一、接口电路是电路中与用户或者外界媒介进行交互的部分，是内部核心敏感电路和外部设备进行信息交互的桥梁。接口电路一般分为输入接口电路和输出接口电路两种。接口电路的防护设计就是为了隔离外部危险的信号，防止外部干扰信息进入系统内部核心敏感电路，从而造成内部电路的永久损坏。 二、接口电路的分类：电源接口、网络接口、外壳接口、串行通信接口、并行通信接口、下载电路接口等。 三、接口电路的防护处理包括：接口滤波、ESD防护、防雷防浪涌、防反接、缓启动、热拔插等。 1. 网络接口设计： 一般在PHY芯片和外部RJ45接插件之间都需要一个网口变压器和共模扼流圈。 网口变压器的作用： (1)可以增强信号，使其传输距离更远。 (2)使PHY芯片与外部进行有效隔离，使其抗外部干扰能力增强(例如防雷击等)。 (3)当不同的PHY芯片的电平不匹配时(例如有的PHY芯片为2.5V，有的为3.3V)，起到电平匹配的作用。 网口变压器的中心抽头设计：与PHY芯片的类型有关，具体详见PHY芯片的datasheet。 (1)如果PHY芯片的驱动类型为电流驱动类型的，变压器的中芯抽头用一个0.1uF的电容接到GND即可。 (2)如果PHY芯片的驱动类型为电压驱动类型的，变压器的中芯抽头接到VCC即可。 2. 下载电路接口设计： 一般FPGA/ARM采用的程序下载接口都是JTAG接口。JTAG接口是经常使用的一类下载程序的接口，而且也是一类经常带电拔插的接口，而带电拔插会不可避免地产生一些静电或浪涌电流，因此如果不采取一些防护措施，极易因为ESD静电放射而击穿JTAG相关引脚，甚至损害CPU内部核心电路，从而造成内部电路的永久损坏。 如上图所示，采用钳位二极管对JTAG接口电路进行保护，一般钳位二极管采用肖基特二极管即可。当然JTAG下载器尽量不要带电拔插使用，做好断电后进行拔插操作，这样可以最大程度避免可能的损害发生。 3. CAN总线接口设计： CAN总线接口外部电路通过一对差分信号线和CAN收发器进行数据通信，因此在应用的过程中，通讯电缆很容易耦合外部的干扰从而对信号的传输产生影响，严重的会通过CAN接口电路传输到系统内部核心敏感电路中去，从而造成EMI问题。 如上图所示，CAN接口防护器件主要包括：滤波电容、共模电感、跨接电容、TVS管。 滤波电容C1,C2用于给干扰提供低阻抗的回流路径，选取范围为22pF~1000pF，典型值为100pF。 共模电感L1用于滤除差分线上的共模干扰，阻抗选取范围为120欧/100MHz~2200欧/100MHz，典型值为600欧/100MHz。 跨接电容C3,C4用于接口地和数字地之间的隔离，典型值为1000pF/2KV。 TVS管D1,D2用于防护静电放射ESD或瞬间的高能量冲击，使其线路的电压钳位在一个预定的数值内，从而确保后面的电路器件免受瞬态高能量的冲击而损坏。(TVS管功能类似钳位二极管或压敏电阻) 4. 外壳接口设计： 如果设备外壳与大地接地良好，则PCB也应该与外壳进行良好的单点接地，这时PCB的干扰会通过外壳接地良好消除，对PCB也不会产生干扰。如果设备外壳没有良好接大地，则PCB地与外壳地也不必互连。常见的外壳地与PCB地的单点接地电路主要采用阻容电路相连。 (1)、从EMC角度考虑，电容C1是用来泄放干扰的，系统(PCB端)的高频干扰噪声汇聚到GND，并通过电容C1流到PGND，由于PGND与大地进行良好接触，因此干扰噪声得到有效抑制，改善了EMC问题。 (2)、从ESD角度考虑，电阻R1是为了应付静电放电测试用的。如果仅仅使用电容构成浮地系统，ESD测试产生的电荷无处释放，会逐渐积累，当累积到一定的程度便会在PGND和GND最薄弱处击穿放电，这样会在短时间内在PCB上产生较大电流，足以损坏PCB上的电路与器件。因此通过电阻R1去慢慢释放ESD产生的电荷，以消除PGND和GND之间的压差是很有用的。 5. 电源防反接技术： 在电源供电的场合，经常碰到电源极性反接的情况，以至于造成不可逆的后果。 (1)、硬件防反接技术：电源的接插件防反接等硬件机械处理。 (2)、二极管防反接技术：利用二极管的单向导电性特性，防止电源的反接，但是此电路在实际中并不常用。因为二极管会存在导通压降，造成输出电压降低，而且当电源电流过大时二极管消耗的功率较大，造成无用功耗的增加。 (3)、MOS管防反接技术：由于MOSFET具有极低的导通电阻，因此即使电流很大损耗也较小，非常适合以最低的损耗来实现电源的防反接处理。如下图所示，NMOS管在接地回路，PMOS管在电源路径。但是实际应用中使用PMOS管的更为常用，因为NMOS管在接地回路会对参考地平面产生影响甚至破坏接地回路，因此PMOS更为合适。另外需要注意的是，实际电路MOS管的栅极要串接限流电阻进行保护。
为了将PWM信号转成直流，需要利用低通滤波器滤除PWM信号中的高次谐波信号。 多阶RC低通滤波是一种比较常用的方法，如下图的二阶RC滤波电路： 用于PWM转直流的二阶RC滤波电路 拉普拉斯变换 单位阶跃信号定义为： 单位阶跃信号 其拉普拉斯变换定义为： 单位阶跃信号的拉普拉斯变换 如果PWM信号的高电平为VH，当输出高电平时，输出信号的拉普拉斯变换为： 电容C3，C4在频域下的阻抗分别为以及,得到频域下的等效电路和参数： 频率下的电路和参数 Octave符号运算 当输入信号时，根据频域下的电路，可以计算出电容C4两端的电压。 涉及到分式多项式的运算，运算量大，容易算错。 可以使用Octave的符号运算快速得到结果。 Symbolic符号运算包需要用到Python的SymPy库。 在Octave的命令行窗口，运行pkg install -forge symbolic，下载symbolic符号运算包， 再运行pkg load symbolic，加载symbolic符号运算包。 运行以下脚本： syms R3 R4 C3 C4 s VH ZC4=1/(C4*s);%电容C4的阻抗 ZC3=1/(C3*s);%电容C3的阻抗 Z1=R4+ZC4;%Z1为R4与C4串联 Z2=ZC3*Z1/(ZC3+Z1);%Z2为C3与Z1并联 Vo=VH/s*Z2/(Z2+R3)*ZC4/Z1;%C4两端的电压为Z2与R3分压之后，再由C4与R4分压 simplify(Vo)%化简符号表达式 Octave符号运行过程 得到电容C4两端电压Vo(s)为： （式1） 拉普拉斯逆变换 假设分别为方程 的两个根， 则根据韦达定理，有： 而可以表示为： 对于形如的多项式， 可以转换为： 左右两边同时乘以s,得到， 在上式中，令s=0，得到： 左右两边同时乘以之后，令,得到： 同样得到， 所以， 根据拉普拉斯的逆变换， 常见的拉普拉斯变换对 得到，C4两端的电压在时域的表达式为： （式2） PWM输出直流的纹波分析 当R3=R4=10kΩ，C3=C4=1uF时， 分别是以下方程的两个根， 的两个根， 根据求根公式，得到, 的两个根， 假设， 当PWM的频率为800Hz时，占空比为100%时，充电的最长时间为1.25ms， 此时，最大为-38.2*1.25ms=-0.04775<1， 而最大为-261.8*1.25ms=-0.32725<1， 常见函数的泰勒公式展开 将函数，用泰勒公式展开，并保留至第二项； 得到： ， ， 代入式2，得到： （式3） 当考虑PWM输出一段时间之后，PWM在切换到高电平的瞬间，电容C4已经有一定的电压U0，则式1应该加到电容C4的初始电压，再经过拉普拉斯逆变换，得到， --对于电容初始电压不为0的情况，此处分析有误，在另一篇文章的再做详细分析。 充电波形 当高电平为5V，占空比为50%时，纹波大小为：
12V-5V开关电源设计原理： 以12V电压作为输入，通过控制开关电路的通断时间，实现电感的充放电时间，改变输出电压的平均值，然后进行LC滤波，对输出电压进行电压和电流反馈控制，使其最后输出5V电压。在12V转5V的开关电源设计中有异步整流和同步整流两种电路设计，接下来我们依次就讲述其中的降压电路原理。 一、异步整流 1、通过控制开关闭合的时间即占空比产生需要的方波 这是简化之后的原理图，它的本质就是通过不停的开关来达到降压的目的，所以叫他开关电源。 它的输入是12V的直流电，然后我们给他不停的开关，波形就变了。如果是有一半时间闭合，一半时间断开，则到最后可以输出六伏的电压。（本质就是通过控制开关闭合的时间即占空比，来产生一个周期性的方波，也就是PWM波，占空比=输出电压/输入电压）。 而我们要从12V得到5V的电压，那么就需要42%的时间闭合，58%的时间断开（如下图的红色矩形波），但我们需要的是恒定电压的直流电即电压大小与方向随着时间推移都不改变（如下图蓝色的波浪线），怎么把这些矩形波变成恒定电压的直流5V电呢？ 1.注：因为开关电源里的开关周期的时间通常以微妙作为单位，所以就需要晶体管来替代开关（它能有每秒上万次的开关频率） 2、LC滤波电路 想要把图一里的红色矩形波变成蓝色波浪线即恒定电压的直流5V电，那就得靠LC滤波电路进行滤波了。 电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流，通低频，阻高频”的功能。 如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路(如图)，那么，交流干扰信号大部分将被电感阻止吸收变成磁感和热能，剩下的大部分被电容旁路到地，这就可以抑制干扰信号的作用。 当MOS管断开，电感首先充当电源的作用，当电感电流耗尽，此时电容进行放电，使电压维持在5V。此时，在输出端就获得比较纯净的直流电流（压）。 3、二极管的作用 在这里，二极管主要用于给电感续流，又称为续流二极管。因为MOS管断开时，电感一端处于悬空状态，由于电感的电流不能突变（可以突变，比如从2A瞬间降至0，但电感会通过抬升电压维持电流防止突变，一旦突变则会损坏电路），此时给电路并联一个二极管以给电感续流形成回路。在这里放二极管还有个好处，是因为二极管的单向导电性使得MOS管闭合时，该支路断开，不影响LC滤波电路。 二、同步整流电路 1、开关电源优势及改进 开关电源的优势： ①功耗低，效率高。 ②体积小，重量轻。 ③稳压范围宽。 开关电源的损耗来源： ①开关管损耗。 ②电感电容损耗。 ③二级管损耗 开关电源的损耗分析：开关电源的效率可以达到90%以上，如果精心优化与设计，甚至可以达到95%以上，这在以电池作为电力来源的场合非常重要，例如手机、小型无人机等。因此开关电源设计的优劣程度将直接影响设备的续航能力。 我们通过上面的分析，清楚的意识到开关电源的损耗其实是一个非常重要的问题，同时大家都知道，无论电流多大，只要有电流存在，二极管的固定压降就是0.4V左右，电流1A的话意味着二极管消耗的功率就是0.4W，这其实是一个不小的损耗，因此我们可以把续流二极管使用另一个MOS管来代替，只需要保证这两个MOS关的开关状态相反即可，如下图所示，这也是所谓的同步整流电路。
目录一 概念及特点1 概念2 特点二 架构分类1 常见的三种原理架构2 Buck电路工作原理详解三 设计技巧及主要技术参数选用要求1 输入/输出电压2 输出电流3 纹波4 效率5 瞬态响应 6 开关频率7 反馈参考电压及精度8 线性稳定度和负载稳定度9 EN电平10 保护性能11 其它四 器件选型一般原则五 外围器件选择的要求1 输入电容2 输出电容3 BST电容4 电感5 VCC电容6 反馈电容7 反馈电阻和EN分压电阻六 PCB设计要求1. 输入电容2. 电流环路面积3. 反馈信号线4. 自举电容5. 芯片散热 一 概念及特点 1 概念 DC-DC指直流转直流电源（Direct Current）。是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置。如，通过一个转换器能将一个直流电压（5.0V）转换成其他的直流电压（1.5V或12.0V），我们称这个转换器为DC-DC转换器，或称之为开关电源或开关调整器。 DC-DC转换器一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成。在讨论DC-DC转换器的性能时，如果单针对控制芯片，是不能判断其优劣的。其外围电路的元器件特性，和基板的布线方式等，能改变电源电路的性能，因此，应进行综合判断。 DC-DC转换器的使用有利于简化电源电路设计，缩短研制周期，实现最佳指标等，被广泛用于电力电子、军工、科研、工控设备、通讯设备、仪器仪表、交换设备、接入设备、移动通讯、路由器等通信领域和工业控制、汽车电子、航空航天等领域。具有可靠性高、系统升级容易等特点，电源模块的应用越来越广泛。此外，DC-DC转换器还广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。在电路类型分类上属于斩波电路。 2 特点 其主要特点是效率高：与线性稳压器的LDO相比较，效率高是DCDC的显著优势。通常效率在70%以上，效率高的可达到95%以上。其次是适应电压范围宽。A: 调制方式 1: PFM（脉冲频率调制方式） 开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的频率，使输出电压达到稳定。PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。 2: PWM（脉冲宽度调制方式） 开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。B: 通常情况下 采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器的性能不同点如下。 PWM的频率，PFM的占空比的选择方法。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。 二 架构分类 1 常见的三种原理架构 A：Buck（降压型DC/DC转换器）B：Boost（升压型DC/DC转换器）C：Buck-Boost（升降压型DC/DC转换器） 2 Buck电路工作原理详解 伏秒平衡原则：处于稳定状态的电感，电感两端的正伏秒积等于负伏秒积，即：电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。 当开关导通时：输入电压Vin加到LC滤波器的输入端，电感上的电流以固定斜率线性上升。 当开关关断时：由于电感上的电流不能突变，电感中存储的能量向负载释放,电感电流通过二极管续流 ，在这个阶段，电流波形是一条斜率为负的斜线。如下图： 三 设计技巧及主要技术参数选用要求 DC-DC电路设计至少要考虑以下条件： A. 外部输入电源电压的范围，输出电流的大小。 B. DC-DC输出的电压，电流，系统的功率最大值。 1 输入/输出电压 要按照器件的推荐工作电压范围选用，并且要考虑实际电压的波动范围，确保不能超出器件规格。 2 输出电流 器件持续的输出电流能力是一个重要的参数，选用时要参考此参数，并要保留一定的余量。此参数的选取还要评估电路的瞬间峰值电流和发热的情况，综合来确定，并满足降额要求。 3 纹波 纹波是衡量电路的输出电压波动的重要参数。要关注轻载和重载纹波，一般轻载纹波要大。注意核电等场合下轻载纹波是否会超出要求。实际测试下各种场景负载下的情况。通常选用示波器20M带宽来测试。 4 效率 要同时关注轻载和重载两种情况。轻载会影响待机功率，重载影响温升。通常看12V输入，5V输出下10mA的效率，一般要80%以上。 5 瞬态响应 瞬态响应特性反应负载剧烈变化时系统是否能及时调整以保证输出电压的稳定。要求输出电压波动越小越好，一般按峰峰值10%以下要求。 实际要注意按推荐值选用反馈电容。常见取值在22p到120pF。 6 开关频率 常用的开关频率多数在500kHz以上。较高的开关频率1.2M到2M的也有，由于频率高开关损耗增加IC散热设计要好，故主要集中在5V低压输入小电流的产品。开关频率关系到电感电容的选用，其它如EMC，轻载下噪音等问题也与之有关。 7 反馈参考电压及精度 反馈电压要与内部的参考电压相比较，配合外部的反馈分压电阻，输出不同电压。不同产品的参考电压会有不同，如0.6~0.8V，替换时注意调整反馈电阻。 反馈电阻要选用1%精度，只要根据厂家推荐来选，一般不要选的过大，以免影响稳定性。 参考电压精度影响输出准确度，常见精度在2%以下，如1%~1.5%,精度高的产品成本会有差别。根据需要选择。 8 线性稳定度和负载稳定度 线性稳定度反应输入电压变化输出电压稳定性。负载稳定度反应输出负载变化输出电压稳定性。一般要求1%，最大不要超3%。 9 EN电平 EN高低电平要满足器件规格要求，有些IC不能超出特定电压范围；电阻分压时注意满足及时关断，并且考虑电压波动最大范围内要满足。 由于时序控制的需要，该引脚会增加电容，为了电平调节和关断放电，同时要有对地电阻。 10 保护性能 要有过流保护OCP，过热保护OTP等，并且保护后条件消失能自恢复。 11 其它 要求有软启动；热阻和封装；使用温度范围要能覆盖高低温等。 四 器件选型一般原则 ✔ 普遍性✔ 高性价比✔ 易采购生命周期长✔ 兼容和可替代✔ 资源节约✔ 降额✔ 易生产和归一化 五 外围器件选择的要求 1 输入电容 要满足耐压和输入纹波的要求。一般耐压要求1.5~2倍以上输入电压。注意瓷片电容的实际容量会随直流电压的偏置影响而减少。 2 输出电容 要满足耐压和输出纹波的要求，一般耐压要求1.5~2倍。 纹波和电容的关系： 3 BST电容 按照规格书推荐值。一般0.1uF-1uF。耐压一般要高于输入电压。 4 电感 不同输出电压的要求电感量不同；注意温升和饱和电流要满足余量要求，一般最大电流的1.2倍以上（或者电感的饱和电流必须大于最大输出电流＋0.5*电感纹波电流）。通常选择合适的电感值L，使ΔIL占输出电流的30% to 50%。计算公式： 5 VCC电容 按规格书 要求取值，不能减小，也不要太大，注意耐压。 6 反馈电容 按规格书 要求取值，不同厂家芯片取值不同，输出电压不同也会有不同的要求。 7 反馈电阻和EN分压电阻 要求按规格书取值，精度1%。 六 PCB设计要求 1. 输入电容 就近放在芯片的输入Vin和功率的PGND，减少寄生电感的存在，因为输入电流不连续，寄生电感引起的噪声对芯片的耐压以及逻辑单元造成不良影响 。电容地端增加过孔，减少阻抗。 2. 电流环路面积 功率回路尽可能的短粗，保持较小的环路面积，较少噪声辐射。SW是噪声源，保证电流的同时保持尽量小的面积，远离敏感的易受干扰的位置。如，电感靠近SW引脚，远离反馈线。输出电容靠近电感，地端增加地过孔。 3. 反馈信号线 FB是芯片最敏感，最容易受干扰的部分，是引起系统不稳定的最常见原因 。 1）FB电阻连接到FB管脚尽可能短，靠近IC放置，减少噪声的耦合；FB下分压电阻通常接信号地AGND； 2）远离噪声源，SW点，电感，二极管（非同步buck）；FB走线包地； 3）大电流负载的FB在负载远端取，反馈电容走线要就近取。 4. 自举电容 BST的电容走线尽量短，不要太细。 5. 芯片散热 芯片散热要按设计要求，尽量在底下增加过孔散热。
目录 驱动电路的介绍 驱动电路隔离措施 驱动电路隔离技术 双极性晶体管驱动电路的要求 驱动电路实质 led驱动电路的应用 驱动须知 电路组成 驱动电路 驱动电路的介绍 驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。 优良的驱动电路对变换器性能的影响: 驱动电路 1.提高系统可靠性 2.提高变换效率(开关器件开关、导通损耗) 3.减小开关器件应力(开/关过程中) 4.降低EMI/EMC 驱动电路隔离措施 驱动电路为什么要采取隔离措施 安规问题，驱动电路副边与主电路有耦合关系，而驱动原边是与控制电路连在一起， 主电路是一次电路，控制电路是ELV电路， 一次电路和ELV电路之间要做加强绝缘，实现绝缘要求一般就采取变压器光耦等隔离措施。 驱动电路采取隔离措施的条件 需要隔离 控制参考地与驱动信号参考地（e极） 同—驱动电路无需隔离； 无需隔离 控制参考地与驱动信号参考地（e极）不同—驱动电路应隔离。 驱动电路隔离技术 驱动电路隔离技术一般使用光电耦合器或隔离变压器（光耦合；磁耦合）。 [1] 由于 MOSFET 的工作频率及输入阻抗高，容易被干扰，故驱动电路应具有良好的电气隔离性能，以实现主电路与控制电路之间的隔离，使之具有较强的抗干扰能力，避免功率级电路对控制信号的干扰。 光耦隔离驱动可分为电磁隔离与光电隔离。采用脉冲变压器实现电路的电磁隔离，是一种电路简单可靠，又具有电气隔离作用的电路，但其对脉冲的宽度有较大限制，若脉冲过宽，磁饱和效应可能使一次绕组的电流突然增大，甚至使其烧毁，而若脉冲过窄，为驱动栅极关断所存储的能量可能不够。光电隔 离，是利用光耦合器将控制信号回路和驱动回路隔离开。该驱动电路输出阻抗较小，解决了栅极驱动源低阻抗的问题，但由于光耦合器响应速度较慢，因而其开关延迟时间较长，限制了适应频率。 典型光耦内部电路图 光耦指的是可隔离交流或直流信号KCB EA。 1.由IF控制Ic；电流传输比CTR-Current Transfer Ratio 2.输入输出特性与普通三极管相似,电流传输比Ic/IF比三极管“β ”小; 3.可在线性区， 也可在开关状态。驱动电路中， 一般工作在开关状态。 光耦的特点： 光耦基本电路 1. 参数设计简单 2. 输出端需要隔离驱动电源 3. 驱动功率有限 磁耦合-变压器隔离 受高频调制的单向脉冲变压器隔离电路 磁耦合：用于传送较低频信号时—调制/解调 磁耦合的特点: 1.既可传递信号又可传递功率 2.频率越高,体积越小-适合高频应用 双极性晶体管驱动电路的要求 最佳驱动特性和驱动电流波形 最佳驱动 1.开通时：基极电流有快速上升沿和过冲—加速开通，减小开通损耗； 2.导通期间：足够的基极电流，使晶体管任意负载饱和导通—低导通损耗； 关断前调整基极电流，使晶体管处于临界饱和导通—减小ts， 关断快; 3.关断瞬时： 足够、反向基极电流—迅速抽出基区剩余载流子，减小ts ；反偏截止电压，使ic迅速下降，减小if。 恒流驱动电路 恒定电路即基极电流恒定，功率管饱和导通。 恒流驱动优点：优点：电路简单； 普通恒流驱动电路 恒流驱动缺点：轻载时深度饱和，关断时间长。 驱动电路实质 编辑 播报 驱动电路放电 驱动电路的实质是给栅极电容充放电。 [2] 开通： 1.驱动电压足够高，一般>10V；（减小RDS(on)) 2.足够的瞬态驱动电流，快的上升沿；(加速开通） 3.驱动电路内阻抗小。 (加速开通） 关断： 1. 足够的瞬态驱动电流，快的下降沿； (加速关断） 2. 驱动电路内阻抗小。 (加速关断） 3. 驱动加负压。 (防止误导通） LED驱动电源为什么要用恒流源？ LED灯具已经走进千家万户，一些爱动手的朋友可能拆开过。你会发现它的主要结构包括LED灯板、散热外壳、驱动电源。灯板表面贴装的LED灯珠，是实际发光的部件。LED灯珠需要直流供电，必须把电网提供的交流电转换为直流电才能供灯珠工作。这就需要驱动电源。而LED驱动电源却不是我们日常生活中见到的恒压电源，而是恒流电源。 原因：就要从LED灯珠的伏安特性说起。LED灯珠的伏安特性曲线与普通二极管相似，都是指数曲线，也就是说当工作电压达到开启电压后LED灯珠开始有电流流过。随着电压的升高，电流按指数规律上升。1）因为LED灯珠工作过程中会发热，若选用恒压电源供电，随着温度的上升，特性曲线左移，电流会进一步上升，温度会更高。这是一个正反馈的过程，不利于工作状态的稳定，容易烧坏灯珠。 2）而选用恒流电源供电后，灯珠工作发热，特性曲线左移，因电流不变，灯珠承受的电压降低，实际功率下降，发热量降低，这是一个负反馈的过程，有利于工作状态的稳定。即使有一颗灯珠发生短路损坏，其他灯珠依然能正常工作。 led驱动电路的应用 LED的应用离不开它所需要的驱动控制电路，通过驱动电路来获得良好而平稳的电流，使LED显示更加均匀、漂亮，满足各种场合的应用要求。 [3] 一是尽可能保持恒流特性，尤其在电源电压发生±15%的变动时，仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗，这样才能使LED 的系统效率保持在较高水平 驱动须知 LED在具体的使用时，要注意驱动电路的选用。 LED 驱动电路除了要满足安全要求外，另外的基本功能应有两个方面： 根据能量来源的不同，LED驱动电路总体上可分为两类，一是AC/ DC转换，能量来自交流电，二是DC/ DC转换，能量来自干电池、可充电电池、蓄电池等。 根据LED驱动原理的不同，又可以分为线性驱动电路和开关驱动电路。 电路组成 在需要使用比较多的led产品时，如果将所有的LED串联，将需要LED驱动器输出较高的电压：如果将所有的LED并联，则需要LED驱动器输出较大的电流。将所有的LED串联或并联，不但限制着LED的严使用量，而且并联LED负载电流较大，驱动器的成本也会增加，解决办法是采用混联方式。串、并联的LED数量平均分配，这样，分配在一个LED串联支路上的电压相同，同一个串联支路中每个LED上的电流也基本相同，亮度一致，同时通过每个串联支路的电流也相近。 [1] 驱动电路 近年来，高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。在一些应用中，希望在某些情况下可调节灯光的亮度，以便进一步节能和提供舒适的照明。常见的调光有双向可控硅调光、后沿调光、ON/OFF调光、遥控调光等。可控硅调光器在传统的白炽灯等调光照明应用已久，且不用改变接线，装置成本较低，各品牌可控硅调光器的性能和规格相差不大，但是其直接应用在LED驱动场合还存在着一系列问题。 调光原理 市面上大多数可控硅调光器基本结构如图1所示，其工作原理如下：当交流电压加双向可控硅TRIAC两端时，由于Rt、Ct组成的RC充电电路有一个充电时间，电容上的电压是从0V开始充电的，并且TRIAC的驱动极串联有一个DIAC(双向触发二极管，一般是30V左右)，因此TRIAC可靠截止。当Ct上的电压上升到30V时，DIAC触发导通，TRIAC可靠导通，此时TRIAC两端的电压瞬间变为零，Ct通过Rt迅速放电，当Ct电压跌落到30V以下时，DIAC截止，如果TRIAC通过的电流大于其维持电流则继续导通，如果低于其维持电流将会截止。电感L和电容C的作用是减小电流和电压的变化率，以抑制电磁干扰EMI问题。 图1 可控硅前沿调光器若直接用于控制普通的LED驱动器，LED灯会产生闪烁，更不能实现宽范围的调光控制。原因归结如下： (1)可控硅的维持电流问题。目前市面上的可控硅调光器功率等级不同，维持电流一般是7～75mA(驱动电流则是7～100mA)，导通后流过可控硅的电流必须要大于这个值才能继续导通，否则会自行关断。 (2)阻抗匹配问题。当可控硅导通后，可控硅和驱动电路的阻抗都发生变化，且驱动电路由于有差模滤波电容的存在，呈容性阻抗，与可控硅调光器存在阻抗匹配的问题，因此在设计电路时一般需要使用较小的差模滤波电容。 (3)冲击电流问题。由于可控硅前沿斩波使得输入电压可能一直处于峰值附近，输入滤波电容将承受大的冲击电流，同时还可能使得可控硅意外截止，导致可控硅不断重启，所以一般需要在驱动器输入端串接电阻来减小冲击。 (4)导通角较小时LED会出现闪烁。当可控硅导通角较小时，由于此时输入电压和电流均较小，导致维持电流不够或者芯片供电Vcc不够，电路停止工作，使LED产生闪烁。 可控电源 线性调光存在的问题，即人眼在低亮度情况下对光线的细微变化很敏感;而在较亮时，由于人眼视觉的饱和，光线较大的变化却不易被察觉。并提出了利用单片机编程来实现调光信号和调光输出的非线性关系(如指数、平方等关系)的方法，使得人眼感觉的调光是一个线性平稳过程。 文中设计的电路利用RC充放电电路来实现这一功能。 图2是一种利用普通的脉宽调制PWM芯片结合外围电路来搭建可控硅调光的LED驱动电路框图。维持电流补偿电路通过检测R1端电压(即输入电流)来控制流过维持电流补偿电路的电流。当输入电流较小时，维持电流补偿电路上流过较大的电流;当输入电流较大时，维持电流补偿电路关断，维持电流补偿以恒流源的形式保证可控硅的维持电流。调光控制电路包括比较器、RC充放电电路和增益电路。实验中选用一款旋钮行程和斩波角成正比的可控硅调光器，其最小导通角约为30°。 图2 根据图2中，RC充放电电路的输出经过增益电路后可得电流参考为： 式中k为增益，VC为RC充放电电路的输入电压，τ为RC的时间系数，θ为可控硅的导通角。 则在最小导通角对应的输出为零，即电路输出的最大值对应电流参考的最大值： 从式(1)和式(2)可得输出电流表达式如式(3)所示。 在斩波角为θ时，电路对应的输入功率为： 式中Vp为输入电压峰值，Rin为等效输入阻抗。 假设电路的变换效率为η，且电路的输出功率为PO=IO·UO，则可得到电路的等效输入阻抗如式(5)所示。 从式(5)可得电路的功率因数如式(6)所示。 实验及结果 根据以上分析，本文设计一台基于反激变换器的可控硅调光LED驱动器，控制芯片为NCP1607;输入交流电压220V，最大输出功率为25W，最大输出电流为0.7A;以3串(每串10只0.8W的LED灯)相并联作为负载;RC时间系数选择0.5，增益为0.2。电路的实验波形和工作特性曲线如图4所示。 图4 图4 图4 图4a)、b)、c)为可控硅导通角为115°时阻抗匹配开关驱动电压VZ、输入电流Iin、输入电压Vin的波形，电路的输出电流为470mA，功率因数为0.78。从图中可看出，当可控硅导通瞬间，由于驱动器输入端有差模滤波电容导致输入电流有冲击电流尖峰，而当输入电流小于一定值时，阻抗匹配开关开通以保证流过可控硅的电流大于其维持电流。 图4d)为可控硅不同导通角对应的输出电流曲线，实际调试中可控硅导通角在150°之后就接近满载输出了。图4e)为可控硅在不同导通角下对应电路的cosφ曲线。 结语 本文分析了现有可控硅调光器用于LED驱动时存在的问题，并根据人眼对光线反应非线性的特点，设计了一种利用普通PWM芯片结合外围电路搭建的可控硅非线性调光LED驱动电路，分析了电路在调光过程中的工作特性，实验结果实现0～100%平稳无闪烁调光。
开关电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于深圳开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%...
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