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led驅(qū)動電路范文1

關(guān)鍵詞：led，驅(qū)動電路，恒壓電路，恒流電路

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）10-00-02

0 引 言

LED具有低功耗、無污染的特點(diǎn)，是節(jié)約型的綠色光源，是照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢[1]。LED驅(qū)動電路是介于電網(wǎng)電壓與LED之間的電源適配器，需滿足高可靠性、高效率、高功率因數(shù)等特點(diǎn)，還需要對LED起一定的保護(hù)作用[2]。因此，為充分發(fā)揮LED的優(yōu)勢，需配備相應(yīng)的恒壓恒流驅(qū)動電路。本文設(shè)計(jì)了一種性價比高的新型LED驅(qū)動電路，該電路采用光耦與電壓跌落補(bǔ)償電路保證恒壓恒流特性。此電路還具有電壓可調(diào)的特點(diǎn)，可驅(qū)動工作電流在20～40 mA的發(fā)光二極管。

1 電路結(jié)構(gòu)與原理

本文設(shè)計(jì)的電路主要由濾波電路、調(diào)壓電路、光耦恒流電路三個部分組成。輸入電壓為220 V電網(wǎng)電壓，輸出為恒定電壓電流，此電路適用于普通LED燈具。LED驅(qū)動電路如圖1所示。

圖1 LED驅(qū)動電路圖

其中，第一部分為濾波電路，用于抑制電網(wǎng)諧波與干擾，由C1～C6與TR1組成雙向EMI濾波電路；第二部分為調(diào)壓電路，通過選擇合適的L1和TR2參數(shù)，滿足使用需求；第三部分為恒流控制電路，輸出與所驅(qū)動LED相接。圖1中，BR1為橋式整流電路，用于檢測整流效果，銜接調(diào)壓電路。下面詳述三個主要電路。

1.1 濾波電路設(shè)計(jì)

濾波器由C1～C6與TR1組成雙向電磁干擾（EMI）濾波器。其中，TR1為共模電感，選擇磁導(dǎo)率高、高頻性能好的共模電感可以有效抑制共模噪聲；C1，C2，C5，C6為共模電容，用于抑制高頻共模干擾信號；C3，C4為差模電容，用于抑制電網(wǎng)中的差模噪聲[3]。此濾波電路不僅能夠抑制電網(wǎng)存在的外部電磁干擾，還能避免驅(qū)動電路向外部發(fā)出噪聲干擾。

EMI濾波參數(shù)選擇：共模電感選擇要求磁導(dǎo)率高，高頻性能好。電感大小視額定電流選擇。共模電容取值范圍為2000～6 400 pF，差模電容取值范圍為0.1～1μF。本文的參數(shù)設(shè)計(jì)為，共模電感5 mH/100 Mhz，共模電容3 000 pF，差模電容取值1μF。

1.2 調(diào)壓電路設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的調(diào)壓電路為阻感性負(fù)載的交流調(diào)壓電路[4]，等效電路如圖2。其中L為電感L1，C為C7，C9，C10等效電容，R為剩余所有元件等效電阻，要求 。

圖2 調(diào)壓電路等效電路圖

由等效電路知調(diào)壓負(fù)載電流應(yīng)滿足：

其中，uC為電解電容最大儲能值。

解得：

其中：ω0為初始頻率，ω為輸出頻率，，β為輸出電壓滯后輸入電壓角度。

在本電路中，等效電路L1=1 500 mH時，經(jīng)調(diào)壓電路輸出的電壓幅值為55 V，輸出頻率為100 Hz。輸出電壓接近正弦波，在幅值附近近似線性。

1.3 恒壓恒流電路

在恒壓恒流恒流電路中，D1，D4，R4，R10，R22組成電壓控制電路，Q1，R4與R5組成電壓跌落補(bǔ)償控制電路，R6，R7與U1組成恒流控制電路。L11與C14使驅(qū)動電路與負(fù)載電路隔離開來，避免相互影響[5]。

恒壓工作原理：電路正常工作時，輸入電壓經(jīng)D2，R3，R5，R4為Q1提供基極偏執(zhí)電流，輸出電壓為R5壓降與穩(wěn)壓管D4之和。當(dāng)電壓發(fā)生跌落情況，負(fù)載電流通過R3，由此在R3上產(chǎn)生的壓降使D1導(dǎo)通，經(jīng)過R22，為Q1提供基極偏置電流，使得負(fù)載電流增加，輸出電壓增加，補(bǔ)償電壓跌落直至電路正常工作，由此保證電路輸出電壓恒定。

恒流工作原理：恒流電路可以根據(jù)需求預(yù)先設(shè)定恒流電流大小。當(dāng)U1引腳1上輸出電流沒有達(dá)到恒流設(shè)定點(diǎn)，R7壓降很低，接近于地，此時光耦不發(fā)揮作用，為電流輸出。當(dāng)U1引腳1上輸出電流到達(dá)設(shè)定點(diǎn)，集電極端R7上壓降增大，此電壓經(jīng)過電阻R6轉(zhuǎn)換為電流又增加到引腳1端，使輸出電流趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定電流與設(shè)定恒流電流相等。

2 調(diào)壓電路仿真測試

在電壓輸出端接3盞LED，串聯(lián)電阻為1 kΩ。將調(diào)壓電路輸出端接示波器信號A，將恒壓恒流電路輸出端接示波器B，示波器上得到波形如圖3（其中黑色為信號A，紅色為信號B），調(diào)整電感L1，得到調(diào)壓電路測試數(shù)據(jù)如表1。 由表1可知，電感L1在500～2 000 mH之間變化時，驅(qū)動電路輸出電壓在55.5～20.5 V內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

3 恒壓恒流電路仿真測試

在測試中電感L1固定不變（本文L1=1 000 mH），即調(diào)壓電壓輸出端不變，電流輸出端串聯(lián)1盞LED，將恒流恒壓電路輸出端接示波器信號A，在電流輸出端接電流探針。調(diào)整電源電壓在±10%內(nèi)波動，得到恒流恒壓電路測試數(shù)據(jù)如表2。由表2可以看出，輸入電壓在±10%內(nèi)波動時，輸出電流波動不超過5%，輸出電壓波動不超過9%，滿足LED驅(qū)動電路設(shè)計(jì)要求。

圖3 LED驅(qū)動電路輸出波形圖

表1 調(diào)壓電路測試數(shù)電感L（mH） 調(diào)壓電路輸出

電壓最大值（V） 調(diào)壓電路輸出

電壓最小值（V） 驅(qū)動電路

電壓輸出（V）

500 150 -200 55.57

800 100 -132 39.85

1 300 65 -80 27.76

1 500 54 -75 25.04

2 000 45 -53 20.54

表2 恒流恒壓電路測試數(shù)據(jù)

輸入電壓值（V） 驅(qū)動電路輸出電流（mA） 輸出

電流波動 驅(qū)動電路輸出電壓（V） 輸出

電壓波動

237.6 22.94 0.79% 35.96 6.08%

227.7 22.87 0.48% 34.84 2.78%

220 22.76 0 33.9 0

212.3 22.50 -1.14% 33.1 -2.36%

205.7 22.36 -1.76% 32.35 -4.57%

198 21.98 -3.43% 31.35 -7.52%

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一種新型LED驅(qū)動電路，此電路不僅具有較好的恒流恒壓特性，還具有輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)，且輸出電壓與輸出電流端都與驅(qū)動電路相互隔離，避免驅(qū)動電路和LED負(fù)載電路相互影響。測試結(jié)果表明，在電網(wǎng)電壓波動±10%內(nèi)，輸出電壓與電流波動在4%和8%之間，電感在500～2000 mH范圍內(nèi)變化時，相應(yīng)輸出電壓變化范圍為20.5～55.5 V之間，滿足LED驅(qū)動電路的使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1].半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展須關(guān)注一個重點(diǎn)[J].電源世界，2009（10）：8.

[2]甘彬，馮紅年，金尚忠.大功率白色發(fā)光二極管的特性研究[J].光學(xué)儀器，2005（5）：34-36.

[3]裘喬安，余萬能，褚建新.通用變頻器輸出濾波電路設(shè)計(jì)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報，2007（4）：45-49.

led驅(qū)動電路范文2

盡管白光LED優(yōu)點(diǎn)很多，但LED驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)卻面臨著重大挑戰(zhàn)。空間限制的要求和散熱的要求都對設(shè)計(jì)有所限制。最后，設(shè)計(jì)師們還必須認(rèn)真考慮EMI要求對其設(shè)計(jì)的影響。

在低功率(≤3W)照明應(yīng)用中，設(shè)計(jì)師部使用了現(xiàn)成的非隔離式、基于電感的降壓式和升降式開關(guān)模式電源。本文將對這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，論述各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為配置為基本降壓式轉(zhuǎn)換器和基本升降壓式轉(zhuǎn)換器的LinkSwitch-TN器件。通過在單片IC上集成一個功率MOSFET，振蕩器、簡單的開／關(guān)控制、一個高壓開關(guān)電流源、頻率抖動、逐周期電流限流及熱關(guān)斷電路，可以簡化轉(zhuǎn)換器階段的設(shè)計(jì)復(fù)雜度并減少元件數(shù)。LinkSwitch-TN器件可通過漏極引腳實(shí)現(xiàn)自供電，無需使用偏置電源及相關(guān)電路。它極具成本效益，可用來替代輸出電流小于或等于360mA的線性和電容降壓式非隔離電源，因此能夠提供出色的輸入電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。與無源元件電源方案相比，它的效率更高，而功率因子則比電容降壓式方案高。

降壓式轉(zhuǎn)換器具有諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，它可以最大化所選LinkSwitch-TN器件的可用輸出功率以及電感值。同時還可以降低電源開關(guān)和續(xù)流二極管的電壓應(yīng)力。此外，流經(jīng)輸出電感的平均電流要略低于同類升降壓式轉(zhuǎn)換器中的平均電流。

升降壓式轉(zhuǎn)換器與降壓式轉(zhuǎn)換器相比，其配置具有一大優(yōu)點(diǎn)，即輸出二極管與負(fù)載串聯(lián)。在降壓式轉(zhuǎn)換器中，如果MOSFET發(fā)生短路故障，輸入將直接與輸出相連。而在升降壓式轉(zhuǎn)換器中發(fā)生此類情況時，反向偏壓輸出二極管則會阻斷輸入和輸出之間的通路。

在這兩種轉(zhuǎn)換器中，AC輸入經(jīng)D1、D2、C1、C2、RF1和RF2整流濾波。兩個二極管可以增強(qiáng)輸入電涌承受能力和傳導(dǎo)EMI性能。設(shè)計(jì)師應(yīng)該使用可熔阻燃電阻作為RFI，但可以使用只具阻燃功能的電阻作為RF2。IAnkswitch-TN器件中的開／關(guān)控制用于調(diào)節(jié)輸出電流。一旦進(jìn)入反饋(FB)引腳的電流超過49μA，MOSFET開關(guān)將被禁用，以便進(jìn)入下一開關(guān)周期。

降低熱量

設(shè)計(jì)LED驅(qū)動電路所面臨的主要挑戰(zhàn)是散熱問題。即使采用比白熾燈技術(shù)效率更高的技術(shù)，3W的電路也將會達(dá)到可危及器件完整性的溫度級別。而且，將驅(qū)動電子器件集成到具有嚴(yán)格限制的標(biāo)準(zhǔn)GU10燈座中時也會遇到嚴(yán)峻的散熱挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)者解決該問題的唯一途徑便是將熱量傳導(dǎo)至燈泡的旋入式燈座上。LinkSwitchTN器件中添加有一熱關(guān)斷電路，在結(jié)溫度超過142℃時可禁用功率MOSFET，從而防止LED遭受潛在的損壞。一旦結(jié)溫度下降75℃，MOSFET將自動重新開啟。

與降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，升降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的效率要略低一些，這是因?yàn)楣β什粫贛OSFET開關(guān)每次打開時都傳輸?shù)捷敵龆恕Ｒ虼耍a(chǎn)生的熱量比降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多。不過差別不太明顯。

為確保電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)符合熱調(diào)節(jié)要求，設(shè)計(jì)師將電源組件安裝到燈座中，然后測量LNK306DN源極引腳的溫度。在理想情況下，源極引腳的溫度不應(yīng)超出100℃。在25℃的室內(nèi)環(huán)境溫度下測量的結(jié)果表明，V10值上升到265VAC時，源極引腳溫度將超過100℃。鑒于這些結(jié)果，設(shè)計(jì)師斷定可能對某些額外的散熱器有熱限制方面的要求，比如將LED散熱片放下UI SO-8C封裝頂端。

控制EMI

LED驅(qū)動電子器件電路必須符合嚴(yán)格的EN55022B/CISPR22B傳導(dǎo)EMI要求。鑒于開關(guān)IC的高開關(guān)頻率和GUIO燈座有限的尺寸大小，這些要求給燈泡設(shè)計(jì)師又帶來了重大挑戰(zhàn)。在升降壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，EMI噪聲電流環(huán)路~MOSFET流向輸出二極管、輸出電容，然后返回輸入電容；而在降壓電路配置中，該電流環(huán)路從MOSFET流向續(xù)流二極管，然后返回輸入電容，因此較前者中的環(huán)路短。因此，上述情況導(dǎo)致在升降壓設(shè)計(jì)中略微降低噪聲要更困難。

為了符合行業(yè)EMI規(guī)范，工程師決定將驅(qū)動電子器件分成兩個電路板：位于頂部的轉(zhuǎn)換器電路板與位于底部的輸入整流／EMI濾波器電路板。然后他們在兩個電路板之間放置法拉第屏蔽。電氣連接到轉(zhuǎn)換器電路板的屏蔽含有一個單面銅鉑區(qū)域PCB，后者的構(gòu)造尺寸與底部輸入整流／EMl濾波器電路板相同。使用本設(shè)計(jì)驅(qū)動3個LED，其測試結(jié)果顯示，傳導(dǎo)EMI在輸入電壓為230VAC的最差情況下約為7dBμV，低于行業(yè)EMI要求。

led驅(qū)動電路范文3

關(guān)鍵詞:背光源;發(fā)光二極管;動態(tài);降低功耗;驅(qū)動電路

中圖分類號:TN141.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

The Matrix LED Dynamic Backlight and Drive Circuit's Design

ZHENG Xiao-bin, YAO Jian-min, LIN Zhi-xian, XU Sheng, LI Yuan-kui, RUAN Kai-ming, GUO Tai-liang

(College of Physics and Information Engineering Fuzhou University, Fuzhou Fujian 350002, China)

Abstract: Because of its non-luminous, the liquid crystal needs backlight. At present majority use the Cold Cathode Fluorescent Lamp(CCFL) as backlight. But the brightness is not easy to be controlled and response slow and so on disadvantages of CCFL, it results the energy wasted and motion blur of the liquid crystal display. This study introduced a structure of direct dynamic backlights based on LEDs, in which the light emission of every LED was restricted to a smaller area on the diffuser film and every LED was only responsible to illuminate one part of LCD. Designed the drive circuit of dynamic backlight, the LED backlight achieves the corresponding brightness by the analysis to the demonstration picture to obtain the parts of different best brightness and using the way of dynamic controlling the brightness. Using Matlab software simulation LED backlight, results show that the dynamic backlight can effectively reduce power consumption and improve image contrast.

Keywords:backlight; LED; dynamic; reduce the power consumption; drive circuit

引 言

液晶顯示(liquid crystal display,LCD)已在眾多領(lǐng)域迅速取代了傳統(tǒng)陰極射線管(cathode ray tube, CRT) 顯示技術(shù)[1],使LCD顯示器成為了家電市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。由于液晶本身不發(fā)光,需要通過背光照明,因此目前大多數(shù)產(chǎn)品采用陰極射線熒光燈(CCFL)作為背光源。但因CCFL的亮度不容易控制,而液晶電視是采用調(diào)節(jié)LCD的控制電壓,改變液晶的透過率來實(shí)現(xiàn)對LCD總體亮度的控制,這種方式在很多情況下造成了背光模組的光能和電能的浪費(fèi)。另一方面,隨著世界各國對環(huán)保的重視以及RoHS法規(guī)的實(shí)施,近年來LCD廠商正積極地尋求冷陰極熒光燈的替代方案。

過去數(shù)年,LED已得到廣泛應(yīng)用,其中成長最快的應(yīng)用領(lǐng)域是LCD的背光應(yīng)用。且數(shù)年間LED已在小尺寸顯示屏的背光應(yīng)用領(lǐng)域得到普及,已取代了CCFL,而在中大尺寸的應(yīng)用中,LED取代CCFL也正成為趨勢[2]。LED背光已開始邁入需要更高性能和更長工作時間的中大尺寸顯示屏背光的應(yīng)用中。采用以色彩還原好、省電、壽命長為優(yōu)點(diǎn)的LED背光源,是高端液晶電視的趨勢。文中所做項(xiàng)目攻克了背光源模塊過厚、傳統(tǒng)LCD背光散熱量大、工作時間過長和高溫下亮度和色彩易漂移的技術(shù)難題,使其色域范圍超過 110% NTSC[3]。

1 點(diǎn)陣式LED動態(tài)背光源

LED(light emitting diode)即發(fā)光二極管,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。同時LED是一種電流型器件,即它的工作狀態(tài)是以通過它的電流為標(biāo)準(zhǔn)的,其工作電流在20mA左右,管壓降在1.8～4V。一般在20mA工作電流時,LED能發(fā)揮最大的光電效率,超過這一電流值,雖然其亮度還能增加,但二極管的功耗和發(fā)熱激增,壽命會大大縮短。為了將LED的工作電流控制在20mA,過去大都采用串聯(lián)電阻的方法――限流電阻法,而現(xiàn)在一般采用集成電路恒流源。

點(diǎn)陣式LED背光,就是LED均勻地分布在整個背光面上,各個LED所照射出的光均勻地投射在整個背光膜上。點(diǎn)陣式LED如圖1所示。我們知道,單獨(dú)控制液晶的每一個像素點(diǎn)的點(diǎn)亮是難以實(shí)現(xiàn)的,但是可以通過盡量細(xì)分對液晶的照明區(qū)域,使單個LED 只負(fù)責(zé)為液晶的部分區(qū)域提供背光照明,這樣就可以最大程度地提高LCD的顯示質(zhì)量。

采用亮度動態(tài)控制的方式可以很方便地通過調(diào)節(jié)LCD背光源電源電壓或輸入電流的大小,從而改變LCD的發(fā)光強(qiáng)度,可使電視在LCD較低能耗條件下工作。亮度動態(tài)控制就是通過對顯示的畫面進(jìn)行分析,得到不同區(qū)域的最佳亮度的同時控制LCD背光達(dá)到相應(yīng)的亮度。采用動態(tài)背光源能有效地改善目前LCD所存在的兩大問題:動態(tài)模糊(motion blur)和對比度低。

整體背光的亮度隨著影像內(nèi)容個別進(jìn)行亮度調(diào)變,動態(tài)背光模塊驅(qū)動模式所展現(xiàn)的并不是恒定亮度均勻光源,而是提供一個類似影像內(nèi)容調(diào)變的動態(tài)的背光源,此模式可有效解決暗室漏光問題,大幅提升影像動態(tài)對比度[4]。由于主動式動態(tài)背光模塊驅(qū)動模式所展現(xiàn)的并不是恒定亮度均勻光源,而是提供一個類似影像內(nèi)的主動式動態(tài)背光源,因此功耗大小隨不同影像內(nèi)容有所差異。因此動態(tài)LED背光模塊的平均功耗將會比傳統(tǒng) CCFL 背光模塊低,達(dá)到省電節(jié)能的功效,同時也可有效降低 LED 熱源的產(chǎn)生,解決一般 LED 背光源模塊所面臨的問題。因此,可使LED將不再需要額外的風(fēng)扇及特殊散熱結(jié)構(gòu),即可有效降低整體材料及制造加工成本,同時由于 LED 低功耗將可進(jìn)一步提高LED產(chǎn)品壽命與可靠度。同時借由動態(tài)驅(qū)動電路設(shè)計(jì),可進(jìn)一步提升影像的畫面質(zhì)量,消除普通液晶顯示在顯示快速移動物體時出現(xiàn)的拖影現(xiàn)象。

2 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)

LED動態(tài)背光原理框圖如圖2所示。視頻源信號是由計(jì)算機(jī)DVI顯卡接口輸出的分辨率為1024×768、刷新率為60Hz的視頻信號。視頻接收單元的解碼芯片采用Silicon Image公司的SiI161芯片,其解碼輸出24bits的RGB像素數(shù)據(jù)。控制模塊的作用是由FPGA接收、緩存及處理數(shù)據(jù),并驅(qū)動VGA轉(zhuǎn)換電路和LED背光源驅(qū)動電路。數(shù)據(jù)緩存采用數(shù)據(jù)乒乓存儲機(jī)制,將RGB三色數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)緩存單元中的兩部分SRAM中。FPGA將處理后的數(shù)據(jù)送到VGA轉(zhuǎn)換電路模塊,驅(qū)動LCD顯示屏。同時,FPGA通過對灰度數(shù)據(jù)的采樣與計(jì)算,傳遞給LED背光源驅(qū)動電路所需要的數(shù)據(jù)和控制信號。LED背光源的驅(qū)動電路主要包括集成灰度調(diào)制電路和行后級放大單元電路。

2.1 集成灰度調(diào)制電路

LED灰度級顯示的方法目前有很多,包括幅值法、空間法、時分法,其中較為常見的是PWM法(脈寬調(diào)制法),也叫占空比法。這種方法是在掃描脈沖對應(yīng)時間內(nèi),從數(shù)據(jù)脈寬中劃出的一個灰度調(diào)制脈沖[5]。數(shù)據(jù)脈沖的寬度可以劃分為多個等級,不同的寬度等級代表不同的灰度信息,從而可以使被選通的像素實(shí)現(xiàn)不同的灰度等級。PWM方式根據(jù)數(shù)據(jù)大小的不同,在一個周期內(nèi)輸出灰度調(diào)制脈沖的占空比將產(chǎn)生相應(yīng)的變化。以8位數(shù)據(jù)為例,如圖3所示,輸出的脈寬信號與數(shù)值大小成比例關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)最大時(脈沖1,11111111),脈沖高電平占滿整個周期,達(dá)到全占空比;當(dāng)數(shù)據(jù)為最大數(shù)據(jù)的一半時(脈沖2,10000000),則脈沖高電平占整個周期的一半,以次類推,當(dāng)數(shù)據(jù)為0時,則整個周期內(nèi)脈沖為低電平。這種灰度調(diào)制方法可以很容易地通過數(shù)字電路控制將灰度數(shù)據(jù)信息攜帶在列信號脈沖上,是平板顯示器中常用的灰度實(shí)現(xiàn)方案,尤其是電流型器件,如LED、OLED、FED的驅(qū)動電路中均有采用[6]。

本系統(tǒng)集成灰度調(diào)制采用PWM灰度調(diào)制芯片BHL2000。BHL2000專用集成電路芯片是由北京北方華虹微系統(tǒng)有限公司開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超大規(guī)模集成電路,廣泛應(yīng)用在LED大屏幕和其它類型的顯示屏系統(tǒng)上。它采用雙端口SRAM技術(shù),解決了其它芯片數(shù)據(jù)傳輸會占用可貴的顯示時間的突出問題,保證了圖像的亮度和灰度[7]。BHL2000采用PWM調(diào)制方式,主要由譯碼器、比較器、SRAM、計(jì)數(shù)器等部分構(gòu)成,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

BHL2000芯片內(nèi)部采用雙端口SRAM技術(shù),數(shù)據(jù)的寫入和讀出操作分別由不同的時鐘和地址控制,因此數(shù)據(jù)的寫入和讀出互不影響。在寫入時鐘WR驅(qū)動下,數(shù)據(jù)從DIN0~DIN7輸入,在內(nèi)部移位寄存器中串行移位16次后,由級聯(lián)口SHIFT0~ SHIFT7移出。行、場控制信號HS、YS則確定數(shù)據(jù)在存儲器中的存儲位置,最多可以存8×16×32個字節(jié)。輸出行、場控制信號HCLK、CLR確定取數(shù)位置,在讀出時鐘CLK控制下進(jìn)行灰度調(diào)制,輸出脈寬信號O0~O15。BHL2000的16路漏級輸出接上拉電阻可產(chǎn)生最大80mA的驅(qū)動電流[8],同時串有8路級聯(lián)信號到下一個芯片。本系統(tǒng)中為了點(diǎn)亮一個48×32的LED點(diǎn)陣,需要三片BHL2000級聯(lián)。

2.2 行后級驅(qū)動單元

行后級驅(qū)動單元實(shí)現(xiàn)的是行掃描功能。利用FPGA送給行后級驅(qū)動單元的32路行信號可實(shí)現(xiàn)對LED背光的逐行掃描和隔行掃描。

本系統(tǒng)采用48×32點(diǎn)陣LED作為背光源,因此每顯示一行需要的電流是比較大的,假如每顆高亮度LED燈的額定電流是25mA,則驅(qū)動一行所需要的電流是25×48=1.2A,一般的驅(qū)動放大芯片無法滿足要求。因此,需要采用有較大驅(qū)動能力的MOS管,在本系統(tǒng)中使用的是STM4953。STM4953是雙P溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管,輸出電流可達(dá)4.5A,完全可以滿足系統(tǒng)的要求。

其內(nèi)部有兩個CMOS管,1、3腳為VCC,2、4腳為控制腳,2腳控制7、8腳的輸出,4腳控制5、6腳的輸出,只有當(dāng)2、4腳為“0”時,7、8、5、6腳才會輸出,否則輸出為高阻狀態(tài)。

3 系統(tǒng)仿真

本系統(tǒng)采用FPGA對整個系統(tǒng)控制。FPGA控制模塊是整個系統(tǒng)的時序產(chǎn)生控制電路部分,它通過產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號,分別對數(shù)據(jù)緩存及處理單元、集成灰度調(diào)制驅(qū)動單元、行后級集成驅(qū)動單元進(jìn)行控制。FPGA控制電路產(chǎn)生SRAM的控制信號和相應(yīng)的地址信號來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)緩存單元的控制,同時 FPGA控制電路對集成灰度調(diào)制驅(qū)動單元的控制,是通過產(chǎn)生BHL2000的灰度調(diào)制控制信號來實(shí)現(xiàn)。而 FPGA控制電路對行后級集成驅(qū)動單元的控制,是通過產(chǎn)生1/32的行脈沖信號并送到STM4953來實(shí)現(xiàn)。圖5是 FPGA產(chǎn)生的控制信號的總體流程圖。

根據(jù)系統(tǒng)輸入、輸出信號的要求,本設(shè)計(jì)采用Cyclone公司的EP1C6 為目標(biāo)芯片,以quartus為開發(fā)工具,Verilog語言為開發(fā)語言,進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)對集成灰度調(diào)制和行后級采用模塊化設(shè)計(jì),如圖6所示。BHL2000模塊的功能是送給BHL2000芯片所需的控制信號wr、hs、vs、hclk、clk、clr及8位串行灰度信號。row模塊的功能是向行選驅(qū)動模塊提供32位并行的行信號 row[31..0]。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證點(diǎn)陣式動態(tài)背光源的效果,本設(shè)計(jì)采用Matlab進(jìn)行模擬圖像所需的背光源,試驗(yàn)中選用了2幅1024×768像素的8bit灰度圖像。如圖7所示為仿真試驗(yàn)結(jié)果圖。測試圖像自左至右依次為測試圖1、測試圖2;圖(a)為原始圖像;圖(b)為LED背光仿真圖;圖(c)為基于LED影像背光的試驗(yàn)結(jié)果圖。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看到,當(dāng)原始圖像的像素灰度數(shù)值越小時(如測試圖2與測試圖1比較時),背光亮度可降低的幅度越大,因此能更有效地降低背光源的功耗;仿真結(jié)果圖像(c)與原始測試圖像(a)相比,整體亮度會有所降低,不影響圖像的顯示質(zhì)量,但基于動態(tài)背光源所顯示的圖像比恒定的背光源能更有效地降低功耗,另外圖像的對比度也有一定的提高。

5 結(jié) 論

本文提出了一種基于點(diǎn)陣式LED的動態(tài)背光源結(jié)構(gòu),將單個LED發(fā)出的光投射區(qū)域限制在散光膜的單一區(qū)域,即每個LED只負(fù)責(zé)液晶部分區(qū)域的背光照明。并設(shè)計(jì)了動態(tài)背光源的驅(qū)動電路,通過對顯示的畫面進(jìn)行分析,采用亮度動態(tài)控制的方式可以得到不同區(qū)域的最佳亮度,同時驅(qū)動LED背光達(dá)到相應(yīng)的亮度。本文利用Matlab軟件仿真LED背光源,結(jié)果表明采用動態(tài)背光源能有效地降低功耗,提高圖像對比度。

參考文獻(xiàn)

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led驅(qū)動電路范文4

關(guān)鍵詞：LED背光源；Boost拓?fù)洌籑CU控制；保護(hù)電路；恒流電路；2D＼3D調(diào)光電路。

中圖分類號：TN312+.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

引 言

LED作為液晶電視的背光源在中大尺寸3D電視上的應(yīng)用越來越廣泛，圖像在液晶面板上的顯示是有順序的，在3D顯示中背光與液晶圖像的同步會呈現(xiàn)出更好的顯示效果。

本文基于Boost及MCU控制，設(shè)計(jì)一種具有掃描3D功能的側(cè)導(dǎo)光LED背光源驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)了一路Boost為LED提供驅(qū)動電壓和MCU控制多路LED通斷的架構(gòu)，不但降低了系統(tǒng)成本， 而且不依賴專業(yè)芯片，不同路數(shù)的LED可以用同一個拓?fù)潋?qū)動，通用性強(qiáng)。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成

掃描式3D電視背光源驅(qū)動電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。電源板提供一個直流電源進(jìn)入Boost電路做LED的驅(qū)動；MCU為整個系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)信號的處理；反饋保護(hù)采樣電路采樣LED的低壓端電壓并將信號反饋給MCU；恒流及調(diào)光模塊接收MCU的控制信號直接作用于LED的低壓端。圖1中LED的串?dāng)?shù)及每串的顆數(shù)都可調(diào)整，只要調(diào)整Boost電路的參數(shù)及選擇相應(yīng)IO口數(shù)目的MCU即可。下面介紹一下系統(tǒng)各模塊工作原理及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程。

1.1 Boost電路的設(shè)計(jì)

Boost電路詳圖如圖2所示。Boost做LED燈條恒流時的電壓自適應(yīng)，用簡單的Boost芯片搭建即可。其中對輸出做一個精度不高的反饋，后續(xù)LED燈條正端的電壓細(xì)調(diào)通過MCU檢測燈條負(fù)端來做反饋，電壓的調(diào)整則通過Boost芯片Driver的調(diào)節(jié)占空比來實(shí)現(xiàn)的。本Boost芯片的CS腳具有過流保護(hù)功能。

1.2 MCU控制器

本設(shè)計(jì)針對8路LED控制，MCU選擇28引腳閃存單片機(jī)：單片機(jī)時鐘頻率16MHz、A/D口11個、I/O口25個、定時器2個。整個系統(tǒng)的控制流程如圖3所示：MCU實(shí)時抓取前段3D控制控制信號，當(dāng)3D控制信號為高時，進(jìn)入3D狀態(tài)，通過檢測場同步的上升沿和下降沿來觸發(fā)背光第一串燈條的打開，燈條的打開時間及燈條之間打開的時間間隔用兩個定時器作為中斷觸發(fā)條件，這樣就可以用掃描的方式分時打開背光，完成背光與圖像的同步；當(dāng)主板的3D信號為低時，進(jìn)入2D模式，根據(jù)PWM信號對背光進(jìn)行同步調(diào)節(jié)。在2D或3D模式下MCU對燈條低壓端進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，如果觸發(fā)保護(hù)，則電路被關(guān)閉。

1.3 恒流及2D/3D調(diào)光電路

LED恒流電路如圖5所示。檢測電阻R7上的電壓，獲取2D與3D兩種狀態(tài)下的電流采樣參考電平：R3上的電壓較高時為3D狀態(tài)，較低時為2D狀態(tài)。運(yùn)放的輸入端具有虛短的特點(diǎn)，R2上的電平隨即被設(shè)定，即R2所允許流過的電流被限定，從而LED的電流設(shè)定。當(dāng)LED電流增大時，R2上的電壓變大，反相輸入端的電平高于同相輸入端的電平，運(yùn)放輸出低電平，三極管V1的基極電平降低，V1的CE電流減小，從而減小了LED的電流。當(dāng)LED電流減小時，R2上的電壓變小，反相輸入端的電平低于同相輸入端的電平，運(yùn)放輸出高電平，三極管V1的基極電平升高，CE電流增大，從而增大LED的電流。如此循環(huán)，在動態(tài)過程中實(shí)現(xiàn)LED電流的恒定。在此過程中無需芯片的控制，電路自動反饋調(diào)整電流，實(shí)現(xiàn)電流恒定。

2D/3D調(diào)光電路如圖4、5所示，VREF為MCU 供電電壓VDD。在2D時，2D/3D IN信號為低電平，MCU芯片做出判斷產(chǎn)生高阻態(tài)或低電平兩種狀態(tài)。當(dāng)PWMIN為高時，MCU的PWM1 3D腳輸出高阻態(tài)，此時VREF經(jīng)過串聯(lián)電阻R4、R6、R7到地，在R7上產(chǎn)生分壓壓降，LED恒流模塊中的運(yùn)放同相輸入端獲取R7上的電壓作為LED恒流的參考電平，LED恒流模塊打開LED；當(dāng)PWMIN為低時，PWM1 3D腳輸出低電平相當(dāng)于接地，此時VREF經(jīng)過串聯(lián)電阻R4與MCU PWM1 3D腳內(nèi)的N MOS管到地，此時電阻R7上無壓降，LED恒流模塊中的運(yùn)放同相輸入端在R7上獲取不到電壓，LED恒流模塊關(guān)閉LED，從而實(shí)現(xiàn)2D下的調(diào)光控制。

在3D時，2D-3D IN信號為高電平，MCU做出判斷采用高電平與低電平兩種狀態(tài)輸出。依據(jù)外部PWMIN信號的狀態(tài)，當(dāng)PWMIN為高時，MCU的PWM1 3D腳輸出VDD高電平，此時電阻R4串接在兩個VDD電平之間，不產(chǎn)生電流，無壓降，則VDD經(jīng)過串聯(lián)電阻R6、R7到地，由于沒有電阻R4的分壓，將在R7上產(chǎn)生一個較高的壓降，LED恒流模塊中的運(yùn)放同相輸入端獲取R7上較高的電壓作為LED恒流的3D參考電平，LED恒流模塊打開LED；當(dāng)PWMIN為低時，PWM1 3D腳輸出低電平相當(dāng)于接地，此時VREF經(jīng)過串聯(lián)電阻R4與MCU的PWM1 3D腳內(nèi)的N MOS管到地，此時電阻R7上無壓降，LED自恒流模塊中的運(yùn)放同相輸入端在R3上獲取不到電壓，恒流模塊關(guān)閉LED，從而完成3D下的調(diào)光控制。

1.4 反饋保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

燈條保護(hù)電路是通過檢測圖5電路R10與R11之間的壓差來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)燈條正端或負(fù)端對地短路或開路時，此處的分壓值為零，MCU通過IO口檢測出此處的電壓不正常，給出一個錯誤信號把電源關(guān)掉；當(dāng)燈條正負(fù)短路在一起時，此處的電壓過高，MCU同樣能檢測出錯誤信號關(guān)掉電源。MCU用作反饋電路也是對R10、R11間的電壓進(jìn)行檢測，然后對各路檢測結(jié)果進(jìn)行比較得出最小的一路，讓這個最小的與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果小于設(shè)定值則說明Boost電路輸出的電路電壓過低，那么就調(diào)低圖4中MCU FBOUT腳的占空比（MCU是個數(shù)字腳），這樣通過圖4 C1的緩沖作用得出一個電壓比較小的值，從而Boost提高輸出電壓；如果檢測到的最小值大于自己設(shè)定的值，那么調(diào)高M(jìn)CU占空比，實(shí)現(xiàn)實(shí)時反饋。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)樣機(jī)2D模式下的工作參數(shù)：LED電流130mA，調(diào)光頻率200Hz，占空比85%，由圖6可見，電流恒流特征良好。

3D顯示模式下背光電流波形如圖7所示，實(shí)現(xiàn)了電流倍增（390mA）。小占空比大電流的情況下，能實(shí)現(xiàn)亮度基本不變的條件下在60Hz場同步下實(shí)現(xiàn)SG 3D的掃描。

3 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了一種新型SG 3D側(cè)導(dǎo)光LED背光源驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)了2D顯示模式下PWM調(diào)光及3D顯示模式下掃描方式調(diào)光。該系統(tǒng)采用Boost和MCU調(diào)光相結(jié)合的方式，由于MCU直接對LED進(jìn)行調(diào)光，省掉了專用調(diào)光芯片，且由于MCU具有可編程的特點(diǎn)，可以用來作保護(hù)電路及反饋電路，簡化了原來的電路，后續(xù)維護(hù)上只需對程序升級就可實(shí)現(xiàn)，不需要重新布PCB。該設(shè)計(jì)對PIC微控制器在液晶電視LED背光驅(qū)動上的應(yīng)用具有指導(dǎo)性意義。

本文設(shè)計(jì)了一種新型SG 3D側(cè)導(dǎo)光LED背光源驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)了2D顯示模式下PWM調(diào)光及3D顯示模式下掃描方式調(diào)光。該系統(tǒng)采用Boost和MCU調(diào)光相結(jié)合的方式，由于MCU直接對LED進(jìn)行調(diào)光，省掉了專用調(diào)光芯片，且由于MCU具有可編程的特點(diǎn)，可以用來作保護(hù)電路及反饋電路，簡化了原來的電路，后續(xù)維護(hù)上只需對程序升級就可實(shí)現(xiàn)，不需要重新布PCB。該設(shè)計(jì)對PIC微控制器在液晶電視LED背光驅(qū)動上的應(yīng)用具有指導(dǎo)性意義。

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led驅(qū)動電路范文5

現(xiàn)在的問題是:LED路燈必然具有長壽命嗎?的確,在我國近年來大量的半導(dǎo)體照明工程實(shí)踐中,存在不少LED路燈“短命”的現(xiàn)象。譬如,用了不到3個月,路燈就不亮了;有些工程用了僅1個月,路燈就出現(xiàn)故障;極端點(diǎn)的個別案例中,在驗(yàn)收時就有路燈不亮!上述種種“短命”現(xiàn)象,既給工程承包商和路燈廠商造成經(jīng)濟(jì)損失、商譽(yù)損失,也打擊了消費(fèi)者的信心,同時政府主管部門推廣LED路燈亦承受了較大的壓力。

面對上述消極情況,大家越來越關(guān)注這樣一個命題:如何將LED理論上的較長壽命轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實(shí)使用中的長壽命?一個簡明的邏輯是,如果一盞LED路燈在很長時間內(nèi)不出現(xiàn)問題就可視為具有長壽命。換言之,探討LED路燈可能出現(xiàn)問題的主要因素并加以解決,具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義,對廣大路燈廠商而言尤其如此。

依據(jù)大量的實(shí)證調(diào)查數(shù)據(jù),LED路燈出現(xiàn)質(zhì)量問題的因素較多,有材料問題;有制造問題;有電網(wǎng)電壓問題,有使用環(huán)境問題等等,但最主要的因素是:LED驅(qū)動電源的質(zhì)量問題!70%的故障路燈均由此因素導(dǎo)致。

那么,決定LED驅(qū)動電源質(zhì)量好壞(壽命長短)的因素又是什么呢?可歸納為驅(qū)動電源所使用的電容器件及電源內(nèi)部溫度,可用“電容溫度”來表達(dá)。

電容溫度=電容溫升+電源溫升+燈具溫升+環(huán)境溫升。具體分析如下:

電容溫升:取決于電路設(shè)計(jì)和電容品質(zhì),通常大于5度;

電源溫升:取決于散熱設(shè)計(jì)及效率,通常大于30度;

燈具溫升:取決于散熱設(shè)計(jì)及空間大小,通常大于20度;

環(huán)境溫升:視應(yīng)用地域氣候而定,在中國,一般為-35度至+40度。

世界著名電容品牌的電容溫度區(qū)間通常為-40度至+105度,但在不同的溫度區(qū)間下,電容壽命保證值是不同的,假定設(shè)計(jì)時電容紋波電流負(fù)載值最大使用到85%,則:

電容溫度為65度時的壽命能保證5-8萬小時;

電容溫度為75度時的壽命只能保證約4萬小時;

電容溫度為85度時的壽命只能保證約2萬小時;

電容溫度為95度時的壽命只能保證約1萬小時;

電容溫度為100度以上時的壽命只能保證約4000小時。

依上所述,控制電容溫度至關(guān)重要。除了環(huán)境溫升屬于客觀自然因素外,誰在電容溫升、電源溫升方面控制得好,并且在燈具溫升控制方面與燈具廠商聯(lián)動較好,誰就在LED驅(qū)動電源領(lǐng)域立于不敗。

茂碩電源出品的LED智能驅(qū)動電源系列產(chǎn)品長期雄霸市場份額龍頭地位,自然有其獨(dú)到的品質(zhì)保障手段,簡述如下:

――采用世界頂級品牌電子元器件。茂碩電源采購的電子元器件100%是世界一流品牌,尤其是電容,采用的是日本原裝品牌,壽命保證1萬小時以上。

――一流研發(fā)團(tuán)隊(duì)的軍工專利設(shè)計(jì)。茂碩LED智能驅(qū)動電源效率高,損耗小,電源內(nèi)部溫升僅為30-50度,工作壽命長達(dá)5萬小時以上。

由于LED照明目前還未大規(guī)模普及應(yīng)用,尚處于試點(diǎn)工程階段,對LED驅(qū)動電源的需求批量相對較小,并且尚無統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn),許多電源廠家的設(shè)計(jì)質(zhì)量低下,從源頭上就注定了其出品電源的“短命”,即使在應(yīng)用條件良好的環(huán)境中,一般電源廠家的電源壽命亦達(dá)不到1萬小時;如果在夏天40度環(huán)境溫度下,有許多廠家的電源壽命超不過4000小時。

--作為LED智能驅(qū)動電源解決方案的提供商,能在事前為燈具廠商提供最佳的驅(qū)動解決方案,幫助燈具廠家攻克電源與燈具配套的難題,進(jìn)而保障了燈具的質(zhì)量。

目前的現(xiàn)實(shí)是,許多燈具廠家一般在完成LED基板及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,才去考慮電源的問題,忽略了電源沖擊對芯片的影響,為燈具的光衰減留下隱患。而對于許多中小電源廠商而言,它們不可能有實(shí)力為每批數(shù)量不大的燈具專門開發(fā)不同的電源。這就造成了燈具廠商找不到技術(shù)指標(biāo)和尺寸大小均合適的電源的普遍現(xiàn)象。茂碩電源長期致力于和廣大燈具客戶的互動,針對客戶的不同要求,提供切合實(shí)際的應(yīng)用方案,進(jìn)而保障了燈具品質(zhì),贏得廣大燈具客戶的信賴。

關(guān)于深圳茂碩電源

深圳茂碩電源科技股份有限公司位于美麗的中國深圳西麗湖畔――中國深圳市南山區(qū)西麗鎮(zhèn)茂碩科技園。公司經(jīng)過十多年的快速發(fā)展,已成為集產(chǎn)品研發(fā)、制造、銷售及服務(wù)于一體的電源高新技術(shù)企業(yè)。

led驅(qū)動電路范文6

（①海南大學(xué)應(yīng)用科技學(xué)院，儋州 571730；②賽迪顧問股份有限公司，北京 100048）

摘要： 提出了一種基于PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制芯片的小功率LED驅(qū)動電源的原理框架。采用FAN7554芯片作為主控制器，設(shè)計(jì)了一款輸出功率達(dá)30W的反激式LED驅(qū)動電源，其輸出電壓為33V，輸出電流為0.9A，可為30只功率為1W的LED管采用10串3并混聯(lián)方式組成的LED陣列提供驅(qū)動電源，并分析所設(shè)計(jì)LED驅(qū)動電源的基本原理。該LED驅(qū)動電源經(jīng)過一系列的電氣測試，并在實(shí)際運(yùn)行中得到比較滿意的結(jié)果，具有進(jìn)入小功率LED照明市場的能力，且對設(shè)計(jì)高性能、低成本的小功率LED驅(qū)動電源具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 ： 脈沖寬度調(diào)制；FAN7554；反激式；LED驅(qū)動電源

中圖分類號：TN6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）17-0104-03

基金項(xiàng)目：海南大學(xué)應(yīng)用科技學(xué)院（儋州校區(qū)）校基金資助項(xiàng)目（Hyk-1515）。

作者簡介：高家寶（1987-），男，海南樂東人，碩士，助教，研究方向?yàn)殚_關(guān)電源電路模型研究及其應(yīng)用。

0 引言

LED作為新型綠色環(huán)保光源，具有亮度高，發(fā)光效率高，壽命長以及工作電壓低等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，但是LED照明中的驅(qū)動電路部分卻是目前制約其發(fā)展的一個重要瓶頸之一[1-3]。為了LED管穩(wěn)定的發(fā)光，需要設(shè)計(jì)出LED恒流恒壓驅(qū)動電源。本設(shè)計(jì)利用FAIRCHILD公司的FAN7554作為PWM控制器，設(shè)計(jì)了一款輸出電壓范圍為33V~37V，輸出電流0.9A的30W LED驅(qū)動電源。通過對其EMI（電磁干擾）濾波電路、PWM控制電路、反饋控制電路、反激式變換電路、各種保護(hù)功能電路等進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，成功地實(shí)現(xiàn)了反激式LED驅(qū)動電路，該驅(qū)動電源具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、節(jié)能高效和穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

1 LED驅(qū)動電源的組成

本文設(shè)計(jì)的LED恒流驅(qū)動電路的工作原理框圖如圖1所示。它主要由輸如EMI濾波電路、PWM控制電路、反激變換電路、光耦反饋電路、電流環(huán)恒流控制電路、保護(hù)電路等組成。交流電輸入經(jīng)EMI濾波電路及整流濾波電路后，由光耦的反饋信號調(diào)整PWM控制電路輸出的脈沖信號寬度，從而對濾波之后的輸入信號大小進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，再通過反激式變換電路進(jìn)行電壓變換。以電流型PWM控制芯片F(xiàn)AN7554為控制器件組成的恒流恒壓控制電路，將電流取樣信息和電壓采樣信息分別經(jīng)電流比較器處理后由光耦反饋至變換級驅(qū)動端，實(shí)現(xiàn)電流電壓控制調(diào)節(jié)，最終提供穩(wěn)定電流和穩(wěn)定電壓，驅(qū)動LED負(fù)載。在保護(hù)電路方面主要有浪涌保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)和高頻MOS管保護(hù)等。

2 LED驅(qū)動電源電路設(shè)計(jì)及原理分析

2.1 核心元件概述

FAIRCHILD公司提供的FAN7554芯片集成了一個固定頻率的電流模式控制器。圖2為FAN7554芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該芯片具備軟啟動、通斷控制、過載保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)和欠壓鎖定等功能，這為外圍電路簡單、成本低廉的LED驅(qū)動電源電路設(shè)計(jì)方案提供了所需要的一切。芯片沒有集成高頻MOS管，在設(shè)計(jì)時需要與獨(dú)立高頻MOS管組成實(shí)現(xiàn)PWM控制電路，這極大方便了設(shè)計(jì)者進(jìn)行調(diào)試與維修，這主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)者一般會對LED驅(qū)動電源中的高頻MOS管的PWM信號進(jìn)行觀察和測試，且LED驅(qū)動電源工作時高頻MOS管損壞的概率較大。

圖3為LM358雙運(yùn)算放大器的引腳功能圖，其內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器。LM358的主要特性有：直流電壓增益高達(dá)100dB；單位增益頻帶寬約1MHz；單電源電壓范圍寬為3~30V。這些特性決定了LM358適合于LED驅(qū)動電源的誤差放大電路的設(shè)計(jì)。

2.2 基于FAN7554芯片的30W LED驅(qū)動電源電路設(shè)計(jì)

根據(jù)LED驅(qū)動電路的原理框圖，設(shè)計(jì)了如圖4所示的基于FAN7554芯片的30W LED恒流恒壓驅(qū)動電源的電路原理圖，該驅(qū)動電源LED負(fù)載采用30只功率為1W的LED管進(jìn)行10串3并混聯(lián)方式組成的LED陣列，組內(nèi)所有的LED管電壓額定值為33V、電流額定值為0.9A，光功率約為30W，設(shè)計(jì)要求LED驅(qū)動電源效率大于80%，則電源輸入功率約為37.5W。考慮到小功率LED驅(qū)動電源對功率因數(shù)不做要求，在低成本設(shè)計(jì)的前提下本設(shè)計(jì)沒有采用無源功率因數(shù)校正電路。

2.3 基于FAN7554芯片的30W LED驅(qū)動電源電路原理分析

①LED驅(qū)動電路的電源。

LED驅(qū)動電源的供電電源是220V/50Hz交流電。

②浪涌保護(hù)電路。

采用保險絲F1、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RY1、RY2、電阻R21、R22和電容C16設(shè)計(jì)浪涌保護(hù)電路。當(dāng)滿載開機(jī)時，C6電壓不能突變，相當(dāng)于短路，導(dǎo)致輸入電壓很大。而熱敏電阻在冷態(tài)時電阻很大，可起到限制輸入浪涌電流的作用。在電源接入端加入防止浪涌保護(hù)電路，主要是用來防止由于雷電過電壓和操作過電壓等瞬態(tài)過電壓，造成LED驅(qū)動電路核心器件的損壞。

③EMI濾噪電路。

采用電感L3、電容C13、C7和C8設(shè)計(jì)EMI濾噪電路，主要是為了濾除共模和差模噪聲，并提供放電回路。

④整流電路。

采用DB107設(shè)計(jì)橋式整流電路，將雙相輸入交流電轉(zhuǎn)換成單相交流電。

⑤前端電感電容復(fù)式濾波電路。

采用電容C6、C3和電感L1設(shè)計(jì)電感電容復(fù)式濾波電路，不僅起到過濾噪聲的作用，同時還起到將單相交流電轉(zhuǎn)換成紋波較小的直流信號的作用。

⑥過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)電路。

FAN7554芯片的電源主要來源于由變壓器T1的6號管腳和1號管腳組成的次級線圈，在芯片電源管腳與模擬地之間反向接入穩(wěn)壓二極管D9，起到過壓保護(hù)作用，從而保證芯片的電源電壓不高于18V。當(dāng)次級線圈供電不足時，由R2電阻和R5電阻組成的欠壓保護(hù)電路，芯片電源直接由整流后的直流電源提供電源，實(shí)現(xiàn)了欠壓保護(hù)功能，從而保證芯片的電源電壓不低于18V。

⑦高頻MOS管保護(hù)電路。

采用電阻R3、電容C2和二極管D6設(shè)計(jì)高頻MOS管保護(hù)電路。當(dāng)高頻MOS管截止時，如果不是高頻MOS管保護(hù)電路為電感所存儲的電磁場能量提供泄放回路，那么電感所存儲的電磁場能量將直接注入高頻MOS管，從而在MOS管上產(chǎn)生過大的電壓應(yīng)力，甚至損壞MOS管[4，5]。

⑧LED負(fù)載電源電路。

在變壓器T1和MOS管完美配合工作下，實(shí)現(xiàn)了將輸入電能量耦合至LED負(fù)載端和恒壓恒流電路兩部分電路中。LED負(fù)載的電能量由變壓器T1的12號管腳和9號管腳組成的次級線圈提供，為了防止負(fù)載的電流回流至次級線圈，在次級線圈的12號管腳和LED負(fù)載之間正向并聯(lián)接入二極管D2和二極管D4。可是為了防止加在D2和D4并聯(lián)電路兩端的電壓過大而損壞它們，因此在D2和D4的并聯(lián)電路兩端并聯(lián)上由R1和C1組成的串聯(lián)電路；LED負(fù)載端的電感電容復(fù)式濾波電路由電容C4、C5、電阻R4和電感L2組成，不僅起到濾除噪聲的作用，而且還起到了將單相交流電轉(zhuǎn)換為紋波較小的直流電的作用。

⑨反饋控制電路。

為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的LED驅(qū)動電源，加入了電壓采樣和電流采樣電路，通過LM358雙運(yùn)放將所采樣的電壓值、電流值與相應(yīng)的基準(zhǔn)電壓值、基準(zhǔn)電流值相比較后轉(zhuǎn)換為誤差量，該誤差量通過光耦器件PC817反饋至FAN7554芯片的反饋管腳達(dá)到調(diào)整高頻MOS管脈沖寬度的目的，從而實(shí)現(xiàn)對LED負(fù)載的輸出電壓、電流調(diào)節(jié)[6，7]。

3 總結(jié)

本文提出了一種基于PWM控制芯片的小功率LED恒流恒壓驅(qū)動電源的電路架構(gòu)，并利用FAIRCHILD公司的PWM芯片F(xiàn)AN7554作為主控制器，設(shè)計(jì)了一款功率達(dá)30W的反激式LED驅(qū)動電源，其輸出電壓為33V，輸出電流為0.9A，可為30只功率為1W的LED管采用10串3并混聯(lián)方式組成的LED陣列提供驅(qū)動電源。通過對其EMI（電磁干擾）濾波電路、PWM控制電路、反饋控制電路、反激式變換電路、各種保護(hù)功能電路等進(jìn)行設(shè)計(jì)和測試，通過對其EMI（電磁干擾）濾波電路、PWM控制電路、反饋控制電路、反激式變換電路、各種保護(hù)功能電路等進(jìn)行設(shè)計(jì)和測試，結(jié)果表明其恒流效果好，輸出電壓紋波低，成功實(shí)現(xiàn)了該反激式LED驅(qū)動電源，這對設(shè)計(jì)高性能、低成本的小功率LED驅(qū)動電源具有一定的指導(dǎo)意義。

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