【正文】 lamps on strength and stiffness requirements of very low The pact size of the LED lamps can be seen as the LED cells, only the smallest LED mm2 order of magnitude or less。 simple structure a solid source of the greatest advantages , Noncarbonated, nonglass case, no gas sealing problems, impact resistance。從論文的選題、課題研究到論文的撰寫、修改的全過程中顧老師給予了我全面的指導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷。而且這種驅(qū)動電路簡單、高效、成本低，很適合市場化的發(fā)展，尤其在照明上有絕對的優(yōu)勢。大功率LED正朝著照明應(yīng)用的方向發(fā)展，大有取代傳統(tǒng)的白熾燈的趨勢。一旦溫度超過LED的限溫點，就會影響LED的壽命和可靠性，這是設(shè)計恒流驅(qū)動過程中需要注意的重要問題。最后對其實驗結(jié)果進行了描述，證明了該驅(qū)動的合理性、高效性、簡潔性等突出優(yōu)點，該恒流電路具有很強的工程實用性。由于外圍電路簡單，IC封裝體積小，可以將恒流驅(qū)動和LED負載整合在一塊鋁基板上，實現(xiàn)驅(qū)動、散熱一體化的模組方案。第五章 結(jié)果分析 實物本論文首先設(shè)計個基于PT4115恒流驅(qū)動LED的電路，因為PT4115的輸入電壓為1230V，所以此論文也設(shè)計了用一個適配器，輸出電壓為+12V，為PT4115供電。對于 5V電壓輸出而言，推薦使用耐壓值為16V 的電容器。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下[2]： ●最大輸出電流：3A； ●最高輸入電壓：LM2576為 40V，LM2576HV為 60V； ●輸出電壓：、5V、12V、15V和 ADJ（可調(diào)）等可選；●振動頻率：52kHz；●轉(zhuǎn)換效率：75%～88%（不同電壓輸出時的效率不同）； ●控制方式：PWM； ●工作溫度范圍： 40℃ ～ +125℃ ●工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制； ●工作模式控制：TTL 電平兼容； ●所需外部元件：僅四個（不可調(diào)）或六個（可調(diào)）；●器件保護：熱關(guān)斷及電流限制； ●封裝形式：TO 220或 TO 263。 LM2576芯片LM2576系列是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（52kHz）和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（），并具有完善的保護電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源可大大減少散熱片體積和 PCB板的面積，甚至在大多數(shù)情況下不需要加裝散熱片，從而減少了對 MCU 工作環(huán)境的有害影響。而開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件則以完全導(dǎo)通或關(guān)斷的方式工作。 開關(guān)電源優(yōu)點MCU一般都需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作。PWM調(diào)光比模擬調(diào)光的優(yōu)勢在于不改變LED的色度，從而調(diào)節(jié)LED發(fā)光強度，使其最大效率的發(fā)光。PWM調(diào)光的優(yōu)勢是LED正向?qū)ǖ碾娏饕恢笔呛愣ǖ?，LED的色度就不會像模擬調(diào)光一樣會變化。PWM 調(diào)光的優(yōu)勢是LED 正向?qū)ǖ碾娏魇呛愣ǖ模琇ED 的色度就不會像模擬調(diào)光時產(chǎn)生變化。不用調(diào)節(jié)LED燈亮度，DIM端懸空。所以此設(shè)計中L的電感量應(yīng)選用68uH—100uH，Q值大于50，飽和電流大于800mA 的磁路閉合電感器。L1是整流電感，是這個電路中的關(guān)鍵元件，功能是把100KHz的脈沖電流變換成三角波電流，L的電感量會影響工作電壓范圍內(nèi)恒流源的穩(wěn)定性。 設(shè)計電路 本設(shè)計LED 恒流驅(qū)動電路如圖45所示： 圖45 LED 恒流驅(qū)動系統(tǒng)電路圖 　　C5是濾波電容，把脈沖直流變換成平滑的直流。 此外，為了保證可靠性，PT4115內(nèi)部包含過熱保護功能（TSD），封裝含有散熱PAD。LED電流還可以通過DIM到地之間接一個電阻進行調(diào)節(jié)，內(nèi)部有一個上拉電阻（典型200K）接在內(nèi)部穩(wěn)壓電壓5V上，DIM管腳的電壓由內(nèi)部和外部的電壓分壓決定。也可以調(diào)光。電流通過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED和內(nèi)部功率開關(guān)從VIN流到地，電流上升的斜率由VIN、電感（L）和LED壓降決定，在RS上產(chǎn)生一個壓差Vcsn。(3)大功率LED：可以選擇1W白光LED，其參數(shù)如下：? 功 率 ：1W? 光 通 量：2030LM? 順向電壓：? 額定電流：350mA? 光 衰 ：≤5%每千小時光衰。加上整流橋PT4115可應(yīng)用于交流12V、24V供電的LED燈具。它具有較寬的直流6V到30V輸入電壓范圍,擊穿電壓大于45V，輸出2001200mA恒定直流，可滿足驅(qū)動點亮17顆串聯(lián)的大功率LED或N顆串并聯(lián)的小功率LED,驅(qū)動恒流大小可按應(yīng)用方案設(shè)定.。表41所列為當(dāng)前主要大功率LED驅(qū)動控制芯片性能比較，在應(yīng)用大功率LED驅(qū)動控制芯片時，可以依據(jù)不同的應(yīng)用場合進行選擇：　　1)當(dāng)需要較高功率時可選擇功率器件沒有集成在芯片內(nèi)的控制器，這樣就可以按照實際的功率需求單獨選擇功率器件；　　2)當(dāng)需要較高的變換效率時，如便攜式設(shè)備等，可選擇開關(guān)電源類的驅(qū)動電路；3)當(dāng)應(yīng)用于可靠性高的設(shè)備中，可選擇有溫度保護、故障報警等控制功能全面的芯片。無論輸入電壓如何變化，LED驅(qū)動器都要向LED串提供恒定電流，以保持恒定光輸出和顏色不變。為了避免另外單獨給單片機提供5V電源供電，本設(shè)計同時設(shè)計了一個單片機供電驅(qū)動電路，此電路可以同LED驅(qū)動電路使用同一個適配器為其提供12V直流電壓。隨著更新一代大功率LED所需的驅(qū)動電流的增加，要更多的考慮到LED本身和電流驅(qū)動電路的散熱管理和功耗等問題。要想取得調(diào)光燈(但保持點亮)的效果，必須提高調(diào)制頻率。 圖217 簡單PWM驅(qū)動電路大多數(shù)負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz。如果將連接電池和燈泡的開關(guān)閉合50ms，燈泡在這段時間中將得到9V供電。這三種PWM輸出編碼的分別是強度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬信號值。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換及LED照明等許多領(lǐng)域中。例如：脈沖寬度1μs。上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段時間。當(dāng)STC89C52單片機的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)5ms以上的高電平時，單片機就完成了復(fù)位電路操作。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩，并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。圖2－13 單片機最小系統(tǒng) 單片機時鐘電路 STC89C52單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。圖2－12 STC89C52單片機的引腳封裝圖 STC89C52單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計STC89C52單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3, MCS51單片機共有4個8位的I/O口（P0、PPP3），每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。[12]STC89C52單片機的主要性能特點有：，12時鐘/機器周期8051CPU： STC89C52單片機主要性能參數(shù)在本章的前面部分已經(jīng)比較詳細的介紹了Buck電路的兩種控制方式以及特點，因為電流控制模式具有良好的控制特性，所以電流模式控制LED的驅(qū)動方式是較為理想的選擇。同時，在設(shè)計開關(guān)電源時不必給開關(guān)管的最大電流限制和電感最大儲能留有較大的余度，在保證可靠工作的前提下，盡可能的降低了成本。一般電壓控制模式要5～10個周期才能響應(yīng)輸入電壓的變化。因此電流型控制模式具有比起電壓控制模式大得多的帶寬，無論是理論分析還是電路測試，都證明電流型控制比電壓型控制有許多優(yōu)點，歸納起來主要有以下幾點。每個周期開始時，時鐘信號控制將開關(guān)開啟，流過開關(guān)和電感的電流增大，當(dāng)電流增大到Vs超過Vea時，觸發(fā)器R端置高電位，開關(guān)被關(guān)斷。根據(jù)最優(yōu)控制理論，實現(xiàn)全狀態(tài)反饋的系統(tǒng)是最優(yōu)控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)最小的動態(tài)響應(yīng)的誤差平方積分指標(biāo)。電壓控制模式的缺點是：（1）動態(tài)響應(yīng)速度較慢；（2）輸出濾波對控制環(huán)增加了兩個極點，這就需要一個零點補償；（3）由于環(huán)路增益隨輸入電壓而變化，使得補償變得更加復(fù)雜化。電壓控制型變換器是一個二階系統(tǒng)，它有兩個狀態(tài)變量：輸出濾波電容的電壓和輸出濾波電感的電流。圖210 不連續(xù)工作模式下的電流波形圖不連續(xù)工作模式輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系推導(dǎo)如下。在整個周期內(nèi)，電感的電流會有I2I1的上下波動，輸出電流Io的大小就是。如果沒有接二極管D1，則V1點的電位會變得很負以保持電感L上的電流方向不變，這會讓Q1兩端的電壓差過大而損壞開關(guān)，接上二極管后，實際V1點的電壓被箝位于比地低一個二極管導(dǎo)通壓降。由此可以總結(jié)出，無論輸入電壓VDC如何波動，電壓控制系統(tǒng)都會改變Q1的導(dǎo)通時間Ton，使得最終的輸出電壓維持在Vo =Vref(1+R2/R1)。在Q1導(dǎo)通時，V1點電壓為VDC（設(shè)Q1導(dǎo)通時兩端的電壓降為零）。它將快速通斷的晶體管置于輸入和輸出之間，通過調(diào)節(jié)占空比來控制輸出直流電壓的平均值。本節(jié)將介紹降壓型脈寬調(diào)制型（PWM）開關(guān)電源DC/DC變換器Buck拓撲的基本結(jié)構(gòu)，Buck結(jié)構(gòu)的變換原理和控制方式。不過與電荷泵升壓電路相比，需要電感元件，增加了系統(tǒng)的成本和體積。采用Buck拓撲可以實現(xiàn)低于輸入電源電壓的輸出。此時為了防止并聯(lián)支路上電流分配不均，每條并聯(lián)支路上必須使用鎮(zhèn)流電阻，這樣會消耗大量的功率，整個系統(tǒng)的效率就會降低。它利用分立電容將電能從輸入端傳送到輸出端，整個電路不需要任何的電感。串聯(lián)型調(diào)節(jié)器是采用功率管與LED串聯(lián)，當(dāng)輸入電壓增大時，使功率管的動態(tài)電阻增大，從而使得功率管上的壓降增大，以保持LED上的電壓(電流)恒定，如圖25(b）所示。它采用功率管與LED并聯(lián)，分流掉負載的一部分電流。其基本的原理是:線性控制是把工作于線性區(qū)的功率管等效為一個動態(tài)電阻，通過負反饋系統(tǒng)調(diào)節(jié)功率管的阻值大小使得流過LED的電流維持在一個恒定的值。 電阻限流電路這類應(yīng)用的原理圖如圖24所示，電阻限流電路控制方式是根據(jù)LED的IV曲線來確定預(yù)期正向電流所需要的電壓，過一個串聯(lián)電阻來控制LED的電流。例如對于作為手持設(shè)備背光用的LED驅(qū)動電路，要求驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)簡單，封裝較小，以實現(xiàn)小型化，而驅(qū)動方式上，多采用并聯(lián)驅(qū)動。 混聯(lián)驅(qū)動 當(dāng)要驅(qū)動的LED數(shù)量很多時，若采用串聯(lián)驅(qū)動，則會要求很高的電源電壓。當(dāng)然，采用恒定電流驅(qū)動時不會存在上述問題。 圖23 白光LED的連接方式 串聯(lián)驅(qū)動 串聯(lián)驅(qū)動保證流過每個LED的電流相等，而LED的發(fā)光亮度和其導(dǎo)通電流呈正比關(guān)系，所以采用此種驅(qū)動方式可以使LED發(fā)光亮度均勻，適合對發(fā)光亮度的匹配性要求高的場合。所以，采用恒壓源驅(qū)動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。圖22(b)給出了該大功率LED在常溫下(25℃)的IV曲線，從圖中可以看出通過控制其正向電壓VF就可以控制其正向電流IF，從而控制其發(fā)光亮度。可以看出，在恒定電壓的驅(qū)動下，不同LED上流經(jīng)的正向電流大小不同，由于LED的發(fā)光亮度主要受其驅(qū)動電流的影響，從而導(dǎo)致發(fā)出的白光亮度不同，如圖中虛線所示。 白光LED的伏安特性LED驅(qū)動電路就是能為LED的正常工作提供所需的電壓和電流的電路。在某些半導(dǎo)體材料PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能?？梢灶A(yù)見不久的將來，LED 必然會進入普通照明領(lǐng)域取代現(xiàn)有的照明光源。[11] 課題介紹與研究意義 隨著全球能源危機和氣候變暖問題的日益嚴(yán)重，綠色節(jié)能已經(jīng)成為全球普遍關(guān)注的話題，人們正通過各種途徑尋找新的節(jié)能方式。若以每年白光LED發(fā)光效率平均成長60%的速度開發(fā)下去，要達到大型化、低價化、使用壽命長的照明用光源并非不可能。但是早期的白光LED發(fā)光效率低，低于白熾燈和熒光燈的發(fā)光效率（白熾燈的發(fā)光效率為161m/W，40W熒光燈的發(fā)光效率601m/W， 60W熒光燈的發(fā)光效率為100lm/W )。早期的LED只能發(fā)紅、綠等單色光，且功率小，效率低，只適合于裝飾燈、指示燈等應(yīng)用場合。接觸過LED的人都知道：由于LED正向伏安特性非常陡即正向動態(tài)電阻非常小，要給LED供電就比較困難。因此，在通用照明應(yīng)用領(lǐng)域，向LED技術(shù)的過渡將大大降低能源消耗。而且，這兩種燈的平均使用壽命都只有大約5000個小時。但新的照明技術(shù)－尤其是發(fā)光二極管必將最終代替白熾燈和熒光燈。 18 STC89C52單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 19 單片機時鐘電路 20 單片機復(fù)位電路 20 PWM調(diào)光技術(shù) 21第三章 設(shè)計總思路 23 設(shè)計思想 23 設(shè)計總框圖 23第四章 硬件電路設(shè)計 24 LED恒流驅(qū)動電路設(shè)計 24 芯片比較選取 24 PT4115芯片了解 25 設(shè)計電路 28 PWM調(diào)光電路設(shè)計 30 單片機供電電路 32 開關(guān)電源優(yōu)點 32 LM2576芯片 33 電路設(shè)計 34第五章 結(jié)果分析 35 實物 35 效率測定 36第六章 總 結(jié) 36參考文獻 38致 謝 39附件1 全部電路原理圖 40附件2 PWM調(diào)光程序 40附件3 外文翻譯 45原文 45譯文 4952第一章 緒 論