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1、本科毕业论文本科毕业论文 题 目 基于 LNK420EG 大功率驱动器设计 学 院 工学院 专 业 农业电气化与自动化 毕业届别 2014 姓 名 张瑞 指导教师 冯全 职 称 教授 张瑞：基于 LNK420EG 大功率 LED 驱动器设计 2 目目 录录 摘要4 ABSTRACT.5 第一章绪论6 11 课题研究的背景和意义.6 1. 2 LED 产业的发展.7 13 LED 的介绍7 131 LED 的发展历程8 132 LED 的发光原理9 14 LED 的电特性9 15 LED 驱动电路11 151 LED 的驱动方案11 152 LED 的驱动形式12 153 LED 的连接方式14
2、 16 LED 驱动器发展现状16 第二章 反激准谐振电路17 2.1 软开关技术.17 22 准谐振电路原理.19 第三章 驱动电路的设计22 3.1.1 设计指标.22 3.1.3 功能描述.24 3.2.总电路图设计26 3.2.1 总电路图26 3.2.2 基于 LNK420EG 的反激准谐振电路的设计26 3.2.3 电路描述.26 3.2.4 输入 EMI 滤波.27 3.2.5 LINKSWITCH-PH 的反激式应用27 3.2.6 输出整流.28 3.2.7 电路保护.28 3.3 PCB 布局.29 张瑞：基于 LNK420EG 大功率 LED 驱动器设计 3 3.3.1
3、顶部印刷电路板布局.29 3.3.2 底部印刷电路板布局.29 3.4 变压器的选型30 3.4.1 变压器的概述.30 3.4.2 变压器的原理31 3.4.4 变压器(RM8)骨架、铁芯和绕线的选择35 第四章 总 结38 41 总结.38 42 展望.38 参考文献40 致谢41 张瑞：基于 LNK420EG 大功率 LED 驱动器设计 4 基于 LNK520EG 大功率 LED 驱动器设计 张瑞 (甘肃农业大学工学院 10 农电，甘肃兰州，730070) 摘要摘要 通过对 LED 的发展和工作原理的了解。本文主要以芯片 LNK420EG 为基础对 LED 的驱动器进行设计。主要任务有了
4、解芯片 LNK420EG 的引脚和每个引脚的功能。利用反激 式谐振电路对 LED 进行驱动，使 LED 能够正常工作。 关键词关键词：LED 的特点 LED 的驱动 驱动器电路图 张瑞：基于 LNK420EG 大功率 LED 驱动器设计 5 Based on high-power LED driver design LNK520EG Zhang Rui （Major in Agricultural electrification and automation in the College of Engineering Institute of Gansu Agriculture Univers
5、ity、lanzhougansu、730070） ABSTRACT Through the understanding of the development and working principle of the LED，the paper mainly carries on the design of LED driver based on the chip LNK420EG . The main task of the paper is to understand the chip LNK420EG pin and the function of each pin. In order t
6、o make the LED work normally ,the paper use the flyback type resonant circuit to drive the LED. Keywords: LED drive circuit diagram layout design of the characteristics of the LED driver 张瑞：基于 LNK420EG 大功率 LED 驱动器设计 6 第一章绪论第一章绪论 11 课题研究的背景和意义 当今全球，无论是工业、农业，还是第三产业服务业，甚至是现代的高新 技术产业，都处在一个前所未有的高速发展阶段。社会
7、的发展在提高人们生活 水平、加强社会生产力的同时对能源(如煤、天然气、油、核能)的使用和需求 也大幅提高，由此引发的能源消耗巨大、环境污染和破坏等问题也越来越严重， 已经引起世界范围内的广泛关注，因此节能减排成了世界各国经济发展的要求 和趋势。照明耗电是人类能源消耗的一个重要方面，照明用电随着社会的发展 已占总发电量的 20左右。照明用电的迅速增加，不但在发电过程中产生大量 的污染，而且还会增加大量的电力投资，牵制国民经济的发展。 众多照明产品中，白炽灯的光效仅有 8-25 流明瓦，开发高效率的照明 产品则成了人类的共识，长寿命、高效率、高可靠性的 LED 将是未来最理想的 照明产品。LED
8、作为新兴的固体照明器件，寿命长达 510 万小时，它不仅耗 电少、亮度高，而且体积小、抗振动，各种白色、红色、蓝色、绿色、黄色的 半导体 LED 发光二级管产品如雨后春笋纷纷问世，它的创新技术一日千里。 目前 LED 以其冷光源、省电、耐震动、响应速度快、寿命长等特点，主要 应用于信号指示灯、装饰照明、景观照明、家居照明、汽车用灯等照明领域。 我国城市很多，给指示灯的市场提供了广阔的前景，仅在北京需要用 LED 替换 的交通灯数目将近两万。LED 照明目前主要的用市场是装饰照明及景观照明， 在我国已经有城市采用 LED 照明产品来实现城市的亮化：在北京奥运会、上海 世博会城市建设和场馆建设中，
9、都大量采用 LED 照明灯具。我国有 3 亿家庭， 如果家居照明普遍采用 LED 照明产品，这个市场将会非常巨大。汽车用灯 LED 化也是一个大的市场，国外的高档汽车已经部分开始采用 LED 照明；随 着中国摩托车、汽车产业的迅速发展，其需要的配套产品摩托车灯及汽车灯的 数量也会飞速上升。到 2011 年，据预测，我国 LED 产业的产值可达到 126 亿 美元，整的 LED 与其相关的应用产业可形成 3600 亿元的产值。对于 LED 产业 的火热发展我国政府也给予大力支持，政府在不断的想方设法推动 LED 产业的 张瑞：基于 LNK420EG 大功率 LED 驱动器设计 7 发展，比如在
10、2009 年初科技部推出的“十城万盏”半导体照明应用示范城市方 案，虽然在初期各地反应不太好，但后来提出由财政部和科技部规划对示范城 市进行财政补贴且加码到“五十城二百万盏” 。在最近的国家中长期科学和技 术发展规划纲要中将高效节能、长寿命的半导体照明产品列入“重点领域及 其优先主题”的第一优先主题。在各个省市对于超市、宾馆、商场等公共场合 使用 LED 灯具都出台了相应的补贴政策来推动 LED 产业的发展。 1. 2 LED 产业的发展 毫无疑问，LED 照明是未来的发展方向，然而 LED 是低压驱动器件，加 之对电流的要求，因此必须设计较复杂的变换电路，才能应用在市电供电的普 通照明场合。
11、而且不同用途的 LED 灯，需要配备不同的电源适配器。由于 LED 对驱动器在电压和电流的匹配方面要求很高，所以驱动器的品质是 LED 长寿、高效、可靠的关键保障。相比 LED 的长寿命，LED 驱动器成为“木桶 原理 最短的那一截，LED 理论寿命是 10 万小时，但 LED 驱动器寿命最多 也只有 3 万小时，其中电解电容的寿命严重限制了驱动器的寿命。LED 灯具市 场混乱，存在很多问题，没有统一的标准，特别是 LED 日光灯，在一些标准中 甚至没有它的定位，这使得质量检测无从谈起。目前市场上的驱动器生产厂商 较多且技术水平良莠不齐，严重影响 LED 产业的发展。 LED 产业作为最新一代
12、的光源产业正在蓬勃发展，在全球能源紧张的局势 下发展 LED 产业不仅可以缓解能源紧张的局面而且还可以提高人们的照明质量。 因此，大力研究 LED 照明技术具有深远的经济效益和社会意义。 13 LED 的介绍 LED 即发光二极管，英文全称是：Light Emitting Diode，其核心 LED 晶片 附在一个支架上，支架一端接电源正极，另一端是负极，晶片四周用透明的环 氧树脂密封陆。环氧树脂一方面用来保护 LED 内部芯线，另一方面是增大散热 面积，为 LED 芯片散热。由于环氧树脂是固体，所以 LED 的抗震性能非常好。 晶片由 P 型半导体(空穴占主导地位)和 N 型半导体(电子占主
13、导地位)组成，这两 个半导体间有一个过渡层，称为 PN 结。 张瑞：基于 LNK420EG 大功率 LED 驱动器设计 8 131 LED 的发展历程 1907 年，Henry Joseph Round 观察到在碳化硅里有电致发光的现象，但其 发出的光太暗，实际应用不合适。20 年代晚期，在德国 Bernhard Gudden 和 Robert Wichard 用从铜与锌硫化物中提炼出的黄磷发光，但其发出的光依然很 暗。1936 年，George Destiau 出版了一篇有关硫化锌粉末能发射光的报告，随 着对电流的广泛认识，出现了术语“电致发光“1。1964 年在美国通用电气 (GE)、孟山
14、都(Monsanto)和国际商用机器(IBM)公司的联合研发实验室用磷砷化 镓成功研制了发红光的 LED，使得 LED 走到应用层面。1968 年人们利用氮掺 杂工艺使 LED 的发光效率有了突破性进展，达到 1 流明瓦并且可以发出红橙 黄三种光。70 年代中期引入元素氮及铟，LED 可以产生黄、绿及橙色光，发光 效率约为 1 流明瓦。80 年代初，出现了砷铝化镓(GaAlAs)的 LED 光源，红 色 LED 的发光效率可以达到 10 流明瓦，LED 开始在指示领域大量应用。90 年代初，随着镓铝铟磷(GaAIInP)和氮铟镓(GaInN)两种材料的成功开发，LED 的光效得到大幅提高。20
15、00 年，GaAIInP 做成的 LED 在红、橙区的发光效率达 到 100 流明瓦，GaInN 做成的 LED 在绿区的发光效率可以达到 50 流明瓦。 近年来，随着新材料的开发和制造工艺的不断进步，出现了超高亮度 LED，LED 开始在高效照明领域应用。超高亮度 LED 将是继白炽灯后，人类又 一伟大的发明。 132 LED 的发光原理 LED 的发光晶片是由元素周期表里 III、族元素(如 Ga、As、P)化合制成 的半导体材料,其核心是由这些半导体材料构成的 PN 结。因此它也具有一般二 张瑞：基于 LNK420EG 大功率 LED 驱动器设计 9 极管 PN 结的伏安特性，即正向导通
16、、反向截止和击穿特性。但构成 LED 晶片 的 PN 结还有一个更重要的特点，就是它能在一定的条件下发光。 LED 的发光原理如图 12 所示。当 PN 结加正向电压时，两区多数载流子 向对方扩散，进入对方区域的少子与多子复合就会发出光。由于电子的能量状 态是不连续的，晶体的能带分为价带、禁带和导带。被原子束缚的电子处在低 能量状态称为价带；自由电子处在高能量状态称为导带；具有晶体对称性的材 料通常在价带和导带之间不存在电子状态称为禁带。实践证明光的波长九与禁 带宽度 Eg(单位为电子伏特 eV)有关： =1240E(nm) (11) 若产生可见光，则波长应在 380nm(紫光)760nm(红光)之间，代入式(11) 禁带宽度应在 326eV
