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1、课 程 设 计题目：题目： 3W3W 大功率大功率 LEDLED 恒流电源恒流电源 学学 生：生： X X X 学学 号：号： XXXXXXXXXX 院院 （系）：（系）： 电气与信息工程学院 专专 业：业： 光信息科学与技术 指导教师：指导教师： XXX 2010年年 12 月月 28 日日目录目录1. 选题背景选题背景. .2. LED 主要性能指标主要性能指标.3. 大功率大功率 LED 驱动方式驱动方式.4. 恒流驱动方式恒流驱动方式.5. 芯片选择与介绍芯片选择与介绍.6. 设计原理图设计原理图.7. 原理图器件说明原理图器件说明.8. PT4115 动态温度调整和过温保护动态温度调
2、整和过温保护.9. LED 课程设计总结课程设计总结.10.参考资料参考资料.大功率大功率 LED 驱动设计驱动设计一、选题背景：一、选题背景：LED 即发光二极管，是一种用途非常广泛的固体发光光源，一种可以将电能转化为光能的电子器件。LED 具有环保、节能，使用寿命长、LED 原件体积非常小，LED 发出的光线能量集中度很高，LED 的发光指向性强，LED 使用低压直流电即可驱动，显色性高（不会对人眼造成伤害）等优点。LED 被广泛应用在背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等领域。而且随着 LED 研发技术的不断突破，高亮度，超高亮度、大功率的 LED 相继问世，特别是白光 LED 的发光效
3、率已经超过了白炽灯，正朝着照明应用的方向发展，大有取代传统的白炽灯甚至节能灯的趋势。本报告主要介绍采用恒流驱动方式来实现LED 驱动，并提出一种基于恒流芯片 PT4115 的高效率的大功率 LED恒流驱动解决方案。该种驱动电路简单、高效、成本低廉，适合当今市场化产品的发展。关键词：大功率关键词：大功率 LED；驱动电路；恒流源；驱动芯片；驱动电路；恒流源；驱动芯片 PT4115二、二、 LED 主要性能指标：主要性能指标：（1）LED 的颜色：目前 LED 的主要颜色有红色、绿色、蓝色、青色、黄色、白色、暖色、琥珀色、等其它的颜色。（2）LED 的电流：一般小功率的 LED 的正向极限电流多在
4、 20mA。但大功率 LED 的功率至少在 1W 以上，目前比较常见的有1W、3W、5W、8W、10W。1W LED 的额定功 350mA,3W LED的 750mA。（3）LED 的正向电压：LED 的正极接电源正极，负极接电源负极。一般 1W 的大功率 LED 的正向电压为 3.53.8V（4）LED 的反向电压：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（5）LED 发光强度：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的光强，单位为坎德拉（cd） 。（6）LED 的光通量：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量。单位为流明（lm） 。如 1W 大
5、功率 LED 的光通量为 6080lm.（7）LED 光照度：1 流明的光通量均匀分布在 1 平方米表面上所产生的光照度，单位为勒克斯（lx） 。（8）LED 显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度。（9）LED 的使用寿命：LED 一般可以使用 50000 小时以上。（10）LED 发光角度：二极管发光角度也就是其光线散射角度，主要靠二极管生产时加散射剂来控制。三、 大功率大功率 LED 的驱动方式的驱动方式：LED 驱动简单的来讲就是给 LED 提供正常的工作条件（包括电压，电流等条件）的一种电路，也是 LED 能正常工作必不可少的条件，好的驱动电路能随时保护
6、 LED，避免 LED 被损坏。LED驱动通常分为以下三种方式：（1）镇流电阻驱动：就是简单的在 LED 的回路中串接电阻，通过调节电阻的组织，可以改变 LED 的驱动电流。LED 的工作电流为：所 I 与镇流电阻 R 成反比；当电源电压 U 上升时，R 能限制 I 的过量增长，使 I 不超出 LED 的允许范围。此电路的优点是简单，成本低；缺点是电流稳定度不高；电阻发热消耗功率，导致用电效率低，仅适用小功率 LED 范围，所以不选择此方案。（2）恒压驱动：就是保持 LED 两端的电压不变，因为每种颜色的LED 的电压都不一样，所以很少用恒压的方式来驱动 LED。（3）恒流驱动：顾名思义就是保
7、持 LED 的电流一直不变，让 LED 在恒定的电流的条件下工作。由于大功率 LED 是低压、大电流的驱动器件，当 LED 电压变化很少时，电流变化很大。LED 发光强度由流过 LED 的电流决定，电流过强会引起 LED 的衰减，电流过若会影响 LED 的发光强度，因此 LED 得驱动需要提供横流电源，以保证大功率 LED 的使用安全性。同时达到理想的发光强度。如果采用恒压方式驱动，LED 正向电压的任何变化都会导致 LED 电流变化。由温度或电压变化引起的特定变压，导致正向电流的降低，正向电压变化 11会导致更大的正向电流变化达 30。电流的变化较大，使 LED 的亮度不能恒定。所以一般都会
8、选用恒流驱动 IC。四、四、 恒流驱动方式电路恒流驱动方式电路 LED 驱动电路除了要满足安全要求外，还应具备两个基本功能：一是尽可能保持恒流特性，又使其在电源电压发生变动时，仍应能保持输出的电流在一定范围内变动；二是应该保持较低的自身功耗，这样才能使 LED 的系统效率保持在较高水平。随着更新一代大功率 LED 所需的驱动电流的增加，需更多的考虑到 LED 本身和电流驱动电路散热管理和功耗等问题。本设计框图如下所示：(1)适配器的选择：适配器的选择：本设计是将 220V 市电转化为 LED 所需的适合电压，通过适当的电路转化成为恒流源后来驱动 LED。本电路是采用 3 个 1W 的LED 串
9、联来实现 3W 的。一般 1WLED 的工作电流为 350mA,故采用输出 12V 大于 350mA 的变压器来转换。通过相应的电路转换，可达到适合 LED 所需要的电流电压。五、五、 芯片选择与介绍芯片选择与介绍 由于本设计是采用恒流源驱动，故采用目前应用较为广泛，廉价且性能比较稳定的驱动芯片 PT4115。PT4115 是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，它具有较宽的直流 8V 到 30V 输入电压范围，击穿电压 45V，输出 200mA-1200mA 恒定直流，可满足驱动点亮 1-7 颗串联的大功率 LED 或 N颗串并联的小功率 LED，驱动恒流大小可按应用方案设定。P PT T4
10、 41 11 15 5 的的性性能能特特征征 大电流，小封装，高亮度的 LED 驱动芯片 宽电压输入，输入电压为 6-30V 输出恒定电流最大可达 1.2A 极少的外围电路个数，总计不超过五颗 DC 电压或 PWM 控制亮度变化 高达 1MHZ 的开关频率 输出电流精度可达 +-5% 效率高达 97% 内部具有开路保护功能 广泛应用于 MR-16 等产品上，最大输出功率可达 20W管脚 1:SW,功率开关的漏端；管脚 2:GND,信号和功率；管脚 3:DIM,开关使能、模拟和 PWM 调光；管脚 4:CSN,电流采样段，采样电阻接在 CSN 和 VIN 端之间；管脚 5：VIN，电源输入端，必
11、须就近接旁路电容。六、六、 设计原理图设计原理图七、七、 原理图器件说明原理图器件说明D1D4 组成单相桥式整流电路，将交流变成直流，即不管输出的是直流还是交流，经过这个整流桥之后输出都为直流，给驱动芯片 PT4115输入稳定的直流，保证电路正常工作，桥式整流采用二极 SS110。C1 是滤波电容，把脉冲直流变换成平滑的直流。选用电解电容型号为220uF/25V。RS 是取样电阻，控制 PT4115 输出电流的大小，它决定恒流源的绝对精度。R 的组织与负载电流有关，一般用下面公式计算：由于负载是三个串联的 1WLED，额定功率为 350mA，则采样电阻 R 的大小为： L 是整流电感，是这个电
12、路中的关键元件，功能是把 100KHz 的脉冲电流变成三角波电流，L 的电感量会影响工作电压范围内恒流源的稳定性。因为 PT4115 的设计是最佳工作频率在 1MHz 以下，电感量大小会影响其工作频率，本方案的电感设计在 48uH 以上，这样系统工作频率可以控制在 1MHz 以下。D5 是续流二极管，由于工作在高频脉冲下，D5 应选用正向压降小，恢复速度快的肖特基二极管。为了统一，降低成本，故采用 ss110 二极管。PT4115 的 DIM 端可外接 PWM 脉冲或直流电压调光，也可以接热敏电阻作辅助温控和自动点亮控制。由于本设计中不用调光，故 DIM 端悬空。八、八、 PT4115 的动态
13、温度调节和过温保护的动态温度调节和过温保护PT4115 具有动态温度调节功能，并且可以在此功能基础上实现过温保护。动态温度调节的电路图如下图所示。从图中可见，DIM 端内部是一个 1M 以上的上拉电阻，连接到 5V 电源上。所以 DIM 端电压由内部上啦电阻和热敏电阻 NTC 分压决定。从热敏电阻的特性可知，温度的变化会影响 NTC 的组织，进而影响 DIM 端电压，以实现 PT4115 的动态温度调节。过温保护的实现如下右图，现对于左图多了一个三极管，温度升高时，NTC 电阻的阻值减小，其上的分压也减小，则相应其下面电阻上的分压升高，当超过三极管的开通电压时，三极管导通，DIM 端接地，关断 LED 电流，当温度降低时，PT4115 重启，因此达到对 PT4115 的过温保护。九、九、LED 课程设计总结课程设计总结本设计从 LED 的特性和驱动方式出发，论述了 LED 的各种驱动方式，并以流经 LED 的电流恒定为基本目的，设计了一个简单的
