led恒流電源畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，LED由于環(huán)保、壽命長(zhǎng)、光電效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，近年來在各行各業(yè)應(yīng)用得意快速發(fā)展，同時(shí)，由于近年來的開關(guān)電源在電子電器各行業(yè)中占了非常重要的位置，由此驅(qū)動(dòng)LED的開關(guān)電源就成了關(guān)注熱點(diǎn)。</p><p>　　本文通過對(duì)LED照明的電壓電流特性及幾種驅(qū)動(dòng)方式的分析，最終選定采用恒流的

2、方式來設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源。以達(dá)到保證LED的使用安全性、亮度穩(wěn)定、使用壽命高的目的。本設(shè)計(jì)由主電路，反饋電路及PWM控制電路組成，主電路通過對(duì)輸入交流電的整流、濾波、降壓、穩(wěn)壓等功能得到輸出所需的直流電流，反饋電路檢測(cè)輸出電流的改變，并由PWM控制電路控制場(chǎng)效應(yīng)管的開斷，改變其輸出脈沖占空比實(shí)現(xiàn)輸出電流相對(duì)恒定的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；恒流；LED驅(qū)動(dòng)電路</p><p>

3、<b>　　Abstract</b></p><p>　　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

4、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 conce

5、rns have become hot focus.</p><p>　　This paper mainly through analysis of the voltage and current characteristics of LED lighting and the several driven approach，the final selection of a constant current ap

6、proach to the design driven power. In order to achieve to ensure the security of the use of the LED, the brightness and stability, the life of high purpose. Designed by the main circuit, the feedback circuit and the PWM

7、control circuit, the main circuit by the AC input rectifier, filter, blood pressure, and voltage regulator fu</p><p>　　Keywords: Power Supply;Constant current; LED</p><p><b>　　目 錄</b>

8、;</p><p><b>　　第1章 概 述1</b></p><p>　　1.1 LED的發(fā)明1</p><p>　　1.2 LED的工作原理2</p><p>　　1.3 LED照明應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 LED驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介7</p><p&

9、gt;　　第2章 開關(guān)電源原理9</p><p>　　2.1 原理簡(jiǎn)介9</p><p>　　2.2 電路原理10</p><p>　　2.3 脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)11</p><p>　　2.4 功率因數(shù)校正12</p><p>　　2.5 本章小結(jié)13</p><p>　　第3

10、章 硬件電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖及工作原理簡(jiǎn)介14</p><p>　　3.2 主要元器件介紹14</p><p>　　3.3 輸入電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.4 控制及反饋電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.5 輸出電路的設(shè)計(jì)20</p><

11、;p>　　3.6 整體電路圖21</p><p>　　3.7 典型性能參數(shù)22</p><p>　　3.8 本章小結(jié)22</p><p><b>　　結(jié) 論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致

12、 謝25</b></p><p>　　附錄1 實(shí)物圖26</p><p>　　附錄2 系統(tǒng)原理圖27</p><p>　　附錄3 PCB圖28</p><p>　　附錄4 元器件清單29</p><p><b>　　概 述</b></p><p>　　

13、白熾燈時(shí)代即將過去了。整個(gè)20世紀(jì)，愛迪生發(fā)明的白熾燈經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)，成為標(biāo)準(zhǔn)的通用照明工具。但新的照明技術(shù)－尤其是發(fā)光二極管必將最終代替白熾燈和熒光燈LED 這幾年發(fā)展較快，在大功率照明市場(chǎng)使用LED 越來越變?yōu)榭赡?，雖說還不是特別成熟，最少是廣眾關(guān)心的話題之一，照明未來被LED 光源取代將無可置疑。受世界經(jīng)濟(jì)影響，都在尋找未來的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，投資LED 方面的資金，會(huì)越來越多，加速LED 進(jìn)程是必然的。LED由于環(huán)保，壽命長(zhǎng)，

14、光電效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，近年來在各行業(yè)得以快速發(fā)展，LED的驅(qū)動(dòng)電源也成了關(guān)注的熱點(diǎn)，理論上LED的使用壽命在10萬小時(shí)以上，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)方式選擇不當(dāng)，使LED極易損壞，隨著LED應(yīng)用的日益廣泛，LED驅(qū)動(dòng)電源的性能將越來越適合LED的要求。</p><p>　　本文將介紹基于PT4201的離線式LED照明方案的工作原理。</p><p><b>　

15、　LED的發(fā)明 </b></p><p>　　發(fā)明LED的是Nick Holcnyak JR, LED的學(xué)理名稱是正式發(fā)光二極體，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，透過環(huán)氧樹脂封裝，在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。LED照明產(chǎn)品就是利用LED作為光源制造出來的照明器具。L

16、ED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。近年來，世界上一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞LED的研制展開了激烈的技術(shù)競(jìng)賽[1]。</p><p>　　在業(yè)界有人稱LED光源為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的燈。由于LED體積小、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)，LED燈具抗震動(dòng)性好且小，可以提高汽車有限空間的利用率，尤其是在節(jié)能問題上，LED成為前照燈

17、新光源的不二之選。目前石油價(jià)格飛速上漲，當(dāng)我們?cè)谇罢諢羯鲜褂闷胀襞輹r(shí)，每個(gè)所需的功率為55-60瓦，而使用LED后可能只要3-5瓦，這樣就節(jié)省了許多能源和消耗。而LED燈具造型的多變不僅為前照燈的設(shè)計(jì)提供了更大的設(shè)計(jì)空間和自由度，甚至?xí)?dǎo)致汽車造型的變革，也就是可能會(huì)更具流線型、更新穎時(shí)尚?；馃岬腖ED議題成為舉世焦點(diǎn)，那么最早發(fā)明LED的人又是誰呢？很多人也許還不知道，在1962年發(fā)明LED的Nick Holonyak Jr.，他當(dāng)

18、時(shí)只是美國(guó)大廠通用電氣公司(General Electric Company，GE，又稱為奇異)的一名普通研究人員，打造出了第一顆紅光LED，而且他還認(rèn)為未來能夠發(fā)出其他波長(zhǎng)的光，意味著LED將有很多種不同的顏色光，未來白炙燈一定會(huì)被LED取代掉。</p><p><b>　　LED的工作原理</b></p><p>　　1.2.1 LED發(fā)光機(jī)理</p>

19、;<p>　　PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢(shì)壘，當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢(shì)壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會(huì)出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對(duì)P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理[2]。</p><p>　　1.2.2 LED發(fā)光效率</p><p>　　一般稱為組件的

20、外部量子效率，其為組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積。所謂組件的內(nèi)部量子效率，其實(shí)就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率，主要與組件本身的特性（如組件材料的能帶、缺陷、雜質(zhì)）、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。而組件的取出效率則指的是組件內(nèi)部產(chǎn)生的光子，在經(jīng)過組件本身的吸收、折射、反射后，實(shí)際在組件外部可測(cè)量到的光子數(shù)目。因此，關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射率差及組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。而組件的內(nèi)部量

21、子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個(gè)組件的發(fā)光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件發(fā)展集中在提高其內(nèi)部量子效率，主要方法是通過提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，進(jìn)而間接提高LED的發(fā)光效率，從而可獲得70%左右的理論內(nèi)部量子效率，但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論上的極限。在這樣的狀況下，光靠提高組件的內(nèi)部量子效率是不可能提高組件的總光量的，因此提高組件的取出效率便成為重要的研究課題。目前的方法主要是：晶粒

22、外型的改變——TIP結(jié)構(gòu)，表面粗化技術(shù)。</p><p>　　1.2.3 LED電氣特性</p><p>　　電流控制型器件，負(fù)載特性類似PN結(jié)的UI曲線，正向?qū)妷旱臉O小變化會(huì)引起正向電流的很大變化（指數(shù)級(jí)別），反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實(shí)際使用中，應(yīng)選擇 。LED正向電壓隨溫度升高而變小，具有負(fù)溫度系數(shù)。LED消耗功率 ，一部分轉(zhuǎn)化為光能，這是我們需要的。剩下的就轉(zhuǎn)化為熱能

23、，使結(jié)溫升高。</p><p>　　1.2.4 LED光學(xué)特性</p><p>　　LED提供的是半寬度很大的單色光，由于半導(dǎo)體的能隙隨溫度的上升而減小，因此它所發(fā)射的峰值波長(zhǎng)隨溫度的上升而增長(zhǎng)，即光譜紅移。 LED發(fā)光亮度L與正向電流I近似成比例：K=L/I，K為比例系數(shù)。</p><p>　　電流增大，發(fā)光亮度也近似增大。另外發(fā)光亮度也與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度

24、高時(shí)，復(fù)合效率下降，發(fā)光強(qiáng)度減小。</p><p>　　1.2.5 LED熱學(xué)特性</p><p>　　小電流下，LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED的主波長(zhǎng)就會(huì)紅移，亮度會(huì)下降，發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì)LED的可靠性、穩(wěn)定性影響更為顯著。所以散熱設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。</p><p>　　1.2.6 LED壽命</p><

25、;p>　　LED的長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)光衰引起老化，尤其對(duì)大功率LED來說，光衰問題更加嚴(yán)重。在衡量LED的壽命時(shí)，僅僅以燈的損壞來作為L(zhǎng)ED壽命的終點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該以LED的光衰減百分比來規(guī)定LED的壽命，比如35%，這樣更有意義。</p><p>　　LED照明應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　半導(dǎo)體燈作為典

26、型的綠色照明光源，孕育出誘人的市場(chǎng)前景。LED應(yīng)用市場(chǎng)的規(guī)模，2004年全球超過120億美元；2010年全球?qū)⑦_(dá)到500億美元，中國(guó)將達(dá)到600億元人民幣。據(jù)中國(guó)光學(xué)光電子協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將保持30%以上的成長(zhǎng)速度。</p><p>　　據(jù)專門對(duì)高亮度發(fā)光二極管和氮化鎵的市場(chǎng)調(diào)研公司Strategies Unlimited的主管羅伯特.斯蒂爾表示，由于移動(dòng)應(yīng)用的需求巨增（手機(jī)，掌上電腦和數(shù)碼相機(jī)）2004年全球

27、高亮度發(fā)光二極管市場(chǎng)增長(zhǎng)了37%增至37億美元。斯蒂爾表示，高亮度發(fā)光二極管在移動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用的收入為21.5億美元，占了58%的市場(chǎng)，比2003年增長(zhǎng)了7個(gè)百分點(diǎn)。不過它在標(biāo)志、信號(hào)以及汽車等領(lǐng)域會(huì)穩(wěn)健增長(zhǎng)，會(huì)占有13%的市場(chǎng)。至于產(chǎn)品細(xì)分，斯蒂爾就表示，白光發(fā)光二極管占需求的50%，而藍(lán)綠光發(fā)光二極管就占29%。以生產(chǎn)地區(qū)來分，45%的高亮度發(fā)光二極管來自臺(tái)灣，韓國(guó)和中國(guó)的制造商，而25%是由美國(guó)生產(chǎn)。 </p><

28、;p>　　另外，白光發(fā)光二極管在手持應(yīng)用的全色彩顯示背光的滲透率已經(jīng)達(dá)到75%。隨著移動(dòng)應(yīng)用趨于飽和，高亮度發(fā)光二極管的增長(zhǎng)速度在未來幾年會(huì)放緩。因此，斯蒂爾建議那些發(fā)光二極管的制造商應(yīng)該集中在其它應(yīng)用領(lǐng)域比如說汽車照明領(lǐng)域，更大的LCD背光和交通信號(hào)燈領(lǐng)域的應(yīng)用上.</p><p>　　科技部建議，在將半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)納入國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，以2008年北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)為契機(jī)，

29、推動(dòng)半導(dǎo)體燈在城市景觀照明中的應(yīng)用。國(guó)家計(jì)劃先從863計(jì)劃和攻關(guān)計(jì)劃中拿出8000元作為引導(dǎo)經(jīng)費(fèi)，安排一些急需上馬的項(xiàng)目。 </p><p>　　2003年3月，隨著大連方大集團(tuán)“大功率高亮度半導(dǎo)體芯片”等我國(guó)“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃“半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)”重大項(xiàng)目的正式立項(xiàng)，國(guó)家半導(dǎo)體照明工程已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性推進(jìn)階段。 </p><p>　　2003年6月17日，“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”協(xié)調(diào)領(lǐng)

30、導(dǎo)小組召開了第一次電視電話會(huì)議。這一會(huì)議的舉行，表明“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”正式啟動(dòng)。</p><p>　　2004年3月22日協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組又同中國(guó)照明協(xié)會(huì)中國(guó)照明電器協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦了“2004年中國(guó)（上海）國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇”。 </p><p>　　去年4月，國(guó)家科技部確定廈門、上海、大連和南昌為首批4個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地，今年4月深圳又成為第5個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地。2004年深

31、圳LED產(chǎn)值已超過50億元，有些企業(yè)的產(chǎn)值也達(dá)到10億元，分布在上中下游產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)有300多家。</p><p>　　到2004年全國(guó)已有LED各類企業(yè)約3500余家，從業(yè)人員50余萬人，LED器件產(chǎn)量400億只/年以上（LED應(yīng)用產(chǎn)品的產(chǎn)量與規(guī)模則無法統(tǒng)計(jì)），年市場(chǎng)規(guī)模大于300億人民幣。</p><p>　　國(guó)內(nèi)近年許多高校、研究所和企業(yè)在發(fā)光材料器件結(jié)構(gòu)封裝方式等方面做了大量的研

32、究開發(fā)工作，目前功率LED器件光通量已能達(dá)到25－30lm/瓦。內(nèi)地眾多后道封裝企業(yè)中，國(guó)內(nèi)較有基礎(chǔ)的有佛山光電、寧波升譜光電、廈門華聯(lián)等企業(yè)。臺(tái)灣LED封裝產(chǎn)能在迅速的膨脹已成為世界上最大的LED生產(chǎn)基地，目前主要有光寶、億光、百鴻等企業(yè)。</p><p>　　據(jù)有關(guān)資料，我國(guó)針對(duì)國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，去年正式實(shí)施了國(guó)家半導(dǎo)體照明工程，政策鼓勵(lì)企業(yè)研究開發(fā)半導(dǎo)體照明工程，盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，推動(dòng)傳統(tǒng)照明工程

33、轉(zhuǎn)型。</p><p>　　1.3.2 全球LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　目前，全球有近200家公司和300多所大學(xué)以及研究機(jī)構(gòu)從事氮化鎵基LED的材料生長(zhǎng)、器件制作工藝和相關(guān)裝備制造的研究和開發(fā)工作，居于領(lǐng)先水平的公司主要有日本的Nichia、Toyota Gosei、索尼、三洋、美國(guó)的Cree Lumileds，歐洲的Osram、菲利普、中國(guó)臺(tái)灣的芯片廠家主要有國(guó)聯(lián)、晶

34、元、光磊、廣鎵、燦元、連威等，封裝方面主要有億光電子、鼎元光電、佰鴻工業(yè)等。 這些跨國(guó)大公司多有原創(chuàng)性的專利，引領(lǐng)技術(shù)潮流，占有絕大多數(shù)的市場(chǎng)份額，其中日本的日亞公司是全世界研究和生產(chǎn)LED的"頂尖"單位，十余年來其氮化鎵基LED的研究和開發(fā)水平一直領(lǐng)先其它單位2-3年。日亞公司在生產(chǎn)白色LED的熒光粉材料方面擁有多項(xiàng)專利，在InGaN白色LED芯片供應(yīng)上一直占統(tǒng)治地位，但專利技術(shù)一直控制在內(nèi)部使用。Lu

35、mileds公司也已開發(fā)出最大發(fā)光功率達(dá)120 lm的白光LED，美國(guó)加州大學(xué)固態(tài)發(fā)光及顯示中心計(jì)劃在2007年前開發(fā)出效率為200 lm/W的白光LED。 面對(duì)半導(dǎo)體照明將要形成的巨大市場(chǎng)，世界上各半導(dǎo)體公司和照明公司紛紛投入巨資進(jìn)軍半導(dǎo)體照明市場(chǎng)，美國(guó)自2000年</p><p>　　1.3.3 國(guó)內(nèi)外LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)出的特點(diǎn)</p><p>　　全球產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)

36、壟斷局面，主要集中于日本與臺(tái)灣地區(qū)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)已形成以亞洲、美國(guó)、歐洲三大區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)的三足鼎立的產(chǎn)業(yè)分布與競(jìng)爭(zhēng)格局。全球LED產(chǎn)業(yè)主要分布在日本、臺(tái)灣兩大地區(qū)，其中日本2005年的LED產(chǎn)值達(dá)287億美元，占據(jù)全球LED產(chǎn)值近50％，臺(tái)灣(包括臺(tái)灣島內(nèi)及大陸分廠生產(chǎn))LED產(chǎn)值2005年達(dá)12億美元，約占全球LED產(chǎn)值的21％列第二。</p><p>　　國(guó)際大廠引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)占據(jù)高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)

37、日本Nichia、ToyodaGosel，美國(guó)Cree、Lumlleds、Gelcore、歐州0rsam等國(guó)際廠商代表了LED的最高水平，引領(lǐng)著半導(dǎo)體照明產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本和美國(guó)兩大區(qū)域的企業(yè)利用其在新產(chǎn)品和新技術(shù)領(lǐng)域中的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，主要從事最高附加價(jià)值產(chǎn)品的生產(chǎn)。其中日本幾乎壟斷全球高端藍(lán)、綠光LED市場(chǎng)，為全球封裝產(chǎn)量第二大、產(chǎn)值第一大的生產(chǎn)地區(qū)。</p><p>　　產(chǎn)業(yè)投資繼續(xù)加大，國(guó)際知名廠商間合作步伐

38、加快，以占據(jù)有利市場(chǎng)地位隨著市場(chǎng)的快速發(fā)展，美國(guó)、日本、歐洲各主要廠商紛紛擴(kuò)產(chǎn)加快搶占市場(chǎng)份額。日本Nicha、ToyodaGosel，美國(guó)Cree、Lumlleds等國(guó)際著名半導(dǎo)體照明廠兩均加大了投資力度。隨著LED產(chǎn)業(yè)分工與競(jìng)爭(zhēng)的加劇，國(guó)際大廠間的參股投資、代加工、代理銷售、專利交互授權(quán)、策略聯(lián)盟等合作步伐正日益加快。如日本住友電工成為美國(guó)Cree在日本的銷售總代理、Cree和0sram簽署長(zhǎng)期供貨協(xié)議，種種跡象表明國(guó)際廠商的合作步

39、伐正在加快，以策略聯(lián)盟共同占據(jù)有利市場(chǎng)地位。</p><p>　　我國(guó)已成為重要封裝基地，海內(nèi)外企業(yè)紛紛投資搶占國(guó)內(nèi)巨大市場(chǎng)自2003年實(shí)行半導(dǎo)體照明工程以來，我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)已進(jìn)八快速發(fā)展時(shí)期，我國(guó)下游封裝已實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，正在成為世界重要的中低端LED封裝基地。受國(guó)內(nèi)下游應(yīng)用產(chǎn)品巨大的制造能力及市場(chǎng)消費(fèi)的吸引，除積極介入的民營(yíng)資本外，臺(tái)灣地區(qū)、香港、韓國(guó)及日本的眾多投資者都已在我國(guó)投資，在提高我國(guó)的半導(dǎo)體照明

40、產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力同時(shí)，也加劇了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的搶奪大戰(zhàn)。行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素：(1)新興市場(chǎng)不斷形成，持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)隨著LED發(fā)光效率與性能的持續(xù)提升與改善，LED已從指示燈、手機(jī)背光、顯示屏、交通信號(hào)燈等成熟應(yīng)用領(lǐng)域，正逐步向中大尺寸LCD背光、汽車、照明等新興應(yīng)用市場(chǎng)滲透應(yīng)用。從市場(chǎng)發(fā)展情況看，中大尺寸液晶背光和汽車燈用LED正在成為增長(zhǎng)最快的應(yīng)用市場(chǎng)，預(yù)計(jì)未來幾年高亮LED的市場(chǎng)仍將以14％的速度增長(zhǎng)，2009年高亮度

41、LED市場(chǎng)將達(dá)到72億美元。(2)技術(shù)創(chuàng)新步伐明顯加快，推動(dòng)LED照明實(shí)用化進(jìn)程面對(duì)巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，世界主要公司的新技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展，半導(dǎo)體照明技術(shù)創(chuàng)新的步伐正在不斷加快。日本Nichia繼2006年6月</p><p><b>　　LED驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介</b></p><p><b>　　LED驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介</b></p><p

42、>　　LED驅(qū)動(dòng)電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅(qū)動(dòng)電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源[3]。</p><p>　　LED驅(qū)動(dòng)一般特性要求</p><p>　?。?）高可靠性：特別像LED路燈的

43、驅(qū)動(dòng)電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費(fèi)也大。</p><p>　?。?）高效率：LED是節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)電源的效率要高。對(duì)于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu)，尤為重要。因?yàn)長(zhǎng)ED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升,對(duì)延緩LED的光衰有利。 </p><p>　?。?）高功率因素：功

44、率因素是電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強(qiáng)制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個(gè)用電器功率因素低一點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)的影響不大，但晚上大家點(diǎn)燈，同類負(fù)載太集中，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對(duì)于30瓦至40瓦的LED驅(qū)動(dòng)電源，據(jù)說不久的將來，也許會(huì)對(duì)功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。 </p><p>　?。?）浪涌保護(hù)： LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。有些LED燈裝在戶外，如L

45、ED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟用和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌，有些浪涌會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。</p><p>　　（5）保護(hù)功能： 電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋，防止LED溫度過高。</p><p>　　（6）防護(hù)方面： 燈具外安裝型，電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮，外殼要耐曬。</p>

46、<p>　　（7）驅(qū)動(dòng)電源的壽命：要與LED的壽命相適配。</p><p><b>　　LED的驅(qū)動(dòng)方式</b></p><p>　　LED驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的來講就是給LED提供正常的工作條件（包括電壓，電流等條件）的一種電路，也是LED能正常工作必不可少的條件，好的驅(qū)動(dòng)電路能隨時(shí)保護(hù)LED，避免LED被損壞。LED驅(qū)動(dòng)通常分為以下三種方式：</p>

47、<p>　　鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動(dòng)：就是簡(jiǎn)單的在LED的回路中串接電阻，通過調(diào)節(jié)電阻的組織，可以改變LED的驅(qū)動(dòng)電流。</p><p>　　LED的工作電流為：</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　圖1-1 鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動(dòng)原理圖</p><p>　　所以I與鎮(zhèn)流電阻成反比；當(dāng)電源電壓U上

48、升時(shí)，R能限制I的過量增長(zhǎng)，使I不超出LED的允許范圍。此電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，成本低；缺點(diǎn)是電流穩(wěn)定度不高；電阻發(fā)熱消耗功率，導(dǎo)致用電效率低，僅適用小功率LED范圍，所以不選擇此方案。</p><p>　　恒壓驅(qū)動(dòng)：就是保持LED兩端的電壓不變，因?yàn)槊糠N顏色的LED的電壓都不一樣，所以很少用恒壓的方式來驅(qū)動(dòng)LED。</p><p>　　恒流驅(qū)動(dòng)：顧名思義就是保持LED的電流一直不變，讓LED

49、在恒定的電流條件下工作。由于大功率LED是低電壓、大電流的驅(qū)動(dòng)器件，當(dāng)LED電壓變化很少時(shí)，電流變化很大。LED發(fā)光強(qiáng)度由流過LED的電流決定，電流過強(qiáng)會(huì)引起LED的衰減，電流過弱會(huì)影響LED的發(fā)光強(qiáng)度，因此LED的驅(qū)動(dòng)需要提供恒流電源，以保證大功率LED的使用安全性。同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。如果采用恒壓方式驅(qū)動(dòng)，LED正向電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致LED電流變化。由溫度或電壓變化引起的特定變壓，導(dǎo)致正向電流的降低，正向電壓變化11%會(huì)導(dǎo)致

50、更大的正向電流變化達(dá)30%。電流的變化較大，使LED的亮度不能恒定。所以一般都會(huì)選用恒流驅(qū)動(dòng)IC。</p><p><b>　　開關(guān)電源原理</b></p><p><b>　　原理簡(jiǎn)介</b></p><p>　　開關(guān)電源是一種電壓轉(zhuǎn)換電路，主要的工作內(nèi)容是升壓和降壓，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品。因?yàn)殚_關(guān)三極管總是工作在 “

51、開” 和“關(guān)” 的狀態(tài)，所以叫開關(guān)電源。開關(guān)電源實(shí)質(zhì)就是一個(gè)振蕩電路，這種轉(zhuǎn)換電能的方式，不僅應(yīng)用在電源電路，在其它的電路應(yīng)用也很普遍，如液晶顯示器的背光電路、日光燈等。開關(guān)電源與變壓器相比具有效率高、穩(wěn)定性好、體積小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是功率相對(duì)較小，而且會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生高頻干擾,變壓器反饋式振蕩電路，能產(chǎn)生有規(guī)律的脈沖電流或電壓的電路叫振蕩電路，變壓器反饋式振蕩電路就是能滿足這種條件的電路,開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加

52、而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為其提供了廣闊的發(fā)展空間。</p><p>　　開關(guān)電源的框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 開關(guān)電源的框圖</p><p>　　開關(guān)電源一般由開關(guān)元

53、件、控制電路和濾波電路三部分組成。開關(guān)串聯(lián)在電源的輸入和負(fù)載之間，構(gòu)成串聯(lián)型的電源電路。實(shí)際的開關(guān)元件常常是功率開關(guān)晶體管或MOS場(chǎng)效應(yīng)管。</p><p>　　控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定，其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動(dòng)功率管之前要經(jīng)過一個(gè)電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。</

54、p><p>　　開關(guān)電源的工作過程相當(dāng)容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。┕β势骷系姆渤朔e就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。開關(guān)接通時(shí)，，輸入電壓通過濾波器加在負(fù)載電阻上。開關(guān)截止時(shí)，等于零。開關(guān)交替通斷，則在濾波器的輸入端產(chǎn)

55、生矩形脈沖波。此矩形脈沖再經(jīng)濾波電路濾波，即可在負(fù)載兩端產(chǎn)生平滑的直流電壓。很明顯，直流電壓的大小與一個(gè)周期中開關(guān)管截止時(shí)間成正比。越長(zhǎng)，越大。因?yàn)殚_關(guān)管截止時(shí)，從扼流圈流過的電流不能立刻降到零，故增設(shè)了一只續(xù)流二極管，為此電流提供一條返回通路。</p><p>　　與線性電源相比，PWM開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源

56、的控制器來調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓[1]。 </p><p>　　開關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過程相差很大，在特定的應(yīng)用場(chǎng)合下各有優(yōu)點(diǎn)。 </p><p><b>　　電路

57、原理</b></p><p>　　所謂開關(guān)電源，顧名思義，就是這里有一扇門，一開門電源就通過，一關(guān)門電源就停止通過，那么什么是門呢，開關(guān)電源里有的采用可控硅，有的采用開關(guān)管，這兩個(gè)元器件性能差不多，都是靠基極（開關(guān)管）、控制極（可控硅）上加上脈沖信號(hào)來完成導(dǎo)通和截止的，脈沖信號(hào)正半周到來，控制極上電壓升高，開關(guān)管或可控硅就導(dǎo)通，由220V整流、濾波后輸出的300V電壓就導(dǎo)通，通過開關(guān)變壓器傳到次級(jí)，再

58、通過變壓比將電壓升高或降低，供各個(gè)電路工作。振蕩脈沖負(fù)半周到來，電源調(diào)整管的基極、或可控硅的控制極電壓低于原來的設(shè)置電壓，電源調(diào)整管截止，300V電源被關(guān)斷，開關(guān)變壓器次級(jí)沒電壓，這時(shí)各電路所需的工作電壓，就靠次級(jí)本路整流后的濾波電容放電來維持。待到下一個(gè)脈沖的周期正半周信號(hào)到來時(shí)，重復(fù)上一個(gè)過程。這個(gè)開關(guān)變壓器就叫高頻變壓器，因?yàn)樗墓ぷ黝l率高于50Hz低頻。那么推動(dòng)開關(guān)管或可控硅的脈沖如何獲得呢，這就需要有個(gè)振蕩電路產(chǎn)生，我們知道，

59、晶體三極管有個(gè)特性，就是基極對(duì)發(fā)射極電壓是0.65~0.7V是放大狀態(tài)，0.7V以上就是飽和導(dǎo)通狀態(tài)， -0.1V~-0.3V就工作在振蕩狀態(tài)，那么其工作點(diǎn)調(diào)好后，就靠較深的負(fù)反饋來產(chǎn)生負(fù)壓</p><p>　　脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路

60、進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。 </p><p>　　PWM控制技

61、術(shù)以其控制簡(jiǎn)單,靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬P

62、WM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。 </p><p>　　盡管模擬控制看起來可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重

63、(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。 </p><p>　　通過數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。</p><p><b>　　功

64、率因數(shù)校正</b></p><p><b>　　功率因數(shù)校正技術(shù)</b></p><p>　　近年來，迅猛發(fā)展的電力電子技術(shù)使大量的直流開關(guān)電源更加廣泛的應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、電力電子系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域，老式笨重、低效率的電源被眾多輕巧、高性能的新型電源所取代。傳統(tǒng)的AC/DC電能變換器和開關(guān)電源，其輸入電路普遍采用了全橋二極管整流，輸出端接到大容量電容器濾

65、波器。雖然整流器電路簡(jiǎn)單可靠，但它們會(huì)在電網(wǎng)中吸取高峰值電流，使輸入端的交流電流波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生諧波，導(dǎo)致功率因數(shù)比較低。許多先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)明文規(guī)定單臺(tái)機(jī)器入網(wǎng)的最低功率因數(shù)限制，以提高電網(wǎng)供電質(zhì)量，節(jié)約能源。</p><p>　　2.4.2諧波的產(chǎn)生及防范措施</p><p>　　目前，在廣泛應(yīng)用的電力電子設(shè)備中，整流裝置所占的比例很大，常用的整流電源大部分采用晶閘管相控整流或二極管不控

66、整流方式。其中，電容濾波式不控整流器的輸入電流基波分量與電源電壓相位大體相同，但是輸入電流的諧波含量很高，這樣就會(huì)給電網(wǎng)帶來很大的諧波污染，使得功率因數(shù)較低。</p><p>　　解決諧波問題的主要思路有兩種，一種是被動(dòng)的方式，即在電網(wǎng)側(cè)對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行補(bǔ)償。另一種是主動(dòng)的方式，即對(duì)產(chǎn)生諧波的電力電子裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行改進(jìn)。使其產(chǎn)生較少甚至不產(chǎn)生諧波，使得輸入電流和輸入電壓同相，達(dá)到提高功率因數(shù)的目

67、的。</p><p>　　2.4.3諧波補(bǔ)償和功率因數(shù)校正概念的提出</p><p>　　在過去的幾十年中，為了補(bǔ)償由電力電子設(shè)備帶來的無功功率和諧波，已經(jīng)提出了很多方法。大體上可以分為無源補(bǔ)償和有源補(bǔ)償兩種方式。功率因數(shù)校正技術(shù)大致可分為無源和有源兩類。</p><p>　　無源PFC：對(duì)于早期的無源PFC,電網(wǎng)輸入端先串聯(lián)笨重的大電感器、大電容器。而之后產(chǎn)生的改

68、進(jìn)的無源PFC，在全波整流器之后再串接C-L-C濾波網(wǎng)絡(luò)，它可用于鎮(zhèn)流器和小功率電源中。新型的無源PFC是在全波整流器之后串接多個(gè)二極管與電容器組合的D-C網(wǎng)絡(luò)。這種功率因數(shù)校正方式又被稱為“填谷式”PFC電路，它主要是在二極管整流橋前面串接一個(gè)電感和電容組成的濾波器，可以使得整流橋中二極管的導(dǎo)通角增大，從而使得電流波形得到明顯改善。這種無源的功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。</p><p>　　無源補(bǔ)償?shù)幕驹?/p>

69、是利用電容器提供的超前無功電流補(bǔ)償電網(wǎng)的滯后無功，利用電感、電容構(gòu)成的各次諧波濾波器、陷波器，吸收電網(wǎng)基波頻率以外的諧波。有關(guān)無源濾波器的研究已趨于成熟，在實(shí)際系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　但是，無源濾波器也存在明顯的缺陷。主要表現(xiàn)為電容器對(duì)無功的補(bǔ)償是固定的，對(duì)負(fù)載變化的適應(yīng)性差。無源濾波器尤其是低次諧波器的體積重量都相當(dāng)可觀。并且容易和系統(tǒng)發(fā)生諧振，使得濾波器過載甚至燒毀。</p>

70、;<p>　　有源PFC：低頻有源PFC主要指大功能晶閘管電路。高頻有源PFC是基于Boost變換器的PFC電路。另外還有其他PFC新技術(shù)如軟開關(guān)PFC、三電平PFC、磁放大器PFC技術(shù)等。</p><p>　　高頻有源功率因數(shù)校正技術(shù)是抑制電網(wǎng)交流輸入諧波電流污染最佳的方法。它通過相應(yīng)的一個(gè)或兩個(gè)反饋控制電路。使輸入電流平均值能自動(dòng)跟隨全波整流電壓基準(zhǔn)，并維持支流輸出電壓穩(wěn)定。PFC電路使變換器的

71、輸入電流于輸入電流波形均為正弦波形，并把兩者校正為相同相位，它的作用可以看成把變換器電路當(dāng)作一個(gè)電阻器，故也稱為“電阻仿真器”。有源功率因數(shù)校正技術(shù)主要有乘法控制PFC技術(shù)和電壓跟隨控制PFC技術(shù)。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章重點(diǎn)介紹了開關(guān)電源原理，脈寬調(diào)制技術(shù)及功率因數(shù)校正，為更好的設(shè)計(jì)電路做了理論上的準(zhǔn)備。</p&

72、gt;<p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖及工作原理簡(jiǎn)介</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本電源的主要電路是由整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路、反饋電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護(hù)電路、輸出過欠壓保護(hù)電路、輸出過流保護(hù)電路

73、、輸出短路保護(hù)電路等。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。通過光耦檢測(cè)輸出電流并通過改變輸出脈沖占空比達(dá)到控制輸出電流相對(duì)恒定的目的。</p><p>　　3.2 主要元器件介紹</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)是采用恒流源驅(qū)動(dòng)，故采用目前應(yīng)用較為廣泛，廉價(jià)且性能比較穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)芯片PT4201。</p><p>　　PT4201是一

74、款工作于電流模式、可驅(qū)動(dòng)1W至30W照明或射燈的高亮度LED驅(qū)動(dòng)控制器，適用于1W至30W的各種LED照明和射燈應(yīng)用，包括E27、PAR30、PAR38等。基于PT4201的隔離式光耦反饋的高亮度LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有恒流精度高、外圍電路簡(jiǎn)單、無閃爍和EMI輻射低的顯著優(yōu)點(diǎn)。在正常工作狀態(tài)下控制器的振蕩頻率可以通過外部電阻精確設(shè)定。同時(shí)，PT4201的前側(cè)消隱電路幫助克服外部功率器件開啟瞬間的電壓毛刺，能有效避免控制器的誤動(dòng)作造成的LED燈

75、閃爍。內(nèi)部集成的電流斜率補(bǔ)償功能提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。</p><p>　　PT4201提供完善的保護(hù)功能以提高LED照明系統(tǒng)的可靠性，包括逐周期過流保護(hù)（OCP）、VDD過壓保護(hù)（OVP）以及VDD欠壓保護(hù)（UVLO）等。OUT輸出脈沖高電壓被嵌制在18V保護(hù)外部功率MOS。短路保護(hù)功能防止LED負(fù)載短路時(shí)損壞系統(tǒng)。</p><p>　　PT4201提供SOT23-6封裝。</p>

76、;<p><b>　　特點(diǎn)：</b></p><p>　　(1)低成本反激方案；</p><p>　　(2)頻率抖動(dòng)改善系統(tǒng)EMI性能；</p><p>　　(3)PWM頻率外部可調(diào)；</p><p>　　(4)電流模式操作，內(nèi)建斜率補(bǔ)償；</p><p>　　(5)低啟動(dòng)電流，低操

77、作電流；</p><p>　　(6)電流采樣前沿消隱；</p><p>　　(7)完善的保護(hù)功能。</p><p>　　封裝形式及引腳排列:</p><p>　　圖3-2 封裝形式及引腳排列圖</p><p><b>　　引腳說明：</b></p><p><b>

78、;　　表3-1 引腳說明</b></p><p><b>　　基本功能描述：</b></p><p>　　PT4201集成了多種增強(qiáng)功能，并以其極低的啟動(dòng)和工作電流、多重保護(hù)功能為小功率LED照明驅(qū)動(dòng)提供性能優(yōu)良可靠的低成本解決方案。</p><p>　　PT4201通過一個(gè)連接到高壓線上的電阻Rstart對(duì)連接在VDD腳上的電容C

79、hold充電實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。在上電之初，Chold電容上的電壓為0，PT4201處于關(guān)斷狀態(tài)，從Rstart上流下的電流對(duì)Chold進(jìn)行充電從而使VDD電壓升高，當(dāng)VDD腳電壓達(dá)到芯片啟動(dòng)電壓VDD—ON之后PT4201開始工作，工作之后流進(jìn)VDD電流增加，由輔助繞組開始對(duì)芯片進(jìn)行供電。</p><p>　　優(yōu)化設(shè)計(jì)的啟動(dòng)電路使PT4201啟動(dòng)之前VDD只消耗極低的電流，這樣可以選用比較大的啟動(dòng)電阻Rstart從而改善

80、整機(jī)效率。對(duì)于一般的通用輸入范圍的應(yīng)用，一個(gè)2兆歐，1/8W的電阻和一個(gè)10uf/50V的電容可以組成一個(gè)簡(jiǎn)單可靠的啟動(dòng)電路。</p><p>　　圖3-3 芯片供電電路圖</p><p>　　電流反饋及PWM控制:</p><p>　　PT4201采用光耦檢測(cè)輸出LED串的電流并通過改變輸出脈沖占空比達(dá)到輸出電流控制目的。如圖3-4所示，當(dāng)LED電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，

81、LED電流在采樣電阻R2上的壓降達(dá)到光耦發(fā)光管導(dǎo)通電壓，發(fā)光管導(dǎo)通使fb電壓下降，PT4201根據(jù)fb電壓的大小改變輸出脈沖占空比實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出。</p><p>　　圖3-4 電流反饋及PWM控制電路</p><p><b>　　LED開路：</b></p><p>　　LED負(fù)載開路時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流在電阻R1和R2上產(chǎn)生一個(gè)壓降使光耦

82、發(fā)光管被打開，使PT4201的FB降低。當(dāng)FB降低到一定程度時(shí)PT4201進(jìn)入突發(fā)模式，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式。因此LED燈開路是安全的。</p><p>　　LED短路及采樣電阻短路保護(hù)：</p><p>　　當(dāng)LED負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，光耦發(fā)光管兩端電壓等于輸出電壓，由于輸出功率很小因此整個(gè)系統(tǒng)工作是安全的。當(dāng)采樣電阻發(fā)生短路時(shí)，由于光耦發(fā)光管兩端電壓為零，發(fā)光管不導(dǎo)通FB電壓快速爬升到保

83、護(hù)閥值。在Rosc為100Kohm情況下，過32ms后PT4201將自動(dòng)關(guān)閉。</p><p><b>　　工作頻率設(shè)定：</b></p><p>　　PT4201的Rose引腳為設(shè)定PWM頻率提供了方便，用一個(gè)電阻接在Rose引腳和GND之間可以對(duì)PWM頻率進(jìn)行設(shè)定。PWM頻率與設(shè)定電阻之間的關(guān)系遵循以下關(guān)系：Fosc=6500/Rosc。FOSC單位KHz，Ros

84、c單位Kohm。PT4201在正常工作時(shí)會(huì)周期性地改變PWM操作頻率。周期性改變的頻率把EMI傳導(dǎo)干擾擴(kuò)展到更寬的頻譜范圍內(nèi)降低了傳導(dǎo)段EMI干擾。</p><p>　　圖3-5 工作頻率設(shè)定電路</p><p>　　電流采樣以及前沿消隱：</p><p>　　PT4201的CS引腳的功能之一是采樣外部MOSFET電流進(jìn)行電流斜率補(bǔ)償，二是提供逐周期的MOSFET過

85、流保護(hù)功能。PT4201通過采樣與功率MOSFET串聯(lián)的采樣電阻來采樣流過MOSFET的電流，流過MOSFET的電流在采樣電阻Rcs上轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，CS上電壓和FB電壓共同決定了PWM脈沖占空比。</p><p>　　在PWM每個(gè)導(dǎo)通周期當(dāng)CS引腳的電壓超過內(nèi)部門限電壓時(shí)MOSFET將立即被關(guān)掉防止過流對(duì)器件的損傷。過流門限電壓與MOSFET的電流可由以下關(guān)系確定：</p><p>&l

86、t;b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中為MOSFET電流，為過流門限電壓，為采樣電阻大小。內(nèi)部過流的門限值與PWM占空比大小有關(guān)，當(dāng)PWM占空比為0時(shí)，過流門限為0.80V。</p><p>　　由于變壓器副繞組整流電路反向恢復(fù)時(shí)間以及初級(jí)繞組寄生電容等因素影響，在每一個(gè)PWM周期開啟瞬間會(huì)在采樣電阻上產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間很短的尖峰電壓。為此PT4201會(huì)在

87、MOSFET開啟后屏蔽CS采樣輸入一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，過流保護(hù)被關(guān)閉不會(huì)關(guān)掉外部MOSFET。這樣可以避免MOSFET開啟瞬間在采樣電阻上產(chǎn)生的電壓毛刺而造成誤動(dòng)作。PT4201提供的這種功能可以省去電流采樣電路所需的RC濾波器。</p><p><b>　　VDD過壓保護(hù):</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，例如對(duì)光耦開路或者反饋開路的情況，光耦

88、輸出電流接近零致使FB端電壓上升。FB電壓上升將會(huì)使PT4201工作在過流保護(hù)狀態(tài)，因?yàn)橛卸嘤嗟碾娏魈峁┴?fù)載，如果超出了負(fù)載所需電流大小會(huì)使輸出電壓迅速爬升。由于輔助繞組的電壓與輸出電壓成一定的比例，輸出電壓升高引起輔助繞組電壓升高進(jìn)而使VDD電壓升高，當(dāng)PT4201檢測(cè)到VDD引腳電壓達(dá)到過壓保護(hù)點(diǎn)時(shí)會(huì)關(guān)閉PWM。當(dāng)OVP被觸發(fā)時(shí)由于沒有能量供給負(fù)載及輔助繞組，VDD電壓和輸出電壓下降，當(dāng)降低到OVP解除電壓時(shí)講重新開啟正常工作。這時(shí)

89、如果故障解除則正常工作，如果故障依然存在將重新進(jìn)入OVP保護(hù)狀態(tài)。</p><p>　　3.3 輸入電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖3-6 輸入電路</b></p><p>　　輸入電路的設(shè)計(jì)如圖3-6所示，AC85V—265V交流電輸入，通過L1（相當(dāng)于一個(gè)保險(xiǎn)絲，起過流保護(hù)作用，抗浪涌）后接入整流橋，對(duì)輸入的交流電進(jìn)行整流，從整流

90、橋出來的電壓大約為300V，電流1A左右。C1是一個(gè)濾波電容，電容值的選擇大約是負(fù)載功率的1—3倍即可，此處采用4.7UF的電容，如選擇太小的會(huì)導(dǎo)致紋波大。C1主要是抑制電路對(duì)電網(wǎng)的高頻干擾和電網(wǎng)對(duì)電路的高頻干擾。輸入電路通過濾波，整流，得到輸出所需的直流電流。但是這還不是完善的，還需要輔助控制電路的取樣反饋控制。</p><p>　　3.4 控制及反饋電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3

91、-7 控制及反饋電路</p><p>　　U2是光耦，當(dāng)流經(jīng)發(fā)光二極管的上的電流變大，光敏電阻感應(yīng)到之后，反饋到PT4201FB端，F(xiàn)B端電壓變小，PT4201通過6引腳輸出PWM信號(hào)來控制場(chǎng)效應(yīng)管Q1導(dǎo)通或者截止，達(dá)到調(diào)整占空比的目的，調(diào)整占空比來使能量降低，隨之降低了輸出電流。由于是從輸出端采樣電流反饋到芯片，這樣的副邊反饋，實(shí)時(shí)對(duì)電流進(jìn)行微調(diào)，提高輸出電流的精度。</p><p>　

92、　控制電路從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，通過控制芯片，改變其脈沖寬度，達(dá)到穩(wěn)定輸出。驅(qū)動(dòng)LED需要受控的直流電流。為了使LED的使用壽命長(zhǎng)些，LED電流中的波紋必須很低，因?yàn)楦卟y電流會(huì)使LED產(chǎn)生較大的阻性功耗，降低LED使用壽命。LED驅(qū)動(dòng)電路需要更高效率，因?yàn)榭傮w效率不僅取決于LED本身，也與驅(qū)動(dòng)電路有關(guān)。PWM控制電路通過調(diào)節(jié)開關(guān)電源的占空比，可使輸出電壓基本上不隨負(fù)載和輸入電壓變化而變化，實(shí)質(zhì)上是對(duì)晶體管導(dǎo)通脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)

93、和控制。開關(guān)頻率對(duì)電源的體積、重量等影響很大。開關(guān)頻率越高，變壓器磁芯就會(huì)選得更小，輸出濾波電容的體積也會(huì)減小，但開關(guān)損耗增加，效率下降。綜合考慮，設(shè)定其工作頻率為65KHz。</p><p>　　PT4201的VDD端一開始由R4降壓后供電，18V啟動(dòng)，啟動(dòng)之后就通過變壓器輔助繞組供電，電壓在9—27V之間。R1、C3和D2是一個(gè)RCD吸收回路，用來吸收Q1開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的尖峰。減小R1，可以提高吸收效果，但會(huì)導(dǎo)致

94、系統(tǒng)效率降低，故采用折中的方式。PT4201的Rosc端所接電阻R7是用來設(shè)定開關(guān)頻率的，此處把頻率設(shè)定在65KHZ。PT4201的CS端連接采樣電阻R8、R9設(shè)置電流。</p><p>　　3.5 輸出電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖3-8 輸出電路</b></p><p>　　變壓器是一個(gè)重要的部件，采用反激式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3-

95、7,3-8所示，當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)，變壓器5,6段導(dǎo)通。當(dāng)Q1開時(shí)，變壓器1,2端有電流，3,4,5,6,端截止。D1，T1，Q1是影響效率的關(guān)鍵，D1反向耐壓與T1匝數(shù)比互相牽制。電路右邊SR1100是一個(gè)肖特基二極管。當(dāng)空載時(shí)，R3是一個(gè)限流電阻，限制這條之路上的電流在10ma，D4在這里選用12V穩(wěn)壓管，起到一個(gè)整流限壓的作用，在空載時(shí)才工作，R2是一個(gè)分流電阻，R2上流過的電流為10mA，R2左端的電壓為1V。帶負(fù)載時(shí)，R6兩端的電壓

96、為1V左右，通過選擇電阻值不同調(diào)節(jié)輸出電流。</p><p><b>　　3.6 整體電路圖</b></p><p>　　圖3-9 整體電路圖</p><p>　　3.7 典型性能參數(shù)</p><p>　　圖3-10 輸入電壓和輸出電流</p><p><b>　　3.8 本章小結(jié)<

97、;/b></p><p>　　本章列出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，重點(diǎn)介紹了總體電路的設(shè)計(jì)思路及各部分電路的功能與設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了所用芯片PT4201的基本功能、工作原理及特點(diǎn)，以及該電路的典型性能參數(shù)。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文介紹了LED的發(fā)明，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀，及開關(guān)電源的工作原理，論述了LED的各種驅(qū)

98、動(dòng)方式。通過對(duì)LED本身的電壓電流特性的認(rèn)真考慮，針對(duì)恒流驅(qū)動(dòng)LED做出了一個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)由主電路、、反饋電路和PWM控制回路組成。PWM控制電路從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，通過調(diào)節(jié)開關(guān)電源的占空比，可使輸出電壓基本上不隨負(fù)載和輸入電壓變化而變化，實(shí)質(zhì)上是對(duì)晶體管導(dǎo)通脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。在LED照明驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)中，考慮各種因素，成功的完成LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)。</p><p><b>

99、;　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周志敏，紀(jì)愛華等著．LED照明技術(shù)與工程應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電力出版社.2009.2．</p><p>　　[2] 王聲學(xué)，吳廣寧，蔣偉等．LED原理及其照明應(yīng)用[J]．燈與照明，2006年04期．</p><p>　　[3] 李茂華．LED驅(qū)動(dòng)控制研究[D]．西南交通大學(xué)，2006，28-29．&l

100、t;/p><p>　　[4] 劉彬． LED 恒流驅(qū)動(dòng)電源的研究與設(shè)計(jì)[D]．北京交通大學(xué)，2009，22-23．</p><p>　　[5] 李愛珍．世界最亮LED光源山西造[N]．山西日?qǐng)?bào)，2009．</p><p>　　[6] Microchip. 14-Pin, Flash-Based 8-Bit CMOS Microcontrollers with nanoW

101、att Technology -- PIC16F684. Microchip Technology Inc.,MAY.2007</p><p>　　[7] 楊恒．LED照明驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與實(shí)例精選[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2008.1．</p><p>　　[8] 周志敏等．LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)100例．LED應(yīng)用技術(shù)系列書[M]．北京：中國(guó)電力出版社， 2008．01，67-71<

102、/p><p>　　[9] ST semiconductors. L6562D Transition-Mode PFC Controller. ST Microelectronics Group of Companys,MAR.2002</p><p>　　[10] 王英劍，常敏慧，何希才等．新型開關(guān)電源應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，1999 </p><p>

103、　　[11] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華．LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]．北京：北京人民郵電出版，2006</p><p>　　[12] 王鴻鈺．實(shí)用電源技術(shù)手冊(cè)[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002.8</p><p>　　[13] 王志?。哂泄β室驍?shù)校正和軟開關(guān)技術(shù)開關(guān)電源設(shè)計(jì)[D]．西安：西安科技大學(xué)，2009</p><p>　　[14] 長(zhǎng)谷川．開關(guān)式穩(wěn)

104、壓器的設(shè)計(jì)技術(shù)[M]．北京：北京科學(xué)出版社，1989</p><p>　　[15] French, W. Between Silences: A Voice from China[N]. Atlantic Weekly, 1987-8-15(33).</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文的完成是在導(dǎo)師的精心指導(dǎo)

105、和熱情幫助下完成的，同時(shí)感謝他的諒解與包容。在將近半年的時(shí)間里，老師在我對(duì)課題的學(xué)習(xí)和研究方面都給與了無微不至的幫助和關(guān)心。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)，敏銳的科學(xué)洞察力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，強(qiáng)烈的創(chuàng)新思想和對(duì)科研教育事業(yè)的執(zhí)著追求都給我留下難忘的印象，并將激勵(lì)我在今后的工作中勇敢地面對(duì)困難和挑戰(zhàn)。</p><p>　　求學(xué)歷程是艱苦的，但又是快樂的。在此我還想感謝所有教導(dǎo)過我的老師，是您們讓我在浩瀚的知識(shí)海洋中能找到了自己的方向

106、，是您們的諄諄教導(dǎo)讓我有了今天的知識(shí)積累，是您們讓我的大學(xué)生活充實(shí)而精彩。你們無私奉獻(xiàn)的精神很讓我感動(dòng)，再次向您們表示由衷的感謝。</p><p>　　在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，得到了很多人的關(guān)心和支持，是他們無私的愛才使我能夠在學(xué)習(xí)上不斷進(jìn)取，取得今天的成績(jī)。也要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)，在他們的幫助下我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　我還要特別感謝我的父母，他們給了我全部的東西，所

107、以父母是我生命中最重要的人。感謝他們，感謝父母給予的全部。</p><p>　　最后，我要感謝擔(dān)任我論文評(píng)審和評(píng)閱的各位老師，謝謝他們提出的寶貴意見和建議。</p><p><b>　　附錄1 實(shí)物圖</b></p><p><b>　　附錄2 系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>