一种恒流型DCDC大功率LED驱动电路的设计

1、一种恒流型DCDC大功率LED驱动电路的设计.txt31岩石下的小草教我们坚强，峭壁上的野百合教我们执著，山顶上的松树教我们拼搏风雨，严寒中的腊梅教我们笑迎冰雪。 本文由alwynchen0912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。 浙江大学电气工程学院 硕士学位论文 一种恒流型DC-DC大功率LED驱动电路的设计 姓名：裴倩 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动 指导教师：陈辉明;王正仕 20100127 浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 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 功率照明白光获得

2、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 明白光将逐步取代白炽灯和荧光灯，引起人类照明史上又一次革命。与此同时，大功 率从照明白光驱动电路的开发也由于大功率的应用的逐渐普及得到了长足的发 展。 本论文的题目来源于电源公司的合作项目，论文的目的是设计一种市场需求量大的大 功率白光恒流驱动变换器，要求其在输入电压和负载灯串电压（即个数）在一定 范围内变化时，仍具有高恒流精度和控制结构简单、成本低、体积小、效率高等特点。 本论文的研究思路和工作内容如下： 首先，论文对大功率照明的特性及发展和白光驱动电路的分类进行了介绍。 接着分析了转换电路的原理和控制策略，包括转换电路的三种拓扑结

3、构的原 理分析、两种反馈控制模式和三种控制方式。然后，分析了本论文提出的大功率的 型、型、型变换器恒流输出的控制原理和恒流电路实现算法及结 构。最后，论文完成了各个单元电路的分析和设计，设计制作了一台用于驱动、 的白光 的型和型恒流驱动变换器，并进行 了调试实验和分析了各变量对恒流精度的影响，实验结果验证了本文理论研究和电路实现 结构设计结果的正确性。 关键词：大功率；恒流驱动；开关电源；转换电路 浙江大学硕士学位论文 摘要 ， ， ， ， ， （ ） ， ， ， ： ， ， ， ， ， ， ， ， ? ， ? ? ， 浙江大学硕上学位论文 摘要 ： ； ； ； 浙江大学研究生学位论文独创性声

4、明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。 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经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的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谢意。 学位论文作者签名：裴馈 签字日期： 年月叼日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 逝婆盘堂 有权保留并向国家有关部门或机构送交奉 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鎏盘堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等

5、复制手段 保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名：茹瓠 签字日期：钿口年 导师筝名：蚧 签字日期：幽，?年岁月，日 月叼日 浙江大学硕十学位论文 致谢 致谢 作者在攻读硕士学位期间，得到了陈辉明教授、王正仕导师和吴新科博士的悉心指导、 极大的鼓励和帮助，在此表示非常的感谢，老师们敏锐的洞察力，渊博的知识、严谨和开 明的治学态度、一丝不苟的工作作风和先进的管理理念将使我一生受益。 感谢实验室的师兄、师弟和师妹们在学和生活中给予我的大力支持和无私帮助。同 时也深深感谢电气工程学院的领导和老师们，谢谢你们辛勤工作为我们创造了良好的学 条件。 感谢合作公司各位同

6、仁所给予的无私的帮助和大力指导，同时也感谢公司能给予这次 学的机会。 最后，要感谢我的家人，谢谢你们的关心和支持，正是你们的全力支持，才使得我能 顺利完成学业。衷心感谢百忙之中抽出时间参加论文评阅和评议的各位专家学者，感谢他 们为审阅本文所付出的辛勤劳动。 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 半导体照明驱动电路的发展与现状 大功率照明的特性及发展 照明器件的发展史 纵观人类照明史的发展，主要经历了光火照明、白炽灯照明、荧光灯照明三大阶段。 最近兴起的半导体固体照明被认为是继荧光灯照明之后，人类照明史上的又一次历史性飞 越。从本质上讲，照明史的发展就是人类不断提高照明效率的过程

7、。最初的火光照明采用 燃烧化学染料的方法来获得人类所需的光源。但由于火光的大部分光谱位于可见光光谱的 范围之外，而且燃烧产生的的能量均转化成了热 能，因此光火照明的效率非常低。加 上化学燃料的燃烧经常伴随着对环境有污染的气体的产生，人们便开始了寻找和开发发光 效率更高的照明器件的历程。白炽灯的发明是人类照明史上的一次重大飞越。首先，它摒 弃了传统的化学燃料，而采用电能作为发光驱动能源，因此具有无污染、易输运的优点。 其次，虽然其发光频谱大部分还是落在可见光频谱之外，但它的出射光的峰值位于可见光 谱的附近，因此发光效率比燃烧发光高得多。一般来说，普通的白炽灯的发光效率为 。第三种照明技术是荧光灯

8、照明，荧光灯利用电能作为驱动能源来激发低压汞蒸气 产生波长约为的窄带紫外出射光，该紫外光照射灯管内壁上的荧光粉，激发它产 生占满整个可见光谱的自光。由于荧光灯的出射光波长几乎全部集中在可见光谱的某一窄 带范围内，因此其发光效率大大高于白炽灯，一般为。半导体固体发光器件为近 几年兴起的第四代照明器件。它的发光机理为：当在半导体发光二极管（）的两端加 上正偏的电压时，大量的电子空穴对注入半导体，当电子和空穴在半导体中的某些特殊活 性区域中复合时，即产生光子，这些光子的能量和半导体的禁带宽度有关。像荧光灯一样， 由于的出射光为位于可见光光谱范围内的窄带光，所以看上去是有颜色的。要使它变 成接近自然光

9、的白光还需将出射的窄带有色光转化成占满整个可见光光谱的白光。 大功率照明的特性 大功率照明的优势 随着效率的迅速提高、成本的不断下降，市场正在由手机的背光源和汽车仪 表照明，以及亮度要求不高的特殊照明和景观照明领域向普通白光照明领域扩展。大功 率（）照明光源与传统的白炽灯，荧光灯照明光源相比，有如下优点： 浙江大学硕十学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 节能 大功率照明第一个突出的优点就是节能。虽然按一般光效定义的的发光效率 并不算高，但由于的光谱几乎全部集中于可见光区域，效率可达到一，而白 炽灯的可见光转换效率仅为一。预计未来大功率照明的耗电量仅为相同亮度 白炽灯的一。 光色纯，光线质

10、量好 单一颜色的光谱狭窄，谱线单一集中在可见光波段。 寿命长 普通白炽灯和荧光灯的寿命只有小时，而大功率灯的寿命却可达到万小 时。 可靠、耐用 大功率照明以其特殊的电子结构保证其工作时有良好的稳定性和可靠性，甚至在 水下也能长时间稳定地工作。而且它没有传统灯泡的钨丝、玻璃壳等易损部件，维护费用 低廉。的工作温度范围也很宽，在。之间均能正常工作。 应用灵活 体积小，便于造型，可做成点、线、面等各种形式。 响应快 白炽灯的响应时间为毫秒级，而大功率照明的开关响应时间为纳秒级，无频闪。 因其响应时间短，作汽车灯反应快，可延长刹车的反应时间，故能减少交通事故的发生几 率。 环保 大功率照明的工作电压为

11、伏左右的直流电，因而没有电磁干扰。而且不同于 日光灯点亮后会产生汞蒸气及二氧化碳和其它温室气体等污染物，产生的废物很少。 同时，其荧光粉的用量也仅为普通荧光灯的十分之一，利于稀土资源的可持续利用。 控制灵活 通过控制电路很容易调控亮度，实现多样的动态变化效果。 虽然与传统照明光源相比，大功率照明有着诸多优势，但目前大功率要广泛 应用于照明领域还存在以下问题：发光效率较低，单管发射功率小，价格昂贵。与现有照 明灯具相比，半导体照明要进入普通照明市场还需满足以下基本要求：首先要求单颗 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 有足够大的光通量，这样才能使被照的物体产生足够的亮度。现在单

12、颗的光通量是以 流明，甚至是以毫流明为单位来量度的。与一般的照明需要千流明甚至更高光通量的要求 相距甚远。其次，照明光源不应是单色的，而应是白色的。根据照明场合的不同，光源的 色温可高或低，但它们的色度坐标点都应该非常接近黑体辐射的轨迹。另外，它们的光谱 特性应保证它们有很好的显色性，能真实再现受照物体自身原有的色彩。这就需要在单色 的基础上研究，开发白光。第三，现在普遍采用的照明光源，如白炽灯、荧光灯 和高强度放电（）灯产生光的成本都比较低，大功率照明只有大幅度地降低自身 的生产成本才有可能与它们竞争。当然，由于寿命长，灯具的利用效率高，成本略高 于普通光源也还是可以接受的。总而言之，为了实

13、现真正意义上的半导体照明，我们需要 研究、开发并生产出光效高、单颗功率大、价格合理的白光。 大功率照明的电学、光学特性 作为照明光源，我们关心的大功率的性能指标主要有 亮度、光强、色坐标、色温、 显色指数和发光效率。虽然大功率白光是当前的研究热点，但是关于其电学、光学特 性的报道还很少。下面主要就搜集到的大功率的相关电学和光学特性进行了整理。 （）的正向伏安特性 图不同白光的电流一电压特性之间的差异性 图显示的是不同白光之间，甚至是从同一产品批次中随即挑选的之间的 正向电力电压特性的差异¨。可以看出，在恒定电压的驱动下，不同上流经的正向电 流大小不同，导致发出的白光亮度不同，如图中虚

14、线所示。而且，正向导通后，外加 正向电压的细小变动都将引起电流的很大变化，从而导致出射光光强的变化。虽然尚 未搜集到有关大功率正向伏安特性的直接数据资料，但可以肯定它也存在着类似图 表征的不同正向伏安特性之间的离散性。 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 （）光学特性（主要包括光通量，出射光的峰值波长等） 拈 “ 罄 踯 ” 至嘲赠来 悸 啡 量、糍霪宋 比 、 ； 。 阳 鞠 “ 糟 拍 时阅 电 图光通量与电流关系 图光通量与时间关系 光源的光通量是指单位时间内通过 立体角的可见光能量，它的单位是流明（）。 上面两张图分别是光通量与时间以及电流的关系图。首先关于时间特性，

15、随着时间的增长， 大功率的光通量下降较快，之后逐渐趋于平稳，最后光通量下降了。其次，在 电流与光通量关系图上，可以看出，随着电流的增加，大功率的光通量非线性增加， 并逐渐趋于饱和。其原因主要是因为随着电流及时间的增大，大功率照明芯片内部将 温度上升，发生在结结区的载流子复合几率下降，造成发光效率降低。 懈 撕 撕 郴 枷 弼 髫 整 富 罄 电蓼 图 峰值波长与驱动电流的关系 图显示的是大功率峰值波长与驱动电流的关系。为了避免时间因素的影响， 采用瞬时的恒定电流来驱动大功率。可见，随着电流的增加，峰值波长向短波方向偏 移。 在以下的电流点亮时，峰值波长偏移比较大，而在更大的电流点亮时，峰值波

16、长趋于稳定。 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 （）白光的温度特性 温度对白光正向电压的影响 伏安特性的数学模型可以表示为： 环，。 等（。）（虬） 其中，。”卜。是的启动电压，。表示伏安曲线的斜率，表示的正向电流， 环境温度，是正向电压的温度系数，对于大多数而言，它的典型值为 】 从的伏安曲线及数学模型看，在正向导通后其正向电压的细小变动将引起 电流的很大变化，并且，环境温度，老化时间等因素也将改变影响的电气性能。 而的光输出直接与电流相关，所以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电流的大小。否则，的光输出将随输入电压和温度等 因素变化而变化。

17、温度对白光正向电流的影响 白光的正向电流的大小也是随温度变化而变化的，图是日亚公司提供的常用 自光的允许正向电流随温度的变化曲线。当环境温度一旦超过，白光的允 许正向电流会大幅度降低，在此情况下如果仍旧施加大电流，很容易造成白光的老化。 鼍 、 、 柏 蜘 舯 （） 图白光正向电流随温度变化曲线 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 （）发光效率与功率之间的特性关系 、 离 × 、 山 图发光效率与功率之间的特性关系 图给出大功率白光功率与发光效率的关系，从图中可以看出，当大功率表白 光功率大于时，发光效率随功率增加开始缓慢减少，随着功率继续增加，发 光效率降低的速度

18、也越来越快，在功率为时，白光的发光效率为。这种现 象是在半导体照明中遇到的最大障碍之一，即发光效率与功率不能同时达到最大，但是可 以通过分析这种现象产生的原因来尽量克服 和减少这一矛盾。主要原因是：）在相同的 热阻下，功率的增加必然导致芯片温度升高，增加载流子非辐射复合机率，导致辐射复合 机率下降，造成发光效率随着功率增加而非下降。）随着功率和电流密度的增加，会出 现所谓“电流泄漏”现象，即发生在结区的载流子复合几率下降，造成发光效率 降低。通过设计新型发光层结构，如优化量子阱结构、增加电子反射层、采用量子隧穿结 构等，都有可能减少电流泄漏对发光效率的降低。 （）脉冲工作状态下的特性 】 由于

19、正向电流会影响色彩坐标，因此白光会随着光强的变化而改变。使色彩坐标 不发生移动的调光方案叫做脉宽调制。它能够由绝大多数可以提供使能或者关断控制的电 源器件实现。就是这样的一款可为白光提供可调的脉冲驱动电流的芯片， 端是可使欠压锁存器、基准源和误差放大器做的端子。通过拉低端电平禁止器 件工作可以将流经的泄漏电流限定在“，使发射光为零；拉高端电平可以管理 可控的正向电流。如果对端施加脉宽调制信号，那么白光就会以某种速度作 ，其亮度就与该信号的占空比成正比。 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 通过改变脉冲电流占空比的方法来调节白光的亮度时，由于每个脉冲周期内的正 向电流持续保持一

20、致，因而色彩坐标不会偏移，但是，肉眼会感觉到占空比改变带来的光 强变化。人眼无法分辨超过的频率，因此的开关频率是调光的很好 选择。更高的频率也会产生问题，在用来切换开关的短暂时间间隔内色彩坐标会发生 变化。 大功率照明的国内外发展现状与趋势 大功率照明国内外发展现状卜 对于这种将电能转化为光能的发光器件的研究很早就开始了。第一只产品是 年在公司做出的。如今，照明产业竞争的焦点集中在大功率高亮度白光。 高亮度红、黄于年开始量产。年，高亮度蓝色、绿色也相继进入量产， 使的发光波长覆盖从红色到蓝色整个可见光谱范围，而且具有高达的发光效率。 随之而来的白色的成功研制，更大大拓展了的应用领域，从此开始形

21、成了一个朝 阳无限的照明产业。 我国在高亮度这一领域起步较晚，从 年开始，中科院半导体所、北京大学 等单位在国家计划和自然科学基金的支持下，在相关领域开始了许多研究工作。但目 前在材料质量、期间指标等方面与国际先进水平还有很大差距，特别是在半导体用于照明 的一些关键性产业技术上还未能攻克。产品中技术壁垒最高的是上中游产品的生产， 目前窥视这一巨大商机的厂家不少，但由于技术、资金和产业化工艺的限制，国内真正能 实现规模化生产的企业屈指可数。 目前，照明产业竞争的焦点集中在大功率高亮度白光。各国政府均大力扶持 白光的发展，美、日、欧盟等发达国家皆由政府成立专项积极推行，如日本的“ 世纪的照明计划”

22、计划将耗费亿日元推行半导体照明，目标是在年用白光替 代 的传统照明；美国的“下一代照明计划”时间是从 年，计划投资亿美 元；欧盟的“彩虹计划”已在年月启动，通过欧共体的资助推广应用白光。 美国在照明的产业技术开发上一直处于领先地位。由 和 （原）于年合资兴办的是一家致力于功率型白光生产和封 装研究和开发的公司。该公司拥有多项功率型白光二极管封装发面的专利技术。到目前为 止它所生产的，和的 是世界上最亮的白光产品，它的白光效率 已达到，器件的光通量达到 。年月美国公司封装出 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 的白光集成灯，发光效率达到 。目前，公司研制的蓝光的外量子效 率最高

23、达 ，制作的白光流明效率为 ，是目前在蓝色金额白色波长的光谱 范围内报道的发光效率的最高值。 日本在功率型高亮度的研制与产业化开发方面在国际上处于领先水平，日亚化 工、丰田合成和住友电子处于领先地位。日亚公司由于在 技术和生产白色 的荧光粉材料上拥有多项专利，在白色芯片供应上一直占有优势地位。目前其 研制的的效率约为一 ，其年月份报道的紫外光，发光波长为 ，在工作电流为 时光效率超过。住友电子向美国 公司 一年内订购了一亿美元的合同，这将是一年的全部生产能力，住友很显然是想 独霸整个高亮度的市场。年月，松下电工开发出亮度达到 的白光照明 灯具，相当于 白炽灯的亮度，并于年春开始了商业化销售。

24、德国的号称刚刚建立了世界上最先进的芯片生产线，将主要用来生产和半 导体激光器。由于是世界上第二大灯泡生产厂商，因此用制成新型节能长寿灯 是他们的新目标。 在台湾，相关的公司有几十家，其产能也在迅速的膨胀，已成为世界上最大的 生产基地。年，日本住友和台湾博达共同投资在台湾成立了博友科技，专门从事单 芯片白光芯片的生产。由于看到白色在下一代光源新技术应用中的巨大潜 力，年月台湾成立了由家顶级公司组成的“下一代光源新技术研发集团”， 该组织专注于以白色为核心的下一代新技术的研发。 美国加州大学固态发光及显示中心则寻求白色之外的其他解决方案，目前该中心 正在进行一项由政府扶持的项目，主要针对下一代照明

25、。该中心力争在 年前开发出 效率为 的白色发光器件。最近，美国加利福尼亚州（圣塞荷市）、 技术实验室公布了一种新的试验样品。该实验室利用一种新技术概念，使光效最大可 达 。 而国内，×倒装结构白光在标准电流（）下光通量可达到 以 。 浙江大学硕七学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 大功率照明发展趋势 图 突破定律 在过去的多年中，正像定律预示的那样，每年单颗的光通量就 提高一倍。然而，自大功率型 问世后，光通量增长的速率似乎比以前又有所 提高，如图所示¨。乐观的估计，在今后的三年里，的光效每年将增加 ，年的光效将达 。 美国光电工业发展协会于年制定了半导体固体照明灯在

26、未来几年的发展目标和 远景卯。对半导体照明的各项性能指标，如发光效率、寿命、单灯光通量、性价比以及显 色指数等提出了阶段性的目标，在表中列出。 表半 导体固体照明灯的发展目标和远景 （） （） （） ， ， ， ， （） （￥） （￥） （） 浙江大学硕十学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 表中显示的是半导体照明灯的发展趋势和远景。可以看出，年照明 灯的目标是在市场上能够与白炽灯相抗衡，实现发光效率 ，使用寿命超过万小 时，单灯光通量大于 ，显色指数做到。年照明灯的市场定位为占领荧 光灯市场，实现发光效率 ，使用寿命超过万小时，单灯光通量大于 显色指数做到大于。 ， 科学家预测，按照目前

27、的技术水平和发展趋势，半导体照明普通市场开始启动的时间 大约会在年前后，在未来的至 年，这种灯泡很可能逐渐成为下一代照明的主流 产品，其主要应用领域包括：（）大屏幕显示、车灯、交通灯、景观灯等领域，高亮度蓝 光二极管（）已解决了发光二极管的三原色的缺色问题，因此彻底解决大屏幕全彩色 显示问题。高亮度发光二极管几年来主要应用于大屏幕彩色显示，汽车尾灯、交通信号灯、 多媒体显像和手机及小屏幕背光源等领域。（）普通照明，替代日光灯和白炽灯。高 亮度蓝光二极管的出现，不仅仅是丰富了色彩，有了红橙黄绿青蓝紫全彩，更为重要的意 义是由 此产生了白光半导体灯。目前，世界上生产蓝光二极管的半导体公司纷纷和老牌

28、灯 泡制造商结盟，抢占这个可以说是未来最大的照明市场。可见半导体灯已对传统的白炽灯 发起了挑战，一个全新的半导体照明灯时代即将来临。 白光驱动电路的分类 概述 采用恒流而非恒压驱动方式对作为显示或照明用的白光进行驱动主要基于以下 两方面原因： ）为获得预期的亮度要求，并保证各个亮度、色度的一致性 由节中所述的正向压降的离散型可知，若用相同的正向电压驱动不同 的，相应的正向电流的差异将会很大，从而无法确保各个亮度、色度的一致性幢们。 ）为避免驱动电流超出最大额定值，影响白光的可靠性 为保证可靠性，驱动的电流必须低于额定值的要求。但从图可以看出： 当环境温度升高时所允许的额定电流会降低“副。通常，

29、当温度由升高至时，额 定电流由下降至。若采用恒压驱动方式，正向导通后，外加正向电压的细小 变动都将引起正向电流的很大变化，从而有可能导致其超过额定电流。 基于以上两点原因不难得出这样的结论：用恒压方式驱动白色方案可靠性较差， 为使多只白光具有匹配的亮度和色度，应选用恒流驱动方式来可靠地驱动它们幢。 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 按连接方式分类 发光强度与通过二极管的电流成正比，有几种方法可以使多个的发光强度达 到近似的匹配¨，一种是将每条支路上的与稳压源并联配置，一种是将所有的二极管 串联配置，但在个别情况下，也可采用混合的并联串联配置方式，使通过每个二极管的

30、 电流都相同。并联配置偏向于采用一个稳流源而不是一个电阻，因为即使对于相同的偏置 条件，二极管的正向电压，的变化可达，这对于光强度有直接的影响，用户可以察 觉得到。串联配置则消除了这个问题，但需要一个高压升压变换器。 并联配置的主要优点在于其可以使用低压工艺，但缺点是每个二极管需要独立的电流 源管脚，增加了封装的管脚数量和相应的焊盘。在设计集成电路时也需要小心，实现 每个电流源的紧密匹配。许多第一代手机设计使用基于电容电荷泵方案的并联二极管配 置，或者分数（×）、倍数（×）或混合（×）架构。这对设计师具有吸引力， 因为外 接电容需要的空间比电感需要的空间少。但是，

31、这个方法的总体系统效率较低，仅 在一之间（取决于锂离子电池的电压）。作为参考点，基于电感升压的串联配置解 决方案可以在相同的工作电压范围内轻易实现一的效率。 总之，对串联、并联或混联的应用没有绝对的答案，设计人员应根据特定应用的需要 选择合适的配置，以获得最佳的性价比。 （）串联驱动 由于亮度几乎完全由电流控制，因此，只要使用相同或匹配的电流，各个即 可获得相同的亮度。图为串行连接的，并使用反馈电阻器来控制电流。 图串联驱动方式 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 的正向电压各有不同，的串联可保证流经各的电流相同，即使得全部 的亮度都是一致的。 （）并联驱动 在电源电压较为有

32、限的应用场合，多个只能以并联方式工作。图所示为并行 连接的。这些并联模式的恒流驱动芯片使用限流电阻来检测电流。电流可以利用 反馈连接至的限流电阻进行调节一通常是配置中的第一个，余下的限流电阻 器会与第一个的电流进行匹配。由于之间的正向电压各不相同，因此各之间 存在着正向电流的匹配度问题。 图并联驱动方式 值得一提的是，驱动器供应商经常吹捧电流匹配精确性在至之间 的差异，以及其供应的驱动器正处于这水平内。实际上，人眼根本察觉不到之间如此 小的亮度差别。虽然电流匹配的精确性在或以下是最好的，但在以下任何精度之 间的差别都只是细微至不能察觉。 （）混联驱动 图混联驱动方式 浙江大学硕士学位论文 半导

33、体照明驱动电路的发展与现状 混联是指混合的串联并联的驱动方式，如图 所示。在驱动数量较多的时宜 采用混联的驱动方式。例如假设需要以同样电流驱动个白光，据搜集到的驱动芯 片资料，是目前市场能并联驱动数量最多的一款芯片，但最多也只能驱动 个；若采用串联驱动方式，则需要以上的电压来驱动个组成的串， 这个高电压需求使得串联驱动器被剔出理想解决方案之列。而混合的串联并联驱动 方式能够满足要求。将个分为两串，每个 串串联个，从而满足驱动 个的要求。如图所示。此外，这种配置所需的外部元件最少，因为成为最佳的 驱动数量较多的设计方案。表将并联和串联驱动方式各自的优缺点进行了对比总 结。 表并联和串联的驱动方式

34、比较 并联驱动 串联驱动 低驱动电压 低（或无）辐射，低噪音 高驱动电压（通常高于） 高辐射，高噪音 拓扑不具备相同的电流 拓扑具有固有的恒定电流 需要正向电压分档筛选（预挑选） 开关式电容转换器，无需电感 需要正向电压分档筛选（预挑选） 升压转换器，需要电感 容错设计，当一个失效，其它的 仍会发亮 无容错设计，当一个失效，其它 的都不会发亮 至或显示器连接器上的连接有 多个接头 仅有两个串的连接头 独立的亮度控制 所有都有相同的亮度水平 按大功率驱动方式分类 大功率恒流驱动常用方法有电阻限流、线性控制调节、充电泵升压、开关变换器 控制等。下面对现有的各种控制方法进行简要的介绍引。 电阻限流电

35、路 如图所示，电阻限流电路控制方式是根据的曲线来确定预期的正向电 流所需要的电压，通过一个串联电阻来控制的电流。 浙江大学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 图电阻限流电路 电阻限流电路控制方式比较简单，但存在不少的缺点：输入电压的微小变化都会导致 电流的变化，从而影响光通量输出；限流电阻上会消耗大量的功率而使得整个系统效 率不高；当这种调光方式在对白光等进行亮度调节时，会使发出的白光颜色发生 偏移，不利于把这种控制方式用于日常照明系统，所以这种方式多用在对光色要求不高的 情况。 新型控制电路 线性控制是把工作于线性区的功率管等效为一个动态电阻，通过控制该动态电阻的阻 值来控制负载电

36、流。线性调节器可以分为并联型和串联型两种。 并联型线性调节器又称为分流调节器，它采用功率管与并联，分流掉负载的一部 分电流。与电阻限流电路相似，分流调节器也同样需要串联一个限流电阻，如图 （）所示。当输入电压增大时，流过上的电流增加，反馈电 压增大使得功率管，的 动态电阻减少，流过。的电流将会增大，这样就增大了限流电阻。上的压降，从而使得 上的电流和电压保持恒定。分流调节器同样由于串入了限流电阻，系统的效率不高， 并且在输入电压变化范围比较宽的情况下很难做到恒流输出。 串联型调节器是采用功率管与串联，当输入电压增大时，使功率管的动态电阻增 大，从而使得功率管上的压降增大，以保持上的电压（电流）

37、恒定，如图（） 所示。这种控制方式与并联型线性调节器相比，由于少了串联的线性电阻，使得系统的效 率较高。但是由于功率三极管或管都有一个饱和导通电压，因此输入的最小电压 必需大于功率管的饱和电压与负载电压之和，使得整个电路的电压调节范围受限。 浙江大学硕十学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 （） 图并联型线性控制器和串联型线性控制器 图 充电泵升压变换器 充电泵升压电路 充电泵升压变换器又称为开关电容升压控制器。他利用分立电容将电能从输入端传送 到输出端，整个电路不需任何电感。电荷泵变换器设计比较简单，只需根据元件规格来挑 选适合的电容。但它的主要缺点是只能提供有限的输出电压范围，大多数充

38、电泵电路的输 出电压增益为输入电压的，或倍。若要驱动多个时，必须采用并联驱动方 式。此时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，整个系统的效率就会降低。 开关变换电路 开关电源作为能量变换中效率最高的一种方式，特别适用于大功率的亮度控制。 与传统的电压型，（）变换器不同的是大功率 的驱动电路的反馈量是流过的电流信号而不是输出电压信号，以此来满足的 恒流驱动要求。下面详细介绍适用于大功率驱动的四种基本的开关变换电路。 浙江火学硕士学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 （）型变换电路 型大功率驱动变换器电路与传统的变换器电路在结构有所不同。由于

39、要控制的电流，通常在开关管后面串入电流检测电阻。图所示是峰值电流 控制型大功率驱动电路。这是一种定周期、定时刻导通的控制方式，通过控制 的峰值电 流来调节的亮度，整个控制电路结构比较简单。 图 型大功率驱动电路 轴 图 型大功率驱动电路 （）型变换电路 型大功率驱动变换器电路与传统的变换器结构基本相似，但由于需 要恒流输出，所以这里只采用负载的反馈电流信号。图所示电路是恒定频率、 电流模式调节控制的型大功率驱动电路。由于输出电容通常取得较小，上 的电流会出现断续。通过调节电流峰值和占空比来控制的平均电流。 】 浙江大学硕十学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 （）变换电路 与传统的变换器相

40、比，用于大功率驱动的型变换器电路 是将开关管移至输入电压的负端，从而使得开关管的驱动更加简单，如图所示。通 过控制的峰值电流及其导通占空比，来调节的平均电流，以达到亮度调节的 目的。 图 型大功率驱动电路 图 型大功率驱动电路 （）（）变换电路 （）型大功率驱动变换器与传统的变换器也基本相似，只是 这里对输出电流进行控制，输出侧的电容省略掉，直接与输出侧电感串联。如图 所示电路采用滞环电流模式控制技术，对输入及输出电流进行调节。通过设置输出侧电流 检测电阻的阻值就可以确定流过的平均电流，从而调节其亮度。 浙江大学硕：学位论文 半导体照明驱动电路的发展与现状 本论文的主要工作 本课题是与一家电源

41、公司合作，要求设计一个高效降压电路，它以恒定电流驱动多个 串并联的大功率白色（每颗，），为路灯和其他照明设备提供驱动。这个配置 无需光耦等隔离放大电路和昂贵的工厂校准过程。该控制电路结构简单、成本低、效率高； 无需输出采样电阻和隔离电流信号采样，特别适合于高压应用场合。作者主要完成的是主 电路、压控电流源电路、基准电容电路、开关管控制电路几个子模块的设计与样机调试， 并将该控制方法推广到升压电路和隔离电路的恒流控制方法中。 本文的工作安排如下： 第一章：半导体照明驱动电路的发展与现状。首先 介绍大功率照明的特性及 发展，其次介绍白光驱动电路的分类，最后介绍本论文所要达到的目标，并对本文的 章节

42、进行安排。 第二章：转换电路的原理和控制策略分析。介绍转换电路三种拓扑结构 的原理分析；介绍变换器的两种反馈控制模式包括电压反馈控制模式和电流反馈控 制模式；介绍变换器的三种控制方式即、和混合控制。 第三章：大功率的驱动电路分析。首先对型变换器恒流输出控制原 理和恒流电路实现算法及结构做了介绍，然后推广到型变换器恒流输出控制原理和 恒流电路实现算法及结构，最后介绍了型变换器恒流输出控制原理和恒流电 路实现算法及结构。 第四章：对大功率的型、型恒流输出变换器进行了电路设计和调 试实验研究。主要给出本作者所完成的整体电路设计，这部分试验结果和本文的几个电路 模块以及实现恒流控制功能密切相关。 第五

43、章：结论，总结本文所设计电路的特点和下一步的工作。 浙江大学硕士学位论文 转换电路的原理和控制策略分析 转换电路的原理和控制策略分析 转换电路三种拓扑结构的原理分析 转换电路有三种基本拓扑结构，即降压型（）变换器、升压型（） 变换器和升降压型（）变换器，其它变换器类型都是由变换器和 变换器组合演变而成。这三种转换电路可以采用电流反馈模式和电压反馈模式两种 反馈环路结构，各种转换电路的控制方式根据电路要求和实际应用要求可选取、 和三种控制方式。 在转换电路中，即使输入电压与负载有变动，但变换器的直流输出电压可通过 内部电路控制为所期望的电压。开关型变换器是采用一个或多个功率开关管把一种 直流电压变换为另一种直流电压。如果变换器的输入直流电压给定，则可以通过控制开关 管的开关时间（或占空比）来控制直流输出电压。 开关型变换器的基本电路及波形图如图所示阻引。图中，。和州分别 为开关的导通和关断时间，输出的平均电压。大小取决于通断时间（。和）。 图开关型变换器的基本电路及波形图 降压型（） 变换器 降压型交