驱动电源设计精选(九篇)

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第1篇：驱动电源设计范文

关键词：小功率LED；驱动电源；电路；变压器

1 引言

在全球“节能减排”大背景下，LED作为一种节能型新光源在城市景观、交通指示和公众广告等行业都有着相当广泛地应用。LED具有高效、长寿命、低功耗和安全等优点。LED光源与其他光源主要区别在于LED光源需要一个恒流源驱动电源。

2 方案比较选择

升压式有源功率因数校正方案具有输出电流纹波小、效率高、磁性元器件设计简单等优点。但电路结构复杂、成本较高不适于大批量生产。

反激式有源功率因数校正方案只需要一级就可以实现功率因数校正和输出恒压/恒流的要求。具有电路结构形式简单、成本低等优点。

临界模式在照明和其他低功率应用中很常见，成本低廉，设计简单，适合大批量生产。综合成本、生产性等因素，选用临界反激模式有源功率因素校正方案。

3 电路设计

该电源设计重点为变压器设计，驱动芯片为L6561。本文侧重介绍变压器理论推导和主要参数设计。主要参数包括：输入电压 ＝176VAC～264VAC，输出功率Po（max）＝17W，输出电流Io＝0.34A～0.36A，输出电压 ＝25VDC～50VDC，效率 ≥85%，功率因素PF≥0.95。

变压器设计需进行理论分析，理论分析中所涉及参数及其意义分别如下所示： 、 、 分别为初级、次级与辅助绕组匝数， 为匝比， 为输入功率， 为磁芯电感系数， 为输入电压有效值， 为初级电感量， 为初级电流有效值， 为初级电流峰峰值， 分别为开关管周期、导通时间和关断时间

……输出电压； ……驱动电源效率。

由功率与电压电流关系推导初级峰值电流：

4 变压器主要参数设计

（1）初级电感量设计

L6561芯片最小驱动频率 ,考虑到EMI设计要求，选取 ,综合考虑次级反射电压、初次级电流峰峰值等要求，取 =4， =170V， =51V。根据3.1推论的结论可知：

5实验结果

根据以上设计，制作了原理样机。常温时测试驱动电源参数，当=220VAC，Io=0.355A， =47.8V时，主要测试参数如下：PF≥0.967， ≥86.7%。

6 结论

第2篇：驱动电源设计范文

>> 一种大功率LED照明电源解决方案 大功率LED路灯驱动电源的设计 一种高转换效率高功率因素的大功率LED电源研究 大功率LED照明驱动以及智能调光的电路的研究设计 大功率LED照明驱动匹配方式研究 高功率因数大功率LED路灯驱动电源的设计 一种用于TR组件功放的大功率脉冲电源设计 一种新型大功率电源浪涌电流抑制电路的研究 一种大功率半导体激光器的电源及温控系统设计 一种新型大功率LED矿灯的探究 大功率太阳能LED路灯恒流驱动电源设计 大功率LED照明驱动电路的相关问题探讨 浅谈大功率LED照明优越性与LED节能的应用 大功率LED驱动器设计探讨 一种低成本的大功率光伏离网逆变器设计 大功率LED照明灯具的光学及散热技术的研究 100 lm/W照明用LED大功率芯片的产业化研究 大功率白光LED路灯发光板设计与驱动技术 基于RT8482的大功率LED驱动电路设计 关于大功率LED恒流驱动电路的研究 常见问题解答 当前所在位置：

关键词：驱动电源；功率因数校正；单端反激

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.2.008

第一作者简介： 周俊生， （1968 - ） 男， 广东饶平人， 硕士，工程师， 华南理工大学， 研究方向： 电子电路、电子工艺和焊接技术。

1 驱动电源整体结构

本文设计的大功率LED驱动电源采用两级结构。市电220V交流电经过整流滤波电路后，进入前级的有源功率因数校正（APFC）电路，输出稳定的直流后，通过后级的单端反激变换电路进行降压，实现稳态恒功率控制[1-2]，其结构框图如图1所示。

计算得到Co为102.9μF。

因电容器的电容量存在误差，还需要考虑降额使用。在此设计中降额20%，故选用标称值150μF、耐压值420V的电解电容。

2.3 功率MOSFET的选择

选择MOSFET的主要参考依据是导通电阻RDSon，针对功率因数校正技术的应用，开关管的耐压是由过压允许值以及输出电压决定的，它所能承受的最大电压出现在开关管的关断时刻，大约为电源额定直流的输出电压值[4]。在选用开关管时，它的耐压规格最好留出20%的电压裕量，因此本设计中采用的开关管源漏极承受电压为VDSS≥1.2V0=480V。流过MOSFET的最大平均电流为

电流检测比较器的反向输入端，通过L6561芯片的CS引脚，可检测流过电感的瞬间电流大小，并藉由外部检测电阻RS转换成电压值。一旦这个值达到了乘法器输的出极限值，PWM的栓锁就被重置、MOSFET就被关闭。在PWM栓锁还未被ZCD讯号设定之前，MOSFET都会在关闭的状态。感测电阻值RS的大小由下式计算：

管脚3是乘法器的第二个输入端；整流后的电压通过一个电阻分压网络连接到此引脚，以获得一个正弦波的参考电压信号[5]。乘法器可由以下关系描述：

3 单端反激恒流电路

本设计采用单端反激式变换器，使用On-Bright（昂宝）公司OB2269芯片[6]。反激式变换器电路的原理图设计如图4所示。

3.1 变压器的设计

设计反激式变压器，就是要让反激式开关电源工作在一个合理工作点，使其发热量尽量少[7-8]。

求得NS=8.29，取9匝。两个辅助绕组，一个用于输出端恒流芯片供电，一个用于去磁检测，取两个辅助绕组的输出电压为15V，其匝数均为：NA=15×Ns/（Vo+VF）。计算NA=3.69，取4匝。

变压器绕制，初级线圈采用0.4mm漆包线，次级绕组及两个辅助绕组采用0.3mm漆包线，为降低集肤效应影响，都采用3股并绕法。绕线占用窗口面积为20.19mm2，小于PQ3230型铁氧体磁芯的窗口面积，因此线圈绕制合理。变压器需开气隙为：Ig=4π×10-7？Np？Ag/Lp=0.34mm。3.2 开关管的选择

开关管承受最大电压有PFC输入电压、原边感应电压和开关管关断时初级线圈冲击电压，电压之和约为638V。开关管开通延迟与关断延迟时间都要尽可能短，以提高开关速度，避免造成无谓损耗。考虑裕量和开关管损耗，在此选用Infineon公司的20N60S5。

3.3 恒流限压控制电路的设计

限压控制方面，选用德州仪器公司生产的三端可调分流基准源TL431A。在应用中要选择传输系数和耐压较高的光电耦合器，选用型号为PC817的光耦器。另外需通过R16、R17、R18对TL431A进行分压，分别取R16=3kΩ、R17=100kΩ、R18=39kΩ，计算能得到稳定时V1=36V，符合条件。恒流控制方面，选用型号为LM358的运算放大器。

4 实验测试数据及分析

在完成电路调试和驱动电源的制作后，采用功率电阻模拟负载的方式，对电源样机的实际工作情况进行了实验测试。电源在不同输入电压条件下负载工作时所测得的数据如表1所示。从表中数据可以看出，在100到240V的宽输入电压范围内，输出电流均保持在3A左右，达到恒流输出的效果。

电源在不同负载条件下工作时所测得的数据如表2所示。数据表明，电源效率及功率因数随负载增加而上升。在满负载的情况下，驱动电源样机的功率因数达到96.9%，效率能达到86.75%，基本符合大功率LED照明系统对驱动电源的要求。

5 结论

本文从功率因数校正和变换器及其拓扑结构上进行了讨论分析，设计出一款有源功率因素校正的单端反激变换大功率LED驱动电源，通过测试驱动电源的功率因数和效率，给出实验结果并进行分析，验证本文所述理论的正确性。

参考文献：

[1] 周志敏， 周纪海， 纪爱华. LED驱动电路设计与应用[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2006.

[2] 公文礼. 大功率LED灯具电源驱动的分析与研究[J]. 灯与照明， 2009， 33（4）： 29-33.

[3] 刘祖明. LED照明驱动器设计案例精解[M]. 北京： 化学工业出版社， 2011.

[4] 平立. LED驱动电源在设计应用中容易忽视的技术问题及检验方法[J]. 民营科技， 2010， 5： 44.

[5] 刘彬. LED恒流驱动电源的研究与设计[D]. 北京： 北京交通大学， 2009.

[6] 梁健锋.大功率LED照明系统及其驱动电源设计[D]. 广州： 华南理工大学， 2011.

第3篇：驱动电源设计范文

关键词： TM模式；PFC控制器；高压谐振控制器；LLC半桥谐振

中图分类号：TM571文献标识码：A

HB-LED Drive Power Design Based on "PFC+LLC+VC, CC" Topology Structures

LI Zi-jing, LI Wen-fang, CHEN Jia-yi, LI Hai-xia

(Electronic Information Engineering, Huanghe Science & Technology College, Zhengzhou Henan 450006, China)

Abstract: HB-LED (150W) Drive power based on "PFC+LLC+VC, CC" topology structures is designed, which use LLC half-bridge resonance circuit composed by TM mode PFC controller L6563H and High-pressure resonant controller L6599, realizing Zero voltage switching (ZVS) of main power tube and zero current switching of Rectifier diode under Full voltage range and full load condition, meanwhile, it use constant voltage (CV) and constant current (CC) circuit to improve efficiency and power factor of HB-LED drive power.

Keywords: TM mode; PFC controller; High-pressure resonant controller; LLC half-bridge resonance

引 言

目前，LED因其具有节能、环保、寿命长、光效高等优点，在照明领域得到广泛应用[1]，但却没有得到普及的关键难题有：

（1） 驱动电源效率不够高，功率因数还不理想；

（2） 价格偏高，驱动电路复杂，可靠性低。控制驱动电源不稳定是导致LED寿命降低的主要原因。

因此，LED驱动电路设计是推广普及LED亟待解决的问题[2]。

1拓扑结构的确定

HB-LED驱动电路的选择要既能满足较高功率因数和转换效率的需求，又能降低成本。本设计采取了“PFC+半桥LLC谐振+肖特级整流+恒流恒压”整机拓扑结构设计，如图1所示，交流输入电压范围为85～265V，频率为47～63Hz。采用意法半导体ST公司推出的一种过渡模式（TM）电流型PFC（Power Factor Correction）控制器L6563H和高压谐振控制器L6599提高功率因数和电源转换效率，有效解决了驱动电路技术难题。

1.1输入回路

输入电路主要考虑电磁干扰，电磁干扰属于射频干扰（RFI），传导噪声频谱大约为10～30MHz，最高达150MHz，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性（EMC）的要求，对串模干扰和共模干扰都有抑制作用，基本电路如图2所示。

C1、C2采用薄膜电容，容量范围为0.01～0.47μF/275V AC，主要抑制串模干扰。C3、C4中点接地，抑制共模干扰，容量为2,200PF～0.1μF/275V AC。电感L额定电流为1A，电感量为8～23mH，称为共模扼流圈，可以有效抑制共模干扰，适当增加电感量，可改善低频衰减特性。

1.2PFC功率因数校正

由于桥式整流、电容滤波电路处理后电源输入端电流为不连续的尖峰脉冲，高次谐波丰富，谐波总含量大，为了减小对供电系统的污染，降低功率损耗，抑制输入电路的畸变，必须采取功率因数校正。

PFC功率因数校正部分采用ST公司的过渡模式电流型PFC控制器L6563H[3]。过渡模式是介于不连续导电模式（DCM）与连续导电模式（CCM）之间的一类PFC，适用于500W尤其是在250W以下。

图3所示为L6563H的引脚图，它是同类PFC控制器中最先进的一种，符合IEC61000-3-2规范的开关电流功率因数校正。其主要性能有：

（1） 除了含有标准TM-PFC控制器的基本电路外，还含有输入电压前馈（I/V2校正）、跟踪升压、遥控开关控制、DC-DC变换器、PWM控制、IC接口及保护电路等单元；

（2） 具有完善的保护功能，L6563H内部误差放大器设置静态OVP和动态OVP比较器，提供反馈失效保护（FFP），一旦FFP功能被触发，IC立即关闭；

（3） 为下游DC-DC变换器提供了接口，便于级联L6599配合应用。

1.3LLC半桥谐振功率变换电路

为了提高电流的转换效率，采用高频“软开关技术”[4]，通过在开关电路中引入缓冲电感和电容，利用LLC串并联谐振使得开关器件中的电流或两端电压按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时使器件关断，当电压下降到零时使器件开通，即零电流开关（ZCS）和零电压开关（ZVS），在开关过渡过程中减少开关的压力而使储存的电磁能量增大，有利于提高变换器的开关频率和效率。

LLC半桥谐振变换器选用ST公司生产的高压谐振控制器L6599[5]，图4所示为它的引脚图，它是适用于串联半桥拓扑设计的双终端控制芯片，可直接连接功率因数校正器，具有轻负载突发模式，可提高轻载时变换器的转换效率，设置两级过流保护OCP、欠压保护、过压保护OVP、过热保护OTP等。

LLC半桥谐振变换器电路原理如图5所示。

两个占空比为0.5的互补驱动开关管VT1、VT2构成半桥结构，谐振电感Lr和变压器的漏感Lm构成LLC谐振网络，变压器次级由整流二极管D3～D6构成全波整流电路。半桥LLC变换器有两个谐振频率，当变压器初级电压被输出电压箝位时，即次级负载映射期间，Lm不参加谐振，Lr和Cr产生的串联谐振频率为fr；当变压器不向次级传递能量时，即次级负载断开期间，Lm电压不被箝位，Lm、Lr、Cr共同参加谐振，构成谐振频率fm，所以

变换器工作在fm< fsim，能量通过变压器传递到副边；二是续流阶段，ir=im，原边停止向副边传递能量，Lr、Lm和Cr发生谐振，整个谐振回路感抗较大，变压器原边电流以相对较慢的速度下降。通过合理设计可以使变压器原边VT1和VT2 MOS管零电压开启，副边整流二极管在ir=im时电流降至零，实现零电流关断，降低开关损耗，所以变压器工作在fm< fs

1.4L358与TL431构成的恒压、恒流控制电路

由LM358放大器与精密电压调整器TL431构成恒压（CV）、恒流（CC）控制电路，如图6所示。

由LM358放大器和精密电压调整器TL431构成的恒压、恒流控制电路，变压绕组N2感应电压经D14、D15、C32、C33、C34组成电容滤波电路，输出直流电压+48V。

恒压电路工作原理：LM358为IC3（IC3内包括两个放大器IC3A、IC3B），IC3A、R49、R48、D17、R53、C37、R51、PC817组成电压控制环路。U5（TL431）是精密的电压调整器，阴极K与控制极直接短路构成精密的2.5V基准电压，R50是U5的限流电阻。2.5V基准电压由R52送到IC3A同相输入端3，而反相输入端2脚由R49、R48的分压比来设定。若输出电压上升，R48电压上升，该电压与同相输入端2.5V基准电压比较，1脚输出误差信号，再经过R53和D17变成电流信号，流入光耦LED中，进而经过R27通过反馈控制网络控制L6599 4脚，从而改变L6599 3脚上电容CF的放电频率，进而实现频率的改变。RFmin确定谐振器的最小工作频率，当输出电压小于等于额定电压时，变换器工作在固定的最小开关频率。

恒定电流工作原理：由IC3B、R47取样电阻、R54、U5、R57、C35、R59、R60组成电流控制环路。R47是输出电流取样电阻，输出电流在R47上产生（U=R47×Iout）的电压降。该直流电压直接接到IC3B反相输入端6，而2.5V基准电压则由R59、R60组成分压电路，再将分压电压送到同相输入端5，输出电压在R47上的电压与该分压电压进行比较。7脚输出误差信号，再经过R58和D16变成电流信号，改变光耦LED中的电流，进而通过反馈控制网络控制PWM输出占空比，使输出特性呈现恒流特性。R51、C37和R57、C35分别是IC1A、IC1B的相位补偿元件。

采用由放大器组成的恒压、恒流控制电路[6]，可实现很高的恒压与恒流程度，由于R47阻值比较小，对电路转换效率基本无影响。

2PFC+LLC+CV、CC拓扑结构的特点

（1） 较高功率因数和较小的THD总谐波失真

经试验测试，采用ST最先进的一种功率因数校正器L6563H，不但功率因数满足IEC规定要求，而且总谐波失真（THD）小于5%，具有电压前馈，可以补偿增益随AC线路电压变化，从而使PFC预调器输出不会产生过冲。

（2） 转换效率高

采用高压谐振器L6599组成的LLC半桥谐振电路，实现电流开关ZCS和零电压开关ZVS，有利于提高变换器的开关频率和效率。由于采用轻负载突发模式操作，降低在轻载或无负载下的平均频率和相关损耗。

（3） 较高的电压、电流稳定性和完美的保护功能，增加了驱动电源的可靠性。

采用LM358+CV+CC恒压、恒流控制回路，提高稳定性。采用L6599具有两级过流保护OCP、欠压保护UCVP、过热保护OTP、过压保护OVP，提高可靠性。

3结论

基于PFC+LLC+CV+CC构成的150W LED驱动电源电路原理，利用过渡模式TM-PFC控制器L6563H和高压谐振控制器L6599组成LLC半桥谐振，并由LM358放大器与精密电源TL431构成恒压、恒流电路，通过调试一台150W输出电压48V、电流3.125A的样机，实验测试结果显示，功率因数大于0.97，转换效率为0.90，总谐波失真（TDH）小于5%。电路集成度高，元件少，适合中小功率驱动电源电路。

参考文献

[1] 杨清德，康娅.LED工程及其应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2007.

[2] Yang qi, Wei bing. Wind and Solar Power System Design and Analysis of the Independent[J]. Shanxi Electric Power, 2009, (1): 23-25.

[3] 马存云，过渡模式（TM）PFC控制器L6563及其应用电路[J]. 电子元器件应用，2007，9（1）：4-7.

[4] 张振银，秦会斌等. 基于LLC的半桥谐振变换器设计[J]. 电子器件，2010，33（5）：587-590.

[5] 沈萍. 基于L6599的串并联谐振变换器的设计[J]. 电源技术应用，2010，13（6）：17-22.

第4篇：驱动电源设计范文

此次活动由晋江市人民政府主办，东石镇人民政府、晋江市安监局承办。省安监局副局长裘松樵、省安监局处长张春华、泉州市安监局局长洪顺昌、省安科院院长林述书、晋江市副市长王茂泉、晋江市政府办系统党委书记王宏华、晋江市东石镇镇长黄少伟、晋江市安监局局长黄思强等有关领导，以及21个镇（街道）的分管领导和安办主任、34个村（社区）代表及44家企业代表也参加了启动仪式。

下午4时，启动仪式正式开始。仪式由晋江市安监局局长黄思强主持，东石镇第二社区、晋江市华懋电镀集控区开发管理有限公司就创建安全社区、安全园区活动表态发言。晋江市副市长王茂泉作重要讲话，指出：“要大力倡导‘安全、健康、和谐’的理念，坚持‘安全第一、预防为主、综合治理’的方针，立足‘安全服务、持续改进’的原则，以创建安全社区、安全园区为载体，加强领导，明确目标，落实责任，强化配合，全面提升基层安全管理水平，夯实基层安全条件，为促进全市安全形势持续稳定做出积极的贡献。”

“现在，我宣布：晋江市东石镇安全社区、华懋电镀集控区安全园区创建活动正式启动！”王茂泉副市长话音刚落，省、市等有关领导启动推杆，彩带满天飞舞，现场气氛达到了。

现场的活动正式拉开了序幕。现场有以“科学发展、安全发展”为主题的安全文化长廊，有以“安全生产进园区”为主题的现场咨询活动，有安全生产谜语竞猜及游园等各类活动。现场活动吸引了大批企业职工的积极参与，一定程度上加强了企业职工的安全生产意识、安全文化和园区环境建设。

第5篇：驱动电源设计范文

【关键词】光纤电流传感器；SLD光源；温度控制；恒流驱动

1.SLD光源简介

SLD光源（Super Luminescent Diode）能在宽谱范围自发辐射光子，再受激放大产生激光，和一般的带宽光源比，它具有功率高、光谱宽、体积小、重量轻的特点。其辐射特性具备了半导体激光器和半导体发光二极管的优点，具有较短的时间相干性和较长的空间相干性，能有效的耦合进单模光纤。如今SLD光源广泛应用于光纤传感、光纤通讯、临床医学等。但由于其功率稳定性和光谱稳定性易受光源管芯温度以及驱动电流影响，因此我们需要针对光源进行温度控电路以及恒流驱动电路的设计。

本文所用的SLD光源主要有3个部分组成：发光管芯、热敏电阻、半导体致冷器（TEC）其中发光管芯发出光，是光源的最主要部分；热敏电阻通过其阻值变化来反应温度，从而起到温度探测器的作用；而TEC在相应的驱动电流作用下发热或者制冷，从而控制和稳定光源管芯的温度。

2.温度控制电路设计

如上文所言，我们所使用的是热电致冷器（Thermoelectric Cooler，TEC）。TEC是利用帕帖尔效应制成的，所谓帕提尔效应是指电流流过由两种不同的材料制成的半导体电偶时，一端吸热一端放热的现象。在实际电路中，可以通过控制流经TEC的电流方向而使TEC加热或者制冷从而对目标器件进行温控。

本文所使用的温度探测器种类是热敏电阻，其阻值会随着温度的变化发生明显的改变，我们可以用Steinhart-Hart方程来描述其阻值随着温度改变而发生改变的情况。

（上面即为Steinhat-Hart方程，其中R为热敏电阻在某温度下的阻值，单位为欧姆，A、B、C为热敏电阻的Steinhart-Hart系数，T为该对应温度，单位为摄氏度。）

我们实际所用电路工作流程如下，首先我们设定一个高精度设置点电压，然后调节温度控制器输出给热敏电阻一个高精度恒流，则该热敏电阻上的电压反映光源管芯的温度，当实际温度不等于设置点温度时，也就是设置点电压和实际工作温度电压不同时，则电压差值会通过比例积分微分电路（Proportion Integrator Differentiator，PID，该电路位于控制器内部）调节后最终使温度控制器输出给TEC一个驱动电流，该电流方向与上述电压差正负情况相关，从而使TEC制冷或者加热，最终使光源管芯的实际温度电压达到设置点电压，也就是实际温度达到设置点温度，从而完成我们的温度控制目的。

3.恒流驱动电路设计

因恒流电路的设计思路和基本调节原理和温控电路类似，这里不再赘述。我们所使用的恒流源具有体积小、稳定性高、精度高、方面调节的优点，同时在其内部也有比较完备的防过载保护电路，能够保证SLD在工作时的安全性。使用时直接按照相关说明把该恒流源接入电流并调节输出电流大小即可。

4.实验数据分析

利用上面所示电路驱动我们的8脚的中心波长1310nmSLED光源，经过将近20分钟，待温度基本稳定以后，使用采集卡采集相关数据。由于采集卡的频率是1000Hz，所以在计算时我们每取1000个点求一次平均，最终处理的结果如下。

4.1 温度控制电路

如图2所示，以某次将近50分钟的测试情况来看，温度基本在33.9℃附近。经过计算，我们最终得出的温度稳定度为：0.1968℃，符合我们的0.2℃的指标。多次重复实验后，结果与此类似，稳定度都在0.2℃以内。

4.2 恒流驱动电路

如图3所示，经过将近50分钟的测试，输出电流在123.4mA左右。进一步计算得出电路稳定度为0.01438%，符合我们0.02%的指标。同样经过多次实验，结果也均类似，均未超过0.02%。

5.结论

我们对所设计的SLD光源驱动电路进行了一系列的测试，结果表明，温度控制电路和恒流驱电路动具有较高的稳定性，同时结合光谱仪的相关测试结果，表明上述电路能够保证光的输出功率稳定和光谱稳定。

参考文献

[1]裴雅鹏，杨军.SLD光源驱动电路的设计与实验研究[J]光学仪器，2005，12：58-61

[2]李清东，鲁军，刘军.光纤陀螺用SLD光源的控制方法研究[J].光学仪器，2011，8：70-73

第6篇：驱动电源设计范文

关键词：污染源；排放过程；自动监控系统；设计

中图分类号：S276文献标识码： A

一、概述

1、背景

重点污染源自动监控系统建设和应用是推进污染减排的重要举措，为加强重点污染源减排监管，深化污染源自动监控建设和应用，提高污染源自动监控系统的准确性和可信度，引入工业过程监控技术于污染源监管工作中，作为污染源自动监控系统建设的补充，是今后我区污染源自动监控系统建设的主要内容之一。

为全面提高环境监督管理水平，实现由“点末端监控”向“全过程监控”转变的整体部署，环境保护部了《关于印发2012年中央财政主要污染物减排专项资金项目建设方案的通知》和《污染源排放过程（工况）自动监控试点项目建设方案》，部署开展污染源排放过程（工况）自动监控试点工作。为贯彻落实国家有关要求，全面掌握重点监控企业污染物排放、污染防治设施运行、自动监控数据的真实性，我区计划选定13家重点监控企业作为污染源排放过程（工况）自动监控试点企业，进行污染源排放过程（工况）监控系统建设，实现由“点末端监控”向“全过程监控”的转变，探索实现污染治理设施实时监控、报警预警、数据查询、工况核定、智能分析、报表统计等功能，为污染物排放总量核定、环境执法、环境管理提供科学的依据。

污染源排放过程（工况）自动监控通过对工业污染源生产设施、污染治理设施进行实时、连续的跟踪监测，在不影响相关设备正常运行的前提下，采集污染源企业生产设施、污染治理设施的工艺参数和电器参数等关键参数，结合企业生产工艺原理和末端污染物排放监测数据，全面监测企业的生产设施和治理设施的运行、污染物治理效果和排放量情况，有效判断污染物排放监控数据的真实性和准确性，为污染源自动监控数据在总量核定、排污申报收费、排污权交易等环境监督管理应用中提供依据。

2、设计目标

依托物联网等技术，建立功能完备、技术先进、符合标准的自治区污染源排放过程（工况）监控系统中心平台，采集排污单位污染治理设施（工艺）运行参数及污染物产生过程参数，建立其与污染源排放数据的相关关系，探索和积累污染源排放过程（工况）监控建设和运行管理经验，推动污染源自动监控从“点末端监控”向“全过程监控”的扩展应用，实现对自治区排放过程监控试点企业的污染治理设施运行状态的全天候监控及统计分析工作。

3、设计内容

本次设计计划选取十三家总装机容量30万千瓦以上燃煤火电厂作为试点单位（详见表一），安装过程（工况）自动监控设备，采用OPC间接获取和信号分离、电流互感等直接获取相结合的方式，将过程（工况）监控数据实时传输到现场端过程监控系统工控机中以实现各项软件功能，同时通过过程（工况）监控系统配套的数据传输设备，将过程（工况）监控数据实时传输到自治区污染物监控中心污染源过程（工况）监控平台，利用污染源排放过程（工况）监控平台应用软件功能实现对末端在线监控数据和过程（工况）数据的综合分析，核定企业污染治理设施的运行状态，判定污染源的真实排放情况。

二、总体技术方案

1、系统总体架构

污染源排放过程（工况）自动监控系统软件结构分为四层：采集层、网络层、数据层及应用层。

采集层位于工况前端（电厂侧），由相关硬件和软件两部分组成，主要负责工况数据的采集、存储和转发。电厂侧每个采集单元主要负责采集各类控制系统（机组DCS系统、脱硫DCS系统、脱硫PLC系统、烟气CEMS系统等）中的相关参数，并通过隔离器、采集交换机存储到前端工况数据库服务器中。

网络层位于工况前端（电厂侧）与自治区污染物监控中心之间，由网络通信模块（包括VPN环保专网光纤、数据采集传输软件）组成。主要负责工况前端所有过程数据、监测数据、生产数据发送和自治区污染物监控中心的数据接收。

数据层位于自治区污染物监控中心，由实时工况数据库和分析数据库组成，主要负责工况数据的统一存储。自治区污染物监控中心侧主要负责汇总各电厂的工况数据，并由分析统计平台对工况数据做分析及统计，最终提供给应用模块使用及展示。自治区污染物监控中心侧主要设备为两台服务器，工况过程数据库服务器及WEB应用服务器，并接入目前自治区污染物监控中心既有业务网络中。

应用层位于自治区污染物监控中心，为最终用户提供一系列的功能模块，包括实时工况监控，工况数据分析，统计和环保执法、排污收费、总量核算等数据

应用。其中系统总体架构如下：

2、系统网络拓扑

从地理位置上来划分，设计中过程（工况）自动监控系统由现场端和中心端组成。现场端和中心端通过3G无线或者VPN环保专网方式实现数据传输和远程设置。

现场端负责从污染源控制系统等实时采集各项监控数据，实现传输与现场应用等功能，过程（工况）数据在本地存储并转发至中心端。

中心端负责接收现场端传输的各项数据，实现所有工况数据的统一存储、分析和展示等功能。

本项目在网络结构上分为两个区域：现场数据采集网络和自治区污染物监控与信息中心网络。

网络结构示意图如下：

其中：

现场区域每个采集单元主要负责采集各类控制系统（单元机组DCS系统、脱硫DCS系统）中的环保相关参数，并通过工况安全网闸、工况通讯单元存储到工况存储单元中。

自治区污染物监控中心主要负责汇总各企业的工况数据，并由分析统计平台对工况数据做分析及统计，最终提供给应用模块使用及展示。

3、过程监控因子

3.1、石灰石－石膏湿法脱硫工艺

3.2、液氨法SCR脱硝工艺

4、工况在线监测中心平台

1、系统数据结构

工况在线监测系统按照分布式多级数据库的方式设计，数据库分为三个层次：前端工况过程数据库层、中心工况过程数据库层、中心工况应用数据库层。

前端工况数据库层是由布置在各企业工况现场的前端工况数据库组成，它是分布式过程数据数据库的基础层，前端工况数据库的作用是在前端将全厂的工况数据做汇总。

中心端工况过程数据库层由两个工况过程数据库组成，它们分别是：原始库和分析库。原始库主要是存储、汇总与前端工况数据库一致的工况过程数据，。分析库主要是将原始库中的数据依据一定的标准化规则转换成工况分析所需要的数据。

中心工况应用数据库层由通用关系型数据库来承担，主要是存储中心工况过程数据库（分析库）中的统计数据，包括各参数的总量统计、分析结果的统计等。同时也用于工况应用模块其它功能的业务数据存储。

2、中心工况过程数据

中心工况过程数据库采用与前端原理相同的工况过程数据库，但其规模要求更大、性能也要更高、同时还要具备更加丰富的应用功能接口。

3、工况应用功能

在工况数据中心、工况验证分析平台、工况数据统计平台这三个基础平台的支撑下，能够实现对工况数据的深入应用，主要应用包括：工况总览、实时工况、报警、工况核定、总量核算、数据审核、企业交互等功能。

参考文献如下：

1胡立元.污染源自动监控系统建设与应用体验[J].北方环境,2011

第7篇：驱动电源设计范文

关键词： ARM； 压电陶瓷； 驱动电源； PI控制器

中图分类号： TN911?34； TP368.1 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）14?0166?05

High?resolution piezoelectric ceramic actuator power supply based on ARM

GE Chuan， LI Peng?zhi， ZHANG Ming?chao， YAN Feng

（State Key Laboratory of Applied Optics， Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， CAS， Changchun 130033， China）

Abstract： According to the requirement of the micro piezoelectric actuator for driving power supply， a piezoelectric actuator power supply system was designed. In this paper， the digital circuit and analog circuit in the power supply system were described in detail. The accuracy and the stability of the actuator power supply were analyzed and improved. Finally， the performance of the power supply was verified in experiment. The experimental results indicate that the output voltage noise of the designed power supply is lower than 0.43 mV， the maximum nonlinear output error is less than 0.024%， and the resolution can reach 1.44 mV， which can meet the requirement of static positioning control in the high resolution micro?displacement system.

Keywords： ARM； piezoelectric ceramic； driving power supply； PI controller

0 引 言

压电陶瓷驱动器（PZT）是微位移平台的核心，其主要原理是利用压电陶瓷的逆压电效应产生形变，从而驱动执行元件发生微位移。压电陶瓷驱动器具有分辨率高、响应频率快、推力大和体积小等优点，在航空航天、机器人、微机电系统、精密加工以及生物工程等领域中得到了广泛的应用[1?3]。然而压电陶瓷驱动器的应用离不开性能良好的压电陶瓷驱动电源。要实现纳米级定位的应用，压电陶瓷驱动电源的输出电压需要在一定范围内连续可调，同时电压分辨率需要达到毫伏级。因此压电陶瓷驱动电源技术已成为压电微位移平台中的关键技术[3]。

1 压电驱动电源的系统结构

1.1 压电驱动电源的分类

随着压电陶瓷微位移定位技术的发展，各种专用于压电陶瓷微位移机构的驱动电源应运而生。目前驱动电源的形式主要有电荷控制式和直流放大式两种。电荷控制式驱动电源存在零点漂移，低频特性差的特点限制其应用[4]。而直流放大式驱动电源具有静态性能好、集成度高、结构简单等特点，因而本文的设计原理采用直流放大式压电驱动电源。直流放大式电源的原理如图1所示。

图1 直流放大式压电驱动电源原理

1.2 直流放大式压电驱动电源的系统结构

驱动电源电路主要由微处理器、D/A转换电路和线性放大电路组成。通过微处理器控制D/A产生高精度、连续可调的直流电压（0～10 V），通过放大电路对D/A输出的直流电压做线性放大和功率放大从而控制PZT驱动精密定位平台。

该设计中采用LPC2131作为微处理器，用于产生控制信号及波形；采用18位电压输出DA芯片AD5781作为D/A转换电路的主芯片，产生连续可调的直流低压信号；采用APEX公司的功率放大器PA78作为功率放大器件，输出0～100 V的高压信号从而驱动PZT。为实现高分辨率压电驱动器的应用，压电驱动电源分辨率的设计指标达到1 mV量级。

2 基于ARM的低压电路设计

2.1 ARM控制器简介

压电陶瓷驱动电源中ARM控制器主要提供两方面功能：作为通信设备提供通用的输入/输出接口；作为控制器运行相关控制算法以及产生控制信号或波形实现PZT的静态定位操作。针对如上需求，本设计采用LPC2131作为主控制器[5]，LPC2131是Philips公司生产的基于支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI?S?CPU的微控制器，主频可达到60 MHz；LPC2131内部具有8 KB片内静态RAM和32 KB嵌入的高速FLASH存储器；具有两个通用UART接口、I2C接口和一个SPI接口。由于LPC2131具有较高的数据处理能力和丰富的接口资源使其能够作为压电驱动电源的控制芯片。

2.2 D/A电路设计

由于压电驱动电源要求输出电压范围为0～100 V，分辨率达到毫伏级，所以D/A的分辨率需达到亚毫伏级。本设计采用AD5781作为D/A器件。AD5781是一款SPI接口的18位高精度转换器，输出电压范围-10～10 V，提供±0.5 LSB INL，±0.5 LSB DNL和7.5 nV/噪声频谱密度。另外，AD5781还具有极低的温漂（0.05 ppm/℃）特性。因此，该D/A转换器芯片特别适合于精密模拟数据的获取与控制。D/A电路设计如图2所示。

在硬件电路设计中，由于AD5781采用的精密架构，要求强制检测缓冲其电压基准输入，确保达到规定的线性度。因此选择用于缓冲基准输入的放大器应具有低噪声、低温漂和低输入偏置电流特性。这里选用AD8676，AD8676是一款超精密、36 V、2.8 nV/双通道运算放大器，具有0.6 μV/℃低失调漂移和2 nA输入偏置电流，因而能为AD5781提供精密电压基准。通过下拉电阻将AD5781的CLR和LDAC引脚电平拉低，用于设置AD5781为DAC二进制寄存器编码格式和配置输出在SYNC的上升沿更新。

图2 AD5781硬件设计电路图

在ARM端的软件设计中，除正确配置AD5781的相关寄存器外，还应正确配置SPI的时钟相位、时钟极性和通信模式[5]。正确的SPI接口时序配置图如图3所示。

图3 主模式下的SPI通信时序图

3 高压线性放大电路设计

本文压电驱动电源采用直流放大原理，通过高压线性放大电路得到0～100 V连续可调的直流电压驱动压电陶瓷。放大电路决定着电源输出电压的分辨率和线性度， 是整个电源的关键。

3.1 经典线性放大电路设计

放大电路采用美国APEX公司生产的高压运算放大器PA78作为主芯片。PA78的输入失调电压为8 mV，温漂-63 V/°C，转换速率350 V/μs，输入阻抗108 Ω，输出阻抗44 Ω，共模抑制比118 dB。基于PA78的线性放大电路设计如图4所示。配置PA78为正向放大器，放大倍数为，得到输出电压范围为0～100 V。

如果运放两个输入端上的电压均为0 V，则输出端电压也应该等于0 V。但事实上，由于放大器制造工艺的原因，不可避免地造成同相和反相输入端的不匹配，使输出端总有一些电压，该电压称为失调电压。失调电压随着温度的变化而改变，这种现象被称为温度漂移（温漂），温漂的大小随时间而变化。PA78的失调电压和温漂分别为8 mV、-63 V/°C，并且失调电压和温漂都是随机的，使PA78无法应用于毫伏级分辨率的电压输出，需要对放大电路进行改进。

图4 线性放大电路

3.2 放大电路的改进

这里将PA78视为被控对象G（S），将失调电压和温漂视为扰动N（S），这样就把提高放大器输出电压精度转化成减小控制系统的稳态误差的控制器设计的问题。在控制器的设计中常用的校正方法有串联校正和反馈校正两种[6]。一般来说反馈校正所需的元件数少、电路简单。但是在高压放大电路中，反馈信号是由PA78的输出级提供。反馈信号的功率较高，为元件选型和电路设计带来不便，故线性放大电路中不使用反馈校正法[7]。而在串联校正方法中，有源器件的输入不包含高压反馈信号，所以该设计采用串联校正方法，采用模拟PI（比例?积分）控制器G1（S）进行校正，如图5所示。

图5 放大电路串联校正控制系统

图5中，PI控制器将输出信号c（t）同时成比例的反应输入信号e（t）及其积分，即：

（1）

对式（1）进行拉普拉斯变换得：

（2）

由式（2）观察可得，PI控制器相当于在控制系统中增加了一个位于原点的开环极点，开环极点的存在可以提高系统的型别，由于系统的型别的提高可以减小系统的阶跃扰动稳态误差（对于线性放大电路，可视失调电压和温漂为阶跃扰动[8]）。同时PI控制器还增加了一个位于复平面中左半平面的开环零点，复实零点的增加可以提高系统的阻尼程度，从而改善系统的动态性能，缓解由牺牲的动态性能换取稳态性能对系统产生的不利影响[9]。

放大电路的设计中采用有源模拟PI控制器，改进后的线性放大电路如图6所示。其中PI控制器的放大器采用AD8676，AD8676的输入失调电压低于50 μV（满温度行程下），电压噪声≤0.04 μV（P?P）@0.1～10 Hz，因此适合用于串联校正环节，以提高系统稳态性能、减小输出电压漂移。

校正环节的系统函数为，其中、，调节R7，R8和C4的参数值，达到减小输出误差的目的。

3.3 相位补偿

从工程角度考虑，由于干扰源的存在，会使系统的稳定性发生变化，导致系统发生震荡。因此保证控制系统具有一定的抗干扰性的方法是使系统具有一定的稳定裕度即相角裕度。

由于实际电路中存在杂散电容，其中放大器反向输入端的对地电容对系统的稳定性有较大的影响[10]。如图6所示，采用C5和C6补偿反向端的杂散电容。从系统函数的角度看，即构成超前校正[10]，增加开环系统的开环截止频率，从事增加系统带宽提高响应速度。

PA78有两对相位补偿引脚，通过外部的RC网络对放大器内部的零极点进行补偿。通过PA78的数据表可知，PA78内部的零极点位于高频段。根据控制系统抗噪声能力的需求，配置RC网络使高频段的幅值特性曲线迅速衰减，从而提高系统的抗干扰能力。图6中，R4，C1与R5，C2构成RC补偿网络。

图6 改进后的线性放大电路

此外电路中C3的作用是防止输出信号下降沿的振动引起的干扰；R10起到偏置电阻的作用，将电源电流注入到放大器的输出级，提高PA78的驱动能力。

将PI控制器的参数分别设置为KP=10、KI=0.02；超前校正补偿电容分别为12 pF和220 pF；RC补偿网络为R=10 kΩ、C=22 pF。利用线性放大电路的Spice模型进行仿真得到幅频特性和相频特性曲线如图7所示。从图中观察可得，放大系统的带宽可达100 kHz，从而保证了系统良好的动态特性，同时相角裕度γ>60°使系统具有较高的稳定性（由于PZT的负载电抗特性一般呈容性，所以留有较大的相角裕度十分必要）。

图7 改进的放大电路的幅频和相频特性曲线

4 驱动电源实验结果

实验用压电陶瓷驱动电源的稳压电源采用长峰朝阳电源公司的4NIC?X56ACDC直流电源，输出电压精度≤1%，电压调整率≤0.5%，电压纹波≤1 mV（RMS）、10 mV（P?P）。测量设备采用KEITHLEY 2000 6 1/2 Multimeter。

首先对DAC输出分辨率进行测量，ARM控制器输出持续5 s的阶跃信号，同时在DAC输出端对电压信号进行测量，将测量结果部分显示见图8。图8中显示AD5781的输出电压分辨率可达3.89e-5 V，即38.9 μV。

在模拟电路中，噪声是不可避免的。对于压电驱动电源来说，噪声的等级限制了驱动电源的输出分辨率。图9分别给出经典放大电路和改进后的放大电路的测试噪声。从图中可得通过使用PI控制器和相位补偿元件将压电驱动电源的输出噪声从1.82 mV（RMS）降低至0.43 mV（RMS）。

图8 DAC分辨率实验图

图9 放大电路噪声图

图10给出了放大电路的输出分辨率，放大电路的分辨率决定了PZT的定位精度，如要实现纳米级的定位精度，驱动电源的分辨率需要达到毫伏级。图10中，输出电压的分辨率可达到1.44 mV。

图10 放大电路分辨率实验图

最后，给出驱动电源电压线性度曲线。线性度能够真实的反映出输出值相对于输入真值的偏差程度[11]。线性度曲线如图11所示。得到拟合直线Yfit=9.846Vin+0.024 2，最大非线性误差为0.024%，能够满足精密定位需求。

5 结 论

本文设计的基于ARM的高分辨率压电陶瓷驱动电源采用直流放大原理，具有低电路噪声、高分辨率和低输出非线性度等特性，同时驱动电源的带宽可达100 kHz。以上特性使本文设计的压电驱动电源能够应用于纳米级静态定位的需求，由于其性价比高、结构简单，故具有很高的实用价值。

图11 输出电压曲线和非线性度曲线

参考文献

[1] 张治君.一种压电材料的新型线性高电压驱动器[J].压电与声光，2012，34（4）：537?540.

[2] 龙传慧，凡木文，刘友，等.多单元压电陶瓷类变形镜高压驱动电源[J].现代电子技术，2011，34（16）：195?197.

[3] 赖志林.压电陶瓷执行器迟滞的滑模逆补偿控制[J].光学精密工程，2011，19（6）：1281?1290.

[4] 荣伟彬.基于电流控制的压电陶瓷驱动器[J].纳米技术与精密工程，2007（5）：38?43.

[5] 周立功.深入浅出ARM7[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[6] 张利军.压电陶瓷驱动平台自适应输出反馈控制[J].自动化学报，2012，38（9）：1550?1556.

[7] 杨科科.基于模糊PID控制的水轮机调节系统应用与仿真研究[J].现代电子技术，2012，35（19）：152?154.

[8] 范伟.压电陶瓷驱动器电源温度控制系统研究[J].压电与声光，2011，33（6）：946?949.

[9] 杨慧.比例模糊控制在压电陶瓷执行器中的应用[J].传感器与微系统，2010，29（10）：135?137.

[10] 刘树棠.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].3版.西安：西安交通大学出版社，2004.

[11] 费业泰.误差理论与数据处理[M].6版.北京：机械工业出版社，2010.

第8篇：驱动电源设计范文

【关键词】LED;可靠性;驱动电源;散热

1.引言

随着LED技术的飞速发展，LED灯具已经被人们广泛认可，发展潜力巨大，但是，目前还存在着标准和检测体系不完善的问题，导致市场上LED灯具的质量参差不齐，与理论上LED灯具的高可靠性有很大的差距，很大程度的限制了LED灯具更好的发展。本文主要对影响LED灯具的主要因素进行分析，并对提高LED灯具寿命的途径进行了说明。

2.影响LED灯具寿命的主要因素分析

LED灯具是由LED光源、驱动电源、散热部件以及透镜组合而成。通过以3WLED球泡灯为样品，在市场上选用多种品牌LED灯，进行高温老化实验和过流老化实验，实验结果显示，目前市场上一部分灯具的寿命是由LED光源的光衰和色衰引起的，另一部分灯具的寿命是由驱动电源的寿命决定，还有一小部分是由其他原因引起，如透镜的损坏导致了LED灯具无法使用。

2.1 LED光源影响LED灯具寿命

对于LED光源本身，它的寿命非常长，但是，LED光源总要装在灯具中才能使用，LED单独作用和LED在灯具中工作是有差距的[1]，从工作环境，电参数，热参数等方面都是有差别的。经过分析，LED光源的失效主要有以下几种失效模式，这几种失效模式中有任何一种失效模式出现，都会造成不同程度的LED失效，也可能同时引发其他的失效模式出现，进而加剧LED的失效。

（1）过热应力失效：是由于LED内部的温度大于其额定工作值或由于LED周期性的热量变化而引起的LED失效;

（2）封装失效：是在LED生产或者封装的过程中，由于方法不正确或其他原因而引起的LED失效;

（3）过电应力失效：是由于LED工作中的瞬时过高电流或承受高于额定电流值的参数而引起的LED失效;

（4）芯片失效：是LED芯片本身的缺陷或其他因素造成芯片的失效。

对LED光源来说，根据它的热学性能分析，LED的电能中只有一小部分转化为光能，还有大部分的电能要转化为热能，研究显示，电能光能转换的效率只有20%左右，还有大概80%的电能都转化成热能[2]。随着工作温度的上升，LED会产生光衰，从而导致失效。根据美国照明工程学会（IES）制定的LM-80标准显示，LED光源的寿命是以光通量参数随工作时间而衰减，通常情况，光通量衰减为初始值的70%时认为寿命终结。

2.2 驱动电源影响LED灯具寿命

对于LED灯具来说，除了LED光源的光衰问题是影响其寿命的重要参数之外，驱动电源质量的好坏也直接影响着LED寿命。驱动电源在LED灯具中的作用如心脏一样也是一个非常重要的部分，LED灯具不像其他照明产品可以直接使用市电工作，而是需要驱动电压在2-3V的范围之内才能驱动，因此对驱动电路的要求很高，对于不同使用条件下的LED灯，需要配套各自适用的电源适配器。驱动电源的寿命直接影响着LED整灯的寿命，尤其是驱动电源中的关键器件的寿命直接影响驱动寿命，如电解电容在高温下寿命会大大缩短，在电解电容的工作中，由于电解液的作用导致阳极金属氧化膜不断增厚，最终会使电容值C不断下降，同时，随着工作温度及工作时间增加，电解电容中的电解液会不同程度的挥发，导致驱动电源失效。在电子元器件中，通常有“十度法则”，即器件温度每升高10℃，则器件的寿命将会缩短1/3到1/2，因此可以看出温度对电子元器件影响较为显著[3]。

对驱动电源的设计一般要满足以下几点要求：

（1）工作稳定：驱动电源要与灯具的长寿命特性相适应，要求能长时间稳定工作。

（2）转化效率高：电源的效率高了，可以降低它的功耗，减少灯具内部的发热量，从而降低灯具的温升。

（3）浪涌保护：LED抗浪涌的能力较差，特别是抗反向电压能力较差，一定要重视驱动电源的浪涌保护。

（4）保护功能：在异常状态下，如LED开路、短路、驱动电路故障等，电路要对自身和LED起到良好的保护作用。

2.3 其他因素影响LED灯具寿命

除了LED光源的失效和驱动电源的失效，还有一些其他因素对LED灯具寿命都有影响。如：透镜在不同环境中容易受损或变形，导致LED灯具无法正常使用;封装的不合理导致LED整灯结构损坏，无法使用;防护措施不到位，使得潮湿、灰尘等因素对LED灯具的使用有很大影响。

3.提高LED灯具寿命的途径

3.1 提高LED光源的寿命

（1）对封装材料的质量严格把关，如导电胶、硅胶、荧光粉、环氧、固晶材料、基座等。

（2）封装结构合理设计，比如不合理的封装会产生应力、引起断裂等。

（3）提高工艺技术，比如固化温度、压焊、封胶、装片和时间等都要严格按照要求进行。

3.2 提高驱动电源的寿命

（1）选择高品质、长寿命的电容是提高驱动电源寿命的有效途径。

（2）降低流过电容的纹波电流和工作电压。

（3）提高电源驱动的效率，降低元件的热阻。

（4）做好防水处理等防护措施，同时要注重导热胶的选择。

3.3 解决好散热问题

温度对LED照明产品的寿命影响很大，散热设计的好坏是LED灯具寿命的一个关键因素。用同等质量的芯片放入不同设计的灯具中，寿命相差很大，甚至能达到几十倍，所以，一种灯具的设计成功与否，除光路系统以外，其散热系统起着决定性作用。

对LED灯具的设计要求热阻比较低[4]。LED散热一般包括系统级散热以及封装级散热，要降低灯具热阻就必须同时考虑这两种散热，封装级散热是在LED光源生产的过程中通过对封装材料、封装结构以及工艺水平的设计从而达到散热的目的。在封装散热设计方面，目前主要存在的有硅基倒装芯片结构，金属电路板结构散热，有固晶材料，环氧树脂等材料散热。系统级级散热主要是通过对相关技术的研究，从而对散热器进行创新和改进，随着大功率LED的普及，功率也越来越大，目前，系统级散热主要有热电制冷散热、热管散热和风冷强制散热等方法结构。

解决好散热问题是提高LED灯具寿命的有效途径，需要进一步的研究和创新。

4.小结

面对市场上LED灯具质量的问题，结合相关实验，对影响LED灯具寿命的主要因素进行了分析，主要存在LED光源引起的失效，LED驱动电源引起的失效，还有一些其他因素引起的失效。最后对有效提高LED灯具寿命的几种途径进行了说明，对LED灯具寿命的提高以及质量的保证有很大的意义。

参考文献

[1]陈超中，施晓红，等.LED灯具特性及其标准解析[J].中国标准化，2011.9.

[2]毛兴武，毛涵月，王佳宁，等.LED照明驱动电源与灯具设计[M].北京：人民邮电出版社，2011.5.

[3]毛昭祺，Marshall Miles，罗长春，等.提高LED驱动电源寿命和可靠性的方法[J].照明工程学报，2010.21（12）：38-40.

[4]周龙早.半导体照明封装的热量管理及失效分析研究[D].武汉：华中科技大学，2010.

第9篇：驱动电源设计范文

【关键词】数字电源 结构原理 问题 优化设计

1 数字电源

1.1 数字电源的概述

目前，数字电源有多种定义。

第一种定义为：通过数字接口，控制开关电源，强调的是，数字电源的“通信”功能”。

第二种定义为：具有数字控制，开关电源的功能，强调的是，数字电源的“数控”功能。

第三种定义为：具有数字监测，开关电源的功能，强调的是，数字电源对温度等参数的“监测”功能，通过设定开关电源的内部参数，来改变其外在特性，在“电源控制”的基础上，增加了“电源管理”。相比传统的模拟电源，数字电源的区别，是控制和通信部分。在应用场合，简单易用、参数变更要求少，模拟电源产品更具优势。此外，相对模拟电源，在多系统业务中，数字电源，通过软件编程，来实现多方面的应用。数字电源有用DSP和MCU控制的。对于DSP控制的电源，采用数字滤波方式，而MCU控制的电源，能满足电源的需求，反应速度快、电源稳压性能好。

1.2 数字电源的特点

数字电源系统具有以下特点：

（1）数模组件组合优化：实现了开关电源中，模拟组件与数字组件的优化组合。采用“整合数字电源”技术。

（2）控制智能化：对于传统的，由微控制器（μP或μC）控制，开关的电源.而它是以，数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU为核心，智能化开关电源构成系统是“数字电源驱动器及PWM控制器”。

（3）控制精度高：数字电源，实现多相位控制、非线性控制、负载均流、故障预测等功能；发挥数字信号处理器及微控制器的优势，这样设计的数字电源，达到高技术指标，为绿色节能型开关电源提供条件。

（4）集成度高：对于高集成度，将大量的分立式元器件，整合到一个芯片或一组芯片中。实现了，电源系统单片集成化。

（5）模块化程度高：分布式的数字电源系统就易于构成。

2 数字电源结构

2.1 PWM控制器

双端推挽式PWM控制器是UCD8220/8620，其受DSP或MCU数字控制的。二者的区别是，低压启动UCD8220即 48V，而UCD8620内部，增加高压启动电路即110V。UCD8220的内部，主要包括：“3.3v电压调整器、基准电压源、脉宽调制器（PWM）、驱动逻辑、推挽式驱动器、欠压关断电路、限流电路、电流检测电路”。 在峰值电流模式或电压模式下，UCD8220/8620能够运行，即对极限电流的编程，输出极限电流数字标志。

2.2 数字信号处理器（DSP）

UCD950是数字电源系统，配套的数字信号处理器，它们内部主要包含 ：“32位CPU、时钟振荡器、32位定时器、看门狗电路、内外部中断控制器、SCI总线、SPI总线、CAN总线及I C总线接口、l2路PWM信号输出、系统控制器、16通道12位和ADC、16K×16 Flash、6K×16 SARAM、1K×16ROM”。利用Power PADTM HTSSOP和QFN软件包，可进行编程。它采用标准的是“3.3v”输入或输出接口，其与UCD8K系列的完全兼容。

2.3 数字电源驱动器

数字控制电源驱动器芯片，大部分是UCD7100/7201，二者的区别是：可驱动MosFET开关功率管，可适配UCD9110/9501型数字控制器；UCD7100为单端输出，而UCD7201为双端输出；额定输出电流均为±4A；对于主控制器，可监控输出的电流，快速检测，过流故障而关断电源；检测周期仅为 25ns。

3 数字电源面临的问题

数字电源，有很多优点，但仍有缺点。数字电源，需要一个采样、量化和处理的过程，做出反馈，即对负载的变化，而目前，它对负载变化的响应速度，比模拟电源慢。精度和效率比模拟电源差。数字电源占板面积，大于模拟电源。在负载点（POL）系统中，数字控制优点非常明显，而在简单应用中，模拟电源仍占有优势。考虑到数字电源，解决方案的优点，数字电源，虽然技术复杂，但使用不复杂。要求设计人员，具有一定的程序设计能力，目前，电源设计人员，普遍模拟设计为主，缺乏编程训练。这对数字电源的推广，也造成了一定的障碍。每次AD转换后，数字芯片，将得到的结果，送到系统中央处理器，由处理器，对取样的值，进行运算和PI调节。

另外，人们对数字电源的认识，不像模拟电源那样，经过了多年应用的考验。对其的可靠性有疑问。虽然数字电路，在概念上，优于模拟电路，可靠性是设计的问题，而不是数字化的问题。

4 数字电源电路优化设计

我们采用智能化数字电源，其系统由：“PWM、电源驱动器、DSP、接口电路、显示器和键盘”6部分组成。系统框图如图1所示。

对于图中的数字信号处理器，UCD9501，通过接口芯片与键盘和显示器相连，对于用户，不仅能从显示器上，观察到当前的电源参数，还可通过，键盘随时修改电源参数。为了简化配置，也可由：“数字信号处理器（UCD9501）和数字控制电源驱动器（UCD7100）”构成智能化数字电源系统。

5 结语

总而言之，数字电源系统，具有高集成度、高性价比、电源管理功能完善、电路简单、能面向用户设计等显著优点，实现了智能化电源系统，优化设计和创造。在应用场合中，简单易用、参数变更不多，模拟电源产品，具有很多优势，其应用的针对性，可以通过硬件固化来实现。

参考文献

[1]杨学明.集成电路产业在各国经济发展中的比较研究[J].创业与投资，2009.

[2]吴纬国.论我国集成电路制造业之发展路线[J].中国电子商情，2003.