URR 應(yīng)滿足下式要求： 舉例說明，當交流輸入電壓范圍是 85～ 132V時， umax=132V，由式 (1)計算出 UBR=233． 3V，可選耐壓 400V的成品整流橋。小功率硅整流橋可直接焊在印刷板上，大、中功率硅整流橋則要用螺釘固定，并且需安裝合適的散熱器。硅整流橋有 4 個引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個。全波橋式整流器簡稱硅整流橋，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導(dǎo)體器件。 3)為降低驅(qū)動電路中 500kHz以下的傳導(dǎo)噪聲，有時用兩只普通硅整流管 (例如 1N4007)與兩只快恢復(fù)二極管 (如 FR106)組成整流橋， FRl06 的反向恢復(fù)時間trr≈250ns。 最后總結(jié)幾點： 1)整流橋的上述特性可等效成對應(yīng)于輸入電壓頻率的占空比大約為 30％ 。因此，整流橋?qū)嶋H通過的是窄脈沖電流?！?90176。 50Hz 交流電的半周期為 10ms，整流橋的導(dǎo)通時間 tC≈3ms，其導(dǎo)通角僅為 54176?！?180176。在理想情況下，整流橋的導(dǎo)通角本應(yīng)為 180176。圖 (d)則是把共模干擾濾波電容 C3 和 C4 接在輸出端。圖 (c)中的 L、 C1 和 C2 用來濾除共模干擾， C3 和 C4 濾除串模干擾。 C1 LNL (a) 14 C1LNL (b) C1C2C3C4LNLR (c) C1C2C3C4LNL (d) 圖 34 開關(guān)電源濾波器典型電路 圖 (a)與圖 (b)中的電容器 C 能濾除串模干擾，區(qū)別僅是圖 (a)將 C 接在輸入端， 圖 (b)則接到輸出端。圖 33 示出一種兩級復(fù)合式 EMI 濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級(亦稱兩節(jié) )濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。為減小漏電流，電容量不得超過 ，并且電容器中點應(yīng)與大地接通。 C3 和 C4 跨接在輸出端，并將電容器的中點接地，能有效地 抑制共模干擾。此外，適當增加電感量，可改善低頻衰減特性。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當有電流通過時，兩個線圈上的磁場就會互相加強。電路中包括共模扼流圈 (亦稱共模電感 )L、濾波電容 C1~C4。 電磁干擾濾波器的基本電路如圖 32 所示。因此， 電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性 (EMC)的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。若從形成特點看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。根據(jù)傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：一類是從電源進線引入的外界干擾，另一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。 EMI濾波電路 整流橋電路 DC/AC變換電路 輸出平滑電 路 LED燈源陣 列 輔 助 電 路 PWM控制電 路 隔離 、驅(qū) 動電路 12 主電路的設(shè)計 EMI 濾波電路的設(shè)計 電磁干擾濾波器 (EMI Filter)是一種由電感、電容組成的低通濾波器，它允許直流或工頻在 50HZ 到 400HZ 的信號通過，對頻率較高的其它信號有較大的衰減作用，能有 效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子設(shè)備的抗干擾能力及電子系統(tǒng)的可靠性[5]。一般使 用光電耦合器進行隔離。 隔離、驅(qū)動電路： （ 1）隔離的作用 :將驅(qū)動電路的控制部分與主電路隔離，避免主電路中的強電干擾控制電路中的弱信號。比如 PWM 控制電路，隔離、驅(qū)動電路所需要的電源。 輸出平滑電路：根據(jù) LED 負載需要，提供穩(wěn)定可靠的平滑直流電源。 整流橋電路：將電網(wǎng)交流電源變成直流，即不管輸入的是直流還是交流，經(jīng)過整流橋之后輸出的電流總是直流的。 總體電路圖如 附錄一 所示。而且這種電路都有完善的保護措施，屬于高可靠性電源。電源轉(zhuǎn)換效率極高，一般都可以高達 80%到 90%，并且輸出電壓、電流十分穩(wěn)定。 LED 恒流驅(qū)動電源按電路結(jié)構(gòu)可分為：常規(guī)變壓 器降壓、電子變壓器降壓、電容降壓、電阻降壓、 RCC 降壓式開關(guān)電源、 PWM 控制式開關(guān)電源。恒流電源可消除正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化。最主要的是在主電路方面要達到穩(wěn)定恒流，輔助電路的反饋和濾波都要保證電路輸出的電流是恒定的，保證驅(qū)動 LED 燈組的需要。 LED 作為一種非線性器件， IV特性非常陡，當通電工作時，只要電壓稍稍變大一點，它的電流就會增加很多，因此電壓稍微的不穩(wěn)定會在很大程度上影響 LED 的使用，電流過大時甚至?xí)?dǎo)致它發(fā)熱損壞，降低產(chǎn)品的可靠性。 正向的發(fā)光管反向漏電流 IR10μA以下。當電壓超過某一值后，正向 電流隨 電壓迅速增加，發(fā)光。 （ 7） IV特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系可用圖 24 表示。發(fā)光二極管正向工作電壓 VF 在 ～ 3V。 （ 6）正向工作電壓 VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。 9 圖 23 兩種不同型號的 LED的發(fā)光強度角分布 （ 5）正向工作電流 IF：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時的正向電流值。顯然，法線方向上的相對發(fā)光強度為 1，離開法線方向的角度越大，相對發(fā)光強度越小。 圖 23 給出的二只不同型號發(fā)光二極管發(fā)光強度角分布的情況。 （ 4）半值角 θ1/2 和視角： θ1/2 是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。由于一般 LED 的發(fā)光強度小，所以發(fā)光強度常用坎德拉 (mcd)作單位。 波長 λ （ nm） 圖 22 LED光波長分布圖 （ 2）發(fā)光強度 IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強度通常是指法線（對圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強 度。由圖 22 可見，無論用什么材料制 成的 LED，其光譜分布曲線都有一個相對光強度最大處（光輸出最大），有一個與之對應(yīng)的波長，此波長叫峰值波長，用 λ0表示。低于或高于此溫度 8 范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。超過此值可損壞二極管。超過此值， LED 發(fā)熱、損壞。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光，如圖 21所示。此外，在一定條件下，它還具 有發(fā)光特性。 7 LED 的發(fā)光原理及主要參數(shù) LED 的發(fā)光原理 發(fā)光二極管是由 Ⅲ Ⅳ 族化合物，如 GaAs（砷化鎵）、 GaP（磷化鎵）、 GaAs（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是 pn 結(jié)。如果將幾十個單體 LED 組合，其成本將大大增加。 雖然 LED 目前已被大多數(shù)人認識，也被多數(shù)人看好，但 其高昂的價格難以被消費者接受。結(jié)溫過高會直接影響 LED 的壽命，并且會增大 LED 的光衰，情況嚴重的會將 LED 燒壞。 （ 2） 需要嚴格控制溫度。 （ 1） 功耗低。所謂“綠色照明”的概念就是指通過科學(xué)的照明設(shè)計， 采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，可以提高人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的條件與質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個 高效、舒適、安全、經(jīng)濟、有益的環(huán)境。采用專用電源給 LED 光源供電時，達到最大照度的時間小于 10ms。 （ 7） 快速響應(yīng)。 LED 光源使用低電壓驅(qū)動，發(fā)光穩(wěn)定，沒有采用 50HZ 交流電供電時 的頻閃現(xiàn)象，沒有紫外線 B 波段， Ra值接近 100，色溫為 5000K，接近太陽的色溫 5500K。 LED 組合的光色變化多端，可實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。 LED 的光譜窄，單色性好，幾乎所有發(fā)出的光都可以利用，而且無需過濾直接發(fā)出色光。 LED 利用固態(tài)半導(dǎo)體芯片將電能轉(zhuǎn)化為光能，外加環(huán)氧樹脂 6 封裝，體內(nèi)也沒 有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉淀、光衰等缺點，可承受高強度機械沖擊。而普通白熾燈的壽命約為 1000h，熒光燈、金屬鹵化物燈的壽命也不超過 10000h。 （ 3） 壽命長。 LED 為冷光源，眩光小，無輻射，使用中不產(chǎn)生有害物質(zhì)。預(yù)計幾年后，白光 LED 的發(fā)光效率有可能達到 150~200 lm遠遠超過了現(xiàn)在其它照明光源的發(fā)光效率。 LED 具有電壓低、電流小、亮度高的特性。 LED 的特點 LED 通過 pn 結(jié)實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，其特點如下。 LED 的電流大小是由加在二極管兩端的電壓大小來控制的。 LED 在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有和半導(dǎo)體二極管相似的 p 區(qū)和 n 區(qū)， p 區(qū)和 n 區(qū)相交的界面形成 pn結(jié)。 LED 是一種半導(dǎo)體二極管， 與普通半導(dǎo)體二極管一樣有兩個電極 (正極和負極 )。 5 第 2 章 LED 的基礎(chǔ)知識 LED 的基本概念及特點 LED 的基本概念 LED 是發(fā)光二級管（ Light Emitting Diode） 的簡稱。當負載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時，初級控制 IC 可以通過控制開關(guān)使負載電 流回到初始設(shè)計值上。 LED 驅(qū)動電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動的情況下最好能控制 LED 電流的大小。隨著硅集成電路電源電壓的直線下降，LED 工作電壓越來越多地處于電源輸出電壓的最佳區(qū)間， 大多數(shù)為低電壓 IC 供電的技術(shù)也都適用于為 LED。 近年來各大公司和研究機構(gòu)對 LED 電源和驅(qū)動電路的研究方興未艾。 白光 LED 上的正向壓降一般為 34V， LED 光源不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿足驅(qū)動 LED 的額定電壓和電流，才能使 LED 正常工作，也就是所謂的 LED 專用驅(qū)動電源。 LED 產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用，呈現(xiàn)了朝陽工業(yè)欣欣向榮的景象。在 LED 光源及市場開發(fā)中，極具發(fā)展與應(yīng)用前景的是白光 LED。選擇合適的驅(qū)動電源驅(qū)動 LED 是這次課題選擇的主要目的和意義。白光 LED 上的正向壓降一般為34V， LED 光源不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿足驅(qū)動 LED 的額定電壓和電流，才能使 LED正常工作，也就是所謂的 LED 專用驅(qū)動電源。 LED 照明具備的這些優(yōu)點決定了其應(yīng)用前景是非常廣闊的。 LED照明每瓦流明數(shù)可達到 120lm。照明用電占據(jù)全球 21%的總用電量，如果能提高照明用電的效率，可以有效緩解能源緊張。所以，我選擇了這個發(fā)展前景比較好的研究課題。 LED 由于光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射