驱动电源设计大全11篇

驱动电源设计篇（1）

引　言

所谓“绿色照明”是指通过可行的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品，改善提高人们的生活品质。完整的“绿色照明”内涵包括高效、节能、安全、环保等四项指标，不可或缺。作为“绿色照明”之一的半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，它具有高效、节能、安全、环保、寿命长、易维护等显著特点，被认为是最有可能进入普通照明领域的一种新型第四代“绿色”学源。2003年6月17日，我国正式启动“国家半导体照明工程”。随着“绿色照明”理念的提出和推广，以半导体材料制作的LED光源被逐渐的应用到了景观照明方面，与此同时大功率的LED路灯引起了人们的广泛关注。大功率LED路灯的工作原理是，通过直流低压对大功率LED组进行点亮，从而满足人们的照明需求。大功率LED路灯不仅具有亮度高和显色性好的优势，并且因为LED路灯的需要输入的电能是低压直流，所以对电能的要求少。随着太阳能光伏发电技术的不断成熟，由于大功率LED路灯对电能的要求少，使得太阳能LED路灯作为未来道路的照明方式成为可能。在目前的LED应用过程中，由于大功率LED所需要的必须是低压直流电源，所以普通的家用交流电无法满足大功率LED的要求，即使经过了普通降压和稳压的电源也必须通过重新改良过后才能用于为大功率LED驱动电能。本文通过对大功率LED的工作特性深入探析理解，并对目前常用的一些驱动电源进行简要分析，对高效的发挥出大功率LED的优势驱动电源必须具备的哪些条件提出了多个设计要素。

一、LED驱动电路研究的意义和价值

LED路灯是低得罟、大电流的驱动器件其发光的强度由流过LED的电流决定电流过强会引起LED的衰减电流过弱会（dian4　liu2　guo4　ruo4　hui4）影响LED的发光强度因此LED的驱动需要提供恒流电源以保证大功率LED使用的安全性同时达到理想的发光强度。用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC（功率因素校正）和恒流问题还需有比较高的转换效率有较小的体积能长时间工作易散热低成本抗电磁干扰和过温、过流、短路、开路保护等。本文设计的PFC开关电源性能良好、可靠、经济实惠且效率高在LED路灯使用过程中取得满意的效果。

LED由于节能环保、寿命长、光电效率高、启动时间按短等众多优点，成为了照明领域关注的焦点，近年来发展迅速。由于LED独特的电气特性使得LED驱动电路也面临更大的挑战，LED驱动电路关系到整个LED照明系统性能的可靠性。因此为防止LED的损坏，这些都要求所设计系统能够精准控制LED输出电流。目前采用的稳压驱动电路，存在稳流能力较差的缺点，从而导致LED寿命大为缩短。

当前，直流输入LED驱动电源已经发展了较长的一段时间，电路已比较成熟，而用于市电输入照明的LED驱动电路，很多采用交流输入电容降压及工频变压器降压，电源体积过大，输出的电流稳定性差，性能很低。目前针对市电输入的降压驱动电路是当前LED驱动市场的难点和热点。LED照明时一种绿色照明，其驱动电源的输出功率较小，在此情况下实现电源的高效率是另一大难点。同时，由于LED的使用寿命理论上长达10　万小时，这要求驱动电源很高的可靠性。

二、设计方案

HV9910　应用恒定频率峰值电流控制的脉宽调制（PWM）　方法，采用了一个小电感和一个外部开关来最小化LED驱动器的损耗。不同于传统的PWM控制方法，该驱动器使用了一个简单的开/　关控制来调整LED的电流，因而简化了控制电路的设计。

2.1　电路的特点

1）无需电解电容及变压器，这样增加了电源的使用寿命。如果LED驱动器理有电解电容，那寿命主要取决于电解电容，电解电容的使用寿命有一个大家公认的近似计算法则：即温度每下降10　度使用寿命增加一倍。比如说标称105　度2000　小时的电解电容，在65　度下使用寿命大约是32000　小时。

2）高效率。这款灵活简单的LED驱动器IC效率超过93%，可减少相关元件的数量，从而降低了系统成本。HV9910　可将调整过的85V至265Vac　或8V至450Vdc　电压源转换为一个恒流源，从而为串连或并联的高亮LED提供电源。

3）电路简单，仅需一个芯片HV9910　的实现就能实现所有的功能，没有用到变压器，提高了功率的效率，减少了空间，增加了系统的可靠性。

2.2　电磁兼容，高PFC、过EMI

采用高PFC　功能电路设计的室外LED　路灯电源，内置完善的EMC电路和高效防雷电路，符合安规和电磁兼容的要求。再用电压环反馈，限压恒流，效率高，恒流准，范围宽，实现了宽输入，稳压恒流输出，避免了LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED得亮度稳定。整机元件少，电路简单。

2.3　电源的PCB设计

本文在PCB　布局过程中，将易受干扰的元器件、输入与输出元件、具有较高的电位差的元器件或导线间距离尽可能加大，提高电路的抗干扰能力。

本文遵守以下原则进行PCB布线：

1）尽量避免相邻的线平行排列，平行走线的最大长度小于3cm，避免线间电容使电路发生反馈耦合和电磁振荡；

2）为避免高频回路对整个电路的影响，尽可能减小其面积，并使用较细的导线；

3）合理设计PCB导线的宽度，电源进线线宽1.5mm，开关电源输入线的相线与中线间距3.5mm，电源地与输出地间距、变压器的初级与次级间距均大于8mm；

三、可靠性设计

要在照明领域中大量使用大功率白光LED，只有保证大功率白光LED驱动电源安全可靠地工作，才能保证大功率白光LED的长寿命和发光亮度稳定。

3.1过压过流保护

在实际使用中，会出现负载短路或者空载的情况，会造成整个驱动电源的破坏，所以在驱动电源设计的时候，需要增加过压与过流保护。

3.2隔离保护

LED是低电压的产品，当驱动电源的开关损坏时，也不能有危及负载的高电压出现。所以要求电路的负载电路做到隔离保护。

3.3浪涌保护

在实际应用中，电网很不稳定，尤其是雷雨季节，会有浪涌电压存在，所以在驱动电源设计时，要考虑到整个产品的防雷，尽量避免在异常时造成永久性的破坏。

驱动电源设计篇（2）

关键词:发光二极管背光;冷阴极荧光灯;色彩还原性;单片机

中图分类号：TN141 文献标识码：B

The Driving Circuit Design of a Direct Illumination-type LED Backlight

LI Xiu-zhen1,ZHANG Kai-liang2,Ma Li2,XU Yan-wen2

(1.Beijing BOE CHATANI Electronics Co.,Ltd.,Beijing 100176,China;2.BOE Technology Group CO.,Ltd.,Beijing 100016,China)

Abstract：CCFL is used in the traditional backlight, which has bad color gamut and contains hydrargyrun steam which is harmful to human body. As a new kind of backlight, LED backlight has better color gamut, longer life-span; and is friendly to environmental. It also does not containhydrargyrun. A direct illumination-type LED backlight is designed in this paper, which has a goodoptical effect, and can be adjusted by PWM. Each LED can be controlled separately in this design. This paper can also be used for the design of medium-sized and large size LED backlight.

Key Word：LED Backlight;CCFL;color gamut;single-chip microcomputer

引言

LCD显示器自身并不发光，为了可以清楚的看到LCD显示器的内容，需要一定的白光背光源[1]。背光源是存在于液晶显示（LCD）显示器内部的一个光学组件，由光源和必要的光学辅助部件构成。传统的LCD背光源采用的是冷阴极荧光灯（CCFL），色彩还原性差，含有对人体有害的汞蒸汽。LED背光源色彩还原性好、寿命长；不含汞，有利于环境保护。LED背光源的色彩还原性可以达到NTSC (National Television System Committee)标准的105%甚至120%以上。而一般CCFL灯管，仅能提供NTSC标准的72%[2]。就驱动电路而言，传统的CCFL背光，驱动线路十分复杂，要求上千伏特的驱动电压，利用专门的逆变器才能驱动起来。而LED可以低电压工作，控制较为方便。LED的诸多优点使得LED背光方案备受关注[3][4]。

本文所设计的直下式LED背光源，每四颗白灯中间有一颗RGB三合一的LED。经测试，所设计的LED背光系统，单灯电流精确可控，光学效果良好，支持PWM调光。

1 硬件结构设计

本文利用单片机作为LED的控制核心器件，选用专用驱动IC，实现整个LED背光的静态显示。硬件整体设计框图如图1所示。驱动芯片共有16通道，每个通道控制一个LED芯片。驱动芯片采用级联方式。设计中，利用单片机产生PWM方波对LED进行亮度控制。单片机处理缓存管理、亮度和点校正数据的输出。DC/DC模块给各模块供电。通过给接口提供电源、产生驱动指令信号，来点亮LED。

1.1 LED阵列及电源模块设计

LED阵列由45颗白灯和32颗RGB三合一灯组成。图2为LED阵列的分布图。白灯和RGB灯由不同的驱动芯片进行单独驱动。每颗LED芯片单独驱动。

电源模块如图1所示。电源模块（DC/DC）采用Buck转换器将12V电源转换成各个模块所需电源。整个系统需要3.5V、5V、10V和12V的电源。RGB三合一灯需要3.5V电压；白灯需要10V电压；MCU需要提供5V的电源电压。整个系统输入电压12V，此电压由外部电源转换器提供。

1.2 驱动芯片特性

驱动芯片具有点校正和灰阶调光的特点。共有16通道，每通道都可实现对LED的恒流驱动，每通道最大驱动能力80mA，每个通道可以通过PWM方式根据内部亮度寄存器的值进行4,096级亮度控制，内部每个通道亮度寄存器的长度是12位，另外，每个通道LED的驱动电路由内部6位的点校正寄存器的值进行64级控制，而且驱动电流的最大值可通过片外电阻设定。图3为驱动芯片的结构框图。（GS移位寄存器为亮度移位寄存器，DC移位寄存器为点校正移位寄存器。）

1.3各种控制信号

MCU通过SIN、MODE、XLAT、SCLK、GSCLK和BLANK接口控制驱动IC，从而控制LED阵列。

SIN为串行数据输入；

MODE为多功能输出端子，当MODE=0时，处于GS模式(亮度信号输入模式)，当MODE=1时，处于DC模式（点校正信号输入模式）；

SCLK为串行数据移位时钟,在每个SCLK的上升沿，当MODE=0输入数据和输出数据移入和移出内部192位（16通道×12）的亮度串行移位寄存器，当MODE=1输入数据和输出数据移入和移出内部96（16通道×6）位的点校正串行移位寄存器；

XLAT为数据锁存端子。在XLAT的上升沿，如果MODE=0，亮度串行移位寄存器锁存到亮度控制寄存器，随机控制亮度PWM输出，如果MODE=1，点校正串行移位寄存器锁存到点校正控制寄存器，控制电流的输出；

GSCLK为PWM控制的参考时钟；

BLANK为清零端子。当BLANK=1,所有的输出通道清零，GS计数器复位。当BLANK=0时，所有的输出通道由GSCLK控制；

SOUT为串行数据输出。驱动芯片间通过SOUT-SIN管脚级联。

2 软件程序设计

整个单片机控制LED的显示程序用C语言编写，主程序包括：单片机初始化、亮度移位寄存器和点校正移位寄存器数组初始化、单片机通过SPI模式与驱动芯片通信。主程序流程图如图4所示。单片机初始化包括输入输出端口定义、关闭看门狗、时钟初始化、端口初始化，以及定时器和中断的初始化设置。

两个二维数组分别传送GS数据和DC数据。两层嵌套循环发送数据。GSCLK在驱动芯片工作期间一直提供时钟。MODE=0，GSCLK计数，当其输出4,096个脉冲后，也即12位的每通道驱动芯片的亮度值通过并/串转换后输出，输出亮度后置MODE=1，从DC寄存器读取6位点校正数据，并/串转换后输出，这样完成了一个通道数据的输出，将一行对应所有的通道数据输出完毕后，BLANK输出一个脉冲，使整个驱动芯片复位。从MCU到驱动芯片的数据传送过程中，驱动芯片所有输出关闭，即BLANK=1。BLANK置高电平后，输出关闭。GS计数复位。

3 LED背光系统

本文所设计的LED背光源是直下式结构。主要包括：LED灯、驱动板、膜材、底反射片，边框、上框架。每四颗白灯中间有一颗RGB三合一的LED。膜材结构为：一层扩散片一层BEFⅢ+一层DBEF。背光源的色坐标为（0.29，0.28）,亮度为9,000nit，均齐度90%，色彩还原性达到105%@CIE1976。LED间电流匹配度可达1.5%。经测试，本文所设计的LED背光系统，单灯电流精确可控，光学效果良好，支持PWM调光。图5为点亮后的LED背光源。

4 结 论

设计了一种基于单片机实现直下式LED背光源静态显示的方法。针对其功能和特性，解决了相关部分的电路设计，并在所开发的系统上实现PWM调光。实验证明：该系统单灯电流精确可控，光学效果良好。中尺寸、大尺寸LED背光源均可借鉴使用。

参考文献

[1]黄启智，LCD显示器的背光技术分析及应用[J].漳州职业技术学院学报,2008,(1).

[2]刘敬伟,王刚,张凯亮,张丽蕾,等. 大尺寸液晶电视用LED背光的设计和制作[C].中国平板显示学术会议, 2006.

[3]王大巍,王刚,李俊峰,刘敬伟.薄膜晶体管液晶显示器件的制造、测试与技术发展[M].北京：.机械工业出版社.

驱动电源设计篇（3）

中图分类号：TN141.9 文献标识码：B

The Drive Circuit Design and Dynamic Backlight Control

Based on FPGA

ZHANG Wei-wei1,2, FANG Yong1,3, LV Guo-qiang1,2,3

(1. Key Laboratory of Special Display Technology, Ministry of Education, Hefei Anhui 230009, China; 2. School of Instrument Science and Opto-eIectronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei Anhui 230009, China; 3. Academe of Opto-electronic Technology, Hefei University of Technology, Hefei Anhui 230009, China)

Abstract: LCD can not do without the auxiliary of backlight, while now most monitors attaching backlight with a constant brightness, have some problems, such as display motion blur, low contrast, more power dissipation and so on. In this paper, I describe a way of frame by frame analysis of video, then selecting the best of backlight controlled by the FPGA design of the dynamic backlight. In the experiment we use the TI's TLC5947, with multiple output channels, which can be applied to large-scale display

Keywords:FPGA; TLC5947; dynamic backlight

引 言

当代LCD显示大部分采用的是冷阴极射线荧光灯（CCFL）背光或LED静态背光，由于CCFL亮度不易控制并且响应速度慢，造成能源浪费和动态模糊。LED静态背光效果虽好，但是其耗能也较为严重，另外恒定亮度的背光使得图像的对比度下降，显示效果不理想。对图像RGB像素进行分析，在某些区域适当地采用低一级亮度的LED背光，不仅可以节能，而且会扩大图像显示的对比度，消除动态模糊现象。

1设计方案及其原理

动态背光源表面上是个整体，其实内部在制作原理图时已经将之分成多个区域，分别控制其各自的亮度。可知背光灯的密集度越高，划分的区域越多、面积越小，显示出来的整体效果会越好。但是从成本、经济价值、制作工艺、节能等方面综合考虑，可知灯的数目不可能无限多，划分的区域也不会无限密集，但是总可以找到一个最合适的设计规格。

RGB色彩模型是工业界的一种颜色标准，通过RGB模型为图像中每一个像素的RGB分量分配一个0～255范围内的强度值。RGB图像只使用三种颜色，按照不同的比例混合，理论上在屏幕上呈现16,777,216种颜色。在本系统只有RGB各个分量不能直接得到我们需要的亮度控制参数Ki，需要经过FPGA运算得到图像各个像素的灰度值，然后再计算。

对图像进行灰度计算的基本思想是将每个像素的RGB三种颜色成份的值取平均，然而由于人眼的敏感性，这种做法效果并不好，应该是每个分量需有一定的权重，计算公式如下所示。

C=0.299R+0.587G+0.114B（1）

（1）为灰度计算公式，可直接由RGB各个分量计算得到像素的灰度值，当然可以整体的放大或缩小，即乘以一个共同的系数。

L=Tmax×C'×B（2）

（2）为由像素灰度求亮度公式，其中Tmax为最大透过率，在同一个系统中为一固定值，可不予关注，γ为RGB像素矫正因子，B为背光源亮度值。当背光源的亮度变为原来的即B'时，为了使人眼观察灰度C'像素的亮度不发生大的变化，应使两次得到的值一致，即：

解方程可以求得

一般情况下，灰度的调节由8bit数据控制，即可以将灰度值由0～255，分成256份，其中每一份代表一个灰度级别（本实验中所使用驱动芯片的灰度级别为4,096）。所以可以令控光参数Ki：

其中Cmax为各个分割区域中的最大灰度值，Ci为各个相应区域的最大灰度值，计算得到的区域控光参数Ki来调节FPGA的输出，来调节背光板亮度，从而可以得到校正后各个像素的RGB值分别为：

如方案图所示，最后将由控制器输出的行、场同步信号和校正后的RGB信号等传输给LCD板。

方案中SDRAM的主要作用有两个：一是在FPGA处理不及时的情况下，用来存储从图形控制器传过来的行、场同步信息和RGB数据信息等；二是存储FPGA处理过的数据，单LCD板未来得及处理的信息。这样设计的目的在于达到数据不丢失，信息传输更及时的效果。

2驱动电路设计

在驱动芯片的选择上，我们用TI公司的TLC5947，每个通道由12bits PWM脉宽调制，具有24路输出通道，所以一个数据传递周期将会接收288bits数据。芯片所需电压为3.0～5.5V，有温控系统，当芯片的温度过高时会自动断开，以保护芯片。

从芯片的引脚25可以看出，此款芯片支持级联，可以多个芯片共同工作以驱动更大规模的显示屏幕。从引脚1到引脚24，每个输出通道由12bit输入数据来控制，其内部含有4MHz的晶振，输入数据与212即4,096的比值即为输出脉冲的占空比，从而实现对背光源相应区域的PWM调制。从中可知，TLC5947将灰度分为4,096级，我们可以大尺度、精密地细分背光源的亮度，以达到更好动态背光效果。

驱动电路中的电阻由所驱动LED灯的电流决定，具体详情可以参考TLC5947配置表格（如表1所示）。芯片对输入的SCLK、XLAT、BLANK等信号有严格的时序要求，电源与地之间的电容主要起到一个滤波作用，尽量值选大些。

3软件设计

本款芯片的控制信号由Altera公司的型号为EP1C3T144C8的开发板供给，晶振为50MHz。

从实验得到的效果来看，该款芯片的数据传输机理为：每个传输周期，每遇SCLK上升沿将会从SIN口读入1bit数据存入寄存器，在SCLK下降沿时，将读入的数据从SOUT传出（内部对数据仍有保留）输给下一级，直至读入288bits数据。每12bits为一组，分别送到各自的通道，并且每组数据先读入的居于较高位，然后依次排列。例如，读取的数据按时间先后排列为1、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、0，则相应的控制信号为100000000000，那么控制通道的占空比即为＝50%。根据PWM调制面积相等的原则，有效电压约为提供电压的一半。

按照仿真条件的要求，SCLK时钟信号需要在每接收完288bits时有段时间的低电平，尽量满足芯片的时序要求。另外，控制信号BLANK在每个周期空闲时（不传输数据时），需要有个高电平变换，这样可以将锁存器里面的数据清零，以便接受新一轮的控制数据，否则，灯的亮度明显会偏暗。

RGB数据经过FPGA的处理，转换为相应的灰度值，然后再计算出相应的控光参数Ki（我们可以分的灰度级别不超过4,096），传输给TLC5947的SIN，即可以实现动态背光调节。

4结论

通过理论分析和实验测试，动态背光调节控制系统在节能和提高图像显示对比度等方面做得都较好，这在重视节能减排、建设和谐社会的今天以及对LCD显示器的未来发展都具有很好的应用前景。

图7即通过FPGA控制以及基于图像像素控制得到的动态背光调节效果图，从中可以看到，如果在以前LCD静态背光的条件下，则所有背光LED灯的亮度将会和最亮的（右下角）一致，而现在我们将之分割为各个不同区域，使得每个区域均有自己的最佳亮度，而不必以整个图像最亮一点为标准，并且不影响显示效果。这样，也就实现了我们预期的动态调节的目的。

参考文献

[1] 高鸿锦，董友梅 .液晶与平板显示技术[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2007.

[2] 李宏，张家田. 液晶显示器件应用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

[3] 全子一，门爱东，杨波. 数字视频图像处理[M]. 北京：电子工业出版社，2005.

驱动电源设计篇（4）

1.SLD光源简介

SLD光源（Super Luminescent Diode）能在宽谱范围自发辐射光子，再受激放大产生激光，和一般的带宽光源比，它具有功率高、光谱宽、体积小、重量轻的特点。其辐射特性具备了半导体激光器和半导体发光二极管的优点，具有较短的时间相干性和较长的空间相干性，能有效的耦合进单模光纤。如今SLD光源广泛应用于光纤传感、光纤通讯、临床医学等。但由于其功率稳定性和光谱稳定性易受光源管芯温度以及驱动电流影响，因此我们需要针对光源进行温度控电路以及恒流驱动电路的设计。

本文所用的SLD光源主要有3个部分组成：发光管芯、热敏电阻、半导体致冷器（TEC）其中发光管芯发出光，是光源的最主要部分；热敏电阻通过其阻值变化来反应温度，从而起到温度探测器的作用；而TEC在相应的驱动电流作用下发热或者制冷，从而控制和稳定光源管芯的温度。

2.温度控制电路设计

如上文所言，我们所使用的是热电致冷器（Thermoelectric Cooler，TEC）。TEC是利用帕帖尔效应制成的，所谓帕提尔效应是指电流流过由两种不同的材料制成的半导体电偶时，一端吸热一端放热的现象。在实际电路中，可以通过控制流经TEC的电流方向而使TEC加热或者制冷从而对目标器件进行温控。

本文所使用的温度探测器种类是热敏电阻，其阻值会随着温度的变化发生明显的改变，我们可以用Steinhart-Hart方程来描述其阻值随着温度改变而发生改变的情况。

（上面即为Steinhat-Hart方程，其中R为热敏电阻在某温度下的阻值，单位为欧姆，A、B、C为热敏电阻的Steinhart-Hart系数，T为该对应温度，单位为摄氏度。）

我们实际所用电路工作流程如下，首先我们设定一个高精度设置点电压，然后调节温度控制器输出给热敏电阻一个高精度恒流，则该热敏电阻上的电压反映光源管芯的温度，当实际温度不等于设置点温度时，也就是设置点电压和实际工作温度电压不同时，则电压差值会通过比例积分微分电路（Proportion Integrator Differentiator，PID，该电路位于控制器内部）调节后最终使温度控制器输出给TEC一个驱动电流，该电流方向与上述电压差正负情况相关，从而使TEC制冷或者加热，最终使光源管芯的实际温度电压达到设置点电压，也就是实际温度达到设置点温度，从而完成我们的温度控制目的。

3.恒流驱动电路设计

因恒流电路的设计思路和基本调节原理和温控电路类似，这里不再赘述。我们所使用的恒流源具有体积小、稳定性高、精度高、方面调节的优点，同时在其内部也有比较完备的防过载保护电路，能够保证SLD在工作时的安全性。使用时直接按照相关说明把该恒流源接入电流并调节输出电流大小即可。

4.实验数据分析

利用上面所示电路驱动我们的8脚的中心波长1310nmSLED光源，经过将近20分钟，待温度基本稳定以后，使用采集卡采集相关数据。由于采集卡的频率是1000Hz，所以在计算时我们每取1000个点求一次平均，最终处理的结果如下。

4.1 温度控制电路

如图2所示，以某次将近50分钟的测试情况来看，温度基本在33.9℃附近。经过计算，我们最终得出的温度稳定度为：0.1968℃，符合我们的0.2℃的指标。多次重复实验后，结果与此类似，稳定度都在0.2℃以内。

4.2 恒流驱动电路

如图3所示，经过将近50分钟的测试，输出电流在123.4mA左右。进一步计算得出电路稳定度为0.01438%，符合我们0.02%的指标。同样经过多次实验，结果也均类似，均未超过0.02%。

5.结论

我们对所设计的SLD光源驱动电路进行了一系列的测试，结果表明，温度控制电路和恒流驱电路动具有较高的稳定性，同时结合光谱仪的相关测试结果，表明上述电路能够保证光的输出功率稳定和光谱稳定。

参考文献

[1]裴雅鹏，杨军.SLD光源驱动电路的设计与实验研究[J]光学仪器，2005，12：58-61

驱动电源设计篇（5）

1 引言

LED照明以其发光效率高，使用寿命长，亮度控制简单和环保的优势，迅速受到广大用户的欢迎。作为新型的节能光源，LED灯具会逐步地取代传统的白炽灯泡。LED照明的不断普及对调光和控制技术提出了越来越高的要求。当前用户主要关心的是，LED灯具必须要使用安全、重量轻、寿命长、不影响用户健康，并可适用于现有的调光设备以及可以承受的价格。并且LED照明灯具调节亮度功能的调光器目前在LED照明上显得十分的重要，也是目前LED灯具和显示屏等必须注重的环节。如今LED照明灯具已经成为21世纪新型的主流技术，标志之一就是大量LED照明灯具标准和规范的陆续出台。目前照明既要用针对白炽灯的调光器来实现调光控制功能，又要实现高功率因数性能，因此对目前的LED驱动电源设计提出了更高的要求，是否兼容白炽灯的调光系统，是否满足新的数字化调光系统的需求等，这些都是以后我们在LED驱动电源设计是必须解决的问题。

2 LED调光技术分析

随着照明灯具的飞速发展，用户对照明灯具智能化程度的要求越来越高，希望通过智能化调光能进一步实现节能减排，而LED的可控性特点非常好的顺应了市场的需求，可以做多种调光方式满足不同用户的各种需求，以下我们简单分析目前大量应用的几种LED调光技术。

2.1 （TRIAC）可控硅调光技术

普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅来调光。因为白炽灯和卤素灯是一个纯阻器件，它不要求输入电压一定是正弦波，因为它的电流波形永远和电压波形一样，所以不管电压波形如何偏离正弦波，只要改变输入电压的有效值，就可以调光。采用可控硅就是对交流电的正弦波加以切割而达到改变其有效值的目的。负载是和可控硅开关串联的。可控硅调光电路的原理图和波形图如图1所示：

改变可变电阻的分压比就可以改变其导通角，从而实现改变其有效值的目的。通常这个电位器带一个开关，接在n的输入端，用于开关灯。

LED灯要想实现可调光，其电源必须能够分析可控硅控制器的可变相位角输出，以便对流向LED的恒流进行单向调整。在维持调光器正常工作的同时做到这一点非常困难，往往会导致性能不佳。问题可以表现为启动速度慢，闪烁、光照不均匀，或在调整光亮度时出现闪烁。此外，还存在元件间不一致以及LED灯发出不需要的音频噪声等问题。这些负面情况通常是由误触发或过早关断可控硅以及LED电流控制不当等因素共同造成的。误触发的根本原因是在可控硅导通时出现了电流振荡。可控硅导通时，AC市电电压几乎同时施加到LED灯电源的LC输入滤波器，施加到电感的电压阶跃会导致振荡。如果调光器电流在振荡期间低于可控硅电流，可控硅将停止导电。可控硅触发电路充电，然后重新导通调光器。这种不规则的多次可控硅重启动，可使LED灯产生不需要的音频噪声和闪烁。设计更为简单的 EMI滤波器有助于降低此类不必要的振荡。要想实现成功调光，输入EMI滤波器电感和电容还必须尽可能地小。

2.2 脉冲宽度调制（PWM）调光技术

驱动电源设计篇（6）

目前，太阳能路灯应用日趋广泛，太阳能路灯采用蓄电池供电，供电电压一般在12.6V左右，采用大功率LED光源取代了传统的无极灯和钠灯，LED照明光源功率一般在10W到60W之间，需要的驱动电压与LED灯珠串联数相关，电压一般均在15V以上，需要的驱动电流与LED并联数相关，一款好的驱动电源能够有效的提高蓄电池的使用寿命，减小大功率LED光源的光衰，因此，设计一款蓄电池供电功率可调的LED驱动电源，具有很好的应用价值。

一．功率照明LED的特性

大功率照明LED利用PN结发光的原理，PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当PN结处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关[1]。目前，路灯LED灯具均采用1W功率LED芯片，采用多串多并的方式构成不同功率的光源。1WLED光源的正向工作电压一般情况下为3.2V，正向工作电流IF一般为350mA。功率LED芯片是低电压、大电流驱动的器件，其发光强度由流过LED的电流大小决定。电流过大会引起LED光衰减，电流过小会影响LED的发光强度。因此，LED的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。在LED照明领域，为体现出LED灯节能和长寿命的特点，正确选择LED驱动IC至关重要。没有好的驱动IC的匹配，LED照明的优势无法体现出来。

二．功率LED驱动电源的设计

（一）XL6006简介

XL6006是芯龙公司设计的一颗突破传统电路拓扑结构，结合HVBCD工艺，大电流，高压DC/DC升压恒流LED驱动IC，有如下特点：1.具有较宽的直流3.6V到32V输入电压范围（低压可以兼顾锂电供电）2. 最高升压可到60V，可驱动串联16颗1W LED；3. 最大开关电流5A，可驱动0~50W功率的LED；4. EN脚可实现PWM调光，且自带软启动功能；5.低至0.2V参考电压，可以有效提高系统效率 6.输出60V过压保护功能； 7.内置过热保护功能。其优势为：宽电压输入，大电流输出，电路简单。 XL6006应用简单，其普通DC/DC升压拓扑结构，效率高达95%，适用于基于LED的汽车、路灯、太阳能灯及LED背光驱动的应用。

（二）XL6006电路设计

XL6006是一个180KHz的固定频率PWM降压DC-DC转换器，5A开关电流能力，该电路应用简单，外部元器件比较少。鉴于LED领域的系统需求，内部除了常规的限流电路，过温度保护，开路保护外，还内置了专用LED的CC。CC是通过电阻RCS测量LED电流并实现电流模式控制，在正常工作情况，LED电流由0.22V的PWM控制器内部参考电压除以RCS电阻值所决定。即I=0.22V/RCS，因为RCS两端的电压降在正常工作条件下将一直保持在0.22V，OVP是芯片内部有开路保护，保护电压52V左右，芯片外部通过电阻R1和R2测量输出电压并实现电压模式控制，实现二次开路保护，一般OVP设置为比正常输出电压高20%。在芯片正常工作的时候，CC起作用；当CC这一路出现问题，OVP钳位输出电压，使LED不会承受较大功率而烧毁。PWM调光这一块也可以调节1脚EN来实现，EN的逻辑关系是一旦这一点电位高于1.4V，芯片输出正常。低于0.8V芯片不工作。由于芯片本身的频率只有180K，内置软启动电路电路，所以在一定占空比的条件下，PWM 调光的速率不应该太快，建议在100KHZ-300KHZ；也可以通过FB来实现对芯片的PWM调光控制，高电平高于1V，芯片关断，低于0.3V，芯片开启[2]。XL6006电路如图1所示。

XL6006电路采用了4位拨码开关，分别连接了4个高精度低阻值电阻，4个电阻的阻值分别为0.15欧、0.18欧、0.24欧、0.36欧；根据官方公司提供的公式I=0.22V/RCS可知，4路的电流分别为1466mA﹑1222mA、917mA、611mA， 可以分别支持5并﹑4并、3并、2并LED光源。L1为大电流磁环电感，用于升压；SS36为4A肖基特二极管，D10为56V稳压管，R19电阻用于空载时对XL6006芯片进行保护；BV+ BV-为蓄电池接入正负极，LV+ LV-为LED光源的正负极。D11是PWM信号的接入单向二极管，防止信号反串。

（三）功率调节电路设计

PWM是脉宽调制的缩写，实际上是脉冲波形，其最重要的一个技术指标是占空比。占空比是指脉冲波形中，高电平时间在周期里所占的比例。如果用PWM波作为驱动信号，可以控制送到负载上的“等效电流”值，通过调节PWM波的占空比，调节负载上的等效电流，又因为LED光源的光的强度与通过的电流有关，所以调节调节PWM波的占空比，即可调光。

因此调光电路的设计就是要设计产生占空比可调的PWM信号的电路，利用555定时器可以容易的产生PWM信号。占空比可调PWM信号发生器电路如图2所示。

如图2所示，555定时器与R1、R2、W1、D1、D2和C1组成了无稳态多谐振荡器，D1和D2分别为充电放电的导引管[3]。

以上公式不管W1如何调节，脉冲周期是不变的，占空比是变化的。

三．结束语

本设计的太阳能路灯LED驱动电源性能稳定，可支持多并多串LED光源，LED光源功率范围在6W-48W之间；并采用555定时器产生PWM信号实现了功率可调，经测试系统转换效率高达90%以上，具有功耗低、性能稳定等特点。目前已经进入大批量生产，并取得了较好的使用效果。此解决方案对从事太阳能相关产品的研发具有一定的参考价值。

参考文献：

驱动电源设计篇（7）

中图分类号： TN86?34； TK513 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）06?0168?03

Abstract： Aiming at the application of the high?power constant current driving technology in solar LED street light， a design method of the high?power LED constant driving power supply is introduced. The working principle of Boost switching power supply and element parameter calculation method of its driving power supply are given. The efficiency of the designed power supply was tested. Its conversion efficiency is 92% while the step?up ratio is 1.4. The test results show that the constant current driving power supply of the LED street lamp has high conversion efficiency and a certain practical value.

Keywords： solar street lamp； LED； constant current driving power supply； switching power supply； XL6006

0 引 言

太能是人们公认的清洁能量[1]。随着太阳能光伏发电技术发展和大功率LED生产工艺水平的提高，光伏太阳能LED路灯[2]作为一种高效、环保、节能、绿色照明[3]，在照明领域中得到推广与应用[4]。LED是一种半导体发光器件，其寿命极易受到温度影响[5]。为了延长太阳能LED路灯的使用寿命，要采用恒流驱动电源[6]来驱动太阳能LED灯。

针对大功率的恒流驱动技术在太阳能LED路灯中应用，本文介绍了大功率LED恒流驱动电源设计方法与技术。本LED路灯恒流驱动电源具有转换效率高，成本低廉等特点。

1 Boost开关电源工作原理

太阳能路灯采用的大功率LED灯，一般是由小功率的LED灯串联而成；因此，在太阳能LED路灯照明系统中，需要一个升压式开关电源（DC/DC变换电路[5]）来驱动大功率LED照明灯。升压式开关电源的原理图[5]如图1所示，其中：L为功率电感；A1和A2构成PWM调制电路；D为续流二极管；C为滤波电容；RL为电源的负载。图2（a）为当T闭合时的等效电路，图2（b）为当T 断开时等效电路。在图2中，当电路工作在稳态时，电感器上的电流的变化量相等， 根据电路知识可得到如下等式：

[UiTON=（Uo-Ui）TOFF] （1）

式中：TON为开关闭合时间；TOFF为开关断开时间，令D1=[TONTS]，D2=[TOFFTS]；TS为开关周期，利用D1+D2=1关系式，可得到输出电压与输入电压的关系：

[UoUi=11-D1=1D2] （2）

分析可知电感纹波电流、开关频率和电感之间的关系为：

[ΔiL1=1LfsUiD1] （3）

式中，电感器的纹波电流大小与输入电压Ui和占空比D1成正比，与电感量L和开关频率fs成反比，它是选定电感量的重要的理论依据。

当转换器工作在稳态时，得电感上的平均输入电流如下：

[ILA=Io（1-D1）] （4）

式中：ILA电感上的平均输入电流；Io为平均输出电流。

2 太阳能LED路灯恒流驱动电源设计

2.1 电路原理图

图3为LED路灯用的恒流驱动开关电源的电路图。由图3可知，本设计主要由XL6006芯片、微控制器、储电池和一些元件构成。XL6006是一块高效升压型开关型恒流驱动芯片，其内部集成了功率开关管，具有电源转换率高和元件少等优点，是理想的LED恒流驱动芯片。L为大功率储能电感器，D1为开关电源的续流二极管，当XL6006内部的功率开关管闭合时，XL6006第3引脚接地，二极管D1反偏截止，电感器中的电流线性增大，电感器储能；当XL6006内部的功率开关管断开时，XL6006第3引脚悬空，二极管D1正偏导通，电感器中的电流流向负载LED。ST15W401为一片单片机，内部集成了A/D转换器和PWM控制器，R1和R2为分压电路，储电池的电压通过分压电路分压之后，输到单片机的第1脚。RS为电流取样电阻， D3和RF为开关电源的功率控制路，控制太阳能路灯恒流驱动电源输出功率。

2.2 电路参数的计算

在计算PWM占空比D1时，按输入电压为12.5 V，输出电压为24 V计算，所以根据式（2）可以计算此驱动电源的占空比D1为：

[D1=Uo-UiUo=24-12.524≈0.479] （5）

在计算电感器的平均电流ILA时，按输出的电流为1 A计算，根据式（4）可计算出电感器的平均电流（单位为A）：

[ILA=Io1-D1=11-0.479≈1.9] （6）

在设计电路时，为了让变转换器工作在CCM模式下，电感器的电流的变化量不大于电感器平均电流的50%，在此设计中，电感器最大电流变化量按40%计算（单位为A）：

[ΔIL=ILA×0.4=1.9×0.4≈0.77] （7）

因此，可计算出电感器的峰值电流（单位为A）：

[Ipeak=ILA+ΔIL=1.9+0.77=2.67] （8）

因为 XL6006的开关频率fs为180 kHz，根据式（3）可以计算出转换器的电感值（单位为μH）：

[L=1ΔiL1fsUiD1=12.5×0.4790.77×180×103≈43.2] （9）

根据以上的电感的计算结果，本设计选用47 μH， 5 A的电感器。

3 设计实例样机的试制及性能指标的测试

为了验证设计的正确性，根据以上的电路图和计算出来的元件参数值试制一台样机，并对样机进行测试。在测试时，选用台湾晶元大功率LED灯珠进行实验，把6颗5 W的LED灯珠串联成30 W的大功率LED灯，并把这些LED灯贴在一个大散热器上进行实验。调节输入电压值，用万用表测量不同输入电压下的输入功率与输出功率，计算转换效率，并用表格记录下每次测量结果，如表1所示。

由表1可以看出，当输入电压在11 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在87%左右；当输入电压在12 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在89%左右；当输入电压在13 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在90%左右；当输入电压在14 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在91%左右。由此可见，本恒流转换器具有较高的转换效率。为了进一步地了解Boost 升压型开关电源的升压比与转换效率的关系，用数值计算方法拟合升压比和效率数据，拟合曲线如图2所示。从图2可以看出，升压比和效率成反比关系。从图可以看出，当升压比为1.4时，其转换效率约为92%，当升压比为1.5时，其转换效率约为91%，当升压比为2时，其转换效率约为87%，通过计算，由此可见，在设计Boost恒流驱动电源时，为了得到较高的转换效率，升压比控制在2倍以内。

4 结 论

太阳能LED恒流驱动电源，是光伏太阳能LED路灯照明系统的关键部件，其设计质量，直接影响LED路灯的使用寿命。针对Boost恒流驱动技术在太阳能LED路灯中应用，本文介绍太阳能LED路灯恒流驱动开关电源设计方法，并通过实例参数试制一台实验样机，用数值计算方法拟合了样机升压比和效率数据，当升压比为1.4时，其转换效率约为92%，当升压比为1.5时，其转换效率约为91%，当升压比为2时，其转换效率约为87%。测试表明，该恒流驱动的设计方法可行，能为设计大功率LED太阳能路灯恒流驱动电源提供一个参考。

参考文献

[1] 杨秀增，杨仁桓.基于斜率法的太阳能电池串联电阻测量方法[J].实验技术与管理，2016，33（2）：42?44.

[2] 曹卫锋，段现星，胡智宏.大功率太阳能LED路灯控制系统设计[J].电源技术，2013，37（9）：1608?1610.

[3] 刘桂涛，白敬中.太阳能LED路灯在道路照明中的应用[J].孝感学院学报，2009，29（6）：74?76.

驱动电源设计篇（8）

 

一、LED路灯的电源驱动原理

近些年随着大功率的LED发光技术的升级，大功率的白光LED进入了照明市场，越来越多的被应用于通用照明领域。因为LED本身具有高光效、寿命长、抗浪涌能力差等特点，以此LED路灯的电源控制和驱动系统就成为了保证其功能和高效的重要基础。

为了设计出更加安全可靠的电源驱动器，必须对其工作原理进行了解。下面就对LED路灯电源驱动器的基本工作原理进行简要的介绍：主要的系统设计是处采用隔离变压器、PEC控制电源开关，并保证输出为恒定的电压，完成对LED路灯的驱动。因为实际中LED的抗浪涌的能力较差，尤其是对反向电压更为敏感。所以在电源控制中应当注意对这方面的保护效果的提高。同时，LED路灯主要的工作状况是户外，因此要增加对防浪涌的措施。因为对其供电的电网容易受到雷电的干扰，从而产生感应电流而涌入电网，从而导致对LED的破坏。所以电源的驱动也应当具备抑制浪涌的功能，达到保护LED的效果。此时采用的EMI滤波电路就起到了这种防止电网谐波串入的模块，以此保护路灯的电路正常工作。

二、LED路灯的电源驱动器的设计

1、驱动器设计简述

针对LED路灯系统的电源控制器的设计需要考虑到其特地和基本要求才能达到目的。具体的情况如下：此系统中的每个路灯的功率在 100W以内；为了提高路灯的实用性，路灯的LED被分为若干小组，每组LED则是串联驱动节能高效，组与组之间为隔离驱动，保证单组损坏而不影响整个LED的工作；为了提高路灯的安全性，输入和输出系统需要有电气隔离；电源的公因数必须维持在较高的水平。

在设计中为了满足以上的基本需求，通常采用的是AC/DC恒压电源和多路控制的DC/DC恒定流动驱动级联的方式完成对多路的LED驱动。AC/DC部分采用的是反激形式拓扑，输出的功率可以满足LED的功率；DC/DC的部分采用国半德尔LED恒定电流芯片。其中在AC/DC部分所采用的反激式的电源所产生的损耗将影响电源的效率，其损耗主要有：一次场效应晶体管的损耗，主要是导通和开关损耗；二次侧的整流二极管造成的功率损耗；高频变压的固有的铁损、铜损、漏感损耗等，为了提高整个电源的高效率就应当对上面三种情况进行控制。

2、控制形式和零电压设计

在提高效率的设计中，如采用ST所生产的L6562作为控制芯片，此芯片是一种较为经济的功率因数校正控制元器件。反激方式电源工作是在不连续导电的模式下进行工作的，通过前端的滤波其进行自动调整实现高功率。为了减小场效应晶体管损耗，利用与芯片相适应的器件，这样可以有效的降低在导通时出现的损耗，同时还可以利用准谐振的技术实现场效应晶体管的零电压导通，完成对开关损耗的控制cssci期刊目录。

3、同步整流设计

通常的反激式开关在利用中二次侧的整流二级管也会形成较大的损耗，为了实现高效率可以利用具有低导通降压的二极管来缓解着高损耗的问题，但是实践中看，此种改进的效果并不明显，同时一些设计中输出的的电压较高，而肖特基二极管的反向耐压性能并不理想，所以其不能满足高效率需求。

实践证明较好的方法是采用同步整流技术对功率进行调整，利用导通电阻较低的场效应晶体管代替整流二极管。同步整流方式可以分为外驱动和内驱动两种，工作原理也可分为电压型和电流型、谐振型驱动等。这些同步驱动的方式各自有其优势和不足。其中一种较为实用的是电流同步的控制驱动方案，但是因为驱动中选择了场效应晶体管门极驱动电压钳位在输出电压上，而门极穿电压通常较低，因此要采用此种方法就要降低输出电压。

所以可以采用混合型的同步整流方法，其工作的原理为在两个变压器上的两个绕组为T3、T4，其中T3设计为二次绕组主要负责能量的传递，T4则为辅助绕组。在T4上的电压随着T3电压的升高而升高，用于开启同步整流用场效应管。此时的电流互感器中的两个绕组也起到不同的作用，初级绕组是串联在主电路中，是检验流经的场效应管的电流，当该绕组中的电流下降到0的时候节能高效，另一个绕组则将场效应管断开。所以此种方案可以利用电压信号来控制场效应晶体管的导通，电流信号泽尔负责其关闭，不仅仅提高了效率还可以稳定的工作，控制了无开通的情况。

4、变压器的高效率设计

高频率变压器是隔离形式的电源中不可或缺的器件，在提升效率的方面也有着重要的作用。变压的损耗主要来自铜损、铁损、漏感损耗，此三者的损耗可以通过必要的手段进性损耗的控制，但是控制的措施不能完全达到综合高效的目标效果。因此，新型的变压器技术将高频率供电系统进行了升级。此种变压器的技术日趋成熟，主要特点是高度低，利用底部面积大的平面磁芯。此种变压器采用的绕着是螺旋印制线构成。和以往的变压器相比此种平面型的变压效果更高，工作效率也得到了提升，且体积小、漏感小、导热性好、一致性强等。虽然其距离应用还有一段时间，但是可以成为高端应用领域的替代产品。

三、结束语

LED路灯系统的高效率电源驱动器的设计，其首要的目的就是保证路灯的高频率工况，同时防止供电系统中的干扰侵入到路灯系统中而造成损坏。其次，利用多种复合电路和晶体管来提高供电过程中的各种线路损耗，提高供电的效率，以此达到安全、高效的目的。

参考文献：

[1]魏大为.大功率LED路灯驱动电源的设计[J].电工技术,2009,(05)

[2]张国隽.城市路灯照明节能方案的设计[J].广东科技,2007,(S2)

[3]陈发强.优化路灯电源设计节约用电[J].科技资讯,2007,(29)

驱动电源设计篇（9）

 

一、LED路灯的电源驱动原理

近些年随着大功率的LED发光技术的升级，大功率的白光LED进入了照明市场，越来越多的被应用于通用照明领域。因为LED本身具有高光效、寿命长、抗浪涌能力差等特点，以此LED路灯的电源控制和驱动系统就成为了保证其功能和高效的重要基础。

为了设计出更加安全可靠的电源驱动器，必须对其工作原理进行了解。下面就对LED路灯电源驱动器的基本工作原理进行简要的介绍：主要的系统设计是处采用隔离变压器、PEC控制电源开关，并保证输出为恒定的电压，完成对LED路灯的驱动。因为实际中LED的抗浪涌的能力较差，尤其是对反向电压更为敏感。所以在电源控制中应当注意对这方面的保护效果的提高。同时，LED路灯主要的工作状况是户外，因此要增加对防浪涌的措施。因为对其供电的电网容易受到雷电的干扰，从而产生感应电流而涌入电网，从而导致对LED的破坏。所以电源的驱动也应当具备抑制浪涌的功能，达到保护LED的效果。此时采用的EMI滤波电路就起到了这种防止电网谐波串入的模块，以此保护路灯的电路正常工作。

二、LED路灯的电源驱动器的设计

1、驱动器设计简述

针对LED路灯系统的电源控制器的设计需要考虑到其特地和基本要求才能达到目的。具体的情况如下：此系统中的每个路灯的功率在 100W以内；为了提高路灯的实用性，路灯的LED被分为若干小组，每组LED则是串联驱动节能高效，组与组之间为隔离驱动，保证单组损坏而不影响整个LED的工作；为了提高路灯的安全性，输入和输出系统需要有电气隔离；电源的公因数必须维持在较高的水平。

在设计中为了满足以上的基本需求，通常采用的是AC/DC恒压电源和多路控制的DC/DC恒定流动驱动级联的方式完成对多路的LED驱动。AC/DC部分采用的是反激形式拓扑，输出的功率可以满足LED的功率；DC/DC的部分采用国半德尔LED恒定电流芯片。其中在AC/DC部分所采用的反激式的电源所产生的损耗将影响电源的效率，其损耗主要有：一次场效应晶体管的损耗，主要是导通和开关损耗；二次侧的整流二极管造成的功率损耗；高频变压的固有的铁损、铜损、漏感损耗等，为了提高整个电源的高效率就应当对上面三种情况进行控制。

2、控制形式和零电压设计

在提高效率的设计中，如采用ST所生产的L6562作为控制芯片，此芯片是一种较为经济的功率因数校正控制元器件。反激方式电源工作是在不连续导电的模式下进行工作的，通过前端的滤波其进行自动调整实现高功率。为了减小场效应晶体管损耗，利用与芯片相适应的器件，这样可以有效的降低在导通时出现的损耗，同时还可以利用准谐振的技术实现场效应晶体管的零电压导通，完成对开关损耗的控制cssci期刊目录。

3、同步整流设计

通常的反激式开关在利用中二次侧的整流二级管也会形成较大的损耗，为了实现高效率可以利用具有低导通降压的二极管来缓解着高损耗的问题，但是实践中看，此种改进的效果并不明显，同时一些设计中输出的的电压较高，而肖特基二极管的反向耐压性能并不理想，所以其不能满足高效率需求。

实践证明较好的方法是采用同步整流技术对功率进行调整，利用导通电阻较低的场效应晶体管代替整流二极管。同步整流方式可以分为外驱动和内驱动两种，工作原理也可分为电压型和电流型、谐振型驱动等。这些同步驱动的方式各自有其优势和不足。其中一种较为实用的是电流同步的控制驱动方案，但是因为驱动中选择了场效应晶体管门极驱动电压钳位在输出电压上，而门极穿电压通常较低，因此要采用此种方法就要降低输出电压。

所以可以采用混合型的同步整流方法，其工作的原理为在两个变压器上的两个绕组为T3、T4，其中T3设计为二次绕组主要负责能量的传递，T4则为辅助绕组。在T4上的电压随着T3电压的升高而升高，用于开启同步整流用场效应管。此时的电流互感器中的两个绕组也起到不同的作用，初级绕组是串联在主电路中，是检验流经的场效应管的电流，当该绕组中的电流下降到0的时候节能高效，另一个绕组则将场效应管断开。所以此种方案可以利用电压信号来控制场效应晶体管的导通，电流信号泽尔负责其关闭，不仅仅提高了效率还可以稳定的工作，控制了无开通的情况。

4、变压器的高效率设计

高频率变压器是隔离形式的电源中不可或缺的器件，在提升效率的方面也有着重要的作用。变压的损耗主要来自铜损、铁损、漏感损耗，此三者的损耗可以通过必要的手段进性损耗的控制，但是控制的措施不能完全达到综合高效的目标效果。因此，新型的变压器技术将高频率供电系统进行了升级。此种变压器的技术日趋成熟，主要特点是高度低，利用底部面积大的平面磁芯。此种变压器采用的绕着是螺旋印制线构成。和以往的变压器相比此种平面型的变压效果更高，工作效率也得到了提升，且体积小、漏感小、导热性好、一致性强等。虽然其距离应用还有一段时间，但是可以成为高端应用领域的替代产品。

三、结束语

LED路灯系统的高效率电源驱动器的设计，其首要的目的就是保证路灯的高频率工况，同时防止供电系统中的干扰侵入到路灯系统中而造成损坏。其次，利用多种复合电路和晶体管来提高供电过程中的各种线路损耗，提高供电的效率，以此达到安全、高效的目的。

参考文献：

[1]魏大为.大功率LED路灯驱动电源的设计[J].电工技术,2009,(05)

[2]张国隽.城市路灯照明节能方案的设计[J].广东科技,2007,(S2)

[3]陈发强.优化路灯电源设计节约用电[J].科技资讯,2007,(29)

驱动电源设计篇（10）

中图分类号：TM571文献标识码：A

HB-LED Drive Power Design Based on "PFC+LLC+VC, CC" Topology Structures

LI Zi-jing, LI Wen-fang, CHEN Jia-yi, LI Hai-xia

(Electronic Information Engineering, Huanghe Science & Technology College, Zhengzhou Henan 450006, China)

Abstract: HB-LED (150W) Drive power based on "PFC+LLC+VC, CC" topology structures is designed, which use LLC half-bridge resonance circuit composed by TM mode PFC controller L6563H and High-pressure resonant controller L6599, realizing Zero voltage switching (ZVS) of main power tube and zero current switching of Rectifier diode under Full voltage range and full load condition, meanwhile, it use constant voltage (CV) and constant current (CC) circuit to improve efficiency and power factor of HB-LED drive power.

Keywords: TM mode; PFC controller; High-pressure resonant controller; LLC half-bridge resonance

引 言

目前，LED因其具有节能、环保、寿命长、光效高等优点，在照明领域得到广泛应用[1]，但却没有得到普及的关键难题有：

（1） 驱动电源效率不够高，功率因数还不理想；

（2） 价格偏高，驱动电路复杂，可靠性低。控制驱动电源不稳定是导致LED寿命降低的主要原因。

因此，LED驱动电路设计是推广普及LED亟待解决的问题[2]。

1拓扑结构的确定

HB-LED驱动电路的选择要既能满足较高功率因数和转换效率的需求，又能降低成本。本设计采取了“PFC+半桥LLC谐振+肖特级整流+恒流恒压”整机拓扑结构设计，如图1所示，交流输入电压范围为85～265V，频率为47～63Hz。采用意法半导体ST公司推出的一种过渡模式（TM）电流型PFC（Power Factor Correction）控制器L6563H和高压谐振控制器L6599提高功率因数和电源转换效率，有效解决了驱动电路技术难题。

1.1输入回路

输入电路主要考虑电磁干扰，电磁干扰属于射频干扰（RFI），传导噪声频谱大约为10～30MHz，最高达150MHz，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性（EMC）的要求，对串模干扰和共模干扰都有抑制作用，基本电路如图2所示。

C1、C2采用薄膜电容，容量范围为0.01～0.47μF/275V AC，主要抑制串模干扰。C3、C4中点接地，抑制共模干扰，容量为2,200PF～0.1μF/275V AC。电感L额定电流为1A，电感量为8～23mH，称为共模扼流圈，可以有效抑制共模干扰，适当增加电感量，可改善低频衰减特性。

1.2PFC功率因数校正

由于桥式整流、电容滤波电路处理后电源输入端电流为不连续的尖峰脉冲，高次谐波丰富，谐波总含量大，为了减小对供电系统的污染，降低功率损耗，抑制输入电路的畸变，必须采取功率因数校正。

PFC功率因数校正部分采用ST公司的过渡模式电流型PFC控制器L6563H[3]。过渡模式是介于不连续导电模式（DCM）与连续导电模式（CCM）之间的一类PFC，适用于500W尤其是在250W以下。

图3所示为L6563H的引脚图，它是同类PFC控制器中最先进的一种，符合IEC61000-3-2规范的开关电流功率因数校正。其主要性能有：

（1） 除了含有标准TM-PFC控制器的基本电路外，还含有输入电压前馈（I/V2校正）、跟踪升压、遥控开关控制、DC-DC变换器、PWM控制、IC接口及保护电路等单元；

（2） 具有完善的保护功能，L6563H内部误差放大器设置静态OVP和动态OVP比较器，提供反馈失效保护（FFP），一旦FFP功能被触发，IC立即关闭；

（3） 为下游DC-DC变换器提供了接口，便于级联L6599配合应用。

1.3LLC半桥谐振功率变换电路

为了提高电流的转换效率，采用高频“软开关技术”[4]，通过在开关电路中引入缓冲电感和电容，利用LLC串并联谐振使得开关器件中的电流或两端电压按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时使器件关断，当电压下降到零时使器件开通，即零电流开关（ZCS）和零电压开关（ZVS），在开关过渡过程中减少开关的压力而使储存的电磁能量增大，有利于提高变换器的开关频率和效率。

LLC半桥谐振变换器选用ST公司生产的高压谐振控制器L6599[5]，图4所示为它的引脚图，它是适用于串联半桥拓扑设计的双终端控制芯片，可直接连接功率因数校正器，具有轻负载突发模式，可提高轻载时变换器的转换效率，设置两级过流保护OCP、欠压保护、过压保护OVP、过热保护OTP等。

LLC半桥谐振变换器电路原理如图5所示。

两个占空比为0.5的互补驱动开关管VT1、VT2构成半桥结构，谐振电感Lr和变压器的漏感Lm构成LLC谐振网络，变压器次级由整流二极管D3～D6构成全波整流电路。半桥LLC变换器有两个谐振频率，当变压器初级电压被输出电压箝位时，即次级负载映射期间，Lm不参加谐振，Lr和Cr产生的串联谐振频率为fr；当变压器不向次级传递能量时，即次级负载断开期间，Lm电压不被箝位，Lm、Lr、Cr共同参加谐振，构成谐振频率fm，所以

变换器工作在fm< fsim，能量通过变压器传递到副边；二是续流阶段，ir=im，原边停止向副边传递能量，Lr、Lm和Cr发生谐振，整个谐振回路感抗较大，变压器原边电流以相对较慢的速度下降。通过合理设计可以使变压器原边VT1和VT2 MOS管零电压开启，副边整流二极管在ir=im时电流降至零，实现零电流关断，降低开关损耗，所以变压器工作在fm< fs

1.4L358与TL431构成的恒压、恒流控制电路

由LM358放大器与精密电压调整器TL431构成恒压（CV）、恒流（CC）控制电路，如图6所示。

由LM358放大器和精密电压调整器TL431构成的恒压、恒流控制电路，变压绕组N2感应电压经D14、D15、C32、C33、C34组成电容滤波电路，输出直流电压+48V。

恒压电路工作原理：LM358为IC3（IC3内包括两个放大器IC3A、IC3B），IC3A、R49、R48、D17、R53、C37、R51、PC817组成电压控制环路。U5（TL431）是精密的电压调整器，阴极K与控制极直接短路构成精密的2.5V基准电压，R50是U5的限流电阻。2.5V基准电压由R52送到IC3A同相输入端3，而反相输入端2脚由R49、R48的分压比来设定。若输出电压上升，R48电压上升，该电压与同相输入端2.5V基准电压比较，1脚输出误差信号，再经过R53和D17变成电流信号，流入光耦LED中，进而经过R27通过反馈控制网络控制L6599 4脚，从而改变L6599 3脚上电容CF的放电频率，进而实现频率的改变。RFmin确定谐振器的最小工作频率，当输出电压小于等于额定电压时，变换器工作在固定的最小开关频率。

恒定电流工作原理：由IC3B、R47取样电阻、R54、U5、R57、C35、R59、R60组成电流控制环路。R47是输出电流取样电阻，输出电流在R47上产生（U=R47×Iout）的电压降。该直流电压直接接到IC3B反相输入端6，而2.5V基准电压则由R59、R60组成分压电路，再将分压电压送到同相输入端5，输出电压在R47上的电压与该分压电压进行比较。7脚输出误差信号，再经过R58和D16变成电流信号，改变光耦LED中的电流，进而通过反馈控制网络控制PWM输出占空比，使输出特性呈现恒流特性。R51、C37和R57、C35分别是IC1A、IC1B的相位补偿元件。

采用由放大器组成的恒压、恒流控制电路[6]，可实现很高的恒压与恒流程度，由于R47阻值比较小，对电路转换效率基本无影响。

2PFC+LLC+CV、CC拓扑结构的特点

（1） 较高功率因数和较小的THD总谐波失真

经试验测试，采用ST最先进的一种功率因数校正器L6563H，不但功率因数满足IEC规定要求，而且总谐波失真（THD）小于5%，具有电压前馈，可以补偿增益随AC线路电压变化，从而使PFC预调器输出不会产生过冲。

（2） 转换效率高

采用高压谐振器L6599组成的LLC半桥谐振电路，实现电流开关ZCS和零电压开关ZVS，有利于提高变换器的开关频率和效率。由于采用轻负载突发模式操作，降低在轻载或无负载下的平均频率和相关损耗。

（3） 较高的电压、电流稳定性和完美的保护功能，增加了驱动电源的可靠性。

采用LM358+CV+CC恒压、恒流控制回路，提高稳定性。采用L6599具有两级过流保护OCP、欠压保护UCVP、过热保护OTP、过压保护OVP，提高可靠性。

3结论

基于PFC+LLC+CV+CC构成的150W LED驱动电源电路原理，利用过渡模式TM-PFC控制器L6563H和高压谐振控制器L6599组成LLC半桥谐振，并由LM358放大器与精密电源TL431构成恒压、恒流电路，通过调试一台150W输出电压48V、电流3.125A的样机，实验测试结果显示，功率因数大于0.97，转换效率为0.90，总谐波失真（TDH）小于5%。电路集成度高，元件少，适合中小功率驱动电源电路。

参考文献

[1] 杨清德，康娅.LED工程及其应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2007.

[2] Yang qi, Wei bing. Wind and Solar Power System Design and Analysis of the Independent[J]. Shanxi Electric Power, 2009, (1): 23-25.

[3] 马存云，过渡模式（TM）PFC控制器L6563及其应用电路[J]. 电子元器件应用，2007，9（1）：4-7.

[4] 张振银，秦会斌等. 基于LLC的半桥谐振变换器设计[J]. 电子器件，2010，33（5）：587-590.

驱动电源设计篇（11）

1 智能垃圾桶硬件电路框架

智能垃圾桶硬件电路框架如图1所示，Zigbee无线接收控制命令，CC2530控制电机、吸尘器、垃圾桶开关盖。超声波传感器检测前方障碍物、下方悬崖，智能躲避，异味传感器检测垃圾桶内有害气体，如果有异味报警提醒。考虑到节约电能和传感器及电机等用电设备不一样，电源也分为LDO、开关电源两种，LDO电源负责传感器、报警提示供电，开关电源给MCU、电机等其他设备供电。

2 智能垃圾桶硬件电路的设计

2.1 CC2530最小系统及Zigbee无线通讯

CC2530集成了51单片机内核，网络节点最多可以连接255个，每个的通信距离在60-100米左右。Zigbee协调器通过USB接口连接电脑，电脑发送控制命令控制网络里的节点工作。CC2530既是单片机也是Zigbee无线通讯芯片。如图2 CC2530是有俩个晶振为它提供时钟信号，CC2530的系统时钟system clock可选择外部32MHz crystal oscillator，或者内部自带的16MHz RC oscillator，但是RF工作时必须选择32MHz crystal oscillator。如图3所示CC2530的复位只需把RESET接负极。

2.2 电源电路

智能垃圾桶用电情况如下：MCU功率：1W，俩台电机功率：12W，垃圾桶盖功率：2W，吸尘器功率：5W，异味传感器功率：1W，超声波传感器功率：1W，总功率：22W。

根据以上计算智能垃圾桶平台需要12V、5000mAh锂电池供电，为合理配置用电，电源分为LDO电源和开关电源两部分供电。LDO电源电路如图4所示，负责给报警提醒、异味传感器、超声波传感器供电。开关电源本文不作详细介绍，开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。

2.3 电机驱动电路

电机为可调速直流减速电机，电机驱动使用BTS7960B，BTS7960是NovalithIC家族三个独立的芯片的一部分：一是p型通道的高电位场效应晶体管，二是一个n型通道的低电位场效应晶体管，结合一个驱动晶片，形成一个完全整合的高电流半桥。如图5所示。

BTS7960B参数：输入电压：7.2V-20V，输出电流：0-68A。

2.4 垃圾桶盖开关驱动电路

电机为直流减速电机，电机驱动使用LM298，L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。如图6所示。

LM298参数：输入电压：5V-35V，输出电流：2A（MAX单桥），最大功率：25W。

2.5 吸尘器开关驱动电路

吸尘器是高速旋转电动机，MCU控制达林顿驱动继电器，实现吸尘器电源的通断。如图7所示。

继电器参数：驱动电压：5V，导通电压：220V（交流）。

3 体感手势控制平台技术展望

体感手势控制智能应用平台是一开放性的巨大平台，上述开发的“智能垃圾桶”可通过人的手势姿态控制其作业，在清洁工作时给人愉悦的智能体验，此则改变人们对家居清洁的方式。

基于上述“体感手势控制智能移动平台”，将可以开发出更多的智能应用。例如：基于体感手势控制的智能医疗平台、基于体感手势控制的智能交通平台、基于体感手势控制的军事应用平台等。智能机器慢慢贴近人们的生活，改善和丰富人们的生活不再是遥不可及的海市蜃楼。未来，人们将用最自然的方式，自然的动作与机器对话。

参考文献