【正文】 .............................................................................................. 25 參考文獻 ................................................................................................................... 28 致 謝 ........................................................................................................................ 29 6 第 1章 LED 路燈概述 LED 路燈的發(fā)展前景 LED 是一個非常實用的新產(chǎn)品，現(xiàn)在是科學(xué)家聚焦的一個熱點。像 LED 路燈， LED 驅(qū)動電源， LED 照明家用產(chǎn)品等等都得到了非?？焖俚陌l(fā)展。下面我們來說說 LED 路燈。 如果要做 LED 路燈，那就要實事求是。 LED 光源不能匆匆應(yīng)用到路燈照明有幾個因素：第一個就是 LED 發(fā) 展還不久發(fā)展還不是很成熟。第二就是 LED 的性能指標(biāo)還不能達到路燈照明的要求。第三個就是 LED 還沒有一個比較完善的智能控制電路，可靠性太低。第四個就是 LED 的成本還比較高，目前還不能大范圍的推廣。第五就是 LED 還沒有一個國際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個公司的產(chǎn)品不能進行相互之間的調(diào)換，維修比較困難，成本比較高。對于 LED 有三個實事求是的評價：第一個就是 LED 是一種很有前途的光源，第二就是 LED 在顯示照明方面已經(jīng)顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性，而且還要在其他方面發(fā)出強勁的勢頭。第三就是對于大功率 LED 燈的宣傳一定要謹(jǐn)慎，不能過于夸張，我 們要把我們的能量集中在 LED路燈系統(tǒng)的研發(fā)工作上面。 LED 路燈并不是一件很容易的事情。 LED 路燈有幾個關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，分別是效率、光型、光衰、壽命?，F(xiàn)在 LED 發(fā)展也不是一帆風(fēng)順，它也存在著許多的難點：第一個就是 LED 路燈的成本還比較高。第二就是一些部門的思維太過于固執(zhí)，還缺乏一些關(guān)于 LED 了燈的配套的措施與政策，大家對于 LED 的認(rèn)識有一個漸漸的過程，這其中包括一些科學(xué)家的認(rèn)識也是經(jīng)歷從無到有的過程。展望未來，我們對于 LED 路燈的發(fā)展前景還是挺有信心的。當(dāng)然這需要我們對于科研孜孜不倦的追求。 LED 驅(qū)動電源特點及介紹 驅(qū)動電源是 LED 路燈中很重要的一部分，它的發(fā)展歷程將是 LED 行業(yè)發(fā)展的一個重要里程碑。它的性能主要有以下幾個方面： 第一， 高性能的驅(qū)動電源就會給整個 LED 帶來很高的效率，而效率的提高 能夠節(jié)省我們國家的能源，這正是我們國家急需解決的問題。 第二， 高性能的驅(qū)動電源對 LED 路燈發(fā)光環(huán)境有一定的幫助，給 LED 燈提 供一個很好的熱環(huán)境，不僅能提高驅(qū)動電源的使用壽命，而且也能降低 LED 路燈的光衰，從而很大程度上提高 LED 路燈的壽命，以至于達到各方面性能的要求。 第三， 因為驅(qū)動電源的性能比較好，靈敏度非常高，所以能夠 改變 LED 燈的工作方式，使它滿足各種照明的需求，所以可以根據(jù)環(huán)境的不同、時間的不 7 同，實時的改變驅(qū)動電源燈電流輸出。 因為 LED 是由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的，所以它的靈敏度非常的高，而且有負溫度特性，所以在使用的過程中需要穩(wěn)定 LED 的工作狀態(tài)和對其保護，因此產(chǎn)生了驅(qū)動這一概念。 LED 元件對驅(qū)動電源的技術(shù)要求非常的嚴(yán)格。 LED 路燈不想普通家用的白熾燈可以直接接到家用 220V 的電源上， LED 是低電壓驅(qū)動的，必須要設(shè)計復(fù)雜的電壓變換器不同功能的： LED 燈，我們需要配備不同電源適配器，就像手機的充電器一樣，不同的手機就需要 不同的適配器。在國際的市場上對于 LED的驅(qū)動電源的轉(zhuǎn)化效率，有效功率，電源的使用壽命，恒流的精度，電磁兼容性的要求也是非常高的。如果我們需要一款非常好的電源，那我們就必須考慮各個方面的因素。這時應(yīng)為電源在整個 LED 路燈智能控制系統(tǒng)中相當(dāng)與人們的心臟。但是在如今市場非常發(fā)達的情況下， LED 產(chǎn)品非常的多，質(zhì)量也沒有一個保證。因此目前我們主要面臨如下幾個挑戰(zhàn)： 第一個就是驅(qū)動電源的使用壽命。傳統(tǒng)的恒壓電源會導(dǎo)致 LED 的光衰加大，壽命就會減小。 LED 燈和一般二級管有很大的不同就是它們的溫度特性不同。 LED燈沒有采用 硅材料，它們采用的是非常特殊的材料。大功率 LED 燈的工作電流非常大，并且 LED 燈的發(fā)光效率還比較低。因此的、一大部分的輸入電功率都是轉(zhuǎn)化為熱。所以 LED 燈的發(fā)熱很高，如果散熱器的達不到要求的話，結(jié)溫就會升的非常高。 第二就是工作效率不高。當(dāng)要驅(qū)動 LED 時其他沒有輸出的功率都會以熱量的形式散發(fā)出去，這就造成了能量的浪費，電源的轉(zhuǎn)換效率很低造成了 LED 路燈的節(jié)能效果達不到原來設(shè)計的要求。 第三就是要在恒流電源的輸出中楊總增加 LED 溫度的負反饋，這樣可以防止LED 燈的溫度過高，以保證 LED 路燈的正常運行。普通的 LED 路燈的抗涌能力較差尤其是抵抗反向電壓的能力。所以我們要加強這方面的保護是非常必要的。有一部分 LED 是家用的所以在家里面，不用考慮一些其它因素，但是有一些 LED 燈是在戶外，由于電網(wǎng)的開啟和關(guān)閉以及雷電的干擾，這會使電網(wǎng)侵入各種浪涌，這些浪涌會導(dǎo)致 LED 的損壞。因此 LED 驅(qū)動電源需要有抑制浪涌的功能，以保護LED 能夠正常運行。 單片機 單片機是存儲器、處理器、定時 /計數(shù)器，各種輸入輸出接口都集成在一塊電路上的微型計算機。它與電腦中的微型處理器相比，它更加強調(diào)簡潔和節(jié)約成本。它有許多優(yōu)點，最為明顯的 是它的體積很小，可以放到各種儀表的內(nèi)部當(dāng)中去，但是它也有其缺點，就是存儲量很小，輸出輸入接口很簡單，功能很低，因為它的快速發(fā)展，舊的單片機已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在各行各業(yè)的要求，所以在很多的 8 場合被稱為微控制器；從上世紀(jì) 80 年代起，由當(dāng)時的位數(shù)很低的單片機發(fā)展到現(xiàn)在的 32 位的單片機。 這款單片機也是以 51 系列為內(nèi)核的單片機，它是低功耗、高速、抗干擾的51 系列的新一代單片機，他的指令也完全兼容 51 的指令，可是它的速度卻比 51快 8 到 12 倍，他的內(nèi)部有 4 路 PWM，對于開關(guān)的控制，具有很強的優(yōu)勢。這款芯片區(qū)別于其他單片機的一 個重要的特點就是，該單片機帶有 AD 轉(zhuǎn)換口，有 8路 10 位高速 AD 轉(zhuǎn)換器，速度可以達到 100KHz，這些接口可以用作頻譜檢測溫度檢測，亮度檢測，電壓檢測。 STC 具有如下主要性能： 低功耗：它有掉電模式和空閑模式，這可以大大節(jié)省能耗 。 高速運作：速度是 51 單片機的 8 到 12 倍 。 工作頻率范圍： 040MHz,實際工作頻率可達 48MHz。 時鐘：內(nèi)部 RC 振蕩器和外部晶振可選 。 工作溫度的范圍： 070 度 /40 度 — +85 度 。 I/O 口結(jié)構(gòu)：該單片機將 I/O 口配置成四種類型，分別為輸出、準(zhǔn)雙向口、輸出或輸入功能 。 定 時器：該單片機共有 4 個 16 位的定時器 。 下圖 是 STC12C5410AD 芯片。 R S T1P 30 / R xD2P 31 / T xD3X24X15P 32 / I N T 06P 33 / I N T 17P 34 / T 08P 35 / P W M 1/ T 19G N D10P 37 / P W M 011P 10 / A D C 012P 11 / A D C 113P 12 / A D C 214P 13 / A D C 315P 14 / A D C 416P 15 / A D C 517P 16 / A D C 618P 17 / A D C 719V C C20U4 S T C 12 C 54 10 A D 圖 STC12C5410AD 9 第 2 章 LED 驅(qū)動電源原理 電源控制技術(shù)的發(fā)展方向 在過去的老時代現(xiàn)行電源還占據(jù)這半壁江山。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代開關(guān)電源慢慢的發(fā)展起來。 線性電源先經(jīng)過變壓器進行變壓，之后經(jīng)過整流濾波電路得到直流電壓，還必須經(jīng)過電壓的反饋調(diào)整輸出電壓。從性能上來看，這種電源技術(shù)很有 很久的歷史，所以很成熟。它可以達到很高的穩(wěn)定度，波文也很小，并且沒有開關(guān)電源那樣的噪音與干擾。線性電源是將輸出電壓去取出之后與參考電壓一起送到電壓放大器。這個電壓放大器的輸出是電壓調(diào)整管的輸入，用來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源是一個高頻化的電能轉(zhuǎn)化器件。它是用的現(xiàn)代電力電子技術(shù)去控制開關(guān)的開通可關(guān)閉的時間比例，保持穩(wěn)定電壓輸出的一種電源。開關(guān)電源與線性電源相比，兩個的成本隨著輸出功率的增加而增大，可是兩者的增長速率不同。開關(guān)電源現(xiàn)在廣泛應(yīng)用與科研設(shè)備、自動化控制、 LED 照明燈領(lǐng)域。開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展方向為： 第一 就是小型、輕量化。因為電源小型、輕量化的關(guān)鍵就是高頻化，所以目前大家都在致力于開發(fā)新型元件，改善二次整流管的損耗，以至于保證它的小型輕量化 第二就是高性能。電源的高頻化可能會使硬開關(guān)功耗擴大，效率變小，達不到于其的效益，所以要實現(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)將會成為為未來的主攻方向。并且軟開關(guān)技術(shù)的效率能夠達到 85%。 第三就是模塊化。模塊化可以提高性能的可靠性，可以做成插入式，從而在出現(xiàn)故障時能夠快速更換模塊，提高了效率。 第四就是低噪聲。開關(guān)電源有一個缺點就是噪聲很大，如果采用諧振變換技術(shù)，可以使高頻化，還可以降低噪聲。 但是這個技術(shù)存在一定的難度。 第五就是抗電磁干擾。當(dāng)工作在高頻時，噪聲通過電源線將會產(chǎn)生干擾 第六就是電源的控制和管理。用微處理器進行集中管理和控制，能夠反映電源環(huán)境的變化，處理器單元實現(xiàn)智能控制，可以實現(xiàn)溫度檢測、亮度檢測、故障檢測。 開關(guān)電源的分類 開關(guān)電源可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分為兩種類型：第一種是隔離型，第二種是非隔離型。 非隔離型又可以分為三種：電壓反轉(zhuǎn)拓撲結(jié)構(gòu)，升壓拓撲結(jié)構(gòu)和降壓拓撲結(jié) 10 構(gòu)。非隔離型電源輸入與輸出共地，在 LED 驅(qū)動交流直流變換電路中，會輸出帶電，這可能不安全，所以一般不會采 用。 隔離型也可以分為兩種：反激式和正激式。在小功率的驅(qū)動中我們常用反激式，反激式電路結(jié)構(gòu)很簡單，而且成本也很低，它在一方面作為儲能元件貯藏能量，在另一方面有實現(xiàn)了輸出與輸入兩者之間的隔離，它的峰值電流比正激式高出許多，只應(yīng)用在功率很小的場合。 調(diào)頻式和調(diào)寬式是開關(guān)電源的控制方式，在應(yīng)用中，大多數(shù)是調(diào)寬式。 調(diào)制式（ PWM）開關(guān)電源的原理 通過開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)脈沖的占空比，只要輸入電壓變成方波，它的幅值就能通過變壓器來降低或升高。通過增多變壓器的繞組數(shù)就可以 增加輸出的電壓，這些交流電壓經(jīng)過 整流電路整流濾波之后我們就可以得到直流電壓，下圖 為開關(guān)電源的模塊組成。 圖 開關(guān)電源的模塊組成 首先交流電源輸入經(jīng)過濾波整流之后變成直流電源。 再通過高頻信號去控制開關(guān)管，把那個直流電源加到開關(guān)變壓器的開關(guān)上。 之后開關(guān)變壓器通過次級感應(yīng)出高頻電壓，高頻電壓經(jīng)過濾波整流之后變成直流電壓提供給負載。 最后輸出的部分通過電路反饋傳給控制電路，以此控制 PWM 的占空比，而控制 PWM 的占空比采用的是脈寬調(diào)制原理，它是通過改變脈沖序列的周期來調(diào)節(jié)它的頻率的，改變脈沖 的寬度或者占空比可以調(diào)節(jié)電壓的大小，采用比較適當(dāng)?shù)目刂品椒ň涂梢允诡l率宇電壓協(xié)調(diào)的變化。通過調(diào)整 PWM 的占空比、 PWM 11 的周期從而達到控制電流大小的目的，電流大小得以控制則就控制了 LED 路燈的亮度。圖 是單管反激式變換器，圖 單管反激式變換器是初次級電流波形。 T1T R A N S 3C1C A PC2C A PD?D I O D ED2D I O D ER1R E S 2Q?N P NV i n Vo 圖 單管反擊式變換器 開關(guān)管開關(guān)波形初級電流波形次級電流波形次級電壓波形 圖 . 單管反激式變換器初次級電流波形 當(dāng)開關(guān)管導(dǎo) 通時，變壓器初級電流會升高，輸入的能量會藏在變壓器的磁芯里面。這個時候的變壓器的次級電壓為上負下正 ，二極管會反偏 ；次級沒有電流輸出。 原邊電流： 12 ?? SP II ??IPoninS LTUI ? （ ） 如果原邊的電流初始值為零，電路會工作在斷續(xù)的模式，如果不是零，就是工作在連續(xù)模式。在連續(xù) 模式與斷續(xù)模式分界時候的模式，即當(dāng)電流輸出為零，開關(guān)管就又會導(dǎo)通，中間沒有延時情況，這就是過度模式。 當(dāng)開關(guān)管斷開的時候，原邊電流就會變成零，但是因為能量要守恒，所以初級線圈中的能量轉(zhuǎn)移到