固定导通时间的低功耗压控单稳态触发器
摘 要在当今社会，LED因具有发光效率高、寿命长、亮度高、安全环保等优点使得它已经成为一种新型的照明光源，并在人们的日常生活中应用广泛。在LED广泛应用的同时，研究人员也越来越重视对LED驱动芯片的研究，LED驱动电路正在向高效率、小尺寸、高可靠性、高功率因数方向发展。本文所研究的一种基于固定导通时间的低功耗压控单稳态触发器是基于固定导通时间控制高功率因数LED驱动芯片的重要组成部分，文中简要阐述了压控单稳态触发器的基本原理，分步分析了各小模块工作状态，重点分析了基准电压输出的电路架构，并对其温度特性进行了优化，而后又根据固定导通时间的压控单稳态触发器电路的结构和指标要求，进行电路参数的设计和仿真验证，其中重点为基准电压的温漂特性的优化。文中所设计的基于固定导通时间的低功耗压控单稳态触发器的电路由五部分电路组成，分别是基准电压、恒流偏置、RS触发器、施密特触发器和阈值可控单稳态电路。最终通过对整个电路的仿真得到了控制电压和导通时间的线性关系，从而实现了控制电压对导通时间的控制。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 2
1.3本文研究内容 2
第二章 系统设计方案 3
2.1压控单稳态触发器的基本原理 3
2.2压控单稳态触发器的组成 4
第三章 压控单稳态触发器各部分电路的设计 6
3.1基准 6
3.2偏置电流 12
3.3 RS锁存器 13
3.4施密特触发器 14
第四章 电路与仿真 17
4.1系统架构 17
4.2系统仿真 19
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
100多年前，爱迪生发明了白炽灯，人类的照明方式发生了巨大的改变，人类从此进入了一个新的时代。白炽灯发光原理：当电流流过金属钨丝时会产生极高的温度，当温度超过2000摄氏度时，就会发出白光。虽然白炽灯是人类照明史上的一重大发明，但是白炽灯在应用过程中也存在一些缺点，比如说发光效率低下（31
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
6lm/W）、使用寿命短（7501000小时）、容易损坏等。
在1938年荧光灯的出现是人类照明史上的又一大进步，荧光灯改善了白炽灯存在的问题，减少了发光过程中的能量损失，更加的节能环保并且使用寿命更长。荧光灯的发光原理：荧光灯的内部充满了水银蒸汽，当荧光灯管中的钨阴极电压达到一定大小，它就会激发灯管内的气体从而产生紫外线，当紫外线照射到含有磷的涂层就会发出可见光。虽然荧光灯相比白炽灯是一种先进照明光源，但它也存在一些固有的缺陷：1）荧光灯在日常照明过程中有较大的电能损失，发光效率还是不高；2）在前面提到荧光灯灯管中含有汞蒸汽，汞是一种重金属，一旦泄露会对人体以及环境造成巨大的伤害。
荧光灯属于低压气体放电灯，与它相对的另一类如高压钠灯、金属汞灯等的高压气体放电灯，高压气体放电灯具有节能、寿命长、光色性好等优点，但是高压气体放电灯也有不足，它的价格比较昂贵，需要一定的启动时间才能达到它的最大亮度，另外由于其制作材料中含有有害物质，所以也会对人体和环境造成危害。由于以上的原因，所以它没没有广泛应用在家庭照明领域，现今高压气体放电灯主要还是用在工矿和大型场馆的照明中。
由于传统照明方式的高能耗，低寿命的缺点，以及类似于荧光灯管中的重金属会对环境造成污染和对人类健康的威胁的问题，但是LED 具有工作电压低、功耗小、体积小、响应速度快、无污染、可靠性高和使用寿命长等一系列的优点，是一种节能环保的绿色照明光源，被喻为第四代固体照明光源。近年来人们花费大量时间对 LED 技术及其应用做了大量的研究，目前 LED 主要有六大应用场合：LED显示屏、背光源、汽车照明、室内装饰、景观照明、商业照明等。在LED照明的所有应用当中，对人们的生产、生活影响最密切、最直接的当数LED路灯的应用。中国在全国启动了“十城万盏”的计划，目的是促进LED技术的发展，推动LED的广泛应用。当前除了中国各大城市 LED 路灯标案已经分批开始启动，台湾也因扩大内需预算释出许多 LED路灯标案。除此之外，美国、欧洲、日本、韩国也陆续以比较有规模的方式开始试行LED 路灯。这些行动的目的都是为了要取代传统的路灯，并且试着在比较缺电的地区实现搭配了太阳能、风能等可再生能源的地区性道路照明应用。LED 路灯能有如此快速的发展，其最根本的原因在于其相对于传统路灯省电节能的优越性能。在 LED 照明的应用中，对人们的生产、生活影响最密切的当数以LED路灯为代表的大功率LED照明应用。另外，LED 路灯多采用交流市电供电，为了防止电网“谐波污染”要求LED驱动电路具有很高的功率因数。本文阐述了基于固定导通时间控制高功率因数LED驱动芯片的重要组成部分，即基于固定导通时间的压控单稳态触发器。
1.2研究现状
由于LED比其他的照明方式有着许多的优越性，LED技术也不断地进步，从原来的红光、绿光LED，发展到蓝光LED，再到白光LED的出现。LED的亮度和发光效率都在不断提高，生产成本也在不断地降低，市场规模也在不断地扩大。白光LED的光色性也越来越好，十分接近自然光。
LED的应用范围也越来越广，1.现在显示屏成为了LED的主要应用市场，不管是在医院、地铁、银行等都随处可见；2.LED也成为手机等小尺寸液晶屏的背光源，现在作为家庭电视机的背光源使用；3.LED还用在高端汽车上，取代了以往的落后的氙灯和卤素灯，更加的节能、安全，亮度也更强，提高了夜间行车的安全性；4.LED还应用在了家庭照明中，LED光色可调，颜色丰富，可以实现几百种甚至上千种颜色的变化，使我们的日常生活更加的丰富多彩。5.现在很多的道路照明也换成了LED，因为LED亮度高、发光效率高、节约电能，可以大幅度减少中国在道路照明的用电，更有利于节约能源，保护我们的生存环境。
由于LED应用越来越广，所以很多研究人员越来越重视对LED的驱动芯片的研究，它是LED应用当中的重要组成部分。现在LED的驱动电路主要有两种，一种是单级式变换器，还有一种就是两级式变换器。单级式变换器它是将PFC变换器与DC/DC电路组合在一起，同时对输入电流整形和对输出电压调节。单级式变换器虽然结构相对两级式简单，并且成本较低，但是它的功率因数相对也较低，电流的谐波比较大，动态响应比较慢，而且设计也比较复杂。两级式变换器由两部分组成：PFC级和DC/DC级，前级通常为升压变换器实现对输入电流整形，减少输入电流当中的谐波含量，还有将通用输入范围内的交流电转换为适用于LED的直流电，第二级的DC/DC变换器主要是用来实现隔离和变换的功能，得到合适的直流电压并实现对输出电压的调节。一般来说两级式的结构比单级式拥有更优越的性能。
1.3本文研究内容
本文主要对LED驱动中的基于固定导通时间的低功耗压控单稳态触发器进行设计，首先必须要知道单稳态触发器，它有两种状态，一个是稳态，一个是暂稳态，当电路收到触发后电路就会进入暂稳态，经过一定时间后就会进入稳态，没有触发电路就一直保持稳态。其次必须要知道固定导通时间的概念，就是控制电压不变导通时间就不变，控制电压一旦改变，导通时间就会改变。本次课题需要设计出一个电路可以实现在一定的电压范围内实现电压对导通时间的控制。电路的基本结构是一个电压比较器，输入一定的控制电压就可以得到不同的导通时间，当控制电压不变时，导通的时间也不变。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 2
1.3本文研究内容 2
第二章 系统设计方案 3
2.1压控单稳态触发器的基本原理 3
2.2压控单稳态触发器的组成 4
第三章 压控单稳态触发器各部分电路的设计 6
3.1基准 6
3.2偏置电流 12
3.3 RS锁存器 13
3.4施密特触发器 14
第四章 电路与仿真 17
4.1系统架构 17
4.2系统仿真 19
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
100多年前，爱迪生发明了白炽灯，人类的照明方式发生了巨大的改变，人类从此进入了一个新的时代。白炽灯发光原理：当电流流过金属钨丝时会产生极高的温度，当温度超过2000摄氏度时，就会发出白光。虽然白炽灯是人类照明史上的一重大发明，但是白炽灯在应用过程中也存在一些缺点，比如说发光效率低下（31
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
6lm/W）、使用寿命短（7501000小时）、容易损坏等。
在1938年荧光灯的出现是人类照明史上的又一大进步，荧光灯改善了白炽灯存在的问题，减少了发光过程中的能量损失，更加的节能环保并且使用寿命更长。荧光灯的发光原理：荧光灯的内部充满了水银蒸汽，当荧光灯管中的钨阴极电压达到一定大小，它就会激发灯管内的气体从而产生紫外线，当紫外线照射到含有磷的涂层就会发出可见光。虽然荧光灯相比白炽灯是一种先进照明光源，但它也存在一些固有的缺陷：1）荧光灯在日常照明过程中有较大的电能损失，发光效率还是不高；2）在前面提到荧光灯灯管中含有汞蒸汽，汞是一种重金属，一旦泄露会对人体以及环境造成巨大的伤害。
荧光灯属于低压气体放电灯，与它相对的另一类如高压钠灯、金属汞灯等的高压气体放电灯，高压气体放电灯具有节能、寿命长、光色性好等优点，但是高压气体放电灯也有不足，它的价格比较昂贵，需要一定的启动时间才能达到它的最大亮度，另外由于其制作材料中含有有害物质，所以也会对人体和环境造成危害。由于以上的原因，所以它没没有广泛应用在家庭照明领域，现今高压气体放电灯主要还是用在工矿和大型场馆的照明中。
由于传统照明方式的高能耗，低寿命的缺点，以及类似于荧光灯管中的重金属会对环境造成污染和对人类健康的威胁的问题，但是LED 具有工作电压低、功耗小、体积小、响应速度快、无污染、可靠性高和使用寿命长等一系列的优点，是一种节能环保的绿色照明光源，被喻为第四代固体照明光源。近年来人们花费大量时间对 LED 技术及其应用做了大量的研究，目前 LED 主要有六大应用场合：LED显示屏、背光源、汽车照明、室内装饰、景观照明、商业照明等。在LED照明的所有应用当中，对人们的生产、生活影响最密切、最直接的当数LED路灯的应用。中国在全国启动了“十城万盏”的计划，目的是促进LED技术的发展，推动LED的广泛应用。当前除了中国各大城市 LED 路灯标案已经分批开始启动，台湾也因扩大内需预算释出许多 LED路灯标案。除此之外，美国、欧洲、日本、韩国也陆续以比较有规模的方式开始试行LED 路灯。这些行动的目的都是为了要取代传统的路灯，并且试着在比较缺电的地区实现搭配了太阳能、风能等可再生能源的地区性道路照明应用。LED 路灯能有如此快速的发展，其最根本的原因在于其相对于传统路灯省电节能的优越性能。在 LED 照明的应用中，对人们的生产、生活影响最密切的当数以LED路灯为代表的大功率LED照明应用。另外，LED 路灯多采用交流市电供电，为了防止电网“谐波污染”要求LED驱动电路具有很高的功率因数。本文阐述了基于固定导通时间控制高功率因数LED驱动芯片的重要组成部分，即基于固定导通时间的压控单稳态触发器。
1.2研究现状
由于LED比其他的照明方式有着许多的优越性，LED技术也不断地进步，从原来的红光、绿光LED，发展到蓝光LED，再到白光LED的出现。LED的亮度和发光效率都在不断提高，生产成本也在不断地降低，市场规模也在不断地扩大。白光LED的光色性也越来越好，十分接近自然光。
LED的应用范围也越来越广，1.现在显示屏成为了LED的主要应用市场，不管是在医院、地铁、银行等都随处可见；2.LED也成为手机等小尺寸液晶屏的背光源，现在作为家庭电视机的背光源使用；3.LED还用在高端汽车上，取代了以往的落后的氙灯和卤素灯，更加的节能、安全，亮度也更强，提高了夜间行车的安全性；4.LED还应用在了家庭照明中，LED光色可调，颜色丰富，可以实现几百种甚至上千种颜色的变化，使我们的日常生活更加的丰富多彩。5.现在很多的道路照明也换成了LED，因为LED亮度高、发光效率高、节约电能，可以大幅度减少中国在道路照明的用电，更有利于节约能源，保护我们的生存环境。
由于LED应用越来越广，所以很多研究人员越来越重视对LED的驱动芯片的研究，它是LED应用当中的重要组成部分。现在LED的驱动电路主要有两种，一种是单级式变换器，还有一种就是两级式变换器。单级式变换器它是将PFC变换器与DC/DC电路组合在一起，同时对输入电流整形和对输出电压调节。单级式变换器虽然结构相对两级式简单，并且成本较低，但是它的功率因数相对也较低，电流的谐波比较大，动态响应比较慢，而且设计也比较复杂。两级式变换器由两部分组成：PFC级和DC/DC级，前级通常为升压变换器实现对输入电流整形，减少输入电流当中的谐波含量，还有将通用输入范围内的交流电转换为适用于LED的直流电，第二级的DC/DC变换器主要是用来实现隔离和变换的功能，得到合适的直流电压并实现对输出电压的调节。一般来说两级式的结构比单级式拥有更优越的性能。
1.3本文研究内容
本文主要对LED驱动中的基于固定导通时间的低功耗压控单稳态触发器进行设计，首先必须要知道单稳态触发器，它有两种状态，一个是稳态，一个是暂稳态，当电路收到触发后电路就会进入暂稳态，经过一定时间后就会进入稳态，没有触发电路就一直保持稳态。其次必须要知道固定导通时间的概念，就是控制电压不变导通时间就不变，控制电压一旦改变，导通时间就会改变。本次课题需要设计出一个电路可以实现在一定的电压范围内实现电压对导通时间的控制。电路的基本结构是一个电压比较器，输入一定的控制电压就可以得到不同的导通时间，当控制电压不变时，导通的时间也不变。
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