【正文】 的應(yīng)用場合。但如果采用恒壓源驅(qū)動，VF的微小變化就會引起IF的較大變化，從而會引起LED發(fā)光亮度的較大變化。從該圖中可以看出，LED的發(fā)光亮度與正向平均電流大小基本上成正比關(guān)系，因此可以通過控制LED的正向電流IF來控制其發(fā)光亮度。圖中橫坐標(biāo)為通過不同LED的正向電流，縱坐標(biāo)為對應(yīng)的外加正向電壓。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。第二章 用到相關(guān)知識 LED發(fā)光原理發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為pn結(jié)?；诎坠釲ED 的固態(tài)照明，是一種典型的綠色照明方式，與傳統(tǒng)光源相比，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小、安全可靠等特點(diǎn)，代表著照明技術(shù)的未來，并符合當(dāng)前政府提出的建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的要求。正因?yàn)榇?，各界都對白光LED寄以厚望，LED也享有“綠色照明光源”之稱。據(jù)統(tǒng)計， % ，2000年市場規(guī)模達(dá)45億美元。從理論和技術(shù)的發(fā)展分析，白光LED的光效可以達(dá)到283lm/W。 白光LED的高效節(jié)能、綠色環(huán)保優(yōu)點(diǎn)使得各個國家和地區(qū)投入了大量財力人力資源啟動自己的半導(dǎo)體照明計劃，如表11所示[1112]：表11 各國半導(dǎo)體照明計劃國家/地區(qū)立項(xiàng)時間項(xiàng)目名稱項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)預(yù)計效益日本1998年21世紀(jì)光計劃到2006年，50%的照明光源被白光LED取代可減少12座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗歐洲2000年彩虹計劃通過歐共體的補(bǔ)助金推廣LED的應(yīng)用應(yīng)用半導(dǎo)體照明實(shí)現(xiàn)：高效、節(jié)能、不使用有害環(huán)境的材料、模擬自然光美國2000年國家半導(dǎo)體照明計劃到2010，年55%的熒光燈和白熾燈被白光LED取代每年節(jié)約350億美元電費(fèi)，形成500億美元的大產(chǎn)業(yè)中國2003年國家半導(dǎo)體照明工程20062020年，投資50100億元發(fā)展半導(dǎo)體照明技術(shù)，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，LED達(dá)到1502001m/W，15元/klm將建立半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，全面進(jìn)入通用照明市場，占有30% ~50%的市場份額，實(shí)現(xiàn)節(jié)電30%以上，年照明節(jié)電1000億千瓦時以上 白光LED的發(fā)展簡介1962年，在美國通用電器公司工作的博士Holon yak用化合物半導(dǎo)體材料磷砷化鎵(GaAsP)研制出第一批發(fā)光二極管[3]。其次，空間的限制要求LED驅(qū)動器必須小巧且高效。更重要的是，它的光轉(zhuǎn)換效率絕不亞于熒光燈。熒光燈雖然稍好一些，但仍然浪費(fèi)了85％的能量。整個20世紀(jì)，愛迪生發(fā)明的白熾燈經(jīng)受住了時間的考驗(yàn)，成為標(biāo)準(zhǔn)的通用照明工具。惠州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）DCDC LED驅(qū)動電路設(shè)計畢業(yè)論文目 錄中文摘要 I英文摘要 II第一章 緒 論 1 白光LED發(fā)展的背景和意義 1 白光LED的發(fā)展簡介 2 課題介紹與研究意義 4第二章 用到相關(guān)知識 5 LED發(fā)光原理 5 白光LED的伏安特性 5 白光LED的連接方式 7 串聯(lián)驅(qū)動 8 并聯(lián)驅(qū)動 8 混聯(lián)驅(qū)動 8 LED驅(qū)動現(xiàn)狀研究 8 電阻限流電路 8 線性控制電路 9 電荷泵升壓電路 10 開關(guān)變換電路 11 脈寬調(diào)制型（PWM）開關(guān)電源原理 12 電壓控制模式 13 電流控制模式 16 STC89C52單片機(jī)簡介 18 STC89C52單片機(jī)主要性能參數(shù) 白光LED發(fā)展的背景和意義白熾燈時代即將和我們告別了。一個白熾燈消耗的能源中有97％被浪費(fèi)。這兩種技術(shù)都無法和白光LED相比－它不僅使用壽命是前者的10倍，也不使用有毒物質(zhì)，而且?guī)缀跄馨l(fā)出任何顏色的光。主要問題是目前LED驅(qū)動電路的性能還沒有實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換，其中關(guān)鍵的技術(shù)問題是驅(qū)動電子系統(tǒng)的電子能量轉(zhuǎn)換效率由于離散范圍極大、參數(shù)難于控制，其高低和穩(wěn)定性就成了整個LED實(shí)用技術(shù)與產(chǎn)品參數(shù)的重中之重。為了穩(wěn)住LED的工作電流，保證LED能正?？煽康毓ぷ鳎鞣N各樣的LED驅(qū)動電路就應(yīng)運(yùn)而生。表12列出了目前產(chǎn)生白光LED的主要方法。表12 產(chǎn)生白光的LED的主要方案芯片數(shù)激光源發(fā)光材料發(fā)光原理1藍(lán)色LEDInGaN/熒光粉InGaN的藍(lán)光與熒光粉的黃光混合成白光藍(lán)色LEDInGaN/熒光粉InGaN的藍(lán)光激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)白光紫外LEDInGaN/熒光粉InGaN的紫外激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)白光2藍(lán)色LEDInGaNGaP將具有補(bǔ)色關(guān)系的兩種芯片封裝在一起，構(gòu)成白色LED黃綠LED3藍(lán)色LEDInGaNAIInGaP將發(fā)三原色的三種小片封裝在一起，構(gòu)成白色LED綠色LED紅色LED3個以上多種色光LEDInGaNAIInGaPGaPN將遍布可見光區(qū)的多種色光芯片封裝在一起構(gòu)成白光LED隨著技術(shù)進(jìn)步、亮度提升，高亮度白光LED正一步步進(jìn)軍潛力龐大無比的燈光照明市場。預(yù)計未來，LED燈具對全球照明工業(yè)將造成巨大的沖擊。LED 作為一種固態(tài)冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度放電燈（如高壓鈉燈和金鹵燈）之后的第四代新光源。為解決當(dāng)前問題，本文設(shè)計了以AT89C52 單片機(jī)為核心的白光LED 燈系統(tǒng)，采用PT4115 大功率LED 恒流驅(qū)動方案，可實(shí)現(xiàn)對LED 臺燈的PWM 調(diào)光控制，在實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的同時，為家庭使用提供了極大的便捷。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。圖21 不同白光LED的電流—電壓特性之間的差異性圖21所示的是不同白光LED之間，甚至是從同一產(chǎn)品批次中隨機(jī)挑選的LED之間的正向電流電壓特性的差異。再如下圖22 (a) 所示，為美國Lumileds Lighting公司一種超高亮LED白光LED (HPWAxH00)在常溫 (25℃) 下，光通量Φ與其正向電流IF的關(guān)系曲線。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，從而使LED發(fā)光。(b)圖22 HPWAxH00在常溫下的光通量與IF曲線以及IV曲線關(guān)系 白光LED的連接方式白光LED的連接方式有串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種，如圖23所示。另外，如果一個LED斷開，則整個LED串就熄滅。由前述知LED正向?qū)▔航荡嬖谝欢ú町悾圆⒙?lián)驅(qū)動的最大不足是流過每個LED的電流不相等，致使LED的亮度不匹配。混聯(lián)驅(qū)動是串/并聯(lián)兩種方式的綜合，適合于驅(qū)動大量LED的場合。 LED驅(qū)動現(xiàn)狀研究LED恒流驅(qū)動常用方法有電阻限流、線性控制調(diào)節(jié)、電荷泵升壓、開關(guān)變換器控制等。圖24 電阻限流電路這個應(yīng)用方案簡單易行，只需要一個限流電阻就可以控制LED的光強(qiáng)，但存在不少的缺點(diǎn):輸入電壓的微小變化都會導(dǎo)致LED電流的變化，從而影響光通量輸出；限流電阻上會消耗大量的功率而使得整個系統(tǒng)效率不高；當(dāng)這種調(diào)光方式在對白光LED燈進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)時，會使LED發(fā)出的白光顏色發(fā)生偏移，不利于把這種控制方式用于日常照明系統(tǒng)，所以這種方式多用在對光色要求不高的情況。線性調(diào)節(jié)器可以分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。當(dāng)輸入電壓增大時，流過LED上的電流增加，反饋電壓增大使得功率管Q1的動態(tài)電阻減小，流過Q1的電流將會增大，這樣就增大了限流電阻Rload上的壓降，從而使得LED上的電流和電壓保持恒定。但是由于功率三極管或MOSFET管都有一個飽和導(dǎo)通電壓，因此輸入的最小電壓必需大于功率管的飽和電壓與負(fù)載電壓之和，使得整個電路的電壓調(diào)節(jié)范圍受限。但它的主要缺點(diǎn)是只能提供有限的輸出電壓范圍，大多數(shù)充電泵電路的輸出電壓增益為輸入電壓的1，3/2，或2倍。開關(guān)電源作為能量變換中效率最高的一種方式，特別適用于大功率LED的亮度控制。采用Boost可以實(shí)現(xiàn)高于輸入電源電壓的輸出幅值。通過控制LED的峰值電流及其導(dǎo)通占空比，來調(diào)節(jié)LED的平均電流，以達(dá)到LED亮度調(diào)節(jié)的目的。下面分別介紹電壓控制模式和電流控制模式的原理和特點(diǎn)。其中開關(guān)器件Q1與直流輸入電壓VDC直接相連。LC濾波器接在V1和Vo之間它使輸出點(diǎn)Vo成為幅值等于V DC*Ton/T的無尖鋒無紋波的直流電壓。圖29 Buck變換器連續(xù)工作模式下各節(jié)點(diǎn)波形 在每個周期開始時，電感L上的初始電流為I1，Q1由控制信號驅(qū)動后導(dǎo)通，二極管反偏截止，加在L上的電壓的大小為VDCVo，由于電感兩端的電壓恒定，所以流過電感的電流線性上升到I2，其斜率為。Q1關(guān)斷結(jié)束后，電感上的電流降低到I1。以上討論的Buck變換器的工作過程是基于穩(wěn)定工作時電感上的電流在下降的過程中沒有下降到0，也就是I10，我們稱這種模式為連續(xù)工作模式，如圖29中所示。因電感電流上升和下降的絕對值相等，則，化簡得。因此，僅用電壓采樣的方法穩(wěn)壓，響應(yīng)速度慢，穩(wěn)定性差，甚至在大信號時產(chǎn)生振蕩，從而損壞功率器件。電流控制模式可以分為峰值電流模式控制（PCM: Peak Current Mode）和平均電流模式控制（ACM: Average Current Mode），ACM是在PCM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通常情況下電流控制模式所說的就是峰值電流控制模式。圖211為PWM峰值電流控制模式的原理框圖。由此可總結(jié)出，無論輸入電壓VDC如何波動，電流控制模式同樣也能通過改變開關(guān)的導(dǎo)通時間Ton（也就是改變了占空比），使得最終的輸出電壓維持在Vo =Vref(1+R2 /R1)。這可直觀的從電路的工作原理中分析出來：電源輸入電壓的變化，必然會引起周期初始電流上升的斜率的變化，如電壓升高，則電流增長變快，反之則變慢，但是只要電流脈沖幅值達(dá)到預(yù)定的幅度，電流控制回路就動作，使得脈沖寬度發(fā)生改變，保證輸出電壓的穩(wěn)定。在電流控制型DC/DC變換器中，由于內(nèi)環(huán)采用了直接的電感電流峰值限制，可以及時準(zhǔn)確地檢測功率開關(guān)管和電感上的瞬態(tài)電流，自然形成了對每個周期內(nèi)峰值電流脈沖檢測電路。(3) 回路穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)快。 STC89C52單片機(jī)簡介STC89C52是低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和256 bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大STC89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz、512字節(jié)RAM(32/36個)，復(fù)位后為P1/P2P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O 口），PO口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時， 需加上拉電阻（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器/仿真器，可通過串 口（）直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片，可省外部復(fù)位電路，其中定時器0還可以當(dāng)成2個8位定時器使用，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低 電平觸發(fā)中斷方式喚醒（UART），還可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個UART：075℃/40 +85℃STC89C52單片機(jī)同時還具有加密性強(qiáng)，低功耗，高速，高可靠，強(qiáng)抗靜電，強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合本設(shè)計的要求采用內(nèi)部振蕩方式，所選的晶振為12MHz。電路見圖2－14所示。 單片機(jī)復(fù)位電路 本設(shè)計系統(tǒng)的復(fù)位電路見圖2－15所示。因此，要求單片機(jī)復(fù)位后能夠脫離復(fù)位狀態(tài)。 PWM調(diào)光技術(shù)了解PWM調(diào)光原理，先得了解一下占空比概念。3）在周期型的現(xiàn)象中，現(xiàn)象發(fā)生的時間與總時間的比。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。圖216（a）是一個占空比為10%的PWM輸出，即在信號周期中，10％的時間通，其余90％的時間斷。 圖216 三種不同的PWM信號下圖217是一個可以使用PWM進(jìn)行驅(qū)動的簡單電路。如果在1秒鐘內(nèi)將此過程重復(fù)10次，(9V的50%)上一樣。占空比仍然是50%，但燈泡在頭5秒鐘內(nèi)將點(diǎn)亮，在下一個5秒鐘內(nèi)將熄滅。通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。 設(shè)計總框圖本設(shè)計根據(jù)LED的電學(xué)特性采用恒流輸出，輸出電壓隨負(fù)載大小自動調(diào)節(jié)的適用廣泛設(shè)計，設(shè)計中用適配器為LED恒流控制芯片提供12V的直流電壓。 芯片比較選取 使用LED的新型照明設(shè)計一般都比白熾燈設(shè)計昂貴，所以從長遠(yuǎn)來看，必須用更高效率的發(fā)光來極大地降低耗電成本。與電壓模式控制相比，電流模式控制改善了環(huán)路動態(tài)特性并提供逐周期限流，從而向LED提供恒定電流。6V至30V的輸入電壓范圍使其適用于多種應(yīng)用，如汽車等蓄電池供電、太陽能供電、工業(yè)和建筑照明。當(dāng)IC芯片溫度超出160℃,IC即會進(jìn)入過溫保護(hù)狀態(tài)并停止電流輸出,而當(dāng)溫度低于140℃時,IC即會重新恢復(fù)至工作狀態(tài)。PT4115主要參數(shù)如下： ? 輸入范圍從6V到30V，擊穿電壓45V? ，內(nèi)置大功率MOFET? 效率高達(dá)97％? 超低的關(guān)斷電流? 177。VIN上電時，電感（L）和電流采樣電阻（RS）的初始電流為零。 圖43 功率開關(guān)關(guān)斷時 圖44 功率開關(guān)導(dǎo)通時高端電流采樣結(jié)構(gòu)使得外部元器件數(shù)量很少，采用1%精度的采樣電阻，LED輸出電流控制在正負(fù)5%的精度。直流電壓（VDIM）。內(nèi)部功率開關(guān)關(guān)斷，LED電流也降為零。C）時保護(hù)芯片和系統(tǒng)，外部的散熱PAD增強(qiáng)了芯片功耗，于是,PT4115能夠安全地輸出較大電流。RS是取樣電阻，控制PT4115輸出電流的大小，它決