| （大功率LED驱动电路设计 87页 29871字 包括开题报告 文献综述 任务书 外文翻译 程序 电路图 答辩记录等） 摘要：随着大功率LED在灯光装饰和照明中的普遍使用，功率LED驱动显得越来越重要。在LED迅速发展的今天，LED驱动电路也随之快速跟进，多种驱动方式并存，不同的设计方案在完善。在LED照明领域，没有好的驱动器的匹配，LED照明的优势将无法体现。大功率LED是电流型器件，严格的控制其流过电流的恒定显得尤为重要。然而，选择大功率LED的驱动方案，还要根据LED的电气特性考虑到诸多对电路有影响的因素。 本文对LED的驱动方式进行了探讨，并基于一单片双极型线性集成电路MC34063A设计了一个开关恒流驱动电路，用以实现大功率LED的驱动。在对驱动电路原理进行分析后，实际制作了电路并进行了LED的点亮调试，实验结果表明所设计的驱动电路能保证LED的稳定发光。 关键词：大功率LED；恒流；驱动电路 中图分类号：TP858 High-power LED driVer circuit Abstract: With the more and more application of high-power LED in decorative lighting and general lighting, high-power LED drivers become increasingly important. With the rapid development of LED, LED drive circuit follows up quickely, and there are many drive modes and design schemes. LED lighting will not be able to demonstrate the advantages without a good drive circuit in the area of LED lighting. It is very important to make the current constant strictly, since the High-power LED is the current type devices. However, the choice of high-power LED drivers, depends on many influential factors include LED's electrical characteristics of the circuit and so on. The LED driving method was discussed in this paper, and a constant current drive switching circuit is designed based on MC34063A, which is a single chip bipolar linear integrated circuits.The actual production of the circuit and the LED's light debugging is designed through the drive circuit theory, and the design of the LED drive circuit can guarantee the stability of luminescence. Keywords: High-power LED; Constant current; Driver Circuit. Classification: TP858 目 次 摘要 I 目次 III 1. 引言 1 1.1 LED光源的优点 1 1.2 LED驱动电路的要求 3 2. LED驱动电路原理 5 2.1 镇流电阻方案 5 2.2 镇流电容方案 6 2.3 线性恒流驱动方案 7 2.4 开关恒流驱动电路 9 3. LED驱动电路设计 10 3.1 芯片的选择 11 3.1.1 MC34063A管脚及工作特性 12 3.1.2 MC34063A内部结构框图 14 3.2 单端反激式开关电源原理 16 3.3 电路方案设计 17 4. 电路调式 20 5. 结论及展望 20 5.1 实验结论 21 5.2 展望 21 参考文献 22 附录A 22 作者简历 24 学位论文数据集示例 25 1.引言 LED即发光二极管，是一种用途非常广泛的固体发光光源，是具有节能、环保、小尺寸、快速、鲜艳多色彩、长寿命、启动时间短、无紫外线输出、工作电压低和使用安全等优点的新型光源。近年来，除了常规的作为指示、显示等应用外，随着LED研发技术的不断突破，高亮度、超高亮度、大功率的LED相继问世，特别是白光LED的发光效率已经超过了常用的白炽灯，正朝着日常照明应用的方向发展，大有取代传统的白炽灯甚至节能灯的趋势。 中国台湾地区聚积科技有限公司董事长杨立昌具体解释说：“LED 显示屏市场将会保持17%-24% 的年增长率，尤其在中国，在2008年奥运会和2010年世博会的推动下，传统的交通指示屏、广告屏等都将逐渐被LED显示屏所取代。同时，应用在建筑及户外的LED装饰照明也会越来越广泛。此外，未来还会有越来越多的笔记本电脑、汽车导航系统、DVD 等产品使用LED作为7寸LCD屏的背光系统。”另一个正在蓄势待发的LED应用市场是汽车电子，美国国家半导体亚太区电源管理产品应用工程师程文涛指出：“LED 的反应时间比钨丝灯泡大约快250ms，其无须预热、可以即时启动的优点对于汽车应用来说非常重要”。2007年春天，首辆采用LED作车头灯的汽车Lexus LS 600h已经面世。在几年之后，LED在车头灯、前向灯、仪表板背光、转向灯等应用领域将会有美好的发展前景[1,2]。随着大功率LED的问世，因其发光效率是一般荧光灯或白炽灯的5-7倍，节能效果十分显著。因而，大功率LED具有广泛的应用前景。 1.1 LED光源的优点 LED光源具有很多优点，包括： 1） 发光效率高 LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24 lm/W，荧光灯50-70 lm/W，钠灯90-140lm/W，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到100-200 lm/W，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。目前，世界各国都加紧了提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大提高。 2） 耗电量少 LED的反应速度快，可在高频操作,同样明效果的情况下，耗电量是白炽灯的八分之一，荧光灯管的二分之一。日本估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED替代日本一般的白炽灯和荧光灯。每年可节约资源相当于60亿升原油。就桥梁护栏灯而言，同样效果的一只日光灯40W，而采用LED每只的功率只有8W，而且可以七彩变化。 3） 使用寿命长 LED采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。单个LED发光二极管，当亮度减半时，理论寿命可达到10万小时。LED灯具使用寿命可达5-10年，可以大大降低灯具的维护费用，避免经常换灯之苦。而且，LED照明器材的整体封装材料(如灯带塑料和灯壳)在日晒雨淋下容易损坏，也直接影响LED照明器材的整体寿命。 4） 安全可靠性强 LED发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全接触；能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质；内置微处理器可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术的结合。LED尺寸小、重量轻、不易破碎、防震以及24V的工作电压等特点，所以在各种环境下都显得十分安全可靠。 5） 环保 LED为全固体发光体，抗震动、耐冲击、不易破碎、废弃物可回收,没污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。当然，节能也是我们考虑使用LED的主要原因，也许LED光源要比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的投资，从而获得4-9年中每年几倍的节能净收益期。如果应用在夜景照明，可以以简洁明快的夜景照明方式突出建筑物的形状特点和使用功能，充分体现建筑师的设计风格及意图；通过相邻面间的亮度变化和颜色差异，突出建筑物的轮廓，保证建筑物的完整性并具有良好的立体感；避免大量使用大功率投光灯，以减少眩光和由此产生的光污染，使灯光对环境的干扰降低到最小值[3]。 LED光源除了无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰、无有害射线五项优点之外，在照明领域中，特别是在景观照明中，还有很多优势。如： 低压供电——无高压环节，为了绝缘的开销要小得多，可靠性高； 附件简单——无启动器、镇流器或超高压变压器； 结构简单——具有固体光源的最大优点，不充气，无玻璃外壳，无气体密封问题，耐冲击； 可控性好——响应时间快（微秒数量级），可反复频繁亮灭，基本无惰性，不会疲倦； 色彩纯厚——由半导体PN结自身产生色彩，纯正，浓厚； 色彩丰富——三基色加数码技术，可演变任意色彩； 轻质结构——节材，节约费用；对灯具强度和刚度要求很低； 总之，LED同其他传统光源相比具有很大的优势，预计在不久的将来它将主宰照明行业，成为新一代的理想光源，为人类的照明史谱写新的篇章。 1.2 LED驱动电路的要求 大功率LED的功率至少在1W以上，目前常见的有1W、3W、5W、8W和10W几种。其驱动方式都是直流驱动，而直流驱动又分为恒压和恒流两种方式。根据LED的电压、电流变化特性，目前很多厂家生产的LED灯类产品（比如护栏、灯杯、投射灯等）采用恒压驱动，无非是采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管稳压，或用开关电源方式，想LED供电，这样驱动LED的方式存在极大缺陷。首先是，恒压驱动效率低。其次是，稳定电压的能力差。第三，由于LED的管压降不一致，从而其发光效率也不大一样。因此，LED的驱动方式最好的办法是恒流驱动。由于大功率LED的管压降不一致，另外，LED受其结温和环境温度的影响较大，所以用多个LED串联，用恒流驱动可消除正向电压变化所导致的电流变化，因而产生恒定的LED亮度，有效的克服上述缺点。 LED驱动电路除了要满足安全要求外，还应具备两个基本功能：一是尽可能保持恒流特性，又使其在电源电压发生 的变动时，仍应能保持输出的电流在 的范围内变动；二是应保持较低的自身功耗，这样才能使LED的系统效率保持在较高水平。随着更新一代大功率LED所需的驱动电流的增加，要更多的考虑到LED本身和电流驱动电路的散热管理和功耗等问题。除了上述原因外，LED也需要更大稳流来保持颜色、亮度和使用时间，因此现在逐渐采用开关稳压器和控制器来提供驱动大功率LED所需的恒定电流 由于受到LED功率水平的限制，通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求，因此，需要专门的驱动电路来点亮LED。目前比较常见的驱动方式都是直流驱动，而直流驱动又分为恒压和恒流两种方式。根据LED 的电压、电流变化特性，目前很多厂家生产的LED灯类产品采用恒压驱动，无非是采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管稳压，或用开关电源方式，向LED供电，这样驱动LED的方式存在极大缺陷。首先是效率低。其次是稳定电压的能力差。因此，LED的驱动方式，最好的办法是恒流驱动，恒流电源可消除正向电压变化所导致的电流变化。因此可产生恒定的LED亮度。 为什么要用恒流驱动，而没有选择恒压驱动呢？本文考虑到，LED是电流型器件，LED在工作的时候会发热使其温度升高，如果采用恒压方式驱动，LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化。由温度或电压变化引起的特定压变，导致正向电流降低，正向电压变化11％会导致更大的正向电流变化，达30％。电流的变化较大，使LED的亮度不能恒定。 本文的目的就是探讨大功率LED的驱动方式和对大功率LED驱动电路进行设计。论文的安排如下：第一章,介绍LED和LED光源的发展背景、优点优势及驱动电路要求；第二章，LED驱动电路的原理及驱动方式；第三章，介绍了本文设计的一个大功率LED恒流驱动电路；最后试验结论及展望。 |
大功率LED驱动电路设计
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