led照明驅(qū)動開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　題 目 </p><p>　　系 別 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　年 級 </p><p&g

2、t;　　學 號 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　完成時間 年 </p><p><b>　　目錄<

3、;/b></p><p>　　1引言……………………………………………………………………………………4</p><p>　　1.1選題的目的與意義…………………………………………………………………4</p><p>　　1.2研究現(xiàn)狀………………………………………………………………………4</p><p>　　1.3性能指標………………

4、………………………………………………………4</p><p>　　1.4設(shè)計方案的選擇……………………………………………………………4</p><p>　　1.4.1……………………………………………………………………………………4</p><p>　　1.4.2……………………………………………………………………………………5</p><p&g

5、t;　　1.4.3……………………………………………………………………………………8</p><p>　　2、硬件電路設(shè)計…………………………………………………………………………8</p><p>　　2.1設(shè)計思路…………………………………………………………………………………8</p><p>　　2.2系統(tǒng)基本組成………………………………………………………………

6、……………8</p><p>　　2.3硬件電路設(shè)計…………………………………………………………………9</p><p>　　2.3.1……………………………………………………………………………………9</p><p>　　2.3.2……………………………………………………………………………………9</p><p>　　2.3.3………………

7、……………………………………………………………………10</p><p>　　2.3.4……………………………………………………………………………………11</p><p>　　2.3.5……………………………………………………………………………………12</p><p>　　2.3.6……………………………………………………………………………………13</p

8、><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………………13</p><p>　　英文摘要……………………………………………………………………………………14</p><p>　　致謝………………………………………………………………………………………14</p><p>　　LED照明驅(qū)動開關(guān)電源設(shè)計</p&g

9、t;<p>　　Xxx 指導老師：xxx</p><p>　　摘 要：LED照明驅(qū)動設(shè)計了恒流輸出、空載保護、非隔離輸出及EMC等功能。是應用于LED照明驅(qū)動的開關(guān)電源電路。采用PWM自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)恒流輸出，穩(wěn)壓管過壓鎖定實現(xiàn)空載保護。經(jīng)過多次的運行與檢測，實踐證明該電路恒流輸出穩(wěn)定，發(fā)熱量低，完全滿足用戶提出的性能指標，可以穩(wěn)定可靠地工作在實際應用環(huán)境中可廣泛適用于生活照明，商用照明。<

10、/p><p>　　關(guān)鍵詞：LED驅(qū)動電源；發(fā)熱低；恒流；非隔離；低成本</p><p>　　Driving switch power LED lighting design</p><p>　　Abstract ：LED lighting design drive the constant-current output, the output and protectio

11、n, isolation no-load EMC etc. Function. Is applied to the switch power LED lighting driving circuit. Using PWM automatic adjustment output voltage, the constant-current over-voltage protection tube, electromagnetic no-lo

12、ad realize locking and isolation realize isolation output isolation. After many operation and test, the practice has proved that the constant-current circuits, low heat stable output. This de</p><p>　　Key wo

13、rds：Leds driving power；Fever is low； Constant flow；Isolation； Low cost</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　1.1選題的目的與意義</p><p>　　照明是人類消耗能源的一個重要方面，據(jù)研究統(tǒng)計，若使用固態(tài)LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白熾燈和熒光燈照明，

14、將節(jié)約全球照明能耗的50%以上，有助于緩解當前越來越緊迫的能源和環(huán)境問題。城市道路照明是重要的LED應用領(lǐng)域，LED路燈照明裝置能否實際應用推廣的關(guān)鍵因素之一是其驅(qū)動電源的優(yōu)劣。LED路燈驅(qū)動電源需要較高的輸出功率，工作環(huán)境較為復雜，要求有較高的電磁兼容性，且由于LED本身的壽命很長，驅(qū)動電源的可靠性也被要求與之匹配?，F(xiàn)階段，市場上的LED路燈驅(qū)動電源大多無法滿足以上要求。針對這個問題，本文設(shè)計18W恒流驅(qū)動電源，以滿足LED路燈的實際

15、應用條件。這正是本次選題的意義與目的所在。</p><p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　開關(guān)電源的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，由于LED驅(qū)動的降壓技術(shù)大部分采用開關(guān)電源。因此即使是LED驅(qū)動電源真正進入研究的時間不算長，卻無礙其技術(shù)的成熟。LED驅(qū)動要求的技術(shù)特點是：壽命長，體積?。ㄌ貏e商用照明和家用照明，最好可以內(nèi)嵌到燈頭）。</p>

16、<p>　　眾所周知，絕大部分開關(guān)電源都需要一個輸出濾波的電解電容，即使高品質(zhì)的電解電容，工作在100攝氏度左右，壽命也只有1Wh左右。毫無疑問，電解電容正是LED燈整體壽命的瓶頸。而內(nèi)嵌式驅(qū)動板上的電解電容，由于LED的發(fā)熱以及驅(qū)動板本身的發(fā)熱，長期在高溫工作，更使電解電容壽命減短。目前已經(jīng)有集成電路，無需輸出電解電容，僅需幾個外圍就能直接驅(qū)動LED發(fā)光。這使得LED照明的長壽命的特點確實得到保障。</p>

17、<p>　　另外一點，限制LED燈 壽命是工作時的溫度，目前臺灣某技術(shù)機構(gòu)解決方法為，使LED燈珠像一個燈一樣可拔插，使LED燈成為可維護產(chǎn)品。</p><p>　　除了技術(shù)上的創(chuàng)新外，還有組合上的創(chuàng)新，例如加入調(diào)光技術(shù)（模擬調(diào)光，數(shù)字調(diào)光，Triac調(diào)光）；用三色LED組成色光可調(diào)制系統(tǒng)；采用頻率抖動技術(shù)減少EMI；加入功率因數(shù)校正電路等。</p><p><b>　

18、　1.3性能指標</b></p><p>　　輸入電壓：170-265V</p><p>　　輸出電壓：36V-72V</p><p>　　輸出電流：100-280mA</p><p><b>　　恒流精度：±3%</b></p><p>　　功率因數(shù)：> 0.92&l

19、t;/p><p><b>　　效 率：> 85%</b></p><p><b>　　功 率：6-18W</b></p><p>　　具有過壓保護、過流保護、空載保護等功能；</p><p>　　1.4設(shè)計方案的選擇</p><p>　　1.4.1在選擇驅(qū)動電源的設(shè)計方案之

20、前，應先明晰LED的基本工作條件：</p><p>　　1、輸入直流電壓不低于LED正向壓降；</p><p>　　2、采用直流電流或單向脈沖電流驅(qū)動；</p><p>　　3、對LED電流加以限制，以防止LED損壞；</p><p>　　4、由于LED電流與其光通量之間的非線性關(guān)系，LED應該在光效比較高的電流值下工作；</p>

21、<p>　　5、優(yōu)良的散熱設(shè)計。 </p><p>　　1.4.2方案的對比</p><p>　　1、常規(guī)變壓器降壓見圖1。</p><p><b>　　圖1常規(guī)變壓器降壓</b></p><p>　　這種電源的優(yōu)點是體積小，不足之處是重量偏重、電源效率也很低，一般在45%～60%，因為可靠性不高，所以一般

22、很少用。</p><p>　　2、電子變壓器降壓電路見圖2 。</p><p><b>　　圖2電子變壓器降壓</b></p><p>　　這種電源結(jié)構(gòu)不足之處是轉(zhuǎn)換效率低，電壓范圍窄，一般180～240V，波紋干擾大。 </p><p>　　3、電容降壓見圖3。</p><p><

23、;b>　　圖3電容降壓</b></p><p>　　這種方式的LED電源容易受電網(wǎng)電壓波動的影響，電源效率低，不宜LED在閃動時使用，因為電路通過電容降壓，在閃動使用時，由于充放電的作用，通過LED的瞬間電流極大，容易損壞芯片。</p><p>　　4、電阻降壓見圖4。</p><p>　　在低電流LED應用中，電阻型驅(qū)動器盡管成本較低且結(jié)構(gòu)簡單，

24、但這種驅(qū)動器在低電壓條件下，正向電流較低，會導致LED亮度不足，且在負載突降等瞬態(tài)條件下，LED可能受損；并且電阻是耗能元件，整個方案的能效較低。</p><p><b>　　圖4電阻降壓圖</b></p><p>　　5、RCC降壓式開關(guān)電源見圖5。</p><p>　　圖5RCC降壓式開關(guān)電源</p><p>　　這

25、種方式的LED電源優(yōu)點是穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高，一般可在70%～80%，應用較廣。缺點主要是開關(guān)頻率不易控制，負載電壓波紋係數(shù)較大，異常情況負載適應性差。 </p><p>　　6、PWM控制式開關(guān)電源見圖6。  </p><p>　　圖6 PWM控制式開關(guān)電源</p><p>　　目前來說，PWM控制方式設(shè)計的LED電源是比較理想的，因為這種開關(guān)

26、電源的輸出電壓或電流都很穩(wěn)定。電源轉(zhuǎn)換效率極高，一般都可以高達80%～90%，并且輸出電壓、電流十分穩(wěn)定。這種方式的LED電源主要由四部分組成它們分別是：輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩(wěn)壓控制部分、開關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。而且這種電路都有完善的保護措施，屬于高可靠性電源</p><p>　　1.4.3方案的確定</p><p>　　PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式

27、的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 </p><p>　　對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 <

28、/p><p>　　總之，PWM既經(jīng)濟、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計應用中使用的有效技術(shù)</p><p>　　基于以上各種方案對比，采用方案6 PWM控制方式的LED電源是最理想的。</p><p><b>　　2硬件電路設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計思路</b&

29、gt;</p><p>　　本設(shè)計采用恒流輸出，輸出電壓隨負載大小自動調(diào)節(jié)的適用廣泛的設(shè)計。考慮到國內(nèi)采用50HZ、220V的供電系統(tǒng)，而美國、歐洲、日本居民用電從110V-240V不等，再考慮到網(wǎng)壓10%的波動，系統(tǒng)把輸入放寬到從85V-265V。本著設(shè)計一款符合社會要求的真正節(jié)能、節(jié)錢、長壽的LED驅(qū)動電源的思想。在能效轉(zhuǎn)換和產(chǎn)品成本上作出折中的選擇，轉(zhuǎn)換效率要求在75%以上；IC控制芯片采用LED市電切相調(diào)

30、光驅(qū)動芯片SSL2101。</p><p>　　2.2系統(tǒng)基本組成 </p><p><b>　　圖7系統(tǒng)總體框圖</b></p><p><b>　　2.3硬件電路設(shè)計</b></p><p>　　2.3.1總體電路圖見圖7</p><p><b>　　圖8總體

31、電路圖</b></p><p>　　2.3.2輸入整流電路見圖8</p><p><b>　　圖9輸入整流電路</b></p><p>　　輸入FS線圈壓降，電容CY2濾波，通過四個二極管整流，使電源由AC到DC變換，直流輸出。</p><p>　　2.3.3“填谷式”功率因數(shù)校正電路見圖9</p>

32、;<p>　　圖10 “填谷式”功率因數(shù)校正電路</p><p>　　當輸入電壓大于輸出電壓時，DB將導通以增大輸出電壓。此時二極管D1和D3將關(guān)斷，電容器C2和C3將停止向負載供電。因此負載電路現(xiàn)在直接從電源通過橋式整流器提供，因供電電壓小于C2和C3上的電壓之和，這時D1將不導通。直到供電電壓達到C1和C2上的電壓之和時，加到整流橋輸出的負載才是線性的負載，輸入電流將和輸入電壓一樣為正弦波形。當

33、供電電壓達到峰值時，它將超過C2和C3上的電壓之和，D2通過C2、D2、R2和C1導通并再對串聯(lián)電容器充電。供電電壓峰值附近的短暫電流被電阻器R2限流。當供電電壓開始下降時，所有的二極管都將關(guān)斷，負載電流又重新直接通過整流橋DB供電。當供電電壓剛下降到原來峰值的50％時，二極管D3和D1將重新導通，通過并聯(lián)的C2和C3對負載供電。</p><p>　　其充放電示意圖見圖10。</p><p&g

34、t;　　圖11其充放電示意圖</p><p>　　2.3.4 SM8013 PWM控制電路見圖11</p><p>　　圖12 SM8013 PWM控制電路</p><p>　　PWM部分電路采用SM8013芯片控制</p><p>　　SM8013功能介紹</p><p><b>　　一、概述： </

35、b></p><p>　　SM8013 是一個高性能的電流型 PWM 控制芯片，通過驅(qū)動外部高壓 MOSFET 管，組成 大功率的開關(guān)電源。它有很小的啟動電流和工作電流，保證較低的待機功耗和很高的工作效率。 通過調(diào)整外圍器件，改變 PWM 工作頻率，使之滿足各種客戶的需要。空載或者輕載的情況下， 芯片會降低 PWM 工作頻率（>22KHz），從而進一步降低開關(guān)損耗。 SM8013 還擁有性能優(yōu)異的過電

36、流保護（OCP）、過載保護（OLP）、芯片 VDD 過壓嵌位 和欠壓鎖定功能（UVLO）。同時芯片驅(qū)動輸出最大電壓保持在 18V，保證外部高壓 MOSFET 管 安全可靠的工作。內(nèi)部抖頻功能，保證電源系統(tǒng)有很好的 EMI 性能。</p><p><b>　　二、特色說明： </b></p><p>　　1. 外圍電路元件少，成本低 2. 很低的待機功耗（AC240V，

37、功耗小于 0.3W） 3. 過流保護、過載保護 4. 優(yōu)異的芯片過壓嵌位和欠壓鎖定功能(UVLO) 5. 封裝格式：DIP8 與 SOT23-6 6. 很小的啟動電流（5μA）和很小的工作電流（2mA） 7. 通過調(diào)整外圍電阻，改變開關(guān)頻率。 8. 驅(qū)動輸出電壓小于 18V，保護高壓 MOSFET 管</p><p><b>　　三、功能表述</b></p><p>

38、　　SM8013是一個高度集成的PWM控制芯片，針對75W以內(nèi)的離線式反激轉(zhuǎn)換電源進行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)異的突變模式控制(BURST MODE CONTROL)極大的降低待機功耗，使系統(tǒng)更好的滿足國際上節(jié)約能源的需求。</p><p>　　啟動電流和啟動控制：</p><p>　　SM8013的啟動電流很小，大約5μA,使芯片快速充電越過UVLO閥值電壓，保證系統(tǒng)快速啟動。因此在實際應用中可以使

39、用一個阻值較大的啟動電阻來降低系統(tǒng)的功耗。例如在AC/DC適配器，在通用的輸入電壓范圍內(nèi)，可以使用2MΩ 1/4W的電阻，進一步降低系統(tǒng)的功耗。</p><p><b>　　.芯片工作電流：</b></p><p>　　SM8013的工作電流大約為2.8mA，在空載或者輕載的情況下，并通過突變工作模式，使系統(tǒng)的功耗降低。</p><p><

40、;b>　　頻率抖動：</b></p><p>　　為滿足EMI的要求，SM8013內(nèi)部含有頻率抖動，減少傳導波段的電磁干擾，降低系統(tǒng)EMI設(shè)計的難度。</p><p><b>　　突變工作模式：</b></p><p>　　在空載或者輕負載的情況下，開關(guān)電源的功耗主要是高壓功率管的開關(guān)損耗、變壓器的線損、吸收回路的損耗等等。功

41、耗跟在一定時間內(nèi)開關(guān)次數(shù)成正比關(guān)系，因此降低高壓功率管開關(guān)次數(shù)，可以降低功耗。</p><p>　　SM8013可以根據(jù)不同的負載，自動調(diào)整開關(guān)模式。在空載或者輕負載的情況下，F(xiàn)B腳被拉低到突變模式閥值以下，芯片進入突變工作模式，也就是降低PWM工作頻率。只有當VDD電壓降低到某個預置電壓和FB腳處于開啟狀態(tài)時，GATE腳才有開關(guān)輸出。否則，GATE腳一直保持關(guān)閉狀態(tài)，盡最大可能的降低開關(guān)損耗，減少待機狀態(tài)的功耗

42、。不管在任何負載的情況下，PWM的工作頻率總高于音頻（即：>22KHz）。</p><p><b>　　振蕩器：</b></p><p>　　通過調(diào)整RI腳到地的電阻，改變芯片內(nèi)部恒流源電流的大小。這個電流對內(nèi)部的電容進行沖放電，改變電流的大小，也就改變了沖放電的時間，振蕩頻率也就確定下來。</p><p>　　電流檢測和內(nèi)置前沿消隱電路

43、：</p><p>　　SM8013是電流模式的PWM控制芯片，內(nèi)部含有逐周期電流限制。芯片通過檢測SENSE腳外接電阻的電壓來檢測開關(guān)電流。內(nèi)置前沿消隱電路通過延時消除了高壓功率管在開啟瞬間產(chǎn)生的尖峰，這樣就不需要在SENSE腳外接RC濾波電路。因此在這個延時時間內(nèi)，電流限制比較器不工作，也就消除避免由于尖峰干擾，關(guān)閉外部高壓功率管</p><p><b>　　內(nèi)部同步斜率補償

44、：</b></p><p>　　內(nèi)置的斜率補償電路在SENSE腳輸入電壓上增加了一個電壓斜率補償，極大的提高了電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時還避免了次諧波振蕩的發(fā)生，從而降低了輸出紋波電壓。</p><p><b>　　GATE驅(qū)動：</b></p><p>　　SM8013的GATE腳直接與MOSFET的柵極連接。GATE輸出內(nèi)部有一個1

45、8V輸出嵌位二極管，保護高壓MOSFET的柵極，避免由于芯片VDD的電壓過高導致MOSFET的柵極擊穿。</p><p><b>　　保護控制：</b></p><p>　　SM8013有可靠的過流保護（OCP）、過載保護（OLP）、過壓嵌位、欠壓鎖定功能（UVLO）。</p><p>　　2.3.5電壓電流反饋</p><

46、p>　　電壓電流反饋電路見圖12</p><p><b>　　圖13電壓電流反饋</b></p><p>　　通過PC817反饋，反饋到SM8013中，PC817光耦合器不但可以起到反饋作用，還可以起到隔離作用</p><p>　　2.3.6 LED輸出</p><p>　　LED輸出電路見圖13</p>

47、;<p>　　圖14 LED輸出圖</p><p>　　輸出輸出電壓：36V-72V</p><p>　　輸出電流：100-280mA</p><p>　　輸出功率：6-18W</p><p>　　輸出電壓：36V-72V</p><p>　　輸出電流：100-280mA</p><

48、p><b>　　恒流精度：±3%</b></p><p>　　功率因數(shù)：> 0.92</p><p><b>　　效 率：> 85%</b></p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過兩個多月的努力，我完成了本作品的所有功能，

49、并進行了調(diào)試。由于時間上的關(guān)系和實驗設(shè)備限制，本設(shè)計不能很完美，但基本能達到設(shè)計的要求。本論文絕大多數(shù)的設(shè)計思想和方法都是現(xiàn)有的、成熟的理論支持下進行的，可靠性和可行性都很高，不但符合開關(guān)電源的設(shè)計要求，而且符合驅(qū)動LED在各方面的條件。</p><p>　　開關(guān)電源亦稱為無工頻變壓器的電源。它是利用體積很小的高頻變壓器來實現(xiàn)電壓變換及電網(wǎng)隔離，不僅能去掉笨重的工頻變壓器，還可采用體積較小的濾波組件和散熱器，這就

50、為研究與開發(fā)高效率、高密度、高可靠性、體積小、重量輕的開關(guān)電源奠定了基礎(chǔ)。在開關(guān)電源中，為了實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)、遠程控制等功能，以及減小體積、減輕重量，高壓功率集成電路得到廣泛應用和快速發(fā)展。采用了這種集成電路來調(diào)節(jié)和控制的開關(guān)電源，不但外部電路簡單，組件數(shù)目少，而且可以和微處理器直接借口或通過局域網(wǎng)來實現(xiàn)編程或控制功能，是目前高效率、多功能開關(guān)電源的最佳解決方案。亦能為驅(qū)動LED設(shè)計出最佳大方案。</p><p>　

51、　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成度和布線密度都將大大提高，電子產(chǎn)品正向著多功能、小型化和高效率的方向發(fā)展，其中離不開電源的小型化和高效率。開關(guān)電源的發(fā)展還將很長遠。而且對于驅(qū)動LED的電源方向目前的研究還沒有完全應用到開關(guān)電源的高品質(zhì)的設(shè)計，所以LED驅(qū)動電源的發(fā)展是有很大的前景的。</p><p>　　本文的研究還有很多不足之處，比如恒流精度不夠高，有±3%的誤差，效率不能達到100%，有部分損耗

52、在電路上，解決這些的辦法有，用緊密度更高的一些元器件，設(shè)計具有更高效率的電路。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]涴喜明，姚為正.電力電子技術(shù)。北京：高等教育出版社，2004.8（2009重?。?</p><p>　　[2]沈錦飛.電源變換應用技術(shù)。北京：機械工業(yè)出版社，2007.8</p>

53、<p>　　[3]陳堅.電力電子學。北京：高等教育出版社，2002.01</p><p>　　[4]王志強.精通開關(guān)電源技術(shù)。人民郵電出版社，2008.10</p><p>　　[5]張興柱.開關(guān)電源功率變換器拓撲與設(shè)計。中國電力出版社，2010.01</p><p><b>　　致謝</b></p><p>

54、;　　在此我想特別感謝教授我專業(yè)知識的各科老師，這些基礎(chǔ)知識對我這次畢業(yè)設(shè)計和我將來就業(yè)都有莫大的幫助。感謝教授我們高等數(shù)學、電路分析、模擬電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)、自動控制理論、EDA技術(shù)的各科老師。還有指導我做畢業(yè)設(shè)計的xxx老師。正是有你們的悉心教導，我才能掌握電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識；完成這個畢業(yè)設(shè)計，絕大部分知識都在你們教授的課程里邊。你們言無不盡的傳授，令我溫習一下那些知識就可以拿出來用。在此，還要感謝xxx老師，感謝他在畢業(yè)設(shè)計過程