1、led節能燈驅動電路的設計目 錄摘 要1abstract2第1章 緒 言31.1 課題背景31.2 課題研究的目的和意義31.3 led驅動電路的發展概況及發展趨勢4第2章 led的基礎知識52.1 led的基本概念及特點52.1.1 led的基本概念52.1.2 led的特點52.2 led的發光原理及主要參數72.2.1 led的發光原理72.2.2 led的主要參數7第3章 led驅動主電路的設計103.1 電路設計的總體方案103.2 主電路的設計123.2.1 emi濾波電路的設計123.2.2 整流橋電路的設計153.2.3 dc/ac變換電路的設計183.2.4 輸出平滑電路的設

2、計193.2.5 主電路及其工作原理203.3 led的連接方式21第4章 控制電路的設計254 .1 pwm控制電路的設計254.1.1 sg3525a控制芯片的介紹254.1.2 基于sg3525a的pwm控制電路的設計294.2 隔離、驅動電路的設計304.2.1 ir2110集成芯片的介紹304.2.2 光電耦合器的介紹324.2.3 基于ir2110的隔離驅動電路的設計334.3 保護電路的設計344.3.1. 欠壓保護電路344.3.2 過流保護電路35總結與展望36致 謝37參考文獻38畢業設計小結39附錄一40摘 要led（light emitting diode）即發光二極管

3、，是一種可以將電能轉化為光能并具有二級管特性的電子器件。led 具有節能、環保、結構牢固、使用壽命長、體積小、發光效率高、顯色性高、工作電壓低、功耗低等優點。由于光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，屬于典型的綠色照明光源，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明產品，可以提高人們的工作、學習、生活的條件與質量。led照明現已成為具有發展前景和影響力的一項高新技術產品。我們設計led驅動電源時，有必要知道led電流、電壓特性，由于led的生產廠家及led規格不同，電流、電壓特性均有差異。因此對驅動電源的設計提出了嚴格要求。根據led電流、電壓變化特點，采用恒流源驅動是比較理想的le

4、d驅動方式。采用恒流源驅動方式，led上流過的電流將不受電壓變化、環境溫度變化，以及led參數離散性的影響，從而能保持電流恒定，充分發揮led的各種優良特性。本論文主要通過設計一個恒流驅動電源來驅動led。通過各種電子元器件和電子電路組成恒流的電源，達到設計的要求。關鍵詞：led ，效率高，恒流源驅動abstract led (light emitting diode) light-emitting diode that is a light can be converted to electrical energy and diode characteristics with electro

5、nic devices. led energy saving, environmental protection, solid structure, long life, small size, high luminous efficiency, high color, low voltage, low power consumption. since there is no ultraviolet and infrared spectra, neither heat nor radiation, typical of the green lighting, the use of high e

6、fficiency, long life, security, stability and performance lighting products, can improve peoples work, study and living conditions quality. led lighting has become a development prospects and influence of a high-tech products. we designed led drive power, it is necessary that led current, voltage ch

7、aracteristics, the led and led manufacturers with different specifications, current and voltage characteristics are different. therefore, the design of the drive power given strict requirements. according to led current, voltage characteristics, the current source led driver is ideal drive. constant

8、 current source drive mode, led current will not be too high voltage, ambient temperature changes and the impact of discrete led parameters, so that it can maintain the current constant, give full play to the excellent characteristics of led. in this thesis, through the design of a constant current

9、drive power to drive the led. through a variety of electronic components and electronic circuit constant current power supply, to meet the design requirements. keywords : led, high efficiency, constant current source driver 第1章 緒 言1.1 課題背景近幾年，我國政府在新能源開發、環境保護和資源節約方面相繼出臺了一系列方針政策和法律法規，實施了“金太陽”、“綠色照明”等一

10、批重點工程，收到了較大成效。led 由于光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，屬于典型的綠色照明光源，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明產品，可以提高人們的工作、學習、生活的條件與質量。也因如此，led照明現已成為具有發展前景和影響力的一項高新技術產品。所以，我選擇了這個發展前景比較好的研究課題。1.2 課題研究的目的和意義全球能源緊張，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。如何提高照明系統的能源利用率，延長照明系統的壽命，并且是綠色無污染的？取代白熾燈，熒光燈，節能燈的第四代照明燈具是什么？業界給出

11、的答案就是led照明燈。led照明每瓦流明數可達到120lm。遠高于白熾燈和日光燈，此外led燈珠壽命可長達十萬小時，并且綠色無污染。led照明具備的這些優點決定了其應用前景是非常廣闊的。led照明應用上的限制在于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電壓，它必須配有專用電壓轉換設備，提供能夠滿足驅動led的額定電壓和電流，才能使led正常工作，也就是所謂的led專用驅動電源。但是由于各種不同規格的led驅動電源的性能和轉換效率各不相同，所以選擇合適、高效的led驅動電

12、源，才能真正展現出led光源高效能的特性1。選擇合適的驅動電源驅動led是這次課題選擇的主要目的和意義。1.3 led驅動電路的發展概況及發展趨勢 近幾年，led的發光效率提高了100倍，成本下降了90%。在led光源及市場開發中，極具發展與應用前景的是白光led。led用作固體照明器件的經濟性顯著，且有利于環保，正逐步取代傳統的白熾燈，世界增長率在20%以上，美、日、歐、中國（包括臺灣和香港地區）均推出了半導體照明計劃。led產業不斷涌現新技術、新產品、新應用，呈現了朝陽工業欣欣向榮的景象。目前許多色別的led都達到了燭光級水平，相信隨著器件結構的改進和發展效率的提高，今后led發展的主流是

13、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電壓，它必須配有專用電壓轉換設備，提供能夠滿足驅動led的額定電壓和電流，才能使led正常工作，也就是所謂的led專用驅動電源。要發展led必須發展led的配套的設施，驅動電源就是最主要的【2】。近年來各大公司和研究機構對led電源和驅動電路的研究方興未艾。與熒光燈的電子鎮流器不同，led驅動電路的主要功能是將交流電壓轉換為直流電壓，并同時完成與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 工作電壓越來越多地處于電源輸出電壓的最佳區間，大多數為低電壓 ic 供電的技術也

14、都適用于為led。目前led驅動電路發展的主要趨勢有：1.針對led的特點開發一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術將每顆led的輸入電流控制在最佳電流值，使得led能獲得穩定的電流，并產生最高的輸出光通量。led驅動電路在輸入電壓和環境溫度等因素發生變動的情況下最好能控制led電流的大小。2.led驅動電路具有智能控制功能，使led的負載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預先設計的水平上。當負載電流因各種因素而產生變化時，初級控制ic可以通過控制開關使負載電流回到初始設計值上。 3.在控制電路電路設計方面，要向集中控制，標準模塊化，系統可擴展性三方面發展。第2章 led的基礎知識2.

15、1 led的基本概念及特點2.1.1 led的基本概念led是發光二級管（light emitting diode）的簡稱。顧名思義，發光二極管是一種可以將電能轉化為光能并具有二級管特性的電子器件。led是一種半導體二極管，與普通半導體二極管一樣有兩個電極(正極和負極)。led在工作時需外加電源，外加的電能也是由這兩個正、負電極加入到半導體二極管內。led在內部結構上有和半導體二極管相似的p區和n區，p區和n區相交的界面形成pn結。led與普通半導體二極管一樣是一種允許電流單向導通的器件。led的電流大小是由加在二極管兩端的電壓大小來控制的。根據加在二極管兩端的電壓大小，利用通過led的電流始

16、終使pn結發光【3】。2.1.2 led的特點 led通過pn結實現電光轉換，其特點如下。（1） 節能。led具有電壓低、電流小、亮度高的特性。其發光效率比傳統光源節能80%90%。預計幾年后，白光led的發光效率有可能達到150200 lm遠遠超過了現在其它照明光源的發光效率。（2） 環保。 led為冷光源，眩光小，無輻射，使用中不產生有害物質。led的環保效益好，光譜中沒有紫外線和紅外線，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。 led單管壽命為10萬小時，光源壽命在2萬小時以上，按每天工作12h計算，壽命也在5年以上。而普通白熾燈的壽命約為10

17、00h，熒光燈、金屬鹵化物燈的壽命也不超過10000h。（4） 結構牢固。 led利用固態半導體芯片將電能轉化為光能，外加環氧樹脂封裝，體內也沒有松動的部分，不存在燈絲發光易燒、熱沉淀、光衰等缺點，可承受高強度機械沖擊。（5） 光色單純，種類多。 led的光譜窄，單色性好，幾乎所有發出的光都可以利用，而且無需過濾直接發出色光。led光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術的控制下使3種顏色具有256級灰度并任意混合，可產生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，可實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。（6） 安全可靠。 led光源使

18、用低電壓驅動，發光穩定，沒有采用50hz交流電供電時的頻閃現象，沒有紫外線b波段，ra值接近100，色溫為5000k，接近太陽的色溫5500k。led的發熱量低，并能精確控制光型及發光角度，光色柔和。（7） 快速響應。 led的響應時間很短，能按要求保證多個光源之間或一個光源不同區域之間的工作切換。采用專用電源給led光源供電時，達到最大照度的時間小于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”的概念就是指通過科學的照明設計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明產品，可以提高人們的工作、學習、生活的條件與質量，從而創造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環境。盡管

19、led具有很多優點，但目前仍存在下述缺點。（1） 功耗低。 市面上的單體led光源的功率一般在5w以下，很少有大功率的led光源，這是led在照明領域發展的一個阻礙。（2） 需要嚴格控制溫度。 led是一種半導體器件，與普通二極管一樣具有pn結，由于led光源的功率相對較大，所以，與功率半導體相同，需要考慮散熱問題。結溫過高會直接影響led的壽命，并且會增大led的光衰，情況嚴重的會將led燒壞。（3）價格高。 雖然led目前已被大多數人認識，也被多數人看好，但其高昂的價格難以被消費者接受。白光led的價格以達到了25元一個。如果將幾十個單體led組合，其成本將大大增加。led要成為未來照明的

20、主流光源，就一定要朝著大流明方向發展，其成本才有可能降低，市場才有可能突破。2.2 led的發光原理及主要參數2.2.1 led的發光原理發光二極管是由-族化合物，如gaas（砷化鎵）、gap（磷化鎵）、gaas（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是pn結。因此它具有一般pn結的i-n特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由n區注入p區，空穴由p區注入n區。進入對方區域的少數載流子（少子）一部分與多數載流子（多子）復合而發光，如圖2-1所示。圖 2-1 led發光原理2.2.2 led的主要參數1極限參數的意義（1）允許功耗pm: 允許加于

21、led兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，led發熱、損壞。（2）最大正向直流電流ifm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。 （3）最大反向電壓vrm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發光二極管可能被擊穿損壞。 （4）工作環境:發光二極管可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發光二極管將不能正常工作，效率大大降低。2電參數的意義 （1）光譜分布和峰值波長：led所發的光并非單一波長，其波長基本上按 圖2-2所示規律分布。由圖2-2可見，無論用什么材料制成的led，其光譜分布曲線都有一個相對光強度最大處（光輸出最大），有一個與之對應的波長，此波長叫峰

22、值波長，用0表示。只有單色光才有0波長。波長（nm）圖 2-2 led光波長分布圖 （2）發光強度iv：發光二極管的發光強度通常是指法線（對圓柱形發光管是指其軸線）方向上的發光強度。若在該方向上輻射強度為（1/683）w/sr時，則發光強度為1坎德拉（符號為cd）。由于一般led的發光強度小，所以發光強度常用坎德拉(mcd)作單位。 （3）光譜半寬度:它表示發光管的光譜純度.是指圖2-3中1/2峰值光強所對應兩波長之間隔。 （4）半值角1/2和視角：1/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向與發光軸向（法向）的夾角。半值角的2倍為視角（或稱半功率角）。圖2-3給出的二只不同型號發光二極管發光強

23、度角分布的情況。中垂線（法線）ao的坐標為相對發光強度（即發光強度與最大發光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發光強度為1，離開法線方向的角度越大，相對發光強度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。 圖 2-3 兩種不同型號的led的發光強度角分布（5）正向工作電流if：它是指發光二極管正常發光時的正向電流值。在實際使用中應根據需要選擇if在0.6ifm以下。（6）正向工作電壓vf：參數表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在 if=20ma時測得的。發光二極管正向工作電壓vf在1.43v。在外界溫度升高時，vf將下降。 （7）i-v特性：發光二極管的電壓與電流的關系可用圖2-4

24、表示。在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發光。當電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發光。由i-v曲線可以得出發光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數。正向的發光管反向漏電流ir10a以下。 圖 2-4 led的i-v特性曲線 第3章 led驅動主電路的設計3.1 電路設計的總體方案 led驅動電路的主要作用是將交、直流電壓轉換成平滑的直流電壓，為led提供穩定的單向驅動電流，保證led在比較高的發光效率和比較低的光衰下正常工作【4】。led作為一種非線性器件，i-v特性非常陡，當通電工作時，只要電壓稍稍變大一點，它的電流就會增加很多，因此電壓稍微的不穩定會在很大程度上影

25、響led的使用，電流過大時甚至會導致它發熱損壞，降低產品的可靠性。所以對驅動電路的設計尤其的重要。最主要的是在主電路方面要達到穩定恒流，輔助電路的反饋和濾波都要保證電路輸出的電流是恒定的，保證驅動led燈組的需要。因此，電路設計時最好采用恒流源驅動。恒流電源可消除正向電壓變化所導致的電流變化。因此，無論正向電流如何變化，都可產生恒定的led亮度。 led恒流驅動電源按電路結構可分為：常規變壓器降壓、電子變壓器降壓、電容降壓、電阻降壓、rcc降壓式開關電源、pwm控制式開關電源。目前來說，采用pwm控制方式設計的led電源是比較理想的，因為這種開關電源的輸出電壓或電流都很穩定。電源轉換效率極高，

26、一般都可以高達80%到90%，并且輸出電壓、電流十分穩定。這種方式的led電源主要由四部分組成，它們分別是：輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、pwm穩壓控制部分、開關能量轉換部分。而且這種電路都有完善的保護措施，屬于高可靠性電源。電路設計的總體框圖如圖3-1所示。總體電路圖如附錄一所示。電路各組成部分的主要作用如下：emi濾波電路：將電網存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網。整流橋電路：將電網交流電源變成直流，即不管輸入的是直流還是交流，經過整流橋之后輸出的電流總是直流的。dc/ac變換電路：逆變電路是將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分，頻率越高，體

27、積、重量與輸出功率之比越小。輸出平滑電路：根據led負載需要，提供穩定可靠的平滑直流電源。輔助電路：提供所有單一電路的不同要求電源。比如pwm控制電路，隔離、驅動電路所需要的電源。輸出平滑電 路 emi濾波電路整流橋電路dc/ac變換電路 led燈源陣 列 220v交流 輔 助 電 路 隔離、驅動電路 pwm控制電 路 電壓反饋 圖3-1 總體框圖pwm控制電路：在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環反饋，調節集成電路內部開關器件的導通脈沖寬度，使得輸出電壓或電流等被控制信號穩定。隔離、驅動電路： （1）隔離的作用:將驅動電路的控制部分與主電

28、路隔離，避免主電路中的強電干擾控制電路中的弱信號。通過隔離人工在線調試的時候更加安全。一般使用光電耦合器進行隔離。 （2）驅動ic的作用：led雖然在節能方面比普通光源的效率高，但是led光源卻不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網電壓，它必須配有專用電壓轉換設備，提供能夠滿足驅動led的額定電壓和電流，才能使led正常工作，也就是所謂的led專用驅動ic。3.2 主電路的設計3.2.1 emi濾波電路的設計電磁干擾濾波器(emi filter)是一種由電感、電容組成的低通濾波器，它允許直流或工頻在50hz到400hz的信號通過，對頻率較高的其它信號有較大的衰減作用，能有效地抑制電網噪聲，提

29、高電子設備的抗干擾能力及電子系統的可靠性5。 電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導噪聲的頻譜大致為10khz30mhz，最高可達150mhz。根據傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：一類是從電源進線引入的外界干擾，另一類是由電子設備產生并經電源線傳導出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號，電子設備既是噪聲干擾的對象，又是一個噪聲源。若從形成特點看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。串模干擾是兩條電源線之間(簡稱線對線)的噪聲，共模干擾則是兩條電源線對大地(簡稱線對地)的噪聲。因此，電磁干擾濾波器應符合電磁兼容性(emc)的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾

30、，另一方面還能避免本身設備向外部發出噪聲干擾，以免影響同一電磁環境下其他電子設備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器應對串模、共模干擾都起到抑制作用。 電磁干擾濾波器的基本電路如圖3-2所示。 圖 3-2 電磁干擾濾波器的基本電路 該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應接通大地。電路中包括共模扼流圈(亦稱共模電感)l、濾波電容c1c4。l對串模干擾不起作用，但當出現共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導磁率的鐵氧體磁環上，當有電流通過時，兩個線圈上的磁場

31、就會互相加強。需要指出，當額定電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應增大，以便能承受較大的電流。此外，適當增加電感量，可改善低頻衰減特性。c1和c2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01f0.47f，主要用來濾除串模干擾。c3和c4跨接在輸出端，并將電容器的中點接地，能有效地抑制共模干擾。c3和c4亦可并聯在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pf0.1f。為減小漏電流，電容量不得超過0.1f，并且電容器中點應與大地接通。c1c4的耐壓值均為630vdc或250vac。圖3-3示出一種兩級復合式emi濾波器的內部電路，由于采用兩級(亦稱兩節)濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。圖 3-3 兩級復

32、合式emi濾波器電路為減小體積、降低成本，單片開關電源一般采用簡易式單級emi濾波器，典型電路如圖3-4所示。 (a) (b) (c) (d)圖 3-4 開關電源濾波器典型電路 圖(a)與圖(b)中的電容器c能濾除串模干擾，區別僅是圖(a)將c接在輸入端， 圖(b)則接到輸出端。圖(c)、(d)所示電路較復雜，抑制干擾的效果更佳。圖(c)中的l、c1和c2用來濾除共模干擾，c3和c4濾除串模干擾。r為泄放電阻，可將c3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進線端l、n不帶電，保證使用的安全性。圖(d)則是把共模干擾濾波電容c3和c4接在輸出端。 3.2.2 整流橋

33、電路的設計1.輸入整流橋的選擇 (1)整流橋的導通時間與選通特性 50hz交流電壓經過全波整流后變成脈動直流電壓u1，再通過輸入濾波電容得到直流高壓u1。在理想情況下，整流橋的導通角本應為180(導通范圍是從0180)，但由于濾波電容器c的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時間內才有輸入電流經過整流橋對c充電。50hz交流電的半周期為10ms，整流橋的導通時間tc3ms，其導通角僅為54(導通范圍是3690)。因此，整流橋實際通過的是窄脈沖電流。橋式整流濾波電路的原理如圖3-5(a)所示，整流濾波電壓及整流電流的波形分別如圖3-5(b)和(c)所示6。 最后總結幾點： 1)整流橋的上述特性可等

34、效成對應于輸入電壓頻率的占空比大約為30。 2)整流二極管的一次導通過程，可視為一個“選通脈沖”，其脈沖重復頻率就等于交流電網的頻率(50hz)。 3)為降低驅動電路中500khz以下的傳導噪聲，有時用兩只普通硅整流管(例如1n4007)與兩只快恢復二極管(如fr106)組成整流橋，frl06的反向恢復時間trr250ns。圖 3-5（2）整流橋的參數選擇隔離式驅動電源一般采用由整流管構成的整流橋，亦可直接選用成品整流橋，完成橋式整流。全波橋式整流器簡稱硅整流橋，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導體器件。它具有體積小、使用方便、各整流管的參數一致性好等優點，可廣泛用于led

35、驅動電路的整流電路。硅整流橋有4個引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個。 硅整流橋的最大整流電流平均值分0540a等多種規格，最高反向工作電壓有501000v等多種規格。小功率硅整流橋可直接焊在印刷板上，大、中功率硅整流橋則要用螺釘固定，并且需安裝合適的散熱器。 整流橋的主要參數有反向峰值電壓urm(v)，正向壓降uf(v)，平均整流電流id(a)，正向峰值浪涌電流ifsm(a)，最大反向漏電流ir(a)。整流橋的反向擊穿電壓urr應滿足下式要求： 舉例說明，當交流輸入電壓范圍是85132v時，umax=132v，由式(1)計算出ubr=2333v，可選耐壓400v的成品整流橋。對于寬范圍

36、輸入交流電壓，umax=265v，同理求得ubr=4684v，應選耐壓600v的成品整流橋。需要指出，假如用4只硅整流管來構成整流橋，整流管的耐壓值還應進一步提高。辟如可選1n4007(1a1000v)、1n5408(3a1000v)型塑封整流管。這是因為此類管子的價格低廉，且按照耐壓值“寧高勿低”的原則，能提高整流橋的安全性與可靠性。 設輸入有效值電流為irms，整流橋額定的有效值電流為ibr，應當使ibr2irms。計算irms的公式如下： 式中，po為驅動電源的輸出功率，為電源效率，umin為交流輸入電壓的最小值，cos為驅動電源的功率因數，允許cos=0507。由于整流橋實際通過的不是

37、正弦波電流，而是窄脈沖電流(參見圖3-5)，因此整流橋的平均整流電流idirms，一般可按id=(0607)irms來計算iavg值。 例如，設計一個75v2a(15w)驅動電源，交流輸入電壓范圍是85265v，要求=80。將po=15w、=80、umin=85v、cos=07一并代入(2)式得到，irms=032a，進而求出id=065irms=021a。實際選用la600v的整流橋，以留出一定余量。2.輸入濾波電容器的選擇 （1)輸入濾波電容器容量的選擇 為降低整流濾波器的輸出紋波，輸入濾波電容器的容量ci必須選的合適。令每單位輸出功率(w)所需輸入濾波電容器容量(f)的比例系數為k，當交

38、流電壓u=85265v時，應取k=(23)fw；當交流電壓u=230v(115)時，應取k=1fw。輸入濾波電容器容量的選擇如表3-l所示，po為驅動電源的輸出功率。 表3-1 輸入濾波電容器容量的選擇 （2)準確計算輸入濾波電容器容量的方法：輸入濾波電容的容量是led驅動電源的一個重要參數。ci值選得過低，會使uimin值大大降低，而輸入脈動電壓ur卻升高。但ci值取得過高，會增加電容器成本，而且對于提高uimin值和降低脈動電壓的效果并不明顯。下面介紹計算ci準確值的方法。 設交流電壓u的最小值為umin。u經過橋式整流和ci濾波，在u=umin情況下的輸入電壓波形如圖3-6所示。該圖是在

39、po=pom，f=50hz、整流橋的導通時間tc=3ms、=80的情況下繪出的。由圖可見，在直流高壓的最小值uimin上還疊加一個幅度為ur的一次側脈動電壓，這是ci在充放電過程中形成的。欲獲得ci的準確值，可按下式進行計算： 舉例說明，在寬范圍電壓輸入時，umin=85v。取uimin=90v，f=50hz，tc=3ms，假定po=30w，=80，一并帶入(3)式中求出ci=842f，比例系數cipo=842f30w=28fw，這恰好在(23)fw允許的范圍之內。圖 3-6 交流電壓為最小值時的輸入電壓波形3.2.3 dc/ac變換電路的設計dc/ac逆變電路是將直流電轉換為交流電的電路,逆

40、變電路現在常用的開關器件有功率晶體管（gtr)、功率場效應管(power mosfet)、可關斷晶閘管（gto）、普通型和快速型晶閘管（scr)。半橋式開關電源的逆變電路如圖3-7所示7。圖 3-7 dc/ac變換電路開關管s1、s2選用mosfet，因為它是電壓驅動全控制器件，具有驅動電路簡單、驅動功率小、開關速度快及安全工作區大等優點。半橋式逆變電路一個橋臂由開關管s1、s2（s1、s2是兩個帶反并聯二極管vd1、vd2的mosfet管）組成，另一個橋臂由電容c1、c2（c1、c2是容量相等的兩個電解電容）組成。高頻變壓器初級一端接在c1、c2的中點，另一端接在s1、s2的公共連接端，c1

41、、c2中點的電壓等于整流后直流電壓的一半，即 v2。開關s1、s2交替導通在變壓器的次級形成幅值為 v2的交流方波電壓。通過調節開關的占空比，就能改變變壓器二次側整流輸出平均電壓 v。圖3-7中，r1、r2是并聯均壓電阻；c3是耦合電容，其作用是防止由于兩個開關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小的無極性電容。3.2.4 輸出平滑電路的設計驅動電源輸出平滑電路的性能好壞直接影響到輸出電壓的質量問題，是led能否正常穩定發光的保證。故必須對平滑電路組件參數進行精確設計和計算。輸出平滑電路如圖3-8所示。圖 3-8 輸出平滑電路1.整流二極管的選

42、取由于輸出高頻變壓器輸出脈沖電壓頻率達100khz,故要求輸出整流二極管具有快速恢復特性，故選用超快速恢復二極管，根據輸出電壓及電流參數選用philips公司的byv32-200二極管，其技術參數如下：最高反向工作電壓：200v；整流電流：20a；反向恢復時間：35ns.2.濾波電感的設計 其中d為2倍占空比，即d=0.8；k為波形系數，取值在0.5到1之間，取0.5時計算誤差較小，ns為高頻變壓器二次繞組匝數，np為一次繞組匝數。vin為輸入直流電壓。代入數據有： 3.輸出濾波電容參數計算 其中lf為輸出濾波電感，為允許紋波電壓， 為開關頻率。代入數據有： 取標稱值為6800f。所以輸出電感

43、量為0.23h，濾波電容容量為6800f，二極管d選byv32-200。 3.2.5 主電路及其工作原理led節能燈驅動電路主要由主電路、控制電路兩大部分組成。主電路主要由emi濾波電路、整流橋電路、dc/ac變換電路、輸出平滑電路組成。主電路圖如圖3-9所示。其工作原理為：220v交流電經過emi濾波電路，過濾掉電網中的雜波。全橋整流電路將電網電壓220v整流成直流電壓ud = 1. 2u約等于198v。經dc/ac 變換器逆變之后輸出20khz、脈寬可調的交流電壓，又經高頻變壓器的兩個副邊分正負半周送入整流濾波電路，輸出直流電壓。該電源直流輸出電壓的大小靠 pwm發生器的輸出脈沖寬度來控制

44、。mosfet管s1和s2可由sg3525a的11和14腳直接控制。也可將從sg3525a 的11，14腳出來的pwm 信號驅動pc817光電耦合器，經光耦隔離后，送到ir2110專用集成驅動電路，進而去驅動功率mosfet管s1和s2。圖 3-9 主電路圖3.3 led的連接方式1.led采用全部串聯方式led采用全部串聯方式如圖3-10所示，即將多只led的正極對負極連接成串，其優點是通過每只led的工作電流一樣，一般應串入限流電阻r，串聯方式要求led驅動器輸出較高的電壓。當led的一致性差別較大時，分配在不同的led兩端的電壓不同，通過每只led的電流相同，led的亮度一致。當某一只l

45、ed品質不良短路時，如果采用穩壓方式驅動，由于驅動器輸出電壓不變，那么分配在剩余的led兩端的電壓將升高，驅動器的輸出電流將增大，容易損壞余下所有的led。如采取恒流方式驅動led，當某只led的品質不良短路時，由于驅動器的輸出電流保持不變，不影響余下的led正常工作。當某一只led品質不良斷開后，串聯在一起的led將全部不亮。解決的辦法是在每只led兩端并聯一個齊納二極管，如圖3-11所示。齊納二極管的導通電壓要比led的導通電壓高，否則led就不正常發光。 圖 3-10 led采用全部串聯方式的連接圖 圖3-11 在led兩端并聯齊納二極管 串聯方式能確保各只led的電流一致。如果4只le

46、d串聯后的總正向電壓vf 為12v,就必須采用具有升壓功能的驅動電路，以便為每只led提供充足的電壓。但由于led的vf 值存在一個變化范圍，各led之間的壓差會隨之變化，對亮度的均勻性有一定的影響。2. led采用全部并聯方式在并聯設計中，多只led由具備獨立電流的驅動電路來驅動。并聯設計基于低驅動電壓，因此無需帶電感的升壓電路。此外，并聯設計提供低電磁干擾、低噪聲和高效率，且容錯性較強。在串聯設計中，一只led發生故障就會導致整個被光照明子系統失效，而并聯設計可避免這種嚴重缺陷。如圖3-12所示，led采用全部并聯方式是指將多只led的正極與正極、負極與負極并聯連接，其特點是每只led的工

47、作電壓一樣。當某一只led品質不良斷開時，如果采用穩壓方式驅動led，驅動器的輸出電流將減小，而不影響余下所有led的正常工作。如果采用恒流方式驅動led，由于驅動器的輸出電流保持不變，分配在余下led中的電流將增大，容易損壞所有余下的led。解決辦法是盡量多并聯led,當斷開某一只led時，分配在余下led中的電流不大，不至于影響余下led的正常工作。 圖3-12 led采用全部并聯方式的連接圖3.led采用混連方式在需要使用比較多的led的應用中，如果將所有led串聯，將需要led驅動器輸出較高的電壓。如果將所有led并聯，則需要led驅動器輸出較大的電流。將所有led串聯或并聯，不但限制

48、著led的使用量，而且并聯led負載電流較大，驅動器的成本也會增加。解決辦法是采取混連方式。如圖3-13所示，串聯的led數量平均分配，分配在一串led上的電壓相同，同一串中每只led的電流也相同，各led的亮度一致。同時通過各串led的電流也相近。當某一串聯led中有一只品質不良短路時，不管是采用穩壓方式驅動還是采用恒流方式驅動，這串led相當于少了一只led，通過這串led的電流將增大，很容易損壞這串led。大電流通過損壞的這串led后，由于通過的電流較大，多表現為斷路。斷開一串led后，如果采取穩壓方式驅動，驅動器的輸出電流將減小，而不影響余下所有led的正常工作。如果采取恒流方式驅動l

49、ed，由于驅動器輸出電流保持不變，分配在余下led中的電流將增大，容易損壞余下所有的led，解決的辦法是盡量多并聯led。當斷開某一只led時，分配在余下led中的電流不大，不至于影響余下的led正常工作。這種先串后并線路的優點是簡單、亮度穩定、可靠性高，并且對器件的一致性要求較低，即使個別led失效對整個發光組件的影響也較小。圖 3-13 led采用混連方式的連接圖 led的三種連接方式各有其優缺點，三種連接方式的比較如表3-2所示。在不同的電路應用中要選擇不同的連接方式，本電路設計中選擇串聯連接，電路簡單，連接方便；各個led電流相同，亮度一致；恒流源驅動時可靠性高。表3-2 不同led連

50、接方式的比較連接形式優點缺點并聯連接低驅動電壓；單個led保護完善；獨立的led亮度控制；電路簡單，連接方便；恒壓驅動時可靠性高。多個led接頭；恒壓驅動時可靠性低；需要考慮各個led電流的匹配；串聯連接電路簡單，連接方便；各個led電流相同，亮度一致；僅有兩個led接頭；恒流驅動時可靠性高。驅動電路輸出電壓高，不利于設計制造；無容錯設計，一個led失敗，所有led均不亮；恒壓驅動時可靠性低。混聯連接可靠性好，驅動電路設計制造方便；總體效率較高；適用范圍廣。電路較為復雜；需要考慮各led之間電流的匹配。第4章 控制電路的設計4 .1 pwm控制電路的設計本設計主要使用sg3525a控制芯片設計

51、pwm控制電路。整流濾波電路輸出直流電壓的大小靠 pwm發生器的輸出脈沖寬度來控制。 調節電源的占空比，可使輸出電壓基本上不隨負載變化和/或不隨輸入電壓變化而變化。這種方法，實質是對晶體管導通脈寬進行調節和控制8。驅動led燈組可在轉換器中增加小型而低廉的額外電路以克服負載調節和無負載狀態下的問題。該轉換器易于實現，且在峰值電流模式控制時無需進行反饋補償沒計。它所具有的開環特性也使之成為那些需要pwm亮度調節的應用中的理想選擇。4.1.1 sg3525a控制芯片的介紹pwm 控制電路采用美國硅通用電氣公司的sg3525a控制芯片。1.內部結構 電壓調節芯片sg3525a的引腳圖如圖4-1所示，

52、具體的內部結構如圖4-2所示。其中，腳16 為sg3525a 的基準電壓源輸出，精度可以達到（5.11）v，采用了溫度補償，而且設有過流保護電路。腳5，腳6，腳7 內有一個雙門限比較器，內置電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構成sg3525a 的振蕩器。振蕩器還設有外同步輸入端(腳3)。腳1 及腳2 分別為芯片內誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個兩級差分放大器，直流開環增益為70db 左右。根據系統的動態、靜態特性要求，在誤差放大器的輸出腳9 和腳1 之間一般要添加適當的反饋補償網絡。 圖 4-1 sg3525引腳圖圖 4-2 sg3525內部原理框圖2. 下面分別闡述

53、其各部分功能： a 基準電壓源: 基準電壓源是一個三端穩壓電路，其輸入電壓vcc 可在（835）v 內變化，通常采用+15v，其輸出電壓vst5.1v，精度1%，采用溫度補償，作為芯片內部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標準電源，向外輸出電流可達400ma，沒有過流保護電路。 b 振蕩電路： 由一個雙門限電壓均從基準電源取得，其高門限電壓v v h = 3.9 低門限電壓v v l = 0.9 ,內部橫流源向ct 充電，其端壓vc 線性上升，構成鋸齒波的上升沿，當c h v = v 時比較器動作，充電過程結束，上升時間t1 為： 比較器動作時使放電電路接通，ct 放電，vc 下降并形成鋸齒波

54、的下降沿，當c l v = v 時比較器動作，放電過程結束，完成一個工作循環，下降時間間t2 為：注意：此時間即為死區時間鋸齒波的基本周期t 為:由上可見鋸齒波的上升沿遠長于下降沿，因此上升沿作為工作沿，下降沿作為回掃沿。c 誤差放大器：由兩級差分放大器構成，其直流開環放大倍數為80db 左右，電壓反饋信號uf 從端子1 接至放大器反相輸入端，放大器同相輸入端接基準電壓。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1.5v-5.2v。d pwm 信號產生及分相電路： 比較器的反相端接誤差放大器的輸出信號ue，而振蕩器的輸出信號uc則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸出信號為pwm 信號，該信號經鎖存器鎖存，

55、分相電路由二進制計數器和兩個或非門構成，其輸入信號為振蕩器的時鐘信號，并用時鐘信號的前沿觸發，輸出為頻率減半的互補方波，這些方波和pwm 信號輸入到或非門邏輯電路。其結果是，所有的輸入為負時，輸出為正。這樣1 p 、2 p 的輸出每半周期交替為正，其寬度和pwm 信號的負脈沖相等。脈沖很窄的時鐘信號輸入到邏輯或非門電路，可使兩個門的輸出同時有一段低電平，以產生死區時間。e 脈沖輸出級電路:輸出末級采用推挽輸出電路，驅動場效應功率管時關斷速度更快.11 腳和14 腳相位相差1800，拉電流和灌電流峰值達200ma。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收間出現重疊導通。在重疊處有一個電流尖脈沖，起持續時間約為l00ns?？梢栽?3 腳處接一個約0.luf的電容濾去電壓尖峰。工作過程如圖4-3所示。圖 4-3 sg3525工作過程4.1.2 基于sg3525a的pwm控制電路的設計sg3525a控