12V20WLED驅(qū)動電源設(shè)計

1、 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計題目： 12V20WLED恒流驅(qū)動電源設(shè)計 姓 名： XXXXXX 學(xué) 號： XXXXXXXXXXXX 所在學(xué)院： 信息工程學(xué)院 專業(yè)班級：XXXXXXXXXXXXXXXXX班 指導(dǎo)教師： XXXXXX 20XX年 X月 XX日聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文（設(shè)計）所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人簽名： 日 期： 年 月 日目 錄摘 要- 1 -第一章

2、前言- 3 -1.1 課題研究的背景與意義- 4 -1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢- 5 -第二章 LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源設(shè)計基礎(chǔ)- 7 -2.1 LED發(fā)光二極管的介紹- 7 -2.2 LED發(fā)光二極管的電氣特性- 7 -2.3 LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源的要求- 7 -2.4 LED發(fā)光二極管驅(qū)動方式- 7 -第三章 12V 20W LED發(fā)光二極管恒流驅(qū)動電源設(shè)計方案- 10 -3.1 電源升壓模塊- 10 -3.2 LED發(fā)光二極管恒流驅(qū)動模塊- 10 -3.3 直流降壓模塊- 14 -第四章 結(jié)論與展望- 15 -4.1 總結(jié)- 15 -4.2 展望- 15 -參考文獻(xiàn)：- 16

3、-致 謝- 17 -摘 要 隨著全球資源的短缺,人們的環(huán)保意識越來越重,由于LED節(jié)能并且環(huán)保，用LED來照明成為潮流，人們經(jīng)常會選擇LED作為家用照明燈。LED發(fā)光二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，發(fā)光二極管跟普通二極管原理一樣,可以將電能轉(zhuǎn)換成光能。LED燈的壽命一般為傳統(tǒng)白熾燈的十倍以上，因此它的優(yōu)點之一是壽命長久。從2012年10月幵始,按照計劃國家逐漸減少銷售普通白熾燈和逐步停止進(jìn)口。國家推出很多政策來加速LED照明的普及。由于LED價格過高，據(jù)調(diào)查現(xiàn)在市場現(xiàn)狀LED發(fā)光二極管照明燈的價格比普通燈貴幾倍甚至十幾倍,因此大眾沒有普遍接受LED。隨著LED被很多開發(fā)者所研究，以及各種高質(zhì)量論文

4、被發(fā)表，很多科技公司也對其投入了巨大的財力和人力，因此LED發(fā)光二極管技術(shù)得到了巨大的提高,LED發(fā)光二極管照明的成本也在逐漸降低,因此越來越多的平民百姓開始選擇LED進(jìn)行照明。雖然現(xiàn)階段LED發(fā)光二極管照明產(chǎn)品還有很多缺陷并不是很完美并且LED照明行業(yè)發(fā)展存在缺陷,但隨著政府扶持政策的大力支持,以及越來越多高端人才和大型企業(yè)進(jìn)入這個行業(yè),LED驅(qū)動技術(shù)會越來越完美,LED照明系統(tǒng)的普及也是指日可待。據(jù)科學(xué)研究表明，制約LED發(fā)展的一個技術(shù)難題是LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源,因為LED驅(qū)動電源相當(dāng)于LED發(fā)光二極管照明的生命之源心臟,LED驅(qū)動電源的質(zhì)量好壞與LED燈的光效和壽命息息相關(guān)。盡快研發(fā)

5、出高效率、低成本的驅(qū)動電源迫在眉睫。 本文從LED發(fā)光二極管驅(qū)動電路的設(shè)計成本和效率等方面綜合考慮,設(shè)計開發(fā)了一款基于PT4115的LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源。論文根據(jù)LED發(fā)光二極管的電氣特性作和驅(qū)動方式,選擇確定了課題的設(shè)計方案,即前級拓?fù)洳捎肂oost電路,后級拓?fù)浠赑T4115的恒流驅(qū)動器。、研究了驅(qū)動芯片配合Boost功率拓?fù)涞墓ぷ鞣绞?對所用拓?fù)渲休敵鰹V波電容、Boost電感、M0SFET幵關(guān)管、輸出二極管等主要工作器件參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計選擇。經(jīng)過接通LED發(fā)光二極管負(fù)載,給出了整機(jī)的測試結(jié)果,其中包括測試性能、LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源的實物圖、主要波形等。通過測試結(jié)果驗證了本設(shè)計的理

6、論分析的正確性和系統(tǒng)方案的可行性和可靠性。關(guān)鍵詞：LED發(fā)光二極管驅(qū)動；PT4115；恒流源；Boost電路12V 20W LED發(fā)光二極管 Constant Current Power Supply DesignAbstract With the shortage of global resources, people's awareness of energy saving benefits PI increase, as energy saving LED lighting increasingly favored by the market. LED is a semicond

7、uctor light-emitting device, because of its structural features, so it will not be as easy to produce and traditional light bulb filament light easy to burn, heat deposition, the light fades and so on. One of the advantages of long life LED lamp is that, typically ten times more than traditional inc

8、andescent. From the beginning of October 2012 Jian, the state will gradually stop as planned importation and sale of ordinary incandescent lamps. Accelerate the pace of the popularity of LED lighting through state subsidies. Because the current market price of LED lights ordinary incandescent severa

9、l times or even ten times, so that the general public has not been widely accepted. However, with the continuous improvement of LED-related technology, the cost of LED lighting is bound to be reduced, so as more people accept. Although at this stage LED lighting products is not perfect, the developm

10、ent of LED lighting industry is not perfect, but with the support of government policies, as well as more and more large enterprises and high-end talent into the industry, LED technology will be more mature, LED lighting will also be popular trend. It now appears that restrict the development of LED

11、 technology bottleneck is an LED drive power, LED drive power equivalent to the heart because LED lighting, LED drive power LED lights have a direct impact on the efficiency and life of the light. Develop low-cost, high-efficiency drive power is necessary. From the LED drive circuit design and

12、other aspects of cost and efficiency into account, based on the design and development of a PT4115 LED driver power supply. Thesis for electrical characteristics based on LED and drive, select OK the subject design, that is, before the use of Boost circuit topology level after level topology based o

13、n a constant drive PT4115. Study the driver chip with a power topology Boost work, the use of the output filter capacitor topology, Boost inductor, MOSFET open-off pipe, the output diode device parameters and other major work was a design choice. Then referred to the LED drive power of the Key Issue

14、s concerning electromagnetic compatibility, analyzes conducted interference in common mode and differential mode interference interference, through the analysis of two sets of disturbance works designed electromagnetic interference filter. Also it gives some design radiated interference suppression.

15、 After turning the LED load, presents the test results of the machine, including test performance, LED drive power of the physical map, the main waveforms. The test results to verify the feasibility and reliability of the theoretical analysis of the correctness of the design and system solutions.Key

16、words: LED drivers; PT4115; constant current source; Boost circuit第一章 前言1.1 課題研究的背景與意義 LED發(fā)光二極管是一種能將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管已被廣泛地應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明。由于LED燈泡體積小，重量輕，更重要的是其封裝材料承受震動和高強(qiáng)度機(jī)械沖擊是沒有任何問題的，所以它

17、不容易破碎。而且LED的燈具壽命一般可以達(dá)到5-10年，大大降低了燈具的更換成本。與傳統(tǒng)燈泡相比，不含汞、鈉等這些重金屬損害身體的物質(zhì)，而且光色柔和對人體不會造成不適和危害。LED無論在結(jié)構(gòu)上還是發(fā)光原理上都和傳統(tǒng)的白織燈泡截然不同。它釆用電場發(fā)光，因此熱輻射低、能耗少、發(fā)光效率高。LED發(fā)光二極管的單管功率為0.03-0.06W，耗電量是白熾燈泡的萬分之一，在同樣照明效果的情況下。同樣效果的50W白熾燈相當(dāng)于5W的LED燈泡，而且LED發(fā)光二極管可以變換顏色當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化

18、鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無機(jī)發(fā)光二極管LED。隨著白光LED發(fā)光二極管技術(shù)的逐漸成熟，半導(dǎo)體照明技術(shù)不僅可以應(yīng)用于家庭平日的照明，同時在其它的工業(yè)、制造業(yè)等很多方面得到了大家的大力支持和廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)今全球資源短缺的情況下，2008年舉世矚目的北京奧運會給中國LED發(fā)光二極管照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了舉頭輕重的機(jī)遇與機(jī)會，當(dāng)然LED發(fā)光二極管照明的投入為北京奧運會的輝煌有不可埋沒的功勞。數(shù)據(jù)顯示，2009年，全球LED發(fā)光二極管路燈的數(shù)量接近250萬蓋，普及率已經(jīng)達(dá)到1%，2010年，全球LED發(fā)光二極管路燈已經(jīng)超過450萬盞，普

19、及率達(dá)到25%以上。據(jù)科學(xué)研究調(diào)查報告預(yù)測全球LED發(fā)光二極管路燈市場在2010年后將呈指數(shù)增長，2009至2013年復(fù)合增長率已經(jīng)達(dá)到了97.75%，而且至2013年，全世界的LED發(fā)光二極管路燈市場規(guī)模達(dá)到21.59億美元。我國LED發(fā)光二極管路燈市場將保持持續(xù)增長，前瞻網(wǎng)LED發(fā)光二極管照明行業(yè)研究小組分析認(rèn)為，我國已經(jīng)占領(lǐng)全球百分之五十左右的LED照明市場，已經(jīng)成為全球最不可或缺的LED發(fā)光二極管路燈市場之一，至2013年我國LED發(fā)光二極管路燈市場規(guī)模按照研究預(yù)測的趨勢一樣會達(dá)到86.63億元。新的組合式管芯的出現(xiàn)，也讓單個LED發(fā)光二極管管的功率不斷提高。隨著技術(shù)的飛躍突破，應(yīng)用的

20、大力推廣，行業(yè)的繼續(xù)發(fā)展，LED的質(zhì)量效果也越來越達(dá)到人民的需求，當(dāng)今社會的大眾審美水平在不斷提高，但LED照明燈沒有讓大家失望，人民在選擇照明燈時大部分會選擇LED，因為照明技術(shù)的不斷提高，技術(shù)不斷成熟，LED照明燈的制作成本在不斷的下降，因此LED的價格不斷走低，間接的人們更加青睞于LED這種物美價廉的照明工具。通過照明領(lǐng)域科研人員的不斷努力研發(fā)，新燈種的開發(fā)，光學(xué)設(shè)計的不斷突破突破，因此產(chǎn)品單一的局面也有望進(jìn)一步打破僵局。由于控制類相關(guān)軟件的改進(jìn)，也使得LED發(fā)光二極管照明使用更加快捷便利利民。最近幾十年的LED技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，都可以看出 LED發(fā)光二極管在照明行業(yè)及應(yīng)用的巨大發(fā)展

21、潛力與前景，LED會為廣大人民帶來巨大的福利。由于當(dāng)今世界人口越來愈多，資源越來越少，所以人們更加急于尋求新的能源代替那些不可再生資源，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于尋求新的資源的能力和希望越來越大。由于當(dāng)代人民節(jié)約資源的意識比較薄弱，造成了巨大的資源浪費，因此可想而知不是LED也會出現(xiàn)其它相同作用的產(chǎn)品來取代，所以說LED照明的發(fā)展與興起，是肯定的。LED驅(qū)動電源的發(fā)展作為LED照明的核心驅(qū)動力，會直接影響LED發(fā)光二極管的大眾化和普及率。讓發(fā)光二極管LED更加便利快捷服務(wù)于大家成為了當(dāng)務(wù)之急，各行各業(yè)都需要照明工具，各家各戶都需要照明設(shè)備，因此LED技術(shù)研發(fā)應(yīng)該受到政府及科研人員的廣泛注

22、意。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢如今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和高效大功率LED發(fā)光二極管的研制成功，LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源的設(shè)計研發(fā)已經(jīng)步入了一個新的階段，各種高質(zhì)量的研發(fā)成果相繼市面。LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源根據(jù)供電方式不同可以分為DC/DC型兩種和AC/DC型。DC/DC型LED發(fā)光二極管驅(qū)動器主要是由電瓶、穩(wěn)壓電源或電池供電，主要應(yīng)用在便攜式車燈、礦燈、消費電子產(chǎn)品等用電設(shè)備中。若從LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源的驅(qū)動方式來分，可以分為恒壓驅(qū)動和恒流驅(qū)動兩種。早期的LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源大多使用恒壓驅(qū)動器。不過即便使用精度很高的恒壓源驅(qū)動器，LED發(fā)光二極管的發(fā)光性能和可靠性卻也沒有得

23、到保證。并且恒壓驅(qū)動的方式要求LED發(fā)光二極管要串聯(lián)起來，如果串聯(lián)起來的燈珠中有一個損壞了就會使其他LED也不能正常工作。因此，現(xiàn)在恒流驅(qū)動的方式越來越多的被大家所選用，這不僅可以達(dá)到大眾所需的發(fā)光效果，而且更加可以避免恒壓驅(qū)動的缺陷。使用專用驅(qū)動芯片驅(qū)動LED的方案的外圍電路比較簡單，缺點就是LED發(fā)光二極管專用驅(qū)動芯片較高的成本，較小的輸出功率，只可以應(yīng)用在小功率場合。國外的研發(fā)人員在設(shè)計價格較低，效率較高，功率大，而且恒流效果好的高性價比LED發(fā)光二極管專用驅(qū)動芯片的同時，還在使用模擬數(shù)字電路的驅(qū)動方案中不斷設(shè)計研發(fā)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電力電子器件和控制策略，開發(fā)出了更加高效的LED發(fā)光二極管

24、驅(qū)動方案。LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源目前面臨的最主要問題是壽命短，主要因素是驅(qū)動電源里面的電解電容。LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源的散熱設(shè)計沒做好就會造成電解電容的壽命縮短。據(jù)研究調(diào)查表明電解電容的壽命和它的工作溫度呈指數(shù)相關(guān)關(guān)系，在溫度達(dá)到75度時，電容量會因為電解液的蒸發(fā)作用而逐漸下降，直接導(dǎo)致壽命縮短為5000-10000小時。由于LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源的使用時間的縮短，不能體現(xiàn)出LED發(fā)光二極管的可以長時間使用的優(yōu)勢，這使得 LED發(fā)光二極管燈具的普及受到了大大的阻礙。很多商家為此會運用高科技技術(shù)及人才來研究并向他人展現(xiàn)出各自的無電解電容的LED發(fā)光二極管驅(qū)動方案。但是如果只是去掉電解電容就

25、會大大降低電源對電網(wǎng)波動的抗干擾能力，也會導(dǎo)致抗浪涌能力下降進(jìn)而遭雷擊而損壞的幾率大大增高，所以驅(qū)動電源的可靠性顯得尤為重要。所以從現(xiàn)在的研究狀況看來即使LED驅(qū)動電源的一個發(fā)展趨勢是無電解電容驅(qū)動技術(shù)，不過在技術(shù)方面還要面對很多的問題。只有克服了這些難題，才能真正地迎來無電解電容LED驅(qū)動方案主導(dǎo)的發(fā)光LED照明市場。第二章 LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源設(shè)計基礎(chǔ)2.1 LED發(fā)光二極管的介紹 LED是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，它早在1962年就面市了，最初，LED僅僅能夠發(fā)出很微弱的紅光，后來發(fā)展出可以發(fā)出其他單色光的LED，如今，發(fā)光二極管能夠發(fā)出的光已遍及紅外線、紫外線及可見光，光強(qiáng)也增高

26、到非常高的強(qiáng)度。并且用途也由早期作為顯示板、指示燈等，發(fā)展到被廣泛的應(yīng)用于電視機(jī)采光裝飾、照明和顯示器。2.2 LED發(fā)光二極管的電氣特性LED是半導(dǎo)體二極管的一種，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能。發(fā)光二極管和普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給LED外加正向電壓時，從N區(qū)注入P區(qū)的電子和從P區(qū)流入N區(qū)的空穴在PN結(jié)周圍分別和P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子結(jié)合，發(fā)出熒光。在不同的半導(dǎo)體材料中空穴和電子所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)空穴和電子結(jié)合時釋放的能量數(shù)級不同，釋放的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。LED的核心部分是N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體組成的晶片，在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為

27、PN結(jié)。在一些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的多數(shù)載流子與少數(shù)載流子結(jié)合時會以發(fā)光的形式將多余的能量釋放出來，從而將電能轉(zhuǎn)化為光能。PN結(jié)外加方向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。當(dāng)外加正向電壓時，電流會從陽極流向陰極，LED就會發(fā)光，光的強(qiáng)度和電流大小有關(guān)。2.3 LED發(fā)光二極管驅(qū)動電源的要求目前LED發(fā)光二極管普遍采用直流驅(qū)動，因此在市電和LED發(fā)光二極管之間必須增加一個整流器，這個適配器就是LED發(fā)光二極管驅(qū)動器。它的作用就是將交流市電轉(zhuǎn)換成適用于LED的工作電流和直流工作電壓。根據(jù)LED的驅(qū)動特性和電網(wǎng)的用電規(guī)則，在設(shè)計和選擇LED驅(qū)動電源時必須考慮以下性能：（1） 高效率。（2） 高

28、功率因數(shù)。（3） 高可靠性2.4 LED發(fā)光二極管驅(qū)動方式 根據(jù)功率開關(guān)管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分為兩類：開關(guān)穩(wěn)壓和電源線性穩(wěn)壓電源。 線性穩(wěn)壓電源是指穩(wěn)壓器工作在線性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而開關(guān)電源則是使開關(guān)管工作在開通、關(guān)斷兩種狀態(tài)下。開關(guān)管導(dǎo)通時壓降很小，幾乎可以忽略；開關(guān)管斷開時等于開路，開關(guān)管壓降等于外加電源電壓。按驅(qū)動方式可以分為兩種：恒壓驅(qū)動和恒流驅(qū)動。（1） 恒流驅(qū)動 恒流驅(qū)動電源就是指電源輸出的電流是不隨負(fù)載變化的，當(dāng)有外界干擾或者負(fù)載發(fā)生變化時，恒流電路可以調(diào)節(jié)開關(guān)管的開關(guān)時間使得流過LED的電流等于恒定值。由于LED的非線性I-V特性，較小的電壓波動都會導(dǎo)致較大的電流波

29、動，所以，釆用恒流驅(qū)動的LED能夠達(dá)到較完美的發(fā)光效果。但是輸出電壓會隨著負(fù)載的變化在一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載阻值大，輸出的電壓就高，負(fù)載阻值小，輸出電壓就低。恒流電源不怕負(fù)載短路，不過不能使負(fù)載完全開路。而在實際使用中LED驅(qū)動電源一般既有恒流功能又有恒壓功能，所以負(fù)載斷路對驅(qū)動器沒有什么損害。線性恒流電源具有較好的穩(wěn)流效果以及較低的驅(qū)動電路成本，在實際應(yīng)用中，較多應(yīng)用于中小功率場合，不過因為串接在電路主回路中的工作在線性放大區(qū)的開關(guān)管輸出端電壓較高，所以功率管上具有較大的損耗，加上釆樣電阻上也有一定的損耗，電路效率較低，故這種驅(qū)動方案在大功率場合應(yīng)用比較困難。而開關(guān)恒流方式中的主功率管不會直接

30、與LED串聯(lián)，使用現(xiàn)在較成熟的開關(guān)電源技術(shù)，將采集的發(fā)光二極管回路的電流信號作為反饋信號來控制功率管的開關(guān)頻率，保持輸出電流不變。因為現(xiàn)在LED的照明功率只有幾百瓦，故開關(guān)恒流DC/DC環(huán)節(jié)的電路拓?fù)渲饕蠦uck、Boost、Flyback和Forward等形式。 開關(guān)恒流電源電路效率高，效果好，適用于大功率LED應(yīng)用場合。隨著LED電氣特性的影響和開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，目前的發(fā)光二極管驅(qū)動電源普遍采用開關(guān)恒流驅(qū)動技術(shù)。（2） 恒壓驅(qū)動 恒壓驅(qū)動電源又叫穩(wěn)壓電源，是指輸出的電壓值恒定，不隨輸入電壓、負(fù)載等外部條件的變化而變化的電源。采用穩(wěn)壓電源時，LED負(fù)載兩端電壓保持恒定不變，不過由于LED

31、的內(nèi)阻不穩(wěn)定會產(chǎn)生波動而且輸出電壓中存在紋波，流過LED的電流會隨著發(fā)光二極管的內(nèi)阻變化以及電壓的波動而波動。根據(jù)發(fā)光二極管的V-I特性，微小的電壓波動就能造成LED電流的較大波動，而電流波動會影響LED的壽命以及發(fā)光效果。此外，由于LED發(fā)光二極管具有負(fù)溫度效應(yīng)，電流的波動會導(dǎo)致電流的惡性循環(huán)和結(jié)溫，嚴(yán)重時甚至燒毀LED。所以，如果LED驅(qū)動電源選用恒壓驅(qū)動方式，對驅(qū)動電源的恒壓精度要求非常高。即便恒壓驅(qū)動對LED發(fā)光二極管性能的有損害，在驅(qū)動電源技術(shù)的發(fā)展歷程中，恒流驅(qū)動技術(shù)不如恒壓驅(qū)動技術(shù)成熟，并且在一些要求不高的場合可以通過經(jīng)濟(jì)而又簡單的方法實現(xiàn)恒壓驅(qū)動，所以在一些低端LED發(fā)光二極管

32、驅(qū)動電源中仍然有少量應(yīng)用。第三章 12V 20W LED發(fā)光二極管恒流驅(qū)動電源設(shè)計方案3.1 電源升壓模塊本系統(tǒng)的LED發(fā)光二極管采用1W白色LED發(fā)光二極管，正向?qū)▔航禐?.1-3.4V，12V電壓輸入顯然不能驅(qū)動七個LED發(fā)光二極管串聯(lián)，因此我們需要進(jìn)行升壓。升壓電路我們采用Boost電路。典型的Boost拓?fù)潆娐啡缦聢D所示。圖3-1 典型的Boost拓?fù)潆娐稡oost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種常用的非隔離功率轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Boost功率轉(zhuǎn)換拓?fù)涫且环N開關(guān)直流升壓電路，可以將輸入電壓升高。其工作原理是：在充電過程中，開關(guān)管導(dǎo)通，輸入電壓流過電感，由于輸入的是直流電，電感上的電流以一定比率線性增加，因

33、此電感中儲存了一些能量。二極管防止電容對地放電。電容C利用之前存儲的電荷向負(fù)載供電。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已經(jīng)斷開，于是電感只能通過新的電路向電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。假設(shè)二極管導(dǎo)通電壓和開關(guān)損耗為零，可以推出輸出電壓為：3.2 LED發(fā)光二極管恒流驅(qū)動模塊本課題選用一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源（PT4115）來驅(qū)動多顆串聯(lián)LED發(fā)光二極管。PT4115工作電壓從6V到30V，可以調(diào)節(jié)輸出電流，輸出電流最大可以達(dá)到1.2A。根據(jù)不同的外部器件和輸入電壓，PT411

34、5能夠作為高達(dá)數(shù)十瓦的LED的驅(qū)動電源。PT4115片內(nèi)有功率MOS管，通過電流采樣技術(shù)設(shè)置LED的電流閾值，且根據(jù)DIM引腳輸入的電壓信號能夠進(jìn)行很寬范圍的PWM調(diào)光和模擬調(diào)光。當(dāng)DIM引腳的輸入信號低于0.3V時，功率管開路，PT4115將工作在待機(jī)狀態(tài)并且功耗很低。它的特點如下：（1） 簡單的外圍電路。（2） 很寬的輸入電壓范圍：從6V到30V（3） 最大輸出1.2A電流（4） 可以通過DIM引腳進(jìn)行模擬調(diào)光和PWM調(diào)光以及控制發(fā)光二極管開關(guān)（5） 輸出電流精度為6%（6） LED開路自然保護(hù)（7） 效率可以達(dá)到96%（8） 采用輸出電流可調(diào)的恒流控制方案PT4115的典型應(yīng)用電路如下圖

35、所示：圖3-2 PT4115典型應(yīng)用電路PT4115內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示：圖3-3 PT4115內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖PT4115和電感（L）、電流采樣電阻（RS）形成一個自振蕩的連續(xù)電感電流模式的降壓型恒流LED發(fā)光二極管控制器。 VIN上電時，電感（L）和電流采樣電阻（RS）的初始電流為零，LED發(fā)光二極管輸出電流也為零。這時候，CS比較器的輸出為高，內(nèi)部功率開關(guān)導(dǎo)通，SW的電位為低。電流通過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED發(fā)光二極管和內(nèi)部功率開關(guān)從VIN流到地，電流上升的斜率由VIN、電感（L）和LED發(fā)光二極管壓降決定，在RS上產(chǎn)生一個壓差VCSN， 當(dāng)(VIN-VCSN)> 1

36、15mV時，CS比較器的輸出變低，內(nèi)部功率開關(guān)關(guān)斷，電流以另一個斜率流過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED發(fā)光二極管和肖特基二極管（D），當(dāng)(VIN-VCSN) < 85mV時，功率開關(guān)重新打開，這樣使得在LED發(fā)光二極管上的平均電流為：高端電流采樣結(jié)構(gòu)使得外部元器件數(shù)量很少，采用1%精度的采樣電阻，LED發(fā)光二極管輸出電流控制在±5%的精度。PT4115可以在DIM管腳加PWM信號進(jìn)行調(diào)光，DIM管腳電壓低于0.3V關(guān)斷LED發(fā)光二極管電流，高于2.5V全部打開LED發(fā)光二極管電流，PWM調(diào)光的頻率范圍從100Hz到20KHz以上。當(dāng)高電平在0.5V到2.5V之間，也可

37、以調(diào)光，具體應(yīng)用細(xì)節(jié)見后面應(yīng)用說明。DIM管腳也可以通過外加直流電壓(VDIM) 調(diào)小LED發(fā)光二極管電流（模擬調(diào)光），最大LED發(fā)光二極管電流由采樣電阻RS決定。直流電壓(VDIM) 的有效的調(diào)光范圍是0.5V到2.5V。當(dāng)直流電壓(VDIM)高于2.5V，輸出LED發(fā)光二極管電流保持恒定，并由(0.1/RS)設(shè)定。LED發(fā)光二極管電流還可以通過DIM到地之間接一個電阻到進(jìn)行調(diào)節(jié)，內(nèi)部有一個上拉電阻（典型200K歐姆）接在內(nèi)部穩(wěn)壓電壓5V上，DIM管腳的電壓由內(nèi)部和外部的電阻分壓決定。DIM管腳在正常工作時可以浮空。當(dāng)加在DIM上的電壓低于0.3V時，內(nèi)部功率開關(guān)關(guān)斷，LED發(fā)光二極管電流也

38、降為零。關(guān)斷期間，內(nèi)部穩(wěn)壓電路保持待機(jī)工作，靜態(tài)電流僅為95uA。此外，為了保證可靠性，PT4115內(nèi)部包含過熱保護(hù)功能（TSD），封裝含有散熱PAD。過熱保護(hù)功能在芯片過熱（160）時保護(hù)芯片和系統(tǒng)，外部的散熱PAD增強(qiáng)了芯片功耗，于是，PT4115能夠安全地輸出較大電流。PT4115還可以通過DIM管腳外接熱敏電阻（NTC）到LED發(fā)光二極管 附近，檢測溫度動態(tài)調(diào)節(jié)LED發(fā)光二極管電流保護(hù)LED發(fā)光二極管?？梢酝ㄟ^外部電流采樣電阻RS設(shè)定LED發(fā)光二極管平均電流，LED發(fā)光二極管的平均電流由連接在VIN和CSN兩端的電阻RS決定：上述等式成立的前提是DIM端浮空或外加DIM端電壓高于2.5

39、V（但必須低于5V）。實際上，RS是設(shè)定了LED發(fā)光二極管的最大輸出電流，通過DIM端，LED發(fā)光二極管實際輸出電流能夠調(diào)小到任意值。 PT4115推薦使用的電感參數(shù)范圍為27uH 100uH。電感的飽和電流必須要比輸出電流高30%到50%。LED發(fā)光二極管輸出電流越小，建議采用的電感值越大。在電流能力滿足要求的前提下，希望電感取得大一些，這樣恒流的效果會更好一些。電感器在布板時請盡量靠近VIN和SW，以避免寄生電阻所造成的效率損失。為了能夠保持最好的性能以及達(dá)到最大的效率，二極管（D）應(yīng)選擇低漏電、低寄生電容、低正向壓降、快速恢復(fù)的肖特基二極管，耐壓能力以及過流能力視具體的情況而定，不過必須

40、留有35%的余量，可以使驅(qū)動電源更加可靠、穩(wěn)定的工作。另外值得注意的一點是在較高的工作溫度下，應(yīng)考慮肖特基二極管的反向漏電流。較高的反向漏電流會導(dǎo)致驅(qū)動器的功耗增加。AC12V整流二極管（D）一定要選用低壓降的肖特基二極管，以降低自身功率耗散。如果需要減少輸出電流紋波，一個最有效的方法即在LED發(fā)光二極管的兩端并聯(lián)一個電容，連接方式如圖所示：圖3-4 濾波電路 3.3 直流降壓模塊DIM端可以外加一個直流電壓(VDIM)調(diào)小LED發(fā)光二極管輸出電流，但這個電壓要求在0.4-2.5V之間，因此我們采用Buck拓?fù)涫诫娐穼㈦娫措妷恨D(zhuǎn)換成0.4-2.5V的電壓。典型的Buck電路拓?fù)淙缦聢D所示。 圖

41、3-5 典型的Buck拓?fù)潆娐稡uck降壓電路的工作原理是：當(dāng)功率開關(guān)管Q導(dǎo)通時，電流經(jīng)過MOS管流過電感L。由于輸入的是直流電，電感上的電流以一定比率線性增加，并且儲存了一些能量。流經(jīng)電感的電流還為負(fù)載供電，并對電容C充電。二極管D由于受反向電壓而反向偏置。當(dāng)開關(guān)管斷開時，由于電感的電流保持特性，電流保持方向不變。電容同時開始放電，二極管由于正向電壓而導(dǎo)通，因此形成一條通路，電容和電感同時給負(fù)載供電。假設(shè)開關(guān)管和二極管上的壓降為零。則可以推出輸出電壓為：第四章 結(jié)論與展望4.1 總結(jié)在LED逐漸受到人們的重視的同時，LED驅(qū)動技術(shù)則是發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石，LED驅(qū)動電源的品質(zhì)很大程度上影

42、響了 LED產(chǎn)品的穩(wěn)定性，所以，在LED產(chǎn)業(yè)日益成熟的今天，LED驅(qū)動電源技術(shù)的發(fā)展也非常重要。LED發(fā)光二極管是具有負(fù)溫度特性和敏感特性的半導(dǎo)體器件，故需利用復(fù)雜的變換電路才能將其驅(qū)動起來。一款優(yōu)秀的LED驅(qū)動電源需要有很高的恒流精度，很好的轉(zhuǎn)換效率，嚴(yán)格的電磁兼容性，較長的電源壽命等，故在設(shè)計其驅(qū)動電源時必須考慮很多影響因素。本文主要做的工作包括以下方面：（1） 通過對LED發(fā)光二極管的驅(qū)動方式和電氣特性進(jìn)行了研究并制定了課題所研究的LED驅(qū)動電源的設(shè)計方案。（2） 本文詳細(xì)介紹了PT4115的電氣特性、應(yīng)用電路等。（3） 最后根據(jù)之前的分析研究,設(shè)計了一個LED驅(qū)動器，并對它的性能進(jìn)行了分析。實驗結(jié)果表明，本課題所制作的LED驅(qū)動器能符合最初指定的性能指標(biāo)，驗證了前面的設(shè)計研究工作的正確性。4.2 展望由于本人的能力和