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驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)范文第1篇

關(guān)鍵詞：大功率　LED路燈　驅(qū)動(dòng)電源　設(shè)計(jì)

引　言

所謂“綠色照明”是指通過可行的照明設(shè)計(jì)，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，改善提高人們的生活品質(zhì)。完整的“綠色照明”內(nèi)涵包括高效、節(jié)能、安全、環(huán)保等四項(xiàng)指標(biāo)，不可或缺。作為“綠色照明”之一的半導(dǎo)體照明是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一，它具有高效、節(jié)能、安全、環(huán)保、壽命長、易維護(hù)等顯著特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有可能進(jìn)入普通照明領(lǐng)域的一種新型第四代“綠色”學(xué)源。2003年6月17日，我國正式啟動(dòng)“國家半導(dǎo)體照明工程”。隨著“綠色照明”理念的提出和推廣，以半導(dǎo)體材料制作的LED光源被逐漸的應(yīng)用到了景觀照明方面，與此同時(shí)大功率的LED路燈引起了人們的廣泛關(guān)注。大功率LED路燈的工作原理是，通過直流低壓對大功率LED組進(jìn)行點(diǎn)亮，從而滿足人們的照明需求。大功率LED路燈不僅具有亮度高和顯色性好的優(yōu)勢，并且因?yàn)長ED路燈的需要輸入的電能是低壓直流，所以對電能的要求少。隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，由于大功率LED路燈對電能的要求少，使得太陽能LED路燈作為未來道路的照明方式成為可能。在目前的LED應(yīng)用過程中，由于大功率LED所需要的必須是低壓直流電源，所以普通的家用交流電無法滿足大功率LED的要求，即使經(jīng)過了普通降壓和穩(wěn)壓的電源也必須通過重新改良過后才能用于為大功率LED驅(qū)動(dòng)電能。本文通過對大功率LED的工作特性深入探析理解，并對目前常用的一些驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行簡要分析，對高效的發(fā)揮出大功率LED的優(yōu)勢驅(qū)動(dòng)電源必須具備的哪些條件提出了多個(gè)設(shè)計(jì)要素。

一、LED驅(qū)動(dòng)電路研究的意義和價(jià)值

LED路燈是低得罟、大電流的驅(qū)動(dòng)器件其發(fā)光的強(qiáng)度由流過LED的電流決定電流過強(qiáng)會(huì)引起LED的衰減電流過弱會(huì)（dian4　liu2　guo4　ruo4　hui4）影響LED的發(fā)光強(qiáng)度因此LED的驅(qū)動(dòng)需要提供恒流電源以保證大功率LED使用的安全性同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。用市電驅(qū)動(dòng)大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC（功率因素校正）和恒流問題還需有比較高的轉(zhuǎn)換效率有較小的體積能長時(shí)間工作易散熱低成本抗電磁干擾和過溫、過流、短路、開路保護(hù)等。本文設(shè)計(jì)的PFC開關(guān)電源性能良好、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且效率高在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。

LED由于節(jié)能環(huán)保、壽命長、光電效率高、啟動(dòng)時(shí)間按短等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為了照明領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速。由于LED獨(dú)特的電氣特性使得LED驅(qū)動(dòng)電路也面臨更大的挑戰(zhàn)，LED驅(qū)動(dòng)電路關(guān)系到整個(gè)LED照明系統(tǒng)性能的可靠性。因此為防止LED的損壞，這些都要求所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)控制LED輸出電流。目前采用的穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路，存在穩(wěn)流能力較差的缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致LED壽命大為縮短。

當(dāng)前，直流輸入LED驅(qū)動(dòng)電源已經(jīng)發(fā)展了較長的一段時(shí)間，電路已比較成熟，而用于市電輸入照明的LED驅(qū)動(dòng)電路，很多采用交流輸入電容降壓及工頻變壓器降壓，電源體積過大，輸出的電流穩(wěn)定性差，性能很低。目前針對市電輸入的降壓驅(qū)動(dòng)電路是當(dāng)前LED驅(qū)動(dòng)市場的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。LED照明時(shí)一種綠色照明，其驅(qū)動(dòng)電源的輸出功率較小，在此情況下實(shí)現(xiàn)電源的高效率是另一大難點(diǎn)。同時(shí)，由于LED的使用壽命理論上長達(dá)10　萬小時(shí)，這要求驅(qū)動(dòng)電源很高的可靠性。

二、設(shè)計(jì)方案

HV9910　應(yīng)用恒定頻率峰值電流控制的脈寬調(diào)制（PWM）　方法，采用了一個(gè)小電感和一個(gè)外部開關(guān)來最小化LED驅(qū)動(dòng)器的損耗。不同于傳統(tǒng)的PWM控制方法，該驅(qū)動(dòng)器使用了一個(gè)簡單的開/　關(guān)控制來調(diào)整LED的電流，因而簡化了控制電路的設(shè)計(jì)。

2.1　電路的特點(diǎn)

1）無需電解電容及變壓器，這樣增加了電源的使用壽命。如果LED驅(qū)動(dòng)器理有電解電容，那壽命主要取決于電解電容，電解電容的使用壽命有一個(gè)大家公認(rèn)的近似計(jì)算法則：即溫度每下降10　度使用壽命增加一倍。比如說標(biāo)稱105　度2000　小時(shí)的電解電容，在65　度下使用壽命大約是32000　小時(shí)。

2）高效率。這款靈活簡單的LED驅(qū)動(dòng)器IC效率超過93%，可減少相關(guān)元件的數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)成本。HV9910　可將調(diào)整過的85V至265Vac　或8V至450Vdc　電壓源轉(zhuǎn)換為一個(gè)恒流源，從而為串連或并聯(lián)的高亮LED提供電源。

3）電路簡單，僅需一個(gè)芯片HV9910　的實(shí)現(xiàn)就能實(shí)現(xiàn)所有的功能，沒有用到變壓器，提高了功率的效率，減少了空間，增加了系統(tǒng)的可靠性。

2.2　電磁兼容，高PFC、過EMI

采用高PFC　功能電路設(shè)計(jì)的室外LED　路燈電源，內(nèi)置完善的EMC電路和高效防雷電路，符合安規(guī)和電磁兼容的要求。再用電壓環(huán)反饋，限壓恒流，效率高，恒流準(zhǔn)，范圍寬，實(shí)現(xiàn)了寬輸入，穩(wěn)壓恒流輸出，避免了LED正向電壓的改變而引起電流變動(dòng)，同時(shí)恒定的電流使LED得亮度穩(wěn)定。整機(jī)元件少，電路簡單。

2.3　電源的PCB設(shè)計(jì)

本文在PCB　布局過程中，將易受干擾的元器件、輸入與輸出元件、具有較高的電位差的元器件或?qū)Ь€間距離盡可能加大，提高電路的抗干擾能力。

本文遵守以下原則進(jìn)行PCB布線：

1）盡量避免相鄰的線平行排列，平行走線的最大長度小于3cm，避免線間電容使電路發(fā)生反饋耦合和電磁振蕩；

2）為避免高頻回路對整個(gè)電路的影響，盡可能減小其面積，并使用較細(xì)的導(dǎo)線；

3）合理設(shè)計(jì)PCB導(dǎo)線的寬度，電源進(jìn)線線寬1.5mm，開關(guān)電源輸入線的相線與中線間距3.5mm，電源地與輸出地間距、變壓器的初級與次級間距均大于8mm；

三、可靠性設(shè)計(jì)

要在照明領(lǐng)域中大量使用大功率白光LED，只有保證大功率白光LED驅(qū)動(dòng)電源安全可靠地工作，才能保證大功率白光LED的長壽命和發(fā)光亮度穩(wěn)定。

3.1過壓過流保護(hù)

在實(shí)際使用中，會(huì)出現(xiàn)負(fù)載短路或者空載的情況，會(huì)造成整個(gè)驅(qū)動(dòng)電源的破壞，所以在驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要增加過壓與過流保護(hù)。

3.2隔離保護(hù)

LED是低電壓的產(chǎn)品，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源的開關(guān)損壞時(shí)，也不能有危及負(fù)載的高電壓出現(xiàn)。所以要求電路的負(fù)載電路做到隔離保護(hù)。

3.3浪涌保護(hù)

在實(shí)際應(yīng)用中，電網(wǎng)很不穩(wěn)定，尤其是雷雨季節(jié)，會(huì)有浪涌電壓存在，所以在驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到整個(gè)產(chǎn)品的防雷，盡量避免在異常時(shí)造成永久性的破壞。

3.4散熱設(shè)計(jì)在大功率LED應(yīng)用中，LED能承受的電流與溫度有一定的關(guān)系，所以在驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮大功率白光LED的散熱問題和驅(qū)動(dòng)電源本身的散熱問題。

驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器;驅(qū)動(dòng)電源;設(shè)計(jì)

中圖分類號：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）35-0008-02

半導(dǎo)體激光器擁有廣闊的應(yīng)用范圍和極大的應(yīng)用潛力，廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、商業(yè)貿(mào)易和工業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的設(shè)計(jì)模式并不好，使用壽命也很短，大大限制住了半導(dǎo)體激光器的使用路徑。通過對內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)分析，可以優(yōu)化半導(dǎo)體激光器的電力結(jié)構(gòu)，有效延長半導(dǎo)體激光器的使用壽命。

1 半導(dǎo)體激光器和驅(qū)動(dòng)電源的概念和含義

半導(dǎo)體激光具有體積小、重量輕、價(jià)格相對較低和驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)越性的有利條件。半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)，利用電力產(chǎn)生激光激光的一種物理性工具。半導(dǎo)體激光器要順利地產(chǎn)生和發(fā)射出激光，必須要滿足三個(gè)基本條件：

一是在電子注入有源區(qū)時(shí)形成粒子數(shù)的反轉(zhuǎn);

二是電子在光學(xué)諧振腔內(nèi)產(chǎn)生一定波長的光，并利用電子躍遷來提高光的亮度和強(qiáng)度;

三是在發(fā)射激光時(shí)，注入諧振腔內(nèi)的載流子既不能多也不能少，保證激光閾值的電流密度維持在飽和狀態(tài)。

半導(dǎo)體激光器是實(shí)用性和適用性都最好的一類激光器，廣泛應(yīng)用于光存儲(chǔ)、激光測距、激光通信、激光打印和雷達(dá)等多個(gè)方面。驅(qū)動(dòng)電源是把電運(yùn)供應(yīng)的電力轉(zhuǎn)換成某一特定的電壓和電流，用以驅(qū)動(dòng)機(jī)器工作運(yùn)轉(zhuǎn)的一種電源轉(zhuǎn)換器。由變壓器、整流橋、穩(wěn)壓電路、綠波網(wǎng)絡(luò)和慢啟動(dòng)電路組成的驅(qū)動(dòng)電源采用的不是電池供電或通電的開關(guān)閉合來控制電源狀態(tài)的。

2 半導(dǎo)體激光器對驅(qū)動(dòng)電源的要求

注入半導(dǎo)體激光器的電流小于額定閾值的時(shí)候，激光器就會(huì)因?yàn)檩敵龉β蔬^小而只能發(fā)出微弱的熒光。這時(shí)射出的光也只是半導(dǎo)體激光器自發(fā)輻射的光能能量，并不是從半導(dǎo)體的物質(zhì)原子中發(fā)射出來的激光。注入半導(dǎo)體激光器的電流大于額定閾值的時(shí)候，激光器在恒溫的情況下輸出的功率和注入的電流大小成正比的線性關(guān)系。當(dāng)半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電流超過允許流通電流的最大上限時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源就很有可能被燒毀，情況嚴(yán)重的時(shí)候還可能會(huì)發(fā)生小型爆炸，傷及相關(guān)的使用人員。原本半導(dǎo)體激光器的時(shí)間響應(yīng)速度就很快，基本上都是以毫微秒來進(jìn)行計(jì)量的，即使是極為短小的時(shí)間段內(nèi)的沖擊電流也會(huì)造成半導(dǎo)體激光器的破損和毀壞。因此，半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電源必須要擔(dān)負(fù)起保護(hù)電路安全和電流穩(wěn)定的職責(zé)，盡量減小或消除沖擊性電流帶來的不良影響和損失后果。

一方面，像半導(dǎo)體激光器這種非感性的電力負(fù)載，在閉合開關(guān)和斷開電源的瞬間都會(huì)產(chǎn)生一股很大的沖擊性電流。半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電源必須要將電力的輸入和輸出設(shè)計(jì)成一種啟動(dòng)較慢的安全性電流回路。通過降低激光波長的紋波系數(shù)和濾除電路中的交流分量來保證流通電流和輸入電壓的穩(wěn)定性。

另一方面，氣候溫度和空氣濕度以及線路老化等原因都對半導(dǎo)體激光器的激光輸出功率有著顯著的負(fù)面影響。半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電源必須要有一套自動(dòng)控制電路溫度，同時(shí)增益輸出功率的設(shè)計(jì)方案，使半導(dǎo)體激光器能夠在恒溫的狀態(tài)下進(jìn)行正常的工作。

3 半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)方案和分析

本文選取了型號為MD-500-7的這種數(shù)字式大功率半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源為例。該激光器的額定功率是500 W，能承受的最高電壓不能大于50 V，可以流通的電流為0～60 A。驅(qū)動(dòng)電源的整體設(shè)計(jì)圖，如圖1所示，圖中明確指出了驅(qū)動(dòng)電源內(nèi)部對實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)的影響相對較大的重要單元。對這些關(guān)鍵性的組成單元，必須要在設(shè)計(jì)方案上進(jìn)行深入的理性分析和客觀的對比篩選。

在驅(qū)動(dòng)電源的整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，各個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)是以總體設(shè)計(jì)方案為中心，圍繞著總體設(shè)計(jì)圖來展開的。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源，采用的都是分析電源主回路和平均分?jǐn)傠娏Φ膯我恍驮O(shè)計(jì)方案。即便半導(dǎo)體激光器是電子轉(zhuǎn)光子的一個(gè)高效率轉(zhuǎn)換機(jī)器，也和其它的電力產(chǎn)品一樣，不可避免地會(huì)因?yàn)槌Ｒ?guī)操作和使用次數(shù)的增加而出現(xiàn)機(jī)理損耗和功能弱化的現(xiàn)象，從而影響激光管工作時(shí)光線波長和輸出功率的穩(wěn)定性能。只有對其內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電源的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)控，才能保證半導(dǎo)體激光器在恒溫的狀態(tài)下更為持久可靠地進(jìn)行工作。為了達(dá)到更好的設(shè)計(jì)理想和使用效果，溫控單元激光二極管的溫度控制也需要必要的分析和研究。

3.2 恒流源驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)

恒流源電路可以使半導(dǎo)體激光器最大輸出40 A穩(wěn)流源的驅(qū)動(dòng)電源在連續(xù)工作的模式下保證電壓以2～10 V的低水平性輸出。如圖2所示，設(shè)定輸出電流最高可達(dá)40 A，輸出電壓穩(wěn)定在2～10 V之間，使用大功率場效應(yīng)管作為設(shè)計(jì)中的調(diào)整控制管，利用場效應(yīng)管的開關(guān)來控制連接在漏極D上的負(fù)載電流ID并使其保持不變，通過控制場效應(yīng)管的旁吹繆UGS來達(dá)到均衡電流的最終目的。

在恒流驅(qū)動(dòng)器正常工作的時(shí)候，圖2中MOSFET管Q1的控制電壓Vgs是一種正向的驅(qū)動(dòng)電壓，為MOSFET管提供導(dǎo)通飽和的功能服務(wù)。IR是一種通過LD的電流，會(huì)遵照相關(guān)的指數(shù)規(guī)律呈增長趨勢。Imax指的是在MOSFET管一直導(dǎo)通的情況下Vdd對L充電所能達(dá)到的最大指數(shù)。

半導(dǎo)體激光器使用壽命的長短和工作效率的高低直接取決于驅(qū)動(dòng)電源的穩(wěn)定程度。驅(qū)動(dòng)電源的穩(wěn)定性能較高，半導(dǎo)體激光器的使用壽命就會(huì)相應(yīng)地延長，發(fā)射激光的工作效率也能夠保持在一個(gè)較高的水平上。因此，對半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的保護(hù)是必要而重要的。驅(qū)動(dòng)電源的保護(hù)可以由軟啟動(dòng)、浪涌消除電路、過流過壓檢測電路和恒流源各部分軟件的設(shè)計(jì)來具體實(shí)現(xiàn)。

3.3 制冷器和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的溫度控制是建立在閉環(huán)負(fù)反饋理論和電力恒溫流原理上的一種控溫技術(shù)。由P型和N型的半導(dǎo)體制冷元件構(gòu)成的熱點(diǎn)對偶是最常見的溫度傳感器之一，也是半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源制冷系統(tǒng)的基本元件。把P型和N型的半導(dǎo)體制冷元件連接在一起，讓直流電通過P-N組件，P和N接頭的兩個(gè)地方就會(huì)產(chǎn)生一定程度上的溫度差別。溫度較低的電流方向是從N到P，接口處的溫度會(huì)逐漸下降并吸收熱量;溫度較高的電流方向是從P到N，接口處的溫度會(huì)慢慢上升并釋放熱量。這種冷熱銜接、對接協(xié)調(diào)的N-P組件就是一個(gè)完整的熱電偶對。將多個(gè)熱電偶對成串地設(shè)置在電路上，和熱交換器的傳熱元件組合形成普遍應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)電源內(nèi)部的熱電制冷組合控件，專門負(fù)責(zé)進(jìn)行熱傳導(dǎo)和熱疏散，保持驅(qū)動(dòng)電源工作環(huán)境的恒定低溫。

演算制冷量的具體公式是：

Qc=αITc-■I2R-KΔT

其中，Qc為制冷量;

α為Seeback系數(shù);

R為元件內(nèi)阻;

K為元件導(dǎo)熱系數(shù);

I為電流;

ΔT為冷熱端溫差。

溫度傳感器是溫度控制系統(tǒng)中最重要也最核心的硬件組成部分。溫度測量的敏感元件不僅有熱電偶對和熱敏電阻等傳統(tǒng)的溫度傳感器，又有光學(xué)溫度傳感器和集成溫度傳感器等先進(jìn)的現(xiàn)代化溫度傳感器。一般的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源往往采用的都是一種型號為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器。

4 結(jié) 語

由于半導(dǎo)體激光器對內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電源提出了穩(wěn)定電流和控制溫度這兩個(gè)基本性的技術(shù)要求，所以在設(shè)計(jì)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電源的時(shí)候，要充分考慮驅(qū)動(dòng)器、電路主回路和溫控系統(tǒng)等部分的工作原理來設(shè)計(jì)電源方案。同時(shí)還要注意設(shè)計(jì)一些如軟啟動(dòng)、過壓檢測電路和消除浪涌電路等用來保護(hù)電路的硬件和軟件。

參考文獻(xiàn)：

[1] 叢夢龍，李黎，崔艷松，等.控制半導(dǎo)體激光器的高穩(wěn)定度數(shù)字化驅(qū)動(dòng) 電源的設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精密工程，2010，（7）.

驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】LED驅(qū)動(dòng)電源；功率因數(shù)校正；半橋LLC諧振變換器；PLC810PG

Design of A High Power Factor and High-Power

Power Supply to Drive LED Lights

SHI Hong-wei Zhu Zheng-yu Shejie

（Jiangyin Polytechnic College，Jiangyin 214433，Jiangsu，China）

Abstract：With the development status of LED power supply，this article introduces a programme in the case of high power for LED lights.The article introduces a design of half-bridge LLC resonant based on PLC810PG for LED lights switching power supply.This design realizes factor correction and improved work efficiency by soft switching.In the article，the main circuit and control circuit are designed in theory and the related circuit parameters are estimated.Finally experimental studies show that the system design is feasible and the basic performance to meet design requirements.

Key words：LED power supply；power factor correction；half-bridge LLC resonant circuits；PLC810PG

引言

LED（light emitting diode）具有發(fā)光效率高、功耗小、壽命長、光污染小、光線質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近些年隨著大功率的LED發(fā)光技術(shù)的升級，大功率的白光LED越來越多的被應(yīng)用于通用照明領(lǐng)域?？梢哉f，作為新一代光源，LED的應(yīng)用已經(jīng)成為照明的發(fā)展方向。目前LED應(yīng)用的熱點(diǎn)之一是LED的道路照明。

LED路燈的電源控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是保證其功能和高效的重要基礎(chǔ)。文章結(jié)合大功率LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了一款基于PLC810PG的半橋LLC諧振式的LED路燈開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案，把輸入分壓與半橋兩個(gè)開關(guān)各自形成一路Boost電路，實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正作用，后級采用LLC諧振負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)，提高了工作效率。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于LED路燈功率較高，LED路燈電源不宜再沿用單開關(guān)反激式電路，而必須采用支持相應(yīng)功率的電路拓?fù)?，例如半橋LLC諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖1所示，Q1和Q2是半橋開關(guān)管（MOSFET），半橋諧振網(wǎng)絡(luò)中選用的是LLC結(jié)構(gòu)，Cr、Lr和變壓器T1初級繞組線圈Lm組成LLC諧振網(wǎng)絡(luò)。Lb1、Q1、Dds2、Cb組成一路boost電路，Lb2、Q2、Dds1、Cb組成另一路boost電路，兩個(gè)boost電路工作在斷續(xù)模式下，作為天然的功率因數(shù)校正器。其中Lr為變壓器的漏感，Lm為變壓器的勵(lì)磁電感。

2.輸入EMI濾波電路和橋式整流電路

從頻率的角度看，EMI濾波器屬于低通濾波器。它能毫無衰減地把直流電和工頻交流電傳輸?shù)介_關(guān)電源，不但可以大大地衰減從電網(wǎng)引入的外部電磁干擾，還可以避免開關(guān)電源設(shè)備本身向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響其他電子設(shè)備的正常工作。本設(shè)計(jì)中采用的EMI濾波器基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

市電交流220V輸入后，經(jīng)由電容C1、C2、C3、C4、C5、C6和共模電感器L1、L2組成的輸入EMI濾波器濾波，R1～R3在交流電源切斷時(shí)為電容放電提供通路。熱敏電阻RT1用來在電源系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)限制浪涌電流。當(dāng)電路正常工作后，繼電器RL1將RT1旁路，RT1中幾乎無電流流過，不再有功率損耗，從而使電源效率提高1%～1.5%。BR1為橋式整流器，C7是濾波電容。

3.半橋LLC諧振電路

半橋雙電感加單電容（LLC）諧振轉(zhuǎn)換器能提供較大的輸出功率，保證半橋MOSFET的零電壓開關(guān)（ZVS），具有較高的效率，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。在圖1中，Q1和Q2是半橋開關(guān)（MOSFET），Cr、Lr和變壓器T1初級繞組線圈LM組成LLC諧振變換器。

本文設(shè)計(jì)的LED路燈照明用驅(qū)動(dòng)電源（圖3）中，Q1，Q2為半橋功率開關(guān)管（MOSFET）。C39為諧振電容，變壓器T1的初級繞組與其構(gòu)成LLC諧振回路（通常將圖1中的Lr結(jié)合進(jìn)變壓器初級之中，對于圖3所示的電路拓?fù)洌苑Q作LLC諧振結(jié)構(gòu)，而不稱其為LC諧振拓?fù)洌?。T1的次級輸出經(jīng)全波整流二極管、C37、C38整流濾波后產(chǎn)生52V直流電壓輸出，作為LED路燈模塊的電源驅(qū)動(dòng)。

3.1 電路主要元器件參數(shù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的額定輸出功率100W，輸出電壓為52V，兩個(gè)boost電感的值可由表達(dá)式（1）計(jì)算得到：

由于輸出功率P0=ηPin，效率值為90%，一般母線電壓為1.2倍峰值輸入，由此可求出系統(tǒng)的兩個(gè)boost電感值。我們在當(dāng)系統(tǒng)工作在fr的頻率下來進(jìn)行分析，此時(shí)LLC電路的電壓增益為1，即可求出變壓器的匝比為

圖（3）中C39不僅起電容隔直的作用，也為負(fù)半周的諧振提供能量。且C39兩端最大電壓滿足

其中fmax表示最大的開關(guān)頻率，由表達(dá)式（3）可求出C39的值。由于系統(tǒng)工作頻率，我們將fr取100kHz，則可求出系統(tǒng)中的Lr的值。

而由表達(dá)式（4）也可求出系統(tǒng)的勵(lì)磁電感取值。

最終取值為：

Lb1=Lb2=400μH，Lr=112μH，Lm=600μH，C39=22nF，

T1匝比為n=4。

3.2 LLC的變壓器T1的設(shè)計(jì)

變壓器T1使用ETD39磁心和18引腳骨架。先繞次級繞組，次級繞組使用175股40AWG（Φ為0.08mm）李茲線（即絞合線），從引腳10到引腳12，再從引腳11到引腳13各繞9匝，并覆蓋2層聚酯膜。初級繞組使用75股40AWG（Φ為0.08mm）絞合線，從7引腳開始到9引腳結(jié)束，繞36匝，再繞2層聚酯膜。其電感量是820μH（±10%），漏感是100μH(±10%)。將分成兩部分的磁心插入骨架中對接在一起，在磁心外面用10mm寬的銅皮繞一層，用焊錫將接縫焊牢，再在銅皮與引腳2之間焊接一段Φ為0.5mm的銅線。在銅皮外部用聚酯膜覆蓋起來。

3.3 基于PLC810PG的LLC控制電路

PLC810PG的CCM PFC控制器只有4個(gè)引腳（除接地端外），是目前引腳最少的CCM PFC控制器。這種PFC控制器主要是由運(yùn)算跨導(dǎo)放大器（OTA）、分立電壓可編程放大器（DVGA）和低通濾波器（LPF）、PWM電路、PFC MOSFET驅(qū)動(dòng)器（在引腳GATEP上輸出）及保護(hù)電路組成的。PFC控制器有兩個(gè)輸入引腳，即引腳ISP（3）和FBP（23）。FBP引腳是PFC升壓變換器輸出DC升壓電壓的反饋端，連接OTA的同相輸入端。OTA輸出可視為是PFC控制器等效乘法器的一個(gè)輸入。OTA在引腳VCOMP（1）上的輸出，連接頻率補(bǔ)償元件。反饋環(huán)路的作用是執(zhí)行PFC輸出DC電壓調(diào)節(jié)和過電壓及電壓過低保護(hù)。IC引腳FBP的內(nèi)部參考電壓VFBPREF=2.2V。如果引腳FBP上的電壓VFBP＞VOVN=1.05×2.2V=2.31V，IC則提供過電壓（OV）保護(hù)，在引腳GATEP上的輸出阻斷。如果電壓不足使VFBP＜VIN(L)=0.23×2.2V=0.506V，PFC電路則被禁止。如果VFBP＜VSD(L)=0.64×2.2V=1.408V，LLC級將關(guān)閉。PLC810PG的ISP引腳是PFC電流傳感輸入，用作PFC算法控制并提供過電流（OC）保護(hù)。PFC在ISP引腳上的過電流保護(hù)（OCP）解扣電平是-480mV。

設(shè)計(jì)的電路中52V的輸出由R67、R66采樣，經(jīng)穩(wěn)壓器U3，光電耦合器U2及R54、D16、R53等反饋到U1的FBL引腳，來執(zhí)行輸出電壓調(diào)節(jié)和過電壓保護(hù)。流入引腳FBL的電流越大，LLC級開關(guān)頻率也就越高。最高開關(guān)頻率由U1引腳FMAX與VREF之間的電阻R52設(shè)定。R49、R51、R53設(shè)置下限頻率。C27是LLC級軟啟動(dòng)電容，軟啟動(dòng)時(shí)間由C27和R49，R51共同設(shè)定。

R59是T1初級電流感測電阻。R59上的電流感測信號經(jīng)R47、C35濾波輸入到U1的ISL引腳，以提供過電流保護(hù)。

偏置電壓VCC經(jīng)R37、R38分別加至U1的VCC和VCCL引腳，將U1模擬電源和數(shù)字電源分開。R55和鐵氧體磁珠L7，在PFC與LLC地之間提供隔離。U1內(nèi)半橋高端驅(qū)動(dòng)器由自舉二極管D8、電容C23和電阻R42供電。Q10和Q11散熱器經(jīng)C78連接到初級地（B-）。

4.PFC功率因數(shù)校正電路

L4、PFC開關(guān)（MOSFET）Q3、升壓二極管D2和輸出電容C9等組成PFC升壓變換器主電路。在140～265VAC輸入電壓范圍內(nèi)，輸出電壓穩(wěn)定在385VDC（B+與B-之間），并在BR1輸入端產(chǎn)生正弦AC電流，使系統(tǒng)呈現(xiàn)純電阻性負(fù)載，線路功率因數(shù)（PF）幾乎等于1。晶體管Q4、Q5等組成Q3的緩沖級。R6和R8是PFC級電流傳感電阻，二極管D3、D4在浪涌期間箝位R6和R8上的電壓（即兩個(gè)二極管上的正向壓降）。

4.1 PFC升壓電感器的設(shè)計(jì)

PFC升壓電感器L4使用PQ32/20磁心和12引腳骨架，L4主繞組使用#20AWG（美國線規(guī)，約＜0.8mm）絕緣磁導(dǎo)線，從引腳1開始到引腳6終止，繞35匝，電感量是580μH(±10%)。在主繞組外面繞一層作絕緣用的聚酯膜。偏置繞組使用#28AWG(＜0.3mm)絕緣導(dǎo)線從引腳8開始繞2匝，到引腳7結(jié)束。在該繞組線圈外面繞3層聚酯膜。在磁心上包裹一層銅箔，并用＜0.5mm銅線將銅箔與9引腳焊接起來，作為屏蔽層。在銅箔外面再繞3層聚酯膜。

4.2 基于PLC810PG的PFC控制電路的設(shè)計(jì)

U1引腳GATEP上的PWM信號驅(qū)動(dòng)PFC開關(guān)Q3。R6和R8上的電流傳感信號經(jīng)R45，C73濾波輸入到U1引腳ISP，來執(zhí)行PFC算法控制，并提供過電流保護(hù)。PFC輸出電壓VB+經(jīng)R39～41、R43、R46和R50取樣，并經(jīng)C25濾除噪聲，輸入到U1引腳FBP，來執(zhí)行PFC輸出電壓調(diào)節(jié)和過電壓以及電壓過低保護(hù)。U1引腳VCOMP外部R48，C26，C28為頻率補(bǔ)償元件。當(dāng)引腳VCOMP上的信號較大時(shí)，Q20導(dǎo)通，將C26旁路，可使PFC控制環(huán)路能夠快速響應(yīng)。

5.實(shí)驗(yàn)研究

在本文以上分析設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，試制了一臺100W/100kHz（2A/52V）大功率LED驅(qū)動(dòng)電源的樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)如下：單相輸入電壓Uin=220V（50Hz），輸出功率Po=100W，工作頻率fr=100kHz，負(fù)載為歐司朗公司1W高亮LED，共分4路，每路25只LED。

圖4所示為中點(diǎn)電壓Vds2與副邊二極管Dr2的電流波形，由圖可知如圖4（a），很明顯在二極管關(guān)斷前其電流已經(jīng)到零，則二極管工作在ZCS狀態(tài)，此時(shí)工作頻率為90kHz；圖4（b）為在二極管關(guān)斷時(shí)，二極管電流恰好為零，此時(shí)系統(tǒng)工作在fr的工作頻率上，fr為100kHz；圖4（c）為在二極管關(guān)斷前，二極管電流并不為零，此時(shí)副邊的二極管失去了其ZCS特性，系統(tǒng)工作頻率為125kHz。

圖5所示為半橋開關(guān)管Q1的電壓、電流波形，由圖可知開關(guān)管工作在ZVS狀態(tài)。

圖6為100W樣機(jī)測試波形，當(dāng)其由45%～100%負(fù)載變化時(shí)，其PF大于0.96；THD在10%以內(nèi)，滿足IEEE519以及IEC61000－3－2標(biāo)準(zhǔn)；效率在87.2%～91.1%間變化，當(dāng)系統(tǒng)滿載時(shí)，其效率高達(dá)91.1%，母線電壓由490V變?yōu)?75V，滿載時(shí)，母線電壓為375V，紋波電壓為5V，紋波頻率為100Hz，由于輸入為交流220V，則其交流輸入電壓峰值為311V，母線電壓只略高于輸入，不會(huì)達(dá)到二倍峰值輸入，系統(tǒng)輸出電壓為52V，滿載時(shí)紋波為1V。

結(jié)束語

本文結(jié)合當(dāng)前大功率LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展現(xiàn)狀，提出一種適用于LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源。由于LLC的應(yīng)用使系統(tǒng)能夠工作在軟開關(guān)狀態(tài)下，提高了系統(tǒng)的工作效率。經(jīng)測試，系統(tǒng)在滿載時(shí)功率因數(shù)達(dá)0.992，THD為6.5%，效率高達(dá)91.1%。最后試制了樣機(jī)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性和正確性。

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驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)范文第4篇

關(guān)鍵詞:背光源;發(fā)光二極管;動(dòng)態(tài);降低功耗;驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí),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(huì)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(gè)背光面上,各個(gè)LED所照射出的光均勻地投射在整個(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(shí)控制LCD背光達(dá)到相應(yīng)的亮度。采用動(dòng)態(tài)背光源能有效地改善目前LCD所存在的兩大問題:動(dòng)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(gè)別進(jìn)行亮度調(diào)變,動(dòng)態(tài)背光模塊驅(qū)動(dòng)模式所展現(xiàn)的并不是恒定亮度均勻光源,而是提供一個(gè)類似影像內(nèi)容調(diào)變的動(dòng)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(dòng)態(tài)對比度[4]。由于主動(dòng)式動(dòng)態(tài)背光模塊驅(qū)動(dòng)模式所展現(xiàn)的并不是恒定亮度均勻光源,而是提供一個(gè)類似影像內(nèi)的主動(dòng)式動(dòng)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(dòng)態(tài)LED背光模塊的平均功耗將會(huì)比傳統(tǒng) CCFL 背光模塊低,達(dá)到省電節(jié)能的功效,同時(shí)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(shí)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(shí)借由動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)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(dòng)物體時(shí)出現(xiàn)的拖影現(xiàn)象。

2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

LED動(dòng)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?cái)?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(dòng)VGA轉(zhuǎn)換電路和LED背光源驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)據(jù)緩存采用數(shù)據(jù)乒乓存儲(chǔ)機(jī)制,將RGB三色數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(dòng)LCD顯示屏。同時(shí),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(dòng)電路所需要的數(shù)據(jù)和控制信號。LED背光源的驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)間內(nèi),從數(shù)據(jù)脈寬中劃出的一個(gè)灰度調(diào)制脈沖[5]。數(shù)據(jù)脈沖的寬度可以劃分為多個(gè)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(gè)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(shí)(脈沖1,11111111),脈沖高電平占滿整個(gè)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(shí)(脈沖2,10000000),則脈沖高電平占整個(gè)周期的一半,以次類推,當(dāng)數(shù)據(jù)為0時(shí),則整個(gè)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(dòng)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(huì)占用可貴的顯示時(shí)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(shí)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(shí)鐘WR驅(qū)動(dòng)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(chǔ)器中的存儲(chǔ)位置,最多可以存8×16×32個(gè)字節(jié)。輸出行、場控制信號HCLK、CLR確定取數(shù)位置,在讀出時(shí)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(dòng)電流[8],同時(shí)串有8路級聯(lián)信號到下一個(gè)芯片。本系統(tǒng)中為了點(diǎn)亮一個(gè)48×32的LED點(diǎn)陣,需要三片BHL2000級聯(lián)。

2.2 行后級驅(qū)動(dòng)單元

行后級驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)的是行掃描功能。利用FPGA送給行后級驅(qū)動(dòng)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(dòng)一行所需要的電流是25×48=1.2A,一般的驅(qū)動(dòng)放大芯片無法滿足要求。因此,需要采用有較大驅(qū)動(dòng)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(gè)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(shí),7、8、5、6腳才會(huì)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(gè)系統(tǒng)控制。FPGA控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)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(dòng)單元、行后級集成驅(qū)動(dòng)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(shí) FPGA控制電路對集成灰度調(diào)制驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)(如測試圖2與測試圖1比較時(shí)),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(huì)有所降低,不影響圖像的顯示質(zhì)量,但基于動(dòng)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(dòng)態(tài)背光源結(jié)構(gòu),將單個(gè)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(gè)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(dòng)態(tài)背光源的驅(qū)動(dòng)電路,通過對顯示的畫面進(jìn)行分析,采用亮度動(dòng)態(tài)控制的方式可以得到不同區(qū)域的最佳亮度,同時(shí)驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)背光源能有效地降低功耗,提高圖像對比度。

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驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)范文第5篇

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(huì)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(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了一路Boost為LED提供驅(qū)動(dòng)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(gè)拓?fù)潋?qū)動(dòng)，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(dòng)電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。電源板提供一個(gè)直流電源進(jìn)入Boost電路做LED的驅(qū)動(dòng)；MCU為整個(gè)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(shí)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(gè)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(shí)鐘頻率16MHz、A/D口11個(gè)、I/O口25個(gè)、定時(shí)器2個(gè)。整個(gè)系統(tǒng)的控制流程如圖3所示：MCU實(shí)時(shí)抓取前段3D控制控制信號，當(dāng)3D控制信號為高時(shí)，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(shí)間及燈條之間打開的時(shí)間間隔用兩個(gè)定時(shí)器作為中斷觸發(fā)條件，這樣就可以用掃描的方式分時(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)為3D狀態(tài)，較低時(shí)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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)，MCU的PWM1 3D腳輸出高阻態(tài)，此時(shí)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(shí)，PWM1 3D腳輸出低電平相當(dāng)于接地，此時(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，MCU的PWM1 3D腳輸出VDD高電平，此時(shí)電阻R4串接在兩個(gè)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(gè)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(shí)，PWM1 3D腳輸出低電平相當(dāng)于接地，此時(shí)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(shí)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(shí)，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(gè)錯(cuò)誤信號把電源關(guān)掉；當(dāng)燈條正負(fù)短路在一起時(shí)，此處的電壓過高，MCU同樣能檢測出錯(cuò)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(gè)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(gè)數(shù)字腳），這樣通過圖4 C1的緩沖作用得出一個(gè)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)上的應(yīng)用具有指導(dǎo)性意義。

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