LED照明燈驅(qū)動線路知識

1、Xiamen YANKON Energetic Lighting Co., Ltdhttp:/www.yankon-線路基礎(chǔ)知識培訓(xùn)1電源的作用及構(gòu)成2安定電路種類3Buck電路工作原理分析電路工作原理分析1電源的作用及構(gòu)成 1.1為什么LED需要電源 1)LED是一個非線性器件,正向電壓的微小變化會引起正向電流的很大變化 2）LED的光輸出正比于正向電流 3）LED是一個半導(dǎo)體二極管,它的伏安特性隨溫度而變化(-2mV/oC)10 February 202221電源的作用及構(gòu)成 1.2電源組成 1.2.1 電源到設(shè)備的保護 1.2.2浪涌雷擊保護 1.2.3EMI&EMC 1.2.4

2、整流電路 1.2.5功率因數(shù)校正 1.2.6安定電路 1.2.7異常情況的保護10 February 20223AC Input電源到設(shè)備的保護電路EMI&EMC整流電路功率因數(shù)較正安定電路保護電路Ouput浪涌雷擊保護1電源的作用及構(gòu)成 1.3保險電路 一般使用玻璃保險管或保險電阻，當電路異常時通過保險組件的燒毀隔開電路連接10 February 202241電源的作用及構(gòu)成 1.4浪涌雷擊保護 浪涌（Electrical surge），顧名思義就是瞬間出現(xiàn)超出穩(wěn)定值的峰值，它包括浪涌電壓和浪涌電流。 浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅

3、幾百萬分之一秒時間內(nèi)的一種劇烈脈沖?？赡芤鹄擞康脑蛴校褐匦驮O(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動機。而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護連接設(shè)備免于受損。 浪涌及雷擊保護一般使用MOV及TVS來實現(xiàn) 也可以使用整流電路中的電解（大容量的電容）來吸收浪涌能量10 February 202251電源的作用及構(gòu)成 1.5EMI&EMC 電磁干擾（Electromagnetic Interference 簡稱EMI），直譯是電磁干擾。是指電磁波與電子元件作用后而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。

4、輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)，在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。 EMC（Electro Magnetic Compatibility）直譯是“電磁兼容性”。意指設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量既不對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，也不受其他設(shè)備的電磁能量干擾的能力。 EMI一般通過電容及電感的組合來實現(xiàn)，通用的有型濾波等 EMI電路的應(yīng)用應(yīng)注意電感的飽和，有接地的情況要注意接地的漏電流要滿足標準要求10 February 202261電源的作用及構(gòu)成 1.6整流

5、電路 1.6.1常用整流電路 1.6.2倍壓整流電路10 February 202271電源的作用及構(gòu)成 1.7功率因數(shù)較正 在交流電路中，電壓與電流之間的相位差()的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cos表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cos=P/S. 非線性負載將電流波形由正弦波扭曲成其他波形。非線性負載的輸入電流中除了原來電源的頻率（基頻）外，其中也會有許多高頻的諧波電流成份。 1.7.1填谷電路 1.7.2有源功率因數(shù)較正10 February 202282安定電路種類1阻容降壓2線性電源10 February 202292安定電路種類 3橋式電路 半橋電路全橋電路10

6、February 2022102安定電路種類 4推挽電路10 February 2022112安定電路種類 5反激電路 降壓電路 Buck 升壓電路 Boost 升降壓電路 Buck-Boost10 February 2022122安定電路種類 6正激電路10 February 2022132022-2-103Buck電路分析VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VooIIoD1-DT根據(jù)L的伏秒平衡原則：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin *DL*Io=Vo *(1-D)TIs根據(jù)L在1-D時間的基本方程：Io=Vo *(1

7、-D)T/L2022-2-10Buck電路工作原理分析 .2022-2-10Buck電路工作原理分析 電感電流： （開關(guān)管 ON） Delta ILon= (Vin-Vo)*Ton/L2022-2-10Buck電路工作原理分析 電感電流： （開關(guān)管 OFF） Delta ILoff= Vo*Toff/L2022-2-10Buck電路工作原理分析 電感電流：2022-2-10Buck電路工作原理分析 輸出電容的電流波形： 電感電流： 輸出電容電流： 要選擇工作紋波電流大，ESR小的輸出電容，為降低輸出紋波電壓，可用多個小容量的電容并聯(lián)使用。2022-2-10Buck電路工作原理分析 根據(jù)負載大小

8、變化，BUCK 電源工作在 CCM 與 DCM 兩種狀態(tài)。 CCM: Continuous Current Mode DCM: Discontinuous Current Mode 在CCM 模式，電感電流在整個周期內(nèi)都時連續(xù)的， Po=1/2*L*(IL12-IL22) 在 DCM 模式，一個周期內(nèi)，有段時間電感電流為零。 Po=1/2*L*IL2=V02/R IL=sqrt(2*Vo2/LR)=2022-2-10兩種模式下的工作電流波形： .2022-2-10Buck電路工作原理分析電感電流波形： CCM2022-2-10Buck電路工作原理分析電感電流波形：DCM2022-2-10Buc

9、k電路工作原理分析 由上可知，電感電流由直流（Io）和紋波電流（ ）兩部分組成； 在CCM 模式，電感電流隨負載電流變化，但紋波分量并不改變，由此可以看出負載變化時占空比不變。 當負載減小到使電感電流從剛好零開始時，此為CCM與DCM 轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)。 進一步減小輸出負載，此時并不需要很大的電感電流維持輸出功率，電感開始減小，占空比也減小，而電感也在開關(guān)管下次導(dǎo)通之前電流降為零。電路進入 DCM 模式，在此模式下，占空比隨著負載變化而變化。2022-2-10同步整流電路分析 非同步整流電路結(jié)構(gòu)簡單，容易驅(qū)動，但因作為續(xù)流的肖特基二極管管壓降大，功率損耗較大，導(dǎo)致整個電源效率降低，所以一般用在輸

10、出電壓較高，輸出電流較小的場合；而對于用在低電壓，大電流的場合，如 CPU 的供電電源則需用同步整流電路。2022-2-10兩種電路比較：.2022-2-10. 同步電路應(yīng)用實例：2022-2-10 同步整流電路特點： 同步整流電路用下MOS管代替開關(guān)換器的續(xù)流二極管，其導(dǎo)通電阻小，大大降低了整流損耗，提高了電源效率。 因下管作續(xù)流管用，所以要求其體二極管的反向恢復(fù)電荷小，柵極電阻小，用開關(guān)特性好等。 為一避免上下管同時導(dǎo)通，要求兩管的驅(qū)動信號間須留有一死區(qū)時間，在死區(qū)時間內(nèi)，電流從下管的體二極管內(nèi)流過，增加了損耗。2022-2-10同步整流電路特點： 在穩(wěn)態(tài)時，電感電流上升和下降的變化量是相

11、等的，但上下管導(dǎo)通時間不同，兩管的電流有效值也不同，導(dǎo)通時間越長，電流有效值大，管子發(fā)熱也大。 根據(jù)上圖計算上下管的電流有效值： Irmsup/Irmsdn=sqrt( D/(1-D) Vcore=Vin*D=D=Vcore/Vin=1.6/12=0.133 代入上式：Irmsup/Irmsdn=sqrt(0.133/(1-0.133)=0.4 Irmsdn=2.5Irmsup 所以下管必須用電流容量更大的管或雙管并聯(lián)。2022-2-10. 避免雙管同時導(dǎo)通：2022-2-10多相變換器 .2022-2-10. 多相變換器做優(yōu)點： 將變換器產(chǎn)生的熱量分布在各相電路上，而且散熱面積大，不用散熱片

12、。 各相電流疊加后紋波減小，降低了輸出電壓紋波幅度，減少了輸出電容的數(shù)量。 減小了單相大電流時多管并聯(lián)的設(shè)計難度和對磁芯的要求。 降低了各相變換器的工作頻率，減小元件分布參數(shù)的影響及干擾。2022-2-10CPU 電源解析：.2022-2-10主變換電路：.2022-2-10電路分析： 當電路中上管導(dǎo)通時，源極電壓等于電源輸入電壓，因此驅(qū)動管的柵極電壓=Vin+Vgs, IC 不能直接驅(qū)動，IC 內(nèi)部將上管的驅(qū)動路采用浮地的方式，外接自舉電容組成偏置電路來驅(qū)動上管。2022-2-10上管驅(qū)動原理： 2022-2-10. MOS管的驅(qū)動電路：2022-2-10控制部分： .2022-2-10PW

13、M 調(diào)制原理 .2022-2-10 PWM 調(diào)制原理 CPU工作時會根據(jù)負荷的大小發(fā)出一組VID代碼給電源IC，經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，得一模擬電壓值，即為CPU 所需的工作電壓。電源IC 以此電壓為參考值，將之與CPU 實際電壓信號的差值進行放大，得到誤差信號Vcomp, 再與電源IC 內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波信號進行比較，產(chǎn)生PWM信號，控制開關(guān)管的關(guān)斷，使輸出電壓調(diào)整到符合 VID 相應(yīng)的電位。2022-2-10. 穩(wěn)壓原理：2022-2-10. .2022-2-10. 限流檢測(限流）：2022-2-10. 電流檢測（通道平衡）：2022-2-10主板電源類型： .2022-2-10. 通道電流平衡

14、： 為使每通道的達到熱平衡，需要每通道的電感電流大小一致，IC內(nèi)部處理方式：采樣每通道的電流，將各通道電流求和平均，與相電流相減，產(chǎn)生一個誤差信號Ier，再和Vcomp相減，調(diào)整各相 PWM 寬度，達到電流平衡，各相 Ier為零時，則電流達到了平衡。 電流平衡是通過檢測流過下管Rds(on)來實現(xiàn)的。2022-2-10 此外，為提高電源工作的可靠性，還需有UVP，OVP，OCP等功能，這此功能都集成到芯片內(nèi)部。2022-2-10應(yīng)用實例 .2022-2-10. 輸出電壓 Vo: IC內(nèi)部集成了一個有關(guān)0.9V 基準電壓的誤差放大器, 所以: Vo=0.9*(R497+R501)/R501=2.

15、5V2022-2-10. 根據(jù)以下條件計算相關(guān)參數(shù)： Vin = 5V Vo=2.5V Io=3.0A Fs=300KHz 根據(jù)前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5 Ton=0.5/300000=1.67uS 設(shè)： Io=Io*10%=3.0*30%=0.9A L=(Vin-V0)*Ton/Io =(5-2.5)*1.67/0.9 =4.7uH2022-2-10. Buck電路特點: 效率高, 可靠性好 工作頻率高, 使電路中電壓/電流波形的快瞬變化, 產(chǎn)生電磁幅射干擾. 元件布局和PCB布線難度較大. 輸出電壓紋波比較大. 電路復(fù)雜, 成本高.2022-2-10.線性電源20

16、22-2-10線性電源分類： .2022-2-10線性電源 線性電源特點： 電路簡單，不會產(chǎn)生干擾，輸出紋波小， 調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，功耗大，效率低，發(fā)熱量大，降低了元件的可靠性， 因此線性適合用于輸入/輸出壓差小，電流小的場合。2022-2-10線性電源： OP + MOS 形式.2022-2-10線性電源 注意事項： Vo = 2.5*R585/(R584+R585) ID Iomax PD (Vin-Vo)*Iomax Vg Vo + Vgs 保證漏源極間的壓差使MOS管工作在放大狀態(tài): 當輸出為靜態(tài)負載時，可在 IC 一二腳間并聯(lián)一小電容，減小輸出紋波； 動態(tài)負載時則不需此電容，以提高電路的動態(tài)響態(tài)速度。2022-2-10 MOS管的工作狀態(tài)： vDS /V iD2022-2-10. 線性電源2022-2-10. 求復(fù)合管的輸出電壓： 根據(jù)上圖得NPN管的Vb= R235/(r234+R235)=2.2V 則 Vo=2.2V-0.7V=1.5V 分析此問題時，忽略了Ib的影響，因此在確定電路參數(shù)時，使IR 235 Ib, 在輸出負載變化引起Ib 變化時,使 Vb 不受太大影響,保證輸出電壓的穩(wěn)定。2022-2-10. LDO 電