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1、xxx 大学本科生毕业设计（论文） I 目目 录录 摘摘 要要.III ABSTRACT 第一章第一章 绪绪 论论.1 1.1 白光 LED 发展的背景和意义1 1.2 大功率 LED 发光原理.3 1.3 白光 LED 的发展简介3 1.4 课题介绍与研究意义 .5 第二章第二章 大功率大功率 LED 驱动电路驱动电路.6 2.1 白光 LED 的伏安特性6 2.2 白光 LED 的连接方式7 2.2.1 串联驱动.7 2.2.2 并联驱动.8 2.2.3 混联驱动.8 2.3 大功率 LED 驱动电路的发展趋势9 2.4 大功率 LED 驱动现状研究10 2.4.1 电阻限流电路.10 2
2、.4.2 线性控制电路.11 2.4.3 电荷泵升压电路.12 2.4.4 开关变换电路.12 xxx 大学本科生毕业设计（论文） II 第三章第三章 脉宽调制型（脉宽调制型（PWM）开关电源原理）开关电源原理.14 3.1 电压控制模式 .14 3.2 电流控制模式 .17 第四章第四章 LED 恒流驱动电路设计恒流驱动电路设计20 4.1 大功率 LED 驱动芯片的比较20 4.2 LT3755 芯片介绍21 4.3 LT3755 工作原理23 4.4 设计电路 .24 第五章第五章 总总 结结.28 参考文献参考文献.29 致致 谢谢.30 xxx 大学本科生毕业设计（论文） III 大
3、功率白光大功率白光 LED 恒流驱动电路的研究与设计恒流驱动电路的研究与设计 摘摘 要要 近年来，大功率白光LED因其高效、节能、环保、寿命长、高可靠性等优点逐渐 在照明领域获得广泛应用，已经开始替代白炽灯、荧光灯等传统照明光源，成为21世 纪的新一代照明光源。大功率白光LED产业的蓬勃发展有力地推动了LED驱动集成 电路产业的前进，孕育着巨大的商机。 论文在简要介绍大功率LED 的发光特性、伏安特性及其驱动方案的基础上，详细 分析了Buck拓扑结构、PWM调制型开关电源电流控制模式和电压控制模式的优缺 点，提出了一种基于PWM调制型Buck模式开关电源恒流驱动电路原理，利用 LT3755 芯
4、片驱动大功率白光LED的设计电路。该驱动电路具有1000:1高调光比 （PWM调光） 、低电流消耗、高效率、欠压保护、短路保护和开路LED保护等功能， 适合驱动高亮度大电流LED。 【关键词】：大功率LED、开关电源、PWM、恒流驱动、LT3755 xxx 大学本科生毕业设计（论文） IV Abstract In recent years，Semiconductor lighting is widely used and is gradually replacing the incandescent and fluorescent lighting due to its advantages
5、over conventional lighting of high efficiency，low energy consumption，low pollution，long lifetime and high reliability. The boom of high power white LED greatly promotes the development of integrated circuits for driving LED，which generates the enormous business opportunities. The thesis briefly intr
6、oduces the characteristics of luminous flux curve and I- V curve of high power LED and its driving methods. The operating principles of Buck converter for driving High Power LED are analyzed in detail. Compared with other driving mode, switching power technology has high efficiency, so the xxx 大学本科生
7、毕业设计（论文） V thesis gives a LED buck mode driver using Chip LT3755 based on switching power technology. The driver in this paper is a high frequency step-down DC- DC converter with the features of low power loss, high efficiency, 1000:1 PWM dimming, short-circuit protection, open-voltage protection, a
8、nd is ideal for driving high current LED. Key words : high-power LED, Switching Power, PWM, constant-current driving，LT3755 苏州大学本科生毕业设计(论文) 1 第一章第一章 绪绪 论论 在电光源发展的一百多年来，光源照明电器己经经历了三个重要的发展阶段，这三个 阶段的代表性光源分别为白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯。现在人们普遍认为大功 率照明LED是第四代光源。 1.1 白光白光 LED 发展的背景和意义发展的背景和意义 进入二十一世纪，面对能源供应的日趋紧张和全球环境
9、的加速恶化，节约能源和保护 环境已成为社会发展的共识。开发应用节能环保的工业产品已在人类社会各个行业展开。 当前，照明用电约占世界总能耗的20%，而我国照明用电量每年在3000亿千瓦时 以上，占总用电量的12%左右。照明用电量的猛增以及发电能源消耗的加剧，将使我国 的供电势态和环境与生态保护的现状日益严峻。如果无限制地建设水力发电设施，将会 破坏自然环境;如果不断增设火力发电站，又将更进一步恶化业已存在的能源危机。因此， 可持续发展的科学观念要求，一是加强可再生能源的利用，加快太阳能、风能、核能等 各种发电技术的发展；二是加速节能高效光源和灯具的研究、应用与发展。然而传统的 照明光源，比如白炽
10、灯、荧光灯、金属卤化物灯等，能耗高且效率低下，浪费了大量电 能。若能以耗能低、寿命长、环保安全的照明LED取代目前低效率、高耗电的传统照明 光源，无疑将带来一场世界性的照明革命，对我国的可持续发展更具有战略意义。 据统计，用照明LED取代全部白炽灯或部分荧光灯，我国每年就可节约1/3的照明 用电量，这相当于节省一个三峡工程的年发电量，不仅可以缓解我国电能需求的紧张形 势，还可以降低燃煤量（目前我国70%以上的发电量是依靠燃煤获得） ，减小对环境的污 染1。 LED是发光二极管(Light Emitting Diode)的简称，照明LED主要是指白光 LED。作为新一代照明光源，白光LED与传统
11、照明光源相比，具有如下优势： (l) 发光效率高：白炽灯、卤钨灯的光效为1224lm/W，荧光灯的光效为 5070lm/W，钠灯的光效为90140lm/W，LED的光效经改良后可达 50200lm/W，而且光的单色性好，光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。 (2) 节能，耗电量少：在同样的照明效果下，LED的耗电量是白炽灯的八分之一， xxx 大学本科生毕业设计（论文） 2 荧光灯的二分之一。据美国圣地牙哥国家实验室的Jeff Nelson博士称，全球的白炽灯和 荧光灯都被白光LED取代的话，将节约 38 座核电站的发电量。 (3) 寿命长：研究资料表明，LED的平均寿命在10万小时左右，是
12、荧光灯的10 倍，白炽灯的100倍。同时由于照明LED的结构特点，使得其本身没有易损的部件存 在，在水下等特殊环境中也可以稳定的工作。 (4) 体积小：可以做成各种形式的光源，例如点光源、面光源等。 (5) 高响应速度：照明LED的响应速度为纳秒级，而白炽灯的响应时间为毫秒级。 (6) 环保：照明LED废弃后易回收处理。荧光灯等废弃后会产生重金属汞不易处 理的污染物。 根据Strategies Unlimited提供的数据，到2012年，高亮度（HB）白光LED通 用照明市场预计将超过50亿美元，对应从2009年到2012年的年复合增长率为28%。 这仅仅是开始，因为随着LED在商业上更具经济
13、效益，它们的高发光效率只会进一步加 速推进从白炽灯、荧光灯和高压钠灯向高亮度白光LED转变的好处。 白光LED的高效节能、绿色环保优点使得各个国家和地区投入了大量财力人力资源 启动自己的半导体照明计划，如下表所示1： 表 1-1 各国半导体照明计划 国家/地区立项时间项目名称项目预期目标预计效益 日本1998年21世纪光计划 到2006年，50%的照 明光源被白光LED取 代 可减少12座核电 厂发电量，每年节 省10亿公升以上的 原油消耗 欧洲2000年彩虹计划 通过欧共体的补助金推 广LED的应用 应用半导体照明实 现：高效、节能、 不使用有害环境的 材料、模拟自然光 美国2000年 国家
14、半导体照 明计划 到2010，年55%的荧 光灯和白炽灯被白光 每年节约350亿美 xxx 大学本科生毕业设计（论文） 3 LED取代元电费，减少7.55 亿吨二氧化碳排放 量，形成500亿美 元的大产业 中国2003年 国家半导体照 明工程 2006-2020年，投资 50-100亿元发展半导体 照明技术，形成自主知 识产权，LED达到 1502001m/W，15元 /klm 将建立半导体照明 产业，全面进入通 用照明市场，占有 30% 50%的市场 份额，实现节电 30%以上，年照明 节电1000亿千瓦时 以上 1.2大功率大功率 LED 发光原理发光原理 大功率LED是由III-IV族化
15、合物，如GaAs（砷化镓） 、GaP（磷化镓） 、 GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-V 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。 在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由 P区注入N区。进入对方区域的少数载 流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光2。 理论和实践证明，光的峰值波长几与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即： 1240/()Enm g (1-1) 式中Eg的单位为电子伏特（eV )。若要产生可见光（波长在380nm紫光780nm 红光范围内） ，半导体材料的Eg应在3. 261. 6
16、3 eV之间。 1.3 白光白光 LED 的发展简介的发展简介 1962年，在美国通用电器公司工作的博士Holon yak用化合物半导体材料磷砷化镓 (GaAsP)研制出第一批发光二极管3。早期的LED只能发红、绿等单色光，且功率小， xxx 大学本科生毕业设计（论文） 4 效率低，只适合于装饰灯、指示灯等应用场合。1996年，日亚公司首先采用InGaN蓝 光芯片加YAG（钇铝石榴石）黄色荧光粉的方法制成白光LED，此后白色LED得到 迅速发展，人们通过各种办法获得了白光LED，开启了LED迈入照明市场的序幕。表 1-3 列出了目前产生白光LED的主要方法4。 从理论和技术的发展分析，白光LED的光效可以达到283lm/W。但是早期的白光 LED发光效率低，低于白炽灯和荧光灯的发光效率（白炽灯的发光效率为 161m/W，40W荧光灯的发光效率601m/W， 60W荧光灯的发光效率为100lm/W )5。 此后由于材料、封装等技术进步，目前商业LED的发光效率水平已超过150lm/W，实 验室
