大功率照明LED驅(qū)動控制分析

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)

2、容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于不保密□。（請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論1.1選題背景挑戰(zhàn)我們駛向能源可持續(xù)發(fā)展道路的關(guān)鍵在于用對我們生活沒有負(fù)面影響的方式來消減能源消耗量，即節(jié)能。今天，大約12%的電力消耗用于照明應(yīng)用。白熾燈主要用作輕工業(yè)及家庭的照明，歷時已超過100年。然而白熾燈的流明每瓦效率很[1]低，導(dǎo)致高耗電量、高熱量的產(chǎn)生。熒光燈相對于白熾燈來說可以大幅度提高流

3、明[2]每瓦效率，但是它差的顯色性、不能接受的外形、啟動延時長等缺點(diǎn)也逐漸阻礙它的發(fā)展。一個令人興奮的新技術(shù)，緊湊型熒光燈（節(jié)能燈）已達(dá)到理想的外形，采用新型E27燈頭，具有高效且可與傳統(tǒng)白熾燈直接替換的優(yōu)點(diǎn)。但是它高的費(fèi)用和色彩不鮮艷等特點(diǎn)從一開始就放慢了它進(jìn)入市場的腳步。另一個重要問題，節(jié)能燈不盡人意的地方是燈內(nèi)的汞。汞的毒性是眾所周知的，這是一個長期存在的嚴(yán)重問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，作為顯示和裝飾燈使用的發(fā)光二極管（LED）用來作為一般[3~4]的照明應(yīng)用已經(jīng)越來越多，并且迅速發(fā)展起來。作為固態(tài)光源，LED光源的亮度一致性好，可控制，色彩鮮艷

4、逼真且一致性好，效率高，壽命長。據(jù)統(tǒng)計，若使用固體LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白熾燈和熒光燈照明，將節(jié)約全球照明能耗的50%以上，這無疑對能源的可持續(xù)性發(fā)展來說起著非常重要的作用。1.2LED介紹1.2.1LED的電氣特性LED的伏-安特性就是指流過LED芯片的電流隨施加在LED兩端的電壓的變化[5]而變化的特性，如圖1-1所示，LED正向電壓電流方程是：IIe=(1qVFkT?)(1-1)FSI為反向飽和電流；V為正向電壓；I為正向電流；T是熱力學(xué)溫度；k為玻SFF?23?19爾茲曼常數(shù)，kJ=×1.3810K；q為電子電荷量，qC=1.60210×。

5、從方程(1-1)和圖1-1我們可以看到，當(dāng)正向電壓V發(fā)生微小的變化時會導(dǎo)致正F1華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文向電流I發(fā)生很大的改變，而LED正向電流的變化會很大的影響相應(yīng)的照明效率。F因此，為了保證LED照明的亮度及效率，目前的大功率LED驅(qū)動器采用恒流源或脈沖直流電源驅(qū)動。從方程(1-1)也可以知道，當(dāng)芯片溫度升高，PN結(jié)的電流也將減小，結(jié)果就會導(dǎo)致照明效率的下降。圖1-1LED伏-安特性曲線1.2.2LED的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)[6]LED作為第四代新型光源，與傳統(tǒng)光源相比，具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：(1)LED與其它光源相比更環(huán)保。LED光譜中不含有紫外光和紅

6、外光；LED不含汞等有毒物質(zhì)。(2)LED使用壽命長。LED為固體光源，堅(jiān)固耐用，在較低的結(jié)溫下，LED的使用壽命通?？蛇_(dá)5萬~10萬小時，比傳統(tǒng)的白熾燈和節(jié)能燈壽命長的多。(3)反應(yīng)時間短。LED從通電到燈亮僅僅需要幾十納秒的時間，相比傳統(tǒng)的白熾燈幾百毫秒的啟動時間來說完全可以忽略了。(4)發(fā)光效率高。目前產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品已可達(dá)到100lm/w，研究水平160lm/w，目標(biāo)最高水平期望達(dá)200lm/w以上。(5)LED在直流電壓下工作，單只LED的工作電壓低，可以直接用電池供電，簡易方便，尤其適用于太陽能供電。雖然LED有這么多特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，但是它也有

7、不完美的地方。LED的視角比傳統(tǒng)白熾燈小，而且LED的電性能、光性能、熱性能等參數(shù)（即使同一生產(chǎn)批次）存在2華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文差異性，LED的各種參數(shù)都將隨著PN結(jié)溫度的改變而改變，溫度的升高將導(dǎo)致LED壽命的減少甚至LED直接燒壞。因此，LED散熱很重要。1.3大功率LED驅(qū)動研究現(xiàn)狀LED驅(qū)動器可以分為線性調(diào)整器和開關(guān)調(diào)整器。1.線性調(diào)整器用線性調(diào)整器驅(qū)動LED的電路圖如圖1-2所示。線性調(diào)整器的驅(qū)動電路比較簡單，很容易實(shí)現(xiàn)，沒有噪聲，也沒有電磁干擾（EMI）。但是線性調(diào)整器在原理上只能實(shí)現(xiàn)降壓驅(qū)動，而且線性調(diào)整器U1和電阻[7]R1上

8、有一定的壓降，消耗的一部分功率，造成驅(qū)動器效率很低。LED是電流驅(qū)動器件，其亮度正比于其正向電流。線性調(diào)整器是采用LEDV-I特性曲線來