LED照明灯驱动线路知识

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)06February202321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06February20233ACInput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06February202341电源的作用及构成1.4浪涌雷击保护浪涌（Electricalsurge），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06February202351电源的作用及构成1.5EMI&EMC电磁干扰（ElectromagneticInterference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。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（ElectroMagneticCompatibility）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π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06February202361电源的作用及构成1.6整流电路1.6.1常用整流电路1.6.2倍压整流电路06February202371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(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=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06February202382安定电路种类1阻容降压2线性电源06February202392安定电路种类3桥式电路半桥电路

全桥电路06February2023102安定电路种类4推挽电路06February2023112安定电路种类5反激电路1.8.5.1降压电路Buck1.8.5.2升压电路Boost1.8.5.3升降压电路Buck-Boost06February2023122安定电路种类6正激电路06February2023132023/2/63Buck电路分析VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VoIoD1-DT根据L的伏秒平衡原则：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin*DL*ΔIo=Vo*(1-D)TIs根据L在1-D时间的基本方程：ΔIo=Vo*(1-D)T/L2023/2/6Buck电路工作原理分析.2023/2/6Buck电路工作原理分析电感电流：（开关管ON）

DeltaILon=(Vin-Vo)*Ton/L2023/2/6Buck电路工作原理分析电感电流：（开关管OFF）

DeltaILoff=Vo*Toff/L2023/2/6Buck电路工作原理分析电感电流：2023/2/6Buck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。2023/2/6Buck电路工作原理分析根据负载大小变化，BUCK电源工作在CCM与DCM两种状态。CCM:ContinuousCurrentModeDCM:DiscontinuousCurrentMode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/RIL=sqrt(2*Vo2/LR)=2023/2/6两种模式下的工作电流波形：.2023/2/6Buck电路工作原理分析电感电流波形：CCM2023/2/6Buck电路工作原理分析电感电流波形：DCM2023/2/6Buck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。2023/2/6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。2023/2/6两种电路比较：.2023/2/6.同步电路应用实例：2023/2/6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。2023/2/6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))=0.4Irmsdn=2.5Irmsup

所以下管必须用电流容量更大的管或双管并联。2023/2/6.避免双管同时导通：2023/2/6多相变换器.2023/2/6.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。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。2023/2/6CPU电源解析：.2023/2/6主变换电路：.2023/2/6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。2023/2/6上管驱动原理：．2023/2/6.MOS管的驱动电路：2023/2/6控制部分：.2023/2/6PWM调制原理.2023/2/6

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。2023/2/6.稳压原理：2023/2/6..2023/2/6.限流检测(限流）：2023/2/6.电流检测（通道平衡）：2023/2/6主板电源类型：.2023/2/6.通道电流平衡：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。2023/2/6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。2023/2/6应用实例.2023/2/6.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=2.5V2023/2/6.根据以下条件计算相关参数：Vin=5VVo=2.5VIo=3.0AFs=300KHz根据前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5Ton=0.5/300000=1.67uS设：ΔIo=Io*10%=3.0*30%=0.9AL=(Vin-V0)*Ton/ΔIo=(5-2.5)*1.67/0.9=4.7uH2023/2/6.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.2023/2/6.线性电源2023/2/6线性电源分类：.2023/2/6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。2023/2/6线性电源：OP+MOS形式.2023/2/6线性电源注意事项：

Vo=2.5*R585/(R584+R585)ID>IomaxPD>(Vin-Vo)*IomaxVg>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。2023/2/6

MOS管的工作状态：

vDS/V

iD2023/2/6.线性电源2023/2/6.求复合管的输出电压：根据上图得NPN管的Vb=R235/(r234+R235)=2.2V