高效率大功率led供電電源設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　高效率大功率LED供電電源設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子信息工程 </p

2、><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

3、　　隨著全球能源的日趨緊張，“綠色照明”的觀念逐步深入人心。LED以其高效節(jié)能、壽命長(zhǎng)、環(huán)保、無(wú)污染、安全可靠等優(yōu)勢(shì)逐步進(jìn)入照明領(lǐng)域。LED技術(shù)日新月異，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)的研究也成為了熱點(diǎn)。</p><p>　　通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)的分析與總結(jié)，熟悉了高功率LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展現(xiàn)狀及其基本原理，對(duì)各種LED驅(qū)動(dòng)電源方案進(jìn)行了研究。論文簡(jiǎn)要介紹了大功率LED的發(fā)光特性、伏安特性及其驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)分析比較常用的LED

4、電源驅(qū)動(dòng)方式，得出單級(jí)PFC更適合作為高功率LED驅(qū)動(dòng)。論文對(duì)單級(jí)PFC反激式開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行了深入地分析研究，更適合作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源。</p><p>　　本文研制了一臺(tái)輸入電壓AC90～265V、700mA恒流/54V輸出的30W LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LED驅(qū)動(dòng)電源、恒流、PFC反激控制</p><p>　　High efficie

5、ncy, high power LED power supply design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the Energy Crisis increasing," greenlight " concept gradually popular. LED with its high effi

6、ciency , long life , environmental pollution , safety and reliability advantages gradually into the general lighting field. LED technology is developin grapidly , the research on the LED Driver has become a hot spot.<

7、/p><p>　　Based on the analysis of the current domestic and international research literature summary , familiar with the high power LED drive power development present situation and its basic principle , to all

8、 kinds of LED drive power solutions are studied . Paper briefly introduces high power LED light emitting characteristics , volt-ampere characteristics and its driving mode , through analysis and comparison of the common

9、ways , draw a single-stage PFC is more suitable for high power LED driver . The</p><p>　　This paper developed a input voltage AC 90～265 V, constant current700 mA /output voltage 54 V , 30 W LED Driver Power

10、 Supply.</p><p>　　Keywords: LED drive power、Constant current、 Flyback PFC control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractIII

11、</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的來(lái)源1</p><p>　　1.2 選題的意義1</p><p>　　1.3 大功率照明LED的特性與發(fā)展2</p><p>　　1.3.1 照明器件的發(fā)展史2</p><p>　

12、　1.3.2 大功率LED照明原理及光學(xué)特性2</p><p>　　1.3.3 大功率LED照明的優(yōu)點(diǎn)4</p><p>　　1.3.4 大功率LED國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)5</p><p>　　1.4 LED驅(qū)動(dòng)電源的的分類(lèi)及特性7</p><p>　　1.4.1 按驅(qū)動(dòng)方式分可分兩大類(lèi)7</p><p>　

13、　1.4.2 按電路結(jié)構(gòu)方式分類(lèi)8</p><p>　　1.5 LED連接方式8</p><p>　　1.5.1 串聯(lián)連接方式8</p><p>　　1.5.2 并聯(lián)連接方式9</p><p>　　1.5.3混聯(lián)連接方式9</p><p>　　2 LED驅(qū)動(dòng)電路總體設(shè)計(jì)11</p><p

14、>　　2.1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.2主電路方案的確定12</p><p>　　2.2.1功率因數(shù)校正電路原理與分析12</p><p>　　2.2.2 PFC電路方案的確定13</p><p>　　3 主電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1 FAN7554芯片介紹16&l

15、t;/p><p>　　3.1.1 FAN7554主要特點(diǎn)16</p><p>　　3.1.2 FAN7554引腳功能16</p><p>　　3.1.3 FAN7554工作原理19</p><p>　　3.2 主電路各組成部分20</p><p>　　3.2.1 輸入保護(hù)與EMI濾波電路20</p>

16、<p>　　3.2.2 整流電路和APFC校正電路21</p><p>　　3.2.3 啟動(dòng)供電與輔助供電電路21</p><p>　　3.2.5 輸出整流濾波電路24</p><p>　　3.2.6 輸出電壓、電流反饋取樣電路24</p><p>　　3.2.7 柵極驅(qū)動(dòng)電路27</p><p>

17、;　　3.3 保護(hù)電路部分28</p><p>　　3.3.1 過(guò)電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.3.2 溫度保護(hù)電路的設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.4 總裝圖與工作原理29</p><p><b>　　4 結(jié)論32</b></p><p><b>　　4.

18、1 總結(jié)32</b></p><p><b>　　4.2 展望32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b></p

19、><p>　　電光源的發(fā)明改變了人們的生活方式，使人們?cè)谝归g的工作和生活也如同白天一樣自由方便[1]?？v觀人類(lèi)照明史的發(fā)展，主要經(jīng)歷了光火照明、白熾燈照明、熒光燈照明三大階段。最近興起的半導(dǎo)體固體照明被認(rèn)為是繼熒光燈照明之后，人類(lèi)照明史上又一次歷史性飛越。從本質(zhì)上講，照明史的發(fā)展就是人類(lèi)不斷在提高照明效率的過(guò)程[2]。LED照明被稱(chēng)為第四代照明技術(shù)，正以飛快的速度向前發(fā)展。LED如此受到人們的青睞，是由于它所具有的優(yōu)

20、點(diǎn)符合了現(xiàn)在人們的追求。LED具有很高的效率，超長(zhǎng)的壽命,無(wú)污染，無(wú)輻射,啟動(dòng)時(shí)間短,節(jié)能,發(fā)光體接近點(diǎn)光源等優(yōu)點(diǎn)。由于這些優(yōu)點(diǎn)，LED正不斷地應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域之中。白光LED中不舍汞等有害重金屬，可以回收利用，而且無(wú)輻射，是真正的綠色光源。</p><p><b>　　1.2選題的意義</b></p><p>　　我國(guó)人口眾多、住宅數(shù)大，照明用電量十分可觀；然而

21、我國(guó)仍有許多“無(wú)電鄉(xiāng)”、“無(wú)電縣”連日常生活照明都成困難。另外，在世界能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，各國(guó)都在加緊開(kāi)發(fā)新的綠色能源。因此，無(wú)論是從解決無(wú)電地區(qū)居民的生活照明的角度考慮，還是從保護(hù)自然環(huán)境、節(jié)約能源的角度考慮，都迫切需硬一種新的替代能源。隨著地球能源的不斷消耗和人們對(duì)綠色產(chǎn)品的追求，高效無(wú)污染的白光LED越來(lái)越受到人們的歡迎。</p><p>　　LED業(yè)者一致認(rèn)為，LED最終將面向廣大的照明市場(chǎng)

22、。然而由于現(xiàn)階段LED照明價(jià)格仍比較貴，以千流明為單位作比較，LED價(jià)格高出螢光燈10倍以上。預(yù)估2012年當(dāng)LED發(fā)光效率達(dá)130lm/W，且LED成本為每千流明為5美元時(shí)，才將是LED照明大量被采用的時(shí)侯。雖然大功率LED現(xiàn)在還不能大規(guī)模取代傳統(tǒng)的白熾燈，但它們?cè)谑覂?nèi)外裝飾、特種照明方面有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因此掌握大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于開(kāi)拓大功率LED的新應(yīng)用至關(guān)重要。</p><p>　　

23、1.3大功率照明LED的特性與發(fā)展</p><p>　　1.3.1照明器件的發(fā)展史</p><p>　　人類(lèi)的照明史，主要經(jīng)歷了光火照明、白熾燈照明、熒光燈照明三大階段。最近興起的半導(dǎo)體固體照明被認(rèn)為是繼熒光燈照明之后，人類(lèi)照明史上的又一次歷史性飛越。最初的火光照明采用燃燒化學(xué)染料的方法來(lái)獲得光源。但由于火光大部分的光譜位于可見(jiàn)光光譜范圍之外，而且燃燒產(chǎn)生90%的能量均轉(zhuǎn)化成了熱能，因此光

24、火照明的效率非常低。加上化學(xué)燃料的燃燒經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有污染的氣體，人們便開(kāi)始尋找和開(kāi)發(fā)發(fā)光效率更高的照明器件。白熾燈的發(fā)明是人類(lèi)照明史上一次重大飛越。首先，它摒棄了傳統(tǒng)的化學(xué)燃料，而采用電能作為發(fā)光驅(qū)動(dòng)能源，因此具有無(wú)污染、易輸運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)。其次，雖然發(fā)光頻譜大部分還落在可見(jiàn)光頻譜之外，但它的出射光峰值位于可見(jiàn)光譜的附近，因此發(fā)光效率比燃燒發(fā)光高。一般來(lái)說(shuō)，普通的白熾燈的發(fā)光效率為161m/w。第三種照明技術(shù)是熒光燈照明，熒光燈利用電能作

25、為驅(qū)動(dòng)能源來(lái)激發(fā)低壓汞蒸氣產(chǎn)生波長(zhǎng)約為253.7nm的窄帶紫外出射光，該紫外光照射燈管內(nèi)壁上的熒光粉，激發(fā)它產(chǎn)生占滿(mǎn)整個(gè)可見(jiàn)光譜的白光。由于熒光燈的出射光波長(zhǎng)幾乎全部集中在可見(jiàn)光譜的某一窄帶范圍內(nèi)，因此其發(fā)光效率遠(yuǎn)高于白熾燈，一般為851m/w。半導(dǎo)體固體發(fā)光器件為近幾年</p><p>　　1.3.2大功率LED照明原理及光學(xué)特性</p><p>　　1.3.2.1 LED的發(fā)光原理&l

26、t;/p><p>　　LED（light-emittingdiode）是近些年開(kāi)發(fā)的一種新的電光源材料，其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)發(fā)光二極管，由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)，因此它具有一般PN結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?、反向截止和擊穿特性。另外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。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)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)

27、載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光[1]。目前單個(gè)大功率LED已有1W、3W、5W、8W和10W等規(guī)格，已大批量應(yīng)用的有1W和3W LED，而5W、8W和10W LED的應(yīng)用相對(duì)較少[11]。</p><p>　　LED的發(fā)光機(jī)理是：當(dāng)在半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的兩端加上正偏電壓時(shí)，大量的電子空穴對(duì)注入半導(dǎo)體，當(dāng)電子和空穴在半導(dǎo)體中的某些特殊活性區(qū)域中復(fù)合時(shí)，即產(chǎn)生光子，這些光子的能量和半導(dǎo)體的

28、禁帶寬度有關(guān)。像熒光燈一樣，由于LED的出射光為位于可見(jiàn)光光譜范圍內(nèi)的窄帶光，所以看上去是有顏色的。要使它變成接近自然光的白光還需將出射的窄帶有色光轉(zhuǎn)化成占滿(mǎn)整個(gè)可見(jiàn)光光譜的白光[2]。</p><p>　　1.3.2.2 LED光源的特性</p><p>　　LED的伏安特性(又稱(chēng)V--I特性)與普通二極管大致相同，流過(guò)LED的電</p><p>　　流IF與其兩

29、端電壓VF的關(guān)系為：IF = IS (eeVF/KT-1) </p><p>　　式中Is------LED反向飽和電流；e-------電子電荷；K-------波爾茲曼常數(shù)。本節(jié)均以美國(guó)CREE公司EZ600系列LED為例[3]。圖1-1是LED的V-I特性曲線[12]。</p><p>　　400 If(mA)</p><p><b>　　350

30、</b></p><p><b>　　300</b></p><p><b>　　250</b></p><p><b>　　200</b></p><p><b>　　150</b></p><p><b>

31、　　100</b></p><p><b>　　50</b></p><p><b>　　0</b></p><p>　　0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0Vf(V)</p><p>　　圖1-1 LED伏安特性曲線

32、</p><p>　　LED是溫度敏感型器件。LED均發(fā)光強(qiáng)度與工作溫度有很大關(guān)系，一般溫度越低，發(fā)光越強(qiáng)，反之則越弱。圖1-2是LED發(fā)光強(qiáng)度隨溫度的變化曲線?？梢?jiàn)，為了獲得較高的光強(qiáng)度，應(yīng)嚴(yán)格控制LED的溫度。溫度的升高也會(huì)影響LED的頻譜分布，使其主波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向漂移，如圖1-3所示。</p><p><b>　　相100%</b></p><

33、;p><b>　　對(duì) 95%</b></p><p><b>　　光 90%</b></p><p><b>　　照 85%</b></p><p><b>　　強(qiáng) 80%</b></p><p><b>　　度 75%</b>

34、</p><p><b>　?。?）70%</b></p><p>　　25 50 75 100 125 150</p><p><b>　　溫度（℃）</b></p><p>　　圖1-2 LED光強(qiáng)隨溫度的變化</p><p>&l

35、t;b>　　3.5</b></p><p><b>　　波 3.0</b></p><p><b>　　長(zhǎng) 2.5</b></p><p><b>　　移 2.0</b></p><p><b>　　位 1.5</b></p>

36、<p><b>　　（nm）1.0</b></p><p><b>　　0.5</b></p><p><b>　　0.0</b></p><p>　　25 50 75 100 125 150</p><p><b&g

37、t;　　溫度（℃）</b></p><p>　　圖1-3 LED主波長(zhǎng)隨溫度的變化</p><p>　　1.3.3大功率LED照明的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　隨著LED效率迅速提高、成本不斷下降，大功率（≥1W）LED照明光源[16]與傳統(tǒng)的白熾燈，熒光燈照明光源相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　一、高效。傳統(tǒng)光源采用黑體輻

38、射，發(fā)射的能量中僅有約10%可以轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，要獲得某一顏色的光需要使用濾色片，會(huì)造成能量的浪費(fèi)。而LED效率高，光譜窄，單色性好，且無(wú)需過(guò)濾，直接發(fā)出有色光[12]。</p><p>　　二、節(jié)能。它具有電壓低，電流小，亮度高的特性。雖然按一般光效定義的LED的發(fā)光效率并不算高，但由于LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光區(qū)域，效率可達(dá)到80%～90%，而白熾燈的可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換效率僅為10%～20%。一個(gè)10W的LED光

39、源發(fā)出的光能與一個(gè)35W的白熾等發(fā)出的光能相當(dāng)，同樣照明效果的LED比傳統(tǒng)光源節(jié)能70％～80％。預(yù)計(jì)未來(lái)大功率LED照明的耗電量?jī)H為相同亮度白熾燈的10%～20%。</p><p>　　三、壽命長(zhǎng)。白熾燈利用燈絲發(fā)光，鎢絲受熱易燒斷，光衰較為迅速，且玻璃泡殼易損壞，一般使用壽命大約1000小時(shí)。大功率LED利用固態(tài)半導(dǎo)體芯片將電能轉(zhuǎn)化為光能，外加環(huán)氧樹(shù)脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和振動(dòng)。LED的單管壽命10萬(wàn)小

40、時(shí)以上，即使每天連續(xù)使用10個(gè)小時(shí)，也可以連續(xù)用上27年。</p><p>　　四、光色純，光線質(zhì)量好。單一顏色LED的光譜狹窄，譜線單一集中在可見(jiàn)光波段。光色多，可以選擇白色或彩色光，紅色，黃色，藍(lán)色，綠色等，并可根據(jù)需要制造出多色組合和循環(huán)變色的艷麗燈飾。</p><p>　　五、可靠、耐用。大功率照明LED以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時(shí)有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至水下也能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地

41、工作。而且它沒(méi)有傳統(tǒng)燈泡的鎢絲、玻璃殼等易損部件，維護(hù)費(fèi)低廉。LED的工作溫度范圍也很寬，在-40℃～85℃之間均能正常工作[2]。</p><p>　　六、環(huán)保。大功率照明LED的工作電壓為3-4伏左右的直流電，因而沒(méi)有電磁干擾。而且不同于日光燈點(diǎn)亮后會(huì)產(chǎn)生汞蒸氣及二氧化碳和其它溫室氣體等污染物，LED產(chǎn)生的廢物很少。同時(shí)，其熒光粉的用量也僅為普通熒光燈的十分之一，利于稀土資源的可持續(xù)利用。LED的發(fā)光材料是半

42、導(dǎo)體化合物，并不含有汞等對(duì)環(huán)境有害的元素。白色LED的光譜中不含有紫外線等輻射，被譽(yù)為“綠色光源”。</p><p>　　七、應(yīng)用靈活。體積小，便于造型，可做成點(diǎn)、線、面等各種形式。通過(guò)控制電路很容易調(diào)控亮度，實(shí)現(xiàn)多樣的動(dòng)態(tài)變化效果。</p><p>　　八、響應(yīng)快。白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，而大功率照明LED的開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，無(wú)頻閃。</p><p>　　九

43、、安全性好。LED發(fā)光穩(wěn)定，能精確控制光色，眩光小，發(fā)熱量低，并且由于其是冷光可以安全觸摸[13]。</p><p>　　1.3.4大功率LED國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)</p><p>　　從全球范圍看，隨著半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，發(fā)光LED各個(gè)方面的性能都得到了很大的提高。以紅光LED為例，表1-1是通過(guò)統(tǒng)計(jì)Φ5mm標(biāo)準(zhǔn)封裝、發(fā)紅光、視角差不多的LED的相關(guān)數(shù)據(jù)資料得到的，表中顯示了發(fā)

44、光LED的大致發(fā)展進(jìn)程，</p><p>　　表1-1 不同生產(chǎn)年份LED的發(fā)光強(qiáng)度比較</p><p>　　從表1-1可以看出，在1969-1987年間發(fā)光LED的發(fā)光強(qiáng)度還很低，但是到了1994年，十幾年的時(shí)間里，發(fā)光LED的發(fā)光強(qiáng)度提高了近1000倍。到2005年發(fā)光強(qiáng)度最大達(dá)到了8000mcd。</p><p>　　表1.2是LED另一個(gè)重要性能指標(biāo)是發(fā)光效

45、率η，用lm/W來(lái)表達(dá)。表1-2所示了1970年到2005年發(fā)光LED的制造材料和發(fā)光效率。從表中可以看出，從1970年不足0.2lm/W的發(fā)光效率到2005年大于50lm/W的發(fā)光效率，短短的30年提高了幾百倍。而且現(xiàn)在的發(fā)光效率還在不斷地提高，新型的發(fā)光材料也在不斷地研制和發(fā)展。</p><p>　　表1-2 不同生產(chǎn)年份LED的發(fā)光效率比較</p><p>　　隨著白光LED技術(shù)的不

46、斷發(fā)展，其市場(chǎng)發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)效益突出。目前，世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家都投入了很大的資金和實(shí)行了一系列相關(guān)政策支持白光LED照明技術(shù)的發(fā)展[17]。</p><p>　　美國(guó)的“國(guó)家半導(dǎo)體照明計(jì)劃”，計(jì)劃時(shí)間從2000年到2010年，整整十年時(shí)間，總投入5億美元。同時(shí)美國(guó)的能源部設(shè)置了13個(gè)國(guó)家級(jí)的重要實(shí)驗(yàn)室，并且制定了進(jìn)程表，2002年20lm/W，2007年75lm/W，2012年150lm/W。美國(guó)是世界上碳排放量最

47、多的國(guó)家，通過(guò)該計(jì)劃的實(shí)施，從2000年到2020年，二十年的時(shí)間里，可以讓美國(guó)減少大約2.58億噸碳的排放量；同時(shí)，發(fā)光LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)的照明燈可以使照明用電節(jié)約近一半，并減少133座電站的建設(shè)；而且該計(jì)劃還能為美國(guó)提供一個(gè)年產(chǎn)值超過(guò)500億美元的光源產(chǎn)業(yè)，并創(chuàng)造數(shù)以百計(jì)的工作機(jī)會(huì)。這么一個(gè)造福社會(huì)、有利于經(jīng)濟(jì)的項(xiàng)目，何樂(lè)而不為。</p><p>　　歐盟對(duì)白光LED的項(xiàng)目也很感興趣，歐盟在2000年7月就啟動(dòng)了

48、“彩虹計(jì)劃”，歐盟政府通過(guò)委托六家大公司和兩所大學(xué)實(shí)行該計(jì)劃，并且通過(guò)共同體的補(bǔ)助金來(lái)推廣該項(xiàng)目。而且很多歐洲的大公司也啟動(dòng)了商用的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，收購(gòu)或合并半導(dǎo)體企業(yè)，成立專(zhuān)門(mén)研究生產(chǎn)半導(dǎo)體照明的公司。目標(biāo)在2010年前使半導(dǎo)體的照明效率提高8倍，而價(jià)格卻能降低100倍。</p><p>　　身在亞洲的日本也不甘落后，1998年制訂了“二十一世紀(jì)照明”計(jì)劃，目前已經(jīng)完成了第一階段的任務(wù)，并且已經(jīng)超過(guò)原本發(fā)光效率達(dá)到1

49、20lm/W的目標(biāo)。日本日亞化學(xué)公司基于補(bǔ)色技術(shù)的白光LED已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)化，而且隨著技術(shù)不斷的進(jìn)步，預(yù)計(jì)到2010年，可應(yīng)用于商業(yè)設(shè)施，到2015年，可應(yīng)用范圍更廣，能用于辦公室、公寓等的日常照明[4]-[5]。韓國(guó)也在2004年到2008年投入了1億美元用于“固態(tài)照明計(jì)劃”。</p><p>　　作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家--中國(guó)，政府對(duì)白光LED的發(fā)展也十分的重視，雖然中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展半導(dǎo)體照明項(xiàng)目相差兩

50、三年的時(shí)間，但是中國(guó)對(duì)發(fā)光LED項(xiàng)目的重視程度不亞于其他任何國(guó)家。ZnSe基藍(lán)綠光激光器材料的研制得到了“863”、“攀登計(jì)劃”等多方面的項(xiàng)目支持。國(guó)家自然科學(xué)基金和其它基金對(duì)發(fā)光LED相關(guān)的研究都提供了大力的支持。同時(shí)半導(dǎo)體照明項(xiàng)目被列為國(guó)家第“十一五”重大科技項(xiàng)目[6]-[9]。</p><p>　　我國(guó)的LED產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，已經(jīng)具備了包括LED芯片生產(chǎn)、芯片封裝及相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用等一系列完整的產(chǎn)業(yè)鏈，

51、并且擁有了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。中國(guó)LED的產(chǎn)業(yè)基地主要分布在珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲和北方地區(qū)如大連，目前山東地區(qū)有關(guān)發(fā)光LED的項(xiàng)目建設(shè)也非常的迅速，形成了以青島、廊坊等主要城市為中心的產(chǎn)業(yè)布局。預(yù)計(jì)到2010年，中國(guó)整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將超過(guò)1000個(gè)億。</p><p>　　目前，我國(guó)的LED照明主要應(yīng)用在裝飾景觀照明、家居照明和汽車(chē)用燈等領(lǐng)域。2010年的上海世博會(huì)將是LED在城市景觀照明應(yīng)用當(dāng)中的一個(gè)里程碑，

52、在上海世博會(huì)上，LED照明將淋漓盡致得發(fā)揮出其優(yōu)點(diǎn)和作用。</p><p>　　雖然我國(guó)的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，也達(dá)到了一定規(guī)模，同時(shí)對(duì)高亮度的LED芯片的需求也在不斷增加，但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的LED芯片多以中低檔為主，而大量高性能的LED驅(qū)動(dòng)芯片仍然需要進(jìn)口。相對(duì)國(guó)外而言，我國(guó)政府的扶持力度還不夠，后期還需要不斷的投入和持續(xù)的政策扶持，包括LED照明燈和驅(qū)動(dòng)的研發(fā)和制造兩方面。</p><p>

53、　　1.4 LED驅(qū)動(dòng)電源的的分類(lèi)及特性</p><p>　　1.4.1按驅(qū)動(dòng)方式分可分兩大類(lèi)</p><p><b>　?。?）恒流式</b></p><p>　　1)恒流驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流時(shí)恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載阻值小，輸出電壓就低，負(fù)載阻值越大，輸出電壓也就越高。</p>&l

54、t;p>　　2）恒流電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全開(kāi)路。實(shí)際使用的LED恒流驅(qū)動(dòng)電源一般均具有恒壓、恒流功能，因此負(fù)載完全開(kāi)路對(duì)驅(qū)動(dòng)電源沒(méi)有影響。</p><p>　　3）恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED是較為理想的，但相對(duì)而言?xún)r(jià)格較高。</p><p>　　4）應(yīng)注意所使用的最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數(shù)量。</p><p><b>　?。?

55、）恒壓式</b></p><p>　　1）當(dāng)恒壓電路中的各項(xiàng)參數(shù)確定以后，輸出的電壓時(shí)固定的，而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化。</p><p>　　2）以恒壓驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED，每串需要加上合適的電阻才能使每串LED顯示亮度平均。</p><p>　　3）亮度會(huì)受整流而來(lái)的電壓影響[10]。</p><p>　　1.4.2按電

56、路結(jié)構(gòu)方式分類(lèi)</p><p>　?。?）線性變壓器降壓方式。電源體積大，質(zhì)量偏大，電源效率也很低，一般只有45%-60%，所以一般很少用，可靠性不高。</p><p>　　（2）RCC降壓方式開(kāi)關(guān)電源。穩(wěn)壓范圍比較寬，電源效率比較高，一般可以做到70%-80%，應(yīng)用也較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續(xù)，開(kāi)關(guān)頻率不容易控制，負(fù)載電壓波紋系數(shù)也比較大，異常負(fù)載適應(yīng)性差。</p&g

57、t;<p>　?。?）PWM控制方式開(kāi)關(guān)電源。主要由四部分組成，輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩(wěn)壓控制部分和開(kāi)關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。PWM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變換的情況下，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)主電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的脈沖寬度，使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定（即相應(yīng)穩(wěn)壓電源或恒流電源）。電源效率極高，一般可以做到80%-90%，輸出電壓、電流穩(wěn)定。一

58、般這種電路都有完善的保護(hù)措施，屬高可靠性電源[10]。</p><p>　　1.5 LED連接方式</p><p>　　在LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)中需要考慮選用什么樣的LED作為負(fù)載的連接方式，只有合理地匹配設(shè)計(jì)才能使LED可靠地工作。LED作為照明與驅(qū)動(dòng)電源的連接方式通常將有串聯(lián)連接方式、并聯(lián)連接方式、串并聯(lián)連接方式。</p><p>　　1.5.1串聯(lián)連接方式<

59、;/p><p>　　串聯(lián)連接方式如圖1-4所示，這種連接方式要求LED驅(qū)動(dòng)電源輸出較高的電壓。當(dāng)LED的一致性差別較大時(shí)，分配在不同LED的兩端電壓會(huì)不同，通過(guò)每顆LED的電流相同，LED的亮度一致。如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)，當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)電源輸出電壓不變，分配在剩余的LED兩端電壓將升高，驅(qū)動(dòng)電源輸出電流將增大，容易損壞余下所有LED；如采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)

60、電源輸出電流保持不變，不影響剩余LED的正常工作[17]。</p><p>　　圖1-4 串聯(lián)連接方式示意圖</p><p>　　1.5.2并聯(lián)連接方式</p><p>　　并聯(lián)方式要求LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流，負(fù)載電壓較低，分配在所有LED兩端電壓相同。并聯(lián)連接方式如圖1-5所示。當(dāng)LED的差異性較大時(shí)，通過(guò)每顆LED的電流不一致，LED的亮度及顏色就會(huì)變化，由

61、于LED是負(fù)溫度特性，導(dǎo)致亮的越亮，暗的越暗。電流超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，光衰很快。當(dāng)某一個(gè)顆LED發(fā)生短路時(shí)，如果采用穩(wěn)壓式LED驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電源輸出電流將減小而不影響剩余LED的正常工作。如果是采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)電源輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，容易損壞所有的LED，解決辦法是盡量多并聯(lián)LED，當(dāng)斷開(kāi)某一顆LED時(shí)，分配在余下LED電流變化不大，不至于影響剩余LED正常工作。所以功率型LED做并聯(lián)負(fù)載時(shí)，不宜選用恒流驅(qū)

62、動(dòng)電源；但如果并聯(lián)LED數(shù)量較多，通過(guò)短路的LED電流較大，足以將短路的LED燒成斷路[13]。</p><p>　　圖1-5并聯(lián)連接方式示意圖</p><p>　　1.5.3混聯(lián)連接方式</p><p>　　在需要使用較多LED的應(yīng)用中，如果將所有LED串聯(lián)，需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓，不安全；如果將所有LED并聯(lián)，則需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。將所有LE

63、D串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制LED的使用量，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)大增，解決辦法是采用串并混聯(lián)方式，如圖1-6所示[13]。</p><p>　　圖1-6串并混聯(lián)連接方式示意圖</p><p>　　1.6本論文主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本課題主要是設(shè)計(jì)一臺(tái)全市電范圍輸入、30WLED路燈驅(qū)動(dòng)電源，采用FAN7554芯片，外加功率MOSFET組成單級(jí)反激式PFC+DC/

64、DC變換電路。</p><p>　　本論文從高功率LED的電、光、熱特性出發(fā)，對(duì)當(dāng)前高功率LED的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行分析和總結(jié)。為了滿(mǎn)足諧波限制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源要求，在總結(jié)了PFC電路研究的現(xiàn)狀和對(duì)當(dāng)前幾類(lèi)典型的單級(jí)PFC電路進(jìn)行分析和比較的基礎(chǔ)上，本文論證了單級(jí)PFC反激式開(kāi)關(guān)電源適合作為高功率LED路燈的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和可行性；并設(shè)計(jì)了LED路燈的驅(qū)動(dòng)方案。選用單級(jí)PFCLED驅(qū)動(dòng)電源的方案，確定LED路燈驅(qū)動(dòng)方案

65、后，對(duì)電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)包括EMI濾波電路設(shè)計(jì)、功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)、變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、恒流限壓驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)等。具體內(nèi)容在第二、第三章中詳細(xì)介紹。</p><p>　　2 LED驅(qū)動(dòng)電路總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，主要由EMI濾波電路，整流電路，PFC+DC/DC轉(zhuǎn)換器，驅(qū)

66、動(dòng)控制電路，高功率LED陣列路燈等5部分組成。AC輸入電壓為全范圍交流市電輸入端，EMI濾波器用來(lái)阻擋驅(qū)動(dòng)電路工作中產(chǎn)生的電磁干擾經(jīng)電源線干擾電網(wǎng)，同時(shí)阻止電網(wǎng)的電磁干擾經(jīng)電源線進(jìn)入后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路。輸入交流市電經(jīng)過(guò)前端EMI濾波器后經(jīng)整流橋整流進(jìn)入臨界導(dǎo)通模式高功率因數(shù)反激變換器，將市電降到安全電壓以?xún)?nèi)，完成功率因數(shù)校正的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了高低壓的電氣隔離，控制環(huán)路實(shí)現(xiàn)電流的恒定和電壓的限制，從而給LED提供恒定的電流和安全的電壓。研制出適合單

67、級(jí)PFC電源的EMI濾波器，優(yōu)化PCB布板，實(shí)現(xiàn)良好的熱設(shè)計(jì)、EMC設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)；電源的EMC設(shè)計(jì)的傳導(dǎo)干擾達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。分析電源的功耗，采取改進(jìn)變壓器設(shè)計(jì)，改進(jìn)箝位電路，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了電源的同步整流，提高了電源的效率[13]。</p><p>　　圖2-1電源系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　在電路結(jié)構(gòu)上若采用單片式MOSFET與PWM控制器集成在同一芯片的單片開(kāi)關(guān)電源集成電路時(shí)，

68、外圍元器件較少，制作生產(chǎn)簡(jiǎn)便。綜合考慮電路結(jié)構(gòu)與成本因素，改30WLED燈驅(qū)動(dòng)方案我采用Fairchildsemi公司的FAN7554，外加功率MOSFET組成單級(jí)反激式PFC+DC/DC變換電路。</p><p>　　2.2主電路方案的確定</p><p>　　本論文所設(shè)計(jì)的30W大功率白光LED驅(qū)動(dòng)電源具體參數(shù)如下：</p><p>　　1．輸入電壓：市電全電壓

69、AC90-265V；</p><p>　　2．功率因數(shù)：≥0.99；</p><p>　　3．總諧波失真：﹤15%；</p><p>　　4. 電源效率：≥82%；</p><p>　　5. LED功耗：30W；</p><p>　　6. 系統(tǒng)功耗：35W；</p><p>　　7. 輸出：電壓

70、DC54V、電流700mA、恒流精度±5%；</p><p>　　8. 工作環(huán)境：環(huán)境溫度-20～50℃；相對(duì)濕度：10%～95%；</p><p>　　9. 使用壽命：≥30000小時(shí)。</p><p>　　2.2.1 功率因數(shù)校正電路原理與分析</p><p>　　傳統(tǒng)的交流/直流（AC/DC）變換器（無(wú)源）工作時(shí)，都是從220

71、V電網(wǎng)經(jīng)整流供給直流（以單相為例），如圖2-2所示，市電經(jīng)全波整流后，通過(guò)一個(gè)容量很大的電容得到直流電壓。具有電容濾波的二極管整流電路，其輸出電壓VO即為電容電壓VC，是具有幅值波動(dòng)的直流電壓，其峰-峰值取決于濾波電容及負(fù)載電阻，即由放電時(shí)間常數(shù)RC決定。為得到較小的紋波電壓，通常需要加大RC。整流器與電容濾波電路是一種非線性元件和儲(chǔ)能元件的組合；因此，雖然輸入電壓Vin是正弦的，但輸入電壓僅在高于電容電壓的瞬間對(duì)電容充電，所以輸入交流

72、電流iin波形嚴(yán)重畸變，呈脈沖狀，如圖2-2(b)(在濾波電容C=1000uF，負(fù)載電阻R=100Ω時(shí)，仿真得脈寬為4ms)所示。脈沖狀的輸入電流含有大量的諧波，導(dǎo)致大量電流諧波分量干擾供電電網(wǎng)（稱(chēng)為HarmonicEmission），造成對(duì)電網(wǎng)的諧波“污染”。因此電容濾波的整流電路會(huì)使電網(wǎng)輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，其諧波電流會(huì)危害電網(wǎng)，并使開(kāi)關(guān)電源的輸入功率因數(shù)下降，加重電網(wǎng)供電負(fù)擔(dān)等危害！根據(jù)IEC61000-3-2ClassicC的

73、諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，輸入有功功率大于25W的電源產(chǎn)品必須采用諧</p><p>　　圖2.2無(wú)源AC/DC整流電路</p><p>　　功率因數(shù)校正技術(shù)的選擇</p><p>　　功率因數(shù)校正技術(shù)(Power Factor Correction)分可為無(wú)源功率因數(shù)校正(Passive Power Factor Correction)和有源功率因數(shù)校正(Active Pow

74、er Factor Correction)兩大類(lèi)。在這里我簡(jiǎn)單介紹下有源功率因數(shù)校正技術(shù)。</p><p>　　有源功率因數(shù)校正技術(shù)：</p><p>　　有源功率因數(shù)校正電路20世紀(jì)90年代以來(lái)得到了迅速推廣。它的基本思想是，通過(guò)高頻交換技術(shù)，使設(shè)備輸入端對(duì)電網(wǎng)暈現(xiàn)出電阻特性。這樣，輸入電流的波形與輸入電壓的波形就始終能夠保持一致，只要電網(wǎng)是正弦的，輸入電流也就是正弦的，沒(méi)有諧波，沒(méi)有相

75、位差。</p><p>　　圖2-3.有源功率因數(shù)校正拓?fù)?lt;/p><p>　　鑒于有源功率因數(shù)校正技術(shù)體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)可接近l，且現(xiàn)在在大容量的通信開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中使用較普遍。本設(shè)計(jì)將采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)作為最終的選擇。</p><p>　　2.2.2 PFC電路方案的確定</p><p>　　自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)際

76、電力電子技術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界提出了許多有源單極PFC轉(zhuǎn)換器的方案，也是最具吸引力的典型單極PFC轉(zhuǎn)換器，稱(chēng)為集成PFC整流器--調(diào)節(jié)器，這是一種單極、單管PFC轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　單極PFC將PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起共用一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一套控制電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。它與兩級(jí)方案不同的是，控制電路只調(diào)節(jié)輸出電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，占空比恒定，因此，要求PFC級(jí)的電流能

77、自動(dòng)跟隨輸入電壓。雖然單極PFC變換器的輸入電流不是正弦波，PF值不如兩級(jí)方案高，但由于IEC1000-3-2只對(duì)電流諧波含量有要求，對(duì)PF值沒(méi)有嚴(yán)格的要求，單極PFC變換器的輸入電流諧波足以滿(mǎn)足IEC1000-3-2。而且采用單極結(jié)構(gòu)，電路簡(jiǎn)單，成本低，功率密度高[22]。</p><p>　　從上面30WLED燈技術(shù)參數(shù)中，我們可以知道，該驅(qū)動(dòng)電源對(duì)功率因數(shù)與總諧波失真有要求，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)整個(gè)電路結(jié)構(gòu)時(shí)必須

78、考慮該技術(shù)要求。我們知道，對(duì)于30WLED燈電源的PFC來(lái)講，我們可選擇的方案有逐流電路、單極反激式PFC電路和有源兩級(jí)的PFC電路，表2-1給出了三種PFC技術(shù)的定性比較，表2-2給出三種100WPFC技術(shù)的評(píng)價(jià)比較。</p><p>　　表2-1三種PFC技術(shù)的定性比較</p><p>　　表2-2三種100WPFC技術(shù)的評(píng)價(jià)比較</p><p>　　綜合考慮電

79、路陳本、體積、效率及可靠性的等因素，最后我還是決定選擇單級(jí)反激式功率因數(shù)校正電路。</p><p>　　適用于APFC的電路拓?fù)溆泻芏?，根?jù)電感電流是否連續(xù)，其工作模式分為連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)、斷續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)和臨界導(dǎo)電模式(CRM)。</p><p>　　在CCM工作模式下，輸入電流和輸出電壓的紋波都比較小，可以獲得很大</p><p>　　的功率轉(zhuǎn)換能量

80、。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需要雙環(huán)控制，開(kāi)關(guān)管不是零電流開(kāi)通，因此開(kāi)通時(shí)的尖峰電流會(huì)給開(kāi)關(guān)管帶來(lái)較大的損耗，二極管也存在反向恢復(fù)問(wèn)題：這種導(dǎo)電模式一般適用于大功率、大電流的產(chǎn)品中。</p><p>　　在DCM工作模式下，由于輸入峰值電流自動(dòng)跟蹤輸入電壓，只需單環(huán)控制，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不存在二極管的反向恢復(fù)問(wèn)題。但是在同等功率等級(jí)下，輸入電流的紋波比較大，因此開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗、二極管的開(kāi)通損耗、器件電流應(yīng)力都比較大，輸出電壓

81、的紋波也比較大。因此，一般適用于小功率場(chǎng)合。</p><p>　　CRM有源功率因數(shù)校正技術(shù)可以做到兩者的折衷。與CCM模式相比，CRM模式不存在二極管的反向恢復(fù)問(wèn)題，開(kāi)關(guān)管是零電流開(kāi)通，且控制相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低。與DCM模式相比，CRM工作模式輸入電流和輸出電壓的紋波都比較小，器件應(yīng)力比較小。</p><p>　　基于以上分析，本系統(tǒng)前級(jí)功率因數(shù)校正電路選用了工作于DCM模式的反激式PF

82、C轉(zhuǎn)換器。反激式PFC轉(zhuǎn)換器工作在DCM模式時(shí)固有的特點(diǎn)是：輸出電壓調(diào)節(jié)采用電壓型PWM控制時(shí)，穩(wěn)態(tài)占空比D為常數(shù)（即導(dǎo)通時(shí)間Ton為常數(shù)），輸入電流接近于正弦波。因此，控制中無(wú)需乘法器和電流控制，就可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。</p><p><b>　　3主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 FAN7554芯片介紹</p><p>　　

83、3.1.1 FAN7554主要特點(diǎn)</p><p>　　FAN7554是美國(guó)仙童半導(dǎo)體公司最新研制的一款電流型脈寬調(diào)制（PWM）控制器。與同類(lèi)產(chǎn)品相比，F(xiàn)AN7554具有工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)的顯著特點(diǎn)，適合于離線功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管、DC-DC裝換和其他開(kāi)關(guān)狀態(tài)電源。</p><p>　　FAN7554具有所有電流模式開(kāi)關(guān)電源控制IC的基本特征。FAN7554的主要特點(diǎn)：電流控制模式、

84、逐周期電流限制、外部元器件少、一個(gè)6V的欠電壓鎖定（UVLO）、待機(jī)電流100µA、節(jié)省功率電流模式：200µA、工作電流7mA、軟啟動(dòng)、開(kāi)/關(guān)控制、過(guò)載保護(hù)（OLP）、過(guò)電壓保護(hù)（OVP）、過(guò)電流保護(hù)（OCP）、過(guò)電流限制（OCL）、工作頻率超過(guò)500kHz、1A“圖騰柱”輸出電流。</p><p>　　3.1.2 FAN7554引腳功能</p><p>　　下圖3-

85、1是FAN7554的引腳排列圖，各引腳功能如下。圖3-2是FAN7554的內(nèi)部框圖。</p><p>　　1腳：FB，PWM比較器反相輸入端，還具有ON/OFF控制與過(guò)功率（OLP）偵查功能。</p><p>　　2腳：S/S，軟啟動(dòng)。</p><p>　　3腳：IS，PWM比較器同相輸入端，過(guò)電流偵測(cè)端。</p><p>　　4腳：Rt/C

86、t，振蕩頻率設(shè)置端。</p><p>　　5腳：GND，IC內(nèi)部邏輯地。</p><p>　　6腳：OUT，驅(qū)動(dòng)電壓輸出端。</p><p>　　7腳：Vcc，IC工作電源供電端。</p><p>　　8腳：Vref，輸出5V基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　圖3-1 FAN7554引腳排列</p><

87、;p>　　圖3-2 FAN7554內(nèi)部功能框圖</p><p>　　如下表3-1是FAN7554主要電氣參數(shù)。</p><p>　　表3-1 FAN7554主要電氣參數(shù)</p><p>　?。═a=25℃，Vcc=16V，Rt=10kΩ，Ct=3.3nf，除非另外說(shuō)明）</p><p>　　3.1.3 FAN7554工作原理[24]&l

88、t;/p><p><b>　　起動(dòng)電路</b></p><p>　　起動(dòng)電路有UVLO電路、低電壓保護(hù)電路和5V參考電壓Uref形成電路組成。Uref作為控制電流的基準(zhǔn)電壓。UVLO的起動(dòng)電壓為15V，開(kāi)機(jī)后最小值為9V，存在6V的滯后。起動(dòng)所需的最小工作電流典型值為100µA，這能最大限度降低起動(dòng)電阻上的電能損耗。禁帶寬度參考電路具有靈敏的溫度特性，從該電路輸

89、出的參考電壓，除了為UVLO電路和ON/OFF電路供電外，還為FAN7554電路和Rt/Ct提供工作電壓。</p><p><b>　　軟起動(dòng)電路</b></p><p>　　電路起動(dòng)時(shí)，軟起動(dòng)電容CS以1mA～10µA的電流進(jìn)行充電，在一定時(shí)間內(nèi)，PWM比較器的倒相端的電壓增加到CS電壓的1/3，然后通過(guò)對(duì)漏極峰值電流進(jìn)行限制，使上CS的電壓逐步地上升、輸

90、出電壓平滑的上升。當(dāng)CS上的電壓上升至3V以上時(shí)，二極管VDS關(guān)斷，倒相端電壓不再起作用，起控制作用的只有反饋信號(hào)了。此后，CS電壓以100µA的電流充至5V。在UVLO正常工作時(shí)，軟起動(dòng)電容CS放電，電路再次起動(dòng)時(shí)，軟起動(dòng)電路重復(fù)上述過(guò)程。</p><p><b>　　振蕩器</b></p><p>　　選擇定時(shí)元件Rt和Ct的參數(shù)，便可確定振蕩頻率。電容

91、Ct上的電壓通過(guò)電阻Rt由參考電壓充電至約2.8V，通過(guò)泄放電路放電至1.2V。在定時(shí)電容Ct放電期間，振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，門(mén)驅(qū)動(dòng)輸出變?yōu)榈碗娖?。Rt和Ct的選擇取決于定時(shí)器的頻率和占空比。FAN7554的最大占空比幾乎可以達(dá)到100%，這種占空比箝位對(duì)于回掃式變壓器來(lái)說(shuō)十分重要。</p><p><b>　　反饋環(huán)</b></p><p>　　反饋環(huán)能控制反饋電壓，

92、執(zhí)行延時(shí)關(guān)機(jī)。來(lái)自變壓器二次側(cè)的誤差電壓與來(lái)自MOS場(chǎng)效應(yīng)管的檢查電壓進(jìn)行比較，然后驅(qū)動(dòng)門(mén)電路，調(diào)節(jié)脈沖寬度，以控制輸出電壓。一般情況下，反饋電壓Uref在0～3V之間，當(dāng)該電壓值為3V時(shí)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流最大。在正常工作期間，反饋電容Cfb通過(guò)內(nèi)部電流源進(jìn)行充電，充電電流為1mA～5µA，然后又向第二側(cè)的光耦放電，以控制輸出電壓。</p><p><b>　　延時(shí)關(guān)斷電路</b

93、></p><p>　　反饋環(huán)正常工作時(shí)，反饋電壓保持在0～3V。如果輸出端超載或反饋環(huán)發(fā)生故障，延時(shí)關(guān)斷電路就會(huì)起動(dòng)。如果狀態(tài)不正常（即反饋電容放電被光耦停止），延時(shí)關(guān)斷電路則切換到充電模式。當(dāng)反饋電壓小于3V時(shí)，反饋電容進(jìn)入充電狀態(tài)，充電電流1mA～5µA。反饋電壓高于3V時(shí)，因?yàn)槎O管VD1關(guān)斷，電容以5µA的電流進(jìn)行充電。當(dāng)反饋電壓小于3V時(shí)，由于IC內(nèi)部電阻的作用，充電曲線的斜

94、率呈指數(shù)函數(shù)；當(dāng)反饋電壓大于3V時(shí)，充電曲線變?yōu)榫€性，當(dāng)反饋電壓接近6V時(shí)，延時(shí)電路與閉鎖電路同時(shí)關(guān)斷IC。關(guān)斷電路配置為自動(dòng)重起動(dòng)，因此當(dāng)UCC升至9V時(shí)，電路會(huì)重新起動(dòng)。</p><p><b>　　門(mén)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　門(mén)驅(qū)動(dòng)電路具有標(biāo)稱(chēng)輸出配置：輸出級(jí)的峰值電流為1A，平均電流為200mA。</p><p><b

95、>　　保護(hù)電路</b></p><p>　　FAN7554具有多種內(nèi)建的保護(hù)電路，這些保護(hù)電路具有自動(dòng)重起動(dòng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)UCC低于UVLO的極限電壓（9V）時(shí)復(fù)位，并在UCC高于UVLO的起動(dòng)極限電壓（15V）時(shí)重起動(dòng)。</p><p>　　3.2主電路各組成部分</p><p>　　3.2.1輸入保護(hù)與EMI濾波電路[20]</p>&

96、lt;p>　　為了抑制高頻電磁干擾特別加入共模電感L1，L1的磁心材質(zhì)為高µ值（通常為綠環(huán)）。共模電感具有很大的漏電感，因此單一電感既能用作共模電感，又能用作差模電感濾波器。因L1直接放置在輸入交流回路中，因此在繞制L1時(shí)為保證L、N線間的安全，L線可用三層絕緣線，N線可用2U漆包線繞制。</p><p>　　EMI濾波器的3個(gè)主要功能為：降低高次諧波；抑制從高頻端過(guò)來(lái)的電磁干擾；以及保護(hù)電子開(kāi)關(guān)

97、元件抗御從電網(wǎng)過(guò)來(lái)的電壓脈沖。C1、L2、C2構(gòu)成EMI濾波電路，既防止電源產(chǎn)生的干擾信號(hào)污染供電系統(tǒng)，又確保來(lái)自電網(wǎng)的干擾信號(hào)影響轉(zhuǎn)換器的正常工作；L3是差模電感，可起到補(bǔ)充C1電容量不足的困惑；C3是高頻旁路電容，在本電路中該電容的容量不宜太大，過(guò)大的電容量會(huì)影響功率因數(shù)值，如下圖3-3所示。這是參考《LED照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)》的。</p><p>　　在AC濾波器輸入側(cè)安放了熔斷絲FU是為了安全，當(dāng)電流超過(guò)一定

98、值時(shí)，熔斷絲會(huì)因電流過(guò)大而斷開(kāi)，因此可防止因短路而引起電流過(guò)大的故障。</p><p>　　圖3-3輸入保護(hù)與EMI濾波電路圖</p><p>　　3.2.2 APFC校正電路</p><p>　　APFC校正電路由整流電路、DC/DC變換和控制電路組成。整流器將電源輸入的50Hz交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電源，以供后級(jí)功率因數(shù)校正電路及單端反激電路。本次設(shè)計(jì)選用型號(hào)為1N

99、4007的直插式二極管橋臂，標(biāo)號(hào)為VD1-VD4。</p><p>　　從老師中了解到小于21次（不包含21次）諧波的將會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成“污染”?，F(xiàn)因使用大量的開(kāi)關(guān)電源引起對(duì)電網(wǎng)“污染”占總污染的70%。由此可見(jiàn)，要消除諧波對(duì)電網(wǎng)造成的污染是多么重要。L4、C4、VD5、VD6、V1組成單極反激式PFC校正電路。從下圖3-4可以看到，典型的單級(jí)PFC變換器是由Boost變換器與基本的功率變換器合成的。兩部分電路共用一

100、個(gè)開(kāi)關(guān)管V，這里選用型號(hào)為4N60T0-220，通過(guò)控制V的通斷，電路同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的整形和對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。其中VD5電路時(shí)充電電路，VD6是放電電路（同時(shí)可防止開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電流倒流）。由于控制電路只是完成輸出電壓整定的任務(wù)，因此要求變換電路本身具有自然PFC功能。而B(niǎo)oost變換器恰恰具有這種內(nèi)在功率因數(shù)校正能力。在實(shí)際的調(diào)試時(shí)要注意控制好L4的電感量，因?yàn)長(zhǎng)4的電感量、升壓電壓值與PF值關(guān)系密切。若電感量小，則升壓電壓值與PF

101、值均低，反之相反。</p><p>　　3.2.3 啟動(dòng)供電與輔助供電電路</p><p>　　R3、R4、C6組成啟動(dòng)供電電路，如圖3-5所示。FAN7554的啟動(dòng)工作電壓時(shí)15V，關(guān)閉電壓時(shí)9V，它們之間的延遲電壓是6V。最小啟動(dòng)工作電流是100µA，因此啟動(dòng)降壓電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值可設(shè)計(jì)得較大，以降低在啟動(dòng)電阻上產(chǎn)生的功耗。變壓器4～5繞組、VD8、C6、R6組成輔助供電電路。

102、因主電路采用單級(jí)反激式PFC拓?fù)?，而輸入直流電壓有較大程度的變化，防止輔助電壓隨輸入電壓變化超出IC的耐壓值，加入了VS1穩(wěn)壓二極管，確保IC的工作電壓小于18V左右。</p><p>　　圖3-4整流與APFC校正電路圖</p><p>　　圖3-5啟動(dòng)供電與輔助供電電路</p><p>　　3.2.4振蕩器 正如圖3-7所示，振蕩器頻率由元件Rt和Ct

103、的值選定。R7、C10是振蕩器的定時(shí)電阻和定時(shí)電容。電容C10通過(guò)電阻R7由5V參考電壓（8腳）給電容充電，充電電壓大約到2.8V通過(guò)內(nèi)部電流源放電電壓大約是1.2V。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)由C10的放電時(shí)間決定，當(dāng)時(shí)鐘為低電平時(shí)驅(qū)動(dòng)器有輸出脈沖。R7和C10決定振蕩器振蕩頻率和最大占空比，充電和放電時(shí)間為：</p><p>　　充電tc = 0.55R7C10</p><p>　　放電td

104、 = R7C10 ln（0.0063R7 - 2.8）/ (0.0063R7 - 3.8)</p><p>　　振蕩頻率為fosc = tc + td - 1（±10%）</p><p>　　當(dāng)R7 > 5kΩ ,fosc = 1/0.55R7C10 = 1.8 / R7C10</p><p>　　圖3-6和圖3-7是振蕩電路與時(shí)鐘波形關(guān)系，若在啟

105、動(dòng)時(shí)需要較小的占空比可使定時(shí)電阻R7的阻值大于5kΩ（占空比小時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)大RT，小CT）,反之當(dāng)需要較大的占空比時(shí)可使C10的電容值較大（占空比大時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)大CT，小RT）。</p><p><b>　　圖3-6振蕩電路</b></p><p><b>　　圖3-7時(shí)鐘波形</b></p><p>　　3.2.5輸出整流濾波電

106、路</p><p>　　下圖3-8是輸出鎮(zhèn)流濾波電路圖，VD10是輸出整流二極管，因輸出電壓較高，為54V，而輸出電流較低為0.7A，因此如要肖特基二極管做鎮(zhèn)流管很不合理。首先是耐壓?jiǎn)栴}，一般肖特基管的耐壓為150V左右；其次電流容量太小，用肖特基價(jià)格偏貴。因此本論文用UF204超快恢復(fù)二極管，電流是2A，反向耐壓是400V。C13、C14是輸出濾波電容，使用該電容要注意兩個(gè)問(wèn)題：第一，耐壓一定要高于輸出電壓值；

107、第二，耐紋波電流的能力要能滿(mǎn)足輸出電流的容量要求。對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源來(lái)講，要提高LED的使用壽命，很多人認(rèn)為只要是恒流供電就可以，卻不知恒流源中包含大量紋波電流對(duì)LED的使用壽命有很大影響。LED是電流器件，高的紋波電流會(huì)使LED產(chǎn)生較大的阻性功耗，使LED容易發(fā)熱而降低使用壽命。L5、C14組成第二級(jí)濾波電路，進(jìn)一步減小輸出電流的高頻紋波。</p><p>　　圖3-8輸出鎮(zhèn)流濾波電路</p>&l

108、t;p>　　3.2.6輸出電壓、電流反饋取樣電路</p><p>　　輸出電壓取樣反饋電路由U3、TL1、U2、R13～R23組成。在這里我選擇了型號(hào)為L(zhǎng)M358作為電流放大器U3，下面對(duì)LM358作下簡(jiǎn)單的介紹。</p><p>　　LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電

109、源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。其管腳圖如下圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9LM358引腳圖</p><p><b>　　LM358的特性：</b></p><p><b>　　內(nèi)部頻率補(bǔ)償</b></p><p&

110、gt;　　直流電壓增益高(約100dB)</p><p>　　單位增益頻帶寬(約1MHz)</p><p>　　電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3—30V)</p><p>　　雙電源(±1.5～±15V)</p><p>　　低功耗電流，適合于電池供電</p><p><b>　　低輸入偏流&l

111、t;/b></p><p>　　低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流</p><p>　　共模輸入電壓范圍寬，包括接地</p><p>　　差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍</p><p>　　輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)</p><p>　　輸出電壓取樣反饋電路工作原理為：TL1的K與R直接短路構(gòu)成精密的2.

112、5V基準(zhǔn)電壓源，通過(guò)R17送到U3的同相輸入端5腳；而R15與R16直接從輸出端取樣組成分壓電路。最高輸出端電壓是54V,因此按54V輸出電壓來(lái)設(shè)定U3反向端6腳的電壓也為2.5V，因此在恒壓模式時(shí)輸出電壓就是54V。C17、R18是放大器反向輸入端與輸出端的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)元件，調(diào)整其阻、容比例關(guān)系能調(diào)整放大的增益。穩(wěn)壓工作過(guò)程為：如輸出電壓因負(fù)載下降或者輸入電壓上升而上升，則U3的2腳電壓上升，引起流過(guò)光耦U2 LED中的電流也上升，光