大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì)解讀

1、目錄摘要IV.ABSTRACTN第一章緒論11.1白光LED發(fā)展的背景和意義11.2大功率LED發(fā)光原理 31.3白光LED的發(fā)展簡(jiǎn)介31.4課題介紹與研究意義 5第二章大功率LED驅(qū)動(dòng)電路 62.1白光LED的伏安特性62.2白光LED的連接方式 82.2.1串聯(lián)驅(qū)動(dòng)82.2.2并聯(lián)驅(qū)動(dòng)92.2.3混聯(lián)驅(qū)動(dòng)92.3大功率LED驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展趨勢(shì) 102.4大功率LED驅(qū)動(dòng)現(xiàn)狀研究 112.4.1電阻限流電路112.4.2線性控制電路122.4.3電荷泵升壓電路 132.4.4開關(guān)變換電路 14第三章脈寬調(diào)制型（PWM ）開關(guān)電源原理 153.1電壓控制模式 163.2電流控制模式 19第四章

2、LED恒流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 224.1大功率LED驅(qū)動(dòng)芯片的比較 224.2 LT3755芯片介紹234.3 LT3755工作原理264.4設(shè)計(jì)電路27第五章總結(jié)32參考文獻(xiàn)339致謝30大功率白光LED恒流驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì)摘要近年來，大功率白光LED因其高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)逐漸在照明領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，已經(jīng)開始替代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明光源，成為21世紀(jì)的新一代照明光源。大功率白光 LED產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展有力地推動(dòng)了 LED驅(qū)動(dòng)集成 電路產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)，孕育著巨大的商機(jī)。論文在簡(jiǎn)要介紹大功率LED的發(fā)光特性、伏安特性及其驅(qū)動(dòng)方案的基礎(chǔ)上，詳細(xì) 分析了 Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、PWM調(diào)

3、制型開關(guān)電源電流控制模式和電壓控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)， 提出了一種基于PWM調(diào)制型Buck模式開關(guān)電源恒流驅(qū)動(dòng)電路原理，利用 LT3755 芯片驅(qū)動(dòng)大功率白光LED的設(shè)計(jì)電路。該驅(qū)動(dòng)電路具有1000:1高調(diào)光比（PWM調(diào) 光）、低電流消耗、高效率、欠壓保護(hù)、短路保護(hù)和開路LED保護(hù)等功能，適合驅(qū)動(dòng)高亮度大電流LED。【關(guān)鍵詞】：大功率LED、開關(guān)電源、PWM、恒流驅(qū)動(dòng)、LT3755AbstractIn rece nt years, Semic on ductor lighti ng is widely used and is gradually replac ing the incan desce

4、nt and fluoresce nt lighti ng due to its adva ntagesover conventional lighting of high efficiency , low energy consumption , low pollution , long lifetime and high reliability. The boom of high power white LED greatly promotes the development of integrated circuits for driving LED, which gen erates

5、the eno rmous bus in ess opport un ities.The thesis briefly introduces the characteristics of luminous flux curve and I-V curve of high power LED and its driving methods. The operating principles of Buck converter for driving High Power LED are analyzed in detail. Compared with other driv ing mode,

6、switch ing power tech no logy has high efficie ncy, so the thesis gives a LED buck mode driver using Chip LT3755 based on switchi ng power tech no logy. The driver in this paper is a high freque ncy step-dow n DC-DC conv erter with the features of low power loss, high efficie ncy, 1000:1 PWM dimming

7、, short-circuit protection, open-voltage protection, and is ideal for driving high current LED.Key words : high-power LED, Switching Power, PWM, constant-currentdrivi ng , LT3755第一章緒論在電光源發(fā)展的一百多年來，光源照明電器己經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)重要的發(fā)展階段，這三個(gè) 階段的代表性光源分別為白熾燈、熒光燈和高強(qiáng)度氣體放電燈。現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為大功率 照明LED是第四代光源。1.1白光LED發(fā)展的背景和意義進(jìn)入二十一世紀(jì)，面對(duì)能

8、源供應(yīng)的日趨緊張和全球環(huán)境的加速惡化，節(jié)約能源和保護(hù) 環(huán)境已成為社會(huì)發(fā)展的共識(shí)。開發(fā)應(yīng)用節(jié)能環(huán)保的工業(yè)產(chǎn)品已在人類社會(huì)各個(gè)行業(yè)展開。當(dāng)前，照明用電約占世界總能耗的 20%，而我國(guó)照明用電量每年在 3000億千瓦時(shí)以 上,占總用電量的12%左右。照明用電量的猛增以及發(fā)電能源消耗的加劇，將使我國(guó)的供電勢(shì)態(tài)和環(huán)境與生態(tài)保護(hù)的現(xiàn)狀日益嚴(yán)峻。如果無限制地建設(shè)水力發(fā)電設(shè)施，將會(huì)破壞自 然環(huán)境;如果不斷增設(shè)火力發(fā)電站，又將更進(jìn)一步惡化業(yè)已存在的能源危機(jī)。因此，可持續(xù) 發(fā)展的科學(xué)觀念要求，一是加強(qiáng)可再生能源的利用，加快太陽能、風(fēng)能、核能等各種發(fā)電 技術(shù)的發(fā)展；二是加速節(jié)能高效光源和燈具的研究、應(yīng)用與發(fā)展。然而

9、傳統(tǒng)的照明光源， 比如白熾燈、熒光燈、金屬鹵化物燈等，能耗高且效率低下，浪費(fèi)了大量電能。若能以耗 能低、壽命長(zhǎng)、環(huán)保安全的照明 LED取代目前低效率、高耗電的傳統(tǒng)照明光源，無疑將 帶來一場(chǎng)世界性的照明革命，對(duì)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展更具有戰(zhàn)略意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，用照明LED取代全部白熾燈或部分熒光燈，我國(guó)每年就可節(jié)約1/3的照明用電量，這相當(dāng)于節(jié)省一個(gè)三峽工程的年發(fā)電量， 不僅可以緩解我國(guó)電能需求的緊張形勢(shì)， 還可以降低燃煤量(目前我國(guó)70%以上的發(fā)電量是依靠燃煤獲得)，減小對(duì)環(huán)境的污染1oLED是發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)的簡(jiǎn)稱，照明LED主要是指白光LED。作為新一代照明光源

10、，白光LED與傳統(tǒng)照明光源相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：(1) 發(fā)光效率高：白熾燈、鹵鎢燈的光效為1224lm/W，熒光燈的光效為5070lm/W，鈉燈的光效為90140lm/W，LED的光效經(jīng)改良后可達(dá)50200lm/W， 而且光的單色性好，光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。(2) 節(jié)能，耗電量少：在同樣的照明效果下，LED的耗電量是白熾燈的八分之一，熒光燈的二分之一。據(jù)美國(guó)圣地牙哥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 Jef Nelson博士稱，全球的白熾燈和 熒光燈都被白光LED取代的話，將節(jié)約38座核電站的發(fā)電量。(3) 壽命長(zhǎng)：研究資料表明，LED的平均壽命在10萬小時(shí)左右，是熒光燈的10倍, 白熾燈的100倍。

11、同時(shí)由于照明LED的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得其本身沒有易損的部件存在，在 水下等特殊環(huán)境中也可以穩(wěn)定的工作。(4) 體積?。嚎梢宰龀筛鞣N形式的光源，例如點(diǎn)光源、面光源等。(5) 高響應(yīng)速度：照明LED的響應(yīng)速度為納秒級(jí)，而白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)。(6) 環(huán)保：照明LED廢棄后易回收處理。熒光燈等廢棄后會(huì)產(chǎn)生重金屬汞不易處理 的污染物。根據(jù)Strategies Unlimited提供的數(shù)據(jù)，到2012年，高亮度(HB)白光LED通用 照明市場(chǎng)預(yù)計(jì)將超過50億美元，對(duì)應(yīng)從2009年到2012年的年復(fù)合增長(zhǎng)率為28%。這 僅僅是開始，因?yàn)殡S著LED在商業(yè)上更具經(jīng)濟(jì)效益，它們的高發(fā)光效率只會(huì)進(jìn)一步加速 推進(jìn)從

12、白熾燈、熒光燈和高壓鈉燈向高亮度白光LED轉(zhuǎn)變的好處。白光LED的高效節(jié)能、綠色環(huán)保優(yōu)點(diǎn)使得各個(gè)國(guó)家和地區(qū)投入了大量財(cái)力人力資源 啟動(dòng)自己的半導(dǎo)體照明計(jì)劃，如下表所示1:表1-1各國(guó)半導(dǎo)體照明計(jì)劃國(guó)家/地區(qū)立項(xiàng)時(shí)間項(xiàng)目名稱項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)預(yù)計(jì)效益日本1998 年21世紀(jì)光計(jì)劃到2006年, 50%的照明光源被白光LED取代可減少12座核電 廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原 油消耗歐洲2000 年彩虹計(jì)劃通過歐共體的補(bǔ)助金推廣LED的應(yīng)用應(yīng)用半導(dǎo)體照明實(shí) 現(xiàn)：?jiǎn)J效、節(jié)能、不使用有害環(huán)境的材 料、模擬自然光美國(guó)2000 年國(guó)家半導(dǎo)體照 明計(jì)劃到2010，年55%的熒光燈和白熾燈被白光LED取代每年

13、節(jié)約350億美元電費(fèi)，減少7.55億噸二氧化碳排放 量，形成500億美元 的大產(chǎn)業(yè)中國(guó)2003 年國(guó)家半導(dǎo)體照 明工程2006-2020 年，投資50-100億元發(fā)展半導(dǎo)體 照明技術(shù)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，LED達(dá)到1502001m/W, 15 元/klm將建立半導(dǎo)體照明 產(chǎn)業(yè)，全面進(jìn)入通用 照明市場(chǎng)，占有30%50%的市場(chǎng)份額，實(shí)現(xiàn)節(jié)電30%以上，年照明節(jié)電1000億千瓦時(shí)以上1.2 大功率LED發(fā)光原理大功率LED是由III-IV 族化合物，如 GaAs （砷化鎵）、GaP （磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是 PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-V特性， 即正向?qū)?，?/p>

14、向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電 壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光2理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)幾與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān)，即：1240/Eg（nm）（1-1）式中Eg的單位為電子伏特（eV ）。若要產(chǎn)生可見光（波長(zhǎng)在 380nm紫光780nm 紅光范圍內(nèi)），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3. 261.63 eV之間。1.3白光LED的發(fā)展簡(jiǎn)介1962年，在美國(guó)通用電器公司工作的博士 （GaAsP）研制出第一批發(fā)光二極管3。早期的 效率低，只適合于裝飾燈、指示燈等應(yīng)用場(chǎng)合。Hol

15、on yak用化合物半導(dǎo)體材料磷砷化傢LED只能發(fā)紅、綠等單色光，且功率小，1996年，日亞公司首先采用InGaN藍(lán)光芯片加YAG （釔鋁石榴石）黃色熒光粉的方法制成白光 LED，此后白色LED得到迅速 發(fā)展，人們通過各種辦法獲得了白光 LED，開啟了 LED邁入照明市場(chǎng)的序幕。表1-3列 出了目前產(chǎn)生白光LED的主要方法。從理論和技術(shù)的發(fā)展分析，白光 LED的光效可以達(dá)到283lm/W。但是早期的白光 LED發(fā)光效率低，低于白熾燈和熒光燈的發(fā)光效率（白熾燈的發(fā)光效率為161m/W,40W 熒光燈的發(fā)光效率601m/W，60W熒光燈的發(fā)光效率為100lm/W ）【5】。此后由于材料、封裝等技術(shù)

16、進(jìn)步，目前商業(yè)LED的發(fā)光效率水平已超過150lm/W，實(shí)驗(yàn)室最新成果達(dá)到 208lm/W。在大功率LED照明技術(shù)方面，美國(guó)在LED照明的產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)上一直處于領(lǐng)先地位。由Philips Lighti ng和Agile nt （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)，圭寸裝研究和開發(fā)的公司。該公司擁有多項(xiàng)功率型白光二極管圭寸裝方面的專利技術(shù)。日本在大功率白光LED的研制方面一直處于世界前列。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，目前其研制的 LED的效率約為3

17、0401m/W。2003年8月，松下電 工開發(fā)出亮度達(dá)到3001m的白光照明燈具，相當(dāng)于40W白熾燈的亮度，并于2004年春 季開始了商品化銷售。日亞化學(xué)工業(yè)從2006年6月開始提供發(fā)光效率 為100lm/W的白色LED樣品，并已開始量產(chǎn)。表1-2產(chǎn)生白光的LED的主要方案芯片數(shù)激光源發(fā)光材料發(fā)光原理1藍(lán)色LEDIn GaN/熒光粉InGaN的藍(lán)光與熒光粉的黃光混合成白 光藍(lán)色LEDIn GaN/熒光粉InGaN的藍(lán)光激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光 粉發(fā)白光紫外LEDIn GaN/熒光粉InGaN的紫外激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光 粉發(fā)白光2藍(lán)色LEDIn GaNGaP將具有補(bǔ)色關(guān)系的兩 種心片圭寸裝在一起

18、，構(gòu)成白色LED黃綠LED3藍(lán)色LEDIn GaNAlin GaP將發(fā)三原色的三種小 片圭寸裝在一起，構(gòu)成白色LED綠色LED紅色LED3個(gè)以上多種色光LEDIn GaNAlin GaPGaPN將遍布可見光區(qū)的多 種色光芯片封裝在一起構(gòu)成白光LED隨著技術(shù)進(jìn)步、亮度提升，高亮度白光 LED正一步步進(jìn)軍潛力龐大無比的燈光照明 市場(chǎng)。根據(jù)Frost&Sullivan的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前全球照明市場(chǎng)的年均成長(zhǎng)率約為 5.5 %，2000 年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)45億美元。若以每年白光LED發(fā)光效率平均成長(zhǎng)60%的速度開發(fā)下去， 要達(dá)到大型化、低價(jià)化、使用壽命長(zhǎng)的照明用光源并非不可能。目前Lumileds、日亞化工、豐

19、田合成、住友電工等業(yè)者都已有較為成熟的照明產(chǎn)品問世，只是價(jià)格與常規(guī)燈泡相 比仍有很大的差距。預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)，高亮度LED對(duì)全球照明工業(yè)將造成巨大的沖擊。 正因?yàn)榇?，各界都?duì)白光LED寄以厚望，LED也享有“綠色照明光源”之稱。1.4課題介紹與研究意義隨著LED光效及總體發(fā)光量的不斷提高，大功率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)。本課題研究的是 大功率照明LED開關(guān)電源的技術(shù)，現(xiàn)在處于一個(gè)新興的熱潮中。具體設(shè)計(jì)時(shí)，首先闡述了的開關(guān)電源 Buck拓?fù)涞幕竟ぷ髟恚敿?xì)分析了 PWM 調(diào)制型開關(guān)電源電流控制模式和電壓控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)；

20、然后結(jié)合大功率LED照明的應(yīng) 用特點(diǎn)，采用LT3755芯片，設(shè)計(jì)了一款PWM調(diào)制的電流控制模式的驅(qū)動(dòng)電路，并初步分析了其工作過程。本設(shè)計(jì)的輸入電壓范圍為15V至40V，具有低電流消耗、高效率、短路保護(hù)和開路LED保護(hù)等功能。效率高達(dá)90%以上，可以把整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路集成在緊湊的 IC板上，減 輕了對(duì)散熱問題的擔(dān)憂。整個(gè)設(shè)計(jì)在照明領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。可用于工業(yè)、汽車、 民用照明等方面，具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。第二章大功率LED驅(qū)動(dòng)電路2.1白光LED的伏安特性LED驅(qū)動(dòng)電路就是能為L(zhǎng)ED的正常工作提供所需的電壓和電流的電路。 要了解LED驅(qū)動(dòng)電路的工作特性，就必須先了解 LED的電學(xué)特性。圖2-

21、1不同白光LED的電流一電壓特性之間的差異性圖2-1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 。圖中橫坐標(biāo)為通過不同LED的正向電流，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的 外加正向電壓?？梢钥闯?，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， 由于LED的發(fā)光亮度主要受其驅(qū)動(dòng)電流的影響，從而導(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?，外加正向電壓的?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2-2 （a）所示，為美國(guó)Lumileds Lighting公司一種超高亮LED白光LED （HPWA-

22、xHOO）在常溫（25C）下，光通量 與其正向電流If的關(guān)系曲線。從該圖中可 以看出，LED的發(fā)光亮度與正向平均電流大小基本上成正比關(guān)系，因此可以通過控制LED的正向電流If來控制其發(fā)光亮度。圖2-2（b）給出了該大功率LED在常溫下（25C）的I-V曲線，從圖中可以看出通過控制 其正向電壓VF就可以控制其正向電流lF,從而控制其發(fā)光亮度。在正向電壓值小于某一 值（閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，從而 使LED發(fā)光。但如果采用恒壓源驅(qū)動(dòng)，Vf的微小變化就會(huì)引起If的較大變化，從而會(huì) 引起LED發(fā)光亮度的較大變化。所以，采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證LED亮度的一

23、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)8。10 102 103 10+ 105IjuA（町Vf/V圖2-2 HPWA-xHOO在常溫下的光通量與 If曲線以及I-V曲線關(guān)系2.2白光LED的連接方式白光LED的連接方式有串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種，如圖2-3所示。下文分析了各種連接 方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及其各自的應(yīng)用場(chǎng)合。2.2.1串聯(lián)驅(qū)動(dòng)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)保證流過每個(gè) LED的電流相等，而LED的發(fā)光亮度和其導(dǎo)通電流呈正比關(guān)系，所以采用此種驅(qū)動(dòng)方式可以使 LED發(fā)光亮度均勻，適合對(duì)發(fā)光亮度的匹配性要求高的場(chǎng)合。串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的不足是其需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓，所以需要升壓電路將電源電

24、壓抬升或者直接的高電源電壓，而高的電源電壓往往要求芯片采用耐高壓工藝制造，如BCD工藝。另外，如果一個(gè)LED斷開，則整個(gè)LED串就熄滅。當(dāng)采用恒定電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，如果某個(gè)LED短路，則余下的LED的正向壓降會(huì)增加，致使電流增大，可能會(huì)燒毀LED燈 和電路。當(dāng)然，采用恒定電流驅(qū)動(dòng)時(shí)不會(huì)存在上述問題。2.2.2并聯(lián)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是只需要低的電源電壓就可以驅(qū)動(dòng)多個(gè) LED，其要求驅(qū)動(dòng)電路能提供 大的驅(qū)動(dòng)電流。由前述知 LED正向?qū)▔航荡嬖谝欢ú町悾圆⒙?lián)驅(qū)動(dòng)的最大不足是 流過每個(gè)LED的電流不相等，致使LED的亮度不匹配。當(dāng)并聯(lián)LED采用恒流驅(qū)動(dòng)的方 式時(shí)，如果某個(gè)LED燈斷開，則會(huì)使余下LED

25、流過的驅(qū)動(dòng)電流增大，導(dǎo)致可能損壞所 有的LED。V+V+V-V-串聯(lián)驅(qū)動(dòng)井聯(lián)驅(qū)動(dòng)混聯(lián)驅(qū)動(dòng)圖2-3白光LED的連接方式223混聯(lián)驅(qū)動(dòng)當(dāng)要驅(qū)動(dòng)的LED數(shù)量很多時(shí)，若采用串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，則會(huì)要求很高的電源電壓 ；若采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，則會(huì)要求很大的負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流，所以就出現(xiàn)了混聯(lián)驅(qū)動(dòng)。混聯(lián)驅(qū)動(dòng)是串/并聯(lián)兩種 方式的綜合，適合于驅(qū)動(dòng)大量LED的場(chǎng)合。當(dāng)然，以上分類并沒有絕對(duì)的優(yōu)劣之分，還要看實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合。例如對(duì)于作為手持設(shè)備背光用的LED驅(qū)動(dòng)電路，要求驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，封裝較小，以實(shí)現(xiàn)小型化，而 驅(qū)動(dòng)方式上，多采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于照明用白光 LED的驅(qū)動(dòng)電路，要求有較大的驅(qū)動(dòng)電 流，較好的光匹配度，因此多采用串連

26、驅(qū)動(dòng)。2.3大功率LED驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展趨勢(shì)隨著大功率LED在燈光裝飾和照明中的普遍應(yīng)用，功率型LED驅(qū)動(dòng)顯得越來越重要。 用市電驅(qū)動(dòng)大功率LED需要解決降壓和恒流問題，還要有比較高的轉(zhuǎn)換效率，有較小的 體積，長(zhǎng)時(shí)間工作，較低的成本，電磁干擾和功率因素等問題 【9】。(1)驅(qū)動(dòng)器需要適合LED的工作特性大功率LED是低電壓、大電流的驅(qū)動(dòng)器件，其發(fā)光的強(qiáng)度由流過 LED的電流決定， 電流過強(qiáng)會(huì)引起LED的衰減，電流過弱會(huì)影響LED的發(fā)光強(qiáng)度，因此，LED的驅(qū)動(dòng)需 要提供恒流電源，以保證大功率 LED使用的安全性，同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。如深圳天下明公司開發(fā)的T220C350W系列產(chǎn)品，其電流脈沖的

27、頻率和占空比可以調(diào) 整，該驅(qū)動(dòng)器提供恒定的電流充分可控，所以可以根據(jù)LED的性能調(diào)節(jié)最大流過 LED的電流，使得LED的發(fā)光量增加。由于采用脈沖供電，LED處于間歇工作的狀態(tài)，延長(zhǎng) 了大功率LED的使用壽命。另外，該驅(qū)動(dòng)器是高頻工作，充分利用了LED內(nèi)熒光粉的余輝效應(yīng)，不但不會(huì)有光的閃爍現(xiàn)象，還進(jìn)一步提高了LED的發(fā)光效率。(2) 體積小型化隨著LED的進(jìn)一步發(fā)展，向照明領(lǐng)域的不斷進(jìn)軍，向民用市場(chǎng)的逐漸普及。大功率LED電源設(shè)計(jì)的小型化發(fā)展是一個(gè)必然的趨勢(shì)，這對(duì) LED驅(qū)動(dòng)器提出了新的課題。(3) 多功能保護(hù)LED在電流過強(qiáng)時(shí)，引起LED衰減，導(dǎo)致LED的壽命縮短。恒定的電流在 LED照明中極

28、其重要，這就需要驅(qū)動(dòng)器提供過流保護(hù)功能。良好的LED的驅(qū)動(dòng)器保護(hù)功能是必不可少的，如過流保護(hù)、過溫保護(hù)、短路保護(hù)、安全保護(hù)等。（4）功率因素功率因數(shù)是加在負(fù)載上的電壓和電流波形之間的相角余弦（若電壓波形與電流波形的相角差為札則cos便是電源的功率因數(shù)）。當(dāng)加在負(fù)載上的電壓和電流波形相位一致時(shí) （即相角差=0），則功率因數(shù)cos=1是理想的情況；當(dāng)加在負(fù)載上的電壓和電流波形相 角差為90寸（即=90）,則功率因數(shù)等于零（處于最小值）；通常，電源的功率因數(shù)處 于0到1之間，即0W coITT J圖2-4電阻限流電路這個(gè)應(yīng)用方案簡(jiǎn)單易行，只需要一個(gè)限流電阻就可以控制LED的光強(qiáng)，但存在不少的缺點(diǎn):輸

29、入電壓的微小變化都會(huì)導(dǎo)致 LED電流的變化，從而影響光通量輸出；限流電阻 上會(huì)消耗大量的功率而使得整個(gè)系統(tǒng)效率不高；當(dāng)這種調(diào)光方式在對(duì)白光LED燈進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)使LED發(fā)出的白光顏色發(fā)生偏移，不利于把這種控制方式用于日常照明系 統(tǒng)，所以這種方式多用在對(duì)光色要求不高的情況。2.4.2線性控制電路與電阻限流法相比，線性控制法在精度上有了很大的提高。 其基本的原理是:線性控制 是把工作于線性區(qū)的功率管等效為一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻，通過負(fù)反饋系統(tǒng)調(diào)節(jié)功率管的阻值大小 使得流過LED的電流維持在一個(gè)恒定的值。但是由于功率管工作在線性區(qū)，消耗了較多 的功率，系統(tǒng)的效率不高。線性調(diào)節(jié)器可以分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。

30、(b)圖2-5并聯(lián)型線性控制器和串聯(lián)型線性控制器并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器。它采用功率管與LED并聯(lián)，分流掉負(fù)載的一部分電流。與電阻限流電路相似，分流調(diào)節(jié)器也同樣需要串聯(lián)一個(gè)限流電阻Rioad，如圖1-8 （a）所示。當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，流過 LED上的電流增加，反饋電壓增大使得功率管 Q1 的動(dòng)態(tài)電阻減小，流過Q1的電流將會(huì)增大，這樣就增大了限流電阻 Rioad上的壓降，從而 使得LED上的電流和電壓保持恒定。分流調(diào)節(jié)器同樣由于串入了限流電阻，系統(tǒng)的效率 不高，并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到恒流輸出。串聯(lián)型調(diào)節(jié)器是采用功率管與 LED串聯(lián)，當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，使功率管的動(dòng)態(tài)電

31、阻 增大，從而使得功率管上的壓降增大，以保持 LED上的電壓（電流）恒定，如圖1-8（ b）所 示。這種控制方式與并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器相比，由于少了串聯(lián)的線性電阻，使得系統(tǒng)的效率 較高。但是由于功率三極管或 MOSFET管都有一個(gè)飽和導(dǎo)通電壓，因此輸入的最小電壓 必需大于功率管的飽和電壓與負(fù)載電壓之和，使得整個(gè)電路的電壓調(diào)節(jié)范圍受限。2.4.3電荷泵升壓電路電荷泵升壓電路（圖2-6）又稱為開關(guān)電容升壓控制器。它利用分立電容將電能從輸入 端傳送到輸出端，整個(gè)電路不需要任何的電感。電荷泵變換器設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只需根據(jù)元 件規(guī)格來挑選適合的電容。但它的主要缺點(diǎn)是只能提供有限的輸出電壓范圍，大多數(shù)充電 泵電

32、路的輸出電壓增益為輸入電壓的1, 3/2,或2倍。若要驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED時(shí)，必須采用 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式。此時(shí)為了防止并聯(lián)支路上電流分配不均，每條并聯(lián)支路上必須使用鎮(zhèn)流電 阻，這樣會(huì)消耗大量的功率，整個(gè)系統(tǒng)的效率就會(huì)降低。ClC2圖2-6電荷泵升壓電路244開關(guān)變換電路開關(guān)電源電路通過調(diào)節(jié)開關(guān)功率管的通斷比可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，理論上將功率管的損耗降低為0V。開關(guān)電源作為能量變換中效率最高的一種方式，特別適用于大功率LED的亮度控制。與傳統(tǒng)的電壓型 Buck, Boost, Buck-Boost變換器不同的是大功率LED的驅(qū)動(dòng)電路的反饋量是流過LED的電流信號(hào)而不是輸出電壓信號(hào)，以此來滿足LED 的恒

33、流驅(qū)動(dòng)要求。采用Buck拓?fù)淇梢詫?shí)現(xiàn)低于輸入電源電壓的輸出。這是一種定周期、定時(shí)刻導(dǎo)通的控制方式，通過控制LED的峰值電流來調(diào)節(jié)LED的亮度，整個(gè)控制電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。 采用Boost可以實(shí)現(xiàn)高于輸入電源電壓的輸出幅值。與電荷泵電路不同的是Boost理論上的升壓增益可以無窮大，所以在連接多個(gè) LED方式時(shí)可以采用串聯(lián)方式，保證了每個(gè) LED的發(fā)光亮度都相同，并且限流電阻也只需要一個(gè)，有效的提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，可以說是所有驅(qū)動(dòng)電路中效率最高的。不過與電荷泵升壓電路相比，需要電感元件，增加 了系統(tǒng)的成本和體積。與傳統(tǒng)的Buck-Boost變換器相比，用于大功率 LED驅(qū)動(dòng)的Buck-Boost型

34、變換器電路是將開關(guān)管移至輸入電壓的負(fù)端，從而使得開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)更加 簡(jiǎn)單。通過控制LED的峰值電流及其導(dǎo)通占空比，來調(diào)節(jié)LED的平均電流，以達(dá)到LED亮度調(diào)節(jié)的目的I)。忖i *(a) Buck變換器(b) Boohl變換器LED第三章脈寬調(diào)制型（PWM ）開關(guān)電源原理脈沖寬度調(diào)制方式（PWM）,其開關(guān)頻率恒定，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖的寬度來改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能量向負(fù)載傳遞的控制，稱之為“定頻調(diào)寬”。本章將介紹降壓型脈寬調(diào)制型（PWM ）開關(guān)電源DC/DC變換器Buck拓?fù)涞幕?結(jié)構(gòu)，Buck結(jié)構(gòu)的變換原理和控制方式。開關(guān)電源 DC/DC變換器從控制模式上可以分 為兩類，電壓控制模式（Volta

35、ge Control Mode）和電流控制模式（Current Control Mode）。下面分別介紹電壓控制模式和電流控制模式的原理和特點(diǎn)【1617【18】o3.1電壓控制模式取代線性變換器的開關(guān)型變換器早在 20世紀(jì)60年代就開始應(yīng)用。它將快速通斷的晶 體管置于輸入和輸出之間，通過調(diào)節(jié)占空比來控制輸出直流電壓的平均值。降壓型的電壓 模式開關(guān)電源Buck變換器的原理圖如圖3-1所示。其中開關(guān)器件Q1與直流輸入電壓Vdc 直接相連。在每個(gè)周期T內(nèi)，Q1導(dǎo)通時(shí)間為Tno在Q1導(dǎo)通時(shí)，V1點(diǎn)電壓為Vdc （設(shè)Q1導(dǎo)通時(shí)兩端的電壓降為零）。Q1關(guān)斷時(shí)V1點(diǎn)的電壓迅速下降為0V（假設(shè)續(xù)流二極管D1的

36、兩端的電壓降也為零），則V1點(diǎn)的電壓波形為矩形波，如圖 3-2所示，Ton時(shí)的電 壓為Vdc，其余時(shí)間電壓為零，則V1點(diǎn)一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓直流值為 VDc*Tn/T。LC濾波器接在V1和Vo之間它使輸出點(diǎn)Vo成為幅值等于V DC*Ton/T的無尖鋒無紋波的直流電壓。圖3-1電壓模式開關(guān)電源Buck拓?fù)涞脑韴D其邏輯關(guān)系是，當(dāng)Vdc上升時(shí)，則Vo上升，誤差放大器輸出電壓 Vea下降，鋸齒波 高于Vea的時(shí)間提前，也就是 Q1導(dǎo)通時(shí)間Ton縮短，使得V。= dc *Tn/T保持不變； 同理，如果Vdc下降，則Q1導(dǎo)通時(shí)間Ton延長(zhǎng)，最終的結(jié)果也保證 V。不變。由此可以 總結(jié)出，無論輸入電壓 Vd

37、c如何波動(dòng)，電壓控制系統(tǒng)都會(huì)改變 Q1的導(dǎo)通時(shí)間Ton，使得 最終的輸出電壓維持在 V。二Vref（1+R2/Rl）。下面就詳細(xì)的分析一下整個(gè)電路的工作過程和波形變化，假設(shè)輸出為V。圖3-2 Buck變換器連續(xù)工作模式下各節(jié)點(diǎn)波形在每個(gè)周期開始時(shí)，電感L上的初始電流為11, Q1由控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)后導(dǎo)通，二極管 反偏截止，加在L上的電壓的大小為Vdc-Vo，由于電感兩端的電壓恒定，所以流過電感 的電流線性上升到12，其斜率為dldt =（VDc-VO）L。當(dāng)控制信號(hào)使 Q1關(guān)斷時(shí)，由于電感 的電流不能突變，所以電感兩端電壓極性迅速顛倒，二極管導(dǎo)通續(xù)流，這種電壓極性顛倒的現(xiàn)象稱為電感反沖。如果沒有接

38、二極管 D1，則V1點(diǎn)的電位會(huì)變得很負(fù)以保持電感 上的電流方向不變，這會(huì)讓 Q1兩端的電壓差過大而損壞開關(guān)，接上二極管后，實(shí)際V1點(diǎn)的電壓被箝位于比地低一個(gè)二極管導(dǎo)通壓降。電感兩端的電壓極性反轉(zhuǎn)后，電感中的電 流線性下降，其斜率為dIdt=(VDl+Vo)L 0 Q1關(guān)斷結(jié)束后，電感上的電流降低到li。當(dāng) Q1再次導(dǎo)通時(shí)，D1的電流減少，Q1上的電流迅速增加并取代了二極管的 D1正向電流 直到D1上的電流為零，D1再次反偏，V1恢復(fù)到Vdc，電感的電流開始重復(fù)前一個(gè)周 期的變化過程。在整個(gè)周期內(nèi)，電感的電流會(huì)有I2-I1的上下波動(dòng)，輸出電流Io的大小就是l1+- i2-i1 0雖然Io會(huì)根據(jù)負(fù)

39、載的變化而變化，但是整個(gè)電感電流上升和下降的斜率2卻和負(fù)載無關(guān)16 0以上討論的Buck變換器的工作過程是基于穩(wěn)定工作時(shí)電感上的電流在下降的過程中沒有下降到0,也就是Ii0,我們稱這種模式為連續(xù)工作模式，如圖3-2中所示。如果電 感上的電流在下降的過程中下降至零，也就是在電感上的儲(chǔ)能被完全釋放，我們稱這種工作模式為不連續(xù)模式，如圖3-3所示Tr圖3-3不連續(xù)工作模式下的電流波形圖不連續(xù)工作模式輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系推導(dǎo)如下。在一個(gè)周期T內(nèi)，當(dāng)Q1開啟時(shí)，電流從0開始增加，則直到Q1關(guān)斷時(shí)電感電流為Q1關(guān)斷期間Toff假設(shè)經(jīng)過Tr時(shí)間（也就是二極管D1導(dǎo)通得時(shí)間）后電感中的能量完全釋放供給負(fù)載

40、， 為 保證L的電流在Q1下次導(dǎo)通之前已經(jīng)下降到0,則Tr+Ton VT。因電感電流上升和下降的絕對(duì)值相等，則Vdc-Vo=叭，化簡(jiǎn)得V。二VdcJTon +Tr從控制理論的角度分析，電壓模式控制在整個(gè)控制電路中只有一個(gè)反饋環(huán)路，是一種 單環(huán)控制系統(tǒng)。電壓控制型變換器是一個(gè)二階系統(tǒng)，它有兩個(gè)狀態(tài)變量：輸出濾波電容的 電壓和輸出濾波電感的電流。二階系統(tǒng)是一個(gè)有條件穩(wěn)定系統(tǒng)，只有對(duì)控制電路進(jìn)行精心 的設(shè)計(jì)和計(jì)算后，在滿足一定的條件下，閉環(huán)系統(tǒng)方能穩(wěn)定的動(dòng)作，開關(guān)電源的電流流經(jīng) 電感，對(duì)電壓信號(hào)有90度的相位延遲。因此，僅用電壓采樣的方法穩(wěn)壓，響應(yīng)速度慢， 穩(wěn)定性差，甚至在大信號(hào)時(shí)產(chǎn)生振蕩，從而損壞

41、功率器件。電壓控制模式的優(yōu)點(diǎn)是：（1）單環(huán)反饋的設(shè)計(jì)和分析比較容易進(jìn)行；（2）鋸齒波振幅 較大，對(duì)穩(wěn)定的調(diào)制過程可提供較好的噪聲余度；（3）低阻抗功率輸出，對(duì)多輸出電源具有較好的交互調(diào)節(jié)特性。電壓控制模式的缺點(diǎn)是：（1）動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢；（2）輸出濾波對(duì)控制環(huán)增加了兩個(gè) 極點(diǎn)，這就需要一個(gè)零點(diǎn)補(bǔ)償；（3）由于環(huán)路增益隨輸入電壓而變化，使得補(bǔ)償變得更加 復(fù)雜化。3.2電流控制模式針對(duì)電壓控制模式的缺點(diǎn)，最近十幾年發(fā)展起來了電流控制模式技術(shù)。電流控制模式 可以分為峰值電流模式控制（PCM: Peak Current Mode）和平均電流模式控制（ACM:Average Current Mode），

42、ACM是在PCM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通常情況下電流控制 模式所說的就是峰值電流控制模式。電流控制模式是在電壓控制模式的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)電流負(fù)反饋的環(huán)節(jié)，電感電流不 再是一個(gè)獨(dú)立變量，從而使開關(guān)電源變換器成為一個(gè)一階無條件的穩(wěn)定系統(tǒng)，它只有單個(gè) 極點(diǎn)和90度相位滯后，從而很容易不受約束的得到大的開環(huán)增益和完善的小信號(hào)、大信 號(hào)特性。根據(jù)最優(yōu)控制理論，實(shí)現(xiàn)全狀態(tài)反饋的系統(tǒng)是最優(yōu)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)最小的動(dòng) 態(tài)響應(yīng)的誤差平方積分指標(biāo)。因此，在PWM中取輸出電壓和電感電流兩種反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn) 雙環(huán)控制是符合最優(yōu)控制規(guī)律的。圖3-4為PWM峰值電流控制模式的原理框圖。與電壓控制模式不同的是，電流控制模式的PW

43、M電壓比較器的輸入由電壓控制模式中的鋸齒波信號(hào)換成了對(duì)電感電流采樣值轉(zhuǎn)換成的電壓Vs,比較器的另一端仍然是輸出電壓采樣值與參考基準(zhǔn)的誤差放大值。每個(gè)周期開始時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)控制將開關(guān)開啟，流過開關(guān)和電感的電流增大，當(dāng)電流增大到Vs超過Vea時(shí)，觸發(fā)器R端置高電位，開關(guān)被關(guān)斷。如果 Vdc增大，則開關(guān)導(dǎo)通時(shí) V 上升速度加快，Vs超過Vea所需要的時(shí)間縮短，于是 Ton被縮短；反之Vdc減小，則 V 超過Vea讓PWM控制信號(hào)翻轉(zhuǎn)所需時(shí)間更長(zhǎng)，增加了 Ton維持對(duì)負(fù)載提供的能量大小。由此可總結(jié)出，無論輸入電壓Vdc如何波動(dòng)，電流控制模式同樣也能通過改變開關(guān)的導(dǎo)通 時(shí)間Ton (也就是改變了占空比)，

44、使得最終的輸出電壓維持在 Vo二Vref(1+R2 /Rl)。從圖3-4上觀察可以發(fā)現(xiàn)，與電壓模式控制單一閉環(huán)相比，電流控制模式是雙閉環(huán)控 制系統(tǒng)，外環(huán)由輸出電壓反饋電路形成，由電壓外環(huán)控制電流內(nèi)環(huán)，即內(nèi)環(huán)電流在每個(gè)開 關(guān)周期內(nèi)上升，直到達(dá)到電壓外環(huán)設(shè)定的誤差電壓閾值，電流內(nèi)環(huán)是瞬時(shí)快速地對(duì)每個(gè)周 期的脈沖電流采樣，檢測(cè)輸出電感的電流動(dòng)態(tài)變化，電壓外環(huán)只負(fù)責(zé)控制輸出電壓。因此 電流型控制模式具有比起電壓控制模式大得多的帶寬，無論是理論分析還是電路測(cè)試，都 證明電流型控制比電壓型控制有許多優(yōu)點(diǎn)，歸納起來主要有以下幾點(diǎn)。M沖發(fā)性馨圖3-4 PWM峰值電流型控制原理框圖(1) 對(duì)輸入電壓變化的響應(yīng)快

45、。這可直觀的從電路的工作原理中分析出來：電源輸入電壓的變化，必然會(huì)引起周期初始電流上升的斜率的變化，如電壓升高，則電流增長(zhǎng)變快,反之則變慢，但是只要電流脈沖幅值達(dá)到預(yù)定的幅度，電流控制回路就動(dòng)作，使得脈沖寬 度發(fā)生改變，保證輸出電壓的穩(wěn)定。而在電壓控制模式電路中，檢測(cè)電路對(duì)輸入電壓的變 化沒有直接的反應(yīng)，一直要等到輸出電壓發(fā)生一定的變化后才會(huì)調(diào)節(jié)脈沖寬度。一般電壓 控制模式要510個(gè)周期才能響應(yīng)輸入電壓的變化(2) 過流保護(hù)和可并聯(lián)性。在電流控制型 DC/DC變換器中，由于內(nèi)環(huán)采用了直接的 電感電流峰值限制，可以及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)功率開關(guān)管和電感上的瞬態(tài)電流，自然形成了對(duì) 每個(gè)周期內(nèi)峰值電流脈沖檢

46、測(cè)電路。只要給定或者限制參考電流，就可以準(zhǔn)確地限制流過 功率開關(guān)管和電感中的最大電流，也可以有效地克服輸入電壓浪涌產(chǎn)生很大地尖峰電流從 而損壞功率開關(guān)管等這類故障誘因。同時(shí)，在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)不必給開關(guān)管的最大電流限 制和電感最大儲(chǔ)能留有較大的余度，在保證可靠工作的前提下，盡可能的降低了成本。由于電流控制模式特有的電流限制能力，當(dāng)多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)電源都有 獨(dú)立的電流負(fù)反饋，并聯(lián)輸出電壓有一個(gè)總的電壓負(fù)反饋控制電路，使各個(gè)電流反饋系統(tǒng) 有相同的電流參考值，這樣就可以有多臺(tái)開關(guān)電源之間并聯(lián)均流，這在當(dāng)今電源規(guī)格要求 繁多，電子設(shè)備整機(jī)可靠性要求提高的形式下，為模塊化電源系統(tǒng)和電源冗余結(jié)構(gòu)

47、設(shè)計(jì)提 供了捷徑。(3) 回路穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)快。電流型控制可以看作是一個(gè)受輸出電壓控制的電流 源，而電流源的大小就反映了電源輸出電壓的大小，這是因?yàn)殡姼兄须娏鞯姆凳桥c直流 輸出電流的平均值成比例的，因而電感的延遲作用就沒有了。在本章的前面部分已經(jīng)比較詳細(xì)的介紹了 Buck電路的兩種控制方式以及特點(diǎn)，因?yàn)殡娏骺刂颇Ｊ骄哂辛己玫目刂铺匦?，所以電流模式控制LED的驅(qū)動(dòng)方式是較為理想的選擇。但是電流控制模式并不是完美無缺的，依舊存在兩個(gè)比較大的缺點(diǎn)：平均電流非恒定 及電流擾動(dòng)。第四章LED恒流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4.1大功率LED驅(qū)動(dòng)芯片的比較使用LED的新型照明設(shè)計(jì)一般都比白熾燈設(shè)計(jì)昂貴，所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來

48、看，必須用更高效率的發(fā)光來極大地降低耗電成本。為了確保最佳性能和長(zhǎng)工作壽命，LED需要一個(gè)有效的驅(qū)動(dòng)電路。無論輸入電壓如何變化，LED驅(qū)動(dòng)器都要向LED串提供恒定電流，以保持恒定光輸出和顏色不變。出于這個(gè)原因，常常需要恒定頻率、電流模式 LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)?。與電壓模式控制相比，電流模式控制改善了環(huán)路動(dòng)態(tài)特性并提供逐周期限流， 從而向LED提供恒定電流。同時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器必須提供高于90%的效率，以最大限度減少對(duì)外部散熱器的需求并保持照明系統(tǒng)的 高效率。表4-1所列為當(dāng)前主要大功率LED驅(qū)動(dòng)控制芯片性能比較，在應(yīng)用大功率 LED驅(qū)動(dòng)控制芯片時(shí)，可以依據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行選擇：1）當(dāng)需要較高功率時(shí)可

49、選擇功率器件沒有集成在芯片內(nèi)的控制器，這樣就可以按照實(shí)際的功率需求單獨(dú)選擇功率器件；2）當(dāng)需要較高的變換效率時(shí)，如便攜式設(shè)備等，可選擇開關(guān)電源類的驅(qū)動(dòng)電路；3）當(dāng)應(yīng)用于可靠性高的設(shè)備中，可選擇有溫度保護(hù)、故障報(bào)警等控制功能全面的芯片。表4-1當(dāng)前大功率LED主要驅(qū)動(dòng)芯片比較產(chǎn)品型號(hào)MLX10801TLE4242GPT4115LT3755LM3423AMC7150AD8240生產(chǎn)公司MelexisInfineonPowTechLin earNSADDtekAn alog恒流輸出YYYYYYNPWM調(diào)光YYYYYYY輸入電壓/V6284.5428304.5404.57544012.527最大輸出電

50、流/A0.40.5111!0.5溫度保護(hù)YYYNNNN開關(guān)電源YNYYYNN功率器件在YYYNNYN片內(nèi)故障檢測(cè)NYYYYNN綜合考慮設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、低電流消耗、高效率、短路保護(hù)、開路LED保護(hù)和高調(diào)光比（PWM 調(diào)光）等要求，本設(shè)計(jì)采樣 LT3755 LED驅(qū)動(dòng)芯片。4.5V至40V的輸入電壓范圍使其 適用于多種應(yīng)用，如汽車等蓄電池供電、太陽能供電、工業(yè)和建筑照明。LT3755使用外部N溝道MOSFET,可以用12V的輸入驅(qū)動(dòng)多達(dá)14個(gè)1A的白光LED，提供超過50W 的功率。4.2 LT3755芯片介紹凌力爾特公司（Linear Technology Corporation） DC/DC 轉(zhuǎn)換器

51、 LT3755，該器件 專為驅(qū)動(dòng)大電流LED而設(shè)計(jì)。該器件具高壓側(cè)電流檢測(cè)，能夠用在升壓、降壓、降壓 - 升壓或SEPIC和反激式拓?fù)渲?。頻率調(diào)節(jié)引腳允許用戶在 100kHz至1MHz范圍內(nèi)對(duì) 頻率編程，從而優(yōu)化了效率，同時(shí)最大限度地減小外部組件的尺寸并降低成本。LT3755采用3mm x 3mmQFN封裝，可組成非常緊湊的50W LED驅(qū)動(dòng)器解決方案。LT3755采用True Color PWM TM調(diào)光，以高達(dá)3000:1的調(diào)光范圍，實(shí)現(xiàn)恒定LED色彩。就要求不那么苛刻的調(diào)光需求而言，CTRL引腳可以用來提供10:1的模擬調(diào) 光范圍。其固定頻率、電流模式架構(gòu)允許在寬電源和輸出電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定

52、工作。FB引腳上以地為基準(zhǔn)的電壓，可以用作幾項(xiàng) LED保護(hù)功能的輸入，使該轉(zhuǎn)換器可以作為恒定電 壓源工作。LT3755的結(jié)構(gòu)框圖如下：具有16個(gè)引腳：Vref：參考電壓輸出引腳，通常為2V。這個(gè)引腳可以通過一個(gè)電阻分壓器驅(qū)動(dòng) CTRL 引腳。可以提供高達(dá)100 的電流。PWM :開關(guān)使能、模擬和PWM調(diào)光端。PWMOUT引腳連接著PWM引腳。PWM 有一個(gè)內(nèi)部下拉電阻。如果不使用，貝U連接到INTVcc引腳。OPENLED :該引腳需要一個(gè)外部上拉電阻。當(dāng) PWM輸入為低電平、DC/DC轉(zhuǎn)換 器處于空閑狀態(tài)時(shí)，OPENLED引腳鎖存上一次PWM輸入為高電平時(shí)的有效狀態(tài)。當(dāng) PWM輸入再次為高電

53、平時(shí)，OPENLED引腳將被更新。該引腳可用于報(bào)告LED的開路 故障。SS：軟啟動(dòng)引腳。該引腳用于調(diào)節(jié)振蕩器頻率和補(bǔ)償引腳 Vc的電壓。軟啟動(dòng)間隔由 一個(gè)外部電容器設(shè)置。該引腳有一個(gè)10 （典型）的上拉電流源。在欠壓條件（檢測(cè) SHDN/UVLO引腳）或限熱條件下，SS引腳復(fù)位到GND。RT：開關(guān)頻率調(diào)節(jié)引腳。使用接地電阻設(shè)置頻率。不能讓 RT引腳開路。SHDN/UVLO :關(guān)閉和欠壓檢測(cè)引腳。INTV cc:為內(nèi)部負(fù)載、柵極驅(qū)動(dòng)和PWMOUT驅(qū)動(dòng)提供穩(wěn)壓電源。由Vin供應(yīng)，調(diào) 節(jié)至7V （典型值）。必須連接一個(gè)4.7卩的旁路電容。如果Vin總是小于或等于7V ,INTVcc 直接與Vin相連

54、。VIN :輸入電源引腳。必須連接一個(gè)0.22（或更大）的旁路電容。SENSE：控制回路的電流檢測(cè)引腳。此引腳與開關(guān)電流檢測(cè)電阻，Rsense的一端與NFET的源極相連。檢測(cè)電阻另一端連接到 GND。SHORT-CIRCUIT DETECTINTVCCSCILMIB1O|1ASCILMBJ 150HIVISNISPCTRLSSCLAl FMO|lAHOpAAT *1+- Af9m EAMPRAMP MERATOR1.2VFBSOKHz TO 1 MHz OSCILLATORTSDr aA2PWMCOMPARATORCTRLBUFFERFAULT LOGICFREQ PROG bFTTMSENSEOPENLE