照明led驱动电源的设计本科毕业论文(编辑修改稿)

照明led驱动电源的设计本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

室寿命可达 100000h，且光源可以频繁地亮灭，而不会影响照明 LED 驱动电源的设计 7 其寿命，并且启动速度非常快。 （ 6）可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅的大小，从而发出各种颜色的光线，且彩度更高。 （ 7）光源中不 添加汞，有利于保护环境。 （ 8） LED 发光具有很强的方向性。 （ 9）使用低压直流电，具有负载小、干扰弱的优点。 （ 10） LED属于低电压，高电流驱动。 所以很小的电压变化就能引起电流的强烈的变化，影响二极管的发光均衡，严重的会烧坏 LED。 由此产生 LED 的均、流均压的问题。 可以选择 LED 的串接和并接，同时会出现如何达到输出恒流稳压的问题。 开关电源发展很久，各方面技术都比较全面。 但是在驱动 LED 方面，各种技术还不是很完善，尤其在驱动高功率方面和电路电流的稳压恒流方面还有待完善。 LED 的发展和开关电源的发展是紧 密联系在一起的一个整体，驱动 LED就必须有一个稳定的恒流电源。 本文就对驱动 LED 的电源做出一点想法，尤其是在恒流的问题上。 2 LED 照明开关电源电路分析 LED 照明开关电源的组成电路 目前市场上用于照明的 LED 光源电路普遍采用简单的电阻限流方式 ,而电源的供电电压一般变化范围较大。 上述研究表明 ， LED 的特性接近稳压二极管工作电压变化 V ， 工作电流可能变化 20 MA 左右 ， 容易造成 LED 的损坏 ， 降低产品的可靠性。 所以电路设计时最好采用具备自动恒流特性的驱动电路 ， 另外降低电路设计的复 杂程度也是提高 LED 光源可靠性的有效途径之一。 组成电路的综述 陕西科技大学毕业论文 8 开关电源将频率为 50Hz、 200V 的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流为几百毫安以下的直流电压。 单相交流电经过电源变压器整流电路滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，输出恒定的直流电流，用于驱动 LED 灯源阵列，总体电路框图如图 所示。 图 一种 LED 常规驱动电路如图 所示 （见附录Ⅰ）。 该电路由降压 (220V/12V)式电源变压器、桥式整流器和滤波 电容 (C1)组成， R1 为LED 电流设置电阻。 驱动电路虽然电路简单，成本较低，但电流调节性能很差，并且在EMI 滤波 整流滤波电路 高频变压器 稳压电路 PWM控制电路 过压、欠压、过热保护电路 取样 软启动电路 过流保护 输出恒 流 LED灯源阵列 照明 LED 驱动电源的设计 9 AC 线路电压瞬态升高时，很容易使 LED 损坏。 所以必须加上各种滤波电路和恒压，反馈等控制电路。 使电流恒定的输出，保证 LED 的使用安全和发光的稳定和均衡。 下面就对这些方面的内容做出分析。 电路功能介绍 （ 1）主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括： 输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直 流电，以供下一级变换。 逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。 输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 主电路通过滤波，整流，交变整流等得到输出所需要的直流电流。 但是这个还是不完善的，还需要辅助控制电路的取样反馈控制。 （ 2）控制电路 一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 驱动 LED 需要受控的 DC(直流 )电流。 为了使 LED 的使用寿命长些， LED 电流中的纹波必须很低，因为高纹波电流会使 LED 产生较大的阻性功耗，降低 LED 使用寿命。 LED驱动电路需要更高效率，因为总体效率不仅取决于 LED 本身，也与驱动电路有关。 而工陕西科技大学毕业论文 10 作于电流控制模式的开关转换器是满足 LED 应用的高功率及高效率要求的理想驱动方案。 控制电路有效通过输出端取样的电流电压值，反馈给主电路，起到反馈调制作用，主电路通过反馈的信息在调整电路的整流输出，使输出的电流尽可能的达到稳定。 使LED 发光均衡稳定 ， 得到理想的结果。 （ 3）检测电路 除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。 （ 4）辅助电源 提供所有单一电路的不同要求电源。 第二节 开关控制稳压原理 开关 K 以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关 K接通时，输入电源 E通过开关 K 和滤波电路提供给负载 RL，在整个开关接通期间，电源 E 向负载提供能量；当开关 K 断开时，输入电源 E便中断了能量的提供。 可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载 释放。 由电感 L、电容 C2 和二极管 D 组成的电路，就具有这种功能。 电感 L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感 L中的能量通过二极管 D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管 D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。 在 AB 间的电压平均值 EAB 可用下式表示： EAB=TON/T*E 式中 TON为开关每次接通的时间， T为开关通断的工作周期（即开关接通时间 TON和关断时间 TOFF之和）。 由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例， AB 间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整 TON和 T的比例便能使输出电压V0 维持不变。 改变接通时间 TON 和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为 “ 时间比率控制 ” （ Time Ratio Control,缩写为 TRC）。 输入 EMI 滤波器设计 照明 LED 驱动电源的设计 11 EMI 电源滤波器的类型 EMI 电源滤波器是一种由电感、电容组成的低通滤波器，它允许直流或工频 (50 Hz~400 Hz)信号通过，对频率较高的其它信号有较大的衰减作用。 根据抑制干扰的程度，EMI 电源滤波器通常分为一般性能和高性能两种电源滤波器。 图 、图 给出单环和双环电源滤波器的典型电 路，前者为一般性能电路，后者为高性能电路 （电路图见附录Ⅰ）。 基本设计 （ 1）电路结构选取原则 在实际应用中， EMI 电源滤波器两端阻抗通常都是处于失配状态。 当处于失配状态时， EMI 信号会在它的输入和输出端口产生反射。 失配越大，反射越大。 我们可以利用这个反射原则，根据 EMI 电源滤波器将要连接的具体源和负载阻抗情况，设计其电路结构和参数来获得满意的抑制效果。 在进行滤波器电路结构的设计时应遵循下列原则：当源阻抗是高阻时，滤波器的输入阻抗应为低阻，反之亦然。 当负载阻抗是高阻时，滤波器的输出阻抗应为低阻， 反之亦然。 对于 EMI信号，电感是高阻，电容是低阻，所以电路可以按照表。 表 EMI 电源滤波器的端接方式 源阻抗 N 负载阻抗 G 低 低 低 高 陕西科技大学毕业论文 12 高 低 高 高 （ 2）开关电源的干扰信号特点 开关电源的干扰信号按传导模式可分为共模干扰信号和差模干扰信号。 根据其特点可粗略地划为三个频段： ～ MHz 差模干扰为主； ～ 5 MHz 差、共模干扰共存； 5～ 30 MHz 共模干扰为主。 在设计时如果哪个频段不达标，可针对该频段加强滤波效果。 例如在 ～ MHz 频段不达标，可以加强差模干扰信号的抑制，增大电容Cx 的值或添加差模扼流圈；如在 5～ 30 MHz 频段不达标，可以加强共模干扰信号的抑制，增大电容 Cy 的值或增加共模滤波的级数。 在抑制干扰信号时，重点还是放在共模干扰信号的抑制上。 高频变压器设计 综合分析 高频变压器是一种应用电磁感应原理，将电能从一个电路传输到另一个电路的电磁装置，是开关电源的关键部件之一。 它只用于交流回路。 在交流回路中起到电器隔离、储能、变压、变流、变阻等作用。 开关电源高频变压器的设计要求是依据电源整机技术规定决 定的，出入、输出滤波电路的设计要涉及到高频变压器的许多参数，而且高频变压器设计的好坏直接影响到整体电路的质量，其对减小电源噪声和整机工作的稳定性有很大的影响。 直接影响着 LED的发光稳定性。 故首先应对高频变压器进行设计。 照明 LED 驱动电源的设计 13 参数计算 1)设定开关频率 开关频率对电源的体积、重量等影响很大。 开关频率越高，变压器磁芯就会选得更小，输出滤波电感和电容体积也会减小，但开关损耗增加，效率下降，散热器体积加大。 综合考虑两方面，设定其工作频率为 Fs=50kHz。 2)选磁芯 磁芯选用 R2KB 软磁铁氧体材料，其饱和磁感应强度 B。 =4700 Gs，考虑到高温时 B。 会下降，同时为防止合闸瞬间变压器饱和，设定最大工作磁密 B = 0B /3=1500 GS。 对半桥变换器，当脉冲波形近似为方波时，可按式 ()来确定磁芯的大小。 ucmsowep KJKBfPAAA 2 10 6 （ ） 式中： PA 为磁芯的面积乘积； eA 为磁芯的截面积。 ； Aw为磁芯的窗口面积。 P。 为输出功率；  为变压器效率，一般可取 80%； fs 为变换器工作频率； B为磁芯最大工作磁密； J为导线的电流密度，一般取 2～ 3 A／ ram。 ； K为磁芯的填充系数，对铁氧体，取K =1； K为窗口的铜填充系数，一般 K =～。 本设计选用 EE40 型铁氧体磁芯，由手册知其参数为： eA =127 mm， Aw =173 mm，则 eA Aw =2． 20cm ，远大于 Ap 的计算值。 根据表 ，选用铁芯为 EE40，这时铁芯截面积为 138mm2。 表 输出功率与铁芯尺寸的关系 尺寸 型号 A/H （ max） B/h （ max） C （ max） D （ max） Ac （ mm2） 陕西科技大学毕业论文 14 EE16 16/8 12/6 4 18 EE19 19/7 14/6 4 5 20 EE22 22/11 19/8 6 6 36 EE25 25/17 19/13 7 6 42 EE28 28/17 20/8 78 EE30 38/21 21/17 11 115 EE35 35/20 28/18 11 10 110 EE40 40/27 35/21 12 138 EE45 45/30 38/23 13 12 156 EE50 50/33 43/ 15 15 225 EE60 60/38 45/28 16 16 256 续表 型号 输出功率 P0(W) Be （ mm2） 50KHz 100KHz 150 KHz 200 KHz EE16 8 12 16 18 9 EE19 15 20 30 40 EE22 20 30 50 80 EE25 40 55 90 130 18 EE28 60 90 140 200 EE30 95 130 210 260 照明 LED 驱动电源的设计 15 EE35 120 170 300 440 EE40 190 290 420 550 EE45 220 350 510 650 75 EE50 300 440 660 800 105 EE50 380 550 850 1000 116 3)计算原边匝数 按最低输入电压和满载输出的极端情况来计算。 已知最小输入交流电压为 180 V，减去 20 V 的直流纹波电压和整流。