摘要：在當(dāng)今這個(gè)能源短缺的時(shí)代，如何能夠更好地節(jié)能，是科研工作要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)。眾所周知，LED在照明領(lǐng)域?qū)Ρ绕渌彰骷夹g(shù)具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。隨著LED照明技術(shù)的不斷發(fā)展，LED已經(jīng)從普通的LED逐漸向大功率LED發(fā)展了。這將促進(jìn)LED照明技術(shù)進(jìn)入人們的日常照明中，也加速了LED取代其它照明產(chǎn)品的進(jìn)程。但是，目前大功率LED要推廣到日常照明領(lǐng)域，還受到了LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)的限制。

本文針對(duì)大功率LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。闡述了研究大功率LED驅(qū)動(dòng)的必要性及目的。詳細(xì)地介紹了LED驅(qū)動(dòng)方式的原理及性能，提出了自己的設(shè)計(jì)方案，即以美國(guó)的Supertex公司生產(chǎn)的HV9910B芯片為核心的大功率LED驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案。對(duì)于這個(gè)方案的電路設(shè)計(jì)主要包括兩部分：電源前級(jí)整流濾波電路和芯片外圍的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，詳細(xì)地針對(duì)它們的原理進(jìn)行分析，并對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中所涉及的各個(gè)關(guān)鍵元器件進(jìn)行參數(shù)配置，同時(shí)又對(duì)本文設(shè)計(jì)的大功率LED驅(qū)動(dòng)的性能進(jìn)行了分析，最終完成了對(duì)大功率LED驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類照明從光火照明、白熾燈照明、熒光燈照明，一直到現(xiàn)在半導(dǎo)體固體照明的出現(xiàn)，照明技術(shù)有了較大的發(fā)展。其實(shí)，照明技術(shù)的發(fā)展，就是人類一直提高照明效率的過程。因?yàn)榛鸸獾墓庾V大部分位于可見光光譜范圍之外，另外它燃燒所產(chǎn)生的能量大約90％均轉(zhuǎn)化成了熱能，所以光火照明的效率非常低，此外化學(xué)燃料的燃燒大多會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有污染的氣體，因此人們便開始尋找和開發(fā)發(fā)光效率更高的照明器件。作為最新興起的第四代照明技術(shù)，半導(dǎo)體固體照明技術(shù)被認(rèn)為是繼熒光燈照明之后，人類照明史上的又一次歷史性飛越。半導(dǎo)體技術(shù)的逐步完善也是經(jīng)歷了較長(zhǎng)的一段時(shí)間。

隨著LED技術(shù)的發(fā)展，LED已經(jīng)從最初應(yīng)用于數(shù)碼手表、指示燈以及計(jì)算器顯示屏等對(duì)亮度要求不高的場(chǎng)合，到現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用與超亮度的大功率LED日常照明領(lǐng)域。伴隨著LED效率的不斷提高、加工成本的不斷下降，大功率LED的產(chǎn)生使LED向普通照明領(lǐng)域擴(kuò)展。大功率LED即功率大于1W的LED，與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)節(jié)能；(2)光色純；(3)壽命長(zhǎng)；(4)可靠、耐用；(5)應(yīng)用靈活；(6)響應(yīng)快；(7)控制靈活

作為一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，大功率LED與傳統(tǒng)照明光源相比雖然有很多優(yōu)勢(shì)，但是要真正實(shí)現(xiàn)用大功率LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，還存在著很多需要解決的技術(shù)難題。由于LED的伏安特性及溫度特性，使得大功率LED需要直流的低電壓驅(qū)動(dòng)，所以傳統(tǒng)上鎢絲燈泡、日光燈、節(jié)能燈、鈉燈等光源的驅(qū)動(dòng)并不適合直接驅(qū)動(dòng)大功率LED，因此需要專門為大功率LED設(shè)計(jì)合適的驅(qū)動(dòng)。通常大功率LED的亮度與通過它的電流成正比，但是它在大電流下會(huì)出現(xiàn)飽和的現(xiàn)象，發(fā)光效率會(huì)出現(xiàn)大幅度地降低，甚至失效。因此大功率LED使用電流不能超過它的額定值。另外，LED亮度輸出與溫度成反比，所以使用中應(yīng)盡量減少發(fā)熱和設(shè)計(jì)良好的散熱系統(tǒng)。此外現(xiàn)在普遍使用的白熾燈、熒光燈和高強(qiáng)度放電燈的成本都比較低，大功率LED只有大幅降低自身的生產(chǎn)成本才有可能取代這些傳統(tǒng)光源，而大功率LED的生產(chǎn)成本主要取決于芯片本身以及驅(qū)動(dòng)電源的價(jià)值。

綜上所述，在大功率LED逐步成為新一代光源的同時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)的品質(zhì)將直接制約大功率LED的產(chǎn)品可靠性，同時(shí)也將決定著大功率LED在實(shí)際應(yīng)用中能否長(zhǎng)壽高效。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的半導(dǎo)體照明，根據(jù)市場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的大功率LED驅(qū)動(dòng)電路，是具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用意義的。

2大功率LED驅(qū)動(dòng)分析

隨著大功率LED技術(shù)的逐漸提高，LED的應(yīng)用變得越來越廣泛。但是目前在大功率LED的應(yīng)用過程中，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)也提出了很高的要求。本章針對(duì)目前上市場(chǎng)的主流大功率LED驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行了比較性分析。主要的驅(qū)動(dòng)方案包括線性驅(qū)動(dòng)、開關(guān)型驅(qū)動(dòng)以及恒流驅(qū)動(dòng)三種。

線性驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本較低，需要的元器件數(shù)目比較少，但是，它的能量轉(zhuǎn)化率低，不能很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，散熱量很大，電壓易出現(xiàn)波動(dòng)，這使得LED的亮度會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這就使這種線性驅(qū)動(dòng)方式不適合日常照明的應(yīng)用。

開關(guān)型驅(qū)動(dòng)通過利用開關(guān)管的導(dǎo)通與截止的占空比來控制輸出電壓，因此具有極高的能量轉(zhuǎn)化效率，在實(shí)際應(yīng)用中可以達(dá)到80％以上。另外，與線性驅(qū)動(dòng)相比，開關(guān)型驅(qū)動(dòng)在電壓的穩(wěn)定性、工作效率、電路體積等方面都有比較顯著的改善，而且具有相對(duì)較低的成本，此外，它還具有降壓式、升壓式以及降壓-升壓式三種結(jié)構(gòu)，應(yīng)用比較靈活。但是，這種開關(guān)型驅(qū)動(dòng)在驅(qū)動(dòng)LED的工作原理上和線性驅(qū)動(dòng)方式是一樣的，因此同樣不符合LED的非線性伏—安特性的要求，所以仍然存在大功率LED串聯(lián)并聯(lián)發(fā)光亮度不一致和發(fā)光亮度不穩(wěn)定的問題。

恒流源驅(qū)動(dòng)電路由于采用了恒流控制芯片，具有電流控制精度高、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、較高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)。但是，它同時(shí)也存在著一些的不足：首先，由于恒流源驅(qū)動(dòng)要求電源電壓和電路中的大功率LED負(fù)載的個(gè)數(shù)以及工作電壓要做到嚴(yán)格匹配，不允許出現(xiàn)大范圍的改變，所以可知恒流源驅(qū)動(dòng)對(duì)于電源的電壓和大功率LED負(fù)載變化的適應(yīng)能力較差。此外，由于電路中采用了集成的恒流控制芯片大多在工作中消耗很多功率，因此它的發(fā)熱量也就比較大，尤其是當(dāng)芯片的工作電壓差別過大時(shí)，發(fā)熱現(xiàn)象就很嚴(yán)重了，以至于要額外加散熱器，這就增加了功率損耗，降低了效率。

基于以上比較分析，本文采用市場(chǎng)上集成的恒流控制芯片，這使大功率LED恒流源驅(qū)動(dòng)的方案常采用的是驅(qū)動(dòng)的前端采用開關(guān)電源來穩(wěn)壓輸出，后端再利用恒流控制芯片進(jìn)行恒流設(shè)計(jì)。利用線性恒流芯片驅(qū)動(dòng)電路是恒流源驅(qū)動(dòng)中最簡(jiǎn)單、最直接的驅(qū)動(dòng)方式。

線性恒流芯片的核心是利用集成在芯片中的功率三極管工作在線性區(qū)，可以作為可變電阻來控制負(fù)載，使流經(jīng)大功率LED的電流維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的值。

本文所選用的線性恒流源驅(qū)動(dòng)是采用數(shù)能科技公司生產(chǎn)的NU511集成驅(qū)動(dòng)芯片。NU511是一款單通道漏極開路的LED線性恒流驅(qū)動(dòng)芯片，最高驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1.2A，最大支持1MHZ的PWM調(diào)光控制。NU511可以被用于0.5W到3W的大功率LED驅(qū)動(dòng)。在大功率LED的照明應(yīng)用中，NU511電壓范圍比較寬的特性，可以使它在不確定的供電系統(tǒng)中穩(wěn)定地工作。當(dāng)電源的電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，NU511輸出的電流仍然可以保持恒定，也就使整個(gè)LED照明電路的電流保持不變，也就達(dá)到了恒流的目的。

如圖1所示，采用NU511的線性恒流源驅(qū)動(dòng)的外圍電路只用三個(gè)器件就可以，包括串聯(lián)電阻Rs、電流調(diào)節(jié)電阻Rf和抗干擾消振電容C。根據(jù)NU511電流的設(shè)定值和外接電阻的關(guān)系，照明系統(tǒng)中所要求的恒流值I可以根據(jù)電流調(diào)節(jié)電阻RF的值來確定，如式(1)所示：

（1）

其中，K為常數(shù)。

圖1NU511恒流驅(qū)動(dòng)電路

在電流值已經(jīng)確定了的情況下，NU511的輸出電壓會(huì)隨著電源電壓的增大而增大，因此NU511芯片消耗的功率將會(huì)增大，產(chǎn)生的熱量也會(huì)增多。為了減少NU511的功耗，增加驅(qū)動(dòng)電路的效率，就須要降低輸出電壓。為了解決這個(gè)問題，我們?cè)陔娐分刑砑恿艘粋€(gè)功率電阻Rs來分擔(dān)NU511芯片的功耗，減少芯片產(chǎn)生的熱量。另外，為了減少在負(fù)載上的電壓出現(xiàn)波動(dòng)，我們選擇了適當(dāng)?shù)碾娙軨來提高系統(tǒng)的效率。

此外，對(duì)于市電驅(qū)動(dòng)來說，還需要在前級(jí)加入開關(guān)電源電路，給恒流控制芯片提供電源。

由上面的分析我們可以看出來基于線性恒流芯片的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、所用的元器件少、成本也比較低，另外由于采用了恒流控制芯片，這種恒流源驅(qū)動(dòng)方式具有控制精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

3大功率LED驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案

本文綜合前幾章對(duì)大功率LED驅(qū)動(dòng)各個(gè)方面的分析，設(shè)計(jì)了一款基于降壓變換器的LED控制電路。為了減少大功率LED電壓和輸入電壓的波動(dòng)對(duì)于大功率LED電流的影響，本文對(duì)于峰值電流控制的降壓變換器采取了反饋控制，并且選用合理的降壓變換器，使它的效率可以達(dá)到90%。

3.1驅(qū)動(dòng)控制器HV9910B介紹

為了更好地推廣LED的應(yīng)用，各個(gè)公司對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)的進(jìn)行了各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)。美國(guó)的Supertex公司是LED是目前推出最多的高壓LED恒流直驅(qū)IC企業(yè)之一，首先在2005年推出了HV9921/22/23系列，它可以驅(qū)動(dòng)市電供電的小功率LED，HV9921/22/23系列的驅(qū)動(dòng)電流在20～50mA的范圍內(nèi)。隨著大功率LED的產(chǎn)生，HV9921/22/23系列已經(jīng)不能滿足驅(qū)動(dòng)的需要，因此Supertex公司又開發(fā)出了大功率LED驅(qū)動(dòng)控制器HV9910，它可以用于市電供電，并且可以輸出1A的恒定驅(qū)動(dòng)電流。之后又在2007年推出了HV9910B型號(hào)的驅(qū)動(dòng)控制器，即HV9910的改進(jìn)型。它的產(chǎn)生對(duì)于大功率LED的推廣應(yīng)用起到了積極地推動(dòng)作用。下面我們將詳細(xì)地介紹一下HV9910B芯片。

Supertex公司設(shè)計(jì)的HV9910B芯片是一種通用的LED驅(qū)動(dòng)控制器。它可以應(yīng)用在DC/DC或AC/DC的大功率LED驅(qū)動(dòng)器、恒流源、RGB背光LED驅(qū)動(dòng)、平板顯示器背光驅(qū)動(dòng)、充電器以及LED裝飾燈或者信號(hào)燈。

HV9910B芯片既可以給市電交流供電，也可以用于12～24V或者48V的太陽(yáng)能電池或直流蓄電池供電；HV9910B輸入的直流電壓范圍是8～450V，范圍極寬；它輸出的恒流驅(qū)動(dòng)電流可以從幾十毫安到一安以上，也具有極寬的范圍，這使得它既可以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)大功率LED，也可以驅(qū)動(dòng)小功率LED，驅(qū)動(dòng)數(shù)量可以達(dá)到上百個(gè)LED，輸出的功率也可以從幾到幾十瓦；另外它的應(yīng)用很靈活，不但可以組成降壓式架構(gòu)，也可以組成升/降壓式結(jié)構(gòu)，這樣就能滿足各種不同的需求。

HV9910B芯片可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)關(guān)斷時(shí)間模式或者恒定電源模式，屬于LED開環(huán)電流控制驅(qū)動(dòng)集成芯片。HV9910B芯片內(nèi)包含一個(gè)線性穩(wěn)壓器，可以將輸入電壓調(diào)節(jié)為7.5V，實(shí)現(xiàn)芯片的內(nèi)部供電，而它所能承受的輸入電壓可以低至8V高至450V，使它能夠在不需要額外的低壓電源。此外，HV9910B不需要任何附加電路就可以直接驅(qū)動(dòng)外部MOSFET。

另外HV9910B很容易實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光能夠允許占空比從0到100%，頻率可達(dá)幾千赫茲，也可以實(shí)現(xiàn)零到250毫伏的線性調(diào)光，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。其中：

圖2HV9910B的電路原理圖

VIN是工作電壓的輸入端；

GND是接地端；

VDD是內(nèi)部7.5V穩(wěn)壓電源輸出端，，需要連接一個(gè)低等效阻抗的電容在它和接地端之間，通常這個(gè)電容要大于0.1微法；

LD是調(diào)光輸入端，用來調(diào)整LED的亮度；

GATE與MOSFET開關(guān)的柵極相連；

PWM_D是PWM調(diào)光的使能端，也是輸入端，當(dāng)PWM_D上加載低電平時(shí)，MOSFET關(guān)斷，沒有輸出，而當(dāng)PWM_D上加載高電平時(shí)，GATE輸出高電平，MOSFET導(dǎo)通；

CS是檢測(cè)端，外接電流采樣電阻RCS；

Rosc是用來設(shè)置振蕩頻率的，外接工作頻率設(shè)定電阻Rosc，當(dāng)工作在關(guān)斷時(shí)間恒定的模式下，Rosc的另一端與GATE相連，當(dāng)工作在頻率恒定的模式下，Rosc另一端與地相連[37]。

由圖2可以看出，HV9910B具有兩個(gè)電流采樣閥值電壓，一個(gè)是LD引腳的外部電壓，另一個(gè)是的250mV內(nèi)部電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，我們通常選擇這兩個(gè)電壓中比較低的一個(gè)，因?yàn)檩^低的采樣電壓意味著檢測(cè)電流的電阻也就相應(yīng)的變小，這樣效率就會(huì)變得更高。由分析可知，Supertex公司的HV9910B芯片是一款專門用于LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的集成芯片，使用它可以設(shè)計(jì)出一個(gè)更加高效、簡(jiǎn)單的大功率LED驅(qū)動(dòng)。

3.2硬件電路設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)以HV9910B芯片為核心的大功率LED驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，主要由EMI濾波、整流濾波電路、HV9910B芯片及其外部電路組成，系統(tǒng)框圖如圖3所示。圖中，電源經(jīng)過整流濾波變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓，提供給大功率LED；再配合HV9910B芯片，實(shí)現(xiàn)整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程。

圖3基本電路框圖

輸入級(jí)電路由全橋整流電路、熱敏電阻和一個(gè)濾波電容組成的。它的功能主要是完成對(duì)220V交流電的整流濾波。控制電路部分是以HV9910B芯片為核心，電路的輸入電壓是由經(jīng)過輸入級(jí)電路濾波后的電壓提供給芯片的，具體電路圖如圖4所示。為了保證VDD、PWM_D和LD引腳電壓的穩(wěn)定，須要把各個(gè)引腳通過電容接地?？刂崎_關(guān)管的開關(guān)信號(hào)是由GATE引腳產(chǎn)生的一定頻率的方波脈沖信號(hào)提供的，而它的脈沖寬度是CS引腳接的采樣電阻Rcs反饋的大功率LED電流信號(hào)決定的，Rosc引腳所接的電阻決定了脈沖的頻率。電路中的電感L為驅(qū)動(dòng)電路提供儲(chǔ)能、濾波以及持續(xù)的供電，使負(fù)載中的電流保持均衡性。電感L對(duì)于電路是起著十分關(guān)鍵的作用的。

圖4電路原理圖

整個(gè)供電過程基本上是這樣的：當(dāng)開關(guān)信號(hào)處于關(guān)斷狀態(tài)的半個(gè)周期時(shí)，電路是由輸入二極管、充電后的電感L以及大功率LED所組成的回路供電的；當(dāng)開關(guān)信號(hào)處于開通狀態(tài)的半個(gè)周期時(shí)，電路則是由前級(jí)濾波電路向大功率LED負(fù)載直接供電的。通過這種方式，我們就可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)周期內(nèi)提供給大功率LED的持續(xù)驅(qū)動(dòng)。

3.3整流濾波電路設(shè)計(jì)

本文的整流電路是由濾波器和橋式整流電路組成的。其中，濾波器主要是由熱敏電阻和兩個(gè)電容構(gòu)成，熱敏電阻主要是用來限制浪涌電流的，而電解電容是用來穩(wěn)壓的，另外一個(gè)鍍金屬聚丙烯電容則是輔助電解電容吸收高頻波紋電流的。

本文采用了橋式整流電路作為整流電路的核心部分，利用二極管的單向?qū)ㄐ?，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。這種橋式整流電路是在全波整流電路的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。全波整流電路具有很高的整流效率，但是它也存在著缺點(diǎn)。全波整流電路要求每個(gè)整流二極管承受的最大反向電壓很高，這就對(duì)二極管本身的性能有了很高的要求。

而橋式整流電路通過增加兩個(gè)二極管，使電路不但具有很高的整流效率，而還對(duì)比全波整流電路降低了對(duì)整流二極管的要求，橋式整流的具體電路圖如5所示。

圖5橋式整流電路

橋式整流電路采用四個(gè)二極管兩兩對(duì)接的方式。當(dāng)輸入為正弦波的正半周期時(shí)，整流二極管VD2和VD4上加載的是反向電壓，所以VD2和VD4處于截止?fàn)顟B(tài)，而VD1和VD3上加載的是正向的電壓，所以VD1和VD3導(dǎo)通，在輸出端可以得到正向輸出；同理當(dāng)輸入為正弦波的負(fù)半周期時(shí)，整流二極管VD1和VD3上加載的是反向電壓，所以VD1和VD3處于截止?fàn)顟B(tài)，而整流二極管VD2和VD4上加載的是正向的電壓，所以VD2和VD4導(dǎo)通，在輸出端可以得到與正弦波負(fù)半周期反向的電壓，也就是正向電壓。

由以上分析可以得到，重復(fù)這兩個(gè)過程后，得到的都是正弦波的正向部分。根據(jù)上述過程，可以得出橋式整流電路中的整流二極管承受的電壓值是全波整流電路的二分之一。

4電路參數(shù)設(shè)計(jì)

在確定好整個(gè)電路的設(shè)計(jì)方案后，就要對(duì)整個(gè)電路中的不同元器件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這對(duì)電路設(shè)計(jì)能否實(shí)現(xiàn)既定要求是起著決定性作用的。

首先，我們要根據(jù)HV9910B的芯片手冊(cè)確定電路的開關(guān)頻率fs，因?yàn)殡娐饭ぷ鞯拈_關(guān)頻率決定了電感L的大小，開關(guān)頻率越高則電感的尺寸越小，反之，開關(guān)頻率越低則電感的尺寸越大。而電感越大電路中開關(guān)的損耗也將隨之增大。面對(duì)這種矛盾，本文采取折中手段，選擇開關(guān)頻率fs為80kHz。根據(jù)芯片手冊(cè)可以得出，在開關(guān)頻率為80kHz時(shí)，電阻Rosc的值應(yīng)為470kΩ。

接下來要對(duì)輸入二極管D進(jìn)行選擇。二極管的選擇主要是針對(duì)它的額定電壓值和額定電流值進(jìn)行考慮，而二極管的額定電壓值是由輸入到二極管的最大電壓值決定的。通常對(duì)于二極管的選擇是以50%作為安全裕量來考慮的，乘以1.5，由此可知：

(2)

二極管的額定電流值則主要由HV9910B輸出的最大平均電流決定的，指的是最小輸入電壓和最大輸出功率時(shí)的電流。最小輸入電壓Vdcmin一定要大于大功率LED兩端電壓的一半，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，

(3)

(4)

由上式可知，需要選擇額定電壓為600V，額定電流為1A的二極管。

電路圖中的熱敏電阻是用來限制浪涌電流的，因此在交流電處于峰值時(shí)，熱敏電阻要限制的電流要高于5倍的穩(wěn)態(tài)電流，這樣我們可以根據(jù)下式計(jì)算出熱敏電阻在常溫25℃的值。

(5)

在實(shí)際應(yīng)用中，可以選擇120Ω額定電流為1A的熱敏電阻就可以達(dá)到使用要求。

在電路圖中，全橋整流電路輸出端所接的電容C1應(yīng)該按照下式計(jì)算：

(6)

即，而根據(jù)電容的額定電壓要大于輸入電壓的峰值可知，

(7)

因此，電容C1可以選用33μF的額定電壓為450伏的電解電容。電解電容具有很好的穩(wěn)壓效果，但是它的等效串聯(lián)電阻比較大，所以再在電解電容C1兩端并聯(lián)一個(gè)鍍金屬聚丙烯電容C2，更好地吸收高頻電流。它的電容值可以根據(jù)下式計(jì)算：

(8)

即鍍金屬聚丙烯電容C2為0.33μF，額定電壓為400V，它可以使電路板上的高頻環(huán)流出現(xiàn)的范圍變小。

當(dāng)場(chǎng)效管的柵極用高頻脈沖充電時(shí)，C3起到了維持芯片內(nèi)部電源電壓穩(wěn)定的作用。本文選取2.2μF，額定電壓為16V的電容作為C3。柵極的電流是隨著開關(guān)頻率的改變而改變的。在開關(guān)過程中，為了使芯片內(nèi)部的壓降不會(huì)出現(xiàn)欠壓退出，輸入電源引腳的電壓要設(shè)置的高一些。

采樣電阻R的值應(yīng)該按照下式計(jì)算：

(9)

U為內(nèi)部的閥值電壓，等于0.25V或者用LD引腳的電壓值來計(jì)算，得出的值為0.625Ω。

電感L在開關(guān)關(guān)斷期間為大功率LED提供能量，根據(jù)公式可知，，其中dt是關(guān)斷時(shí)間，也就說，而di是波紋電流，令總波紋為30%，則di等于I_omaxX0.3，也就是說：

(10)

由此可知，L應(yīng)該選用4.7mH的電感。上面已經(jīng)提到，電感的增大，將會(huì)增加開關(guān)的損耗。

對(duì)于開關(guān)管的選取，本文是靠開關(guān)管的峰值電壓和電流的最大有效值選取的。而開關(guān)管的額定電壓值是由輸入電壓的最大值決定的。通常是以50%作為安全裕量來考慮的，因此乘以1.5，經(jīng)計(jì)算可知VFET為562V。而開關(guān)管的電流的最大有效值是由最大占空比決定的，本文中的為50%。通常開關(guān)管的額定電流是電流額定值的三倍，而電流額定值為0.247A，所以最終選擇的開關(guān)管是額定電流為1A，額定電壓為600V的型號(hào)為STD2NM60的場(chǎng)效應(yīng)管。它在占空比為50%的情況下產(chǎn)生極少的損耗，大約是171mW。

5電路性能分析

在本文所設(shè)計(jì)的大功率LED驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用了一個(gè)外部開關(guān)和電感來減小LED驅(qū)動(dòng)器的損耗。電路中的具體功率損耗主要由開采樣電阻、開關(guān)管、二極管、與大功率LED相連的電感L以及芯片HV9910B本身產(chǎn)生的。而根據(jù)元器件的參數(shù)可知，它們?cè)陔娐分兴牡墓β适潜容^小的。這使得整個(gè)電路的工作效率比較高，大約可以達(dá)到85%以上。

另外，在驅(qū)動(dòng)原理上，本文電路的設(shè)計(jì)采用了峰值電流模式PWM控制技術(shù)，即PWM開關(guān)電路的原理上，設(shè)計(jì)出了以美國(guó)的Supertex公司生產(chǎn)的HV9910B集成芯片為核心的PWM方式開關(guān)電路，這種方式可以很好地完成對(duì)大功率LED的照明驅(qū)動(dòng)。通過深入地分析可以得出，這種電路的工作電壓范圍寬、轉(zhuǎn)換效率比較高、能夠保證恒流輸出。通過對(duì)電路進(jìn)行濾波，電路的輸出電流變得更加平穩(wěn)，也就是說電流的紋波變得比較小，更利于LED能夠正常發(fā)光。

通過電路分析可知，本文設(shè)計(jì)的大功率LED驅(qū)動(dòng)控制方案符合大功率LED的伏安特性曲線，即非線性特性，這就減少了電壓的波動(dòng)對(duì)電流造成的影響，也就解決了串聯(lián)的大功率LED在發(fā)光過程中亮度不穩(wěn)定的問題。此外由于系統(tǒng)只需要比較少的元器件數(shù)量，就可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的目的，所以降低了整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，進(jìn)而也提高了使用中的可靠性。

綜上所述，這種以集成芯片HV9910為核心的大功率LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案在能量的損耗、設(shè)計(jì)成本、設(shè)計(jì)的復(fù)雜度以及電流精度控制等方面都有了比較顯著的改善。

6結(jié)論

大功率LED作為一種新型的節(jié)能照明技術(shù)，對(duì)于照明領(lǐng)域未來的發(fā)展起了積極地推動(dòng)作用。在大功率LED推廣過程中，LED的驅(qū)動(dòng)技術(shù)限制了它在市電輸入的日常照明領(lǐng)域的應(yīng)用。設(shè)計(jì)了一款市電輸入的大功率LED驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)主要以美國(guó)的Supertex公司生產(chǎn)的HV9910B芯片為核心，前端電源輸入設(shè)計(jì)采用了全橋整流電路，與HV9910B合作為大功率LED提供了穩(wěn)定的電源驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)高性能的驅(qū)動(dòng)，本課題對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中所涉及的各個(gè)關(guān)鍵元器件進(jìn)行參數(shù)配置，同時(shí)又對(duì)本文設(shè)計(jì)的大功率LED驅(qū)動(dòng)的性能進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了大功率LED驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。

應(yīng)用Supertex公司生產(chǎn)的HV9910B芯片設(shè)計(jì)出一款性能良好的大功率LED驅(qū)動(dòng)，為今后大功率LED逐步取代現(xiàn)有的照明技術(shù)提供了良好的技術(shù)支持。

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