LED照明驱动及自适应调光技术研究.doc

本文由724915147013贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 上海大学 硕士学位论文 LED照明驱动及自适应调光技术研究 姓名：朱虹 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：刘廷章 20080201 上海大学硕士学位论文 摘 要 随着能源危机的加剧，绿色高效的照明系统得到了人们的广泛重视。我国 在年也推出了“中国绿色照明工程，旨在我国发展和推广高效照明器具， 逐步替代传统的低效照明电光源，节约照明用电。大功率白光以其高效率、 低功耗、低电压驱动、使用寿命长以及节能环保等优点，引起了全世界的广泛 关注，被越来越多的应用于各种照明场合，在可预见的将来将有可能进入一般 照明市场以替代传统的热照明方案成为新一代照明光源。因此，研究针对大功 率白光驱动电路的研究设计有很重要的意义。 本文以白光为研究对象，对该的伏安特性、热特性以及光 衰等特性进行了测量；在查阅了相关资料，分析了的各种驱动电路的基础 上，最后采用运放负反馈放大电路原理，设计了一种基于市电的恒流 电路，能够驱动个以串并方式连接的白光，使电路输出电流恒 定在；利用基于总线的光传感器芯片测量自然光照度，作为控制器， 采用（ ，脉冲宽度调制）方式调节管，调节 的发光亮度，使的发光照度随自然光照度自动调节，完成了相应的硬件设 计和软件编程，实现了恒流驱动和自适应调光的集成，最终使室内环境照 度能够维持在一个设定的水平。 关键词：恒流亮度调节 上海大学硕士学位论文 ， ， “ ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， （ ） ， ， ， ， ：， ， ， 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名肄虹一期：瑚：三坐 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 签名：卜导师签名：龟辞日期：衄 上海大学硕士学位论文 第一章 背景及意义 绪论 发光二极管（ ，）是一种能够将电能转化为可见光的 半导体发光器件，依靠材料中的正负电荷复合来发光，材料使用族化学元素， 如磷化镓（）、砷化镓（）等。 在世纪年代，最早应用作指示灯、数字和文字显示。随着第三代半 导体材料氮化镓（）的突破，高亮度蓝光二极管的出现解决了发光二极管的三 原色缺色问题，因此彻底解决了大屏幕全彩色显示问题，有了红橙黄绿青蓝紫七 色全彩，更为重要的是由此产生了白光半导体灯【。随着白光发光二极管的问 世，开始逐渐走进了人们的日常生活。 从显示领域进入照明领域的关键是发光效率的提高，发光效率 以上的白色（白炽灯的发光效率一般是】胱）的出现，使白色灯成为 新世纪引人注目的节能照明光源【】。目前一般白光的发光效率为 州，发光效率突破删的白光器件已经达到实用化水准，日亚化 学工业已经开始供应发光效率的白色样品【，其他供应商也都 开始纷纷生产棚及以上的高效白光，的发光效率还将继续上升。 许多研究显示在本世纪的前十年，产业将会继续迅速发展。因此，白光 被普遍认为是在未来成为替代传统照明器具的一大潜力商品。 作为新型的发光器件，具有体积小、效率高、寿命长、环保、节能等优 点，能量转化效率非常高，理论上，发射相同光通量的耗电量大约是白炽灯的 ，相比荧光灯，也可以达到的节能效果。照明用电占发电总量的比例 在发达国家占，在我国占而且在我国以低效照明为主，是终端节电的 主要对象之一【】。随着经济发展，我国的照明用电还将有大幅度的提高，绿色节 能照明的研究应用越来越受到重视，照明就是在这样的形势下发展起来的。 据中国绿色照明工程促进项目办公室专项调查，我国照明用电每年在亿度以 上，用取代全部白炽灯和部分荧光灯，可节省的照明用电，相当于三峡 上海大学硕士学位论文 工程全年的发电量【。 还有其他优点，如作为全固态发光体，耐震耐冲击、不易破碎、发 热量低、无热辐射、不含汞、钠等可能危害健康的元素，废弃物可回收、无污染。 已经进入很多应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、 消费类产品等，遍及国民经济各部门，广泛用作普通照明、车灯、景观灯、路 灯照明、液晶板背光源、手机背光源、数码相机闪光灯等。 照明及智能调光系统国内外研究现状 恒流技术国内外研究现状 在早期，由于光色、发光效率、光通量和价格等方面的限制，主要应用 于指示、显示领域，如用作指示灯、警戒灯以及显示牌等。随着光色的不断 丰富，特别是白光技术的不断成熟，发光效率不断提高，价格逐渐降低，大 功率超高亮的有、等规格在市场上销售，其中功率大于的白 光的开发研究已成为主攻方向。由于大功率白光的应用受到了世界上的 广泛关注，大功率白光的驱动电路设计也因此成为热点，大功率的驱动 电路多采用恒流驱动方式，恒流驱动电路有电荷泵、等多种驱 动方式。电荷泵、实质上都是电压输出型，通过电流反馈控制电路 来实现输出恒定电流。 电荷泵电路利用电容对电荷的积累效应储存电能，在时钟周期的一部分时间 内为电容充电，在时钟周期的剩余时间内释放能量，根据电容的不同连接方法得 到不同的输出电压。论文设计的驱动电路是恒流输出反馈式电荷泵电 路，电荷泵电路由谐振电感、充电电容、箝位二极管、调节开关等组成。当 断开调节开关时，充电电容通过谐振电感的谐振从电源吸收能量，能量储存 在充电电容中，转移至总线电容中或在当调节开关打开时转移到负载中。流 过的电流反馈到控制器，控制器根据反馈电流调节变压器原边调节开关的占 空比，通过改变占空比调节输出电流使其稳定。 和电路都是开关电源方式，利用电感的储能作用储存电能，在时 上海大学硕士学位论文 钟周期的一部分时间内为电感充电，在时钟周期的剩余时间内释放能量得到输出 电压，电路中电容、电感和续流二极管的结构不同，实现升压或降压功能，是降压电路，是升压电路。论文【】提出了一种基于升压方式的恒流恒 照度驱动电路。电路将输入电压提升，采样电阻检测流过电流并 经过放大电路反馈到恒流恒照度控制电路中，光电二极管检测的照度，将照 度值转换成适当的电压值，并与额定电压比较，差值放大后送入到恒流恒照度控 制电路中，改变电路调节开关的控制信号，使输出电流或输出照度保持恒 定，恒定照度控制同样是通过控制输出电流来维持照度值。 基于电荷泵、电路的驱动电路还应用于很多驱动芯片 的原理，如、 等。 论文应用于应急灯照明，所设计的照明电路利用电网电压为蓄电池 充电，蓄电池再通过驱动电路为供电，同时也可以采用电网电压通过驱动电 路为供电。论文】则设计了一种基于神经网络的高亮度照明控制方案， 为应用于汽车刹车灯的设计提供了一种方案。 由于色彩丰富，因此除了大量应用于背光源和照明之外，另外一个重 要用途就是景观照明。应用于古建筑景观照明，如颐和园【】；城市立交桥 景观照明【】等。由于驱动电压低，具有控制灵活的特点，结合各种驱动方 式对其控制，还可以应用做路灯照明【】等。 白适应调光技术国内外研究现状 由于人眼对光线的感受是非线性的，因此，就有可能将亮度级降低以 上而人却觉察不到亮度的变化，这样就可以节省近的电能。如果将调光级 别降低，则可以节省约的电能。 采用智能调光可将灯渐渐调到预设级别。白炽灯无法做到这一点，因为冷 的灯丝会受到热冲击。将灯亮度渐渐调到设定级别，也称为“软启动，这会极 大地延长灯的使用寿命。使用的调光级别可将灯的使用寿命延长两倍，而 调光级别可延长倍。 调光方式分为变电阻型调光和脉冲宽度调制方式（ ， 上海大学硕士学位论文 ）两种。变电阻型调光方式通过调节电阻性负载的电阻值改变电流，从而 改变灯的发光亮度，变电阻型调光在电阻上将多余的电能转变为热能，这是能 量的损失。 方式通过每秒钟多次的接通和断开电源调节发光亮度，开关之间的 时间比率与发光亮度成正比。但并不是所有的灯都是可调光的，的响应时 间很短，只有几到几十纳秒，尤其适合于方式调节亮度【。 自适应调光方式利用控制器，以及用于检测环境光的传感器为核心，传感器 向控制器提供发光照度值，控制器做出判断并根据所得信息将照明回路打开或调 节光亮度到预定级别。由于的快速响应特点，使得调光非常可行。美 国 坩对串并的灯组，在恒流驱动电路基础上并接 了型功率器件实现控制，调节范围为，当占空比低到 时输出电流仍能保持稳定】。 传统的调光方式是将调光开关与负载串联，当开关打开时，支路 没有电流流过，当开关关闭时，支路有电流流过，灯发光。论文】提 出的调光方式是将调光开关与负载并联，驱动电路采用电路。当 调光开关打开时，支路有电流流过；当开关关闭时，支路被开关短路， 灯不亮，控制器根据采样电阻检测到的电流值改变调节开关的占空比，因此 调节占空比以使输出电流恒定。 论文设计的驱动电路可以使输出电流从至之间调节，驱 动电路采用电路原理，将输入电压提高以驱动个串联的，此论文 设计的驱动电路以离散方式调节输出电流，输出电流调节间隔，采用 作为控制器，灯组上串联一个采样电阻以检测流过的电流，检测到 的电流反馈至控制器，控制器改变电路调节开关的占空比从而调节输出电 流。 在常规灯具照明系统的调光领域，已经出现智能调光系统，如基于 的酒店智能调光控制系统【，以及中国国家大剧院的灯光控制系统【】，还有基 于总线的教学楼智能照明系统，通过调光实现教室内恒照度控制 。 上海大学硕士学位论文 目前存在的问题 近年来，的发光效率一直在逐步提高，商品化的器件已达到白炽灯的 水平【】。但是，想要在照明中全面普及，还需要解决一些技术性问题： 在自光芯片方面 （）能量转化效率低 虽然的电光转化效率较高，但的光提取效率只有，严 重影响的光输出功率，要想进入照明领域，目前单个的光通量 远远不够，提高了光提取效率，就可以发出更多的光。 （）散热问题 的低光提取效率导致大部分能量未能转化为光的形式散发出去，而是 以热能的形式聚集在芯片内部，散热不佳将会导致芯片结温迅速上 升和环氧树脂碳化变黄，从而造成的颜色偏移，加速光衰，降低的 寿命甚至失效脚】，对于大功率这个问题尤其严重。 （）光色不佳 ：； 目前，白光采用蓝光加黄色荧光粉合成，或者是采用三色 混合而成，这两种方式形成的白光色温较高，含有蓝光的成分，给人不自然的 感觉，比较而言，白炽灯则具有非常强的黄光的成分，给人一种温暖的感觉。 （）价格昂贵 这是影响照明普及的重要原因。但产业也存在“摩尔定律 定律：的价格每年将为原来的三，而性能则提高倍。如果这个定律 能够应验，的成本将快速下滑【】。 在驱动电路方面 电荷泵方式和开关电源方式都有各自的缺点，电荷泵电路受储能电容的限 制，输出电压一般不超过输入电压的倍，输出电流则不超过，在大功率 的照明驱动应用中受到了限制。开关电源方式具有效率高，可升、降压，输 出功率大等优点，但开关电源采用的电感有着体积大、重量大的缺点，而且由于 电路工作在开关状态，所以噪声比较大。电荷泵驱动和开关电源驱动都存在着输 上海大学硕士学位论文 出电压或输出电流受限的缺点，但对于应用于照明需要的大功率白光而言， 需要驱动电路具有更高功率，更大电流。虽然世界各大公司都纷纷推出了自己的 驱动芯片，但这些芯片大多用于便携式设备应用，如用作手机、笔记本、 等背光源，或用作汽车前灯照明等，这些驱动芯片的驱动能力有限，输出电 流有限，输入电压要求是直流，而且价格比较昂贵。 在自适应调光技术方面 由于的发光亮度与流过电流正向变化，因此调节发光亮度就等 同于调节电流。方式调节电流不仅效率高，且调节范围大、稳定 可靠。因此方式调光获得广泛应用，但更加细腻的根据具体情况自适应调 节亮度的能源管理策略有待深入研究。关于智能调光控制系统进行的研究也 很多，很多公司在从事这方面的工作，如、邦奇电子、尼科电子等。但 这些调光控制系统多用于大型场合，如酒店等，且需要上位机、总线、子控制器 等，可以实现除亮度调节外包括灯光控制等多种功能，但造价较高，普通家庭照 明往往不需要如此复杂的控制策略。 论文的主要研究内容 课题来源 本课题来源于上海大学学科平台建设项目“太阳能发电及半导体照明技 术，基于太阳能光伏发电技术，主要完成照明系统控制部分工作，实现 自适应调光技术，并最终验证照明系统设计的可行性。 论文主要研究内容 本论文主要对大功率白光提出一种可行的照明驱动电路，并对自适应 调光系统设计了可行的实现方案。 本论文是以作者攻读硕士学位期间承担课题的工作为基础，在第一章中阐 述了课题研究的来源、目的、意义以及国内外研究的现状。第二章阐述了 的伏安特性、光特性、温度特性并简要介绍了目前各类驱动电路，第三章 上海大学硕士学位论文 阐述了所设计的恒流电路各功能部分的实现方式，第四章阐述了自适应调光技 术的实现方法，第五章阐明了为本系统所做的软件设计，最后第六章总结全文 并展望进一步的工作。 上海大学硕士学位论文 第二章基本特征以及驱动方式介绍 特征 为了更好的说明灯的性能，首先介绍一些光度量的基本参数： （）光通量（）：由于人眼对各种波长的光的视觉灵敏度不同，因此不能直 接使用光源辐射能量来衡量光能的大小，而必须用人眼对光的相对感觉量即光 通量来衡量。光通量是指在单位时间内，波长在到之间的可见光 范围内光源所辐射的总能量，单位是流明（）。光源的光通量越大，则人眼感 觉越明亮。 比，单位是流明瓦（。发光效率通常简称光效，表征了光源的节能特性。 研究中一个重要方面。 （）发光效率：发光效率是指电光源所发出的光通量与它的总输入电功率之 这是衡量现代光源性能的重要指标之一，如何提高电光源光效的研究是电光源 （）光强（：光强是指光源在特定方向每球面度上发射的光通量，单位是坎 德拉（），公式表示为，罢。一般来说，光强随着光的发射方向的改变而变 口 化。 （）照度（）：照度是指受照表面单位面积上的光通量，单位是勒克斯（）， 即流明平方米（），照度是衡量物体表面被光源照亮的程度。公式表示为 ：掣，矽指光源光通量，盯是指受照物体表面面积。 盯 对点光源而言，尉。受照面上某点的照度（）和该点至点光源距离（） 的平方成反比，和光强及入射角（目）的余弦均成正比即： 丝：，塑：丢秒（ ） 的基本参数有： 、 （）允许功耗：两端所允许正向电压与正向电流之积的最大值。 （）最大正向电流：允许加于两端的最大的正向电流。 （）最大反向电压：允许加于两端的最大反向电压。 一 （）工作环境温度：发光二极管可正常工作的环境温度范围。 此外，还有结温度、储存温度、焊接时间等参数。下面分别介绍的伏 安特性、光特性以及温度特性。 上海大学硕士学位论文 伏安特性 由于的核心是结，因此的伏安特性与普通二极管的伏安特性相 同。理论上，二极管的正向电压与正向电流的关系式为： 型上 ，（灯一） （） 式中，为二极管正向电压，是反向饱和电流，为定值，为电子电荷 ，为波尔兹曼常数，是热力学温度，常数近似取，当外加 电压较高，电流以扩散电流为主时，近似等于。（）式的曲线图如图所 示。 嚣 砻 雹 覆懈 籀 辜 藤糍 图晋通二极管伏安特性曲线 在室温（）条件下，塑，在正向电压大于零点几伏时，就有 ！生 胛分，因此式（）可以化简为 厶朋 （） 式（）说明照明的电流与电压呈指数关系，但指数关系并不适合用等效 模型来描述。对于工作在额定电流附近的用折线化来近似模拟的特性， 如式（）： 上海大学硕士学位论文 产伽十 （） 其中，是的导通电压，是等效内阻，导通电压是由材料结的内建 势垒电场决定的【，一般大功率的导通电压在左右，当加在两端的 电压小于导通电压时，中几乎没有电流流过。随着外加正向电压增加达到 结内建势垒电场时，可认为正向电流与正向电压成指数关系，正向电流急剧 增大，正向电压的较小波动就会导致正向电流的急剧变化，此时电流与电压近似 呈线性关系。 光特性 发光二极管的核心是结。在正向电压下，电子由区注入区，空穴由 区注入区，进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合 而发光。因此流动的少子和多子数量越多，发出的光线越强；同时在结内流 动的少子和多子数量越多，也说明单位时间内流过结横截面的电荷数越多， 那么流过的电流也就越大，因此的发光亮度基本随流过的电流正向 变化。控制大功率的发光亮度，实质是控制它的输出光通量。图所示为 美雾 公司大功率白光在常温下（）相对光通量西与正 向电流的关系曲线。 上海大学硕士学位论文 ； ， 汇协：一缈薏面鼍墨乏 柏 ， ? ； ） 氓 一 图相对光通量西与正向电流关系【，曲毗 图中显示的的发光亮度与正向平均电流大小基本上成正比关系，因 此可以通过控制的正向电流来控制其发光亮度。根据图九如果对 采用恒压源驱动，的微小变化会引起的较大变化，从而会引起发光亮度 的较大变化。若要控制大功率亮度，驱动器必须提供准确恒定的电流。因此， 大功率适宜采用恒流源驱动。 光源最大的优点就是长寿命，各厂商均声称其的使用寿命可达 ， ，、时，但通常不会完全损坏，而是在其工作中光输出逐渐减 少。大功率的相对光输出随时间的变化的一般趋势是：在开始的一段时间内 光输出衰减较快，随后的一段时间内衰减较慢，但在即将耗尽或发生灾变性失效 阶段，光输出急剧衰减。在前两个阶段，的光输出随时间的衰减曲线可近似 为如下的指数形式【】： 叫 （） 式中：表示相对光输出，表示衰减系数，是以小时为单位的点亮时 间。越大，值衰减越快。 上海大学硕士学位论文 通常把光输出衰减所经历的时间定义为发光二极管的寿命。大功率白光 在实际使用过程中各种因素的影响都会引起寿命的下降，往往达不到 ，时。影响寿命的因素包括：制备过程中引入的缺陷；电极材料 不均；静电影响；封装中各种材料的热膨胀系数失配；以及通过蓝光激发荧 光粉方法得到的白光在工作过程中，由于荧光粉量子效率降低将导致宽谱带 黄光相对峰值蓝光衰减更快，使得器件色温升高从而影响发光的颜色【】。 的光学稳定性是一个需要考虑的问题。公司研究中心对基于 的白光进行了大量实验，发现其波长和输出光通量受到驱动电流、温度、使 用时间的影响，采用光敏二极管进行色度检测反馈结合恒流闭环控制后，白光 输出色差得到明显改善。 热特性 的高发光效率是它的最大优点，对于大功率而言，这个优势更是明 显。但是的光提取效率较低，且热量不容易辐射散发，从而导致器件温度过 高，影响的光通量、寿命以及可靠性，并会导致发光红移，尤其对于采 用蓝光激发荧光粉的方式实现白光的方案而言，其中荧光粉对温度特别敏感，最 终会引起波长偏移，造成颜色不纯等一系列问题。相对于一般的来说，大功 率的结上的发热更严重。 大功率的热稳定性问题已成为照明的一个技术瓶颈。目前输入 电功率的约转变为热，对于目前应用比较成熟的 而言，其热流密度 可达到，这些热量的累积将引起的温升效应【】：结温升高直接减 少芯片出射光子，取光效率降低，实验结果表明，室温环境下温度每升高 ，光效下降时的光输出约是时的一半。结温升高会导致芯片出射 光线红移，色温质量下降，尤其对于蓝光激发黄色荧光粉的白色器件更 为严重，其中荧光粉的转换效率也会随结温升高而降低。温度升高还会导致光衰 加剧及器件寿命呈指数下降【。随着芯片技术的成熟，单个的功率可以达到 甚至更高，因此防止的热量累积就更显重要，的热管理已经成为其 取代常规照明光源的主要瓶颈【】。目前减小温升效应的方法主要采用外加各 上海大学硕士学位论文 种冷却模块以提高器件的散热能力。 由于的光输出与其电流成正比，且长期工作在大电流下有可能导致 失效，而电流不仅受蓄电池电量影响，而且受外界温度影响，因此从光输出均匀 性、稳定性和口靠性角度考虑，高层次应采用恒流驱动方式【捌。 驱动方式 大功率白光虽然光效很高，但单个白光所发出的光通量还不够大， 因此用于照明时往往需要将若干连接在一起使用。多个的基本连接方式 一般有串联、并联和串并混联三种，根据驱动方式的不同来决定采用哪种连接方 式。 连接方式 可以采用串联、并联或串并混联的连接方式。串联方式如图（）所 示，串联方式的优点是流过串联支路上各的电流相同，因此各的发 光亮度也会一致。如果其中任意一颗出现断路故障时，会导致该支路串联 上所有的都不发光；如果某颗短路时，在恒流方式下电路没有影响， 但在恒压驱动时，其他每个的正向电压均会因此升高，因此流过的电流增 大，可能会造成损坏。 图（）串联连接方式 图（）并联连接方式 并联方式如图（）所示，当采用恒流驱动时，如果某断开，总电流 不变，因此流过其他的电流增大，因此并联方式下不适宜采用恒流驱动， 上海大学硕士学位论文 如果某短路那么其他将不再发光，若并联数目较多，那么流过 短路的电流会增大到将发生短路支路熔断而将该短路支路断开，最终总恒 定电流分摊到其他上，由于并联数目较多，因此影响不大；采用恒压驱动 时若某断路则对整个电路没有影响，如果某短路则影响与恒流驱动 方式下发生短路时相同，所以恒压驱动时应尽量多并联。 串联多个或并联多个需要电路有较高电压或较高电流，因此可 以考虑混联方式，将所需电压或电流降到适当水平。混联方式分为先串联后并 联和先并联后串联两种连接方式，这两种连接方式分别如图（）和图（）所 示。先串联后并联的连接方式是指先将一组灯串联成串然后将该串灯与其 他串灯并联起来，先并联后串联的连接方式则是先将一些并联成一个灯 组，然后将多个灯组串联。 、！ 、 、 ！、 、 、 心！ ：、 、 、 ：、 、 图（）先串联后并联的连接方式 图（）先并联后串联的连接方式 先串联后并联的连接方式如图（）所示，在恒流驱动方式时，如果某 断路，则该所在的整串灯都不亮，总恒定电流分摊到其他灯串上， 影响与并联方式在恒流驱动时发生断路的相同；如果某短路，则该 所在串联支路在少了一个灯的情况下与其他支路并联，该支路的每个 的端电压增加，会使该支路上电流增加而影响其他灯的使用。在恒压驱动 方式下，如果某串联支路上的某个发生断路，该串不亮，除该串灯 以外，对其他灯没有影响；如果某串联支路上的某个发生短路，则 同样该串的每个灯的端电压增加，该串会因为电流增加而造成 损坏。 先并联后串联的连接方式如图（）所示，在恒流驱动方式时，如果某个 上海大学硕士学位论文 断路，则在该所在并联分组上电路总电流分摊到其他上，如果并联 较多则影响不大；如果某个短路，电流全部从该灯流过，如果并联 较多则电流较大而最后将此处熔断，最终影响与该灯断路时相同。在恒压驱 动方式下，如果某断路，那么该并联灯组与其他并联灯组的数 目不同，电路总输出电流减小，分配到每个上的电流也减小，且流过发生故 障灯组内各的电流与其他灯组内的电流不同，会造成亮度不 同；如果某短路，相当于少串联了一串灯，加到其他并联串上的电 压升高，电流因此也升高，会对造成损坏。 因此无论是在串联、并联还是混联的连接方式下，灯的任何故障都有可 能会对其他的造成影响。所以在设计的驱动电路时，应根据驱动方式的 不同选择合理的连接方式，使电路尽量可靠。当个别断路时，不应该影响其 他正常工作；当个别短路时，也不应该影响其他的正常工作。此外， 必要的时候还需要采取适当的保护措施，如在串联方式时在每个灯两端并联 稳压二极管，并且稳压二极管的击穿电压大于的工作电压，使得断路时 不影响其他灯继续工作。 关于白光的驱动方式研究有很多，各种驱动方式总结开来分为恒压和恒 流两种。 镇流电阻驱动方式 这种驱动方式的原理图如所示。 图镇流电阻驱动方式 的工作电流按下式计算： ， （） 上海大学硕士学位论文 为流过的正向电流，为镇流电阻，电源电压玳，为两 端与对应的正向电压。根据的曲线来确定产生预期正向电流所需 要向施加的电压哪，与镇流电阻成反比，当电源电压玳上升时， 能限制的增长，使不超出的工作范围。 镇流电阻上消耗的功率翌掣，电源电压烈越大，消耗功率越多， 通过降低电源电压或增加镇流电阻来降低电阻损耗的方法在一定范围内有效， 但镇流电阻值过大就难以起到稳流作用。其次，正向电压的任何变化都会 引起正向电流的变化，最终都会导致电流的变化。这种驱动电路的优点 是电路简单，成本低；但缺点是电流稳定度不高，效率低，仅适用于小功率 范围。 电荷泵升降压驱动方式 目前，在大量为设计的驱动芯片中都采用电荷泵方式。电荷泵电路的 主要原理是在时钟周期的一部分时间内为电容充电，通过电容对电荷的积累效 应储存电能，在一个时钟周期的剩余时间内，利用电容的不同连接方法释放能 量得到不同的输出电压。图是一个基本的开关电容电荷泵原理图【。 图开关电容电荷泵原理图 。 在开关时钟相位时，开关和关闭，和断开，输入电压给 电容充电；在时钟相位面，和关闭，和断开，电容的下极板被 接到电势，上极板电势作为输出，根据电容存储电荷不能突变的原理， 电容在时钟相位内存储的电荷量为，所以在面时刻有： （） （） 上海大学硕士学位论文 即忻焉 （）变为 （） 如果输入也接一个和输出负载电容同样大小的电容，因此式 麓 （） 式（）是倍压电荷泵电路的基本原理，电荷泵电路的结构形式还有 电荷泵、电荷泵、静态电荷泵，交叉耦合式电荷 泵、分数增益电荷泵。各种电荷泵电路的电容拓扑结构不同，实现升压或降压 的功能。电荷泵驱动电路根据输出方式的不同有电压输出型和电流输出型两种， 电压输出型电荷泵驱动电路输出的是恒定电压，如，就是此 类型的芯片。图是的原理图，图是的外部连接 图。 图 原理图 图 连接图 电荷泵电路通过外接电容的储能将输入电压提升或降低到一个恒定电压，开 关控制和晶振电路控制电荷泵电路的开关通断周期和占空比，芯片内部的分压电 阻反馈输出电压，运放将基准电压岍与输出反馈电压比较，控制电荷泵电路 使输出电压稳定，连接在和之间的快速电容器充放电转换电压。 电流输出型电荷泵驱动电路能输出恒定电流，图是电流输出电荷泵型 上海大学硕士学位论文 驱动芯片的内部原理简图及外部连接简图。 正 正 吐上 暑 铬电旖袋 镜傲 电洫 镜像 电流 镜像 电流 镜像 电流 叮 参考 乜豫 镌虚 挖制 ； 享 上 。孓 ） 。 ） ： 图电流输出型电荷泵驱动芯片内部原理图 在图中，有路输出通道，电荷泵处于倍压方式， 端口和电阻设定每个通道的输出电流值，镜像电流源是：镜像电 流，为提供倍于设定电流值的恒定输出电流，每路最大输出电流 ，端口输出电荷泵电压，端口可以调节亮度。 对于电荷泵电路，当输出电压与输入电压成一定倍数关系时，电荷泵电压 转换效率效率可达以上，但是效率会随着两者之间的比例关系而变化，有 时效率也低至以下。对于电压输出型电荷泵驱动电路，为了防止并联支路 上电流分配不均，每条并联支路上必须使用镇流电阻，这样会消耗大量的功率， 降低效率。因此，电荷泵式驱动电路在大功率的照明驱动应用中受到了限 制。 开关电源 很多的驱动电路以及驱动芯片采用开关电源电路，这种驱动方 式利用电感作为储能器件，为负载提供持续的电流，有（降压型）、（升 压型）以及（升压降压型）三种类型，原理图分别如图（）、（）、 （）所示。 上海大学硕士学位论文 前 图（）变换 图（）交换 图（）变换 开关电源电路在一