白光LED灯驱动电源设计
白光LED灯驱动电源设计[20191223160346]
摘 要
近年来随着城市建设和电子信息产业的高速发展，人们对光源的需求与日俱增，LED产品的开发已经成为发展前景十分诱人的朝阳产业。LED不仅可用于大型广告显示屏、交通信号指示灯、城市重点建筑夜景照明等领域，而且正在迅速成为汽车的标准配置，尤其白光LED已经成为电子产品显示屏的主要光源。LED技术的发展引起了国内外光源界的普遍关注，现已成为极具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。
本文从分析LED的特性及驱动方式出发，研究了开关电源电路，设计出一种可控硅调光LED驱动电源，在电路设计中，选择了以LinkSwitch-PH为核心的电源电路，用恒流恒压的方式驱动多个LED二极管。本设计的驱动电路不仅能够保证LED 持续、稳定、高效地工作，在一定程度上减小了LED 芯片发热量，提高了LED 灯具使用寿命。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:LED驱动电源开关电源可调光
目 录
1. 绪 论 1
1.1 LED的发展与应用 1
1.1.1 LED照明技术的发展 1
1.1.2 LED的应用领域 1
1.2 LED照明的特点 1
1.3 研究内容 2
2. LED电源工作原理 3
2.1 LED驱动技术 3
2.1.1 LED驱动电源的分类及方法 3
2.1.2 LED的调光方式 4
2.1.3 LED的连接方式 5
2.2 开关电源 7
2.2.1 开关电源的基本构成 7
2.2.2 开关电源的工作原理 8
2.2.3 开关电源的特点 9
3． LED可调光电源的设计 10
3.1 核心芯片的介绍 10
3.1.1 LNK403EG引脚配置及功能介绍 10
3.1.2 芯片功能介绍 11
3.2 TRIAC调光器 12
3.3 电路设计 13
3.2.1 总体设计 13
3.2.2 各模块设计 14
4. LED可调光电源可靠性设计 20
4.1 保护设计 20
4.2 散热设计 20
结 论 22
参考文献 23
附 录 24
致 谢 26
1. 绪 论
1.1 LED的发展与应用
1.1.1 LED照明技术的发展
在能源和环境问题日益严重的今天，伴随着白光LED日渐下降的成本和日益提高的性能，人们的目光已经聚焦在以效率高，寿命长，环保节能为主要特点的高功率白光LED照明。荧光灯和白炽电灯已逐渐被LED所替代，这将是人类照明史上又一场革命。
LED是由半导体材料电致发光，它发光发出的热能很少，既不像白炽灯有许多热损耗，又不像荧光灯会产生毒性气体，也不像霓虹灯需要高电压而容易被损坏，LED现已是全球公认为的新一代的一种高科技环保光源[1]。
在照明领域，LED发光产品的使用吸引着所有人的目光，作为一种新的绿色环保的照明产品，LED是未来发展的必然趋势，21世纪将进入LED照明的新时代。白光LED的出现使LED从标识功能向照明功能跨出了实质性一步。然而在价格下降的前提下，白光LED才有可能让人们能够普遍使用，而只有LED在一定程度上形成的市场后，价格才有可能会降低。因而，最终只有依赖于技术的进步两者才能更好地融合。
1.1.2 LED的应用领域
LED最初只被用在仪器仪表的指示光源，之后随着技术的发展各种颜色的LED开始在显示屏和交通信号灯中广泛应用。第一批LED在1968年进入市场至今已有40余年，通过研发发新材料和改良工艺，与之前的LED相比，现已逐渐趋于色度全亮度高的成熟产品。而LED的应用领域极大地拓展是在LED在氮化镓基底的蓝光LED问世后。LED的主要应用领域包括大屏幕彩色显示、照明灯具、激光器、图形识别、多媒体显像、仪器仪表、LCD背光源、探测器、交通信号等、光纤、卫星通信、海洋光通信等但目前主要是用于照明和显示[2]。
1.2 LED照明的特点
由于LED独有的环保、节能、寿命长、免维护和易控制等特征,目前世界各国的照明产品已积极往这个方向发展。除此之外LED还具有节能省电、发光效率高、使用寿命长、环保、耐用、工作安全可靠、采用低电压和低电流驱动、防水、防震、体积小、光控制简便，色域宽、发光色彩丰富、光束聚集,响应快,可以智能化、网络化控制与调节等一系列优点,是过去所有的光源所没有办法比拟的。
白光LED在业界是被认为是最具有发展空间，发展潜力最值得期待最的LED产品[3]。与荧光灯和白炽灯相比，白光LED不仅没有没有高耗电、易破碎、废弃物污染等缺点还具有具有体积小、发热量低、寿命长、反应速度快、可塑性好等优势。被业界看好的白光LED现已成为最具有潜力替代传统照明器具的新型照明工具。
1.3 研究内容
设计白光可照明LED的驱动电路。课题主要工作为：
（1）分析大功率白光LED特性。
（2）选择电源驱动核心芯片。
（3）电路输出恒压、恒流，并设计外围辅助电路。
（4）可以调节电流大小改变LED发光强度。
（5）改进系统的热稳定性、提高抗干扰能力、延长寿命等，实现多个LED串联时的驱动，提高性价比。
2. LED电源工作原理
2.1 LED驱动技术
2.1.1 LED驱动电源的分类及方法
在满足一定的应用条件的同时采用与LED工作的参数要求相适应的驱动电路，才能使得照明级LED能实现较高的使用率。驱动电路是专门为LED供电的设计的特种电源，要求其转换效率高、体积小并且电路结构简单。
虽然LED在节能方面优于传统光源，但是其光源却不能像传统的光源一样能够直接与公用电网连接。它必须配备有能将公用电网的电流电压转换成满足LED使用需求的额定电流和电压的转换装置，即LED驱动器
1. LED驱动电源的分类
LED电源按驱动方式分有两种：
（1）恒流式。比较理想的是采用恒流式驱动电源来驱动LED。 但是通常其价格较高。负载短路虽然不会影响恒流电路，但是负载完全开路是被禁止的。顾名思义恒流式驱动电源就是输出电流是恒定的，而输出的直流电压却会由于负载阻值的改变而在一定的范围内变化。同时由于恒流式驱动电源具有最大承受电流和电压值，在应用中需要限制LED的数量。
（2）稳压式。稳压式驱动电源在各项参数一定的情况下输出的电压是恒定的，输出电流却会跟随负载的变动而改变。与恒流式驱动相反的，稳压式驱动电源虽然允许负载开路，但是却禁止负载完全短路，为了使采用稳压式驱动电源驱动的LED显示均匀的亮度，设置合适的限流电阻是一定的。
2. LED的驱动方法
用传统的电源给LED供电有以下四种情况。
低压驱动：用低于LED正向导通压降的电压来驱动；
高压驱动：用高于管压降的电压驱动；
过渡电压驱动：过渡电压驱动是指电源电压值在LED管压降附近浮动，时高时低；
市电驱动：市电驱动是LED照明最有价值的供电方式，是半导体照明普及所必须解决的问题；
但是无论要以哪种形式给LED供电，所以必须要解决电源变换的问题才能实现LED照明。
2.1.2 LED的调光方式
由于应用需求与使用环境亮度的要求不同， LED亮度的调节已成为很重要的应用。LED的亮度与其电流成正比，想要获得较高的亮度时，相应的必须提供较高的电流，同理，要获得较低亮度则需要提供较低的电流。一般常见调光方式有PWM方式、模拟方式与脉冲方式[3]。
1. PWM调光
PWM(脉宽调制)技术是一种比较传统的调光方式，它通过控制器提供的宽、窄不同的数位式脉冲，重复开关LED驱动器，就可轻易地改变驱动器输出的电流，从而调节LED的亮度。该技术应用简单，效率高并且能提供品质较高的白光。但是，PWM调光也有缺点。这主要表现在：使用PWM调光的过程中驱动电路会产生噪音。一般来说白光LED驱动器属于开关电源器件，这种器件开关频率大约在1MHz左右，在没有进行PWM调光时是不会产生人耳可闻的噪音的，但是进行PWM调光时则会产生频率在200HZ~20kHz之间的的PWM信号，这样就会产生可闻的噪音。所以设计时要注意避免使用20kHz以下低频段。
2. 模拟调光
模拟调光相对于PWM调光来说，只要改变RS的值，经过LED的电流就会改变，从而调节亮度。虽然采用模拟调光技术的时候，由于LED的正向导通压降会随着LED电流的下降而减小，从而降低LED的能耗，但是由于使用模拟调光时LED驱动器一直处于工作状态，整个系统的能耗会增加，同时驱动器的电能转换效率会随着输出电流的减小而迅速下降。除此之外由于模拟调光技术是直接改变LED的电流来调节光亮，因而导致白光LED的发光质量低。模拟调光对比其他调光方式最大优点的在于它避免了调光时产生的噪音。
摘 要
近年来随着城市建设和电子信息产业的高速发展，人们对光源的需求与日俱增，LED产品的开发已经成为发展前景十分诱人的朝阳产业。LED不仅可用于大型广告显示屏、交通信号指示灯、城市重点建筑夜景照明等领域，而且正在迅速成为汽车的标准配置，尤其白光LED已经成为电子产品显示屏的主要光源。LED技术的发展引起了国内外光源界的普遍关注，现已成为极具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。
本文从分析LED的特性及驱动方式出发，研究了开关电源电路，设计出一种可控硅调光LED驱动电源，在电路设计中，选择了以LinkSwitch-PH为核心的电源电路，用恒流恒压的方式驱动多个LED二极管。本设计的驱动电路不仅能够保证LED 持续、稳定、高效地工作，在一定程度上减小了LED 芯片发热量，提高了LED 灯具使用寿命。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:LED驱动电源开关电源可调光
目 录
1. 绪 论 1
1.1 LED的发展与应用 1
1.1.1 LED照明技术的发展 1
1.1.2 LED的应用领域 1
1.2 LED照明的特点 1
1.3 研究内容 2
2. LED电源工作原理 3
2.1 LED驱动技术 3
2.1.1 LED驱动电源的分类及方法 3
2.1.2 LED的调光方式 4
2.1.3 LED的连接方式 5
2.2 开关电源 7
2.2.1 开关电源的基本构成 7
2.2.2 开关电源的工作原理 8
2.2.3 开关电源的特点 9
3． LED可调光电源的设计 10
3.1 核心芯片的介绍 10
3.1.1 LNK403EG引脚配置及功能介绍 10
3.1.2 芯片功能介绍 11
3.2 TRIAC调光器 12
3.3 电路设计 13
3.2.1 总体设计 13
3.2.2 各模块设计 14
4. LED可调光电源可靠性设计 20
4.1 保护设计 20
4.2 散热设计 20
结 论 22
参考文献 23
附 录 24
致 谢 26
1. 绪 论
1.1 LED的发展与应用
1.1.1 LED照明技术的发展
在能源和环境问题日益严重的今天，伴随着白光LED日渐下降的成本和日益提高的性能，人们的目光已经聚焦在以效率高，寿命长，环保节能为主要特点的高功率白光LED照明。荧光灯和白炽电灯已逐渐被LED所替代，这将是人类照明史上又一场革命。
LED是由半导体材料电致发光，它发光发出的热能很少，既不像白炽灯有许多热损耗，又不像荧光灯会产生毒性气体，也不像霓虹灯需要高电压而容易被损坏，LED现已是全球公认为的新一代的一种高科技环保光源[1]。
在照明领域，LED发光产品的使用吸引着所有人的目光，作为一种新的绿色环保的照明产品，LED是未来发展的必然趋势，21世纪将进入LED照明的新时代。白光LED的出现使LED从标识功能向照明功能跨出了实质性一步。然而在价格下降的前提下，白光LED才有可能让人们能够普遍使用，而只有LED在一定程度上形成的市场后，价格才有可能会降低。因而，最终只有依赖于技术的进步两者才能更好地融合。
1.1.2 LED的应用领域
LED最初只被用在仪器仪表的指示光源，之后随着技术的发展各种颜色的LED开始在显示屏和交通信号灯中广泛应用。第一批LED在1968年进入市场至今已有40余年，通过研发发新材料和改良工艺，与之前的LED相比，现已逐渐趋于色度全亮度高的成熟产品。而LED的应用领域极大地拓展是在LED在氮化镓基底的蓝光LED问世后。LED的主要应用领域包括大屏幕彩色显示、照明灯具、激光器、图形识别、多媒体显像、仪器仪表、LCD背光源、探测器、交通信号等、光纤、卫星通信、海洋光通信等但目前主要是用于照明和显示[2]。
1.2 LED照明的特点
由于LED独有的环保、节能、寿命长、免维护和易控制等特征,目前世界各国的照明产品已积极往这个方向发展。除此之外LED还具有节能省电、发光效率高、使用寿命长、环保、耐用、工作安全可靠、采用低电压和低电流驱动、防水、防震、体积小、光控制简便，色域宽、发光色彩丰富、光束聚集,响应快,可以智能化、网络化控制与调节等一系列优点,是过去所有的光源所没有办法比拟的。
白光LED在业界是被认为是最具有发展空间，发展潜力最值得期待最的LED产品[3]。与荧光灯和白炽灯相比，白光LED不仅没有没有高耗电、易破碎、废弃物污染等缺点还具有具有体积小、发热量低、寿命长、反应速度快、可塑性好等优势。被业界看好的白光LED现已成为最具有潜力替代传统照明器具的新型照明工具。
1.3 研究内容
设计白光可照明LED的驱动电路。课题主要工作为：
（1）分析大功率白光LED特性。
（2）选择电源驱动核心芯片。
（3）电路输出恒压、恒流，并设计外围辅助电路。
（4）可以调节电流大小改变LED发光强度。
（5）改进系统的热稳定性、提高抗干扰能力、延长寿命等，实现多个LED串联时的驱动，提高性价比。
2. LED电源工作原理
2.1 LED驱动技术
2.1.1 LED驱动电源的分类及方法
在满足一定的应用条件的同时采用与LED工作的参数要求相适应的驱动电路，才能使得照明级LED能实现较高的使用率。驱动电路是专门为LED供电的设计的特种电源，要求其转换效率高、体积小并且电路结构简单。
虽然LED在节能方面优于传统光源，但是其光源却不能像传统的光源一样能够直接与公用电网连接。它必须配备有能将公用电网的电流电压转换成满足LED使用需求的额定电流和电压的转换装置，即LED驱动器
1. LED驱动电源的分类
LED电源按驱动方式分有两种：
（1）恒流式。比较理想的是采用恒流式驱动电源来驱动LED。 但是通常其价格较高。负载短路虽然不会影响恒流电路，但是负载完全开路是被禁止的。顾名思义恒流式驱动电源就是输出电流是恒定的，而输出的直流电压却会由于负载阻值的改变而在一定的范围内变化。同时由于恒流式驱动电源具有最大承受电流和电压值，在应用中需要限制LED的数量。
（2）稳压式。稳压式驱动电源在各项参数一定的情况下输出的电压是恒定的，输出电流却会跟随负载的变动而改变。与恒流式驱动相反的，稳压式驱动电源虽然允许负载开路，但是却禁止负载完全短路，为了使采用稳压式驱动电源驱动的LED显示均匀的亮度，设置合适的限流电阻是一定的。
2. LED的驱动方法
用传统的电源给LED供电有以下四种情况。
低压驱动：用低于LED正向导通压降的电压来驱动；
高压驱动：用高于管压降的电压驱动；
过渡电压驱动：过渡电压驱动是指电源电压值在LED管压降附近浮动，时高时低；
市电驱动：市电驱动是LED照明最有价值的供电方式，是半导体照明普及所必须解决的问题；
但是无论要以哪种形式给LED供电，所以必须要解决电源变换的问题才能实现LED照明。
2.1.2 LED的调光方式
由于应用需求与使用环境亮度的要求不同， LED亮度的调节已成为很重要的应用。LED的亮度与其电流成正比，想要获得较高的亮度时，相应的必须提供较高的电流，同理，要获得较低亮度则需要提供较低的电流。一般常见调光方式有PWM方式、模拟方式与脉冲方式[3]。
1. PWM调光
PWM(脉宽调制)技术是一种比较传统的调光方式，它通过控制器提供的宽、窄不同的数位式脉冲，重复开关LED驱动器，就可轻易地改变驱动器输出的电流，从而调节LED的亮度。该技术应用简单，效率高并且能提供品质较高的白光。但是，PWM调光也有缺点。这主要表现在：使用PWM调光的过程中驱动电路会产生噪音。一般来说白光LED驱动器属于开关电源器件，这种器件开关频率大约在1MHz左右，在没有进行PWM调光时是不会产生人耳可闻的噪音的，但是进行PWM调光时则会产生频率在200HZ~20kHz之间的的PWM信号，这样就会产生可闻的噪音。所以设计时要注意避免使用20kHz以下低频段。
2. 模拟调光
模拟调光相对于PWM调光来说，只要改变RS的值，经过LED的电流就会改变，从而调节亮度。虽然采用模拟调光技术的时候，由于LED的正向导通压降会随着LED电流的下降而减小，从而降低LED的能耗，但是由于使用模拟调光时LED驱动器一直处于工作状态，整个系统的能耗会增加，同时驱动器的电能转换效率会随着输出电流的减小而迅速下降。除此之外由于模拟调光技术是直接改变LED的电流来调节光亮，因而导致白光LED的发光质量低。模拟调光对比其他调光方式最大优点的在于它避免了调光时产生的噪音。
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