LED制造技术与应用5-1.ppt

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1、5.1 初识景观工程初识景观工程 LEDLED灯是一种新型光源，与普通的霓虹灯比，其特点是不产生光污染和灯是一种新型光源，与普通的霓虹灯比，其特点是不产生光污染和热辐射、耗能低（节能热辐射、耗能低（节能60%60%以上，维护成本节约以上，维护成本节约80%80%以上），在用电量巨大的以上），在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的竞争力景观照明市场中具有很强的竞争力, ,优势明显优势明显; ;且具有色彩丰富逼真、图形多且具有色彩丰富逼真、图形多变等优点，目前已被不少大城市用来装饰街道和标志性建筑物。变等优点，目前已被不少大城市用来装饰街道和标志性建筑物。一、一、LED夜景工程夜景工程1.LED夜

2、景工程发展现状及趋势夜景工程发展现状及趋势 近几年近几年, ,随着技术的突破，应用的拓展，发光二极管随着技术的突破，应用的拓展，发光二极管(LED)(LED)半导体在城半导体在城市景观照明中的应用也越来越多。半导体照明符合现代社会对城市景观照市景观照明中的应用也越来越多。半导体照明符合现代社会对城市景观照明的新要求明的新要求: :环保、节能、经济及光色变化，因此作为新型半导体光源正环保、节能、经济及光色变化，因此作为新型半导体光源正成为景观照明中最佳选择的光源之一。成为景观照明中最佳选择的光源之一。 我国也将把半导体照明作为一个重大工程进行推动。我国也将把半导体照明作为一个重大工程进行推动。“

3、十五十五”期间我期间我国半导体照明领域的研究目标主要放在培育国半导体照明领域的研究目标主要放在培育LEDLED产业链上。目前我国在半产业链上。目前我国在半导体照明领域已经初步形成从外延片生产、芯片制备和器件封装集成应用导体照明领域已经初步形成从外延片生产、芯片制备和器件封装集成应用的比较完整的产业链。然而，由于半导体景观照明不同于半导体照明的其的比较完整的产业链。然而，由于半导体景观照明不同于半导体照明的其他领域，它对最终的实施效果有艺术化的要求，这就涉及到如何设计和使他领域，它对最终的实施效果有艺术化的要求，这就涉及到如何设计和使用的问题。用的问题。2. LED景观照明的设计与应用景观照明的

4、设计与应用 LEDLED是一种新型光源，代表着最新的照明科技。因此使用是一种新型光源，代表着最新的照明科技。因此使用LEDLED照明目照明目前似乎正逐渐成为一种最为时髦的做法。似乎用了前似乎正逐渐成为一种最为时髦的做法。似乎用了LEDLED就贴上了科技领先的就贴上了科技领先的标签。然而，不考虑建筑原有风格形态。盲目使用标签。然而，不考虑建筑原有风格形态。盲目使用LEDLED照明，一味追求色彩照明，一味追求色彩变化也成为许多建筑照明设计的通病。变化也成为许多建筑照明设计的通病。LEDLED灯具色彩可变。易于控制是其优于其他种类光源和灯具的特性。因此，灯具色彩可变。易于控制是其优于其他种类光源和灯

5、具的特性。因此，在实际的工程中采用在实际的工程中采用LEDLED时大多会选择使用这一特性，设计变色的照明效果。时大多会选择使用这一特性，设计变色的照明效果。 此外，此外，LEDLED色彩变化的频率和速度也是应该进行设计的内容。变化色彩变化的频率和速度也是应该进行设计的内容。变化过快的色彩方案，容易造成视觉疲劳，缺乏设计的图形色彩更会导致观过快的色彩方案，容易造成视觉疲劳，缺乏设计的图形色彩更会导致观者的烦躁情绪。尤其在一些重要的交通节点，频繁闪烁变化的者的烦躁情绪。尤其在一些重要的交通节点，频繁闪烁变化的LEDLED照明，照明，甚至会影响到道路的交通安全。甚至会影响到道路的交通安全。 LED

6、LED技术在近两年发展得非常快，技术在近两年发展得非常快，LEDLED发光效率也大幅度地在提高。发光效率也大幅度地在提高。高亮度、超高亮度的高亮度、超高亮度的LEDLED都已广泛运用到实际工程中。但同样值得反思的都已广泛运用到实际工程中。但同样值得反思的是并不是是并不是LEDLED亮度越高就越好。亮度越高就越好。3.LED景观工程应用实例景观工程应用实例（1）水立方）水立方（2）上海东方明珠塔）上海东方明珠塔 （3 3）费城艺术大道）费城艺术大道（5 5）英国伦敦眼）英国伦敦眼5.2 驱动电路理论基础驱动电路理论基础一、一、LED 的连接方式的连接方式（1 1）并联方式）并联方式：它的负载电压

7、较低，可以在低电源电压的产品中使用，并联方式它的负载电压较低，可以在低电源电压的产品中使用，并联方式中很显然所有的中很显然所有的 LED LED 两端的电压都是相等的，因此要求驱动器输出的电流要尽两端的电压都是相等的，因此要求驱动器输出的电流要尽可能的大，太阳能供电就是采用并联方式。在不同的可能的大，太阳能供电就是采用并联方式。在不同的 LED LED 一致性存在很大差别，一致性存在很大差别，但是采用并联连接方式的但是采用并联连接方式的 LED LED 的亮度和电流不能自动进行匹配，所以要利用电的亮度和电流不能自动进行匹配，所以要利用电流源或者镇流电阻确保偏置电流相等并且发光亮度均匀，但是这样

8、又会造成电流源或者镇流电阻确保偏置电流相等并且发光亮度均匀，但是这样又会造成电池的寿命减少和转换效率降池的寿命减少和转换效率降低。低。（2 2）串联方式：）串联方式：它要求它要求 LED LED 驱动器能够输出很高的电压，串联的时候通过驱动器能够输出很高的电压，串联的时候通过每个每个 LED LED 的电流都是相同的，而且保持一致的亮度，但是如果的电流都是相同的，而且保持一致的亮度，但是如果 LED LED 的一致性有的一致性有很大差别，这时很大差别，这时 LED LED 两端分配的电压也各不同。如果采用例如阻容降压方式的稳两端分配的电压也各不同。如果采用例如阻容降压方式的稳压式驱动，出现有某

9、个压式驱动，出现有某个 LED LED 短路的时候，由于串联方式会维持本身的匹配特性，短路的时候，由于串联方式会维持本身的匹配特性，驱动器输出电压没有改变，剩余驱动器输出电压没有改变，剩余 LED LED 两端分配的电压会增大，从而驱动器输出两端分配的电压会增大，从而驱动器输出电流也跟着变大，很容易导致损坏剩下的其他所有电流也跟着变大，很容易导致损坏剩下的其他所有 LED LED。（3 3）混联方式：）混联方式： 串联或者并联方式适用的范围都是有限的，由于串联负载不能很好应串联或者并联方式适用的范围都是有限的，由于串联负载不能很好应用于稳压式用于稳压式 LED LED 驱动器，并联负载不能很好

10、应用于恒流式驱动功率型驱动器，并联负载不能很好应用于恒流式驱动功率型 LED LED，所以很有必要将驱动器与负载所以很有必要将驱动器与负载 LED LED 采用混联方式进行组合。采用混联方式进行组合。 LED LED 的连接方式应用到产品中时，如果全部采用的连接方式应用到产品中时，如果全部采用 LED LED 串联方式，串联方式，LED LED 驱驱动器需要输出较高的电压，如果全部采用动器需要输出较高的电压，如果全部采用 LED LED 并联方式，并联方式，LED LED 驱动器需要驱动器需要输出较大的电流。串联或者并联其中的任何一种，都会或多或少影响输出较大的电流。串联或者并联其中的任何一种

11、，都会或多或少影响 LED LED 的的使用，具有很大的局限性，并联使得负载电流增大，增加驱动器的成本，采使用，具有很大的局限性，并联使得负载电流增大，增加驱动器的成本，采用串并联相结合的方式可以解决该问题，可以同时满足驱动电流和驱动电压用串并联相结合的方式可以解决该问题，可以同时满足驱动电流和驱动电压的要求。的要求。二、二、LED 的的控制控制方式方式 LED 的控制方式有恒流方式和恒压方式两种的控制方式有恒流方式和恒压方式两种 (1) 恒压驱动：恒压驱动：恒压驱动对负载两端的输出电压进行采样，最典型的恒压控制恒压驱动对负载两端的输出电压进行采样，最典型的恒压控制应用就是线性稳压电源反馈回路

12、，采用应用就是线性稳压电源反馈回路，采用 LED V-I 曲线可以在恒压驱动的条件曲线可以在恒压驱动的条件下控制下控制 LED 的正向电路，通过整流电阻和电压电源来确定所要输出的正向的正向电路，通过整流电阻和电压电源来确定所要输出的正向电流需要向电流需要向 LED 提供的电压。此方法有个不足之处，提供的电压。此方法有个不足之处，LED 正向电压的细微正向电压的细微变化都可能引起变化都可能引起 LED 电流的改变。电流的改变。 (2)恒流驱动：恒流驱动：由于由于LED器件的正向特性比较陡，加上器件的分散性，使得在器件的正向特性比较陡，加上器件的分散性，使得在同样电源电压和同样的限流电阻的情况下，

13、各器件的正向电流并不相同，引同样电源电压和同样的限流电阻的情况下，各器件的正向电流并不相同，引起发光强度的差异。如果能够对起发光强度的差异。如果能够对LED正向电流直接进行恒流驱动，只要恒流正向电流直接进行恒流驱动，只要恒流值相同，发光强度就比较接近值相同，发光强度就比较接近(同样存在着发光强度与正向电流之间各个器件同样存在着发光强度与正向电流之间各个器件的分散性，但是这种分散性没有伏安特性那么陡，所以影响也就小很多了的分散性，但是这种分散性没有伏安特性那么陡，所以影响也就小很多了)。我们知道，晶体管的输出特性具有恒流性质，所以可以用品体管驱动我们知道，晶体管的输出特性具有恒流性质，所以可以用

14、品体管驱动LED。使用晶体管恒流驱动使用晶体管恒流驱动LED器件器件 两种方式都有各自的优势和不足，最好的办法是结合两种方式视具体情况选两种方式都有各自的优势和不足，最好的办法是结合两种方式视具体情况选择。要保持适当的电压，也要保持相对的恒流，要监测负载上的电压变化情况，择。要保持适当的电压，也要保持相对的恒流，要监测负载上的电压变化情况，也要监测通过负载电流的变化情况。如果空间场合允许的情况下，也要监测通过负载电流的变化情况。如果空间场合允许的情况下，LED LED 驱动全驱动全面控制将要向光源线路融合的智能化照明方案的方向发展。面控制将要向光源线路融合的智能化照明方案的方向发展。三、三、L

15、ED 驱动电路的分类驱动电路的分类主电路主电路线性型电路线性型电路反馈电路反馈电路主电路主电路开关型电路开关型电路调制电路调制电路（1）线性型）线性型线性型电路属于最简单最直接的驱动应用方式，线性型驱动电路包括两类：线性型电路属于最简单最直接的驱动应用方式，线性型驱动电路包括两类： 一种是一种是稳压电源稳压电源+ +镇流电阻模式，另一种是稳流电源镇流电阻模式，另一种是稳流电源+ +镇流电阻模式。线性型电路在照明镇流电阻模式。线性型电路在照明 LED LED 的应用中，存在调节性差觉额效率低等不足，不过体积小而且电路结构简单，的应用中，存在调节性差觉额效率低等不足，不过体积小而且电路结构简单，一

16、般要求都可以满足，所以使用的场合比较广。线性型电路主要用于例如手机背一般要求都可以满足，所以使用的场合比较广。线性型电路主要用于例如手机背光之类功率较小的照明。光之类功率较小的照明。（2）开关型）开关型 开关型电路的设计思路跟开关电源差不多，主要由主电路功率级电路和控制级开关型电路的设计思路跟开关电源差不多，主要由主电路功率级电路和控制级电路组成，功率级又包括电容、电感、整流管和开关管，控制级电路包括反馈电电路组成，功率级又包括电容、电感、整流管和开关管，控制级电路包括反馈电路和调制电路。通过开关型电路能够得到较高的总体效率和很好的电流控制精度。路和调制电路。通过开关型电路能够得到较高的总体效

17、率和很好的电流控制精度。 驱动电源电路中可以作为反馈取样控制信号的有输入电压、输出电压、开关驱动电源电路中可以作为反馈取样控制信号的有输入电压、输出电压、开关器件电流、电感电流，从而有电压模式、电流模式、平均电流模式、滞环电流模器件电流、电感电流，从而有电压模式、电流模式、平均电流模式、滞环电流模式和相加模式五种反馈控制模式，其中最常用的两种反馈控制模式就是电压模式式和相加模式五种反馈控制模式，其中最常用的两种反馈控制模式就是电压模式（3）反馈）反馈型型 a电压控制模式电压控制模式 基本原理是：从输出电压检出的反馈信号 跟参考电压 进行比较放大，从而得出误差信号 ，再把 和锯齿号进行比较，此时

18、 PWM 比较器会输出一系列的时钟信号，其宽度的改变受误差信号 的影响而改变。输出能量的大小决定了输出时钟的宽度，负载消耗能量的变大使得时钟宽度也跟着变大，反之输出能量变小时，要保证输出电压为一个恒定值，输出时钟宽度也会随之变小。此电源选用一个反馈信号既能够实现整个电路的负反馈并且保持输出信号为恒定。它属于单环控制系统，因为控制电路仅使用了一个反馈回路。电压型反馈控制原理图电压型反馈控制原理图FBVREFVVeVe b电流控制模式电流控制模式 电压控制模式属于单环控制系统，由于电源电路内的电流值并未参与控制过程，所以存在着以上的许多缺点，为了克服以上缺点，就出现了电流模式。电流模式控制也叫峰值

19、电流模式控制，直接用功率管流过的电流信号或输出电感流过的电流信号跟误差放大器的输出信号比较，来达到控制输出脉冲的占空比的作用，从而调节输出电感的电流最大值随误差电压的变化而变化。它对流过电感或功率管电流的大小直接控制，对 PWM 脉冲宽度进行间接控制。 在电压控制型开关变换器的基础上，电流控制型是通过加大电流内环，把它 变成双环控制系统，此时电感电流已不是独立变量，开关变换器因为没有电感电流也就变成了一阶系统。电流信号电流信号 和斜坡补偿信号和斜坡补偿信号 累加，再与误差放大器的输出累加，再与误差放大器的输出电压电压 比较，从比较，从 OSC OSC 输出输出时钟信号得到时钟信号得到 Logi

20、c Logic，随着驱，随着驱动功率管导通，使得回路中的动功率管导通，使得回路中的电流时钟慢慢变大。当电流时钟慢慢变大。当 的的幅值等于幅值等于 时，比较器状态时，比较器状态进行翻转，从而导致功率管截进行翻转，从而导致功率管截止，调节每个电流时钟，再来止，调节每个电流时钟，再来控制电源输出在电流模式下控制电源输出在电流模式下 PWM PWM 的带宽比电压模式更大。的带宽比电压模式更大。CVeVeSVV eVSV 电流型反馈控制原理图电流型反馈控制原理图（4）调制）调制一般的调光主要包括三种调制方式：一般的调光主要包括三种调制方式：PFM、PSM、PWM。PFM开关电源变换器中 PFM 调制方式

21、是经常用到的调制模式，与 PWM 一起使用比较多，控制效果也很不错。把负载端的反馈信号同基准信号比较之后，对输出误差信号进行分析，从而改变工作频率，再输出一个宽度恒定频率变化的方波信号来控制功率管，分析负载的状况后相应地控制开关管的导通时间，保证输出电压的稳定。优点优点：低负载的时候有较高的工作效率、较好的频率特性和较高的电压调整率，低负载的时候有较高的工作效率、较好的频率特性和较高的电压调整率，电压控制模式和峰值电流模式应用较多。电压控制模式和峰值电流模式应用较多。缺点：缺点：负载调整的范围很小，造成滤波的成本很高。负载调整的范围很小，造成滤波的成本很高。PSM开关电源变换器有种新控制方式叫

22、作 PSM 调制方式，通过把负载上输出的反馈信号等效转变为数字信号，检测信号在时钟上升沿的电平，判断该时钟周期内工作与否，再对功率管的导通时间进行调整，以便输出电压的稳定 。优点优点：在低负载下工作有高效率和高频率特性，功率管开关频率低，在小在低负载下工作有高效率和高频率特性，功率管开关频率低，在小功率电源管理功率电源管理 IC 上可以得到应用。上可以得到应用。缺点缺点：输出的纹波幅度很大，而且输入电压不能很好地自我调整。：输出的纹波幅度很大，而且输入电压不能很好地自我调整。PWM开关电源变换器中 PWM 调制方式是最常用的一种调制方式，它是通过把负载端输出的反馈信号和内部锯齿波信号来比较，输

23、出频率不变占空比改变的时钟控制信号从而对功率管进行控制，同时根据负载的情况随时改变开关管的导通时间，使输出电压能够稳定。优点：优点：在高负载下有较高的效率和线性度，并且输出纹波小，电流控制模在高负载下有较高的效率和线性度，并且输出纹波小，电流控制模式和电压控制模式都适用式和电压控制模式都适用。缺点：缺点：在负载较低时效率也降低。在负载较低时效率也降低。四、驱动电路性能指标四、驱动电路性能指标5.3驱动电路分析驱动电路分析一、一、LEDLED供电的电源必须注意以下事项供电的电源必须注意以下事项: :(1)LED(1)LED是单向导电器件是单向导电器件, ,由于这个特点由于这个特点, ,就要用直流

24、电流或者单向脉冲电流给就要用直流电流或者单向脉冲电流给LEDLED供电供电。(2)LED(2)LED是一个具有是一个具有PNPN结结构的半导体期间结结构的半导体期间, ,具有势垒电势具有势垒电势, ,这就形成了导通门这就形成了导通门限电压限电压, ,加在加在LEDLED上的电压值超过这个门限电压时上的电压值超过这个门限电压时LEDLED才会充分导通才会充分导通LEDLED的门限电压一的门限电压一般在般在2.5V2.5V以上以上, ,正常工作时的管压降为正常工作时的管压降为3 3-4-4V V。(3)LED(3)LED的电流一电压特性是非线性的的电流一电压特性是非线性的, ,流过流过LEDLED

25、的电流在数值上等于供电电源的的电流在数值上等于供电电源的电动势减去电动势减去LEDLED的势垒电势后再除以回路的总电阻因此的势垒电势后再除以回路的总电阻因此, ,流过流过LEDLED的电流和加在的电流和加在LEDLED两两端的电压不成正比端的电压不成正比。(4)LED(4)LED的的PNPN结的温度系数为负结的温度系数为负, ,温度升高时温度升高时LEDLED的势垒电势降低的势垒电势降低 由于这个特点由于这个特点, ,所以所以LEDLED不能直接用电压源供电不能直接用电压源供电, ,必须采用限流措施必须采用限流措施, ,否则随着否则随着LEDLED工作时温度的升高工作时温度的升高, ,电流会电

26、流会越来越大越来越大, ,以至损坏以至损坏LEDLED。(5)(5)流过流过LEDLED的电流和的电流和LEDLED的光通量的比值也是非线性的的光通量的比值也是非线性的LEDLED的光通量随着流的光通量随着流过过LEDLED的电流增加而增加的电流增加而增加, ,但却不成正比但却不成正比, ,越到后来光通量增加得越少越到后来光通量增加得越少 因此因此, ,应该使应该使LEDLED在一个发光效率比较高的电流值下工作在一个发光效率比较高的电流值下工作。二、开关电源驱动电路二、开关电源驱动电路1.1.开关电源驱动的基本构成和原理开关电源驱动的基本构成和原理目前，驱动目前，驱动LEDLED中常用的直流稳

27、压电源主要有线性电源和开关电源两类。根据调中常用的直流稳压电源主要有线性电源和开关电源两类。根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。（1 1）开关电源驱动的基本构成与原理）开关电源驱动的基本构成与原理基本构成基本构成基本工作原理基本工作原理 开关电源的基本工作原理：开关电源的基本工作原理： 输入的交流电输入的交流电( (市电市电) )首先经整流滤波电路形成直流电压首先经整流滤波电路形成直流电压VsVs，该直流电，该直流电VsVs，再经通断状态由下图所示波形再经通断状态由下图所示波形VcVc

28、控制的电子开关电路后，变换成脉冲状交流控制的电子开关电路后，变换成脉冲状交流电压电压VoVo。VsVs再经电感、电容等储能元件构成的整流滤波电路平滑后，输出直流再经电感、电容等储能元件构成的整流滤波电路平滑后，输出直流电压电压VoVo。（2 2）开关电源的优点）开关电源的优点开关电源具有功耗小效率高、体积小重量轻、稳压范开关电源具有功耗小效率高、体积小重量轻、稳压范围宽、电路形式灵活等多方面的优点。围宽、电路形式灵活等多方面的优点。12345（3 3）专用控制器件）专用控制器件PWMPWM控制电路的基本构成控制电路的基本构成 可见，可见，PWMPWM控制电路由以下控制电路由以下几部分组成：几部

29、分组成：基准电压稳压器，提供一个供基准电压稳压器，提供一个供输出电压进行比较的稳定电压和输出电压进行比较的稳定电压和一个内部一个内部ICIC电路的电源；电路的电源；振荡器，为振荡器，为PWMPWM比较器提供一比较器提供一个锯齿波和与该锯齿波同步的驱个锯齿波和与该锯齿波同步的驱动脉冲控制电路的输出；动脉冲控制电路的输出；误差放大器，使电源输出电压误差放大器，使电源输出电压与基准电压进行比较；与基准电压进行比较；以正确的时序使输出晶体管导以正确的时序使输出晶体管导通的脉冲倒相电路。振荡频率由通的脉冲倒相电路。振荡频率由外部电容外部电容(CEXT)(CEXT)和电阻和电阻(REXT)(REXT)加加

30、以设定。以设定。 2.2.双端驱动集成电路双端驱动集成电路TL494TL494及其应用及其应用 TL494 TL494为双端输出的为双端输出的PWMPWM脉脉冲控制驱动器，总体结构比同类集冲控制驱动器，总体结构比同类集成电路成电路SG3524SG3524更完善。更完善。T L494T L494内部内部有两组误差放大器，以及由有两组误差放大器，以及由PWMPWM比比较器组成的主控系统、精度为较器组成的主控系统、精度为5V5V土土02 5 V02 5 V的基准电压输出。其两组的基准电压输出。其两组时序不同的驱动脉冲输出端，内置时序不同的驱动脉冲输出端，内置发射极和集电极开路驱动缓冲器，发射极和集电

31、极开路驱动缓冲器，以便于驱动以便于驱动NPNNPN、PNPPNP双极型开关管双极型开关管或或N N沟道、沟道、P P沟道沟道MOSFETMOSFET管。管。TL494内部电路框图内部电路框图3.LED3.LED驱动电路的拓扑结构驱动电路的拓扑结构 开关电源是目前能量变换中效率最高的，一般有开关电源是目前能量变换中效率最高的，一般有BUCKBUCK型（降压型），型（降压型），BOOSTBOOST（升压型），还有很少用到的（升压型），还有很少用到的BUCK-BOOSTBUCK-BOOST型（升降压型），效率可以达到型（升降压型），效率可以达到90%90%以上。以上。BuckBuck、BoostBo

32、ost和和 Buck-Boost Buck-Boost等功率变换器都可以用于等功率变换器都可以用于LEDLED的驱动，只是的驱动，只是为了满足为了满足LEDLED驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。三种拓扑的输入输出电压关系三种拓扑的输入输出电压关系三种拓扑的典型应用三种拓扑的典型应用（1）BUCK型型（2）BOOST型型（3）BUCK-BOOST型型三、三、PWM调光调光不管你用不管你用Buck, Boost, Buck-BoostBuck, Boost, Buck-Boost还是线性调节器来驱动还是线性调节器来驱动LE

33、DLED，它们的共，它们的共同思路都是用驱动电路来控制光的输出。一些应用只是简单地来实现同思路都是用驱动电路来控制光的输出。一些应用只是简单地来实现“开开”和和“关关”地功能，但是更多地应用需求是要从地功能，但是更多地应用需求是要从0 0到到100%100%调节光的亮度，而且经调节光的亮度，而且经常要有很高的精度。使用脉冲宽度调制（常要有很高的精度。使用脉冲宽度调制（PWMPWM）来设置周期和占空度可能是最）来设置周期和占空度可能是最简单的实现数字调光的方法。简单的实现数字调光的方法。1.1.占空比占空比(Duty Cycle or Duty Ratio)(Duty Cycle or Duty

34、 Ratio)（1 1）在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周）在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。期的比值。例如：脉冲宽度例如：脉冲宽度1s1s，信号周期，信号周期4s4s的脉冲序列占空比为的脉冲序列占空比为0.250.25。（2 2）在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。）在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。（3 3）在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。）在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。其实归纳一下也就是电路释放能量的有效时间与总释放时间的比。其实归纳一下也就是电路释放能量的有效时间与

35、总释放时间的比。2.LED2.LED调光比调光比调光比则是按下面的方法计算：调光比则是按下面的方法计算： Foper=Foper=工作频率；工作频率；Fpwm=Fpwm=调光频率；调光比调光频率；调光比率率 = Foper / Fpwm= Foper / Fpwm，（其实也就是调光的最低有效占空比）。比如，（其实也就是调光的最低有效占空比）。比如Foper=100khz;Fpwm=200Hz,Foper=100khz;Fpwm=200Hz,则调光比为：则调光比为：100k/200=500;100k/200=500;这个指标在很多这个指标在很多LEDLED驱驱动芯片的规格书里都会做出说明。动芯片

36、的规格书里都会做出说明。3.PWM3.PWM调光调光其实也就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效其实也就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效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换及的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换及LEDLED照明等许多领域中。照明等许多领域中。 上图是一个可以使用上图是一个可以使用PWMPWM进行驱动的简单电路。图中使用进行驱动的简单电路。图中使用9V9V电池来给一个白炽电池来给一个白炽灯泡供电。如果将连接电池和灯泡的开关闭合灯泡供电。如果将连接电池和灯泡的开关闭合50ms50ms，灯泡在这段时间中将得，灯泡在

37、这段时间中将得到到9V9V供电。如果在下一个供电。如果在下一个50ms50ms中将开关断开，灯泡得到的供电将为中将开关断开，灯泡得到的供电将为0V0V。如果。如果在在1 1秒钟内将此过程重复秒钟内将此过程重复1010次，灯泡将会点亮并象连接到了一个次，灯泡将会点亮并象连接到了一个4.5V4.5V电池电池(9V(9V的的50%)50%)上一样。这种情况下，占空比为上一样。这种情况下，占空比为50%50%，调制频率为，调制频率为10Hz10Hz。LEDLED光源越复杂，就越要用光源越复杂，就越要用PWMPWM调光。这就需要设计者仔细思考调光。这就需要设计者仔细思考LEDLED驱动拓扑。驱动拓扑。B

38、uckBuck调节器为调节器为PWMPWM调光提供了很多优势。如果调光频率必须很高或者信号转换调光提供了很多优势。如果调光频率必须很高或者信号转换率必须很快，或者二者都需要，那么率必须很快，或者二者都需要，那么BuckBuck调节器就将是最好的选择调节器就将是最好的选择PWM驱动的简单电路驱动的简单电路四、典型四、典型PWM集成驱动器集成驱动器市面上的市面上的PWMPWM集成驱动器很多，在下面的内容中介绍一种单线数据传输集成驱动器很多，在下面的内容中介绍一种单线数据传输3 3通通道道PWM-LED PWM-LED 驱动器驱动器CYT3006CYT3006。CYT3006CYT3006引脚功能引

39、脚功能3.3.方框图方框图 系统方框图系统方框图 串行总线方式可以有效的提高数据传输速度，每颗串行总线方式可以有效的提高数据传输速度，每颗 IC IC 内部又增设串行驱动内部又增设串行驱动器，方便地址位寻址，可以兼容舞台灯光，采用计数移位模式和地址模式，双模器，方便地址位寻址，可以兼容舞台灯光，采用计数移位模式和地址模式，双模式数据传送方式，便于大数据量高速率传输。式数据传送方式，便于大数据量高速率传输。 PWM PWM 型驱动器与功率器件结合，有效的提高输出耐压，增强驱动能力。比如型驱动器与功率器件结合，有效的提高输出耐压，增强驱动能力。比如与三极管结合设计，输出串接多颗与三极管结合设计，输

40、出串接多颗 LEDLED，提高像素点亮度。按照设计需求，选，提高像素点亮度。按照设计需求，选择合适的驱动管，达到符合设计的驱动电流和耐压，灵活选型，灵活配置。择合适的驱动管，达到符合设计的驱动电流和耐压，灵活选型，灵活配置。 CYT3006 CYT3006 外围器件简洁，除几颗滤波电容外，不再需要配置外围器件，即外围器件简洁，除几颗滤波电容外，不再需要配置外围器件，即可满足工作条件。输出与功率器件桥接，根据功率器件所需要的激励电流，计算可满足工作条件。输出与功率器件桥接，根据功率器件所需要的激励电流，计算合适的电阻，匹配合适的输出阻抗。合适的电阻，匹配合适的输出阻抗。PWM PWM 输出电流能

41、力是输出电流能力是 10mA10mA，灌入电流能力，灌入电流能力是是 25mA25mA，设计注意不要超过这个值，避免，设计注意不要超过这个值，避免 ICIC永久损坏。在满足功率器件推动永久损坏。在满足功率器件推动参数时，尽量的减小激励电流，从而降低像素点功耗。参数时，尽量的减小激励电流，从而降低像素点功耗。 5.4 智能控制电路智能控制电路 LED景观照明的节能控制主要体现在智能控制方面，景观照明的节能控制主要体现在智能控制方面， 并并通过智能控制器与监控中心服务器的通信来实现下述功能。通过智能控制器与监控中心服务器的通信来实现下述功能。自动开关灯自动开关灯a . 根据所在地的经纬度和季节编制

42、开关灯时间表，景观照明智能控制系统严格按时间表开关景观照明， 这种控制方式的缺陷是， 控制方式比较呆板， 电能浪费较严重。b . 智能监控， 根据光电传感器检测到的照度值控制开关灯， 控制方式比较灵活， 在无需人工干预的条件下实时地营造绚烂夜景氛围， 同时也节约电能。动态自动调光动态自动调光开灯之后通过视频图像处理技术对现场的视频监控图像进行处理， 由监控中心的计算机计算出人流量， 根据人流量对景观照明进行调光控制。动态场景变换动态场景变换设定不同的景观照明场景， 根据不同的日期和时间自动切换相应的场景， 节假日设定多种节日场景， 定时变幻效果。 动态场景变换由场景控制单元自动完成， 监控人员

43、只需在监控中心通过视频监控即可， 也可切换到人工操作模式， 由人工操作实现景观照明场景的切换。5.4 综合案例应用综合案例应用-LED景观灯饰控制系统景观灯饰控制系统 在全球能源危机在全球能源危机,环保压力大的情况下环保压力大的情况下,世界各国都正以更世界各国都正以更快的速度拓展其应用范围。下面介绍的景观灯饰控制系统快的速度拓展其应用范围。下面介绍的景观灯饰控制系统是是LED光源的实际应用光源的实际应用,可用于城市夜景和厂区美化工程。可用于城市夜景和厂区美化工程。 LED是半导体发光器件是半导体发光器件,根据其发光的特性根据其发光的特性,对对LED发光灯亮度的控制发光灯亮度的控制,可可以转换成

44、对比以转换成对比D的正向电流的控制。从比的正向电流的控制。从比D器件的正向伏安特性上可以找到控器件的正向伏安特性上可以找到控制正向电流的方法。如果采用简单的恒压源串联电阻来驱动制正向电流的方法。如果采用简单的恒压源串联电阻来驱动LED的话的话,在在LED器件正向伏安特性上器件正向伏安特性上,以恒压源电压矶以恒压源电压矶c和串联的负载和串联的负载电阻电阻R作出负载线作出负载线(Vcc,Vcc/RL),可以得到负载线与正向伏安特性的交点可以得到负载线与正向伏安特性的交点,该点对该点对应的电流值就是应的电流值就是LED的正向电流。改变电源电压或者改变负载电阻的正向电流。改变电源电压或者改变负载电阻,

45、都可以调都可以调节节LED的正向电流的正向电流,从而对其亮度进行控制。从而对其亮度进行控制。一、装饰灯亮度的控制原理一、装饰灯亮度的控制原理由于人的眼睛对于每秒由于人的眼睛对于每秒2424次以上的发光频率闪烁感觉不到它的间断。次以上的发光频率闪烁感觉不到它的间断。因此因此, ,可以通过间歇的数字信号实现对亮度的控制可以通过间歇的数字信号实现对亮度的控制, ,即用数字信号的占即用数字信号的占空比实现亮度控制空比实现亮度控制, ,在超过每秒在超过每秒2424次的显示重复扫描频率下次的显示重复扫描频率下,LED,LED器件器件的亮度可以由发光时间的亮度可以由发光时间TFaTFa与扫描周期与扫描周期T

46、 T的比的比TFa/TTFa/T进行控制进行控制, ,也就是说也就是说在一个扫描周期在一个扫描周期T T的时间内的时间内LEDLED并不是全亮并不是全亮, ,而只在其中的一段时间内而只在其中的一段时间内点亮点亮, ,这种点亮时间在整个扫描周期时间内所占的比例称为点亮时间这种点亮时间在整个扫描周期时间内所占的比例称为点亮时间的占空比。的占空比。LED占空比示意占空比示意图图用占空比调节用占空比调节LEDLED的亮度是发光能量与人眼暂留作用两者相结合的产的亮度是发光能量与人眼暂留作用两者相结合的产物。在相同的比物。在相同的比D D正向电流作用下正向电流作用下, ,发光时间越长发光时间越长, ,发光

47、能量越大发光能量越大, ,亮度亮度就越高就越高, ,只要周期性扫描的速度足够快的话只要周期性扫描的速度足够快的话, ,人眼就感受不到一个周期人眼就感受不到一个周期内不发光的时间内不发光的时间, ,也就观察不到闪烁现象也就观察不到闪烁现象, ,只是感觉只是感觉LEDLED的亮度不同的亮度不同, ,这这恰巧是我们所需要的结果。恰巧是我们所需要的结果。晶体管的控制采用串并转换芯片晶体管的控制采用串并转换芯片HC595HC595。集成电路集成电路HC595HC595将将CPUCPU的串行的串行信号转换为并行信号控制晶体管的基极电压以实现控制通过信号转换为并行信号控制晶体管的基极电压以实现控制通过LED

48、LED的电的电流的作用。流的作用。HC595HC595是由是由8 8组移位寄存器、锁存器及与之对应的三态门组组移位寄存器、锁存器及与之对应的三态门组成的将串行信号转换为成的将串行信号转换为8 8b b并行信号的集成电路并行信号的集成电路, ,它的最高工作频率可它的最高工作频率可以达到巧以达到巧k k蛋七。而在使用恒流源电路的景观灯饰系统中蛋七。而在使用恒流源电路的景观灯饰系统中, ,由于恒流源由于恒流源电路本身具有串并转换的功能电路本身具有串并转换的功能, ,因此因此CPUCPU的串行信号将直接通过恒流源的串行信号将直接通过恒流源芯片控制通过芯片控制通过LELED D的电流。的电流。89C20

49、51通过通过HC595控制晶体管实现控制控制晶体管实现控制LED原理图原理图二、二、系统控制工作原理系统控制工作原理 由由A AT8T89C529C52完成核心控制。完成核心控制。A AT8T89C529C52发出变化控制信号及同步信号给第发出变化控制信号及同步信号给第1 1只被控灯管的只被控灯管的CPUCPU A AT8T89C52,9C52,第第1 1只灯接收后并传送到第只灯接收后并传送到第2 2只灯只灯, , 依次类推到第依次类推到第N N只灯管。只灯管。A AT8T89C529C52将所有控制信号发送完毕后将所有控制信号发送完毕后, ,发出同发出同步信号步信号, ,命令命令N N只灯同

50、步工作。只灯同步工作。 由由A AT8T89C9C20205 51 1作为每根灯的作为每根灯的CPU,CPU,通过接受总控的命令、同步信号命令通过接受总控的命令、同步信号命令完成所控单只灯的图案色彩变化。完成所控单只灯的图案色彩变化。 每只灯管由红绿兰三种颜色发光二极管组成。亮红加亮绿产生亮黄颜每只灯管由红绿兰三种颜色发光二极管组成。亮红加亮绿产生亮黄颜色色, ,亮红加亮兰产生亮紫颜色亮红加亮兰产生亮紫颜色, ,亮兰加亮绿产生亮青颜色亮兰加亮绿产生亮青颜色, ,亮红加亮绿亮红加亮绿加亮兰产生亮白颜色加亮兰产生亮白颜色, ,不同的亮度的颜色混合将产生不同的颜色等级不同的亮度的颜色混合将产生不同的