一種恒流型DCDC大功率LED驅(qū)動電路的設(shè)計

1、一種恒流型DCDC大功率LED驅(qū)動電路的設(shè)計.txt31巖石下的小草教我們堅強(qiáng)，峭壁上的野百合教我們執(zhí)著，山頂上的松樹教我們拼搏風(fēng)雨，嚴(yán)寒中的臘梅教我們笑迎冰雪。 本文由alwynchen0912貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院 碩士學(xué)位論文 一種恒流型DC-DC大功率LED驅(qū)動電路的設(shè)計 姓名：裴倩 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：電力電子與電力傳動 指導(dǎo)教師：陳輝明;王正仕 20100127 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 摘要 在能源和環(huán)境問題日趨嚴(yán)重的今天，以高效、節(jié)能、環(huán)保以及長壽命為主要特點的大 功率照明白光獲得

2、了人們的重視。隨著其性能的提高以及生產(chǎn)成本的下降，大功率照 明白光將逐步取代白熾燈和熒光燈，引起人類照明史上又一次革命。與此同時，大功 率從照明白光驅(qū)動電路的開發(fā)也由于大功率的應(yīng)用的逐漸普及得到了長足的發(fā) 展。 本論文的題目來源于電源公司的合作項目，論文的目的是設(shè)計一種市場需求量大的大 功率白光恒流驅(qū)動變換器，要求其在輸入電壓和負(fù)載燈串電壓（即個數(shù)）在一定 范圍內(nèi)變化時，仍具有高恒流精度和控制結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、效率高等特點。 本論文的研究思路和工作內(nèi)容如下： 首先，論文對大功率照明的特性及發(fā)展和白光驅(qū)動電路的分類進(jìn)行了介紹。 接著分析了轉(zhuǎn)換電路的原理和控制策略，包括轉(zhuǎn)換電路的三種拓?fù)浣Y(jié)

3、構(gòu)的原 理分析、兩種反饋控制模式和三種控制方式。然后，分析了本論文提出的大功率的 型、型、型變換器恒流輸出的控制原理和恒流電路實現(xiàn)算法及結(jié) 構(gòu)。最后，論文完成了各個單元電路的分析和設(shè)計，設(shè)計制作了一臺用于驅(qū)動、 的白光 的型和型恒流驅(qū)動變換器，并進(jìn)行 了調(diào)試實驗和分析了各變量對恒流精度的影響，實驗結(jié)果驗證了本文理論研究和電路實現(xiàn) 結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的正確性。 關(guān)鍵詞：大功率；恒流驅(qū)動；開關(guān)電源；轉(zhuǎn)換電路 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 ， ， ， ， ， （ ） ， ， ， ： ， ， ， ， ， ， ， ， ? ， ? ? ， 浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文 摘要 ： ； ； ； 浙江大學(xué)研究生學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲

4、明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取 得的研究成果。 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成 果，也不包含為獲得逝鎏盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一 同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學(xué)位論文作者簽名：裴饋 簽字日期： 年月叼日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解 逝婆盤堂 有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交奉 論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)逝鎏盤堂可以將學(xué)位論文的 全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索和傳播，可以采用影印、縮印或掃描等

5、復(fù)制手段 保存、匯編學(xué)位論文。 （保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書） 學(xué)位論文作者簽名：茹瓠 簽字日期：鈿口年 導(dǎo)師箏名：蚧 簽字日期：幽，?年歲月，日 月叼日 浙江大學(xué)碩十學(xué)位論文 致謝 致謝 作者在攻讀碩士學(xué)位期間，得到了陳輝明教授、王正仕導(dǎo)師和吳新科博士的悉心指導(dǎo)、 極大的鼓勵和幫助，在此表示非常的感謝，老師們敏銳的洞察力，淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)和開 明的治學(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)和先進(jìn)的管理理念將使我一生受益。 感謝實驗室的師兄、師弟和師妹們在學(xué)和生活中給予我的大力支持和無私幫助。同 時也深深感謝電氣工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師們，謝謝你們辛勤工作為我們創(chuàng)造了良好的學(xué) 條件。 感謝合作公司各位同

6、仁所給予的無私的幫助和大力指導(dǎo)，同時也感謝公司能給予這次 學(xué)的機(jī)會。 最后，要感謝我的家人，謝謝你們的關(guān)心和支持，正是你們的全力支持，才使得我能 順利完成學(xué)業(yè)。衷心感謝百忙之中抽出時間參加論文評閱和評議的各位專家學(xué)者，感謝他 們?yōu)閷忛啽疚乃冻龅男燎趧趧印?浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 大功率照明的特性及發(fā)展 照明器件的發(fā)展史 縱觀人類照明史的發(fā)展，主要經(jīng)歷了光火照明、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史性飛 越。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程

7、。最初的火光照明采用 燃燒化學(xué)染料的方法來獲得人類所需的光源。但由于火光的大部分光譜位于可見光光譜的 范圍之外，而且燃燒產(chǎn)生的的能量均轉(zhuǎn)化成了熱 能，因此光火照明的效率非常低。加 上化學(xué)燃料的燃燒經(jīng)常伴隨著對環(huán)境有污染的氣體的產(chǎn)生，人們便開始了尋找和開發(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越。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)動能源，因此具有無污染、易輸運的優(yōu)點。 其次，雖然其發(fā)光頻譜大部分還是落在可見光頻譜之外，但它的出射光的峰值位于可見光 譜的附近，因此發(fā)光效率比燃燒發(fā)光高得多。一般來說，普通的白熾燈的發(fā)光效率為 。第三種照明技術(shù)是熒光燈

8、照明，熒光燈利用電能作為驅(qū)動能源來激發(fā)低壓汞蒸氣 產(chǎn)生波長約為的窄帶紫外出射光，該紫外光照射燈管內(nèi)壁上的熒光粉，激發(fā)它產(chǎn) 生占滿整個可見光譜的自光。由于熒光燈的出射光波長幾乎全部集中在可見光譜的某一窄 帶范圍內(nèi)，因此其發(fā)光效率大大高于白熾燈，一般為。半導(dǎo)體固體發(fā)光器件為近 幾年興起的第四代照明器件。它的發(fā)光機(jī)理為：當(dāng)在半導(dǎo)體發(fā)光二極管（）的兩端加 上正偏的電壓時，大量的電子空穴對注入半導(dǎo)體，當(dāng)電子和空穴在半導(dǎo)體中的某些特殊活 性區(qū)域中復(fù)合時，即產(chǎn)生光子，這些光子的能量和半導(dǎo)體的禁帶寬度有關(guān)。像熒光燈一樣， 由于的出射光為位于可見光光譜范圍內(nèi)的窄帶光，所以看上去是有顏色的。要使它變 成接近自然光

9、的白光還需將出射的窄帶有色光轉(zhuǎn)化成占滿整個可見光光譜的白光。 大功率照明的特性 大功率照明的優(yōu)勢 隨著效率的迅速提高、成本的不斷下降，市場正在由手機(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（）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： 浙江大學(xué)碩十學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 節(jié)能 大功率照明第一個突出的優(yōu)點就是節(jié)能。雖然按一般光效定義的的發(fā)光效率 并不算高，但由于的光譜幾乎全部集中于可見光區(qū)域，效率可達(dá)到一，而白 熾燈的可見光轉(zhuǎn)換效率僅為一。預(yù)計未來大功率照明的耗電量僅為相同亮度 白熾燈的一。 光色純，光線質(zhì)

10、量好 單一顏色的光譜狹窄，譜線單一集中在可見光波段。 壽命長 普通白熾燈和熒光燈的壽命只有小時，而大功率燈的壽命卻可達(dá)到萬小 時。 可靠、耐用 大功率照明以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至在 水下也能長時間穩(wěn)定地工作。而且它沒有傳統(tǒng)燈泡的鎢絲、玻璃殼等易損部件，維護(hù)費用 低廉。的工作溫度范圍也很寬，在。之間均能正常工作。 應(yīng)用靈活 體積小，便于造型，可做成點、線、面等各種形式。 響應(yīng)快 白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，而大功率照明的開關(guān)響應(yīng)時間為納秒級，無頻閃。 因其響應(yīng)時間短，作汽車燈反應(yīng)快，可延長剎車的反應(yīng)時間，故能減少交通事故的發(fā)生幾 率。 環(huán)保 大功率照明的工作電壓為

11、伏左右的直流電，因而沒有電磁干擾。而且不同于 日光燈點亮后會產(chǎn)生汞蒸氣及二氧化碳和其它溫室氣體等污染物，產(chǎn)生的廢物很少。 同時，其熒光粉的用量也僅為普通熒光燈的十分之一，利于稀土資源的可持續(xù)利用。 控制靈活 通過控制電路很容易調(diào)控亮度，實現(xiàn)多樣的動態(tài)變化效果。 雖然與傳統(tǒng)照明光源相比，大功率照明有著諸多優(yōu)勢，但目前大功率要廣泛 應(yīng)用于照明領(lǐng)域還存在以下問題：發(fā)光效率較低，單管發(fā)射功率小，價格昂貴。與現(xiàn)有照 明燈具相比，半導(dǎo)體照明要進(jìn)入普通照明市場還需滿足以下基本要求：首先要求單顆 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 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。現(xiàn)在單

12、顆的光通量是以 流明，甚至是以毫流明為單位來量度的。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)照明場合的不同，光源的 色溫可高或低，但它們的色度坐標(biāo)點都應(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，能真實再現(xiàn)受照物體自身原有的色彩。這就需要在單色 的基礎(chǔ)上研究，開發(fā)白光。第三，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，大功率照明只有大幅度地降低自身 的生產(chǎn)成本才有可能與它們競爭。當(dāng)然，由于壽命長，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

13、現(xiàn)真正意義上的半導(dǎo)體照明，我們需要 研究、開發(fā)并生產(chǎn)出光效高、單顆功率大、價格合理的白光。 大功率照明的電學(xué)、光學(xué)特性 作為照明光源，我們關(guān)心的大功率的性能指標(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。雖然大功率白光是當(dāng)前的研究熱點，但是關(guān)于其電學(xué)、光學(xué)特 性的報道還很少。下面主要就搜集到的大功率的相關(guān)電學(xué)和光學(xué)特性進(jìn)行了整理。 （）的正向伏安特性 圖不同白光的電流一電壓特性之間的差異性 圖顯示的是不同白光之間，甚至是從同一產(chǎn)品批次中隨即挑選的之間的 正向電力電壓特性的差異?？梢钥闯觯诤愣妷旱尿?qū)動下，不同上流經(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

14、，正向?qū)ê?，外?正向電壓的細(xì)小變動都將引起電流的很大變化，從而導(dǎo)致出射光光強(qiáng)的變化。雖然尚 未搜集到有關(guān)大功率正向伏安特性的直接數(shù)據(jù)資料，但可以肯定它也存在著類似圖 表征的不同正向伏安特性之間的離散性。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 （）光學(xué)特性（主要包括光通量，出射光的峰值波長等） 拈 “ 罄 躑 ” 至嘲贈來 悸 啡 量、糍霪宋 比 、 ； 。 陽 鞠 “ 糟 拍 時閱 電 圖光通量與電流關(guān)系 圖光通量與時間關(guān)系 光源的光通量是指單位時間內(nèi)通過 立體角的可見光能量，它的單位是流明（）。 上面兩張圖分別是光通量與時間以及電流的關(guān)系圖。首先關(guān)于時間特性，隨著時間的增

15、長， 大功率的光通量下降較快，之后逐漸趨于平穩(wěn)，最后光通量下降了。其次，在 電流與光通量關(guān)系圖上，可以看出，隨著電流的增加，大功率的光通量非線性增加， 并逐漸趨于飽和。其原因主要是因為隨著電流及時間的增大，大功率照明芯片內(nèi)部將 溫度上升，發(fā)生在結(jié)結(jié)區(qū)的載流子復(fù)合幾率下降，造成發(fā)光效率降低。 懈 撕 撕 郴 枷 弼 髫 整 富 罄 電蓼 圖 峰值波長與驅(qū)動電流的關(guān)系 圖顯示的是大功率峰值波長與驅(qū)動電流的關(guān)系。為了避免時間因素的影響， 采用瞬時的恒定電流來驅(qū)動大功率。可見，隨著電流的增加，峰值波長向短波方向偏 移。 在以下的電流點亮?xí)r，峰值波長偏移比較大，而在更大的電流點亮?xí)r，峰值波 長趨于穩(wěn)定。

16、 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 （）白光的溫度特性 溫度對白光正向電壓的影響 伏安特性的數(shù)學(xué)模型可以表示為： 環(huán)，。 等（。）（虬） 其中，?！辈?。是的啟動電壓，。表示伏安曲線的斜率，表示的正向電流， 環(huán)境溫度，是正向電壓的溫度系數(shù)，對于大多數(shù)而言，它的典型值為 】 從的伏安曲線及數(shù)學(xué)模型看，在正向?qū)ê笃湔螂妷旱募?xì)小變動將引起 電流的很大變化，并且，環(huán)境溫度，老化時間等因素也將改變影響的電氣性能。 而的光輸出直接與電流相關(guān)，所以驅(qū)動電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā) 生變動的情況下最好能控制電流的大小。否則，的光輸出將隨輸入電壓和溫度等 因素變化而變化。 溫度對白光正

17、向電流的影響 白光的正向電流的大小也是隨溫度變化而變化的，圖是日亞公司提供的常用 自光的允許正向電流隨溫度的變化曲線。當(dāng)環(huán)境溫度一旦超過，白光的允 許正向電流會大幅度降低，在此情況下如果仍舊施加大電流，很容易造成白光的老化。 鼉 、 、 柏 蜘 舯 （） 圖白光正向電流隨溫度變化曲線 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 （）發(fā)光效率與功率之間的特性關(guān)系 、 離 、 山 圖發(fā)光效率與功率之間的特性關(guān)系 圖給出大功率白光功率與發(fā)光效率的關(guān)系，從圖中可以看出，當(dāng)大功率表白 光功率大于時，發(fā)光效率隨功率增加開始緩慢減少，隨著功率繼續(xù)增加，發(fā) 光效率降低的速度也越來越快，在功率為時，白

18、光的發(fā)光效率為。這種現(xiàn) 象是在半導(dǎo)體照明中遇到的最大障礙之一，即發(fā)光效率與功率不能同時達(dá)到最大，但是可 以通過分析這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因來盡量克服 和減少這一矛盾。主要原因是：）在相同的 熱阻下，功率的增加必然導(dǎo)致芯片溫度升高，增加載流子非輻射復(fù)合機(jī)率，導(dǎo)致輻射復(fù)合 機(jī)率下降，造成發(fā)光效率隨著功率增加而非下降。）隨著功率和電流密度的增加，會出 現(xiàn)所謂“電流泄漏”現(xiàn)象，即發(fā)生在結(jié)區(qū)的載流子復(fù)合幾率下降，造成發(fā)光效率 降低。通過設(shè)計新型發(fā)光層結(jié)構(gòu)，如優(yōu)化量子阱結(jié)構(gòu)、增加電子反射層、采用量子隧穿結(jié) 構(gòu)等，都有可能減少電流泄漏對發(fā)光效率的降低。 （）脈沖工作狀態(tài)下的特性 】 由于正向電流會影響色彩坐標(biāo)，因

19、此白光會隨著光強(qiáng)的變化而改變。使色彩坐標(biāo) 不發(fā)生移動的調(diào)光方案叫做脈寬調(diào)制。它能夠由絕大多數(shù)可以提供使能或者關(guān)斷控制的電 源器件實現(xiàn)。就是這樣的一款可為白光提供可調(diào)的脈沖驅(qū)動電流的芯片， 端是可使欠壓鎖存器、基準(zhǔn)源和誤差放大器做的端子。通過拉低端電平禁止器 件工作可以將流經(jīng)的泄漏電流限定在“，使發(fā)射光為零；拉高端電平可以管理 可控的正向電流。如果對端施加脈寬調(diào)制信號，那么白光就會以某種速度作 ，其亮度就與該信號的占空比成正比。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 通過改變脈沖電流占空比的方法來調(diào)節(jié)白光的亮度時，由于每個脈沖周期內(nèi)的正 向電流持續(xù)保持一致，因而色彩坐標(biāo)不會偏移，

20、但是，肉眼會感覺到占空比改變帶來的光 強(qiáng)變化。人眼無法分辨超過的頻率，因此的開關(guān)頻率是調(diào)光的很好 選擇。更高的頻率也會產(chǎn)生問題，在用來切換開關(guān)的短暫時間間隔內(nèi)色彩坐標(biāo)會發(fā)生 變化。 大功率照明的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 大功率照明國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀卜 對于這種將電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件的研究很早就開始了。第一只產(chǎn)品是 年在公司做出的。如今，照明產(chǎn)業(yè)競爭的焦點集中在大功率高亮度白光。 高亮度紅、黃于年開始量產(chǎn)。年，高亮度藍(lán)色、綠色也相繼進(jìn)入量產(chǎn)， 使的發(fā)光波長覆蓋從紅色到藍(lán)色整個可見光譜范圍，而且具有高達(dá)的發(fā)光效率。 隨之而來的白色的成功研制，更大大拓展了的應(yīng)用領(lǐng)域，從此開始形成了一個朝 陽無限的照明產(chǎn)

21、業(yè)。 我國在高亮度這一領(lǐng)域起步較晚，從 年開始，中科院半導(dǎo)體所、北京大學(xué) 等單位在國家計劃和自然科學(xué)基金的支持下，在相關(guān)領(lǐng)域開始了許多研究工作。但目 前在材料質(zhì)量、期間指標(biāo)等方面與國際先進(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。產(chǎn)品中技術(shù)壁壘最高的是上中游產(chǎn)品的生產(chǎn)， 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，國內(nèi)真正能 實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)屈指可數(shù)。 目前，照明產(chǎn)業(yè)競爭的焦點集中在大功率高亮度白光。各國政府均大力扶持 白光的發(fā)展，美、日、歐盟等發(fā)達(dá)國家皆由政府成立專項積極推行，如日本的“ 世紀(jì)的照明計劃”計劃將耗費億日元推行半導(dǎo)體

22、照明，目標(biāo)是在年用白光替 代 的傳統(tǒng)照明；美國的“下一代照明計劃”時間是從 年，計劃投資億美 元；歐盟的“彩虹計劃”已在年月啟動，通過歐共體的資助推廣應(yīng)用白光。 美國在照明的產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)上一直處于領(lǐng)先地位。由 和 （原）于年合資興辦的是一家致力于功率型白光生產(chǎn)和封 裝研究和開發(fā)的公司。該公司擁有多項功率型白光二極管封裝發(fā)面的專利技術(shù)。到目前為 止它所生產(chǎn)的，和的 是世界上最亮的白光產(chǎn)品，它的白光效率 已達(dá)到，器件的光通量達(dá)到 。年月美國公司封裝出 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 的白光集成燈，發(fā)光效率達(dá)到 。目前，公司研制的藍(lán)光的外量子效 率最高達(dá) ，制作的白光流明效率為

23、 ，是目前在藍(lán)色金額白色波長的光譜 范圍內(nèi)報道的發(fā)光效率的最高值。 日本在功率型高亮度的研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方面在國際上處于領(lǐng)先水平，日亞化 工、豐田合成和住友電子處于領(lǐng)先地位。日亞公司由于在 技術(shù)和生產(chǎn)白色 的熒光粉材料上擁有多項專利，在白色芯片供應(yīng)上一直占有優(yōu)勢地位。目前其 研制的的效率約為一 ，其年月份報道的紫外光，發(fā)光波長為 ，在工作電流為 時光效率超過。住友電子向美國 公司 一年內(nèi)訂購了一億美元的合同，這將是一年的全部生產(chǎn)能力，住友很顯然是想 獨霸整個高亮度的市場。年月，松下電工開發(fā)出亮度達(dá)到 的白光照明 燈具，相當(dāng)于 白熾燈的亮度，并于年春開始了商業(yè)化銷售。 德國的號稱剛剛建立了世界上

24、最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)線，將主要用來生產(chǎn)和半 導(dǎo)體激光器。由于是世界上第二大燈泡生產(chǎn)廠商，因此用制成新型節(jié)能長壽燈 是他們的新目標(biāo)。 在臺灣，相關(guān)的公司有幾十家，其產(chǎn)能也在迅速的膨脹，已成為世界上最大的 生產(chǎn)基地。年，日本住友和臺灣博達(dá)共同投資在臺灣成立了博友科技，專門從事單 芯片白光芯片的生產(chǎn)。由于看到白色在下一代光源新技術(shù)應(yīng)用中的巨大潛 力，年月臺灣成立了由家頂級公司組成的“下一代光源新技術(shù)研發(fā)集團(tuán)”， 該組織專注于以白色為核心的下一代新技術(shù)的研發(fā)。 美國加州大學(xué)固態(tài)發(fā)光及顯示中心則尋求白色之外的其他解決方案，目前該中心 正在進(jìn)行一項由政府扶持的項目，主要針對下一代照明。該中心力爭在 年前開發(fā)出

25、 效率為 的白色發(fā)光器件。最近，美國加利福尼亞州（圣塞荷市）、 技術(shù)實驗室公布了一種新的試驗樣品。該實驗室利用一種新技術(shù)概念，使光效最大可 達(dá) 。 而國內(nèi)，倒裝結(jié)構(gòu)白光在標(biāo)準(zhǔn)電流（）下光通量可達(dá)到 以 。 浙江大學(xué)碩七學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 大功率照明發(fā)展趨勢 圖 突破定律 在過去的多年中，正像定律預(yù)示的那樣，每年單顆的光通量就 提高一倍。然而，自大功率型 問世后，光通量增長的速率似乎比以前又有所 提高，如圖所示。樂觀的估計，在今后的三年里，的光效每年將增加 ，年的光效將達(dá) 。 美國光電工業(yè)發(fā)展協(xié)會于年制定了半導(dǎo)體固體照明燈在未來幾年的發(fā)展目標(biāo)和 遠(yuǎn)景卯。對半導(dǎo)體照明的各項性

26、能指標(biāo)，如發(fā)光效率、壽命、單燈光通量、性價比以及顯 色指數(shù)等提出了階段性的目標(biāo)，在表中列出。 表半 導(dǎo)體固體照明燈的發(fā)展目標(biāo)和遠(yuǎn)景 （） （） （） ， ， ， ， （） （￥） （￥） （） 浙江大學(xué)碩十學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 表中顯示的是半導(dǎo)體照明燈的發(fā)展趨勢和遠(yuǎn)景。可以看出，年照明 燈的目標(biāo)是在市場上能夠與白熾燈相抗衡，實現(xiàn)發(fā)光效率 ，使用壽命超過萬小 時，單燈光通量大于 ，顯色指數(shù)做到。年照明燈的市場定位為占領(lǐng)熒 光燈市場，實現(xiàn)發(fā)光效率 ，使用壽命超過萬小時，單燈光通量大于 顯色指數(shù)做到大于。 ， 科學(xué)家預(yù)測，按照目前的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢，半導(dǎo)體照明普通市場開始啟動的

27、時間 大約會在年前后，在未來的至 年，這種燈泡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（）已解決了發(fā)光二極管的三原色的缺色問題，因此徹底解決大屏幕全彩色 顯示問題。高亮度發(fā)光二極管幾年來主要應(yīng)用于大屏幕彩色顯示，汽車尾燈、交通信號燈、 多媒體顯像和手機(jī)及小屏幕背光源等領(lǐng)域。（）普通照明，替代日光燈和白熾燈。高 亮度藍(lán)光二極管的出現(xiàn)，不僅僅是豐富了色彩，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，搶占這個可以說是未來最大的照明市

28、場?？梢姲雽?dǎo)體燈已對傳統(tǒng)的白熾燈 發(fā)起了挑戰(zhàn)，一個全新的半導(dǎo)體照明燈時代即將來臨。 白光驅(qū)動電路的分類 概述 采用恒流而非恒壓驅(qū)動方式對作為顯示或照明用的白光進(jìn)行驅(qū)動主要基于以下 兩方面原因： ）為獲得預(yù)期的亮度要求，并保證各個亮度、色度的一致性 由節(jié)中所述的正向壓降的離散型可知，若用相同的正向電壓驅(qū)動不同 的，相應(yīng)的正向電流的差異將會很大，從而無法確保各個亮度、色度的一致性幢們。 ）為避免驅(qū)動電流超出最大額定值，影響白光的可靠性 為保證可靠性，驅(qū)動的電流必須低于額定值的要求。但從圖可以看出： 當(dāng)環(huán)境溫度升高時所允許的額定電流會降低“副。通常，當(dāng)溫度由升高至?xí)r，額 定電流由下降至。若采用恒壓驅(qū)

29、動方式，正向?qū)ê螅饧诱螂妷旱募?xì)小 變動都將引起正向電流的很大變化，從而有可能導(dǎo)致其超過額定電流。 基于以上兩點原因不難得出這樣的結(jié)論：用恒壓方式驅(qū)動白色方案可靠性較差， 為使多只白光具有匹配的亮度和色度，應(yīng)選用恒流驅(qū)動方式來可靠地驅(qū)動它們幢。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 按連接方式分類 發(fā)光強(qiáng)度與通過二極管的電流成正比，有幾種方法可以使多個的發(fā)光強(qiáng)度達(dá) 到近似的匹配，一種是將每條支路上的與穩(wěn)壓源并聯(lián)配置，一種是將所有的二極管 串聯(lián)配置，但在個別情況下，也可采用混合的并聯(lián)串聯(lián)配置方式，使通過每個二極管的 電流都相同。并聯(lián)配置偏向于采用一個穩(wěn)流源而不是一個電阻，因為

30、即使對于相同的偏置 條件，二極管的正向電壓，的變化可達(dá)，這對于光強(qiáng)度有直接的影響，用戶可以察 覺得到。串聯(lián)配置則消除了這個問題，但需要一個高壓升壓變換器。 并聯(lián)配置的主要優(yōu)點在于其可以使用低壓工藝，但缺點是每個二極管需要獨立的電流 源管腳，增加了封裝的管腳數(shù)量和相應(yīng)的焊盤。在設(shè)計集成電路時也需要小心，實現(xiàn) 每個電流源的緊密匹配。許多第一代手機(jī)設(shè)計使用基于電容電荷泵方案的并聯(lián)二極管配 置，或者分?jǐn)?shù)（）、倍數(shù)（）或混合（）架構(gòu)。這對設(shè)計師具有吸引力， 因為外 接電容需要的空間比電感需要的空間少。但是，這個方法的總體系統(tǒng)效率較低，僅 在一之間（取決于鋰離子電池的電壓）。作為參考點，基于電感升壓的串聯(lián)

31、配置解 決方案可以在相同的工作電壓范圍內(nèi)輕易實現(xiàn)一的效率。 總之，對串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的應(yīng)用沒有絕對的答案，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)特定應(yīng)用的需要 選擇合適的配置，以獲得最佳的性價比。 （）串聯(lián)驅(qū)動 由于亮度幾乎完全由電流控制，因此，只要使用相同或匹配的電流，各個即 可獲得相同的亮度。圖為串行連接的，并使用反饋電阻器來控制電流。 圖串聯(lián)驅(qū)動方式 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 的正向電壓各有不同，的串聯(lián)可保證流經(jīng)各的電流相同，即使得全部 的亮度都是一致的。 （）并聯(lián)驅(qū)動 在電源電壓較為有限的應(yīng)用場合，多個只能以并聯(lián)方式工作。圖所示為并行 連接的。這些并聯(lián)模式的恒流驅(qū)動芯片使用限流電阻

32、來檢測電流。電流可以利用 反饋連接至的限流電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)一通常是配置中的第一個，余下的限流電阻 器會與第一個的電流進(jìn)行匹配。由于之間的正向電壓各不相同，因此各之間 存在著正向電流的匹配度問題。 圖并聯(lián)驅(qū)動方式 值得一提的是，驅(qū)動器供應(yīng)商經(jīng)常吹捧電流匹配精確性在至之間 的差異，以及其供應(yīng)的驅(qū)動器正處于這水平內(nèi)。實際上，人眼根本察覺不到之間如此 小的亮度差別。雖然電流匹配的精確性在或以下是最好的，但在以下任何精度之 間的差別都只是細(xì)微至不能察覺。 （）混聯(lián)驅(qū)動 圖混聯(lián)驅(qū)動方式 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 混聯(lián)是指混合的串聯(lián)并聯(lián)的驅(qū)動方式，如圖 所示。在驅(qū)動數(shù)量較多的時宜 采

33、用混聯(lián)的驅(qū)動方式。例如假設(shè)需要以同樣電流驅(qū)動個白光，據(jù)搜集到的驅(qū)動芯 片資料，是目前市場能并聯(lián)驅(qū)動數(shù)量最多的一款芯片，但最多也只能驅(qū)動 個；若采用串聯(lián)驅(qū)動方式，則需要以上的電壓來驅(qū)動個組成的串， 這個高電壓需求使得串聯(lián)驅(qū)動器被剔出理想解決方案之列。而混合的串聯(lián)并聯(lián)驅(qū)動 方式能夠滿足要求。將個分為兩串，每個 串串聯(lián)個，從而滿足驅(qū)動 個的要求。如圖所示。此外，這種配置所需的外部元件最少，因為成為最佳的 驅(qū)動數(shù)量較多的設(shè)計方案。表將并聯(lián)和串聯(lián)驅(qū)動方式各自的優(yōu)缺點進(jìn)行了對比總 結(jié)。 表并聯(lián)和串聯(lián)的驅(qū)動方式比較 并聯(lián)驅(qū)動 串聯(lián)驅(qū)動 低驅(qū)動電壓 低（或無）輻射，低噪音 高驅(qū)動電壓（通常高于） 高輻射，高噪

34、音 拓?fù)洳痪邆湎嗤碾娏?拓?fù)渚哂泄逃械暮愣娏?需要正向電壓分檔篩選（預(yù)挑選） 開關(guān)式電容轉(zhuǎn)換器，無需電感 需要正向電壓分檔篩選（預(yù)挑選） 升壓轉(zhuǎn)換器，需要電感 容錯設(shè)計，當(dāng)一個失效，其它的 仍會發(fā)亮 無容錯設(shè)計，當(dāng)一個失效，其它 的都不會發(fā)亮 至或顯示器連接器上的連接有 多個接頭 僅有兩個串的連接頭 獨立的亮度控制 所有都有相同的亮度水平 按大功率驅(qū)動方式分類 大功率恒流驅(qū)動常用方法有電阻限流、線性控制調(diào)節(jié)、充電泵升壓、開關(guān)變換器 控制等。下面對現(xiàn)有的各種控制方法進(jìn)行簡要的介紹引。 電阻限流電路 如圖所示，電阻限流電路控制方式是根據(jù)的曲線來確定預(yù)期的正向電 流所需要的電壓，通過一個串聯(lián)電阻

35、來控制的電流。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 圖電阻限流電路 電阻限流電路控制方式比較簡單，但存在不少的缺點：輸入電壓的微小變化都會導(dǎo)致 電流的變化，從而影響光通量輸出；限流電阻上會消耗大量的功率而使得整個系統(tǒng)效 率不高；當(dāng)這種調(diào)光方式在對白光等進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)時，會使發(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光色要求不高的 情況。 新型控制電路 線性控制是把工作于線性區(qū)的功率管等效為一個動態(tài)電阻，通過控制該動態(tài)電阻的阻 值來控制負(fù)載電流。線性調(diào)節(jié)器可以分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。 并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器，它采用功率管與并聯(lián)，

36、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)一個限流電阻，如圖 （）所示。當(dāng)輸入電壓增大時，流過上的電流增加，反饋電 壓增大使得功率管，的 動態(tài)電阻減少，流過。的電流將會增大，這樣就增大了限流電阻。上的壓降，從而使得 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)器是采用功率管與串聯(lián)，當(dāng)輸入電壓增大時，使功率管的動態(tài)電阻增 大，從而使得功率管上的壓降增大，以保持上的電壓（電流）恒定，如圖（） 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

37、較高。但是由于功率三極管或管都有一個飽和導(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，使得整個電路的電壓調(diào)節(jié)范圍受限。 浙江大學(xué)碩十學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 （） 圖并聯(lián)型線性控制器和串聯(lián)型線性控制器 圖 充電泵升壓變換器 充電泵升壓電路 充電泵升壓變換器又稱為開關(guān)電容升壓控制器。他利用分立電容將電能從輸入端傳送 到輸出端，整個電路不需任何電感。電荷泵變換器設(shè)計比較簡單，只需根據(jù)元件規(guī)格來挑 選適合的電容。但它的主要缺點是只能提供有限的輸出電壓范圍，大多數(shù)充電泵電路的輸 出電壓增益為輸入電壓的，或倍。若要驅(qū)動多個時，必須采用并聯(lián)驅(qū)動方 式。此時為了防止并

38、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 消耗大量的功率，整個系統(tǒng)的效率就會降低。 開關(guān)變換電路 開關(guān)電源作為能量變換中效率最高的一種方式，特別適用于大功率的亮度控制。 與傳統(tǒng)的電壓型，（）變換器不同的是大功率 的驅(qū)動電路的反饋量是流過的電流信號而不是輸出電壓信號，以此來滿足的 恒流驅(qū)動要求。下面詳細(xì)介紹適用于大功率驅(qū)動的四種基本的開關(guān)變換電路。 浙江火學(xué)碩士學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 （）型變換電路 型大功率驅(qū)動變換器電路與傳統(tǒng)的變換器電路在結(jié)構(gòu)有所不同。由于 要控制的電流，通常在開關(guān)管后面串入電流檢測電阻。圖所示是峰值電流 控制型大功率驅(qū)動電路。這是一種定

39、周期、定時刻導(dǎo)通的控制方式，通過控制 的峰值電 流來調(diào)節(jié)的亮度，整個控制電路結(jié)構(gòu)比較簡單。 圖 型大功率驅(qū)動電路 軸 圖 型大功率驅(qū)動電路 （）型變換電路 型大功率驅(qū)動變換器電路與傳統(tǒng)的變換器結(jié)構(gòu)基本相似，但由于需 要恒流輸出，所以這里只采用負(fù)載的反饋電流信號。圖所示電路是恒定頻率、 電流模式調(diào)節(jié)控制的型大功率驅(qū)動電路。由于輸出電容通常取得較小，上 的電流會出現(xiàn)斷續(xù)。通過調(diào)節(jié)電流峰值和占空比來控制的平均電流。 】 浙江大學(xué)碩十學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 （）變換電路 與傳統(tǒng)的變換器相比，用于大功率驅(qū)動的型變換器電路 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)動更加簡單，如圖

40、所示。通 過控制的峰值電流及其導(dǎo)通占空比，來調(diào)節(jié)的平均電流，以達(dá)到亮度調(diào)節(jié)的 目的。 圖 型大功率驅(qū)動電路 圖 型大功率驅(qū)動電路 （）（）變換電路 （）型大功率驅(qū)動變換器與傳統(tǒng)的變換器也基本相似，只是 這里對輸出電流進(jìn)行控制，輸出側(cè)的電容省略掉，直接與輸出側(cè)電感串聯(lián)。如圖 所示電路采用滯環(huán)電流模式控制技術(shù)，對輸入及輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過設(shè)置輸出側(cè)電流 檢測電阻的阻值就可以確定流過的平均電流，從而調(diào)節(jié)其亮度。 浙江大學(xué)碩：學(xué)位論文 半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀 本論文的主要工作 本課題是與一家電源公司合作，要求設(shè)計一個高效降壓電路，它以恒定電流驅(qū)動多個 串并聯(lián)的大功率白色（每顆，），為路燈和其

41、他照明設(shè)備提供驅(qū)動。這個配置 無需光耦等隔離放大電路和昂貴的工廠校準(zhǔn)過程。該控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高； 無需輸出采樣電阻和隔離電流信號采樣，特別適合于高壓應(yīng)用場合。作者主要完成的是主 電路、壓控電流源電路、基準(zhǔn)電容電路、開關(guān)管控制電路幾個子模塊的設(shè)計與樣機(jī)調(diào)試， 并將該控制方法推廣到升壓電路和隔離電路的恒流控制方法中。 本文的工作安排如下： 第一章：半導(dǎo)體照明驅(qū)動電路的發(fā)展與現(xiàn)狀。首先 介紹大功率照明的特性及 發(fā)展，其次介紹白光驅(qū)動電路的分類，最后介紹本論文所要達(dá)到的目標(biāo)，并對本文的 章節(jié)進(jìn)行安排。 第二章：轉(zhuǎn)換電路的原理和控制策略分析。介紹轉(zhuǎn)換電路三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的原理分析；介紹變換器

42、的兩種反饋控制模式包括電壓反饋控制模式和電流反饋控 制模式；介紹變換器的三種控制方式即、和混合控制。 第三章：大功率的驅(qū)動電路分析。首先對型變換器恒流輸出控制原 理和恒流電路實現(xiàn)算法及結(jié)構(gòu)做了介紹，然后推廣到型變換器恒流輸出控制原理和 恒流電路實現(xiàn)算法及結(jié)構(gòu)，最后介紹了型變換器恒流輸出控制原理和恒流電 路實現(xiàn)算法及結(jié)構(gòu)。 第四章：對大功率的型、型恒流輸出變換器進(jìn)行了電路設(shè)計和調(diào) 試實驗研究。主要給出本作者所完成的整體電路設(shè)計，這部分試驗結(jié)果和本文的幾個電路 模塊以及實現(xiàn)恒流控制功能密切相關(guān)。 第五章：結(jié)論，總結(jié)本文所設(shè)計電路的特點和下一步的工作。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 轉(zhuǎn)換電路的原理和控制策略

43、分析 轉(zhuǎn)換電路的原理和控制策略分析 轉(zhuǎn)換電路三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理分析 轉(zhuǎn)換電路有三種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即降壓型（）變換器、升壓型（） 變換器和升降壓型（）變換器，其它變換器類型都是由變換器和 變換器組合演變而成。這三種轉(zhuǎn)換電路可以采用電流反饋模式和電壓反饋模式兩種 反饋環(huán)路結(jié)構(gòu)，各種轉(zhuǎn)換電路的控制方式根據(jù)電路要求和實際應(yīng)用要求可選取、 和三種控制方式。 在轉(zhuǎn)換電路中，即使輸入電壓與負(fù)載有變動，但變換器的直流輸出電壓可通過 內(nèi)部電路控制為所期望的電壓。開關(guān)型變換器是采用一個或多個功率開關(guān)管把一種 直流電壓變換為另一種直流電壓。如果變換器的輸入直流電壓給定，則可以通過控制開關(guān) 管的開關(guān)時間（或占空比）來控制直流輸出電壓。 開關(guān)型變換器的基本電路及波形圖如圖所示阻引。圖中，。和州分別 為開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，輸出的平均電壓。大小取決于通斷時間（。和）。 圖開關(guān)型變換器的基本電路及波形圖 降壓型（） 變換