【發(fā)光二極管不同驅(qū)動(dòng)技術(shù)比較研究12000字（論文）】

發(fā)光二極管不同驅(qū)動(dòng)技術(shù)比較研究摘要近年來，發(fā)光二極管照明以其節(jié)能環(huán)保、壽命長久、體積小巧等特點(diǎn)得到了迅速的發(fā)展。而其發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)不單單追求效率等基本電氣性能，同時(shí)還必須考慮更多健康化、智能化、個(gè)性化的應(yīng)用需求。本文將圍繞控制多輸出類型的變換器為核心，展開關(guān)于當(dāng)變壓器處于峰值類型電流下如何利用雙路輸出Boost開關(guān)的研究，在研究時(shí)還原了分時(shí)復(fù)用技術(shù)，通過為系統(tǒng)繪制出以開環(huán)傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的波特圖，確定系統(tǒng)所具備的穩(wěn)定性能。同時(shí)深入剖析當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于多路輸出變換器的研究情況，希望設(shè)計(jì)出以雙路輸出為基礎(chǔ)進(jìn)行反激行動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器和相關(guān)的特性曲線圖?；诖?，本文首先針對實(shí)現(xiàn)變換器單級的所需條件進(jìn)行分析，其次再對功率和占空比二者進(jìn)行了研究，接著確定兩路輸出方式進(jìn)行分配所需的時(shí)間，最后對電感的利用率等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了概述。關(guān)鍵詞：發(fā)光二極管；多路恒流輸出；驅(qū)動(dòng)技術(shù)目錄第一章緒論 第一章緒論1.1研究背景及意義隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各國也越來越重視環(huán)?？萍嫉陌l(fā)展，為了響應(yīng)低碳綠色環(huán)保的口號，人們開始著力于綠色光源的研發(fā)，其中最具代表性的就是照明光源，譬如當(dāng)前使用最多的二極管照明系統(tǒng)，其不僅高效節(jié)能，且更加健康環(huán)保，所以在多個(gè)照明領(lǐng)域中都可見到它的身影。如今，支撐科技發(fā)展的電力能源需求越來越大，而就此引發(fā)能源和環(huán)境問題不單只有中國孤身面臨，而是成了全世界都急需解決的問題，所以全球多個(gè)國家達(dá)成共識，希望能夠有效的利用現(xiàn)有的能源，減少環(huán)境的污染，重現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的綠色地球?；诖?，設(shè)計(jì)出高效節(jié)能的照明設(shè)備顯得至關(guān)重要，所以本文將圍繞可進(jìn)行環(huán)保高效的發(fā)光的二極管驅(qū)動(dòng)器為基礎(chǔ)，展開相關(guān)照明產(chǎn)品的研究，并希望以此研發(fā)出更加智能更加環(huán)保的發(fā)光二極管，為環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)出自己微薄的力量。1.2發(fā)光二極管發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.2.1發(fā)光二極管的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)60年代，第一代發(fā)光二極管誕生，其生產(chǎn)的主要原料就是鍺。隨著時(shí)間的推移，到70年代時(shí)，人們研發(fā)出了磷化鎵，并以此作為光源的主要材料，此時(shí)的發(fā)光二極管則多被用在指示器等設(shè)備上。直到80年代，以砷化鎵為材料的高亮度發(fā)光二極管才被人們研發(fā)出來，并將其直接用于供電等用途上。第一批藍(lán)色發(fā)光二極管出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代初;90年代中期，超亮氮化鎵發(fā)光二極管問世。新材料的開發(fā)使發(fā)光二極管的應(yīng)用范圍從一般照明擴(kuò)展到儀器儀表、電子顯示屏和交通信號燈。與西方發(fā)達(dá)國家相比，中國的LED芯片和外延片等制造還較為落后。當(dāng)前在國內(nèi)擁有此項(xiàng)制造技術(shù)的企業(yè)只有三家，一是位于上海的藍(lán)光公司；二是位于廈門的三安公司；三是位于廣州的普光公司。放眼望去，在當(dāng)前中國生產(chǎn)LED驅(qū)動(dòng)電源的企業(yè)中，擁有制造隔離變換器和恒流控制技術(shù)的廠家寥寥無幾，這也使得我國當(dāng)前以LED做為驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展止步不前。為了打破這一局面，一些制造芯片的企業(yè)開始從自身技術(shù)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，生產(chǎn)出了多種芯片，譬如可調(diào)光芯片、恒壓芯片等，這也推動(dòng)了以LED為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)發(fā)展。1.2.2發(fā)光二極管的發(fā)展趨勢（1）主流照明光源將轉(zhuǎn)換為發(fā)光二極管現(xiàn)如今，發(fā)光二極管的技術(shù)已經(jīng)相對較為成熟，其發(fā)光時(shí)所擁有的效率都超過了150mm/W，且使用時(shí)的壽命也能滿足需求?，F(xiàn)在市面上發(fā)光二極管的價(jià)格也約等于其他不同類型的光源（除去大功率）。因此，相對而言，發(fā)光二極管已經(jīng)具有某些優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，發(fā)光二極管實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品的發(fā)光效率達(dá)到了300mm/W以上，并且通過合理的散熱設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到更長的使用效率。原則上，其他光源幾乎沒有空間來提高其發(fā)光效率和壽命。因此，可以預(yù)期的是，發(fā)光二極管將很快成為照明市場上的主流光源。（2）窄光譜發(fā)光二極管的研究。單個(gè)發(fā)光二極管的窄光譜寬度將有助于在組裝發(fā)光二極管光譜時(shí)獲得無限的靈活性。所有發(fā)光二極管也更具有發(fā)展空間。同樣的，顯示器就是發(fā)光二極管的諸多應(yīng)用之一，如果光譜寬度能夠減小，那么一個(gè)更大的色譜領(lǐng)域?qū)⒈淮蜷_。（3）用于一般照明的白光發(fā)光二極管將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镽GB一般照明的光源是白光或接近白光。目前，市場上最具成本效益，且可發(fā)出白光的發(fā)光二極管主要是由兩種物質(zhì)構(gòu)成，一是可發(fā)出藍(lán)色光的二極管；二是YAG類型的熒光粉。但是，從理論上講，RGB方法的效率更高，并且RGB方法將使燈能夠調(diào)整光，顏色甚至顯色指數(shù)。因此，隨著綠色發(fā)光二極管的光效率的提高，相信三種原色模式（進(jìn)一步擴(kuò)展到3種或更多種單色發(fā)光二極管混色）將成為主流的白色發(fā)光二極管模式。（4）光源的兩大應(yīng)用發(fā)光二極管有可能使視覺與非視覺的應(yīng)用，最簡單的例子就是農(nóng)業(yè)照明，醫(yī)療照明和發(fā)光二極管可見光通信。相比之下，發(fā)光二極管在非視覺領(lǐng)域的應(yīng)用尚有許多問題需要解決，包括：優(yōu)化何種照明條件，需要進(jìn)一步降低發(fā)光二極管的價(jià)格。前者是一個(gè)科學(xué)問題，而后者是一個(gè)工業(yè)化問題。（5）照明技術(shù)將與信息技術(shù)深度融合，打造智能照明發(fā)光二極管作為半導(dǎo)體器件很容易操作。同理，在人們居住的，燈具必須要存在。因此，它也能為信息技術(shù)提供一定的載體。可以看出，智能照明也會(huì)越來越發(fā)達(dá)，而這也會(huì)成為發(fā)光二極管重要的發(fā)展目標(biāo)1.3發(fā)光二極管的應(yīng)用根據(jù)發(fā)光二極管本身的優(yōu)點(diǎn)，目前主要用于以下幾個(gè)方面（1）采用顯示屏和交通信號顯示光源的發(fā)光二極管燈具有防震，光響應(yīng)快，省電，壽命長的特點(diǎn)。在顯示屏上用的越來越多，分為全彩，三色和單色顯示屏。全國范圍內(nèi)正在開發(fā)和生產(chǎn)100多個(gè)單元。其次，由于信號燈里使用各種不同的發(fā)光二極管燈，也發(fā)現(xiàn)了它們具有很好的節(jié)能，且使用起來也非常可靠，因此交通信號燈在我國正一步一步不斷地完善與升級改進(jìn)。它廣泛的被人們所需要的，因此很有發(fā)展空間。（2）我國汽車燈主要包括儀表板，音頻指示器等一系列部件。由于汽車上的白熾燈很脆，非常容易就會(huì)壞，用的時(shí)間不長。上世紀(jì)末，大量制造高級剎車燈。因?yàn)榘l(fā)光二極管反應(yīng)快，可以警告駕駛員盡快制動(dòng)，以減少追尾事故。而在一些條件好的國家，高位剎車燈是小型車的必需品。上世紀(jì)末，惠普研發(fā)出的發(fā)光二極管尾燈模塊能夠組合成各種不同類型的尾燈。另外，汽車表盤及其他組件也陸續(xù)開始用發(fā)光二極管來保證照明的需求。（3）高效背光是最有吸引力的發(fā)光二極管背光。液晶背光源也采用了發(fā)光二極管的形式來制作成，因此具有壽命長，發(fā)光效率高，等一系列好處。它已被廣泛用于電子表，手機(jī)，血壓計(jì)，電子計(jì)算器和讀卡器中。發(fā)光二極管在小型電子產(chǎn)品上也有諸多背光的應(yīng)用。因此，背光制造技術(shù)將朝著更薄，更低功耗和均勻性的方向發(fā)展。發(fā)光二極管是手機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備。普通手機(jī)或PHS大約需要10個(gè)發(fā)光二極管設(shè)備，而彩色屏幕和帶攝像頭功能的手機(jī)大約需要20個(gè)發(fā)光二極管設(shè)備。當(dāng)前，手機(jī)的背光消耗非常大，每年使用35億個(gè)發(fā)光二極管芯片。并且，在中國，發(fā)光二極管也越來越多的被應(yīng)用到手機(jī)產(chǎn)業(yè)（4）發(fā)光二極管在早期發(fā)明的產(chǎn)品都有一個(gè)共同的問題那就是發(fā)光效率不高。它適用于室內(nèi)場合，并用于家用電器，儀器，通信設(shè)備，微型計(jì)算機(jī)，玩具等。就目前發(fā)展趨勢來看，傳統(tǒng)類型白熾燈終將會(huì)被淘汰，而發(fā)光二極管大有代替之勢。就日本為例，其當(dāng)前所研發(fā)的重點(diǎn)就是可發(fā)光的二極管，同時(shí)對五年內(nèi)白熾燈的使用預(yù)算做了規(guī)劃，大致為50億日元。以發(fā)光二極管的角度進(jìn)行分析，如果用其取代一半數(shù)量的白熾燈進(jìn)行照明，不僅可將原油的使用量降低60億升，還可有效減少溫室效應(yīng)，真正意義的實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。

第二章發(fā)光二極管的設(shè)計(jì)簡介2.1發(fā)光二極管的電氣特性2.1.1發(fā)光二極管的發(fā)光原理就發(fā)光二極管而言，其進(jìn)行發(fā)光時(shí)的主要材料就是固體的半導(dǎo)體芯片。譬如GaAsP等。這些半導(dǎo)體運(yùn)行時(shí)主要依賴的是PN結(jié)，而其與一般PN結(jié)有著不同的I-V特性，詳細(xì)包括以下幾個(gè)方面，一是可進(jìn)行正向的導(dǎo)通；二是可進(jìn)行反向的截止；三是可進(jìn)行擊穿；四是可進(jìn)行發(fā)光。其發(fā)光的主要工作原理如下：首先將正向偏置類型的電壓施加在電極上，然后將電子注入到P區(qū)，將空穴注入到N區(qū),最后進(jìn)入對方區(qū)域的各類載流子就會(huì)發(fā)生復(fù)合反應(yīng),此時(shí)多余的能量就會(huì)通過電子發(fā)生的輻射圖2-1發(fā)光二極管發(fā)電原理示意圖2.1.2發(fā)光二極管的伏安特性就發(fā)光二極管而言，其所表現(xiàn)的伏安特性主要依靠發(fā)光二極管內(nèi)部的芯片PN結(jié)所擁有的性能。因此發(fā)光二極管所具備的I-V特性有兩大特點(diǎn)，一是擁有非線性的特點(diǎn)，二是可進(jìn)行單向類型的導(dǎo)電,即外加正偏壓表現(xiàn)低接觸電阻,反之為高接觸電阻,如圖2-2所示。圖2-2關(guān)于發(fā)光二極管所體現(xiàn)的伏安特性曲線詳情展示圖2.1.3關(guān)于發(fā)光二極管進(jìn)行等效電路連接等相關(guān)的概述參考圖2-3，可詳細(xì)了解到發(fā)光二極管在正向方面所體現(xiàn)出的伏安特性。圖2-3發(fā)光二極管的正向伏安特性2.2發(fā)光二極管的連接方式2.2.1全部串聯(lián)以發(fā)光二極管而言，當(dāng)其進(jìn)行連接時(shí)，全部使用的是以串聯(lián)為主的方式，參考圖2-4可得知，當(dāng)所有進(jìn)行發(fā)光的二極管首尾連接在一起后，通過內(nèi)部的電流相同,換而言之，當(dāng)這些發(fā)光二極管的性能和型號等都相同時(shí)，其各自發(fā)光所擁有的強(qiáng)度也相同。以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所使用的方式是以恒壓為主進(jìn)行分析時(shí)，如果其中一個(gè)發(fā)光二極管因質(zhì)量發(fā)生故障，其他的發(fā)光二極管就會(huì)受到影響，不僅所擁有的電壓值和電流會(huì)出現(xiàn)變化，甚至無法保證進(jìn)行正常的發(fā)光。而以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所使用的方式是以恒流為主進(jìn)行分析時(shí)，某一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)生故障根本不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)電路的正常運(yùn)行,究其具體原因就是這種方式不會(huì)影響同一支路下所有發(fā)光二極管的電流?；诖耍绻l(fā)光二極管連接時(shí)全部串聯(lián)，無論使用哪種驅(qū)動(dòng)方式，都不可能保障驅(qū)動(dòng)電路的正常運(yùn)行。圖2-4關(guān)于發(fā)光二極管采用全部串聯(lián)方式進(jìn)行連接詳情展示圖2.2.2全部并聯(lián)以發(fā)光二極管而言，當(dāng)其進(jìn)行連接時(shí)，全部使用的是以并聯(lián)為主的方式，參考圖2-5可得知，當(dāng)將所有發(fā)光二極管相同的電極分別連接在一起后，其電路將擁有以下幾方面的優(yōu)勢：即一是可抵抗低電磁的干擾；二是所產(chǎn)生的噪聲較低，三是工作時(shí)的效率和容錯(cuò)性能較高。所以當(dāng)這些發(fā)光二極管的性能和型號等都相同時(shí)，其各自發(fā)光所擁有的強(qiáng)度也相同。以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所使用的方式是以恒壓為主進(jìn)行分析時(shí)，其中一個(gè)發(fā)光二極管因質(zhì)量出現(xiàn)故障不會(huì)對整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路造成絲毫影響。而以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所使用的方式是以恒流為主進(jìn)行分析時(shí),則會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)某一只發(fā)光二極管出現(xiàn)故障后，雖然驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行輸出的電流整體沒有發(fā)生改變，可其通過其他發(fā)光二極管的電流會(huì)發(fā)生改變，并對其性能造成影響?；诖耍绻l(fā)光二極管連接時(shí)全部并聯(lián)，無論使用哪種驅(qū)動(dòng)方式，都不可能保障驅(qū)動(dòng)電路的正常運(yùn)行。圖2-5關(guān)于發(fā)光二極管采用并聯(lián)方式進(jìn)行連接詳情展示圖2.2.3關(guān)于混聯(lián)的相關(guān)概述就混聯(lián)而言，其連接的方式通常由兩種，一是以串聯(lián)為首，接著再進(jìn)行并聯(lián)的方式，二是以并聯(lián)為首，接著再進(jìn)行串聯(lián)的方式，詳情可參考圖2-6。就發(fā)光二極管而言，如果多數(shù)都使用了串聯(lián)的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，不管是恒壓，還是恒流，都不會(huì)因?yàn)閱蝹€(gè)發(fā)光二極管的故障影響其他的燈管，所以這種方式極為有效，其主要的原因就是這種連接方法不會(huì)受到發(fā)光二極管本身的局限，且使用時(shí)擁有較高的可靠性。圖2-6關(guān)于發(fā)光二極管采用混聯(lián)方式進(jìn)行連接詳情展示圖2.2.4交叉陣列形式參考圖2-7可得知，以交叉陣列形式進(jìn)行連接電路的詳情展示圖。這種連接方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是可有效保證發(fā)光組件的正常性能。圖2-7關(guān)于發(fā)光二極管采用交叉陣列式進(jìn)行連接詳情展示圖2.3發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)要求原始電源有各種形式,但無論哪種電源都不能直接給發(fā)光二極管供電。所以為了保障發(fā)光二極管的正常供電，合理的設(shè)計(jì)其所使用的電源配置顯得尤為重要。因此，在設(shè)計(jì)電源時(shí)，必須要嚴(yán)格遵循以下幾點(diǎn)原則：就發(fā)光二極管自身而言，其隸屬于單向類型的導(dǎo)電器件,當(dāng)對其進(jìn)行供電時(shí)，只能使用兩種電流，即一是直流類型的電流；二是單向脈沖類型的電流。2、經(jīng)對發(fā)光二極管作為半導(dǎo)體的器件進(jìn)行分析后得知，其結(jié)構(gòu)是屬于PN結(jié)類型的,并擁有勢壘的電勢,所以其導(dǎo)通門對電壓有著嚴(yán)格的要求，只有達(dá)到一定的電壓值標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)光二極管才可進(jìn)行正常的導(dǎo)通；3、如果在驅(qū)動(dòng)時(shí)，使用恒壓的方式進(jìn)行控制，且通過發(fā)光二極管的電流不一致導(dǎo)致其各自的發(fā)光強(qiáng)度不同時(shí)，則多是由以下幾方面的因素造成：一、通過發(fā)光二極管的電流與電壓呈正比；二、電流和電壓之間的函數(shù)關(guān)系呈遞增線性時(shí)；三、生產(chǎn)二極管的工藝和材料等不同；四、即使發(fā)光二極管的型號相同，可其勢壘電壓和內(nèi)阻值也可能出現(xiàn)差異?；诖?，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路最合理的方式就是以恒流控制為主；4、當(dāng)發(fā)光二極管處于正常工作狀態(tài)時(shí)，其亮度和正向電流之間將呈現(xiàn)出正比的關(guān)系；但如果二者因工作值的原因呈現(xiàn)出反比關(guān)系時(shí)，整個(gè)電路都會(huì)無法正常運(yùn)行，所以對發(fā)光二極管的工作狀態(tài)必須進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)定；5、當(dāng)電路屬于多路輸出的狀態(tài)時(shí)，為了保證電路整體正常運(yùn)行，必須要避免各電路之間出現(xiàn)交叉等問題。

第三章多路輸出DC驅(qū)動(dòng)器當(dāng)前市場上，發(fā)光二極管燈具的輸入電源大都以市電為主，尤其是既有驅(qū)動(dòng)，又有光源的燈具，現(xiàn)在的燈具都以安全為主，已經(jīng)拋棄了原有的非隔離型方案?，F(xiàn)在市場上，使用最多的電路芯片就是AC二極管或者DC二極管，譬如型號為TOP246F的TOPSwich系列產(chǎn)品等，這些型號的芯片智能使用單路輸出的驅(qū)動(dòng)，而無法同時(shí)使用多路輸出的驅(qū)動(dòng)。在未來的市場中，主要以多路輸出的隔離型驅(qū)動(dòng)器為主，所以對這一類型的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行研究具有深遠(yuǎn)的意義。3.1LT3486驅(qū)動(dòng)電路LT3486是一種DC變換器，使用的是雙升壓?？梢酝ㄟ^兩種方式對這種類型的變換器進(jìn)行雙路輸出。第一種方法：將CTRLpins和DC電壓源連接到一起，此時(shí)PWMpins需要和不小于0.9V的電壓源連接，通過可變的直流電壓源來對經(jīng)過發(fā)光二極管的電流進(jìn)行控制；第二種方法：通過PWM信號來對經(jīng)過發(fā)光二極管串的電流進(jìn)行控制，此時(shí)CTRLpins需要和不小于1.8V的電壓源連接，詳情如圖3-1，恒定的電流驅(qū)動(dòng)輸出都是經(jīng)過專門的設(shè)計(jì)的，主要用于汽車上的總線，電壓為12V或者14V，假如允許，這兩個(gè)變換器還能對非對稱發(fā)光二極管串進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前提是這兩個(gè)變壓器必須是相互獨(dú)立的。圖3-1LT3486應(yīng)用電路示意圖借助各自的PWM引腳對這兩個(gè)發(fā)光二極管的調(diào)光進(jìn)行單獨(dú)的控制，假如PWM信號所使用的高電平，發(fā)光二極管和電阻串聯(lián),有電流流過發(fā)光二極管，當(dāng)PWM信號為低電平時(shí)，發(fā)光二極管斷開，沒有電流流經(jīng)發(fā)光二極管。通過控制發(fā)光二極管的通斷可以調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的亮度,而且不會(huì)發(fā)生色差。PWM信號頻率為100Hz時(shí),調(diào)光范圍可以擴(kuò)大到1000:1。PWM信號頻率越大，調(diào)光范圍越小。3.2單電感多輸出電路現(xiàn)在的發(fā)光二極管多路驅(qū)動(dòng)芯片都進(jìn)行了集成，形成了多個(gè)變換器，譬如LT3866，又如LT3486，都進(jìn)行了集成，形成了兩個(gè)變換器。假如通過一個(gè)變化器來對多路芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)㈦姼械臄?shù)量變少，降低驅(qū)動(dòng)器的體積，減少成本。以往的多路輸出變換器需要較多的磁性元件，體積也比較大，不同的輸出之間會(huì)進(jìn)行嚴(yán)重的交叉。但是單電感多輸出的電源能夠?qū)﹄姼羞M(jìn)行控制，同時(shí)減少芯片的數(shù)量，進(jìn)而減少多路輸出電源的體積等，為解決現(xiàn)代電子移動(dòng)產(chǎn)品的多數(shù)路電源制定了合理的方案。有一種驅(qū)動(dòng)器，將多路電感和發(fā)光二極管進(jìn)行了并聯(lián)，其通過一個(gè)電感同時(shí)輸送能量到并聯(lián)到一起的n個(gè)發(fā)光二極管，不同的輸出其的反饋回路也不同。同時(shí)將其作為同一個(gè)選擇器的輸入，而選擇器的輸出則選擇反饋電壓最小的信號，同時(shí)將其作為驅(qū)動(dòng)信號來對主開關(guān)進(jìn)行控制。在開關(guān)的每一個(gè)周期，反饋信號只能選擇一條，因此只能對一條輸出進(jìn)行控制，并不能獨(dú)立的控制每一條支路。本文研究的驅(qū)動(dòng)器的拓?fù)漭敵鼋Y(jié)構(gòu)大都是單電感多路輸出，借助各支路在不同時(shí)間進(jìn)行工作的原理，精確控制各個(gè)獨(dú)立的輸出支路。為了預(yù)防相互交叉帶來的影響，一般情況下，這種類型的開關(guān)變換器只能在DCM模式或者PCCM的模式下才能展開工作。為了方便對其進(jìn)行設(shè)計(jì)以及對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本章重點(diǎn)分析了單電感雙路輸出架構(gòu)在DCM模式下進(jìn)行工作的實(shí)際情況，同時(shí)對其進(jìn)行了研究。3.3針對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)因?yàn)榄h(huán)路設(shè)計(jì)使用的控制方法是平均電流型方法，這種方法設(shè)計(jì)起來比較麻煩，因此選擇控制起來比較容易，和電壓控制模式相比，相應(yīng)速度比較快的峰值電流模式對其進(jìn)行控制，如圖3-2所示為分時(shí)復(fù)用峰值電流型控制SIDOBoost發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器電路框圖,控制時(shí)序如圖3-3所示。每一路都將發(fā)光二極管進(jìn)行串聯(lián)，通過這種方式，將其連接起來，A路選擇的輸出電壓為voa，B路選擇的輸出電壓為vob，Vref1和Vref2分別為兩個(gè)參考電壓，將這兩種電壓進(jìn)行對比，借助誤差比較器，將產(chǎn)生的誤差分別用ve1和ve2表示。us代表的是經(jīng)過主開關(guān)的電流信號，將其與這個(gè)誤差信號進(jìn)行對比，假如us圖3-2分時(shí)復(fù)用峰值電流型控制SIDOBoost發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器電路框圖圖3-3分時(shí)復(fù)用峰值電流型SIDOBoost發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器控制時(shí)序圖

第四章隔離型多路輸出反激式驅(qū)動(dòng)器當(dāng)前市場上，發(fā)光二極管燈具的輸入電源大都以市電為主，尤其是既有驅(qū)動(dòng)，又有光源的燈具，現(xiàn)在的燈具都以安全為主，已經(jīng)拋棄了原有的非隔離型方案。最常見的新驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用比較廣泛，譬如廈門聯(lián)創(chuàng)微電子公司，該公司最新研發(fā)了一款具有較高性價(jià)比的心隔離式驅(qū)動(dòng)等。在未來的市場中，主要以多路輸出的隔離型驅(qū)動(dòng)器為主，所以對這一類型的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行研究具有深遠(yuǎn)的意義。4.1多路輸出驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖4-1所示。多路輸出變換器和多路輸出正激變換器這種變換器用（n+1）個(gè)開關(guān)來控制n路輸出，由于采用的是正激變換器，所以含有一個(gè)變壓器，n個(gè)次級側(cè)電感，這種轉(zhuǎn)換器需要較高的成本，體積也比較大。多輸出反激變換器的軟開關(guān)，選擇同步整流技術(shù)對其進(jìn)行控制。如圖4-2展示的是電路圖以及對其進(jìn)行控制的時(shí)序圖，針對時(shí)序圖進(jìn)行分析，從中可以看出，兩路輸出同時(shí)享用一個(gè)開關(guān)周期，相互之間交叉，存在干擾。不同的輸出擁有不同的反饋回路，每一回路在對應(yīng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行工作，同時(shí)對其進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)節(jié)，支路不同，其的工作區(qū)域存在相同和不同兩種，借助輸出回路的參考誤差能夠靈活的對這種工作時(shí)間區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖4-1多路輸出正激變換器示意圖圖4-2多路輸出反激變換器式軟開關(guān)及工作時(shí)間序示意圖圖4-3分時(shí)調(diào)節(jié)多路輸出反激式變換器工作原理示意圖及工作時(shí)序示意圖鑒于上述的情況，本文的AC發(fā)光二極管或者DC發(fā)光二極管大都以多路輸出為驅(qū)動(dòng)電路，比如圖4-4設(shè)計(jì)的就是雙路輸出的反激驅(qū)動(dòng)器以及對其進(jìn)行控制的時(shí)序圖。每一路都將發(fā)光二極管進(jìn)行串聯(lián)，通過這種方式，將其連接起來，A路選擇的輸出電壓為voa，B路選擇的輸出電壓為vob，Vref1和Vref2分別為兩個(gè)參考電壓，將這兩種電壓進(jìn)行對比，借助誤差比較器，將產(chǎn)生的誤差信號分別用ve1和v圖4-4對分時(shí)復(fù)用雙輸出反激驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制的時(shí)序示意圖4.2補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為了能夠?qū)⑸厦娴闹笜?biāo)一一實(shí)現(xiàn)，借助超前滯后的方式對其進(jìn)行校正，也就是說將單極點(diǎn)和單零點(diǎn)的補(bǔ)償器進(jìn)行引入，這種類型的補(bǔ)償器的特點(diǎn)如下：一是擁有較大的直流增益，二是相位比較超前。圖4-5展示的是該補(bǔ)償器的工作原理。圖4-5補(bǔ)償器工作原理示意圖從圖4-5可以看出，設(shè)置各個(gè)參數(shù)，即C1取值為0.1uF，C2取值為1Uf，R1取值為1K，(4-1)從公式4-1我們可以繪出圖4-6所示的單極點(diǎn)和單零點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的對數(shù)頻率具有的特性曲線示意圖。這種補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)有如下的設(shè)計(jì)構(gòu)思：（1）在直流處，為補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)極點(diǎn)，經(jīng)過補(bǔ)償，開環(huán)特性曲線以每十倍頻-20分貝的低頻段的斜率進(jìn)行降低，其的零誤差狀態(tài)和系統(tǒng)都比較穩(wěn)定。（2）當(dāng)傳遞函數(shù)達(dá)到最低極點(diǎn)時(shí)，將一個(gè)零點(diǎn)引入，此時(shí)90的相位超前剛好位于中頻段，對其進(jìn)行補(bǔ)償后，可以讓滯后的相位相互抵消。（3）因?yàn)榭刂茖ο蟮淖儞Q器為單極點(diǎn)，寄生電阻引起的零點(diǎn)可以用最后一個(gè)極點(diǎn)進(jìn)行抵消。圖4-6單極點(diǎn)和單零點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的對數(shù)頻率具有的特性曲線示意圖圖4-7展示的是信號較小的電壓型變換器的模型。4-7電壓型變換器小信號模型框圖校正后系統(tǒng)的波特圖如圖4-8圖4-8校正后系統(tǒng)的波特圖從圖4-7和圖4-8可以看出：在低頻段的情況下，開懷特性曲線以每十倍頻-20dB的斜率降低，其零誤差的狀態(tài)和其的系統(tǒng)都比較穩(wěn)定，在對網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)進(jìn)行傳遞的過程中，70°的相位超前剛好位于中頻段，對其進(jìn)行補(bǔ)償后，可以在高頻段對滯后的傳遞函數(shù)進(jìn)行抵消，然而開環(huán)傳遞函數(shù)則以每十倍頻40分貝的斜率進(jìn)行降低，所以系統(tǒng)能夠有效的抑制高頻所帶來的干擾。

第五章恒流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)5.1恒流控制設(shè)計(jì)高效率的單開關(guān)線性發(fā)光二極管恒流驅(qū)動(dòng)器電流閉環(huán)控制和工作波形示意圖如圖5-1和圖5-2所示。它利用采樣電阻Rs對輸出MOS的電流值采樣，然后利用負(fù)反饋原理和MOS特性，形成電流閉環(huán)，保證輸出平均電流恒定。之后利用輸入母線電壓的正弦量反相疊加到控制回路中，得到期望的凹型電流波形。為保證輸出電流紋波較小，發(fā)光二極管兩端并聯(lián)了電解電容，并不影響電流閉環(huán)。圖5-1電流閉環(huán)控制示意圖負(fù)反饋閉環(huán)回路具體來說就是當(dāng)輸出電流增大時(shí)，采樣電壓VSENS高于VREF，比較器輸出電壓Vc下降，MOS的柵極電壓VG跟隨下降，降低流過MOS的輸出電流，使輸出電流更加的穩(wěn)定。（5-1）那么，輸出電流平均值為（5-2）凹型輸入電流控制如圖5-2的工作波形所示。當(dāng)母線電壓VBUS上升時(shí)，按比例得到的電壓VCS與比較器輸出電壓Vc反相疊加的結(jié)果VG會(huì)下降，根據(jù)MOS的特性，流過MOS的電流會(huì)下降，MOS的漏極電壓VDRAIN上升，采樣電壓V圖5-2電流閉環(huán)控制工作波形示意圖5.2PWM信號調(diào)光邏輯設(shè)計(jì)5.2.1PWM信號調(diào)光邏輯PWM信號調(diào)光的工作原理主要在于通過調(diào)整PWM信號的占空比D實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的電流均值控制。如圖5-3所示，本文用PWM信號控制基準(zhǔn)電壓VREF的上下兩個(gè)MOSFET交替導(dǎo)通，得到與PWM占空比D的信息，再經(jīng)RC低通濾波后得到基準(zhǔn)電壓VREF和PWM占空比D的乘積VR。以VR作為運(yùn)放的基準(zhǔn)電壓，利用負(fù)反饋?zhàn)屳敵鲭娏骱筒蓸与娮璧某朔e最終穩(wěn)定在圖5-3PWM信號調(diào)光邏輯示意圖圖5-4PWM信號調(diào)光示意圖依據(jù)以上的邏輯，ILED代表輸出電流，D代表占空比，(5-3)為滿足實(shí)際的應(yīng)用需求，一般情況下，PWM信號最小不低于300Hz，最大不超過10KHz。設(shè)計(jì)時(shí)，用RC濾波得到較為平整的基準(zhǔn)電壓。5.2.2PWM信號調(diào)光曲線考慮到PWM占空比檢測的誤差和基準(zhǔn)電壓的誤差，為保證在PWM信號100%時(shí)必定輸出100%電流，如圖5-5所示，設(shè)計(jì)時(shí)在PWM占空比接近滿載時(shí)就認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到滿載。圖5-5PWM信號調(diào)光曲線5.3TRIAC調(diào)光邏輯設(shè)計(jì)5.3.1TRIAC調(diào)光器檢測邏輯設(shè)計(jì)TRIAC調(diào)光時(shí)，TRIAC調(diào)光器的接入和調(diào)光都會(huì)造成輸入交流電壓的相角缺失，本文根據(jù)輸入電壓的占空比確定是否帶有調(diào)光器。如圖5-6所示，VCS代表的是輸入電壓采樣信號，VBUS代表母線電壓，此時(shí)，VBUS的分壓可以用VCS圖5-6TRIAC調(diào)光器檢測結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-7(a)所示，沒有TRIAC時(shí)，檢測到的占空比較大。如圖5-7(b)所示，當(dāng)TRIAC接入時(shí)，最大角度下的占空比信號仍然明顯小于沒有接入時(shí)。(a)不帶TRIAC調(diào)光器(b)帶TRIAC調(diào)光器時(shí)最大角度圖5-7TRIAC調(diào)光器檢測工作波形示意圖5.3.2兼容性邏輯設(shè)計(jì)TRIAC使用的最大的問題在于滿足調(diào)光器的兼容性，根據(jù)TRIAC的特性，工作時(shí)需要保證擎住電流和維持電流。TRIAC調(diào)光器的原始設(shè)計(jì)是針對白熾燈、節(jié)能燈、鹵素?zé)舻日彰鳟a(chǎn)品的消耗功率，調(diào)節(jié)的最大功率高達(dá)數(shù)百瓦，而發(fā)光二極管燈泡由于節(jié)能約80%，相同亮度下功率只有幾十瓦。因此，應(yīng)用TRIAC調(diào)光器調(diào)節(jié)發(fā)光二極管燈泡可能會(huì)存在不兼容的情況。在調(diào)光啟動(dòng)時(shí)有可能會(huì)因?yàn)榍孀‰娏鞑蛔愣鴮?dǎo)致不能啟動(dòng)，在啟動(dòng)后有可能會(huì)因?yàn)榫S持電流不夠而導(dǎo)致反復(fù)重啟。不兼容的發(fā)光二極管燈泡會(huì)不亮或者閃爍，嚴(yán)重影響正常使用。本文采用有源泄放技術(shù)保證擎住電流和維持電流。如圖5-8所示，在檢測到有調(diào)光器上升沿的時(shí)候，同步進(jìn)行有源電流泄放，調(diào)光器模型不同，擎住電流以及維持電流也不一樣。擎住電流比較典型的電流最小不低于10mA，最大不超過50mA；而維持電流比較典型的電流最小不低于5mA，最高不超過10mA。本文TRIAC調(diào)光有源泄放的時(shí)序示意圖如圖5-9所示，為了提高效率，降低泄放電路每個(gè)周期內(nèi)的平均泄放損耗。在TRIAC開始導(dǎo)通階段，控制泄放電路以大電流進(jìn)行泄放，保證擎住電流足夠，TRIAC調(diào)光器可以正常啟動(dòng)；在導(dǎo)通后，控制泄放電路以小電流進(jìn)行泄放，保證維持電流，從而確保調(diào)光器不會(huì)斷開重啟。由于調(diào)光器的擎住電流和維持電流大小會(huì)有不同，設(shè)計(jì)時(shí)有源泄放電流應(yīng)保證大多數(shù)調(diào)光器不會(huì)重啟，從而達(dá)到較好的兼容效果。圖5-8有源泄放技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖圖5-9有源泄放時(shí)序圖5.4其他邏輯設(shè)計(jì)發(fā)光二極管照明實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)光二極管有可能會(huì)由于各種原因造成損壞，發(fā)光二極管損壞后，發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器應(yīng)加以保護(hù)，防止出現(xiàn)跳閘、火災(zāi)等更惡劣情況。由于外部使用情況較為復(fù)雜，發(fā)光二極管損壞原因較多，比如若是燈具散熱不佳，會(huì)導(dǎo)致燈具內(nèi)部溫度過高，發(fā)光二極管特性變差，使用一段時(shí)間后損壞；又或者裝配的時(shí)候有可能會(huì)有靜電損壞等等。發(fā)光二極管損壞后基本上可以分為兩種情況，開路或者短路。每支發(fā)光二極管約有3V左右的壓降，開關(guān)恒流型發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器中，發(fā)光二極管短路后輸出電流不變，燈光將會(huì)變暗，但采樣電流增大，MOSFET溫度升高，容易造成整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的嚴(yán)重?fù)p壞；若發(fā)光二極管開路，負(fù)載消失，輸出電壓就會(huì)升高，甚至超過輸出電解電容的耐壓，造成電解電容損壞，進(jìn)而引發(fā)整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的損壞。因此，為防止造成更大的事故，發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器需要對這兩種情況加以保護(hù)。開關(guān)型發(fā)光二極管恒流驅(qū)動(dòng)電路中，一般需要額外添加開路和短路保護(hù)電路。保險(xiǎn)絲反應(yīng)速度較慢，一般作為最終保護(hù)手段。在單開關(guān)線性發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路中，如圖5-10所示，由于發(fā)光二極管燈和MOSFET串聯(lián)，當(dāng)發(fā)光二極管開路后，回路斷開，不需要特殊邏輯保護(hù)。當(dāng)發(fā)光二極管短路后，MOSFET上承受的電壓升高，只需保證MOSFET和電解電容耐壓足夠，仍然可以工作，但輸出亮度下降，紋波上升，MOSFET損耗增大溫度升高，需要對集成MOSFET的芯片進(jìn)行過溫保護(hù)。圖5-10單開關(guān)線性發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)光二極管燈具中，溫度會(huì)影響整個(gè)電路的工作性能，半導(dǎo)體芯片的正常工作溫度一般都不超過150℃，輸出電解的壽命會(huì)隨著溫度的升高而下降，所以過溫保護(hù)是必須的。本文設(shè)計(jì)的過溫保護(hù)功能，如圖5-11所示，通過負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻將溫度信息轉(zhuǎn)化為電壓信號，當(dāng)溫度超過閾值溫度TFB時(shí)，輸出電流下降，降低整個(gè)系統(tǒng)的溫度；當(dāng)溫度仍然繼續(xù)升高，超過閾值