照明LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文.doc

職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 論 文 題目：題目： 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 生：生： xxx 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： xxx 院院 （系）：（系）： 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 專專 業(yè)：業(yè)： xxx 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： xxx 200 年年 月月 日日 i 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì) 摘 要 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(lái)在各行業(yè)應(yīng)用得以快速發(fā)展，同時(shí)，由于近年來(lái)的開(kāi)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(kāi)關(guān)電源就成了關(guān)注熱點(diǎn)。 理論上，led 的使用壽命在 10 萬(wàn)小時(shí)以上，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)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。我們?cè)O(shè)計(jì) led 驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，有必要知 道 led 電流、電壓特性，由于 led 的生產(chǎn)廠家及 led 規(guī)格不同，電流、電壓特性均有 差異。因此對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格要求。根據(jù) led 電流、電壓變化特點(diǎn)，采用 恒流驅(qū)動(dòng)方式，是比較理想的 led 驅(qū)動(dòng)方式，它能避免 led 正向電壓的改變而引起電 流變動(dòng)，同時(shí)恒定的電流使 led 的亮度穩(wěn)定。因此眾多廠家選用恒流方式驅(qū)動(dòng) led，從 而設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源就需要一個(gè)能恒流的直流驅(qū)動(dòng)電源。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源控制集成電路 具有效率高、輸出穩(wěn)定、可靠性高，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能。完全適合用來(lái)驅(qū)動(dòng) led 的開(kāi)關(guān)電源。 本文主要通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)電源來(lái)驅(qū)動(dòng) led。通過(guò)各種電力電子組件和電力電 子電路組成一個(gè)恒流的電源，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：led 驅(qū)動(dòng)電路, 開(kāi)關(guān)電源，恒流 ii the design of led lighting drive power abstract 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 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 concerns have become hot focus. theoretically, the service life of the led 100,000 hours or more, but in actual application process, as the power supply design-driven approach and a poor choice, led easily damaged. we designed led drive power, it is necessary to know led current and voltage characteristics. since the led and led manufacturers specifications, current and voltage characteristics are different. so right drive power on the design of the strict requirements. under the led current and voltage characteristics, constant-current-driven approach is ideal led driver, it would avoid the led forward voltage changes caused changes in the current, constant current so that the led brightness stability. so many manufacturers use constant current mode led driver, thus the design of switching power supply will need a constant current of the dc power supply. traditional smps control ic with high efficiency and output stability, high reliability and can remote control, and other functions. well suited to drive the led switching power supply. this paper mainly through constant-current power supply circuit design to the led driver. through a variety of electronic components and electrical power electronic circuits composed of a constant current power supply, meet design requirements. iii key words: led drive circuit ,switching power supply，constant-current iv 目 錄 1 概 述 1 1.1 本課題研究背景及意義 .1 1.2 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況 .2 1.3 開(kāi)關(guān)電源和 led 的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .4 1.4 開(kāi)關(guān)電源和 led 的技術(shù)性能 .4 2 led 照明開(kāi)關(guān)電源電路分析7 2.1 led 照明開(kāi)關(guān)電源的組成電路 .7 2.1.1 組成電路的綜述7 2.1.2 電路功能介紹9 2.2 輸入 emi 濾波器設(shè)計(jì)10 2.2.1 emi 電源濾波器的類型.11 2.2.2 基本設(shè)計(jì).11 2.3 高頻變壓器設(shè)計(jì) 12 2.3.1 綜合分析 12 2.3.2 參數(shù)計(jì)算 13 2.4 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)16 2.4.1 電源系統(tǒng)框圖及各部分介紹.16 2.4.2 主電路結(jié)構(gòu)及其工作原理.17 2.5 輸出平滑電路設(shè)計(jì)19 2.5.1 整流二極管的選取.19 2.5.2 濾波電感設(shè)計(jì).19 2.5.3 輸出濾波電容參數(shù)計(jì)算.20 2.6 穩(wěn)壓電路20 2.6.1 原理圖和電路圖.21 2.6.2 組件選擇和參數(shù)的選定.21 3 反饋和保護(hù)電路設(shè)計(jì) 22 3.1 工作原理 22 3.2 軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 23 3.3 短路保護(hù) 23 3.4 開(kāi)關(guān)電源的接地處理要點(diǎn) 24 4 pwm 控制電路.24 4.1 組件選擇和基本原理應(yīng)用 25 4.2 接線方式 27 v 5 結(jié) 論 28 致 謝 .30 參考文獻(xiàn) .31 附 錄 32 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)1 1 概 述 1.1 本課題研究背景及意義 以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從 20 世紀(jì) 60 年代中期開(kāi)始形成。以整流 技術(shù)(ac/dc)為主的各種電源裝置，如電解、電鍍和中小容量的 ad/dc 變換器的出現(xiàn)是 這個(gè)時(shí)期的主要標(biāo)志。開(kāi)關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向， 現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。采用了控制集成電路的開(kāi)關(guān)電源更具有效率高、輸出 穩(wěn)定、可靠性高，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能，是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)近十年的 努力，我國(guó)電力半導(dǎo)體器件的研制和生產(chǎn)有了長(zhǎng)足的發(fā)展1。20 世紀(jì)九十年代以來(lái)是 我國(guó)電力電子技術(shù)和電源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的期。產(chǎn)業(yè)界也涌現(xiàn)一些技術(shù)難度較大、具有 國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，如多諧振雙環(huán)控制的通信開(kāi)關(guān)電源單芯片控制的 500w 以下 pfc 控制器，智能化高頻開(kāi)關(guān)電源.用于空調(diào)和冰箱的無(wú)位置傳感器的變頻調(diào)速器部件和數(shù) 千 kw 級(jí)的 igbt 中壓變頻器等。但與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在應(yīng)用基礎(chǔ)研究深度方面差 距為 5-10 年;在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開(kāi)發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平等綜合實(shí) 力方面差距估計(jì)為 10-15 年。前國(guó)際上流行的開(kāi)關(guān)電源向著以下幾個(gè)方面發(fā)展:(l)進(jìn) 一步提高電能變換效率，降低待機(jī)損耗；(2)避免電力公害:盡量減少網(wǎng)側(cè)電流諧波， 并使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 1； (3)提高電源裝置和系統(tǒng)的電磁兼容性(emc)； (4)降低電 噪聲；(5)小型輕量化:通過(guò)高頻化、組件小型化和先進(jìn)工藝加以實(shí)施；(6)高性能。 能源危機(jī)、溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化時(shí)刻提醒著人們，地球已經(jīng)疲憊不 堪，改變?nèi)藗兊哪茉传@取方式以及提高能源利用率已經(jīng)成為當(dāng)前世人的共識(shí)。新型高 效光源，特別是白色光源（適用于一般照明）的發(fā)展對(duì)于大幅度降低照明用電量具有 很重要的作用，因?yàn)樗梢越档碗娔芟脑鲩L(zhǎng)速度，進(jìn)而減少新增電網(wǎng)容量的費(fèi)用， 降低能源消耗以及減少向大氣中排放的溫室氣體及其它污染物。led，特別是白色光 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文2 led，因其與傳統(tǒng)光源相比所具有的理論以及現(xiàn)實(shí)的優(yōu)越性，受到廣大專業(yè)人士的青睞。 它的出現(xiàn)也為照明界開(kāi)拓出了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，并為照明節(jié)能設(shè)計(jì)提供了更多的 選擇。 要發(fā)展 led 要必須發(fā)展 led 的配套的設(shè)施，驅(qū)動(dòng)電源就是最主要的。因此驅(qū)動(dòng) led 的開(kāi)關(guān)電源亟需得到大力的發(fā)展。 1.2 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況 電源是各種電子設(shè)備必不可缺的組成部分，性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù) 指標(biāo)及能否安全可靠地工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線形電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類。 線形穩(wěn)壓電源亦稱串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)壓性能好，輸出電壓波紋很小，但它必 須使用笨重的工頻變壓器與電網(wǎng)進(jìn)行隔離，并且調(diào)整管的功率損耗較大，致使電源的 體積和重量大，效率低。開(kāi)關(guān)電源 sps 被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā) 展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開(kāi)關(guān)狀 態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可達(dá) 80%-90%，比普通性能穩(wěn)壓電源提高近一倍。 開(kāi)關(guān)電源亦稱為無(wú)工頻變壓器的電源。它是利用體積很小的高頻變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變 換及電網(wǎng)隔離的，不僅能去掉笨重的工頻變壓器，還可采用體積較小的濾波組件和散 熱器，這就為研究與開(kāi)發(fā)高效率、高密度、高可靠性、體積小、重量輕的開(kāi)關(guān)電源莫 定了基礎(chǔ)。在開(kāi)關(guān)電源中，為了實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制等功能，以及減小體積、減 輕重量，高壓功率集成電路得到廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。采用了這種集成電路來(lái)調(diào)節(jié)和 控制的開(kāi)關(guān)電源，不但外部電路簡(jiǎn)單，組件數(shù)目少，而且可以和微處理器直接接口或 通過(guò)局域網(wǎng)(lan)來(lái)實(shí)現(xiàn)編程或控制功能，是目前 75w 以下高效率、多功能開(kāi)關(guān)電源的 最佳解決方案。在晶體管 發(fā)明以后，微電子技術(shù)對(duì)電子系統(tǒng)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng) 作用，尤其是在計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理方面的成果更是有目共睹。目前，絕大部分電子系 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)3 統(tǒng)中都大量使用了集成電路來(lái)減小體積，減輕重量，提高可靠性。同樣微電子技術(shù)對(duì) 電力電子的影響也非常明顯，這一點(diǎn)可以從各種功率電子器件和功率集成電路的廣泛 應(yīng)用看出，并且這一趨勢(shì)將一直繼續(xù)下去。ic 產(chǎn) 品 在功率電子中的應(yīng)用可以簡(jiǎn)單分 為兩類。第一類為分立器件，包括晶閘管、大功率雙極型晶體管、dmos 和現(xiàn)在更常用 的 ldmos； igbt； mct 等。這些器件具有功率容量大、能量損耗低、開(kāi)關(guān)速度快等特 點(diǎn)，適用于電力電子裝置，得到了大量應(yīng)用。關(guān)于性能更優(yōu)的分立器件一直是研究的 對(duì)象，也將進(jìn)一步提高整機(jī)系統(tǒng)的性能。但這種器件需要采用與集成電路不同的縱向 工藝和較厚的外延層來(lái)達(dá)到耐壓要求，另一類得到廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品是功率集成電路 (power)。 由于發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新的應(yīng)用，呈現(xiàn)了朝陽(yáng)工業(yè)的欣 欣向榮的景象，相信在下世紀(jì)的頭十年中，led 產(chǎn)業(yè)會(huì)得到持續(xù)發(fā)展。發(fā)光二極管的應(yīng) 用十分普遍，由于工作電壓低、耗電省、色彩豐富、價(jià)格低，因而受到電氣工程師和 科研人員的歡迎，早期傳統(tǒng)的產(chǎn)品發(fā)光效率低，光強(qiáng)一般幾個(gè)到幾十個(gè)光照度，適宜 使用在室內(nèi)場(chǎng)合，在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用，由于應(yīng)用 技術(shù)日趨發(fā)展，傳統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)新的應(yīng)用商機(jī)，正在流行的 led 圣誕燈，由于造型新穎， 有鴨嘴型圣誕燈、多彩球型燈、珠廉窗燈，而且色彩豐富，不易碎破，低壓使用的安 全性，近期在香港等東南亞地區(qū)銷勢(shì)強(qiáng)勁，受到人們普遍的歡迎，正在威脅和替代現(xiàn) 有電泡的圣誕市場(chǎng)；一種受到兒童歡迎的閃光鞋，利用走睡時(shí) led 閃鑠發(fā)光，非常醒 目，既有單色光，也有雙色光，據(jù)浙江一家鞋業(yè)公司總經(jīng)理介紹，僅溫州地區(qū)一年要 用去 500kk 的發(fā)光二極管；具有健康保健作用的牙刷，在發(fā)達(dá)國(guó)家使用普遍，利用發(fā) 光二極管作為牙刷的電量指示十分方便，每把牙刷都帶一個(gè) led 燈，led 經(jīng)電容降壓后， 可以使用 220v、280v 電源，市場(chǎng)還有擴(kuò)張的潛力，由于主動(dòng)發(fā)光指示清晰，壽命長(zhǎng)， 耗電少等特點(diǎn)，很受用戶歡迎，不久可以全部替代電泡型 ad11 產(chǎn)品，總之傳統(tǒng)發(fā)光二 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文4 極管的市場(chǎng)不僅會(huì)隨著原有應(yīng)用面產(chǎn)品的成長(zhǎng)而提升，而且新的應(yīng)用面開(kāi)拓了市場(chǎng)商 機(jī)。從而引發(fā)出驅(qū)動(dòng) led 的開(kāi)關(guān)電源的巨大的潛力。 1.3 開(kāi)關(guān)電源和 led 的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 開(kāi)關(guān)電源已有幾十年的發(fā)展歷史。早期產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)頻率很低.成本昂貴，僅用于衛(wèi) 星電源等少數(shù)領(lǐng)域。20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)的晶閘管(舊稱可控硅)相位控制式開(kāi)關(guān)電源， 70 年代由分離組件制成的各種開(kāi)關(guān)電源，均因效率不夠高、開(kāi)關(guān)頻率底、電路復(fù)雜、 調(diào)試?yán)щy而難于推廣，使之應(yīng)用受到限制。70 年代后期以來(lái)，隨著集成電路設(shè)計(jì)與制 造技術(shù)的進(jìn)步，各種開(kāi)關(guān)電源專用芯片大量問(wèn)世，這種新型節(jié)能電源才重獲發(fā)展。目 前，開(kāi)關(guān)頻率已從 20khz 左右提高到幾百、千赫茲甚至兆赫茲。與此同時(shí)，供開(kāi)關(guān)電 源使用的元器件也獲得長(zhǎng)足發(fā)展。mos 功率開(kāi)關(guān)管(mosesfe t)、肖特基二極管(sbd)、 超快恢復(fù)二極管(srd) 。pwm 調(diào)制開(kāi)關(guān)電源的研究瞬態(tài)電壓抑制器(tvs)、壓敏電阻器 (tl431)、電磁干擾濾波器(emi filter),高導(dǎo)磁率磁性材料、由非晶合金制成的磁珠 (magneticbead )等一大批新器件、新材料正被廣泛采用。所有這些，都為開(kāi)關(guān)電源推 廣與普及提供了必要條件。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速的持續(xù)增長(zhǎng)，人民生活的不斷改善，新住宅的建設(shè)和人均 使用面積的大幅度提高，照明燈具增加了裝飾功能，這大大提高了照明用電的需求和 照明節(jié)電的空間?？萍疾烤o急啟動(dòng)的半導(dǎo)體照明工程，動(dòng)作快，效率高，為我國(guó)固態(tài) 照明的發(fā)展?fàn)幍昧藭r(shí)間。制定我國(guó)固態(tài)照明戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，已是刻不容緩的任務(wù)。led 以其巨大的節(jié)能潛力以及良好的照明性能為我們打開(kāi)了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域。在我們 的照明設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們應(yīng)該以一種理性的態(tài)度去看待 led 的應(yīng)用，應(yīng)該在真正了解 led 性能前提下，根據(jù)環(huán)境的條件，合理地選擇使用 led，才能真正創(chuàng)造出一個(gè)節(jié)能而 優(yōu)質(zhì)的照明光環(huán)境。 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)5 1.4 開(kāi)關(guān)電源和 led 的技術(shù)性能 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向是高可靠、高穩(wěn)定、低噪聲、抗干擾和實(shí)現(xiàn)模塊化。 小型、薄型、輕運(yùn)化。由于電源輕、小、薄的關(guān)鍵是高頻化，因此國(guó)外目前都在致力 于同步開(kāi)發(fā)新型高智能元器件，特別是改善二次整流管的損耗、變壓器電容器小型化， 并同時(shí)采用 smt 技術(shù)在電路板兩面布置組件以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄。 高效率：為了使開(kāi)關(guān)電源較、小、薄，高頻化（開(kāi)關(guān)頻率達(dá)兆赫級(jí)）是必然發(fā)展 趨勢(shì)。而高頻化又必然使傳統(tǒng)的 pwm 開(kāi)關(guān)（屬硬開(kāi)關(guān)）功耗加大，效率降低，噪聲也 提高了，達(dá)不到高頻、高效的預(yù)期效益，因此實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、本電流關(guān)斷的軟開(kāi)關(guān) 技術(shù)將成為開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品未來(lái)的主流。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可使效率達(dá)到 8588%。據(jù)悉， 美國(guó) wicor 開(kāi)關(guān)電源公司設(shè)計(jì)制造了多種 ecz 較開(kāi)關(guān) dcdc 變換器，其最大輸出功率 有 800w、600w、300w 等，相應(yīng)的功率密度為 6.2、10、17wcm3，效率為 8090%； 日本 nemiclambda 公司剛推出一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊 rm 系列（日本 人稱這種技術(shù)為“部分諧振” ） ，開(kāi)關(guān)頻率為 200300khz，功率密度為 27w/cm3，用同 步整流器（即用 mosfer 代替肖特基二級(jí)管）使整個(gè)電路效率提高到 90%。 高可靠：開(kāi)關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍，因此降低了可靠性。 從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。追 求壽命的延長(zhǎng)要從設(shè)計(jì)方面著眼，而不是從使用方面著想。美國(guó)一公司通過(guò)降低給溫、 減少器件的電應(yīng)力、降低運(yùn)行電流等措施使其 dc/dc 開(kāi)關(guān)電源系列產(chǎn)品的可靠性大大 提高，產(chǎn)品的 mtbf 高達(dá) 100 萬(wàn)小時(shí)以上。 模塊化：無(wú)論是 ac/dc 或是 dc/dc 或是變換器都是朝模塊化方向發(fā)展6。其特點(diǎn) 是：可以用模塊電源組成分布式電源系統(tǒng)；可以設(shè)計(jì)成 n1 冗余電源系統(tǒng)，從而提高 可行性；可以做成插入式，實(shí)現(xiàn)熱更換，從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)能高速更換模塊插 件；多臺(tái)模并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)。此外，還可以在電源系統(tǒng)建成后，根據(jù)發(fā)展 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文6 需要不斷擴(kuò)充容量。 低噪聲：開(kāi)關(guān)電源的又一缺點(diǎn)是噪聲大，單純追求高頻化，噪聲也隨之增大，采 用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以高頻化，又可以低噪聲。但諧振轉(zhuǎn)換技術(shù) 也有其難點(diǎn)，如很難準(zhǔn)確地控制開(kāi)關(guān)頻率、諧振時(shí)增大了器件負(fù)荷、場(chǎng)效應(yīng)管的寄生 電容易引起短路損耗、組件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)管等問(wèn)題難以解決。日本把變壓器設(shè)計(jì)成 初次級(jí)分離阻燃密封，自身具備對(duì)體噪聲功能的共模無(wú)噪聲隔離變壓器，既節(jié)省了噪 聲濾波器，又減少了噪聲。 抗電磁干擾（emi）：當(dāng)開(kāi)關(guān)電源在高頻下開(kāi)關(guān)時(shí)，其噪聲通過(guò)電源線產(chǎn)生對(duì)其它 電子設(shè)備的干擾，世界各國(guó)已有抗 emi 的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的 fcc、德國(guó)的 vde 等， 研究開(kāi)發(fā)抗 emi 的開(kāi)關(guān)電源日益顯得重要。 產(chǎn)品更新加快：目前的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品要求輸入電壓通用（適用世界各國(guó)電網(wǎng)電壓 規(guī)模） 、輸出電壓范圍擴(kuò)大（如計(jì)算機(jī)和工作站需要增加 3.3v 這一檔電壓、程控需要 增加 dc150v 這一電壓） 、輸人端功率因數(shù)進(jìn)一步提高（最有效的方法是加一級(jí)“有源 功率因數(shù)校正器 apfc） ，并具有安全、過(guò)壓保護(hù)等功能。 作為一種冷光源，led 具有很多傳統(tǒng)光源所不能比擬的優(yōu)勢(shì)。 led 的特點(diǎn)： （1）不需要充氣，不需要玻璃外殼，抗沖擊性好，抗震性好，不易破碎，便于運(yùn) 輸。 （2）燈源單元較小，使得布燈更為靈活，而且能夠更好地實(shí)現(xiàn)夜景照明中“只見(jiàn) 燈光不見(jiàn)光源”的效果。 （3）能夠較好地控制發(fā)光光譜組成，從而能夠很好地用于博物館以及展覽館中的 局部或重點(diǎn)照明。 （4）理論上具有與傳統(tǒng)光源相比更高的發(fā)光效率，理論上 led 的發(fā)光效率大于 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)7 200lm/w，從而具有相當(dāng)巨大的節(jié)能潛力。 （5）壽命更長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室壽命可達(dá) 100000h，且光源可以頻繁地亮滅，而不會(huì)影響 其壽命，并且啟動(dòng)速度非常快。 （6）可以通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光層半導(dǎo)體材料的禁止帶幅的大小，從而發(fā)出各種顏 色的光線，且彩度更高。 （7）光源中不添加汞，有利于保護(hù)環(huán)境。 （8）led 發(fā)光具有很強(qiáng)的方向性。 （9）使用低壓直流電，具有負(fù)載小、干擾弱的優(yōu)點(diǎn)。 （10）led 屬于低電壓，高電流驅(qū)動(dòng)。所以很小的電壓變化就能引起電流的強(qiáng)烈的 變化，影響二極管的發(fā)光均衡，嚴(yán)重的會(huì)燒壞 led。由此產(chǎn)生 led 的均、流均壓的問(wèn)題。 可以選擇 led 的串接和并接，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)如何達(dá)到輸出恒流穩(wěn)壓的問(wèn)題。 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展很久，各方面技術(shù)都比較全面。但是在驅(qū)動(dòng) led 方面，各種技術(shù)還 不是很完善，尤其在驅(qū)動(dòng)高功率方面和電路電流的穩(wěn)壓恒流方面還有待完善。led 的發(fā) 展和開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展是緊密聯(lián)系在一起的一個(gè)整體，驅(qū)動(dòng) led 就必須有一個(gè)穩(wěn)定的恒 流電源。本文就對(duì)驅(qū)動(dòng) led 的電源做出一點(diǎn)想法，尤其是在恒流的問(wèn)題上。 2 led 照明開(kāi)關(guān)電源電路分析 2.1 led 照明開(kāi)關(guān)電源的組成電路 目前市場(chǎng)上用于照明的 led 光源電路普遍采用簡(jiǎn)單的電阻限流方式,而電源的供電 電壓一般變化范圍較大。上述研究表明， led 的特性接近穩(wěn)壓二極管工作電壓變化 0.11 v ，工作電流可能變化 20 ma 左右，容易造成 led 的損壞，降低產(chǎn)品的可靠性。 所以電路設(shè)計(jì)時(shí)最好采用具備自動(dòng)恒流特性的驅(qū)動(dòng)電路，另外降低電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程 度也是提高 led 光源可靠性的有效途徑之一。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文8 2.1.1 組成電路的綜述 開(kāi)關(guān)電源將頻率為 50hz、200v 的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾百 毫安以下的直流電壓。單相交流電經(jīng)過(guò)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，輸出恒定的直流電流，用于驅(qū)動(dòng) led 燈源陣列，總體電路框圖如 圖 2.1 所示。 emi 濾波 整流濾 波電路 高頻變 壓器 穩(wěn)壓電 路 pwm 控制電 路 過(guò)壓、欠壓、 過(guò)熱保護(hù)電路 取樣 軟啟動(dòng) 電路 過(guò)流保護(hù) 輸出 恒 流 le d 燈 源陣 列 圖 2.1 結(jié)構(gòu)框圖 一種 led 常規(guī)驅(qū)動(dòng)電路如圖 2.2 所示（見(jiàn)附錄） 。 該電路由降壓(220v/12v)式電源變壓器、橋式整流器和濾波電容(c1)組成，r1 為 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)9 led 電流設(shè)置電阻。驅(qū)動(dòng)電路雖然電路簡(jiǎn)單，成本較低，但電流調(diào)節(jié)性能很差，并且在 ac 線路電壓瞬態(tài)升高時(shí)，很容易使 led 損壞。所以必須加上各種濾波電路和恒壓，反 饋等控制電路。使電流恒定的輸出，保證 led 的使用安全和發(fā)光的穩(wěn)定和均衡。下面 就對(duì)這些方面的內(nèi)容做出分析。 2.1.2 電路功能介紹 （1）主電路 從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括： 1、輸入濾波器：其作用是將電網(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)。 2、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。 3、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)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。 4、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。 主電路通過(guò)濾波，整流，交變整流等得到輸出所需要的直流電流。但是這個(gè)還是 不完善的，還需要輔助控制電路的取樣反饋控制。 （2）控制電路 一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率 或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提 供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。 驅(qū)動(dòng) led 需要受控的 dc(直流)電流。為了使 led 的使用壽命長(zhǎng)些，led 電流中的 紋波必須很低，因?yàn)楦呒y波電流會(huì)使 led 產(chǎn)生較大的阻性功耗，降低 led 使用壽命。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文10 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)。 而工作于電流控制模式的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器是滿足 led 應(yīng)用的高功率及高效率要求的理想驅(qū) 動(dòng)方案。 控制電路有效通過(guò)輸出端取樣的電流電壓值，反饋給主電路，起到反饋調(diào)制作用， 主電路通過(guò)反饋的信息在調(diào)整電路的整流輸出，使輸出的電流盡可能的達(dá)到穩(wěn)定。使 led 發(fā)光均衡穩(wěn)定，得到理想的結(jié)果。 （3）檢測(cè)電路 除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料。 （4）輔助電源 提供所有單一電路的不同要求電源。 第二節(jié) 開(kāi)關(guān)控制穩(wěn)壓原理 開(kāi)關(guān) k 以一定的 時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān) k 接通時(shí)，輸入電源 e 通過(guò)開(kāi)關(guān) k 和濾波電路提 供給負(fù)載 rl，在整個(gè)開(kāi)關(guān)接通期間，電源 e 向負(fù)載提供能量；當(dāng)開(kāi)關(guān) k 斷開(kāi)時(shí)，輸入 電源 e 便中斷了能量的提供。可見(jiàn)，輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的，為使負(fù)載能 得到連續(xù)的能量提供，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置，在開(kāi)關(guān)接通時(shí)將一部份 能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，向負(fù)載釋放。由電感 l、電容 c2 和二極管 d 組成的電 路，就具有這種功能。電感 l 用以儲(chǔ)存能量，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)存在電感 l 中的能量 通過(guò)二極管 d 釋放給負(fù)載，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管 d 使負(fù)載電流連 續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。在 ab 間的電壓平均值 eab 可用下式表示： eab=ton/t*e 式中 ton 為開(kāi)關(guān)每次接通的時(shí)間，t 為開(kāi)關(guān)通斷的工作周期（即開(kāi)關(guān)接通 時(shí)間 ton 和關(guān)斷時(shí)間 toff 之和） 。 由式可知，改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例， ab 間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調(diào)整 ton 和 t 的比例便能使輸出電壓 v0 維持不變。改變接通時(shí)間 ton 和工作周期比例亦即改變 脈沖的占空比，這種方法稱為“時(shí)間比率控制” （time ratio control,縮寫為 trc） 。 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)11 2.2 輸入 emi 濾波器設(shè)計(jì) 2.2.1 emi 電源濾波器的類型 emi 電源濾波器是一種由電感、電容組成的低通濾波器，它允許直流或工頻(50 hz400 hz)信號(hào)通過(guò)，對(duì)頻率較高的其它信號(hào)有較大的衰減作用。根據(jù)抑制干擾的程 度，emi 電源濾波器通常分為一般性能和高性能兩種電源濾波器。圖 2.3、圖 2.4 給出 單環(huán)和雙環(huán)電源濾波器的典型電路，前者為一般性能電路，后者為高性能電路（電路 圖見(jiàn)附錄） 。 2.2.2 基本設(shè)計(jì) （1）電路結(jié)構(gòu)選取原則 在實(shí)際應(yīng)用中，emi 電源濾波器兩端阻抗通常都是處于失配狀態(tài)。當(dāng)處于失配狀 態(tài)時(shí)，emi 信號(hào)會(huì)在它的輸入和輸出端口產(chǎn)生反射。失配越大，反射越大。我們可以 利用這個(gè)反射原則，根據(jù) emi 電源濾波器將要連接的具體源和負(fù)載阻抗情況，設(shè)計(jì)其 電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)來(lái)獲得滿意的抑制效果。在進(jìn)行濾波器電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下列 原則：當(dāng)源阻抗是高阻時(shí)，濾波器的輸入阻抗應(yīng)為低阻，反之亦然。當(dāng)負(fù)載阻抗是高 阻時(shí)，濾波器的輸出阻抗應(yīng)為低阻，反之亦然。對(duì)于 emi 信號(hào)，電感是高阻，電容是 低阻，所以電路可以按照表 2.1 方式來(lái)組合。 表 2.1 emi 電源濾波器的端接方式 源阻抗 n負(fù)載阻抗 g 低低 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文12 低高 高低 高高 （2）開(kāi)關(guān)電源的干擾信號(hào)特點(diǎn) 開(kāi)關(guān)電源的干擾信號(hào)按傳導(dǎo)模式可分為共模干擾信號(hào)和差模干擾信號(hào)。根據(jù)其特 點(diǎn)可粗略地劃為三個(gè)頻段：0.150.5 mhz 差模干擾為主；0.55 mhz 差、共模干擾 共存；530 mhz 共模干擾為主。在設(shè)計(jì)時(shí)如果哪個(gè)頻段不達(dá)標(biāo)，可針對(duì)該頻段加強(qiáng)濾 波效果。例如在 0.150.5 mhz 頻段不達(dá)標(biāo)，可以加強(qiáng)差模干擾信號(hào)的抑制，增大電 容 cx 的值或添加差模扼流圈；如在 530 mhz 頻段不達(dá)標(biāo)，可以加強(qiáng)共模干擾信號(hào)的 抑制，增大電容 cy 的值或增加共模濾波的級(jí)數(shù)。在抑制干擾信號(hào)時(shí)，重點(diǎn)還是放在共 模干擾信號(hào)的抑制上。 2.3 高頻變壓器設(shè)計(jì) 2.3.1 綜合分析 高頻變壓器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，將電能從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路的電 磁裝置，是開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵部件之一。它只用于交流回路。在交流回路中起到電器隔 離、儲(chǔ)能、變壓、變流、變阻等作用。開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器的設(shè)計(jì)要求是依據(jù)電源整 機(jī)技術(shù)規(guī)定決定的，出入、輸出濾波電路的設(shè)計(jì)要涉及到高頻變壓器的許多參數(shù)，而 且高頻變壓器設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整體電路的質(zhì)量，其對(duì)減小電源噪聲和整機(jī)工作 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)13 的穩(wěn)定性有很大的影響。直接影響著 led 的發(fā)光穩(wěn)定性。故首先應(yīng)對(duì)高頻變壓器進(jìn)行 設(shè)計(jì)。 2.3.2 參數(shù)計(jì)算 1)設(shè)定開(kāi)關(guān)頻率 開(kāi)關(guān)頻率對(duì)電源的體積、重量等影響很大。開(kāi)關(guān)頻率越高，變壓器磁芯就會(huì)選得更小， 輸出濾波電感和電容體積也會(huì)減小，但開(kāi)關(guān)損耗增加，效率下降，散熱器體積加大。 綜合考慮兩方面，設(shè)定其工作頻率為 fs=50khz。 2)選磁芯 磁芯選用 r2kb 軟磁鐵氧體材料，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 b。=4700 gs，考慮到高溫時(shí) b。會(huì)下降，同時(shí)為防止合閘瞬間變壓器飽和，設(shè)定最大工作磁密 b =/3=1500 gs。 0 b 對(duì)半橋變換器，當(dāng)脈沖波形近似為方波時(shí)，可按式(2.1)來(lái)確定磁芯的大小。 ucms o wep kjkbf p aaa 2 106 （2.1） 式中：為磁芯的面積乘積；為磁芯的截面積。 ；為磁芯的窗口面積。p。為輸 p a e aaw 出功率；為變壓器效率，一般可取 80%；fs 為變換器工作頻率；b 為磁芯最大工作磁 密；j 為導(dǎo)線的電流密度，一般取 23 aram。 ；k 為磁芯的填充系數(shù)，對(duì)鐵氧體，取 k =1；k 為窗口的銅填充系數(shù)，一般 k =0.20.4。 本設(shè)計(jì)選用 ee40 型鐵氧體磁芯，由手冊(cè)知其參數(shù)為： =127 mm， =173 mm， e aaw 則 =220cm ，遠(yuǎn)大于的計(jì)算值。 e aawap 根據(jù)表 2.2，選用鐵芯為 ee40，這時(shí)鐵芯截面積為 138mm2。 表 2.2 輸出功率與鐵芯尺寸的關(guān)系 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文14 尺寸 型號(hào) a/h （max） b/h （max） c （max） d （max） ac （mm2） ee1616/812/644.518 ee1919/714/64520 ee2222/1119/86636 ee2525/1719/137642 ee2828/1720/87.510.278 ee3038/2121/171110.5115 ee3535/2028/181110110 ee4040/2735/211211.5138 ee4545/3038/231312156 ee5050/3343/24.51515225 ee6060/3845/281616256 續(xù)表 輸出功率 p0(w) 型號(hào) 50khz100khz150 khz200 khzbe （mm2） ee1681216189 ee191520304012.5 ee222030508019.5 ee2540559013018 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)15 ee28609014020031.9 ee309513021026052.9 ee3512017030044042.5 ee4019029042055066.15 ee4522035051065075 ee50300440660800105 ee503805508501000116 3)計(jì)算原邊匝數(shù) 按最低輸入電壓和滿載輸出的極端情況來(lái)計(jì)算。已知最小輸入交流電壓為 180 v， 減去 20 v 的直流紋波電壓和整流器的壓降，最小直流電壓為 v=1801.4-20=232 v。 半橋式電路變壓器原邊繞組所加電壓等于輸入電壓的一半，即 u。=116 v。則原邊繞組 匝數(shù)： (2.2) ems abf u n 4 1 1 式中： u 為變壓器原邊電壓，單位 v。 由上式計(jì)算得 n =30.5 匝，經(jīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)際取值為 34 匝。 4)核算最大輸入交流電壓時(shí)的最大磁密 b 利用計(jì)算出來(lái)的變壓器初級(jí)匝數(shù)，核算變壓器在最大輸入交流電壓時(shí)的 b 看磁芯 是否飽和。由于 v=2601.4=364 v。故半橋式電路變壓器原邊繞組所加電壓 u =182 v，由式(2.3)變形可得 (2.3) es m anf u b 1 1 4 計(jì)算可知，b=0.21t 在輸入交流電壓最大時(shí) b b /2，所以，原邊繞組匝數(shù) n =34 匝的 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文16 選擇是合適的。 5)計(jì)算副邊匝數(shù) 副邊電路采用帶有中間抽頭的全波整流濾波電路，設(shè)輸出方波脈沖占空比 0.8， 輸出回路二極管壓降為 n 扼流圈壓降為，取 a+ =1.5 v，則變壓器副邊電壓 為 2 u (2.4) cdo vvv u 2 故副邊匝數(shù)為 6 匝 (2.5) 1 min1 2 2221 n u u nn 6)計(jì)算原邊最大工作電流 在最低交流輸入電壓為 220 v 時(shí)，變壓器原邊通過(guò)的電流一定是最大可能的工作 電流，由經(jīng)驗(yàn)可得，原邊最大工作電流為 2.05a。 7)選擇導(dǎo)線 由于變壓器的工作頻率為 50 khz，在此頻率下銅導(dǎo)線的穿透深度=0.2956 mm， 考慮到趨膚效應(yīng)的影響，一般所選的導(dǎo)線銅芯直徑要小于 2，即導(dǎo)線直徑要小于 0.5914 mm。另外，考慮銅線的電流密度可取 36amm ，由原、副邊最大工作電流就 可確定出各自所需導(dǎo)線的截面積，進(jìn)而選擇合適的導(dǎo)線。這里原邊采用銅芯直徑為 0.53 mm 的漆包線進(jìn)行 2 股并繞，副邊采用 16 股線徑為 0.21 mm 的漆包線，絞結(jié)成 4 根并繞。 2.4 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì) 市電經(jīng)濾波電路濾波后仍為正弦波，需經(jīng)整流、濾波后變成支流供斬波器使用，整流 濾波器的好壞直接影響到直流電的質(zhì)量問(wèn)題。要恒流驅(qū)動(dòng) led 就必須經(jīng)過(guò)整流產(chǎn)生的 直流電源。而且整流電路的電流穩(wěn)定也是很重要的環(huán)節(jié)。所以對(duì)于整流濾波電路 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)17 的設(shè)計(jì)要找到最穩(wěn)定的電路方案。方案如下： 2.4.1 電源系統(tǒng)框圖及各部分介紹 半橋式開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)框圖如圖 2.5 所示。功率為 150w，輸入交流電壓范圍為 180260v，輸出直流電壓為+15v，電流為 10a，輸出電壓調(diào)整率 sv 1 ，輸出電壓 紋波 p_p50 mv。220 v 交流電壓經(jīng)過(guò)全橋整流濾波后，得到約 300 v 的直流電壓， 再加到半橋功率變換器上，用脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的雙列脈沖信號(hào)去驅(qū)動(dòng)功率 mosfet 管， 通過(guò)功率變壓器的耦合和隔離作用在次級(jí)得到準(zhǔn)方波電壓，然后經(jīng)半橋全波整流和濾 波輸出電壓 ，該電壓再經(jīng)電壓反饋電路，校正 pwm 占空比，即可得到穩(wěn)定的直流輸出 電壓 。 0 v 220v 交流 圖 2.5 整流濾波電路原理框圖 2.4.2 主電路結(jié)構(gòu)及其工作原理 半橋式開(kāi)關(guān)電源主電路如圖 2.6 所示（見(jiàn)附錄） 。圖中開(kāi)關(guān)管 s1，s2 選用 輸入整流 濾波 半橋式逆 變 輸出整流 濾波 電壓反 饋 pwm 控制 驅(qū)動(dòng)輔助 直流 電源 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文18 mosfet，因?yàn)樗请妷候?qū)動(dòng)全控型器件，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)。半橋式逆變電路一個(gè)橋臂由開(kāi)關(guān)管 s1，s2 組成，另一個(gè)橋 臂由電容 c1，c2 組成。高頻變壓器初級(jí)一端接在 c1，c2 的中點(diǎn)，另一端接在 s1，s2 的公共連接端，c1，c2 中點(diǎn)的電壓等于整流后直流電壓的一半，即 v2。開(kāi)關(guān) s1，s2 交替導(dǎo)通就在變壓器的次級(jí)形成幅值為 v2 的交流方波電壓。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 vo。 圖中，r1，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。t101 為初級(jí)電流檢測(cè)用的電流互感器，作為電流控制時(shí)的電流 取樣用。 各點(diǎn)波形圖如圖 2.7 所示 濾波電容參數(shù)計(jì)算方法如下： （1） 工作電壓 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)19 )(202)3 . 01 (2202 2 1 )1 (2 2 1 vvv inacci （2.6） 取標(biāo)稱值 vci=200v。 2）允許紋波電壓計(jì)算 )(25.452 . 016022 min vvu ir （2.7） （3）容量計(jì)算 )(5 . 0 min00 mufviuc riaci （2.8） 將數(shù)據(jù)代入式(2.8)有 )( 4 . 145 225.455016095 . 0 4055 . 0 ufci （2.9） 取標(biāo)稱值 ci=200f。 2.5 輸出平滑電路設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)電源輸出平滑電路的性能好壞直接影響到輸出電壓的質(zhì)量問(wèn)題，是 led 能否 正常穩(wěn)定的發(fā)光的保證。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。輸出平滑 電路圖（見(jiàn)附錄） 2.5.1 整流二極管的選取 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 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文20 的 byv32-200 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； 反向恢復(fù)時(shí)間：35ns. 由于輸出電流有 40 之大，故需采用三只管并聯(lián)方式運(yùn)行。 2.5.2 濾波電感設(shè)計(jì) in ps s v nkf nkdd l )1 (8 )1)(1 ( （2.10） 其中 d 為 2 倍占空比，即 d=0.8；k 為波形系數(shù)，取值在 0.5 到 1 之間，取 0.5 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)。vin 為輸入直流 電壓。代入數(shù)據(jù)有： )(23 . 0 2220 81 4 40)5 . 01 (108 )5 . 01 ()8 . 01 (8 . 0 5 hl （2.11） 2.5.3 輸出濾波電容參數(shù)計(jì)算 2 0 0 32 )1 ( sf f ful vd c （2.12） 其中 lf為輸出濾波電感，為允許紋波電壓， 為開(kāi)關(guān)頻率。代入數(shù)據(jù)有 0 u s f )(43 . 5 )1050(1 . 01023 . 0 32 5)8 . 01 ( 236 mfcf （2.13） 取標(biāo)稱值為 6800f。 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)21 所以輸出電感量為 0.23h，濾波電容容量為 6800f，二極管 d 選 byv32-200。 2.6 穩(wěn)壓電路 由于各個(gè) led 的動(dòng)態(tài)阻抗和正向壓降不相同。所以要達(dá)到恒流恒壓驅(qū)動(dòng) led。保 證發(fā)光二極管串發(fā)光均衡，達(dá)到最好的發(fā)光效率。這就要求驅(qū)動(dòng)電路達(dá)到一個(gè)穩(wěn)壓穩(wěn) 流。 雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換成平滑的直流電壓電流，但是，一方面， 由于輸出電壓平均值取決與變壓器副邊電壓有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電 壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)；從而導(dǎo)致電流的變化。另一方面，由于整流濾波電 路內(nèi)阻的存在，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，內(nèi)阻上的電壓將產(chǎn)生變化，于是輸出電壓平均值也將 隨之產(chǎn)生相反的變化。因此，整流濾波電路輸出電壓會(huì)隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)， 隨著負(fù)載電阻的變化而變化。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，使輸出的電流恒定，能 穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng) led 燈組，必須采取穩(wěn)壓措施。下面將對(duì)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原 理做出介紹。 2.6.1 原理圖和電路圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文22 調(diào)整管 保護(hù)電路 比較放大電 路 基準(zhǔn)電壓電 路 取樣電路 圖 2.9 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖（見(jiàn)附錄） 2.6.2 組件選擇和參數(shù)的選定 若同相比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，則其輸出電壓 可調(diào)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管并保持射極輸出形式，就 構(gòu)成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，輸出電壓為 (2.14) z urrrru)()(1 32210 由于集成運(yùn)放開(kāi)環(huán)差模增益可達(dá)到 80db 以上，電路引入深度電壓負(fù)反饋，輸出電 阻接近于零，而輸出電壓相當(dāng)穩(wěn)定。 圖中，晶體管 t 為調(diào)整管，電阻 r 與穩(wěn)壓管 d 構(gòu)成基準(zhǔn)電壓電路，電阻、和 1 r 2 r 為輸出電壓的采樣電路，集成運(yùn)放作為比較放大電路。調(diào)整管、基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、 3 r 取樣電路和比較放大電路是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分。 當(dāng)由于某種原因使輸出電壓 u 升高（降低）時(shí)，取樣電路將這一變化送到 a 反相 照明 led 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)23 輸入端，并與同相輸入端電位 u 進(jìn)行比較放大；a 的輸出電壓，即調(diào)整管的基極點(diǎn)位降 低（升高） ；因?yàn)殡娐凡捎蒙錁O輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高） ，從而使 u 得到穩(wěn)定。 3 反饋和保護(hù)電路設(shè)計(jì) 3.1 工作原理 首先，開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行過(guò)程中，因電源電壓的異常，如電壓過(guò)低或過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電 源無(wú)發(fā)啟動(dòng)，甚至是燒毀。進(jìn)線電源過(guò)壓及欠壓對(duì)開(kāi)關(guān)電源造成的危害，主要表現(xiàn)在 器件因承受的電壓及電流應(yīng)力超出正常使用的范圍而損壞，同時(shí)因電氣性能指標(biāo)被破 壞而不能滿足要求。因此對(duì)輸入電源的上限和下限要有所限制，為此采用過(guò)壓、欠壓 保護(hù)以提高電源的可靠性和安全性。另外負(fù)載的異常，如輸出短路等都會(huì)給電源帶來(lái) 致命的損壞。 其次，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源本身，電源的輸入電路采用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電 源合閘瞬間，由于濾波電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會(huì)形成很大的浪涌 電流，特別是大功率開(kāi)關(guān)電源，若采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá) 100a 以 上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流，重者往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開(kāi)關(guān) 的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過(guò)流損壞；輕者也會(huì)使空氣開(kāi)關(guān)合不上閘。上述現(xiàn)象均會(huì)造成開(kāi) 關(guān)電源無(wú)法正常工作，為此幾乎所有的開(kāi)關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動(dòng)電路， 以保證電源正常而可靠運(yùn)行。另外，開(kāi)關(guān)電源在啟動(dòng)瞬間還會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，這種現(xiàn) 象在沒(méi)有設(shè)計(jì)保護(hù)電路的半橋式、全橋式和推挽式開(kāi)關(guān)電源電路里最容易出現(xiàn)。 再者，溫度是影響電源設(shè)備可靠性的最重要因素。根據(jù)有關(guān)資料分析表明，電子 元器件溫度每升高 2，可靠性下降 10，溫升 50時(shí)的工作壽命只有溫升 25時(shí)的 1/6，為了避免功率器件過(guò)熱造成損壞，在開(kāi)關(guān)電源中亦需要設(shè)置過(guò)熱保護(hù)電路。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文24 所以，開(kāi)關(guān)電源保護(hù)電路對(duì)提高電源的使用壽命、工作穩(wěn)定性和安全性具有重要 意義。 3.2 軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 軟啟動(dòng)的實(shí)質(zhì)是延時(shí)啟動(dòng)。防浪涌軟啟動(dòng)電路通常有晶閘管保護(hù)法和繼電器保護(hù) 法兩大類。考慮到成本和安裝空間問(wèn)題，現(xiàn)采用晶閘管保護(hù)法。 采用晶閘管和限流電阻組成的防浪涌電流電路工作原理：在電源接通瞬間，輸入 電壓經(jīng)整流橋（d1d4）和限流電阻 r1 對(duì)電容器 c1 充電，限制浪涌電流。當(dāng)電容器 c1 充電到約 80額定電壓時(shí)，逆變器正常工作。經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸 發(fā)信號(hào)，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻 r1，開(kāi)關(guān)電源處于正常運(yùn)行狀態(tài)。 此外，在電網(wǎng)濾波器的前端加一個(gè)氣體放電管，以達(dá)到防雷目的，氣體放電管在 受到瞬間高電壓時(shí)管內(nèi)氣體在高壓作用下導(dǎo)通放電，從而起到保護(hù)電源的