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毕业设计论文LED照明驱动开关电源设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.62M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1.1选题的目的与意义：
    1.2研究现状
    1. 3系统性能指标：
    1.4系统组成及设计思路：
    1. 5总体功能描述：
    2硬件电路的设计
    2.1电路设计
    2.2磁路设计
    LED 照明驱动开关电源设计 摘要 LED 照明驱动设计了恒流输出、空载保护、隔离输出及 EMC 等功能。系应 用于 LED 照明驱动的开关电源电路。采用 PWM 自动调节实现恒流输出，稳压 管过压锁定实现空载保护，电磁隔离和光隔离实现隔离输出。经过多次的运行与 检测，实践证明该电路恒流输出稳定，发热量低。本设计体积小,微调反馈电路 可设置作为为 LED 驱动常用的 350mA 或 700mA 恒流输出。可广泛适用于生活 照明，商用照明。 关键词：LED 驱动电源；发热低；恒流；隔离；低成本 1
    广东技术师范学院本科毕业论文（设计） Driving switch power LED lighting design LED lighting design drive the constant-current output, the output and protection, 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-load 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 design, small size, fine-tuning feedback circuit can be set as the common 350mA LED drive or 700mA constant-current output. Life can be widely used in commercial lighting, lighting. Key words：Leds driving power；Fever is low；Constant flow；Isolation；Low cost
    LED 照明驱动开关电源设计 目 录 1 概 述 ............................................................................ 1 1.1 选题的目的与意义 ................................................1 1.2 研究现状................................................................................................................ 1 1.3 系统性能指标........................................................................................................ 1 1.4 系统组成及设计思路 ..............................................2 1.5 总体功能描述........................................................................................................ 3 2 硬 件 电 路 的 设 计 ....................................................... 4 2.1 电路设计 ........................................................4 2.2 磁路设计 ........................................................8 参 考 文 献 ...............................................................10 致 谢 ................................................................... 10 附 录 ................................................................... 10
    广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 1 概述 1.1 选题的目的与意义： 全球能源紧张，提高电器的效率是行之有效的方法。照明用电占据全球 21%的总用电 量，如果能提高照明用的的效率，可以有效缓解能源紧张。如何提高照明系统的能源利用 率，延长照明系统的寿命，并且是绿色无污染的？取代白炽灯，荧光灯，节能灯的第四代 照明灯具是什么？业界给出的答案就是 LED 灯照明。LED 照明每 W 流明数可达到 120lm。 远高于白炽灯和日光灯，此外 LED 灯珠寿命可长达十万小时，并且绿色无污染。LED 照 明具备的这些优点决定了其应用前景是非常广阔的。LED 照明应用上的限制在于 LED 有 固定的正向压降，电流也有上限（工作电流是影响 LED 寿命的主要因素）。大功率白光 LED 上的正向压降一般为 3-4V，不能直接使用市电驱动。因此一个和 LED 灯珠匹配的高效， 环保，长寿命的电源是必须的，这正是这次选题的意义与目的所在。 1.2 研究现状 开关电源的技术已经非常成熟，由于 LED 驱动的降压技术大部分采用开关电源。因此 即使是 LED 驱动电源真正进入研究的时间不算长，却无碍其技术的成熟。LED 驱动要求 的技术特点是：寿命长，体积小（特别商用照明和家用照明，最好可以内嵌到灯头）。 众所周知，绝大部分开关电源都需要一个输出滤波的电解电容，即使高品质的电解电 容，工作在 100 摄氏度左右，寿命也只有 1Wh 左右。毫无疑问，电解电容正是 LED 灯整 体寿命的瓶颈。而内嵌式驱动板上的电解电容，由于 LED 的发热以及驱动板本身的发热， 长期在高温工作，更使电解电容寿命减短。目前已经有集成电路，无需输出电解电容，仅 需几个外围就能直接驱动 LED 发光。这使得 LED 照明的长寿命的特点确实得到保障。 另外一点，限制 LED 灯 寿命是工作时的温度，目前台湾某技术机构解决方法为，使 LED 灯珠像一个灯一样可拔插，使 LED 灯成为可维护产品。 除了技术上的创新外，还有组合上的创新，例如加入调光技术（模拟调光，数字调光， Triac 调光）；用三色 LED 组成色光可调制系统；采用频率抖动技术减少 EMI；加入功率因 数校正电路等 1. 3 系统性能指标： 1、主输出最大输出功率为 14W，辅助输出为 0.5W，总输出小于 15W； 2、输出电流为恒定 350mA； 3、最大输出电压为 40V； 4、满负荷下转换效率大于 85%； 5、负载为 350mA 时最大纹波为 5mV； 6、因为没有添加功率因数模块，因此 PF 值最低仅为 0.45 左右； 7、最少可以接一个 1W 的高亮度 LED，最多可以驱动 12 个 1W 的高亮度 LED（全
    LED 照明驱动开关电源设计 功率输出时 TNY280 应添加散热片）。 1.4 系统组成及设计思路： 1 设计思路： 考虑到家庭常用的是 5×1W，或 6×1W，商用照明常用的是 1×1W 到 12× 1W，本设计采用恒流输出，输出电压随负载大小自动调节的适用广泛的设计。 考虑到国内采用 50HZ、220V 的供电系统，而美国、欧洲、日本居民用电 从 110V-240V 不等，再考虑到网压 10%的波动，系统把输入放宽到从 85V-265V。 本着设计一款符合社会要求的真正节能、节钱、长寿的 LED 驱动电源的思 想。在能效转换和产品成本上作出折中的选择，转换效率要求在 75%以上；元 件选择尽可能采用了常见型号，满足要求的情况下，尽可能采用国产的元器件 （例如采用常用的 1N4007,1N4148，PI 公司的 TinySwitch-Ⅲ系列，电容采用 国产的 BHA，Jwco）。对于批量生产，能有效降低成本，使 LED 照明更容易走进 人民生活。 2 系统组成： 系统框图如图示 此图为 PI 软件设计出的参考框图 本系统采用了 LED 驱动电路中常用的单端反激式拓扑，该拓扑设计较为简 单。输入采用了四个 1N4007 作为全波整流，而后经过π型滤波器整流，采用了 PI 公司的 TinySwich-Ⅲ系列中功率容量最大的 TNY280 作为开关控制 IC，采用 EE19 磁芯实现初次级隔离，采用双路输出实现运放的独立供电，采用运放和电 压比较器作为反馈控制以实现高精度恒流控制。采用低导通压降的肖特基整流 管 ER303 减少二极管发热，滤波电容采用 ESR 可接受的普通电解电容降低电容 温升。 1. 5 总体功能描述： 1、实现隔离输出
    广东技术师范学院本科毕业论文（设计） （1）变压器 T1 提供隔离，储能，变压的功能。使用高频变压器，初次级 能量传输通道为磁通道，实现隔离。 （2）光耦 817B 提供隔离、反馈功能。使用光耦合器，次级反馈信号传输 通道为光通道，实现隔离。 （3）初次级用安规电容 CT7 实现静电释放，防止静电堆积引起的高压打火。 同时该电容值较小，次级不会造成触摸电击。 2、实现 LED 恒流，实现过压保护 （1）次级采用 LM358 双运放实现恒流和过压保护。LED 升高伏安特性随温 度左移（如图 1.1）。假设驱动为恒定电压 V2（如图 1. 2），工作中灯珠温度从 T1 到达 T2,流经灯珠的电流明显增大，电流增大又导致温度升高，如此恶性循 环，最后势必烧毁灯珠。解决办法有两个，一是恒压驱动的同时串接一个电阻 在输出回路（如图 1. 3），当 LED 灯珠由于温度升高而导致电流增大时，串接 的电阻压降增大，LED 端电压得以降低，起到对 LED 的保护作用。但是这种方 法将在串联电阻处耗散一定功率，降低整个电路转换效率，有悖设计初衷。因 此，不采用这种方式。 最理想的方法是采用整体的思想，通过控制开关 IC 的占空比调节输出电 压，控制次级始终输出恒定电流。本设计正是采用此方案。 图 1.1 图 1. 2 图 1. 3
    LED 照明驱动开关电源设计 2 硬件电路的设计 2.1 电路设计 电路原理图如图 2.1 所示。 图 2.1 用 PI 公司的软件 PI Expert 7 设计出电路框图如图 2.2。该软件设计出的 原理图基本都采用比较极限的参数。因此修改了高频变压器从 EE19 改为 EE20/20/5（磁芯气隙改小）。开关 IC 也从 TNY275 改为 TNY280。目的是使得整 个电路发热量减少，更加稳定，以适应各种恶劣的工作环境。 图 2.2
    广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 改为仅采用一个 0.1μ的 X 电容作为差模抑制，把单电容滤波改为π型滤 波。此外改动较大的是反馈回路，如果只采用 TL431 作为恒压控制，控制精度 较低，且不好实现恒流控制；假设采用三极管 S8550 加 TL431 作为恒流稳压控 制，精度不够高，并且电流采样电阻一定要取较大阻值，导致效率下降。因此 本设计采用 SOP 封装的双运放 LM358，可实现高精度（变化小于 2%）的恒流控 制，稳妥的过压保护。电流取样电阻可改为小至 0.5Ω（为减小体积，用两个 1 Ω电阻并联）的高精度（误差值为 1%）金属膜电阻。 先看运放 LM358 的 B 部分组成的电压比较器，连接比较器 B 反相端的外围 电路，是可控稳压管 TL431 组成的恒压源。TL431 的阳极和 ref 端连接在一起， 此时阳极的电压约为 2.5V。因此电压比较器 B 反相端的电压接近于 2.5V。 1、运放 358 的 A 部分： 图 2.3 通过 0.5Ω（两个 1Ω的并联，阻值应尽量减少，以提高效率）的金属膜高精度 电阻串接接到输出回路作为电流取样电阻，经 4702 电阻连接到运放 A 同相端 进行加大。应该令运放 A 的输出电压（也就是电压比较器 B 同相端输入电压） 在额定输出恒流（1W LED 灯珠的工作点，350mA）时刚好等于电压比较器 B 的反相端电压，也就是 2.5V。 通过电压比较器 B（运放 358 的 B 部分）与稳压管的过压回馈进行电压比 较。正常工作时，电压比较器同相端的电压围绕 2.5V 波动。
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