LED照明灯驱动线路知识

1、Xiamen YANKON Energetic Lighting Co., Ltdhttp:/www.yankon-线路基础知识培训1电源的作用及构成2安定电路种类3Buck电路工作原理分析电路工作原理分析1电源的作用及构成 1.1为什么LED需要电源 1)LED是一个非线性器件,正向电压的微小变化会引起正向电流的很大变化 2）LED的光输出正比于正向电流 3）LED是一个半导体二极管,它的伏安特性随温度而变化(-2mV/oC)10 February 202221电源的作用及构成 1.2电源组成 1.2.1 电源到设备的保护 1.2.2浪涌雷击保护 1.2.3EMI&EMC 1.2.4

2、整流电路 1.2.5功率因数校正 1.2.6安定电路 1.2.7异常情况的保护10 February 20223AC Input电源到设备的保护电路EMI&EMC整流电路功率因数较正安定电路保护电路Ouput浪涌雷击保护1电源的作用及构成 1.3保险电路 一般使用玻璃保险管或保险电阻，当电路异常时通过保险组件的烧毁隔开电路连接10 February 202241电源的作用及构成 1.4浪涌雷击保护 浪涌（Electrical surge），顾名思义就是瞬间出现超出稳定值的峰值，它包括浪涌电压和浪涌电流。 浪涌也叫突波，顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅

3、几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有：重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，以保护连接设备免于受损。 浪涌及雷击保护一般使用MOV及TVS来实现 也可以使用整流电路中的电解（大容量的电容）来吸收浪涌能量10 February 202251电源的作用及构成 1.5EMI&EMC 电磁干扰（Electromagnetic Interference 简称EMI），直译是电磁干扰。是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。

4、辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络，在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。 EMC（Electro Magnetic Compatibility）直译是“电磁兼容性”。意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。 EMI一般通过电容及电感的组合来实现，通用的有型滤波等 EMI电路的应用应注意电感的饱和，有接地的情况要注意接地的漏电流要满足标准要求10 February 202261电源的作用及构成 1.6整流

5、电路 1.6.1常用整流电路 1.6.2倍压整流电路10 February 202271电源的作用及构成 1.7功率因数较正 在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S. 非线性负载将电流波形由正弦波扭曲成其他波形。非线性负载的输入电流中除了原来电源的频率（基频）外，其中也会有许多高频的谐波电流成份。 1.7.1填谷电路 1.7.2有源功率因数较正10 February 202282安定电路种类1阻容降压2线性电源10 February 202292安定电路种类 3桥式电路 半桥电路全桥电路10

6、February 2022102安定电路种类 4推挽电路10 February 2022112安定电路种类 5反激电路 降压电路 Buck 升压电路 Boost 升降压电路 Buck-Boost10 February 2022122安定电路种类 6正激电路10 February 2022132022-2-103Buck电路分析VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VooIIoD1-DT根据L的伏秒平衡原则：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin *DL*Io=Vo *(1-D)TIs根据L在1-D时间的基本方程：Io=Vo *(1

7、-D)T/L2022-2-10Buck电路工作原理分析 .2022-2-10Buck电路工作原理分析 电感电流： （开关管 ON） Delta ILon= (Vin-Vo)*Ton/L2022-2-10Buck电路工作原理分析 电感电流： （开关管 OFF） Delta ILoff= Vo*Toff/L2022-2-10Buck电路工作原理分析 电感电流：2022-2-10Buck电路工作原理分析 输出电容的电流波形： 电感电流： 输出电容电流： 要选择工作纹波电流大，ESR小的输出电容，为降低输出纹波电压，可用多个小容量的电容并联使用。2022-2-10Buck电路工作原理分析 根据负载大小

8、变化，BUCK 电源工作在 CCM 与 DCM 两种状态。 CCM: Continuous Current Mode DCM: Discontinuous Current Mode 在CCM 模式，电感电流在整个周期内都时连续的， Po=1/2*L*(IL12-IL22) 在 DCM 模式，一个周期内，有段时间电感电流为零。 Po=1/2*L*IL2=V02/R IL=sqrt(2*Vo2/LR)=2022-2-10两种模式下的工作电流波形： .2022-2-10Buck电路工作原理分析电感电流波形： CCM2022-2-10Buck电路工作原理分析电感电流波形：DCM2022-2-10Buc

9、k电路工作原理分析 由上可知，电感电流由直流（Io）和纹波电流（ ）两部分组成； 在CCM 模式，电感电流随负载电流变化，但纹波分量并不改变，由此可以看出负载变化时占空比不变。 当负载减小到使电感电流从刚好零开始时，此为CCM与DCM 转换的临界状态。 进一步减小输出负载，此时并不需要很大的电感电流维持输出功率，电感开始减小，占空比也减小，而电感也在开关管下次导通之前电流降为零。电路进入 DCM 模式，在此模式下，占空比随着负载变化而变化。2022-2-10同步整流电路分析 非同步整流电路结构简单，容易驱动，但因作为续流的肖特基二极管管压降大，功率损耗较大，导致整个电源效率降低，所以一般用在输

10、出电压较高，输出电流较小的场合；而对于用在低电压，大电流的场合，如 CPU 的供电电源则需用同步整流电路。2022-2-10两种电路比较：.2022-2-10. 同步电路应用实例：2022-2-10 同步整流电路特点： 同步整流电路用下MOS管代替开关换器的续流二极管，其导通电阻小，大大降低了整流损耗，提高了电源效率。 因下管作续流管用，所以要求其体二极管的反向恢复电荷小，栅极电阻小，用开关特性好等。 为一避免上下管同时导通，要求两管的驱动信号间须留有一死区时间，在死区时间内，电流从下管的体二极管内流过，增加了损耗。2022-2-10同步整流电路特点： 在稳态时，电感电流上升和下降的变化量是相

11、等的，但上下管导通时间不同，两管的电流有效值也不同，导通时间越长，电流有效值大，管子发热也大。 根据上图计算上下管的电流有效值： 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 所以下管必须用电流容量更大的管或双管并联。2022-2-10. 避免双管同时导通：2022-2-10多相变换器 .2022-2-10. 多相变换器做优点： 将变换器产生的热量分布在各相电路上，而且散热面积大，不用散热片

12、。 各相电流叠加后纹波减小，降低了输出电压纹波幅度，减少了输出电容的数量。 减小了单相大电流时多管并联的设计难度和对磁芯的要求。 降低了各相变换器的工作频率，减小元件分布参数的影响及干扰。2022-2-10CPU 电源解析：.2022-2-10主变换电路：.2022-2-10电路分析： 当电路中上管导通时，源极电压等于电源输入电压，因此驱动管的栅极电压=Vin+Vgs, IC 不能直接驱动，IC 内部将上管的驱动路采用浮地的方式，外接自举电容组成偏置电路来驱动上管。2022-2-10上管驱动原理： 2022-2-10. MOS管的驱动电路：2022-2-10控制部分： .2022-2-10PW

13、M 调制原理 .2022-2-10 PWM 调制原理 CPU工作时会根据负荷的大小发出一组VID代码给电源IC，经过数/模转换后，得一模拟电压值，即为CPU 所需的工作电压。电源IC 以此电压为参考值，将之与CPU 实际电压信号的差值进行放大，得到误差信号Vcomp, 再与电源IC 内部产生的锯齿波信号进行比较，产生PWM信号，控制开关管的关断，使输出电压调整到符合 VID 相应的电位。2022-2-10. 稳压原理：2022-2-10. .2022-2-10. 限流检测(限流）：2022-2-10. 电流检测（通道平衡）：2022-2-10主板电源类型： .2022-2-10. 通道电流平衡

14、： 为使每通道的达到热平衡，需要每通道的电感电流大小一致，IC内部处理方式：采样每通道的电流，将各通道电流求和平均，与相电流相减，产生一个误差信号Ier，再和Vcomp相减，调整各相 PWM 宽度，达到电流平衡，各相 Ier为零时，则电流达到了平衡。 电流平衡是通过检测流过下管Rds(on)来实现的。2022-2-10 此外，为提高电源工作的可靠性，还需有UVP，OVP，OCP等功能，这此功能都集成到芯片内部。2022-2-10应用实例 .2022-2-10. 输出电压 Vo: IC内部集成了一个有关0.9V 基准电压的误差放大器, 所以: Vo=0.9*(R497+R501)/R501=2.

15、5V2022-2-10. 根据以下条件计算相关参数： Vin = 5V Vo=2.5V Io=3.0A Fs=300KHz 根据前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5 Ton=0.5/300000=1.67uS 设： 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电路特点: 效率高, 可靠性好 工作频率高, 使电路中电压/电流波形的快瞬变化, 产生电磁幅射干扰. 元件布局和PCB布线难度较大. 输出电压纹波比较大. 电路复杂, 成本高.2022-2-10.线性电源20

16、22-2-10线性电源分类： .2022-2-10线性电源 线性电源特点： 电路简单，不会产生干扰，输出纹波小， 调整管工作在放大状态，功耗大，效率低，发热量大，降低了元件的可靠性， 因此线性适合用于输入/输出压差小，电流小的场合。2022-2-10线性电源： OP + MOS 形式.2022-2-10线性电源 注意事项： Vo = 2.5*R585/(R584+R585) ID Iomax PD (Vin-Vo)*Iomax Vg Vo + Vgs 保证漏源极间的压差使MOS管工作在放大状态: 当输出为静态负载时，可在 IC 一二脚间并联一小电容，减小输出纹波； 动态负载时则不需此电容，以提高电路的动态响态速度。2022-2-10 MOS管的工作状态： vDS /V iD2022-2-10. 线性电源2022-2-10. 求复合管的输出电压： 根据上图得NPN管的Vb= R235/(r234+R235)=2.2V 则 Vo=2.2V-0.7V=1.5V 分析此问题时，忽略了Ib的影响，因此在确定电路参数时，使IR 235 Ib, 在输出负载变化引起Ib 变化时,使 Vb 不受太大影响,保证输出电压的稳定。2022-2-10. LDO 电