畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于NCP3065的大功率LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).doc

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要LED（Light Emitting Diode）即發(fā)光二極管，是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能并具有二級(jí)管特性的電子器件。LED 具有節(jié)能、環(huán)保、結(jié)構(gòu)牢固、使用壽命長(zhǎng)、體積小、發(fā)光效率高、顯色性高、工作電壓低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。LED照明現(xiàn)已成為具有發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。但是原始電源有各種形式，無(wú)論哪種電源，一般都不能直接給LED供電。因此，要用LED作為照明光源就要解決電源變換的問(wèn)題。本文內(nèi)容是基于NCP3065的大功率LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，目的就是把常用電源轉(zhuǎn)換成適合LED的電源。整個(gè)系統(tǒng)為純硬件電路，包括開(kāi)關(guān)電源部分和NCP3065芯片控制部分。開(kāi)關(guān)電源為基于UC3842的單端反激式開(kāi)關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)的是交流85V265V /50HZ寬范圍輸入，輸出電壓24V最大電流5A。開(kāi)關(guān)電源主要由四大部分組成：交流輸入EMI防電磁干擾電源濾波器、二極管整流與電容濾波、DC/ DC 功率變換電路、 PWM控制電路。NCP3065控制部分將前級(jí)開(kāi)關(guān)電源輸出的穩(wěn)定的直流電源信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入取樣電路的取樣比較，然后加到升、降壓斬波電路上，通過(guò)斬波電路將經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的電信號(hào)加到LED負(fù)載上，使LED正常發(fā)光。另外可以通過(guò)改變控制信號(hào)的占空比來(lái)控制NCP3065的工作與待機(jī)時(shí)間的比例，相對(duì)改變送到LED的平均功率，來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度。本次設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電路具有比較高的可靠性，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。并且具有體積小、成本低、工作穩(wěn)定，調(diào)試與維護(hù)都便的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：LED；NCP3065；開(kāi)關(guān)電源；DC/DC變換電路VIAbstractLED(LightEmittingDiode),light-emittingdiode,isakindofelectronicdevicewhichcantransformelectricenergyintolightenergyandhavethediodecharacteristics.LEDhastheadvantageofenergysaving,environmentalprotection,firmstructure,longservicelife,smallvolume,highluminousefficiency,highcolor,lowoperatingvoltageandlowpowerconsumption.LEDlightinghasbecomeahigh-techproductwhichhastheprospectdevelopmentandinfluence.Althoughtheoriginalpowerhasavarietyofforms,nomatterwhatkindofpower,aregenerallynotdirectlytotheLEDpowersupply,therefore,theuseLEDasalightsourcewillsolvetheproblem.ThispaperisthedesignofhighpowerNCP3065drivecircuitbasedonLED,thepurposeistoturntheusualpowerintopowerforLED.Thewholesystemispurehardwarecircuit,whichdividedintoswitchingpowersupplyandNCP3065controlchip.Thepowerofthedesignissingle-endedforwardswitchingpowersupplybasedonUC3842,.theinputofACwillreachaswideas85V265V/50HZ,theoutputofvoltageis24Vandthecurrentis5A.Therearefourmainparts:theACinputEMIelectromagneticinterferencepowerfilter,adioderectifierwithcapacitorfilter,DC/DCpowerconvertercircuit,PWMcontrolcircuit.TheNCP3065controlpartofthestableDCpowersupplycompetedwiththeinputsamplingcircuit,andthentorise,Buckchoppercircuit,choppercircuitafteradjustingbytheelectricalsignaltotheLED,whichwillmaketheLEDintothestateofnormalluminescence.AtthesametimewecanchangethecontrolsignalannoyingaccountedforworkandstandbytimetocontroltheNCP3065airratio,changetheaveragepowertotheLEDrelatively,toadjustthebrightnessofLED.ThedesignoftheLEDdrivecircuithasarelativelyhighreliability,meetthedesignrequirements.Andhastheadvantageofsmallvolume,lowcost,stableoperation,debuggingandmaintenancecharacteristics.Keywords: LED；NCP3065；Switching power supply；DC-DC inverter目 錄第1章 緒 論11.1 課題研究的背景和意義11.2 LED驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)11.3 本文的主要工作3第2章 LED驅(qū)動(dòng)原理52.1 LED的特點(diǎn)52.2 LED驅(qū)動(dòng)電源的分類72.3 DC-DC轉(zhuǎn)換電路三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)82.3.1 降壓型(Buck)變換器92.3.2 升壓型(Boost)變換器102.3.3 升降壓型(Buck-Boost)變換器122.4 DC-DC轉(zhuǎn)換電路的兩種反饋控制模式132.4.1 電壓控制模式142.4.2 電流反饋控制模式152.5 小結(jié)17第3章 總體方案設(shè)計(jì)193.1 LED驅(qū)動(dòng)電路的功能要求193.2 總體方案設(shè)計(jì)及論證193.3 小結(jié)21第4章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)224.1 NCP3065 簡(jiǎn)介224.1.1 NCP3065的內(nèi)部工作原理224.1.2 NCP3065的性能分析274.2 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)314.2.1 UC3842的簡(jiǎn)介314.2.2 開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)354.3 升、降壓型LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)374.3.1 升壓電路分析374.3.2 參數(shù)計(jì)算394.3.3 調(diào)光電路404.4 小結(jié)40第5章 結(jié)論41參考文獻(xiàn)42致謝44附錄45附錄54附錄55第1章 緒 論1.1 課題研究的背景和意義近幾年，我國(guó)政府在新能源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約方面相繼出臺(tái)了一系列方針政策和法律法規(guī)，實(shí)施了“金太陽(yáng)”、“綠色照明”等一批重點(diǎn)工程，收到了較大成效。LED 由于光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，屬于典型的綠色照明光源，采用效率高、壽命長(zhǎng)、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，可以提高人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的條件與質(zhì)量。也因如此，LED照明現(xiàn)已成為具有發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。全球能源緊張，提高電器的效率是行之有效的方法。照明用電占據(jù)全球21%的總用電量，如果能提高照明用電的效率，可以有效緩解能源緊張。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長(zhǎng)照明系統(tǒng)的壽命，并且是綠色無(wú)污染的？取代白熾燈，熒光燈，節(jié)能燈的第四代照明燈具是什么？業(yè)界給出的答案就是LED照明燈。LED照明每瓦流明數(shù)可達(dá)到120lm。遠(yuǎn)高于白熾燈和日光燈，此外LED燈珠壽命可長(zhǎng)達(dá)十萬(wàn)小時(shí)，并且綠色無(wú)污染。LED照明具備的這些優(yōu)點(diǎn)決定了其應(yīng)用前景是非常廣闊的。LED照明應(yīng)用上的限制在于LED有固定的正向壓降，電流也有上限（工作電流是影響LED壽命的主要因素）。白光LED上的正向壓降一般為3-4V，LED光源不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿足驅(qū)動(dòng)LED的額定電壓和電流，才能使LED正常工作，也就是所謂的LED專用驅(qū)動(dòng)電源。但是由于各種不同規(guī)格的LED驅(qū)動(dòng)電源的性能和轉(zhuǎn)換效率各不相同，所以選擇合適、高效的LED驅(qū)動(dòng)電源，才能真正展現(xiàn)出LED光源高效能的特性。選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)LED是這次課題選擇的主要目的和意義。1.2 LED驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)1本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）近幾年，LED的發(fā)光效率提高了100倍，成本下降了90%。在LED光源及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)中，極具發(fā)展與應(yīng)用前景的是白光LED。LED用作固體照明器件的經(jīng)濟(jì)性顯著，且有利于環(huán)保，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈，世界增長(zhǎng)率在20%以上，美、日、歐、中國(guó)（包括臺(tái)灣和香港地區(qū)）均推出了半導(dǎo)體照明計(jì)劃。LED產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用，呈現(xiàn)了朝陽(yáng)工業(yè)欣欣向榮的景象。目前許多色別的LED都達(dá)到了燭光級(jí)水平，相信隨著器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和發(fā)展效率的提高，今后LED發(fā)展的主流是LED照明光源。白光LED上的正向壓降一般為3-4V，LED光源不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿足驅(qū)動(dòng)LED的額定電壓和電流，才能使LED正常工作，也就是所謂的LED專用驅(qū)動(dòng)電源。要發(fā)展LED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。用原始電源給LED供電有4種情況：低電壓驅(qū)動(dòng)、過(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)、高電壓驅(qū)動(dòng)、市電驅(qū)動(dòng)。不同的情況在電源變換器技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上有不同的方案。下面簡(jiǎn)要地介紹上述幾種電源驅(qū)動(dòng)LED的方法。1低電壓驅(qū)動(dòng)LED 低電壓驅(qū)動(dòng)就是指用低于LED正向?qū)▔航档碾妷候?qū)動(dòng)LED，如用一節(jié)普通干電池或鎳鉻鎳氫電池驅(qū)動(dòng)LED，其正常供電電壓在0.81.65V之間。用低電壓驅(qū)動(dòng)LED時(shí)需要把電壓升高到足以使LED導(dǎo)通的電壓值，對(duì)于LED這樣的低功耗照明器件，低電壓驅(qū)動(dòng)法是一種常見(jiàn)的使用情況，如LED手電筒、LED應(yīng)急燈、節(jié)能臺(tái)燈等。由于受單節(jié)電池容量的限制，低電壓驅(qū)動(dòng)電源一般不需要很大功率，但要求有最低的成本和比較高的變換效率，考慮到有時(shí)有可能需配合一節(jié)5號(hào)電池工作，故還要其有最小的體積。最佳技術(shù)方案是選用電容式升壓變換器。2過(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)LED過(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)是指給LED供電的電源的電壓值在LED壓降附近變動(dòng)，這個(gè)電壓有時(shí)可能略高于LED的壓降，有時(shí)可能略低于LED的壓降。如由一節(jié)鋰電池或兩節(jié)串聯(lián)的鉛酸電池構(gòu)成的電源，電池充滿電時(shí)其電壓在4V以上，電池放電快結(jié)束時(shí)電壓在3V以下，典型應(yīng)用為L(zhǎng)ED礦燈。過(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)LED的電源變換電路既要解決升壓?jiǎn)栴}，還要解決降壓?jiǎn)栴}，為了配合一節(jié)鋰電池工作，也需要有盡可能小的體積和盡量低的成本。一般情況下其功率也不大，最高性價(jià)比的電路結(jié)構(gòu)是電感式升、降壓變換器。3高電壓驅(qū)動(dòng)LED高電壓驅(qū)動(dòng)是指給LED供電的電源的電壓值始終高于LED的壓降，常見(jiàn)的電源有6V、12V、24V蓄電池。該方法的典型應(yīng)用如太陽(yáng)能草坪燈、太陽(yáng)能庭院燈、機(jī)動(dòng)車的燈光系統(tǒng)等。高電壓驅(qū)動(dòng)LED要解決降壓?jiǎn)栴}，由于高電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)一般是由普通蓄電池供電的，會(huì)用到比較大的功率，如機(jī)動(dòng)車照明和信號(hào)燈光，因此應(yīng)該有盡量低的成本。變換器的最佳電路結(jié)構(gòu)是電感式降壓變換器。4市電驅(qū)動(dòng)LED采用市電驅(qū)動(dòng)LED是最有實(shí)用價(jià)值的驅(qū)動(dòng)方式，也是推廣LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用必須要解決好的問(wèn)題。用市電驅(qū)動(dòng)LED要解決降壓和整流問(wèn)題，還要有比較高的變換效率，有較小的體積和較低的成本，還應(yīng)該解決安全隔離問(wèn)題。考慮到它對(duì)電網(wǎng)的影響，還要解決好電磁干擾和功率因數(shù)問(wèn)題。對(duì)中、小功率的LED而言，其最佳電路結(jié)構(gòu)是隔離式單端反激變換器：對(duì)于大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)該使用橋式變換電路近年來(lái)各大公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì)LED電源和驅(qū)動(dòng)電路的研究方興未艾。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。隨著硅集成電路電源電壓的直線下降，LED 工作電壓越來(lái)越多地處于電源輸出電壓的最佳區(qū)間，大多數(shù)為低電壓 IC 供電的技術(shù)也都適用于為L(zhǎng)ED。目前LED驅(qū)動(dòng)電路發(fā)展的主要趨勢(shì)有：1. 針對(duì)LED的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術(shù)將每顆LED的輸入電流控制在最佳電流值，使得LED能獲得穩(wěn)定的電流，并產(chǎn)生最高的輸出光通量。LED驅(qū)動(dòng)電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動(dòng)的情況下最好能控制LED電流的大小。2. LED驅(qū)動(dòng)電路具有智能控制功能，使LED的負(fù)載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預(yù)先設(shè)計(jì)的水平上。當(dāng)負(fù)載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時(shí)，初級(jí)控制IC可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)使負(fù)載電流回到初始設(shè)計(jì)值上。3. 在控制電路電路設(shè)計(jì)方面，要向集中控制，標(biāo)準(zhǔn)模塊化，系統(tǒng)可擴(kuò)展性三方面發(fā)展。1.3 本文的主要工作本文設(shè)計(jì)的是基于NCP3065大功率LED驅(qū)動(dòng)電路，要求設(shè)計(jì)成高效升壓電路模式。它以恒定電流驅(qū)動(dòng)多個(gè)串并聯(lián)的大功率LED(每顆350mA,1w),可以應(yīng)用在路燈和室內(nèi)臺(tái)燈照明等場(chǎng)合。本文主要工作是設(shè)計(jì)一種高效的LED驅(qū)動(dòng)電路將市電交流電壓轉(zhuǎn)換為恒流電源，并同時(shí)完成與LED的電壓和電流的匹配。輸入DC 220V電壓經(jīng)過(guò)UC3842控制的單端反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換成直流穩(wěn)壓電源，輸入到NCP3065控制的LED驅(qū)動(dòng)電路中，通過(guò)輸入濾波電容濾波和輸入電流取樣之后，再通過(guò)升/將壓斬波電路的調(diào)節(jié)將輸入的直流電變?yōu)榱硪环N固定可調(diào)的直流電，加載到負(fù)載LED上，來(lái)滿足本設(shè)計(jì)的需求。然后再在ON/OFF端輸入信號(hào)幅度為5V、頻率為300Hz的脈沖寬度可調(diào)的矩形波信號(hào)，通過(guò)改變控制信號(hào)的占空比控制NCP3065的工作與待機(jī)時(shí)間的比例，調(diào)節(jié)用來(lái)調(diào)節(jié)LED燈的亮度，使整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路具有較低的自身功耗， LED 的系統(tǒng)效率保持在較高水平。第2章 LED驅(qū)動(dòng)原理2.1 LED的特點(diǎn)1. LED的優(yōu)點(diǎn)隨著LED效率的迅速提高，成本的不斷下降，LED市場(chǎng)正在由手機(jī)的背光源和汽車儀表照明，以及亮度要求不高的特殊照明和景觀照明領(lǐng)域向普通白光照明領(lǐng)域擴(kuò)展。大功率LED照明光源與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈照明光源相比,有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)能。LED具有電壓低、電流小、亮度高的特性。其發(fā)光效率比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%90%。預(yù)計(jì)幾年后，白光LED的發(fā)光效率有可能達(dá)到150200 lm遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了現(xiàn)在其它照明光源的發(fā)光效率。（2） 環(huán)保。 LED為冷光源，眩光小，無(wú)輻射，使用中不產(chǎn)生有害物質(zhì)。LED的環(huán)保效益好，光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，而且廢棄物可回收，不含汞元素，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。（3） 壽命長(zhǎng)。 LED單管壽命為10萬(wàn)小時(shí)，光源壽命在2萬(wàn)小時(shí)以上，按每天工作12h計(jì)算，壽命也在5年以上。而普通白熾燈的壽命約為1000h，熒光燈、金屬鹵化物燈的壽命也不超過(guò)10000h。（4） 結(jié)構(gòu)牢固。 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，體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉淀、光衰等缺點(diǎn)，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊。（5） 光色單純，種類多。 LED的光譜窄，單色性好，幾乎所有發(fā)出的光都可以利用，而且無(wú)需過(guò)濾直接發(fā)出色光。LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制下使3種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，可產(chǎn)生256x256x256（即16777216）種顏色，形成不同光色的組合。LED組合的光色變化多端，可實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。（6） 安全可靠。 LED光源使用低電壓驅(qū)動(dòng)，發(fā)光穩(wěn)定，沒(méi)有采用50HZ交流電供電時(shí)的頻閃現(xiàn)象，沒(méi)有紫外線B波段，Ra值接近100，色溫為5000K，接近太陽(yáng)的色溫5500K。LED的發(fā)熱量低，并能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和。（7） 快速響應(yīng)。 LED的響應(yīng)時(shí)間很短，能按要求保證多個(gè)光源之間或一個(gè)光源不同區(qū)域之間的工作切換。采用專用電源給LED光源供電時(shí)，達(dá)到最大照度的時(shí)間小于10ms。綜上所述，LED是一種符合綠色照明要求的光源。所謂“綠色照明”的概念就是指通過(guò)科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，采用效率高、壽命長(zhǎng)、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，可以提高人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的條件與質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境。2. LED的伏安特性I-V特性：LED的中文名字就是發(fā)光二極管，所以它本身就是一個(gè)二極管。它的伏安特性和一般的二極管伏安特性非常相似。只不過(guò)通常曲線很陡。發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系可用圖2-1表示。在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過(guò)某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由I-V曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR10A以下。假如用干電池或蓄電池供電，那么因?yàn)長(zhǎng)ED伏安特性的非線性，很小的電壓變化就會(huì)引起很大的電流變化，LED很快就會(huì)被燒壞。從伏安特性上可以看出，電源電壓的10%的變化，就會(huì)引起正向電流的3.5倍的變化。圖 2-1 LED的I-V特性曲線根據(jù)LED的正向伏安特性，使用LED時(shí)要注意：1.小功率LED，不宜直接并聯(lián)使用。一定要并聯(lián)使用時(shí)，每一支路一定要加適當(dāng)?shù)碾娮琛?.小功率LED，在很小的電流下（3mA以下）使用時(shí)，在嚴(yán)格細(xì)分VF的情況下，可以直接并聯(lián)。 VF差必須以0.05V以下分檔。 3.大功率LED，不要直接并聯(lián)使用。也不要通過(guò)串聯(lián)電阻來(lái)并聯(lián)，否則電阻損耗太大。若用串聯(lián)電 阻分壓，電阻的功率較大，價(jià)格、體積都不是好的選擇。 4.若通過(guò)細(xì)分VF來(lái)直接并聯(lián)，一般封裝廠家的機(jī)臺(tái)分辨率為0.05V，這樣還可能會(huì)帶來(lái)幾十毫安的電流差異。若LED損壞，損失的結(jié)果，還不如當(dāng)初增加使用適當(dāng)?shù)目刂齐娐贰?.由于VF的差異，LED直接并聯(lián)、或即使每支路有串聯(lián)電阻下使用，也容易產(chǎn)生亮度不均現(xiàn)象。2.2 LED驅(qū)動(dòng)電源的分類1、按驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類：（1）恒流式:a、 恒流驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流是恒定的，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；b、 恒流電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全開(kāi)路。c、 恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED是較為理想的，但相對(duì)而言價(jià)格較高。d、 應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數(shù)量；（2）穩(wěn)壓式：a、 當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項(xiàng)參數(shù)確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化；b、 穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開(kāi)路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路。c、 以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均；d、 亮度會(huì)受整流而來(lái)的電壓變化影響。 2、按電路結(jié)構(gòu)方式分類（1）電阻、電容降壓方式：通過(guò)電容降壓，在閃動(dòng)使用時(shí)，由于充放電的作用，通過(guò)LED的瞬間電流極大，容易損壞芯片。易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，電源效率低、可靠性低。（2）電阻降壓方式：通過(guò)電阻降壓，受電網(wǎng)電壓變化的干擾較大，不容易做成穩(wěn)壓電源，降壓電阻要消耗很大部分的能量，所以這種供電方式電源效率很低，而且系統(tǒng)的可靠也較低。（3）常規(guī)變壓器降壓方式：電源體積小、重量偏重、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。（4）電子變壓器降壓方式：電源效率較低，電壓范圍也不寬，一般180240V，波紋干擾大。（5）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。（6）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、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)載變化的情況下，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。一般這種電路都有完善的保護(hù)措施，屬高可靠性電源。從以上介紹可以看出PWM控制方式設(shè)計(jì)的LED電源是比較理想的LED電源，經(jīng)用戶使用反映效果很好。2.3 DC-DC轉(zhuǎn)換電路三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DC-DC轉(zhuǎn)換電路有三種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即降壓型(Buck)變換器、升壓型(Boost)變換器和升降壓型(Buck-Boost)變換器，其它變換器類型都是由Buck變換器和Boost變換器組合演變而成。這三種DC-DC轉(zhuǎn)換電路可以采用電流反饋模式和電壓反饋模式兩種反饋環(huán)路結(jié)構(gòu)，各種轉(zhuǎn)換電路的控制方式根據(jù)電路要求和實(shí)際應(yīng)用要求可選取PWM、PFM和PWM-PFM三種控制方式。在DC-DC轉(zhuǎn)換電路中，即使輸入電壓與負(fù)載有變動(dòng)，但變換器的直流輸出電壓可通過(guò)內(nèi)部電路控制為所期望的電壓。開(kāi)關(guān)型DC-DC變換器是采用一個(gè)或多個(gè)功率開(kāi)關(guān)管把一種直流電壓變換為另一種直流電壓。如果變換器的輸入直流電壓給定，則可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)時(shí)間(或占空比)來(lái)控制直流輸出電壓。開(kāi)關(guān)型DC-DC變換器的基本電路及波形圖如圖2.2所示。圖2.2中，和分別為開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，輸出的平均電壓Vo大小取決于通斷時(shí)間（和)。圖2.2開(kāi)關(guān)型DC-DC變換器的基本電路及波形圖2.3.1 降壓型(Buck)變換器降壓型變換器又稱為串聯(lián)開(kāi)關(guān)(即晶體管T與DC電源Vs串聯(lián))穩(wěn)壓電源，或稱為三端開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。Buck變換器典型原理圖如圖2.3所示：圖2.3 Buck變換器電路原理圖當(dāng)圖2.3中晶體管T導(dǎo)通時(shí)，在電感線圈未飽和前，電源給電感持續(xù)充電，電流線性增加，即有di/dt=/L。當(dāng)電感電流(等于電源電流)大于輸出負(fù)載電流時(shí)，電源通過(guò)電感給電容充電，此時(shí)二極管承受反向電壓。當(dāng)圖2.3中晶體管T關(guān)斷后，電感線圈L兩端的電壓極性反相，以保持其電流不變，負(fù)載R兩端電壓仍是上正下負(fù)。當(dāng)0，而晶體管關(guān)斷時(shí)=0，故是脈動(dòng)的，但輸出電流在L、D、C作用下卻是連續(xù)、平穩(wěn)的。圖2.4為在電感電流連續(xù)和不連續(xù)兩種模式下Buck變換器電路各點(diǎn)的波形圖，電感電流為晶體管和二極管的電流之和。(a)電感電流連續(xù)(b)電感電流不連續(xù)圖2.4 Buck變換器兩種工作模式下波形圖2.3.2 升壓型(Boost)變換器升壓型(Boost)變換器又稱為并聯(lián)型（晶體管與電源并聯(lián)）開(kāi)關(guān)電路，或稱為三端開(kāi)關(guān)型升壓穩(wěn)壓器。Boost變換器電路典型的原理圖如圖2.5所示：圖2.5 Boost變換器電路原理圖當(dāng)圖2.5中晶體管導(dǎo)通時(shí)，電源給電感線圈L充電，在電感線圈未飽和之前電流線性增加，電能以磁能形式儲(chǔ)存在電感線圈L中。由于開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，二極管陽(yáng)極與負(fù)極相連，二極管承受反向電壓，此時(shí)電容C向負(fù)載R放電。當(dāng)圖2.5中晶體管關(guān)斷時(shí)，由于線圈L中的磁場(chǎng)將改變線圈L兩端的電壓極性以保持不變，這樣線圈L的磁能轉(zhuǎn)化成的電壓與電源串聯(lián)，以高于的電壓向電容C負(fù)載R供電。高于時(shí)，電感向電容充電；等于時(shí)，充電電流為零；當(dāng)有降低趨勢(shì)時(shí)，電容向負(fù)載R放電，維持不變。由于+向負(fù)載R供電時(shí)，高于，故稱為升壓變換器。工作中輸入電流=是連續(xù)的，但流經(jīng)二極管電流是脈動(dòng)的。由于有C的存在，負(fù)載R上仍具有穩(wěn)定連續(xù)的負(fù)載電流。圖2.6為在電感電流連續(xù)和不連續(xù)兩種模式下Boost變換器電路各點(diǎn)的波形。電感電流連續(xù)模式下，電感儲(chǔ)存的能量在晶體管關(guān)斷后并未完全釋放給負(fù)載，電感兩端電壓為電源電壓與輸出電壓之差；而電感電流不連續(xù)模式下，電感儲(chǔ)存的能量在晶體管關(guān)斷后完全釋放傳遞到負(fù)載，當(dāng)電感的能量釋放完后，電感兩端的電壓變?yōu)榱?。圖2.6 Boost變換器兩種工作模式下波形圖2.3.3 升降壓型(Buck-Boost)變換器升降壓型(Buck-Boost)變換器又稱為反號(hào)變換器，它是在Buck變換器后串接一個(gè)Boost變換器再簡(jiǎn)化而成。將圖2.7的Buck-Boost與圖2.5的Boost比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)兩圖中開(kāi)關(guān)管和電感換了位置，且二極管的連接方式也相反。當(dāng)圖2.7中晶體管T導(dǎo)通時(shí)，電源向電感充電，由于L上電壓等于電源電壓恒定，所以電感充電電流關(guān)系式為diL/dt=vs/L，L儲(chǔ)存能量，二極管D陰極電壓為 (假設(shè)T導(dǎo)通壓降為零,且此時(shí)C電壓為某一負(fù)值)，二極管反偏截止。經(jīng)過(guò)導(dǎo)通時(shí)間Ton,電感L的電流達(dá)到Ip=Ton*/L。當(dāng)晶體管T關(guān)斷時(shí)，IL有減少趨勢(shì)，電感線圈產(chǎn)生方向?yàn)橄抡县?fù)的自感電勢(shì)，所以關(guān)斷瞬間，與T關(guān)斷時(shí)相同的電流IP流過(guò)C和D，電感向負(fù)載放電電流關(guān)系式為d/dt=/L，二極管D受正向偏壓而導(dǎo)通，負(fù)載上輸出電壓，電容C充電儲(chǔ)能，以備晶體管T導(dǎo)通時(shí)向負(fù)載放電維持不變。圖2.7 Buck-Boost變換器電路原理圖圖2.8是在連續(xù)和不連續(xù)兩種工作模式下的升降壓型(Buck-Boost)變換器電路各點(diǎn)的波形如圖2.8所示：圖2.8 Buck-Boost變換器兩種工作模式下波形圖上述三種DC-DC變換器，有一個(gè)共同特點(diǎn)：輸入輸出的一根線是共用的，因此也稱為三端開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器。通過(guò)上面的原理分析,可得如下幾個(gè)基本概念： (1)在DC-DC變換器中，其電氣特性與電感電流的模式有極密切關(guān)系。凡周期中電感電流有零值的稱不連續(xù)模式，此時(shí)能量完全傳遞；凡電感電流常大于零的稱連續(xù)模式，此時(shí)能量并不完全傳遞。(2)開(kāi)關(guān)電源電感與電容起能量?jī)?chǔ)存與釋放的作用，其接線形式一定為低通濾波器形式。因?yàn)樽儞Q器有關(guān)元件必定使得電壓波形成脈波狀，欲得直流輸出，一定要有某種形式的低通濾波器。(3)DC-DC變換器中降壓(Buck)和升壓(Boost)是最基本的，其它變換器都是由這兩種派生出的。(4)在所有實(shí)際應(yīng)用中，就電氣特性而言，沒(méi)有哪一個(gè)DC-DC變換器是最佳的，不同的應(yīng)用應(yīng)選取不同的最合適的變換器。2.4 DC-DC轉(zhuǎn)換電路的兩種反饋控制模式開(kāi)關(guān)電源電路根據(jù)不同的反饋取樣控制信號(hào)，電路中的輸入電壓、輸出電壓、開(kāi)關(guān)器件電流、電感電流均可作為取樣控制信號(hào)，從而有電壓模式、電流模式(也為峰值電流模式)、平均電流模式、滯環(huán)電流模式和相加模式五種反饋控制模式，其中電壓模式和電流模式為最常用的兩種反饋控制模式。本論文的電路屬于電流模式。電壓模式是將輸出電壓分壓后反饋到PWM比較器，從而輸出PWM信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)管。電壓模式是一個(gè)單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，即只有一個(gè)反饋環(huán)路，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達(dá)到較高的線性調(diào)整率精度。而電流反饋環(huán)路，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達(dá)到較高的線性調(diào)整率精度。而電流模式除了具有電壓模式的輸出電壓反饋控制以外，還具有一個(gè)電流反饋控制，再進(jìn)行比較輸出PWM信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)管。即電流模式是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，一個(gè)是檢測(cè)輸出電壓的電壓外環(huán)，一個(gè)是檢測(cè)開(kāi)關(guān)管電流或電感電流且具有逐周期限流功能的電流內(nèi)環(huán)。電壓模式是在輸出電壓改變時(shí)控制脈沖寬度使輸出電壓改變。電流模式是在輸出電壓改變時(shí)控制電感或開(kāi)關(guān)管的電流使其跟蹤輸出電壓的改變。電流控制模式較電壓控制模式具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。在中小功率的電源中，電流型PWM控制是大量采用的方法，也是本文所設(shè)計(jì)電路采用的方法。磁通平衡等電路的設(shè)計(jì)，減少了元器件的數(shù)量和成本，這對(duì)提高開(kāi)關(guān)電源的功率密度，實(shí)現(xiàn)小型化和模塊化具有重要的意義。硬開(kāi)關(guān)技術(shù)因開(kāi)關(guān)損耗的限制，開(kāi)關(guān)頻率一般在350kHz以下；軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是應(yīng)用諧振原理，使開(kāi)關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下通斷，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)損耗為零，從而可將開(kāi)關(guān)頻率提高到兆赫級(jí)水平，這種應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的變換器綜合了PWM變換器和諧振變換器兩者的優(yōu)點(diǎn)，接近理想的特性，如低開(kāi)關(guān)損耗、恒頻控制、合適的儲(chǔ)能元件尺寸、較寬的控制范圍及負(fù)載范圍，但是此項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于大功率電源，中小功率電源中仍以PWM技術(shù)為主。2.4.1 電壓控制模式電壓模式控制只有一個(gè)電壓反饋閉環(huán)，采用脈沖寬度調(diào)制法，即將電壓誤差放大器采樣放大的慢變化的直流信號(hào)與恒定頻率的三角波上斜坡相比較，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時(shí)的脈沖寬度。最初開(kāi)關(guān)電源的控制電路采用電壓控制型。圖2.9為典型的電壓模式PWM控制電路原理圖，誤差放大器直接檢測(cè)輸出電壓，只有當(dāng)輸出電流變化引起輸出電壓變化時(shí)才進(jìn)行調(diào)整。晶體管導(dǎo)通時(shí)間為鋸齒波電壓高于電壓的時(shí)間段。在圖2.9中,輸出反饋電壓和參考電壓通過(guò)電壓誤差放大器比較并輸出誤差電壓，再通過(guò)PWM比較器與鋸齒波進(jìn)行比較，輸出反饋電壓輸入到誤差放大器的同相端,當(dāng)輸出電壓上升時(shí),誤差放大器的輸出上升。在PWM比較器中，鋸齒波輸入到同相端而輸入到反相端，在電壓小于鋸齒波電壓的時(shí)段，PWM比較器輸出高電平，所以PWM比較器輸出一個(gè)脈寬可變的正脈沖,再經(jīng)過(guò)邏輯電路和驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)控制功率管的脈寬調(diào)制信號(hào)。如果直流輸出電壓上升，也上升,則將會(huì)上升，導(dǎo)致負(fù)脈沖寬度增加，則正脈沖寬度減小，這個(gè)正脈沖寬度就是晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，通過(guò)負(fù)反饋環(huán)減小晶體管導(dǎo)通時(shí)間可以減小輸出電壓。圖2.9電壓反饋控制模式原理圖電壓模式控制器具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)PWM三角波幅值較大，脈沖寬度調(diào)節(jié)時(shí)具有較好的抗噪聲裕量；(2)占空比調(diào)節(jié)不受限制；(3)對(duì)于多路輸出電源，他們之間的交互調(diào)節(jié)效應(yīng)較好；(4)單一反饋電壓閉環(huán)設(shè)計(jì)、調(diào)試比較容易；(5)對(duì)輸出負(fù)載的變化有較好的響應(yīng)調(diào)節(jié)。但它也具有如下缺點(diǎn):(1)對(duì)輸入電壓的變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢；(2)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)本來(lái)就較為復(fù)雜，閉環(huán)增益隨輸入電壓而變化使其更為復(fù)雜；(3)輸出LC濾波器給控制環(huán)增加了雙極點(diǎn)，需進(jìn)行零點(diǎn)補(bǔ)償或?qū)⒅鳂O點(diǎn)低頻衰減；(4)在傳感及控制磁芯飽和故障狀態(tài)方面較為復(fù)雜。2.4.2 電流反饋控制模式由于電壓模式是單環(huán)控制系統(tǒng)，控制過(guò)程中電源電路內(nèi)的電流值并未參與，因而存在上述的諸多缺點(diǎn)。為了克服電壓模式的缺點(diǎn)，電流模式應(yīng)運(yùn)而生。峰值電流模式控制簡(jiǎn)稱電流模式控制，它的工作原理就是在脈寬比較器的輸入端直接用檢測(cè)到的輸出電感電流信號(hào)或功率管電流信號(hào)與誤差放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而控制輸出脈沖的占空比，以此達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電感的峰值電流跟隨誤差電壓變化。它并不是用電壓誤差信號(hào)直接控制PWM脈沖寬度，而是直接控制輸出一側(cè)的電感電流或功率管電流大小，然后間接地控制PWM脈沖寬度。它是一種固定時(shí)鐘開(kāi)啟、峰值電流關(guān)斷的控制方法。(峰值)電流模式控制是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓外環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)，電流內(nèi)環(huán)是瞬時(shí)快速按照逐個(gè)脈沖工作的。功率級(jí)是由電流內(nèi)環(huán)控制的電流源，而電壓外環(huán)控制此功率級(jí)電流源。在該雙環(huán)控制中，電流內(nèi)環(huán)只負(fù)責(zé)輸出電感的動(dòng)態(tài)變化，因而電壓外環(huán)僅需控制輸出電容,不必控制LC儲(chǔ)能電路。由于這些原因，(峰值)電流模式控制PWM具有比電壓模式控制大得多的帶寬。圖2.10是典型的電流模式PWM控制電路原理圖，晶體管在時(shí)鐘脈沖前沿開(kāi)始導(dǎo)通，電流檢測(cè)電阻上的電壓等于電壓誤差放大器輸出電壓時(shí)，導(dǎo)通結(jié)束。圖2.10電流反饋控制模式原理圖從圖2.10可以看到有兩個(gè)反饋環(huán)，這是與電壓控制模式最大的區(qū)別。一個(gè)是由接收輸出電壓采樣信號(hào)的誤差放大器構(gòu)成的電壓外環(huán)和一個(gè)是由接收初級(jí)峰值電流采樣信號(hào)的PWM比較器構(gòu)成的電流內(nèi)環(huán)。電流采樣電阻Rcs將開(kāi)關(guān)管階梯斜坡電流轉(zhuǎn)換成階梯斜坡電壓。輸入電壓變化和負(fù)載變化的調(diào)整是通過(guò)改變晶體管導(dǎo)通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)通時(shí)間由誤差放大器的輸出電壓與電流采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成的階梯斜坡電壓信號(hào)通過(guò)PWM比較器確定。開(kāi)關(guān)功率管的電流波形具有階梯斜坡形狀，是由于輸出電感的作用。內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生恒頻時(shí)鐘脈，振蕩周期由外圍元件和決定。每次出現(xiàn)時(shí)鐘脈沖，RS觸發(fā)器就置位，使其輸出為高電平,高電平的經(jīng)過(guò)邏輯門與驅(qū)動(dòng)電路后的高電平驅(qū)動(dòng)功率管導(dǎo)通,使電源回路的電流增大。高電平寬度就是功率管的導(dǎo)通時(shí)間。當(dāng)通過(guò)采樣電阻采樣的功率管電流轉(zhuǎn)換成的電壓幅度達(dá)到時(shí)，PWM比較器輸出為高，RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出由高變低，使功率管關(guān)斷。PWM比較器輸出由高變低的時(shí)刻就是導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束的時(shí)刻。這樣通過(guò)逐個(gè)檢測(cè)和調(diào)節(jié)電流脈沖，可以達(dá)到控制電源輸出的目的。電流控制型與電壓控制型的本質(zhì)區(qū)別在于電流控制型電路可等效成一個(gè)電壓控制型電流源，而電壓控制型乃是一個(gè)受控的電壓源。電流模式控制較電壓模式控制有如下優(yōu)點(diǎn):(1)暫態(tài)閉環(huán)響應(yīng)較快，對(duì)輸入電壓的變化和輸出負(fù)載的變化瞬態(tài)響應(yīng)均塊；(2)逐周期電流限制，比電壓型控制更快，不會(huì)因過(guò)流而使開(kāi)關(guān)管損壞，大大減小過(guò)載與短路的保護(hù)；(3)優(yōu)良的電流電壓調(diào)整率；(4)環(huán)路穩(wěn)定易補(bǔ)償；(5)紋波比電壓控制型小得多；(6)整個(gè)反饋電路變成了一階電路，由于反饋信號(hào)電路與電壓型相比，減少了一階，因此誤差放大器的控制環(huán)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得以簡(jiǎn)化，穩(wěn)定度得以提高且改善了頻響；(7)簡(jiǎn)化了反饋控制補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，負(fù)載限流；(8)逐個(gè)檢測(cè)電流脈沖的幅度，自動(dòng)平衡變壓器中的磁通量；當(dāng)然,電流模式控制也有它的缺點(diǎn)，如下:(1)占空比大于50%的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性，存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差；(2)閉環(huán)響應(yīng)不如平均電流模式控制理想；(3)容易發(fā)生次諧波振蕩，即使占空比小于50%，也有發(fā)生高頻次諧波振蕩的可能性，因而需要斜坡補(bǔ)償；(4)對(duì)噪聲敏感，抗噪聲性，因?yàn)殡姼刑幱谶B續(xù)儲(chǔ)能電流狀態(tài)，與控制電壓編程決定的電流電平相比較，開(kāi)關(guān)器件的電流信號(hào)的上斜坡通常較小，電流信號(hào)上較小的噪聲就很容易使得開(kāi)關(guān)器件改變關(guān)斷時(shí)刻，使系統(tǒng)進(jìn)入次諧波振蕩； (6)對(duì)多路輸出電源的交互調(diào)節(jié)性能不好。2.5 小結(jié) 本章首先介紹了LED的各種優(yōu)點(diǎn)以及LED驅(qū)動(dòng)電源的不同分類方法，使讀者對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源有了大致上的了解。然后詳細(xì)介紹了DC-DC變換器常用的三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：降壓型(buck)變換器、升壓型(boost)變換器以及升降壓型(buck- boost)變換器。當(dāng)輸入電壓較高而不需要那么高的輸出電壓時(shí)，通常用降壓型變換器；若輸入電壓較小又需要高的輸出電壓時(shí)，此時(shí)用升壓變換器；升降壓型變換器可得到負(fù)電壓,并且可獲得大于輸入電壓的負(fù)電壓,用升降壓型變換器組成的負(fù)電壓可輸出較大的電流。最后介紹了開(kāi)關(guān)電源電路兩種常用的反饋控制模式，一種是電壓反饋模式，只有一個(gè)電壓反饋環(huán)路，主要優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)節(jié)占空比不受限制并且設(shè)計(jì)和調(diào)試反饋環(huán)路比較容易；另一種是電流反饋模式，具有電壓和電流兩個(gè)反饋環(huán)路，它的主要優(yōu)點(diǎn)是逐周期電流限制減小過(guò)載與短路的保護(hù)、環(huán)路穩(wěn)定、易補(bǔ)償且紋波較電壓型小。第3章 總體方案設(shè)計(jì)LED燈是照明技術(shù)發(fā)展的一次重大突破，在能效、節(jié)約成本及照明方面均有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，深受廣大群眾的喜愛(ài)。但LED等由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，需要專門的LED驅(qū)動(dòng)器。它必須提供一個(gè)恒流輸出才能保證LED發(fā)光不會(huì)忽明忽暗，以及不會(huì)發(fā)生LED色偏現(xiàn)象。在目前的LED驅(qū)動(dòng)電路中MC34063以其功能齊全、價(jià)格低廉的特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，然而MC34063畢竟是三十多年前的技術(shù)產(chǎn)物，在如今電力電子元器件的性能得到了極大的飛躍后，MC34063的一些性能顯得有些不足，因而需要一種既像MC34063那樣價(jià)格低廉同時(shí)性能又得到飛躍性提高的單芯片DC/DC變換器和HB LED驅(qū)動(dòng)芯片。本次設(shè)計(jì)所應(yīng)用的NCP3065就是MC34063的升級(jí)版芯片，在價(jià)格上與MC34063基本相同，但性能有顯著地提高。3.1 LED驅(qū)動(dòng)電路的功能要求根據(jù)題目的要求，本文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路的具體功能要求如下：（1）將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒流電源，并同時(shí)完成與LED的電壓和電流的匹配。（2）一是盡可能保持恒流特性，尤其在電源電壓發(fā)生15的變動(dòng)時(shí)，仍應(yīng)能保持輸出電流在10的范圍內(nèi)變動(dòng)。（3）二是驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)保持較低的自身功耗，這樣才能使LED 的系統(tǒng)效率保持在較高水平。（4）LED驅(qū)動(dòng)電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動(dòng)的情況下最好能控制LED電流的大小，不然LED的光輸出將隨輸入電壓和溫度等因素變化而變化。 3.2 總體方案設(shè)計(jì)及論證在LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，控制芯片的選擇至關(guān)重要，他的選擇直接影響到驅(qū)動(dòng)電路的工作性能和效率。MC34063、NCP3063、NCP3065都是常用的LED控制芯片。它們作為HB LED驅(qū)動(dòng)電路是完全可以滿足要求的。但是在實(shí)現(xiàn)HB LED驅(qū)動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)殡娫措妷号cHB LED工作電壓的相互關(guān)系使得單純的降壓型、升壓型變換器電路拓?fù)洳荒苓m用，需要選用輸出端電流檢測(cè)技術(shù)，這需要芯片中的電流比較器以外的另一個(gè)比較器，在MC34063、NCP3063芯片內(nèi)部的電流比較器之外的另一個(gè)比較器的同相端的偏置電壓為1.25V，這個(gè)電壓對(duì)于輸出電壓反饋是很適合的，但是用在輸出電流反饋則顯得電壓比較高。如果能夠?qū)⑦@個(gè)電壓降低到0.3V甚至更低就是一個(gè)比較理想的解決方案，這就是ON Semi公司在NCP3063、NCP3064基礎(chǔ)上推出的NCP3065和NCP3066。通過(guò)以上比較，本設(shè)計(jì)選擇采用控制器NCP3065作為本系統(tǒng)的核心，NCP3065是一款單片式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)高亮度LED提供恒定電流。該裝置具有235毫伏的內(nèi)置基準(zhǔn)電壓（標(biāo)稱值），這是一個(gè)非常低的反饋電壓用于調(diào)節(jié)LED串的平均電流。此外，本NCP3065具有寬輸入電壓高達(dá)40 V，可以被配置成控制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)另外一個(gè)外部晶體管，支持更高的LED電流超過(guò)1.5 A額定開(kāi)關(guān)電流的內(nèi)部晶體管。該NCP3065開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可配置在降壓，升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最低數(shù)量的外部元件。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求和系統(tǒng)構(gòu)成的需要來(lái)設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路，其總體設(shè)計(jì)方案如圖3.1所示。本設(shè)計(jì)分為七大部分：以NCP3065作為主控制器，再加上電源電路、輸入取樣電路、升/降壓斬波電路、輸出取樣電路、調(diào)光電路以及LED陣列。實(shí)現(xiàn)此功能總體思路如下：輸入DC 220V電壓經(jīng)過(guò)UC3842控制的單端反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換成直流穩(wěn)壓電源，然后經(jīng)過(guò)電容濾波和輸入電流取樣電阻取樣加到升/降壓斬波電路上，取樣電阻很小，同時(shí)起到保護(hù)電路的功能，升/將壓斬波電路功能是將輸入的直流電變?yōu)榱硪环N固定可調(diào)的直流電，來(lái)滿足本設(shè)計(jì)的需求，也稱為直流-直流變換器。LED的亮度由調(diào)光電路完成，本文采用的是“脈沖寬度調(diào)制”方法來(lái)完成的。輸出取樣電路主要作用是檢測(cè)輸出電壓的大小以及保證電路電流的恒定，保護(hù)電路。 UC3842開(kāi)關(guān)電源輸入采樣電路升降壓斬波電路輸出取樣電路NCP3065控制電路調(diào)光電路LED陣列3.1系統(tǒng)框圖3.3 小結(jié)本章根據(jù)大功率LED驅(qū)動(dòng)電路的功能要求和性價(jià)比，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了總體方案的設(shè)計(jì)。由于時(shí)間上的關(guān)系，本設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)和很多相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)的有力驗(yàn)證。只能在理論上給以論證和說(shuō)明。本論文絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)思想和方法都是在現(xiàn)有的、成熟的理論支持下進(jìn)行的，可靠性和可行性都很高，符合LED驅(qū)動(dòng)電路在各方面的設(shè)計(jì)要求。第4章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)本章詳細(xì)介紹硬件電路的設(shè)計(jì)。硬件電路包括七部分：以NCP3065作為主控制器，再加上電源電路、輸入取樣電路、升/降壓斬波電路、輸出取樣電路、調(diào)光電路以及LED陣列。詳細(xì)闡明芯片的選擇比較，所選用芯片內(nèi)部組成、功能特點(diǎn)、外圍電路及其接口電路，并設(shè)計(jì)出具體的硬件電路。4.1 NCP3065 簡(jiǎn)介MC34063僅能工作于100kHz或以下的頻率，而NCP3065則可以工作在150kHz，這樣可以有效地減小濾波元件的參數(shù)和體積。這對(duì)于30年前的電力電子用的磁性材料技術(shù)和電容器制造技術(shù)，將頻率提高到100kHz以上可能找不出合適的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的電力電子用的磁性材料和電容器。時(shí)至今日，電力電子用的磁性材料得到飛躍性進(jìn)步，電容器的技術(shù)進(jìn)步也是令人矚目的，這時(shí)再維持100kHz的固有觀念就可能使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品落后于時(shí)代。NCP3065是一種多模式LED控制器，它集成了1.5A開(kāi)關(guān)，可以設(shè)置成降壓、升壓，反轉(zhuǎn)（降壓-升壓）、單端初級(jí)電感變換器等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NCP3065的輸入電壓范圍為3.0-40V，具有235mV的低反饋電壓，工作頻率可調(diào)節(jié)，最高開(kāi)關(guān)頻率為250kHz。其他特性包括：能進(jìn)行逐周期電流限制，不需要控制環(huán)路補(bǔ)償，可采用陶瓷輸出電容，具有模擬和數(shù)字PWM調(diào)光能力，發(fā)