1章緒論LEDLED發光二極管〔LED〕是一種將把電能變成光能的器件，發光二極管的要緊部份是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在PN型半導體中電子占絕大多數。在這二者之p-nLEDp-nPNNP式散發出來，這確實是發光的原因。不同大小的能量水平的不同，頻率和波長的光的不同，相應的光的顏色是不同的，這即是LEDLED1比起傳統的白熾燈為首的白熾燈，至少節約20%以上的電量，節約了資源。22023~8000小時，而LED5~103LED燈的響應時刻比傳統的照明燈快幾個數量級。4LED壓發生轉變的時候不簡潔損壞。5符合歐盟標準，可不能造成環境污染，而且LED能夠被回收利用。6LED完全封裝在循環氧樹脂里面的LED，它比傳統照明燈加倍結實不易損壞。7LED8自選顏色能夠通過不同的設計和電流的大小來轉變LED的顏色。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，能夠依次變成橙色，黃色，最終為綠色。目前白色LED120LM/W15LM/W850LM/W2倍多。LED的光譜中沒有紫外線和紅外線成份，因此有害輻射小。在散熱良好的情形下，LED的光通量半衰期大于5萬小時以上，能夠正常利用20年，器件壽命一樣都在10萬小時以上，是熒光燈壽命的10倍，是白熾燈100倍。這種燈具具有超級好的節能長壽命特性，隨著白色LED價錢的不斷降低，LED照明燈不但在節日彩燈裝飾中普遍應用，而且漸漸延長到路面照明、民用照明等低照度要求的領域，全面進入有效化，而且在環保方面廢棄物能夠回收，沒有熒光燈的汞污染問題，是國家重點進展的繼白熾燈、熒光燈以后的第三代照明產業。LED以以下圖為超高亮LED的特性伏案特性曲線，即正向電流(IF)和正向壓降(VF)的關系曲線，由曲線可知，當正向電壓超過某個閾值，即通常所說的導通電壓以后，可近似以為，IF與VF成正比。表中是當前要緊超高亮LED的電氣特性。當前超高亮LED的最高IF1A，而VF2～4V。〔1〕由于LED的光特性通常都表述為電流的函數，而不是電壓的函數，〔圖2〕是光通量(φV)IF的關系曲線，因此，承受恒流源驅動能夠更好地操縱亮度。另外，LED的正向壓降轉變范圍比較大(最大可達1V以上)，而由〔圖1〕中的VF-IF曲線可知，VF的微小轉變會引發較大的，IF轉變，從而引發亮度的較大轉變。因此，承受恒壓源驅動不能保證LED亮度的全都性，而且阻礙LED的靠得住性、壽命和光衰。因此，超高亮LED通常承受恒流源驅動。〔2〕〔圖3〕是LED的溫度與光通量(φV)關系曲線，由〔圖3〕可知光通量與溫度成反比，85℃時的光通量是25℃時的一半，而-40℃光陰輸出是25℃時的倍。溫度的轉變對LFD的波長也有一些阻礙，因此，良好的散熱是LED維持恒定亮度的前提。〔3〕是LED的溫度與光通量(φV)關系曲線。〔3〕LED驅動電路介紹由于受到LEDLED路來點亮LED。下面簡要介紹LED概念型驅動電路。阻限流電路如〔圖4〕所示，電阻限流驅動電路是最簡潔的驅動電路，限流電阻按下式計算。〔4〕式中：VinIFIED的正向電流;VF為LED在正向電流IF時的壓降;VD為防反二極管的壓降(可選);yLEDx為并聯LEDLED的線性化數學模型為：式中：Vo為單個LED的開通壓降;Rs為單個LED的線性化等效串聯電阻。那么上式限流電阻的計算可寫為：當電阻選定后，電阻限流電路的IF與VF的關系為由上式可知電阻限流電路簡潔，可是，在輸入電壓波動時，通過LED的電流也會跟從轉變，因此調劑性能差。另外，由于電阻R的接人損失的功率為xRIF，因此效率低。線性調劑器介紹線性調劑器的核心是利用工作于線性區的功率三極管或MOSFFET作為一動態可調電阻來操縱負載。線性調劑器有并聯型和串聯型兩種。〔圖5〕a所示為并聯型線性調劑器又稱為分流調劑器(LED，事實上負載能夠是多個LED串聯，下同)，它與LED并聯，當輸入電壓增大或LED削減時，通過度流調劑器的電流將會增大，這將會增大限流電阻上的壓降，以使通過LED的電流維持恒定。由于分流調劑器需要串聯一個電阻，因此效率不高，而且在輸入電壓轉變范圍比較寬的情形下很難做到恒定的調劑。〔5〕b所示為串聯型調劑器，當輸入電壓增大時，調劑動態電阻增大，以維持LED上的電壓(電流)恒定。〔5〕由于功率三極管或MOSFET負載電壓之和，電路才能正確地工作。開關調劑器介紹上述驅動技術不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低。在用于低功率的一般LED驅動時，由于電流mA，因此損耗不明顯，當用作電流有幾百mALED的驅動時，功率電路的損耗就成了比較嚴峻的問題。開關電源是目前能量變換中效率最高的，能夠到達90%以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率變換器都能夠用于LED的驅動，只是為了知足LED的恒流驅動，承受檢測輸出電流而不是檢測輸出電壓進展反響操縱。〔6〕(a)BuckLED驅動電路，與傳統的Buek變換器不同，開關管SL的后面，使得S源極接地，從而便利了G的驅動，LEDL串聯，而續流二極管D與該串聯電路反并聯，該驅動電路不但簡潔而且不需要輸出濾波電容，降低了本錢。可是，Buck變換器是降壓變換器，不適用于輸入電壓低或多個LED串聯的場合。〔圖6〕(b)為承受Boost變換器的LED驅動電路，通過電感儲能將輸出電壓泵至比輸入電壓更高的期LEDICLED功率。〔6〕(c)Buck—Boost變換器的LED驅動電路。與Buek電路類似，該電路S的源極能夠直接接地，如此便利了G的驅動。BoostBuck-Boosl變換器盡管比Buck變換器多一個電容，可是，它們都能夠提升輸出電壓確實定值。因此，在輸入電壓低，而且需要驅動多個LED時應用較多。〔6〕2章開關式恒流驅動電源原理分析LED驅動方式常見的LED驅動方式有以下三種：阻容降壓、隔離反激和原邊調劑方案。其中阻容降壓式電路簡潔，本錢低，但效率低，調劑精度差，已被淘汰。目前要緊承受的是開關電源方式的隔離反激和原邊調劑方案。開關式穩壓電源的大體工作原理開關電源是通過掌握晶體管的導通與截至的時刻或頻率，以到達穩固輸出電壓的一種電源。相較線性電源，具有效率高、體積小、重量輕、適應電網電壓范圍寬等優勢。開關式穩壓電源的操縱方法能夠分為脈寬調制〔PWM〕方式和頻率調制〔PFM〕方式兩種，在咱們實行的工作和利用中，大體上都是用脈寬調制式開關穩壓電源。就當下的開發和設計的開關電源集成電路中，八成以上都是承受脈寬調制型。因此接下來咱們就要緊介紹脈寬調制式開關穩壓電源。脈寬調制式開關穩壓電源的大體原理可參見以以下圖：2-1開關電源大體原理U0那么相應的直流電壓也會增加。Uo可用以下公式計算得出結果：Uo=T1/T×Um=DUm其中T1是矩形脈沖寬度，T為該矩形脈沖周期，Um是矩形脈沖的峰值，D為占空比。從上面的公式咱們能夠得出結論，Uo能夠通過調劑D實現穩固。AC/DC開關式穩壓電源的原理2-2開關電源原理電路溝通電壓AC成方波電壓，那個方波電壓被調寬〔或調頻〕后，再經整流濾波后成為咱們所要求的DC。脈沖寬度調制部份的電路，包括抽樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制、參考電壓電路等等。反激式概述反激式(Flyback)變壓器，英文名稱：FlybackTransformer。變壓器也稱之為轉換器、變換器。反激式是指當低級線圈被變壓器的直流脈沖電壓鼓舞時，負載沒有變壓器次級線圈供給的功率輸出；只有當斷開變壓器低級線圈的鼓舞電壓時，負載才會有功率輸出。這確實是反激式開關電源。2-3反激式開關電源工作原理反激式變壓器有如下幾點優勢:1.轉換的效率高，2.變壓器匝比Nps數值小3.電路簡潔，體積小，節約本錢。反激式開關電源的工作進程VT成通路，低級線圈繞組Np上有電流流過即Ip，而且開頭貯存能量。從圖中能夠看出，低級線圈Np和次級線圈N2的極性是相反的，二極管反偏截至，能量也就無法進展傳遞，從而無法抵達負載。而當三極管VT截至的時候，分析跟上述相反，二極管正向導通，能量抵達負載，I0流過負載。其進程的波形圖如下：2-4波形圖2.2.2反激式開關電源的工作方式反激式變壓器的工作方式可能有以下兩種DCM工作方式，即是電感電流不持續模式，其二是CCM工作方式，即便電感電流持續模式。CCM(ContinuousInductorCurrentMode)，確實是周期內開啟時刻所取得的能量在反激的時刻里部份或說不完全的傳給輸出端。DCM(DiscontinuousInductorCurrentMode)，確實是周期內開啟時所貯存的能量在周期內的反激時刻完全或說是全數流到輸出端。圖2 CCM與DCM工作模式波形圖。原邊反響概述PSR〔PrimarySwitchingRegulator，原邊開關調劑〕操縱原理近兩年由于PSRLEDCV此刻大部份芯片都是直接取樣關心線圈上電壓，由于漏感的原因，在MOS關斷后，也確實是次級二極管導通剎時，會產生一個尖峰，阻礙電壓采樣，為了躲開個那個尖峰，大部份廠家都是承受延時采樣，也確實MOSPI是在高壓開關關斷μｓ采樣。這種采樣方式其實在以前很多芯片上的過壓疼惜上也都有應用，比方OB2203和UCC28600，NCP1377的應用，因此能夠取得較高精度的過壓疼惜。還有些廠家是在下取樣電阻上并一個小容量的電容來實現。同時建議大伙兒吸取電路利用恢復時刻約只有2usIN4007感產生的振鈴，從而減小取樣誤差。取得較高采樣精度。次級圈數固定，關心繞組固定，取樣精度高。比較器內部精度也高，自然能夠取得較高的輸出電壓精度。圖片截自NCP1377由于輸出電流Io〔如以下圖的三角形Io=(Td/T)*Ipsk/2,其中T由安匝平穩條件，Np*Ipk=Ns*IpksIpks=Np*Ipk/NsIpks=Np*Ipk/NsIo=(Td/T)*Ipsk/2，取得：Io=(Td/T)*〔Np*Ipk/Ns〕/2。由上式能夠看出，Np,Ns為常數，只要固定Ipk和Td/T，就能夠夠取得固定的電流輸出，即恒流〔CC〕輸出。市面上很多IC固定Ipk的方式是限制低級MOS取樣電阻上的峰值電壓，同時為了幸免寄生電容在導通時產生的電流尖峰，會參加一段消隱時刻。Td/T是由ICOB公司的是〔它是給出Td同頻率的關系BYD1508的沒有直接給出1317沒直接給出那個值，而是給出了一個計算低級電流的公式。也是間接告知了Td/T。COP8155也是如此，通過計算Td/T=1/3=。在CC時，在不同輸出電壓情形下，工作在PFMTd/T是實現恒流的大體原理，輸出電壓轉變時能保證電流不變。只要保證IC的Td/T的精度，和低級峰值電流的限流精度就能夠夠取得較高的輸出電流精度。這兩部份大體上取決于IC。取樣電阻保證１％是沒有問題的。關于PSR對電感量補償的原理，當電感量低出設計正常值時，要到達一樣的峰值電流需要的時刻就短了，Δt=L*ΔI/V,ΔIDCMIpk〔見上述。VVin,為LΔtTon〔Δt=Ton〕下降。依照伏秒平穩，Vp*Ton=Vs*Td,得Ton=Td*Ns/Np,Np,NsTon的下降一樣也造成TdTd/TTdT頻率就上升了。可是由于有最高頻率的限制,因此設計時要留意在最重負載時，頻率不能工作在最高頻率，如此電感量的轉變將得不到補償〔通過調劑頻率。應適當低于最高工作頻率。電感量高出正常值時，結果固然是相反的。Io=(Td/T)*〔Np*Ipk/Ns〕/2Ipk,Td/T引發的是頻率的轉變。從公式P=1/2*L*I2*fILf留意最高工作頻率限制。同時該公式還說明，IfP但要留意最低的頻率要大于可聞頻率20KH，以避開變壓器產生可聽到的“吱吱”噪聲。V低級調劑原理咱們能夠通過結合下面的原理圖來進展分析。負載的任何轉變咱們都能夠通過關心繞組(NAUX)的電壓轉變來監控。咱們用操縱器翻開MOS管。使其導通以后，低級繞組線圈電流I從0線性上ipeak,其公式為Vipeak

intL p 〔2-1〕那個進程中低級繞組NP已經把能量貯存起來了，而當咱們讓MOS管關閉以后，在低級繞組里面貯存的能量將會發生轉移，那個時候次級繞組線圈開頭同意來自低級繞組的能量，能量移動的進程就如此完成了。然后能量通過整容濾波電路以后，就能夠夠加載到輸出端上.2-5原邊反響原理圖PSRCV/CC工作區間PSR電源的次級側工作區間如以以下圖所示。電源啟動后，在沒有到達設定的恒流電路之前，輸出電流隨著輸出電壓的增加而增加〔線性區；當到達恒流調劑狀態〔恒流區〕時，通過調劑輸出電壓補償LED壓降的溫漂轉變，使流過LED的電流維持恒定；當輸出電壓到達必定值時，將維持不變〔恒壓區。在沒有副邊電壓和電流檢測的時候承受原邊操縱的方式能夠到達精準的恒壓/恒流操縱的目地.圖1是3章BP9022BP9022概述及原理該BP9022操縱器在開關模式電源應用普遍。其高度集成的功能，例如在欠壓鎖定UVL隱〔LEB〕AC/DC電源的應用程序。BP9022電源能夠快速動態負載響應。BP9022的待機電流略高，當進展LED優化了應用的時候。另外，BP9022BP9022供給SOP8封裝。典型應用電路〔以以下圖所示〕引腳功能

BP9022引腳功能BP9022內部工作框圖圖3-3 BP9022內部框圖應用信息BP9022A是一款專用于LED照明的恒流驅動芯片，承受專利的恒流架構和操縱方式，芯片內部集成650V無需光耦及TL431反響，也無需關心繞組供電和檢測，系統本錢極低。啟動系統上電后，母線電壓通過啟動電阻對VCC電容充電，當VCC電壓到達芯片開啟閾值時，芯片內部操縱電路開頭工作。BP9022A內置17V穩壓管，用于鉗位VCC電壓。芯片正常工作時，需要的VCC電流極低，因此無需關心繞組供電。恒流操縱，輸出電流設置芯片逐周期檢測變壓器原邊的峰值電流，CS400mVCS電壓到達內部檢測閾值時，功率管關斷。變壓器原邊峰值電流的計算公式為：其中，RCS為電流采樣電阻阻值。CS500ns前沿消隱時刻。LED輸出電流計算公式為：其中，NP是變壓器主級繞組的匝數，NS是變壓器次級繞組的匝數，IP_PK是主級側的峰值電流。工作頻率42%120KHZ。芯片限制了系統的極限最小工作頻率，以保證系統的穩固性。工作頻率的計算公式為：其中，Lp是變壓器主級側電感。過壓疼惜電阻設置開路疼惜電壓能夠通過ROVP引腳電阻來設置，ROVP引腳電壓為。當LED開路時，輸出電壓漸漸上升，退磁時刻變短。因此能夠依照需要設定的開路疼惜電壓，來計算退磁時刻Tovp。其中，Lm是原邊電感量VcsCS關斷閾值〔400mV〕Nps是變壓器的原副邊匝比Vovp是需要設定的過壓疼惜點然后依照Tovp時刻來計算Rovp的電阻值，公式如下：疼惜功能BP9022A內置多種疼惜功能，包括LED開路/短路疼惜，CS電阻短路疼惜，VCC欠壓疼惜，芯片溫LED開路時，系統會觸發過壓疼惜規律并停頓開關工作。當LED短路時，系統工作在5KHz低頻，CS關斷閾值降低到200mV，因此功耗很低。當有些異樣的情形發生時，比方CS采樣電阻短路或變壓器飽和，芯片內部的快速探測電路會觸發疼惜規律，系統馬上停頓開關工作。系統進入疼惜狀態后，VCCVCC的檢測負載狀態，假設是故障解除，系統會從頭開頭正常工作。過溫調劑功能BP9022A具有過熱調劑功能，在驅動電源過熱時漸漸減小輸出電流，從而操縱輸出功率和溫升，使電150℃。PCB設計在設計BP9022APCB板時，需要遵循以下指南：旁路電容VCC的旁路電容需要緊靠芯片VCC和GND引腳。ROVP電阻開路疼惜電壓設置電阻需要盡可能靠近芯片ROVP引腳。地線電流采樣電阻的功率地線盡可能短，且要和芯片的地線及其它小信號的地線分頭接到母線電容的地端。功率環路的面積減小功率環路的面積，如變壓器主級、功率管及吸取網絡的環路面積，和變壓器次級、次級二極管、EMI輻射。NC引腳NC引腳必需懸空以保證芯片引腳間距離知足爬電距離DRAIN引腳增加DRAIN引腳的鋪銅面積以提高芯片散熱。4章3WLED燈驅動設計計算3WBP9022方案LED恒流驅動電源BP9022LED恒流驅動電源原理圖系統設計方式〔公式〕設計頂用到的參數和表達方式：Vac-minVac-maxVdc-max

：溝通最小輸入電壓；：溝通最小輸入電壓；：母線輸入電壓最大值；C1：主輸入電容的容值；T：開關管工作周期；f：開關管工作頻率；FL：溝通輸入電壓頻率；Ton：功率三極管開通時刻；Tdis：輸出電感放電〔去磁〕時刻；Lp：低級電感量；Ls：次級電感量；Ipk：低級電流峰值；Ipks：次級電流峰值；Np：低級線圈匝數；Ns：次級線圈匝數；Nps：第一次級線圈匝數比；Vo：輸出電壓；Io：輸出電流；VD：輸出二極管的正向壓降；Vs：Vo與VD之和；：變壓器轉換效率；K：芯片內部設定的比例參數；Rcs：低級電流采樣電阻；Vcsth

Rcs上電壓的限制值；D：占空比。條件：溝通輸入電壓：Vac-min=85V，Vac-max=264V輸入溝通電壓頻率FL=50KHz系統工作頻率f=60KHz輸出功率：Po=3WLED個數：3/=6o=3*，取102并3串〕工作電流：Io=0.3A=75%D：通常取設計進程：本次設計承受面積相乘法(AP)來對變壓器進展設計。依照設計的要求，選取EE型磁芯。AP法選擇磁芯的公式如下0.4331PO

104AP==

AwAe=

KW

DKBj

fs(見參考文獻[3])4-1磁芯規格在上式中：AW為磁芯窗口面積，單位為cm2，Ae為磁芯截面積，單位為cm2；Kw為窗口有效利用系數，Kj為電流密度，一樣取J=200～600A/cm2；Bm為磁芯工作磁感應強度，單位為T，一樣為~。依照求得的AP口長寬之比較大的磁芯。而且還能減小漏感。依照AP=0.029cm4，從上面的磁芯規格表中查出的磁心規格為EE10。AP=0.0287cm4，Ae=12.10mm2=0.121cm2。1最低母線輸入電壓2VI 〔1 T〕Vdc-min

2V 2ac_min

O O*C

2FL C=最大輸入母線電壓為：

bulk

〔4-2〕V dc_max

V2ac_max 〔4-3〕2=確信最大匝數比系統在任何條件下都工作在不持續電流模式(DCM)，那么應當知足：TTon

Tdis

〔4-4〕通過公式推導，能夠轉化為N V 〔K- 1 )ps

dc_min

2VO

VVO D 〔4-5〕N選擇ps=計算低級尖峰電流Ipk和電流采樣電阻RcsI KIopk N

40.3〔4-6〕6VpsVR csthcs Ipk

0.40.2

〔4-7〕確信低級電感量Lp由以下公式可求出低級電感量：2Pin 2PoLp I2f I2fpk s pk s 〔4-8〕低級電感量的選取量應比計算的值略小一點，那個地址取：Lp=2mH。確信低級線圈匝數Np計算低級匝數Np

LpIpk

20.2 AeBmNp=132Ts

12.10.25 〔4-9〕計算次級和關心線圈匝數Ns和Naux次級線圈匝數為：N