畢業(yè)設(shè)計（論文）-經(jīng)濟型LED節(jié)能燈驅(qū)動電路的設(shè)計.doc

學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：年月日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關(guān)學位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學士學位論文評選機構(gòu)將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于1、保密，在_年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密。（請在以上相應方框內(nèi)打“”）作者簽名：年月日導師簽名：年月日目錄摘要：.（1）關(guān)鍵詞：.（1）前言.（2）1LED的原理、結(jié)構(gòu)及特性.（3）1.1LED的發(fā)光原理.（3）1.2LED的基本結(jié)構(gòu).（3）1.3LED的電氣特性.（3）1.4LED的關(guān)鍵參數(shù).（5）2電容降壓式LED驅(qū)動電路研究.（6）2.1電容降壓原理.（6）2.2電容降壓LED驅(qū)動電路的組成.（6）2.3電容降壓電路的PSPICE建模分析.（7）3輸出功率為60W的LED驅(qū)動電路設(shè)計.（10）3.1驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)概述.（10）3.2輸入EMI濾波器設(shè)計.（10）3.3輸入整流濾波電路設(shè)計.（11）3.4高頻變壓器設(shè)計.（12）3.4.1變壓器指標參數(shù).（12）3.4.2確定磁芯型號尺寸.（12）3.4.3計算初級次級繞組匝數(shù).（12）3.4.4漆包線線徑確定.（13）3.4.5變壓器示意圖及配置參數(shù).（13）3.5PWM控制電路設(shè)計.（13）3.5.1CR6850芯片簡介.（13）3.5.2CR6850啟動模式及啟動時間.（14）3.5.3相應工作模式和定義電流波形參數(shù)KP.（16）3.5.4啟動電阻Rin上最大損耗.（16）3.5.5正常工作頻率.（17）3.5.6FB腳輸入端.（17）3.5.7異常保護功能.（18）3.5.8PWM控制電路原理圖.（18）3.6反饋電路設(shè)計.（18）3.7輸出整流管及電容的選擇.（21）3.8樣機制作及實驗結(jié)果.（22）4總結(jié).（24）致謝.（25）參考文獻.（25）附錄.（26）1經(jīng)濟型LED節(jié)能燈驅(qū)動電路的設(shè)計學生：田海青指導老師：羅志會三峽大學理學院摘要：隨著全球能源緊缺、環(huán)境惡化，人們對健康、環(huán)保、節(jié)能的要求日益提高。在照明領(lǐng)域白熾燈正在逐步被淘汰，LED（發(fā)光二極管）由于環(huán)保，壽命長，節(jié)能等優(yōu)點已經(jīng)成為照明領(lǐng)域的研究熱點，顯示出極大的潛力和良好的前景。理論上LED的壽命可以達到10萬小時以上，目前LED節(jié)能燈技術(shù)已經(jīng)基本成熟，但是居高不下的電源成本使LED在照明領(lǐng)域的推廣受到極大限制。本文主要通過對LED光電特性，節(jié)能燈驅(qū)動原理進行研究，運用開關(guān)電源知識，設(shè)計一個恒流的LED節(jié)能燈驅(qū)動電源。選擇高性價比的解決方案開發(fā)出適用于經(jīng)濟型LED節(jié)能燈的驅(qū)動電源，以達到設(shè)計要求。本文第一部分將對LED的發(fā)光機理以及光電特性參數(shù)進行了介紹；第二部分將對阻容式降壓驅(qū)動電路進行Pspice建模分析；第三部分運用開關(guān)電源技術(shù)，設(shè)計了輸出功率為60W的LED節(jié)能燈驅(qū)動電路。這部分對驅(qū)動電路各功能模塊進行了詳細的分析，最后對所設(shè)計電路進行了實驗驗證。論文最后對設(shè)計的驅(qū)動電路存在的不足進行了分析，并對LED驅(qū)動技術(shù)的未來發(fā)展做出了展望。Abstract：Thedemandsforhealth,environmentalprotectionandenergy-efficiencyhavebeenincreasedasaresultoftheshortageofglobalenergyandtheenvironmentaldegradation.Theincandescentlambisgraduallybeingeliminatedinthelightingarea,whileLED(lightemittingdiode)withitsadvantagessuchasenvironmentalprotection,longlife,energy-efficiencyhasbecomeahotresearchtopicinthelightingfield,showinggreatpotentialandgoodprospects.Theoretically,thelifeofLEDcanbeupto100thousandhours.Thetechnologyoftheenergy-efficientLEDlampismaturedbasically,butthepromotionofLEDwasextremelyrestrictedduetothehighcostofpowerinthelightingarea.ThispaperdesignsaconstantcurrentdrivingpowerforLEDenergy-savinglampsbystudyingtheLEDopticalandelectricalpropertiesandthedrivingprincipleofenergy-efficentlampsandwiththeknowledgeofswitchingpower.Thedrivingpowerfortheeconomicenergy-savingLEDlampcanbedevelopedwithcost-effectivesolutionstomeetthedesignrequirements.ThefirstpartintroducestheluminescencemechanismandtheparametersofphotoelectriccharacteristicsforLED,thesecondpartwilldoPspicemodelingforandanalyzetheRCBuckdrivecircuit,thethirdpartdesignesthedrivecircuitforLEDenergy-savinglampwiththeoutputpowerof60Wbytheswitchingpowertechnology.Thispartanalyzesthefunctionalmodulesofthedrivecircuitindetailandfinallyverifiesthedesignedcircuitbyexperiments.Atlast,thepaperanalyzestheshortcomingsofthedesigneddrivecircuit,andmakestheforecastforthedevelopmentoftheLEDdrivetechnologyinfuture.關(guān)鍵詞：LED節(jié)能燈，開關(guān)電源，恒流驅(qū)動keywords：LEDlamp,SwitchingPowerSupply,Constantcurrentdrive2前言以電力電子學為核心的電源技術(shù)與上世紀60年代開始發(fā)展。能源危機，溫室效應以及生態(tài)環(huán)境惡化等問題越來越多的引起人類的注意，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為共識。在照明領(lǐng)域人們積極尋找新的替代光源。半導體照明于上世紀末開始發(fā)展。LED（發(fā)光二極管）由于其環(huán)保，節(jié)能，發(fā)光效率高，壽命長等優(yōu)點已成為照明領(lǐng)域的研究熱點。因其與傳統(tǒng)光源相比具有理論和現(xiàn)實的優(yōu)越性1，受到廣大工程師的青睞，它的出現(xiàn)將照明行業(yè)帶入了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域，同時也為節(jié)能照明提供了更多的解決方案。這將是人類歷史上繼白熾燈，熒光燈之后新的照明革命。2011年，國際兩大LED巨頭歐司朗與Cree公司簽署了一項全球性的LED專利交叉許可協(xié)議，涵蓋的專利技術(shù)包括雙方的藍光LED芯片技術(shù)、白光LED和螢光粉技術(shù)、封裝、LED燈具與燈以及LED照明控制系統(tǒng)。這種專利授權(quán)所造成的專利壁壘，積極的影響大過于消極的影響，因為這將促進中國LED企業(yè)投入更多的資金和精力進行技術(shù)的研發(fā)。LED照明具有較多優(yōu)勢，必將成為未來照明市場的主流。由于LED照明的巨大發(fā)展空間，Melexis、lnfinton(英飛凌)、LienearTechnology(凌力爾特)、SupenexInc、AnalogDevices(ADI)、通嘉科技(Leadtrend)、安茂微電子(AME)，等國際知名IC公司先后推出了LED照明專用驅(qū)動IC，極大地推動了LED照明驅(qū)動電源的發(fā)展?？傮w來看，國內(nèi)LED照明產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段。但是在國家相關(guān)政策的推動下，國內(nèi)半導體照明發(fā)展迅猛?？萍疾扛泵貢L、國家半導體照明工程領(lǐng)導小組組長李健說：“我國發(fā)展半導體照明產(chǎn)業(yè)有巨大機遇?！彼J為，中國有的優(yōu)勢：一是中國擁有巨大的照明工業(yè)和照明市場，這使照明工業(yè)在我國有著巨大的發(fā)展空間；二是我國已具備一定技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，通過“863”等科技計劃的支持，我國已初步形成比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。雖然LED照明具有較多優(yōu)勢，但也有其自身的不足。LED沒有紅外及紫外輻射，其耗能除了轉(zhuǎn)換成光能，其余全部以熱能釋放，所以對于其配套設(shè)施的散熱要求較高；LED照明成本極高，雖然它壽命長的優(yōu)勢可以彌補這一劣勢，但是從總體上來看其成本還是比其他光源高；目前驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換效率和恒流精度還不高；電源壽命與LED壽命的不匹配，驅(qū)動電源中由于電解電容等一些元件的影響，實際壽命不足20000小時，從而使LED節(jié)能燈的壽命大大減小。LED驅(qū)動電源市場火熱，技術(shù)水平良莠不齊，隨著LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)規(guī)范，標準相繼出臺，這將對LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極地推動作用。LED驅(qū)動電源的發(fā)展必須克服轉(zhuǎn)換效率低，電源壽命不匹配，恒流精度不高以及散熱等不足，同時在電源設(shè)計中要兼顧成本控制，選擇性價比高的驅(qū)動方案。未來的LED驅(qū)動電路必將向體積小、轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、散熱性好、穩(wěn)定輸出的方向發(fā)展。目前LED節(jié)能燈技術(shù)日趨成熟，但是居高不下的電源成本，使LED照明的發(fā)展受到限制。要推進LED照明發(fā)展，必須大力發(fā)展其配套設(shè)施，其中驅(qū)動電源是最主要的。所以開發(fā)適用于經(jīng)濟型LED節(jié)能燈的驅(qū)動電路具有極大現(xiàn)實意義。31LED的原理、結(jié)構(gòu)及特性1.1LED的發(fā)光原理LED是利用半導體PN結(jié)或類似結(jié)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件2。LED的芯片是由-族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制備而成的，PN結(jié)是其核心部分。因此它具有一般PN結(jié)的特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。當PN結(jié)外加一個正向偏置電壓，即電源正極接P型材料，電源負極接N型材料，PN結(jié)勢壘降低，電子、空穴移動，N區(qū)得電子進入P區(qū)，P區(qū)的空穴注入N區(qū)，從而PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破，空穴和電子在PN結(jié)出相遇并發(fā)生復合，將多余的能量以光能的形式釋放出來，這就是電致發(fā)光現(xiàn)象，這也就是LED發(fā)光的基本原理。如圖1-1所示3。圖1-1LED發(fā)光原理圖1.2LED的基本結(jié)構(gòu)LED主要由芯片、電極和光學系統(tǒng)組成。其基本結(jié)構(gòu)是將半導體芯片固定在導電、導熱的帶有兩根引線的金屬支架上面，有反射杯（或反光碗）的一極為陰極，另一根為陽極。四周用環(huán)氧樹脂密封，可以起到保護芯片的作用，同時可以起透鏡（聚光）的作用。傳統(tǒng)LED（子彈頭型LED）的基本結(jié)構(gòu)如圖1-2所示4。圖1-2LED的基本結(jié)構(gòu)1.3LED的電氣特性LED是一種發(fā)光二極管，除了具備發(fā)光特性，還具備一般PN結(jié)結(jié)型器件的特性。4（1）LED的V-I特性LED的V-I特性是表征芯片PN結(jié)特性的關(guān)鍵參數(shù)，它是指流過PN結(jié)的電流隨PN結(jié)兩端所施加電壓的變化關(guān)系。具有非線性、單向?qū)щ娦?，即當外加正偏置電壓時表現(xiàn)為低阻態(tài)，反之為高阻態(tài)。LED的伏安特性曲線如圖1-3所示。圖1-3LED的V-I特性曲線下面對LED的各個工作區(qū)進行簡單介紹：（1）正向死區(qū)：（圖oa或oa段）a點對應的電壓Va為開啟電壓，當VVa，外加電場不能克服因載流子擴散而形成勢壘電場，此時阻值很大；對于不同芯片材料的LED其開啟電壓值不同，GaAs為1V，紅色GaAsP為1.2V，GaP為1.8V，GaN為2.5V。（2）正向工作區(qū)：電流IF與外加電壓呈如下指數(shù)關(guān)系：/1qVFKTFSIIe1-1其中IS為反向飽和電流。V0時，VVF的正向工作區(qū)IF隨VF指數(shù)上升：/qVFKTFSIIe1-2（3）反向死區(qū)：V0時PN結(jié)加反偏壓V=-VR時，反向漏電流IR（V=-5V）時，GaP為0V，GaN為10uA。（4）反向擊穿區(qū)V-VR，VR稱為反向擊穿電壓；VR電壓對應IR為反向漏電流。當反向電壓一直增加使V-VR時，則出現(xiàn)IR突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。由于所用化合物材料種類不同，各種LED的反向擊穿電壓VR也不同。（2）LED的C-V特性LED的電容一般包括PN結(jié)結(jié)電容和內(nèi)引線分布電容等在內(nèi)的總電容，其中PN結(jié)結(jié)電容居支配地位3。LED的芯片有很多種規(guī)格，PN結(jié)面積大小不相同，使其結(jié)電容（零偏壓）Cn+pf左右。LED的C-V特性呈二次函數(shù)關(guān)系，如下圖1-4所示。5圖1-4LED的C-V特性曲線（3）允許功耗LED的實際功耗是指工作電流和正向電壓降的乘積，即P=UFIF。LED工作時會釋放熱量，使結(jié)溫升高。若結(jié)溫為Tj、外部環(huán)境溫度為Ta，則當TjTa時，內(nèi)部熱量借助支架向外傳熱，散逸熱量（功率），可表示為P=KT（TjTa）。為了使LED安全工作必須使實際功耗在最大允許功率耗散值之內(nèi)。（4）響應時間響應時間是指輸入正向電流后LED的發(fā)光和熄滅時間，是標志LED反應速度的一個重要參數(shù)。如圖1-5是LED的響應時間特性圖。其中點亮時間tr是指通電后亮度