【正文】 兩端的電壓大小，利用通過(guò) LED 的電流始終使 pn 結(jié)發(fā)光 【 3】 。 節(jié)能。其發(fā)光效率比傳統(tǒng) 光源節(jié)能 80%~90%。 （ 2） 環(huán)保。 LED的環(huán)保效益好，光譜中沒(méi)有紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn)，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。 LED 單管壽命為 10 萬(wàn)小時(shí)，光源壽命在 2 萬(wàn)小時(shí)以上，按每天工作 12h 計(jì)算，壽命也在 5 年以上。 （ 4） 結(jié)構(gòu)牢固。 （ 5） 光色單純，種類(lèi)多。 LED 光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制下使 3 種顏色具有 256 級(jí)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。 （ 6） 安全可靠。 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 的響應(yīng)時(shí)間很短，能按要求保證多個(gè)光源之間或一個(gè)光源不同區(qū)域之間的工作切換。 綜上所述， LED 是一種符合綠色照明要求的光源。盡管 LED 具有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前仍存在下述缺點(diǎn)。 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(gè)阻礙。 LED 是一種半導(dǎo)體器件，與普通二極管一樣具有 pn結(jié)，由于 LED 光源的功率相對(duì)較大，所以，與功率半導(dǎo)體相同，需要考慮散熱問(wèn)題。 （ 3）價(jià)格高。白光 LED 的價(jià)格以達(dá)到了 2~5 元一個(gè)。 LED 要成為未來(lái)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(chǎng)才有可能突破。因此它具有一般 pn結(jié)的 IN 特性，即正向?qū)ǎ聪?截止、擊穿特性。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)。 圖 21 LED發(fā)光原理 LED 的主要參數(shù) 1．極限參數(shù)的意義 （ 1）允許功耗 Pm: 允許加于 LED 兩端正向直流電 壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。 （ 2） 最大正向直流電流 IFm：允許加的最大的正向直流電流。 （ 3） 最大反向電壓 VRm：所允許加的最大反向電壓。 （ 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． 電參數(shù)的意義 （ 1）光譜分布和峰值波長(zhǎng)： LED 所發(fā)的光并非單一波長(zhǎng)，其波長(zhǎng)基本上按 圖 22 所示規(guī)律分布。只有單色光才有 λ0波長(zhǎng)。若在該方向上輻射強(qiáng)度為 （ 1/683） W/sr 時(shí)，則發(fā)光 強(qiáng)度為 1 坎德拉（符號(hào)為 cd）。 （ 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(qiáng)所對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)之間隔 。半值角的 2 倍為視角（或稱(chēng)半功率角）。中垂線(xiàn)（法線(xiàn)）AO 的坐標(biāo)為相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度（即發(fā)光強(qiáng)度與 最大發(fā)光強(qiáng)度的之比）。由此圖可以得到半值角或視角值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇 IF 在 下。一般是在 IF=20mA 時(shí)測(cè)得的。 在外界溫度升高時(shí)， VF 將下降。 在正向電 壓正小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。由 IV曲線(xiàn)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) 。 圖 24 LED的 IV特性 曲線(xiàn) 10 第 3 章 LED 驅(qū)動(dòng)主電路的設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)的總體方案 LED 驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是將交、直流電壓轉(zhuǎn)換成平滑的直流電壓，為 LED提供穩(wěn)定的單向驅(qū)動(dòng)電流，保證 LED 在比較高的發(fā)光效率和比較低的光衰下正常工作 【 4】 。所以對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)尤其的重要。因此，電路設(shè)計(jì)時(shí)最好采用恒流源驅(qū)動(dòng)。因此，無(wú)論正向電流如何變化，都可產(chǎn)生恒定的 LED 亮度。目前來(lái)說(shuō)，采用 PWM 控制方式設(shè)計(jì)的 LED 電源是比較理想的，因?yàn)檫@種開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流都很穩(wěn)定。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(kāi)關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。 電路設(shè)計(jì)的總體框圖如圖 31 所示。 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(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。 DC/AC 變換電路：逆變電路是將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi) 11 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。 輔助電路：提供所有單一電路的不同要求電源。 220V交流 電壓反饋 圖 31 總體框圖 PWM 控制電路：在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過(guò)被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)集成電路內(nèi)部開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。通過(guò)隔離人工在線(xiàn)調(diào)試的時(shí)候更加安全。 （ 2）驅(qū)動(dòng) IC 的作用： LED 雖然在節(jié)能方面比普通光源的效率高，但是 LED光源卻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(zhuān)用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng) 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(zhuān)用驅(qū)動(dòng) IC。 電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為 10kHz~30MHz，最高可達(dá) 150MHz。這表明噪聲屬于雙向干擾信號(hào)，電子設(shè)備既是噪聲干擾的對(duì)象，又是一個(gè)噪聲源。串模干擾是兩條電源線(xiàn)之間(簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)對(duì)線(xiàn) )的噪聲，共模干擾則是兩條電源線(xiàn)對(duì)大地 (簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)對(duì)地 )的噪聲。此外，電磁干擾濾波器應(yīng)對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用。 C1C2C3C4L 圖 32 電磁干擾濾波器的基本電路 該五端器件有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，使用時(shí)外殼應(yīng)接通大地。 L 對(duì)串模干 13 擾不 起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線(xiàn)圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合后總電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)，故稱(chēng)作共模扼流圈。 需要指出，當(dāng)額定電流較大時(shí)，共模扼流圈的線(xiàn)徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。 C1 和 C2 采用薄膜電容器，容量范圍大致是 ~，主要用來(lái)濾除串模干擾。 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~。 C1~C4 的耐壓值均為 630VDC或 250VAC。 C1C2C3C4C5L1L2 圖 33 兩級(jí)復(fù)合式 EMI濾波器電路 為減小體積、降低成本，單片開(kāi)關(guān)電源一般采用簡(jiǎn)易式單級(jí) EMI 濾波器，典型電路如圖 34 所示。圖 (c)、 (d)所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。 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(jìn)線(xiàn)端 L、 N 不帶電，保證使用的安 全性。 15 整流橋電路的設(shè)計(jì) (1)整流橋的導(dǎo)通時(shí)間與選通特性 50Hz 交流電壓經(jīng)過(guò)全波整流后變成脈動(dòng)直流電壓 u1，再通過(guò)輸入濾波電容得到直流高壓 U1。(導(dǎo)通范圍是從0176。)，但由于濾波電容器 C 的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時(shí)間內(nèi)才有輸入電流經(jīng)過(guò)整流橋?qū)?C 充電。(導(dǎo) 通范圍是 36176。)。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]。 2)整流二極管的一次導(dǎo)通過(guò)程，可視為一個(gè)“選通脈沖”，其脈沖重復(fù)頻率就等于交流電網(wǎng)的頻率 (50Hz)。 圖 35 16 （ 2）整流橋的參數(shù)選擇 隔離式驅(qū)動(dòng)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。它具有體積小、使用方便、各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于 LED 驅(qū)動(dòng)電路的整流電路。 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。 整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓 URM(V)，正向壓降 UF(V)，平均整流電流 Id(A)，正向峰值浪涌電流 IFSM(A)，最大反向漏電流 IR(μA)。對(duì)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。辟如可選 1N4007(1A／ 1000V)、 1N5408(3A／ 1000V)型塑封整流管。 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(dāng)使 IBR≥ 2IRMS。由于整流橋?qū)嶋H通過(guò)的不是正弦波電流，而是窄脈沖電流 (參見(jiàn)圖 35)，因此整流橋的平均整流電流 IdIRMS，一般可按 Id=(0． 6～ 0． 7)IRMS 來(lái)計(jì)算 IAVG 值。將 Po=15W、 η=80％、 umin=85V、 cosψ=0． 7 一并代入 (2)式得到，IRMS=0． 32A，進(jìn)而求出 Id=0． 65IRMS=0． 21A。 （ 1)輸入濾波電容器容量的選擇 為降低整流濾波器的輸出紋波，輸入濾波電容器的容量 CI 必須選的合適。15％ )時(shí)，應(yīng)取k=1μF／ W。 表 31 輸入濾波電容器容量的選擇 （ 2)準(zhǔn)確計(jì)算輸入濾波電容器容量的方法：輸入濾波電容的容量是 LED 驅(qū)動(dòng)電源的一個(gè)重要參數(shù)。但 CI 值取得過(guò)高，會(huì)增加電容器成本，而且對(duì)于提高 UImin 值和降低脈動(dòng)電壓的效果并不明顯。 設(shè)交流電壓 u 的最小值為 umin。該圖是在 Po=POM， f=50Hz、整流橋的導(dǎo)通時(shí)間 tC=3ms、 η=80％ 的情況下繪出的。欲獲得 CI 的準(zhǔn)確值，可按下式進(jìn)行計(jì)算： 18 舉例說(shuō)明，在寬范圍電壓輸入時(shí)， umin=85V。 圖 36 交流電壓為最小值時(shí)的輸入電壓波形 DC/AC 變換電路的設(shè)計(jì) 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(kāi)關(guān)器件有功率晶體管（ GTR)、功率場(chǎng)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)。 C3C1C2 LS1S2R1R2V D 1V D 2 圖 37 DC/AC變換電路 開(kāi)關(guān)管 S S2 選用 MOSFET，因?yàn)樗请妷候?qū)動(dòng)全控制器件，具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快及安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)。高頻變壓器初級(jí)一端接在 C C2 的中點(diǎn)，另一端接在 S S2 的 公共連接端，C C2 中點(diǎn)的電壓等于整流后直流電壓的一半，即 V／ 2。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的占空比，就能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 v。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(gè)開(kāi)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(wú)極性電容。故必須對(duì)平滑電路組件參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和計(jì)算。 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(dá) 100KHz,故要求輸出整流二極管具有快速恢復(fù)特性，故選用超快速恢復(fù)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(fù)時(shí)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(shí)計(jì)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)。代入數(shù)據(jù)有： 其中 Lf為輸出濾波電感， 0U? 為允許紋波電壓， sf 為開(kāi)關(guān)頻率。 所以輸出電感量為 ，濾波電容容量為 6800μF，二極管 D 選 BYV32200。主電路主要由 EMI濾波電路、整流橋電路、 DC/AC 變換電路、輸出平滑電路組成。 其工作原理為： 220V交流電經(jīng)過(guò) EMI 濾波電路，過(guò)濾掉電網(wǎng)中的雜波。經(jīng) DC/AC 變換器逆變之后輸出 20kHz、脈寬可調(diào)的交流電壓，又經(jīng)高頻變壓器的兩個(gè)副邊分 21 正負(fù)半周送入整流濾波電路，輸出直流電壓。 MOSFET 管 S1 和 S2 可由 SG3525A 的 11和 14 腳直接控制。 C56 8 0 u FC30 . 4 7 u FC40 . 4 7 u FS1S2R3電壓反饋R11 0 0 kR21 0 0 KV D 11 N 4 1 4 8V D 21 N 4 1 4 812341 N 4 0 0 7C10 . 1 u F / 6 3 0 VF U 12AL18 m HC22 . 2 u F / 4 0 0 VC66 8 0 0 u FL2V D 3B Y V 3 2 2 0 0V D 4B Y V 3 2 2 0 0L30 . 2 3 u HL E D +L E D AC ACR3 圖 39 主