【正文】 方案的確定????????????????????????????? 7 驅(qū)動(dòng)分析???????????????????????????? 8 驅(qū)動(dòng)控制現(xiàn)狀???????????? ?????????????? 8 連接方式???????????????????????????? 8 驅(qū)動(dòng)器介紹??????????????????????????? 9 直流驅(qū)動(dòng)器???????????????????????????? 9 交流驅(qū)動(dòng)器??? ???????????????????????? 10 驅(qū)動(dòng)選擇??????????????????????????? 11 4 開關(guān)電源分析???????????????????????????? 12 開關(guān)電源的應(yīng)用與發(fā)展??????????????????????? 12 反激電路????????????????????????????? 13 正激電路????????????????????????????? 14 半橋 電路????????????????????????????? 15 全橋電路????????????????????????????? 16 推挽電路????????????????????????????? 17 幾種電路結(jié)構(gòu)的比較???????????????????????? 18 ?????????????????????????????? 20 實(shí)現(xiàn)隔離輸出 ???????????????????????? ??? 20 實(shí)現(xiàn) LED 恒流，實(shí)現(xiàn)過壓保?????????????????????? 20 ???????????????????????????? 22 電路設(shè)計(jì)????????????????????????????? 22 磁路設(shè)計(jì) ????????????????????????????? 25 7 結(jié)論???????????????????????????????? 26 參考文獻(xiàn) ??????????????????????????????? 27 I 論文的研究背景及意義 全球能源緊張，提高電器的效率是行之有效的方法。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長照明系統(tǒng)的壽命，并且是綠色無污染的？取代白熾燈，熒光燈，節(jié)能燈的第四代照明燈具是什么？業(yè)界給出的答案就是 LED 燈照明。遠(yuǎn)高于白熾燈和日光燈，此外 LED 燈珠壽命可長達(dá)十萬小時(shí)，并且綠色無污染。 LED 照明應(yīng)用上的限制在于 LED 有固定的正向壓降，電流也有上限（工作電流是影響 LED 壽命的主要因素）。因此一個(gè)和 LED 燈珠匹配的高效，環(huán)保，長壽命的電源是必須的，這正是這次選題的意義與目的所在。能源的浪費(fèi)與消耗，勢(shì)必呼喚新節(jié)能產(chǎn)品誕生，即使不是 LED 也是其它同類產(chǎn)品來取代，所以說 LED 照明的興起，是有其必然性的。怎么降低 LED 成本，讓 LED 照明進(jìn)入千家萬戶，這是擺在所有 LED 人面前的一個(gè)重要課題，同時(shí)也是一次重大的發(fā)展機(jī)遇。因此即使是 LED 驅(qū)動(dòng)電源真正進(jìn)入研究的時(shí)間不算長，卻無礙其技術(shù)的成熟。 眾所周知，絕大部分開 關(guān)電源都需要一個(gè)輸出濾波的電解電容，即使高品質(zhì)的電解電容，工作在 100 攝氏度左右，壽命也只有 1Wh 左右。而內(nèi)嵌式驅(qū)動(dòng)板上的電解電容，由于 LED 的發(fā)熱 II 以及驅(qū)動(dòng)板本身的發(fā)熱，長期在高溫工作，更使電解電容壽命減短。這使得LED 照明的長壽命的特點(diǎn)確實(shí)得到保障。除了技 術(shù)上的創(chuàng)新外，還有組合上的創(chuàng)新，例如加入調(diào)光技術(shù)（模擬調(diào)光，數(shù)字調(diào)光， Triac調(diào)光）；用三色 LED 組成色光可調(diào)制系統(tǒng)；采用頻率抖動(dòng)技術(shù)減少 EMI；加入功率因數(shù)校正電路等。 LED 驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)的發(fā)展，對(duì) LED 相關(guān)行業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的。 LED 驅(qū)動(dòng)電源的主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并同時(shí)完成與 LED 的電壓和電流的匹配。恒流恒壓這些技術(shù)，將會(huì)越來越普遍。半導(dǎo)體照明技術(shù)的開發(fā)研究引起了全球研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視。目前，功率型白光 LED 光視效能 (發(fā)光效率 )已經(jīng)達(dá)到 100lm/W，研究水平達(dá)到 160lm/W。日本日亞化學(xué)處于全球技術(shù)領(lǐng)先水平，壟斷高端白色、藍(lán)、綠色 LED 的市場(chǎng)，豐田合成在白光 LED 及車燈照明技術(shù)開發(fā)據(jù)國 際前端 。傳統(tǒng)照明巨頭Osram 歐司朗控股的德國歐司朗光電半導(dǎo)體功率型 LED 封裝和車用 LED 燈具開發(fā)國際領(lǐng)先。國內(nèi)的外延片生長技術(shù)主要源于美國、基本上是進(jìn)口美國的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉淀 (MOCVD)裝備，這些裝備在美國就不是一流的裝備，在整個(gè) LED 產(chǎn)業(yè)外延片的生長、芯片、芯片封裝 3個(gè)環(huán)節(jié)中，外延片生長投資要占到 70%，外延片成本要占到封裝成成品的 70%，同時(shí)外延片生長技術(shù)的人才全世界都缺乏，簡(jiǎn)單的說，外延片的水平?jīng)Q定了整個(gè) LED 產(chǎn)業(yè)水平，國內(nèi) III 近幾年也陸續(xù)引進(jìn)了 50 多臺(tái) MOCVD 裝備，均處理大生產(chǎn)工藝摸索階段，一旦工藝成熟，則會(huì)上 10 倍地增大裝備數(shù)量形成規(guī)模生產(chǎn)，市場(chǎng)需求巨大。隨著國家照明工程的起步，國內(nèi) LED 芯 片設(shè)備的巨大需求再次引起了國外半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商的積極響應(yīng)，他們?nèi)找嬷匾曋袊@個(gè)巨大的市場(chǎng)，但是，這里面也存在著一個(gè)隱憂，國外芯片設(shè)備高昂的價(jià)格，相對(duì)制約了國內(nèi)企業(yè)的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，也消耗了國家大量寶貴的外匯。 本文的主要內(nèi)容及思路 系統(tǒng)基本組成部分 圖 11系統(tǒng)總體框圖 考慮到家庭常用的是 5 1W，或 6 1W，商用照明常用的是 1 1W 到 12 1W，本設(shè)計(jì)采用恒流輸出，輸出電壓隨負(fù) 載大小自動(dòng)調(diào)節(jié)的適用廣泛的設(shè)計(jì)。 本著設(shè)計(jì)一款符合社會(huì)要求的真正節(jié)能、節(jié)錢、長壽的 LED 驅(qū)動(dòng)電源的思想。對(duì)于批量生產(chǎn)，能有效降低成本，使 LED 照明更容易走進(jìn)人民生活。 的基本工作條件 在選擇驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)方案之前，應(yīng)先明晰 LED 的基本工作條件： （ 1） 輸入直流電壓不低于 LED 正向壓降； （ 2） 采用直流電流或單向脈沖電流驅(qū)動(dòng)； （ 3） 對(duì) LED 電流加以限制，以防止 LED 損壞； （ 4） 由于 LED 電流與其光通量之間的非線性關(guān)系， LED 應(yīng)該在光效比較高的電流值下工作； （ 5） 優(yōu)良的散熱設(shè)計(jì)。 V 圖 21 常規(guī)變壓器降壓 這種電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小，不足之處是重量偏重、電源效率也很 低，一般在45%～ 60%，因?yàn)榭煽啃圆桓?，所以一般很少用? 圖 22 電子變壓器降壓 這種電源結(jié)構(gòu)不足之處是轉(zhuǎn)換效率低，電壓范圍窄，一般 180～ 240V，波紋干擾大。 VI 圖 23 電容降壓 這種方式的 LED 電源容易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，電源效率低，不宜 LED在閃動(dòng)時(shí)使用，因?yàn)殡娐吠ㄟ^電容降壓，在閃動(dòng)使用時(shí)，由于充放電的作用，通過 LED 的瞬間電流極大，容易損壞芯片。 圖 24 電阻降壓 圖 在低電流 LED 應(yīng)用中 ，電阻型驅(qū)動(dòng)器盡管成本較低且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但這種驅(qū)動(dòng)器在低電壓條件下，正向電流較低，會(huì)導(dǎo)致 LED 亮度不足，且在負(fù)載突降等瞬態(tài)條件下， LED 可能受損；并且電阻是耗能元件，整個(gè)方案的能效較低 。 VII 圖 25 RCC 降壓式開關(guān)電源 這種方式的 LED 電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高，一般可在70%～ 80%，應(yīng)用較廣。 （ 6） PWM 控制式開關(guān)電源見圖 26。電源轉(zhuǎn)換效率極高，一般都可以高達(dá) 80%～ 90%，并且輸出電壓、電流十分穩(wěn)定。而且這種電路都有完善的保護(hù)措施，屬于高可靠性電源 。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。 對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。在接收端，通過適當(dāng)?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。 3 LED 驅(qū)動(dòng) 分析 驅(qū)動(dòng)控制現(xiàn)狀 基于發(fā)光 二極管的半導(dǎo)體照明光源與燈具的制造是下游產(chǎn)業(yè)。雖然 LED 驅(qū)動(dòng)部分占 LED 燈具的成本比重只有 1/9，但若沒有高性能驅(qū)動(dòng)電路的配合， LED 的優(yōu)點(diǎn)根本沒辦法發(fā)揮。 白光 LED 的應(yīng)用場(chǎng)合從手機(jī)、手持式裝置、液晶面板背光源、汽車頭燈到戶外、辦公室與家中的燈光來源等等。汽車照明和道路交通照明的應(yīng)用需求使得 IX 相關(guān)驅(qū)動(dòng) IC 隨之增加。在避免電磁干擾的情況下，縮小儲(chǔ)能器件的體積，提高效率依然是未來發(fā)展的重點(diǎn)。 連接方式 圖 31 并聯(lián)（左）和串連（右）發(fā)光管 實(shí)際制作半導(dǎo)體燈時(shí)，常常使用多只發(fā)光管，這就有個(gè)發(fā)光管的連接方式問題。發(fā)光管的管壓降呈現(xiàn)負(fù)的溫度系數(shù)，直接并聯(lián)，如圖 31 時(shí)各并聯(lián)發(fā)光管管壓降不可能完全相同，這樣 并聯(lián)管之間的電流就會(huì)略有差異，使用時(shí)管壓降略低的管電流略大，其溫升就會(huì)比其他相并聯(lián)的管高，溫升高的管管壓降會(huì)降低的比較多，這樣就導(dǎo)致其電流進(jìn)一步加大，電流大引起更大的溫升，使其管壓降進(jìn)一步降低，如此熱電正反饋使電流逐漸向管壓降小的發(fā)光管偏移，最終導(dǎo)致其失效。串聯(lián)使用只有一個(gè)問題，即一只 LED 不亮導(dǎo)致此路其他發(fā)光管都不亮。如果驅(qū)動(dòng)器損壞大電流沖擊燒毀發(fā)光管，常常會(huì)使發(fā)光管內(nèi)部引線燒 斷開路，但是，驅(qū)動(dòng)器都?jí)牧司褪前l(fā)光管并聯(lián)整個(gè)燈也不亮了。 X 如果使用的管數(shù)較多時(shí)全部串聯(lián)不可能，也只好連串帶并，但各串并聯(lián)管之間必須要有均流措施，最簡(jiǎn)單的均流措施就是在每一串并聯(lián)管中串聯(lián)一個(gè)電阻 n們牽制電流的偏移。 本設(shè)計(jì)中，采用十個(gè) LED 串聯(lián)，由驅(qū)動(dòng)電源提供 +35V 電壓。 驅(qū)動(dòng)器介紹 實(shí)際應(yīng)用中種類繁多的驅(qū)動(dòng)器按照工作特點(diǎn)可以分為兩大類：直流供電的驅(qū)動(dòng) 器和交流供電的驅(qū)動(dòng)器。 (1) 直流降壓型驅(qū)動(dòng)器 直流降壓型驅(qū)動(dòng)器的基本原理是用開關(guān)器件配合電抗性器件對(duì)外界電源降壓限流以后驅(qū)動(dòng)發(fā)光管工作。串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器比較適合用于輸入電壓和負(fù)載管壓降差別不太大的情況下驅(qū)動(dòng)發(fā)光管。顯而易見，這種方案當(dāng)供電電壓低于負(fù)載管壓降時(shí)不能使用。升壓驅(qū)動(dòng)器的變換效率也比較高。升壓型驅(qū)動(dòng)器只能用在負(fù)載管壓降始終高于電源電壓的情況。 輸入直流低電壓時(shí)所用的發(fā)光管數(shù)量少可以選用降壓驅(qū)動(dòng)器也可以選用升壓驅(qū)動(dòng)器，盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。 (3)直流變換器型驅(qū)動(dòng)器 變換器型驅(qū)動(dòng)器 n 町用開關(guān)器件配合高頻變壓器實(shí)現(xiàn)能量從初級(jí)到次級(jí)的傳輸，同時(shí)做電壓／電壓變換驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作。其缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，變換效率比以上兩種類型的驅(qū)動(dòng)器略低。 交流驅(qū)動(dòng)器 交流驅(qū) 動(dòng)器使用交流市電供電，根據(jù)不同的應(yīng)用也分為降壓型、升壓型、變換器型三種電路類型。 (1) 交流串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器 交流串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器 [2]把輸入的交流市電整濾波后直接用開關(guān)器件和電抗性器件對(duì)輸入的高電壓進(jìn)行降壓限流。很顯然，這種電路結(jié)構(gòu)屬于不隔離電路，使用時(shí)應(yīng)注意安全，制作的燈具發(fā)光二極管的引線也不能在外部裸露。 (2) 交流升壓型驅(qū)動(dòng)器 交流升壓型驅(qū)動(dòng)器把輸入的交流市電整濾波后直接用開關(guān)器件和電抗性器件對(duì)輸入的高電壓進(jìn)行升壓限流。但是，直接市電輸入時(shí)輸入的電壓較高， 220 交流勢(shì)電需要整流升壓到直流電壓 400 伏以上，負(fù)載的發(fā)光管需要串聯(lián) 125 只以上白光或者藍(lán)光發(fā)光管才能保證在電源電壓有較大波動(dòng)時(shí)安全工作。 XII (3) 交流變換器型驅(qū)動(dòng)器 交流變換器型驅(qū)動(dòng)器是把輸入的交流市電整流后經(jīng)過高頻變換變壓限流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作，這種驅(qū)動(dòng)器有高頻變壓器做隔離，因此輸出端是安全的，并且輸出端的電壓不受輸入電壓的制約，可以按照所需要串聯(lián)的發(fā)光管數(shù)任意設(shè)計(jì)，應(yīng)用靈活，其他優(yōu)缺點(diǎn)和直流變換器型驅(qū)動(dòng)器相同。 220 伏交流市電輸入時(shí)驅(qū)動(dòng) 200 只以下小功率管都可以考慮用串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng) 200 只以上小功率管應(yīng)該選用升壓或者隔離驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)榘l(fā)光管的輸入電流過大光通量隨電流增加的速度將變緩，發(fā)光管的管小降低。所以，脈沖驅(qū)動(dòng)不可能使發(fā)光管省電，但設(shè)計(jì)合理的脈沖驅(qū)動(dòng)器也不會(huì)明顯的引起光效的下降，因此也就不會(huì)比直流驅(qū)動(dòng)更明顯的費(fèi)電。因此，究竟用脈沖驅(qū)動(dòng)還是 用直流驅(qū)動(dòng)要根據(jù)具體情況而定 [4]。如果有閃爍使用的發(fā)光管頻頻損壞，那應(yīng)該是其他方面的原因引起的，比如過熱，電流過大等等，而不會(huì) 是發(fā)光管自身不耐閃爍。 綜合以上特點(diǎn)，本電路采用交流變換器型驅(qū) 動(dòng)器、直流驅(qū)動(dòng) LED。如果驅(qū)動(dòng)器的輸出端能和市電隔離就會(huì)更為安全。因此，還是使用隔離驅(qū)動(dòng)器為好。 的應(yīng)用與發(fā)展 以高頻變壓器取代工頻變壓器，采用脈沖調(diào)制技術(shù)的直流一直流變換器型穩(wěn)壓電源，通常稱它為開關(guān)電源。 開關(guān)晶體管、開關(guān)二極管和開關(guān)變壓器是組成開關(guān)電源的三個(gè)關(guān)鍵元件，減小開關(guān)電源的體積和重量就須提高電源的開關(guān)頻率，大功率，高反壓和高速開關(guān)晶體管，快速恢復(fù)開關(guān)二極管以及開關(guān)電源變壓器中使用的高頻，低損耗磁性材料的技術(shù)發(fā)展，使開關(guān)電源的開關(guān)頻率從 數(shù)十 kHz發(fā)展到數(shù)百 kHz。輸入的電網(wǎng)電壓通過“交流一直流轉(zhuǎn)換電路 中的整流器和濾波器轉(zhuǎn)換成直流電，該直流電源作為“開關(guān)型功率變換器 的輸入電源，經(jīng)過“開關(guān)型功率變換器”將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖方波電壓輸給“整流濾波電路”，變成平滑直流供給負(fù)載，控制電路則起著控制“開關(guān)型功率變換器”工作的作用。在直流變換器的基礎(chǔ)上，由于高頻脈沖技術(shù)及開關(guān)變換技術(shù)的