前言：中文期刊网精心挑选了驱动电源设计范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
驱动电源设计范文1
【关键词】LED照明；开关电源；恒流驱动；调光控制
1.引言
随着全球能源紧缺的状况日益加剧，大力发展节能环保产品势在必行。采用发光二极管（LED）作为发光源的半导体照明因具有节能、环保、体积小、长寿命的特点，成为颇具优势的绿色节能照明光源。为加快发展中国的半导体照明产业，科技部于2003年成立了“国家半导体照明工程协调领导小组”协调组织实施国家半导体照明工程。在新颁布的《轻工业“十二五”发展规划》中，照明电器产业被列为八个“重点行业技术改造工程”之一。2011年11月，发改委公布了白炽灯的淘汰路线图，传统高能耗的白炽灯将逐步淡出人们的视野。LED照明产品的驱动电源设计选择既具有电源设计的普遍性又有它的特殊性。
2.LED的特性与驱动原理
2.1 LED的电气特性
从白光LED诞生以来，LED用于常规照明领域成为可能。随着近年来大功率白光LED的出现与发展，它已进入人们的生活照明、道路照明、工业照明等各个领域。
LED作为二极管的种类之一，具有同普通二极管相似的V-I特性，它的开启电压要大于普通二极管。当外部施加电压大于开启电压后，电流将以正向电压的指数倍增加。（如图1）在LED导通后一定电流值范围内，其发光亮度与电流值几乎成线性正比关系。故外部微小的电压变化都会引起发光亮度的显著改变。而过大的正向电流会使LED发热，LED的光效会随着温度的升高而降低。并且持续过热会严重影响LED的寿命甚至造成其损坏。
2.2 LED的驱动方式
传统的白炽灯直接使用交流市电，荧光灯需要高压启辉。而LED的驱动有别于传统光源的驱动方式。为避免LED工作电流超出其最大额定范围而造成损坏，需要用恒流方式加以限制。在照明产品应用中，LED多数是以串并联组合成灯珠阵列的方式作为光源，为保证阵列中各个LED单元亮度的一致性，也决定了应采用恒流的驱动方式。
2.3 恒流电源的工作原理
在应用单颗或单串LED且负载功率较小的时候，通常会用在LED串上串联限流电阻的方式来实现稳流。在LED负载功率稍大时则使用线性恒流稳压器（CCR）来实现。（如图2）这种方法在小功率应用时简便易行。
但由于CCR方式效率较低，热耗散高，在LED负载功率较大时就不适用了。在大功率应用时，通常使用反馈恒流的方式。图3是一个恒流线性电源的基本模型。通过检测LED串联的取样电阻Rs两端的电压，与放大器A1参考电压比较，调整开关管Q1以维持Rs两端电压不变，即实现了负载中电流的恒定。
3.LED驱动电源的设计选择
3.1 LED照明产品分类
各种照明产品又具有各自的应用与外形特点，设计选择驱动电源时又通常使用负载功率等级的划分方法。二者相结合考虑，可按表1划分为四档，便于驱动电源的设计选择。
3.2 LED驱动电源的设计选择要点
从表1中可以看出，功率等级划分主要依据了不同应用环境下的照明需要。各个功率范围灯具所需的电源在设计选择时需要考虑其各自的应用特点。
(1)3W以下功耗的照明产品强调了小体积、可携带性等特点，作为辅助照明使用。光源通常使用单颗大功率LED灯珠，或串并联几颗低功率LED灯珠。使用12V以下的直流或电池供电。驱动电源拓扑通常使用线性电源、buck、boost等DC-DC变换，负载串联限流电阻或CCR的方式实现电流的稳定。对于电池供电的产品需要考虑使用效率较高的拓扑以提高其续航能力。
(2)3～25W等级涵盖了室内照明以及室外辅助照明等主要产品。他们功率低、体积小。受灯具外壳形状的约束，印制板布局空间在一定程度上受到限制。驱动电源拓扑可选择CCR、buck、boost、SEPIC等模型实现。对于日光灯管等建议使用隔离型反激电源拓扑进行设计以满足安全规格与电磁兼容标准的要求
(3)25～75W区间的中等体积灯具，驱动电源放置空间较大，或者采用外置，空间设计难度较小。但由于一些产品的电源会暴露于室外条件，对电源本身的防尘防水特性提出了要求，通常应达到IP65（完全防止粉尘进入，用水冲洗无任何伤害）以上的标准。并且由于负载功率的增大，电源效率需达到80%以上的设计以减小热损耗。并且在ICE61000-3-2和GB17625.1标准别规定了有功输入功率25W以上照明用电设备需要限制谐波电流，减小对电力系统的影响。这类产品可使用无源功率因数校正的方式进行补偿以节约成本。
(4)75W以上的大功率LED照明产品，对驱动电源提出了较高的要求。美国“能源之星”标准要求住宅用灯具功率因数应≥0.75，商用灯具应≥0.9。需要应用APFC（有源功率因数校正）提高功率因数，降低总谐波失真。电路拓扑以反激、正激为主，对于输出功率大于150W时应采用半桥、全桥等谐振与软开关变换拓扑，以提高电源的变换效率，通常应达到90%以上。
3.3 LED照明产品的调光方式
LED照明产品在有些应用中需要根据不同的环境调整的亮度。如公共场所照明，晚间需要维持一定的照明强度，而白天有日光的时候就可以降低以节约电能。这就需要LED驱动电源具备输出电流可控的功能来改变灯具亮度。
目前常见的调光方式有模拟调光和脉宽调光两种。传统的TRIAC（双向晶闸管）调光因为会导致电源功率因数与效率的大幅降低将逐渐退出实际应用。
(1)模拟调光
模拟调光又称A-Dimming调光。以一定范围内（通常是0～10V）的直流电压触发驱动电源控制器。因输入电压连续，可以对负载实现线性调光。但因调光电压范围较小，当电压值较低时易被外界干扰，使得输出电流不稳定，造成亮度闪烁。通常的解决方法是使电源输出电流在调光电压为0的时候依然有一定的输出，来屏蔽掉会发生闪烁的区间。这就使得应用模拟调光的时候亮度不能做到全暗到全亮的区间变化。
(2)脉宽调光
脉宽调光即PWM调光。如图4所示，以一定占空比的方波信号输入驱动电源的控制器，通过控制与负载LED串联FET的占空比来改变周期内负载LED的导通时间，使其呈快速闪烁状态，这样改变了LED中电流的有效值。由于人眼的视觉暂留现象，从而看到“连续”的光。占空比的范围可以从0%～100%，负载LED的电流有效值可从0调节至最大。为避免人眼看到灯具的闪烁，脉宽控制信号的频率通常使用200Hz，兼顾调光FET的开关损耗和减轻电源的电磁辐射。
对于一些手电筒以及室内照明产品等来说，使用者和灯具的距离较近，而200Hz的调光频率是在人耳的听频范围之内的，所以在这些应用场合，则需要提高脉宽调光频率到20kHz以上，避免给使用者带来不适感。
3.4 LED照明产品电源的保护特性
与普通开关电源一样，LED照明产品的电源同样需要具备各种保护功能以保证使用的安全，最基本需要包括以下三种：
①过压/开路保护：负载断路时电源为维持恒流特性会提升输出电压，当达到电压限值一定时间则切断输出，直至重新手动开启电源。
②过流/短路保护：当负载发生短路时触发，电源将限制输出电流值并间歇性自动重启，直至故障解除。
③过温保护：当电源工作温度超过一定限值时触发并停止工作，直至温度恢复正常值并手动重新开启。
在设计选择时，必须选取具备这些保护功能的控制芯片和产品使用，防止安全隐患。
4.小结
随着LED照明产品应用的推广，它将逐步进入人们生活的各个领域。根据LED本身特性的要求，设计与选择性能更加适合的驱动电源，可以提高灯具的整体寿命，充分发挥其节能环保的优势。
参考文献
[1]王志强,肖文勋,虞龙,等译.开关电源设计(第三版)[M].北京:电子工业出版社,2010.
[2]赵同贺.开关电源与LED照明的优化设计应用[M].北京:机械工业出版社,2012.
[3]张占松,汪仁煌,谢丽萍,等,译.开关电源手册(第二版)[M].北京:人民邮电出版社,2006.
作者简介：
驱动电源设计范文2
关键词： 太阳能路灯； LED； 恒流驱动电源； 开关电源； XL6006
中图分类号： TN86?34； TK513 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）06?0168?03
Abstract： Aiming at the application of the high?power constant current driving technology in solar LED street light， a design method of the high?power LED constant driving power supply is introduced. The working principle of Boost switching power supply and element parameter calculation method of its driving power supply are given. The efficiency of the designed power supply was tested. Its conversion efficiency is 92% while the step?up ratio is 1.4. The test results show that the constant current driving power supply of the LED street lamp has high conversion efficiency and a certain practical value.
Keywords： solar street lamp； LED； constant current driving power supply； switching power supply； XL6006
0 引 言
太能是人们公认的清洁能量[1]。随着太阳能光伏发电技术发展和大功率LED生产工艺水平的提高，光伏太阳能LED路灯[2]作为一种高效、环保、节能、绿色照明[3]，在照明领域中得到推广与应用[4]。LED是一种半导体发光器件，其寿命极易受到温度影响[5]。为了延长太阳能LED路灯的使用寿命，要采用恒流驱动电源[6]来驱动太阳能LED灯。
针对大功率的恒流驱动技术在太阳能LED路灯中应用，本文介绍了大功率LED恒流驱动电源设计方法与技术。本LED路灯恒流驱动电源具有转换效率高，成本低廉等特点。
1 Boost开关电源工作原理
太阳能路灯采用的大功率LED灯，一般是由小功率的LED灯串联而成；因此，在太阳能LED路灯照明系统中，需要一个升压式开关电源（DC/DC变换电路[5]）来驱动大功率LED照明灯。升压式开关电源的原理图[5]如图1所示，其中：L为功率电感；A1和A2构成PWM调制电路；D为续流二极管；C为滤波电容；RL为电源的负载。图2（a）为当T闭合时的等效电路，图2（b）为当T 断开时等效电路。在图2中，当电路工作在稳态时，电感器上的电流的变化量相等， 根据电路知识可得到如下等式：
[UiTON=（Uo-Ui）TOFF] （1）
式中：TON为开关闭合时间；TOFF为开关断开时间，令D1=[TONTS]，D2=[TOFFTS]；TS为开关周期，利用D1+D2=1关系式，可得到输出电压与输入电压的关系：
[UoUi=11-D1=1D2] （2）
分析可知电感纹波电流、开关频率和电感之间的关系为：
[ΔiL1=1LfsUiD1] （3）
式中，电感器的纹波电流大小与输入电压Ui和占空比D1成正比，与电感量L和开关频率fs成反比，它是选定电感量的重要的理论依据。
当转换器工作在稳态时，得电感上的平均输入电流如下：
[ILA=Io（1-D1）] （4）
式中：ILA电感上的平均输入电流；Io为平均输出电流。
2 太阳能LED路灯恒流驱动电源设计
2.1 电路原理图
图3为LED路灯用的恒流驱动开关电源的电路图。由图3可知，本设计主要由XL6006芯片、微控制器、储电池和一些元件构成。XL6006是一块高效升压型开关型恒流驱动芯片，其内部集成了功率开关管，具有电源转换率高和元件少等优点，是理想的LED恒流驱动芯片。L为大功率储能电感器，D1为开关电源的续流二极管，当XL6006内部的功率开关管闭合时，XL6006第3引脚接地，二极管D1反偏截止，电感器中的电流线性增大，电感器储能；当XL6006内部的功率开关管断开时，XL6006第3引脚悬空，二极管D1正偏导通，电感器中的电流流向负载LED。ST15W401为一片单片机，内部集成了A/D转换器和PWM控制器，R1和R2为分压电路，储电池的电压通过分压电路分压之后，输到单片机的第1脚。RS为电流取样电阻， D3和RF为开关电源的功率控制路，控制太阳能路灯恒流驱动电源输出功率。
2.2 电路参数的计算
在计算PWM占空比D1时，按输入电压为12.5 V，输出电压为24 V计算，所以根据式（2）可以计算此驱动电源的占空比D1为：
[D1=Uo-UiUo=24-12.524≈0.479] （5）
在计算电感器的平均电流ILA时，按输出的电流为1 A计算，根据式（4）可计算出电感器的平均电流（单位为A）：
[ILA=Io1-D1=11-0.479≈1.9] （6）
在设计电路时，为了让变转换器工作在CCM模式下，电感器的电流的变化量不大于电感器平均电流的50%，在此设计中，电感器最大电流变化量按40%计算（单位为A）：
[ΔIL=ILA×0.4=1.9×0.4≈0.77] （7）
因此，可计算出电感器的峰值电流（单位为A）：
[Ipeak=ILA+ΔIL=1.9+0.77=2.67] （8）
因为 XL6006的开关频率fs为180 kHz，根据式（3）可以计算出转换器的电感值（单位为μH）：
[L=1ΔiL1fsUiD1=12.5×0.4790.77×180×103≈43.2] （9）
根据以上的电感的计算结果，本设计选用47 μH， 5 A的电感器。
3 设计实例样机的试制及性能指标的测试
为了验证设计的正确性，根据以上的电路图和计算出来的元件参数值试制一台样机，并对样机进行测试。在测试时，选用台湾晶元大功率LED灯珠进行实验，把6颗5 W的LED灯珠串联成30 W的大功率LED灯，并把这些LED灯贴在一个大散热器上进行实验。调节输入电压值，用万用表测量不同输入电压下的输入功率与输出功率，计算转换效率，并用表格记录下每次测量结果，如表1所示。
由表1可以看出，当输入电压在11 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在87%左右；当输入电压在12 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在89%左右；当输入电压在13 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在90%左右；当输入电压在14 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在91%左右。由此可见，本恒流转换器具有较高的转换效率。为了进一步地了解Boost 升压型开关电源的升压比与转换效率的关系，用数值计算方法拟合升压比和效率数据，拟合曲线如图2所示。从图2可以看出，升压比和效率成反比关系。从图可以看出，当升压比为1.4时，其转换效率约为92%，当升压比为1.5时，其转换效率约为91%，当升压比为2时，其转换效率约为87%，通过计算，由此可见，在设计Boost恒流驱动电源时，为了得到较高的转换效率，升压比控制在2倍以内。
4 结 论
太阳能LED恒流驱动电源，是光伏太阳能LED路灯照明系统的关键部件，其设计质量，直接影响LED路灯的使用寿命。针对Boost恒流驱动技术在太阳能LED路灯中应用，本文介绍太阳能LED路灯恒流驱动开关电源设计方法，并通过实例参数试制一台实验样机，用数值计算方法拟合了样机升压比和效率数据，当升压比为1.4时，其转换效率约为92%，当升压比为1.5时，其转换效率约为91%，当升压比为2时，其转换效率约为87%。测试表明，该恒流驱动的设计方法可行，能为设计大功率LED太阳能路灯恒流驱动电源提供一个参考。
参考文献
[1] 杨秀增，杨仁桓.基于斜率法的太阳能电池串联电阻测量方法[J].实验技术与管理，2016，33（2）：42?44.
[2] 曹卫锋，段现星，胡智宏.大功率太阳能LED路灯控制系统设计[J].电源技术，2013，37（9）：1608?1610.
[3] 刘桂涛，白敬中.太阳能LED路灯在道路照明中的应用[J].孝感学院学报，2009，29（6）：74?76.
[4] 肖海明，陈立，章小印.智能式LED太阳能路灯控制器的设计[J].现代电子技术，2015，38（1）：153?156.
驱动电源设计范文3
关键词： 动态光调节； 数字式LED驱动电源； 嵌入式设计； C8051F021
中图分类号： TN86?34； TP303.3 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）10?0103?04
Abstract： The adjustment of LED controlled by dynamic light can′t achieve the expected effect due to the imperfect design of digital LED driving power supply adjusted by dynamic light， but the embedded system can improve the performances of LED driving power supply effectively. An embedded system based digital LED driving power supply controlled by dynamic light was designed. The A/D acquisition module performs the acquisition， rectification， filtering and A/D conversion of data of digital LED adjusted by dynamic light to get the A/D sampling data， and transfer it to the driving circuit. The embedded design is adopted in the driving circuit to optimize the A/D sampling data， so as to control the LED lighting reasonably and regulate the digital LED with dynamic light effectively. The C8051F021 chip is the "manager" of the embedded system based digital LED driving power supply under dynamic light control. Its management flow chart is given in the third part of this paper. The data acquisition language of A/D acquisition module was design also in the third part. The experimental results show that the designed digital LED driving power supply has strong driving performance and high power conversion efficiency.
Keywords： dynamic light control； digital LED driving power supply； embedded design； C8051F021
0 引 言
现如今，数字式LED以其低耗、显示清晰、寿命长等优点，在家用电器的显示配件方面占据了主导地位。动态光调节是一种能够有效缩减数字式LED显示屏漏光现象、增强显示效果的方法，但由于动态光调节下的数字式LED驱动电源的设计不完善，使动态光对LED的调节无法达到预期效果，这已成为科研组织的研究难题[1?4]。嵌入式是一种以应用为核心、以电子信息技术为根基的计算机系统，其能够调控软硬件的灵活性，进而提升LED驱动电源的各项性能[5?6]。为此，利用嵌入式系统，设计动态光调节下的数字式LED驱动电源，增强数字式LED驱动电源的驱动性能和转换效率，实现动态光对数字式LED的调节效果。
科研组织对动态光调节下数字式LED驱动电源的设计成果均存在一些不足之处。如文献[7]提出的能耗密度分配模型方法。这种方法能够将动态光调节下数字式LED驱动电源的多余能耗合理分配出去，达到增强电源转换效率的目的；但这种方法过于受限于电源传送功率配对，故其驱动性能较低。文献[8]提出基于阻抗模型构建动态光调节下数字式LED驱动电源的方法，阻抗模型能够较为合理实现电源驱动的高性能；但这种方法的耗能较大，电源转换效率不高。
从以上动态光调节下数字式LED驱动电源的设计成果中可看出，我国科研组织对基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计迫在眉睫。
1 数字式LED驱动电源嵌入式设计
1.1 LED驱动电源整体设计
基于嵌入式系统的犹光调节下数字式LED驱动电源的工作原理如图1所示。
由图1可知，在基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计中，A/D采集模块对数字式LED数据进行整流、滤波、A/D采样，其对数字式LED驱动电源有着过渡作用，是数字式LED驱动电源的基础组成部分。驱动电路是实现数字式LED驱动电源对动态光调节控制的基础，高性能的驱动电路能够给予数字式LED驱动电源较高的驱动性能。控制芯片是数字式LED驱动电源的控制核心，其管理着整个数字式LED驱动电源的工作流程。
1.2 A/D采集模块设计
在A/D采集模块中，整流是将采集到的动态光调节下的数字式LED的交流电近似转化为直流电的过程；滤波是将近似直流电中的交流波形去除，最终输出标准直流电的过程。图2是滤波器电路图。
滤波是排除电力干扰的一项重要手段，其能够避免电源损伤、使电路元件维持在正常状态下工作。由图2可知，A/D采集模块选用低通滤波器为动态光调节下的数字式LED进行滤波，其能够进行50 Hz电力信号的滤波，对高频干扰的衰减效果较强。所设计的低通滤波器拥有2个输入、输出端口，并配备1个电源接地端。C，C1代表差模滤波电容，C2，C3代表共模滤波电容，L1，L2代表电感，T代表共模电感。如果出现干扰信号，电感则会高速增长，阻止干扰信号通过，进而实现对动态光调节下数字式LED的滤波。整流滤波之后，A/D采集模块将对其获取到的数据进行A/D采样，图3是A/D采样电路图。
由图3可知，A/D采集模块主要由对比器、寄存器和A/D转换器组成，其最重要的组成元件是A/D转换器。A/D采集模块将其最初采集到的动态光调节下的数字式LED数据，利用对比器提高数据分辨率，并暂存在寄存器中。用户可对寄存器处理流程进行编程，A/D转换器会对寄存器中的数据进行依次调用，进行模/数转换。
模/数转换的方式采用高速形式，以增强基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能和电源转换效率。A/D转换器的输出结果会经由对比器与最初采集数据进行比较，如果对比器的对比结果是负数，A/D采集模块将把寄存器状态调至高效位；反之，则调至低效位。
寄存器的效位状态会对A/D采集模块的效率产生影响，通过不断调整寄存器效位状态，能够提高数字式LED驱动电源的工作效率。最后，A/D采集模块利用控制与定时逻辑原理，将其获取到的A/D采样数据输出到驱动电路。
1.3 驱动电路嵌入式设计
受限于我国的科技能力，数字式LED的单颗发光物质功率过低，在实际应用中，只有将多颗发光物质连接起来使用才能够实现LED的肉眼可视发光，连接方式主要采用串联和并联的混合连接。为此，必须通过特定的驱动电路才能够令动态光调节下的数字式LED完成正常显示功能，所设计驱动电路采用嵌入式。
反激式转换器是一种拥有简单拓扑结构的电源开关，其能够为驱动电路提供较高水平的电压升降和多路输出。为此，基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计中，将反激式转换器纳入到驱动电路，并利用隔离式转换器维持数字式LED的正常发光。图4为驱动电路电路图。
由图4可知，所设计的驱动电路有着成本低、效率高的特点，能够实现对LED发光的合理控制。驱动电路能够容纳的输入电压范围是[170 V，280 V]，LED发光物质的连接方式是15颗串联、5颗并联，电流、电压和功率的极大输出值分别为350 mA，DC 60 V和20 W。A/D采集模块会将其获取到A/D采样数据输入到驱动电路，驱动电路的输出接收元件是单片机。基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源为驱动电路的连接设计成嵌入式连接，驱动电路对数字式LED发光的控制并非只有简单的开启和关闭，而是能够合理调节数字式LED的发光亮度，以提高其使用寿命、增强动态光对数字化LED的调节效果。
1.4 控制芯片O计
控制芯片是基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的“管理者”，故在控制芯片的选择上应绝对符合数字式LED驱动电源的设计初衷，这就要求所选择的控制芯片应具有高集成度和处理效率。因此，选择某公司出产的C8051F021芯片作为数字式LED驱动电源的控制芯片，此芯片的性能较高且能够独立进行高效的控制工作。
C8051F021芯片是一种拥有CIP?51 内核的芯片，是对8051系列芯片的优化成果。CIP?51 内核拥有高兼容性和流水线结构，能够通过803x/805x编码器对其进行开发。CIP?51 内核配备了5个16位定时器、2个通用异步收发传输器、1个256 B随机存取存储器以及1个特殊功能的寄存器，可实现对控制指令的完美操作。
C8051F021芯片的内部组成并不简单，这为其自身功能的完善提供了较为有利的元件支持。C8051F021芯片内置看门狗计时器、电源监听监控设备、视频存储设备以及时钟振荡器，其中的视频存储设备可对基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源进行再编码和更新。但由于经再编码后的数据容易丢失，故在使用此功能前必须对数字式LED驱动电源的数据类型进行检测。
2 数字式LED驱动电源嵌入式软件设计
2.1 C8051F021芯片管理流程设计
基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的软件部分为C8051F021芯片的管理流程进行了设计，如图5所示。
图5中，C8051F021芯片所需进行的初始化包括看门狗计时器参数重置、接口输出配置以及编程单元参数设定，软件也会同时对A/D转换器进行初始化。如果控制信号不存在，用户则可手动切换控制模式，否则将默认为自动调光模式；如果控制信号存在，初始化后的C8051F021芯片将会自动接收控制信号，并进行LED发光控制模式的设定。在C8051F021芯片进行管理工作的过程中，用户如果需要切换控制模式，应在设定控制模式后选择切换模式，否则只能选择在基于嵌入式系统的动态光调节下和数字式LED驱动电源未工作的情况下进行切换。这样设计有助于维持数字式LED驱动电源的工作连贯性，提高驱动性能。
2.2 数据采集语言设计
3 实验验证
3.1 驱动性能验证
对本文设计的基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能的验证，可通过验证其驱动效率和数字式LED输出特性实现。驱动效率是影响数字式LED光效的最主要原因，通过数字式LED输出特性数据则能够看出数字式LED电源驱动设计的成功与否。
实验对6种不同规格的数字式LED进行驱动，先利用万用表对本文数字式LED驱动电源驱动中整流滤波后的电压进行了测量，随后将C8051F021芯片的输出信号频率调至30 kHz，并利用特定电源为C8051F021芯片供电。实验室的温度恒定在20 ℃，湿度控制较为严格，此时的驱动效率曲线如图6所示，数字式LED输出特性如表1所示。
由图6、表1可知，本文所设计的数字式LED驱动电源的驱动效率维持在89%左右，而市面上的数字式LED驱动电源的驱动效率一般为80%；在数字式LED输出特性统计表中，实际输出的电流和电壕在正常范围内波动，且电流变化对电压输出的影响不大。当电流小于300 mA时，数字式LED驱动电源会停止对数字式LED进行驱动。以上结果能够证明，基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能较强。
3.2 电源转换效率验证
对本文设计的基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的电源转换效率进行验证，其结果如图7所示。
由图7可知，本文所设计的数字式LED驱动电源的电源转换效率范围在[80%，88%]之间，且波动较为稳定，未产生尖峰脉冲现象，可见其对数字式LED功率的矫正水平较高，能够实现动态光对数字式LED的有效调节，验证了基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的电源转换效率较高。
4 结 论
本文设计基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源。其中的A/D采集模块对动态光调节下的数字式LED数据进行采集、整流、滤波和A/D转换，得到A/D采样数据并传输到驱动电路。驱动电路采用嵌入式设计对A/D采样数据进行优化，进而实现对LED发光的合理控制和动态光对数字式LED的有效调节。C8051F021芯片是基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的“管理者”，其管理流程图于软件中给出。软件还对A/D采集模块的数据采集语言进行了设计。实验结果表明，所设计的数字式LED驱动电源驱动性能强、电源转换效率高。
参考文献
[1] 陈德双，陈增禄.一种单相PFC实用电路的设计[J].西安工程大学学报，2012，26（2）：200?204.
[2] 储萍，李伟，田相鹏.LED驱动电源磁性元件电参数测量系统的硬件设计[J].工业控制计算机，2015，28（10）：125?126.
[3] 马昌松，吴朝晖.基于电流型并联谐振多通道LED驱动电源设计[J].电力电子技术，2015，49（5）：52?55.
[4] 汪飞，钟元旭，阮毅.AC?DC LED驱动电源消除电解电容技术综述[J].电工技术学报，2015，30（8）：176?185.
[5] 马喜强，刘维亚，郑喜凤，等.非平稳多任务下的动态功耗管理随机策略[J].吉林大学学报（工学版），2014，44（3）：776?781.
[6] 徐超，张淼.基于LLC谐振的大功率LED驱动电源的研究[J].电力电子技术，2014，48（5）：42?44.
驱动电源设计范文4
关键词： LED背光源；Boost拓扑；电容平衡；保护电路
中图分类号：TN312+.8 文献标识码：B
The Design of Capacitor Balanced Driver for Edge-lit LED Backlight Based on Boost Topology
MENG Xian-ce1, LIU Wei-dong1,2, QIAO Ming-sheng2
（1. Dept. of College of Information Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong 266100, China; 2. Hisense Electric Co., Ltd, Qingdao Shandong 266071, China）
Abstract: Based on boost topology, this paper introduces a LED driver circuit that uses a capacitor to achieve one boost circuit drive two strings of LED light string work in a constant current mode.
Keywords: LED backlight; boost topology; capacitor balanced; protect circuit
引 言
侧导光LED背光源以其能够支持液晶电视超薄化和节能环保设计的优势，正在得到广泛的应用。
目前，大尺寸的液晶屏要有多串LED灯条做背光源，多采用Boost拓扑的LED驱动电路进行驱动，一般以一路Boost驱动一串LED灯条的方式实现恒流控制的目的，每路都需要一个升压MOS管和一个调光MOS管，并且每路输出都需要电解电容满足LED正常工作，系统所使用的器件多，成本较高。
本文基于Boost拓扑电路，设计实现一种具有电容平衡功能的侧导光LED背光源驱动电路，能够实现一路Boost电路驱动两串LED灯条，可减少元器件使用，降低系统成本。
1 基本原理
Boost拓扑电路即升压（Boost）变换器，是一种从低压输入得到高压输出的开关调整器。其工作过程包含能量存储和能量释放两个阶段，开关导通期间，电感储存能量，输出电容单独为负载提供电源；开关断开期间，储存了能量的电感与输入电源串联共同为负载提供电源。
电容是开关电源中常用的元件，具有储存电能和传递电能的作用。电容的充放电过程存在C=Q/U和Q=It的关系，其中C为电容器的容量，Q为电容器存储的电荷量，U为电容器两端电压差，I为充放电电流，t为充放电时间。在选定的电容量C条件下，只要设置适当的时间，即可实现电容充电和放电的电荷量相等，起到平衡连接在电容两端的电路电流的作用。
2 系统架构
基于以上原理，我们设计了一种电容平衡式LED驱动电路，其系统框图如图1所示。
该LED驱动系统包括六部分功能电路，在LED驱动控制芯片的控制之下，各功能电路协调工作，通过电容平衡实现一个Boost电路驱动控制两串灯条同时恒流工作。
3 电容平衡式驱动电路系统
图2所示为电容平衡式驱动电路系统原理图。
3.1 LED驱动控制芯片及其电路设计
本设计所选择的芯片为安森美半导体公司的NCP1252芯片。该芯片是一款基于电流模式脉冲宽度调制（PWM）的驱动控制芯片，目前大多应用于AC-DC类反激电源当中。本系统通过给NCP1252芯片以12V的DC电压供电，使芯片的驱动输出电平为12V，具有较强的驱动能力。通过设置芯片的Rt脚和SS脚，使电路工作在180kHz频率下，保证芯片频率稳定，驱动开关损耗较小，同时保证本系统的电磁兼容（EMC）效果最佳。
3.2 DC-DC升压电路
为保证LED灯的光效，要求驱动电路工作在恒流控制模式，输出到LED灯的电压可以动态调整。本系统采用工作在不连续模式的Boost电路，实现升压系数随负载变化的可调性，达到动态输出电压恒流驱动LED的目的。本设计中利用Boost电路的电感输出端输出功率，便于电容平衡电路的工作，实现一路Boost电路驱动控制两串灯条同时恒流工作的目的。
3.3 电容平衡电路
电容具有储存电荷的功能。本电路中利用电容充电和放电电荷量相等的特点，实现两串LED灯串的电流平衡。基于Boost电路的电容平衡电路模块原理图如图3所示。
图中，电容C1是用于平衡电流的电容，本设计中选择没有极性的聚丙烯电容以实现耦合平衡的作用。电路正常工作时，B点是电容C1的输入端，C点是电容C1的输出端。当Boost电路的开关管V1关断时，电容C1接受电感L1的充电，使C点电平为一倍LED灯串的电压，经过VD4整流和C3滤波驱动LED灯条1发光。电阻R8阻值较小，电容充电时B点电位高于C点电位，所以，当Boost电路的开关管V1导通时，电容C1的B点通过开关管V1及电阻R8对地放电，使地的电位高于C点电位，使C点和地之间产生负电压，经过VD1整流和C2滤波驱动LED灯条2发光。
3.4 恒流采样电路
本系统采用比例电流源电路来实现LED的恒流采样，达到控制流经LED灯的电流恒定的目的。如图2所示，流经LED灯串的电流ILED与驱动控制芯片N1的FB脚电流IFB以比例的关系可产生相同趋势的变化。芯片N1工作时FB脚电流IFB会稳定在1mA。当IFB>1mA时，芯片N1减小输出驱动脉冲的占空比，以降低LED灯条中的电流到设定值；当IFB
3.5 保护电路
本电路具备过压保护、过流保护、短路保护和开路保护功能，各保护功能通过触发保护功能主电路实现。
3.5.1 保护功能主电路
保护功能主电路模块如图4所示。
图4中A点为保护触发信号的输入点，当输入到A点的电平信号大于NPN型三极管V3的be结电压时，V3饱和导通，电阻R4两端产生压降，当R4的压降大于PNP型三极管V2的eb结电压时，V2饱和导通，12V_VCC的电压经电阻R20输入到保护触发信号的输入点，即A点，实现A点一旦被触发，则锁定在触发状态。重新上电即可退出锁定。
当保护点的触发状态被锁定后，V3一直处于饱和导通状态，从而使连接到芯片BO脚的二极管VD13导通，将芯片BO脚的电平置低，其电平值为V3的饱和导通压降（Vce≈0.1V）与VD13导通压降（Vd≈0.3V）之和，即VBO=Vce+Vd≈0.1+0.3=0.4V
在PNP型三极管V2饱和导通，本电路还设计了将12V_VCC通过R12输入到芯片的电流取样端Cs脚，使该引脚电平超出其正常工作的电平范围最大值1V，芯片立即响应，关闭驱动脉冲的输出，进入保护状态。
3.5.2 OVP电路和OCP电路
本系统中的OVP电路从Boost输出端取样，经过电阻分压后通过稳压二极管VZ1连接到保护触发信号的输入点A点，当过压时即可触发启动上述保护功能主电路模块，实现对灯条串和电路系统的保护。
本系统中的OCP电路从Boost升压电路开关管V1下端取样，当LED灯条过流时，电阻R8压降变大，通过电阻R21触发保护信号输入点A，启动保护功能主电路模块，实现保护功能。
3.5.3 开路保护和短路保护
当LED灯条串开路时，驱动控制芯片N1的FB脚将无电流，芯片停止输出驱动脉冲，系统进入保护状态。当LED灯条串短路时，FB脚的电流大于1.5mA，芯片同样停止输出驱动脉冲，系统进入保护状态。
3.6 调光电路
本系统的调光电路通过在芯片BO脚接两个电阻R10和R17以及一个二极管VD6实现LED灯条串电流的动态控制，以达到节能的效果。
4 测试波形及分析
由图5的测试波形可见，以系统地为参考零电位，电路中VD1的输出为负电压，即当电容C1放电时，B点电位高于C点电位所产生。
由图6的测试波形可见，电路进入保护状态时，A点电平升高并维持在高电平状态，同时BO脚电平被从1V拉低到约0.4V，芯片锁定在保护的状态。
5 结 论
本文设计了一种新的LED驱动电路架构，实现了电容平衡式LED驱动电路系统。该系统使用一路Boost升压电路驱动两串LED灯条同时恒流工作，相对于传统的恒流驱动电路，使用的元器件少，电路结构优化，成本较低。该电路系统目前已成功实现批量应用，对其它电路结构的优化具有启发性意义，将是下一步研究工作的重点。
参考文献
[1] Abraham I. Pressman著，王志强等译. 开关电源设计（Switching Power Supply Design）[M].北京：电子工业出版社，2005.
[2] 王增福，李 昶，魏永明. 软开关电源原理与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2006.
驱动电源设计范文5
关键词：有源电压钳位；电动汽车；门极驱动电路；IGBT短路保护；电压尖峰抑制
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.015
要采用更大功率的电机和更大功率的IGBT模块。在同样功率情况下，母线电压越高，系统的额定电流越小，系统的损耗也越低，同时还可以减小导线截面积，从而减轻车重。因此，在系统承受的范围内采用较高的母线电压成为电动汽车开发的方向。
此外，在刹车能量回收、发电机发电工作等工况下，系统往往工作于超过额定母线电压的工况下。尤其是为了尽量回收下坡时电动汽车的重力势能，系统往往工作在允许的最高电压状态。然而IGBT关断时产生的Vce电压尖峰叠加在上述较高的母线电压上（见图1)，有超过IGBT耐压值导致IGBT过压失效的风险。这也是IGBT失效的最典型的原因之一。
因此，为满足电动汽车及混合动力汽车较高母线电压下工作的需要，在IGBT关断使Vce接近耐压值时对电压尖峰的抑制是非常必要的。
有源电压箝位方案的优势
IGBT关断电压尖峰是由系统寄生电感和关断电流变化率决定的，计算公式如下：
Vs=Ls * di/dt
Ls表示系统寄生电感，di/dt表示关断时流过IGBT的电流变化率，在系统设计方面通常采用叠层母排技术尽量减小寄生电感，增加并联在母线上的吸收电容等方式减小关断尖峰。在驱动电路方面抑制电压尖峰的方式也
复时间只有15ns，反向电压为200V的ES1D。为了凸显有源电压箝位电路的抑制电压尖峰能力，关断电阻选用了数据手册中的标称值0.8欧姆，实际电路考虑其他综合因素该值会更大一些，如2.2欧姆左右。源电压箝位的保护效果，如图8a和8b。紫色C3为门极电压波形Vge，绿色线C4为集电极电流波形Ic，蓝色线C2为电压波形Vce。
图8a是不使用有源电压箝位功能时的短路测试。由测试结果可见，母线在275V左右发生短路，关断电压尖峰为626V，已经接近HybridPACK2的650V耐压限值（blocking voltage)。
图8b是加上基本有源电压箝位电路后进行的短路测试。由测试结果可见，即使母线达到400V，短路电流比在275V下大45%，关断电压尖峰值仅为604V。可见到Vce被抑制成一个平台，同时门极电压Vge在5V形成一个电压平台，有效抑制了di/dt。
驱动电源设计范文6
随着通信技术的不断发展和国家建设的需要，导航、通讯等大功率卫星在国防建设和人们日常生活中具有越来越重要的重用。同时，这些卫星对能量的需求也逐渐的增多。处于太空中的卫星失去了地面的支持后，除去自身携带的能源供应外，就只有通过利用宇宙能源来满足自身的能量需求。在太空，卫星最常用的宇宙能源就是太阳能。要想充分吸取太阳的能量，除了良好的太阳能电池阵外，还必须使太阳能电池阵法线时刻与太阳光线平行，这样才能得到更多的太阳能量。
目前在国内，大部分航天器上的太阳电池阵都采用单自由度驱动，该驱动方式使太阳电池阵只能在俯仰方向上实现对日定向，而水平方向上只能通过调整卫星的姿态才得以实现。通过调整卫星的姿态来控制太阳电池阵在在水平方向上对日定向，这种方式增大了卫星姿态的控制难度，而且对日定向精度不高，不能够有效地实现太阳电池阵的对日定向，以使得太阳电池阵的发电效率受到限制。在国外航天器太阳能电池阵早已采用双自由度驱动方式，此驱动机构可以使得太阳电池阵在全方位空间内实现对日定向。在卫星姿态保持不改变的情况下，可以通过控制方位轴与俯仰轴的运动，实现太阳电池阵实时的对日定向，从而提高太阳电池阵的发电效率，为航天器提供源源不断的电能。
因此，本文设计了一种适于多数轨道特征航天器的新型两自由度卫星太阳能电池阵驱动装置，该装置对于太阳能电池阵在太空提高对太阳能的利用率，改善航天器的整体性能和寿命具有重大意义。
1 跟踪原理
该驱动装置具有两种可自行切换的跟踪方式：主动跟踪和被动跟踪。
主动跟踪是通过编写软件实现对光线跟踪的一种方式。在主动跟踪过程中，上位机根据卫星运行的轨道以及卫星所处位置的相关参数计算出太阳电池阵下一个预定位置并将数据发送给控制器，控制器将上位机所发送的数据与编码器检测的跟踪轴位置的差值转化为步进电机转动的脉冲数，控制太阳电池阵旋转到这个预订位置。
被动跟踪是利用太阳敏感器跟踪太阳光线的一种方式。在本设计中，被动跟踪包括粗略跟踪和精确定位。粗略跟踪是利用太阳敏感内壁上的普通硅电池光线的照射并转化为电压信号并传送到控制器，控制器根据所传送来的电压信号判断两个电机的转向使得太阳电池阵转动到底部的四象限硅电池能够检测到太阳光斑的位置。而精确定位则是四象限硅电池利用光斑输出不同的电流信号，这些信号经放大和滤波后通过定时器采样传送至控制器中的A/D转换模块上。根据A/D的采样值，控制器将输出两个电机的转向和所运行的脉冲数去控制太阳电池阵转动到太阳敏感器主光轴与太阳电池阵法线平行的位置。
在本系统里，通过比较太阳敏感器转化的电压信号值和设定的跟踪闭值，控制器判断系统采用哪种跟踪方式：当太阳光照强度较强时，控制器所得到的电压信号值大于跟踪闭值，系统采用被动跟踪来捕捉太阳光线。当太阳光照强度较低时，控制器所得到的电压信号值小于跟踪闭值，系统采用主动跟踪来跟踪太阳光线。
1.1 主动跟踪方式
对于主动跟踪，星体计算机如何利用卫星所在的位置近似计算太阳光线在卫星运行轨道上某一点的水平角与俯仰角是至关重要的。为了得到太阳光线在轨道上水平角和俯角的直观解析表达式，Kalweit引入了地心黄道坐标系（图1），并在黄道坐标系下描述卫星在运动过程中太阳光线的运动规律。
定义卫星在地心黄道坐标系下的轨道根数如表1。
卫星确定运行的轨道之后，等相关参数就随之确定。由于黄赤交角的存在和一般是不一样的，据轨道动力学的相关知识，可以求得和对应的关系。
在地心黄道坐标系下太阳方向的单位矢量表示为：
（1）
通过坐标变换，可以得到太阳方向单位矢量在轨道坐标系中的表示：
（2）
其中：
通过如下方程定义太阳的方位角和俯仰角：
（3）
结合（2）和（3）式易得：
从而可得：
其中：k为整数，，取k为偶数，时，取k为奇数。
1.2 被动跟踪方式
被动跟踪方式主要由太阳敏感器和驱动机构配合控制器完成对太阳光线的对日定向。太阳敏感器的结构如图3所示。
太阳敏感器由传感器和信号处理电路组成。传感器由四块普通硅电池和一块四象限硅电池组成。A1、B1、C1、D1 四个区域分别位于四象限光电池的A、B、C、D四个象限的正上方。如图4所示。
传感器是将太阳光线转化为电信号，信号处理电路的主要功能是将对传感器传送来的电信号进行进行处理并经过控制器的输入端口传送至控制器的A/D采集模块。太阳敏感器的基本探测原理是太阳光线穿过通光孔在安装在四周的普通硅电池上形成光斑，控制器会控制太阳电池阵带动太阳敏感器转动到光斑落到底部四象限硅电池上的位置，此过程为系统的粗略跟踪。只要光斑落到底部四象限硅电池上，系统开始对太阳光线进行精确跟踪。由于光斑在四象限硅电池中分布不均匀，四个象限所产生的电信号是不同的。系统将根据四个象限所产生的不同信号去计算太阳电池阵法线与太阳光线在水平方向和俯仰方向上的夹角并转化成电机转动的脉冲数，控制步进电机旋转到预定，此过程对太阳光线精确定位。太阳电池阵主轴上的编码器实时的记录旋转的角度并判断步进电机是否在运行过程中失步，以精确跟踪太阳光线。
随着太阳光线的移动和卫星位置的变化，太阳光线与太阳电池阵法线的夹角不断增大。在太阳敏感器内部所形成的光斑就会落在内壁上的普通硅电池上（如图5所示），而不会落在底部四象限硅电池上。此时系统先对太阳光线进行粗略跟踪。例如，光斑落在B1的区域内时，B1受到光线的照射产生电信号送至控制器，控制器根据该电信号控制太阳电池阵带动太阳敏感器在x轴上逆时针旋转，在y轴上顺时针旋转，直到光斑落到底部的四象限硅电池上（如图6所示）。此时，B1区域没有电信号产生，系统完成对太阳光线粗略跟踪。
在太阳敏感器内上形成的光斑经过粗略跟踪之后移动四象限硅电池上。此时系统具备对太阳光线精确定位的条件。由于光斑在四个象限上不均匀分布，四象限光电池输出大小不同的四个电信号。控制器通过分析这四个电信号得出太阳电池阵法线与太阳光线之间的夹角并把该夹角转化控制步进电机转动的脉冲数，控制太阳电池阵旋转到预定位置。此时，光斑位于四象限光电池的平面中心（如图7所示），四象限光电池输出大小相同的四个电信号。系统完成对太阳光线的精确定位。
2 控制系统实现
本设计采用TMS320F28335型DSP芯片做为控制系统的核心。该芯片能够以150MHz频率进行工作，且可以实现浮点运算，提高了系统的运行速度。同时，芯片内部集成有串行通信模块、ePWM模块、A/D转换器等模块，可满足控制系统各项功能要求。图8为系统的控制框图。
该系统主要包括：主控制器、电机及驱动器、太阳敏感器、光电编码器、上位机等。系统能够完成对太阳光线的正常跟踪和快速捕捉，在紧急情况下的应急归零，以及卫星进入阴影区后的保持锁定。
3 结论
本文设计的跟踪控制系统具有以下特点：
（1）系统具有较好的稳定性且运算速度快，利用其内部的ePWM模块简单有效地控制电机运动；
（2）通过设置不同的参数，该系统可以应用在不同轨道，应用灵活且可以实现地面的远程控制；
（3）在主动跟踪的方式中，系统按照编写好的程序控制太阳电池阵转动，是一种开环控制方式；
（4）跟踪范围广，传感器结构简单、价格低廉和跟踪稳定。
而在跟踪方法方面具有以下特点：
（1）主动跟踪和被动跟踪是两种独立的跟踪方式，系统可以根据太阳光线的辐射强度判断采用哪一种跟踪方式；
（2）如果系统在运行的过程中遇到突发事件，地面指挥中心可以通过星体上的上位机控制太阳电池阵转动，避免危机情况的发生；
（3）被动跟踪是在光辐射强度较强的条件下对日跟踪，而主动跟踪可以在任何的气候条件下对日跟踪。也就是主动跟踪在光辐射强度较强的情况下实现对被动跟踪的冗余，这对于要求可靠性高的航天工程具有重大意义。
参考文献
[1]石磊.太阳翼驱动机构的可靠性分析[D]. 四川：电子科技大学，2011：1-5.
[2]高星，王友平.太阳帆板驱动机构的现状和近期发展方向[J].控制工程， 2001，3（5）：25-48.
[3]卞新高，杨缝缝，辛秋霞.全自动太阳跟踪器的研制和应用[J].太阳能学报，2010，31（10）：1298-1299.
[4] Kalweit C C.Optimum yaw motion for satellites with a nadir-pointing payload[J].Journal of Guidance， 1983，6（1）：47-52.
