LED照明燈驅(qū)動線路知識

線路基礎(chǔ)知識培訓 1電源的作用及構(gòu)成 2安定電路種類 3Buck電路工作原理分析1電源的作用及構(gòu)成

1.1為什么LED需要電源1)LED是一個非線性器件,正向電壓的微小變化會引起正向電流的很大變化2）LED的光輸出正比于正向電流3）LED是一個半導體二極管,它的伏安特性隨溫度而變化(-2mV/oC)06February202321電源的作用及構(gòu)成1.2電源組成1.2.1電源到設(shè)備的保護

1.2.2浪涌雷擊保護1.2.3EMI&EMC 1.2.4整流電路1.2.5功率因數(shù)校正

1.2.6安定電路1.2.7異常情況的保護06February20233ACInput電源到設(shè)備的保護電路EMI&EMC整流電路功率因數(shù)較正安定電路保護電路Ouput浪涌雷擊保護1電源的作用及構(gòu)成1.3保險電路一般使用玻璃保險管或保險電阻，當電路異常時通過保險組件的燒毀隔開電路連接06February202341電源的作用及構(gòu)成1.4浪涌雷擊保護浪涌（Electricalsurge），顧名思義就是瞬間出現(xiàn)超出穩(wěn)定值的峰值，它包括浪涌電壓和浪涌電流。浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時間內(nèi)的一種劇烈脈沖?？赡芤鹄擞康脑蛴校褐匦驮O(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動機。而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護連接設(shè)備免于受損。浪涌及雷擊保護一般使用MOV及TVS來實現(xiàn)也可以使用整流電路中的電解（大容量的電容）來吸收浪涌能量06February202351電源的作用及構(gòu)成1.5EMI&EMC電磁干擾（ElectromagneticInterference簡稱EMI），直譯是電磁干擾。是指電磁波與電子元件作用后而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過導電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)，在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。EMC（ElectroMagneticCompatibility）直譯是“電磁兼容性”。意指設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量既不對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，也不受其他設(shè)備的電磁能量干擾的能力。EMI一般通過電容及電感的組合來實現(xiàn)，通用的有π型濾波等EMI電路的應(yīng)用應(yīng)注意電感的飽和，有接地的情況要注意接地的漏電流要滿足標準要求06February202361電源的作用及構(gòu)成1.6整流電路1.6.1常用整流電路1.6.2倍壓整流電路06February202371電源的作用及構(gòu)成1.7功率因數(shù)較正在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cosΦ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S.非線性負載將電流波形由正弦波扭曲成其他波形。非線性負載的輸入電流中除了原來電源的頻率（基頻）外，其中也會有許多高頻的諧波電流成份。1.7.1填谷電路1.7.2有源功率因數(shù)較正06February202382安定電路種類1阻容降壓2線性電源06February202392安定電路種類3橋式電路半橋電路

全橋電路06February2023102安定電路種類4推挽電路06February2023112安定電路種類5反激電路1.8.5.1降壓電路Buck1.8.5.2升壓電路Boost1.8.5.3升降壓電路Buck-Boost06February2023122安定電路種類6正激電路06February2023132023/2/63Buck電路分析VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VoIoD1-DT根據(jù)L的伏秒平衡原則：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin*DL*ΔIo=Vo*(1-D)TIs根據(jù)L在1-D時間的基本方程：ΔIo=Vo*(1-D)T/L2023/2/6Buck電路工作原理分析.2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流：（開關(guān)管ON）

DeltaILon=(Vin-Vo)*Ton/L2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流：（開關(guān)管OFF）

DeltaILoff=Vo*Toff/L2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流：2023/2/6Buck電路工作原理分析輸出電容的電流波形：電感電流：輸出電容電流：要選擇工作紋波電流大，ESR小的輸出電容，為降低輸出紋波電壓，可用多個小容量的電容并聯(lián)使用。2023/2/6Buck電路工作原理分析根據(jù)負載大小變化，BUCK電源工作在CCM與DCM兩種狀態(tài)。CCM:ContinuousCurrentModeDCM:DiscontinuousCurrentMode在CCM模式，電感電流在整個周期內(nèi)都時連續(xù)的，Po=1/2*L*(IL12-IL22)在DCM模式，一個周期內(nèi)，有段時間電感電流為零。Po=1/2*L*IL2=V02/RIL=sqrt(2*Vo2/LR)=2023/2/6兩種模式下的工作電流波形：.2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流波形：CCM2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流波形：DCM2023/2/6Buck電路工作原理分析由上可知，電感電流由直流（Io）和紋波電流（）兩部分組成；在CCM模式，電感電流隨負載電流變化，但紋波分量并不改變，由此可以看出負載變化時占空比不變。當負載減小到使電感電流從剛好零開始時，此為CCM與DCM轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)。進一步減小輸出負載，此時并不需要很大的電感電流維持輸出功率，電感開始減小，占空比也減小，而電感也在開關(guān)管下次導通之前電流降為零。電路進入DCM模式，在此模式下，占空比隨著負載變化而變化。2023/2/6同步整流電路分析非同步整流電路結(jié)構(gòu)簡單，容易驅(qū)動，但因作為續(xù)流的肖特基二極管管壓降大，功率損耗較大，導致整個電源效率降低，所以一般用在輸出電壓較高，輸出電流較小的場合；而對于用在低電壓，大電流的場合，如CPU的供電電源則需用同步整流電路。2023/2/6兩種電路比較：.2023/2/6.同步電路應(yīng)用實例：2023/2/6同步整流電路特點：同步整流電路用下MOS管代替開關(guān)換器的續(xù)流二極管，其導通電阻小，大大降低了整流損耗，提高了電源效率。因下管作續(xù)流管用，所以要求其體二極管的反向恢復電荷小，柵極電阻小，用開關(guān)特性好等。為一避免上下管同時導通，要求兩管的驅(qū)動信號間須留有一死區(qū)時間，在死區(qū)時間內(nèi)，電流從下管的體二極管內(nèi)流過，增加了損耗。2023/2/6同步整流電路特點：在穩(wěn)態(tài)時，電感電流上升和下降的變化量是相等的，但上下管導通時間不同，兩管的電流有效值也不同，導通時間越長，電流有效值大，管子發(fā)熱也大。根據(jù)上圖計算上下管的電流有效值：

Irmsup/Irmsdn=sqrt(D/(1-D))Vcore=Vin*D=>D=Vcore/Vin=1.6/12=0.133代入上式：Irmsup/Irmsdn=sqrt(0.133/(1-0.133))=0.4Irmsdn=2.5Irmsup

所以下管必須用電流容量更大的管或雙管并聯(lián)。2023/2/6.避免雙管同時導通：2023/2/6多相變換器.2023/2/6.多相變換器做優(yōu)點：將變換器產(chǎn)生的熱量分布在各相電路上，而且散熱面積大，不用散熱片。各相電流疊加后紋波減小，降低了輸出電壓紋波幅度，減少了輸出電容的數(shù)量。減小了單相大電流時多管并聯(lián)的設(shè)計難度和對磁芯的要求。降低了各相變換器的工作頻率，減小元件分布參數(shù)的影響及干擾。2023/2/6CPU電源解析：.2023/2/6主變換電路：.2023/2/6電路分析：當電路中上管導通時，源極電壓等于電源輸入電壓，因此驅(qū)動管的柵極電壓=Vin+Vgs,IC不能直接驅(qū)動，IC內(nèi)部將上管的驅(qū)動路采用浮地的方式，外接自舉電容組成偏置電路來驅(qū)動上管。2023/2/6上管驅(qū)動原理：．2023/2/6.MOS管的驅(qū)動電路：2023/2/6控制部分：.2023/2/6PWM調(diào)制原理.2023/2/6

PWM調(diào)制原理

CPU工作時會根據(jù)負荷的大小發(fā)出一組VID代碼給電源IC，經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，得一模擬電壓值，即為CPU所需的工作電壓。電源IC以此電壓為參考值，將之與CPU實際電壓信號的差值進行放大，得到誤差信號Vcomp,再與電源IC內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波信號進行比較，產(chǎn)生PWM信號，控制開關(guān)管的關(guān)斷，使輸出電壓調(diào)整到符合VID相應(yīng)的電位。2023/2/6.穩(wěn)壓原理：2023/2/6..2023/2/6.限流檢測(限流）：2023/2/6.電流檢測（通道平衡）：2023/2/6主板電源類型：.2023/2/6.通道電流平衡：為使每通道的達到熱平衡，需要每通道的電感電流大小一致，IC內(nèi)部處理方式：采樣每通道的電流，將各通道電流求和平均，與相電流相減，產(chǎn)生一個誤差信號Ier，再和Vcomp相減，調(diào)整各相PWM寬度，達到電流平衡，各相Ier為零時，則電流達到了平衡。電流平衡是通過檢測流過下管Rds(on)來實現(xiàn)的。2023/2/6此外，為提高電源工作的可靠性，還需有UVP，OVP，OCP等功能，這此功能都集成到芯片內(nèi)部。2023/2/6應(yīng)用實例.2023/2/6.輸出電壓Vo:IC內(nèi)部集成了一個有關(guān)0.9V基準電壓的誤差放大器,所以:Vo=0.9*(R497+R501)/R501=2.5V2023/2/6.根據(jù)以下條件計算相關(guān)參數(shù)：Vin=5VVo=2.5VIo=3.0AFs=300KHz根據(jù)前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5Ton=0.5/300000=1.67uS設(shè)：ΔIo=Io*10%=3.0*30%=0.9AL=(Vin-V0)*Ton/ΔIo=(5-2.5)*1.67/0.9=4.7uH2023/2/6.Buck電路特點:效率高,可靠性好工作頻率高,使電路中電壓/電流波形的快瞬變化,產(chǎn)生電磁幅射干擾.元件布局和PCB布線難度較大.輸出電壓紋波比較大.電路復雜,成本高.2023/2/6.線性電源2023/2/6線性電源分類：.2023/2/6線性電源線性電源特點：電路簡單，不會產(chǎn)生干擾，輸出紋波小，調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，功耗大，效率低，發(fā)熱量大，降低了元件的可靠性，因此線性適合用于輸入/輸出壓差小，電流小的場合。2023/2/6線性電源：OP+MOS形式.2023/2/6線性電源注意事項：

Vo=2.5*R585/(R584+R585)ID>IomaxPD>(Vin-Vo)*IomaxVg>Vo+Vgs保證漏源極間的壓差使MOS管工作在放大狀態(tài):當輸出為靜態(tài)負載時，可在IC一二腳間并聯(lián)一小電容，減小輸出紋波；動態(tài)負載時則不需此電容，以提高電路的動態(tài)響態(tài)速度。2023/2/6

MOS管的工作狀態(tài)：

vDS/V

iD2023/2/6.線性電源2023/2/6.求復合管的輸出電壓：根據(jù)上圖得NPN管的Vb=R235/(r234+R235)=2.2V