驱动电源范文第1篇

关键词:DC/DC直流升压;PMOLED;单色显示屏;驱动设计

中图分类号:TM320文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)21-0018-03

有机发光二极管显示器OLED是一种即将给显示器产业带来革命性变化的新兴自发光的显示技术,其发光原理是当电荷通过某种有机材料以后就会发光。与液晶技术相比,OLED具备面板厚度更薄、对比度更高、响应速度更快、更节能、更轻的特点,而且不存在可视角度的问题,最核心的优点是OLED采用一种自发光技术,因此不需要背光。

1DC/DC直流升压电源电路设计

目前,由于OLED被广泛应用于便携式产品,因此其功耗至关重要。电源IC必须能以最高的效率工作,并尽可能降低功耗,以便尽可能延长电池的工作时间,尤其是在显示器不工作时。

OLED驱动方式属电流驱动,以驱动方式可分为无源驱动PMOLED与有源驱动AMOLED两种。PMOLED无源方式的构造较简单,驱动电压仅为单路输出的正电源,驱动视电流决定灰阶,主要应用在小尺寸产品上,它的分辨率及画质表现较好。适合PMOLED应用的理想电源器件应该具有一个非常高效的升压转换器,能够在便携式应用中的电池电压下工作,或者在器件中的预整流供电下工作。输出负载断开和低待机电流等功能对减少显示屏不被照明时电池的漏电有很重要的作用。理想的电源器件必须具有外接元件少和封装尺寸小等特性,从而可以尽量缩小小型手持设备的显示器的尺寸。

ISL97702这种器件有一种突发模式以及双输出电压选择功能,用以在轻载电流下保持转换器的效率和电源的节约。它还具有浪涌电流限制、短路保护和关机期间负载隔离等功能。尽管具有这些功能,但设计中电路在开关电路中仅用到了两只电容器、三只电阻器和一个升压电感器,基于ISL97702的DC/DC直流升压电源电路图如图1所示。

1.1电感和电容的选择

升压电路在2.3～5.5V的电压范围内工作,这一范围覆盖了所有锂离子电池的输入电压范围,并且还能在预整流的3V或5V工作,此类应用所需的输出电压范围是2～30V。为使升压电路达到最佳工作状态,选择合适的元件非常重要。元件主要包括电感和输出电容,其将影响到升压控制环路的稳定性。升压转换器采用的外部补偿电路需要合理选择补偿元件。ISL97702带有内部补偿网络,设计要求电感和电容值在一定的范围内。ISL97702可与低至3.3μH的电感结合,以减小器件尺寸。但是,较低的电感值可能导致器件工作不连续,从而增加输出纹波,因此最好选择能保持连续工作模式的电感值,同时,选择的电感还必须能够满足应用要求的峰值和平均电流。

输出电容的选择原则是确保升压环路的稳定工作,输出电容的电容越高,输出电压的纹波就越小。具体选择时需要在纹波和元件数量/成本之间综合考虑。输入端电容用于将输入电流和经过电阻的开关电流隔离。

1.2双输出电压的选择

当OLED在暗淡模式下工作时,可以通过降低输出电压来显著地节省功耗,因此为OLED电源选择的最佳电源IC应包含能够提供这一功能的电路。使用两条独立的、以一个简单的逻辑输入信号进行选择的反馈电路,就可以实现这一功能。通过这种简单的方式,可以实现PMOLED所采用的“亮暗关”节能技术。

输出电压由连接在输出引脚和反馈参考引脚间的分压电阻进行设置,反馈电压与内部设置的参考电压比较后用于控制输出电压。输出电压的精度取决于反馈参考的精度和反馈网络中使用的电阻值。电路中反馈电压被设定为1.15V±2%。当选择引脚(SEL)被设定为低电平时,反馈引脚FB0就与参考电压进行比较,同时引脚FB1接地,用以提供反馈地参考;当引脚SEL为高电平时,引脚FB1被用作参考,引脚FB0接地。

2单色PMOLED显示屏驱动电路设计

OLED显示器是由众多的像素点组成,这些像素点按行、列排成矩阵,显示图像时,按行扫描或按列扫描,无源矩阵的基本结构框图如图2所示:

其中“行”是由公共驱动器PT6807依次选通,“列”则是由列选择器PT6808根据图形要求来开通。例如,图中假如第一行只有第一个OLED导通就只有大约0.3mA,而假如第二行是所有OLLED都选通,而每一行一共有100个OLED,则其总电流大约为33mA。也就是说,其总电流是由每一行中的OLED数,就是其象素数决定。因为OLED的亮度是由其电流决定的,所以保持电流的稳定是很重要的。列驱动通常采用P沟道器件作为电流源。为保证其工作于饱和区,至少需要有2伏电压,这样其输出电流随VDS的变化将会小于1%每伏。当某一行有很多OLED导通时,它的总电流就比较大。这时在连接电极上就会有较大压降,从而使VDS降低。而这种压降又取决于显示的图形,而且是不可避免的。所以必须将电流受VDS的变化而变化的灵敏度降至最低。同时输出电流的不均匀性也受到驱动器件的不一致性的影响,这种不均匀性可以靠提高VGS工作电压和版图匹配技术来减小。

128×128点阵模块驱动接口如图3所示:

2.1行驱动电路设计

PT6807是点阵OLED图形显示系统64路行驱动器,它利用CMOS技术,提供64个移位寄存器和64路输出驱动,PT6807自己产生时钟信号用来控制PT6808列驱动器。

PT6807可以设计为主,从两种模式,为OLED驱动显示提供方便;主/从模式选择由控制脚MS来控制,在主模式下,选择MS脚为高电平,输入/输出脚DIO1,DIO2,CL2只作为输出脚来用;在从模式下,MS脚被置为低电平,输入/输出脚CL2作为输入来用,而DIO1,DIO2的状态由SHL脚来决定。

晶振电路:主模式下,可由R、C、CR端来决定时钟频率;在从模式下,晶振电路的R,C端为悬空状态,CR端接高电平。

显示占空比选择:显示占空比靠输入脚DS1,DS2的状态来决定;在主模式下根据DS1,DS2脚的设置来选择占空比,有四种占空比1/48,1/64,1/96,1/128可供选择;在从模式下,DS1,DS2脚与电源VDD相连。

移位时钟和相位选择:PCLK2用来选择移位数据是在CL2时钟信号的上升沿,还是下降沿移出;数据移位方向的选择由MS,SHL脚来控制。

2.2列驱动电路设计

PT6808是点阵OLED图形显示系统64路列驱动器,它也利用CMOS技术,并提供显示RAM、64位数据锁存、64位驱动和解码逻辑,内部显示RAM用来存储由八位微处理器传来的显示数据,它根据存储数据产生点阵OLED驱动信号,与PT6807(行驱动器)配合使用。

输入缓存用来允许和禁止PT6808,当输入输出数据和指令被执行时,CS1B和CS3必须处于工作状态,不论CS1B和CS3处于任何状态,RSTB和ADC都可以正常操作,并且内部状态不会改变。

输入寄存器用来与MPU接口,并临时存储要写入显示RAM的数据,当CS1B和CS3处于工作状态时,输入寄存器通过R/W和RS来选定,数据通过MPU被写入输入寄存器,然后写入显示RAM中,数据在E信号的下降沿被锁入,通过内部操作自动写入显示RAM中。

输出寄存器:当CS1B和CS3处于工作状态,并且R/W和RS为高电平时,输出寄存器用来临时存储显示数据RAM,也即显示数据RAM中的存储数据被锁存到输出寄存器。当CS1B和CS3处于工作状态,R/W为高,RS为低时,状态数据(忙检测)可以被读出。

为了读出显示数据RAM中的内容,需要访问读指令两次,在第一次访问中,显示数据RAM中的数据被锁存到输出寄存器中,在第二次访问中,MPU读锁存数据。这就是说,在读显示数据RAM时需要一次假读,但是,在读状态数据时不需要假读。

为了克服在工作过程中当OLED亮度较高时的自动关屏问题,在写入数据之前应该查看该项,若关屏,则将其打开,以保证OLED屏的正常工作。其中判断是否关屏,若关闭则将其自动打开子程序如下:

Rs=0; // rs为数据/指令选择脚

r_w=1; // r_w为读/写输入脚

e =1; // e为允许信号输入脚

busy = P3; // P3接数据线端口

e = 0;

if(busy&0x20==0x00) // 若为真,表示已关屏

{com=0x3f; // com为形参

wr_command(com);} // wr_command()是写命令子程序

3结语

本文介绍了适用于便携式产品的128X128小尺寸PMOLED的DC/DC直流升压电源技术及显示屏驱动技术,并给出了详细的设计思想和具体电路。OLED电源及显示驱动技术将越来越多地应用在汽车音响、MP3、测量仪器仪表等产品中,期望本设计能向OLED电子产品设计者提供有价值的参考。

参考文献

[1]王兆国.数字电路技术[M].北京:清华大学出版社,1999.

[2] 孙余凯.稳压电源设计与技能实训教程[M].北京:电子工业出版社,2007.

[3] 赵亮,侯国锐.单片机C语言编程与实例[M].北京:人民邮电出版社,2003.

驱动电源范文第2篇

关键词:电源管理; WDM; PCI; IRP

中图分类号:TN302.7 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)14-0196-03

Driver Development of Power Management for PCI Device

CHENG Hai-quan1,2, HU Jun1, XU Shu-yan1, XIE Ai-ping3

(1. Space Optics Research Department, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China;

2. Graduate School, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China;

3. College of Communication Engineering, Jilin University, Changchun 130032, China)

Abstract: The cooperation of operating system (OS) and driver is needed to control the power status of equipments for making PCI device to possess the function of power management. By the aid of the study on the power supply of systems and devices under Windows OS, a power management scheme is proposed to control the power status of equipments through processing system power IRP in WDM driver. WDM driver's mechanism of processing the power management IRP is elaborated. An experiment shows that WDM driver based on this scheme can work well with Windows XP.

Keywords: power management; WDM; PCI; IRP

0 引 言

随着计算机软硬件技术发展,要求设备能够从待机或睡眠中快速启动;要求在不使用时,移动设备能够保持待机或休眠以节省电能的情况越来越多,传统的冷启动或热启动(复位启动)已不能满足人们的要求。微软在Windows操作系统下设计了电源管理构架,为系统和设备的电源管理需求提供了广泛的支持。目前Windows系统下的电源管理支持(advanced configuration and power interface ,ACPI) 高级配置和电源界面工业标准。

根据微软的WDM驱动程序模型,很容易写出具有一定功能的驱动程序,可是在设备运行了一段时间后,当系统要进入待机或休眠状态时,就会发现桌面上弹出一个窗口――禁止待机。出现这种现象是由操作系统的默认电源管理策略所致,实际的原因在于驱动程序中没有写关于电源管理的代码。本文中研究的WDM驱动就是为了使设备配合操作系统支持系统的待机和休眠。

1 系统和设备的电源策略

电源管理主要涉及操作系统和设备,系统电源状态指示整个系统的总体电源使用,而设备电源状态指示鞲霆设备使用多少能量。PCI设备支持的电源等级是由PCI配置空间中的电源管理能力结构描述的[1]。PCI总线电源管理接口规范描述了电源管理能力结构寄存器和电源管理事件信号以及辅助电源,这些寄存器和信号让操作系统可以控制PCI总线以及总线上每个功能的电源[2]。

电源管理器管理着系统级的电源策略,设备电源策略主负责设备的电源策略,它们互相配合才能完成系统和设备的电源状态转换。

1.1 系统和设备电源状态

Windows操作系统定义了6种系统状态S0~S5,S0称为工作状态,S1~S4属于睡眠状态。S5是关闭状态。设备按照ACPI规范定义了4种设备状态D0~D3。在D0状态中,设备处于全供电状态。在D3状态中,设备处于无供电(或最小限度的电流)状态。中间的D1和D2状态指出设备的2个不同睡眠状态。Microsoft规定了不同类型设备的类专用的电源需求,该规范要求每个设备至少要支持D0和D3两个状态[3]。

1.2 电源状态转换

应用程序请求、系统活动/电池级别或用户按下电源按钮会导致电源状态的改变,例如系统在响应待机(standby)命令过程中,电源管理器首先向每个驱动程序发送带有IRP_MN_QUERY_POWER副功能码的IRP_MJ_POWER请求以询问设备能否接受即将到来的电源关闭请求。如果所有驱动程序都同意,电源管理器将发送第2个带有IRP_MN_SET_POWER副功能码的电源管理IRP(I/O reequest package),然后驱动程序把其设备置入低电源状态以响应这个IRP[3-4]。

前文中驱动程序不能待机的原因,也就在这里,不符合电源管理要求的驱动程序否决了电源管理器发来的要求改变电源状态IRP,导致系统不能待机。

1.3 PCI总线驱动程序与电源管理能力结构

总线驱动程序在电源管理中发挥着重要作用,甚至可以是电源策略主[5]。PCI电源管理能力结构为操作系统提供了一种标准机制来控制设备的功耗管理。对于某一个PCI设备来讲,设备本身直接由PCI总线驱动程序管理[3]。总线驱动程序通过存取PCI电源管理能力结构的寄存器直接控制设备运行,达到物理上改变设备的电源状态。

2 驱动程序设计过程

要使WDM驱动程序具有电源管理功能,首先需要在DriverEntry入口函数中注册IRP_MJ_POWER IRP的派遣函数例程[6-7]。

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_POWER]= PowerDispatchRoutine;

驱动程序的电源管理例程围绕电源IRP_MJ_POWER IRP进行处理,这些例程处理这个IRP,并在需要时产生这个IRP。这个IRP有4个电源管理次功能代码,如表1所示。

表1 IRP_MJ_POWER次功能代码

次功能IRP代码描述

IRP_MN_QUERY_

POWER查询系统或设备状态变化是否可行

IRP_MN_SET_POWER设置系统或设备电源状态

IRP_MN_WAIT_WAKE唤醒计算机,响应1个外部事件

IRP_MN_POWER_SEQUENCE发送这个IRP,确定设备是否真正进入特定的电源状态

大多数驱动程序要求必须处理表1中前2个IRP,具有唤醒能力的设备驱动要处理IRP_MN_WAIT_WAKE。这里对IRP_MN_WAIT_WAKE和IRP_MN_POWER_SEQUENCE做默认处理。

NTSTATUS PowerDispatchRoutine(IN PDEVICE_OBJECT fdo, IN PIRP Irp) {

PAGED_CODE();

KdPrint(("Enter PowerDispatchRoutine\\n"));

NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;

switch(stack->MinorFunction) {

case IRP_MN_SET_POWER:

status = SetPowerState(fdo, Irp);

break;

case IRP_MN_QUERY_POWER:

status =QueryPowerState(fdo, Irp);

break;

case IRP_MN_WAIT_WAKE:

case IRP_MN_POWER_SEQUENCE:

default:

status = DispatchPowerDefault(fdo, Irp);

break;

}

return status;

}

电源管理器,维护一个单独的电源IRP内部队列,这保证在系统中只有一个“设置系统电源”IRP在处理,还保证每个设备只有一个“设置设备电源”IRP在运行[5]。

设备在完成一个电源IRP的处理时,必须告诉电源管理程序,使得它可以开始下一个电源IRP的处理。一般的默认处理就是简单地把一个IRP沿设备栈向下传递(没有完成例程),在跳过或复制当前IRP栈单元之前,应调用PoStartNextPowerIrp函数,如果使用完成例程,通常也必须调用PoStartNextPowerIrp。

NTSTATUS DispatchPowerDefault(IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject, IN PIRP Irp)

{

PDEVICE_EXTENSION pdx = (PDEVICE_EXTENSION) DeviceObject->DeviceExtension;

PoStartNextPowerIrp(Irp);

IoSkipCurrentIrpStackLocation(Irp);

return PoCallDriver(pdx->LowerDeviceObject, Irp);

}

2.1 设备电源能力结构

PnP管理器在启动设备后向设备发出查询设备能力的请求,该请求的参数是一个DEVICE_CAPABILITIES结构,PCI总线驱动程序通常填充DEVICE_CAPABILITIES结构,该结构包含了与电源管理有关的几个域。功能设备驱动程序应该首先向设备栈下转发该IRP,等待IRP完成后,在必要时可以更改DEVICE_CAPABILITIES结构。

电源策略主负责检查DEVICE_CAPABILITIES结构中的DeviceState域来确定每个系统电源状态对应的设备电源状态。这个结构中指出了对应于一个系统电源级设备可以处于的最高电源状态。功能驱动程序可以在设备扩展中存储这个结构中相关的域,在这个IRP完成以后,驱动程序不能改变它的内容[3]。

2.2 处理系统电源IRP

如果驱动程序收到一个“设置系统电源状态”IRP,首先必须确定等效的设备电源状态,如果当前设备电源状态与要求的设备状态不同,必须改变设备的状态。通常总是把设备设置成与设备的当前活动、设备的电源能力以及系统的电源状态相一致的最低电源状态。

在向底层驱动程序传递“设置系统电源状态”IRP之前改变设备状态,在所有底层驱动程序处理后再给设备加电。必须给自己发出“设置设备电源状态”IRP以改变设备电源状态,然后等待这个IRP完成,然后可以继续处理“设置系统电源状态”IRP。以处理系统将要管理为例说明这个过程[4],如图1所示。

图1 降低系统电源IRP处理过程

2.3 处理设备电源IRP

如果收到“设置设备电源状态”IRP,在调用低层驱动程序前,必须关闭设备的电源。在所有低层驱动程序启动后,再启动设备。这意味着应设置一个完成例程,并在那里给设备加电。这里以处理降低设备电源状态为例[5]说明这个过程,如图2所示。

图2 降低设备电源IRP处理过程

2.4 实验结果及分析

在Windows XP系统上加载采用这种电源管理方案的虚拟设备驱动程序,使系统从全功耗运行转向休眠,再从休眠中恢复,用DebugView工具得到驱动打印的Log信息如下:

Enter HelloWDMPower

Power Manager query power state

Enter DispatchSystemPowerIrp

Enter CompletionSystemPowerRoutine

Send device power IRP according to system power IRP

Enter HelloWDMPower

Power Manager query power state

Enter DispatchDeviceQueryPower

Device power state query

newDeviceState = 4

Ready to pass down IRP for device power state query

Enter PowerDownPrepCallback

Enter DevicePowerCompleteCallback

Enter HelloWDMPower

System or device power is going to be change

Enter DispatchSystemPowerIrp

System power state change

newSystemState = 5

Enter CompletionSystemPowerRoutine

Send device power IRP according to system power IRP

Enter HelloWDMPower

System or device power is going to be change

Enter DispatchDeviceSetPower

Device power down

newDeviceState = 4

Ready to pass down IRP for device power state change

Enter PowerDownPrepCallback

Enter DevicePowerCompleteCallback

Enter HelloWDMPower

System or device power is going to be change

Enter DispatchSystemPowerIrp

System power state change

newSystemState = 1

Enter CompletionSystemPowerRoutine

Send device power IRP according to system power IRP

Enter HelloWDMPower

System or device power is going to be change

Enter DispatchDeviceSetPower

Device power up

newDeviceState = 1

Enter CompletionDevicePowerUp

Enter PowerUpCallback

Enter DevicePowerCompleteCallback

上述结果表明使用这种电源管理方案的驱动程序能和系统配合休眠,并能够成功从休眠的状态下启动,另外具体应用到硬件上时要在说明的地方加上与设备相关的代码。

3 结 语

本文介绍了PCI设备电源管理驱动程序的开发,电源管理在PCI规范中是可选的,现在PCI Express设备越来越多,而PCI Express设备必须实现电源管理能力。由于PCI Express与PCI软件上兼容这里研究的电源管理方案同样适用于PCI Express设备[8-10]。限于篇幅本文只给出了部分实现代码,完整实例请参考WDK给出的toaster程序。

参考文献

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驱动电源范文第3篇

【关键词】发射机 接触器 辅助触点 故障

DX发射机近期多次出现整流柜驱动电源故障，并且能自动恢复。经过查找，是由于真空接触器的辅助触点电阻阻值变大引起的。这就引起了我们的思考，因为DX发射机许多地方大大小小各种信号的接触器使用了很多。因此我们对发射机接触器的辅助触点进行了一次排查，发现了许多辅助触点的阻值有变化，及时更换，从而确保了发射机的安全运行，避免许多不必要的故障。

1 接触器与继电器

接触器主要是用来接通或断开主电路的，一般电流较大。而继电器的主要作用则是起信号检测、传递、变换或处理用的，它通断的电路电流较小。发射机中整流柜的电流较大，所以使用的是昆山的真空接触器CKJ5-80；冷却控制系统中用的型号为CKJ8-16，用于接通热交换器与水泵的电源。发射机中很多电路板上有许多小型的继电器用于提供连锁通路、冷却控制、主、备设备切换等。

1.1 真空接触器

整流柜的K1、K2、K5是用来提供驱动电源与风机电源的。最初，使用的是线圈电压为110V的交流接触器。但是由于交流接触器在合闸、分断时容易打火，对触点的损伤较大，进行影响触点的接触电阻。而真空交流接触器是真空触点，在合、断时没有火花，能延长使用寿命，降低维护成本，进而提高发射机的安全运行。

主触点与辅助触点：

主触点是用来接通负载电流的，辅助触点一般用来通过控制电流。主触点与辅助触点最大的区别是主触点比辅助触点大，并且通过的电流大。主触点一般控制负载的电源是一次电流。而辅助触点一般用在控制连锁回路里是二次电流。一般情况下主触点是常开触点。而辅助触点有常开与常闭两种。

1.2 驱动电源故障原理

如图1所示，驱动电源故障说明驱动级电源或相关检测电路出现异常，此时运行中的发射机将自动关机。当驱动级电源出现异常时，K5交流接触器2，4辅助触点无法闭合，此时电源控制板上的驱动级电源检测电路将给出故障信号，并从电源控制板J8―5端子，PS显示板J1―5端子送出故障信号，进而点亮6A4板上的驱动器-电压故障指示灯DS5。驱动电源故障主要检查驱动电路上相关元件的性能，比如保险F8、F9、F10，K1、K2、K5交流接触器以及其辅助触点的接触电阻。驱动电源故障的检测电路是通过K5的一对辅助触点实现的。

如果K5辅助触点电阻变大，导致J3-5与J3-6似通非通，使其不能接地，反相器U10_9的低电平变为高电平，U10_10将输出驱动电源故障低电平。由于更换真空接触器时间长，应急处理的办法是短接电源控制板J3-6与J3-5。

1.3 整流柜相序检测器辅助触点接触不良

风机电源为PB 单元三部3/4 马力和1/3 马力的风机供电。三相电源从低压主电源来，经过整流柜6TB1 的1、2、3、4 端子排，经过S5 保险盒，经过K5 继电器，给PB 单元的三部3/4 马力和1/3 马力的风机供电。其中K7为相序检测器。相序检测器的目的是检测风机的三相交流电是否缺相或者电压波动太大。如图2所示。

相序检测器：

DX发射机使用的是美国ATC SLA-380-ALE型号的相序检测器，它是一种多功能三相三线制电源保护或者三相用电保护继电器。集三相电压缺相保护、相序保护、三相电压不平衡、单相欠压保护于一体的保护继电器。DX发射机用它来保护风机电机同时起到对三相电的监测作用。从而提高发射机的安全性，减少由于三相电源故障而引起的烧毁风机电机，进一步确保了传输发射设备的安全，也降低了维护费用。

如图3为DX机相序检测器的平面图，其中1-6脚三相交流电主输入接点。1-12脚为辅助触点，当检测到三相380V少于设定值或者缺相或者相序错误时，它的辅助触点8、9脚就断开。导致电源控制板J3-4与J3-3之间断开。

如图4所示，本应送入U10的低电平并未高电平，从而导致380V A/C主交流故障的输出，引起发射机关机。应急处理办法短接J3-4与J3-3.

1.4 CKJ8-16辅助触点接触不良引起的冷却故障

如图5所示，水泵的启动是通过冷却控制板远程开机信号控制的，当冷却系统的PLC接收到来自TCU PLC的开机高电平信号。那么K3的9、13脚导通，将接通24V接触器线包电压。但是如果备泵的辅助触点接触不良或者阻值变大，主泵接触器的线包电压断开，导致主泵无法开启。水流动停止，从而导致水流开关不闭合，发射机因冷却故障而关机。所以对于接触器的辅助触点，必须定期测量主触点与辅助触点之间的接触电阻，一旦发现有变化，及时倒备泵或者更换。可以避免不必要的停播。

2 结束语

本文介绍了由于辅助触点接触不良引起的三例典型故障，一般我们都关注于主触点的检查，缺乏对辅助触点的检修。自从将辅助触点作为检修项目以来，大大减少了由于辅助触点引起的软故障，提高了发射机的效率与稳定性。

驱动电源范文第4篇

【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

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[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.

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驱动电源范文第5篇

关键词： 动态光调节； 数字式LED驱动电源； 嵌入式设计； C8051F021

中图分类号： TN86?34； TP303.3 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）10?0103?04

Abstract： The adjustment of LED controlled by dynamic light can′t achieve the expected effect due to the imperfect design of digital LED driving power supply adjusted by dynamic light， but the embedded system can improve the performances of LED driving power supply effectively. An embedded system based digital LED driving power supply controlled by dynamic light was designed. The A/D acquisition module performs the acquisition， rectification， filtering and A/D conversion of data of digital LED adjusted by dynamic light to get the A/D sampling data， and transfer it to the driving circuit. The embedded design is adopted in the driving circuit to optimize the A/D sampling data， so as to control the LED lighting reasonably and regulate the digital LED with dynamic light effectively. The C8051F021 chip is the "manager" of the embedded system based digital LED driving power supply under dynamic light control. Its management flow chart is given in the third part of this paper. The data acquisition language of A/D acquisition module was design also in the third part. The experimental results show that the designed digital LED driving power supply has strong driving performance and high power conversion efficiency.

Keywords： dynamic light control； digital LED driving power supply； embedded design； C8051F021

0 引 言

现如今，数字式LED以其低耗、显示清晰、寿命长等优点，在家用电器的显示配件方面占据了主导地位。动态光调节是一种能够有效缩减数字式LED显示屏漏光现象、增强显示效果的方法，但由于动态光调节下的数字式LED驱动电源的设计不完善，使动态光对LED的调节无法达到预期效果，这已成为科研组织的研究难题[1?4]。嵌入式是一种以应用为核心、以电子信息技术为根基的计算机系统，其能够调控软硬件的灵活性，进而提升LED驱动电源的各项性能[5?6]。为此，利用嵌入式系统，设计动态光调节下的数字式LED驱动电源，增强数字式LED驱动电源的驱动性能和转换效率，实现动态光对数字式LED的调节效果。

科研组织对动态光调节下数字式LED驱动电源的设计成果均存在一些不足之处。如文献[7]提出的能耗密度分配模型方法。这种方法能够将动态光调节下数字式LED驱动电源的多余能耗合理分配出去，达到增强电源转换效率的目的；但这种方法过于受限于电源传送功率配对，故其驱动性能较低。文献[8]提出基于阻抗模型构建动态光调节下数字式LED驱动电源的方法，阻抗模型能够较为合理实现电源驱动的高性能；但这种方法的耗能较大，电源转换效率不高。

从以上动态光调节下数字式LED驱动电源的设计成果中可看出，我国科研组织对基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计迫在眉睫。

1 数字式LED驱动电源嵌入式设计

1.1 LED驱动电源整体设计

基于嵌入式系统的犹光调节下数字式LED驱动电源的工作原理如图1所示。

由图1可知，在基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计中，A/D采集模块对数字式LED数据进行整流、滤波、A/D采样，其对数字式LED驱动电源有着过渡作用，是数字式LED驱动电源的基础组成部分。驱动电路是实现数字式LED驱动电源对动态光调节控制的基础，高性能的驱动电路能够给予数字式LED驱动电源较高的驱动性能。控制芯片是数字式LED驱动电源的控制核心，其管理着整个数字式LED驱动电源的工作流程。

1.2 A/D采集模块设计

在A/D采集模块中，整流是将采集到的动态光调节下的数字式LED的交流电近似转化为直流电的过程；滤波是将近似直流电中的交流波形去除，最终输出标准直流电的过程。图2是滤波器电路图。

滤波是排除电力干扰的一项重要手段，其能够避免电源损伤、使电路元件维持在正常状态下工作。由图2可知，A/D采集模块选用低通滤波器为动态光调节下的数字式LED进行滤波，其能够进行50 Hz电力信号的滤波，对高频干扰的衰减效果较强。所设计的低通滤波器拥有2个输入、输出端口，并配备1个电源接地端。C，C1代表差模滤波电容，C2，C3代表共模滤波电容，L1，L2代表电感，T代表共模电感。如果出现干扰信号，电感则会高速增长，阻止干扰信号通过，进而实现对动态光调节下数字式LED的滤波。整流滤波之后，A/D采集模块将对其获取到的数据进行A/D采样，图3是A/D采样电路图。

由图3可知，A/D采集模块主要由对比器、寄存器和A/D转换器组成，其最重要的组成元件是A/D转换器。A/D采集模块将其最初采集到的动态光调节下的数字式LED数据，利用对比器提高数据分辨率，并暂存在寄存器中。用户可对寄存器处理流程进行编程，A/D转换器会对寄存器中的数据进行依次调用，进行模/数转换。

模/数转换的方式采用高速形式，以增强基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能和电源转换效率。A/D转换器的输出结果会经由对比器与最初采集数据进行比较，如果对比器的对比结果是负数，A/D采集模块将把寄存器状态调至高效位；反之，则调至低效位。

寄存器的效位状态会对A/D采集模块的效率产生影响，通过不断调整寄存器效位状态，能够提高数字式LED驱动电源的工作效率。最后，A/D采集模块利用控制与定时逻辑原理，将其获取到的A/D采样数据输出到驱动电路。

1.3 驱动电路嵌入式设计

受限于我国的科技能力，数字式LED的单颗发光物质功率过低，在实际应用中，只有将多颗发光物质连接起来使用才能够实现LED的肉眼可视发光，连接方式主要采用串联和并联的混合连接。为此，必须通过特定的驱动电路才能够令动态光调节下的数字式LED完成正常显示功能，所设计驱动电路采用嵌入式。

反激式转换器是一种拥有简单拓扑结构的电源开关，其能够为驱动电路提供较高水平的电压升降和多路输出。为此，基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计中，将反激式转换器纳入到驱动电路，并利用隔离式转换器维持数字式LED的正常发光。图4为驱动电路电路图。

由图4可知，所设计的驱动电路有着成本低、效率高的特点，能够实现对LED发光的合理控制。驱动电路能够容纳的输入电压范围是[170 V，280 V]，LED发光物质的连接方式是15颗串联、5颗并联，电流、电压和功率的极大输出值分别为350 mA，DC 60 V和20 W。A/D采集模块会将其获取到A/D采样数据输入到驱动电路，驱动电路的输出接收元件是单片机。基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源为驱动电路的连接设计成嵌入式连接，驱动电路对数字式LED发光的控制并非只有简单的开启和关闭，而是能够合理调节数字式LED的发光亮度，以提高其使用寿命、增强动态光对数字化LED的调节效果。

1.4 控制芯片O计

控制芯片是基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的“管理者”，故在控制芯片的选择上应绝对符合数字式LED驱动电源的设计初衷，这就要求所选择的控制芯片应具有高集成度和处理效率。因此，选择某公司出产的C8051F021芯片作为数字式LED驱动电源的控制芯片，此芯片的性能较高且能够独立进行高效的控制工作。

C8051F021芯片是一种拥有CIP?51 内核的芯片，是对8051系列芯片的优化成果。CIP?51 内核拥有高兼容性和流水线结构，能够通过803x/805x编码器对其进行开发。CIP?51 内核配备了5个16位定时器、2个通用异步收发传输器、1个256 B随机存取存储器以及1个特殊功能的寄存器，可实现对控制指令的完美操作。

C8051F021芯片的内部组成并不简单，这为其自身功能的完善提供了较为有利的元件支持。C8051F021芯片内置看门狗计时器、电源监听监控设备、视频存储设备以及时钟振荡器，其中的视频存储设备可对基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源进行再编码和更新。但由于经再编码后的数据容易丢失，故在使用此功能前必须对数字式LED驱动电源的数据类型进行检测。

2 数字式LED驱动电源嵌入式软件设计

2.1 C8051F021芯片管理流程设计

基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的软件部分为C8051F021芯片的管理流程进行了设计，如图5所示。

图5中，C8051F021芯片所需进行的初始化包括看门狗计时器参数重置、接口输出配置以及编程单元参数设定，软件也会同时对A/D转换器进行初始化。如果控制信号不存在，用户则可手动切换控制模式，否则将默认为自动调光模式；如果控制信号存在，初始化后的C8051F021芯片将会自动接收控制信号，并进行LED发光控制模式的设定。在C8051F021芯片进行管理工作的过程中，用户如果需要切换控制模式，应在设定控制模式后选择切换模式，否则只能选择在基于嵌入式系统的动态光调节下和数字式LED驱动电源未工作的情况下进行切换。这样设计有助于维持数字式LED驱动电源的工作连贯性，提高驱动性能。

2.2 数据采集语言设计

3 实验验证

3.1 驱动性能验证

对本文设计的基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能的验证，可通过验证其驱动效率和数字式LED输出特性实现。驱动效率是影响数字式LED光效的最主要原因，通过数字式LED输出特性数据则能够看出数字式LED电源驱动设计的成功与否。

实验对6种不同规格的数字式LED进行驱动，先利用万用表对本文数字式LED驱动电源驱动中整流滤波后的电压进行了测量，随后将C8051F021芯片的输出信号频率调至30 kHz，并利用特定电源为C8051F021芯片供电。实验室的温度恒定在20 ℃，湿度控制较为严格，此时的驱动效率曲线如图6所示，数字式LED输出特性如表1所示。

由图6、表1可知，本文所设计的数字式LED驱动电源的驱动效率维持在89%左右，而市面上的数字式LED驱动电源的驱动效率一般为80%；在数字式LED输出特性统计表中，实际输出的电流和电壕在正常范围内波动，且电流变化对电压输出的影响不大。当电流小于300 mA时，数字式LED驱动电源会停止对数字式LED进行驱动。以上结果能够证明，基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能较强。

3.2 电源转换效率验证

对本文设计的基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的电源转换效率进行验证，其结果如图7所示。

由图7可知，本文所设计的数字式LED驱动电源的电源转换效率范围在[80%，88%]之间，且波动较为稳定，未产生尖峰脉冲现象，可见其对数字式LED功率的矫正水平较高，能够实现动态光对数字式LED的有效调节，验证了基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的电源转换效率较高。

4 结 论

本文设计基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源。其中的A/D采集模块对动态光调节下的数字式LED数据进行采集、整流、滤波和A/D转换，得到A/D采样数据并传输到驱动电路。驱动电路采用嵌入式设计对A/D采样数据进行优化，进而实现对LED发光的合理控制和动态光对数字式LED的有效调节。C8051F021芯片是基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的“管理者”，其管理流程图于软件中给出。软件还对A/D采集模块的数据采集语言进行了设计。实验结果表明，所设计的数字式LED驱动电源驱动性能强、电源转换效率高。

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