開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)電路分析

1、 項(xiàng)目四 初識(shí)LED景觀工程 項(xiàng)目描述 從LED夜景工程的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)入手，介紹了LED在夜景景觀照明工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，并通過(guò)LED變色燈的實(shí)例，使得讀者能夠?qū)ED景觀工程有初步的了解，在本項(xiàng)目的最后將介紹LED夜景施工組織流程。 知識(shí)目標(biāo)對(duì)LED開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路和LED變色燈原理的認(rèn)知。 技能目標(biāo)學(xué)會(huì)如何組建LED變色彩燈電路。 任務(wù)一 開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)電路分析 任務(wù)任務(wù)二 變色彩燈的制作 任務(wù)一 開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)電路分析 LED燈是一種新型光源，與普通的霓虹燈比，其特點(diǎn)是不產(chǎn)生光污染和熱輻射、耗能低（節(jié)能60%以上，維護(hù)成本節(jié)約80%以上），在用電量巨大的景觀照明市場(chǎng)中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,優(yōu)勢(shì)明顯;且

2、具有色彩豐富逼真、圖形多變等優(yōu)點(diǎn)，目前已被不少大城市用來(lái)裝飾街道和標(biāo)志性建筑物。 一、LED夜景工程1.LED夜景工程發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 近幾年,隨著技術(shù)的突破，應(yīng)用的拓展，發(fā)光二極管(LED)半導(dǎo)體在城市景觀照明中的應(yīng)用也越來(lái)越多。半導(dǎo)體照明符合現(xiàn)代社會(huì)對(duì)城市景觀照明的新要求:環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)及光色變化，因此作為新型半導(dǎo)體光源正成為景觀照明中最佳選擇的光源之一。 我國(guó)也將把半導(dǎo)體照明作為一個(gè)重大工程進(jìn)行推動(dòng)?！笆濉逼陂g我國(guó)半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的研究目標(biāo)主要放在培育LED產(chǎn)業(yè)鏈上。目前我國(guó)在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域已經(jīng)初步形成從外延片生產(chǎn)、芯片制備和器件封裝集成應(yīng)用的比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。然而，由于半導(dǎo)體景觀照明不

3、同于半導(dǎo)體照明的其他領(lǐng)域，它對(duì)最終的實(shí)施效果有藝術(shù)化的要求，這就涉及到如何設(shè)計(jì)和使用的問(wèn)題。2. LED景觀照明的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 LED是一種新型光源，代表著最新的照明科技。因此使用LED照明目前似乎正逐漸成為一種最為時(shí)髦的做法。似乎用了LED就貼上了科技領(lǐng)先的標(biāo)簽。然而，不考慮建筑原有風(fēng)格形態(tài)。盲目使用LED照明，一味追求色彩變化也成為許多建筑照明設(shè)計(jì)的通病。 LED燈具色彩可變。易于控制是其優(yōu)于其他種類光源和燈具的特性。因此，在實(shí)際的工程中采用LED時(shí)大多會(huì)選擇使用這一特性，設(shè)計(jì)變色的照明效果。 此外，LED色彩變化的頻率和速度也是應(yīng)該進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容。變化過(guò)快的色彩方案，容易造成視覺(jué)疲勞，缺乏

4、設(shè)計(jì)的圖形色彩更會(huì)導(dǎo)致觀者的煩躁情緒。尤其在一些重要的交通節(jié)點(diǎn)，頻繁閃爍變化的LED照明，甚至?xí)绊懙降缆返慕煌ò踩?LED技術(shù)在近兩年發(fā)展得非?？欤琇ED發(fā)光效率也大幅度地在提高。高亮度、超高亮度的LED都已廣泛運(yùn)用到實(shí)際工程中。但同樣值得反思的是并不是LED亮度越高就越好。 3.LED景觀工程應(yīng)用實(shí)例（1）水立方（2）上海東方明珠塔（3）費(fèi)城藝術(shù)大道（4）杭州運(yùn)河（5）英國(guó)倫敦眼（6）廈門中閩大廈二、開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路1.開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)的基本構(gòu)成和原理目前，驅(qū)動(dòng)LED中常用的直流穩(wěn)壓電源主要有線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩類。根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。

5、（1）開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)的基本構(gòu)成與原理基本構(gòu)成基本工作原理 開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理： 輸入的交流電(市電)首先經(jīng)整流濾波電路形成直流電壓Vs，該直流電Vs，再經(jīng)通斷狀態(tài)由下圖所示波形Vc控制的電子開(kāi)關(guān)電路后，變換成脈沖狀交流電壓Vo。Vs再經(jīng)電感、電容等儲(chǔ)能元件構(gòu)成的整流濾波電路平滑后，輸出直流電壓Vo。開(kāi)關(guān)電源工作波形圖（2）開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn) 開(kāi)關(guān)電源具有功耗小效率高、體積小重量輕、穩(wěn)壓范圍寬、電路形式靈活等多方面的優(yōu)點(diǎn)。功耗小、效率高、工作可靠穩(wěn)定體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬，適用范圍廣安全可靠電路形式靈活多樣、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便（3）專用控制器件PWM控制電路的基本構(gòu)成 可見(jiàn)，PWM控制電路由以下幾部分組成

6、：基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器，提供一個(gè)供輸出電壓進(jìn)行比較的穩(wěn)定電壓和一個(gè)內(nèi)部IC電路的電源；振蕩器，為PWM比較器提供一個(gè)鋸齒波和與該鋸齒波同步的驅(qū)動(dòng)脈沖控制電路的輸出；誤差放大器，使電源輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；以正確的時(shí)序使輸出晶體管導(dǎo)通的脈沖倒相電路。振蕩頻率由外部電容(CEXT)和電阻(REXT)加以設(shè)定。 2.雙端驅(qū)動(dòng)集成電路TL494及其應(yīng)用 TL494為雙端輸出的PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)器，總體結(jié)構(gòu)比同類集成電路SG3524更完善。T L494內(nèi)部有兩組誤差放大器，以及由PWM比較器組成的主控系統(tǒng)、精度為5V土02 5 V的基準(zhǔn)電壓輸出。其兩組時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端，內(nèi)置發(fā)射極和集電極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)

7、緩沖器，以便于驅(qū)動(dòng)NPN、PNP雙極型開(kāi)關(guān)管或N溝道、P溝道MOSFET管。TL494內(nèi)部電路框圖見(jiàn)下圖。3.LED驅(qū)動(dòng)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 開(kāi)關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的，一般有BUCK型（降壓型），BOOST（升壓型），還有很少用到的BUCK-BOOST型（升降壓型），效率可以達(dá)到90%以上。Buck、Boost和 Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的驅(qū)動(dòng)，只是為了滿足LED驅(qū)動(dòng)，采用檢測(cè)輸出電流而不是檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行反饋控制。三種拓?fù)涞妮斎胼敵鲭妷宏P(guān)系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輸入電壓總大于輸入電壓總大于輸出電壓輸出電壓輸出電壓總大于輸出電壓總大于輸入電壓輸入電壓輸入電壓輸入電壓 輸入

8、電壓輸入電壓降壓型降壓型升壓型升壓型降壓降壓- -升升壓型壓型三種拓?fù)涞牡湫蛻?yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)典型應(yīng)用典型應(yīng)用降壓型降壓型車載、標(biāo)牌、投影儀、建筑車載、標(biāo)牌、投影儀、建筑升壓型升壓型車載、車載、LCDLCD背光、手電筒（閃光燈）背光、手電筒（閃光燈）降壓降壓- -升壓型升壓型醫(yī)療、車載照明燈、手電筒（閃光燈）、緊急照明醫(yī)療、車載照明燈、手電筒（閃光燈）、緊急照明燈、標(biāo)牌燈、標(biāo)牌（1）BUCK型（2）BOOST型（3）BUCK-BOOST型三、PWM調(diào)光知識(shí)介紹 不管你用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調(diào)節(jié)器來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，它們的共同思路都是用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制光的輸出。一些應(yīng)

9、用只是簡(jiǎn)單地來(lái)實(shí)現(xiàn)“開(kāi)”和“關(guān)”地功能，但是更多地應(yīng)用需求是要從0到100%調(diào)節(jié)光的亮度，而且經(jīng)常要有很高的精度。使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來(lái)設(shè)置周期和占空度可能是最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的方法。首先介紹幾個(gè)定義：1.占空比(Duty Cycle or Duty Ratio)（1）在一串理想的脈沖序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值。例如：脈沖寬度1s，信號(hào)周期4s的脈沖序列占空比為0.25。（2）在一段連續(xù)工作時(shí)間內(nèi)脈沖占用的時(shí)間與總時(shí)間的比值。（3）在周期型的現(xiàn)象中，現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間與總時(shí)間的比。其實(shí)歸納一下也就是電路釋放能量的有效時(shí)間與總釋放時(shí)間的比。 2.LED調(diào)光比調(diào)光比則

10、是按下面的方法計(jì)算： Foper=工作頻率；Fpwm=調(diào)光頻率；調(diào)光比率 = Foper / Fpwm，（其實(shí)也就是調(diào)光的最低有效占空比）。比如Foper=100khz;Fpwm=200Hz,則調(diào)光比為：100k/200=500;這個(gè)指標(biāo)在很多LED驅(qū)動(dòng)芯片的規(guī)格書(shū)里都會(huì)做出說(shuō)明。3.PWM調(diào)光其實(shí)也就是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換及LED照明等許多領(lǐng)域中。 PWM驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單電路上圖是一個(gè)可以使用PWM進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單電路。圖中使用9V電池來(lái)給一個(gè)白熾燈泡供電。如果將連接電池和燈泡的開(kāi)關(guān)閉合50ms，燈泡在這段時(shí)間中將得到

11、9V供電。如果在下一個(gè)50ms中將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，燈泡得到的供電將為0V。如果在1秒鐘內(nèi)將此過(guò)程重復(fù)10次，燈泡將會(huì)點(diǎn)亮并象連接到了一個(gè)4.5V電池(9V的50%)上一樣。這種情況下，占空比為50%，調(diào)制頻率為10Hz。LED光源越復(fù)雜，就越要用PWM調(diào)光。這就需要設(shè)計(jì)者仔細(xì)思考LED驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹uck調(diào)節(jié)器為PWM調(diào)光提供了很多優(yōu)勢(shì)。如果調(diào)光頻率必須很高或者信號(hào)轉(zhuǎn)換率必須很快，或者二者都需要，那么Buck調(diào)節(jié)器就將是最好的選擇。四、典型PWM集成驅(qū)動(dòng)器 市面上的PWM集成驅(qū)動(dòng)器很多，在下面的內(nèi)容中介紹一種單線數(shù)據(jù)傳輸3通道PWM-LED 驅(qū)動(dòng)器CYT3006。CYT3006引腳功能名稱名稱SOP8

12、SOP8DFN8DFN8功能功能VCCVCC1 11 1輸入電壓輸入電壓3.5v3.5v5.5vDC5.5vDCCAPCAP2 22 2芯片內(nèi)部濾波電容芯片內(nèi)部濾波電容GNDGND3 33 3芯片地芯片地ININ4 44 4級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)輸入級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)輸入OUTOUT5 55 5級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)輸出級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)輸出PWM_BPWM_B6 66 6PWMPWM輸出藍(lán)色輸出藍(lán)色PWM_GPWM_G7 77 7PWMPWM輸出綠色輸出綠色PWM_RPWM_R8 88 8PWMPWM輸出紅色輸出紅色3.方框圖 系統(tǒng)方框圖4.應(yīng)用信息 串行總線方式可以有效的提高數(shù)據(jù)傳輸速度，每顆 IC 內(nèi)部又增設(shè)串行驅(qū)動(dòng)器，方便地址位尋址，可以兼容舞臺(tái)燈光，采用計(jì)數(shù)移位模式和地址模式，雙模式數(shù)據(jù)傳送方式，便于大數(shù)據(jù)量高速率傳輸。 PWM 型驅(qū)動(dòng)器與功率器件結(jié)合，有效的提高輸出耐壓，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。比如與三極管結(jié)合設(shè)計(jì)，輸出串接多顆 LED，提高像素點(diǎn)亮度。按照設(shè)計(jì)需求，選擇合適的驅(qū)動(dòng)管，達(dá)到符合設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電流和耐壓，靈活選型，靈活配置。 CYT3006 外圍器件簡(jiǎn)潔，除幾顆濾波電容外，不再需要配置外圍器件，即可滿