大功率照明LED驱动控制分析

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1、华中科技大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内

2、容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1选题背景挑战我们驶向能源可持续发展道路的关键在于用对我们生活没有负面影响的方式来消减能源消耗量，即节能。今天，大约12%的电力消耗用于照明应用。白炽灯主要用作轻工业及家庭的照明，历时已超过100年。然而白炽灯的流明每瓦效率很[1]低，导致高耗电量、高热量的产生。荧光灯相对于白炽灯来说可以大幅度提高流

3、明[2]每瓦效率，但是它差的显色性、不能接受的外形、启动延时长等缺点也逐渐阻碍它的发展。一个令人兴奋的新技术，紧凑型荧光灯（节能灯）已达到理想的外形，采用新型E27灯头，具有高效且可与传统白炽灯直接替换的优点。但是它高的费用和色彩不鲜艳等特点从一开始就放慢了它进入市场的脚步。另一个重要问题，节能灯不尽人意的地方是灯内的汞。汞的毒性是众所周知的，这是一个长期存在的严重问题。随着技术的发展，作为显示和装饰灯使用的发光二极管（LED）用来作为一般[3~4]的照明应用已经越来越多，并且迅速发展起来。作为固态光源，LED光源的亮度一致性好，可控制，色彩鲜艳

4、逼真且一致性好，效率高，寿命长。据统计，若使用固体LED光源代替传统的白炽灯和荧光灯照明，将节约全球照明能耗的50%以上，这无疑对能源的可持续性发展来说起着非常重要的作用。1.2LED介绍1.2.1LED的电气特性LED的伏-安特性就是指流过LED芯片的电流随施加在LED两端的电压的变化[5]而变化的特性，如图1-1所示，LED正向电压电流方程是：IIe=(1qVFkT−)(1-1)FSI为反向饱和电流；V为正向电压；I为正向电流；T是热力学温度；k为玻SFF−23−19尔兹曼常数，kJ=×1.3810K；q为电子电荷量，qC=1.60210×。

5、从方程(1-1)和图1-1我们可以看到，当正向电压V发生微小的变化时会导致正F1华中科技大学硕士学位论文向电流I发生很大的改变，而LED正向电流的变化会很大的影响相应的照明效率。F因此，为了保证LED照明的亮度及效率，目前的大功率LED驱动器采用恒流源或脉冲直流电源驱动。从方程(1-1)也可以知道，当芯片温度升高，PN结的电流也将减小，结果就会导致照明效率的下降。图1-1LED伏-安特性曲线1.2.2LED的特点与优点[6]LED作为第四代新型光源，与传统光源相比，具有以下特点和优点：(1)LED与其它光源相比更环保。LED光谱中不含有紫外光和红

6、外光；LED不含汞等有毒物质。(2)LED使用寿命长。LED为固体光源，坚固耐用，在较低的结温下，LED的使用寿命通常可达5万~10万小时，比传统的白炽灯和节能灯寿命长的多。(3)反应时间短。LED从通电到灯亮仅仅需要几十纳秒的时间，相比传统的白炽灯几百毫秒的启动时间来说完全可以忽略了。(4)发光效率高。目前产业化产品已可达到100lm/w，研究水平160lm/w，目标最高水平期望达200lm/w以上。(5)LED在直流电压下工作，单只LED的工作电压低，可以直接用电池供电，简易方便，尤其适用于太阳能供电。虽然LED有这么多特点与优点，但是它也有

7、不完美的地方。LED的视角比传统白炽灯小，而且LED的电性能、光性能、热性能等参数（即使同一生产批次）存在2华中科技大学硕士学位论文差异性，LED的各种参数都将随着PN结温度的改变而改变，温度的升高将导致LED寿命的减少甚至LED直接烧坏。因此，LED散热很重要。1.3大功率LED驱动研究现状LED驱动器可以分为线性调整器和开关调整器。1.线性调整器用线性调整器驱动LED的电路图如图1-2所示。线性调整器的驱动电路比较简单，很容易实现，没有噪声，也没有电磁干扰（EMI）。但是线性调整器在原理上只能实现降压驱动，而且线性调整器U1和电阻[7]R1上

8、有一定的压降，消耗的一部分功率，造成驱动器效率很低。LED是电流驱动器件，其亮度正比于其正向电流。线性调整器是采用LEDV-I特性曲线来