【正文】 評(píng) 閱 人 (簽 章 ) 成 績(jī) 答 辯 委 員會(huì)主任 (簽 章 ) 年 月 日 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 II 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 班 級(jí) 電子 2021 級(jí) 2 班 學(xué)生姓名 高 崇 波 學(xué) 號(hào) 20219027 發(fā)題日期： 2021 年 02 月 25日 完成日期： 2021 年 06 月 21 日 題 目 LED節(jié)能燈的設(shè)計(jì)與研究 本論文的目的、意義 進(jìn)入 二十一世紀(jì)，隨著全球經(jīng)濟(jì)和人口的快速增加，能源問(wèn)題顯得越來(lái)越重要，受 到各個(gè)國(guó)家的高度重視，有些國(guó)家甚至為爭(zhēng)奪能源而不惜發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)。為此本論文從 LED家居照明面臨的技術(shù)問(wèn)題展開研究， 通過(guò) LED 的特點(diǎn)及其應(yīng) 用領(lǐng)域的分析，設(shè)計(jì)出一款適合于家居的 LED 驅(qū)動(dòng)電源，基于單片機(jī)和無(wú)線控制模塊 的 LED 智能調(diào)光系統(tǒng)。 （ 3）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用專用芯片為控制電路的 LED 驅(qū)動(dòng)電路以及完成無(wú)線控制模塊、智能調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 III 頁(yè) 論文各部分內(nèi)容及時(shí)間分配：（共 14 周） 第一部分 查詢參考文獻(xiàn) 、資料 (2周 ) 第二部分 學(xué)習(xí) LED 驅(qū)動(dòng)電路的原理 (2周 ) 第三部分 完成電路設(shè)計(jì)并繪制電路圖 (6周 ) 第四部分 制作 PCB 并調(diào)試 (3周 ) 第五部分 撰寫畢業(yè)論文 (1周 ) 評(píng)閱及答辯 (2周 ) 論文整改 (1周 ) 備 注 參考文獻(xiàn)： [1] 陳永真，陳之勃 .實(shí)用 LED 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)詳解 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [2] 周志敏，紀(jì)愛華 .LED 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì) 100 例 .北京：中國(guó)電力出版社， 2021 [3] 沙占友，王彥明，馬洪濤 .LED 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)入門 .北京：中國(guó)電力出版社， 指導(dǎo)教師： 2021 年 02月 25 日 審 批 人： 2021 年 02月 25 日西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 IV 頁(yè) 摘 要 進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源危機(jī)越來(lái)越受到人們的重視。 本文主要從 LED 家居照明出發(fā)，介紹 LED 的發(fā)展以及狀況，并對(duì) LED 設(shè)計(jì)所涉及的功率因數(shù)校正，調(diào)光策略，反激變換器等進(jìn)行詳細(xì)介紹，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一款基于 L6561 和 AX2021 的具有高效率，高功率因數(shù)， PWM 調(diào)光的 LED 恒流驅(qū)動(dòng)電源。 LED（ Light Emitting Diode； LED） 作為新一代光 源 ， 以 壽命長(zhǎng)， 發(fā)光效率高 ，無(wú)輻射與 能耗低 等 優(yōu)點(diǎn)被更多國(guó)家關(guān)注 。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)中國(guó)的 LED 市場(chǎng)將迎來(lái)一個(gè)飛躍的發(fā)展。因此， 要想使用 LED 作為光源 ，需要解決電源轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。但照明用電，在不需要的時(shí)候關(guān)燈，可以節(jié)約能源。 24 小時(shí)營(yíng)業(yè)的便利店，加油站，賓館等，也可以半夜使部分的燈光變暗，以節(jié)省電能。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在 21世紀(jì) 光電子 技術(shù)得到快速的發(fā)展，同時(shí)是 本世紀(jì)最具有代表 的支柱性產(chǎn)業(yè) 之一。 像 日本的日亞、 Toyota Goosey（豐田合成）、 美國(guó) 的 Cree、 Lumileds 等大型公司處于世界領(lǐng)先水平 。 在以后幾年中中國(guó)的 LED呈明顯上升的趨勢(shì)。 通過(guò)科研人員不懈的努力，我國(guó)的 LED大屏幕產(chǎn)業(yè)有了一定的規(guī)模。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 本文的主要研究工作分以下三個(gè)方面： 1. 介紹功率因數(shù)校正的概念及其方法，以 L656 AX2021 設(shè)計(jì)一款具有高功率因數(shù)，高效率，可調(diào)光的 30W LED 驅(qū)動(dòng)電源。 無(wú)線遙控模塊主要用于手動(dòng)模式下調(diào)節(jié)燈光亮度和切換調(diào)光模式。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 第 2 章 LED 照明分析 LED 基礎(chǔ) LED 結(jié)構(gòu)及基本原理 發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱 LED（ Light Emitting Diode），是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它使用一個(gè)固態(tài)半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，電荷載流子在半導(dǎo)體內(nèi)復(fù)合，釋放過(guò)剩的能量而引起光子發(fā)射的可見光，其發(fā)光原理可以利用圖 21中的 PN 結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)來(lái)解釋。由于 N 型和 P型半導(dǎo)體濃度 的差異 ，這兩種載流子會(huì) 自主的 向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散。 此時(shí)帶負(fù)電的電子移動(dòng)到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)合，電子和空穴消失的同時(shí)產(chǎn)生光子。a180。 (2) 正向工作區(qū)。 /FTqV KFSI I e? （ 22） (3) 反向死區(qū)。當(dāng)反向偏壓一直增大使RVV??時(shí)，則RI突然增大而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) FIFVoo?0V正 向 死 區(qū)正 向 工 作 區(qū)a?a反 向 死 區(qū)反向擊穿區(qū)RVORI 圖 23 LED 的 IV特性 LED 照明特點(diǎn)及應(yīng)用 ： (1) 發(fā)光效率高。 具有 良好散熱性的 LED 照明燈的壽命為 10000? 50000 小時(shí)（由驅(qū)動(dòng)器的影響）， 是 普通白熾燈的 5 至 25 倍， 以正常的家居環(huán)境為列， 發(fā)光二極管可以 使用 長(zhǎng)達(dá) 20年，從而減少更換燈泡造成的人力和物力。 (4) 綠色環(huán)保。 (6) 使用靈活?，F(xiàn)在很多品牌的高檔轎車包括寶馬、奔馳等都使用高亮度 LED。 （ 4）在指示方面幾乎所的指示燈都是 LED 燈，因?yàn)?LED 具有體 積小，能耗低，壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)是電子設(shè)備指示燈的首選。若因 LED 散熱不良而導(dǎo)致結(jié)溫迅速升高，則其光通量顯著下降，實(shí)踐表明當(dāng)結(jié)溫升高到j(luò)MT=150℃，相對(duì)光通量就降到 70%以下， 這就意味著 LED 照明燈還沒來(lái)來(lái)的及使用，壽命已經(jīng)終結(jié)了。令反饋電壓為西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) FBU ,在數(shù)字上它應(yīng)等于芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓 REFU ，在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓器時(shí) REFU 一般取、 等數(shù)值。輸出電流由下式子確 定 FB REFF SSUUI RR?? (24) LED 調(diào)光 LED 主要有 5種調(diào)光方式：模擬調(diào)光， PWM調(diào)光，數(shù)字調(diào)光， TRIAC 調(diào)光（雙向晶閘管），無(wú)線調(diào)光。無(wú)線調(diào)光是在數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上外加紅外遙控發(fā)射器、紅外遙控接收器來(lái)進(jìn)行調(diào)光。模擬調(diào)光比最高只能達(dá)到 50： 1，一般在 10:1.西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 模擬調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)是電路 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn) ， 閃爍現(xiàn)象，成本低，可通過(guò)調(diào)節(jié)線性電位器的電阻值，來(lái)改變通過(guò) LED 的電流，進(jìn)而調(diào)節(jié) LED 的亮度。 （ 3） 因?yàn)?LED驅(qū)動(dòng)器的效率跟電流的大小有一定的關(guān)系，當(dāng)電流減小時(shí)效率會(huì)迅速下降，所以當(dāng)采用模擬調(diào)光時(shí) LED 驅(qū)動(dòng)器的功率損耗會(huì)被進(jìn)一步加大。 PWM 調(diào)光原理是 把 脈寬調(diào)制信號(hào) 加到 LED 驅(qū)動(dòng)器上使 LED 反復(fù)不停的開 /關(guān) ，來(lái)調(diào)節(jié) LED 的平均電流 。 與模擬調(diào)光相比， PWM 調(diào)光具有以下特點(diǎn)： （ 1）無(wú)論調(diào)光比有多大， LED一直在恒流條件下工作。 （ 4）低頻調(diào)光時(shí)的占空比調(diào)節(jié)范圍可高達(dá) 1%~100%。電阻 RP、 R 和 C 使 可以控制 TRIAC 的導(dǎo)通 時(shí)間 。 ATRIACDIACRP250KRC10nLED燈具 圖 25 TRIACA典型調(diào)光電路 延時(shí)? (a)輸入波形 (b) 調(diào)光波形 圖 26 輸入波形與調(diào)光波形 TRIAC 調(diào)光的主要優(yōu)點(diǎn)是電壓調(diào)節(jié)速度快，調(diào)光精度高，調(diào)光比為 100:1，調(diào)光參數(shù)能夠分時(shí)段、實(shí)時(shí)調(diào)整，體積小，成本低。所以本文采用恒流驅(qū)動(dòng)方式， PWM 調(diào)光方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為 此，在開關(guān)電源中一般用 PF 表示網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 功率因數(shù)和 THD 的關(guān)系 工程中，電流諧波或者電壓諧波的含量經(jīng)常用諧波畸變率（ Total Harmonic Distortion， THD）來(lái)表示，即 THD 定義為諧波有效值與基波有效值之比： n 2jj= 221100%IT H D I??? （ 36） 由式（ 35）和（ 36）可得 THD 與畸變因數(shù) ? 的關(guān)系為