【正文】 率，本方案的電感設(shè)計(jì)在68uH 以上，這樣系統(tǒng)工作頻率可以控制到1MHz 以下。通過 PT4115 芯片上的DIM 端，可以方便的進(jìn)行模擬或PWM 調(diào)光。PWM調(diào)光可以在精確控制LED的亮度的同時(shí)，也保證LED發(fā)光的色度。而設(shè)計(jì)者多習(xí)慣采用線性穩(wěn)壓器件（如 78xx 系列三端穩(wěn)壓器件）作為電壓調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓器件來將較高的直流電壓轉(zhuǎn)變 MCU 所需的工作電壓。采用開關(guān)穩(wěn)壓電源來替代線性穩(wěn)壓電源作為 MCU電源的另一個(gè)優(yōu)勢是：開關(guān)管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對(duì)來自于電源的高頻干擾具有較強(qiáng)的抑制作用。 電路設(shè)計(jì)由 LM2576 構(gòu)成的基本穩(wěn)壓電路僅需四個(gè)外圍器件，其電路如圖48所示。還設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)STC89C52為LED進(jìn)行調(diào)光的電路,加之為單片機(jī)供電電路，最終測試時(shí)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，輸出電流穩(wěn)定，LED燈串正常發(fā)并且調(diào)光效果明顯，為單片機(jī)供電電路輸出電壓穩(wěn)定。目前LED芯片的制造商很多，國內(nèi)外LED的差異主要在于相同電參數(shù)的情況下，流明數(shù)可能不同，主要原因在于LED芯片工藝上存在很大的差距。不僅在照明方向上，大功率LED還可以應(yīng)用在筆記本電腦、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、DVD 等產(chǎn)品的背光系統(tǒng)上，尤其現(xiàn)在的LED電視越來越受到大眾的喜愛。在此謹(jǐn)向曹老師致以衷心的感謝和崇高的敬意！大學(xué)四年，終生難忘。 flexible good LED light source of the pact, LED can adapt to all kinds of different size and geometry of space size The decorative lighting requirements, such as: point, line, surface, the ball, different forms, and any form of art lighting sculpture。annex simple no starter, ballast or EHV transformer。驗(yàn)證了基于PT4115實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)大功率LED的可行性，而且效率也可以達(dá)到90%以上。有些設(shè)計(jì)工程師為提高發(fā)光效率而采取加大驅(qū)動(dòng)電流的辦法，例如，對(duì)于同一顆1W LED，加大驅(qū)動(dòng)電流后，亮度可以從20流明提高到40流明，但是LED的工作溫度也相應(yīng)升高了。本次設(shè)計(jì)的實(shí)物圖如下圖51所示： 圖51 設(shè)計(jì)實(shí)物圖 效率測定 對(duì)PT4115的輸出效率進(jìn)行了測量，負(fù)載為20個(gè)20MA LED并聯(lián)，其結(jié)果如下表51所示：表51 不同輸入電壓下，輸出效率測定輸入電壓（V）輸出電流（A）芯片效率（%） 12V % 15V % 18V % 24V %從上表可以看出，PT4115的整體供電效率維持在91%以上，相對(duì)于當(dāng)前市場上的恒流源，是一款效率高的產(chǎn)品。電容C耐壓值應(yīng)大于額定輸出電壓的 ～2 倍。 LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件（如 78xx系列端穩(wěn)壓集成電路）的替代品，它具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強(qiáng)的輸出電流驅(qū)動(dòng)能力，從而為 MCU 的穩(wěn)定、可靠工作提供了強(qiáng)有力的保證。加之工作在高粉塵等惡劣環(huán)境下往往將嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)置于密閉容器內(nèi)的聚集也加劇了 MCU 的惡劣工況，從而使嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變得更差。LED的亮度是由PWM信號(hào)的占空比決定的，例如PWM信號(hào)25%占空比，LED的平均電流為（）的25%。因此，本設(shè)計(jì)采用PWM 調(diào)光方案，PWM 調(diào)光的基本原理是保持LED 正向?qū)娏骱愣ǎㄟ^控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比例，即改變輸入脈沖信號(hào)的占空比，使LED 產(chǎn)生亮暗變化；并利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，當(dāng)LED 亮暗變化頻率大于120Hz 時(shí)，人眼就不會(huì)感覺到閃爍，而看到是LED 的平均亮度。另外電感量太小還會(huì)導(dǎo)致PT4115的SW 端燒壞，而無輸出。PT4115還可以通過DIM管腳外接熱敏電阻（NTC）到LED附近，檢測溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)LED電流保護(hù)LED。當(dāng)直流電壓(VDIM)，并由（）設(shè)定。這時(shí)候，CS比較器的輸出為高，內(nèi)部功率開關(guān)導(dǎo)通，SW端直接跟GND連接，所以SW的電位為低。PT4115可利用模擬調(diào)光的原理以及溫度對(duì)LED電流的負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)LED燈具動(dòng)態(tài)溫度控制,只要在調(diào)光端(DIM端)加一熱敏電阻或PN結(jié)即可。同時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器必須提供高于90%的效率，以最大限度減少對(duì)外部散熱器的需求并保持照明系統(tǒng)的高效率。考慮到能對(duì)LED燈的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的PWM高光技術(shù)，用單片機(jī)STC89C52輸出PWM調(diào)光信號(hào)接入到芯片自帶的調(diào)光信號(hào)輸入引腳。通斷循環(huán)周期與負(fù)載對(duì)開關(guān)狀態(tài)變化的響應(yīng)時(shí)間相比必須足夠短。圖中使用9V電池來給一個(gè)白熾燈泡供電。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。其實(shí)歸納一下也就是電路釋放能量的有效時(shí)間與總釋放時(shí)間的比。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用上電開關(guān)復(fù)位電路。 圖2－14 時(shí)鐘電路圖單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2外接晶振12MHz，構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。STC89C52單片機(jī)的引腳封裝如圖2－12所示。電流型控制可以看作是一個(gè)受輸出電壓控制的電流源，而電流源的大小就反映了電源輸出電壓的大小，這是因?yàn)殡姼兄须娏鞯姆凳桥c直流輸出電流的平均值成比例的，因而電感的延遲作用就沒有了。而在電壓控制模式電路中，檢測電路對(duì)輸入電壓的變化沒有直接的反應(yīng)，一直要等到輸出電壓發(fā)生一定的變化后才會(huì)調(diào)節(jié)脈沖寬度。與電壓控制模式不同的是，電流控制模式的PWM電壓比較器的輸入由電壓控制模式中的鋸齒波信號(hào)換成了對(duì)電感電流采樣值轉(zhuǎn)換成的電壓Vs，比較器的另一端仍然是輸出電壓采樣值與參考基準(zhǔn)的誤差放大值。電壓控制模式的優(yōu)點(diǎn)是：（1）單環(huán)反饋的設(shè)計(jì)和分析比較容易進(jìn)行；（2）鋸齒波振幅較大，對(duì)穩(wěn)定的調(diào)制過程可提供較好的噪聲余度；（3）低阻抗功率輸出，對(duì)多輸出電源具有較好的交互調(diào)節(jié)特性。如果電感上的電流在下降的過程中下降至零，也就是在電感上的儲(chǔ)能被完全釋放，我們稱這種工作模式為不連續(xù)模式，如圖210所示。當(dāng)控制信號(hào)使Q1關(guān)斷時(shí)，由于電感的電流不能突變，所以電感兩端電壓極性迅速顛倒，二極管導(dǎo)通續(xù)流，這種電壓極性顛倒的現(xiàn)象稱為電感反沖。在每個(gè)周期T內(nèi)，Q1導(dǎo)通時(shí)間為Ton。圖27 Buck、Boost、BuckBoost型大功率LED驅(qū)動(dòng)電路 脈寬調(diào)制型（PWM）開關(guān)電源原理脈沖寬度調(diào)制方式（PWM），其開關(guān)頻率恒定，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖的寬度來改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能量向負(fù)載傳遞的控制，稱之為“定頻調(diào)寬”。與傳統(tǒng)的電壓型Buck, Boost, BuckBoost變換器不同的是大功率LED的驅(qū)動(dòng)電路的反饋量是流過LED的電流信號(hào)而不是輸出電壓信號(hào)，如圖27，以此來滿足LED的恒流驅(qū)動(dòng)要求。 電荷泵升壓電路電荷泵升壓電路（圖26）又稱為開關(guān)電容升壓控制器。圖25 并聯(lián)型線性控制器和串聯(lián)型線性控制器 并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器。下面對(duì)現(xiàn)有的各種控制方法進(jìn)行簡要的介紹。當(dāng)并聯(lián)LED采用恒流驅(qū)動(dòng)的方式時(shí)，如果某個(gè)LED燈斷開，則會(huì)使余下LED流過的驅(qū)動(dòng)電流增大，導(dǎo)致可能損壞所有的LED 。下文分析了各種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及其各自的應(yīng)用場合。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。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時(shí)，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)。基于白光LED 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(huì)的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)， % ，2000年市場規(guī)模達(dá)45億美元。 白光LED的高效節(jié)能、綠色環(huán)保優(yōu)點(diǎn)使得各個(gè)國家和地區(qū)投入了大量財(cái)力人力資源啟動(dòng)自己的半導(dǎo)體照明計(jì)劃，如表11所示[1112]：表11 各國半導(dǎo)體照明計(jì)劃國家/地區(qū)立項(xiàng)時(shí)間項(xiàng)目名稱項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)預(yù)計(jì)效益日本1998年21世紀(jì)光計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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(shí)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]。更重要的是，它的光轉(zhuǎn)換效率絕不亞于熒光燈。整個(gè)20世紀(jì)，愛迪生發(fā)明的白熾燈經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)，成為標(biāo)準(zhǔn)的通用照明工具。 白光LED發(fā)展的背景和意義白熾燈時(shí)代即將和我們告別了。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。為了穩(wěn)住LED的工作電流，保證LED能正常可靠地工作，各種各樣的LED驅(qū)動(dòng)電路就應(yīng)運(yùn)而生。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(gè)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。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。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。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。(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。由前述知LED正向?qū)▔航荡嬖谝欢ú町?，所以并?lián)驅(qū)動(dòng)的最大不足是流過每個(gè)LED的電流不相等，致使LED的亮度不匹配。 LED驅(qū)動(dòng)現(xiàn)狀研究LED恒流驅(qū)動(dòng)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。線性調(diào)節(jié)器可以分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。但是由于功率三極管或MOSFET管都有一個(gè)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(gè)電路的電壓調(diào)節(jié)范圍受限。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。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。其中開關(guān)器件Q1與直流輸入電壓VDC直接相連。圖29 Buck變換器連續(xù)工作模式下各節(jié)點(diǎn)波形 在每個(gè)周期開始時(shí)，電感L上的初始電流為I1，Q1由控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)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。以上討論的Buck變換器的工作過程是基于穩(wěn)定工作時(shí)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(hào)時(shí)產(chǎn)生振蕩，從而損壞功率器件。圖211為PWM峰值電流控制模式的原理框圖。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(huì)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(dòng)作，使得脈沖寬度發(fā)生改變，保證輸出電壓的穩(wěn)定。(3) 回路穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)快。實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz、512字節(jié)RAM(32/36個(gè))，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(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)， 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(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)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(shí)器軟