led驱动电路范文第1篇
摘 要：可調谐半导体激光吸收光谱技术气体痕量检测系统中，激光器驱动电路存在模块体积大、电流纹波大、温度漂移严重、响应速度慢等问题，容易导致激光器波长偏离谱线吸收峰，影响系统测量精度。为解决上述问题，首先设计集高精度恒流源、实时监测电路、电阻-电压变换电路、温度采集电路、MAX1978制冷器控制芯片、数字PID整定算法等于一体的激光驱动器;然后，实验测试激光驱动器对DFB激光器（1 627 nm）电流调谐与温度控制的性能，分析确定DFB激光器波长的电流调谐系数、温度调谐系数以及内部温度误差来源;最后，通过改进B值计算及校正方法，对激光驱动器温度控制误差进行补偿，实现DFB激光器输出波长的精准锁定。实验表明：改善后的激光驱动器较传统激光驱动器的驱动电流绝对误差降低54.5%（±0.005 mA）;控制温度绝对误差降低71.4%（±0.01 ℃）;响应时间提高2.98倍（0.067 s/℃）;C2H4气体检测系统精度提高17%。研究结果为TDLAS气体检测方法的应用提供了可靠的技术支撑。
关键词：气体检测;STM32;分布反馈式激光器;恒流;温控
文献标志码：A
DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2021.0120
Design and experiment of DFB gas laser driver
circuit based on STM32
LI Hongyan1，LIU Hanfei1，3，WANG Weifeng2，3，LI Jun2，3，CHEN Weile2，3，LIU Bao1，YANG Bo2
（1.College of Electrical and Control Engineering，Xi’an University of
Science and Technology，Xi’an 710054，China;
2.College of Safety Science and Engineering，Xi’an University of
Science and Technology，Xi’an 710054，China;
3.Shaanxi Key Laboratory of Prevention and Control of Coal Fire，
Xi’an
University of Science and Technology，Xi’an 710054，China）
0 引 言
可调谐二极管激光吸收光谱法（tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS），利用可调谐半导体激光器带宽相对较窄的特性，扫描待测气体的特定吸收线，并通过气体分子独立吸收线的吸收光谱计算待测物质的特征参数[1]，包括浓度、压强、温度和流速等[2-5]。
TDLAS技术具有检测精度高、反应速度快、灵敏性好的特点，以非接触的指纹检测特性受到煤矿气体检测、环境安全检测、工业过程气体在线测量等方面应用的青睐[6-9]。在TDLAS系统中，半导体激光器是重要器件之一，半导体激光器的出光特性决定了TDLAS系统整体的检测下限与检测精度，是TDLAS系统中最为关键的组成部分[10]。
半导体激光器应用于气体检测方向的器件一般以分布反馈式（DFB）激光器为主，DFB激光器是根据器件结构进行分类，一般有蝶形封装和TO封装等[11]。TO封装无片上热管理系统，故只讨论含有内部制冷装置的蝶形封装DFB激光器。
DFB激光器在控制上分为电流控制和温度控制，电流控制一般采用恒流控制电路，需要具备低噪声高精度的特点，防止电路中出现毛刺或干扰信号损害激光器。温度控制一般以补偿为主，防
止温度影响激光器的输出特性，造成波长漂移[12-14]。
针对DFB激光器的实际应用需求，设计一款以双重压控恒流源与MAX1978温度控制器为主体的DFB激光驱动器，能够协同精准控制激光器的驱动电流和工作温度。该驱动器可有效提高TDLAS气体检测系统的灵敏度与测量精度，并可为DFB激光器的波长的精准锁定与可靠工作提供技术支撑。
1 TDLAS系统基本原理
TDLAS系统所遵循的基本理论为Lambert-Beer定律，Lambert-Beer定律在气体吸收理论方面的定义为某一波长的光经某一气体吸收后其出射光强与入射光强之间的对应关系[15-16]。其数学表达式见式（1）。
Iout（v）=Iin（v）exp（-α（v）CL）
（1）
式中 ν为激光频率;Iout（v）为出射光强;
Iin（v）为入射光强;α（v）为吸收系数;C为体积浓度;L为总光程长。
TDLAS系统一般采用二次谐波法进行浓度演算，其原理是通过调制的高频正弦波与低频锯齿波的叠加信号驱动激光器扫描待测气体中心波长，根据出射光的波形进行锁相放大与二次谐波分析，并根据二次谐波峰值与光强信号成正比的关系进行TDLAS系统气体浓度测量[17-18]。
2 激光器控制系统构成
DFB激光驱动器主要由单片机控制系统、恒流源及保护电路、双向温控电路等组成，其系统结构如图1所示。STM32F103单片机主要负责上电检测、电源时序控制、温度读取、PID温度整定、电流/温度保护策略等部分的软件运行。恒流源采用双级压控恒流源，激光器内部NTC电阻配合ADC进行温度读取，MAX1978控制TEC的电流大小和方向调整温度。温度、电流等数据通过RS232串口进行监控与设定。
3 激光器驱动及保护电路设计
TDLAS气体检测系统所用DFB激光器一般使用恒流源来控制电流达到波长稳定的效果。恒流源设计采用基于运放的压控恒流源，它具有电压控制、低漂移、多量程以及精度高等特点，基本电路如图2所示。
电路工作时，三级管Q1工作在放大区，其放大倍数为K，流过LD的电流为
ILD=Vin×
K×（K+1）R3
（2）
由式（2）可得，流经激光器的电流ILD与电压控制端Vin、三极管的放大倍数K、反馈电阻R3呈正相关，电路结构确定后，K与R3随之确定，此时ILD仅与电源控制端Vin正相关，通过控制Vin即可控制流经激光器的电流。
激光器保护电流采用双级压控恒流源进行设定，其简易电路如图3所示。
其基本原理与单级压控恒流源相同，流经LD的电流与反馈电阻R5呈正相关，U2控制的压控恒流源可以设定流过Q2的电流，其大小与保护设定电压Vpro呈正相关，当U1控制的Q1设定电流过大时，Q2可以限制整体电流，进而保护激光器。
检测反馈电阻上的电流，同时把反馈电压和保护电压连接到电压比较器，即可通过硬件判断输出是否过流并进行电源切换。
通过附加的电流监控及过流保护电路，可实现保护电流设定、实时监控、瞬时切断等功能。
4 激光器温控电路设计
4.1 温度采集电路
DFB激光器一般采用内部TEC制冷片作为温控器。TEC（thermo electric cooler）是一種电流控制型器件，基本原理为半导体材料的帕尔贴效应，当电流经过半导体材料制作的电偶时，半导体材料两端就会出现放热/吸热现象[19-20]。
DFB激光器内置NTC（negative temperature coefficient）电阻，电阻温度与阻值呈负相关，采集激光器NTC电阻阻值，可转换为激光器内部温度。
温度采集电路为R-V变换电路，其电路原理图如图4所示。
在R-V变换电路中，选用低输入失调电压[21]的运放ADA4528作为跟随器的芯片，ADC芯片选用ADI公司生产AD7171。
在R-V变换电路中，NTC电阻变换后的电压可根据公式（3）计算。
VNTC=VCC·R6R5+R6·
RNTCR4+RNTC
（3）
在进行R-V变换与模数转换后，根据NTC电阻阻值与温度对应表，建立电阻-温度方程，即可计算出激光器内部温度值。
激光器内部NTC电阻在常温（25 ℃）下阻值为10 K，温度-阻值对应曲线如图5所示。
由图5可得，NTC电阻温度与阻值的线性相
关度不高，经过一阶线性拟合，其拟合方程见式（4）。
y=-524.61x+26 280，（R2=0.902 3）
（4）
由式（4）可得，NTC电阻温度与阻值一阶线性拟合的拟合度不足0.95，满足不了激光器测温的拟合需求。
经过曲线拟合，得到指数拟合方程见式（5）。
y=32 288e-0.044x，（R2=0.998 5）
（5）
式（5）拟合度为0.998 5，符合激光器测温要求。但由于单片机系统对曲线方程的计算能力不足，无法满足实时计算的要求。因此，在实际测温系统中，一般采用分段拟合来进行温度转换。
NTC电阻的B值在不同温度范围内不同，B值定义为在2个温度区间T1和T2对应电阻值R1、R2的系数，计算方法见式（6）。
BT1-T2=T2×T1T2-T1×ln
R1R2
（6）
DFB激光器给定的标准B值为3 950 K，应用式（6）计算得出激光器实际应用范围5～20 ℃下的B值B5-20为3 858 K。
4.2 温度控制电路
MAX1978是美国美信公司针对TEC温控器生产的控制芯片，通过控制流过TEC的电流方向和大小控制TEC温度，最大电流为±3 A[22]。以STM32F103的模拟电压输出引脚作为电流控制端，配合数字PID算法，最终实现精准控温。
MAX1978电路原理如图6所示，通过集成运算放大器，可在其内部进行模拟PID整定。因设计采用数字PID控制算法，故省略内部自整定PID电路，采用R-V变换读取温度，经过数字PID运算，输出直流电压到CTLI引脚，控制输出电流大小。ITEC引脚可以监控流经TEC的实时电流，判断TEC工作状况[23]。
5 实验结果与讨论
5 min内激光器电流波动如图7所示，绝对误差为±0.005 mA，相比PCI-E激光驱动器（±0.011 mA）减小54.5%。
通过R-V变换电路配合MAX1978与数字PID算法，最终控制绝对温度误差在±0.01 ℃，
相比PCI-E激光驱动器（±0.035 ℃）减小54.5%。
选择低、中、常、高4个温度进行实验，其温度波动曲线如图8所示，低温状态下，激光器温度波动范围较大，需较大TEC功率进行温度恒定。高温状态下，激光器本身工作发热，TEC只需小功率工作，就可使激光器工作在允许误差之间。
在实际工作中，激光器内部温度需要快速调整，可通过观察4次温度变化来确定系统的温度-时间响应速度，实验效果如图9所示。可得，温度上升速率为20 ℃/s，经过1～2次振荡就能使温度达到稳定状态。温度下降速率为15 ℃/s，由于TEC需要较大功率抑制激光器本身发热，温度下降速率小于温度上升速率。相比PCI-E激光驱动器（0.2 s/℃），响应时间提高298%。
温度控制稳定后，经过双极压控恒流源输出0～120 mA电流，激光器可输出稳定波长，室温下电流-波长、温度-波长关系如图10所示，可得温度调谐系数为0.09 nm/℃，电流调谐系数为0.014 nm/mA。
图11为DFB乙烯激光器在室温下不同电流的典型光谱图。图12为同一温度电流调谐下传统激光驱动器（B）与设计的高精度激光驱动器（A）气体监测系统谐波对比图，可得，所设计激光器驱动在C2H4气体检测系统中一次谐波/二次谐波峰峰值更高，曲线更加平滑，经过浓度反演后比传统激光驱动器的系统精度提高17%。
在驱动电路和温控电路双重作用下，激光器输出波长可实现精准锁定，同时具备在较高温度范围和电流范围内快速自动协同调节的能力，且激光器输出波长稳定性较好，满足TDLAS气体检测系统对DFB激光器电流與温度精准协同控制的要求。
6 结 论
1）设计的一种集电流调谐与温度控制于一体的紧凑型DFB激光驱动器，实现高精度电流驱动下激光器工作温度的精准控制。
2）提出一种改进的B值校正及计算方法，25 ℃条件下，实验测试工作温度的绝对误差（0.004 ℃）比传统方法的绝对误差（±0.011 ℃）降低了2.75倍。
3）与传统激光驱动器[24-25]对比，改进后的激光驱动器工作温度绝对误差（±0.01 ℃）降低了8～9倍，DFB激光器输出光谱波长绝对误差（0.000 6 nm）降低了33倍。
4）设计的激光驱动器通过实验测试，其电流驱动与温度控制的精确性和稳定性得到验证，降低了系统检测的响应时间，提高了激光气体检测的灵敏度和测量精度，延长了DFB激光器的使用寿命，为TDLAS痕量气体检测的应用提供了可靠的技术支撑。
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收稿日期：2020-10-06 责任编辑：杨忠民
基金项目：
国家自然科学基金项目（52074213）;西安科技大学优秀青年科技基金项目（2019YQ2-01）;西安科技大学博士启动金项目（2019QDJ011）
第一作者：李红岩，男，山东东阿人，高级工程师，E-mail：lihongyan@xust.edu.cn
通信作者：王伟峰，男，河南周口人，高级工程师，E-mail：wangwf@xust.edu.cn
led驱动电路范文第2篇
摘要：介绍了一款基于H8Sx／1544的总线式汽车组合仪表。该汽车仪表使用步进电机驱动指针，并带有LCD图形显示，可以通过CAN网络和LIN网络获取数据，功能强大，可扩展性强。
关键词：汽车仪表；H8Sx／1544；步进电机；CAN；LIN
引言
汽车仪表由各种仪表、指示器，特别是驾驶员用警示灯和警报器等组成，为驾驶员提供所需的汽车运行参数信息。按汽车仪表的工作原理不同，可大致分为三代。第一代汽车仪表是机械机心表；第二代汽车仪表称为电气式仪表：第三代为全数字汽车仪表，它是一种网络化、智能化的仪表，其功能更加强大，显示内容更加丰富，线束连接更加简单。
目前的汽车仪表多为第三代仪表，它可以利用A／D转换或是数字脉冲直接从传感器获得数据，也可以利用CAN总线通过汽车网络获得数据；它可以通过步进电机来驱动仪表指针，也可以利用LCD屏直接显示图形或文字信息。同时它还有智能处理单元、可以与汽车其他控制单元交互信息。
总体需求及设计
汽车仪表的功能就是获取需要的数据并采用合适的方式显示出来。以前的仪表一般限制在3～4个量的显示和4-6个警告功能，现在新式仪表则达到有约15个量的显示和约40个警告监测功能。导致仪表显示信息量快速增长的主要原因有以下几方面：
·汽车上的新功能部件不断增加，如ABS、安全气囊、倒车雷达等：
·对汽车行驶中的状态要求更加实时的了解，如胎压、水温、油耗等：
·对汽车各部件的工况要求更加细致的掌握，如灯光、车门、车锁、安全带等。
不同的信息有不同的获取方式和显示方式，目前新式仪表信息获取方式主要有三种：
·通过车身总线传输：
·通过A／D采样转化：
·通过10状态变化获取。
对于显示方式，主要有五种方式：通过驱动步进电机带动指针转动：通过点阵LCD屏显示图形或数字信息；通过段式LCD屏或数码管显示：通过LED灯的开关显示：通过蜂鸣器的不同鸣音指示当前状态。
根据以上要求，本文设计的汽车仪表盘节点由MCU系统、步进电机驱动、LED显示、LCD显示、报警功能、记忆功能、按键处理、LIN总线通信、高速CAN通信、低速容错CAN总线通信以及电源供给等几个方面构成(图2)。
硬件电路设计
HSSx／1544是一款完全符合第三代汽车仪表需要的芯片，它具有高速运算能力的32位MCU，带有两路CAN通道，能直接驱动步进电机和LCD模块，性能参数满足汽车工业级要求。外围模块包括步进电机控制PWM定时器，LCD
模块接口，16位定时器脉冲单元(TPU)，DMA控制器(DMAC)，CAN总线控制器、串行接口，A／D转换器，警示灯和报警器的输出，LED PWM调光等。这些模块可以满足车速、转速、油量、冷却水液位的信号采集和显示，可以很容易地实现外设元件很少的仪表板电路。基于H8Sx／1544的汽车仪表板框图如图3所示。
6组步进电机可直接通过H8sx／1544的PWM引脚驱动，分别用于指示汽车行驶的车速、发动机转速、冷却液温度、燃油箱的油量、机油压力和发电机电压。选用具有并行8080接口的点阵式液晶模块，可直接与MCU相连，用于显示图形和其他信息。高速CAN和低速CAN分别与汽车内的两个CAN网络相连，必要时可作为网关使用。汽车车速传感器和发动机转速传感器通常采用霍尔器件，为了改善波形，在输入捕获定时器管脚外使用了施密特电路进行整形。
软件设计
为了提高代码的可重用性、可读性以及可维护性，软件编写的基本思想是在满足系统功能的前提下，尽可能使应用软件标准化、模块化。每一个模块是一个具有独立功能的程序，可以单独设计、调试与管理。
软件模块主要有主程序模块、初始化模块、数据采集模块、步进电机驱动模块、CAN通讯模块、LIN通讯模块、SPI通讯模块、显示模块、存储记忆模块、报警模块、中断模块等。
报警模块实现异常情况下控制告警信号输出，如冷却液温度升高近沸点或燃油箱内的燃油量少于某一规定值时，音频告警会发出不同频率的告警信号，点亮指示灯。中断模块有四种中断源：按键信号、车轮转速信号、发动机转速信号及掉电保护信号，分别完成面板功能设置、测速和掉电时的数据保存。数据采集模块根据输入参数对相应的模拟信号进行采样、量化，并对采样信号进行抗干扰处理。显示模块完成LCD的初始化，并显示各种需要符号和数值。步进电机驱动模块采用微步方式驱动步进电机，有加速、匀速、减速三种模式，以克服电机在启动时滞后、停止时过冲的现象。
结语
本文通过对汽车仪表系统基本功能的分析，完成了一款高集成、嵌入式、总线化的汽车组合电子仪表。该仪表能实现步进电机带动表盘指针实时指示以及LCD的图形化显示，实现了功耗低、容错性强、模块化程度高的设计要求。该组合电子仪表精度高、线性度好、响应速度陕、适应性强、记录准确、性能稳定，各方面性能均达到了国内领先水平。
led驱动电路范文第3篇
【摘 要】探讨三电平逆变器IGBT驱动保护电路设计的可靠性，本文分析了三电平逆变器的IGBT驱动以及其保护电路，并且分析了设计该电路时应该注意的问题，研究了本驱动电路的可靠性。
【关键词】三电平逆变器；IGBT；驱动保护
三电平逆变器具有很大的优越性主要体现在其较低的耐压要求方面，使用该逆变器主元件可以具有原先一半的耐压性能，并且输出的机械波具有良好的波形。本设计使用的逆变器有IGBT元件12个，有相同数量个驱动，另外和二极管共同构成了中性点的钳位电路。本设计需要一种可靠、有效的实用型IGBT驱动保护电路，以确保电路的性能良好。
1．IGBT的使用条件
根据不同的功能要求，可以选取不同的驱动电路，在有些重要的大电流或者是昂贵的电子设备中，我们可以选取专门的IGBT驱动及保护芯片，可靠性 很高，但是在一些低成本，如家用电器中，这些驱动模块就不太实用了。IGBT是逆变器中控制功率开和关的元件，具有非常重要的地位。可以说全部系统的性能都由其掌控，因此驱动电路必须要有最佳的设计方案，否则整个系统就难以达到预想的性能。一般驱动电路应满足以下条件：
1）IGBT需要有一定的正反向栅极电压，并且需要足够高的正向电压值这样才能使器件的通态损耗量降到最低，不过电压不可太高，通常要求栅极电压＜+20v。IGBT被关闭之后仍然要保持反向的栅极电压-5- -15v,这样做的目的是让关断时间减到最短，让存储在器件内的电荷在最短时间内抽出，最终可以增加IGBT耐压性能。
2）电路要对信号的输出和输入设备有隔离的作用，另外信号在传输的过程中必须要通达尽量不要存在延时的情况。
3)栅极电路的坡度一定要受到限制，这就用到了电阻，在回路中串联一个电阻就达到了这样的效果。在做好坡度的控制之后才能够使控制器的损耗得到较好的控制。栅极电阻↑→栅极电压坡度↑→IGBT开关过程时长↑→开关损耗↑。栅极电阻取值范围为几Ω-几十Ω，影响其取值的因素是IGBT开关的频率和额定电压等。在使用IGBT的场合，当栅极回路不正常或栅极回路损坏时(栅极处于开路状态)，若在主回路上加上电压，则IGBT就会损坏，为防止此类故障，应在栅极与发射极之间串接一只10KΩ左右的电阻。
4）电路在短路时的保护功能必须要强大，也就是说要拥有完备的过压保护作用。尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触摸；在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块；尽量在底板良好接地的情况下操作。在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此，通常采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。
2．IGBT驱动电路的实现
驱动电路包括的组成部分为两方面，分别是驱动和载波部分。载波电路部分的组成有晶振、脉冲变压器等。该部分的工作原理是脉冲变压器一方面调制驱动信号另一方面需要通过高频信号来进行能量的传递。多谐振荡器组成成分是晶振和或非门，该振荡器能够产生高频的载波信号。
2.1驱动电路类别
可以归纳概括驱动电路为以下类型：
1）直接驱动：为了达到最佳的IGBT性能在TTL直接驱动IGBT的电路中可以设置T2、T3两个环节进行电路的缓冲，这样一来就能让开关运转的时间降低。电容在直接驱动电路中很好进行充电。
2）隔离驱动
隔离驱动采用的是电气隔离，工作原理是脉冲电压器接受经过晶体管放大的控制脉冲并且将其耦合、稳压之后使IGBT驱动。避免晶体管中出现过电压的方法是将续流二极管和脉冲变压器并接在一起。
2.2保护电路
过压保护发挥作用的情况有两种，分别是发射极和集电极之间存在过高的电压，另一种情况是浪涌电压太高。前者的主要情况是指存在输入端的异常导致的问题。对于这种情况的处理方法一般是设计IGBT的降额。当发现直流过压情况时将IGBT的输入断开，达到安全起见的目的。分布电感是产生浪涌电压保护的原因。IGBT在关断之时安全性因为过大的浪涌电压而受到严重威胁。一般为了降低过电压需要设置一个缓冲电路，具体要求是要最大程度地使布线电感得到降低，用最短引线的低感吸收电容与IGBT相连接。在系统工作量较大的时候就会产生过多的热量，这时IGBT中的电流量也很大，开关频繁，如果不能及时将产生的热量散发出去就会导致IGBT受到损坏。为了避免IGBT的温度过高一般要安装一个传感器来控制温度，当温度超过限定值时就要将IGBT的输入切断，达到系统电路过热时的保护目的。
3.电路的参数设置以及设计要点
从理论的角度来看载波信号需要高频率，频率高的情况下能够选择更小的变压器。但是除了考虑频率和变压器之外还要将响应速度考虑在内，所以综合考虑的结果就是頻率最好不要过高，一般要＜2MHz。电路的功耗要尽可能地降低，这体现在设计中就是利用了CMOS的集成电路，不过在对其进行调试的过程中发现应用该集成电路的缺点是导致了较大的噪声，因此引发的后果是变压器的温度过高，在衡量了功耗和变压器两个方面的利弊之后最终设计中采用的是TTL 74LS74。在高载波频率的前提之下我们可以减小脉冲变压器的体积。
4.结语
要保证IGBT具有较高的可靠性就必须要进行驱动电路的合理设计，除了设计之外还要采取足够的保护措施。通过试验证明三电平逆变器中IGBT驱动保护电路设计简单而且具有较强的可靠性，在信号的输入和输出过程中产生的信号延时比较小。IGBT电路保护具有多种功能，其中主要包括对短路信号的检测和使栅极电压缓慢延时降低。三电平逆变器电压具有的一个显著优点是使辅助电源的问题得到了解决，三电平逆变器中IGBT驱动保护电路设计目前应用广泛、运行良好。
参考文献
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［2］杨化鹏;基于单片机的IGBT光伏充电控制器的研究[D];西安理工大学;2006年
［3］李永;电力机车辅助逆变器IGBT驱动与保护的研究[D];大连交通大学;2005年
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led驱动电路范文第4篇
正弦脉宽调制和变频调速技术在工业控制领域的应用日见广泛。许多电力测试仪器都要求大功率、高性能以满足电力设备的测试要求。目前，市场上的大功率开关电源，其核心功率器件大都采用MOSFET半导体场效应晶体管和双极型功率晶体管，它们都不能满足小型、高频、高效率的要求。MOSFET场效应晶体管具有开关速度快和电压型控制的特点，但其通态电阻大，难以满足高压大电流的要求;双极型功率晶体管虽然能满足高耐压大电流的要求，但没有快速的开关速度，属电流控制型器件，需要较大的功率驱动。绝缘栅双极型功率晶体IGBT集MOSFET场效应晶体管和双极型功率晶体管于一体，具有电压型控制、输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、容量大等优点。用高性能的绝缘栅双极型功率晶体IGBT作开关逆变元件、采用变频调幅技术研制的逆变电源，具有效率高、性能可靠、体积小等优点。
2 工作原理
该电源采用高频逆变技术、数字信号发生器、正弦脉宽调制和变频调幅、时序控制上电和串联谐振式输出。电源具有效率高、输出功率大、体积小等优点，其总体原理框图如图1所示。
由数字信号发生器产生的正弦波被25kHz的三角调制波调制，得到一个正弦脉宽调制波，经驱动电路驱动逆变元件IGBT。改变正弦波的频率，幅值便可达到调频调幅输出，逆变输出为串联谐振式输出，将高频载波信号滤掉，从而得到所需频率的正弦信号。时序控制电路用来控制功率源供电电源在上电时缓慢上电，确保电源上电时电流平稳，同时还避免非过零点开关带来的冲击;在控制电路中还设计了故障锁定功能，一旦电源故障，锁定功能将禁止开通IGBT，当故障出现时，IGBT被锁点开通，这时大容量滤波电容会储存很高的电能。所以，电源部分有故障保护自动切断工作电源和自动放电功能，整机设计有双重过流、过压和过热等完善的保护功能。
3 控制与驱动电路
控制电路指主控电路，包括正弦脉宽调制波的产生，占空比调节和故障锁定电路。控制电路的正弦调制波，可根据实际应用情况调节其频率。驱动电路则采用三菱公司生产的IGBT专用驱动模块EXB840，该驱动模块能驱动高达150A/600V和75A/1200V的IGBT，该模块内部驱动电路使信号延迟≤1μs，所以适用于高达40kHz的开关操作。用此模块要注意，IGBT栅射极回路接线必须小于1M，栅射极驱动接线应当用绞线。EXB840的驱动电路如图2所示。
4 逆变与缓冲电路
该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路，主电路原理如图3所示。在大功率IGBT谐振式逆变电路中，主电路的结构设计十分重要，由于电路中存在引线寄生电感，IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi/dt不可忽视，由于本电源采用的是半桥逆变电路，相对全桥电路来说，将产生比全桥电路更大的di/dt。正确设计过压保护即缓冲电路，对IGBT的正常工作十分重要。如果缓冲电路设计不当，将造成缓冲电路损耗增大，会导致电路发热严重，容易损坏元件，不利于长期工作。
过程是：当VT2开通时，随着电流的上升，在线路杂散电感Lm的作用下，使得Uab下降到Vcc-Ldi/dt，此时前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1，通过VT1的反并联二极管VD
1、VT2和缓冲电阻R2放电。在缓冲电路中，流过反并联二极管VD1的瞬时导通电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。即ID1=IL+IC，因此IL和di/dt相对于无缓冲电路要小得多。当VT1关断时，由于线路杂散电感Lm的作用，使Uce迅速上升，并大于母线电压Vcc，这时缓冲二极管VD1正向偏置，Lm中的储能(LmI2/2)向缓冲电路转移，缓冲电路吸收了贮能，不会造成Uce的明显上升。
5 缓冲元件的计算与选择
式中：f—开关频率;Rtr—开关电流上升时间;IO—最大开关电流;Ucep—瞬态电压峰值。
在缓冲电路的元件选择中，电容要选择耐压较高的电容，二极管最好选择高性能的快恢复二极管，电阻要用无感电阻。
6 结束语
led驱动电路范文第5篇
LED照明技术相较之荧光灯、白炽灯, 具有许多优点, 例如照明亮度高、使用寿命长、高效、节约能源、环保等, 它的使用被人类称为照明史上一场新革命。半导体照明光源将会在各个相关领域得到突破发展, 尤其是在户外照明方面的使用将得到急剧的需求。
在LED系统中, 照明部件的驱动是核心的部件, 由于LED的照明器件是属于电压敏感器件, 需要使用恒流驱动, 不过现在市场上使用的驱动性能质量不一, 影响LED照明的品质和使用时间, 也就是说, 驱动的设计是排在首位的。
对于传统的设计思路存在不少的缺陷, 如电阻限流、线性制及充控电泵升压等技术能耗大效率低、功率因素小、电流波动大及抗干扰不强等, 不能满足工作要求
在这次研究设计中采用先进的电路设计, 通过BUCK型电路结构, 不仅减少了成本, 而且还不需要高压电容, 大大提高了设计成品的使用寿命。采用这设计的成品具有实现简单、成本低、抗干扰能力强、节能响应快且功率因数高, 适应输入电压和负载变化范围宽的场合等优点。
2 电路照明的基本原理
在LED驱动电路的系统设计中的选择中一般可以分为两种:其一为开关电源驱动, 其二是非开关电源驱动, 而在LED的特性上并根据实际情况可知道, 在实际的设计过程中LED的驱动的驱动电压一般不能太高, 否则无法保护电路。在户外使用过程中, 不可能时刻拥有观察者进行开关电源, 非开关的电源驱动才是合理的发展方向。因此, 在设计驱动电路时利用具有三极管的导通性能的BUCK型电路。
3 基础BUCK电路的组成
图1是BUCK型电路的模拟电路, BUCK电路, 又称降压电路, 其基本特征是DC-DC转换电路, 输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的, 输出电流是连续的。该在电路中利用电感L和电容C组成底通滤波器, 在这个设计中的作用是可以让电源直流量通过, 滤掉了电源的谐波量, 而在使用电容的情况使的电路的输出电压为Uo并加上微弱的波纹Uw。使电压保存在低频和直流状态, 保护了驱动电路的有效性, LED的使用寿命。
4 基础BUCK电路运算过程
4.1 晶体管导通状态
当给予晶体管Q1高电平驱动时, Q1导通, 电感进行充能, 流过电感的电流呈现线性增长, 此时电路会给C1进行充电, 提供R1负载电能, 使得负载运转。在电路导通时, 根据等效的导通状态图2, 由基尔霍夫电压定律可以得到:
由于电路工作频率很高, 在一个计时周期内Ud和Uo基本维持不变, 可以看作为恒定, 则 (Ud~Uo) 是常数, 电流随时间的变化是线性的, 波形如图所示:
4.2 晶体管截止状态
当给予晶体管Q1低电平时, Q1截止, 被存储在电感L1中的能量进行续流工作, 此时二极管导通。电感中的电流呈线性减少, 电路中的输出电压由电容C1和电感L1中放点维持。在电路截止关闭时, 根据截止状态等效电路图, 由基尔霍夫电压定律有:
同样, 在将u0近视并维持恒定, 则输出电流线性度减小, 波形如图所示:
5 微分跟踪BUCK电路工作原理
微分跟踪BUCK型电路如图5所示, 在基础的电平控制的基础上, 增加一个有微分器、积分器、加法器等构成的网络, 控制增益kb、增益ka的形成多条回路, 做到双环控制的效果。如图5所示, 三极管收到触发器控制, 在三极管位于导通状态时, 输出电压Uo经过信号采样后得到一个大小为KbU0电压信号, 再和附加信号Ur一同加载到误差放大器中, 得到补偿电压, 在与输入电压所产生的电压信号kaud送入加法器后积分。出来的结果大于已补偿的电压, 比较器中的反相输出端将输出高电平, 使得触发器复位并保持该状态。比较器中的同相端输出端将输出低电平, 使三极管断开。比较器中的反相输出端将输出高电平, 积分器将置位清零, 在下一个周期性脉冲到来时, 三极管将再次导通重复之前的过程。
6 仿真结果
利用Multisim对buck型电路进行电路仿真, buck型电路的仿真图如图6, 在驱动波形的设置如图7上, 采用V=10V, f=20KHz, D=50%, 输入电压V=14V, 电感选用L=80u H。开关驱动与电感电压测试波形如图8所示, 负载的输出波形如图9所示。
根据仿真软件测量出的结果进行分析:仿真电路中采用的输入电压为14V, 采用型号为2SK3070L的MOS管, 本MOS管是一种可以高速运转的MOS管, 在仿真中采用的20KHz的信号输出完全可以驱动其运行。在MOS是完美状态下, 理论输出电压2.8V, 当实际情况下, MOS管不存在完美状态, 因此实际测量的输出结果会小于理论值, 存在降压状态。但根据仿真观察结果, 经过电路控制, 输出电压能稳定输出, 同时电路的反应控制在50us以内。
7 结语
本文对电路驱动模式BUCK型非开关电源电路的工作进行了探讨, 在基础电路上采取增加控制网络的新方法, 使得电路实现双环控制。在双环控制的情况下得到微分约束关系, 得到了低能耗、电路反应快、运行稳定的工作效果。
摘要：针对传统平均电流控制系统中出现的控制结构复杂、成本高、失真大的现象, 本文在采取辅助电感缓冲和函数发生器双环节制方法, 建立了基于BUCK型函数发生器微分跟踪新型高效节制系统。最后提出了基于系统中微分约束关系, 来增加抗干扰能力、减少能耗、提高响应速度。
关键词：驱动电路,LED照明,BUCK
参考文献
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