導語：如何才能寫好一篇led驅動電源，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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步驟/方法

led路燈電源的選擇要點

第一點.根據(jù)負載特性選取適當控制方式的LED路燈電源

現(xiàn)在市場上出售的LED路燈電源種類繁多,功能也日益強大,LED路燈電源的性能也越來越成為調(diào)速性能優(yōu)劣的決定因素,除了LED路燈電源本身制造工藝的“先天”條件外,對LED路燈電源采用什么樣的控制方式也是非常重要的。下表綜述了近年來各種LED路燈電源控制方式的性能特點。

綜上所述,異步電動機變頻控制選用不同的控制方法,就可以得到不同性能特點的調(diào)速特性。

第二點.根據(jù)安裝環(huán)境選取LED路燈電源的防護結構

LED路燈電源的防護結構要與其安裝環(huán)境相適應,這就要考慮環(huán)境溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素,這與LED路燈電源能否長期、安全、可靠運行關系重大。

LED路燈電源原理

LED驅動電源是有電路來控制開關管而進行高速的道通和截止。是將直流電轉化成高頻交流電來給變換器進行變壓,使其產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓!轉化為高頻交流電的道理是高頻交流在變壓器電路中的效率要比市電50Hz或60Hz高。因此開關電源變壓器可以做到體積很小,在開關電源工作的時候不會很熱,產(chǎn)品價格比工頻直流穩(wěn)壓電源低.如果不將50Hz或60Hz變?yōu)楦哳l電,那么開關電源就沒有任何意義。開關電源大體可以分為隔離和不隔離這兩種,是隔離型的一定有開關電源變換器,而不隔離的未必一定有開關電源變換器。開關電源與傳統(tǒng)直流電源相比具有體積小、重量輕、和效率高等優(yōu)點

LED路燈電源的分類

1、按驅動方式可分為兩大類

1.1 恒流式

a、 恒流驅動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化,負載阻值小,輸出電壓就低,負載阻值越大,輸出電壓也就越高;

b、 恒流電路不怕負載短路,但嚴禁負載完全開路。

c、 恒流驅動電路驅動led是較為理想的,但相對而言價格較高。

1.2 穩(wěn)壓式

a、 當穩(wěn)壓電路中的各項參數(shù)確定以后,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化;

b、 穩(wěn)壓電路不怕負載開路,但嚴禁負載完全短路。

c、 以穩(wěn)壓驅動電路驅動LED,每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均;

2、按電路結構方式分類

電阻、電容降壓方式

通過電容降壓,在閃動使用時,由于充放電的作用,通過LED的瞬間電流極大,容易損壞芯片。易受電網(wǎng)電壓波動的影響,電源效率低、可靠性低。

常規(guī)變壓器降壓方式

電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%~60%,所以一般很少用,可靠性不高。

電子變壓器降壓方式

電源效率較低,電壓范圍也不寬,一般180~240V,波紋干擾大。

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關鍵詞：小功率LED；驅動電源；電路；變壓器

1 引言

在全球“節(jié)能減排”大背景下，LED作為一種節(jié)能型新光源在城市景觀、交通指示和公眾廣告等行業(yè)都有著相當廣泛地應用。LED具有高效、長壽命、低功耗和安全等優(yōu)點。LED光源與其他光源主要區(qū)別在于LED光源需要一個恒流源驅動電源。

2 方案比較選擇

升壓式有源功率因數(shù)校正方案具有輸出電流紋波小、效率高、磁性元器件設計簡單等優(yōu)點。但電路結構復雜、成本較高不適于大批量生產(chǎn)。

反激式有源功率因數(shù)校正方案只需要一級就可以實現(xiàn)功率因數(shù)校正和輸出恒壓/恒流的要求。具有電路結構形式簡單、成本低等優(yōu)點。

臨界模式在照明和其他低功率應用中很常見，成本低廉，設計簡單，適合大批量生產(chǎn)。綜合成本、生產(chǎn)性等因素，選用臨界反激模式有源功率因素校正方案。

3 電路設計

該電源設計重點為變壓器設計，驅動芯片為L6561。本文側重介紹變壓器理論推導和主要參數(shù)設計。主要參數(shù)包括：輸入電壓 ＝176VAC～264VAC，輸出功率Po（max）＝17W，輸出電流Io＝0.34A～0.36A，輸出電壓 ＝25VDC～50VDC，效率 ≥85%，功率因素PF≥0.95。

變壓器設計需進行理論分析，理論分析中所涉及參數(shù)及其意義分別如下所示： 、 、 分別為初級、次級與輔助繞組匝數(shù)， 為匝比， 為輸入功率， 為磁芯電感系數(shù)， 為輸入電壓有效值， 為初級電感量， 為初級電流有效值， 為初級電流峰峰值， 分別為開關管周期、導通時間和關斷時間

……輸出電壓； ……驅動電源效率。

由功率與電壓電流關系推導初級峰值電流：

4 變壓器主要參數(shù)設計

（1）初級電感量設計

L6561芯片最小驅動頻率 ,考慮到EMI設計要求，選取 ,綜合考慮次級反射電壓、初次級電流峰峰值等要求，取 =4， =170V， =51V。根據(jù)3.1推論的結論可知：

5實驗結果

根據(jù)以上設計，制作了原理樣機。常溫時測試驅動電源參數(shù)，當=220VAC，Io=0.355A， =47.8V時，主要測試參數(shù)如下：PF≥0.967， ≥86.7%。

6 結論

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LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)是一種能夠將電能轉化為光能的半導體。與普通白熾燈和日光燈相比，它具有壽命長、光效高、功耗低、零輻射等顯著特點。LED半導體照明作為我國中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006━2020年）中“三、重點領域及其優(yōu)先主題中1能源(1)工業(yè)節(jié)能中高效節(jié)能、長壽命的半導體照明產(chǎn)品” 的重要組成內(nèi)容，近三年來其全產(chǎn)業(yè)鏈得到了蓬勃的發(fā)展。但是與之相伴的是許多LED照明關鍵檢測技術的相對滯后。

LED驅動電源，作為LED照明的關鍵組件，其作用是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發(fā)光的電壓轉換器，其轉換效率、輸出穩(wěn)定性和準確性將直接影響到LED的使用效果及使用壽命。2009年國家針對LED驅動電源專門出臺了GB/T 24825-2009《LED模塊用直流或交流電子控制裝置 性能要求》，對“使用250V以下直流電源和50Hz或60H在、1000V以下交流電壓，其工作頻率不同于電源頻率的電子控制裝置”的輸出電流電壓、線路總功率、線路功率因數(shù)、電源電流等性能作出了規(guī)定。由于規(guī)程正式實施時間不長，行業(yè)檢測技術空白較多，很多企業(yè)還是使用傳統(tǒng)電參數(shù)測量儀作為LED驅動電源的檢測設備。

傳統(tǒng)的工頻電參數(shù)測量儀的測量原理如下：

在圖1所示的電參數(shù)測試原理框圖中，V、A為電壓、電流取樣傳感器，在采用過程中均為純阻性取樣，以確保取樣信號無失真，無相移。然后通過放大，由A/D模數(shù)轉換器將模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號，并由單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行計算，最后得到各項輸入特性參數(shù)：電壓有效值、電流有效值、有功功率、功率因數(shù)等。由于LED驅動電源本身設計的特殊性，會造成傳統(tǒng)電參數(shù)測量儀因本身設計原理不足而造成系統(tǒng)測量誤差。

其一，直流測量數(shù)值偏小。由于LED驅動電源實質(zhì)上是一個逆變電源，其輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等，其輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。即，實際完成了ACDCDC的逆變過程。當進行高頻信號轉換時，傳統(tǒng)工電參數(shù)測量儀器的頻響通常小于10kHz，造成了許多高頻信號無法采樣獲得，最終轉化為直流后其測量數(shù)據(jù)會偏小。因此，為了有效采集輸入信號，對LED驅動電源進行直流輸入測量時，應提高檢測設備的測量頻響。如當檢測設備的直流輸入頻響達到1MHz時，即可對1MHz內(nèi)的任何電流成分精確捕捉測量。

其二，電子鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)和電流測量，是LED驅動電源的檢測設備另一個區(qū)別于傳統(tǒng)工頻測量儀器的關鍵。

電子鎮(zhèn)流器的高頻反饋對電網(wǎng)影響很大，必須予以濾除。若測量有高頻反饋而濾波器未設計合理的驅動電源時，傳統(tǒng)工頻測量儀器會出現(xiàn)如下測量誤差：1）電流測量值數(shù)據(jù)偏小；2）功率因數(shù)測量值偏大（即通常所說的假高功率因數(shù)）；3）測量讀書跳動較大，顯示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。因此在實際檢測中，LED驅動電源檢測設備可以以高通濾波器和低通濾波器相結合的方式，實現(xiàn)對45Hz～1MHz范圍內(nèi)電流信號的準確測量。LED驅動電源檢測設備提供兩種頻響測試方案，即窄頻（45Hz～5kHz）和寬頻（45Hz～1MHz）。當窄頻測試與寬頻測試數(shù)據(jù)差不多，表明高頻反饋基本已濾除，濾波器已達到效果；如果兩者測試數(shù)據(jù)相差較大，則表明應改進濾波器。這種測試方式不但保證了測量各種電子鎮(zhèn)流器的電流和功率因數(shù)的準確性，同時還給電子鎮(zhèn)流器設計人員提供了更有效的測試手段。

通過提高直流測量頻響和窄頻、寬頻兩套頻響測試系統(tǒng)相結合這兩種測量方案的改進，可以在很大程度上提高LED驅動電源輸入/輸出特性的檢測，并為廣大研發(fā)人員提供切實有效的監(jiān)控手段。

參考文獻

[1] 石宏偉，等. 高功率因數(shù)大功率LED路燈驅動電源的設計. 電子世界, 2011(12)

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(廣東職業(yè)技術學院，廣東佛山528041)

【摘要】LED驅動電源在高職高專中是一門較新的課程，知識結構繁雜、注重實踐能力，一般傳統(tǒng)的理論教學不能滿足行業(yè)人才培養(yǎng)的需要。介紹了構建基于校企合作平臺的課程模式，將企業(yè)實際項目設計成為教學內(nèi)容，利用校企合作進行項目與實境訓練的教學，實施細致的考核方式等方面的教學改革探索。

關鍵詞 LED驅動電源；校企合作；實踐教學

TheCourseofLEDPowerDesignTeachingReformbasedonProjectTeachingandRealityofTraining

ZOUZhen-xingXIANGWei－bingJIANGYuHUANGHong－yong

(GuangdongVocationalandTechnicalCollege,FoshanGuangdong528041,China）

【Abstract】TheLEDpowersupplydesignisarelativelynewcourseinhighervocationalcollege,theknowledgestructure,payattentiontopracticalability,generaltraditionalteachingtheorycannotmeettheneedsoftheindustrypersonneltraining.Inthispaper,constructinguniversity-enterprisecooperationplatformbasedcurriculummode,theenterpriseactualprojectdesignbecometheteachingcontent,usingtheuniversity-enterprisecooperationprojectsandrealitypracticeteaching,theimplementationofdetailedexaminationwaytoexploreaspectsofteachingreform.

【Keywords】LEDpowersupply;University-enterprisecooperation;Practiceteaching

0引言

LED的發(fā)展使得其專業(yè)的劃分越來越細，LED驅動電源是其中的一個比較特別的分支專業(yè)，驅動電源作為LED照明產(chǎn)業(yè)的能源保障，被比喻成系統(tǒng)的“心臟”，是保證LED系統(tǒng)正常、可靠運行的基礎。現(xiàn)國內(nèi)院校都比較少開設LED驅動電源專業(yè)課程或者開設了相對比較偏重理論的電源教學，使得在快速發(fā)展的LED行業(yè)里真正能從事電源設計人才缺口相對較大。

目前，LED驅動電源主要是以開關電源為主[1]，它的原理看似并不是很復雜，但實際要想設計一個合格的電源，要涉及電子電路、控制理論、半導體物理、磁學等眾多學科，對設計者的專業(yè)要求很高，因此對在高職院校的初學者往往會歷盡艱苦，仍不得其門而入。為了順應地區(qū)LED行業(yè)對復合型人才的需求趨勢，依托我院中央財政支持的LED新型光源專業(yè)建設的平臺，我們開設了《開關電源與LED電源驅動設計》課程。對該課程進行以項目驅動、分層次和按企業(yè)崗位實施實境訓練的教學改革。

1基于行業(yè)實際應用LED驅動電源項目，構建理論與實踐技能相結合課程教學體系

通過走訪相關企業(yè)進行調(diào)研分析，針對以LED驅動電源工程師等崗位具體要求和職責，以職業(yè)化培養(yǎng)為教學主線，構建了基于典型崗位能力的課程模式。《開關電源與LED驅動電源設計》是一門綜合性課程，重在實際應用，兼顧技術理論分析計算和基礎知識。所以改革要求在教學過程中，系統(tǒng)地、分階段地引入不同技術含量的LED驅動電源項目作為載體，承載課程所涵蓋的知識和技能。通過企業(yè)項目導向，使學生在學習、設計、分析LED驅動電源產(chǎn)品或作品的過程中逐步掌握專業(yè)的基本技能、核心技能和拓展技能。教學設計改革具體內(nèi)容按企業(yè)項目教學實施時分為四大任務，其內(nèi)容及課時安排如下表1所示。

設立了4大教學任務8個實訓項目。通過項目任務教學激發(fā)學生的興趣，利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。我們在實境教學設計中設置了多個模塊的實訓項目以及綜合性較強的實踐項目，有利于培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)能力。

課程總體開發(fā)流程如圖1所示。將企業(yè)中LED驅動電源常見的設計項目細分與教材結合成上課的教學任務內(nèi)容，一個工作任務可能涉及多個技能和知識點，而一個技能和知識點可以指導多個工作任務的實施。

項目細分為各個不同應用實境訓練情境及任務知識點，內(nèi)容循序漸進，難度由淺漸深，以利于專業(yè)知識的融會貫通。針對不同學生具有不同的學習基礎，進行分層次教學，重點培養(yǎng)各自適應崗位的技能教學，使大部分學生具有一定特長的技能應用型專門人才。

圖1《開關電源與LED驅動電源設計》課程內(nèi)容設計流程

2充分利用社會資源共建校企合作平臺，以職業(yè)化培養(yǎng)模式進行教學

LED驅動電源課程知識結構繁雜、注重實踐能力，若采用傳統(tǒng)的課程理論教學難以形成良好的學習效果，而且會使學生學習失去興趣。在課程理論講解過程中往往也會相對枯燥和難懂。本課程改革在校內(nèi)從開關電源基本原理、LED驅動電源電路元器件電氣特性等基礎理論入手，到常用開關電源拓撲架構的詳細講解，常用開關電源拓撲在不同應用中的設計，再結合特定芯片的運用進行項目講解，分析項目的輸出特性、電源性能參數(shù)、可靠性以及穩(wěn)定性等。除此之外，我們充分利用地區(qū)行業(yè)資源，加強與當?shù)氐腖ED企業(yè)祥新光電的協(xié)同創(chuàng)新合作，在祥新光電設立課程實訓企業(yè)課堂-光電學院，大膽改革傳統(tǒng)教學模式，大幅提高實驗實訓課比例，創(chuàng)造真實的企業(yè)環(huán)境和工作情境，靈活實行校內(nèi)——校外——校內(nèi)——校外的教學模式。充分利用校企合作平臺，安排學生到電源車間實踐，校企人員互派，雙方指導人才培養(yǎng)，共同探索的現(xiàn)代學徒制教育，實現(xiàn)共贏互利。以基礎、實用為原則，通過企業(yè)提煉選擇實例項目，結合支撐知識與技術點的學習形式，循序漸近地講解了LED驅動原理并進行相關應用項目的實踐，學會主要基于開關電源的LED驅動拓撲設計的各種方法與要點[2]。形成依照基本技能訓練、專業(yè)能力實訓、實境訓練三層的實踐能力遞進的培養(yǎng)方式。

課程改革是以針對電源設計的特點實施“以項目為導向、實境訓練”的教學模式。課程設計的企業(yè)實境訓練共有8個項目。LED驅動電源項目在“課內(nèi)課堂”中學習、分析、設計，在“企業(yè)課堂”實境訓練中認識、熟悉、實踐，然后回到“課內(nèi)課堂”總結、深化、理解,最后在“企業(yè)課堂”中檢測、求證、掌握，形成校內(nèi)——校外——校內(nèi)——校外的靈活教學模式；學生還可再通過課余的“第二課堂”得到知識的鞏固和發(fā)揮——即學生借助學校網(wǎng)絡資源平臺、開放的實訓室環(huán)境，組成日常興趣小組，參加各級別技能大賽，參與校內(nèi)工作室項目工作等，使“課內(nèi)課堂”、“企業(yè)課堂”中所學的知識、技能得到運用、擴展，自學能力得到加強，創(chuàng)新能力得到發(fā)揮。

利用社會資源共建良好的人才培養(yǎng)模式，以職業(yè)化培養(yǎng)為教學，創(chuàng)造真實的企業(yè)環(huán)境情景和項目任務，可以增強學生學習目的性、能動性和實現(xiàn)早期的職業(yè)生涯規(guī)劃，有利于學生實踐能力的錘煉、實踐經(jīng)驗的積累，以及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，最終培養(yǎng)出真正符合社會需要的高素質(zhì)技能型人才[3]。

3細化課程考核方式，強調(diào)知識、能力和素質(zhì)的全面培養(yǎng)

考慮到LED驅動電源課程的教學設計的實踐性強的特點，采用傳統(tǒng)的理論考試方式，并不能很好激勵學生和讓學生掌握相關技能，所以在設計課程考核的方式時，采用理論考核與實踐考核相結合，筆試與實踐制作表現(xiàn)評價相聯(lián)系的方式，強調(diào)知識、能力、素質(zhì)的全面培養(yǎng)。具體考核點如表2所示。著重考核學生掌握所學的基本電路拓撲理論和技能，能綜合運用所學知識和技能去分析電路、實踐調(diào)試和測試電路、分析電路故障及排除電路故障的能力。

4結束語

基于項目驅動、實境訓練的《開關電源與LED驅動電源設計》課程內(nèi)容改革與實踐正處于開始嘗試階段，從初步實施的效果看，學生在光電學院上課，能夠很好進行技能的實際操練，對動手能力有極大的提高。專業(yè)課程體系的構建是高職教育培養(yǎng)高端技能型專門人才的重要環(huán)節(jié)，是決定如何培養(yǎng)學生，培養(yǎng)什么樣學生的關鍵，也是高職教育特色所在。LED驅動電源課程的構建正是圍繞“這個項目為什么這樣做”、“怎么來解決項目問題”、“采用這種方法會有什么結果”等幾個方向來進行。校企產(chǎn)學研結合是辦好高職教育的重要措施，是解決就業(yè)的根本之路。通過與祥新光電的合作，在學生“學”的同時安排他們進行“產(chǎn)”的工作，學產(chǎn)結合，不斷提高學生的實踐能力、理論能力以及企業(yè)適應能力。該課程教改的目的就是在于更好培養(yǎng)學生在校時的實踐能力同時更要培養(yǎng)學生進企業(yè)后的后續(xù)發(fā)展的潛力，主動適應社會，接收社會的洗禮和挑戰(zhàn)，滿足當代教育培養(yǎng)技能應用型人才的需要。

參考文獻

［1］梁奇峰,廖鴻飛．基于工作任務的《開關電源原理與分析》教學改革[J]．職業(yè)教育研究,2012(6):88－90．

［2］于雁南,高柏臣,嚴繼池．開關電源技術教學改革實踐與思考[J]．當代教育理論與實踐,2014(6):58－60．

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關鍵詞：LED背光源；Boost拓撲；MCU控制；保護電路；恒流電路；2D＼3D調(diào)光電路。

中圖分類號：TN312+.8 文獻標識碼：B

引 言

LED作為液晶電視的背光源在中大尺寸3D電視上的應用越來越廣泛，圖像在液晶面板上的顯示是有順序的，在3D顯示中背光與液晶圖像的同步會呈現(xiàn)出更好的顯示效果。

本文基于Boost及MCU控制，設計一種具有掃描3D功能的側導光LED背光源驅動電路，實現(xiàn)了一路Boost為LED提供驅動電壓和MCU控制多路LED通斷的架構，不但降低了系統(tǒng)成本， 而且不依賴專業(yè)芯片，不同路數(shù)的LED可以用同一個拓撲驅動，通用性強。

1 系統(tǒng)的構成

掃描式3D電視背光源驅動電路系統(tǒng)的結構如圖1所示。電源板提供一個直流電源進入Boost電路做LED的驅動；MCU為整個系統(tǒng)的控制中心，負責信號的處理；反饋保護采樣電路采樣LED的低壓端電壓并將信號反饋給MCU；恒流及調(diào)光模塊接收MCU的控制信號直接作用于LED的低壓端。圖1中LED的串數(shù)及每串的顆數(shù)都可調(diào)整，只要調(diào)整Boost電路的參數(shù)及選擇相應IO口數(shù)目的MCU即可。下面介紹一下系統(tǒng)各模塊工作原理及系統(tǒng)實現(xiàn)過程。

1.1 Boost電路的設計

Boost電路詳圖如圖2所示。Boost做LED燈條恒流時的電壓自適應，用簡單的Boost芯片搭建即可。其中對輸出做一個精度不高的反饋，后續(xù)LED燈條正端的電壓細調(diào)通過MCU檢測燈條負端來做反饋，電壓的調(diào)整則通過Boost芯片Driver的調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)的。本Boost芯片的CS腳具有過流保護功能。

1.2 MCU控制器

本設計針對8路LED控制，MCU選擇28引腳閃存單片機：單片機時鐘頻率16MHz、A/D口11個、I/O口25個、定時器2個。整個系統(tǒng)的控制流程如圖3所示：MCU實時抓取前段3D控制控制信號，當3D控制信號為高時，進入3D狀態(tài)，通過檢測場同步的上升沿和下降沿來觸發(fā)背光第一串燈條的打開，燈條的打開時間及燈條之間打開的時間間隔用兩個定時器作為中斷觸發(fā)條件，這樣就可以用掃描的方式分時打開背光，完成背光與圖像的同步；當主板的3D信號為低時，進入2D模式，根據(jù)PWM信號對背光進行同步調(diào)節(jié)。在2D或3D模式下MCU對燈條低壓端進行實時監(jiān)測，如果觸發(fā)保護，則電路被關閉。

1.3 恒流及2D/3D調(diào)光電路

LED恒流電路如圖5所示。檢測電阻R7上的電壓，獲取2D與3D兩種狀態(tài)下的電流采樣參考電平：R3上的電壓較高時為3D狀態(tài)，較低時為2D狀態(tài)。運放的輸入端具有虛短的特點，R2上的電平隨即被設定，即R2所允許流過的電流被限定，從而LED的電流設定。當LED電流增大時，R2上的電壓變大，反相輸入端的電平高于同相輸入端的電平，運放輸出低電平，三極管V1的基極電平降低，V1的CE電流減小，從而減小了LED的電流。當LED電流減小時，R2上的電壓變小，反相輸入端的電平低于同相輸入端的電平，運放輸出高電平，三極管V1的基極電平升高，CE電流增大，從而增大LED的電流。如此循環(huán)，在動態(tài)過程中實現(xiàn)LED電流的恒定。在此過程中無需芯片的控制，電路自動反饋調(diào)整電流，實現(xiàn)電流恒定。

2D/3D調(diào)光電路如圖4、5所示，VREF為MCU 供電電壓VDD。在2D時，2D/3D IN信號為低電平，MCU芯片做出判斷產(chǎn)生高阻態(tài)或低電平兩種狀態(tài)。當PWMIN為高時，MCU的PWM1 3D腳輸出高阻態(tài)，此時VREF經(jīng)過串聯(lián)電阻R4、R6、R7到地，在R7上產(chǎn)生分壓壓降，LED恒流模塊中的運放同相輸入端獲取R7上的電壓作為LED恒流的參考電平，LED恒流模塊打開LED；當PWMIN為低時，PWM1 3D腳輸出低電平相當于接地，此時VREF經(jīng)過串聯(lián)電阻R4與MCU PWM1 3D腳內(nèi)的N MOS管到地，此時電阻R7上無壓降，LED恒流模塊中的運放同相輸入端在R7上獲取不到電壓，LED恒流模塊關閉LED，從而實現(xiàn)2D下的調(diào)光控制。

在3D時，2D-3D IN信號為高電平，MCU做出判斷采用高電平與低電平兩種狀態(tài)輸出。依據(jù)外部PWMIN信號的狀態(tài)，當PWMIN為高時，MCU的PWM1 3D腳輸出VDD高電平，此時電阻R4串接在兩個VDD電平之間，不產(chǎn)生電流，無壓降，則VDD經(jīng)過串聯(lián)電阻R6、R7到地，由于沒有電阻R4的分壓，將在R7上產(chǎn)生一個較高的壓降，LED恒流模塊中的運放同相輸入端獲取R7上較高的電壓作為LED恒流的3D參考電平，LED恒流模塊打開LED；當PWMIN為低時，PWM1 3D腳輸出低電平相當于接地，此時VREF經(jīng)過串聯(lián)電阻R4與MCU的PWM1 3D腳內(nèi)的N MOS管到地，此時電阻R7上無壓降，LED自恒流模塊中的運放同相輸入端在R3上獲取不到電壓，恒流模塊關閉LED，從而完成3D下的調(diào)光控制。

1.4 反饋保護的實現(xiàn)

燈條保護電路是通過檢測圖5電路R10與R11之間的壓差來實現(xiàn)的。當燈條正端或負端對地短路或開路時，此處的分壓值為零，MCU通過IO口檢測出此處的電壓不正常，給出一個錯誤信號把電源關掉；當燈條正負短路在一起時，此處的電壓過高，MCU同樣能檢測出錯誤信號關掉電源。MCU用作反饋電路也是對R10、R11間的電壓進行檢測，然后對各路檢測結果進行比較得出最小的一路，讓這個最小的與設定值進行比較，如果小于設定值則說明Boost電路輸出的電路電壓過低，那么就調(diào)低圖4中MCU FBOUT腳的占空比（MCU是個數(shù)字腳），這樣通過圖4 C1的緩沖作用得出一個電壓比較小的值，從而Boost提高輸出電壓；如果檢測到的最小值大于自己設定的值，那么調(diào)高MCU占空比，實現(xiàn)實時反饋。

2 實驗結果

實驗樣機2D模式下的工作參數(shù)：LED電流130mA，調(diào)光頻率200Hz，占空比85%，由圖6可見，電流恒流特征良好。

3D顯示模式下背光電流波形如圖7所示，實現(xiàn)了電流倍增（390mA）。小占空比大電流的情況下，能實現(xiàn)亮度基本不變的條件下在60Hz場同步下實現(xiàn)SG 3D的掃描。

3 結 論

本文設計了一種新型SG 3D側導光LED背光源驅動電路，實現(xiàn)了2D顯示模式下PWM調(diào)光及3D顯示模式下掃描方式調(diào)光。該系統(tǒng)采用Boost和MCU調(diào)光相結合的方式，由于MCU直接對LED進行調(diào)光，省掉了專用調(diào)光芯片，且由于MCU具有可編程的特點，可以用來作保護電路及反饋電路，簡化了原來的電路，后續(xù)維護上只需對程序升級就可實現(xiàn)，不需要重新布PCB。該設計對PIC微控制器在液晶電視LED背光驅動上的應用具有指導性意義。

本文設計了一種新型SG 3D側導光LED背光源驅動電路，實現(xiàn)了2D顯示模式下PWM調(diào)光及3D顯示模式下掃描方式調(diào)光。該系統(tǒng)采用Boost和MCU調(diào)光相結合的方式，由于MCU直接對LED進行調(diào)光，省掉了專用調(diào)光芯片，且由于MCU具有可編程的特點，可以用來作保護電路及反饋電路，簡化了原來的電路，后續(xù)維護上只需對程序升級就可實現(xiàn)，不需要重新布PCB。該設計對PIC微控制器在液晶電視LED背光驅動上的應用具有指導性意義。

參考文獻

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[3] 童詩白，華成英. 模擬電子技術基礎[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

篇6

關鍵詞： LED；驅動電源；匹配方式

中圖分類號：TN312+.8 文獻標識碼：B

The Study of Driver Matching that Applied in High-power

LED Lighting

LIANG Jian-feng, WANG Hong

(School of Sciences, South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510640, China)

Abstract: This paper analyzed the principles and working characteristics of High-power LED. The characteristics of LED determine which power driver to use. LED lighting needs constant current driver. The article expounds several matching types of LED driver, including all in series, all in parallel, series-parallel connection, crossed connection and distributed constant current. For high-power LED lighting, the distributed constant current driver is the future direction of development.

Keywords: LED; power driver; matching

引 言

自從出現(xiàn)發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）以來，人們一直在努力追求實現(xiàn)固體光源。隨著科技的不斷進步，半導體材料應用技術的高速發(fā)展，白光LED固體光源的性能得到不斷完善并進入實用階段。白光LED是一種新興產(chǎn)品，在照明市場備受矚目。它與白熾鎢絲燈和熒光燈相比，主要優(yōu)點為體積小、發(fā)熱量低、耗電量小、壽命長、響應速度快、耐振動和沖擊以及無污染。LED固體照明是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。

從第一批LED進入市場的幾十年間，LED的應用領域不斷擴展，包括：大屏幕彩色顯示、照明燈具、激光器、液晶顯示屏背光源、探測器、交通信號燈等。在全球能源緊缺、環(huán)保要求不斷提高的情況下，LED越來越多地進入到各種照明領域中，且LED作為新一代照明光源在照明市場中所占的比重也呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢。專家預計，LED產(chǎn)品將在十年內(nèi)大范圍替代常規(guī)照明產(chǎn)品，屆時，LED將能成為家喻戶曉的產(chǎn)品，帶來可觀的節(jié)能效果，LED進入通用照明市場已經(jīng)不再遙遠。

LED雖然在節(jié)能方面比普通光源的效率高，但是LED光源卻不像一般的光源一樣可以直接使用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用的電壓電流轉換設備，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。不同的LED照明燈具，不同的照明用途和功率大小，LED驅動電源的規(guī)格也不同。所以，選擇合適、高效的LED電源，選擇正確的驅動方式，才能真正展現(xiàn)LED光源高效能的特性。

1大功率LED的工作特性

LED的發(fā)光原理就是將電能轉換為光的過程，將電流通過化合物半導體，通過電子與空穴的結合，過剩的能量將以光的形式釋出，達到發(fā)光的效果。圖1所示為正向導通壓降（VF）和正向電流（IF）的關系曲線圖，從圖中可以看出，當正向電壓超過某個閾值后，IF隨著VF的上升而快速上升，較小的電壓變化都會引起電流的較大變化。大功率LED的光特性通常被描述為電流IF的函數(shù)，圖2所示為光通量和正向電流的關系曲線圖。LED的光通量由流過LED的電流決定，LED光通量隨著流過LED的電流的增加而增加，但卻不成正比，越到后面光通量增加得越少。電流過強會引起LED的衰減，電流過弱會影響LED的發(fā)光強度，因此應使LED在一個發(fā)光效率最高的電流值下工作。采用恒壓源驅動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性和壽命。這也決定著LED照明適合恒流驅動而不是恒壓驅動，以保證大功率LED使用的安全性，同時達到理想的發(fā)光強度。

另外，LED的光通量和溫度也成反比關系，高溫會導致LED的光輸出降低，LED的光波長向長波漂移，發(fā)光顏色發(fā)生變化。且溫度的升高會使LED的正向電壓降低，從而大大縮短LED的壽命，加速光衰。圖3所示為不同熱阻的的1W LED的允許順向電流和環(huán)境溫度的關系曲線圖，從圖中可知，當溫度達到70～100℃時，LED的恒流需要線性地減少，直到120℃這一點達到零，恒流下降點和減少斜率取決于散熱設計。因而，大功率LED燈具必須要有良好的散熱性，對驅動電源而言，必須在溫度過高時能夠關斷輸出，起到保護作用。

2大功率LED與驅動電源的匹配方式

大功率LED已經(jīng)廣泛應用于照明、裝飾類等產(chǎn)品，在設計LED照明系統(tǒng)時，需要考慮用什么樣的LED驅動器，以及LED作為負載采用的串并聯(lián)方式，合理的配合設計才能保證LED正常工作。用LED作為大功率照明燈具，通常都是由多顆LED組成，少則十幾二十顆，多則上百顆。如此多的單獨的LED組合在一起來組成發(fā)光組件構成照明燈具，已逐步應用于路燈、隧道燈、工礦燈、商用照明等場合。LED的連接方式直接關系到其可靠性和使用壽命。

2.1LED采用全部串聯(lián)方式

如圖4所示，LED采用全部串聯(lián)方式，即將多個LED的正極對負極連接成串，其優(yōu)點是通過每個LED的工作電流一樣，一般應串入限流電阻R。串聯(lián)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LED兩端的電壓不同，通過每只LED的電流相同，LED的亮度一致性較好。

當有一顆LED發(fā)生短路時，如果是采用恒壓電源驅動，由于輸出電壓不變，這樣分配到每顆LED上的電壓都有升高，驅動器輸出電流將增大，如果超過LED額定電流太多的話，容易造成余下的LED光通量超過正常值而縮短壽命甚至燒毀。如果是采用恒流電源驅動，當一顆發(fā)生短路時，由于驅動電流不變，將不會影響余下所有LED的正常工作。

當有一顆LED斷路后，串聯(lián)在一起的LED將全部不亮。這時只要在每個LED兩端并聯(lián)一個齊納管即可，如圖5所示，所選齊納管的導通電壓要高于與其并聯(lián)的LED的導通壓降，否則該LED也不會亮。

應用此串聯(lián)方式，當LED數(shù)目較少時，電源兩端的輸出電壓不會太高。但是當LED數(shù)目較多時，特別是大功率LED路燈等，通常數(shù)目至少都有幾十顆，這樣為了使LED正常工作，其驅動電源的輸出電壓必然會非常高。比如100顆這樣的大功率LED來組成照明燈具，必須要有超過300V的輸出電壓，而這樣高的電壓會對人身安全造成影響。

2.2LED采用全部并聯(lián)方式

如圖6所示，LED采用全部并聯(lián)方式。這要求LED驅動電源輸出較大的電流，負載電壓較低。每顆LED的電壓一樣，而總電流是流經(jīng)每顆LED的電流之和。當LED的一致性差別較大時，通過每顆LED的電流不一致，LED的亮度也不同。

當有一顆LED因品質(zhì)不良斷開時，如果采用恒壓式驅動電源，電源輸出電流將減少，而不影響余下所有LED的正常工作。如果是采用恒流式驅動電源，由于總輸出電流不變，這樣分配到每顆LED的電流都增加，容易導致?lián)p壞所有的LED。因此，這種全部并聯(lián)的方式不適用于LED數(shù)量較少的場合，因為只要一顆斷路，余下的每一顆都要額外增加較大的電流。當并聯(lián)的LED數(shù)量較多時，斷開某一顆時，分配到余下每一顆的電流并不大，對余下的LED影響不大。所以，當選擇全部并聯(lián)時，不應當選用恒流式驅動器。當某一顆LED因不良而短路時，那么所有的LED將不亮。

2.3LED采用混聯(lián)方式

這種方式，就是眾多LED既有串聯(lián)，又有并聯(lián)。這種混聯(lián)方式有兩種解法，分別如圖7和圖8所示，其分析方法基本和上述兩種連接方式一樣。

2.4LED采用交叉陣列形式

為了提高可靠性，降低熄燈幾率，出現(xiàn)了如圖9所示的交叉陣列形式的連接設計。圖9是以15顆LED為例的設計圖，更多的LED數(shù)量也可以參照此形式。這種交叉連接方式，即使個別LED開路或短路，也不會影響發(fā)光組件的整體實效。

3分布式恒流架構

由于目前大功率LED照明用的LED數(shù)量較多，通常都有幾十個甚至上百個，選擇合適的驅動匹配方式顯得尤為重要。上述各種驅動方式各有優(yōu)缺點，但是，對于大功率LED驅動電源來說，先恒壓再恒流，是未來LED照明的主流設計方式，此方式被命名為分布式恒流，其主要架構如圖10所示。

該方式先通過一個開關穩(wěn)壓電源，輸出穩(wěn)定的直流電壓，然后在直流輸出端接上LED模塊，LED模塊上已經(jīng)有了恒流裝置。這樣將恒流技術分布到光源內(nèi)部，和LED構成一個相對獨立的模塊，這樣設計隨意性強，電源規(guī)格簡單，可以根據(jù)不同光通量要求而選擇不同數(shù)量的LED模塊。這種LED模塊的劃分，使得大功率LED照明特別適用于路燈、隧道燈、公共場所照明、廣告燈箱等領域。分布式恒流設計LED產(chǎn)品有著非常高的產(chǎn)品穩(wěn)定性。

分布式恒流技術，其穩(wěn)壓電源部分可以繼續(xù)采用傳統(tǒng)的開關電源進行恒壓的供電模式，因開關電源技術積累給LED驅動電源設計創(chuàng)造了品質(zhì)條件。分布式恒流技術還需要在恒流節(jié)點上串接低壓差線性恒流驅動器，低壓差的驅動器關系到驅動效率。LED恒流模塊設置靈活，不會因為支路電流變化而影響其它支路工作。分布式恒流可以根據(jù)應用情況而靈活布置并聯(lián)支路和LED模塊，從而保持各支路和整體線路的電流穩(wěn)定。驅動線路穩(wěn)定性直接影響產(chǎn)品整體穩(wěn)定性，分布式恒流在穩(wěn)定性方面有著獨有的優(yōu)勢。

4結論

大功率LED照明正處在快速發(fā)展階段，由于價格成本高，目前還主要應用在路燈、隧道燈等領域，距離大規(guī)模的商用和民用還有很長的路要走。大功率LED照明大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化及應用，離不開驅動電源技術的發(fā)展，選擇合適的驅動匹配方式，不僅可以保證LED正常的照明效果，還能保證LED的使用壽命，使LED照明的優(yōu)勢真正得到體現(xiàn)。先恒壓，再線性恒流，是未來大功率LED照明的驅動方式。在分布式LED驅動設計中，色溫可調(diào)、灰度控制都變得方便。分布式恒流技術充分預留智能化接口，這是LED照明智能化發(fā)展的關鍵。在節(jié)能技術要求越來越高的今天，大功率LED照明將成為照明技術發(fā)展的主流已成為共識，LED照明時代也正在來臨。

參考文獻

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篇7

關鍵詞：LED；單片機；驅動系統(tǒng)；智能；恒流驅動

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）14-0138-02

近數(shù)年來，LED的使用越來越普遍，其擁有環(huán)保、節(jié)能、光電效率高、使用壽命長、亮度高、安全性、穩(wěn)定等多方面的優(yōu)點。由于其眾多的優(yōu)點，近年來各行各業(yè)的應用得以迅速地發(fā)展起來。從一定程度上也說明了LED驅動電路成為了產(chǎn)品應用中一大極其關鍵的因素。從理論上來講，LED的使用壽命是10萬個小時以上，但由于種種原因，主要的是在實際應用的過程中，因為驅動方式的選擇不當以及驅動電路設計的不周全，致使LED極為容易受到損壞。

1 LED驅動現(xiàn)狀分析

當前，市場上的很多生產(chǎn)商所生產(chǎn)出來的LED產(chǎn)品，大多采用的都是阻容降壓的方式，同時采用一個外加的穩(wěn)壓電源，實現(xiàn)對LED燈的持續(xù)供電，這樣則能有效的降低LED 的成本，但是這種供電方也存在著一定的弊端，對LED也造成了一定的影響。一方面，這種供電方式的效率驅動效率很低，耗費了大量的電能用來實現(xiàn)降壓點受阻，甚至其產(chǎn)生的電能消耗可能會超過LED 自身對電能的消耗，而且電流的驅動也十分有限，當電流較大時則對于降壓電容產(chǎn)生的需求較大，這樣就會造成電能的消耗不斷的增加；另一方面，在電壓的穩(wěn)定方面較差，對于通過LED 的電流無法確保其能夠滿足工作需求，在進行LED的產(chǎn)品設計時，需要通過降低LED 兩端的電壓來實現(xiàn)驅動，但是這種驅動必須要降低LED產(chǎn)品的亮度才能夠實現(xiàn)。總的來說，使用這種方法來實現(xiàn)LED產(chǎn)品的驅動，使得LED自身的亮度無法得到有效的保證，流經(jīng)的電源也不夠穩(wěn)定。如果供電源的電壓降低時，則會造成LED的亮度降低，只有在電源電壓穩(wěn)定時，才能夠保證LED的亮度不受影響。

2 LED驅動設計注意事項

LED照明產(chǎn)品是全球主流的節(jié)能產(chǎn)品之一，它將會成為未來照明發(fā)光產(chǎn)品中的主流趨勢。LED照明產(chǎn)品在使用的過程中，比傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品節(jié)電60%-70%。其具有的眾多優(yōu)勢讓人們不得不重視LED的發(fā)展前景。LED之所以能維持如此多的優(yōu)點，其還是要靠LED驅動來支撐的。

在進行LED驅動電路的設計時，前提是必須清楚的了解LED電流和電壓的特性，因為在不同的LED 生產(chǎn)廠家中，生產(chǎn)出來的LED產(chǎn)品也具有不同的規(guī)格，因此在電流和電壓方面也存在著一定的差異，以白光LED典型規(guī)格為例，按照LED的電壓、電流的變化規(guī)律，一般應用正向電壓是3.0-3.6 V左右，典型值電壓為3.3 V，電流為20 mA，當LED兩端的正向電壓超過3.6 V后，正向電壓只會有很小的增加，但是LED兩端的正向電流可能會成倍的增加，致使LED發(fā)光體的溫度升高地過快，從而加快了LED亮光的衰弱，一般程度導致LED的使用壽命的縮短，嚴重時甚至會使LED燒壞。所以，面對LED使用過程中的多種損耗，對LED驅動電路的設計提出嚴格的要求。

3 理想的LED驅動方式

通過對LED的電壓和電流所產(chǎn)生的不同變化特征進行詳細的觀察和分析，可以發(fā)現(xiàn)，在恒壓方式下對LED進行驅動存在著一定的可行性。雖然在一般情況下，我們使用的穩(wěn)定電壓電路有著一定的弊端和不足，比如電壓不夠穩(wěn)定或者是穩(wěn)流能力較差等問題，但是必須認識到，穩(wěn)壓電路具有一定的精確設計，通過穩(wěn)壓電路實現(xiàn)LED 的持續(xù)供電也是一種較為穩(wěn)定的途徑。根據(jù)相關的研究發(fā)現(xiàn)，對于LED來說，采用橫流驅動是一種十分理想的方式，這種方式能夠使LED 的正向電壓發(fā)生改變引起電流變化的問題得到很好的解決，同時也能夠保證LED供電的持續(xù)性和穩(wěn)定性。也可以說，理想的LED 驅動方式，是保證電壓的恒定和穩(wěn)定，通過串聯(lián)實現(xiàn)多個LED 同時供應。

4 LED模型

LED模型在建立的過程中，會引起電流的變化。當LED的電壓值超過其恒定的規(guī)定值之外，LED的電流流向會發(fā)生變化，而且會隨著正向電壓的增大而不斷的增加，當電壓發(fā)生極小的變化時也容易引起電流的變化。電流對于電壓的變化是十分敏感的，當正電壓的某一個值小于規(guī)定值時，則會使電流發(fā)生變化，LED 的發(fā)光變得極為微弱；而當電壓的某個值大于規(guī)定值時，則會使LED 的光變得更強。

5 驅動系統(tǒng)設計

LED的驅動系統(tǒng)對于光源運行系統(tǒng)的整體運行效率有著直接的影響，同時也影響著光源運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命，而本文則主要結合恒流驅動電路、單片機恒流控制、開關電源幾種方式來針對驅動系統(tǒng)的設計進行探討。而在本系統(tǒng)設計中，主要運用單片控制作為核心程序，通過對輸出電流進行不斷的調(diào)整和反饋，實現(xiàn)對LED 亮度的調(diào)整。同時，該系統(tǒng)能夠適用于各種使用LED產(chǎn)品的驅動系統(tǒng)，能夠使LED產(chǎn)品性能得到有效的改善，同時也使得LED 光源不穩(wěn)定的問題得到有效的解決。

篇8

關鍵詞：BUCK 非隔離 準諧振 谷點檢測

中圖分類號：F02 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0010-02

發(fā)光二極管作為光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長三大優(yōu)勢。近年來發(fā)展起來的高亮度白光LED（high-brightness white LED，HBWLED）更是在工業(yè)與民用照明系統(tǒng)、汽車燈具等領域擁有廣泛的應用前景。因此，LED的推廣應用對能源緊缺的世界各國具有十分重要的意義[1-2]。

LED應用的關鍵技術之一是提供與其特性相適用的電源或驅動電路。隨著對LED照明要求的提高，LED照明對其驅動電源的要求也越來越高。對整燈光效的要求促使LED驅動電源必須具有較高的效率。另外，高功率因數(shù)也成為LED驅動電源必須具備的要求。由于安裝的要求，LED照明又對其功率密度提出了較高的要求[3-6]。針對上述LED驅動要求，該文提出了基于BUCK電路非隔離LED驅動電源方案。該方案具有以下優(yōu)點（1）沒有光耦且工作頻率較高，因此整個電路更加簡單，具有更高的功率密度。（2）具有較高的功率因數(shù)。（3）反饋電路工作在準諧振的工作模式，使整個電路具有更高的效率。

1 基于Buck變換器的PFC機理

1.1 拓撲結構和電路工作狀態(tài)

圖1為Buck PFC電路，Lf、Cf起濾波作用。為了簡化分析，假設：a）電路工作在穩(wěn)定態(tài)；b）所有元器件是理想的；c）電容Cout足夠大保證輸出電壓恒定；d）在一個開關周期內(nèi)輸人電壓是常數(shù)。

1.2 拓撲結構和電路工作狀態(tài)

設輸人工頻交流電壓為：

（1）

其中VP為輸人工頻交流電壓幅值。為輸人工頻交流電壓的角頻率。

當開關S導通時，流過開關S的電流iS，等于流過電感L的電流iL。

（2）

此處D為開關的導通比，TS為開關周期，t’為一個開關周期內(nèi)的時間。因此，在每個開關周期開關電流的平均值為：

（3）

圖1中濾波電感電容Lf，Cf實現(xiàn)平均。

當D較小時，（3）式可以近似表示為：

（4）

可見交流輸人電流與電壓幾乎同步，且輸入電流近似為正弦，功率因子接近1。

對于連續(xù)工作模式的BUCK變換器，當開關S導通時，電感和開關電流為：

（5）

輸入電流Iin即開關S在一個開關周期的平均電流為：

（6）

可見輸入電流始終有一個直流偏移量，這時功率因子將明顯降低。

1.3 臨界電感

由式（2）可見，在一個開關周期電感電流峰值（即開關電流峰值）為：

（7）

一個開關周期輸入能量為：

（8）

一個開關周期內(nèi)的平均輸入功率為：

（9）

半個工頻周期內(nèi)的平均輸入能量為：

（10）

因此從交流電網(wǎng)吸取的平均功率為：

（11）

平均功率為：

（12）

由于輸入和輸出功率必須保持平衡，考慮到變換器的效率?，可以得出：

（13）

因此臨界電感為：

（14）

當Buck變換器用于功率因數(shù)校正時，其電感量應小于LB，以保證較高的功率因數(shù)。

2 準諧振谷點開通技術

開關波形如圖2所示，輸出電流波形可以用式15表示：

（15）

其中IPK 是電感峰值電流，TEFF是電感電流上升和下降有效時間，tS是開關周期。

準諧振模式為Buck變換器提供了更低的開通電壓損耗。因此整個變化器具有更高的效率。（見圖3）

3 實驗數(shù)據(jù)和結果

以輸入176Vac～264Vac，輸出POUT= 18W，VOUT=80V，IOUT=200mA的T8等為例設計樣機。

3.1 穩(wěn)態(tài)工作波形

輸入176Vac和264Vac的工作波形圖分別如圖4和圖5所示。

3.2 效率測試

效率隨輸入電壓的變化曲線如圖6所示。

3.3 基本參數(shù)設計

穩(wěn)態(tài)時基本參數(shù)測量結果如圖7所示。

4 結語

該文提出的基于Buck電路非隔離的LED驅動電路工作在準諧振模式，且控制電路具有谷點檢測功能，因此與一般的BUCK電路相比該驅動電源具有更高的效率。實驗結果表明了該驅動電源具有較高的效率和功率因數(shù)。驗證了該LED驅動電源的可行性與有效性。

參考文獻

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篇9

關鍵詞：LED顯示屏；LED顯示模組；LED顯示控制器；恒流驅動；低功耗

引言

LED全彩顯示屏，由于面積大、播放時間長，其耗電量是客戶關注的一項關鍵指標。降低顯示屏能耗是LED顯示屏技術一個重要的發(fā)展方向。

全彩LED顯示的控制系統(tǒng)節(jié)能管理

LED顯示屏是一種集計算機技術，電子技術，光學技術，電氣技術和結構技術等各種現(xiàn)代工程技術于一體的系統(tǒng)集成工程應用。全彩LED顯示屏系統(tǒng)基本組成如圖1，包括：計算機及系統(tǒng)管理界面，LED交流電源配電柜，信號前端處理器，顯示屏端信號分配器，全彩LED顯示屏(全彩LED模組陣列)等。

LED顯示屏系統(tǒng)上位機的節(jié)能管理

如圖1所示，通常LED顯示屏上位機包括計算機硬件及上位機軟件，它在LED顯示屏系統(tǒng)中既是顯示屏系統(tǒng)的媒體編輯平臺，為顯示屏提供圖像視頻信號源；又是顯示屏系統(tǒng)的控制平臺，控制系統(tǒng)軟硬件設備。從節(jié)能角度出發(fā)，上位機適當調(diào)控系統(tǒng)各種設備，從而實現(xiàn)LED顯示系統(tǒng)節(jié)能目的：(1)根據(jù)實際反饋的電氣負載要求，對配電柜的三相交流供電進行平衡控制(控制如圖1的配電柜)；(2)根據(jù)實際的需要，關閉屏體的部分無用區(qū)域；(3)控制新興的能源供電(如太陽能和風能等)，提高電能的變換效率；(4)實現(xiàn)時間程序管理LED顯示亮度；(5)實現(xiàn)環(huán)境亮度程序控制LED顯示等。

信號前端處理器的節(jié)能管理

如圖2，信號前端處理器接收上位機來的控制命令和視頻圖像數(shù)據(jù)輸入，然后將這兩種數(shù)據(jù)信號通過FPGA進行數(shù)據(jù)重組排列，再通過光纖發(fā)送給信號分配器：同樣接收光纖反饋回的數(shù)據(jù)信號，并通過FPGA完成對數(shù)據(jù)的解析并通過MCU轉發(fā)給上位機處理。沒有上位機參與工作的LED系統(tǒng)中，信號前端處理器的嵌入式平臺就將承擔起對整個系統(tǒng)同設備的智能控制功能。就節(jié)能舉措而言：(1)具有LED的時間程控功能；(2)具有LED的環(huán)境亮度程控功能；(3)具有供電設備管理控制功能，提高電能轉換效率等。

顯示屏端信號分配器作用

如圖3，顯示屏端信號分配器接收光纖來的數(shù)據(jù)信號，首先將視頻數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)信號按照顯示屏的模組陣列實際工程排列情況分割成4組信號，然后通過LVDs接口將視頻數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)分別發(fā)給LED顯示屏體的四個輸入端口。另一方面，屏體來的命令反饋數(shù)據(jù)信號或檢測數(shù)據(jù)通過485接口進入處理器PPGA中，然后通過光纖調(diào)制器的向信號前端處理器發(fā)送。它是信號傳輸樞紐。各種數(shù)據(jù)的分組排列及下傳和上傳的大量處理工作在此處理。

模組節(jié)能設計

全彩LED模組如圖4，包括：模組信號控制模塊，全彩LED點陣模塊，模組供電模塊等。

模組信號控制模塊節(jié)能設計

模組信號控制模塊如圖5，分配器下傳的數(shù)據(jù)信號通過LVDS接口芯片轉換得到數(shù)據(jù)流分成兩路，其中一路以LVDS信號環(huán)接輸出到下一模組的輸人口，另一路以TTL電平的方式輸入到PPGA；FPGA再根據(jù)模組ID號，解析出命令數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)；視頻數(shù)據(jù)按地址截取相應的區(qū)域視頻數(shù)據(jù)、緩存、并以一定的算法格式輸出去驅動LED點陣模塊；命令數(shù)據(jù)，則執(zhí)行相應命令，如GAMMA校正、亮度調(diào)整、模塊電源的開關等。同時。根據(jù)相關的命令要求，模塊應答回傳信號及相關傳感器的檢測數(shù)據(jù)通過上傳通道向上傳輸。

模塊信號控制模塊、顯示屏端分配器、前端信號處理器和上位機(包括控制界面軟件)組成閉環(huán)的控制過程；實現(xiàn)環(huán)境亮度程控、時間亮度程控，電源模塊調(diào)整，LED顯示屏顯示負載實時調(diào)節(jié)等功能，為顯示屏的節(jié)能應用提供了信號處理的必要軟硬件條件。

模組LED點陣模塊節(jié)能設計

LBD點陣模塊設計節(jié)能舉措主要圍繞著LED燈管選擇和恒流驅動芯片驅動設計來進行。

(1)LED點陣模塊的像素設計和高光效的LED燈管選擇：全彩LED點陣模塊的像素一般由紅綠藍三個子像素組成，像素點功耗是：(V紅×I紅)+(V綠2×I綠)+(V藍×I藍)。LED器件正向電流與發(fā)光亮度近似于線性正比例關系。選用高亮度的LED器件組，像素點功耗相對較小，顯示屏功耗也相對較小。以P20全彩顯示屏為例，紅、綠、藍LED標稱亮度各提高20％，在顯示屏亮度不變的情況下，顯示屏的功耗會降低1s％以上。因此，選發(fā)光效率高、發(fā)光強度值大的LED器件可以有效節(jié)能。

(2)高效的LED驅動電路設計：傳統(tǒng)全彩LED顯示屏采用5V的電源給LED點陣模塊供電(如圖6所示)，分壓在恒流Ic上的電壓，除去恒流芯片達到線性導通所必需的正向電壓值外，其余剩下的電壓均會造成無用的功耗，轉換成熱能。節(jié)能的LED顯示屏像素驅動電路如圖7所示，這種設計采用紅綠藍LED器件分別供電的方式：V紅、V綠、V藍。比較試驗證明，在選用相同LED器件和相同恒流驅動芯片，并要求顯示同樣亮度的條件下，節(jié)能電路與傳統(tǒng)電路比較節(jié)能30％以上。

模組電源電源拓撲節(jié)能設計

全彩LED顯示屏的模組供電方式普遍采用低壓大電流開關電源模塊輸出并聯(lián)的總線供電方式。由于開關電源輸出的電流大，變壓器銅損大，整個的電源轉換效率低(滿負載只能做到75％以內(nèi))。本文推薦模組內(nèi)電源采用若干小型開關電源分布式供電方式，以提高開關電源的能量轉換效率。譬如：交流220v總線輸入、最大輸入功率是35W、輸出可調(diào)電壓的開關電源模塊效率可以達到86％以上。該開關電源的能量變換效率相對大電流并聯(lián)供電的常規(guī)供電拓撲結構而言節(jié)能在10％以上。

結語

篇10

【關鍵詞】LED筒燈；驅動電源電路；反激式；BP3105

1.引言

在全球能源日益短缺、環(huán)保要求不斷提高的情況下，LED燈具正逐漸成為當下及未來照明市場的發(fā)展方向。LED照明具有光效高、易控制、壽命長、節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)勢，是人類繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。目前LED燈具已廣泛應用于室內(nèi)、室外、景觀照明，在室內(nèi)照明LED燈具中使用較普遍的是筒燈、射燈、平板燈、球泡燈。隨著LED技術的迅猛發(fā)展，LED在照明市場被業(yè)界認為在未來10年成為最被看好的市場以及最大的市場，LED燈具也將是取代白熾燈、熒光燈的最大潛力商品。

2.LED筒燈市場分析

筒燈是在工程建設中用量最大的室內(nèi)工程燈具，它廣泛用于在商場、賓館、寫字樓和家庭裝修中，它是一種點光源燈具，通常是嵌入在天花上作為空間照明使用。筒燈的光源主要是節(jié)能燈、LED兩大類。相比較而言，LED除了價格較貴外，其他主要性能都明顯高于節(jié)能燈，例如光效方面：螺旋節(jié)能燈為60lm/W、2010白光LED為120lm/W；壽命方面：螺旋節(jié)能燈

筒燈根據(jù)安裝方式主要分為嵌入式和明裝式，其中嵌入式占據(jù)近95%的市場；根據(jù)燈杯尺寸主要可分為2.5、3、4英寸（民用）和3、4、5、6、8、10英寸（工程），其中4英寸使用最多；根據(jù)結構可分為自帶控制裝置式（即一體式）和控制裝置分離式，其中一體式LED筒燈市場很少見。

3.LED筒燈設計方案

結合市場分析和成本控制，本設計任務確定為一款4英寸一體式LED筒燈。主要光電性能符合國家《LED筒燈節(jié)能認證技術規(guī)范》CQC3128-2010。

3.1 LED筒燈技術參數(shù)

功率：一般市場常見4英寸筒燈匹配緊湊型節(jié)能燈功率為9-15W左右，根據(jù)工程常規(guī)通用換算公式LED1W=節(jié)能燈1.5-2W，確定本設計輸出功率為10W。

功率因數(shù)≥0.8，電源效率≥80%，初始發(fā)光效率≥80lm/W。

3.2 LED筒燈總體結構設計

LED筒燈由以下幾部分組件構成，總體結構圖如圖1所示。

（1）外殼：由反光杯和散熱器構成。散熱器選用散熱良好的車鋁型材構成，選用常見的太陽花形式。散熱器底部通過導熱硅脂在外側與反光杯底部緊密連接，反光杯底部內(nèi)側與LED光源的鋁基板通過導熱硅脂緊密相連。

（2）燈罩：選用亞克力導光板，其具有超薄、亮度高、導光均勻、節(jié)能環(huán)保、無暗區(qū)燈特點，配合多顆均勻散布的小功率LED燈珠，使燈具發(fā)光更加均勻，沒有光斑。

（3）LED光源：由鋁基板（MCPCB，35μm銅層及1.5mm鋁合金）和30個標稱0.32W的LED燈珠組成，避免了使用少量大功率燈珠帶來的發(fā)光不均勻的弊病。選用30顆首爾STW8Q14BLED燈珠組成10串3并的結構。STW8Q14BLED典型光電參數(shù)：色溫2600-7000K，光通量30.5lm（2600-3700k），32lm（3700-7000k），正向電壓降VLED=3.2V，正向電流ILED=110mA，結溫RJC=18℃。LED的散熱墊與PCB的敷銅層采用回流焊焊在一起。

（4）驅動電源：因為單個LED工作電壓為低電壓，且工作電壓范圍很窄，通常不能直接供電，否則極易損壞。本設計選用恒流驅動，可以避免LED燈珠正向電壓變化所導致的工作電流變化，從而提高LED發(fā)光的光視效能和穩(wěn)定度，延緩光衰。所以采用恒流驅動芯片，電源沿用常用的單開關反激式電路。驅動電路板設計成環(huán)形，外裝塑料外殼，與燈具外殼固定相連，散熱器從其中間穿過，構成一體式結構。

4.電路設計

4.1 BP3105芯片簡介

BP3105是一款高精度的LED恒流控制芯片，適用于輸入全電壓范圍的反激式隔離LED恒流電源。采用原邊反饋模式，無需次級反饋電路，也無需補償電路即可實現(xiàn)恒流，系統(tǒng)成本低。芯片內(nèi)帶有高精度的電流取樣電路，使得LED輸出電流精度達到±3%以內(nèi)。BP3105采用小體積SOT23-5封裝，管腳封裝圖見圖2。其中GATE為外接NMOS管驅動端；CS為電流采樣端，采樣電阻RCS接在CS與GND之間；FB為輔助繞組的反饋端。BP3105具有多重保護功能，包括LED開路保護、LED短路保護、芯片過溫保護、過壓保護、欠壓保護、FB短路保護等。當Vcc電壓高于16V時，芯片關斷外部功率管，芯片自動重啟直到外部過壓狀態(tài)解除；Vcc內(nèi)部自帶19V鉗位電路，以防止異常條件下芯片損壞。芯片內(nèi)部熱保護電路檢測結溫度。過熱保護閾值設置在160℃，遲滯為30℃。當結溫度超過閾值（160℃）時，將關斷功率MOSFET，直到結溫度下降30℃后，MOSFET才會重新使能。當輸出出現(xiàn)LED短路或LED開路時，系統(tǒng)將自動進入低功耗模式，同時不斷檢測負載狀態(tài)，直到故障解除。當故障解除后，系統(tǒng)自動恢復正常工作。

4.2 驅動電路設計

LED筒燈驅動電路見圖3和圖4。其中圖3為輸入EMI濾波電路和橋式整流電路，圖4為基于BP3105芯片的恒流驅動電路。

圖3中F1為保險絲，起過流保護作用；RV為壓敏電阻，起過壓保護作用；D1-D4為橋式整流電路。Ld1、Ld2、C1、C2組成EMI低通濾波器，Ld1=Ld2，C1=C2，用于共模方式的EMI抑制。共模電感Ld1、Ld2對稱地繞在同一磁芯上，在正常工作電流范圍之內(nèi)，由于磁性材料產(chǎn)生的磁性互相補償，從而能避免磁飽和，對共模干擾信號呈現(xiàn)高阻抗，而對差模信號和電源電流呈現(xiàn)低阻抗，這樣就保證了對電源電流的衰減很小，而同時又抑制了電流噪聲。EMI濾波器既抑制了來自電網(wǎng)的電磁干擾，同時對驅動電源自身產(chǎn)生的電磁干擾也起衰減作用，以保證電網(wǎng)不受污染。

圖4中C1、C2、R2、D5-D7構成逐流濾波無源功率因數(shù)校正電路，C3作為直流端濾波電容。加入逐流電路后在每半周期內(nèi)，將交流輸入電壓高于直流輸出電壓的時間拉長，圖3中整流二極管D1-D4的導通角就可以增大達到120度以上，交流電源輸入電流為零的死區(qū)時間則縮短，電流波形也更趨接近正弦波，減小了電流畸變因子，從而提高電路輸入功率因數(shù)，由0.6變到0.9，同時降低輸出直流電壓，至少比橋式整流電容濾波電路的直流輸出電壓低15%。經(jīng)過逐流電路后，由T1、Q1、D7、C6構成的反激式開關電源電路完成隔離輸出和變壓功能，控制芯片IC1實現(xiàn)反激式開關電源電路的開關控制功能。反激式開關電源電路具有電路結構簡單、安全隔離、成本低的優(yōu)點，特別適合小功率LED驅動電源的要求。D6、R6、C5構成反激式開關電源電路的吸收電路，在開關Q1關斷后，吸收開關上的尖峰電壓。

BP3105芯片僅需要25uA的啟動電流，系統(tǒng)上電后啟動電阻R5對電容C4進行充電，當電壓達到芯片開啟閾值14V時，芯片內(nèi)部控制電路開始工作。系統(tǒng)啟動后，其由輔助繞組對Vcc端進行供電。芯片逐周期檢測變壓器主級側的峰值電流，CS端連接到內(nèi)部的峰值電流比較器的輸入端，與內(nèi)部500mV閾值電壓進行比較。當CS外部電壓達到500mV時，功率管Q1關斷，系統(tǒng)工作在電感電流斷續(xù)模式。BP3105芯片通過FB來反饋輸出電流的狀態(tài)，F(xiàn)B的閾值電壓設置在1V。R9、R10為反饋網(wǎng)絡的檢測電阻可以設置到300KΩ～750KΩ，同時利用分壓可以進行線電壓補償。變壓器T1主級側峰值電流：Ip=500（mV）/RCS，實際為了便于調(diào)整阻值，RCS用兩個電阻R3和R8并聯(lián)。

4.3 變壓器設計

根據(jù)BP3105芯片使用要求，系統(tǒng)工作在電感電流斷續(xù)模式，最大占空比為Dmax=0.42，中心工作頻率f=44KHz（在40KHz～48KHz之間便于通過EMI測試）。輸入直流平均電壓為200-280V，輸出直流平均電壓Uo=VLED*10=32V，輸出直流平均電流Io=ILED*3=330mA。

（1）確定變比

假設工作在斷續(xù)臨界點，最大占空比情況下，根據(jù)伏秒積分為零的公式（1）可算出變比，取7。其中Np 是變壓器初級的匝數(shù)，Ns 是變壓器次級的匝數(shù)，TR為次級電流流通時間。

（1）

（2）確定初級電感量

根據(jù)次級電流公式（2）和磁勢平衡公式（3），可以算出變壓器原邊峰值電流Ip=180mA。公式（4）為臨界連續(xù)時原邊電感量計算公式，其中電源效率取0.7，在斷續(xù)工作狀態(tài)下，電感取值應小于該計算值。根據(jù)實際實驗結果，變壓器初級電感量定為1.7mH。

（2）

（3）

（4）

（3）確定繞組匝數(shù)

根據(jù)輸出功率10W選擇變壓器E19磁芯，4+3引腳骨架，變壓器骨架尺寸見圖5。鐵芯材料選常用的PC40錳鋅鐵氧體，Bs=3000G，Br=95G，Ae=0.23cm2。根據(jù)公式（5）確定初級繞組匝數(shù)，其中ΔB=Bs-Br，余量系數(shù)F取0.6。最終選擇N1初級繞組（4、5引腳）167匝，線徑0.25；N3次級繞組（6、7引腳）24匝，線徑0.15；N2反饋繞組（1、3引腳）66匝，線徑0.35。繞組之間覆蓋2層聚酯膜。

（5）

5.散熱器設計

在熱的傳導過程中，各種材料的導熱性能不同，即有不同的熱阻。熱阻越小，其導熱性能越好。太陽花形散熱器是LED筒燈廣泛采用的一種散熱形式。設Y為最優(yōu)翅片長度，X為芯片功率，根據(jù)線性擬合公式Y=4.0333（X-12）+34.422nn，可以計算出最佳翅片長度為26.355mm。翅片厚度的增加，并不能有效增大翅片散熱面積，相反卻會造成散熱器重量的增加，提高成本。但考慮到散熱器翅片采用擠壓工藝成型，對厚度有一定下限要求，在保證大于1mm前提下，盡量減薄以降低散熱器的制造成本。根據(jù)計算經(jīng)驗，翅片間隔需要大于4mm，才能保證自然對流的順利進行。本設計采用一體化結構，散熱器放從環(huán)形驅動電源中間穿過，外形圖見圖6，總直徑只能限制在70mm內(nèi)，本設計中所用太陽花散熱器翅片長20mm，厚1mm，數(shù)量36*2=72，翅片間隔3mm。

6.測試結果分析

使用遠方電參數(shù)測試儀、積分球對整燈進行測試。

光電實際測試結果：功率因數(shù)=0.9，實際輸出功率=10.2W，電源效率=80%，初始發(fā)光效率=82lm/W，全部符合設計要求。

溫度測試結果：環(huán)境溫度TA=25℃，LED散熱墊的溫度TC=70℃。LED工作狀態(tài)：VLED=3.2V，正向電流ILED=110mA，極限工作結溫TJmax=125℃。TJ=RJC（VLED×ILED）+TC=18℃/W（3.2V×110mA）+70℃=76.3℃

7.結論

文章結合LED照明發(fā)展現(xiàn)狀，設計了一種基于BP3105恒流驅動芯片的小功率LED筒燈。本設計把控制電源設計成環(huán)形，與燈具外殼連接在一起形成整體，這種一體式的結構非常方便用戶安裝；利用多顆小功率LED燈珠構成燈盤，配合導光板，很好地實現(xiàn)了光源的均光性；利用逐流電路提高功率因數(shù)到0.9；利用恒流芯片構成的反激式開關電源結構簡單，性能穩(wěn)定，成本較低。經(jīng)測試光效達82lm/W，燈具內(nèi)部LED散熱墊溫度70℃，可以大大延展壽命。目前經(jīng)過小批量試產(chǎn)的產(chǎn)品應用情況良好，驗證了設計方案的可行性和正確性。

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