高效率大功率led驅(qū)動器設(shè)計【畢業(yè)設(shè)計】

1、<p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　高效率大功率LED驅(qū)動器設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動

2、化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　LED是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件，屬于固態(tài)光源。高效的白光LED可使得LED在照明領(lǐng)域得以推廣應(yīng)用。LED屬于典型的綠色照明光源，作為新型能源，具有壽命長、啟動時間短、無紫外線、色彩豐富飽滿、可做全彩變化、低壓安全等特點。而隨著近年來城市建設(shè)和電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對光源的需求的與日劇增，LED產(chǎn)品的開發(fā)、研制和生產(chǎn)已成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽產(chǎn)業(yè)，顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿Α１敬卧O(shè)計為一個大功

4、率的具有APFC功能的LED驅(qū)動電路。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LED，驅(qū)動電路 ，高效率，APFC</p><p>　　High-efficiency high-power LED driver design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　LED is a ki

5、nd of energy can be transformed into a semiconductor light emitting devices,it is solid-state light sources. The hight-efficient white LED can be made use of in the area of LED lighting

6、. LED light source is typically green, as new energy, with a long life, start time is short, no UV, color rich and full, to do full-color changes, low voltage a

7、nd security features.With the urban construction in recent years and the rapid development of electronic information industry, people with light</p><p>　　KEY WORDS: LED， drive circuit， high efficiency ，APFC&

8、lt;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 本課題研究的背景1</p>

9、;<p>　　1.2 LED驅(qū)動的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢2</p><p>　　2 LED的特性5</p><p>　　2.1 LED驅(qū)動電源的分類[9]5</p><p>　　2.2 LED的連接方式6</p><p>　　2.2.1

10、 LED負(fù)載串聯(lián)連接方式6</p><p>　　2.2.2 LED負(fù)載并聯(lián)連接方式7</p><p>　　2.2.3 LED負(fù)載串并混聯(lián)連接方式7</p><p>　　2.3 大功率LED的優(yōu)點及其發(fā)光原理8</p><p>　　2.4大功率LED的光源特性[11]10</p><p>　　3 高效大功率LE

11、D驅(qū)動電路的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計12</p><p>　　3.1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計12</p><p>　　3.2交流電源輸入與濾波整流12</p><p>　　3.3有源功率因數(shù)校正13</p><p>　　3.3.1功率因數(shù)校正的基本原理14</p><p>　　3.3.2 APFC電路工作的原理14<

12、;/p><p>　　3.3.3 L6562控制芯片介紹15</p><p>　　3.3.4 L6562引腳功能介紹16</p><p>　　3.3.5 APFC校正電路17</p><p>　　3.4輸出二次整流濾波電路18</p><p>　　3.4.1 輸出二次整流濾波電路18</p><

13、p>　　3.5輸出電壓、電流反饋取樣電路19</p><p>　　3.5.1 LM358介紹19</p><p>　　3.5.2 電壓、電流反饋取樣電路20</p><p>　　3.6保護電路介紹21</p><p>　　3.6.1溫度保護電路介紹22</p><p>　　3.6.2過電流保護電路介紹

14、22</p><p>　　4軟件部分設(shè)計24</p><p>　　4.1單片機ATmega 16介紹24</p><p>　　4.1.1快速PWM模式27</p><p>　　4.1.2 ATmega16模數(shù)轉(zhuǎn)換介紹29</p><p>　　4.2單片機控制部分29</p><p>　

15、　4.2.1控制狀態(tài)分析29</p><p>　　4.2.2控制流程圖31</p><p>　　4.2.3控制程序32</p><p><b>　　5全文總結(jié)37</b></p><p>　　參 考 文 獻38</p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><

16、;p><b>　　附圖11</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　目前，電力消耗的20%是由照明消耗造成的 ，因此降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑，而為實現(xiàn)這一目標(biāo)業(yè)界已研究開發(fā)出許多種節(jié)能照明器具，并達到了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還不夠，開發(fā)和應(yīng)用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢

17、在必行。LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。據(jù)UBS投資研究機構(gòu)做出的預(yù)測，2005年到2010年高亮度LED（發(fā)光二極管）市場的年復(fù)合增長率（CAGR）有望達到26% [1]。而隨著大功率LED技術(shù)的發(fā)展，照明產(chǎn)業(yè)開始面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。LED越來越多地被應(yīng)用于通用照明領(lǐng)域，道路照明則是其中一個極具潛力的重要應(yīng)用領(lǐng)域。而更因為LED本身所特有的長壽命、潛在的高光效的特征，設(shè)計一款能夠充分發(fā)揮此特征的高效率大功率的LED驅(qū)動電路則

18、顯得尤為重要。</p><p>　　1.1 本課題研究的背景</p><p>　　隨著LED技術(shù)的迅猛發(fā)展，其發(fā)光效率的逐步提高，LED的應(yīng)用市場將更加廣泛，而我國人口眾多照明用電量又十分可觀，而在另一方面全球能源短缺的憂慮再度升高，全球環(huán)境污染日益嚴(yán)重的背景下，LED在照明市場的前景將更加備受全球矚目，因此被業(yè)界認(rèn)為在未來 10 年成為最被看好的市場以及最大的市場將是取代白熾燈、鎢絲燈和

19、熒光燈的潛力最大商品。而近年來，隨著能源短缺現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，節(jié)能成為全世界共同關(guān)注的話題和衡量各項技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)。隨著人們對半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場成為可能。高亮度LED將是人

20、類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。LED照明的變革將擴展人們的照明觀念，更加體現(xiàn)節(jié)能化、健康化、藝術(shù)化和人性化的發(fā)展趨勢。因此設(shè)計一個高效率大功率LED驅(qū)動電路將是必須的。</p><p>　　1.2 LED驅(qū)動的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢</p><p>　　應(yīng)用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光源原理制成LED問世于

21、20世紀(jì)60年代初，1964年首先出現(xiàn)紅色發(fā)光二極管，之后出現(xiàn)黃色LED。直到1994年藍色、綠色LED才研制成功。1996年成功開發(fā)出白色LED。LED以其固有的特點，廣泛應(yīng)用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領(lǐng)域，在我們的日常生活中處處可見，家用電器、電話機、儀表板照明、汽車防霧燈、交通信號燈等。但由于其亮度差、價格昂貴等條件的限制，無法作為通用光源大面積推廣。近幾年來，隨著人們對半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷

22、進步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場成為可能。高亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。LED照明的變革將擴展人們的照明觀念，更加體現(xiàn)節(jié)能化、健康化、藝術(shù)化和人性化的發(fā)展趨勢[2]。</p><p&

23、gt;　　再者全球范圍看，隨著半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，發(fā)光LED各個方面的性能都得到了很大的提高。以紅光 LED為例，如表1所示是通過統(tǒng)計Φ5mm標(biāo)準(zhǔn)封裝、發(fā)紅光、視角差不多的LED的相關(guān)數(shù)據(jù)資料得到的，表中顯示了發(fā)光 LED的大致發(fā)展進程， </p><p>　　表1.不同生產(chǎn)年份LED的發(fā)光強度比較</p><p>　　從表1可以看出，在1969-1987年間發(fā)光LED的發(fā)光強度

24、還很低，但是到了1994年，十幾年的時間里，發(fā)光LED的發(fā)光強度提高了近1000倍。到2005年發(fā)光強度最大達到了8000mcd。 </p><p>　　而如表2所示是LED另一個重要性能指標(biāo)是發(fā)光效率η，用lm/W 來表達。表2所示了1970年到2005年發(fā)光LED的制造材料和發(fā)光效率。從表中可以看出，從1970年不足0.2lm/W的發(fā)光效率到2005年大于50lm/W 的發(fā)光效率，短短的30年提高了幾百倍。而

25、且現(xiàn)在的發(fā)光效率還在不斷地提高，新型的發(fā)光材料也在不斷地研制和發(fā)展。</p><p>　　表2.不同生產(chǎn)年份 LED的發(fā)光效率比較 </p><p>　　隨著白光LED技術(shù)的不斷發(fā)展，其市場發(fā)展迅速，經(jīng)濟效益突出。目前，世界上各發(fā)達國家都投入了很大的資金和實行了一系列相關(guān)政策支持白光LED照明技術(shù)的發(fā)展。 </p><p>　　美國的“國家半導(dǎo)體照明計劃”，計劃時間

26、從2000年到2010年，整整十年時間，總投入5億美元。同時美國的能源部設(shè)置了13個國家級的重要實驗室，并且制定了進程表，2002年20lm/W，2007年75lm/W，2012年150lm/W。美國是世界上碳排放量最多的國家，通過該計劃的實施，從2000年到2020年，二十年的時間里，可以讓美國減少大約2.58億噸的碳排放量；同時，發(fā)光LED替代傳統(tǒng)的照明燈可以使照明用電節(jié)約近一半，并減少133座電站的建設(shè)；而且該計劃還能為美國提供一

27、個年產(chǎn)值超過500億美元的光源產(chǎn)業(yè)，并創(chuàng)造數(shù)以百計的工作機會。這么一個造福社會、有利于經(jīng)濟的項目，何樂而不為。 </p><p>　　歐盟對白光LED的項目也很感興趣，歐盟在2000年7月就啟動了“彩虹計劃”，歐盟政府通過委托六家大公司和兩所大學(xué)實行該計劃，并且通過共同體的補助金來推廣該項目。而且像通用電氣、飛利浦等這些歐洲的大公司也啟動了商用的開發(fā)計劃，收購或合并半導(dǎo)體企業(yè)，成立專門研究生產(chǎn)半導(dǎo)體照明的公司。目

28、標(biāo)在2010年前使半導(dǎo)體的照明效率提高8倍，而價格降低100倍。 </p><p>　　身在亞洲的日本也不甘落后，1998年制訂了“二十一世紀(jì)照明”計劃，目前已經(jīng)完成了第一階段的任務(wù)，第二階段目前已經(jīng)接近尾聲，并且已經(jīng)超過原本發(fā)光效率達到120lm/W的目標(biāo)。日本日亞化學(xué)公司基于補色技術(shù)的白光LED已經(jīng)市場化，而且隨著技術(shù)的不斷進步，預(yù)計到2010年，可應(yīng)用于商業(yè)設(shè)施，到2015年，可應(yīng)用范圍更廣，能用于辦公室、

29、公寓等的日常照明[3] -[4]。韓國在2004年到2008年投入了1億美元用于“固態(tài)照明計劃”。</p><p>　　作為世界上最大的發(fā)展中國家中國，政府對白光LED的發(fā)展也十分的重視，雖然中國與發(fā)達國家發(fā)展半導(dǎo)體照明項目相差兩三年的時間， 但是中國對發(fā)光 LED項目的重視程度不亞于其他任何國家。ZnSe基藍綠光激光器材料的研制得到了“863”、“攀登計劃”等多方面的項目支持。國家自然科學(xué)基金和其它基金對發(fā)光L

30、ED相關(guān)的項目都提供了大力的支持。同時半導(dǎo)體照明項目被列為國家第“十一五”重大科技項目[5]- [8]。</p><p>　　我國的LED產(chǎn)業(yè)經(jīng)過三十多年的發(fā)展，已經(jīng)具備了包括LED芯片生產(chǎn)、芯片封裝及相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用等一系列完整的產(chǎn)業(yè)鏈，并且擁有了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。中國LED的產(chǎn)業(yè)基地主要分布在珠江三角洲、長江三角洲和北方地區(qū)如大連，目前山東地區(qū)有關(guān)發(fā)光LED的項目建設(shè)也非常的迅速，形成了以青島、廊坊等主要城市為中心

31、的產(chǎn)業(yè)布局。預(yù)計到2010年，中國整個LED產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將超過1000個億。 </p><p>　　目前，我國的LED照明主要應(yīng)用在裝飾景觀照明、家居照明和汽車用燈等領(lǐng)域。2010年的上海世博會將是LED在城市景觀照明應(yīng)用中的一個里程碑，在上海世博會上，LED照明將淋漓盡致得發(fā)揮出其優(yōu)點和作用。 </p><p>　　雖然我國的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，也達到了一定的規(guī)模，同時對高亮度LED芯片的

32、需求也在不斷地增加，但是國內(nèi)生產(chǎn)的LED芯片多以中低檔的為主，而大量高性能的 LED 驅(qū)動芯片仍需進口。相對國外而言，我國政府的扶持力度還是不夠，后期還需要不斷的投入和持續(xù)的政策扶持，包括LED照明燈和驅(qū)動的研發(fā)和制造兩方面。 </p><p><b>　　2 LED的特性</b></p><p>　　2.1 LED驅(qū)動電源的分類[9]</p><

33、p>　　LED雖然在節(jié)能方面比普通光源的效率高，但是LED光源卻不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用的電源變換設(shè)備，提供能夠驅(qū)動LED的額定電壓和電流，才能使LED正常工作，也就是所謂的LED專用驅(qū)動電源。</p><p>　　但由于各種不同規(guī)格LED驅(qū)動電源的性能和轉(zhuǎn)換效率各不相同，所以選擇合適、高效的LED驅(qū)動電源，才能真正展現(xiàn)LED光源高效能的特性。因為低效率的LED驅(qū)動電源本

34、身就需要消耗大量電能，所以，在給LED供電的過程中就無法凸顯LED的節(jié)能特點。總之，LED驅(qū)動電源對LED工作的穩(wěn)定性、節(jié)能性和壽命起著重要的作用。LED電源按驅(qū)動方式可以分為兩大類。</p><p>　　一、恒流式。采用恒流式驅(qū)動電源驅(qū)動LED是很理想的，缺點就是價格較高。恒流電路雖然不怕負(fù)載短路，但是嚴(yán)禁負(fù)載完全開路，恒流式驅(qū)動電源輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻因負(fù)載阻值的大小不同而在一定范圍內(nèi)變化，

35、在應(yīng)用中要限制LED的使用數(shù)量，因為恒流式驅(qū)動電源 有最大承受電流及電壓值。</p><p>　　二、穩(wěn)壓式。穩(wěn)壓式驅(qū)動電源在各項參數(shù)確定后輸出的是固定電壓，輸出電流卻隨著負(fù)載的增減而變化。穩(wěn)壓式驅(qū)動電源雖然不怕負(fù)載開路，但是嚴(yán)禁負(fù)載完全短路，要使采用穩(wěn)壓式驅(qū)動電源驅(qū)動的LED顯示亮度均勻，需要設(shè)置合適的限流電阻。</p><p>　　LED恒流驅(qū)動電源按電路結(jié)構(gòu)可以分為以下6類。<

36、/p><p>　　一、常規(guī)變壓器降壓。這種恒流式LED驅(qū)動電源的優(yōu)點是體積小，不足之處是重量偏重，電源效率很低（一般為45%~60%），可靠性不高，所以一般很少使用。</p><p>　　二、電子變壓器降壓。這種方式的不足之處是轉(zhuǎn)換效率低，電壓范圍窄（一般為180~240V），紋波干擾大。</p><p>　　三、電容降壓。采用這種方式的LED驅(qū)動電源容易受電網(wǎng)電壓波動

37、的影響，電源效率低，不宜在LED閃動時使用，因為電路通過電容降壓，在閃動時使用由于充放電的作用，通過LED的瞬間電流極大，容易損壞芯片。</p><p>　　四、電阻降壓。采用這種方式的LED驅(qū)動電源的效率很低，而且系統(tǒng)的可靠性也很低，因為電路通過電阻降壓，受電網(wǎng)電壓變化的干擾較大，不容易做成穩(wěn)壓電源，并且降壓電阻本身還要消耗很大部分的能量。</p><p>　　五、RCC降壓式開關(guān)電源。

38、這種LED驅(qū)動電源的優(yōu)點是穩(wěn)壓范圍比較寬，電源效率比較高，一般可達70%~80%，應(yīng)用較廣；缺點是開關(guān)頻率不易控制，負(fù)載電壓紋波系數(shù)較大，在異常情況下負(fù)載適應(yīng)性差。</p><p>　　六、PWM控制式開關(guān)電源。采用PWM控制方式設(shè)計的LED驅(qū)動電源是比較理想的，因為這種開關(guān)電源的輸出電壓或電流都很穩(wěn)定，電源轉(zhuǎn)換效率高，一般高達80%~90%，并且輸出電壓、電流十分穩(wěn)定。這種LED驅(qū)動電源主要由4部分組成：輸入整

39、流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩(wěn)壓控制部分和開關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。這種電路都有完善的保護措施，屬于高可靠性電源。</p><p>　　2.2 LED的連接方式</p><p>　　在LED驅(qū)動電路中只有合理的負(fù)載連接方式才能使LED可靠地工作。而常見的連接方式有串聯(lián)連接方式、并聯(lián)連接方式、串并聯(lián)連接方式。</p><p>　　2.2.1 LED負(fù)載串聯(lián)連接方式&l

40、t;/p><p>　　LED負(fù)載串聯(lián)連接方式要求LED驅(qū)動電源輸出較高的電壓。當(dāng)LED的一致性差別較大時，分配在不同的LED兩端的電壓不同，而通過負(fù)載的電流相同，所以LED負(fù)載的亮度一致。而不同的驅(qū)動方式也對驅(qū)動有著不同的影響，如用穩(wěn)壓式驅(qū)動時，若某個LED短路時，由于驅(qū)動電源輸出的電壓不變，造成各個支路上的LED的兩端的電壓上升，驅(qū)動電源輸出電流也上升，容易使其他的LED損壞。若采用恒流式驅(qū)動時，當(dāng)某個LED短路時

41、，因為驅(qū)動電源輸出電流保持不變，所以將不影響其他LED的正常工作。如下圖2.1為LED負(fù)載串聯(lián)連接方式。</p><p>　　圖2.1 LED負(fù)載串聯(lián)連接示意圖</p><p>　　2.2.2 LED負(fù)載并聯(lián)連接方式</p><p>　　而當(dāng)采用負(fù)載并聯(lián)的連接方式時，要求LED驅(qū)動器要輸出較大的電流，負(fù)載電壓較低，分配在各個LED兩端的電壓相同。故當(dāng)LED的差異性較

42、大時，通過每顆LED的電流將會不一致，LED的亮度及顏色就會發(fā)生變化，且由于LED是負(fù)溫度特性，因此將會導(dǎo)致亮的越亮，暗的越暗。而電流超出標(biāo)準(zhǔn)時，光衰很快。另外當(dāng)某一個LED燒毀短路時，若采用穩(wěn)壓式LED驅(qū)動，驅(qū)動電源輸出電流將減小而不影響余下所有LED正常工作。而如果是采用恒流式LED驅(qū)動，由于驅(qū)動電源輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，容易損壞所有LED，解決辦法是盡量多并聯(lián)LED，當(dāng)斷開某一顆LED時，分配在余下LED電

43、流變化不大，不至于影響余下LED正常工作。所以功率型LED做并聯(lián)負(fù)載時，不宜選用恒流驅(qū)動電源；但如果并聯(lián)LED數(shù)量較多，通過短路的LED電流較大，足以將短路的LED燒成斷路。如下圖2.2為LED負(fù)載并聯(lián)連接方式。 </p><p>　　圖2.2 LED負(fù)載并聯(lián)連接方式</p><p>　　2.2.3 LED負(fù)載串并混聯(lián)連接方式</p><p>　　LED負(fù)載串并聯(lián)連

44、接方式及為混聯(lián)連接方式，當(dāng)需要使用較多的LED的應(yīng)用中，串聯(lián)或者并聯(lián)都有很大的缺陷，當(dāng)全部用串聯(lián)時，LED驅(qū)動需要輸出很高的電壓，不安全。而當(dāng)LED都并聯(lián)時，LED驅(qū)動就需要輸出很大的電流。故可以看出使LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制了LED的使用量，驅(qū)動器的成本也將上升，因此需要采用混聯(lián)的方式來解決。如下圖2.3為LED負(fù)載混聯(lián)連接方式。</p><p>　　圖2.3 LED負(fù)載串并混聯(lián)連接方式</p>

45、<p>　　2.3 大功率LED的優(yōu)點及其發(fā)光原理</p><p>　　LED（light-emitting diode）是近些年開發(fā)的一種新的電光源材料，基本結(jié)構(gòu)是一個發(fā)光二極管，由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)，因此它具有一般PN結(jié)的I-N特性，即正向?qū)ā⒎聪蚪刂购蛽舸┨匦?。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向

46、電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光[1]。目前單個大功率LED已有1W、3W、5W、8W和10W等規(guī)格，已大批量應(yīng)用的有1W和3W LED，而5W、8W和10W LED的應(yīng)用相對較少。LED的發(fā)光機理為：當(dāng)在半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的兩端加上正偏的電壓時，大量的電子空穴對注入半導(dǎo)體，當(dāng)電子和空穴在半導(dǎo)體中的某些特殊活性區(qū)域中復(fù)合時，即產(chǎn)生光子，這些光子的

47、能量和半導(dǎo)體的禁帶寬度有關(guān)。像熒光燈一樣，由于LED的出射光為位于可見光光譜范圍內(nèi)的窄帶光，所以看上去是有顏色的。要使它變成接近自然光的白光還需將出射的窄帶有色光轉(zhuǎn)化成占滿整個可見光光譜的白光[10]。</p><p>　　然而隨著LED效率的迅速提高、成本的不斷下降，大功率（≥1W）LED照明光源與傳統(tǒng)的白熾燈，熒光燈照明光源相比，有如下優(yōu)點：</p><p>　　一、高效。傳統(tǒng)光源采用

48、黑體輻射，發(fā)射的能量中僅有約10%可以轉(zhuǎn)化為可見光，要獲得某一顏色的光需要使用濾色片，會造成能量的浪費。而LED效率高，光譜窄，單色性好，且無需過濾，直接發(fā)出有色光。</p><p>　　二、節(jié)能。它具有電壓低，電流小，亮度高的特性。雖然按一般光效定義的LED的發(fā)光效率并不算高，但由于LED的光譜幾乎全部集中于可見光區(qū)域，效率可達到80%-90%，而白熾燈的可見光轉(zhuǎn)換效率僅為10%-20%。一個10W的LED光源

49、發(fā)出的光能與一個35W的白熾等發(fā)出的光能相當(dāng)，同樣照明效果的LED比傳統(tǒng)光源節(jié)能70％－80％。預(yù)計未來大功率LED照明的耗電量僅為相同亮度白熾燈的10%-20%。</p><p>　　三、壽命長。白熾燈利用燈絲發(fā)光，鎢絲受熱易燒斷，光衰較為迅速，且玻璃泡殼易損壞，一般使用壽命大約1000小時。大功率LED利用固態(tài)半導(dǎo)體芯片將電能轉(zhuǎn)化為光能，外加環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊和振動。LED的單管壽命10萬小時

50、以上，即使每天連續(xù)使用10個小時，也可以連續(xù)用上27年。</p><p>　　四、光色純，光線質(zhì)量好。單一顏色LED的光譜狹窄，譜線單一集中在可見光波段。光色多，可以選擇白色或彩色光，紅色，黃色，藍色，綠色等，并可根據(jù)需要制造出多色組合和循環(huán)變色的艷麗燈飾。</p><p>　　五、可靠、耐用。大功率照明LED以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至水下也能長時間穩(wěn)定地工

51、作。而且它沒有傳統(tǒng)燈泡的鎢絲、玻璃殼等易損部件，維護費低廉。LED的工作溫度范圍也很寬，在-40℃--85℃之間均能正常工作。</p><p>　　六、環(huán)保。大功率照明LED的工作電壓為3~4伏左右的直流電，因而沒有電磁干擾。而且不同于日光燈點亮后會產(chǎn)生汞蒸氣及二氧化碳和其它溫室氣體等污染物，LED產(chǎn)生的廢物很少。同時，其熒光粉的用量也僅為普通熒光燈的十分之一，利于稀土資源的可持續(xù)利用。LED的發(fā)光材料是半導(dǎo)體化

52、合物，并不含有汞等對環(huán)境有害的元素。白色LED的光譜中不含有紫外線等輻射，被譽為“綠色光源”。</p><p>　　七、應(yīng)用靈活。體積小，便于造型，可做成點、線、面等各種形式。通過控制電路很容易調(diào)控亮度，實現(xiàn)多樣的動態(tài)變化效果。</p><p>　　八、響應(yīng)快。白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，而大功率照明LED的開關(guān)響應(yīng)時間為納秒級，無頻閃。</p><p>　　九、安全

53、性好。LED發(fā)光穩(wěn)定，能精確控制光色，眩光小，發(fā)熱量低，并且由于其是冷光可以安全觸摸。</p><p>　　2.4大功率LED的光源特性[11]</p><p>　　LED的伏安特性(又稱V--I特性)與普通二極管大致相同，流過LED的電流與其兩端電壓的關(guān)系為： </p><p>　　式中------LED反向飽和電流；e-------電子電荷；K-------波爾

54、茲曼常數(shù)。本節(jié)均以美國CREE公司EZ600系列LED為例。如下圖2.4是LED的V-I特性曲線。</p><p>　　圖2.4 LED的伏安特性曲線</p><p>　　LED是溫度敏感型器件。LED均發(fā)光強度與工作溫度有很大的關(guān)系，一般溫度越低，發(fā)光越強，反之則越弱。圖2.5是LED發(fā)光強度隨溫度的變化曲線?？梢?，為了獲得較高的光強度，應(yīng)嚴(yán)格控制LED的溫度。溫度的升高也會影響LED的

55、頻譜分布，使其主波長向長波方向漂移，如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.5 LED發(fā)光強度隨溫度變化曲線</p><p>　　圖2.6 LED主波長隨溫度的變化</p><p>　　3 高效大功率LED驅(qū)動電路的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　3.1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

56、如圖3.1所示，主要由APFC（有源功率校正電路），DC-DC恒流變換電路，控制電路，保護電路和大功率LED負(fù)載等5部分組成。而交流電源為輸入全范圍的交流市電電壓，APFC（有源功率校正電路）主要用來提高LED驅(qū)動電源的功率因數(shù)，盡可能提高電源效率使其對電網(wǎng)的污染與干擾降到最低，同時緩解電源內(nèi)部元器件的電應(yīng)力。DC-DC恒流變換主要把電流變換成符合要求的電流輸出，給負(fù)載供電。而保護電路則反饋負(fù)載的信號由第、單片機程序控制電路出現(xiàn)的故障。

57、</p><p>　　圖3.1大功率LED驅(qū)動電路整體框圖</p><p>　　3.2交流電源輸入與濾波整流</p><p>　　這個部分為市電交流電輸入通過橋式整流電路進行整流而EMI濾波電路將不是本次畢業(yè)設(shè)計討論的部分故直接引用文獻[9]所敘述的電路。如下圖3.1所示。將50Hz的交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，以供后級功率因數(shù)校正電路FU為熔斷器。</p>

58、<p>　　圖3.1交流輸入與EMI濾波</p><p>　　3.3有源功率因數(shù)校正</p><p>　　現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展要求電器設(shè)備，既要小巧，又要高效，還要求輸入電壓具有更廣泛的通用性。一個完整的APFC包括全波整流和降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換，這種配置的APFC具有許多優(yōu)點：1、連續(xù)輸入電流；2、容易提高功率因數(shù)；當(dāng)輸入的電壓范圍變寬后，要維持同樣的高效率就變的困難了。因此，如

59、何消除和抑制諧波對公共電網(wǎng)的污染、提高功率因數(shù)已成為當(dāng)今國內(nèi)外電源研究的重要課題。</p><p>　　由可知，值由以下兩個因數(shù)決定，一是輸入基波電壓與輸入基波電流的相位差，二是輸入電流的波形畸變因數(shù)。</p><p>　　相控整流電路。對于常見相控整流電路，其基波電壓和基波電流的位移因數(shù)如下表3-1所示。</p><p>　　表3-1 常見相控整流電路基波電壓和基

60、波電流的位移因數(shù)</p><p>　　功率因數(shù)低的主要原因是基波電壓和基波電流的影響，即受可控硅控制角的影響，使電流滯后于電壓，。改善功率因數(shù)的措施，一般在負(fù)載端并聯(lián)一個性質(zhì)相反的電抗元件。若電網(wǎng)成感性，通常采用電容補償?shù)姆椒ā?lt;/p><p>　　3.3.1功率因數(shù)校正的基本原理</p><p>　　功率因數(shù)校正電路，基本上是一個AC/DC變換器。一個標(biāo)準(zhǔn)的變換器

61、利用脈沖波寬度調(diào)變器（PWM）來調(diào)整輸入功率的大小，以供應(yīng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載所需的功率，脈沖波寬度調(diào)變器控制切換開關(guān)（通常利用Power MOSFET來達成）將DC輸入電壓切成一串電壓脈沖波，隨后利用變壓器和快速二極管將其轉(zhuǎn)換成平滑的DC電壓輸出，這個輸出電壓隨即與一個參考電壓（這個電壓是電源供應(yīng)器應(yīng)該輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓值）作比較，所產(chǎn)生的電壓差回饋至PWM控制器，利用這個誤差電壓信號來改變脈沖波寬度的大小。如果輸出電壓過高，脈沖波寬度會減小，進而

62、使輸出電壓降低，以使輸出電壓恢復(fù)至正常輸出值。</p><p>　　PFC也是利用這個方法，但是加入了一個更先進的元件使得來自AC電源的電流是一個正弦波并且與AC電壓同相位，此時誤差電壓信號的調(diào)變是由AC電壓和輸出電壓的變化來控制的，最后誤差電壓信號回饋至PWM控制器。也就是說，當(dāng)AC電壓較高時PFC電路就從AC電源吸取較多的功率；反之，若AC電壓較低，則吸取較少的功率，如此可以減少AC電流的諧波產(chǎn)生。</

63、p><p>　　3.3.2 APFC電路工作的原理</p><p>　　APFC大都采用高頻APFC電路。該電路接在整流橋和變換器之間，其功率因數(shù)可達0.99以上；諧波電流分量小于10%；輸入電壓可以是90~270V，適應(yīng)范圍廣、輸出電壓穩(wěn)定、磁性元件體積小；但其電路復(fù)雜，大都采用集成電路控制。</p><p>　　APFC是抑制諧波電流、提高功率因數(shù)的有效方法，工作原

64、理如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 APFC工作原理圖</p><p>　　交流輸入電壓經(jīng)過全波整流后，再經(jīng)DC/DC變換，通過相應(yīng)的控制使輸入電流平均自動跟隨全波整流電壓基準(zhǔn)值，并保持輸出電壓穩(wěn)定。APFC電路有兩個反饋環(huán)節(jié)：輸入 電流環(huán)使DC/DC變換器輸入電流與全波整流電壓波形相同；輸出電壓環(huán)使DC/DC變換器輸出端為一個支流穩(wěn)壓源，在APFC電路中，DC/DC變換器使

65、輸入電流與輸入電壓都為全波整流波形，并且同相位[12]。</p><p>　　3.3.3 L6562控制芯片介紹</p><p>　　L6562芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖3.3。這是一種使用臨界模式的功率因數(shù)校正芯片。且具有以下幾個重要特點：</p><p>　　欠電壓遲滯鎖死；極小的啟動電流（典型值50uA，90uA即可保證正常啟動），簡易的啟動電路（僅需一個電阻），

66、非常低的功耗；內(nèi)部參考信號精度為1%；具有使能功能，可以關(guān)斷芯片，減少電路功耗；兩級過壓保護；內(nèi)置啟動器和零電流檢測電路用來運行臨界模式；內(nèi)置乘法器動態(tài)延續(xù)以適應(yīng)寬輸入電壓應(yīng)用，卓越的THD；電流檢測腳內(nèi)置RC濾波；高性能圖騰柱輸出，可以直接去的MOSFET或IGBT。L6562已經(jīng)最優(yōu)化，可以用來作為基于用來做為升、降壓拓?fù)潆娐返墓β室驍?shù)校正等；并且可借助電壓誤差放大器和+1% ~ -1%的內(nèi)部精密參考電壓，可控制PFC的DC輸出電壓

67、并使其高度穩(wěn)定。</p><p>　　L6562在其內(nèi)部乘法器單元中，嵌入了THD最優(yōu)化專門電路。該電路能處理AC輸入電壓過零附近積聚的能量，從而使橋式整流器滯后的高頻濾波器電容得以充分放電，減少交越失真，降低THD。結(jié)合高線性乘法器中的THD最優(yōu)化電路，L6562允許在誤差放大器反相輸入端INV管腳和COMP管腳之間連接RC串聯(lián)補償網(wǎng)絡(luò)，以減少誤差放大器輸出紋波和乘法器輸出的高次諧波。</p>&

68、lt;p>　　圖3.3 L6562芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.3.4 L6562引腳功能介紹</p><p>　　如下圖3.4為L6562的管腳排列圖，各個管腳功能如下：</p><p>　　1腳：INV，該引腳作為電壓誤差放大器的反相輸入端和輸出電壓過壓保護輸入端。PFC輸出電壓由分壓電阻分壓后送入該管腳。</p><p>

69、　　2腳：COMP，該管腳同時作為電壓誤差放大器的輸出端和芯片內(nèi)部乘法器的一個輸</p><p>　　入端，而反饋補償網(wǎng)絡(luò)接在該管腳和管腳INV之間，以完成電壓控制環(huán)路的穩(wěn)定性和保證有高的PF值與低的諧波失真（THD）。 </p><p>　　3腳：MULT，該引腳為芯片內(nèi)部乘法器的另一輸入端。該管腳通過分壓電阻分壓，連接到整流器整流電壓端，提供基準(zhǔn)的正弦電壓給電流環(huán)。</p>

70、<p>　　4腳：CS，該腳為芯片內(nèi)部PWM比較器的反相輸入端。MOSFET管電流流過取樣電阻，在電阻產(chǎn)生電壓降，該電壓與內(nèi)部的正弦電壓形成基準(zhǔn)信號，與乘法器比較來決定MOSFET的關(guān)閉。</p><p>　　5腳：ZCD，該管腳為電感電流過零檢測端。工作在臨界傳導(dǎo)模式，用負(fù)極性信號的后沿來觸發(fā)MOSFET的導(dǎo)通。</p><p>　　6腳：GND，該引腳為芯片地，芯片所有信

71、號都以該引腳為參考。</p><p>　　7腳：GD，為MOS管的驅(qū)動信號輸出引腳。即柵極驅(qū)動輸出，圖騰柱輸出能直接驅(qū)動MOSFET管或IGBT管，對源極峰值推動電流是600mA，吸收電流時是800mA。該管腳的驅(qū)動電壓被鉗制在12v左右，避免因Ucc電壓過高而使驅(qū)動電壓也升高。</p><p>　　8腳：Vcc，芯片電源引腳該引腳同時連接于啟動電路和電源電路，供電電壓在22V以下。<

72、;/p><p>　　圖3.4 L6562管腳排列</p><p>　　3.3.5 APFC校正電路</p><p>　　如圖3.5為L6562構(gòu)成的APFC的實際電路圖，圖中輸入的市電經(jīng)整流橋整流后變換為脈動直流，作為Buck拓?fù)潆娐返妮斎?。電容C1用來濾除電感電流中的高頻信號，降低輸入電流的諧波含量。圖中電阻R1和R2構(gòu)成了電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用來確定輸入電壓的波形和相位。

73、而電容C6用來濾除3號管腳的高頻干擾信號。Buck電路的電感L1的一個副邊繞組，第一個作用是通過電阻R8將電感電流過零信號傳遞到L6562芯片的5號管腳，第二個作用是作為芯片正常工作時的電源。而芯片的驅(qū)動信號通過電阻R5和R9鏈接到MOS管的門極端。電阻R11作為電感電流的檢測電阻，用來采樣電感電流的上升沿（MOS管的電流），該電阻一端接系統(tǒng)地，另一端接在MOS管的源極，同時經(jīng)電阻R10接到芯片管腳4腳。而電阻R6和R7構(gòu)成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)

74、，同時可以形成輸出電壓的負(fù)反饋回路。此外電容C5接于芯片的1管腳和2管腳之間，可以組成電壓環(huán)的補償網(wǎng)絡(luò)。而芯片電源由電阻R4，電容C3，二極管D5和穩(wěn)壓管D6組成。其中在設(shè)計時濾波二極管選用快恢復(fù)二極管（如1N4148）。</p><p>　　圖3.5有源功率因數(shù)校正電路</p><p>　　3.4輸出二次整流濾波電路 </p><p>　　3.4.1 輸出二次整流

75、濾波電路</p><p>　　如下圖3.6所示，為輸出二次整流濾波電路，圖中D9為整流二極管，因其輸出電壓比較高大約為30V，而輸出電流較低為0.6A，因此二級管的耐壓將是一個首要解決的問題，一般肖特基管的耐壓為150V左右，電流容量又太小，因此選用RGP20D超快速恢復(fù)二極管，電流是2A反向耐壓是200V。另外C10和C11是輸出濾波電容，但是卻壓注意兩個問題，耐壓要高于輸出電壓值，耐紋波的能力要能滿足輸出電流

76、的容量要求。然而對于LED驅(qū)動電源來講，要提高LED的使用壽命，很多人認(rèn)為只要是恒流供電就行，卻不知道恒流源中包含大量紋波電流對LED的使用壽命有很大的影響。且LED是電流器件，高的紋波電流會使LED產(chǎn)生較大的阻性功耗，使LED榮譽發(fā)熱我而降低使用壽命。故L5和C11將組成第二級濾波電路，來進一步減少輸出電流的高頻紋波。</p><p>　　圖3.6輸出二次整流濾波電路</p><p>　

77、　3.5輸出電壓、電流反饋取樣電路 </p><p>　　3.5.1 LM358介紹</p><p>　　LM358內(nèi)部包括兩個獨立的、高效益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，它的使用范圍包括傳感器放大器，直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。</p><p>　　特點：內(nèi)部頻率補償，直流

78、電壓增益高（約100dB），單位增益頻帶寬（約1MHz），電源電壓范圍寬：單電源（3~30V），雙電源（正負(fù)1.5V到正負(fù)15V），低功耗電流，適合于電池供電，低輸入偏流，低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。共模輸入電壓范圍寬，包括接地。差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。輸出電壓擺幅大（0至Vcc-1.5V）。</p><p>　　圖3.7為芯片結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3.7芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

79、</p><p>　　3.5.2 電壓、電流反饋取樣電路</p><p>　　如下圖3.8為電壓，電流反饋取樣電路圖。輸出電壓的反饋取樣原理，其中U1、TL1、R14、R16~R24組成了反饋電壓的取樣電路。而TL1的K與R直接短路的組成了精密的2.5V基準(zhǔn)電壓源，在通過R19送到U1的同相輸入端5管腳。而R16和R21直接從輸出端取樣組成分壓電路。C14和R17是放大器的反向輸入端與輸出

80、端的頻率補償網(wǎng)絡(luò)元件，調(diào)整它們的容、阻比例能調(diào)整放大的增益。</p><p>　　而其中穩(wěn)壓工作的過程為：如果輸出電壓隨輸入電壓的上升而上升或者是LED負(fù)載電壓下降而使輸出電壓上升，則U1的2管腳電壓也上升，從而從管腳7輸出高電平使APFC控制芯片的占空比下降，開關(guān)管的導(dǎo)通時間下降，進而控制輸出電壓的下降，使其達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。反之則恰好相反。</p><p>　　輸出恒流取樣反饋電

81、路工作原理：由U1、TL1、R23，R24、R14、D12組成了恒流控制電路。由TL1產(chǎn)生的2.5V基準(zhǔn)電壓通過R23和R24的再次分壓，而分壓后的電壓送到U1的反向輸入端3腳，而反向輸出端2管腳則直接連接到輸出地。因為R14是直接串接在輸出地回路中的，因此在R14上產(chǎn)生的電壓降就是輸出電流與該電阻的乘積，即；輸出電流在R14上產(chǎn)生左正右負(fù)的電壓降，該電壓與同向端電壓比較，如果同向端電壓大于反向端，則1管腳將輸出高電平，輸送給單片機，在

82、從單片機輸出信號控制使APFC控制芯片的占空比下降，進而控制輸出電流的降低，從而達到恒定輸出電流的作用。</p><p>　　圖3.8輸出電壓、電流反饋取樣電路</p><p><b>　　3.6保護電路介紹</b></p><p>　　LED驅(qū)動電路在的設(shè)計過程中，在實現(xiàn)具體功能的同時，為了使芯片在不超過其額定參數(shù)的狀態(tài)下工作，為確保其可靠性

83、，避免因過熱而損壞芯片，電路中常常需要附加保護電路。一般來說，保護電路通常有兩種形式：一種是過流保護電路，即當(dāng)流過開關(guān)管的峰值電流超過其額定電流值時，要設(shè)法限制開關(guān)管的峰值電流，從而保證開關(guān)管的平均電流不會超過其額定值，而開關(guān)管也不會因為過流而燒壞；另一種就是過熱保護，在電路中設(shè)計一個對溫度敏感的線性器件，通常這個器件設(shè)置于開關(guān)管的周圍，用以檢測開關(guān)管的溫度，當(dāng)開關(guān)管因為功耗過大而使溫度上升并超過額定的工作溫度范圍時，測溫器件就會啟動保

84、護電路使開關(guān)管的工作電流下降，從而限制開關(guān)管的功耗，使得開關(guān)管溫度可以逐漸下降，直到低于額定工作溫度某一個值時，溫度保護電路停止工作，電路又恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。通常測溫器件在版圖設(shè)計時緊靠開關(guān)管，這樣可以直接快速的感知開關(guān)管的溫度，因為開關(guān)管是芯片工作時功耗的主要產(chǎn)生源，限制其功耗的大小就可以有效的保證整個芯片工作在額定溫度范圍內(nèi)。</p><p>　　從保護功能上來說，過電流保護與過熱保護電路各有所長。如果芯片

85、的損壞是因為電流過載所致，對于過熱保護電路，如果在短時間內(nèi)存在大電流過載時，由于電路本身有一定的熱容量（它需要在電流過載時積累到一定數(shù)量的熱量才能工作），而且熱量傳遞也需要一定的延遲時間，過熱電路未能有所反應(yīng)，有時還未工作芯片就損壞了，而對于過流保護，因為具備瞬態(tài)的響應(yīng)能力，在每個周期限制住電流的峰值，就可以有效地實現(xiàn)保護。如果芯片的損壞是不是因為電流過載，而是因為芯片散熱條件差，環(huán)境溫度過高而導(dǎo)致芯片過熱損壞，則過流保護將無法起到保護

86、作用，而過熱保護此時卻能夠有效地工作，限定芯片的工作于額定溫度范圍之內(nèi)。所以，在電源類的集成電路設(shè)計中，通常都是同時采取這兩種保護模式，這樣基本就可以避免芯片因過熱而損壞了。</p><p>　　3.6.1溫度保護電路介紹</p><p>　　溫度保護電路工作通常是芯片長時間工作于接近極限電流的情況下時，內(nèi)部的功耗很大，芯片的溫度會急劇上升后開始保護電路。此外，散熱裝置效果不好，或者環(huán)境溫

87、度較高，都是有可能導(dǎo)致芯片的溫度上升到正常工作的極限溫度值。當(dāng)芯片溫度上升到預(yù)定的極限溫度時，開關(guān)管關(guān)斷，系統(tǒng)的電流和功耗變?yōu)榱悖^熱的芯片開始降溫。當(dāng)芯片溫度降低到低于極限溫度的某一溫度值時，開關(guān)管又重新導(dǎo)通，電路恢復(fù)正常工作狀態(tài)。如果前面導(dǎo)致溫度過高的情況沒有得到改變，那么芯片的溫度會再度的急劇升高，最終導(dǎo)致開關(guān)管的再一次關(guān)斷。那么上述過程將持續(xù)進行，直到芯片的工作環(huán)境得到改善。</p><p>　　3.6.

88、2過電流保護電路介紹</p><p>　　實際上過電流保護的有效措施就是限流。如果LED驅(qū)動器在工作的過程中，當(dāng)輸出負(fù)載過大，器件內(nèi)部元件或外部電路發(fā)生局部短路時，過流保護電路都可以限制流過開關(guān)管的電流，使其被控制在額定的范圍之內(nèi)。而過電流保護常用的保護方式是檢測流過開關(guān)管的電流，一般通過與開關(guān)管串聯(lián)一個小電阻或者利用開關(guān)管的柵源電壓來檢測，通過檢測出電阻的壓降或開關(guān)管的柵源電壓，然后與基準(zhǔn)電壓源相比較，如果壓降

89、高于基準(zhǔn)電壓源時，比較器的輸出電壓使開關(guān)管關(guān)閉，阻止電流進一步上升，保證電流不過超過其額定值。</p><p><b>　　4軟件部分設(shè)計</b></p><p>　　4.1單片機ATmega 16介紹</p><p><b>　　產(chǎn)品特性</b></p><p>　　? 高性能、低功耗的 8 位A

90、VR® 微處理器先進的RISC 結(jié)構(gòu)：</p><p>　　131 條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期</p><p>　　32個8 位通用工作寄存器</p><p><b>　　全靜態(tài)工作：</b></p><p>　　工作于16 MHz 時性能高達16 MIPS</p><p>

91、;　　只需兩個時鐘周期的硬件乘法器</p><p>　　? 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器</p><p>　　16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash</p><p>　　擦寫壽命: 10,000 次</p><p>　　具有獨立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū)</p><p>　　通過片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程</p

92、><p><b>　　真正的同時讀寫操作</b></p><p>　　512 字節(jié)的EEPROM</p><p>　　擦寫壽命: 100,000 次</p><p>　　1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM</p><p>　　可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密</p><p>　　?

93、 JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容)</p><p>　　符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能</p><p>　　支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能</p><p>　　通過JTAG 接口實現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程</p><p><b>　　? 外設(shè)特點</b></p>&

94、lt;p>　　兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8 位定時器/ 計數(shù)器</p><p>　　一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時器/ 計數(shù)器</p><p>　　具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC</p><p><b>　　四通道PWM</b></p><p><b>　　8路10 位ADC

95、</b></p><p><b>　　8個單端通道</b></p><p>　　TQFP 封裝的7 個差分通道</p><p>　　2個具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道</p><p><b>　　面向字節(jié)的兩線接口</b></p><p>

96、;　　兩個可編程的串行USART</p><p>　　可工作于主機/ 從機模式的SPI 串行接口</p><p>　　具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器</p><p><b>　　片內(nèi)模擬比較器</b></p><p>　　? 特殊的處理器特點</p><p>　　上電復(fù)位以及可編程的掉電檢

97、測</p><p>　　片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC 振蕩器</p><p><b>　　片內(nèi)/ 片外中斷源</b></p><p>　　6種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴展的Standby 模式</p><p>　　? I/O 和封裝：32 個可編程的I/O 口；40引

98、腳PDIP 封裝, 44 引腳TQFP 封裝, 與44 引腳MLF 封裝</p><p><b>　　? 工作電壓:</b></p><p>　　ATmega16：4.5 - 5.5V</p><p><b>　　? 速度等級</b></p><p>　　0 - 16 MHz ATmega16<

99、;/p><p>　　? ATmega16L 在1 MHz, 3V, 25°C 時的功耗</p><p>　　正常模式: 1.1 mA</p><p>　　空閑模式: 0.35 mA</p><p>　　掉電模式: < 1 μA</p><p>　　ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位

100、CMOS微控制器。但是由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，使ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得其中的一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16

101、有如下特點:16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個通用I/O 口線，32 個通用工作寄存器，具有用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，還有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可

102、編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件</p><p>　　如圖5.1為ATmega 16的引腳配置</p><p>　　圖5.1 ATmega 16引腳配置</p><p>　　其中ADC0作為輸入管腳，ICP1作為PWM信號輸出。</p><p>　　4.1.1快速PWM模式</p><p>

103、　　快速PWM 模式(WGM01:0 = 3) 可用來產(chǎn)生高頻的PWM 波形?？焖貾WM 模式與其他PWM模式的不同之處是其單斜坡工作方式。計數(shù)器從BOTTOM計到MAX，然后立即回到BOTTOM重新開始。對于普通的比較輸出模式，輸出比較引腳OC0在TCNT0與OCR0匹配時清零，在BOTTOM 時置位；對于反向比較輸出模式，OC0 的動作正好相反。由于使用了單斜坡模式，快速PWM 模式的工作頻率比使用雙斜坡的相位修正PWM 模式高一倍

104、。此高頻操作特性使得快速PWM 模式十分適合于功率調(diào)節(jié)，整流和DAC 應(yīng)用。高頻可以減小外部元器件( 電感，電容) 的物理尺寸，從而降低系統(tǒng)成本。工作于快速PWM 模式時，計數(shù)器的數(shù)值一直增加到MAX，然后在后面的一個時鐘周期清零。具體的時序圖為Figure 32。圖中柱狀的TCNT0 表示這是單邊斜坡操作。方框圖同時包含了普通的PWM 輸出以及反向PWM 輸出。TCNT0 斜坡上的短水平線表示OCR0和TCNT0 的比較匹配。<

105、/p><p>　　如圖5.2為快速PWM模式時序圖</p><p>　　圖5.2快速PWM模式時序圖</p><p>　　計時器數(shù)值達到MAX 時T/C 溢出標(biāo)志TOV0 置位。如果中斷使能，在中斷服務(wù)程序可以更新比較值。工作于快速PWM 模式時，比較單元可以在OC0 引腳上輸出PWM 波形。設(shè)置COM01:0為2 可以產(chǎn)生普通的PWM 信號；為3 則可以產(chǎn)生反向PWM

106、 波形( 參見P79Table 40)。要想在引腳上得到輸出信號還必須將OC0 的數(shù)據(jù)方向設(shè)置為輸出。產(chǎn)生PWM 波形的機理是OC0 寄存器在OCR0 與TCNT0 匹配時置位( 或清零)，以及在計數(shù)器清零( 從MAX變?yōu)锽OTTOM) 的那一個定時器時鐘周期清零( 或置位)。</p><p>　　輸出的PWM 頻率可以通過如下公式計算得到：</p><p><b>　　。<

107、;/b></p><p>　　變量N 代表分頻因子(1、 8、 64、 256 或1024)。OCR0寄存器為極限值時表示快速PWM模式的一些特殊情況。若OCR0等于BOTTOM，輸出為出現(xiàn)在第MAX+1 個定時器時鐘周期的窄脈沖； OCR0 為MAX 時，根據(jù)COM01:0的設(shè)定，輸出恒為高電平或低電平。通過設(shè)定OC0 在比較匹配時進行邏輯電平取反(COM01:0 = 1)，可以得到占空比為50%的周期信

108、號。OCR0 為0 時信號有最高頻率。這個特性類似于CTC 模式下的OC0 取反操作，不同之處在于快速PWM 模式具有雙緩沖。</p><p>　　4.1.2 ATmega16模數(shù)轉(zhuǎn)換介紹</p><p>　　ATmega16有一個10位的逐次逼近型ADC。ADC與一個8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自端口A 的8 路單端輸入電壓進行采樣。單端電壓輸入以0V (GND) 為基準(zhǔn)。器件支持