风光互补大功率led路灯驱动电路设计毕业设计论文(编辑修改稿)

风光互补大功率led路灯驱动电路设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

1W 的大功率 LED。 因此不需要配置逆变器。 工程学院毕业设计 (论文 ) 4 图 11 风光互补大功率 LED路灯的结构图 1． 2 大功率 LED驱动电路相关情况介绍 1． 2． 1 白光 LED 的技术概况 白光 LED 的发展 发光二极管 LED 出现以来，人类一直在努力追寻实现固体光源的实现，随着 LED制造工艺的进步和新型材料的应用和开发，白光 LED 的性能不断提高和优化并且进入应用的阶段。 白光 LED 的实现，使 LED 应用路灯宽度涉及到了高效率的照明市场。 多种颜色混合起来的光合成所 谓的白光，根据人类肉眼能看见的形式需要两种以上的光进行混合，比如二波长光（蓝色光 +黄色光）或者是三波长光（蓝色光 +绿色光 +红色光），现在已实现的作品有二波长蓝色单芯片加上 YAG 黄色荧光粉，在以后三波长光是被看好的，它是以 R、 G、 B三种颜色荧光粉加上无机的紫外光芯片，除此之外有机单侧的三波长也有较低造价的白光LED、制造相对简单容易的特点。 20世纪 60 年代，科学家言之成的 LED 是利用了 PN结光电效应发光的原理。 所选用的材料是 GaAsP。 其发光颜色仅仅能表现为红色。 经过 30年的发展历程， LED 现已经能发出红、 橙、黄、绿、蓝等多种多样的光了。 但是用于公共照明的白光 LED 是最近几年才发展起来的。 现在已经广泛应用的圆头柱状白光 LED 产生的白光多数都是利用色的互补关系产生的仿真型白光，它是将蓝光与黄色光只讲的色差结合起来，但这样的光容易使人有一种不协调的感觉，并且无法达到高显色性，且在要求大功率和大电流通过的情况下容易产生色差的问题，这些是白光 LED 今后需要解决的问题和需要努力的方向。 1． 2． 2 白光 LED 的特色 白光 LED 是被广泛有着良好前景的 LED 朝阳产品，在公共照明市场的有着一定的发展潜力。 与传统的照明产品相比 ，白光 LED具有诸多优点。 如体积较小并可以有多只多样的工程学院毕业设计 (论文 ) 5 组合、工作时发出的热量较低，不会产生热辐射、耗电量较低，安全电压电流就可以正常工作、使用寿命长平均可以达到一万小时以上、且反应的速度较快可以在较高频率下操作，且较为环保无污染等诸多优点。 其与传统的照明设备的比较表如下。 表 11 白光 LED 与传统照明设备的优缺点比较 照明方式 特点 白光 LED 体积较小并、有多只多样的组合、工作时发出的热量较低、不会产生热辐射、耗电量较低、安全电压电流就可以正常工作、使用寿命长可达到一万小时以上、反应的速度较快可以在较 高频率下操作、较为环保无污染 荧光灯 节省电源，但污染严重，且易碎 白炽灯（钨丝灯） 发光效率较低、高耗电量、使用寿命较短、且容易损坏 现今白光 LED 仍然处于发展的初级阶段，在很多方面还存在局限性，但基本上已经克服了传统的照明设备的缺点，其中比较突出的是造价高售价高是其不能普遍的主要原因。 照明用白光 LED 1）照明用白光 LED 相关技术指标 照明所用的白光 LED 不同于一般的 LED 产品，在技术指标上有一定的要求。 一个直径 5mm 的 LED光通量只有 1lm 左右，但是要用作照明上的白光功 率的 LED 要达到 1klm。 LED 的功率达到 和 的也是能达到较低的照明需求的。 但由于 15W 的白炽灯发光效率比较低，仅 8lm/W。 所以一个 15W 的白炽灯的光通量仅仅与5W、 25lm/W 的白光效率 LED 相同。 目前 15lm/W 提高到 25lm/W 的实现已经提高到产业化的程度，最高已经能到到。 在 2500K 到 6000K 之间，最好是 2500K 到 3000K 之间。 aR。 aR 最好可以达到 100。 光通量和波长应该满足稳定的条件，并应依照于应用场合的需求。 5万小时到 10 万小时之间。 2）白光 LED在不同色温下的光谱特性 如今照明所用的白光 LED 与普通的 LED 的概念已经有着质的差异了，它并不是越白越好。 人们对照明的白光光源要求很是严格，我国和国际上早已经制定了相关标准。 照明光源有严格的色温标准： 5400K、 5000K、 4000K、 3450K、 2900K、 2700K 以及其相对应的色域，照明光源的色品质是相互关联的。 必须同时得到满足，才能称之为合格的照明用 LED 光源。 大功率白光照明 LED 的电学、光学特性以及热学特性 在 中介绍了照明白光大功率 LED 需要满足的技术指标，如白光照明 LED 的亮度、光强、光通量、发光效率、色温，响应时间。 这些指标将在这一节放在 LED 电学特性、光工程学院毕业设计 (论文 ) 6 学特性以及热学特性中进行阐述。 大功率 LED 的电学特性 1． IV特性 PN结伏安特性，表征 LED 芯片 PN 备性能主要参数。 不同的电流直接影响 LED 的 度和 PN结的结温 . LED 的 IV特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。 图 12 LED的伏安特性曲线 IF正向直流电流（正向测试电流），在规定的正向电压 VF下，通过极间的电流 ，不同 LED 因材料不同有不同的 IF。 VFLED 正向导通时所需电压，同种颜色 LED 可能有不同的 VF，所以 LED 公司按电压区间分 Group 或 BIN 来加 以区分，以便用户使用。 IFM正向峰值电流（正向最大电流）。 在额定功率下，允许通过二极管的最大正向脉冲电流。 注：一般 IF= VR 称为反向击穿电压； VR 电压对应 IR 为反向漏电流不同 LED 因材料不同，有不同的 VR。 表征大功率 LED 跟踪外部信息变化的快慢。 通俗的来讲，就是 LED 点亮时到 LED 熄灭的时间延迟。 不同材料制得的 LED 响应时间各不相同；如 GaAs、 GaAsP、 GaAlAs 其响应时间＜ 109S，GaP 为 107 S。 因此它们可用在 10~100MHZ 高频系统。 另外大功率 LED 的正向伏安特性如图 11 工程学院毕业设计 (论文 ) 7 图 13不同白光 LED的电流一电压特性之间的差异性 LED 的光学特性 ①光束角（ beam angle )：在通过最大光强半平面上，两条 1/2 最大光强方向之间的夹角称为该平面的光束角． ②光束扩散角 (field angle )：在包含最大光强的某个平面上，两条为 1/10 最大光强的光线之间的夹角称为该平面的光束扩散角（或称有效光束角）． 在引出杂散光线的时候，出现了这个光束角以及 1/10 最大光强的概念。 ③光通量 表征 LED 总光 输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。 F为 LED 向各个方向发光的能量之和，可见光 LED 的光通量单位为流明（ lm） ,它与工作电流的关系如下。 图 14光通量与时间关系 图 13光通量与电流关系 工程学院毕业设计 (论文 ) 8 ④光效 是指 LED 所发出的光通量φ与其所消耗的电功率 P 之比 ,单位为流明 /瓦（ lm/w） ,是评价电光源用电效率最主要的技术参数 ,它与工作电流的关系如下。 图 14 LED的光效与工作电流的关系 ⑤色品坐标、色温与显色性 色品坐标用来准确地表达光源的表观颜色 .但是人类习惯的关于光色感觉不能简单的与具体数值联系到一起，只能说存在一般性的规律。 就如人们对暖色和冷色的区分标准。 色温与色品坐标的关系式近似如下： 其关系曲线如 15 色品图，由此可见，不要的色品坐标可能会有同样的色温 ，所以能唯一决定颜色的参数是色品坐标，色温只能参考。 一般， LED 封装厂都会按色品坐标不同 用不同的 Bin 来区分白光的颜色。 以下一典型的 Bin 分布图。 大功率 LED 供应商 一般会要求四个 Bin 同时购买，如数量较少时可以考虑与供应商沟通买单个 Bin。 工程学院毕业设计 (论文 ) 9 图 15 LED 的色品图 ⑥寿命 在 LED的应用方面 ,led在额定功率的条件下 ,光通量从衰减到初始值的规定百分比时所持续的时间称之为 LED 的有效寿命。 均寿命一批 led同时点亮 ,当经过一段时间后 ,led不亮达到 50%时所用的时间 . 经济寿命 在同时考虑 led 损坏以及光输出衰减的状况下 ,其综合输出减至一特定比例时的小时数 .此比例用于室外光源为 70%,用于室内光源为 80%。 LED 的热学特性 LED 的主要热学参数有结温（ Tj）和热阻（ Rth）有很大的关系。 LED 的许多特性参数与结温有很大的关系 ，具体如下： ① LED 的主波 长随温度关系 由上式可知，每当结温升高 10℃，则波长向长波漂移 1nm，且发光的均匀性、一致性变差。 ② LED 结温与寿命的关系 工程学院毕业设计 (论文 ) 10 图 16 LED结温与寿命的关系图 ③ LED 结温与电流的关系 白光工作电流基本上随温度的升高而升高，表现为正温度特性，近似变化率约为 ℃。 图 17 LED结温与电流的关系图 ④ LED 结温与色品坐标的关系 如下图 工程学院毕业设计 (论文 ) 11 图 18 LED结温与色品坐标的关系图 ⑤ LED 结温与正向电压和光通量的关系 图 19 LED结温与正向电压和光通量的关系图 课题主要研究的大功率 LED 驱动的基本情况以及注意事项 原始电源有各种形式，但无论哪种电源，一般都不能直接给 LED 供电。 因此，要用 LED做照明光源就要解决电源变换的问题。 大功率 LED 实际上是一个电流驱动的低电压单向导电器件。 所以本课题主要要实现大功率 LED 的直流控制、高效率、过压保护、 DC/DC 转换器的效率、 DC/DC 升压操作、以及保证恒定电流驱动等诸多技术问题。 同时特别注意的应有以下事项： 工程学院毕业设计 (论文 ) 12 ① LED是单向导电器件，所以说只有用直流电流或是单向脉冲电流驱动 LED 工作。 ② LED 是有 PN 结结构的器件，因此 它是有势垒电势，势垒电势就形成了导通门限电压，所以说只有 LED 两端电压大于这个限制电压时 LED 才会导通。 大功率 LED 的门限电压一般在 3V 以上，本设计选用的 1W 大功率 LED的门限电压为 3~。 ③ 由之前介绍我们得到 LED 的电流电压特性属于非线性。 因这就造成了 LED 的电流和 LED两端的电压不成正比，所以提供稳定可靠的电流也就成了挑战。 ④ LED 的 PN 结的特点为负温度系数， LED 的势垒电势会随着其温度升高还降低。 所以大功率 LED 不能直接用简单的直流电压源供电工作，因此采取限流措施是必要的，否则大功率 LED会随着其温度的升高流过的电流过大而损坏。 另外，还应注意的问题有输出电流电压的精度 : 一般恒流源电流在177。 8%。 恒压源电压在177。 2%， 功率因数 : 一般在 75%~85%；高功率因数在≥ 85%；节能之星要求家用 ≥ 70%，商用≥ 90%。 过载、短路、过热保护的问题，开路保护或限压保护 (对恒流源 )，过冲保护(对恒流插墙式电源 ,如电源无此保护 ,设计 LED 电路时应在电路上并联，电容以消除次极开、关时大电流对 LED 的损伤 )。 寿。