高效率LED驱动恒流源的毕业设计.doc

盐城纺织职业技术学院毕业设计（论文）高效率LED驱动恒流源的毕业设计目 录1概述1.1 LED概述 31.2 LED驱动电路的概述 32课题研究背景与意义 43设计思路及方案 53.1LED驱动的探讨 53.1.1直流控制 53.1.2高效率 53.1.3PWM调光 63.1.4过压保护 63.1.5负载断开 73.1.6简便易用 73.1.7小尺寸 73.2本设计方案 83.2.1开关电源技术 83.2.2电流模式PWM控制技术 84电路总体结构及设计 84.1框图及主要工作流程 84.1.1电路原理框图 84.1.2电路原理图 94.1.3主要工作流程 94.2部分电路以元器件说明 94.2.1整流滤波电路 94.2.2单片电源电路 104.2.3变压器 134.2.4光耦 144.2.5辅助电路 145安装与调试 155.1电路元器件的选用 155.2安装 185.3调试 195.4LED驱动器使用中应注意的问题 196结束 20致谢 21参考文献 22附录 23附录1 总电路原理图 23附录2 PCB版图 23高效率LED驱动恒流源的设计摘 要目前，LED用于照明或灯饰已经成为发展趋势，但是在大量推出大功率LED的同时，与之相配套的专用驱动电路市场却还是不尽完善。很多企业采用传统的变压器降压的方法供电，这使得LED的优势不能很好地发挥。恒流驱动是最佳的LED驱动方式，采用恒流源驱动，LED上流过的电流将不受电压变化、环境温度变化，以及LED参数离散性的影响，从而能保持电流的恒定，充分发挥LED的各种优良特性。直接用市电220V给LED灯供电的开关电源式恒流源的设计需解决降压、整流、变换效率高、较小的体积、较低的成本、还有安全隔离等一系列问题。经过实物电路的调试，基本上能实现上述要求，验证了设计方案的可行性。关键词:功率级LED；LED恒流驱动；开关电源Design on The high-efficiency LED constant current driverAbstract: at present, the LED useds for lighting or lamps and laterns to be already come developping trend, but at the time of in great quantities releasing big power LED match each other the appropriation of set with it to drive electric circuit on the market still not to the utmost perfect.A lot of transformers with traditional business enterprise adoptions decline to press method power supply, this make the advantages of LED cant nicely develop. Constant current driver is the best drive way to LED, adopt constant current driver, the LED is upper-class to lead of the electric current wont be change by electric voltage, environment temperature variety, and the influence of the LED parameter long-lost, thus ability holding current constant, well develop LED various good characteristic. The design which directly uses the city electricity 220 Vs to flow a source to LED light the switch power supply type constant current driver needs to resolve to decline to press, commutate, High-efficiency, smaller physical volume, lower cost of the transformation efficiency, still have safety insulation etc. a series of problem.Pass by the adjust of real object electric circuit try, basically can carry out the above-mentioned request and verified the possibility of design project.Keyword: Power-LED；LED constant current driver;Switch power supply1 概 述1.1 LED概述LED是一种固体光源，当它两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料，可制成不同颜色有发光二极管。作为一种新的光源，近年来各大公司和研究机构对LED的研究方兴未艾，使其光效得以大大提高，很多知名的大公司目前已研发并生产出光效达到171m/W的白色LED，已达到白炽灯的水平。和白炽灯的相比较，LED在性能上具有很多优点，见下表：表1-1白炽灯与白色LED的性能比较随着对LED研究的进一步深入，其光效将进一步得到提高，而其成本将一步下降，在不久的将来LED取代白炽灯甚至荧光灯而发展成21世纪的一种主要的照明光源将成为一种趋势。新的光源呼唤新的电子驱动器，各大公司在致力研发新的LED的同时，已于近年在全球各大开发中心开始了LED驱动电路的研究。1.2 LED驱动电路的概述与荧光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为直流电压，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。LED的正向伏安特性如图1-1所示：图1-1LED正向伏安特性所以，LED伏安特性的数字模型可用下式表示 VF=Vturn-on+RsIF+（VF/T）（T-25）其中，Vturn-on 是LED的启动电压 Rs 表示伏安曲线的斜率 T 环境温度 VF/T是LED正向电压的温度系数，对于多数LED而言典型值为-2V/从LED的伏安曲线及数字模型看，LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED电流的很大变化，并且，环境温度，LED老化时间等因素也将改变影响LED的电气性能。而LED的光输出直接与LED电流相关，所以LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。否则，LED的光输出将随输入电压和温度等因素变化而变化，并且，若LED电流失控，LED长期工作在大电流下将影响LED的可靠性和寿命，并有可能失效。 2 课题研究背景与意义目前，LED照明的应用主要集中在两个方向上，一个是低亮度应用场合，包括手机、PDA等小型便携式电子产品的背光照明，电子仪表的照明等。另一个是需要高亮度照明的应用场合，包括大平面液晶的背光照明、汽车用照明、家用及户外照明等，对于这种大功率的照明应用场合，LED在功耗和寿命上面的优势很明显。近两年来，很多公司为解决研发LED灯的需要，广开思路对各种可能有使用价值的LED驱动电路。在能源和环境问题日趋严重的今天，以高效、节能、环保以及长寿命为主要特点的大功率照明LED获得了人们的重视。随着其性能的提高以及生产成本的下降，大功率照明LED将逐步取代白炽灯和荧光灯，引发人类照明史上又一次革命。与此同时，大功率照明LED驱动集成电路的开发也由于功率LED应用的逐渐普及得到了长足的发展。3设计思路及方案3.1 LED驱动的探讨 3.1.1 直流控制 LED是由电流驱动的器件，其亮度与正向电流呈比例关系。有两种方法可以控制正向电流。第一种方法是采用LED V-I曲线来确定产生预期正向电流所需要向LED施加的电压。第二种方法也是首选的LED电流调整方法是利用恒流电源来驱动LED。恒流电源可消除正向电压变化所导致的电流变化。因此可产生恒定的LED亮度，无论 正向电流如何变化。产生恒流电源很容易。只需要调整通过电流检测电阻器的电压，而不用调整电源的输出电压。图3-2说明了这种方法。电源参考电压和电流检测电 阻器值决定了LED电流。在驱动多个LED时，只需把它们串联就可以在每个LED中实现恒定电流。驱动并联LED需要在每个LED串中放置一个镇流电阻， 这会导致效率降低和电流失配。图3-2：驱动LED的恒流电源3.1.2 高效率便携式应用中电池使用寿命是至关重要的。LED驱动器如果实用，就必须具备高效性。LED驱动器的效率测量与典型电源的效率测量不同。典型电源效率测量的 定义是输出功率除以输入功率。而对于LED驱动器来说，输出功率并非相关参数。重要的是产生预期LED亮度所需要的输入功率值。这可以简单地通过使LED 功率除以输入功率来确定。请注意：如果这样定义效率的话，则电流检测电阻器中的功耗会导致电源功率耗散。通过图3-3所示的公式，我们可以看出较小的电流传感 电压会产生较高效率的LED驱动器。图3-4说明了选用0.25V参考电压的电源与选用1V参考电压的电源相比，二者的效率提高情况。较低的电流传感电压电源 更为有效，无论输入电压或LED电流如何，只要其他条件相同，较低的参考电压都可以提高效率并延长电池的使用寿命。 图3-3：LED驱动器效率显示了电流检测电阻器损耗的重要性 图3-4：低电流传感电压更有效3.1.3 PWM调光许多便携式LED应用都需要进行光度调节。在LCD背光等应用中，调光功能可提供亮度及对比度调节。我们可采用两种调光方法：模拟与 PWM。利用模拟调光，通过向LED施加50的最大电流可实现50的亮度。这种方法缺点会出现LED颜色偏移并且需要采用模拟控制信号，因此使用率一般不高。以更低忙闲度向LED施加满电流可实现PWM调光。在50忙闲度施加满电流可达到50亮度。为确保人的肉眼看不到PWM脉冲，PWM信号 的频率必须高于100Hz。最大PWM频率取决于电源启动与响应时间。为提供最大的灵活性以及集成简易性，LED驱动器应能够接受高达50kHz的PWM 频率。3.1.4 过压保护 在恒流模式中操作电源需要采用过压保护功能。无论负载为多少，恒流电源都可产生恒定输出电流。如果负载电阻增大，电源的输出电压也必须随之增大。这就是电 源保持恒流输出的方法。如果电源检测到过大的负载电阻，或者负载断开的话，输出电压可提高到超出IC或其他分立电路元件的额定电压范围。恒流 LED驱动器可采用多种过压保护方法。其中一个方法是使齐纳二极管与LED并联。这种方法可以将输出电压限制到齐纳击穿电压和电源的参考电压。在过压条件 下，输出电压会提高到齐纳击穿点并开始传导。输出电流会通过齐纳二极管，然后通过电流检测电阻器接地。在齐纳二极管限制最大输出情况下电源可连续产生恒定 的输出电流。更佳的过压保护方法是监控输出电压并在达到过压分界点时关闭电源。如果出现故障，在过压条件下关断电源可降低功耗并延长电池使用寿命。3.1.5负载断开LED驱动电源中一个经常被忽视的功能是负载断开。在电源失效时负载断开功能可以把LED从电源断开。这种功能在下列两种情况下至关重要，即断电和PWM 调光。如图2所示，在升压转换器断电期间，负载仍然通过电感器和捕获二极管与输入电压连接。由于输入电压仍然与LED连接，即使电源已经失效，就会继续产 生一个小电流。即使很小的泄漏电流也会在很长的空闲期间极大缩短电池寿命。负载断开在PWM调光时也很重要。在PWM空闲期间，电源已经失效，但是输出电 容器仍然与LED连接。如果没有负载断开功能，输出电容器会通过LED放电，直到PWM脉冲再次打开电源。由于电容器在每个PWM循环开始都部分放电，一 次电源必须在每个PWM循环开始时给输出电容器充电。因此会在每个PWM循环产生突入电流脉冲。突入电流会降低系统效率并在输入总线上产生瞬时电压。而如 果具有负载断开功能，LED就会从电路断开，这样，在电源失效时就不会存在泄漏电流，而且在PWM调光循环之间输出电容器都是充满的。实施负载断开电路时 最好在LED和电流传感电阻器之间放置一个MOSFET。在电流传感电阻器和接地之间放置MOSFET会产生一个附加压降，其在输出电流设定点会把自身显 示为一个差错。3.1.6 简便易用简便易用是相对而言的。在评估电路的简便易用性时，不但必须考虑初始设计的复杂性，而且还必须要考虑在未来进行快速修改并把电路用于其他有不同输入或输出要求的程序时需要做的工作。3.1.7 小尺寸小尺寸是便携式电路的一个重要特性。电路元件的尺寸受切换频率因素的影响。高切换频率允许采用小型无源元件。用于便携应用的现代 LED驱动器应能够以高达1MHz频率切换。由于切换频率并不能明显缩小电路尺寸，而且较高的切换损耗会降低效率和缩短电池寿命，所以建议切换频率一般不超过1MHz。把各种功能集成到控制IC是实现小型驱动解决方案的一个最重要的因素。如果上述所有功能都通过分离的元件实现的话，它们所需要的电路板空间 将超出电源自身占用的空间。把它们集成到控制IC可大大缩小整体驱动器尺寸。功能集成的第二个同样重要优势是可以降低解决方案总成本。3.2 本设计的方案3.2.1 开关电源技术目前市场上的LED驱动器主要可以分为并联驱动和串联驱动两种，并联驱动方式需要电荷泵控制IC，由于并联驱动，不需要很高的输出电压，但需采用额外的电路确保各LED电流误差在一定范围内。串联驱动方式需要开关电源进行电压变换，需引入电感，串联方式保证了 LED 亮度的完全一致。本论文设计的白光LED驱动器就将采用开关电源升压，驱动串联白光LED。用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一形态的主电路都可以叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则就可以称为开关电源。3.2.2 电流模式PWM控制技术PWM 控制技术主要有电压型和电流型两种，电压模式控制 PWM 是 60 年代后期开关稳压电源刚刚开始发展而采用的第一种控制方法。该方法与一些必要的过电流保护电路相结合，至今仍然在工业界很好地被广泛应用。电压模式控制只有一个电压反馈闭环，采用脉冲宽度调制法，即将电压误差放大器采样放大的变化的直流信号与恒定频率的三角波上斜坡相比较，通过脉冲宽度调制原理，得到当时的脉冲宽度，这是一种单环控制系统。它有一些明显的缺点，如对输入电压的变化动态响应较慢、补偿网络设计复杂等一些方面较为麻烦复杂。针对上述电压型控制的缺点,最近十几年发展起来了电流型控制技术，目前已得到了广泛应用。4 电路总体结构及设计4.1 框图及主要工作流程4.1.1 电路原理框图 图4-1原理框图4.1.2 电路原理图 电路原理图附录一所示4.1.3 主要工作流程输入的市电（AC 220V）经过 AC-DC整流滤波电路，接入电源隔离变压器，单片开关电源芯片TNY268P，变压器的次级输出电压经过输出整流滤波电路。D7、Q1为开路保护电路。TNY268P与电源隔离变压器以及C5构成开关电源电路部分，电源隔离变压器次级输出经过D6整流，C6、L3滤波，向负载提供直流电压。开关恒流电源是输出电流取样，通过电流负反馈，稳定输出电流。即流经负载的电流经过R5、R6产生电流负反馈经过光耦PC817调节TNY268P的功率输出以达到恒流的目的。4.2 部分电路及元器件说明4.2.1 整流滤波电路4.2.1.1 整流电路电力网供给用户的是交流电，而各种无线电装置需要用直流电。整流，就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。桥式整流电路（如图4-2）是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成桥式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。 图4-2 桥式整流电路图及其简化画法桥式整流电路的工作原理如下：e2 为正半周时，对D1 、D3 和方向电压，Dl，D3 导通；对D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中构成e2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在Rfz ，上形成上正下负的半波整洗电压，e2 为负半周时，对D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通；对D1 、D3 加反向电压，D1 、D3 截止。电路中构成e2 、D2 Rfz 、D4 通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。上述工作状态分别如图4-3（a）、（b）所示。 图4-3 桥式整流电路工作状态如此重复下去，结果在Rfz ，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半！4.2.1.2 滤波电路 图4-4 LC p 型滤波电路LC p 型滤波电路输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时，提高了输出电压。4.2.2 单片电源电路TNY268P是把控制IC和功率MOSFET集成在一起的功率IC，它有四个功能引脚：漏极（D）、源极（S）、旁路（BP）、使能（EN），如图4-5。 图4-5 TNY268PTNY268P是Tiny Switch系列里的一种，是美国PowerIntegrations公司继TinySwitch之后，最新推出的第二代增强型高效小功率隔离式开关电源用集成电路。用TNY268P构成电源系统时，成本比分立元件PWM和其他集成/混合式电源方案低、体积小、效率和可靠性高，特别适合于要求低成本、高效率的应用场合。4.2.2.1 TNY268P引脚功能描述 如图4-6所示，TNY268P单片开关电源采用8脚双列直插式（DIP-8）或表面粘贴式（SMD-8）封装，其各引脚功能描述如下：漏极(D)引脚，功率MOSFET的漏极输出引脚，为启动和稳态工作提供内部工作电流；旁路（BP）引脚，该端与地（S极）之间需接一只0.1F的旁路电容；使能/欠压(EN/UV)引脚，此引脚具有输入使能和输入欠压检测两个功能，正常工作时，通过此引脚可控制功率MOEFET的通断（当该脚的电流大于240A时将功率MOSFET关断），此引脚还通过与输入直流高电压相连的外部电阻来检测欠压情况，若该引脚没有与外部电阻相连，则没有输入欠压功能；源极（S）引脚，控制电路的公用点，连接到内部MOSFET的源极，4个源极在内部是相连通的，它们被划分成两组，其中2个S端须接控制电路的公共端，另2个S（HVRTN）端则接高压返回端，其典型应用电路如图4-6所示。图4-6 典型应用电路4.2.2.2TNY268P工作原理图4-7为TNY268P的功能框图。其内部集成了一个耐压为700V的功率MOSFET和一个开/关控制器。与传统的PWM控制器不同，它使用一简单的开/关控制器来稳定输出电压。振荡器的频率为132kHz，振荡器中还增加了频率抖动电路，抖动量为4kHz，该功能使EMI的均值和准峰值噪声均较低。 图4-7 TNY268P功能框图TNY268P通常是工作在极限电流的模式下。启动时，它在每个时钟周期的起始对EN/UV引脚信号取样，然后根据取样结果决定是否跳过周期或跳过多少个周期，同时确定适当的极限电流阈值。当漏极电流ID逐渐升高并达到ILIMIT值或占空比达到最大值Dmaxx时，使功率MOSFET关断。满载时TNY268P在大部分周期内导通，中等负载时则要跳过一部分周期并开始降低ILIMIT值，以维持输出电压稳定，轻载或空载时，则几乎要跳过所有周期并且进一步降低ILIMIT值，使功率MOSFET仅在很短时间内导通，以维持电源正常工作所必需的能量。这本质上是引入了PWM调制的原理。另外，在轻负载状态下，当开关频率有可能进入音频范围内时，流限状态调节器以非连续方式降低流限，较低的流限值使得开关频率保持在音频以上，降低了变压器的磁通密度从而减轻了音频噪声。EN/UV引脚的使能电路包含一个输出设定为1.0V的低阻抗源级跟随电路，流经该电路的电流被限制在240A，当流出此引脚的电流超过240A时，使能电路的输出端会产生逻辑低（禁止）。连接在直流电源和EN/UV引脚间的外接电阻可用于监测直流输入电压，当电压低于设定值时，欠压检测电路就将旁路端电压UBP从正常值5.8V降至4.8V，强迫功率MOSFET关断，起到保护作用；当输出MOSFET关断时，5.8V稳压器通过漏极电压抽取电流将旁路引脚上连接的旁路电容充电至5.8V，当MOSFET导通时，TNY268P消耗存储在旁路电容中的能量；另外，TNY268P中还有一个6.3V并联稳压器，当电流经外部电阻注入旁路引脚时，稳压器将旁路引脚电压箝位在6.3V，这样能方便地通过偏置绕组对TNY268P外部供电，将空载功耗降至约50mW。当发生输出过载，输出短路或开环故障时，TNY268P能自动重启动，直至排除故障后转入正常工作状态；极限电流检测电路用来检测功率MOSFET的漏极电流是否达到极限值，在每个开关周期内当电流达到极限电流ILIMIT时功率MOSFET就在此周期的剩余时间内关断；TNY268P的旁路引脚上仅需0.1F的电容，由于电容小，充电时间极短，一般为0.6ms，因此上电过程迅速且电源输出无过冲。当EN/UV引脚和直流输入的正极间接了外部电阻（2M）时，上电期间功率MOSFET的开关将被延迟到直流电压超过门限值（100V）以后。断电时，如果使用了外接电阻，功率MOSFET在输出失调后仍将继续开关50ms，该特性在用做待机电源时使待机电源具有缓慢关断的特性。4.2.3 变压器在进行此电源设计过程中最重要的是准确的设计变压器，在获得最大输出功率的同时，使TNY268P温升最小、EMI最小。变压器设计包括合理的选择磁芯、滑架。计算初次级匝数、线径，考虑绕组等。下面介绍本课题中关于变压器初级电感匝数和线径，选择了EE19的磁芯。（a）（b）（c）（d） 图 4-9 变压器的绕制过程示意图由图4-9 可以看到（a）中的两股0.41（粗）和（c）中的三股0.19（细）的漆包线都是悬空着的，目的是起到了屏蔽的作用，防止共模干扰。绕成的变压器如图4-10所示图4-10 变压器经电桥测得电感值有，初级为0.85Mh，次级为0.038mH。在变压器的绕制过程中，我们可以通过改变磁芯之间的空隙大小来改变两级舰的电感值。4.2.4 光耦光耦合器亦称光电隔离器，简称光耦。在本课题里采用了PC817。如图4-11所示。 图4-11 PC817光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。 4.2.5 辅助电路一、压敏电阻部分的电路如图加压敏电阻R0，放在保险丝后面，保护后面的元件。当超过一定的电压时，压敏电阻会被损坏，坏后是短路，也就会烧断前面的保险丝。这里压敏电阻还起到了防雷击和防止浪涌的作用。其次R0也有平衡整流管温漂的作用。二、电压反馈电路图4-13 电压反馈电路D7、R7和Q7构成了过压保护电路。三、恒流控制电路R5、R6、R8所在部分是电源反馈电路，起到了恒流控制作用。另外，R5和R6并联是因为差不多整个回路的电流都要经过这里，发热严重。四、 图 4-14 R1R4如图 4-14 所示 ，R1R4四个电阻是采用串并联方式取代只用一个220K。其中的并联是为了减负，避免发热严重，串联是为了导通容易点，提高反应速度。C5 可以看成是滤波或者是耦合电容，是为了不让冲击电流太大。5 安装与调试 5.1电路元器件的选用一、二极管的选用二极管主要参数如下：最大整流电流是指二极管能够允许通过的最大正向平均电流值。当电流超过这个允许值时，二极管会因过热而烧坏。反向击穿电压URB与最高反向工作电压URMURB是指二极管反向击穿时的电压值，击穿后其反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏。通常手册上给出的最高反向工作URM电压约为反向击穿电压的一半或三分之二，以确保二极管安全运行。最大反向电流IRMIRM指在二极管上加最高反向工作电压时的反向电流值。IRM愈小，则管子的单向导电性能愈好。由于我们采用了照明功能，所以选择了1W的大功率LED。LED是由电流驱动的器件，其亮度与正向电流呈比例关系。二、 整流桥我们采用的是稳定的直流电，所以我们必须将交流变成直流，这样要用到整流电路部分，最常用的是整流桥，它是由四个整流二极管组成的功能器件。1、伏安特性：指加在二极管两端的电压与流过二极管的电流关系曲线，这个曲线可分为正向特性和反向特性两个部分 2、正向特性当二极管加上正向电压时，便有正向电流通过。但正向电压很低时，外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所形成的阻力，此时正向电流很小，二极管呈现很大的电阻。当正向电压超过一定数值（硅管约0.5V，锗管约0.3）后，二极管电阻变得很小，电流增长很快。这个电压往往称死区电压或阀门电压5。3、反向特性二极管加上反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，形成很小的反向电流，反向电流有两个特性：一是随温度的增加而增长很快；二是在反向电压不超过一定范围时，反向电流不随反向电压改变而达到饱和，故这个电流IBO称为反向饱和电流。当加在二极管两端电压到达一定值时，反向电流急剧增大，二极管失去单向导电性，这种现象称为电击穿，这个电压称为反向击穿电压。二极管因电击穿而造成管子损坏是永久性的。整流二极管的应用：利用二极管的单向导电性将交流电转换为单向脉动直流电的电路，称为整流电路，此时的二极管可看成开关元件，即所谓理想二极管。经过查找资料我们看到DB104的整流电压可达到50-1000V，电流可允许通过1A的，VF为1.1V。三、三极管的选用我们利用三极管的电流控制作用来实现对信号幅值的放大和能量的转换，必须使其工作在输出特性的放大区，即发射结正向偏置，集电结反向偏置，一个NPN管共发射极放大电路，VCC、Rb和三极管发射结共同构成基极回路，使发射结处于正偏；RC为集电极电阻，VCC、RC和三极管集电结-发射结共同构成集电极回路。RC的另一重要作用是当基极有信号输入时，将集电极电流的变化转变为集电极电压的变化作为输出信号。耦合电容，具有隔离直流、传递交流的作用。 三极管按工作频率分，有高频三极管和低频三极管；按功率大小分有大功率、中功率及小功率三极管；按电极性不同分有PNP和NPN三极管。三极管的输出特性曲线是用来表示该管各极电压和电流之间相互关系，它反映出三极管的性能，是分析放大电路的重要依据， 根据输出特性曲线的特点，通常将三极管的工作范围分为三个区域：截止区、饱和区、放大区1、反向饱和电流ICBO它是指集电区的少数载流子在集电结反向偏置作用下漂移而形成的反向电流。它与二极管中的反向饱和电流在本质上是相同的，因此当发射极开路（IE=0）时，集电极电流值即为反向饱和电流。ICBO大小是管子质量好坏的标志之一，ICBO越小越好。小功率管约为几个微安，此值虽小但受温度影响很大，是三极管工作不稳定的主要因素之一。2、穿透电流ICEO它是指基极开路（IB=0）时，集电极与发射极之间的反向电流。ICEO的大小为ICBO的倍。ICEO受温度影响更严重，因此它对三极管的工作影响更大。 图 5-1三极管的应用当同向跟随器输出电平为1时，三极管的be结导通，ce结导通，输出的电压值为0V； 当同向跟随器输出电平为0时，三极管的be结不导通，ce结截止，输出的电压值为5V； 计算是否导通，公式如下：IB（放大倍数，希腊字母的贝塔）Ibe当IceI时，即为饱和导通；相差越大，饱和程度越深，Vce越小，三极管的输出内阻越小；我们选用了插孔的是NPN的D148型三极管, 50V，5A，625W，Iceo=0.5作为开关用，驱动的电流在100mA以下，而驱动能力又为64倍，说明它的驱动能力也很好的，又比其他的大它适用于驱动要求负载电流不大的场合。四、 电容的选用电解电容主要是用来稳压和低频交流滤波的；高频滤波是使用磁片电容和独石电容。当电解电容作为稳压时，接在整流桥和三端稳压器的输出端，起到稳定电压的作用。但是，铝电解电容的电解质随着时间的推移会干涸，所以在设计时需要留有余量，保证系统正常工作到它的寿命。有些远端供电的直流电源，接到电路板的输入端时，需要在电路板的电源输入端加一个大的电解电容，通常可以是220u/25V，这样，这块电路板需要供电时，不是直接从电源处取，而是从电容中取电，可以得到稳定的电流供给。但是，电解电容只能滤除低频的波动；对于直流电源中的高频波动，可以加一个0.1u或0.01u的独石电容或者磁片电容。在每一个芯片的电源和地两端接一个0.1u或0.01u的独石电容或者瓷片电容，解决芯片的供电过程中，由于电路板的走线电感产生的电源开关噪声尖峰。这种作用下的电容叫去耦电容。这是电路板的常规的设计。五、电阻的选用我们通过识别色环可知道它的阻值，它的作用除了限流外还有分压的作用，这给电路带来了方便，在三极管的基极限流电阻选用是1.2K是可行的不会烧掉三极管。而在集电极选用的电阻为820欧姆。5.2 安装在电路原理图确定后就要进行PCB的制板了，我选用的是Protel 2004，在这个软件的使用过程中我们觉得还是比较方便的，当然也可以使用其他的软件来进行制作电路板。1、设置电路板层我们选用单面板，用顶面作为元件层，而底面作为布线层。设置电路板边缘尺寸，将板层切换到Keep Out Layer层使用PT画一个框，该框的大小就是电路板的大小。等布线完可以后重新电路板的边缘需要注意的是电路板的电气外形尺寸一定在Keep Out层定义。电路板形状是矩形，长宽比为3：2或4：3，当电路板的尺寸大于200mm*150mm时，我们选用是1.5mm的，比例上我们采用的是67mm*30mm的。尽量做到使元件紧密些。考虑TNY268P散热的问题，故不仅须要PCB铜箔散热，还需焊上一定面积的0.1mm厚的铜箔，以大大改善散热效果。2、然后调入电路图的网络表，我们在这次设计中创建的有TANS1等的封装，一切完好后，就把元件放入电路板上了，一般是手工布局，但也可采用自动布局，那是在元器件比较少的情况下，才采取的方式，布局也要合理，元器一般应该放置在距离板的边缘3mm以内的位置或者至少距离板边缘的距离等于板厚这是由于在大批量生产时进行流水线插件，同时也为了防止加工引起电路板边缘的破损。我的距离选的是110mil、130mil以及大于以上的两值，是符合条件的3、元件的放置顺序是首先是与结构紧密配合的固定位置的元器件如单片电源、变压器等，然后是特殊元件和大元件如发热元件、集成电路，最后放置小元器件如电阻、电容、二极管。4、我们由于用了两块板，而且我们走线是焊盘之间走一条线，所以布线宽度选的是24mil、30mil、40mil、50mil分别对应集成芯片的焊盘之间的线宽，元件之间的线宽，和电源地线的线宽。是符合的设计的要求的。5、跨接线是在单面板的设计中铜膜线无法接连时，通常是使用跨接线，一般的选取是6mm、8mm、10mm，超过这个范围就在生产上有大的麻烦由于我们只有两根跳线就没这个顾虑了。按照上面的规则和选取的值进行制板，得到想要的单面板。组装是最大的问题是实物三极管的三个极分不清楚故查找资料如下：在安装半导体三极管之前，首先搞清楚三极管的管脚排列。首先判定PNP型和NPN型晶体管：用万用表的R1k（或R100）档，用黑表笔接三极管的任一管脚，用红表笔分别接其他两管脚。若表针指示的两阻值均很大，那么黑表笔所接的那个管脚是PNP型管的基极；如果万用表指示的两个阻值均很小，那么黑表笔所接的管脚是NPN型的基极；如果表针指示的阻值一个很大，一个很小，那么黑表笔所接的管脚不是基极。需要新换一个管脚重试，直到满足要求为止。进一步判定三极管集电极和发射极：首先假定一个管脚是集电极，另一个管脚是发射极；对NPN于型三极管，黑表笔接假定是集电极的管脚，红表笔接假定是发射极的管脚（对于PNP型管，万用表的红、黑表笔对调）；然后用大拇指将基极和假定集电极连接（注意两管脚不能短接），这时记录下万用表的测量值；最后反过来，把原先假定的管脚对调，重新记录下万用表的读数，两次测量值较小的黑表笔所接的管脚是集电极（对于PNP 型管，则红表笔所接的是集电极）。使用三极管时，要固定好，以免因振动而发生短路或接触不良，并且不应靠近发热元件。功率三极管应加装有足够大的散热器。5.3 调试在制作单面板完成后，就要进行调试了，先用万用表，检测各部分是否焊接的恰当，是不是还有虚焊的地方，如有就要重新焊接此处了，如一切正常，把电路接好通电，在进行进一步的调试。在调试本电路的过程中，曾经历多次失败，并且找不出原因。然后按以下规范去做：1、在试验接线及制作印制电路板时，控制地与电源地必须严格分开，不能混用。2、控制极旁路支路C4应尽可能靠近BP、S极连接。再一试，全部故障现象消失，难题迎刃而解，试验获得成功。这两条经验教训值得记取，是终生受益的财富。5.4 LED驱动器使用中应注意的问题一、LED降容使用LED的使用寿命号