LED照明燈驅(qū)動(dòng)線路知識(shí)

線路基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn) 1電源的作用及構(gòu)成 2安定電路種類 3Buck電路工作原理分析1電源的作用及構(gòu)成

1.1為什么LED需要電源1)LED是一個(gè)非線性器件,正向電壓的微小變化會(huì)引起正向電流的很大變化2）LED的光輸出正比于正向電流3）LED是一個(gè)半導(dǎo)體二極管,它的伏安特性隨溫度而變化(-2mV/oC)06February202321電源的作用及構(gòu)成1.2電源組成1.2.1電源到設(shè)備的保護(hù)

1.2.2浪涌雷擊保護(hù)1.2.3EMI&EMC 1.2.4整流電路1.2.5功率因數(shù)校正

1.2.6安定電路1.2.7異常情況的保護(hù)06February20233ACInput電源到設(shè)備的保護(hù)電路EMI&EMC整流電路功率因數(shù)較正安定電路保護(hù)電路Ouput浪涌雷擊保護(hù)1電源的作用及構(gòu)成1.3保險(xiǎn)電路一般使用玻璃保險(xiǎn)管或保險(xiǎn)電阻，當(dāng)電路異常時(shí)通過(guò)保險(xiǎn)組件的燒毀隔開(kāi)電路連接06February202341電源的作用及構(gòu)成1.4浪涌雷擊保護(hù)浪涌（Electricalsurge），顧名思義就是瞬間出現(xiàn)超出穩(wěn)定值的峰值，它包括浪涌電壓和浪涌電流。浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過(guò)電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬(wàn)分之一秒時(shí)間內(nèi)的一種劇烈脈沖?？赡芤鹄擞康脑蛴校褐匦驮O(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動(dòng)機(jī)。而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護(hù)連接設(shè)備免于受損。浪涌及雷擊保護(hù)一般使用MOV及TVS來(lái)實(shí)現(xiàn)也可以使用整流電路中的電解（大容量的電容）來(lái)吸收浪涌能量06February202351電源的作用及構(gòu)成1.5EMI&EMC電磁干擾（ElectromagneticInterference簡(jiǎn)稱EMI），直譯是電磁干擾。是指電磁波與電子元件作用后而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過(guò)空間把其信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)，在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。EMC（ElectroMagneticCompatibility）直譯是“電磁兼容性”。意指設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量既不對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，也不受其他設(shè)備的電磁能量干擾的能力。EMI一般通過(guò)電容及電感的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，通用的有π型濾波等EMI電路的應(yīng)用應(yīng)注意電感的飽和，有接地的情況要注意接地的漏電流要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求06February202361電源的作用及構(gòu)成1.6整流電路1.6.1常用整流電路1.6.2倍壓整流電路06February202371電源的作用及構(gòu)成1.7功率因數(shù)較正在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cosΦ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S.非線性負(fù)載將電流波形由正弦波扭曲成其他波形。非線性負(fù)載的輸入電流中除了原來(lái)電源的頻率（基頻）外，其中也會(huì)有許多高頻的諧波電流成份。1.7.1填谷電路1.7.2有源功率因數(shù)較正06February202382安定電路種類1阻容降壓2線性電源06February202392安定電路種類3橋式電路半橋電路

全橋電路06February2023102安定電路種類4推挽電路06February2023112安定電路種類5反激電路1.8.5.1降壓電路Buck1.8.5.2升壓電路Boost1.8.5.3升降壓電路Buck-Boost06February2023122安定電路種類6正激電路06February2023132023/2/63Buck電路分析VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VoIoD1-DT根據(jù)L的伏秒平衡原則：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin*DL*ΔIo=Vo*(1-D)TIs根據(jù)L在1-D時(shí)間的基本方程：ΔIo=Vo*(1-D)T/L2023/2/6Buck電路工作原理分析.2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流：（開(kāi)關(guān)管ON）

DeltaILon=(Vin-Vo)*Ton/L2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流：（開(kāi)關(guān)管OFF）

DeltaILoff=Vo*Toff/L2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流：2023/2/6Buck電路工作原理分析輸出電容的電流波形：電感電流：輸出電容電流：要選擇工作紋波電流大，ESR小的輸出電容，為降低輸出紋波電壓，可用多個(gè)小容量的電容并聯(lián)使用。2023/2/6Buck電路工作原理分析根據(jù)負(fù)載大小變化，BUCK電源工作在CCM與DCM兩種狀態(tài)。CCM:ContinuousCurrentModeDCM:DiscontinuousCurrentMode在CCM模式，電感電流在整個(gè)周期內(nèi)都時(shí)連續(xù)的，Po=1/2*L*(IL12-IL22)在DCM模式，一個(gè)周期內(nèi)，有段時(shí)間電感電流為零。Po=1/2*L*IL2=V02/RIL=sqrt(2*Vo2/LR)=2023/2/6兩種模式下的工作電流波形：.2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流波形：CCM2023/2/6Buck電路工作原理分析電感電流波形：DCM2023/2/6Buck電路工作原理分析由上可知，電感電流由直流（Io）和紋波電流（）兩部分組成；在CCM模式，電感電流隨負(fù)載電流變化，但紋波分量并不改變，由此可以看出負(fù)載變化時(shí)占空比不變。當(dāng)負(fù)載減小到使電感電流從剛好零開(kāi)始時(shí)，此為CCM與DCM轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)。進(jìn)一步減小輸出負(fù)載，此時(shí)并不需要很大的電感電流維持輸出功率，電感開(kāi)始減小，占空比也減小，而電感也在開(kāi)關(guān)管下次導(dǎo)通之前電流降為零。電路進(jìn)入DCM模式，在此模式下，占空比隨著負(fù)載變化而變化。2023/2/6同步整流電路分析非同步整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易驅(qū)動(dòng)，但因作為續(xù)流的肖特基二極管管壓降大，功率損耗較大，導(dǎo)致整個(gè)電源效率降低，所以一般用在輸出電壓較高，輸出電流較小的場(chǎng)合；而對(duì)于用在低電壓，大電流的場(chǎng)合，如CPU的供電電源則需用同步整流電路。2023/2/6兩種電路比較：.2023/2/6.同步電路應(yīng)用實(shí)例：2023/2/6同步整流電路特點(diǎn)：同步整流電路用下MOS管代替開(kāi)關(guān)換器的續(xù)流二極管，其導(dǎo)通電阻小，大大降低了整流損耗，提高了電源效率。因下管作續(xù)流管用，所以要求其體二極管的反向恢復(fù)電荷小，柵極電阻小，用開(kāi)關(guān)特性好等。為一避免上下管同時(shí)導(dǎo)通，要求兩管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)間須留有一死區(qū)時(shí)間，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，電流從下管的體二極管內(nèi)流過(guò)，增加了損耗。2023/2/6同步整流電路特點(diǎn)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電流上升和下降的變化量是相等的，但上下管導(dǎo)通時(shí)間不同，兩管的電流有效值也不同，導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，電流有效值大，管子發(fā)熱也大。根據(jù)上圖計(jì)算上下管的電流有效值：

Irmsup/Irmsdn=sqrt(D/(1-D))Vcore=Vin*D=>D=Vcore/Vin=1.6/12=0.133代入上式：Irmsup/Irmsdn=sqrt(0.133/(1-0.133))=0.4Irmsdn=2.5Irmsup

所以下管必須用電流容量更大的管或雙管并聯(lián)。2023/2/6.避免雙管同時(shí)導(dǎo)通：2023/2/6多相變換器.2023/2/6.多相變換器做優(yōu)點(diǎn)：將變換器產(chǎn)生的熱量分布在各相電路上，而且散熱面積大，不用散熱片。各相電流疊加后紋波減小，降低了輸出電壓紋波幅度，減少了輸出電容的數(shù)量。減小了單相大電流時(shí)多管并聯(lián)的設(shè)計(jì)難度和對(duì)磁芯的要求。降低了各相變換器的工作頻率，減小元件分布參數(shù)的影響及干擾。2023/2/6CPU電源解析：.2023/2/6主變換電路：.2023/2/6電路分析：當(dāng)電路中上管導(dǎo)通時(shí)，源極電壓等于電源輸入電壓，因此驅(qū)動(dòng)管的柵極電壓=Vin+Vgs,IC不能直接驅(qū)動(dòng)，IC內(nèi)部將上管的驅(qū)動(dòng)路采用浮地的方式，外接自舉電容組成偏置電路來(lái)驅(qū)動(dòng)上管。2023/2/6上管驅(qū)動(dòng)原理：．2023/2/6.MOS管的驅(qū)動(dòng)電路：2023/2/6控制部分：.2023/2/6PWM調(diào)制原理.2023/2/6

PWM調(diào)制原理

CPU工作時(shí)會(huì)根據(jù)負(fù)荷的大小發(fā)出一組VID代碼給電源IC，經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，得一模擬電壓值，即為CPU所需的工作電壓。電源IC以此電壓為參考值，將之與CPU實(shí)際電壓信號(hào)的差值進(jìn)行放大，得到誤差信號(hào)Vcomp,再與電源IC內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷，使輸出電壓調(diào)整到符合VID相應(yīng)的電位。2023/2/6.穩(wěn)壓原理：2023/2/6..2023/2/6.限流檢測(cè)(限流）：2023/2/6.電流檢測(cè)（通道平衡）：2023/2/6主板電源類型：.2023/2/6.通道電流平衡：為使每通道的達(dá)到熱平衡，需要每通道的電感電流大小一致，IC內(nèi)部處理方式：采樣每通道的電流，將各通道電流求和平均，與相電流相減，產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)Ier，再和Vcomp相減，調(diào)整各相PWM寬度，達(dá)到電流平衡，各相Ier為零時(shí)，則電流達(dá)到了平衡。電流平衡是通過(guò)檢測(cè)流過(guò)下管Rds(on)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2023/2/6此外，為提高電源工作的可靠性，還需有UVP，OVP，OCP等功能，這此功能都集成到芯片內(nèi)部。2023/2/6應(yīng)用實(shí)例.2023/2/6.輸出電壓Vo:IC內(nèi)部集成了一個(gè)有關(guān)0.9V基準(zhǔn)電壓的誤差放大器,所以:Vo=0.9*(R497+R501)/R501=2.5V2023/2/6.根據(jù)以下條件計(jì)算相關(guān)參數(shù)：Vin=5VVo=2.5VIo=3.0AFs=300KHz根據(jù)前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5Ton=0.5/300000=1.67uS設(shè)：ΔIo=Io*10%=3.0*30%=0.9AL=(Vin-V0)*Ton/ΔIo=(5-2.5)*1.67/0.9=4.7uH2023/2/6.Buck電路特點(diǎn):效率高,可靠性好工作頻率高,使電路中電壓/電流波形的快瞬變化,產(chǎn)生電磁幅射干擾.元件布局和PCB布線難度較大.輸出電壓紋波比較大.電路復(fù)雜,成本高.2023/2/6.線性電源2023/2/6線性電源分類：.2023/2/6線性電源線性電源特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生干擾，輸出紋波小，調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，功耗大，效率低，發(fā)熱量大，降低了元件的可靠性，因此線性適合用于輸入/輸出壓差小，電流小的場(chǎng)合。2023/2/6線性電源：OP+MOS形式.2023/2/6線性電源注意事項(xiàng)：

Vo=2.5*R585/(R584+R585)ID>IomaxPD>(Vin-Vo)*IomaxVg>Vo+Vgs保證漏源極間的壓差使MOS管工作在放大狀態(tài):當(dāng)輸出為靜態(tài)負(fù)載時(shí)，可在IC一二腳間并聯(lián)一小電容，減小輸出紋波；動(dòng)態(tài)負(fù)載時(shí)則不需此電容，以提高電路的動(dòng)態(tài)響態(tài)速度。2023/2/6

MOS管的工作狀態(tài)：

vDS/V

iD2023/2/6.線性電源2023/2/6.求復(fù)合管的輸出電壓：根據(jù)上圖得NPN管的Vb=R235/(r234+R235)=2.2V