【正文】 33 43/ 15 15 225 EE60 60/38 45/28 16 16 256 14 續(xù)表 型號(hào) 輸出功率 P0(W) Be （ mm2） 50KHz 100KHz 150 KHz 200 KHz EE16 8 12 16 18 9 EE19 15 20 30 40 EE22 20 30 50 80 EE25 40 55 90 130 18 EE28 60 90 140 200 EE30 95 130 210 260 EE35 120 170 300 440 EE40 190 290 420 550 EE45 220 350 510 650 75 EE50 300 440 660 800 105 EE50 380 550 850 1000 116 3)計(jì)算原邊匝數(shù) 按最低輸入電壓和滿載輸出的極端情況來計(jì)算。則 eA Aw =2． 20cm ，遠(yuǎn)大于 Ap 的計(jì)算值。 本設(shè)計(jì)選用 EE40 型鐵氧體磁芯，由手冊(cè)知其參數(shù)為： eA =127 mm。為輸出功率， W； ? 為變壓器效率，一般可取 80%； fs 為變換器工作頻率，Hz； B 為磁芯最大工作磁密， Gs； J為導(dǎo)線的電流密度，一般取 2～ 3 A／ ram。； Aw 為磁芯的窗口面積， cm。對(duì)半橋變換器，當(dāng)脈沖波形近似為方波時(shí)，可按式 (1)來確定磁芯的大小。 =4700 Gs，考慮到高溫時(shí) B。綜合考慮兩方面，設(shè)定其工作頻率為 Fs=50kHz。 參數(shù)計(jì)算 1)設(shè)定開關(guān)頻率 開關(guān)頻率對(duì)電源的體積、重量等影響很大。直接影響著 LED的發(fā)光穩(wěn)定性。在交流回路中起到電器隔離、儲(chǔ)能、變壓、變流、變阻等作用。 高頻變壓器設(shè)計(jì) 綜合分析 高頻變壓器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，將電能從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路的電磁裝置，是開關(guān)電源的關(guān)鍵部件之一。 濾波電路對(duì)于 LED 的驅(qū)動(dòng)尤其的重要，因?yàn)?LED 是一個(gè)非線性的元器件，所以對(duì)于很小的電流電壓的信息的反應(yīng)都是很大的。 另外，在電源入口處要加一電網(wǎng)濾波器，它的做用是：對(duì)市電的高頻干擾進(jìn)行濾除，并且也將開關(guān)電源內(nèi)部的高頻干擾與電網(wǎng)隔離。 但兩者很難同時(shí)滿足，常用鐵氧體材料的磁芯。在抑制干擾信號(hào)時(shí)，重點(diǎn)還是放在共模干擾信號(hào)的抑制上。在設(shè)計(jì)時(shí)如果哪個(gè)頻段不達(dá)標(biāo)，可針對(duì)該頻段加強(qiáng)濾波效果。 表 21 EMI 電源濾波器的端接方式 源阻抗 N 負(fù)載阻抗 G 低 低 低 高 高 低 高 高 （ 2） 開關(guān)電源的干擾信號(hào)特點(diǎn) 開關(guān)電源的干擾信號(hào)按傳導(dǎo)模式可分為共模干擾信號(hào)和差模干擾信號(hào)。當(dāng)負(fù)載阻抗是高阻時(shí)，濾波器的輸出阻抗應(yīng)為低阻，反之亦然。我們可以利用這個(gè)反射原則，根據(jù) EMI 電源濾波器將要連接的具體源和負(fù)載阻抗情況，設(shè)計(jì)其 11 電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)來獲得滿意的抑制效果。當(dāng)處于失配狀態(tài)時(shí)， EMI 信號(hào)會(huì)在它的輸入和輸出端口產(chǎn)生反射。圖 、圖 給出單環(huán)和雙環(huán)電源濾波器的典型電路，前者為一般性能電路，后者為高性能電路。 輸入 EMI 濾波器設(shè)計(jì) EMI 電源濾波器的類型 EMI 電源濾波器是一種由電感、電容組成的低通濾波器，它允許直流或工頻 (50 Hz~400 Hz)信號(hào)通過，對(duì)頻率較高的其它信號(hào)有較大的衰減作用。 最主要的是在主電路方 10 面要達(dá)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。 LED 作為一種非線性器件，當(dāng)通電工作時(shí)，只要電壓稍稍變大一點(diǎn)，它的電流就會(huì)增加很多，因此電壓稍微的不穩(wěn)定會(huì)在很大程度上影響 LED 的使用，電流過大時(shí)甚至導(dǎo)致它發(fā)熱損壞。改變接通時(shí)間 TON 和工作周期比例亦即改變脈沖的占 空比，這種方法稱為“時(shí)間比率控制”（ Time Ratio Control,縮寫為 TRC）。在 AB間的電壓平均值 EAB 可用下式表示： EAB=TON/T*E 式中 TON 為開關(guān)每次接通的時(shí)間， T 為開關(guān)通斷的工作周期（即開關(guān)接通時(shí)間 TON 和關(guān)斷時(shí)間 TOFF之和）。由電感 L、電容 C2和二極管 D 組成的電路，就具有這種功能。 第二節(jié) 開關(guān)控制穩(wěn)壓原理 開關(guān) K 以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān) K接通時(shí)，輸入電源 E通過開關(guān) K 和濾波電路提供給負(fù)載 RL，在整個(gè)開關(guān)接通期間，電源 E向負(fù)載提供能量；當(dāng)開關(guān) K斷開時(shí)，輸入電源E 便中斷了能量的提供。 三、檢測電路 除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料 。使 LED發(fā)光均衡穩(wěn)定。而工作于電流控制模式的開關(guān)轉(zhuǎn)換器是滿足 LED 應(yīng)用的高功率及高效率要求的理想驅(qū)動(dòng)方案。為了使 LED 的使用壽命長些， LED 電 流中的紋波必須很低，因?yàn)楦呒y波電流會(huì)使 LED 產(chǎn)生較大的阻性功耗，降低 LED 使用壽命。 二、控制電路 一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。 主電路通過濾波，整流，交變整流等得到輸出所需要的直流電流。 逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開 關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。 電路組成 一、主電路 從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括： 輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。 使電流恒定的輸出，保證 LED 的使用安全和發(fā)光的穩(wěn)定和均衡。 驅(qū)動(dòng)電路雖然電路簡單，成本 較低，但電流調(diào)節(jié)性能很差，并且在AC線路電壓瞬態(tài)升高時(shí)，很容易使 LED 損壞。所以電路設(shè)計(jì)時(shí)最好采用具備自動(dòng)恒流特性的驅(qū)動(dòng)電路 [8],另外降低電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度也是提高 LED 光源可靠性的有效途徑之一 。 結(jié)構(gòu)框圖 目前市場上用于照明的 LED 光源電路普遍采用簡單的電阻限流方式 ,而電 源的供電電壓一般變化范圍較大。 單相交流電經(jīng)過電源變壓器整流電路濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直 流電壓， 輸出恒定的直流電流 [7]。本文就對(duì)驅(qū)動(dòng) LED的電源做出 一點(diǎn)想法，尤其是在恒流的問題上。但是在驅(qū)動(dòng) LED 方面，各種技術(shù)還不是很完善，尤其在驅(qū)動(dòng)高功率方面和電路電流的穩(wěn)壓恒流方面還有待完善?？梢赃x擇 LED的串接和并接 ，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)如何達(dá)到輸出恒流穩(wěn)壓的問題。所以很小的電壓變化就能引起電流的強(qiáng)烈的變化 ， 影響二極管的發(fā)光均衡，嚴(yán)重的會(huì)燒壞 LED。 （ 9）使用低壓直流電，具有 負(fù)載小、干擾弱的優(yōu)點(diǎn)。 （ 7）光源中不添加汞，有利于保護(hù)環(huán)境。 （ 5）壽命更長，實(shí)驗(yàn)室壽命可達(dá) 100000h，且光源可以頻繁地亮滅，而不會(huì)影響其壽命，并且啟動(dòng)速度非?？?。 （ 3）能夠較好地控制發(fā)光光譜組成，從而能夠很好地用于博物館以及展覽館中的局部或重點(diǎn)照明 。 （ 1）不需要充氣，不需要玻璃外殼，抗沖擊性好，抗震性好，不易破碎，便于運(yùn)輸。 產(chǎn)品更新加快： 目前的開關(guān)電源產(chǎn) 品要求輸入電壓通用（適用世界各國電網(wǎng)電壓規(guī)模）、輸出電壓范圍擴(kuò)大（如計(jì)算機(jī)和工作站需要增加 這一檔電壓、程控需要增加DC150V 這一電壓）、輸人端功率因數(shù)進(jìn)一步提高 [3]（最有效的方法是加一級(jí)“有源功率因數(shù)校正器 APFC”），并具有安全、過壓保護(hù)等功能 。日本把變壓器設(shè)計(jì)成初次級(jí)分離阻燃密封，自身具備對(duì)體噪聲功能的共模無噪聲隔離變壓器，既節(jié)省了噪聲濾波器，又減少了噪聲。 低噪聲： 開關(guān)電源的又一缺點(diǎn)是噪聲大，單純追求高頻化，噪聲也隨之增大，采用 5 部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以高頻化， 又可以低噪聲。其特點(diǎn)是：可以用模塊電源組成分布式電源系統(tǒng)；可以設(shè)計(jì)成 N＋ 1 冗余電源系統(tǒng)，從而提高可行性；可以做成插入式，實(shí)現(xiàn)熱更換，從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)能高速更換模塊插件；多臺(tái)模并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)。美國一公司通過降低給溫、減少器件的電應(yīng)力、降低運(yùn)行電流等措施使其 DC/DC開關(guān)電源系列產(chǎn) 品的可靠性大大提高，產(chǎn)品的 MTBF 高達(dá) 100 萬小時(shí)以上。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。據(jù)悉，美國 WICOR開關(guān)電源公司設(shè)計(jì)制造了多種 ECZ較開關(guān) DC／ DC變換器，其最大輸出功率有 800W、 600W、300W 等，相應(yīng)的功率密度為 、 17w／ cm3，效率為 80～ 90%；日本 NemicLambda公司剛推出 一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊 RM 系列（日本人稱這種技術(shù)為“部分諧振”），開關(guān)頻率為 200— 300kHz，功率密度為 27W/cm3，用同步整流器（即用 MOS－ FER 代替肖特基二級(jí)管）使整個(gè)電路效率提高到 90%。而高頻化又必然使傳統(tǒng)的 PWM 開關(guān)（屬硬開關(guān)）功耗加大，效率降低，噪聲也提高了，達(dá)不到高頻、高效的預(yù)期效益，因此實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、本電流關(guān)斷的軟開關(guān)技術(shù)將成為開關(guān)電源產(chǎn)品未來的主流。由于電源輕、小、薄的關(guān)鍵是高頻化，因此國外目前都在致力于同步開發(fā)新型高智能元器件，特別是改善二次整流管的損耗、變壓器電容器小型化，并同時(shí)采用 SMT技術(shù)在電路板兩面布置組件以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。 開關(guān)電源 和 LED 的技術(shù)性能 開關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向是高可靠、高穩(wěn)定、低噪聲、抗干擾和實(shí)現(xiàn)模塊化。 LED 以其巨大的節(jié)能潛力以及良好的照明性能為我們打開了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域。科技部緊急啟動(dòng)的半導(dǎo)體照明工程 [4]，動(dòng)作快，效率高，為我國固態(tài)照明的發(fā)展?fàn)幍昧藭r(shí)間。所有這些，都為開關(guān)電源推廣與普及提供了必要條件。與此同時(shí)，供開關(guān)電源使用的元器件也獲得長足發(fā)展。 70 年代后期以來，隨著集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步，各種開關(guān)電源專用芯片大量問世，這種新型節(jié)能電源才重獲發(fā)展。早期產(chǎn)品的開關(guān)頻率很低 .成本昂貴，僅用于衛(wèi)星電源等少數(shù)領(lǐng)域。 從而引發(fā)出驅(qū)動(dòng) LED 的開關(guān)電源的巨大的潛力。 由于發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新的應(yīng)用，呈現(xiàn)了朝陽工業(yè)的欣欣向榮的景象，相信在下世紀(jì)的頭十年中， LED 產(chǎn)業(yè)會(huì)得到持續(xù)發(fā)展。關(guān)于性能更優(yōu)的分立器件一直是研究的對(duì)象，也將進(jìn)一步提高整機(jī)系統(tǒng)的性能。第一類為分立器件，包括晶閘管、大功率雙極型晶體管、 DMOS 和現(xiàn)在更常用的 LDMOS, IGBT, MCT 等。同樣微電子技術(shù) 對(duì)電力電子的影響也非常明顯，這一點(diǎn)可以從各種功率電子器件和功率集成電路的廣泛應(yīng)用看出，并且這一趨勢(shì)將一直繼續(xù)下去。 在晶體管 發(fā)明以后，微電子技術(shù)對(duì)電子系統(tǒng)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，尤其是在計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理方面的成果更是有目共睹。在開 關(guān)電源中，為了實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制等功能，以及減小體積、減輕重量，高壓功率集成電路得到廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。開關(guān)電源亦稱為無工頻變壓器的電源。開關(guān)電源 SPS 被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向 [3]，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線形電源和開關(guān)電源兩大類。因此驅(qū)動(dòng) LED的 開關(guān)電源亟需得到大力的發(fā)展。它的出現(xiàn)也為照明界開拓出了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，并為照明節(jié)能設(shè)計(jì)提供了更多的選擇。新型高效光源，特別是白色光源（適用于一般照明）的發(fā)展對(duì)于大幅度降低照明用電量具有很重要的作用，因?yàn)樗梢越档碗娔芟脑鲩L速度，進(jìn)而減少新增電網(wǎng)容量的費(fèi)用，降低能源消耗以及減少向大氣中排放的溫室氣體及其它污染物。(6)高性能。 (4)降 低電噪聲 。(2)避免電力公害 :盡量減少網(wǎng)側(cè)電流諧波，并使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 1。在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平等綜合實(shí)力方面差距估計(jì)為 1015 年。產(chǎn)業(yè)界也涌現(xiàn)一些技術(shù)難度較大、具有國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，如 多諧振雙環(huán)控制的通信開關(guān)電源 1 單芯片控制的 500W 以下 PFC控制器， 智能化高頻開關(guān)電源 .用于空調(diào)和冰箱的無位置傳感器的變頻調(diào)速器部件和 數(shù)千kW 級(jí)的 IGBT 中壓變頻器 等。經(jīng)過近十年的努力，我國電力半導(dǎo)體器件的研制和生產(chǎn)有了長足的發(fā)展 [1]。開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品 [1]。 關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源，恒流， LED 驅(qū)動(dòng)電路 II Abstract With the power of the development of electronic technology, LED because of environmental, long life, high efficiency photoelectric many advantages, In recent years in all sectors to rapid application development, while In recent years, the switching power supply in electrical and electronic industries accounted for a very important position. This drives the LED Switching Power Supply concerns have bee hot focus. Theoretically, the service life of the LED 100,000 hours or