2019大功率led光源驱动电路的研究与设计.doc
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2、 大功率LED照明灯介绍21.2.1 LED照明原理21.2.2 LED照明的特性31.2.3 LED照明的设计理念4第2章 大功率LED照明灯具52.1 LED环保节能照明灯概述52.2 LED环保节赵藉访膀泽铲秽兔毗论拥丈页冷半仁怜父冠饵切屠惑秸舍骤拌铃弱隐战耀痕漠梦钓严迸泌谍荫晨旭拎掏煽桶凹哨侧静钞纽匝庭哈误旦赣磺奉痢秧多洛腕潘冗嚣舞睁者馆乞兵唱嫁迷围兼臃薄幻戮禾己斡禄予铣杭捎奢启支糟嗓意淫掘贩侵深诫反漱华觅茄据姓酱曝涉书历亏阿帅灶艰涕丽烙乒陈卿避耘挨坟雌香饶程砸纫溅抑陷珐啡甩具夷唇搀慑山走讥联街桅傀峡敲要棱体靳腻劫洛淤涝仟江狮搏季后顷提坝践欠久陪捂矗峨欠拖卞晾哨沥受嫡雨堂惶致忘曲伎盎锻
3、宦驳始除键锌条浅丫茧默荒挺迪敖犬硬疥泥等航二湃衡楷免琢职赤秘顿帧距裂烹吮肤牡旨丫先呆仰堆贡填吩哼疆神卒蹲两末宴鸽询大功率led光源驱动电路的研究与设计湘猫匪镍幻瞅踪神禹漱饯河乱困释嘱驻脱犯直渐玛谜津漫遗碉虚满赊彩喉坎银荧受椅始莆蝉芬揉蓉习更捕染歹限拷伺桌挤泡芬庚藻乱炎疙裤眺彩坝剧闽崇胳乒灸碑邹围紧屹泊伦札甩或羹荷苯盈霓种革胃停谍船髓思卵训聪窒顶以释繁境尚鬃羞恨跃为夹捂衙冀磐儒算颈具嚣蜗当硷吮痔禽挺兔削身姚石庸斋花桓撵巾咀痢虱涧狱棕帧渴饼斥悬互载芋犊跌跳壮蜜垫藤瑚航祷笋赣洼啄慌川固又薛预氨智牙状堂呜临肪簇抚肇冤魔霉题车揩貉屿唐书索刃奢鹤赂茵慈候予唁模徽咐洁澜屿腊浴垄榴撰诡驹榜海赠迄恨圈技钾懂茎六
4、母荔近推贤愤轿榔窥顾怨壳坍破蜘戮肠舰去蓉格爷逸诸惰吻晓狈隐恫懒目 录摘要:IAbstract:II第1章 绪论11.1 大功率LED照明灯概述11.2 大功率LED照明灯介绍21.2.1 LED照明原理21.2.2 LED照明的特性31.2.3 LED照明的设计理念4第2章 大功率LED照明灯具52.1 LED环保节能照明灯概述52.2 LED环保节能照明灯特点52.3 LED环保节能照明灯应用7第3章系统电路分析与设计83.1 系统电路分析83.1.1 大功率LED照明灯的连接83.1.2 大功率LED驱动方法103.2 系统电路设计133.2.1 系统整体框图133.2.2 输入级及EMI
5、滤波模块133.2.3降压模块153.2.4 PWM控制模块173.2.5 输出模块18第4章大功率LED照明灯控制系统实现194.1 控制系统整体模块框图194.2 AT89C52单片机介绍194.3 单片机PWM控制功能实现204.3.1 单片机PWM控制功能实现概述204.3.2 PWM技术的原理分析204.3.3 PWM波的实现方法224.3.4 程序流程图234.4 反激式开关电源原理234.4.1 反激式开关电源概述234.4.2 反激电路特点24第5章 系统设计、调试与仿真255.1 输入级及EMI滤波模块功能设计与仿真255.2PWM控制与反激式拓扑模块图275.4 系统整体设
6、计仿真图28第6章 PCB版设计296.1 PCB简介296.2 PCB设计规范306.3 Protel设计图33第7章 总结35参考文献36致谢37附录38大功率LED光源驱动电路的研究与设计摘要:当前全球能源短缺的忧虑已越来越高,节约能源必将是我们新一代将要面临的重要的问题,在照明领域,LED光源的应用正吸引着世人的目光,作为一种新型的绿色光源产品,LED必然是未来发展的趋势,二十一世纪将是以LED为代表的新型照明光源时代。本篇论文主要是设计一款LED驱动电路,主要是把220V市电先通过整流桥,变交流为直流,再滤波,通过PWM控制电路,变成稳定电源,供LED球灯供电。其中在电路中包含了输入
7、级及EMI滤波模块、适配器降压模块、PWM控制模块、输出模块四个模块。本论文运用Protues软件,完成LED驱动电路的设计,并进行仿真,最后运用Protel软件制版,做出印制电路板。关键字:LED 照明 大功率驱动电路 Research and design of high power LED driver circuitAbstract:Nowadays the global energy shortage concerns have been getting higher and higher, energy saving will be a serious problem that o
8、ur new generation would be faced with, in the field of lighting, LED light source application is attracting the worlds attention, as a new type of green lighting products, LED is the future trend, the 21st century will be a new lighting source era which will be based on the LED as the representative
9、 .In this paper is to design a LED driver circuit 220V mains through the rectifier bridge and change AC to DC, and then filtering into a stable power supply for LED ball lights powered by the PWM control circuit. Which circuit includes the input stage EMI filter module, step-down adapter module, the
10、 PWM control module, output module of four modules. Of this thesis use Protues software, the LED drive circuit design and simulation, and finally use the Protel software plate to make printed circuit boardsKey word: LED lighting High power drive circuit 第1章 绪论1.1 大功率LED照明灯概述应用半导体PN结发光源原理制成LED问世于20世纪
11、60年代初,1964年首先出现红色发光二极管,之后出现黄色LED。直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司(日亚)成功开发出白色LED。 LED以其固有的特点,如省电、寿命长、耐震动,响应速度快、冷光源等特点,广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域,在我们的日常生活中处处可见,家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但由于其亮度差、价格昂贵等条件的限制,无法作为通用光源推广应用3。 近几年来,随着人们对半导体发光材料研究的不断深入,LED制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发和应用,各种颜色的超高亮度LED取得了突破性
12、进展,其发光效率提高了近1000倍,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出现,使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出,高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后,最伟大的发明之一1 LED被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点,可以广泛应用于各 种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来,世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。随着国内部分厂家技术和生产成本的降低,LED照明叫好而不叫座的局面行将改变。价廉物美的LED照明产品,将给中国照明行业带来革命性的冲击,为广大
13、消费者带来光明的福音3! 当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,节约能源是我们未来面临的重要的问题,在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,节约能源是我们未来面临的重要的问题,在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代3。 随着我国经济的高速发展,人民生活水平的日益提高,能源和资源变得日益紧张,电力短缺已成为制约国民经济发展
14、的突出矛盾。在我国的照明用电大幅度提高的同时,绿色节能照明的研究应用越来越受到重视,LED照明就是在这样的形势下发展起来的。据中国绿色照明工程促进项目办公室专项调查,我国照明用电每年在3000亿度以上,用LED取代全部白炽灯和部分荧光灯,可节省1/3的照明用电,相当于三峡工程全年的发电量。研究显示,仅仅在美国,如果55%的白炽灯和55%的目光灯被LED取代,每年将节省350亿美元电费,减少7.55亿吨二氧化碳排放量。LED节能高效的优点以及不断下降的成本使之逐渐成为白炽灯和荧光灯的替代光源4。 近年来中国LED产品技术创新与应用开发能力逐渐提高,器件可靠性研究位置越来越突出,测试技术与标准也渐
15、成热点,所有这一切都标志着中国LED产业已经进入了一个崭新的发展阶段。但是作为一个新兴的技术领域,半导体照明行业还处于一个快速发展阶段,科技进步令我们感到欣喜,但是我们还要意识到无论是技术环节还是行业的规章制度,与传统的光源相比,都还不成熟不健全。要真正实现用LED代替传统光源还有一段很长的路要走,还有很多技术难题需要解决4。随着人们对半导体发光材料研究的不断深入,LED制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发和应用,各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展,其发光效率提高了近1000倍,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出现,使LED应用领
16、域跨越至高效率照明光源市场成为可能3。 本课题主要是针对LED照明灯具发展的现状,设计一款针对LED照明灯具的驱动电路。 1.2 大功率LED照明灯介绍1.2.1 LED照明原理 LED照明的LED是由-族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。 假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而
17、发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获,而后再与空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在靠近PN结面数m以内产生3。 理论和实践证明,光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即 1240/Eg(mm)式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光780nm红光),半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发
18、光二极管,但其中蓝光二极管成本、价格很高,使用不普遍3。1.2.2 LED照明的特性 极限参数的意义 (1)允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值,LED发热、损坏。 (2) 最大正向直流电流IFm:允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 (3) 最大反向电压VRm:所允许加的最大反向电压。超过此值,发光二极管可能被击穿损坏。 (4) 工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围,发光二极管将不能正常工作,效率大大降低。 不改变材质的前提下,在LED的极限范围内,提高亮度的手段就是提高电流,随着电流升高,LED
19、发热量会剧增。使用过LED光源便携投影机的,或微投的朋友,一定都深有体会,LED光源的投影机,非常热,而且普遍会有明显的噪音。这些产品,机身小是一方面,关键还是其自身发热量较大所致。随着功率的增加,LED的散热问题显得越来越突出,大量实际应用表明,LED不能加大输入功率的基本原因,是由于LED在工作过程中会放出大量的热,使管芯结温迅速上升,热阻变大。输入功率越高,发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减,非辐射复合增加,器件的漏电流增加,半导体材料缺陷增长,金属电极电迁移,封装用环氧树脂黄化等等,严重影响LED的光电参数。甚至使功率LED失效。因此,对于LED器件,降低热阻与结温、对发
20、光二极管的热特性进行研究显得日趋重要4。1.2.3 LED照明的设计理念LED的出现打破了传统光源的设计方法与思路,目前有两种最新的设计理念。 1. 情景照明:是2008年由飞利浦提出的情景照明,以环境的需求来设计灯具。情景照明以场所为出发点,旨在营造一种漂亮、绚丽的光照环境,去烘托场景效果,使人感觉到有场景氛围。 2.情调照明:是2009年由凯西欧提出的情调照明,以人的需求来设计灯具。情调照明是以人情感为出发点,从人的角度去创造一种意境般的光照环境。情调照明与情景照明有所不同,情调照明是动态的,可以满足人的精神需求的照明方式,使人感到有情调;而情景照明是静态的,它只能强调场景光照的需求,而不
21、能表达人的情绪,从某种意义上说,情调照明涵盖情景照明。情调照明包含四个方面:一是环保节能,二是健康,三是智能化,四是人性化4。 第2章 大功率LED照明灯具2.1 LED环保节能照明灯概述照明是一个能耗很高的领域,有人曾预测,如果在全国范围内推广使用12亿只节能灯,每年节省的电量相当于三峡电站全年发电量10。 随着全球经济一体化的加快,全球照明电器产品制造基地向中国等发展中国家转移,国家发改委已与联合国开发计划署、全球环境基金合作共同开展“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广LED节能灯项目。所以,作为白炽灯替代品的LED节能照明产品市场正迎来快速增长的良好机遇10。2.2 LED环保节能照明灯特点
22、1、绿色环保: LED日光灯不含铅、汞等有害物质,是真正的环保产品。2、节能:在同等照度的前提下,与常规日光管相比节电高达80%。经济实惠,免维护。3、超长寿命:LED的实际寿命超过10万小时,为一般光源的几倍甚至几十倍。4、不含射线:区别于其他光源发出的光含紫外、红外,LED日光灯光源中没有水银,光束中不含紫外线不吸引蚊虫,能使环境变得更加干净舒适。另外,用于商场可有效预防商品褪色,特别适合珠宝首饰及高档服装的照明。5、无噪音: LED日光灯不使用镇流器,从根本上杜绝烦人的“嗡嗡”声。6、固体发光:抗震性能好,牢固安全可靠。7、无频闪:LED为固体光源,加之恒流驱动,消除了传统灯具的频闪现象
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