大功率恒流源的设计
大功率恒流LED驱动电源方案分享之电路设计
大功率恒流LED驱动电源方案分享之电路设计
在上周周五的文章中，我们针对一种大功率LED驱动电源方案的设计原理进行了详细介绍，并对这一LED电源的PFC电路设计方案进行了简析。
今天我们将会继续就这一大功率恒流LED驱动电源方案展开分享，并针对该方案中的电路设计部分进行重点阐述和介绍。
调光电路设计
相信通过上周周五的恒流LED电源设计原理介绍，大家应该都非常清楚，这一方案主要采用PWM调光的方式来对驱动电源调光电路进行设计。
因此，在这一设计的基础上，我们对驱动电路进行了简要的改动设计。
下图中，图1是LED驱动电路的结构简图，我们所设计的这一驱动电源在输出端做出了如下图图2所示的改动，即是在输出端LED的灯串中串联一个开关管，通过控制开关管的导通和关断来改变平均输出电流。
从图2所展示的这种大功率恒流LED电源的调光电路图中可以看到，在这一电路系统的设计中，我们选择将NCS1002的Vcc端与V3相连，并将CON2端为输入PWM信号端口。
采用该种设计的特点和缺陷非常明显，当输入PWM信号为低电平时，三极管V5的集电极与发射极截止，V3的栅源两端电压为Vcc，约为14V，V3处于导通状态，LED正常发光。
而当输入信号为高电平时，V5的集电极与发射极导通，V3的栅源两端电压被拉低，V3截止，LED不发光。
考虑到输出端被断开时，采样电阻上不产生电压，为瞬间的开路状态。
图1 LED驱动电路结构简图。
论文大功率LED恒流驱动电路的研究与设计说明
目录摘要IVABSTRACTⅣ第一章绪论11.1白光LED发展的背景和意义11.2大功率LED发光原理31.3白光LED的发展简介31.4课题介绍与研究意义4第二章大功率LED驱动电路52.1白光LED的伏安特性62.2白光LED的连接方式72.2.1 串联驱动72.2.2 并联驱动82.2.3 混联驱动82.3大功率LED驱动电路的发展趋势8 2.4大功率LED驱动现状研究102.4.1 电阻限流电路102.4.2 线性控制电路112.4.3 电荷泵升压电路112.4.4 开关变换电路12第三章脉宽调制型（PWM）开关电源原理133.1电压控制模式143.2电流控制模式17第四章 LED恒流驱动电路设计19 4.1大功率LED驱动芯片的比较19 4.2LT3755芯片介绍204.3LT3755工作原理234.4设计电路24第五章总结27参考文献289致30大功率白光LED恒流驱动电路的研究与设计摘要近年来，大功率白光LED因其高效、节能、环保、寿命长、高可靠性等优点逐渐在照明领域获得广泛应用，已经开始替代白炽灯、荧光灯等传统照明光源，成为21世纪的新一代照明光源。
大功率白光LED产业的蓬勃发展有力地推动了LED驱动集成电路产业的前进，孕育着巨大的商机。
论文在简要介绍大功率LED的发光特性、伏安特性与其驱动方案的基础上，详细分析了Buck拓扑结构、PWM调制型开关电源电流控制模式和电压控制模式的优缺点，提出了一种基于PWM调制型Buck模式开关电源恒流驱动电路原理，利用LT3755芯片驱动大功率白光LED的设计电路。
该驱动电路具有1000:1高调光比（PWM调光）、低电流消耗、高效率、欠压保护、短路保护和开路LED保护等功能，适合驱动高亮度大电流LED。
[关键词]：大功率LED、开关电源、PWM、恒流驱动、LT3755AbstractIn recent years，Semiconductor lighting is widely used and is gradually replacing the incandescent and fluorescent lighting due to its advantages over conventional lighting of high efficiency，low energy consumption，low pollution，long lifetime and high reliability.The boom of high power white LED greatly promotes the development of integrated circuits for driving LED，which generates the enormous business opportunities.The thesis briefly introduces the characteristics of luminous flux curve and I-Vcurve of high power LED and its driving methods. Theoperating principles of Buck converter for driving High PowerLED are analyzed in detail. Compared with other drivingmode, switching power technology has high efficiency, so the thesis givesa LED buck mode driver using Chip LT3755 based on switching power technology. The driver in thispaper is a high frequency step-down DC-DC converter with the features of low power loss, high efficiency, 1000:1 PWM dimming,short-circuit protection, open-voltage protection, and is ideal for driving high current LED.Key words:high-power LED, Switching Power, PWM, constant-current driving，LT3755第一章绪论在电光源发展的一百多年来，光源照明电器己经经历了三个重要的发展阶段，这三个阶段的代表性光源分别为白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯。
怎样做出一个输出大电流的恒流源？
怎样做出⼀个输出⼤电流的恒流源？想制作⼤电流的恒流源有两种⽅法：⼀是采⽤运算放⼤器及精密基准电压源IC接成恒流源电路，并通过⼤功率三极管或场效应管扩流，这种⽅法最⼤可以获得数⼗A的恒定电流；⼆是采⽤三端稳压IC组成恒流源，这种⽅法电路较简单，⼀般可以获得⼏A的恒定电流。
下⾯我们分别介绍⼀下这两种恒流源电路。
▲运算放⼤器构成的⼤电流恒流源电路。
上图是采⽤超低失调电压运算放⼤器OP27及1.2V精密基准电压源ICL8069构成的⼤电流恒流源电路。
OP27同相输⼊端所接的1.2V精密基准电压由ICL8069产⽣，由于OP27⼯作于线性放⼤状态，其反相输⼊端电压与同相输⼊端电压相等，即也是1.2V，这样电阻Rs两端的电压亦为1.2V，由于Rs阻值固定不变，故流过Rs的电流便是恒定电流，改变OP27同相输⼊端的基准电压或Rs的阻值，即可调整恒定电流的⼤⼩。
这⾥的VT为⼤功率三极管，其作⽤是扩流。
由于Rs 接在三极管的发射极，故三极管的发射极电流和集电极电流也是恒定电流，若将负载接在集电极，这样流过负载的电流也是恒定电流。
上述电路中，运算放⼤器可以选⽤OP07、OP27这类低失调电压的运算放⼤器，VT可以选⽤2N3055、MJE13007这类⼤功率三极管。
▲三端稳压IC构成的⼤电流恒流源电路。
上述采⽤运算放⼤器组成的恒流源电路负载⼀端不能接地，这在⼀些测量电路中使⽤不太⽅便，若要求恒流源的负载⼀端接地，可以采⽤三端稳压器件LM317接成上图所⽰的恒流源电路。
▲ TO-220封装的LM317稳压IC。
由于LM317的Vout端与Adj端之间有⼀个稳定的1.25V固定电压，这样将R1接在Vout与Adj端之间，流过R1的电流就是恒定的，⽽负载RL与R1为串联关系，这样流过RL的电流也是恒定电流。
调整R1的阻值，即可改变恒定电流的⼤⼩。
由于LM317的最⼤输出电流为1.5A，故这种电路的最⼤输出电流亦为1.5A。
数控大功率精密恒流源设计
的功能和实现方案 。
1. 1 单片机系统 单片机系统是整个硬件系统的核心 ,是实现系统
各项功能的控制器 ,其构成如下 : (1) 89 S52 单片机 采用的 89 S52 单片机内部含有 8 K 的程序存储
器 ,可以提供足够的编程空间 ,不需要另外扩展外部程 序存储器 ,简化了单片机系统的结构 。另外还包括单 片机系统必需的振荡和复位电路 。
L I Ting2ting ,L I Ho ng2bo ( Three Dep . , Engineering College , Air Fo rce Engingeering U niversity , Xi’an 710038 ,China)
Abst ract : The article int roduces a design met hod of numerical p recision constant current so urce based on high2power operational amplifier. This met hod adopt s clo sed2loop cont rol. The high2power operatio nal amplifier enhances outp ut cur2 rent and p rovides t he p rotect f unction at over2temperat ure o r over2loaded. The p recision of o utp ut current achieve 0 . 05 %.
2 系统软件设计
系统软件除了完成对硬件的控制 ,还要实现输出 预置 、输出调整等功能 。为了方便系统的调试 ,整个系 统软件采用了模块化设计 ,主要包括主程序 ,预置 、调 整和显示等子程序 。
高功率LED恒流源串联驱动器的设计
大功率ＬＥＤ的Ｊ二作波长与其发
引言
温和环境温度的改变，其管子的电 光的颜色有关。例如，冷白光ＬＥＤ
随着大功率ＬＥＤ的问世，凶其 流和发光效率变化很大，这也给使 的工作波长在５２５埃～６００埃之间，
发光效率是一般荧光灯或白炽灯的 用带来了不便。
而暖白光ＬＥＤ的工作波长在５２５埃
ｍ…ＬＥＤ Ｔｏｐ０１０９ｙ
Ｓｙｓｔｃｍ，Ｔｎｔｅｎｃｃｈ ＬＥＤ
ｐ…ｅｄｌｎＥｓ：ｏｃｃ ２００５
２００５
４ ｏ．Ｒｏｎ砒，Ｐ Ｇ【ｃ饥，ＳＲａｇｏｎ％Ｉｎｔｅｍｍ心ｎ“
㈣Ⅱｏｌｔｏ ｈｌ曲口㈣ｆ Ｒｅｃｔｌｎｅｒ，Ｅｌ Ｓｅｇｕｎｄｏ．ＣＡ，Ａｃｃｕｒａｔｅｃｕｒ犯１１ｔ
ｄｒＪｖｅ
ＬＥＤ．ＡＰＥＣ ２００６
参考文献(2条) 1.LINEAR Tech:LT3479 Data sheet 2004 2.LUMILEDS Luxon star Technical Datasheet Ds46,Ds47 2004
引证文献(1条)
1.曹军.汪春红 发光二极管白光灯在MR机房照明中的应用研究[期刊论文]-中华放射学杂志 2009(10)
由
的调节差距导致负载电压的差距高 达３３４Ｖ一１６４ｖ。
由于这种结构的效率为总线，输 出电压的反函数，因此，６个ＨＢ—ＬＥＤ 的系统效率低子１２个ＨＢ—ＬＥＤ的系
统，如表３中所示。６个皿一ＬＪ∞系
统的效率也可以通过修改谐振电路 来提高。
同步 将转换器改为同步降压结构可 以提高电路效率，同时最少地增加 电路复杂性和成本，特别是对于负 载电流和输入电压较高的系统（见 图４）。由于总线输出电压决定了降 压转换器的占空比，该值较大的系 统中，开关周期的大部分时间都由 低压设备控制。通常，ＭｏｓＦＥＴ的 １２Ｒ㈣。，导通损耗比二极管的ＶＩ耗
高精度大功率恒流源的研制
高精度大功率恒流源的研制黄薛龙安徽师范大学硕士学位论文二O一七年四月摘要大功率恒流源的应用越来越广泛，随着现代科技的进步，人们在工业、医疗、军事等各个方面对稳定的恒流源需求量越来越多。
但是目前国内对大功率恒流源的研究起步较晚，水平较低，研制的大功率恒流源整体性能落后于国外厂商，关键技术有待解决。
本文结合国内目前大功率恒流源存在的问题以及本人在恒流源研发课题中所做的工作，设计并实现了一款4500W大功率恒流源。
根据恒流源提出的参数指标，确定了整体系统方案。
本文所设计的恒流源核心电路是基于电流-电压负反馈，以实现输出电流的高稳定度。
为了提高系统的可靠性，根据参数指标设计了采样电路、驱动电路、保护电路以及防浪涌电路，分析了它们的特点和电路的原理，给出了详细的设计并完成了实验样机。
本文最终对设计的恒流源样机进行测试，所实现的参数指标为：最大输出电流15A；电流从0-15A连续可调；电流稳定度<0.1%；纹波电流<100mA，各项参数均满足设计指标要求。
关键词：大功率恒流源，MOSFET，水冷散热，纹波抑制ABSTRACTThe application of a constant current source is more and more extensive. With the advancement of modern science and technology, the demand for constant current is gradually increasing in the industrial, medical, military and other aspects. At present, the study of high-power constant current source started late. In China, the whole performance of development high-power constant current source behind the foreign manufacturers, the key technology remain to be resolved. In this paper, a 4500W high-power constant current source has been designed and implemented based on the problems existing in the domestic high-power constant current source and the work done in the research and development of a constant current source.According to the parameters set by the constant current source, the whole system scheme is determined. The constant current source core circuit designed in this paper is built on the current-voltage negative feedback to achieve high stability of the output current. In order to improve the reliability of the system, the sampling circuit, the driving circuit, the protection circuit and the surge circuit are designed according to the parameter index, and their characteristics and circuit principle are analyzed and the circuit schematic is drawn in detail.In this paper, the prototype of the constant current source has been tested and there are the parameter index that has been implemented: maximum output current 15A; current could be adjusted from 0A to 15A continuously ; current stability is less than 0.1%; ripple current is less than 100mA,, the parameters meet the design requirements.Keywords:High power constant current source, MOSFET , Water cooling, Ripple suppression目录摘要 (I)ABSTRACT ...................................................................................................... I I 第一章绪论.. (1)1.1 大功率恒流源的研究意义 (1)1.2 恒流源技术的国内外发展现状 (2)1.3 论文主要研究内容 (4)第二章4500W大功率恒流源理论分析和技术要求 (6)2.1 4500W大功率恒流源构成及理论分析 (6)2.2 4500W大功率恒流源的关键技术研究和技术指标 (8)2.3 本章小结 (9)第三章4500W大功率恒流源的设计方案 (10)3.1 电路总体设计方案 (10)3.2 各功能单元组件设计方案 (11)3.2.1 主功率变换电路设计 (11)3.2.2 采样电路设计 (13)3.2.3 驱动电路设计 (15)3.2.4 保护电路设计 (16)3.2.5 防浪涌电路设计 (17)3.3 辅助电源电路的设计 (18)3.4 本章小结 (20)第四章4500W大功率恒流源设计优化 (21)4.1 主要元器件选择 (21)4.1.1 功率MOSFET的选择 (21)4.1.2 采样电阻的选择 (23)4.2 散热器的设计与分析 (25)4.2.1 热设计理论分析 (25)4.2.2 散热器的设计 (27)4.3 恒流源电路PCB设计优化 (31)4.3.1 恒流源电路PCB布线处理 (31)4.3.2 恒流源电路PCB接地处理 (32)4.4 本章小结 (34)第五章4500W大功率恒流源的样机数据分析 (35)第六章总结与展望 (44)参考文献 (46)致谢 (50)攻读学位期间参与的项目及相关成果 (51)第一章绪论1.1 大功率恒流源的研究意义恒流源从根本意义上来说是能够向负载提供恒定电流的一种电源，在当今社会快速发展的风潮中，恒流源因为其广阔的应用前景而备受关注[1]。
一种大功率交流恒流源的设计
电气传动2021年第51卷第23期摘要：针对某些低压电气设备需要对特定电流的热效应进行严格测试的需求，设计了一种具有多种运行模式的大功率交流恒流源装置。
该恒流源装置采用多组逆变H 桥共直流母线的电路拓扑，以矢量控制作为核心算法，根据不同的测试需求，可选择不同的运行模式，包括单相独立运行模式、单相并联运行模式以及三相运行模式。
经过实验验证，所提出的具有多种运行模式的恒流源完全可以满足不同种类低压电气设备的测试需求，并且基于矢量控制理论的控制策略使该恒流源装置实现可靠高效运行，获得了低谐波、高精度的输出电流，具有广阔的应用范围和市场前景。
关键词：恒流源；逆变H 桥；LCL 滤波器；矢量控制中图分类号：TM464文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd22030Design of High Power AC Constant Current SourceSUN Chuanjie ，TIAN Kai ，CHU Zilin ，YANG Jingran ，ZHANG Zhonglei（Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ）Abstract:For some low-voltage electrical equipment that requires strict testing of the thermal effects of specific currents ，a high power AC constant current source with multiple operating modes was designed.The constant current source adopts the circuit topology of multiple sets of H-bridge inverter common DC bus ，and uses vector control as the core algorithm ，according to different test requirements ，different operation modes can be selected ，including single-phase operation in independence ，single-phase operation in parallel and three-phase operation.Experimental results demonstrate that the constant current source can meet the testing needs of different types of low-voltage electrical equipment ，the control strategy based on vector control theory enables the constant current source to operate reliably and efficiently ，and obtains low harmonic ，high-precision output current ，the constant current source has a wide range of applications and market prospects.Key words:constant current source ；H-bridge inverter ；LCL filter ；vector control基金项目：天津电气院科研开发创新基金（GE2017ZL002）作者简介：孙传杰（1988—），男，硕士，工程师，Email ：***************一种大功率交流恒流源的设计孙传杰，田凯，楚子林，杨敬然，张中磊（天津电气科学研究院有限公司，天津300180）交流恒流源被广泛应用于低压电气设备的型式试验，当前市场份额基本被国内产品占据。
大功率交流恒流源电路设计-001
大功率交流恒流源电路
恒流源电路如图1所示：
图1交流恒流源电路
在图1中，应保证R3=R5=R6=R7，这样输出的电流比较稳定，同时R2应该尽可能的小，这样R2上面能耗就比较少。
图1中，R4是负载，当R2和输入电压V1保持不变的情况下，流过R4上的电流基本上保持不变，即可以认为是恒流。
下面的图2，图3，图4都是仿真结果图。
通过仿真可以看出，当其他条件都不变的情况下，仅仅改变负载的阻值，即R4的值，输出电流基本上不变。
由于LM1875具有交流和直流对地短路的保护功能和超载过热保护电路，可以输出最大功率为30W，因此，此电路可以输出的电流比较大。
理论上，如果R2为30欧，最大的电流可以输出将近1A。
图2
图3
图4。
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大功率恒流源的设计
设计要求：
1.输出功率达600W,输出电压可调的恒流源；
2.输出电压有效值：24～48V（之间随意值均可）；
对应输出电流：25～12.5A；
3.输出电压频率：f＝50～100Hz（可设置，分辨率为1 Hz）；
4.PWM，D类功放；
5.单片机控制LCD显示电压电流值。
系统原理框图：
D类功放模块方案
方案一：
首先产生50～100Hz正弦波信号，将其与频率为数十千赫的三角波信号分别加到电压比较器的正反相输入端进行调制，产生脉宽可变的调制波，调制波的包络线为50～100Hz的正弦波形。
将调制波进行开关放大，输出功率信号，最后滤波电路，得到低频率的50～100Hz大功率电压信号。
H桥也可用单电源供电
要想达到600W的输出功率，大功率电源必须可以提供600W的功率才行，要实现输出电压可调，则需要VCC可调，此处打算采用电压可调的开关电源供电。
单电源供电可生成±VCC的高频脉冲信号；双电源供电则可生成±2VCC的高频脉冲信号，便于得到更大的功率。
此方案的问题是：
通过四个大功率开关管组成的H桥后，负载电阻上的电压是浮着的，从测量安全考虑需要有接地端。
负载输出问题有两个方案:
1.可以采用分压的方式来进行转换，并联上大电阻就可以忽略其分流作用，这样输出端子的电压
和负载两端的电压还需要一个倍数转化的关系。
2.利用变压器进行隔离，使输出有接地端。
差分比例运算电路（极性转换）本设计采用变压器进行浮地转换。
系统测量模块：
电流测量：通过电流互感器。
电压测量：分压之后进行采样。