學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密，在_年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名：年月日導(dǎo)師簽名：年月日目錄摘要：.（1）關(guān)鍵詞：.（1）前言.（2）1LED的原理、結(jié)構(gòu)及特性.（3）1.1LED的發(fā)光原理.（3）1.2LED的基本結(jié)構(gòu).（3）1.3LED的電氣特性.（3）1.4LED的關(guān)鍵參數(shù).（5）2電容降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路研究.（6）2.1電容降壓原理.（6）2.2電容降壓LED驅(qū)動(dòng)電路的組成.（6）2.3電容降壓電路的PSPICE建模分析.（7）3輸出功率為60W的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).（10）3.1驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)概述.（10）3.2輸入EMI濾波器設(shè)計(jì).（10）3.3輸入整流濾波電路設(shè)計(jì).（11）3.4高頻變壓器設(shè)計(jì).（12）3.4.1變壓器指標(biāo)參數(shù).（12）3.4.2確定磁芯型號(hào)尺寸.（12）3.4.3計(jì)算初級(jí)次級(jí)繞組匝數(shù).（12）3.4.4漆包線線徑確定.（13）3.4.5變壓器示意圖及配置參數(shù).（13）3.5PWM控制電路設(shè)計(jì).（13）3.5.1CR6850芯片簡介.（13）3.5.2CR6850啟動(dòng)模式及啟動(dòng)時(shí)間.（14）3.5.3相應(yīng)工作模式和定義電流波形參數(shù)KP.（16）3.5.4啟動(dòng)電阻Rin上最大損耗.（16）3.5.5正常工作頻率.（17）3.5.6FB腳輸入端.（17）3.5.7異常保護(hù)功能.（18）3.5.8PWM控制電路原理圖.（18）3.6反饋電路設(shè)計(jì).（18）3.7輸出整流管及電容的選擇.（21）3.8樣機(jī)制作及實(shí)驗(yàn)結(jié)果.（22）4總結(jié).（24）致謝.（25）參考文獻(xiàn).（25）附錄.（26）1經(jīng)濟(jì)型LED節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)學(xué)生：田海青指導(dǎo)老師：羅志會(huì)三峽大學(xué)理學(xué)院摘要：隨著全球能源緊缺、環(huán)境惡化，人們對(duì)健康、環(huán)保、節(jié)能的要求日益提高。在照明領(lǐng)域白熾燈正在逐步被淘汰，LED（發(fā)光二極管）由于環(huán)保，壽命長，節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為照明領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，顯示出極大的潛力和良好的前景。理論上LED的壽命可以達(dá)到10萬小時(shí)以上，目前LED節(jié)能燈技術(shù)已經(jīng)基本成熟，但是居高不下的電源成本使LED在照明領(lǐng)域的推廣受到極大限制。本文主要通過對(duì)LED光電特性，節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行研究，運(yùn)用開關(guān)電源知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)恒流的LED節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)電源。選擇高性價(jià)比的解決方案開發(fā)出適用于經(jīng)濟(jì)型LED節(jié)能燈的驅(qū)動(dòng)電源，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文第一部分將對(duì)LED的發(fā)光機(jī)理以及光電特性參數(shù)進(jìn)行了介紹；第二部分將對(duì)阻容式降壓驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行Pspice建模分析；第三部分運(yùn)用開關(guān)電源技術(shù)，設(shè)計(jì)了輸出功率為60W的LED節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)電路。這部分對(duì)驅(qū)動(dòng)電路各功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最后對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。論文最后對(duì)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路存在的不足進(jìn)行了分析，并對(duì)LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)的未來發(fā)展做出了展望。Abstract：Thedemandsforhealth,environmentalprotectionandenergy-efficiencyhavebeenincreasedasaresultoftheshortageofglobalenergyandtheenvironmentaldegradation.Theincandescentlambisgraduallybeingeliminatedinthelightingarea,whileLED(lightemittingdiode)withitsadvantagessuchasenvironmentalprotection,longlife,energy-efficiencyhasbecomeahotresearchtopicinthelightingfield,showinggreatpotentialandgoodprospects.Theoretically,thelifeofLEDcanbeupto100thousandhours.Thetechnologyoftheenergy-efficientLEDlampismaturedbasically,butthepromotionofLEDwasextremelyrestrictedduetothehighcostofpowerinthelightingarea.ThispaperdesignsaconstantcurrentdrivingpowerforLEDenergy-savinglampsbystudyingtheLEDopticalandelectricalpropertiesandthedrivingprincipleofenergy-efficentlampsandwiththeknowledgeofswitchingpower.Thedrivingpowerfortheeconomicenergy-savingLEDlampcanbedevelopedwithcost-effectivesolutionstomeetthedesignrequirements.ThefirstpartintroducestheluminescencemechanismandtheparametersofphotoelectriccharacteristicsforLED,thesecondpartwilldoPspicemodelingforandanalyzetheRCBuckdrivecircuit,thethirdpartdesignesthedrivecircuitforLEDenergy-savinglampwiththeoutputpowerof60Wbytheswitchingpowertechnology.Thispartanalyzesthefunctionalmodulesofthedrivecircuitindetailandfinallyverifiesthedesignedcircuitbyexperiments.Atlast,thepaperanalyzestheshortcomingsofthedesigneddrivecircuit,andmakestheforecastforthedevelopmentoftheLEDdrivetechnologyinfuture.關(guān)鍵詞：LED節(jié)能燈，開關(guān)電源，恒流驅(qū)動(dòng)keywords：LEDlamp,SwitchingPowerSupply,Constantcurrentdrive2前言以電力電子學(xué)為核心的電源技術(shù)與上世紀(jì)60年代開始發(fā)展。能源危機(jī)，溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境惡化等問題越來越多的引起人類的注意，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為共識(shí)。在照明領(lǐng)域人們積極尋找新的替代光源。半導(dǎo)體照明于上世紀(jì)末開始發(fā)展。LED（發(fā)光二極管）由于其環(huán)保，節(jié)能，發(fā)光效率高，壽命長等優(yōu)點(diǎn)已成為照明領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。因其與傳統(tǒng)光源相比具有理論和現(xiàn)實(shí)的優(yōu)越性1，受到廣大工程師的青睞，它的出現(xiàn)將照明行業(yè)帶入了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)也為節(jié)能照明提供了更多的解決方案。這將是人類歷史上繼白熾燈，熒光燈之后新的照明革命。2011年，國際兩大LED巨頭歐司朗與Cree公司簽署了一項(xiàng)全球性的LED專利交叉許可協(xié)議，涵蓋的專利技術(shù)包括雙方的藍(lán)光LED芯片技術(shù)、白光LED和螢光粉技術(shù)、封裝、LED燈具與燈以及LED照明控制系統(tǒng)。這種專利授權(quán)所造成的專利壁壘，積極的影響大過于消極的影響，因?yàn)檫@將促進(jìn)中國LED企業(yè)投入更多的資金和精力進(jìn)行技術(shù)的研發(fā)。LED照明具有較多優(yōu)勢，必將成為未來照明市場的主流。由于LED照明的巨大發(fā)展空間，Melexis、lnfinton(英飛凌)、LienearTechnology(凌力爾特)、SupenexInc、AnalogDevices(ADI)、通嘉科技(Leadtrend)、安茂微電子(AME)，等國際知名IC公司先后推出了LED照明專用驅(qū)動(dòng)IC，極大地推動(dòng)了LED照明驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展?？傮w來看，國內(nèi)LED照明產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段。但是在國家相關(guān)政策的推動(dòng)下，國內(nèi)半導(dǎo)體照明發(fā)展迅猛。科技部副秘書長、國家半導(dǎo)體照明工程領(lǐng)導(dǎo)小組組長李健說：“我國發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)有巨大機(jī)遇?！彼J(rèn)為，中國有的優(yōu)勢：一是中國擁有巨大的照明工業(yè)和照明市場，這使照明工業(yè)在我國有著巨大的發(fā)展空間；二是我國已具備一定技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，通過“863”等科技計(jì)劃的支持，我國已初步形成比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。雖然LED照明具有較多優(yōu)勢，但也有其自身的不足。LED沒有紅外及紫外輻射，其耗能除了轉(zhuǎn)換成光能，其余全部以熱能釋放，所以對(duì)于其配套設(shè)施的散熱要求較高；LED照明成本極高，雖然它壽命長的優(yōu)勢可以彌補(bǔ)這一劣勢，但是從總體上來看其成本還是比其他光源高；目前驅(qū)動(dòng)電源轉(zhuǎn)換效率和恒流精度還不高；電源壽命與LED壽命的不匹配，驅(qū)動(dòng)電源中由于電解電容等一些元件的影響，實(shí)際壽命不足20000小時(shí)，從而使LED節(jié)能燈的壽命大大減小。LED驅(qū)動(dòng)電源市場火熱，技術(shù)水平良莠不齊，隨著LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，這將對(duì)LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極地推動(dòng)作用。LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展必須克服轉(zhuǎn)換效率低，電源壽命不匹配，恒流精度不高以及散熱等不足，同時(shí)在電源設(shè)計(jì)中要兼顧成本控制，選擇性價(jià)比高的驅(qū)動(dòng)方案。未來的LED驅(qū)動(dòng)電路必將向體積小、轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、散熱性好、穩(wěn)定輸出的方向發(fā)展。目前LED節(jié)能燈技術(shù)日趨成熟，但是居高不下的電源成本，使LED照明的發(fā)展受到限制。要推進(jìn)LED照明發(fā)展，必須大力發(fā)展其配套設(shè)施，其中驅(qū)動(dòng)電源是最主要的。所以開發(fā)適用于經(jīng)濟(jì)型LED節(jié)能燈的驅(qū)動(dòng)電路具有極大現(xiàn)實(shí)意義。31LED的原理、結(jié)構(gòu)及特性1.1LED的發(fā)光原理LED是利用半導(dǎo)體PN結(jié)或類似結(jié)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件2。LED的芯片是由-族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制備而成的，PN結(jié)是其核心部分。因此它具有一般PN結(jié)的特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。?dāng)PN結(jié)外加一個(gè)正向偏置電壓，即電源正極接P型材料，電源負(fù)極接N型材料，PN結(jié)勢壘降低，電子、空穴移動(dòng)，N區(qū)得電子進(jìn)入P區(qū)，P區(qū)的空穴注入N區(qū)，從而PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破，空穴和電子在PN結(jié)出相遇并發(fā)生復(fù)合，將多余的能量以光能的形式釋放出來，這就是電致發(fā)光現(xiàn)象，這也就是LED發(fā)光的基本原理。如圖1-1所示3。圖1-1LED發(fā)光原理圖1.2LED的基本結(jié)構(gòu)LED主要由芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。其基本結(jié)構(gòu)是將半導(dǎo)體芯片固定在導(dǎo)電、導(dǎo)熱的帶有兩根引線的金屬支架上面，有反射杯（或反光碗）的一極為陰極，另一根為陽極。四周用環(huán)氧樹脂密封，可以起到保護(hù)芯片的作用，同時(shí)可以起透鏡（聚光）的作用。傳統(tǒng)LED（子彈頭型LED）的基本結(jié)構(gòu)如圖1-2所示4。圖1-2LED的基本結(jié)構(gòu)1.3LED的電氣特性LED是一種發(fā)光二極管，除了具備發(fā)光特性，還具備一般PN結(jié)結(jié)型器件的特性。4（1）LED的V-I特性LED的V-I特性是表征芯片PN結(jié)特性的關(guān)鍵參數(shù)，它是指流過PN結(jié)的電流隨PN結(jié)兩端所施加電壓的變化關(guān)系。具有非線性、單向?qū)щ娦裕串?dāng)外加正偏置電壓時(shí)表現(xiàn)為低阻態(tài)，反之為高阻態(tài)。LED的伏安特性曲線如圖1-3所示。圖1-3LED的V-I特性曲線下面對(duì)LED的各個(gè)工作區(qū)進(jìn)行簡單介紹：（1）正向死區(qū)：（圖oa或oa段）a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓Va為開啟電壓，當(dāng)VVa，外加電場不能克服因載流子擴(kuò)散而形成勢壘電場，此時(shí)阻值很大；對(duì)于不同芯片材料的LED其開啟電壓值不同，GaAs為1V，紅色GaAsP為1.2V，GaP為1.8V，GaN為2.5V。（2）正向工作區(qū)：電流IF與外加電壓呈如下指數(shù)關(guān)系：/1qVFKTFSIIe1-1其中IS為反向飽和電流。V0時(shí)，VVF的正向工作區(qū)IF隨VF指數(shù)上升：/qVFKTFSIIe1-2（3）反向死區(qū)：V0時(shí)PN結(jié)加反偏壓V=-VR時(shí)，反向漏電流IR（V=-5V）時(shí)，GaP為0V，GaN為10uA。（4）反向擊穿區(qū)V-VR，VR稱為反向擊穿電壓；VR電壓對(duì)應(yīng)IR為反向漏電流。當(dāng)反向電壓一直增加使V-VR時(shí)，則出現(xiàn)IR突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。由于所用化合物材料種類不同，各種LED的反向擊穿電壓VR也不同。（2）LED的C-V特性LED的電容一般包括PN結(jié)結(jié)電容和內(nèi)引線分布電容等在內(nèi)的總電容，其中PN結(jié)結(jié)電容居支配地位3。LED的芯片有很多種規(guī)格，PN結(jié)面積大小不相同，使其結(jié)電容（零偏壓）Cn+pf左右。LED的C-V特性呈二次函數(shù)關(guān)系，如下圖1-4所示。5圖1-4LED的C-V特性曲線（3）允許功耗LED的實(shí)際功耗是指工作電流和正向電壓降的乘積，即P=UFIF。LED工作時(shí)會(huì)釋放熱量，使結(jié)溫升高。若結(jié)溫為Tj、外部環(huán)境溫度為Ta，則當(dāng)TjTa時(shí)，內(nèi)部熱量借助支架向外傳熱，散逸熱量（功率），可表示為P=KT（TjTa）。為了使LED安全工作必須使實(shí)際功耗在最大允許功率耗散值之內(nèi)。（4）響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是指輸入正向電流后LED的發(fā)光和熄滅時(shí)間，是標(biāo)志LED反應(yīng)速度的一個(gè)重要參數(shù)。如圖1-5是LED的響應(yīng)時(shí)間特性圖。其中點(diǎn)亮?xí)r間tr是指通電后亮度