【正文】 AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 RESET 復(fù)位輸入引腳。 控制 電路 的 外圍電路 編程調(diào)試電路 ： 用于 CPU 的程序?qū)懭?、調(diào)試 。 外設(shè)特點(diǎn) ： 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC； 四通道 PWM ； 8 路 10 位 ADC， 8個(gè)單端通道， 2個(gè)具有可編程增益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 ； 面向字節(jié)的兩線接口 ； 兩個(gè)可編程的串行 USART； 可工作于主機(jī) / 從機(jī)模式的 SPI 串行接口 ； 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器 ；片內(nèi)模擬比較器 。 控制電路包括控制芯片 ATmega16L，復(fù)位電路，編程調(diào)試芯片，振蕩電路，報(bào)警電路。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普 通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 23 控制電路 控制芯片 ATmega16L ATmega16L 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 LED 的基本特征：LED 的伏安特性，光特性和熱特性。 VMOS管的漏區(qū)散熱面積大，便于安裝散熱器，耗散功率最大可達(dá)千瓦以上；漏一源擊穿電壓高；上限工作頻率高；當(dāng)漏極電流大于某值時(shí)， DI 與 GSU 基本成線性關(guān)系；其他優(yōu)點(diǎn)還有：高輸入阻抗 ( 810? )、 低驅(qū)動(dòng)電流 ( A)、高耐壓 (最高 1200V)、大工作電流 (—— 100A)、高輸出功率 (1—— 250W)、跨導(dǎo)線性好、開(kāi)關(guān)速度快等。 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵一源間電阻比結(jié)型效應(yīng)管大得多，可達(dá) 1010 Ω ，而且它比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溫度穩(wěn)定性好。 (2)“虛斷”，即認(rèn)為輸入端電流等于零，集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端的電流趨于零，但又不是真正斷路。當(dāng)運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，運(yùn)放的輸出電壓與輸入端電壓差之間存在線性放大關(guān)系，即 0 ()odU A U U???? (式 214) 對(duì)于理想集成運(yùn)放， 0U 為有限值而 odA ?? ，因此近似認(rèn)為 0UU????。 (7)輸入偏置電流 IBI 為零。由于集成 運(yùn)放在電路性能方面具有眾多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于模擬電路的各個(gè)領(lǐng)域之中。 (3)由于增加了電容支路，流過(guò)每個(gè)二極管 的電流比沒(méi)有并聯(lián)電容之前增大， 但每個(gè)二極管的導(dǎo)通時(shí)間反而減小，在二極管導(dǎo)通的短暫時(shí)間內(nèi)，將有很大的沖擊電流流過(guò)。R ，通常39。 在橋式整流電路的基礎(chǔ)上，在輸出端并聯(lián)一個(gè)電容 C 就構(gòu)成了電容濾波電路。單相半波整流電路、 單相全波整流電路和單相橋式整流電路的原理圖分別如圖 25(a)、 25(b)、 25(c)所示： 15 V D~ 2 2 0 V 5 0 H z++R lI0U 0+U 2 圖 25（ a）單相半波整流電路 V D 1~ 2 2 0 V 5 0 H z+++V D 2R LU O+ 圖 25（ b）單相全波整流電路 VD1~ 2 2 0 V 5 0 H z+VD2R LU O+VD3VD4U 2+ 圖 25（ c）單相橋式整流電路 橋式整流電路相較于半波整流電路具有輸出電壓高、脈動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)，相較于單 相全波整流電路而言，變壓器 次級(jí)無(wú)中心抽頭，性能最佳，本設(shè)計(jì)也采用橋式整流 16 電路，如圖 25(c)所示，由四個(gè)整流二極管 1DV ～ 4DV 組成，設(shè) 1DV ～ 4DV 為理想二極管， LR 為純電阻負(fù)載。 電源變壓器是將 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成不同電壓供給各負(fù)載做電源的多線圈變壓器。所以在設(shè)計(jì) LED 的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同選擇合理的連接方式，使電路盡量可靠。在恒壓驅(qū)動(dòng)方式下，如果某串聯(lián)支路上的某個(gè) LED 發(fā)生斷路，該串不亮，除該串 LED 燈以外，對(duì)其他 LED 燈沒(méi)有影響；如果某串聯(lián)支路上的某個(gè) LED 發(fā)生短路，則同樣該串 LED 的每個(gè) LED 燈的端電壓增加，該串 LED 會(huì)因?yàn)殡娏髟黾佣斐蓳p壞。 串聯(lián)多個(gè) LED 或并聯(lián)多個(gè) LED 需要電路有較高電壓或較高電流，因此可以考慮混聯(lián)方式，將所需電壓或電流降到適當(dāng)水平。串聯(lián)方式如圖 23（ a） 所示，串聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是流過(guò)串聯(lián)支路上各 LED 的電流相同，因此各 LED 的發(fā)光亮度也會(huì)一致。隨著芯片技術(shù)的成熟，單個(gè) LED的功率可以達(dá)到 5W甚至更高，因此防止 LED的熱量累積就更顯重要， LED的熱管理已經(jīng)成為其取代常規(guī)照明光源的主要瓶頸。目前 LED輸入電功率的約 80％轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，?duì)于目前應(yīng)用比較成熟的 1W LED而言，其熱流密度可達(dá)2100 /W cm ，這些熱量的累積將引起 LED的溫升效應(yīng)：結(jié)溫升高直接減少芯片出射光子，取光效率降低，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，室溫環(huán)境下 LED溫度每升高 1℃，光效下降 1%。 LED 熱特性 LED的高發(fā)光效率是它的最大優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于大功率 LED而言，這個(gè)優(yōu)勢(shì)更是明顯。大功率白光LED在實(shí)際使用過(guò)程中各種因素的影響都會(huì)引起 LED壽命的下降，往往達(dá)不到 50，000dx時(shí)。大功率 LED的相對(duì)光輸出隨時(shí)間的變化的一般趨勢(shì)是：在開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)光輸出衰減較快，隨后的一段時(shí)間內(nèi)衰減較慢，但在即將耗盡或發(fā)生災(zāi)變性失效階段 ，光輸出急劇衰減。因此流動(dòng)的少子和多子數(shù)量越多，發(fā)出的光線越強(qiáng)；同時(shí)在 PN結(jié)內(nèi)流動(dòng)的少子和多子數(shù)量越多，也說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)流過(guò) PN結(jié)橫截面的電荷數(shù)越多，那么流過(guò) LED的電流也就越大，因此 LED的發(fā)光亮度基本隨流過(guò) LED的電流正向變化。對(duì)于工作在額定電流附近的 LED用折線化來(lái)近似模擬 LED的特性，如式 (24)： F onV V rI?? (式 23) 其中， onV 是 LED的導(dǎo)通電壓， r是等效內(nèi)阻，導(dǎo)通電壓是由材料 PN結(jié)的內(nèi)建勢(shì)壘電場(chǎng)決定的，一般大功率 LED的導(dǎo)通電壓在 3V左右，當(dāng)加在 LED兩端的電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)， LED中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)。 7 第 2 章 冷光源照明系統(tǒng)的基本特征及 電路 原理 LED 的基本特征 及 連接 方式 LED 伏安特性 由于 LED的核心是 PN結(jié)，因此 LED的伏安特性與普通二極管的伏安特性相 同。 本文 主要研究?jī)?nèi)容 LED以其固有的特點(diǎn)，如省電、壽命長(zhǎng)、耐震動(dòng)，響應(yīng)速度快、冷光源等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于指示燈、信號(hào)燈、顯示屏、景觀照明等領(lǐng)域，在我們的日常生活中處處 可見(jiàn)，家用電器、電話機(jī)、儀表板照明、汽車(chē)防霧燈、交通信號(hào)燈等。 自適應(yīng)調(diào)光方式利用控制器，以及用于檢測(cè)環(huán)境光的傳感器為核心，傳感器向控制器提供發(fā)光照度值，控制器做出判斷并根據(jù)所得信息將照明回路打開(kāi)或調(diào)節(jié)光亮度到預(yù)定級(jí)別。 調(diào)光方式分為變電阻型調(diào)光和脈沖寬度調(diào)制方式 (Pulse． Width Modulation，PWM)兩種。 采用智能調(diào)光可將燈漸漸調(diào)到預(yù)設(shè)級(jí)別?；陔姾杀?、 Buck、 Boost電路的 LED驅(qū)動(dòng)電路還應(yīng)用于很多 LED驅(qū)動(dòng)芯片的原理，如 LTC3200／ LTC3200 LM279 MAX1848等。流過(guò) LED的電流反饋到控制器，控制器根據(jù)反饋電流調(diào)節(jié)變壓器原邊調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的占空比，通過(guò)改變占空比調(diào)節(jié)輸出電流使其穩(wěn)定。電荷泵、 Buck、 Boost實(shí)質(zhì)上都是電壓輸出型，通過(guò)電流反饋控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出恒定電流。對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，壯大規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)水平是首 4 要任務(wù)，提高未來(lái)取得大廠專(zhuān)利授權(quán)時(shí)的要價(jià)能力，或逐步通過(guò)研發(fā)突破核心專(zhuān)利。 20xx年中國(guó) LED應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過(guò) 300億元，已成為 LED全彩顯示屏、太陽(yáng)能 LED、景觀照明等應(yīng)用產(chǎn)品世界最大的生產(chǎn)和出口國(guó)，新興的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)正在形成。經(jīng)過(guò) 30多年的發(fā)展，中國(guó) LED產(chǎn)業(yè)已初步形成了包括 LED外延片的生產(chǎn)、 LED芯片的制備、 LED芯片的封裝以及 LED產(chǎn)品應(yīng)用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，中國(guó)發(fā)展得比較快的 LED企業(yè)很多：雷士照明、長(zhǎng)方照明、華威凱德、迪博特公司。利用這種技術(shù)制造出任何可見(jiàn)光的 LED。到 20 世紀(jì) 90 年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和 綠光的 LED。就在此時(shí)， 前蘇聯(lián)科學(xué)家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的 LED。 60 年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個(gè)可見(jiàn)的紅光 LED。隨著電子器件的研發(fā)和業(yè)界認(rèn) 識(shí)的逐步深入，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。 冷光源照明系統(tǒng)的發(fā)展與國(guó)內(nèi) 外研究現(xiàn)狀 冷光源系統(tǒng)的發(fā)展 1907 年 Henry Joseph Round 第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)的照明用電還將有大幅度的提高，綠色節(jié)能照明的研究應(yīng)用越來(lái)越受到重視， LED 照明就是在這樣的形勢(shì)下發(fā)展起來(lái)的。許多研究顯示在本世紀(jì)的前十年， LED 產(chǎn)業(yè)將會(huì)繼續(xù)迅速發(fā)展。隨著第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵 (GaN)的突破，高亮度藍(lán)光二極管的出現(xiàn)解決了發(fā)光二極管的三原色缺色問(wèn)題，因此徹底解決了大屏幕全彩色顯示問(wèn)題，有了紅橙黃綠青藍(lán)紫七色全彩，更為重要的是由此產(chǎn)生了白光半導(dǎo)體燈。應(yīng)用 AD590 時(shí)，無(wú)需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測(cè)量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。采用 LNK306 來(lái)替代輸出電流小于 360mA 的所有線性及電容降壓式非隔離電源。因此，研究針對(duì) 冷光源 LED 驅(qū)動(dòng)電路的研究設(shè)計(jì)有很重要的意義。 I 畢業(yè)論文 冷光源照明系統(tǒng)的研究 摘 要 隨著能源危機(jī)的加劇，綠色高效的照明系統(tǒng)得到了人們的廣泛重視。 本文基于高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器研究冷光源照明技術(shù)。其系統(tǒng)成本與所替代的電源相等，但性能更好、效率更高。 II 關(guān)鍵詞： LED 恒流 驅(qū)動(dòng) Abstract As the aggravation of energy crisis， green and efficient light system gets more and more attention． In 1 996， China launched“ China Green Lighting Project39。隨著白光發(fā)光二極管的問(wèn)世， LED 開(kāi)始逐漸走進(jìn)了人們的日常生活。因此，白光 LED 被普遍認(rèn)為是在未來(lái)成為替代傳統(tǒng)照明器具的一大潛 力商品。據(jù)中國(guó)綠色照明工程促 2 進(jìn)項(xiàng)目辦公室專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查，我國(guó)照明用電每年在 3000 億度 以上，用 LED 取代全部白熾燈和部分熒光燈，可節(jié)省 13的照明用電，相當(dāng)于三峽 工程全年的發(fā)電量。由于其發(fā)出的黃光太暗，不適合實(shí)際應(yīng)用；更難處理的是碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應(yīng)，研究被摒棄了。 20 世紀(jì) 50 年代，英國(guó)科學(xué)家在電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)中使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)明了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的 LED,并于 60 年代面世。磷化鎵的改變使得 LED