课件LED驱动电源类型.ppt

1、学习要点 1、什么是PWM 2、三极管与MOS管的特性 3、电感和电容的特性 4、LED驱动器与LED驱动电源的区别 5、降压式LED恒流驱动电源内容：内容：脉宽调制（PWM）定义及PWM信号发生原理；占空比的含义；PWM控制种类介绍。要求：要求：掌握PWM的发生原理，理解占空比的含义；了解PWM控制种类。脉宽调制（PWM）技术脉宽调制（PWM：Pulse-Width Modulation）的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。

2、随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展；脉宽调制（脉宽调制（PWM）技术介绍）技术介绍 PWM控制技术就是对半导体开关器件的导通导通和关断关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。什么是PWM？脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有

3、效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。什么是PWM？PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。PWM相关概念 占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间 与 该PWM的时钟周期的时间之比。如，一PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us

4、，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。分辨率：占空比最小能达到的值。如8位的PWM，理论的分辨率就是1：255(单斜率)，16位的的PWM理论就是1：65535(单斜率)。PWM相关概念频率如16位的PWM，它的分辨率达到了1：65535，要达到这个分辨率，T/C就必须从0计数到65535才能达到。相对于周期就是65535*计数脉冲时间。PWM相关概念PWM相关概念双斜率/单斜率：假设一个PWM从0计数到80，之后又从0计数到80.这个就是单斜率。假设一个PWM从0计数到80，之后是从80计数到0.这个就是双斜率。可见，双斜率的计数时间多了一倍，所以输出的PWM频

5、率就慢了一半，但是分辨率却是1：(80+80)1：160，就是提高了一倍。PWM的最基本的实现原理假设PWM是单斜率，设定最高计数是80，我们再设定一个比较值是10，那么T/C从0计数到10时(这时计数器还是一直往上计数，直到计数到设定值80)，单片机就会根据你的设定，控制某个IO口在这个时候是输出1还是输出0还是端口取反。脉宽调制的基本原理是通过占占空比空比的变化来实现能量、信号等的调节。图5显示了三种不同的PWM信号。图5（a）是一个占空比为10%的PWM信号，即在信号周期中，10的时间通，其余90的时间断；图5（b）和图5（c）显示的分别是占空比为50%和90%的PWM信号。（三）脉宽调

6、制基本原理（a）占空比为10%的PWM信号（b）占空比为50%的PWM信号（c）占空比为90%的PWM信号图5不同占空比的PWM信号使用单片机产生PWM使用内部含有PWM模块的单片机。例如：STC，MSP430，AVR，DSP，ARM1、模拟电路产生PWM；2、数字电路产生PWM。（二）（二）PWMPWM信号发生原理信号发生原理 1、模拟电路产生PWM 模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。模拟电路产生PWM信号的一般原理如图1所示。图1 模拟电路产生PWM信号原理示意图第一步：通过电阻R和电容C设定开关周期Ts（开关频率f1/Ts）；第二步：通过振荡器产生载波，即图1中的

7、锯齿波/三角波；第三步：根据需要产生一个控制信号即调制波，然后，载波和调制波的值通过比较器进行比较；第四步：比较器比较的结果产生PWM信号。发生发生PWMPWM信号的具体步骤信号的具体步骤 2、数字电路产生PWM 数字电路产生PWM信号的原理与模拟电路一样，不同的是，数字电路产生PWM信号是通过寄存器的设置来实现的。数字电路产生PWM信号的原理如图3所示。图3 数字电路产生PWM信号原理第一步：通过周期寄存器（Period Register）设定开 关 周期Ts（开关频率f1/Ts）；（设计者设定）第二步：相应的定时器（Timer Register）开始计数产 生图3中的锯齿波/三角波；（不需

8、要设定，自动计数）第三步：根据需要产生一个控制信号即调制波，即星号*表示的值，用此值装载比较寄存器（Compare Register），然后，Timer Register和Compare Register的值进行比较，比较的结果送往PWM发生电路。如图4所示；第四步：PWM发生电路根据比较的结果产生PWM信号。发生PWM信号的具体步骤图4数字电路产生PWM信号比较原理 许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM发生器，这使数字控制的实现变得更加容易了。三极管 定义：三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号

9、，也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。结构：对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e（Emitter）、基极b(Base)和集电极c(Collector)。工作原理：在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控

10、制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.输入特性：电力场效应晶体管电力场效应晶体管MOSFET 定义：金属-氧化物-半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semicondu

11、ctor Field-Effect Transistor,MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”（工作载流子）的极性不同，可分为“N型”与“P型”的两种类型，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOS、PMOS等 结构：图1是典型平面N沟道增强型NMOSFET的剖面图。它用一块掺杂浓度较低的P型硅片作衬底，在其面上扩散了两个高掺杂的N型区，再在上面覆盖一层二氧化硅(SiO2）绝缘层，最后在N区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极

12、：G(栅极）、S（源极）及D（漏极），如图所示。从图1中可以看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，D与S之间有两个PN结。工作原理工作原理 电力MOSFET的工作原理是：在截止状态，漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结反偏，漏源极之间无电流流过；在导电状态，在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过，但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的电子吸引到栅极下面的P区表面。当UGS大于开启电压或阈值电压UT时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结消失，漏极和源极导电。转移特性是指UDS保持不变，ID与UGS之间的函数关系。输出特性是指UGS保持不变，ID与UDS之间的函数关系。DSU 电力场效应晶体管的特点：电力场效应晶体管的特点：电力场效应晶体管主要指绝缘栅型中的MOS型，简称电力MOSFET。其特点是：用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性好，电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10 kW的电源电子装置。电感和电容的特性LED驱动器与LED驱动电源的区别 DC/DC变换驱动器的拓扑结构：降压式LED恒流驱动电源 降压式变换器