畢業(yè)論文--大功率led驅(qū)動(dòng)電源研究(含外文翻譯）

1、<p>　　大功率LED驅(qū)動(dòng)電源研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　大功率LED以其高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)正在逐漸取代傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈成為新一代照明光源。隨著大功率照明LED性能的提高及生產(chǎn)成本的降低，其應(yīng)用領(lǐng)域正由屏幕背光源以及一些對(duì)亮度要求不高的景觀照明領(lǐng)域向普通白光照明領(lǐng)域擴(kuò)展。與此同時(shí)，與功率型L

2、ED配套的驅(qū)動(dòng)集成電路的研發(fā)也由于功率型LED逐漸得到廣泛的應(yīng)用而迅速的發(fā)展。</p><p>　　本文結(jié)合大功率LED的特性及對(duì)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路的分析比較，研究制定基于恒流驅(qū)動(dòng)方式的大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)方法。根據(jù)現(xiàn)有大功率LED路燈的功率資料，提出了大功率LED路燈的設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電路配有線性調(diào)光功能，可根據(jù)需要，對(duì)外部部件參數(shù)進(jìn)行修改，達(dá)到調(diào)光的功能，并可根據(jù)外部電路的變化，驅(qū)動(dòng)不同

3、功率的路燈，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電路的多功能性，使用簡(jiǎn)單、方便。</p><p>　　目前，大功率LED照明技術(shù)日趨成熟，大功率LED光源功效已經(jīng)達(dá)到100lm/W以上，這使得城市路燈照明節(jié)能改造成為可能。LED路燈，特別是大功率LED路燈，正以迅猛的速度沖擊傳統(tǒng)的路燈市場(chǎng)。而相對(duì)大功率LED路燈應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)電路也正如雨后春筍般萌發(fā)。</p><p>　　關(guān)鍵詞　大功率LED；道路照明；驅(qū)動(dòng)電源&l

4、t;/p><p>　　High-Power LED Driver Power Research </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The high efficiency LED lighting is gradually replacing incandescent and fluorescent ligh

5、ting due to its unique attributes such as high efficiency, low energy consumption, low pollution, long life and high reliability. As the quality of power LED improves and the cost of power LED reduces, its application fi

6、eld has gradually turned from signal lighting and display lighting to general room lighting. Along with the development of power LED, the research of its driving IC has also been greatly acce</p><p>　　This a

7、rticle unifies the characteristic of LED and the existing driving circuit's analytical study, summarizes that uses constant current drive type drive high efficiency LED is the most ideal way. According to the existin

8、g data of high efficiency LED Street light's power, proposed the high efficiency LED street light's design proposal, and designs the corresponding driving circuit. This driving circuit has the linear dimming func

9、tion, which can be to regulate an external resistor to achieve dim</p><p>　　At present，the high efficiency LED lighting techniques are day by day mature, high-power LED light source has reached the efficacy

10、of 100lm / W or more, which makes energy-saving city street lighting possible. LED street lamps, especially high-power LED street lamps, is the rapid speed of the impact of the traditional street market. And relatively h

11、igh-power LED street lighting applications, as the drive circuit is also mushroomed germination.</p><p>　　Keywords High Efficiency LED；Street Light ；Driving Power</p><p>　　不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印<

12、;/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要……I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p>&l

13、t;p>　　1.2 照明技術(shù)的發(fā)展與LED新光源1</p><p>　　1.2.1 照明技術(shù)的發(fā)展1</p><p>　　1.2.2 半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展2</p><p>　　1.2.3 大功率照明LED的主要性能3</p><p>　　1.3 大功率LED照明技術(shù)發(fā)展情況4</p><p>　　1.

14、3.1 國(guó)外大功率LED照明技術(shù)發(fā)展情況4</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)大功率LED照明技術(shù)發(fā)展情況5</p><p>　　1.3.3 大功率LED照明發(fā)展趨勢(shì)5</p><p>　　1.4 論文研究?jī)?nèi)容7</p><p>　　第2章 大功率LED光電特性及控制方式9</p><p>　　2.1 大功

15、率LED的特性9</p><p>　　2.1.1 大功率LED伏安特性9</p><p>　　2.1.2 大功率LED光電特性10</p><p>　　2.1.3 大功率LED色溫與光效特性10</p><p>　　2.2 大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)原則11</p><p>　　2.2.1 基于大功率LED特性

16、的設(shè)計(jì)原則11</p><p>　　2.2.2 基于電源效率的設(shè)計(jì)原則12</p><p>　　2.3 大功率LED驅(qū)動(dòng)控制電路的分類13</p><p>　　2.3.1 簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路13</p><p>　　2.3.2 恒壓驅(qū)動(dòng)電路14</p><p>　　2.3.3 恒流驅(qū)動(dòng)電路15</p>

17、<p>　　2.3.4 PWM調(diào)制驅(qū)動(dòng)控制電路15</p><p>　　2.4 本章小結(jié)17</p><p>　　第3章 控制驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)選型18</p><p>　　3.1 常用大功率LED的恒流驅(qū)動(dòng)芯片18</p><p>　　3.2 芯片的選定18</p><p>　　3.2.1 單芯片

18、構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電源18</p><p>　　3.2.2 多芯片構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電源19</p><p>　　3.2.3 芯片的選擇19</p><p>　　3.3 PT4107恒流驅(qū)動(dòng)控制芯片介紹19</p><p>　　3.3.1 PT4107基本性能20</p><p>　　3.3.2 PT4107管腳配置20&

19、lt;/p><p>　　3.3.3 PT4107工作參數(shù)21</p><p>　　3.4 本章小結(jié)21</p><p>　　第4章 基于PT4107大功率LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1 驅(qū)動(dòng)電路總體設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成22</p><p>

20、;　　4.1.2 整流模塊22</p><p>　　4.1.3 驅(qū)動(dòng)控制模塊23</p><p>　　4.2 簡(jiǎn)單并聯(lián)形式驅(qū)動(dòng)電路25</p><p>　　4.3 具有保護(hù)隔離的并聯(lián)形式驅(qū)動(dòng)電路25</p><p>　　4.4 單元化形式的驅(qū)動(dòng)電路26</p><p>　　4.5 設(shè)計(jì)電路的參數(shù)設(shè)定27&l

21、t;/p><p>　　4.5.1 確定開(kāi)關(guān)頻率28</p><p>　　4.5.2 選擇輸入整流橋（D1）和熱敏電阻NTC28</p><p>　　4.5.3 輸入電容的選擇（C1和C2）29</p><p>　　4.5.4 輸出電感的選擇30</p><p>　　4.5.5 開(kāi)關(guān)MOSSFET管（Q11）和續(xù)流二

22、極管的選擇30</p><p>　　4.5.6 LED限流電阻的選擇（R13）30</p><p>　　4.5.7 VDD限流電阻（R11）和保持電容（C13）的選擇31</p><p>　　4.5.8 熱敏電阻RT11的選擇31</p><p>　　4.6 本章小節(jié)31</p><p><b>　

23、　結(jié)論32</b></p><p><b>　　致謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　附錄A35</b></p><p><b>　　附錄B40</b></p>

24、<p>　　千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p>　　隨著LED光效及總體發(fā)光量的不斷提高，大功率

25、LED照明在普通照明方面的市場(chǎng)也得到不斷拓展，相應(yīng)的電源驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品也隨市場(chǎng)的升溫如雨后春筍般萌發(fā)。2009年，拋開(kāi)金融危機(jī)對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的影響，歐美等國(guó)際市場(chǎng)對(duì)大功率LED電源的需求量還是很大，受金融危機(jī)影響較小。</p><p>　　作為L(zhǎng)ED整體產(chǎn)品考慮，LED芯片本身的優(yōu)越性如節(jié)能、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等還要搭配后端驅(qū)動(dòng)電源才能實(shí)現(xiàn)，LED自身要求直流供電即實(shí)現(xiàn)AC-DC的轉(zhuǎn)換；色彩、亮度的變換即驅(qū)動(dòng)電源提供調(diào)節(jié)功能

26、等。隨著LED應(yīng)用的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到其后端驅(qū)動(dòng)電源的重要性。怎樣更好地使驅(qū)動(dòng)電源和LED相匹配，既是LED生產(chǎn)廠家也是LED驅(qū)動(dòng)電源廠家亟待解決的問(wèn)題。一塊好的LED燈芯，選擇怎樣的一款驅(qū)動(dòng)電源才能達(dá)到理想的應(yīng)用效果，以及一款好的驅(qū)動(dòng)電源方案，究竟適合在怎樣的場(chǎng)合應(yīng)用，不同的LED芯片結(jié)構(gòu)形式，對(duì)其電源驅(qū)動(dòng)方式會(huì)有怎樣的要求及不同的電源驅(qū)動(dòng)方式又會(huì)對(duì)LED芯片本身造成怎樣的影響等問(wèn)題，都切實(shí)地?cái)[在人們的面前。本文在大量調(diào)研的基礎(chǔ)

27、上，選取市場(chǎng)上主流芯片及電源驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作。最終設(shè)計(jì)出可用于LED照明用的大功率LED驅(qū)動(dòng)電源。該專用電源系統(tǒng)具有一定的控制功能，可實(shí)現(xiàn)輸出功率的實(shí)時(shí)控制。實(shí)現(xiàn)功率電源的程序化管理和半導(dǎo)體照明電源的節(jié)能控制技術(shù)。作為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)的重要組成部分，在大功率LED日益成為市場(chǎng)主流的今天，它將有很好的推廣應(yīng)用前景。</p><p>　　2008年中國(guó)LED恒流源驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，

28、國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)LED恒流源驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目逐漸增多。投資者對(duì)LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片行業(yè)的關(guān)注越來(lái)越密切，這使得LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片行業(yè)的發(fā)展需求增大。 </p><p>　　雖然大功率LED現(xiàn)在還不能大規(guī)模取代傳統(tǒng)的白熾燈，但它們?cè)谑覂?nèi)外裝飾、特種照明方面有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，因此掌握大功率LED恒流源驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于開(kāi)拓大功率LED的新應(yīng)用至關(guān)重要。大功率LED在北京奧運(yùn)

29、會(huì)上的大量應(yīng)用，表明LED照明技術(shù)在電子和照明行業(yè)的發(fā)展前景是非常廣闊的。 </p><p>　　照明技術(shù)的發(fā)展與LED新光源</p><p><b>　　照明技術(shù)的發(fā)展</b></p><p>　　縱觀人類照明史的發(fā)展，主要經(jīng)歷了火光照明、白熾燈照明、熒光燈照明三大階段。最近興起的半導(dǎo)體固體照明被認(rèn)為是繼熒光燈照明之后，人類照明史上的又一次歷

30、史性飛躍。從本質(zhì)上講，照明史的發(fā)展就是人類不斷提高照明效率的過(guò)程。最初的火光照明采用燃燒化學(xué)燃料的方法來(lái)獲得人類所需的光源。但由于火光的大部分光譜位于可見(jiàn)光光譜的范圍之外，而且燃燒產(chǎn)生的90%的能量均轉(zhuǎn)化成了熱能，因此火光照明的效率非常低。加上化學(xué)燃料的燃燒經(jīng)常伴隨著對(duì)環(huán)境有污染的氣體的產(chǎn)生，人們便開(kāi)始了尋找和開(kāi)發(fā)發(fā)光效率更高的照明器件的歷程。白熾燈的發(fā)明是人類照明史上的一次重大飛躍。首先，它摒棄了傳統(tǒng)的化學(xué)燃料，而采用電能作為發(fā)光驅(qū)動(dòng)

31、能源，因此具有無(wú)污染、易輸運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)。其次，雖然其發(fā)光頻譜大部分還是落在可見(jiàn)光頻譜之外，但它的出射光的峰值位于可見(jiàn)光譜的附近，因此發(fā)光效率比燃燒發(fā)光高得多。一般來(lái)說(shuō)，普通的白熾燈的發(fā)光效率約16lm/w。第三種照明技術(shù)是熒光燈照明，熒光燈利用電能作為驅(qū)動(dòng)能源來(lái)激發(fā)低壓汞蒸氣產(chǎn)生波長(zhǎng)約為253.7nm的窄帶紫外出射光，該紫外光照射燈管內(nèi)壁上的熒光粉，激發(fā)它產(chǎn)生占滿整個(gè)可見(jiàn)光譜的白光。由于熒光燈的出射光波長(zhǎng)幾乎全部集</p>&

32、lt;p>　　半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　1907年Henry Joseph Round第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。由于其發(fā)出的黃光太暗，不適合實(shí)際應(yīng)用;更難處理的是碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應(yīng)，研究被摒棄了。20世紀(jì)20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德國(guó)使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發(fā)光，但再一次因發(fā)光暗淡而停止研究。</p>

33、;<p>　　1936年，George Destiau出版了一個(gè)關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報(bào)告。隨著電子器件的研發(fā)和業(yè)界認(rèn)識(shí)的逐步深入，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。20世紀(jì)50年代，英國(guó)科學(xué)家在電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)中使用半導(dǎo)體砷化稼發(fā)明了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的LED，并于60年代面世。在早期的試驗(yàn)中，LED需要放置在液化氮里，需要進(jìn)一步研究以便能高效率的在室溫下工作。第一個(gè)商用LED雖然僅能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應(yīng)用于感應(yīng)與光

34、電領(lǐng)域。60年代末，在砷化稼基體上使用磷化物發(fā)明了第一個(gè)可見(jiàn)的紅光LED。磷化稼的改變使得LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。</p><p>　　20世紀(jì)70年代中期，磷化稼開(kāi)始被用作發(fā)光光源，隨后可發(fā)出灰白綠光。LED采用雙層磷化稼芯片(一個(gè)紅色另一個(gè)是綠色)能夠發(fā)出黃色光。就在此時(shí)，前蘇聯(lián)科學(xué)家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED。盡管它不如歐洲的LED高效，但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。幾

35、乎與此同時(shí)，HP公司與TI公司也推出了帶7段紅光顯示屏的計(jì)算器。</p><p>　　20世紀(jì)80年代早期到中期對(duì)砷化稼磷化鋁的使用，使得第一代高亮度LED的誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。到20世紀(jì)90年代早期，采用鋼鋁磷化稼生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。第一個(gè)有歷史意義的藍(lán)光LED也出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代早期，再一次利用金鋼砂-早期的半導(dǎo)體光源的障礙物，依當(dāng)今的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)去衡量，它與前蘇聯(lián)以前開(kāi)

36、發(fā)的黃光LED一樣光線暗淡。</p><p>　　20世紀(jì)90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化稼LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強(qiáng)度的綠光和藍(lán)光鋼氮稼LED。超亮度藍(lán)光芯片是白光LED的核心，在這個(gè)發(fā)光芯片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過(guò)吸收來(lái)自芯片上的藍(lán)色光并將其轉(zhuǎn)化為白光。利用這種技術(shù)制造出任何可見(jiàn)光的LED。今天在LED市場(chǎng)上就能看到生產(chǎn)出來(lái)的新奇顏色，如淺綠色和粉紅色。LED的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的歷史過(guò)程 。&

37、lt;/p><p>　　大功率照明LED的主要性能</p><p>　　隨著LED效率的迅速提高、成本的不斷下降，LED市場(chǎng)正在由手機(jī)的背光源和汽車儀表照明，以及亮度要求不高的特殊照明和景觀照明領(lǐng)域向普通白光照明領(lǐng)域擴(kuò)展。大功率LED照明光源與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈照明光源相比，有如下優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　1. 高效節(jié)能性。大功率LED照明第一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)能。

38、雖然按一般光效定義的LED的發(fā)光效率并不算高，但由于LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光區(qū)域，效率可達(dá)到80%~90%，而白熾燈的可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換效率僅為10%~20%。預(yù)計(jì)未來(lái)大功率LED照明的耗電量?jī)H為相同亮度白熾燈的10%~20%。</p><p>　　2. 光色純，光線質(zhì)量高。單一顏色LED的光譜狹窄，譜線單一集中在可見(jiàn)光波段。</p><p>　　3. 壽命長(zhǎng)。普通白熾燈和熒光燈的壽命一般

39、為1000小時(shí)，而大功率LED燈的壽命卻可達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)。</p><p>　　4. 可靠、耐用。大功率照明LED以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時(shí)有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至在水下也能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作。而且它沒(méi)有傳統(tǒng)燈泡的鎢扮、玻璃殼等易損部件，維護(hù)費(fèi)用低廉。LED的工作溫度范圍也很寬，在-40C — 85C之間均能正常工作。</p><p>　　5. 應(yīng)用靈活。體積小，便于造型，可做成點(diǎn)、

40、線、面等各種形式。</p><p>　　6. 響應(yīng)快。白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，而大功率LED的開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，無(wú)頻閃。因其響應(yīng)時(shí)間短，作汽車燈反應(yīng)快，可延長(zhǎng)剎車的反應(yīng)時(shí)間，故能減少交通事故的發(fā)生幾率。</p><p>　　7. 環(huán)保。大功率LED的工作電壓為3~4伏左右的直流電，因而沒(méi)有電磁干擾。光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，不同于口光燈點(diǎn)亮后會(huì)產(chǎn)生汞蒸汽及二氧化碳和其它溫室氣體等污染

41、物，LED產(chǎn)生的廢棄物可回收，無(wú)污染，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。同時(shí)，其熒光粉的用量也僅為普通熒光燈的于分之一，利于稀土資源的可持續(xù)利用。</p><p>　　8. 控制靈活。通過(guò)控制電路很容易調(diào)控亮度，實(shí)現(xiàn)多樣的動(dòng)態(tài)變化效果。雖然與傳統(tǒng)照明光源相比，大功率照明LED有著諸多優(yōu)勢(shì)，但目前大功率LED要廣泛應(yīng)用于照明領(lǐng)域還存在以下問(wèn)題:發(fā)光效率較低，單管發(fā)射功率小，價(jià)格昂貴。與現(xiàn)有照明燈具相比，半導(dǎo)體照

42、明要進(jìn)入普通照明市場(chǎng)還需滿足以下基本要求 ，首先要求單顆LED有足夠大的光通量，這樣才能使被照的物體產(chǎn)生足夠的亮度?，F(xiàn)在單顆LED的光通量是以流明，甚至是以毫流明為單位來(lái)量度的。與一般的照明需要千流明甚至更高光通量的要求相距甚遠(yuǎn)。其次，照明光源不應(yīng)是單色的，而應(yīng)是白色的。根據(jù)照明場(chǎng)合的不同，光源的色溫可高或低，但它們的色度坐標(biāo)點(diǎn)都應(yīng)該非常接近黑體輻射的軌跡。另外，它們的光譜特性應(yīng)保證它們有很好的顯色性，能真實(shí)再現(xiàn)受照物體自身原有的色彩。

43、這就需要在單色LED的基礎(chǔ)上研究，開(kāi)發(fā)白光LED。第二，現(xiàn)在普遍采用的照明光源，如白熾燈、熒光燈和高強(qiáng)度放電燈產(chǎn)生光的成本都比較低，大功率照明LED只有大幅度地降低自身的生產(chǎn)成本才有可能與它們競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)然，由于LED壽命長(zhǎng)，燈具的利用效率高，成本略高于普通光源也還是可以接受的?？偠灾?，為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的半導(dǎo)體照明</p><p>　　大功率LED照明技術(shù)發(fā)展情況</p><p>　　國(guó)外

44、大功率LED照明技術(shù)發(fā)展情況</p><p>　　對(duì)于LED這種將電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件的研究很早就開(kāi)始了。第一只LED產(chǎn)品是1962年在GE公司做出的。如今，LED照明產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)集中在大功率高亮度白光LED。高亮度紅、黃LED于1993年開(kāi)始量產(chǎn)。1995年，高亮度藍(lán)色、綠色LED也相繼進(jìn)入量產(chǎn)，使LED的發(fā)光波長(zhǎng)覆蓋從紅色到藍(lán)色整個(gè)可見(jiàn)光譜范圍，而且具有高達(dá)30%的發(fā)光效率。隨之而來(lái)的白色LED的成功研

45、制，更大大拓展了LED的應(yīng)用領(lǐng)域，從此開(kāi)始形成了一個(gè)朝陽(yáng)無(wú)限的LED照明產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　我國(guó)在高亮度LED這一領(lǐng)域起步較晚，從1993年開(kāi)始，中科院半導(dǎo)體所、北京大學(xué)等單位在國(guó)家863計(jì)劃和自然科學(xué)基金的支持下，在相關(guān)領(lǐng)域開(kāi)始了許多研究工作。但目前在材料質(zhì)量、器件指標(biāo)等方面與國(guó)際先進(jìn)水平還有很大差距，特別是在半導(dǎo)體用于照明的一些關(guān)鍵性產(chǎn)業(yè)技術(shù)上還未能攻克。LED產(chǎn)品中技術(shù)壁壘最高的是上中游產(chǎn)品的生產(chǎn)，

46、目前窺視這一巨大商機(jī)的廠家不少，但由于技術(shù)、資金和產(chǎn)業(yè)化工藝的限制，國(guó)內(nèi)真正能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)屈指可數(shù)。</p><p>　　目前，LED照明產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)集中在大功率高亮度白光LED。各國(guó)政府均大力扶持白光LED的發(fā)展，美、日、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家皆由政府成立專項(xiàng)積極推行，如日本的“21世紀(jì)的照明計(jì)劃”計(jì)劃將耗費(fèi)60億日元推行半導(dǎo)體照明；美國(guó)的“下一代照明計(jì)劃”時(shí)間是從2000-2010年，計(jì)劃投資5億美元；歐盟

47、的“彩虹計(jì)劃”已在2000年7月啟動(dòng)，通過(guò)歐共體的資助推廣應(yīng)用白光LED 。</p><p>　　美國(guó)在LED照明的產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)上一直處于領(lǐng)先地位。由Philips Lighting和Agilent(原HP)于1998年合資興辦的Lumileds是一家致力于功率型白光LED生產(chǎn)，封裝研究和開(kāi)發(fā)的公司。該公司擁有多項(xiàng)功率型白光二極管封裝方面的專利技術(shù)。</p><p>　　日本在功率型高亮度

48、LED的研制與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)方面在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平，日業(yè)化工、豐田合成和住友電子處于領(lǐng)先地位。日亞公司由于在InGaN LED技術(shù)和生產(chǎn)白色LED的熒光粉材料上擁有多項(xiàng)專利，在InGaN白色LED芯片供應(yīng)上一直占有優(yōu)勢(shì)地位。Sumitomo住友電子向美國(guó)CREE公司一年內(nèi)訂購(gòu)了一億美元的LED合同，這將是CREE一年的全部生產(chǎn)能力，住友很顯然是想獨(dú)霸整個(gè)高亮度LED的市場(chǎng)。2003年8月，松下電工開(kāi)發(fā)出亮度達(dá)到3001m的白光照明燈具，相

49、當(dāng)于40W白熾燈的亮度，并于2004年春開(kāi)始了商品化銷售。</p><p>　　德國(guó)的OSRAM號(hào)稱剛剛建立了世界上最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)線，將主要用來(lái)生產(chǎn)LED和半導(dǎo)體激光器。由于OSRAM是世界上第二大燈泡生產(chǎn)廠商，因此用LED制成新型節(jié)能長(zhǎng)壽燈是他們的新目標(biāo)。</p><p>　　美國(guó)加州大學(xué)固態(tài)發(fā)光及顯示中心則尋求白色LED之外的其它解決方案，目前該中心正在進(jìn)行一項(xiàng)由政府扶持的項(xiàng)目，主要

50、針對(duì)下一代照明。2006年，美國(guó)加利福尼業(yè)州SanJose(圣荷塞市)、Agilient技術(shù)實(shí)驗(yàn)室公布了一種新的LED試制樣品。該實(shí)驗(yàn)室利用一種新技術(shù)概念，使光效最大可達(dá)1001m/w。</p><p>　　國(guó)內(nèi)大功率LED照明技術(shù)發(fā)展情況</p><p>　　國(guó)內(nèi)，lmmlmm倒裝結(jié)構(gòu)白光LED在標(biāo)準(zhǔn)電流(350mA)下光通量可達(dá)到40 lm以上。2003年6月17日，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合

51、教育部、信息產(chǎn)業(yè)部、建設(shè)部、中科院、中國(guó)輕工聯(lián)合會(huì)、中國(guó)照明學(xué)會(huì)、中國(guó)照明電器協(xié)會(huì)8個(gè)部門、行業(yè)，及北京、上海、浙江、廣東、江蘇、江西、長(zhǎng)春等17個(gè)地方政府正式宣布成立國(guó)家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，標(biāo)志著我國(guó)的半導(dǎo)體照明工程正式啟動(dòng)。</p><p>　　在臺(tái)灣，LED相關(guān)的公司有幾于家，其產(chǎn)能也在迅速的膨脹，己成為世界上最大的LED生產(chǎn)基地。2002年，日本住友和臺(tái)灣博達(dá)共同投資在臺(tái)灣成立了博友科技，專門從事

52、單芯片ZnSe白光LED芯片的生產(chǎn)。由于看到白色LED在下一代光源新技術(shù)應(yīng)用中的巨大潛力，2002年9月臺(tái)灣成立了由11家頂級(jí)LED公司組成的“下一代光源新技術(shù)研發(fā)集團(tuán)”,該組織專注于以白色LED為核心的下一代LED新技術(shù)的研發(fā)。</p><p>　　大功率LED照明發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　在過(guò)去的30多年中，正像Haitz定律預(yù)示的那樣，每1.5~2年單顆LED的光通量就提高一倍。

53、然而自大功率型Luxeon LED問(wèn)世后，光通量增長(zhǎng)的速率似乎比以前又有所提高，如圖1-1所示，LumiLeds樂(lè)觀地估計(jì)，在今后的二年里，LED的光效每年將增加l0lm/w。美國(guó)光電工業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)于2002一年制定了半導(dǎo)體固體照明燈在未來(lái)幾年的發(fā)展目標(biāo)和遠(yuǎn)景。對(duì)半導(dǎo)體照明的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如發(fā)光效率，壽命，單燈光通量，性價(jià)比以及顯色指數(shù)等提出了階段性的目標(biāo)。</p><p>　　圖1-1 LED光通量增長(zhǎng)曲線&l

54、t;/p><p>　　表1-1中顯示的是半導(dǎo)體照明LED燈的發(fā)展趨勢(shì)和遠(yuǎn)景?？梢钥闯?，2007年照明LED燈的目標(biāo)是在市場(chǎng)上能夠與白熾燈相抗衡，實(shí)現(xiàn)發(fā)光效率751m/W使用壽命超過(guò)2萬(wàn)小時(shí)，單燈光通量大于2001m，顯色指數(shù)做到80。2012年照明LED燈的市場(chǎng)定位為占領(lǐng)熒光燈市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)光效率1501m/W，使用壽命超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)，單燈光通量大于10001m，顯色指數(shù)做到大于80。</p><p

55、>　　科學(xué)家預(yù)測(cè)，在未來(lái)的5至10年，這種燈芯很可能逐漸成為下一代照明的主流產(chǎn)品，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括:大屏幕顯示、車燈、交通燈、景觀燈等領(lǐng)域。高亮度藍(lán)光二極管(LED)已解決了發(fā)光二極管的三原色的缺色問(wèn)題，因此徹底解決大屏幕全彩色顯示問(wèn)題。高亮度發(fā)光二極管近年來(lái)主要應(yīng)用于大屏幕彩色顯示、汽車尾燈、交通信號(hào)燈、多媒體顯像和手機(jī)及小屏幕LCD背光源等領(lǐng)域。</p><p>　　高亮度藍(lán)光二極管的出現(xiàn)，不僅僅是豐

56、富了色彩，有了紅橙黃綠青藍(lán)紫全彩，更為重要的意義是由此產(chǎn)生了白光半導(dǎo)體燈。目前，世界上生產(chǎn)藍(lán)光二極管的半導(dǎo)體公司紛紛和老牌燈泡制造商結(jié)盟，搶占這個(gè)可以說(shuō)是未來(lái)最大的照明市場(chǎng)?？梢?jiàn)半導(dǎo)體燈已對(duì)傳統(tǒng)的白熾燈發(fā)起了挑戰(zhàn)，一個(gè)全新的半導(dǎo)體照明燈時(shí)代即將來(lái)臨。</p><p>　　表1-1 半導(dǎo)體固體照明燈的發(fā)展目標(biāo)和遠(yuǎn)景</p><p>　　家庭用的照明燈采用白光LED是科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。家庭用

57、白光LED照明燈發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)是不爭(zhēng)的事實(shí)，只是目前還需等待產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)成熟和成本的進(jìn)一步下降。熒光節(jié)能燈從產(chǎn)品誕生到進(jìn)入千家萬(wàn)戶百姓家庭普及也差不多經(jīng)歷了于年的時(shí)間。家庭用照明燈的發(fā)光效率及平均壽命比較如表1-2(為2006年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。</p><p>　　表1-2 家用照明燈發(fā)光效率及平均壽命的比較</p><p>　　歐美等國(guó)在2007年2月和3月分別通過(guò)政府決議，在未

58、來(lái)二年逐步取消白熾燈，提倡使用節(jié)能燈和LED照明燈。由此，LED照明燈進(jìn)入千家萬(wàn)戶揭開(kāi)序幕，其市場(chǎng)需求量將是一天文數(shù)字。集成電路和燈具廠商紛紛開(kāi)始行動(dòng)，奔向這個(gè)巨大市場(chǎng)。</p><p>　　大功率照明燈用LED制造技術(shù)突飛猛進(jìn)，今天已經(jīng)能大批量生產(chǎn)，而且在增加LED發(fā)光效率(lm/w)方面努力；從AC到DC恒流源輸出、經(jīng)濟(jì)而有效地驅(qū)動(dòng)大功率照明燈用LED的電源驅(qū)動(dòng)芯片，也正在引起更多的集成電路開(kāi)發(fā)廠商的投入。&

59、lt;/p><p>　　就LED電源企業(yè)而言，2009年100W左右大功率電源市場(chǎng)的增幅將會(huì)有很大的提升。源于100W左右的LED光源與傳統(tǒng)照明光源相比有著更突出的性價(jià)比，以及很快形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模的LED路燈和景觀照明市場(chǎng)。</p><p><b>　　論文研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本文首先對(duì)照明技術(shù)的發(fā)展與LED新光源和大功率LED照明技

60、術(shù)的發(fā)展情況做了詳細(xì)的介紹，進(jìn)而具體說(shuō)明了大功率LED的特性，根據(jù)大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)的原則，結(jié)合現(xiàn)有大功率LED驅(qū)動(dòng)控制電路形式，分析比較了幾種恒流驅(qū)動(dòng)控制芯片，最后完成了三種可行的基于PT4107的驅(qū)動(dòng)控制電源。由此，自行設(shè)計(jì)并完成了可用于LED道路照明用的大功率LED驅(qū)動(dòng)電源。該專用電源系統(tǒng)具有一定的控制功能，可實(shí)現(xiàn)輸出功率的實(shí)時(shí)控制及亮度的調(diào)節(jié)。</p><p>　　大功率LED光電特性及控制方式&l

61、t;/p><p><b>　　大功率LED的特性</b></p><p>　　作為照明光源，我們關(guān)心的大功率LED的性能指標(biāo)主要有亮度、光強(qiáng)、色坐標(biāo)，色溫，顯色指數(shù)和發(fā)光效率。下面主要就搜集到的大功率LED的相關(guān)電學(xué)和光學(xué)特性進(jìn)行了整理。</p><p>　　大功率LED伏安特性</p><p>　　圖2-1為同一型號(hào)批次大

62、功率LED器件的電流一電壓特性之間的差異性。</p><p>　　圖2-1 同一批次隨機(jī)挑選的白光LED的電流一電壓特性之間的差異性</p><p>　　上圖所示的是不同白光LED之間，甚至是從同一產(chǎn)品批次中隨機(jī)挑選的LED之間的正向電流電壓特性的差異。可以看出，在恒定電壓的驅(qū)動(dòng)下，不同LED上流經(jīng)的正向電流大小不同，導(dǎo)致發(fā)出的白光亮度不同，如圖中虛線所示。而且，LED正向?qū)ê?，外加?/p>

63、向電壓的細(xì)小變動(dòng)都將引起LED電流的很大變化，從而導(dǎo)致出射光光強(qiáng)的變化。再如下圖為某類LED正向壓降(VF)和正向電流的(IF)關(guān)系曲線，由曲線可知，當(dāng)正向電壓超過(guò)某個(gè)閾值(約2V，區(qū)別于LED類型)，即通常所說(shuō)的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為，IF與VF成正比[16]。</p><p>　　如圖2-2所示為VF-IF特性曲線</p><p>　　圖2-2 VF-IF曲線</p>

64、<p>　　由于LED的光特性通常都描述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，光通量()與IF的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動(dòng)可以更好地控制亮度。此外，LED的正向壓降變化范圍比較大(最大可達(dá)1V以上)，而由上圖中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會(huì)引起較大的IF變化，從而引起亮度的較大變化。所以，采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)。</p&g

65、t;<p>　　大功率LED光電特性</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，隨著輸出功率增加大功率照明LED模塊內(nèi)部將溫度上升，從而導(dǎo)致復(fù)合發(fā)光效率下降。另外，隨著照明LED單燈功率的增大，管芯的尺寸隨之增大，這將在芯片內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)分布，同樣會(huì)使發(fā)光效率下降。</p><p>　　大功率LED色溫與光效特性</p><p>　　圖2-3顯示了用1mm1mm的大

66、尺寸GaN基藍(lán)光LED芯片和YAG，Ce黃光熒光粉在食人魚(yú)支架上封裝的大功率白光LED的色溫和光功率隨著電流的變化關(guān)系。電流增大，光功率隨之增大，當(dāng)正向電流為200mA時(shí)光功率達(dá)到13.8mw。大電流下，LED的功率并沒(méi)有明顯的飽和或下降，表明LED散熱性能良好，因?yàn)椴涣嫉膶?dǎo)熱性將使得LED結(jié)溫升高，導(dǎo)致復(fù)合發(fā)光效率的下降。根據(jù)相關(guān)色溫公式((McCamy 1992)計(jì)算不同注入電流下的色溫。色溫隨著電流的增加而下降，小電流下色溫較高，

67、為5300K，色坐標(biāo)處于淡黃色區(qū)域，電流增加時(shí)，色溫迅速降低，在50mA下降至4850K，然后色溫隨電流增加逐漸飽和。這表明隨著電流增加，熒光強(qiáng)度相對(duì)藍(lán)光LED發(fā)光強(qiáng)度有所增加。</p><p>　　圖2-3 色溫和光功率隨著電流的變化關(guān)系</p><p>　　大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)原則</p><p>　　基于大功率LED特性的設(shè)計(jì)原則</p>

68、<p>　　LED壽命方面，雖然單顆LED本身的壽命長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，但其應(yīng)用時(shí)必須搭配電源轉(zhuǎn)換電路，故LED照明器具整體壽命必須從光電整合應(yīng)用加以考慮。但對(duì)照明用LED，為達(dá)到匹配要求，電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命必須超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)，使其不再成為半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的瓶頸因素。在考慮長(zhǎng)壽命的同時(shí)又不能增加太多的成本，電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命與成本通常不肩{超過(guò)照明系統(tǒng)總成本的三分之一，在半導(dǎo)體照明燈具產(chǎn)品發(fā)展的初期，必須平衡好電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽

69、命與成本的關(guān)系。</p><p>　　原始電源有各種形式，但現(xiàn)有大部分電源，一般都不能直接給LED供電。因此，要用LED作照明光源就要解決電源變換問(wèn)題。LED實(shí)際上是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)的低電壓?jiǎn)蜗驅(qū)щ娖骷?，LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)具有直流控制、高效率、PWM調(diào)光、過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載斷開(kāi)、小型尺寸以及簡(jiǎn)便易用等特點(diǎn)。給LED供電的電源必須注意以下事項(xiàng):</p><p>　　1. LED是單向?qū)щ娖骷捎谶@個(gè)特點(diǎn)

70、，就要用直流電流或者單向脈沖電流給LED供電。</p><p>　　2. LED是一個(gè)具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，具有勢(shì)壘電勢(shì)，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，加在LED上的電壓值超過(guò)這個(gè)門限電壓時(shí)LED才會(huì)充分導(dǎo)通。LED的門限電壓一般在2.5V以上，正常工作時(shí)的管壓降為3V~4V。</p><p>　　3．LED的電流-電壓特性是非線性的，流過(guò)LED的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動(dòng)勢(shì)減去LED

71、的勢(shì)壘電勢(shì)后再除以回路的總電阻(電源內(nèi)阻、引線電阻和LED體電阻之和)。因此，流過(guò)LED的電流和加在LED兩端的電壓不成正比。 </p><p>　　4．LED的PN結(jié)的溫度系數(shù)為負(fù)，溫度升高時(shí)LED的勢(shì)壘電勢(shì)降低。由于這個(gè)特點(diǎn)，所以LED不易直接用電壓源供電，必須采用限流措施，否則隨著LED工作時(shí)溫度的升高，電流會(huì)越來(lái)越大，以至損壞LED。流過(guò)LED的電流和LED的光通量的比值也是非線性的。LED的光通量隨著流

72、過(guò)LED的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來(lái)光通量增加得越少。因此，應(yīng)該使LED在一個(gè)發(fā)光效率比較高的電流值下工作。</p><p>　　另外，LED也和其他光源一樣，所能承受的電功率是有限的。如果加在LED上的電功率超過(guò)一定數(shù)值，LED也可能損壞。由于生產(chǎn)工藝和材料特性方面的差異，同型號(hào)的LED的勢(shì)壘電勢(shì)以及LED的內(nèi)阻也不完全一樣，這就導(dǎo)致LED工作時(shí)的管壓降不一致，再加上LED勢(shì)壘電勢(shì)具有負(fù)的溫度系數(shù)，

73、因此，LED不易直接并聯(lián)使用。</p><p>　　基于電源效率的設(shè)計(jì)原則</p><p>　　功率型LED應(yīng)用于各種場(chǎng)合的照明，通過(guò)近幾年業(yè)界的共同關(guān)注和推進(jìn)已得到快速的發(fā)展，LED早已不僅僅局限于指示類應(yīng)用領(lǐng)域，隨著其應(yīng)用的不斷擴(kuò)大譬如功率型LED路燈、功率型LED隧道燈、功率型筒燈等等都已得到很好的推廣應(yīng)用，但所有這類燈具目前都存在驅(qū)動(dòng)源性能指標(biāo)不夠理想的局面，這就導(dǎo)致燈具的穩(wěn)定性和

74、可靠性無(wú)法得到保障。 針對(duì)目前功率型LED燈具驅(qū)動(dòng)電源存在的問(wèn)題，我們結(jié)合自身開(kāi)發(fā)和選用功率型LED恒流源的考慮，以期共同推動(dòng)LED照明產(chǎn)品整體質(zhì)量的提高。</p><p>　　1．必須針對(duì)LED具體要求來(lái)設(shè)計(jì)和選用驅(qū)動(dòng)源 LED的正向伏安特性和普通二極管類似，外加正向電壓稍有變化，其正向電流將產(chǎn)生很大變化，致使LED內(nèi)部損耗及發(fā)熱快速上升，嚴(yán)重影響LED的正常工作和壽命。為了防止這種情況發(fā)生，大功率L

75、ED一般必須采用恒流方式供電。為了盡可能提高電流源的效率，減少發(fā)熱，電流源的輸入電壓必須得到合理控制，使其最大值在扣除內(nèi)部壓降后同電流一樣，也與LED需要的總電壓相匹配。內(nèi)部損耗小了，電流源的可靠性才能得到保障。</p><p>　　2．必須盡可能提高電能利用率，以達(dá)到最大節(jié)能效果 LED的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。電流源可以用電池供電，但更多的應(yīng)用是由AC-DC降壓變換器來(lái)?yè)?dān)當(dāng)，整流器是將交流變?yōu)橹绷鞯牡谝徊?。整流?/p>

76、和平滑濾波器結(jié)合工作的結(jié)果是使電網(wǎng)輸入電流波形發(fā)生畸變，電能利用率降低，通常只有約60%或更低，這就是說(shuō)，一個(gè)60W的LED燈在不考慮變換損耗的情況下，從電網(wǎng)吸收的功率實(shí)際是60/0.6=100W，白白浪費(fèi)了40W或更多，并產(chǎn)生大量諧波污染電網(wǎng)，危害著其他用電設(shè)備。為了節(jié)能和減少污染，在開(kāi)發(fā)和選用時(shí)必須重視更新?lián)Q代。凡≥50W的電源其功率因數(shù)和產(chǎn)生的諧波必須滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。也就是說(shuō)≥50W的LED燈不僅功率因數(shù)(PF)，而且其諧波干

77、擾也必須滿足這類標(biāo)準(zhǔn)要求。</p><p>　　3．盡可能使LED電源電壓向安全低壓標(biāo)準(zhǔn)靠攏 由于新興的LED照明業(yè)還未來(lái)得及建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，LED電源的設(shè)計(jì)基本取決各個(gè)企業(yè)開(kāi)發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品的考慮。介于LED本身是低壓工作器件，結(jié)合通訊、汽車照明、與太陽(yáng)能供電配套、工礦燈安全照明等的特點(diǎn)，行家認(rèn)為大功率LED電源的供電電壓以接近48V、36V、24V、15V、5V等標(biāo)準(zhǔn)電壓為好。</p>&l

78、t;p>　　4．有完善有效的安全保護(hù)功能 電流源應(yīng)具有安全保護(hù)功能，這些保護(hù)包括：過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)。隔離式的前級(jí)AC-DC變換可以自然地為L(zhǎng)ED提供安全工作條件，不應(yīng)輕易改用非隔離式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　5．AC輸入電壓范圍 通常取額定值的±15-20%作為輸入源電壓的公差范圍。但這給產(chǎn)品的生產(chǎn)管理和在世界范圍內(nèi)的銷售帶來(lái)不便。因而現(xiàn)代電子設(shè)備產(chǎn)品通常要求輸入交流電壓范圍能達(dá)85～26

79、5VAC，這樣無(wú)疑增大了設(shè)計(jì)成本，體積及設(shè)計(jì)難度。為滿足這一通用輸入要求，實(shí)現(xiàn)的途徑一般有兩個(gè)：一是直接按85～265VAC進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；二是按220VAC±20％進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并設(shè)一選擇開(kāi)關(guān)，其實(shí)質(zhì)是220VAC輸入時(shí)選用橋式整流方式，而110VAC輸入時(shí)改用倍壓整流方式。</p><p>　　6．輸出級(jí)的設(shè)計(jì) LED驅(qū)動(dòng)源設(shè)計(jì)可以在普通穩(wěn)壓源的基礎(chǔ)上增加電流檢測(cè)，使穩(wěn)壓、穩(wěn)流由同一反饋回路完成，也

80、可以在電壓源輸出端增加一級(jí)恒流變換級(jí)驅(qū)動(dòng)LED。為了提高驅(qū)動(dòng)源的可靠性，恒流驅(qū)動(dòng)源最好選用集成芯片設(shè)計(jì)，這便于實(shí)現(xiàn)外部調(diào)光，減少外圍元件，使結(jié)構(gòu)更緊湊。同時(shí)精心設(shè)計(jì)輸出級(jí)使其輸出電流和電壓符合LED照明要求，是保證亮度穩(wěn)定和提高可靠性的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　7．EMI要求 與所有電子類產(chǎn)品一樣，功率型LED燈具必須能滿足相關(guān)的EMI國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。</p><p>　　大功

81、率LED驅(qū)動(dòng)控制電路的分類</p><p>　　由于大功率LED在壽命上具有很大優(yōu)勢(shì)，所以發(fā)展前景非常廣闊，其中最被看好的照明應(yīng)用是汽車、醫(yī)療設(shè)備和儀器儀表及其它特種照明環(huán)境。但這些應(yīng)用對(duì)LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也提出了新的要求，包括：輸入電壓范圍一般要求為6V到24V；具有沖擊負(fù)載保護(hù)、反相和過(guò)壓保護(hù)；待機(jī)功耗非常低；低帶隙基準(zhǔn)以減少電流檢測(cè)損耗以及具有PWM調(diào)整亮度的功能等。 </p><p&g

82、t;　　針對(duì)這些需求，工程師們提供了全系列LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案，可以為用戶提供全面的LED驅(qū)動(dòng)器解決方案。</p><p><b>　　簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　如圖2-4所示，簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電源電路包括阻容降壓、全橋整流、電容濾波、壓敏電阻或瞬變電壓抑制二極管等。但這種電路結(jié)構(gòu)的電源效率只達(dá)到70%左右。下圖為最簡(jiǎn)單阻容降壓式電路結(jié)構(gòu)，可以用在信號(hào)報(bào)警閃光

83、燈上。</p><p>　　圖2-4 普通大功率LED直流驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　圖2-5 所示電路中利用兩只反并聯(lián)的二極管對(duì)降壓后的交流電壓進(jìn)行整流。該電路可以廣泛應(yīng)用于夜光燈、按鈕指示燈以及要求不高的位置指示燈等場(chǎng)合。</p><p>　　圖2-5 普通大功率LED交流驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　恒壓驅(qū)動(dòng)電路

84、</b></p><p>　　恒壓驅(qū)動(dòng)電路在外部輸入的電壓有變化時(shí),恒壓驅(qū)動(dòng)芯片的輸出電壓均保持不變。它的架構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但LED的電流會(huì)隨著落在LED兩端的電壓而改變，如果LED順向偏壓不一致或輸入電壓有些許變動(dòng)都會(huì)對(duì)LED的亮度產(chǎn)生影響。如圖2-6所示為恒壓驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　圖2-6 恒壓驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　恒

85、流驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　與恒壓模式驅(qū)動(dòng)器相比，恒流模式驅(qū)動(dòng)器可以控制流經(jīng)LED的電流，而不受LED順向偏壓及輸入電壓的不同所影響，圖2-7為恒流驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　圖2-7 恒流驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　PWM調(diào)制驅(qū)動(dòng)控制電路</p><p><b>　　1．PWM控制方式</b&g

86、t;</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)LED恒流控制，大功率LED驅(qū)動(dòng)器一般都有支持PWM調(diào)節(jié)的功能。PWM變換器通過(guò)重復(fù)通/斷開(kāi)關(guān)工作方式把一種直流電壓(電流)變換為高頻方波電壓(電流)，再經(jīng)過(guò)整流平波后變?yōu)榱硪环N直流電壓(電流)輸出。對(duì)于這種變換器，有兩種工作方式:一種是保持開(kāi)關(guān)周期Ts不變，改變控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間及占空比寬度調(diào)節(jié)(PWM)方式;另一種是保持導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)工作周期的脈沖頻率調(diào)制(PFM)方式

87、。</p><p>　　如圖2-8所示，PWM變換器有功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管及濾波電路組成。當(dāng)輸入、輸出之間需要進(jìn)行電氣隔離時(shí)，可采用變壓器進(jìn)行隔離和升降壓。PWM變換器的工作原理如下圖所示。PWM基本工作原理就是在輸入電壓變化、內(nèi)部參數(shù)變化、外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過(guò)被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。</p>

88、;<p>　　圖2-8 PWM變換器的工作原理</p><p>　　PWM技術(shù)最初及更廣泛的應(yīng)用是在數(shù)控、調(diào)頻等技術(shù)領(lǐng)域中，并已普遍應(yīng)用于穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源控制方案中，在LED要求恒流驅(qū)動(dòng)的電源控制方案中也得到很好應(yīng)用。</p><p><b>　　2．PWM驅(qū)動(dòng)方式</b></p><p>　　PWM實(shí)現(xiàn)恒流/恒壓的基礎(chǔ)上，人們用P

89、WM直接進(jìn)行調(diào)光，前文已有闡述到因?yàn)長(zhǎng)ED的亮度受電流的控制，所以利用PWM改變平均電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)光亮度的調(diào)節(jié)。PWM驅(qū)動(dòng)電路是由PWM信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，又分為線性驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　PWM電路原理分析知其直接驅(qū)動(dòng)能力較弱，同樣要配合功率開(kāi)關(guān)管放大電路放大驅(qū)動(dòng)能力。與PWM調(diào)節(jié)控制模式相區(qū)別，仍然保持脈沖的形式直接驅(qū)動(dòng)LED，在一個(gè)脈沖周期內(nèi)同樣通過(guò)取樣電阻實(shí)現(xiàn)恒流，這樣的驅(qū)動(dòng)形式

90、既保持了峰值電流的可控且穩(wěn)定，又可以實(shí)現(xiàn)平均電流的PWM調(diào)節(jié)。其應(yīng)用存在于LED大屏幕驅(qū)動(dòng)顯示、大型LED液晶電視背光源驅(qū)動(dòng)、信號(hào)報(bào)警閃光燈驅(qū)動(dòng)、室內(nèi)外彩飾亮度調(diào)節(jié)等，并且此類驅(qū)動(dòng)芯片正不斷涌現(xiàn)在更廣泛的LED應(yīng)用領(lǐng)域，隨著大功率LED發(fā)光效率的不斷提高，很可能會(huì)成為普通照明的驅(qū)動(dòng)選擇。</p><p><b>　　3．PWM驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　AC

91、-DC轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)交流電間接驅(qū)動(dòng)LED，是現(xiàn)在對(duì)大功率LED的主流實(shí)現(xiàn)方案。如圖2-9是飛利浦公司開(kāi)發(fā)的一款高檔次大功率LED驅(qū)動(dòng)電源電路結(jié)構(gòu)框圖，此電路包括電磁干擾模塊、AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、PFC無(wú)功補(bǔ)償模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、控制集成電路模塊(即PWM脈寬調(diào)制模塊)等，功率因數(shù)達(dá)到90%以上，壽命可達(dá)到50000h以上，同時(shí)還可完成100%到1%的調(diào)光控制。</p><p>　　圖2-9 大功率集成驅(qū)動(dòng)芯片原理

92、圖</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　LED驅(qū)動(dòng)電源是LED燈具的關(guān)鍵所在，它就好比一個(gè)人的心臟，要制造高品質(zhì)的、用于照明的LED燈具必須放棄恒壓方式驅(qū)動(dòng)LED。本章節(jié)主要講述了大功率LED的特性，其中包括大功率LED的光學(xué)和電學(xué)特性，為設(shè)計(jì)大功率LED驅(qū)動(dòng)電路奠定基礎(chǔ)，并闡述了LED驅(qū)動(dòng)方式的分類，分為恒壓式和恒流式驅(qū)動(dòng)電路，并做了簡(jiǎn)

93、單的比較，為下文為什么要引用恒流式驅(qū)動(dòng)芯片而不是恒壓式驅(qū)動(dòng)芯片做了說(shuō)明，并將大功率LED驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)要的介紹，對(duì)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行比較分析，為整體電路的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。</p><p>　　控制驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)選型</p><p>　　常用大功率LED的恒流驅(qū)動(dòng)芯片</p><p>　　由表3-1不難看出，各個(gè)恒流源芯片的輸入電壓存在一定的差別，大概分為三個(gè)類

94、型，2.7~6V，4~30V，85~450V，芯片的輸出電流也存在一定的差別，也可分為三個(gè)類型，分別為小于1000mA、1000mA~2000mA、大于2000mA，設(shè)計(jì)1W的LED路燈時(shí)，對(duì)電流的選擇范圍為小于1000mA就可以。當(dāng)然，具體的芯片還要根據(jù)電路的需求最后選定。</p><p>　　表3-1 幾款常用驅(qū)動(dòng)大功率LED的驅(qū)動(dòng)芯片</p><p><b>　　芯片的選定

95、</b></p><p>　　現(xiàn)在市面上常見(jiàn)的大功率LED為1WLED，在做一個(gè)120W大功率LED路燈時(shí)，需要120個(gè)大功率LED，那么就要考慮這些LED的聯(lián)接方式。 </p><p>　　單芯片構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電源 </p><p>　　若采用120個(gè)LED串聯(lián)使用，則可以保證通過(guò)每一個(gè)LED的電流均相等，即可保證每一個(gè)LED的亮度是一樣的，但這樣設(shè)計(jì)是存

96、在弊端的。串聯(lián)120個(gè)LED勢(shì)必會(huì)使路燈的整體可靠性下降，當(dāng)一個(gè)LED毀壞時(shí)，整個(gè)LED路燈就會(huì)被毀壞，且串聯(lián)120個(gè)LED后，對(duì)LED串的供電電壓就會(huì)很大，120個(gè)LED的供電電壓大約可達(dá)到450V，這是不可取的，所以不考慮將120個(gè)LED串聯(lián)使用。</p><p>　　若采用兩路60WLED串并聯(lián)使用，這樣電壓約為230V，同樣很高，不可取，且采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于LED內(nèi)部構(gòu)造必定存在差異性，不能保證每

97、路LED流過(guò)的電流均相等。1W大功率LED的額定電流為350mA，兩路LED需要的電流則為700mA，當(dāng)恒流源輸出700mA電流時(shí)，由于每路LED的電流不相等，則使其中一路LED串的電流高于350mA，另一路低于350mA，這樣高于350mA的LED串會(huì)很快燒毀，又使所有的電流流向最后一路LED，最后使這一路LED也很快燒毀。所以這樣的電路不可取。</p><p>　　綜上所述，采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)120W的大功

98、率LED路燈是不可取的。</p><p>　　多芯片構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電源</p><p>　　要制做120W大功率LED路燈，要考慮到它的電流，電壓及可靠性的因素。在設(shè)計(jì)中，本人還考慮要設(shè)計(jì)一個(gè)可用于30W，60W，90W，120W的驅(qū)動(dòng)電源，即根據(jù)路燈的不同瓦數(shù)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的輸出管腳進(jìn)行設(shè)置，即可完成對(duì)不同規(guī)格的路燈的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)每路為30個(gè)LED，又提升了電路的可靠性。根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)的電路

99、為每路為30個(gè)LED的4路LED串，則每路LED串的電流均為350mA，電壓為110V。</p><p>　　設(shè)計(jì)的電源采用四個(gè)恒流源芯片(保證了每路LED的電流相等)共用一個(gè)電壓輸入端的方法，這樣既保證了可靠性，又降低了成本，所以這樣的驅(qū)動(dòng)電路可行。</p><p><b>　　芯片的選擇</b></p><p>　　綜上所述，應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)芯片

100、的輸出電流大于350mA，為了有效的利用芯片，輸出電流還應(yīng)不大于1000mA。再根據(jù)輸入電壓的范圍，最終選定PT4107為本驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)芯片。</p><p>　　PT4107恒流驅(qū)動(dòng)控制芯片介紹</p><p>　　PT4107是一款針對(duì)高功率LED照明，工作于PWM方式的高效LED驅(qū)動(dòng)控制電路，借助于一個(gè)外部電阻和電容PT4107能適應(yīng)從18V到450V的寬輸入電壓范圍。由外部電阻器

101、和一個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓將高輸入電壓從110VAC或220VAC糾正鉗位到20V。當(dāng)電壓在輸入電壓引腳超過(guò)UVLO閾值時(shí)柵極驅(qū)動(dòng)器就啟用。通過(guò)限制外部功率MOSFET的峰值電流來(lái)控制輸出電流。檢測(cè)電阻的電壓供應(yīng)到PT4107的CS引腳。當(dāng)CS引腳的電壓超過(guò)峰值電流感應(yīng)電壓閾值，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)終止，功率MOSFET關(guān)閉。閾值內(nèi)部設(shè)置，也可以通過(guò)采用外部電壓到LD引腳進(jìn)行編程。通過(guò)外部的電阻可設(shè)定PT4107以最高300KHZ的固定頻率控制外部功率MO

102、S管。它以獨(dú)特的電路結(jié)構(gòu)，采用峰值電流檢測(cè)為大功率LED提供恒定的供電電流。LED的電流可以通過(guò)選擇恰當(dāng)?shù)南蘖麟娮鑱?lái)設(shè)定。PT4107還為使用者提供良好的調(diào)光措施（SW1：5K的可調(diào)電位器），即通過(guò)在線性調(diào)光輸入端施加一個(gè)控制電壓來(lái)控制渡過(guò)LED的電流，從而達(dá)到線性改變LED亮度的目的。此外，PT4107也支持低頻的數(shù)字脈沖調(diào)光功能(輸出LED個(gè)數(shù)少于5個(gè)時(shí)適用)。PT4107采用矽威</p><p>　　PT4

103、107基本性能</p><p>　　PT4107是一個(gè)高電壓降壓控制器的通用型高亮度LED驅(qū)動(dòng)器，它有很多優(yōu)良的特性，具體的特性如下：</p><p>　　1. 高效率:大于90%</p><p>　　2. 寬輸入電壓范圍:從18V到450V</p><p>　　3. 以恒定電流方式驅(qū)動(dòng)LED</p><p>　　4.

104、 支持毫安級(jí)到安培級(jí)的輸出應(yīng)用</p><p>　　5. 支持一個(gè)到上百個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用</p><p>　　6. 支持低頻可變占空比的數(shù)字脈沖調(diào)光功能</p><p>　　7. 支持線性調(diào)光功能(SW1:5K的可調(diào)電位)</p><p>　　8. 采用頻率抖動(dòng)減少輻射EMI干擾</p><p>　　9. 可外部設(shè)定

105、過(guò)溫保護(hù)</p><p>　　PT4107管腳配置</p><p>　　圖3-1所示為PT4107芯片圖</p><p>　　圖 3-1 PT4107管腳配置</p><p>　　表3-3是對(duì)PT4107管腳的具體描述。</p><p>　　表 3-3 管腳定義</p><p>　　PT41

106、07工作參數(shù)</p><p>　　表3-2所示為PT4107操作范圍。PT4107恒流驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端電壓范圍為0到20伏，輸入電流最大為10mA，其它引腳的電壓范圍為0~5V，PT4107的操作溫度為-40~+85攝氏度，這個(gè)操作范圍十分適用于室外的環(huán)境溫度。</p><p>　　表3-2 PT4107操作范圍</p><p><b>　　本章小結(jié)&l

107、t;/b></p><p>　　本章節(jié)主要講述了大功率LED路燈的設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用于LED驅(qū)動(dòng)的恒流芯片的種類，比較幾種芯片，最終選定了適應(yīng)本路燈方案的PT4107做為驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)芯片。并詳細(xì)介紹了驅(qū)動(dòng)芯片PT4107性能。</p><p>　　基于PT4107大功率LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)電路總體設(shè)計(jì)</b>