驱动电源设计范文1
Abstract： A principle block diagram of power supply for LED driving based on PWM controller IC was presented. Using the PWM IC FAN7554 as the main microchip to design a fly-back LED drive that is designed with an output power of 120W， an output voltage 33V and an output current 0.9A. The circuit can supply drive power for a LED array with 30 tubes with the power of 1 W by using 10 in series and 3 in parallel. And introduces the operation principles of the designed circuit. The power supply for LED driving of this design has passed a series of related electric tests and it has got some satisfactory results in the actual operation， capable of entering the low power LED lighting market， and can be a reference for high performance， low cost low-power LED power supply design.
关键词： 脉冲宽度调制；FAN7554；反激式；LED驱动电源
Key words： PWM；FAN7554；fly-back；LED driver power
中图分类号：TN6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0104-03
0 引言
LED作为新型绿色环保光源，具有亮度高，发光效率高，寿命长以及工作电压低等特点，具有广阔的应用前景，但是LED照明中的驱动电路部分却是目前制约其发展的一个重要瓶颈之一[1-3]。为了LED管稳定的发光，需要设计出LED恒流恒压驱动电源。本设计利用FAIRCHILD公司的FAN7554作为PWM控制器，设计了一款输出电压范围为33V～37V，输出电流0.9A的30W LED驱动电源。通过对其EMI（电磁干扰）滤波电路、PWM控制电路、反馈控制电路、反激式变换电路、各种保护功能电路等进行设计和制作，成功地实现了反激式LED驱动电路，该驱动电源具有结构简单、成本低廉、节能高效和稳定可靠等特点。
1 LED驱动电源的组成
本文设计的LED恒流驱动电路的工作原理框图如图1所示。它主要由输如EMI滤波电路、PWM控制电路、反激变换电路、光耦反馈电路、电流环恒流控制电路、保护电路等组成。交流电输入经EMI滤波电路及整流滤波电路后，由光耦的反馈信号调整PWM控制电路输出的脉冲信号宽度，从而对滤波之后的输入信号大小进行控制调节，再通过反激式变换电路进行电压变换。以电流型PWM控制芯片FAN7554为控制器件组成的恒流恒压控制电路，将电流取样信息和电压采样信息分别经电流比较器处理后由光耦反馈至变换级驱动端，实现电流电压控制调节，最终提供稳定电流和稳定电压，驱动LED负载。在保护电路方面主要有浪涌保护、欠压保护、过压保护和高频MOS管保护等。
2 LED驱动电源电路设计及原理分析
2.1 核心元件概述
FAIRCHILD公司提供的FAN7554芯片集成了一个固定频率的电流模式控制器。图2为FAN7554芯片的内部结构，该芯片具备软启动、通断控制、过载保护、过压保护、过流保护和欠压锁定等功能，这为电路简单、成本低廉的LED驱动电源电路设计方案提供了所需要的一切。芯片没有集成高频MOS管，在设计时需要与独立高频MOS管组成实现PWM控制电路，这极大方便了设计者进行调试与维修，这主要是因为设计者一般会对LED驱动电源中的高频MOS管的PWM信号进行观察和测试，且LED驱动电源工作时高频MOS管损坏的概率较大。
图3为LM358双运算放大器的引脚功能图，其内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。LM358的主要特性有：直流电压增益高达100dB；单位增益频带宽约1MHz；单电源电压范围宽为3～30V。这些特性决定了LM358适合于LED驱动电源的误差放大电路的设计。
2.2 基于FAN7554芯片的30W LED驱动电源电路设计
根据LED驱动电路的原理框图，设计了如图4所示的基于FAN7554芯片的30W LED恒流恒压驱动电源的电路原理图，该驱动电源LED负载采用30只功率为1W的LED管进行10串3并混联方式组成的LED阵列，组内所有的LED管电压额定值为33V、电流额定值为0.9A，光功率约为30W，设计要求LED驱动电源效率大于80%，则电源输入功率约为37.5W。考虑到小功率LED驱动电源对功率因数不做要求，在低成本设计的前提下本设计没有采用无源功率因数校正电路。
2.3 基于FAN7554芯片的30W LED驱动电源电路原理分析
①LED驱动电路的电源。
LED驱动电源的供电电源是220V/50Hz交流电。
②浪涌保护电路。
采用保险丝F1、负温度系数的热敏电阻RY1、RY2、电阻R21、R22和电容C16设计浪涌保护电路。当满载开机时，C6电压不能突变，相当于短路，导致输入电压很大。而热敏电阻在冷态时电阻很大，可起到限制输入浪涌电流的作用。在电源接入端加入防止浪涌保护电路，主要是用来防止由于雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压，造成LED驱动电路核心器件的损坏。
③EMI滤噪电路。
采用电感L3、电容C13、C7和C8设计EMI滤噪电路，主要是为了滤除共模和差模噪声，并提供放电回路。
④整流电路。
采用DB107设计桥式整流电路，将双相输入交流电转换成单相交流电。
⑤前端电感电容复式滤波电路。
采用电容C6、C3和电感L1设计电感电容复式滤波电路，不仅起到过滤噪声的作用，同时还起到将单相交流电转换成纹波较小的直流信号的作用。
⑥过压保护和欠压保护电路。
FAN7554芯片的电源主要来源于由变压器T1的6号管脚和1号管脚组成的次级线圈，在芯片电源管脚与模拟地之间反向接入稳压二极管D9，起到过压保护作用，从而保证芯片的电源电压不高于18V。当次级线圈供电不足时，由R2电阻和R5电阻组成的欠压保护电路，芯片电源直接由整流后的直流电源提供电源，实现了欠压保护功能，从而保证芯片的电源电压不低于18V。
⑦高频MOS管保护电路。
采用电阻R3、电容C2和二极管D6设计高频MOS管保护电路。当高频MOS管截止时，如果不是高频MOS管保护电路为电感所存储的电磁场能量提供泄放回路，那么电感所存储的电磁场能量将直接注入高频MOS管，从而在MOS管上产生过大的电压应力，甚至损坏MOS管[4，5]。
⑧LED负载电源电路。
在变压器T1和MOS管完美配合工作下，实现了将输入电能量耦合至LED负载端和恒压恒流电路两部分电路中。LED负载的电能量由变压器T1的12号管脚和9号管脚组成的次级线圈提供，为了防止负载的电流回流至次级线圈，在次级线圈的12号管脚和LED负载之间正向并联接入二极管D2和二极管D4。可是为了防止加在D2和D4并联电路两端的电压过大而损坏它们，因此在D2和D4的并联电路两端并联上由R1和C1组成的串联电路；LED负载端的电感电容复式滤波电路由电容C4、C5、电阻R4和电感L2组成，不仅起到滤除噪声的作用，而且还起到了将单相交流电转换为纹波较小的直流电的作用。
⑨反馈控制电路。
为了实现稳定的LED驱动电源，加入了电压采样和电流采样电路，通过LM358双运放将所采样的电压值、电流值与相应的基准电压值、基准电流值相比较后转换为误差量，该误差量通过光耦器件PC817反馈至FAN7554芯片的反馈管脚达到调整高频MOS管脉冲宽度的目的，从而实现对LED负载的输出电压、电流调节[6，7]。
3 总结
本文提出了一种基于PWM控制芯片的小功率LED恒流恒压驱动电源的电路架构，并利用FAIRCHILD公司的PWM芯片FAN7554作为主控制器，设计了一款功率达30W的反激式LED驱动电源，其输出电压为33V，输出电流为0.9A，可为30只功率为1W的LED管采用10串3并混联方式组成的LED阵列提供驱动电源。通过对其EMI（电磁干扰）滤波电路、PWM控制电路、反馈控制电路、反激式变换电路、各种保护功能电路等进行设计和测试，通过对其EMI（电磁干扰）滤波电路、PWM控制电路、反馈控制电路、反激式变换电路、各种保护功能电路等进行设计和测试，结果表明其恒流效果好，输出电压纹波低，成功实现了该反激式LED驱动电源，这对设计高性能、低成本的小功率LED驱动电源具有一定的指导意义。
参考文献：
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[4]刘松，张龙，王飞，等.开关电源中功率MOSFET管损坏模式及分析[J].电子技术应用，2013，39（3）：64-66.
[5]陈菊华.避免MOS管在测试时受EOS损坏的方法[J].电子与封装，2007，7（8）：17-20.
驱动电源设计范文2
【关键词】LED照明；开关电源；恒流驱动；调光控制
1.引言
随着全球能源紧缺的状况日益加剧，大力发展节能环保产品势在必行。采用发光二极管（LED）作为发光源的半导体照明因具有节能、环保、体积小、长寿命的特点，成为颇具优势的绿色节能照明光源。为加快发展中国的半导体照明产业，科技部于2003年成立了“国家半导体照明工程协调领导小组”协调组织实施国家半导体照明工程。在新颁布的《轻工业“十二五”发展规划》中，照明电器产业被列为八个“重点行业技术改造工程”之一。2011年11月，发改委公布了白炽灯的淘汰路线图，传统高能耗的白炽灯将逐步淡出人们的视野。LED照明产品的驱动电源设计选择既具有电源设计的普遍性又有它的特殊性。
2.LED的特性与驱动原理
2.1 LED的电气特性
从白光LED诞生以来，LED用于常规照明领域成为可能。随着近年来大功率白光LED的出现与发展，它已进入人们的生活照明、道路照明、工业照明等各个领域。
LED作为二极管的种类之一，具有同普通二极管相似的V-I特性，它的开启电压要大于普通二极管。当外部施加电压大于开启电压后，电流将以正向电压的指数倍增加。（如图1）在LED导通后一定电流值范围内，其发光亮度与电流值几乎成线性正比关系。故外部微小的电压变化都会引起发光亮度的显著改变。而过大的正向电流会使LED发热，LED的光效会随着温度的升高而降低。并且持续过热会严重影响LED的寿命甚至造成其损坏。
2.2 LED的驱动方式
传统的白炽灯直接使用交流市电，荧光灯需要高压启辉。而LED的驱动有别于传统光源的驱动方式。为避免LED工作电流超出其最大额定范围而造成损坏，需要用恒流方式加以限制。在照明产品应用中，LED多数是以串并联组合成灯珠阵列的方式作为光源，为保证阵列中各个LED单元亮度的一致性，也决定了应采用恒流的驱动方式。
2.3 恒流电源的工作原理
在应用单颗或单串LED且负载功率较小的时候，通常会用在LED串上串联限流电阻的方式来实现稳流。在LED负载功率稍大时则使用线性恒流稳压器（CCR）来实现。（如图2）这种方法在小功率应用时简便易行。
但由于CCR方式效率较低，热耗散高，在LED负载功率较大时就不适用了。在大功率应用时，通常使用反馈恒流的方式。图3是一个恒流线性电源的基本模型。通过检测LED串联的取样电阻Rs两端的电压，与放大器A1参考电压比较，调整开关管Q1以维持Rs两端电压不变，即实现了负载中电流的恒定。
3.LED驱动电源的设计选择
3.1 LED照明产品分类
各种照明产品又具有各自的应用与外形特点，设计选择驱动电源时又通常使用负载功率等级的划分方法。二者相结合考虑，可按表1划分为四档，便于驱动电源的设计选择。
3.2 LED驱动电源的设计选择要点
从表1中可以看出，功率等级划分主要依据了不同应用环境下的照明需要。各个功率范围灯具所需的电源在设计选择时需要考虑其各自的应用特点。
(1)3W以下功耗的照明产品强调了小体积、可携带性等特点，作为辅助照明使用。光源通常使用单颗大功率LED灯珠，或串并联几颗低功率LED灯珠。使用12V以下的直流或电池供电。驱动电源拓扑通常使用线性电源、buck、boost等DC-DC变换，负载串联限流电阻或CCR的方式实现电流的稳定。对于电池供电的产品需要考虑使用效率较高的拓扑以提高其续航能力。
(2)3～25W等级涵盖了室内照明以及室外辅助照明等主要产品。他们功率低、体积小。受灯具外壳形状的约束，印制板布局空间在一定程度上受到限制。驱动电源拓扑可选择CCR、buck、boost、SEPIC等模型实现。对于日光灯管等建议使用隔离型反激电源拓扑进行设计以满足安全规格与电磁兼容标准的要求
(3)25～75W区间的中等体积灯具，驱动电源放置空间较大，或者采用外置，空间设计难度较小。但由于一些产品的电源会暴露于室外条件，对电源本身的防尘防水特性提出了要求，通常应达到IP65（完全防止粉尘进入，用水冲洗无任何伤害）以上的标准。并且由于负载功率的增大，电源效率需达到80%以上的设计以减小热损耗。并且在ICE61000-3-2和GB17625.1标准别规定了有功输入功率25W以上照明用电设备需要限制谐波电流，减小对电力系统的影响。这类产品可使用无源功率因数校正的方式进行补偿以节约成本。
(4)75W以上的大功率LED照明产品，对驱动电源提出了较高的要求。美国“能源之星”标准要求住宅用灯具功率因数应≥0.75，商用灯具应≥0.9。需要应用APFC（有源功率因数校正）提高功率因数，降低总谐波失真。电路拓扑以反激、正激为主，对于输出功率大于150W时应采用半桥、全桥等谐振与软开关变换拓扑，以提高电源的变换效率，通常应达到90%以上。
3.3 LED照明产品的调光方式
LED照明产品在有些应用中需要根据不同的环境调整的亮度。如公共场所照明，晚间需要维持一定的照明强度，而白天有日光的时候就可以降低以节约电能。这就需要LED驱动电源具备输出电流可控的功能来改变灯具亮度。
目前常见的调光方式有模拟调光和脉宽调光两种。传统的TRIAC（双向晶闸管）调光因为会导致电源功率因数与效率的大幅降低将逐渐退出实际应用。
(1)模拟调光
模拟调光又称A-Dimming调光。以一定范围内（通常是0～10V）的直流电压触发驱动电源控制器。因输入电压连续，可以对负载实现线性调光。但因调光电压范围较小，当电压值较低时易被外界干扰，使得输出电流不稳定，造成亮度闪烁。通常的解决方法是使电源输出电流在调光电压为0的时候依然有一定的输出，来屏蔽掉会发生闪烁的区间。这就使得应用模拟调光的时候亮度不能做到全暗到全亮的区间变化。
(2)脉宽调光
脉宽调光即PWM调光。如图4所示，以一定占空比的方波信号输入驱动电源的控制器，通过控制与负载LED串联FET的占空比来改变周期内负载LED的导通时间，使其呈快速闪烁状态，这样改变了LED中电流的有效值。由于人眼的视觉暂留现象，从而看到“连续”的光。占空比的范围可以从0%～100%，负载LED的电流有效值可从0调节至最大。为避免人眼看到灯具的闪烁，脉宽控制信号的频率通常使用200Hz，兼顾调光FET的开关损耗和减轻电源的电磁辐射。
对于一些手电筒以及室内照明产品等来说，使用者和灯具的距离较近，而200Hz的调光频率是在人耳的听频范围之内的，所以在这些应用场合，则需要提高脉宽调光频率到20kHz以上，避免给使用者带来不适感。
3.4 LED照明产品电源的保护特性
与普通开关电源一样，LED照明产品的电源同样需要具备各种保护功能以保证使用的安全，最基本需要包括以下三种：
①过压/开路保护：负载断路时电源为维持恒流特性会提升输出电压，当达到电压限值一定时间则切断输出，直至重新手动开启电源。
②过流/短路保护：当负载发生短路时触发，电源将限制输出电流值并间歇性自动重启，直至故障解除。
③过温保护：当电源工作温度超过一定限值时触发并停止工作，直至温度恢复正常值并手动重新开启。
在设计选择时，必须选取具备这些保护功能的控制芯片和产品使用，防止安全隐患。
4.小结
随着LED照明产品应用的推广，它将逐步进入人们生活的各个领域。根据LED本身特性的要求，设计与选择性能更加适合的驱动电源，可以提高灯具的整体寿命，充分发挥其节能环保的优势。
参考文献
[1]王志强,肖文勋,虞龙,等译.开关电源设计(第三版)[M].北京:电子工业出版社,2010.
[2]赵同贺.开关电源与LED照明的优化设计应用[M].北京:机械工业出版社,2012.
[3]张占松,汪仁煌,谢丽萍,等,译.开关电源手册(第二版)[M].北京:人民邮电出版社,2006.
作者简介：
驱动电源设计范文3
关键词：半导体激光器;驱动电源;设计
中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）35-0008-02
半导体激光器拥有广阔的应用范围和极大的应用潜力，广泛应用于军事、医疗、商业贸易和工业生产等多个领域。但是传统的半导体激光器内部的设计模式并不好，使用寿命也很短，大大限制住了半导体激光器的使用路径。通过对内部驱动电源的设计分析，可以优化半导体激光器的电力结构，有效延长半导体激光器的使用寿命。
1 半导体激光器和驱动电源的概念和含义
半导体激光具有体积小、重量轻、价格相对较低和驱动电源设计简单等优越性的有利条件。半导体激光器是以半导体材料为工作物质，利用电力产生激光激光的一种物理性工具。半导体激光器要顺利地产生和发射出激光，必须要满足三个基本条件：
一是在电子注入有源区时形成粒子数的反转;
二是电子在光学谐振腔内产生一定波长的光，并利用电子跃迁来提高光的亮度和强度;
三是在发射激光时，注入谐振腔内的载流子既不能多也不能少，保证激光阈值的电流密度维持在饱和状态。
半导体激光器是实用性和适用性都最好的一类激光器，广泛应用于光存储、激光测距、激光通信、激光打印和雷达等多个方面。驱动电源是把电运供应的电力转换成某一特定的电压和电流，用以驱动机器工作运转的一种电源转换器。由变压器、整流桥、稳压电路、绿波网络和慢启动电路组成的驱动电源采用的不是电池供电或通电的开关闭合来控制电源状态的。
2 半导体激光器对驱动电源的要求
注入半导体激光器的电流小于额定阈值的时候，激光器就会因为输出功率过小而只能发出微弱的荧光。这时射出的光也只是半导体激光器自发辐射的光能能量，并不是从半导体的物质原子中发射出来的激光。注入半导体激光器的电流大于额定阈值的时候，激光器在恒温的情况下输出的功率和注入的电流大小成正比的线性关系。当半导体激光器内部的驱动电流超过允许流通电流的最大上限时，驱动电源就很有可能被烧毁，情况严重的时候还可能会发生小型爆炸，伤及相关的使用人员。原本半导体激光器的时间响应速度就很快，基本上都是以毫微秒来进行计量的，即使是极为短小的时间段内的冲击电流也会造成半导体激光器的破损和毁坏。因此，半导体激光器内部的驱动电源必须要担负起保护电路安全和电流稳定的职责，尽量减小或消除冲击性电流带来的不良影响和损失后果。
一方面，像半导体激光器这种非感性的电力负载，在闭合开关和断开电源的瞬间都会产生一股很大的冲击性电流。半导体激光器的驱动电源必须要将电力的输入和输出设计成一种启动较慢的安全性电流回路。通过降低激光波长的纹波系数和滤除电路中的交流分量来保证流通电流和输入电压的稳定性。
另一方面，气候温度和空气湿度以及线路老化等原因都对半导体激光器的激光输出功率有着显著的负面影响。半导体激光器的驱动电源必须要有一套自动控制电路温度，同时增益输出功率的设计方案，使半导体激光器能够在恒温的状态下进行正常的工作。
3 半导体激光器驱动电源的设计
3.1 总体设计方案和分析
本文选取了型号为MD-500-7的这种数字式大功率半导体激光器驱动电源为例。该激光器的额定功率是500 W，能承受的最高电压不能大于50 V，可以流通的电流为0～60 A。驱动电源的整体设计图，如图1所示，图中明确指出了驱动电源内部对实现技术指标的影响相对较大的重要单元。对这些关键性的组成单元，必须要在设计方案上进行深入的理性分析和客观的对比筛选。
在驱动电源的整个设计系统中，各个组成部分的设计是以总体设计方案为中心，围绕着总体设计图来展开的。传统的半导体激光器驱动电源，采用的都是分析电源主回路和平均分摊电力的单一型设计方案。即便半导体激光器是电子转光子的一个高效率转换机器，也和其它的电力产品一样，不可避免地会因为常规操作和使用次数的增加而出现机理损耗和功能弱化的现象，从而影响激光管工作时光线波长和输出功率的稳定性能。只有对其内部驱动电源的温度进行严格的调控，才能保证半导体激光器在恒温的状态下更为持久可靠地进行工作。为了达到更好的设计理想和使用效果，温控单元激光二极管的温度控制也需要必要的分析和研究。
3.2 恒流源驱动器的设计
恒流源电路可以使半导体激光器最大输出40 A稳流源的驱动电源在连续工作的模式下保证电压以2～10 V的低水平性输出。如图2所示，设定输出电流最高可达40 A，输出电压稳定在2～10 V之间，使用大功率场效应管作为设计中的调整控制管，利用场效应管的开关来控制连接在漏极D上的负载电流ID并使其保持不变，通过控制场效应管的旁吹缪UGS来达到均衡电流的最终目的。
在恒流驱动器正常工作的时候，图2中MOSFET管Q1的控制电压Vgs是一种正向的驱动电压，为MOSFET管提供导通饱和的功能服务。IR是一种通过LD的电流，会遵照相关的指数规律呈增长趋势。Imax指的是在MOSFET管一直导通的情况下Vdd对L充电所能达到的最大指数。
半导体激光器使用寿命的长短和工作效率的高低直接取决于驱动电源的稳定程度。驱动电源的稳定性能较高，半导体激光器的使用寿命就会相应地延长，发射激光的工作效率也能够保持在一个较高的水平上。因此，对半导体激光器驱动电源的保护是必要而重要的。驱动电源的保护可以由软启动、浪涌消除电路、过流过压检测电路和恒流源各部分软件的设计来具体实现。
3.3 制冷器和驱动电路的设计
半导体激光器驱动电源的温度控制是建立在闭环负反馈理论和电力恒温流原理上的一种控温技术。由P型和N型的半导体制冷元件构成的热点对偶是最常见的温度传感器之一，也是半导体激光器驱动电源制冷系统的基本元件。把P型和N型的半导体制冷元件连接在一起，让直流电通过P-N组件，P和N接头的两个地方就会产生一定程度上的温度差别。温度较低的电流方向是从N到P，接口处的温度会逐渐下降并吸收热量;温度较高的电流方向是从P到N，接口处的温度会慢慢上升并释放热量。这种冷热衔接、对接协调的N-P组件就是一个完整的热电偶对。将多个热电偶对成串地设置在电路上，和热交换器的传热元件组合形成普遍应用于驱动电源内部的热电制冷组合控件，专门负责进行热传导和热疏散，保持驱动电源工作环境的恒定低温。
演算制冷量的具体公式是：
Qc=αITc-■I2R-KΔT
其中，Qc为制冷量;
α为Seeback系数;
R为元件内阻;
K为元件导热系数;
I为电流;
ΔT为冷热端温差。
温度传感器是温度控制系统中最重要也最核心的硬件组成部分。温度测量的敏感元件不仅有热电偶对和热敏电阻等传统的温度传感器，又有光学温度传感器和集成温度传感器等先进的现代化温度传感器。一般的半导体激光器驱动电源往往采用的都是一种型号为DS18B20的数字温度传感器。
4 结 语
由于半导体激光器对内部的驱动电源提出了稳定电流和控制温度这两个基本性的技术要求，所以在设计半导体激光器的驱动电源的时候，要充分考虑驱动器、电路主回路和温控系统等部分的工作原理来设计电源方案。同时还要注意设计一些如软启动、过压检测电路和消除浪涌电路等用来保护电路的硬件和软件。
参考文献：
[1] 丛梦龙，李黎，崔艳松，等.控制半导体激光器的高稳定度数字化驱动 电源的设计[J].光学精密工程，2010，（7）.
驱动电源设计范文4
关键词： LED背光源；Boost拓扑；电容平衡；保护电路
中图分类号：TN312+.8 文献标识码：B
The Design of Capacitor Balanced Driver for Edge-lit LED Backlight Based on Boost Topology
MENG Xian-ce1, LIU Wei-dong1,2, QIAO Ming-sheng2
（1. Dept. of College of Information Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong 266100, China; 2. Hisense Electric Co., Ltd, Qingdao Shandong 266071, China）
Abstract: Based on boost topology, this paper introduces a LED driver circuit that uses a capacitor to achieve one boost circuit drive two strings of LED light string work in a constant current mode.
Keywords: LED backlight; boost topology; capacitor balanced; protect circuit
引 言
侧导光LED背光源以其能够支持液晶电视超薄化和节能环保设计的优势，正在得到广泛的应用。
目前，大尺寸的液晶屏要有多串LED灯条做背光源，多采用Boost拓扑的LED驱动电路进行驱动，一般以一路Boost驱动一串LED灯条的方式实现恒流控制的目的，每路都需要一个升压MOS管和一个调光MOS管，并且每路输出都需要电解电容满足LED正常工作，系统所使用的器件多，成本较高。
本文基于Boost拓扑电路，设计实现一种具有电容平衡功能的侧导光LED背光源驱动电路，能够实现一路Boost电路驱动两串LED灯条，可减少元器件使用，降低系统成本。
1 基本原理
Boost拓扑电路即升压（Boost）变换器，是一种从低压输入得到高压输出的开关调整器。其工作过程包含能量存储和能量释放两个阶段，开关导通期间，电感储存能量，输出电容单独为负载提供电源；开关断开期间，储存了能量的电感与输入电源串联共同为负载提供电源。
电容是开关电源中常用的元件，具有储存电能和传递电能的作用。电容的充放电过程存在C=Q/U和Q=It的关系，其中C为电容器的容量，Q为电容器存储的电荷量，U为电容器两端电压差，I为充放电电流，t为充放电时间。在选定的电容量C条件下，只要设置适当的时间，即可实现电容充电和放电的电荷量相等，起到平衡连接在电容两端的电路电流的作用。
2 系统架构
基于以上原理，我们设计了一种电容平衡式LED驱动电路，其系统框图如图1所示。
该LED驱动系统包括六部分功能电路，在LED驱动控制芯片的控制之下，各功能电路协调工作，通过电容平衡实现一个Boost电路驱动控制两串灯条同时恒流工作。
3 电容平衡式驱动电路系统
图2所示为电容平衡式驱动电路系统原理图。
3.1 LED驱动控制芯片及其电路设计
本设计所选择的芯片为安森美半导体公司的NCP1252芯片。该芯片是一款基于电流模式脉冲宽度调制（PWM）的驱动控制芯片，目前大多应用于AC-DC类反激电源当中。本系统通过给NCP1252芯片以12V的DC电压供电，使芯片的驱动输出电平为12V，具有较强的驱动能力。通过设置芯片的Rt脚和SS脚，使电路工作在180kHz频率下，保证芯片频率稳定，驱动开关损耗较小，同时保证本系统的电磁兼容（EMC）效果最佳。
3.2 DC-DC升压电路
为保证LED灯的光效，要求驱动电路工作在恒流控制模式，输出到LED灯的电压可以动态调整。本系统采用工作在不连续模式的Boost电路，实现升压系数随负载变化的可调性，达到动态输出电压恒流驱动LED的目的。本设计中利用Boost电路的电感输出端输出功率，便于电容平衡电路的工作，实现一路Boost电路驱动控制两串灯条同时恒流工作的目的。
3.3 电容平衡电路
电容具有储存电荷的功能。本电路中利用电容充电和放电电荷量相等的特点，实现两串LED灯串的电流平衡。基于Boost电路的电容平衡电路模块原理图如图3所示。
图中，电容C1是用于平衡电流的电容，本设计中选择没有极性的聚丙烯电容以实现耦合平衡的作用。电路正常工作时，B点是电容C1的输入端，C点是电容C1的输出端。当Boost电路的开关管V1关断时，电容C1接受电感L1的充电，使C点电平为一倍LED灯串的电压，经过VD4整流和C3滤波驱动LED灯条1发光。电阻R8阻值较小，电容充电时B点电位高于C点电位，所以，当Boost电路的开关管V1导通时，电容C1的B点通过开关管V1及电阻R8对地放电，使地的电位高于C点电位，使C点和地之间产生负电压，经过VD1整流和C2滤波驱动LED灯条2发光。
3.4 恒流采样电路
本系统采用比例电流源电路来实现LED的恒流采样，达到控制流经LED灯的电流恒定的目的。如图2所示，流经LED灯串的电流ILED与驱动控制芯片N1的FB脚电流IFB以比例的关系可产生相同趋势的变化。芯片N1工作时FB脚电流IFB会稳定在1mA。当IFB>1mA时，芯片N1减小输出驱动脉冲的占空比，以降低LED灯条中的电流到设定值；当IFB
3.5 保护电路
本电路具备过压保护、过流保护、短路保护和开路保护功能，各保护功能通过触发保护功能主电路实现。
3.5.1 保护功能主电路
保护功能主电路模块如图4所示。
图4中A点为保护触发信号的输入点，当输入到A点的电平信号大于NPN型三极管V3的be结电压时，V3饱和导通，电阻R4两端产生压降，当R4的压降大于PNP型三极管V2的eb结电压时，V2饱和导通，12V_VCC的电压经电阻R20输入到保护触发信号的输入点，即A点，实现A点一旦被触发，则锁定在触发状态。重新上电即可退出锁定。
当保护点的触发状态被锁定后，V3一直处于饱和导通状态，从而使连接到芯片BO脚的二极管VD13导通，将芯片BO脚的电平置低，其电平值为V3的饱和导通压降（Vce≈0.1V）与VD13导通压降（Vd≈0.3V）之和，即VBO=Vce+Vd≈0.1+0.3=0.4V
在PNP型三极管V2饱和导通，本电路还设计了将12V_VCC通过R12输入到芯片的电流取样端Cs脚，使该引脚电平超出其正常工作的电平范围最大值1V，芯片立即响应，关闭驱动脉冲的输出，进入保护状态。
3.5.2 OVP电路和OCP电路
本系统中的OVP电路从Boost输出端取样，经过电阻分压后通过稳压二极管VZ1连接到保护触发信号的输入点A点，当过压时即可触发启动上述保护功能主电路模块，实现对灯条串和电路系统的保护。
本系统中的OCP电路从Boost升压电路开关管V1下端取样，当LED灯条过流时，电阻R8压降变大，通过电阻R21触发保护信号输入点A，启动保护功能主电路模块，实现保护功能。
3.5.3 开路保护和短路保护
当LED灯条串开路时，驱动控制芯片N1的FB脚将无电流，芯片停止输出驱动脉冲，系统进入保护状态。当LED灯条串短路时，FB脚的电流大于1.5mA，芯片同样停止输出驱动脉冲，系统进入保护状态。
3.6 调光电路
本系统的调光电路通过在芯片BO脚接两个电阻R10和R17以及一个二极管VD6实现LED灯条串电流的动态控制，以达到节能的效果。
4 测试波形及分析
由图5的测试波形可见，以系统地为参考零电位，电路中VD1的输出为负电压，即当电容C1放电时，B点电位高于C点电位所产生。
由图6的测试波形可见，电路进入保护状态时，A点电平升高并维持在高电平状态，同时BO脚电平被从1V拉低到约0.4V，芯片锁定在保护的状态。
5 结 论
本文设计了一种新的LED驱动电路架构，实现了电容平衡式LED驱动电路系统。该系统使用一路Boost升压电路驱动两串LED灯条同时恒流工作，相对于传统的恒流驱动电路，使用的元器件少，电路结构优化，成本较低。该电路系统目前已成功实现批量应用，对其它电路结构的优化具有启发性意义，将是下一步研究工作的重点。
参考文献
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驱动电源设计范文5
进行LCD设计主要是LCD的控制/驱动和外界的接口设计。控制主要是通过接口与外界通信、管理内/外显示RAM，控制驱动器，分配显示数据；驱动主要是根据控制器要求，驱动LCD进行显示。控制器还常含有内部ASCII字符库，或可外扩的大容量汉字库。小规模LCD设计，常选用一体化控制/驱动器；中大规模的LCD设计，常选用若干个控制器、驱动器，并外扩适当的显示RAM、自制字符RAM或ROM字库。控制与驱动器大多采用低压微功耗器件。与外界的接口主要用于LCD控制，通常是可连接单片机MCU的8/16位PPI并口或若干控制线的SPI串口。显示RAM除部分Samsung器件需用自刷新动态SDRAM外，大多公司器件都用静态SRAM。嵌入式人机界面中常用的LCD类型及其典型控制/驱动器件与接口如下：
段式LCD，如HT1621（控/驱）、128点显示、4线SPI接口；字符型LCD，如HD44780U（控/驱）、2行×8字符显示、4/8位PPI接口；单色点阵LCD，如SED1520（控/驱）、61段×16行点阵显示、8位PPI接口，又如T6863（控）+T6A39（列驱+T6A40（行驱）、640×64点双屏显示、8位PPI接口；
灰度点阵LCD，如HD66421（控/驱）、160×100点单色4级灰度显示、8位PPI接口；伪彩点阵LCD，如SSD1780（控/驱）、104RGB×80点显示、8位PPI或3/4线SPI接口；真彩色点阵LCD，如HD66772（控/源驱）+HD66774（栅驱）、176RGB×240点显示、8/9/16/18位PPI接口、6/16/18动画接口、同步串行接口；视频变换LCD，如HD66840（CRT-RGBCD-RGB）、720×512点显示、单色/8级灰度/8级颜色/4位PPI接口。控制驱动器件的供电电路、驱动的偏压电路、背光电路、振荡电路等构成LCD控制驱动的基本电路。它是LCD显示的基础。
LCD与其控制驱动、接口、基本电路一起构成LCM（Liquid Crystal Module,LCD模块）。常规嵌入式系统设计，多使用现成的LCM做人机界面；现代嵌入式系统设计，常把LCD及其控制驱动器件、基本电路直接做入系统。本体考虑、既结构紧凑，又降低成本，并且有昨于减少功耗、实现产品小型化。控制LCD显示，常采用单片机MCU，通过LCD部分的PPI或SPI接口，按照LCD控制器的若干条的协议指令执行。MCU的LCD程序一般包括初始化程序、管理程序和数据传输程序。大多数LCD控制驱动器厂商都随器件提供有汇编或C语言的例程资料，十分方便程序编制。
2 常见LCD的控制驱动与接口设计2.1 段式LCD的控制驱动与接口设计段式LCD用于显示段形数字或固定形状的符号，广泛用作计数、计时、状态指示等。普遍使用的控制驱动器件是Holtek的HT1621，它内含与LCD显示点一一对应的显存、振荡电路，低压低功耗，4线串行MCU连接，8条控制/传输指令，可进行32段×4行=128点控制显示，显示对比度可外部调整，可编程选择偏压、占空比等驱动性能。HT1621控制驱动LCD及其MCU接口如图1所示。2．2 字符型LCD的控制驱动与接口设计字符型LCD用于显示5×8等点阵字符，广泛用作工业测量仪表仪器。常用的控制驱动器件有：Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它内嵌与LCD显示点一一对应的显存SRAM、ASCII码等的字符库CGROM和自制字符存储器CGRAM，可显示1～行每行8个5～8点阵字符或相应规模的5×10点阵字符，其内振荡电路附加外部阻容RC可直接构成振荡器。HD44780U具有可直接连接68XX MCU的4/8位PPI接口，9条控制/传输指令，显示对比度可外部调整。HD44780U连接80XX MCU时有直接连接和间接连接两种方式：直接连接需外部逻辑变换接口控制信号，而无需特别操作程序；间接连接将控制信号接在MCU的I/O口上，需特别编制访问程序。HD44780U控制驱动LCD及其与80XXMCU的接口如图2所示。
2．3 单色点阵型LCD的控制驱动与接口设计单色点阵型LCD用作图形或图形文本混合显示，广泛用于移动通信、工业监视、PDA产品中。小面积LC D常采用单片集成控制驱动器件，如Seiko Epson的SED1520，可实现61列×16行点阵显示；中等面积LCD常采用单片控制/列驱动器件与单片机驱动器件，如Hitachi的HD61202U（控/列驱）、HD61203（行驱），可实现64×64点阵显示；较大面积LCD常采用“控制器+显示+列驱动器+行驱动器”形式，如Toshiba的T6963C（控）、T5565（显存）、T6A39（列驱）、T6A40（行驱），可实现640×128点阵显示。这些驱动器常需12～18V负电源实现偏置与调整对比度。控制器件大多可以外接阻 容RC构成振荡器或外接振荡器或外引时钟。显存中的每一位与LCD显示点一一对应。需要文字显示时，简单字符可直接全长集成在控制器内的ASCII字库，汉字或自制字符显示可在控制器外扩展大容量的字库CGROM或自制字库CGRAM。控制接口通常是8位PPI的64XX或80XXMCU接口（与MCU的连接也存在直接连接和间接连接两种形式），7～13条控制/传输指令，可实现点线圆等绘图功能。控制器T6963C、HD61830、SED1335等可以实现单双屏LCD控制。这是适应移动通信显示的结果。实质上是平分显存并分别对应两个LCD屏。编制传输数据程序时，要注意结合显存的特点适当变换数据形式，如SED1520显存中的8位数据是反竖排的，HD61202显存中的数据是竖排的。图3是Seiko Epson的SED1335控制器，外扩显存SRAM、自制字库SGRAM、大容量汉字库CGROM，与列驱动器SED1606、行驱动器SED1635组成的LCD及其80XX MCU接口的构成框图，可以实现640×56单色点阵LCD显示。
驱动电源设计范文6
【关键词】时序控制；伽马校正；DC-DC转换；液晶显示器
引言
TFT液晶屏采用行、列驱动的矩阵显示方式，需要在前端增加一个特殊的转换电路，就是“时序控制器”，将从外部供给的数据信号、控制信号以及时钟信号分别转换成适合于数据和栅极驱动IC的数据信号、控制信号、时钟信号。它的功能是色度控制和时序控制。时序控制电路是整个显示器动作时序的中心，配合每个图框显示的时机，设定水平扫描启动，并将由界面所输入的图像数据信号转换成源极驱动电路所用的数据信号，传送到源极驱动电路的寄存器中，并配合水平扫描，控制数据线驱动的适当时间，从而实现图像的显示。这个“时序控制器”就是我们常说的时序控制电路，也称为TCON电路，是TFT液晶屏可以正常显示目前视频图像信号的关键部件。
液晶屏加固设计时，由于原屏配的TCON板在功能、性能和尺寸等方面往往不能满足加固设计的要求，所以需要对TCON电路重新设计，以满足使用要求，下面以一款6.4寸液晶屏为例介绍TCON板的设计。
1 基础理论介绍
图像信号的转换，这是一个极其复杂、精确的过程，它需要先对信号进行存储，然后根据信号的标准及液晶屏的各项参数进行分析计算，根据计算的结果再按规定从存储器中读取预存的像素信号，并按照计算的要求重新组合排列读取的像素信号，成为液晶屏显示适应的信号。在这个过程中，图像信号的时间过程、排列顺序都进行了重新的编排，完全改变了原来像素信号的时间顺序关系，所以此电路称为“时序控制电路”，其英语为Timing-Control，缩写为TCON。TCON电路还要产生控制各个电路工作的辅助信号，重新编排的像素信号在辅助信号的协调下，施加于液晶屏驱动电路中，从而正确的重现出图像。
液晶屏的整体驱动电路包括时序控制电路、灰阶电压（伽马校正）发生电路、DC-DC转换电路、屏源极驱动（列驱动）电路、屏栅极驱动（行驱动）电路等，其构成框图如图1所示。
我们平时所说的“TCON电路板”是图1中的时序控制电路、灰阶电压发生电路、DC-DC转换电路三部分，它们通常做在一块独立的电路板上。这块电路板把前端送来LVDS格式的图像信号，转换为液晶屏周边源极驱动和栅极驱动集成电路所需的RSDS格式的图像数据信号，同时还输出源极驱动、栅极驱动电路工作必须的驱动控制信号（STV、CKV、STH、CKH、POL），这些信号加到屏周边的驱动电路上，最终实现图像在液晶屏上的显示。
2 TCON板电路设计
2.1 DC-DC转换电路设计
驱动电路是一个独立系统，这部分电路工作需要各种电源供电，如（Vmain供电、栅极驱动电压VGH、VGL）、伽马校正基准电压（VDA）等。为了保证该系统的稳定工作，在T-CON电路中，专门设置了一个独立的开关电源电路，该开关电源把主板送来的电源，经过DC-DC转换电路，产生逻辑驱动电路所需的Vmain、VDA、VGL、VGH等电压。这个DC-DC转换电路输出要求无干扰、电压精度高，是一个专门为逻辑驱动系统供电的开关电源电路。
本DC-DC转换电路设计采用TI公司的TPS65101电源芯片，该芯片能产生LCD需要的电压Vmain、栅极开启电压VGH及栅极关断电压VGL。芯片内部集成有3个DC-DC转换器，其中包括两个充电泵和一个升压转换器，可以为小型TFT液晶屏提供高效的调节电压。
DC-DC转换电路如图2所示，升压转换器产生行列驱动电压Vmain，一个充电泵产生正电压，作为TFT的开启电压VGH；另外一个充电泵产生负电压，作为TFT的关闭电压VGL，Gamma基准电压VDA采用Vmain。
2.2 伽马校正电路
显示屏的其源极驱动电路会向屏列电极施加一个幅度变化的像素信号电压，而该电压的变化与屏产生光点亮度的大小是一个严重畸变的非线性变化关系，呈现一个类似S形的曲线，如图3所示。
从图3可以看出，当电压等分变化时，液晶屏透光率变化中间拉长，两边压缩。在图像信号电压低亮度和高亮度时，出现了液晶屏透光率变化迅速的现象，而在图像信号电压在中等亮度时，屏透光率变化非常缓慢，这样重现的图像会出现非常难看的灰度层次失真，是需要解决的。因此，在液晶屏的T-CON电路中，针对这种失真现象专门设计了一个电压校正电路，它采用一系列幅度变化不成比例的预失真电压，对失真曲线进行校正。这一系列的电压我们称为灰阶电压，而产生灰阶电压的电路称为灰阶电压发生电路。灰阶电压组成的校正曲线如图4所示。
从图4可以看出，当液晶屏透光率等分变化时，校正电压在图像中间亮度区域进行压缩，变化加速，而在图像信号低亮度和高亮度区域时，校正电压变化缓慢。用这一系列变化的灰阶电压对图像像素信号所携带的不同亮度信息进行赋值，以纠正液晶屏的图像灰度失真。伽马校正就是这个矫正过程，相关电路也称为伽马校正电路。
本伽马校正电路设计采用TI公司的BUF16821电源芯片，BUF16821提供16个可编程的GAMMA通道和2个可编程VCOM通道，所有通道都提供轨到轨的输出且支持I2C接口编程。生成的GAMMA和VCOM值可以存储在芯片的非易失性存储器上。BUF16821支持多达16个的片上存储器的写操作。
伽马校正电路如图5所示，GAMA1-GAMA10提供GAMMA电压，VCOM提供Vcom电压，电压值可通过I2C写入芯片，并存储在入芯片的非易失性存储器。
2.3 时序控制电路设计
时序控制电路主要由一片专业TCON处理芯片构成。该电路把前端送来的LVDS信号经过逻辑转换，产生RSDS图像数据信号，以及后级驱动电路所需的各种控制信号。
LVDS信号包括图像的RGB基色信号、行同步、场同步信号及时钟信号，这些信号进入时序控制电路后，RGB基色信号转换成为RSDS图像数据信号，行、场同步信号转换转变成相关控制信号。
时序控制电路采用专业TCON处理芯片DTC34LN00R，如图6所示，芯片将由CN1输入的LVDS视频信号转换成液晶屏能显示的信号，由CN2传给液晶屏。
3 设计测试结果和显示效果
按照上述介绍设计出TCON板，设计出TCON板各电压测试值如表1所示，设计的TCON板安装在加固显示器，显示效果如图7所示。
4 结论
针对设计加固显示器时需要对液晶屏的时序控制板重新设计的问题，采用本文介绍的方法，通过选用DC-DC电源芯片产生液晶屏的驱动电压，选用TCON芯片产生液晶屏的时序控制信号，设计开发出TCON板，实现液晶屏的驱动功能。TCON板随加固显示器进行了高低温、振动的性能试验，试验表明设计能满足加固显示的要求。
【参考文献】
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