1、LED節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)電源畢業(yè)論文LED節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc262646081 摘要 PAGEREF _Toc262646081 h 4 HYPERLINK l _Toc262646082 Abstract PAGEREF _Toc262646082 h 5 HYPERLINK l _Toc262646083 1引言 PAGEREF _Toc262646083 h 6 HYPERLINK l _Toc262646084 2概 述 PAGEREF _Toc262646084 h 6 HYPERLINK l _Toc262646085

2、2.1 LED的創(chuàng)造 PAGEREF _Toc262646085 h 6 HYPERLINK l _Toc262646086 2.2 LED工作原理 PAGEREF _Toc262646086 h 7 HYPERLINK l _Toc262646087 、LED發(fā)光機(jī)理 PAGEREF _Toc262646087 h 7 HYPERLINK l _Toc262646088 、LED發(fā)光效率 PAGEREF _Toc262646088 h 7 HYPERLINK l _Toc262646089 、LED電氣特性 PAGEREF _Toc262646089 h 7 HYPERLINK l _Toc

3、262646090 、LED光學(xué)特性 PAGEREF _Toc262646090 h 7 HYPERLINK l _Toc262646091 、LED熱學(xué)特性 PAGEREF _Toc262646091 h 8 HYPERLINK l _Toc262646092 、LED壽命 PAGEREF _Toc262646092 h 8 HYPERLINK l _Toc262646093 3 LED照明應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc262646093 h 8 HYPERLINK l _Toc262646094 3.1國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀： PAGEREF _Toc262646094 h 8 HYP

4、ERLINK l _Toc262646095 3.2全球LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與開(kāi)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc262646095 h 9 HYPERLINK l _Toc262646096 3.3國(guó)內(nèi)外LED產(chǎn)業(yè)開(kāi)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)出的特點(diǎn) PAGEREF _Toc262646096 h 10 HYPERLINK l _Toc262646097 4 LED的驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)介及特點(diǎn) PAGEREF _Toc262646097 h 12 HYPERLINK l _Toc262646098 4.1 阻容降壓式原理及電路 PAGEREF _Toc262646098 h 12 HYPERLINK l _Toc26

5、2646099 4.1.1 電路原理 PAGEREF _Toc262646099 h 12 HYPERLINK l _Toc262646100 4.1.2 設(shè)計(jì)原那么 PAGEREF _Toc262646100 h 13 HYPERLINK l _Toc262646101 設(shè)計(jì)舉例 PAGEREF _Toc262646101 h 13 HYPERLINK l _Toc262646102 4.2 開(kāi)關(guān)式 PAGEREF _Toc262646102 h 13 HYPERLINK l _Toc262646103 、開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的根本工作原理 PAGEREF _Toc262646103 h 13 H

6、YPERLINK l _Toc262646104 、開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路 PAGEREF _Toc262646104 h 14 HYPERLINK l _Toc262646105 開(kāi)關(guān)電源的種類(lèi) PAGEREF _Toc262646105 h 15 HYPERLINK l _Toc262646106 4.3 PFC電路原理 PAGEREF _Toc262646106 h 19 HYPERLINK l _Toc262646107 4.3.1 PFC的定義 PAGEREF _Toc262646107 h 19 HYPERLINK l _Toc262646108 4.3.2 PFC 的分類(lèi) PA

7、GEREF _Toc262646108 h 20 HYPERLINK l _Toc262646109 4.3.3 PFC主電路原理圖 PAGEREF _Toc262646109 h 20 HYPERLINK l _Toc262646110 5 高效率恒流PWM開(kāi)關(guān)電源 PAGEREF _Toc262646110 h 21 HYPERLINK l _Toc262646111 5.1 UC3842的主要性能特點(diǎn) PAGEREF _Toc262646111 h 21 HYPERLINK l _Toc262646112 52 UC3842工作原理 PAGEREF _Toc262646112 h 22

8、HYPERLINK l _Toc262646113 5.3 PWM PAGEREF _Toc262646113 h 22 HYPERLINK l _Toc262646114 5.3.1 DC/DC轉(zhuǎn)換器 PAGEREF _Toc262646114 h 23 HYPERLINK l _Toc262646115 5.3.2 電流型PWM PAGEREF _Toc262646115 h 23 HYPERLINK l _Toc262646116 5.4.1 啟動(dòng)電路 PAGEREF _Toc262646116 h 25 HYPERLINK l _Toc262646117 5.4.3 反應(yīng)電路 PAGE

9、REF _Toc262646117 h 26 HYPERLINK l _Toc262646118 5.4.4 整流濾波電路 PAGEREF _Toc262646118 h 27 HYPERLINK l _Toc262646119 5.4.5 并聯(lián)整流二極管減小尖峰電壓 PAGEREF _Toc262646119 h 27 HYPERLINK l _Toc262646120 6 總結(jié) PAGEREF _Toc262646120 h 28 HYPERLINK l _Toc262646121 主要參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc262646121 h 29 HYPERLINK l _Toc2626

10、46122 致謝 PAGEREF _Toc262646122 h 31摘要本文概述了LED的創(chuàng)造、工作原理、LED照明應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，對(duì)LED的三種驅(qū)動(dòng)方式：阻容降壓式驅(qū)動(dòng)、恒壓、恒流式開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了較詳細(xì)的討論，并且用UC3842設(shè)計(jì)了一款LED高效率恒流PWM開(kāi)關(guān)電源, UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個(gè)引腳，UC3842是開(kāi)關(guān)電源用電流控制方式的脈寬調(diào)制集成電路。該集成電路主要特點(diǎn)有內(nèi)含欠電壓鎖定電路，低起動(dòng)電流，穩(wěn)定的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，大電流推挽輸出，工作頻率可到 500kHz。本設(shè)計(jì)采用UC3842設(shè)計(jì)一款PWM開(kāi)關(guān)電源，該電源同時(shí)具有恒壓橫流驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。

11、效率可達(dá)80%以上，非常適合LED照明應(yīng)用，充分發(fā)揮LED的發(fā)光效率高，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵字：效率 開(kāi)關(guān) PFC PWM 驅(qū)動(dòng)AbstractThis paper summarizes the principle of invention, LED lighting, LED to the application situation at home and abroad, the three drivers LED resistance and capacitance step-down type: driver, constant pressure, flow switch drive di

12、scussed in detail, and the design of a UC3842 LED efficiency constant-current PWM switch power, using fixed frequency UC3842 pulse width modulation patterns, controllable consists of eight feet, LED by current UC3842 is switch power control PWM integrated circuits. The main features are embedded int

13、egrated circuits, low voltage circuit owe the lock, stable internal starting current, voltage source current benchmark push-pull output, working frequency to 500kHz. This design UC3842 a PWM switch power, the power and the constant pressure, transverse drive features. Efficiency can reach more than

14、80%, very suitable for LED lighting applications, full of leds luminous efficiency, long life, etc.Key words: efficiency switch PFC PWM drive1引言LED 這幾年開(kāi)展較快，在大功率照明市場(chǎng)使用LED 越來(lái)越變?yōu)榭赡埽m說(shuō)還不是特別成熟，最少是廣眾關(guān)心的話(huà)題之一，照明未來(lái)被LED 光源取代將無(wú)可置疑。受世界經(jīng)濟(jì)影響，都在尋找未來(lái)的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，投資LED 方面的資金，會(huì)越來(lái)越多，加速LED 進(jìn)程是必然的。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)

15、在各行業(yè)得以快速開(kāi)展，LED的驅(qū)動(dòng)電源也成了關(guān)注的熱點(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，隨著LED應(yīng)用的日益廣泛，LED驅(qū)動(dòng)電源的性能將越來(lái)越適合LED的要求。本文主要概述LED的驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)介及特點(diǎn)，用UC3842設(shè)計(jì)一款LED驅(qū)動(dòng)電源及對(duì)其進(jìn)行分析。2概 述2.1 LED的創(chuàng)造創(chuàng)造LED的是Nick Holcnyak JR, LED的學(xué)理名稱(chēng)是正式發(fā)光二極體，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，透過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂封裝，在半導(dǎo)體中通過(guò)載流子發(fā)生復(fù)合放出過(guò)剩的能量而引起光子發(fā)射，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱

16、沉積、光衰等缺點(diǎn)，直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。LED照明產(chǎn)品就是利用LED作為光源制造出來(lái)的照明器具。LED被稱(chēng)為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。近年來(lái)，世界上一些經(jīng)濟(jì)興旺國(guó)家圍繞LED的研制展開(kāi)了劇烈的技術(shù)競(jìng)賽.在業(yè)界有人稱(chēng)LED光源為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的燈。由于LED體積小、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)，LED燈具抗震動(dòng)性好且小，可以提高汽車(chē)有限空間的利用率，尤其是在節(jié)能問(wèn)題上，LED成為前照燈新光源的不二之選。目前石油價(jià)格飛速上漲，當(dāng)我們?cè)谇罢諢羯鲜褂闷胀襞輹r(shí)，每個(gè)所需的功率為5

17、5-60瓦，而使用LED后可能只要3-5瓦，這樣就節(jié)省了許多能源和消耗。而LED燈具造型的多變不僅為前照燈的設(shè)計(jì)提供了更大的設(shè)計(jì)空間和自由度，甚至?xí)?dǎo)致汽車(chē)造型的變革，也就是可能會(huì)更具流線型、更新穎時(shí)尚。熾熱的LED議題成為舉世焦點(diǎn)，那麼最早創(chuàng)造LED的人又是誰(shuí)呢？很多人也許還不知道，在1962年創(chuàng)造LED的Nick Holonyak Jr.，他當(dāng)時(shí)只是美國(guó)大廠通用電氣公司(General Electric Company，GE，又稱(chēng)為奇異)的一名普通研究人員，打造出了第一顆紅光LED，而且他還認(rèn)為未來(lái)能夠發(fā)出其他波長(zhǎng)的光，意味著LED將有很多種不同的顏色光，未來(lái)白炙燈一定會(huì)被LED取代掉。2

18、.2 LED工作原理2.2.1、LED發(fā)光機(jī)理PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢(shì)壘，當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢(shì)壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會(huì)出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對(duì)P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。2.2.2、LED發(fā)光效率一般稱(chēng)為組件的外部量子效率，其為組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積。所謂組件的內(nèi)部量子效率，其實(shí)就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率，主要與組件本身的特性如組件材料的能帶、缺陷、雜質(zhì)、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。而組件的取出效率那么指的是組件內(nèi)部產(chǎn)生的光子，在

19、經(jīng)過(guò)組件本身的吸收、折射、反射后，實(shí)際在組件外部可測(cè)量到的光子數(shù)目。因此，關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射率差及組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。而組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個(gè)組件的發(fā)光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件開(kāi)展集中在提高其內(nèi)部量子效率，主要方法是通過(guò)提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，進(jìn)而間接提高LED的發(fā)光效率，從而可獲得70%左右的理論內(nèi)部量子效率，但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論上的極限。在這樣的狀況下，光靠提高組件的內(nèi)部量子效率是不可能提高組件的總光量的，因此提高組件的取出效率便成為重

20、要的研究課題。目前的方法主要是：晶粒外型的改變TIP結(jié)構(gòu)，外表粗化技術(shù)。2.2.3、LED電氣特性電流控制型器件，負(fù)載特性類(lèi)似PN結(jié)的UI曲線，正向?qū)妷旱臉O小變化會(huì)引起正向電流的很大變化指數(shù)級(jí)別，反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實(shí)際使用中，應(yīng)選擇 。LED正向電壓隨溫度升高而變小，具有負(fù)溫度系數(shù)。LED消耗功率 ，一局部轉(zhuǎn)化為光能，這是我們需要的。剩下的就轉(zhuǎn)化為熱能，使結(jié)溫升高。散發(fā)的熱量功率可表示為 。2.2.4、LED光學(xué)特性LED提供的是半寬度很大的單色光，由于半導(dǎo)體的能隙隨溫度的上升而減小，因此它所發(fā)射的峰值波長(zhǎng)隨溫度的上升而增長(zhǎng)，即光譜紅移，溫度系數(shù)為+23A/ 。LED發(fā)光亮

21、度L與正向電流I近似成比例：K=L/I，K為比例系數(shù)。電流增大，發(fā)光亮度也近似增大。另外發(fā)光亮度也與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度高時(shí)，復(fù)合效率下降，發(fā)光強(qiáng)度減小。2.2.5、LED熱學(xué)特性小電流下，LED溫升不明顯。假設(shè)環(huán)境溫度較高，LED的主波長(zhǎng)就會(huì)紅移，亮度會(huì)下降，發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì)LED的可靠性、穩(wěn)定性影響更為顯著。所以散熱設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。2.2.6、LED壽命LED的長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)光衰引起老化，尤其對(duì)大功率LED來(lái)說(shuō)，光衰問(wèn)題更加嚴(yán)重。在衡量LED的壽命時(shí)，僅僅以燈的損壞來(lái)作為L(zhǎng)ED壽命的終點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該以LED的光衰減百分比來(lái)規(guī)定LED的壽命，比方35%，這

22、樣更有意義3 LED照明應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀3.1國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀：半導(dǎo)體燈作為典型的綠色照明光源，孕育出誘人的市場(chǎng)前景。LED應(yīng)用市場(chǎng)的規(guī)模，2004年全球超過(guò)120億美元；2021年全球?qū)⒌竭_(dá)500億美元，中國(guó)將到達(dá)600億元人民幣。據(jù)中國(guó)光學(xué)光電子協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將保持30%以上的成長(zhǎng)速度。據(jù)專(zhuān)門(mén)對(duì)高亮度發(fā)光二極管和氮化鎵的市場(chǎng)調(diào)研公司Strategies Unlimited的主管羅伯特.斯蒂爾表示，由于移動(dòng)應(yīng)用的需求巨增 ，掌上電腦和數(shù)碼相機(jī)2004年全球高亮度發(fā)光二極管市場(chǎng)增長(zhǎng)了37%增至37億美元。斯蒂爾表示，高亮度發(fā)光二極管在移動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用的收入為21.5億美元，占了58%的市場(chǎng)，比

23、2003年增長(zhǎng)了7個(gè)百分點(diǎn)。不過(guò)它在標(biāo)志、信號(hào)以及汽車(chē)等領(lǐng)域會(huì)穩(wěn)健增長(zhǎng)，會(huì)占有13%的市場(chǎng)。至于產(chǎn)品細(xì)分，斯蒂爾就表示，白光發(fā)光二極管占需求的50%，而藍(lán)/綠光發(fā)光二極管就占29%。以生產(chǎn)地區(qū)來(lái)分，45%的高亮度發(fā)光二極管來(lái)自臺(tái)灣，韓國(guó)和中國(guó)的制造商，而25%是由美國(guó)生產(chǎn)。 另外，白光發(fā)光二極管在手持應(yīng)用的全色彩顯示背光的滲透率已經(jīng)到達(dá)75%。隨著移動(dòng)應(yīng)用趨于飽和，高亮度發(fā)光二極管的增長(zhǎng)速度在未來(lái)幾年會(huì)放緩。因此，斯蒂爾建議那些發(fā)光二極管的制造商應(yīng)該集中在其它應(yīng)用領(lǐng)域比方說(shuō)汽車(chē)照明領(lǐng)域，更大的LCD背光和交通信號(hào)燈領(lǐng)域的應(yīng)用上.科技部建議，在將半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)納入國(guó)家重點(diǎn)開(kāi)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的同時(shí)

24、，以2021年北京奧運(yùn)會(huì)和2021年上海世博會(huì)為契機(jī)，推動(dòng)半導(dǎo)體燈在城市景觀照明中的應(yīng)用。國(guó)家方案先從863方案和攻關(guān)方案中拿出8000元作為引導(dǎo)經(jīng)費(fèi)，安排一些急需上馬的工程。 2003年3月，隨著大連方大集團(tuán)“大功率高亮度半導(dǎo)體芯片等我國(guó)“十五科技攻關(guān)方案“半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)重大工程的正式立項(xiàng)，國(guó)家半導(dǎo)體照明工程已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性推進(jìn)階段。 2003年6月17日，“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組召開(kāi)了第一次電視 會(huì)議。這一會(huì)議的舉行，說(shuō)明“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程正式啟動(dòng)。2004年3月22日協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組又同中國(guó)照明協(xié)會(huì)中國(guó)照明電器協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦了“2004年中國(guó)上海國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇。 接著又批準(zhǔn)

25、建立上海、廈門(mén)、大連、南昌四個(gè)半導(dǎo)體照明基地。去年4月，國(guó)家科技部確定廈門(mén)、上海、大連和南昌為首批4個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地，今年4月深圳又成為第5個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地。2004年深圳LED產(chǎn)值已超過(guò)50億元，有些企業(yè)的產(chǎn)值也到達(dá)10億元，分布在上中下游產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)有300多家。到2004年全國(guó)已有LED各類(lèi)企業(yè)約3500余家，從業(yè)人員50余萬(wàn)人，LED器件產(chǎn)量400億只/年以上LED應(yīng)用產(chǎn)品的產(chǎn)量與規(guī)模那么無(wú)法統(tǒng)計(jì)，年市場(chǎng)規(guī)模大于300億人民幣。國(guó)內(nèi)近年許多高校、研究所和企業(yè)在發(fā)光材料器件結(jié)構(gòu)封裝方式等方面做了大量的研究開(kāi)發(fā)工作，目前功率LED器件光通量已能到達(dá)2530lm/瓦。內(nèi)地眾

26、多后道封裝企業(yè)中，國(guó)內(nèi)較有根底的有佛山光電、寧波升譜光電、廈門(mén)華聯(lián)等企業(yè)。臺(tái)灣LED封裝產(chǎn)能在迅速的膨脹已成為世界上最大的LED生產(chǎn)基地，目前主要有光寶、億光、百鴻等企業(yè)。據(jù)有關(guān)資料，我國(guó)針對(duì)國(guó)外開(kāi)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，去年正式實(shí)施了國(guó)家半導(dǎo)體照明工程，政策鼓勵(lì)企業(yè)研究開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體照明工程，盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，推動(dòng)傳統(tǒng)照明工程轉(zhuǎn)型。3.2全球LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與開(kāi)展趨勢(shì)目前，全球有近200家公司和300多所大學(xué)以及研究機(jī)構(gòu)從事氮化鎵基LED的材料生長(zhǎng)、器件制作工藝和相關(guān)裝備制造的研究和開(kāi)發(fā)工作，居于領(lǐng)先水平的公司主要有日本的Nichia、Toyota Gosei、索尼、三洋、美國(guó)的Cree Lumil

27、eds，歐洲的Osram、菲利普、中國(guó)臺(tái)灣的芯片廠家主要有國(guó)聯(lián)、晶元、光磊、廣鎵、燦元、連威等，封裝方面主要有億光電子、鼎元光電、佰鴻工業(yè)等。 這些跨國(guó)大公司多有原創(chuàng)性的專(zhuān)利，引領(lǐng)技術(shù)潮流，占有絕大多數(shù)的市場(chǎng)份額，其中日本的日亞公司是全世界研究和生產(chǎn)LED的頂尖單位，十余年來(lái)其氮化鎵基LED的研究和開(kāi)發(fā)水平一直領(lǐng)先其它單位2-3年。日亞公司在生產(chǎn)白色LED的熒光粉材料方面擁有多項(xiàng)專(zhuān)利，在InGaN白色LED芯片供給上一直占統(tǒng)治地位，但專(zhuān)利技術(shù)一直控制在內(nèi)部使用。Lumileds公司也已開(kāi)發(fā)出最大發(fā)光功率達(dá)120 lm的白光LED，美國(guó)加州大學(xué)固態(tài)發(fā)光及顯示中心方案在2007年前開(kāi)發(fā)出效率為20

28、0 lm/W的白光LED。 面對(duì)半導(dǎo)體照明將要形成的巨大市場(chǎng)，世界上各半導(dǎo)體公司和照明公司紛紛投入巨資進(jìn)軍半導(dǎo)體照明市場(chǎng)，美國(guó)自2000年起投資5億美元實(shí)施國(guó)家半導(dǎo)體照明方案。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，到2021年前后，美國(guó)將有55%的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體照明所替代，目前，世界上掌握半導(dǎo)體照明技術(shù)的半導(dǎo)體公司，都已經(jīng)紛紛和老牌燈泡制造商結(jié)盟，如美國(guó)HP聯(lián)合了日本Nichia和德國(guó)西門(mén)子，美國(guó)Cree、西門(mén)子和德國(guó)歐斯郎聯(lián)合，美國(guó)EMCORE和GE聯(lián)合，日本的東芝和本田聯(lián)合等，其中歐斯郎和GE公司都是世界著名的燈泡制造巨商，通用電氣、飛利浦、歐斯郎等世界三大照明巨頭，全都啟動(dòng)大規(guī)模商用開(kāi)發(fā)方案，與半導(dǎo)體

29、公司合作或并購(gòu)，成立半導(dǎo)體照明企業(yè)，他們還指出，要在2021年前使半導(dǎo)體燈的發(fā)光效率再提高8倍，價(jià)格降低到現(xiàn)在的1%。3.3國(guó)內(nèi)外LED產(chǎn)業(yè)開(kāi)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)出的特點(diǎn)全球產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)壟斷局面，主要集中于日本與臺(tái)灣地區(qū)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)已形成以亞洲、美國(guó)、歐洲三大區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)的三足鼎立的產(chǎn)業(yè)分布與競(jìng)爭(zhēng)格局。全球LED產(chǎn)業(yè)主要分布在日本、臺(tái)灣兩大地區(qū)，其中日本20052F的LED產(chǎn)值達(dá)287億美元，占據(jù)全球LED產(chǎn)值近50，臺(tái)灣(包括臺(tái)灣島內(nèi)及大陸分廠生產(chǎn))LED產(chǎn)值2305年達(dá)12億美元，約占全球LED產(chǎn)值的21列第二。國(guó)際大廠引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)開(kāi)展，利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)占據(jù)高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)日本NIchIa、Toyo

30、daG0sel，美國(guó)Cree、Lumlleds、GelC0re、歐卅i0rsam等國(guó)際廠商代表了LED的最高水平，引領(lǐng)著半導(dǎo)體照明產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展。日本和美國(guó)兩大區(qū)域的企業(yè)利用其在新產(chǎn)品和新技術(shù)領(lǐng)域中的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，主要從事最高附加價(jià)值產(chǎn)品的生產(chǎn)。其中日本幾乎壟斷全球高端藍(lán)、綠光LED市場(chǎng)，為全球封裝產(chǎn)量第二大、產(chǎn)值第一大的生產(chǎn)地區(qū)。產(chǎn)業(yè)投資繼續(xù)加大，國(guó)際知名廠商間合作步伐加快，以占據(jù)有利市場(chǎng)地位隨著市場(chǎng)的快速開(kāi)展，美國(guó)、日本、歐洲各主要廠商紛紛擴(kuò)產(chǎn)加快搶占市場(chǎng)份額。日本Nlcha、T0vodaG0sel，美國(guó)Cree、-umJ1eds等國(guó)際著名半導(dǎo)體照明廠兩均加大了投資力度。隨著LED產(chǎn)業(yè)分工與競(jìng)

31、爭(zhēng)的加劇，國(guó)際大廠間的參股投資、代加工、代理銷(xiāo)售、專(zhuān)利交互授權(quán)、策略聯(lián)盟等合作步伐正日益加快。如日本住友電工成為美國(guó)cree在日本的銷(xiāo)售總代理、cree和0sram簽署長(zhǎng)期供貨協(xié)議，種種跡象說(shuō)明國(guó)際廠商的合作步伐正在加快，以策略聯(lián)盟共同占據(jù)有利市場(chǎng)地位。我國(guó)已成為重要封裝基地，海內(nèi)外企業(yè)紛紛投資搶占國(guó)內(nèi)巨大市場(chǎng)自2003年買(mǎi)行半導(dǎo)體照明工程以來(lái)，我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)已進(jìn)八快速開(kāi)展時(shí)期，我國(guó)下游封裝已實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，正在成為世界重要的中低端LED封裝基地。受?chē)?guó)內(nèi)下游應(yīng)用產(chǎn)品巨大的制造能力及市場(chǎng)消費(fèi)的吸引，除積極介入的民營(yíng)資本外，臺(tái)灣地區(qū)、香港、韓國(guó)及日本的眾多投資者都已在我國(guó)投資，在提高我國(guó)的半導(dǎo)體

32、照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力同時(shí)，也加劇了國(guó)閃市場(chǎng)的搶奪大戰(zhàn)。行業(yè)開(kāi)展關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素：(1)新興市場(chǎng)不斷形成，持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)隨著LED發(fā)光效率與性能的持續(xù)提升與改善，LED已從指示燈、 背光、顯示屏、交通信號(hào)燈等成熟應(yīng)用領(lǐng)域，正逐步向中大尺寸LCD背光、汽車(chē)、照明等新興應(yīng)用市場(chǎng)滲透應(yīng)用。從市場(chǎng)開(kāi)展情況看，中大尺寸液晶背光和汽車(chē)燈用LED正在成為增長(zhǎng)最快的應(yīng)用市場(chǎng)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年高亮LED的市場(chǎng)仍將以14的速度增長(zhǎng)，2021年高亮度LED市場(chǎng)將到達(dá)72億美元。(2)技術(shù)創(chuàng)新步伐明顯加快，推動(dòng)L印熙明實(shí)用化進(jìn)程面對(duì)巨大的市場(chǎng)時(shí)機(jī)，世界主要公司的新技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展，半導(dǎo)體照明技術(shù)創(chuàng)新的步

33、伐正在不斷加快。日本Nchla繼2006年6月推出100mw20mA的白光LED產(chǎn)品后，2006年12月又開(kāi)發(fā)出了150mw的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)照明燈用白光LED200627月Cree開(kāi)發(fā)出了發(fā)光效率達(dá)131mw20mA的白光LED，2007年初LumIIeds成功開(kāi)發(fā)出了發(fā)光效率達(dá)115mw350mA，光通量為136Jm的大功率白光LED。可以說(shuō)，白光LED進(jìn)入普通照明領(lǐng)域的曙光已經(jīng)顯現(xiàn)。(3)聯(lián)合制定檢測(cè)與平安標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)與促進(jìn)照明市場(chǎng)開(kāi)展美日等LED興旺國(guó)家已廣泛聯(lián)合業(yè)界相關(guān)機(jī)構(gòu)與廠而，共同協(xié)商制定白光LED照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與平安認(rèn)證的制定出臺(tái)，將為L(zhǎng)ED的消費(fèi)使用保駕護(hù)航。如2006E8月美

34、國(guó)能源部和北美照明工程(IESNA)聯(lián)合制定固態(tài)照明技術(shù)的產(chǎn)業(yè)規(guī)那么和標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)那么將是把固態(tài)照明產(chǎn)業(yè)帶入“能源之星方案的根底之一?！澳茉粗菢?biāo)準(zhǔn)方案有助于消費(fèi)者認(rèn)清市場(chǎng)上LED照明產(chǎn)品的能源效率和高性能，從而促進(jìn)LED照明產(chǎn)品的采購(gòu)使用。(4)傳統(tǒng)照明巨頭主動(dòng)出擊，垂直整合加速形成L印照明體系傳統(tǒng)照明巨頭Phps、Osram、GE等紛紛看好LED照明開(kāi)展前景，均已通過(guò)外部收購(gòu)或內(nèi)部培植組建LED照明業(yè)務(wù)公司，并已形成LED與照明技術(shù)的垂直整合的優(yōu)勢(shì)體系。隨著LED產(chǎn)業(yè)的在照明領(lǐng)域的快速開(kāi)展，傳統(tǒng)照明巨頭也希望通過(guò)引八新光源的設(shè)計(jì)而使照明產(chǎn)品更富創(chuàng)新性。因此，LED照明和傳統(tǒng)照明兩個(gè)領(lǐng)域正逐

35、步合二為一，加速形成一種新的照明商業(yè)模式，這非常有利于LED照明的迅速推廣使用.4 LED的驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)介及特點(diǎn)4.1 阻容降壓式原理及電路將交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波，當(dāng)受體積和本錢(qián)等因素的限制時(shí)，最簡(jiǎn)單實(shí)用的方法就是采用電壓式降壓電源。電容降壓的工作原理并不復(fù)雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)限制最大工作電流。此電路的優(yōu)點(diǎn)是：電路簡(jiǎn)單，廉價(jià)，缺點(diǎn)是：效率低，是非隔離式，平安性差，穩(wěn)定性差。4.1.1 電路原理電容降壓式簡(jiǎn)易電源的根本電路如圖4.1，C1為降壓電容器，D2為半波整流二極管，D1在市電的負(fù)半周時(shí)給C1提供放電回路，D3是

36、穩(wěn)壓二極管，R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常采用的是圖4.2的所示的電路。當(dāng)需要向負(fù)載提供較大的電流時(shí)，可采用圖4.3所示的橋式整流電路。 圖4.1 圖4.2 圖4.34.1.2 設(shè)計(jì)原那么1.電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先測(cè)定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考例如來(lái)選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^(guò)降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io，實(shí)際上是流過(guò)C1的充放電電流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，那么流經(jīng)C1的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于C1的充放電電流時(shí)，多余的電流就會(huì)流過(guò)穩(wěn)壓管，假設(shè)穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。2.為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍

37、的電源電壓。3.泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。設(shè)計(jì)舉例 圖4.2中，C1為0.33F，交流輸入為220V/50Hz，求電路能供給負(fù)載的最大電流。C1在電路中的容抗Xc為：Xc=1 /2 f C= 1/2*3.14*50*0.33*10-6= 9.65K流過(guò)電容器C1的充電電流Ic為：Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。通常降壓電容C1的容量C與負(fù)載電流Io的關(guān)系可近似認(rèn)為：C=14.5I，其中C的容量單位是F，Io的單位是A。電容降壓式電源是一種非隔離電源，在應(yīng)用上要特別注意隔離，防止觸電。4.2 開(kāi)關(guān)式4.2.1、開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的根本

38、工作原理開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實(shí)際的應(yīng)用中，調(diào)寬式使用得較多，在目前開(kāi)發(fā)和使用的開(kāi)關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的根本原理可參見(jiàn)圖4.4。圖4.4對(duì)于單極性矩形脈沖來(lái)說(shuō)，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓。可由公式計(jì)算， 即Uo=UmT1/T 式中Um為矩形脈沖最大電壓值；T為矩形脈沖周期；T1為矩形脈沖寬度。 從上式可以看出，當(dāng)Um 與T 不變時(shí)，直流平均電壓Uo 將與脈沖寬度T1 成正比。這樣，只要我們?cè)O(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變

39、窄，就可以到達(dá)穩(wěn)定電壓的目的。4.2.2、開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路AC整流濾波高頻變換器調(diào)寬方波整流濾波DC取樣器比擬器脈寬調(diào)制振蕩器基準(zhǔn)電壓控制電路 圖4.5開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的根本電路框圖如上圖4.5所示交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比擬器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這局部電路目前已集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路?？刂齐娐酚脕?lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以到達(dá)穩(wěn)定輸出電壓的目的。4.2.3開(kāi)

40、關(guān)電源的種類(lèi)一、單端反激式開(kāi)關(guān)電源 單端反激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖4.6所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。所謂的反激，是指當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1 導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量，通過(guò)次級(jí)繞組及VD1 整流和電容濾波后向負(fù)載輸出。圖4.6單端反激式開(kāi)關(guān)電源是一種本錢(qián)最低的電源電路，輸出功率為20100，可以同時(shí)輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點(diǎn)是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對(duì)固定的負(fù)載。單端反激式開(kāi)關(guān)電源使用的開(kāi)關(guān)管VT1 承受的

41、最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20200kHz之間。二、單端正激式開(kāi)關(guān)電源單端正激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖4.7所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，VD2也導(dǎo)通，這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感儲(chǔ)存能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感通過(guò)續(xù)流二極管VD3 繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。圖4.7在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開(kāi)關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿(mǎn)足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和復(fù)位時(shí)間應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于50。由于這種電路在開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)變壓器向負(fù)載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可

42、輸出50200 的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大，正因?yàn)檫@個(gè)原因，這種電路的實(shí)際應(yīng)用較少。 三、自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖4.8所示。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開(kāi)關(guān)電源，也是目前廣泛使用的根本電源之一。 圖4.8當(dāng)接入電源后在R1給開(kāi)關(guān)管VT1提供啟動(dòng)電流，使VT1開(kāi)始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長(zhǎng)，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反應(yīng)電壓，使VT1 很快飽和。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，致使VT1退出飽和區(qū)，Ic 開(kāi)始減小，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓

43、，使VT1 迅速截止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止時(shí)，L2中沒(méi)有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)到達(dá)飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開(kāi)關(guān)電源那樣，由變壓器的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓。 自激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管起著開(kāi)關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級(jí)且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點(diǎn)。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。四、推挽式開(kāi)關(guān)電源 推挽式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖4.9所示。它屬于雙端式變換電路，高頻

44、變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。電路使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1和VT2，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外鼓勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器次級(jí)統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?圖4.9這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開(kāi)關(guān)管容易驅(qū)動(dòng)，主要缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管的耐壓要到達(dá)兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100-500 范圍內(nèi)。五、降壓式開(kāi)關(guān)電源 降壓式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖4.10所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1 導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1 截止，輸人的整流電壓經(jīng)VT1和L向充電，這一電流使電感中的儲(chǔ)能增加。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD1釋放電感中存儲(chǔ)的能量，維持輸出直

45、流電壓不變。電路輸出直流電壓的上下由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。 圖4.10這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極管即可實(shí)現(xiàn)。六、升壓式開(kāi)關(guān)電源升壓式開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖4.11所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1 截止時(shí)，電感感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開(kāi)關(guān)電源 圖4.11七、反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖4,12所示。這種電路又稱(chēng)為升降壓式開(kāi)關(guān)電源。無(wú)論開(kāi)關(guān)管VT1之前的脈動(dòng)直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。

46、圖4.12當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感L 儲(chǔ)存能量，二極管VD1 截止，負(fù)載RL靠電容C上次的充電電荷供電。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，同時(shí)給電容充電。4.3 PFC電路原理功率因數(shù)校正英文縮寫(xiě)是PFC是目前比擬流行的一個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。PFC是在20世紀(jì)80年代開(kāi)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，其背景源于離線開(kāi)關(guān)電源的迅速開(kāi)展和熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器的廣泛應(yīng)用。PFC電路的作用不僅是提高線路或系統(tǒng)的功率因數(shù)；更重要的是可以解決電磁干擾EMI和電磁兼容EMC問(wèn)題。 4.3.1 PFC的定義功率因數(shù)PF定義為有功功率P與視在功率S之比值，即PF=P

47、/S。對(duì)于線路電壓和電流均為正弦波波形并且二者相位角為時(shí)，功率因數(shù)PF即為cos。由于很多家用電器如排風(fēng)扇、抽油煙機(jī)等和電氣設(shè)備是既有電抗的阻抗負(fù)載，所以才會(huì)存在著電壓與電流之間的相位角。這類(lèi)電感性負(fù)載的功率因數(shù)都較低一般為0.50.6，說(shuō)明交流AC電壓設(shè)備的額定容量不能充分利用，輸出大量的無(wú)功功率，致使輸電效率降低。為提高負(fù)載功率因數(shù)，往往采取補(bǔ)償措施。最簡(jiǎn)單的方法是在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)電容器，這種方法稱(chēng)為并聯(lián)補(bǔ)償。PFC方案完全不同于傳統(tǒng)的功率因數(shù)補(bǔ)償，它是針對(duì)非正弦電流波形而采取的提高線路功率因數(shù)、迫使AC線路電流追蹤電壓波形的瞬時(shí)變化軌跡，并使電流與電壓保持同相位，使系統(tǒng)呈純電阻性的技

48、術(shù)措施。長(zhǎng)期以來(lái)，像開(kāi)關(guān)型電源和電子鎮(zhèn)流器等產(chǎn)品，都是采用橋式整流和大容量電容濾波電路實(shí)現(xiàn)AC-DC轉(zhuǎn)換的。由于濾波電容的充、放電作用，在其兩端的直流電壓出現(xiàn)略呈鋸齒波的紋波。濾波電容上電壓的最小值遠(yuǎn)非為零，與其最大值紋波峰值相差并不多。根據(jù)橋式整流二極管的單向?qū)щ娦裕挥性贏C線路電壓瞬時(shí)值高于濾波電容上的電壓時(shí)，整流二極管才會(huì)因正向偏置而導(dǎo)通，而當(dāng)AC輸入電壓瞬時(shí)值低于濾波電容上的電壓時(shí)，整流二極管因反向偏置而截止。也就是說(shuō)，在AC線路電壓的每個(gè)半周期內(nèi)，只是在其峰值附近，二極管才會(huì)導(dǎo)通導(dǎo)通角約為70。雖然AC輸入電壓仍大體保持正弦波波形，但AC輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖，如圖1所示。這

49、種嚴(yán)重失真的電流波形含有大量的諧波成份，引起線路功率因數(shù)嚴(yán)重下降。假設(shè)AC輸入電流基波與輸入電壓之間的位移角是1，根據(jù)傅里葉分析，功率因數(shù)PF與電流總諧波失真度THD之間存在下面關(guān)系。PF=cos1/1+THD21/2實(shí)測(cè)說(shuō)明，對(duì)于未采取PFC措施的電子鎮(zhèn)流器，僅三次諧波就達(dá)60以基波為100，THD會(huì)超過(guò)電流基波，PF不超過(guò)0.6。線路功率因數(shù)過(guò)低和電流斜波含量過(guò)高，不僅會(huì)對(duì)造成電能巨大浪費(fèi)，而且會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的電氣環(huán)境，包括電力系統(tǒng)本身和廣闊用戶(hù)。都對(duì)AC線路電流諧波作出了具體的限制要求。4.3.2 PFC 的分類(lèi)為提高線路功率因數(shù)，抑制電流波形失真，必須采用

50、PFC措施。PFC分無(wú)源和有源兩種類(lèi)型，目前流行的是有源PFC技術(shù)。一、無(wú)源PFC無(wú)源PFC有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是僅使用電容、電感和二極管等無(wú)源元件，無(wú)需控制IC和晶體管等有源器件。二、有源PFC升壓變換器有源PFC電路相當(dāng)復(fù)雜，但半導(dǎo)體技術(shù)的開(kāi)展為該技術(shù)的應(yīng)用奠定了根底。基于功率因數(shù)控制IC的有源PFC電路組成一個(gè)DCDC升壓變換器，這種PFC升壓變換器被置于橋式鎮(zhèn)流器和一只高壓輸出電容之間，也稱(chēng)作有源PFC預(yù)調(diào)節(jié)器，有源PFC變換器后面跟隨電子鎮(zhèn)流器的半橋逆變器開(kāi)關(guān)電源的DCDC變換器。有源PFC變換器之所以幾乎全部采用升壓型式，主要是在輸出功率一定時(shí)有較小的輸出電流，從而可減少輸出電容

51、器的容量和體積，同時(shí)也可減少升壓電感元件的繞組線徑。PFC變換器有不同的分類(lèi)方法，按通過(guò)升壓電感元件電流的控制方式來(lái)分，主要有連續(xù)導(dǎo)通模式CCM、不連續(xù)導(dǎo)通模式DCM及介于CCM與DCM之間的臨界或過(guò)渡導(dǎo)通模式TCM三種類(lèi)型，不管是哪一種類(lèi)型的PFC升壓變換器，都要求其DC輸出電壓高于最高AC線路電壓的峰值。在通用線路輸入下，最高AC線路電壓往往達(dá)270V，故PFC變換器輸出DC電壓少是380V270*V，通常都設(shè)置在400V的電平上。4.3.3 PFC主電路原理圖 圖4.13如下圖的無(wú)損吸收PFC主電路的原理圖。圖中B1為整流橋，L1為PFC升壓電感，D1為隔直二極管，S1為開(kāi)關(guān)管，C1，C

52、2，D2，D3和D4，L2組成無(wú)損吸收網(wǎng)路，C3為輸出濾波電容。具體分析過(guò)程如下：當(dāng)S1斷開(kāi)前，C2中的能量通過(guò)D5及L2轉(zhuǎn)移到了C1中，C2的電壓降至0。C1的極性如圖1所示。當(dāng)S1斷開(kāi)時(shí)，C2上開(kāi)始為零電壓，L1中的電流通過(guò)D3給C2充電，直到D1導(dǎo)通為止。并且C2的電位通過(guò)D4、D5箝位到輸出電壓。同時(shí)C1通過(guò)D2向負(fù)載放電，能抑制S1漏極上電壓的上升時(shí)間，從而充分地保證S1關(guān)斷在零電壓狀態(tài)下。當(dāng)S1合上時(shí)，C1的左端通過(guò)S1接地，電容C2上的電荷通過(guò)D5、L2轉(zhuǎn)移到C1中。當(dāng)開(kāi)關(guān)再次關(guān)斷的時(shí)候，重復(fù)上述過(guò)程。 5 高效率恒流PWM開(kāi)關(guān)電源高效率恒流PWM開(kāi)關(guān)電源一般用UC3842 和T

53、NY279設(shè)計(jì)，本文將先對(duì)UC3842進(jìn)行研究討論，然后以UC3842設(shè)計(jì)一款高效率恒流PWM開(kāi)關(guān)電源，對(duì)其進(jìn)行分析討論。5.1 UC3842的主要性能特點(diǎn)UC3842是由美國(guó)尤尼特德(Unitrode)公司開(kāi)發(fā)的新型單端輸出式脈寬調(diào)制器件，是國(guó)內(nèi)應(yīng)用比擬廣泛的一種電流控制型脈寬調(diào)制器。所謂電流型脈寬調(diào)制器是按反應(yīng)電流來(lái)調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比擬器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線圈電流的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比擬，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無(wú)論開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是比擬理想的新型的控制器

54、閉。(1)它屬于電流型單端PWM調(diào)制器,具有管腳數(shù)量少,外圍電路簡(jiǎn)單,安裝于調(diào)試簡(jiǎn)便,性能優(yōu)良,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn).能通過(guò)高頻變壓器與電網(wǎng)隔離,適于構(gòu)成無(wú)工頻變壓器的2050W小功率開(kāi)關(guān)電源.(2)最高開(kāi)關(guān)頻率為500kHz,頻率穩(wěn)定度為0.2%.電源效率高,輸出電流大,能直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率晶體管或VMOS管,DMOS管,TMOS管.(3)內(nèi)部有高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)電壓源,典型值為5.0V,允許有0.1V的偏差.溫度系數(shù)為0.2mV/.(4)穩(wěn)壓性能好.其電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%/V,能同第二代線性集成穩(wěn)壓器(例如LM317)相媲美.啟動(dòng)電流小于1mA,正常工作電流為15mA.(5)除具有輸入端過(guò)壓保護(hù)

55、與輸出端過(guò)流保護(hù)電路外,還設(shè)有欠壓鎖定電路,使工作穩(wěn)定,可靠.(6)最高輸入電壓Vom=30V,輸出最大峰值電流Ipm=1A,平均電流為0.2A,本身最大功耗Pdm=1W,最大輸出功率Pom=50W.52 UC3842工作原理 UC3842是單電源供電，帶電流正向補(bǔ)償，單路調(diào)制輸出的集成芯片，其內(nèi)部組成框圖如圖5.1所示。其中腳1外接阻容元件，用來(lái)補(bǔ)償誤差放大器的頻率特性。腳2是反應(yīng)電壓輸入端，將取樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比擬，產(chǎn)生誤差電壓。腳3是電流檢測(cè)輸入端，與電阻配合，構(gòu)成過(guò)流保護(hù)電路。腳4外接鋸齒波振蕩器外部定時(shí)電阻與定時(shí)電容，決定振蕩頻率，基準(zhǔn)電

56、壓VREF為05V。輸出電壓將決定變壓器的變壓比。由圖1可見(jiàn)，它主要包括高頻振蕩、誤差比擬、欠壓鎖定、電流取樣比擬、脈寬調(diào)制鎖存等功能電路。UC3842主要用于高頻中小容量開(kāi)關(guān)電源，用它構(gòu)成的傳統(tǒng)離線式反激變換器電路在驅(qū)動(dòng)隔離輸出的單端開(kāi)關(guān)時(shí)，通常將誤差比擬器的反向輸入端通過(guò)反應(yīng)繞組經(jīng)電阻分壓得到的信號(hào)與內(nèi)部25V基準(zhǔn)進(jìn)行比擬，誤差比擬器的輸出端與反向輸入端接成PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，誤差比擬器的輸出端與電流采樣電壓進(jìn)行比擬，從而控制PWM序列的占空比，到達(dá)電路穩(wěn)定的目的。 圖5.15.3 PWM開(kāi)關(guān)電源以其高效率、小體積等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源普遍采用電壓型脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，而近年電

57、流型PWM技術(shù)得到了飛速開(kāi)展。相比電壓型PWM，電流型PWM具有更好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性也得以明顯改善，特別是其內(nèi)在的限流能力和并聯(lián)均流能力使控制電路變得簡(jiǎn)單可靠。 電流型PWM集成控制器已經(jīng)產(chǎn)品化，極大推動(dòng)了小功率開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)展和應(yīng)用，電流型PWM控制小功率電源已經(jīng)取代電壓型PWM控制小功率電源。Unitrode公司推出的UC3842系列控制芯片是電流型PWM控制器的典型代表。 5.3.1 DC/DC轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換器是開(kāi)關(guān)電源中最重要的組成局部之一，其有5種根本類(lèi)型：?jiǎn)味苏な?、單端反激式、推挽式、半橋式和全橋式轉(zhuǎn)換器。下面重點(diǎn)分析隔離式單端反激轉(zhuǎn)換電路，電路結(jié)構(gòu)圖

58、如圖5.2所示。 圖5.2電路工作過(guò)程如下：當(dāng)M1導(dǎo)通時(shí)，它在變壓器初級(jí)電感線圈中存儲(chǔ)能量，與變壓器次級(jí)相連的二極管VD處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管VD截止，在變壓器次級(jí)無(wú)電流流過(guò)，即沒(méi)有能量傳遞給負(fù)載；當(dāng)M1截止時(shí)，變壓器次級(jí)電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使VD導(dǎo)通，給輸出電容C充電，同時(shí)負(fù)載R上也有電流I流過(guò)。M1導(dǎo)通與截止的等效拓?fù)淙鐖D5.3所示。 圖5.35.3.2 電流型PWM 與電壓型PWM比擬，電流型PWM控制在保存了輸出電壓反應(yīng)控制外，又增加了一個(gè)電感電流反應(yīng)環(huán)節(jié)，并以此電流反應(yīng)作為PWM所必須的斜坡函數(shù)。 下面分析理想空載下電流型PWM電路的工作情況(不考慮互感)。電路如圖5.4所

59、示。設(shè)V導(dǎo)通，那么有 LdiL/dt = ui (1)iL以斜率ui/L線性增長(zhǎng)，L為T(mén)1原邊電感。經(jīng)無(wú)感電阻R1采樣Ud=R1iL送到脈寬比擬器A2與Ue比擬，當(dāng)UdUe，A2輸出高電平，送到RS鎖存器的復(fù)位端，此時(shí)或非門(mén)的兩個(gè)輸入中必有一個(gè)高電平，經(jīng)過(guò)或非門(mén)輸出低電平關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)管V。當(dāng)時(shí)鐘輸出為高電平時(shí)，或非門(mén)輸出始終為低電平，封鎖PWM，這段時(shí)間由時(shí)鐘振蕩器OSC輸出脈沖寬度決定，即PWM信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。在振蕩器輸出脈沖下降同時(shí)，或非門(mén)兩輸入均為低電平，經(jīng)或非門(mén)輸出為高電平，V導(dǎo)通。 圖5.4 理想空載下電流型PWM電路簡(jiǎn)言之，PWM信號(hào)的上升沿由振蕩器下降沿決定，而PWM的下降沿由電

60、感電流限值信號(hào)和誤差信號(hào)Ue共同決定，最大脈寬的下降沿受振蕩器上升沿控制。圖5.5為其工作時(shí)序圖。OSCV0PWM 圖5.5 工作時(shí)序圖54 系統(tǒng)原理 本文以UC3842為核心控制部件，設(shè)計(jì)一款PWM型高頻開(kāi)關(guān)電源恒壓恒流控制器。開(kāi)關(guān)電源控制電路是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性由雙極點(diǎn)變成單極點(diǎn)，因此，增益帶寬乘積得到了提高，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應(yīng)特性。 主要的功能模塊包括：?jiǎn)?dòng)電路、過(guò)流過(guò)壓欠壓保護(hù)電路、反應(yīng)電路、整流電路。以下對(duì)各個(gè)模塊的原理和功能進(jìn)行分析。電路原理圖如5.6所示。圖5.65.4.1 啟動(dòng)電路如圖5.6所示交流電由C16、L1、C15以及C14、C1