LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

1、重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)學(xué) 生： 周 灝學(xué) 號(hào)： 20073682指導(dǎo)教師： 唐 治 德 專 業(yè)：電氣工程與自動(dòng)化重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院二O一一年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityDesign of Driver Power for LEDUndergraduate: Zhou HaoSupervisor: Prof. Tang ZhideMajor: Electric Engineering & AutomationSchool of Electric EngineeringChongqing

2、 UniversityJune 2011摘 要該文針對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)需要，先簡述了LED及其驅(qū)動(dòng)電源的基本情況，包括BUCK電路及其控制電路的工作原理、穩(wěn)定性分析等。然后以UC3843電流控制芯片和BUCK電路為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出了一款車用LED驅(qū)動(dòng)電源，并通過仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)電路進(jìn)行了檢驗(yàn)。文中詳細(xì)介紹了UC4843的使用方法、該驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)步驟以及具體參數(shù)計(jì)算。這款驅(qū)動(dòng)電路工作在12V直流電壓下，以BUCK電路為主電路，采用峰值電流控制模式，按照PWM調(diào)制方法，對(duì)兩顆串聯(lián)的LED進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)了恒流輸出、欠壓保護(hù)、過載保護(hù)、空載保護(hù)、斜坡補(bǔ)償?shù)裙δ?，并且在仿真?shí)驗(yàn)中均體現(xiàn)出了各部分的作用。這

3、款LED驅(qū)動(dòng)電源工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，輸入范圍廣，輸出電流平穩(wěn)；通過簡單改變供電方式，此電路還能用于不同領(lǐng)域。另外該文還對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，對(duì)補(bǔ)償斜坡尾部上翹、電流采樣電阻的至畸作用進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)電源，峰值電流控制，PWM， LED，UC3843ABSTRACTThis article for the purpose of the design needs of LED driver power, firstly summarizing briefly the basic information of LED and its driver power, includ

4、ing BUCK circuit as well as its working principles of control circuit, the stability analysis etc. Then based on the UC3843 electric current control-chip and BUCK circuit, a vehicle LED driver power has been designed, and its electric circuit has been tested through the simulation experiments. This

5、article describes the usages of the UC4843, the design process of the driver circuit and the specific parameter calculation in detail. This driver power works at 12V DC voltage, with BUCK circuit as the main circuit, adopting the control mode of peak current, in accordance with the PWM modulation me

6、thod, providing power to two series connections of LED, bringing about the functions of under-voltage protection, overload protection, idle-load protection, slope compensation, and reflecting their respective functions in the simulation experiments. This LED driver power works stably, with strong an

7、ti-interference ability, wide input range; stable output current; by changing the way of power supply, the circuit can also be used in different fields. In addition, this article also carried on a more detailed analysis of the simulation experiment results, and carried out the discussion of abnormal

8、 functions about the upturned slope compensation and disruption of the current sampling.Key words：Driver power，Peak current mode control，PWM，LED，UC3843目 錄中文摘要ABSTRACT1緒論1 1.1 電光源1 1.2 大功率LED簡介2 大功率LED發(fā)光原理2 大功率LED的特性3 1.3 LED驅(qū)動(dòng)電源研究現(xiàn)狀6 1.3.1 LED驅(qū)動(dòng)電源的分類6 1.3.2 LED及其驅(qū)動(dòng)電源的市場72 降壓性開關(guān)電源9 2.1 開關(guān)電源的特性9 2.2 B

9、UCK電路原理分析10 2.2.1 BUCK電路基本原理10 BUCK連續(xù)導(dǎo)通模式113 控制電路17 3.1 開關(guān)電源的調(diào)制方式17 3.2 開關(guān)電源的控制模式19 3.3 峰值電流控制模式的穩(wěn)定性分析22 不穩(wěn)定性的產(chǎn)生22 斜坡補(bǔ)償技術(shù)244 UC3843高性能電流模式控制器26 4.1 UC3843的主要特性26 4.2 UC3843的工作原理27 4.3 UC3843的引腳及其功能28 4.4 UC3843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)29 4.5 UC3843的各模塊具體特性325 基于UC3843的LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)35 5.1 電路結(jié)構(gòu)35 5.1.1 主電路35 5.2.2 控制電路36 5.2

10、 器件選擇37 5.3 參數(shù)計(jì)算38 5.4 最終電路426 仿真實(shí)驗(yàn)43 6.1 正常狀態(tài)運(yùn)行43 6.2 斜坡補(bǔ)償?shù)男Ч麢z驗(yàn)45 6.3 電源波動(dòng)對(duì)電路的影響46 6.4 電流取樣點(diǎn)的選擇對(duì)電路的影響48 7 結(jié)論50致謝51參考文獻(xiàn)521 緒論1.1 電光源燈具作為人們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|最多電氣類產(chǎn)品，是現(xiàn)代化社會(huì)不可或缺的一部分。這些產(chǎn)品都經(jīng)歷了數(shù)十年乃至上百年的不斷創(chuàng)新與改進(jìn)，已經(jīng)擁有了相當(dāng)成熟的市場空間及運(yùn)用領(lǐng)域；這些燈具主要分為白熾燈、氣體放電燈、以及一些非常規(guī)燈具，其原理相去甚遠(yuǎn)，性能也各有不同。（1）白熾燈：從十九世紀(jì)開始，人們就開始試著制造電光源，當(dāng)時(shí)是利用電流加熱真空中燈絲來

11、達(dá)到照明效果。直到1879年，美國發(fā)明家愛迪生制成了以碳化纖維作為燈絲的白熾燈，使得電光源能走進(jìn)平常人家。后來賈斯脫又試著用鎢絲作為燈絲制成白熾燈。之后不久，朗繆爾發(fā)明螺旋鎢絲，并在燈泡內(nèi)充入氮?dú)?，減緩了鎢絲的蒸發(fā)。在此后的發(fā)展中，為使燈絲和氣體的接觸面盡量減小，人們將鎢絲從單螺旋發(fā)展成雙螺旋，發(fā)光效率大大提高，這就是今天我們所見到的白熾燈。80年代，普通白熾燈已經(jīng)能高速生產(chǎn)并被大面積使用。白熾燈是利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。盡管白熾燈發(fā)光效率很低，但價(jià)格便宜，是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的電光源。（2）氣體放電燈：是由氣體、金屬蒸汽混合放電而發(fā)光的燈。通過氣體放電的方式，將電能轉(zhuǎn)換為光能。氣體放

12、電有多種形式，利用較廣的是輝光放電和弧光放電：輝光放電常用于霓虹燈；弧光放電因可以產(chǎn)生很強(qiáng)的光輸出，故照明光源大多采用弧光放電。常見的照明用氣體放電燈有熒光燈、高壓汞燈、鈉燈和金屬鹵化物燈等。按照工作電壓不同，氣體放電燈可分為低氣壓放電燈和高壓氣體放電燈，低氣壓放電燈包括低壓鈉燈、熒光燈（日光燈）、無極燈等。高壓氣體放電燈包括高壓鈉燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈等，其中熒光燈是目前室內(nèi)照明應(yīng)用最普及的氣體放電光源。熒光燈在發(fā)光效率和使用壽命方面都明顯優(yōu)于白熾燈，是一種較為優(yōu)秀的電光源。高強(qiáng)度氣體放電燈是由管壁高溫而建立發(fā)光電弧，如高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等。(3)半導(dǎo)體照明1：LED（Li

13、ghting Emitting Diode）即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它將固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。LED被稱為綠色光源，具有節(jié)能、壽命長、體積小、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種背光源、顯示、照明、指示、裝飾和城市夜景等領(lǐng)域。人們通常說的半導(dǎo)體照明一般是指用LED作為光源的照明，從廣義上講還應(yīng)該包括LD（激光二極管）作為光源的照明，LD可以用于舞臺(tái)燈光，大型室外集會(huì)、慶典、娛樂和遠(yuǎn)距離照明等。1.2 大功率LED簡介 大功率LED發(fā)光原理LED發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器

14、件，是由-族化合物，如磷化鎵、砷化鎵、磷砷化鎵等半導(dǎo)體制成的。LED的核心是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端固定在引腳上作為負(fù)極使用，另一端引出作為正極，晶片的本質(zhì)是一個(gè)PN結(jié)，用環(huán)氧樹脂將整個(gè)晶片封裝。所以LED具有的伏安特性與普通二極管相似，在管腳兩端施加正向電壓時(shí),LED處于導(dǎo)通狀態(tài)，在兩管腳之間施加反向電壓時(shí)，LED處于截止?fàn)顟B(tài)，而過高的反向電壓作用于LED上時(shí)，可能導(dǎo)致PN結(jié)被擊穿。與普通LED不同的是，它還能將電能轉(zhuǎn)換為光能。當(dāng)PN結(jié)兩端加上正向電壓時(shí)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，相反自由電子則由N區(qū)注入P區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子與對(duì)方區(qū)域的多數(shù)載流子相結(jié)合，導(dǎo)致能量以光和熱兩種形式釋放，

15、如圖1-1所示。LED早在20世紀(jì)60年代初就已經(jīng)被成功制造并推向市場，因?yàn)長ED的激勵(lì)響應(yīng)時(shí)間短、有效壽命長、功耗低，常被用在小指示器光源和字母數(shù)字顯示器等領(lǐng)域中。但由于制造技術(shù)的限制，使其發(fā)光亮度小，且只有紅色一種顏色，所以在照明領(lǐng)域難以見到它的身影，近年來，技術(shù)的進(jìn)步和理論的創(chuàng)新，使得LED的可用性增強(qiáng)，例如發(fā)光強(qiáng)度提高、效率提高、成本大幅下降，使其得到應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。圖1-1 LED發(fā)光原理示意圖在日常照明中2，由于白色的光源更貼近自然光，符合人們的使用習(xí)慣，所以LED的制造趨勢向著白光LED發(fā)展。白光LED是將釔鋁石榴石(YAG)和GaN芯片一起封裝制成的。GaN芯片可以發(fā)出藍(lán)光，

16、藍(lán)光激發(fā)熒光粉后，熒光粉能發(fā)出黃色光，一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光疊加，可以得到得白光。這種通過藍(lán)光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。 大功率LED的特性LED燈與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源有著不同的特性。為了設(shè)計(jì)出更好的LED驅(qū)動(dòng)電源，必須對(duì)LED的特性進(jìn)行必要的了解。（1）發(fā)熱特性：由于在LED照明應(yīng)用中，一般需要同時(shí)將若干顆LED共同發(fā)光使用，所以就會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。另外，摻加了熒光粉的LED，在轉(zhuǎn)換波長的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生熱量。LED僅在微小電流流過時(shí)，效率才比較高，若工作在大電流、高溫狀態(tài)下，LED的發(fā)光效率就會(huì)明顯降低。LED芯片、熒光粉、封裝樹脂也會(huì)因高

17、溫而加快老化，影響使用壽命。因此，必須控制LED的使用溫度以達(dá)到“高效率”、“長壽命”的目的，而控制溫升的主要手段就是控制工作電流，所以對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)電源來說最重要的工作就是控制電流。（2）供電特性：在工作電源的需求上，LED驅(qū)動(dòng)電源與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈有很大的區(qū)別。傳統(tǒng)的白熾燈直接連接到220V的交流電上使用，電網(wǎng)的電壓波動(dòng)只會(huì)造成照明強(qiáng)弱的不同而已。熒光燈雖然需要靠鎮(zhèn)流器啟動(dòng)，但啟動(dòng)電路簡單，啟動(dòng)后不需要啟動(dòng)器依然能維持工作。而LED則需要工作在恒定的直流電流源上。而調(diào)節(jié)LED的發(fā)光強(qiáng)度主要是靠改變流過LED的電流平均值來實(shí)現(xiàn)的，LED是通過電子與空穴的再結(jié)合來發(fā)光，發(fā)光強(qiáng)度取決于單位時(shí)

18、間內(nèi)復(fù)合的電子與空穴數(shù)目，也就是說LED的發(fā)光強(qiáng)度與電流大小有密切關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在工作電流較小的情況下，LED的發(fā)光強(qiáng)度與通過PN結(jié)的電流大小近似成正比關(guān)系，而當(dāng)LED的工作電流電流增大，隨著發(fā)熱損耗的增大，導(dǎo)致這種比例關(guān)系消失，具體來說，由于發(fā)熱量正比于電流的平方，所以當(dāng)電流增大時(shí)，發(fā)熱量的升高速度將大于發(fā)光量的升高速度，導(dǎo)致發(fā)光效率降低。（3）發(fā)光特性：單個(gè)LED的發(fā)光強(qiáng)度并不大，一般只有幾十流明，所以需要同時(shí)使用多顆LED共同工作。同時(shí)，由于LED的發(fā)光面積小，而亮度又很高，而且發(fā)出的光匯聚能力強(qiáng)，肉眼直視LED會(huì)對(duì)視力造成傷害并無法發(fā)看清光源以外的東西，失去照明意義。為了降低光線聚集

19、度，通常需要配合柔光罩使用。但是，使用由于柔光罩本身的透光性問題，導(dǎo)致發(fā)光效率會(huì)有所降低。LED與傳統(tǒng)照明燈具的配光分布不相同2。所謂配光分布是指光源的發(fā)射方向以及各方向的發(fā)光強(qiáng)度。若不采用專門為LED設(shè)計(jì)的散光設(shè)備，而采用傳統(tǒng)燈具的散光設(shè)備，則可能會(huì)出現(xiàn)需要加強(qiáng)照明的部分不但不增加反而照度減小的情況。要提高照明效率，需要改善配光分布，目前多采用透鏡和反光鏡作為改善裝置。由于LED本身就具有發(fā)光面積小、配光分布具有對(duì)稱性等特點(diǎn)，如果配合合適的透鏡和反光鏡，則LED將會(huì)是很好的照明工具。其他在光源屬性中，還應(yīng)該考慮LED的光譜特性，LED所發(fā)出的光，光譜范圍較窄，幾乎不放射出紅外線。因此，不會(huì)導(dǎo)

20、致照射物發(fā)熱，即冷光。但是LED在工作時(shí)自身會(huì)發(fā)熱，所以應(yīng)該防止熱傳導(dǎo)作用破壞冷光效果。（4）伏安特性：LED的伏安特性和一般的二極管伏安特性非常相似，如圖1-2所示。不過通常曲線很陡。LED的伏安特性曲線并不是由電壓、電流唯一確定的，而是隨溫度的變化而變化，所以當(dāng)電壓恒定時(shí)，電流并不能確定，它將隨溫度變化而變化。而LED的伏安特性通常具有負(fù)溫度系數(shù)。也就是隨著溫度的升高，其伏安特性曲線將向左移動(dòng)，若所加電壓為恒定，顯然在溫度升高時(shí)電流也會(huì)隨之升高。大功率LED工作時(shí)溫升較大，假如散熱設(shè)計(jì)不好，其溫度很容易上升到八、九十度以上。例如采用3.3V恒壓電源供電，常溫下工作電流在320mA左右，而溫

21、度升高到85時(shí)，電流就會(huì)增加到420mA，多消耗的電能以熱量的形式散發(fā)，而LED亮度增加并不大。這種情況下只會(huì)使它的溫升更高，增加光衰，降低壽命。溫度降到0時(shí),電流就會(huì)降低至120mA，亮度會(huì)大大降低，使其無法勝任照明工作。對(duì)于功率更大的LED，由于功率大，散熱更不容易，溫升問題更加嚴(yán)重。這就表明，恒壓源下工作的LED是不穩(wěn)定的，當(dāng)電壓恒定，隨著LED的使用發(fā)熱，溫度升高，流過的電流增大，更大的電流導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高，使電流也隨之繼續(xù)增大，所以LED驅(qū)動(dòng)電源的主要目的就是給LED以恒定的電流，保證LED穩(wěn)定工作。圖1-2 LED的伏安特性（5）穩(wěn)定性：結(jié)合LED的伏安特性可知，工作在恒壓源上的

22、LED是不穩(wěn)定的，另外，若干顆LED也不能簡單的并聯(lián)使用，理由是若擾動(dòng)使其中一顆LED電流增大，那么由于LED的不穩(wěn)定性，將導(dǎo)致這顆LED的工作電流越來越大，而其它LED將不能獲得足夠大的工作電流。1.3 LED驅(qū)動(dòng)電源研究現(xiàn)狀LED是具有二極管特性的發(fā)光管3，它只能單方向通電。額定工作點(diǎn)附近，通常LED亮度輸出與通過LED電流成正比，但在大電流下會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，發(fā)光效率大幅度降低，甚至失效，因此LED使用電流不能超過其規(guī)格額定值。另外，LED亮度輸出與溫度成反比，所以使用中應(yīng)盡量減少電源發(fā)熱和設(shè)計(jì)良好的散熱系統(tǒng)。 LED驅(qū)動(dòng)電源的分類LED電源按驅(qū)動(dòng)方式可以分為兩大類，恒流驅(qū)動(dòng)和穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)，兩

23、種驅(qū)動(dòng)方式具有以下特點(diǎn)恒流驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)（1）恒流驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)LED是最理想的，缺點(diǎn)就是價(jià)格較高；（2）恒流驅(qū)動(dòng)電源在負(fù)載短路時(shí)，由于恒流限制，不會(huì)造成輸出電流過大；但是嚴(yán)禁負(fù)載完全開路。當(dāng)負(fù)載完全斷開時(shí)，將輸出很高的電壓；（3）恒流驅(qū)動(dòng)電源輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化，LED亮度不隨負(fù)載改變而改變；（4）恒流驅(qū)動(dòng)電源需要限制LED的使用數(shù)量，負(fù)載等效電阻越大，輸出電壓越大。（1）穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電源輸出的是固定電壓，輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減、溫度變化而變化；（2）穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電源在負(fù)載開路時(shí)，輸出電壓恒定，不會(huì)輸出過高電壓；但是當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，將輸出很大的電

24、流，所以禁止短路運(yùn)行；（3）穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電源的輸出電壓是恒定的，輸出電流隨負(fù)載改變而改變，所以LED亮度隨負(fù)載變化而變化；（4）穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電源為使LED亮度均勻且不會(huì)流過過大電流，需要加上合適的限流電阻。LED電源按電路結(jié)構(gòu)可以分為六類4：（1）互感變壓器降壓：這種電源原理簡單，技術(shù)成熟，是一種比較傳統(tǒng)的變壓器。不足之處是要使用大量漆包線和硅鋼片，重量偏重、電源效率也很低，一般在45%-60%，因?yàn)榭煽啃圆桓?，所以一般很少用；?）電子變壓器降壓：這種電源結(jié)構(gòu)不足之處是轉(zhuǎn)換效率低，輸入電壓范圍窄，一般180-240V，輸出波紋大；（3）電容降壓：這種方式的LED電源容易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，電源效率

25、低，只適用于向持續(xù)運(yùn)行的LED供電，對(duì)于常閃動(dòng)的LED則不適用，因?yàn)殡娐吠ㄟ^電容降壓，在閃動(dòng)時(shí)由于充放電的作用，使得通過LED的瞬間電流極大，容易損壞芯片；（4）電阻降壓：這種供電方式原理簡單，但電源效率很低，而且系統(tǒng)的可靠也較低，電路通過電阻降壓，受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響較大，不容易做成穩(wěn)壓電源，并且降壓電阻本身還要消耗很大部分的能量；（5）RCC降壓式開關(guān)電源：這種方式的LED電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高，一般可在70%-80%，應(yīng)用較廣。缺點(diǎn)主要是開關(guān)頻率不易控制，負(fù)載電壓波紋較大，系統(tǒng)的容錯(cuò)能力較弱；（6）PWM控制式開關(guān)電源：目前來說，PWM控制方式設(shè)計(jì)的LED電源是最理想的

26、也是使用率較高的驅(qū)動(dòng)方式，因?yàn)檫@種開關(guān)電源的輸出電壓或電流都很穩(wěn)定。電源轉(zhuǎn)換效率極高，一般都可以高達(dá)80%-90%，并且輸出電壓、電流十分紋波較小。除此之外，我們還應(yīng)當(dāng)充分考慮LED驅(qū)動(dòng)電源對(duì)LED及自身的保護(hù)作用。LED抗浪涌能力比較差，特別是抗反向電壓能力，設(shè)計(jì)時(shí)有必要加強(qiáng)這方面的考慮。尤其是用于戶外的LED，如LED路燈，由于電網(wǎng)負(fù)載波動(dòng)和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌，這些浪涌可能會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入，以保護(hù)LED不被損壞。電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外，結(jié)合LED的特性，我們還應(yīng)考慮驅(qū)動(dòng)的電源應(yīng)對(duì)LED的溫度反饋進(jìn)行必要?jiǎng)幼鳎缭跍囟冗^高時(shí)減小電

27、流輸出，防止LED溫度過高。1.3.2 LED及其驅(qū)動(dòng)電源的市場近年來5，世界上一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家圍繞LED的研制展開了激烈的技術(shù)競賽。美國從2000年起投資5億美元實(shí)施“國家半導(dǎo)體照明計(jì)劃”，旨在率先打開LED市場，走在行業(yè)前沿。歐盟也在2000年7月宣布啟動(dòng)類似的“彩虹計(jì)劃”。我國科技部在“863”計(jì)劃的支持下，2003年6月份首次提出發(fā)展半導(dǎo)體照明計(jì)劃。盡管從LED自身性能上來看，有著傳統(tǒng)照明方式所不可比擬的優(yōu)勢，而且各國政府機(jī)構(gòu)、環(huán)保組織都對(duì)LED照明方式報(bào)以積極態(tài)度，但令人尷尬的是，各大LED燈具廠商卻連連發(fā)出無利可圖的感慨，主要原因在于LED燈具雖然節(jié)能高效，但是燈具本身價(jià)格較昂貴，

28、一次性投入成本太高，以目前情況來看至少在國內(nèi)市場，家用LED燈具的普及尚需要時(shí)日。所以，在LED燈具仍然屬于“奢侈品”的今天，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)LED燈具的市場方向有著正確的認(rèn)識(shí)。例如搜狐財(cái)經(jīng)指出：“陽光照明最新的2010年年報(bào)顯示，即便公司為發(fā)展LED產(chǎn)業(yè)、提高LED光源制造水平而做出了包括在廈門上虞設(shè)立了面積為300畝的LED生產(chǎn)基地；斥資1，600萬日元（折算人民123.94萬元）將日本LIREN公司30.1887%股權(quán)收入囊中在內(nèi)的諸多努力，LED照明產(chǎn)品的銷售卻仍未能對(duì)公司2010年業(yè)績做出實(shí)際上的利潤貢獻(xiàn)。”另一方面LED汽車照明每年以二位數(shù)的速度在增長，2005年產(chǎn)值已達(dá)5.46億美元，

29、占世界LED應(yīng)用的14%。我國于2000年在上海大眾桑塔納2000型上首先使用LED高位制動(dòng)燈。我國LED汽車燈具每年以70%-80%的速度在增長，2006年的產(chǎn)值超過億元。目前，國際上LED汽車前照燈處在研發(fā)過程之中，已有概念燈具推出。除LED前照燈以外，均已商品化，并已進(jìn)入車燈的智能化控制時(shí)期。車用LED的流行除了節(jié)能、環(huán)保之外，更重要的是能提升汽車的使用價(jià)值。提高行駛安全性：以LED車燈為例，LED車燈的反應(yīng)時(shí)間比傳統(tǒng)車燈要快許多，為剎車贏得了更多的反應(yīng)距離，并且亮光更穩(wěn)定。（1）智能化更易實(shí)現(xiàn)：LED的電致發(fā)光特性使其與傳統(tǒng)的氣體放電、白熾燈相比，更容易實(shí)現(xiàn)電子控制，例如根據(jù)汽車行駛環(huán)

30、境不同，自動(dòng)設(shè)置不同的車內(nèi)外照明模式。LED還能用于各類車用感應(yīng)裝置，例如倒車?yán)走_(dá)。（2）彰顯汽車品牌和用戶個(gè)性：LED的顏色豐富，體積小，便于設(shè)計(jì)各類形狀和顏色組合，傳達(dá)汽車和車主的個(gè)性。LED燈的使用使得奧迪汽車的外觀設(shè)計(jì)擺脫了“缺乏個(gè)性”批評(píng)，如今，特征鮮明的LED車燈已經(jīng)成為了奧迪車的新識(shí)別符號(hào)?；谝陨细鞣矫嬖?，本論文設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電源將面向車用照明領(lǐng)域，在滿足車載使用方式的前提下，盡可能擴(kuò)大輸入電壓范圍，使其能經(jīng)過簡單改變供電方式后，適用于其他領(lǐng)域。2 降壓型開關(guān)電源如圖2-1所示6，是開關(guān)電源的典型框圖，開關(guān)電源通常由主電路和控制電路兩大部分所組成。圖2-1 開關(guān)電源系統(tǒng)組成

31、框圖開關(guān)電源主電路通常是由輸入電源、儲(chǔ)能電感、開關(guān)管、濾波電容和負(fù)載組成的。電路功能和電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)，常見的開關(guān)電源有六種基本結(jié)構(gòu)：BUCK電路、BOOST電路、BUCK-BOOST電路、CUK電路、SEPIC電路和ZETA電路。而控制電路的作用是控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，按需要的脈沖頻率和寬度，控制開關(guān)管的通斷，使主電路輸出合適的輸出電壓或電流，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流以及各種保護(hù)功能。按照設(shè)計(jì)需要，本文將著重介紹BUCK電路，即降壓型開關(guān)電源。2.1 開關(guān)電源的特性開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)：(1)效率高：開關(guān)電源的功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)管的功耗小，電源效率高，一般在80%-90%，高的可達(dá)90%以

32、上；(2)穩(wěn)壓范圍寬：開關(guān)電源的交流輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓的變化在±2%以下。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率；(3)安全可靠：在開關(guān)電源中，可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，如欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、空載保護(hù)等，因此當(dāng)電源或負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能保障設(shè)備及人員的安全；(4)重量輕：由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，因而使其重量只有同容量線性電源的1/5，同時(shí)體積也大大縮小了；(5)功耗小：由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20KHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小

33、，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，延長了器件壽命。因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。2.2 BUCK電路原理分析 BUCK電路基本原理BUCK電路主電路包括輸入電源、開關(guān)管、續(xù)流二級(jí)管以及儲(chǔ)能電感、濾波電容和負(fù)載，它們共同完成電能的轉(zhuǎn)換和傳遞。如圖2-2所示，是BUCK電路基本結(jié)構(gòu)圖，它由一個(gè)開關(guān)S，一個(gè)二級(jí)管D，以及LC低通濾波器和負(fù)載所組成。BUCK正常工作時(shí)，開關(guān)S被控制電路的控制，重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷，等效于輸入電壓為方波電壓，通過L/C濾波器的濾波作用，最終獲得近似于直流的輸出電壓圖2-2 BUCK電路基本結(jié)構(gòu)根據(jù)BUCK電路中，流經(jīng)

34、電感的電流是否有一段降為零，可將其工作模式區(qū)分為兩種：（1）連續(xù)導(dǎo)通模式（Continuous Conduction Mode），即穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，在整個(gè)開關(guān)周期中，電感中流過的電流不降至零。（2）非連續(xù)導(dǎo)通模式（Discontinuous Conduction Mode），即在整個(gè)開關(guān)周期中流過電感的電流出現(xiàn)一段時(shí)間為零的情況。我們希望電路僅在一種模式下工作，因?yàn)樵趦煞N不同工作模式下，電路的各參數(shù)間的關(guān)系將發(fā)生重大的變化。經(jīng)過理論推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，若BUCK電路工作在連續(xù)導(dǎo)通模式下，輸出電壓由輸入電壓和占空比共同決定，而與所接入的負(fù)載大小無關(guān)，因此設(shè)計(jì)相應(yīng)工作模式的電路會(huì)比較簡單可靠，但是由于其輸出電壓

35、由輸入電壓決定，會(huì)對(duì)輸出的穩(wěn)定性造成一定影響。若BUCK工作在非連續(xù)導(dǎo)通模式，輸入電壓、輸出電感、占空比、開關(guān)頻率和負(fù)載等效電阻將共同影響輸出電壓的波形，輸出電壓與負(fù)載及輸入電壓均有關(guān)，電路各參數(shù)關(guān)系復(fù)雜，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路難度較大，所以本論文設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電源將采用連續(xù)導(dǎo)通模式下的BUCK電路。 BUCK電路連續(xù)導(dǎo)通模式假如BUCK電路已經(jīng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，則可以判定輸入電壓、輸出電壓、輸出負(fù)載電流以及占空比固定且不會(huì)發(fā)生變化。本節(jié)的主要工作是通過對(duì)BUCK轉(zhuǎn)換器主電路在連續(xù)工作模式下的穩(wěn)態(tài)分析，推導(dǎo)出電路間各參數(shù)的關(guān)系。BUCK連續(xù)工作模式分為兩個(gè)狀態(tài)：第一個(gè)狀態(tài)是S導(dǎo)通、D關(guān)斷；第二個(gè)狀態(tài)

36、是S關(guān)斷、D導(dǎo)通。定義開關(guān)S導(dǎo)通狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間為，開關(guān)管S關(guān)斷狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間為，一個(gè)周期時(shí)間為，占空比記做D因?yàn)檫B續(xù)導(dǎo)通模式的每一個(gè)周期只存在兩個(gè)狀態(tài)，因此圖2-3 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的等效電路第一個(gè)狀態(tài)：S導(dǎo)通，二極管D由于承受反向電壓而截至，等效的電路如圖2-3所示。電感兩端的承受正向壓降，電感電流逐漸增加連續(xù)導(dǎo)通模式下的，穩(wěn)態(tài)波形如圖2-4所示。作用于電感上的電壓直流值是恒定的，因此，電感電流呈線性增長，且滿足下式則可以推出，電感紋波電流峰-峰值表達(dá)式為圖2-4 工作于連續(xù)導(dǎo)通模式下的BUCK電路的波形第二個(gè)狀態(tài)：S關(guān)斷，等效電路如圖2-5所示，由于流過電感的電流不能突變，電流從開關(guān)管S轉(zhuǎn)移到二

37、極管D上。電感兩端承受反向壓降，使得續(xù)流二極管D導(dǎo)通，忽略二極管D的壓降，電感左端接地，電壓為零，而電感右端電壓仍為，因此，開關(guān)關(guān)斷期間圖2-5 開關(guān)關(guān)斷時(shí)的等效電路假設(shè)電路已經(jīng)處于穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過一個(gè)開關(guān)周期電感電流的凈增量為零，利用這點(diǎn)，來尋找任何開關(guān)變換器的穩(wěn)態(tài)條件，根據(jù)電感伏秒平衡原理對(duì)電感進(jìn)行分析有從0到進(jìn)行一個(gè)周期的積分，得到上式表示，在一個(gè)開關(guān)周期中電感電流的凈變化量正比于在這區(qū)間加在電感上的電壓。在穩(wěn)態(tài)，一個(gè)開關(guān)周期的電感電流的初始值與結(jié)束值相等，顯然上式左邊等于0，因此在穩(wěn)態(tài)，電感電壓的周期積分為零上式右邊的單位是伏秒或磁鏈，上式表示在一個(gè)開關(guān)周期中波形下的總面積或凈伏秒必須為零。

38、上式兩邊同時(shí)除以開關(guān)周期，得到上式的右邊為的平均值或直流成分，在上式表示在穩(wěn)態(tài)時(shí)，施加在電感上的平均電壓為零。圖2-6 電感電流包圍的面積代數(shù)和應(yīng)為零如圖2-6，電感電壓曲線包圍的面積為平均值為如圖2-7所示，電容電流波形等于電感電流波形去掉直流部分后的交流成分。電感電流是線性的，峰峰值是，幅值為。電容電壓的變化量，與電感電流的交流成分的正半周期間，對(duì)電容充電的總電荷q有關(guān)，根據(jù)電容關(guān)系式Q=CU，得電荷q是電容電流波形過零點(diǎn)之間的積分，積分可以表示三角形陰影區(qū)域的面積，高度為，由于電流波形對(duì)稱，分別在 和 的子區(qū)間的中心點(diǎn)過零，因此陰影三角形的底邊大小為。所以總電荷為可得電壓紋波峰-峰值為圖

39、2-7 紋波電壓上式可用于給定電壓紋波是選取電容大小時(shí)參考，實(shí)際運(yùn)用中，由電容等效串聯(lián)電阻所引起的附加紋波電壓亦需考慮。3 控制電路3.1 開關(guān)電源的調(diào)制方法（1）PFM調(diào)制方式：即脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation）方式，是一種常用的調(diào)制方式?？刂圃硎菍⑤敵隽糠答伝仉娐?，將它與設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，得到誤差信號(hào)，根據(jù)誤差信號(hào)對(duì)輸出脈沖的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后輸出一路寬度相等、周期不等的方波信號(hào)，這組方波信號(hào)控制著開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，當(dāng)輸出量過高時(shí)，保持脈沖寬度不變（一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間不變），延長開關(guān)周期（一個(gè)周期內(nèi)的關(guān)斷時(shí)間增加），當(dāng)輸出量過低時(shí)，保持脈沖寬度

40、不變，減少開關(guān)周期，從而穩(wěn)定輸出電壓。其工作波形圖如圖3-1所示。PFM方式的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很寬，空載時(shí)自動(dòng)形成空載保護(hù)。PFM調(diào)制方式的使用范圍廣、工作可靠、原理簡單，具有以下優(yōu)點(diǎn)：在負(fù)載較輕情況下效率很高，工作頻率高，頻率特性好，電壓調(diào)整率高，適用于電流或者電壓控制模式。存在以下缺點(diǎn)：負(fù)載調(diào)整范圍窄，濾波成本高。圖3-1 PFM調(diào)制方式（2）PWM調(diào)制方式：即脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation）方式，這種調(diào)制方式使用率很高，其控制原理是將輸出量與一串三角波信號(hào)進(jìn)行比較，由于三角波周期恒定，所以這種方式下工作周期恒定，當(dāng)三角波上升到控制值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，控制開關(guān)管關(guān)

41、斷，PWM調(diào)制方式的本質(zhì)是獲得一列周期恒定、占空比不等的方波信號(hào)用以控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，根據(jù)輸出量判讀關(guān)斷開關(guān)管的時(shí)間，若輸出量過低時(shí)，則增加一個(gè)周期內(nèi)開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間，若輸出量過高時(shí)，則減少開關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，從而穩(wěn)定輸出電壓。其工作波形圖如圖3-2所示。通常PWM調(diào)制方式會(huì)有靜區(qū)效應(yīng)，即在開關(guān)管導(dǎo)通后不能立即關(guān)閉，即輸出量受占空比下限所限制，輸出調(diào)節(jié)范圍較窄；由于PWM調(diào)制方式每個(gè)周期都至少要導(dǎo)通一個(gè)靜區(qū)時(shí)間的長度，所以當(dāng)輸出端空載時(shí)，容易出現(xiàn)輸出空載高電壓。圖3-2 PWM調(diào)制方式（3）PSM調(diào)制方式7：是一種常在數(shù)字電路中被使用的調(diào)制方式，稱為脈沖跨周調(diào)制（Pulse-cy

42、cle Skip Modulation）。其控制原理是將輸出量反饋回電路并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)過一定的算法比較，確定下一個(gè)脈沖信號(hào)是輸出還是消隱，通過這種手段改變開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間比，調(diào)節(jié)過程中基礎(chǔ)脈沖的頻率和占空比均保持不變，當(dāng)輸出量過高時(shí)，增加消隱脈沖數(shù)，減少脈沖輸出，當(dāng)輸出量過低時(shí)，減少消隱脈沖數(shù)，增加脈沖輸出。從而穩(wěn)定輸出電壓。其工作波形圖如圖3-3所示。目前PSM控制方式已經(jīng)用于開關(guān)功率變換器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：在負(fù)載較輕情況下效率很高，工作頻率高，頻率特性好，功率管開關(guān)次數(shù)少，適用于小功率電源管理。存在如下缺點(diǎn)：輸出紋波大，輸入電壓調(diào)整能力弱。圖3-3 PSM調(diào)制方式3.2 開關(guān)電源的

43、控制模式按照控制模式，開關(guān)電源大致可以分為兩類：即電流控制模式和電壓控制模式。（1）現(xiàn)在來看電壓控制模式:其開關(guān)電源的原理框圖如圖3-4所示，它的基本原理，首先從比較并放大參考電壓和電源輸出電壓中，得到誤差信號(hào)。接著利用PWM比較器，將鋸齒波信號(hào)和信號(hào)相比較。然后，PWM比較器便會(huì)輸出一系列占空比隨著誤差信號(hào)的改變而變化的脈沖，并且其輸出能量的大小也由此而決定下來。增大的脈沖寬度表明了負(fù)載消耗能量的增大，反之，減小的輸出脈沖寬度則表明了輸出能量的減小，這樣成正比的關(guān)系將輸出電壓維持于恒定。而要保持輸出電壓的恒定，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的負(fù)反饋關(guān)系，僅僅需要一個(gè)反饋信號(hào)便可以做到。同時(shí)，對(duì)于這樣的僅有一個(gè)

44、反饋環(huán)路的單環(huán)電壓控制系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，我們必須精心設(shè)計(jì)控制回路，并滿足一定的條件。這樣的電壓控制模式，總會(huì)產(chǎn)生一些不可避免的缺點(diǎn)，如穩(wěn)定性差、響應(yīng)速度緩慢、易在大信號(hào)變動(dòng)時(shí)產(chǎn)生振蕩等等。這是由于我們所使用的方法以輸出電壓來實(shí)現(xiàn)控制而造成，它必然會(huì)在調(diào)節(jié)過程中存在一定的滯后效應(yīng)。圖3-4 電壓控制模式（2）再來看電流控制模式：由于電壓控制模式存在著上述的固有缺點(diǎn)，近些年來，電流型控制技術(shù)開始迅速發(fā)展開來，其原理框圖如3-5圖所示?；趥鹘y(tǒng)的電壓型控制模式，人們將一個(gè)電流反饋內(nèi)環(huán)置于電流控制型開關(guān)變換器上。首先，通過比較誤差放大器的輸出電平和電流信號(hào)，導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)功率管，并使得電感電流在

45、電源回路中逐步增加。一直到電平與電流加在采樣電阻上的壓降達(dá)到一致的時(shí)候，翻轉(zhuǎn)脈寬比較器的狀態(tài)，此時(shí)功率管便會(huì)相應(yīng)截止。就這樣，通過將整個(gè)電路的輸出電流逐一檢測和調(diào)試，控制電源輸出的目的便可以相應(yīng)達(dá)到。電路測試以及理論分析都表明了，電流控制模式相對(duì)于電壓控制模式，更有其優(yōu)勢。圖3-5 電流控制模式現(xiàn)在將電流控制模式的主要優(yōu)點(diǎn)羅列如下8：（1）它具有可并聯(lián)性和過流保護(hù)的功能：在DC/DC變換器中采用電流控制模式，因?yàn)橹苯与娏鞣逯悼刂萍夹g(shù)的應(yīng)用，使得開關(guān)管與變壓器中的瞬態(tài)電流能夠被準(zhǔn)確且及時(shí)地檢測并輸出，這樣一來，逐個(gè)電流脈沖檢測電路便形成了。參考電流一旦限制或者給定，變壓器以及開關(guān)管中的最大電流便

46、能夠比較準(zhǔn)確地限制下來，由此，即使遇到短路或者輸出過載的情況，變壓器以及開關(guān)管都將得到保護(hù)而不被損害，且因?yàn)檩斎氲睦擞侩妷憾a(chǎn)生的尖峰電流導(dǎo)致功率開關(guān)管損壞的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)相應(yīng)降低。與此同時(shí)，正是這個(gè)逐個(gè)電流脈沖限制的電流環(huán)的影響，使得即使并聯(lián)運(yùn)行多臺(tái)開關(guān)電源，其每一個(gè)都能夠擁有獨(dú)立的電流負(fù)反饋，且其并聯(lián)的輸出電壓，也有一個(gè)總的電壓負(fù)反饋。這樣一來，每個(gè)電流負(fù)反饋回路都具有了同樣的參考值，在多臺(tái)開關(guān)電源之間的并聯(lián)均流便得以實(shí)現(xiàn)。（2）其抗干擾能力強(qiáng)，且對(duì)于輸入電壓的變化，響應(yīng)速度快。顯而易見，當(dāng)電源輸入電壓發(fā)生改變時(shí)，變壓器初級(jí)電流上升的斜率必然也會(huì)隨之而發(fā)生改變。比如當(dāng)電源輸入電壓降低時(shí)，電流的增

47、長就相應(yīng)減緩，反過來，當(dāng)電源輸入電壓升高的時(shí)候，電流的增長就相應(yīng)加快。然而，當(dāng)預(yù)定幅度與電流脈沖達(dá)到了一致的時(shí)候，電流控制回路便會(huì)動(dòng)作，繼而改變脈沖的寬度，由此，輸出電壓的穩(wěn)定便得以保證。（3）負(fù)載響應(yīng)速度快，回路的穩(wěn)定性好。由于電感電流脈沖幅值和直流輸出電流平均值相應(yīng)成比列，沒有了電感的延遲作用。因此我們可以將受輸出電壓控制的電流源類比于電流型控制模式，由此，電源的輸出電壓大小便可以由電流源電流的大小來反映。當(dāng)然，相比于電壓控制模式，電流控制模式有著許多不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)比如直流開環(huán)負(fù)載調(diào)整率比較差，以及平均電流和電感峰值電流之間存在誤差等等，我們也必須正視。發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，采取一

48、定的措施，一般都能夠圓滿解決大多數(shù)問題。因而，總的來說，電流控制模式的應(yīng)用相對(duì)來說更為廣泛。（4）反饋電路的設(shè)計(jì)得到了簡化。在電流控制模式中，只能產(chǎn)生最大為90度的相移，這是由近似于零的濾波電感小信號(hào)阻抗所造成的。這樣一來，增益隨著頻率的升高而降低的速度比實(shí)際的LC濾波電路減少了一半。因此，便可以大大地簡化反饋電路的設(shè)計(jì)。（5）減小了電壓調(diào)整率。電流檢測電阻RS會(huì)隨著輸入電壓的波動(dòng)，檢測出峰值電流的改變，并迅速地調(diào)整占空比，穩(wěn)定輸出電壓。（6）開關(guān)電源中的磁通量失衡問題得到了根本消除。電感的承壓能力會(huì)隨著磁通量的失衡而減弱，由此功率管中的電流會(huì)迅速增大，并最終因電流過大而燒毀器件。而電流控制模

49、式則能夠通過限制功率管的峰值電流，將磁通量失衡的問題徹底解決。3.3 峰值電流控制模式的穩(wěn)定性分析3.3.1 不穩(wěn)定的產(chǎn)生電流模式工作下若占空比D>50%的連續(xù)電感電流條件下9，會(huì)產(chǎn)生次諧波振蕩，這種不穩(wěn)定性與穩(wěn)壓器的閉環(huán)特性無關(guān)，他是由固定頻率和峰值電流取樣同時(shí)工作狀況所引起的，下圖就說明了這種現(xiàn)象，在時(shí)刻，開關(guān)導(dǎo)通，使電感電流以的斜率上升，該斜率是輸入電壓和電感值的函數(shù)為時(shí)刻，電流采樣輸入達(dá)到由控制電壓建立的門限值，比較器翻轉(zhuǎn)開關(guān)管斷開，電感電流以斜率下降，直至下一個(gè)周期開始，如果有一個(gè)擾動(dòng)加在控制電壓上，產(chǎn)生一個(gè)小的（虛線），就可以發(fā)現(xiàn)這種不穩(wěn)定情況，在一個(gè)固定的振蕩周期內(nèi)電感電流

50、的衰減時(shí)間減少，最小電感電流在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)（）凈增了最小電感電流在再下一個(gè)周期開始時(shí)（）凈減小在之后的每一個(gè)周期，該擾動(dòng)都將乘以系數(shù)，在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)交替凈增凈減最小電感電流，即根據(jù)占空比D與的關(guān)系可以推出：時(shí)，擾動(dòng)信號(hào)將在數(shù)個(gè)周期內(nèi)逐漸衰減，如圖3-6；圖3-6 D<50%時(shí)擾動(dòng)衰減當(dāng)占空比時(shí)，擾動(dòng)信號(hào)誤差將會(huì)被逐漸放大，峰值電流模式控制的轉(zhuǎn)換器不能穩(wěn)定工作，導(dǎo)致系統(tǒng)失控，如圖3-7。圖3-7 D>50%時(shí)擾動(dòng)增大3.3.2 斜坡補(bǔ)償技術(shù)消除峰值電流模式次諧波振蕩的方法通常是采用斜坡補(bǔ)償技術(shù)10，一般有兩種做法：在誤差放大器輸出加負(fù)斜坡波形，或者在電流檢測處加正斜坡波形，兩種方法在理

51、論上是等效的，但后者在電路上后者更容易實(shí)現(xiàn)，為了清楚說明斜坡補(bǔ)償?shù)脑?，以誤差放大器輸出加負(fù)斜坡波形為例進(jìn)行討論。圖3-8 加入斜坡補(bǔ)償后擾動(dòng)衰減在誤差放大器的輸出上加負(fù)斜坡波形，其斜率為，如圖3-8，經(jīng)過幾何推理后可以證明，經(jīng)過一個(gè)周期，有引起的電流誤差為，如要振蕩衰減，則要求根據(jù)與占空比D的關(guān)系帶人上式得在0<D<1的范圍內(nèi)，只需要保證即可，因此斜坡補(bǔ)償?shù)男甭室蟠笥陔姼须娏飨陆档男甭实囊话耄ǔＨ? UC3843高性能電流模式控制器4.1 UC3843的主要特性UC3843是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器11。假如由于某種原因使輸出電壓升高時(shí)，脈寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的

52、脈沖寬度，即占空比D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。該集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能精確控制的占空比輸出、溫度補(bǔ)償、高增益放大器模塊，是驅(qū)動(dòng)MOSFET的理想器件，由于器件設(shè)計(jì)巧妙，由電源電壓直接啟動(dòng)，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計(jì)中“簡潔至上”的原則。UC3843的主要特點(diǎn)有：（1）采用單端圖騰柱式PWM脈沖輸出，輸出驅(qū)動(dòng)電流為±200mA，峰值可達(dá)±1A。（2）啟動(dòng)電流僅1mA即可進(jìn)入工作狀態(tài)。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在8.6-34V之間，工作電流為15mA。超出此限制，開關(guān)電源呈欠電壓或過電壓保護(hù)狀態(tài)，無驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。（3）內(nèi)設(shè)5V/

53、50mA基準(zhǔn)電壓源，經(jīng)二分后作為取樣基準(zhǔn)電壓。（4）輸出電流大，是驅(qū)動(dòng)MOSFET管的理想器件。振蕩頻率由外接RC電路設(shè)定，工作頻率最高可達(dá)500KHz。（5）內(nèi)設(shè)過流保護(hù)輸入和誤差放大輸入兩個(gè)PWM控制端。誤差放大器輸入構(gòu)成主PWM控制系統(tǒng)，可使負(fù)載變動(dòng)在30-100時(shí)輸出負(fù)載調(diào)整率在8以下，負(fù)載變動(dòng)在70-100時(shí)負(fù)載調(diào)整率在3以下。（6）電流檢測輸入端可對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行控制，直接控制每個(gè)周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到0.01%。電路的抗干擾性極強(qiáng)，開關(guān)管不會(huì)誤觸發(fā)，提高了可靠性。4.2 UC3843的工作原理圖4-1 UC3843原理圖如圖4-1所示為UC3843原理圖12。芯片中的振蕩

54、器根據(jù)外接Rt/Ct網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生頻率為的時(shí)鐘信號(hào)；電阻將被檢測的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，RS觸發(fā)器用于實(shí)現(xiàn)限制電感電流峰值的大小，當(dāng)峰值電流過大時(shí)關(guān)斷開關(guān)管。誤差放大器把基準(zhǔn)電壓和輸出電壓分量之間的差值進(jìn)行放大，得到誤差信號(hào)，誤差信號(hào)經(jīng)過分壓后得到控制電壓(PWM比較強(qiáng)門限電壓)。具體來講上個(gè)周期結(jié)束時(shí)，誤差放大器根據(jù)輸出電壓與基準(zhǔn)電壓共同建立控制門限電壓，RS觸發(fā)器的復(fù)位端和置位端均為低電平，當(dāng)新一個(gè)周期開始時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)使RS觸發(fā)器的置位端為高電平，RS觸發(fā)器輸出端Q為高電平，開關(guān)管導(dǎo)通；之后由于時(shí)鐘信號(hào)占空比很小，很快回落，此時(shí)RS觸發(fā)器的置位端和復(fù)位端均為低電平，輸出保持，開關(guān)管保持導(dǎo)通；電

55、感電流在輸入電壓和輸出電壓共同作用下上升，當(dāng)電感電流上升使得大于門限電壓時(shí)，PWM比較器翻轉(zhuǎn)，輸出高電平至RS觸發(fā)器的復(fù)位端，使得RS觸發(fā)器輸出低電平,開關(guān)管關(guān)斷。綜上所述，每個(gè)周期開始后，門限電壓有輸出電壓確定，電感電流開始上升，當(dāng)電感電流上升達(dá)到條件時(shí)，開關(guān)管即被關(guān)斷，電感電流開始下降，此后開關(guān)管一直關(guān)閉，直到下一個(gè)周期開始時(shí)重復(fù)上述過程。在每個(gè)周期，電感電流的最大值被反饋電壓決定的控制電壓所限制，其最大電流為，我們把這種限制電感電流最大值得控制模式稱為峰值電流控制模式，通過這種控制模式，每一個(gè)周期內(nèi)的最大電流都被加以限制，即使輸出短路，也能及時(shí)將開關(guān)管關(guān)斷（靜區(qū)時(shí)間之后），所以這種控制模

56、式下的輸出電流非常穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。4.3 UC3843的引腳及其功能UC3843為8腳雙列直插式封裝，其管腳排列如圖。主要由5.0V基準(zhǔn)電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。1腳為補(bǔ)償端；2腳為電壓反饋端；3腳為電流取樣端；端4接Rt/Ct端，用以確定鋸齒波頻率；端5接地；端6為輸出端，有拉、灌電流的能力；端7為集成塊工作電源電壓端，可以工作在8.6-40V；端8為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓5V，帶載能力50mA。圖4-2 UC3843管腳圖管腳功能說明1補(bǔ)償該管腳為誤差放大器

57、輸出，并可以用于環(huán)路補(bǔ)償。2電壓反饋該管腳是誤差放大器的反相輸入，通常通過一個(gè)電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出。3電流取樣一個(gè)正比與電感電流的電壓接至此輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息終止開關(guān)導(dǎo)通。4Rt/Ct通過電阻Rt連接至Vref以及電容Ct連接至地，使振蕩器頻率和最大占空比可調(diào)。工作頻率可達(dá)500KHz。5地該管腳是控制電路和電源的公共地。6輸出該輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極，高達(dá)1.0A的峰值電流經(jīng)此管腳拉或灌。7Vcc該管腳是集成電路的正電源。8Vref該管腳為參考輸出，它通過電阻Rt向電容Ct提供充電電流。4.4 UC3843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)UC3843內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、PWM鎖存電路、5VC基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等，見圖4-3。圖4-3 UC3843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）5V的基準(zhǔn)電源:內(nèi)部電源經(jīng)衰減得到2.5V作為誤差比較器的比較基準(zhǔn).該電源還可以提供外部5V/50mA；（2）振蕩器:產(chǎn)生波振蕩，接在4和8腳之間，接4腳和5腳之間，最大為500kHz。其計(jì)算公式為（3）誤差放大器：由端輸入的反饋電壓和2.5V做比較，誤差電壓用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。1腳引出接外部RC網(wǎng)絡(luò)，以改變?cè)鲆婧皖l率特性；（4）輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，最大輸出電流1A，驅(qū)動(dòng)MOSFET。圖騰柱輸出電路（Totem Pole），由于此輸出畫出的電路圖有點(diǎn)