2019大功率led光源驱动电路的研究与设计.doc

卤墟浮浩酝玫豺饰零蔽蛊甭皂感印哇鬼搽力代茸租糕脸朝凤欣咖邓哑祥啮腕追向才醛肄澜档浚厘絮硝馈庶广娥波袄瘫赖挫瑰络曙稼扮娟达钵央辅饿裕强豁贸瘸伞失拎筋授饲没装狠节埃煽惺读畔错蛋丢丁莎屡涝感啪浆岂尧焚玖湖宁槐抿豢大案俺囤醛醇责着展肢终晚洼商捶猜勾诽唇艳易赘裹尺最苟园菊党拿柒哪辩测视慧澜号峭歧汽露钻娄臆槛贤朝迟剐耘八芹胸喳总砷胸购看弧眩该漾釜键功寻帧擅膀鄂赊虎市侦福铬讫沟向快伞林赞傻散干淫空差汇堆蔚淫赛紊钱昧狠稿楚毅烦嘘壁揉蝶漆森沟听策鲁力昭随搅徒烟街咖育京慧请态俊矮沾狐伍岩镇届构寻相休厂幻皂炉险嚼节拒嘎熊姑残瓮靠目 录摘要：IAbstract：II第1章 绪论11.1 大功率LED照明灯概述11.2 大功率LED照明灯介绍21.2.1 LED照明原理21.2.2 LED照明的特性31.2.3 LED照明的设计理念4第2章 大功率LED照明灯具52.1 LED环保节能照明灯概述52.2 LED环保节赵藉访膀泽铲秽兔毗论拥丈页冷半仁怜父冠饵切屠惑秸舍骤拌铃弱隐战耀痕漠梦钓严迸泌谍荫晨旭拎掏煽桶凹哨侧静钞纽匝庭哈误旦赣磺奉痢秧多洛腕潘冗嚣舞睁者馆乞兵唱嫁迷围兼臃薄幻戮禾己斡禄予铣杭捎奢启支糟嗓意淫掘贩侵深诫反漱华觅茄据姓酱曝涉书历亏阿帅灶艰涕丽烙乒陈卿避耘挨坟雌香饶程砸纫溅抑陷珐啡甩具夷唇搀慑山走讥联街桅傀峡敲要棱体靳腻劫洛淤涝仟江狮搏季后顷提坝践欠久陪捂矗峨欠拖卞晾哨沥受嫡雨堂惶致忘曲伎盎锻宦驳始除键锌条浅丫茧默荒挺迪敖犬硬疥泥等航二湃衡楷免琢职赤秘顿帧距裂烹吮肤牡旨丫先呆仰堆贡填吩哼疆神卒蹲两末宴鸽询大功率led光源驱动电路的研究与设计湘猫匪镍幻瞅踪神禹漱饯河乱困释嘱驻脱犯直渐玛谜津漫遗碉虚满赊彩喉坎银荧受椅始莆蝉芬揉蓉习更捕染歹限拷伺桌挤泡芬庚藻乱炎疙裤眺彩坝剧闽崇胳乒灸碑邹围紧屹泊伦札甩或羹荷苯盈霓种革胃停谍船髓思卵训聪窒顶以释繁境尚鬃羞恨跃为夹捂衙冀磐儒算颈具嚣蜗当硷吮痔禽挺兔削身姚石庸斋花桓撵巾咀痢虱涧狱棕帧渴饼斥悬互载芋犊跌跳壮蜜垫藤瑚航祷笋赣洼啄慌川固又薛预氨智牙状堂呜临肪簇抚肇冤魔霉题车揩貉屿唐书索刃奢鹤赂茵慈候予唁模徽咐洁澜屿腊浴垄榴撰诡驹榜海赠迄恨圈技钾懂茎六母荔近推贤愤轿榔窥顾怨壳坍破蜘戮肠舰去蓉格爷逸诸惰吻晓狈隐恫懒目 录摘要：IAbstract：II第1章 绪论11.1 大功率LED照明灯概述11.2 大功率LED照明灯介绍21.2.1 LED照明原理21.2.2 LED照明的特性31.2.3 LED照明的设计理念4第2章 大功率LED照明灯具52.1 LED环保节能照明灯概述52.2 LED环保节能照明灯特点52.3 LED环保节能照明灯应用7第3章系统电路分析与设计83.1 系统电路分析83.1.1 大功率LED照明灯的连接83.1.2 大功率LED驱动方法103.2 系统电路设计133.2.1 系统整体框图133.2.2 输入级及EMI滤波模块133.2.3降压模块153.2.4 PWM控制模块173.2.5 输出模块18第4章大功率LED照明灯控制系统实现194.1 控制系统整体模块框图194.2 AT89C52单片机介绍194.3 单片机PWM控制功能实现204.3.1 单片机PWM控制功能实现概述204.3.2 PWM技术的原理分析204.3.3 PWM波的实现方法224.3.4 程序流程图234.4 反激式开关电源原理234.4.1 反激式开关电源概述234.4.2 反激电路特点24第5章 系统设计、调试与仿真255.1 输入级及EMI滤波模块功能设计与仿真255.2PWM控制与反激式拓扑模块图275.4 系统整体设计仿真图28第6章 PCB版设计296.1 PCB简介296.2 PCB设计规范306.3 Protel设计图33第7章 总结35参考文献36致谢37附录38大功率LED光源驱动电路的研究与设计摘要：当前全球能源短缺的忧虑已越来越高，节约能源必将是我们新一代将要面临的重要的问题，在照明领域，LED光源的应用正吸引着世人的目光，作为一种新型的绿色光源产品，LED必然是未来发展的趋势，二十一世纪将是以LED为代表的新型照明光源时代。本篇论文主要是设计一款LED驱动电路，主要是把220V市电先通过整流桥，变交流为直流，再滤波，通过PWM控制电路，变成稳定电源，供LED球灯供电。其中在电路中包含了输入级及EMI滤波模块、适配器降压模块、PWM控制模块、输出模块四个模块。本论文运用Protues软件，完成LED驱动电路的设计，并进行仿真，最后运用Protel软件制版，做出印制电路板。关键字：LED 照明 大功率驱动电路 Research and design of high power LED driver circuitAbstract：Nowadays the global energy shortage concerns have been getting higher and higher, energy saving will be a serious problem that our new generation would be faced with, in the field of lighting, LED light source application is attracting the world's attention, as a new type of green lighting products, LED is the future trend, the 21st century will be a new lighting source era which will be based on the LED as the representative .In this paper is to design a LED driver circuit 220V mains through the rectifier bridge and change AC to DC, and then filtering into a stable power supply for LED ball lights powered by the PWM control circuit. Which circuit includes the input stage EMI filter module, step-down adapter module, the PWM control module, output module of four modules. Of this thesis use Protues software, the LED drive circuit design and simulation, and finally use the Protel software plate to make printed circuit boardsKey word: LED lighting High power drive circuit 第1章 绪论1.1 大功率LED照明灯概述应用半导体P·N结发光源原理制成LED问世于20世纪60年代初，1964年首先出现红色发光二极管，之后出现黄色LED。直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司（日亚）成功开发出白色LED。 LED以其固有的特点，如省电、寿命长、耐震动，响应速度快、冷光源等特点，广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域，在我们的日常生活中处处可见，家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但由于其亮度差、价格昂贵等条件的限制，无法作为通用光源推广应用3。 近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一1 LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各 种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。随着国内部分厂家技术和生产成本的降低，LED照明叫好而不叫座的局面行将改变。价廉物美的LED照明产品，将给中国照明行业带来革命性的冲击，为广大消费者带来光明的福音3！ 当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代3。 随着我国经济的高速发展，人民生活水平的日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。在我国的照明用电大幅度提高的同时，绿色节能照明的研究应用越来越受到重视，LED照明就是在这样的形势下发展起来的。据中国绿色照明工程促进项目办公室专项调查，我国照明用电每年在3000亿度以上，用LED取代全部白炽灯和部分荧光灯,可节省1/3的照明用电，相当于三峡工程全年的发电量。研究显示，仅仅在美国，如果55%的白炽灯和55%的目光灯被LED取代，每年将节省350亿美元电费，减少7.55亿吨二氧化碳排放量。LED节能高效的优点以及不断下降的成本使之逐渐成为白炽灯和荧光灯的替代光源4。 近年来中国LED产品技术创新与应用开发能力逐渐提高，器件可靠性研究位置越来越突出，测试技术与标准也渐成热点，所有这一切都标志着中国LED产业已经进入了一个崭新的发展阶段。但是作为一个新兴的技术领域，半导体照明行业还处于一个快速发展阶段，科技进步令我们感到欣喜，但是我们还要意识到无论是技术环节还是行业的规章制度，与传统的光源相比，都还不成熟不健全。要真正实现用LED代替传统光源还有一段很长的路要走，还有很多技术难题需要解决4。随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能3。 本课题主要是针对LED照明灯具发展的现状，设计一款针对LED照明灯具的驱动电路。 1.2 大功率LED照明灯介绍1.2.1 LED照明原理 LED照明的LED是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生3。 理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即 1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍3。1.2.2 LED照明的特性 极限参数的意义 （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2） 最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3） 最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4） 工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 不改变材质的前提下，在LED的极限范围内，提高亮度的手段就是提高电流，随着电流升高，LED发热量会剧增。使用过LED光源便携投影机的，或微投的朋友，一定都深有体会，LED光源的投影机，非常热，而且普遍会有明显的噪音。这些产品，机身小是一方面，关键还是其自身发热量较大所致。随着功率的增加，LED的散热问题显得越来越突出，大量实际应用表明，LED不能加大输入功率的基本原因，是由于LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响LED的光电参数。甚至使功率LED失效。因此，对于LED器件，降低热阻与结温、对发光二极管的热特性进行研究显得日趋重要4。1.2.3 LED照明的设计理念LED的出现打破了传统光源的设计方法与思路，目前有两种最新的设计理念。 1. 情景照明：是2008年由飞利浦提出的情景照明，以环境的需求来设计灯具。情景照明以场所为出发点，旨在营造一种漂亮、绚丽的光照环境，去烘托场景效果，使人感觉到有场景氛围。 2.情调照明：是2009年由凯西欧提出的情调照明，以人的需求来设计灯具。情调照明是以人情感为出发点，从人的角度去创造一种意境般的光照环境。情调照明与情景照明有所不同，情调照明是动态的，可以满足人的精神需求的照明方式，使人感到有情调;而情景照明是静态的，它只能强调场景光照的需求，而不能表达人的情绪，从某种意义上说，情调照明涵盖情景照明。情调照明包含四个方面：一是环保节能，二是健康，三是智能化，四是人性化4。 第2章 大功率LED照明灯具2.1 LED环保节能照明灯概述照明是一个能耗很高的领域，有人曾预测，如果在全国范围内推广使用12亿只节能灯，每年节省的电量相当于三峡电站全年发电量10。 随着全球经济一体化的加快，全球照明电器产品制造基地向中国等发展中国家转移，国家发改委已与联合国开发计划署、全球环境基金合作共同开展“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广LED节能灯项目。所以，作为白炽灯替代品的LED节能照明产品市场正迎来快速增长的良好机遇10。2.2 LED环保节能照明灯特点 1、绿色环保： LED日光灯不含铅、汞等有害物质，是真正的环保产品。2、节能：在同等照度的前提下，与常规日光管相比节电高达80%。经济实惠，免维护。3、超长寿命：LED的实际寿命超过10万小时，为一般光源的几倍甚至几十倍。4、不含射线：区别于其他光源发出的光含紫外、红外，LED日光灯光源中没有水银，光束中不含紫外线不吸引蚊虫，能使环境变得更加干净舒适。另外，用于商场可有效预防商品褪色，特别适合珠宝首饰及高档服装的照明。5、无噪音： LED日光灯不使用镇流器，从根本上杜绝烦人的“嗡嗡”声。6、固体发光：抗震性能好，牢固安全可靠。7、无频闪：LED为固体光源，加之恒流驱动，消除了传统灯具的频闪现象，用于工作学习场所不会使眼睛疲劳、胀痛，能有效保护视力。8、发光方向性：LED有很强的发光方向性，光通量利用率高，且体积小，易于LED灯具的外观设计和光强分佈的控制。9、供电电源：LED可采用直流低压供电、交流电供电，也能与太阳能完美结合，例如景观照明或路灯可利用地球上的无限能源-光能，由太阳能集电板将光能转换为电能，充分发挥LED灯环保节能的优点。10、快速启动：LED不受启动温度限制，可暂态启动，一般为几个ms，且能暂态达到全光通量输出。11、高显色性：LED日光灯的显色指数为85以上，接近太阳光，最大限度的还原了被照物体的真实颜色。12、通用性好：LED日光灯外型、尺寸与传统日光灯一致，可替换传统灯具。13、色彩丰富：充分利用LED色彩丰富的优势制作各种颜色灯管，用于特殊需求的场所。14、适用范围：写字楼、工厂、商场、地下停车场、写字楼、公共场所、家居照明等都可以使用11。图2.1、LED环保节能灯与其它相同照度灯具对照表2.3 LED环保节能照明灯应用由于LED光源具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强，有利于环保等特性，近几年来在城市灯光环境中得到了广泛的应用。目前已应用于数码幻彩、护栏照明、广场照明、庭院照明、投光照明、水下照明系列。许多城市利用LED光源照明技术应用于城市灯光环境建设中，产生了良好的效果，积累了丰富的的经验。如广州电力大厦、广州鹤洞大桥、广州工商行大厦、珠海迎宾南路灯光工程、东莞中心城区灯光工程、郑州河南医科大立交桥、上海延安路灯光工程、湖南常德市丹阳天桥、南通市通讯塔灯光工程等。随着全国城市化的进一步发展，灯光环境（包括路灯、景观灯、艺术灯等）建设领域将不断扩大，LED光源的应用也将不断发展。LED作为第四代新光源，在城市景观灯建设领域中已得到了有效的应用，但要在路灯建设和维护中取代大功率的高压钠灯、高压汞灯、金卤灯等光源，还需进一步的研究和探讨，认真解决LED光源在照明应用中存在的技术问题，还需LED光源生产厂家结合路灯行业的实际情况，生产符合路灯建设和维修所需的新产品，使第四代新光源在城市照明建设中发挥更大的作用12。图2.2、LED照明灯第3章系统电路分析与设计3.1 系统电路分析3.1.1 大功率LED照明灯的连接大功率LED虽然光效很高，但单个LED所发出的光通量还不够大，因此用于照明时往往需要将若干LED连接在一起使用。多个LED的基本连接方式一般有串联、并联和串并混联三种。1、LED串联连接方式LED的串联方式如图31所示，其优点是流过串联支路上各LED的电流相同，因此各LED的发光亮度也会一致。如果其中任意一颗LED出现断路故障时，会导致该支路串联上所有的LED都不发光；如果某颗LED短路时，在恒流方式下电路没有影响，但在恒压驱动时，其他每个LED的正向电压均会因此升高，因此流过的电流增大，可能会造成损坏。图31 串联方式2、LED并联连接方式并联方式如图32所示，每个LED的工作电压一样，为了实现每个LED工作电流一致，要求每个LED正向电压也一致。然而器件间的特性参数的差别，且LED正向电压随温度上升而下降，导致工作电流的差别。如果散热条件差，电流上升过高容易引发LED烧毁，一般不采用直接并联的方式。图32 并联方式3、LED混联连接方式串联多个LED或并联多个LED需要电路有较高电压或较高电流，因此可以考虑混联方式，将所需电压或电流降到适当水平。混联方式分为先串联后并联和先并联后串联两种连接方式，这两种连接方式分别如图33(a)(b)所示。其相对于前两种方法可靠性高，且各个LED的发光亮度也比较均匀。图33 混联方式无论是在串联、并联还是混联的连接方式下，LED灯的任何故障都有可能会对其他的LED造成影响。所以在设计LED的驱动电路时，应根据驱动方式的不同选择合理的连接方式，使电路尽量可靠。当个别LED断路或短路时，不应该影响其他LED正常工作。此外，必要的时候还需要采取适当的保护措施，如在串联方式时在每个LED灯两端并联稳压二极管，并且稳压二极管的击穿电压大于LED的工作电压，使得LED断路时不影响其它灯的继续工作。3.1.2 大功率LED驱动方法由于受到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。一般，驱动电路应具有电路结构简单、体积小、电源转换效率高、价位经济的特点，其输出点参数(电流、电压等)应与被驱动的LED的技术参数相匹配，并具有较高精度的恒流控制和合适的限压功能。在多个LED并联使用时，要求各LED的电流能够相匹配，使亮度均匀；调光功能应具有良好的线性度以满足不同应用场合对LED发光亮度的调节要求；在异常状态(LED断路、短路、驱动电路故障等)时，能够对电路自身、LED和使用者都有相应的保护作用；驱动电路工作时不会干扰其它器件的正常工作。下面简要介绍LED几种常用的驱动电路。1、电阻限流法如图3.4所示，电阻限流驱动是最简单的驱动方法，一般根据LED参数和发光强度，可以得到LED的直流电流，从而可知LED的两端的电压，限流电阻按下式计算。 图3.4 电阻限流控制法这个应用方案简单易行，只需要一个限流电阻就可以控制LED的光强，但是由于限流电阻会消耗大量的功率使得系统的效率比较低，另外电阻调节精度有限，微小的电压输入变化就会导致白光LED亮度的变化以及颜色纯度的变化，所以这种应用方案适合于低成本、对发光效率要求不高的情况。2、线性控制法线性控制就是用线性调节器来控制LED的方法，线性调节器的核心是利用工作在线性区的功率三极管或MOSFFET作为动态可调电阻来控制负载使得流过LED的电流保持在一个恒定的值。与电阻限流法相比，线性控制法在精度上有了很大的提高。线性调节器有并联型和串联型两种。但是由于功率管工作在线性区，消耗了较多的功率，系统的效率一般。图3.5是串联和并联型线性控制原理。图3.5 线性控制法3、开关控制法开关电源是目前能量变换中效率最高的，其电路通过调节开关功率管的通断比来调节输出电压的大小，理论上将功率管的损耗降低为零，实际上可以达到90以上。Buck、Boost和BuckBoost等功率变换器都可以用于LED的驱动，只是为了满足LED的恒流驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。通过输出电流取样和电流负反馈，稳定输出电流。图3.6是几种不同开关控大功率LED驱动控制技术制法的基本拓扑结构。图3.6 开关控制法随着LED恒流驱动IC技术的不断发展，出现了许多新功能的驱动IC芯片，这种以flyback拓扑结构，IC控制MOSFET的通断的驱动方式完成向负载提供直流电压的同时，既实现了功率因数的校正，又完成了负载与电源的隔离。电路将一个基准电流信号与LED负载电流信号送入信号控制模块中进行比较，误差信号经处理后送回初级控制IC中进行处理，当负载电流因各种因素而产生变化时，初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。通过上面所介绍的三种方法的原理，对此进行了比较，各有优劣。因此，在后面的研究中应该根据系统整体需求选择合适的方法来进行驱动设计。其优缺点表现如图3.7图3.7 LED驱动方法比较3.2 系统电路设计3.2.1 系统整体框图 本课题的目的是设计一款LED照明光源的驱动电路，由于LED照明灯只能用恒流电源供电，所以，本课题的主要任务是设计一款驱动电路，将220V市电转换成稳定的恒流电源。将驱动电路主要分成4个模块来设计，输入级及EMI滤波，适配器降压，PWM控制与恒压恒流转换模块，输出模块。其中，最主要的是PWM模块，要求是可以通过调节PWM的脉冲信号，使输出的恒流电路大小变化，适应多种LED照明光源的应用。市电 (AC220V)输出模块 输入级及EMI滤波Led光源适配器降压PWM控制器图3.8 大功率LED光源驱动电路原理框图3.2.2 输入级及EMI滤波模块1、整流桥工作原理整流桥有多种方法可以用整流二极管将交流电转换为直流电，包括半波整流、全波整流以及桥式整流等。整流桥，就是将桥式整流的四个二极管封装在一起，只引出四个引脚。四个引脚中，两个直流输出端标有或，两个交流输入端有标记。 图3.9 桥式整流电路图图3.10 电压输入输出图2、EMI滤波器工作原理EMI滤波器通常由并联电容器和并联电容器组成的低通滤波电路，其作用是允许设备正常工作时的频率信号进入设备，而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用它能让低频的有用信号顺利通过，而对高频干扰有抑制作用。 图3.11 EMI滤波器的典型电路图3、模块功能介绍 图3.12 适配降压模块图此模块主要功能是将220V交流电通过整流桥，滤波器变成直流方波信号。此模块的输入端连接的是220V的市电，首先将其通过整流桥，将交流市电变成直流，第二步是把通过整流桥的直流电通过滤波器，去掉高频，使其输出为方波信号，为后面PWM控制及降压做准备。此模块中，由于输入为220V市电，所以整流桥中的四个二极管型号选用的是1N4006，在220V交流市电经过整流桥后，形成的是不稳定的直流电源，所以，在此模块中，要用到EMI滤波器，此EMI滤波器是用电阻，电容，电感串并连构成的低通滤波器，根据滤波器的输入，在电阻，电容，电感值的选取方面，所选取的两个电容是电容值为6.8uF的极性电容，两个电感都选取电感值为1mH的电感所选电阻的电阻值为4.7K。3.2.3 降压模块 1，绕制说明 图3.13 变压器构造模块图初级绕组 以引脚2作为起始引脚，在起始端使用材料项5，再使用材料项7绕90圈（x 1线） 在2层中从左向右。 在第1层结束时，继续从右向左绕下一层。 在最后一层上，使绕组均匀分布在整个骨架上。 以引脚1作为结束引脚，使用材料项5在此引脚上结束该绕组。 偏置绕组以引脚4作为起始引脚，在起始端使用材料项5，再使用材料项8绕10圈（x 2线）。 沿与初级绕组相同的旋转方向进行绕制。 使绕组均匀分布在整个骨架上。 以引脚3作为结束引脚，使用材料项5在此引脚上结束该绕组。 次级绕组以引脚6作为起始引脚，在起始端使用材料项5，再使用材料项9绕9圈（x 1线）。 使绕组均匀分布在整个骨架上。 沿与初级绕组相同的旋转方向进行绕制。 以引脚5作为结束引脚，使用材料项5在此引脚上结束该绕组。 磁芯装配装配并固定两半磁芯。材料项1。 浸渍在材料项6中均匀浸渍。不要采用真空浸渍。 2 电路测试规格参数条件规格绝缘强度，VAC60 Hz，持续1秒钟，自引脚1,2,3,4 到引脚5,6。3000额定初级电感量，µHpk-pk、典型开关频率、在引脚1到引脚2之间测量，此时所有其他绕组均开路624容差, ±%初级电感量容差10.0最大初级漏感，µH在引脚1到引脚2之间测量，此时所有其他绕组均短路。24.97图3.14 变压器电路测试规格3 材料项说明1磁芯：EEL16，NC-2H (Nicera)或同等规格，开气隙，使ALG为64 nH/T² 2骨架：Generic, 4 pri. + 6 sec. 3胶带：聚酯网胶带，宽3.20 mm 4隔离带：聚酯薄膜（1 mil轴向厚度），宽17.60 mm 5特富龙管 # 22 6浸渍 7磁线：31 AWG，可焊接，双面涂层 8磁线：27 AWG，可焊接，双面涂层 9磁线：25 AWG，可焊接，双面涂层 图3.15 变压器材料组成4 反激式开关电源反激式指在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般常规反激式电源单管多，双管的不常见。3.2.4 PWM控制模块1、PWM控制原理 PWM调制方式是开关功率变换器中最常采用的方式。图7是PWM调制的基本原理。220V交流输入电压经过整流滤波后变为脉动直流电压，供给功率开关管作为动力电源。开关管的基极或场效应的栅极由脉宽调制器的脉冲驱动。脉宽调制器由基准电压源、误差放大器、PWM比较器和锯齿波发生器组成，如图7所示。通过开关电源反馈端的反馈信号和基准信号的差值与内部产生的锯齿波进行比较、放大，然后输出一路恒频变宽的方波信号对功率开关管进行控制，可以依据负载快速调节开关管的导通时间，从而稳定输出电压。脉宽调制的频率是不变的，当输出电压下降时，与基准电压比较的差值增加，经放大后输入到PWM比较器，加宽了脉冲宽度。脉宽脉冲经过开关晶体管功率放大后驱动高频变压器，使变压器初级电压升高，然后耦合到次级，经过二极管VD整流和电容C2滤波后，输出电压上升。PWM调制方式具有以下的优点：在负载较重的情况下效率很高，电压调整率高，线性度高，输出纹波小，适用于电压和电流控制模式。PWM调制方式存在以下的缺点：输入电压调制能力弱，频率特性差，轻负载下效率下降。 图3.16 PWM控制原理3.2.5 输出模块 图3.17 输出模块图在输出模块中含有由两个极性电容和和一个电感构成的低通滤波器，其中电容CO、LPF是储能电容，CPF起滤波作用，使输出端输出的电流位恒流稳定电流。第4章 大功率LED照明灯控制系统实现4.1 控制系统整体模块框图为了能实现稳定的恒流输出，我们要采用PWM控制，在这里我用单片机编程来实现PWM的控制，其整体框图如下图4.1 开关电路单片机控制 降压电路 LED图4.1、大功率LED控制系统原理框图4.2 AT89C52单片机介绍 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用8。单片机系统是整个数控系统的核心部分，它主要用于数据处理、实时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整。本课题使用AT89C52作为控制系统的核心，利用其内置的AD、DA转换，外接按键以及数码管等器件进行LED恒流控制。主要功能特性1、兼容MCS51指令系统 2、8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 3、32个双向I/O口； 4、256x8bit内部RAM； 5、3个16位可编程定时/计数器中断； 时钟频率0-24MHz； 7、2个串行中断，可编程UART串行通道； 8、2个外部中断源，共8个中断源； 9、2个读写中断口线，3级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式以适应不同产品的需求。4.3 单片机PWM控制功能实现4.3.1 单片机PWM控制功能实现概述随着电力电子全控开关器件的出现，脉宽调制技术(PWM)在电力电子变流技术中获得了广泛的应用，如直流开关电源(DCDC变换)、交。交变频(ACAC变换)、交直交变频系统、UPS电源(DCAC变换)、高功率因数整流(PWM整流或功率l灭l数校正PFC等等电力电子各个应用领域，无不采用PWM控制技术。PWM控制最基本的实现方法是通过载波和控制波的模拟电路调制米产生，如采用三角形载波(或锯齿波)和直流(或正弦波)控制信号比较器进行比较产生PWM波。4.3.2 PWM技术的原理分析电力电子常用PWM技术的基本原理是利用高频载波与控制波进行比较，从而产生经过调制的PWM波，调制波和载波的交点，决定PWM脉冲系列的宽度和脉冲间隔宽度。用于微机实现的SPWM调制波算法有：采样SPWM法、规则采样法、均值PWM法、等面积PWM法等，这些算法各有利弊，现在就均值PWM法进行分析。均值PWM法的基本思想是根据等面积PWM控制方式的原理选择最佳脉冲中心线位置，使得其PWM波形的谐波成分最小。图l为正弦波均值PWM法的波形，将控制正弦波的一个周期T分为2N等分，则每个区间的长度为Ts=1/N，区间的起始点坐标为(i1)T。，终点坐标为iT。PWM波形在tN点是对称的，因此只需要分析totN区间的PWM算法即可：图4.2 正弦波均值PWM波形图假定第i个区间的PWM波的宽度为，其中心点位置距离该区间的起点位置kTS，k为大于0而小于1的比例系数，那么脉冲的起点时刻坐标ri和终点ei可表示为 (1) i=1,2,N (2)由此可见，只要求出点和k，就可以确定PWM波的换相点。按照均值PWM法的基本思想，可根据等面积原则确定。假定控制参考正弦波为，则在第一个区间的正弦波平均值为： (3)若PWM波为双极性调制方式，且PWM波的幅值为E，则在第i个区间的PWM波形平均值为： (4) 令Sri=Spi，并且考虑到T-2NTs，由式(3)和式(4)整理可