【正文】 就是利用這種技術(shù)制造出任何可見(jiàn)顏色的光。有科學(xué)思想的讀者到現(xiàn)在可能會(huì)意識(shí)到LED的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的歷史過(guò)程。那么LED發(fā)展史到低能走多遠(yuǎn)，不得而知。早期的LED只能應(yīng)用于指示燈、早期的計(jì)算器顯示屏和數(shù)碼手表。將會(huì)在接下的一段時(shí)間繼續(xù)下去。一般白熾燈、鹵鎢燈光效為 1224 流明/瓦、熒光燈 5070 流明/瓦、鈉燈 90140 流明/瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。（2) LED 光源耗電量少。電流1518 毫安反映速度快，可在高頻操作，用在同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈的萬(wàn)分之一，熒光管的二分之一，如采用光效比熒光燈還要高 2 倍的 LED燈來(lái)替代一半的白熾燈和熒光燈、每年可節(jié)約相當(dāng)于 60 億升原油，同樣效果的一支日光燈 40 多瓦，而采用 LED 每支的功率只有 8 瓦。白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈是采用電子光場(chǎng)輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒，熱沉積、光衰減等特點(diǎn)，而采用 LED 燈體積小，重量輕，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，可承受高強(qiáng)機(jī)械沖擊和震動(dòng)，不易破碎，平均壽命達(dá) 10 萬(wàn)小時(shí)，LED 燈具使用壽命可達(dá) 510 年，可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用避免經(jīng)常換燈之苦。（5) LED 光源有利環(huán)保。”當(dāng)然，節(jié)能是我們考慮使用 LED 光源的最主要原因，也許 LED 光源要比傳統(tǒng)光源昂貴，但是用一年時(shí)間的節(jié)能收回光源的投資，從而獲得 49 年中每年幾倍的節(jié)能凈收益期。與熒光燈的電子鎮(zhèn)流器不同，LED 驅(qū)動(dòng)電路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。再則，LED 電源還應(yīng)能利用低電壓 IC 電源產(chǎn)量逐漸上升帶來(lái)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。目前我國(guó)的市電是 220V 的交流電，而 LED 光源屬半導(dǎo)體光源，通常是用直流低電壓供電，這就要求在這些燈具中或外部設(shè)置 ACDC 轉(zhuǎn)換電路，以適應(yīng) LED 電流驅(qū)動(dòng)的特征。（2）電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命與成本LED 壽命方面，雖然單顆 LED 本身的壽命長(zhǎng)達(dá) 10 萬(wàn)小時(shí)，但其應(yīng)用時(shí)必須搭配電源轉(zhuǎn)換電路，故 LED 照明器具整體壽命必須從光電整合應(yīng)用加以考慮。在考慮長(zhǎng)壽命的同時(shí)又不能增加太多的成本，電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命與成本的通常不宜超過(guò)照明系統(tǒng)總成本的三分之一，在半導(dǎo)體照明燈具產(chǎn)品發(fā)展的初期，必須平衡好電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命與成本的關(guān)系。電源有如人體的心臟，是所有電設(shè)備的動(dòng)力。廣泛地說(shuō)，凡用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成為另一種形態(tài)的主電路都叫做開(kāi)關(guān)變換器電路；轉(zhuǎn)變時(shí)用自動(dòng)控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)則稱(chēng)開(kāi)關(guān)電源。轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多。如果不將50Hz變?yōu)楦哳l那開(kāi)關(guān)電源就沒(méi)有意義。電源裝置是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，其中高頻開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小和重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛地應(yīng)用。一般脈寬調(diào)制器是按反饋電壓來(lái)調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。近年來(lái)，開(kāi)關(guān)電源在通信、工業(yè)自動(dòng)化、航空、儀表儀器等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。電流型PWM集成控制器已經(jīng)產(chǎn)品化，本設(shè)計(jì)使用的是MT7930，其特別適合于小功率型開(kāi)關(guān)電源。同時(shí)，本章也介紹了LED燈的發(fā)展史和性能，從中我們也看到了這種綠色、環(huán)保、節(jié)能燈的廣闊前境，從它和現(xiàn)在的白熾燈的比較中我們可以看出它將取代白熾燈成為是新一代燈。而開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截至狀態(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高（75％以上）而且省掉了大體積的變壓器。相對(duì)而言線(xiàn)性電源就沒(méi)有以上缺陷，它的紋波可以做的很小。另外當(dāng)電路中需要作隔離的時(shí)候現(xiàn)在多數(shù)用DC－DC來(lái)做對(duì)隔離部分供電。 開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上是完全不一樣的，開(kāi)關(guān)電源顧名思義有開(kāi)關(guān)動(dòng)作，它利用變占空比或變頻的方法實(shí)現(xiàn)不同的電壓，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，最大的優(yōu)點(diǎn)是高效率，一般在90％以上，缺點(diǎn)是文波和開(kāi)關(guān)噪聲較大，適用于對(duì)文波和噪聲要求不高的場(chǎng)合；而線(xiàn)性電源沒(méi)有開(kāi)關(guān)動(dòng)作，屬于連續(xù)模擬控制，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，芯片面積也較小，成本較低，優(yōu)點(diǎn)是成本低，文波噪聲小，最大的缺點(diǎn)是效率低。線(xiàn)性穩(wěn)壓電源的工作過(guò)程可簡(jiǎn)述為：將220V/50HZ的工頻電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)線(xiàn)性變壓器降壓以后，再經(jīng)過(guò)整流、濾波和線(xiàn)性穩(wěn)壓，最后輸出一個(gè)紋波電壓和穩(wěn)定性均能符合要求的直流電壓。圖21 線(xiàn)性電源原理圖線(xiàn)性電源的優(yōu)點(diǎn)有：（1）電源穩(wěn)定度較高。（3）瞬態(tài)響應(yīng)速度較快。（5）無(wú)高頻開(kāi)關(guān)噪聲。（7）工作可靠性較高。（2）體積大，重量重，不便于微小型化。（4）輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍小，線(xiàn)性調(diào)整率低。 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源由全波整流器、功率開(kāi)關(guān)管V、脈寬調(diào)制（PWM）控制與驅(qū)動(dòng)器、續(xù)流二極管VD、儲(chǔ)能電感L、輸出濾波電容C和取樣反饋電路等組成。（2）體積小，重量輕。（4）濾波效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減?。?）電路形式靈活多樣，選擇余地大。（2）電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于維修。 開(kāi)關(guān)電源的基本組成、基本原理和分類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的組成由以下幾個(gè)部分組成（1）主電路 包括輸入濾波器、整流與濾波、逆變、輸出整流與濾波。圖中的開(kāi)關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)的接通和斷開(kāi)，在K接通時(shí)，輸入電源通過(guò)K濾波電路供電給負(fù)載RL，當(dāng)K斷開(kāi)時(shí)，輸入電源便中斷了能量的提供。上圖中，由儲(chǔ)能電感L、濾波電容C2和續(xù)流二極管D組成的電路，就具有這種功能。圖2－4 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路圖由式（1）可知，改變D，即可改變。這種控制方法稱(chēng)為時(shí)間比率控制（Time Ratio Control , 縮寫(xiě)為T(mén)RC）。本課題主要研究脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)。電路中專(zhuān)設(shè)激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生的震蕩器。開(kāi)關(guān)管兼作震蕩器中的震蕩管。震蕩頻率保持不變，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變和調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。（2）頻率調(diào)整型。（3）混合型。按開(kāi)關(guān)管電流的工作方式劃分有：（1）開(kāi)關(guān)型。（2）諧振型。按儲(chǔ)能電感與負(fù)載的連接方式劃分有：（1）串聯(lián)型。（2）并聯(lián)型。按晶體管的連接方式劃分有：（1）單端式。這種電路的特點(diǎn)是價(jià)格低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出功率不能提高。使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式。（3）半橋式。它的特點(diǎn)是適應(yīng)輸入電壓較高的場(chǎng)合。使用四個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，將其連接成全橋的形式。按工作方式劃分有：（1）可控整流型。（這種供電方式在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源剛興起的初期常常采用，目前基本上不太采用。斬波型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是指直流供電，輸入直流電壓加到開(kāi)關(guān)電路上，在開(kāi)關(guān)電路的輸出端得到單向的脈動(dòng)直流，經(jīng)過(guò)濾波得到與輸入電壓不同的穩(wěn)定的輸出電壓。電路的過(guò)壓保護(hù)電路也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號(hào)來(lái)進(jìn)行工作的。這種形式的開(kāi)關(guān)電源是在輸入回路與逆變電路之間、經(jīng)過(guò)高頻變壓器（也可稱(chēng)為開(kāi)關(guān)變壓器），利用磁場(chǎng)的變化實(shí)現(xiàn)能量傳遞，沒(méi)有電流間的直流流通。電路從輸出端取樣，經(jīng)放大后反饋至開(kāi)關(guān)控制端，控制驅(qū)動(dòng)電路的工作，最后達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。按控制信號(hào)的隔離方式分有：（1）采用光電耦合的隔離方式。（3）電壓/頻率變換、頻率/電壓變換、用變壓器隔離控制信號(hào)的方式。以上開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的品種都是站在不同的角度，以開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源不同的特點(diǎn)命名的。本章小結(jié)：開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展經(jīng)歷了從線(xiàn)性電源、相控電源到開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷程，而開(kāi)關(guān)電源具有功率效率高等特點(diǎn)。同時(shí)，本章也介紹了開(kāi)關(guān)電源的基本組成、工作原理和分類(lèi)方法。產(chǎn)生這種控制信號(hào)的電路即為開(kāi)關(guān)電源電路中的控制電路。目前，新型的較為先進(jìn)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中還包括有誤差檢測(cè)和誤差放大電路部分。因此，不同類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源電路對(duì)控制電路的在求是各不相同的。圖中的二極管VD4 在電路中起增大功率開(kāi)關(guān)管V1反壓的作用。開(kāi)關(guān)電源中驅(qū)動(dòng)電路的作用是將控制電路的驅(qū)動(dòng)脈沖放大到足以激勵(lì)開(kāi)關(guān)晶體管，它是決定PWM型開(kāi)關(guān)電源優(yōu)劣的要素之一。功率開(kāi)關(guān)管趨于關(guān)斷時(shí)的下降時(shí)間和趨于導(dǎo)通時(shí)的上升時(shí)間的長(zhǎng)短是降低功率開(kāi)關(guān)管損耗功率、提高開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換效率的主要因素。下面是常用的幾種驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方法。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元器件少，電路中的脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器可以與功率開(kāi)關(guān)變壓器合用一個(gè)；缺點(diǎn)是它所提供的反向偏壓幅度和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短與正向驅(qū)動(dòng)電流的大小和持續(xù)時(shí)間有關(guān)，僅依靠反向激勵(lì)能量有時(shí)不易得到滿(mǎn)意的效果。圖32 單端式驅(qū)動(dòng)電路原理圖 圖33 抗飽和驅(qū)動(dòng)電路原理圖抗飽和驅(qū)動(dòng)電路抗飽和的目的是防止功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通期間進(jìn)入飽和區(qū)太深，以致造成當(dāng)功率開(kāi)關(guān)管退出導(dǎo)通狀態(tài)而進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的下降時(shí)間太長(zhǎng)，從而造成功率開(kāi)關(guān)管的功耗增大。這種電路的特點(diǎn)是減小了關(guān)斷存儲(chǔ)時(shí)間即關(guān)斷功耗，提高了功率開(kāi)關(guān)管的工作頻率；缺點(diǎn)是略微增加了功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通功耗。固定反偏壓驅(qū)動(dòng)電路圖34所示的電路就是一個(gè)固定反偏壓驅(qū)動(dòng)電路的原理電路圖。當(dāng)正向驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)結(jié)束后，反偏壓E通過(guò)一個(gè)阻值較小的電阻R立即加到功率開(kāi)關(guān)管的基極，使功率開(kāi)關(guān)管能夠以很快的速度、在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到了降低功率開(kāi)關(guān)管功耗的目的。圖34 固定反偏壓驅(qū)動(dòng)電路原理圖 圖35 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路原理圖 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是一個(gè)互補(bǔ)推挽式射極跟隨器電路，其最基本的電路原理如圖35所示。這種電路特別適應(yīng)容性負(fù)載的場(chǎng)合，能使電源電路中功率開(kāi)關(guān)管的上升沿和下降沿的特性變好，能降低功率開(kāi)關(guān)管的功率損耗；缺點(diǎn)是構(gòu)成電路的這兩個(gè)極性相反的晶體管要求較為嚴(yán)格，必須配對(duì)。這種驅(qū)動(dòng)電路主要是為了消除固定反偏壓驅(qū)動(dòng)電路所存在的反偏壓二次擊穿的潛在危險(xiǎn)而設(shè)計(jì)的。 圖36 發(fā)射極開(kāi)路式驅(qū)動(dòng)電路原理圖 開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、可靠性為第一原則。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的保護(hù)電路的要求一般要做到如下幾點(diǎn)：（1）軟啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)電路的延遲時(shí)間一定要大于開(kāi)關(guān)電源電路中一次整流和濾波電路的恢復(fù)時(shí)間，主要是指一次整流后的濾波電容的充電時(shí)間。只有這樣才能夠做到即保護(hù)了負(fù)載系統(tǒng)，又保護(hù)了穩(wěn)壓電源電路本身免遭破壞。另外對(duì)于一些較為先進(jìn)的電子設(shè)備和機(jī)電產(chǎn)品中的電源系統(tǒng)，不但要求具有各種保護(hù)電路，而且還要求肯有各種狀態(tài)顯示以及自診斷功能。 　　過(guò)電流保護(hù)電路 在直流LED開(kāi)關(guān)電源電路中，為了保護(hù)調(diào)整管在電路短路、電流增大時(shí)不被燒毀。如圖1所示，過(guò)電流保護(hù)電路由三極管BG2 和分壓電阻RR5組成。于是BG2 處于截止?fàn)顟B(tài)（相當(dāng)于開(kāi)路），對(duì)穩(wěn)壓電路沒(méi)有影響。 圖37 LED開(kāi)關(guān)電源輸入過(guò)電流保護(hù)電路　　過(guò)電壓保護(hù)電路 　　直流LED開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的過(guò)電壓保護(hù)包括輸入過(guò)電壓保護(hù)和輸出過(guò)電壓保護(hù)。圖3為用晶體管和繼電器所組成的保護(hù)電路，在該電路中，當(dāng)輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過(guò)電阻R，使晶體管T導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，切斷輸入。 圖38 LED開(kāi)關(guān)電源輸入過(guò)電壓保護(hù)電路　　軟啟動(dòng)保護(hù)電路 　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復(fù)雜，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。這樣大的浪涌電流會(huì)使普通電源開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)或繼電器的觸點(diǎn)熔化,并使輸入保險(xiǎn)絲熔斷。為此,開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)該接入一個(gè)限流電阻,通過(guò)這個(gè)限流電阻來(lái)對(duì)電容器充電。 　　過(guò)熱保護(hù)電路 　　直流LED開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內(nèi)的功率密度大大提高，因此如果電源裝置內(nèi)部的元器件對(duì)其工作環(huán)境溫度的要求沒(méi)有相應(yīng)提高，必然會(huì)使電路性能變壞，元器件過(guò)早失效。 本文采用溫度繼電器來(lái)檢測(cè)電源裝置內(nèi)部的溫度，當(dāng)電源裝置內(nèi)部產(chǎn)生過(guò)熱時(shí)，溫度繼電器就動(dòng)作，使整機(jī)告警電路處于告警狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的過(guò)熱保護(hù)。倘若配合光電耦合器，就可使整機(jī)告警電路動(dòng)作，保護(hù)LED開(kāi)關(guān)電源。 圖39 LED開(kāi)關(guān)電源過(guò)熱保護(hù)電路在開(kāi)關(guān)電源中，電力電子器件是最為關(guān)鍵的元器件。電力電子器件的種類(lèi)很多，按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，可以將電力電子器件分為：①不可控器件，即二極管；②半控型器件，主要包括晶閘管及其派生器件；③全控型器件，主要包括絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、電力晶體管（GTR）、電力場(chǎng)效應(yīng)管（電力MOSFET）、GTO晶閘管等。在開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。它具有自關(guān)斷能力，且輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率可達(dá)1MHz，不存在二次擊穿問(wèn)題，安全工作區(qū)寬。目前，IR公司推出一種低電荷的功率MOSFET，稱(chēng)為HEXFET，由于其門(mén)極電荷減小40%，因而它在開(kāi)關(guān)速度、效率及門(mén)極驅(qū)動(dòng)等方面更顯優(yōu)勢(shì)。1. 輸出特性輸出特性也稱(chēng)漏極伏安特性，它是以柵極電壓為參變量，反映漏極電流與漏源極電壓間關(guān)系的曲線(xiàn)族。功率MOSFET無(wú)反向阻斷能力，因?yàn)楫?dāng)漏源電壓〈0時(shí)，漏區(qū)PN結(jié)為正偏，漏源間流過(guò)反向電流。2．轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性是在一定的漏極與源極電壓下，功率MOSFET的漏極電流的控制能力。在電力電子應(yīng)用中，功率MOSFET作為開(kāi)關(guān)元件工作于大電流開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因而具有負(fù)溫度系數(shù)。3. 開(kāi)關(guān)特性功率MOSFET是一個(gè)近似理想的