【正文】 齒波高于 Vea 的時(shí)間提前，也就是 Q1 導(dǎo)通時(shí)間 Ton 縮短，使得 Vo =V DC *Ton/T 保持不變；同理，如果 VDC 下降，則 Q1 導(dǎo)通時(shí)間 Ton 延長，最終的結(jié)果也保證 Vo 不變。Q1 關(guān)斷時(shí) V1 點(diǎn)的電壓迅速下降為 0V(假設(shè)續(xù)流二極管 D1 的兩端的電壓降也為零)，則 V1 點(diǎn)的電壓波形為矩形波，如圖 32 所示，Ton 時(shí)的電壓為 VDC，其余時(shí)間電壓為零，則 V1 點(diǎn)一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓直流值為VDC*Ton/T。在每個(gè)周期 T 內(nèi)，Q1 導(dǎo)通時(shí)間為 Ton。降壓型的電壓模式開關(guān)電源 Buck 變換器的原理圖如圖 31 所示。 電壓控制模式取代線性變換器的開關(guān)型變換器早在 20 世紀(jì) 60 年代就開始應(yīng)用。開關(guān)電源 DC/DC 變換器從控制模式上可以分為兩類，電壓控制模式（Voltage Control Mode）和電流控制模式（Current Control Mode） 。圖 27 Buck、Boost 、BuckBoost 型大功率 LED 驅(qū)動(dòng)電路第三章 脈寬調(diào)制型（PWM）開關(guān)電源原理脈沖寬度調(diào)制方式（PWM） ，其開關(guān)頻率恒定，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖的寬度來改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能量向負(fù)載傳遞的控制，稱之為“定頻調(diào)寬” 。與傳統(tǒng)的 BuckBoost 變換器相比，用于大功率 LED 驅(qū)動(dòng)的BuckBoost 型變換器電路是將開關(guān)管移至輸入電壓的負(fù)端，從而使得開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)更加簡單。與電荷泵電路不同的是 Boost理論上的升壓增益可以無窮大，所以在連接多個(gè) LED 方式時(shí)可以采用串聯(lián)方式，保證了每個(gè) LED 的發(fā)光亮度都相同，并且限流電阻也只需要一個(gè)，有效的提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，可以說是所有驅(qū)動(dòng)電路中效率最高的。這是一種定周期、定時(shí)刻導(dǎo)通的控制方式，通過控制 LED 的峰值電流來調(diào)節(jié) LED 的亮度，整個(gè)控制電路結(jié)構(gòu)比較簡單。與傳統(tǒng)的電壓型 Buck, Boost, BuckBoost 變換器不同的是大功率LED 的驅(qū)動(dòng)電路的反饋量是流過 LED 的電流信號(hào)而不是輸出電壓信號(hào)，以此來滿足LED 的恒流驅(qū)動(dòng)要求。圖 26 電荷泵升壓電路 開關(guān)變換電路開關(guān)電源電路通過調(diào)節(jié)開關(guān)功率管的通斷比可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，理論上將功率管的損耗降低為 0V。若要驅(qū)動(dòng)多個(gè) LED 時(shí)，必須采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式。電荷泵變換器設(shè)計(jì)比較簡單，只需根據(jù)元件規(guī)格來挑選適合的電容。 電荷泵升壓電路電荷泵升壓電路（圖 26）又稱為開關(guān)電容升壓控制器。這種控制方式與并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器相比，由于少了串聯(lián)的線性電阻，使得系統(tǒng)的效率較高。分流調(diào)節(jié)器同樣由于串入了限流電阻，系統(tǒng)的效率不高，并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到恒流輸出。與電阻限流電路相似，分流調(diào)節(jié)器也同樣需要串聯(lián)一個(gè)限流電阻 Rload，如圖18 (a)所示。圖 25 并聯(lián)型線性控制器和串聯(lián)型線性控制器 并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器。但是由于功率管工作在線性區(qū)，消耗了較多的功率，系統(tǒng)的效率不高。 線性控制電路 與電阻限流法相比，線性控制法在精度上有了很大的提高。一般根據(jù) LED參數(shù)和發(fā)光強(qiáng)度，可以得到 LED 的直流電流，從而可知 LED 兩端的電壓，限流電阻值： （2inFDVyRxI??1）式中：V in 為電路的輸入電壓；I F 為 IED 的正向電流；V F 為 LED 在正向電流為 IF 時(shí)的壓降；V D 為防反二極管的壓降(可選)。下面對(duì)現(xiàn)有的各種控制方法進(jìn)行簡要的介紹 [1015]。(5) 長壽命對(duì)于大功率 LED 要進(jìn)入普通照明領(lǐng)域，和其匹配的驅(qū)動(dòng)電源同樣面臨著長壽命的要求，已經(jīng)成為制約 LED 發(fā)展的一個(gè)瓶頸問題，各大驅(qū)動(dòng)電源廠商也都意識(shí)到這一點(diǎn)，更是 LED 應(yīng)用廠商更加關(guān)注的一點(diǎn)，它將決定 LED 整體節(jié)能高效的性能能否真正實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，這種高次諧波也會(huì)擾亂控制系統(tǒng)里的敏感低壓電路。導(dǎo)致的另外一個(gè)結(jié)果而且是更嚴(yán)重的后果，那就是電壓和電流的波形差產(chǎn)生過多的高次諧波。時(shí)（即 =90） ，則功率因數(shù)等于零（處于最小值） ；通常，電源的功率因數(shù)處于 0 到 1 之間，即 0≤cos ≤1，可用百分?jǐn)?shù)表示。(4) 功率因素功率因數(shù)是加在負(fù)載上的電壓和電流波形之間的相角余弦（若電壓波形與電流波形的相角差為 ，則 cos 便是電源的功率因數(shù)） 。恒定的電流在 LED照明中極其重要，這就需要驅(qū)動(dòng)器提供過流保護(hù)功能。大功率LED 電源設(shè)計(jì)的小型化發(fā)展是一個(gè)必然的趨勢(shì)，這對(duì) LED 驅(qū)動(dòng)器提出了新的課題。另外，該驅(qū)動(dòng)器是高頻工作，充分利用了 LED 內(nèi)熒光粉的余輝效應(yīng)，不但不會(huì)有光的閃爍現(xiàn)象，還進(jìn)一步提高了 LED 的發(fā)光效率。如深圳天下明公司開發(fā)的 T220C350W 系列產(chǎn)品，其電流脈沖的頻率和占空比可以調(diào)整，該驅(qū)動(dòng)器提供恒定的電流充分可控，所以可以根據(jù) LED 的性能調(diào)節(jié)最大流過LED 的電流，使得 LED 的發(fā)光量增加。用市電驅(qū)動(dòng)大功率 LED 需要解決降壓和恒流問題，還要有比較高的轉(zhuǎn)換效率，有較小的體積，長時(shí)間工作，較低的成本，電磁干擾和功率因素等問題 [9]。對(duì)于照明用白光 LED 的驅(qū)動(dòng)電路，要求有較大的驅(qū)動(dòng)電流，較好的光匹配度，因此多采用串連驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然，以上分類并沒有絕對(duì)的優(yōu)劣之分，還要看實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合。若采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，則會(huì)要求很大的負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流，所以就出現(xiàn)了混聯(lián)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)并聯(lián) LED 采用恒流驅(qū)動(dòng)的方式時(shí)，如果某個(gè) LED 燈斷開，則會(huì)使余下 LED 流過的驅(qū)動(dòng)電流增大，導(dǎo)致可能損壞所有的 LED 。 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是只需要低的電源電壓就可以驅(qū)動(dòng)多個(gè) LED，其要求驅(qū)動(dòng)電路能提供大的驅(qū)動(dòng)電流。當(dāng)采用恒定電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，如果某個(gè) LED 短路，則余下的 LED 的正向壓降會(huì)增加，致使電流增大，可能會(huì)燒毀LED 燈和電路。串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的不足是其需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓，所以需要升壓電路將電源電壓抬升或者直接的高電源電壓，而高的電源電壓往往要求芯片采用耐高壓工藝制造，如 BCD工藝。下文分析了各種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及其各自的應(yīng)用場(chǎng)合。因此，超高亮 LED 通常采用恒流源驅(qū)動(dòng) [8]。但如果采用恒壓源驅(qū)動(dòng)，V F 的微小變化就會(huì)引起 IF 的較大變化，從而會(huì)引起 LED 發(fā)光亮度的較大變化。在正向電壓值小于某一值(閾值 )時(shí)，電流極小，不發(fā)光。從該圖中可以看出，LED 的發(fā)光亮度與正向平均電流大小基本上成正比關(guān)系，因此可以通過控制 LED 的正向電流 IF 來控制其發(fā)光亮度。而且，LED 正向?qū)ê?，外加正向電壓的?xì)小變動(dòng)都將引起 LED 電流的很大變化，從而導(dǎo)致出射光光強(qiáng)的變化。圖中橫坐標(biāo)為通過不同 LED 的正向電流，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的外加正向電壓。要了解LED 驅(qū)動(dòng)電路的工作特性，就必須先了解 LED 的電學(xué)特性。可用于工業(yè)、汽車、民用照明等方面，具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。效率高達(dá) 90%以上，可以把整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路集成在緊湊的 IC 板上，減輕了對(duì)散熱問題的擔(dān)憂。具體設(shè)計(jì)時(shí)，首先闡述了的開關(guān)電源 Buck 拓?fù)涞幕竟ぷ髟恚敿?xì)分析了 PWM調(diào)制型開關(guān)電源電流控制模式和電壓控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)；然后結(jié)合大功率 LED 照明的應(yīng)用特點(diǎn)，采用 LT3755 芯片，設(shè)計(jì)了一款 PWM 調(diào)制的電流控制模式的驅(qū)動(dòng)電路，并初步分析了其工作過程。 課題介紹與研究意義隨著 LED 光效及總體發(fā)光量的不斷提高，大功率 LED 照明在普通照明方面的市場(chǎng)也得到不斷拓展，相應(yīng)的電源驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品也隨市場(chǎng)的升溫如雨后春筍般萌發(fā)。預(yù)計(jì)未來 10 年內(nèi)，高亮度 LED 對(duì)全球照明工業(yè)將造成巨大的沖擊。若以每年白光 LED 發(fā)光效率平均成長 60%的速度開發(fā)下去，要達(dá)到大型化、低價(jià)化、使用壽命長的照明用光源并非不可能。根據(jù) Frostamp。日亞化學(xué)工業(yè)從 2022 年 6 月開始提供發(fā)光效率為100lm/W 的白色 LED 樣品，并已開始量產(chǎn)。日亞公司由于在 InGaN LED 技術(shù)和生產(chǎn)白色 LED 的熒光粉材料上擁有多項(xiàng)專利，在 InGaN 白色 LED 芯片供應(yīng)上一直占有優(yōu)勢(shì)地位，目前其研制的 LED 的效率約為 30~401m/W。該公司擁有多項(xiàng)功率型白光二極管封裝方面的專利技術(shù)。在大功率 LED 照明技術(shù)方面，美國在 LED 照明的產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)上一直處于領(lǐng)先地位。但是早期的白光LED 發(fā)光效率低，低于白熾燈和熒光燈的發(fā)光效率（白熾燈的發(fā)光效率為161m/W，40W 熒光燈的發(fā)光效率 601m/W， 60W 熒光燈的發(fā)光效率為 100lm/W )[5]。表13 列出了目前產(chǎn)生白光 LED 的主要方法 [4]。早期的 LED 只能發(fā)紅、綠等單色光，且功率小，效率低，只適合于裝飾燈、指示燈等應(yīng)用場(chǎng)合。若要產(chǎn)生可見光（波長在 380nm 紫光~780nm紅光范圍內(nèi)） ，半導(dǎo)體材料的 Eg 應(yīng)在 3. 26~1. 63 eV 之間。進(jìn)入對(duì)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 [2]。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。白光 LED 的高效節(jié)能、綠色環(huán)保優(yōu)點(diǎn)使得各個(gè)國家和地區(qū)投入了大量財(cái)力人力資源啟動(dòng)自己的半導(dǎo)體照明計(jì)劃，如下表所示 [1]：表 11 各國半導(dǎo)體照明計(jì)劃國家/地區(qū) 立項(xiàng)時(shí)間 項(xiàng)目名稱 項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo) 預(yù)計(jì)效益日本 1998 年 21 世紀(jì)光計(jì)劃到 2022 年，50% 的照明光源被白光 LED 取代可減少 1~2 座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省 10 億公升以上的原油消耗歐洲 2022 年 彩虹計(jì)劃通過歐共體的補(bǔ)助金推廣 LED 的應(yīng)用應(yīng)用半導(dǎo)體照明實(shí)現(xiàn)：高效、節(jié)能、不使用有害環(huán)境的材料、模擬自然光美國 2022 年國家半導(dǎo)體照明計(jì)劃到 2022，年 55%的熒光燈和白熾燈被白光LED 取代每年節(jié)約 350 億美元電費(fèi)，減少 億噸二氧化碳排放量，形成 500 億美元的大產(chǎn)業(yè)中國 2022 年國家半導(dǎo)體照明工程20222020 年，投資50100 億元發(fā)展半導(dǎo)體照明技術(shù)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，LED 達(dá)到150~2022m/W，15 元將建立半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，全面進(jìn)入通用照明市場(chǎng)，占有30% ~50%的市場(chǎng)份額，實(shí)現(xiàn)節(jié)電/klm 30%以上，年照明節(jié)電 1000 億千瓦時(shí)以上 大功率 LED 發(fā)光原理 大功率 LED 是由 IIIIV 族化合物，如 GaAs（砷化鎵） 、GaP（磷化鎵） 、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是 PN 結(jié)。根據(jù) Strategies Unlimited 提供的數(shù)據(jù)，到 2022 年，高亮度（HB）白光 LED 通用照明市場(chǎng)預(yù)計(jì)將超過 50 億美元，對(duì)應(yīng)從 2022 年到 2022 年的年復(fù)合增長率為 28%。 (6) 環(huán)保：照明 LED 廢棄后易回收處理。 (4) 體積?。嚎梢宰龀筛鞣N形式的光源，例如點(diǎn)光源、面光源等。 (3) 壽命長：研究資料表明，LED 的平均壽命在 10 萬小時(shí)左右，是熒光燈的 10倍，白熾燈的 100 倍。(2) 節(jié)能，耗電量少：在同樣的照明效果下，LED 的耗電量是白熾燈的八分之一，熒光燈的二分之一。LED 是發(fā)光二極管 (Light Emitting Diode)的簡稱，照明 LED 主要是指白光LED。若能以耗能低、壽命長、環(huán)保安全的照明 LED 取代目前低效率、高耗電的傳統(tǒng)照明光源，無疑將帶來一場(chǎng)世界性的照明革命，對(duì)我國的可持續(xù)發(fā)展更具有戰(zhàn)略意義。因此，可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)觀念要求，一是加強(qiáng)可再生能源的利用，加快太陽能、風(fēng)能、核能等各種發(fā)電技術(shù)的發(fā)展；二是加速節(jié)能高效光源和燈具的研究、應(yīng)用與發(fā)展。如果無限制地建設(shè)水力發(fā)電設(shè)施，將會(huì)破壞自然環(huán)境。當(dāng)前，照明用電約占世界總能耗的 20%，而我國照明用電量每年在 3000 億千瓦時(shí)以上，占總用電量的 12%左右。 白光 LED 發(fā)展的背景和意義進(jìn)入二十一世紀(jì)，面對(duì)能源供應(yīng)的日趨緊張和全球環(huán)境的加速惡化，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境已成為社會(huì)發(fā)展的共識(shí)。【關(guān)鍵詞】：大功率 LED、開關(guān)電源、PWM、恒流驅(qū)動(dòng)、LT3755AbstractIn recent years，Semiconductor lighting is widely used and is gradually replacing the incandescent and fluorescent lighting due