智能led臺(tái)燈設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2024-09-12 18:59 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 D電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，除了亮度會(huì)改變以外，也會(huì)影響白光的質(zhì)量，即不同電流下發(fā)出的白光存在色偏。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?，而通過(guò)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(jué)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(jué)到閃爍，而看到是LED的平均亮度。PWM調(diào)光的優(yōu)勢(shì)是LED正向?qū)ǖ碾娏魇呛愣ǖ?，LED的色度就不會(huì)像模擬調(diào)光時(shí)產(chǎn)生變化。PT4115 恒流驅(qū)動(dòng)輸出的電流值計(jì)算公式為： (D為方波信號(hào)占空比，為限流電阻).本設(shè)計(jì)LED光源采用30只小功率白光LED燈珠并聯(lián)方式，且每只LED燈珠額定電流為20mA，則PT4115恒流驅(qū)動(dòng)輸出最大電流應(yīng)為120mA。L1為鎮(zhèn)流電感，選取68μH，用于穩(wěn)定通過(guò)LED的電流。D1是續(xù)流二極管，當(dāng)芯片內(nèi)部MOS管截止?fàn)顟B(tài)時(shí)為儲(chǔ)存在電感L1中的電流提供放電回路；由于工作在高頻狀態(tài)，D1選用正向壓降小且恢復(fù)速度快的肖特基二極管SS24。 元器件選擇表31 關(guān)鍵元器件的選擇Rs精度大于1%，比如要輸出350mA，則=，2857Cin100uF （工作電壓＞50V）輸出電流小于400mA100uF （工作電壓＞50V）輸出電流大于400mA有續(xù)流儲(chǔ)能和濾波的功能，電容量不宜太小DSS14輸出電流小于400mASS24輸出電流大于400mA，可以提高系統(tǒng)效率；L3347uH （飽和電流＞）輸出電流在800mA到1200mA4768uH （飽和電流＞）輸出電流在400mA到800mA68100uH （飽和電流＞）輸出電流小于400mADCR越小，效率越高。選用EPC13錳鋅4000磁芯。整流二極管正向壓降盡可能低于肖特基二極管，可有效地降低系統(tǒng)功耗。電流能力一定要滿足應(yīng)用，原則上大于。PT4115用于小功率白光LED光源驅(qū)動(dòng)方案時(shí)只需四個(gè)零件，Cin是輸入濾波電容，Rs設(shè)定流過(guò)LED的電流，；L是續(xù)流電感，D5是續(xù)流二極管。因適配器已提供12V的直流電壓，原圖為交流電壓輸入整流用的橋式整流器D1～D4可省略。雖然零件少了，但對(duì)零件的要求更高，設(shè)計(jì)時(shí)需按要求選用，才能使電路進(jìn)入良好的工作狀態(tài)。PT4115的開(kāi)關(guān)頻率采用抖頻技術(shù)有效降低EMI（Electromagnetic Interference），省略了抗EMI電路。LED光源驅(qū)動(dòng)芯片的恒流精度對(duì)于LED燈具生產(chǎn)廠家而言是至關(guān)重要的，目前LED光源驅(qū)動(dòng)IC的恒流精度批量生產(chǎn)時(shí)都會(huì)有一定的離散性，LED燈具生產(chǎn)廠家在批量生產(chǎn)調(diào)試時(shí)，同樣的電源、同樣的LED光源負(fù)載、同樣的恒流源電源板，因同一型號(hào)的不同驅(qū)動(dòng)IC其恒流精度的個(gè)性差異會(huì)導(dǎo)致恒流源電源板輸出電流產(chǎn)生一定的公差，使同一LED光源負(fù)載的發(fā)光亮度有所不同，這就會(huì)增加恒流源電源板大批量生產(chǎn)時(shí)在線調(diào)試的時(shí)間，影響生產(chǎn)力。因此，恒流源電源板生產(chǎn)廠家應(yīng)選用恒流精度高的驅(qū)動(dòng)IC，恒流精度至少要小于177。3%，如是177。1%更理想，但其價(jià)格會(huì)高于177。3%的產(chǎn)品。（1）電感的選擇：PT4115的設(shè)計(jì)最佳工作頻率在1MHz以下，電感量的大小會(huì)影響其工作頻率，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。電感量小了，工作頻率趨高，由于PT4115內(nèi)部電流檢測(cè)電路響應(yīng)速度限制，對(duì)內(nèi)部電流正常檢測(cè)出現(xiàn)影響，不能更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。另外由于高頻率會(huì)帶來(lái)較大的開(kāi)關(guān)損耗，使芯片運(yùn)行在較高的結(jié)溫下，電應(yīng)力加大，不利于穩(wěn)定工作。電感量太小還會(huì)導(dǎo)致PT4115的SW端燒壞，而無(wú)輸出。電感的DCR越小，效率越高。建議選用EPC13錳鋅4000磁芯。 電感器的飽和電流選小了，D5肖特基二極管的電流選小了，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路的續(xù)流不足，LED光源會(huì)產(chǎn)生人眼可見(jiàn)的閃光。將電感器的飽和電流和肖特基二極管的電流適當(dāng)增大即可增大整個(gè)電路的續(xù)流電流，消除因此產(chǎn)生的閃光。（2）適配器的選擇： 適配器為本方案LED臺(tái)燈提供穩(wěn)定的交流電源交直流降壓變換，它的實(shí)時(shí)帶載輸出能力將影響本方案LED臺(tái)燈的性能，用于本方案小功率白光LED臺(tái)燈的適配器，它在帶載時(shí)輸出電流應(yīng)大于1A，電壓應(yīng)穩(wěn)定在DC12V。有些帶載能力差的適配器，連接上本方案LED光源負(fù)載時(shí)，其實(shí)時(shí)輸出電壓會(huì)跌落到7V，對(duì)于工作電壓從8V開(kāi)始的LED驅(qū)動(dòng)IC，屆時(shí)會(huì)進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)而停止工作，一旦驅(qū)動(dòng)IC停止工作，電壓又回升至12V，LED驅(qū)動(dòng)IC再次進(jìn)入工作狀態(tài)，如此周而復(fù)始，使LED臺(tái)燈出現(xiàn)人眼可見(jiàn)的閃光。此時(shí)，只有更換帶載能力好的適配器才能使LED臺(tái)燈正常工作。同時(shí)應(yīng)選用工作電壓范圍自6V初始的LED驅(qū)動(dòng)IC，也可降低對(duì)適配器的選擇要求，以降低生產(chǎn)配套成本。（3）EMI的傳導(dǎo)與輻射： 本LED臺(tái)燈方案總體設(shè)計(jì)時(shí)要考慮能過(guò)EMI的傳導(dǎo)與輻射，過(guò)EMI的傳導(dǎo)與輻射的關(guān)鍵是電源變換器，因此要選用能過(guò)EMI。恒流源電源板因使用的驅(qū)動(dòng)IC是DC/DC開(kāi)關(guān)器件，工作時(shí)開(kāi)關(guān)頻率會(huì)產(chǎn)生輻射，因此內(nèi)置在臺(tái)燈底座金屬殼內(nèi)可有效降低輻射，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮金屬底座內(nèi)的磁路屏蔽。 LED光源的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)LED光源采用5*6混聯(lián)方式，共由30只高亮度小功率LED燈珠組成,如圖33所示；，工作電流約20mA。由白光LED的正向伏安特性可知，當(dāng)LED 端電壓超過(guò)其正向?qū)妷汉?，較小的電壓波動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致工作電流的的劇烈變化，從而影響LED的正常使用，故LED宜采用恒流驅(qū)動(dòng)方式。因此，本設(shè)計(jì)LED采用高性能PT4115 恒流芯片驅(qū)動(dòng)，PT4115是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源芯片，能將直流電壓直接轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的恒流輸出；其采用6~30V寬電壓輸入，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)97％，輸出電流精度達(dá)177。5％。該芯片內(nèi)部含有抖頻特性，極大的改善EMI，同時(shí)具有過(guò)溫、過(guò)壓、過(guò)流、LED開(kāi)路保護(hù)等多種功能。該芯片適合用于綠色照明LED燈的驅(qū)動(dòng)電路，具有應(yīng)用電路非常簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)。圖33 LED光源實(shí)物圖 單片機(jī)外圍電路模塊圖34 STC89C52單片機(jī)總控制電路STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦出只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖35(a) 所示，在RXD和TXD引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可
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