LED燈照明變壓器驅(qū)動

1、 LED照明用恒流電源變換器摘要：本系統(tǒng)利用自行設計的模擬電路實現(xiàn)了恒流限壓的功能。同時運用Atmel單片機完成各項控制。用鍵盤操作，通過單片機控制液晶12864顯示屏顯示輸出電流。隔離型電源變換器具有功率因數(shù)校正、高效率和具有交流側(cè)開機沖擊電流和EMI抑制功能。該系統(tǒng)還具有光控功能。本設計始終貫穿節(jié)能、實用的思想。關鍵詞：功率因數(shù) 電流源 效率1 設計任務：1.1 負載條件下，電源變換器為直流恒流輸出特性，且輸出電流IO可在150mA350mA范圍內(nèi)可調(diào)；1.2 電壓調(diào)整率Su1%：負載為10個LED，調(diào)整U1，使U2在32V40V范圍內(nèi)變化時，IO變化不超過1%；1.3 負載調(diào)整率SL1%

2、：U2=36V，負載由5個LED增加至10個，IO變化不超過1%；1.4 效率70%：U2=36V、負載為10個LED、IO=300mA，電源變換器效率70%；1.5 具有輸出過壓保護功能，動作電壓為UO=（）V。1.6 使變換器具有恒流限壓特性：UO小于36V時為恒流輸出；UO達到36V后為恒壓輸出，將UO穩(wěn)定在（）V；待UO降至36V以下則恢復恒流輸出；1.7 在電源變換器交流輸入側(cè)加入功率因數(shù)校正電路，使其功率因數(shù)不低于0.95； 1.8 LED亮度可隨環(huán)境光線增強而自動降低：暗環(huán)境，負載為10個LED、IO=300mA條件下，環(huán)境變亮后IO減小至不大于200mA以下；1.9 具有輸出電

3、流的步進調(diào)整和測量、顯示功能：步進值10mA，測量精度優(yōu)于2%；1.10 具有交流側(cè)開機沖擊電流和EMI抑制功能；2、方案論證：2.1 本系統(tǒng)的設計思路：通過工頻電源變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)化為36V交流電壓，然后再將36V交流電壓通過開關電源轉(zhuǎn)化為直流電供給其他電路。恒流限壓電路（直流恒流在150mA350mA范圍內(nèi)可調(diào)，負載電壓小于36V時為恒流供電，達到36V時恒壓輸出）的輸出恒定電流受運放正向輸入端電壓控制，該電壓分別采自于DAC7625數(shù)模轉(zhuǎn)換器與光控電路（二者由單刀雙擲開關控制）。兩個獨立按鍵分別實現(xiàn)步進值為10mA的增加與減退，且能循環(huán)加循環(huán)減。鍵盤的命令單片機接收后，經(jīng)過C程

4、序處理，使液晶顯示屏12864精確顯示出當前輸出電流，同時單片機還將處理后的指令送給DAC7625，DAC7625將其接收單片機送來的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為所需要的模擬量（電壓），該電壓被用來控制恒流限壓電路輸出電流的大小。當光控電路工作時，外界環(huán)境越亮，LED燈越暗，外界環(huán)境越暗，LED燈越亮（暗環(huán)境時輸出電流300mA，環(huán)境變亮后輸出電流減小到200mA以下）?？傮w框圖如下：圖1 總體框圖2.2 恒流限壓電路的選擇：方案一： 本電路cb端為負載端，其輸出恒定電流等于a端輸入電壓除以復合管E級電阻10，具有恒流作用。右邊運放LM358的反向輸入端輸入3.6V電壓為基準電壓，當?shù)扔?60mA時，右邊運放

5、LM358正向輸入端采樣電壓為3.6V，此時運放LM358輸出端為高電壓，9014導通，繼電器工作，此時負載由恒流電路轉(zhuǎn)換為36V穩(wěn)壓電路。但是，當負載一接通fg端（36V穩(wěn)壓端），cb端斷路，右邊運放LM358正向輸入端電壓為0，此時其輸出端沒有電壓，故繼電器處三極管9014不導通，繼電器會再次回到不吸合狀態(tài)，即負載接入恒流電路，如此反復，十分的不穩(wěn)定。電路圖如下： 圖2 方案一圖方案二： 本電路恒流部分同方案一，只是右邊比較器LM358的采樣電壓與基準電壓與方案一有所不同。其正向輸入端接收基準電壓2V，當cb端負載電壓達到36V，則比較器LM358正向輸入端電壓降低到2V，此時其輸出端有電

6、壓，三極管導通，繼電器吸合，即轉(zhuǎn)化到36V穩(wěn)壓電路。但是負載轉(zhuǎn)換到恒壓電路后，恒流電路不再起作用，即無法從恒壓電路轉(zhuǎn)換到恒流電路。電路圖如下： 圖3 方案二圖 方案三：本電路的恒流部分同以上兩種方案相同，恒壓部分則是利用三極管飽和特性設計而成：隔離轉(zhuǎn)換器輸出恒定電壓，復合管隨著負載端電壓的增加而減小。當負載端電壓小于36V時大于飽和壓降，復合管處于放大狀態(tài)，電路具有恒流作用；當負載端電壓達到36V時，復合管剛好達到飽和電壓且不會再小于這一數(shù)值，復合管不再具有放大作用，故本電路不再具有恒流作用，限定負載電壓最高為36V。圖4 方案三圖基于以上比較，我們選擇方案三，此方案可達到滿意結(jié)果。 2.3

7、單片機的選擇：方案一：我們采用STC89C51單片機，其能精確的控制DAC7625使其輸出所需電壓。但是，顯示屏頻繁刷屏。方案二：采用Atmel89C52單片機，其既能精確的控制DAC7625使其輸出所需電壓，又能使顯示屏穩(wěn)定顯示當前電流。 故我們選擇方案二。2.4 DA芯片的選擇： 方案一：我們采用DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其精確度為，該精確度剛好能滿足本設計的基本要求，但是其需要5V電源，并且電路較為復雜。 方案二：采用DAC7625數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其精確度為，該精確度遠遠高于本設計的基本要求，并且只需正5V電源，同時電路較為簡單。 綜上所述我們選擇方案二。2.5 鍵盤的選擇：方案一：我們選擇

8、34矩陣鍵盤，其能直接對單片機輸入我們所需要的電流，但其所需要單片機七個接口，過多。方案二：采用兩個獨立按鍵，鍵能控制步進10mA，能控制步減10mA，且都能循環(huán)（150mA350mA），只需單片機兩個接口。 通過以上比較，我們選擇方案二。 3 電路與程序設計：3.1 電源變換器主回路與器件選擇：電源變換器主回路：圖5 電源變換器圖本電源變換器為隔離型電源變換器，能將36V交流電轉(zhuǎn)換為30V45V直流電穩(wěn)壓輸出。器件選擇：序號123456器件3W電阻470uF 50V電容103（1KV）221（1KV）2A 224J2A 104J數(shù)量17個2個3個1個1個1個7891011122A 33J2A

9、 154J222 （1KV）NTC 10D-9H1R 303LN571個1個3個 1個 1個 1個3.2 控制電路或控制程序設計：控制電路：圖6 控制系統(tǒng)圖控制程序：圖7 程序流程圖3.3 保護電路設計：在開關電源中，加有保險管。在與負載直接相接的恒流電路中的達到36V后，將自動切換成恒壓源供電（本系統(tǒng)所用）或自動切斷，已達到保護目的。3.4 功率因數(shù)校正電路設計：在整流濾波之前加入了高頻濾波網(wǎng)路,使高頻脈沖電流受到一定的阻礙。該網(wǎng)絡還阻礙了脈沖電流流入電網(wǎng)，可校正功率因數(shù)。3.5 自動調(diào)光電路設計，開機沖擊電流和EMI抑制電路設計自動調(diào)光電路設計利用光敏電阻感光特性，并通過設定暗與亮的條件來

10、算出光敏電阻在各自條件下的阻值，并且將滑動變阻器調(diào)成與之相匹配的電阻，使剛好能夠滿足輸出電流在暗環(huán)境下為300mA，亮環(huán)境下達到200mA以下。如圖所示：圖8 光控電路圖開機沖擊電流3.5.3 EMI抑制電路設計:由于開關電源的工作電流是高頻脈沖電流，流入電網(wǎng)會對其它電子設備產(chǎn)生干擾，為了盡量清除這種影響，在整流濾波之前加入了高頻濾波網(wǎng)路,使高頻脈沖電流受到一定的阻礙。4 理論分析與計算 4.1 恒流控制方法與參數(shù)計算： 恒流控制方法：采用LM358與9014和2SC2073組成的復合管搭建成一個模擬電路，將輸出端電流采樣送給LM358反向輸入端，形成一個電流負反饋電路，使電流能恒定輸出。 參

11、數(shù)計算： 為負載端輸出電流，為LM358同向輸入端電壓，為電流反饋電阻。 4.2 隔離型電源變換器的設計與計算： 隔離型電源變換器的設計：隔離型電源變換器由開關穩(wěn)壓電源和電流源電路組成： 開關穩(wěn)壓電源采用變壓器正反饋脈沖振蕩電路產(chǎn)生了32kHZ的脈沖信號，推動了大功率MOS場效應三極管將脈沖電流加到了高頻變壓器的初級線圈上，經(jīng)開關變壓器將脈沖電壓耦合到次級繞組,并實現(xiàn)了隔離。 變壓器次級繞組上的脈沖電壓經(jīng)二極管，,整流濾波產(chǎn)生了供負載使用的直流電壓（30-50連續(xù)可調(diào)）。為了達到穩(wěn)壓的目的：將經(jīng),采樣之后，經(jīng)場效應三極管和光耦器件控制場效應開關管，調(diào)節(jié)輸出信號的振幅，盡而改變了開關三極管的工作

12、電流和輸出電壓的量值，實現(xiàn)了自動穩(wěn)壓的功能。 此外，該網(wǎng)絡由于阻礙了脈沖電流流入電網(wǎng)，可使整個電流的功率因數(shù)有一定提高。 計算 4.2.2.1變壓器變化： 得： 本電源 ，倍壓整流濾波后，,電源輸出直流電壓得： 4.2.2.2初級線圈電流： 負載平均電流取300mA，則設開關電源效率為：90% 則輸入功率初級線圈平均電流：初級線圈電流峰值： 4.2.2.3初級繞組匝數(shù)：初級繞組電感：的計算：開關電源脈沖振蕩頻率 磁芯變壓器選擇： 根據(jù)輸出功率的大?。s20W），選最大磁通量約為2000gs，截面積為77的E1 25磁芯。 其中S磁芯截面積（77） 最大磁通密度（取0.2T）代入式子：匝。4.2

13、.2.4次級匝數(shù):根據(jù)變比關系：匝.5反饋繞組計算：根據(jù)振蕩電路的需要，反饋繞組分兩組，且電壓約在6V左右，因此 匝。 4.3 提高效率的方法： 復合管的發(fā)射極與地之間的電阻小并且電流一定，由可知，提高了效率； 復合管的集電極與發(fā)射極之間的工作電壓可大可小，我們將其控制在最小工作電壓下，又由于電流一定，由可知，提高了效率；4.4 濾波參數(shù)計算： 5 測試方案與測試結(jié)果：5.1 恒流限壓電路的測試： 恒流部分測試： 測試條件：40.42V直流穩(wěn)壓電源 12V直流穩(wěn)壓電源 可輸出1.5V3.6V直流電壓的穩(wěn)壓直流電源 兩個高精度萬用表 測試結(jié)果及其完整性：控制端輸出電壓（V）0.72240.775

14、80.82210.87140.91940.96781.0168電流（mA）150160170180190200210控制端輸出電壓（V）1.06331.11191.16131.20921.25661.30451.3513電流（mA）220230240250260270280控制端輸出電壓（V）1.39981.44801.49591.54281.58981.63751.6854電流（mA）290300310320330340350測試結(jié)果分析：測試結(jié)果與理論計算略有不符，但還是算理想，經(jīng)分析誤差主要是DAC芯片不可能輸出理論值電壓，運放與復合管以及電阻搭建的恒流源電路也不能完全按照理論計算執(zhí)行。

15、綜上所述，測試誤差還算正常。 限壓部分測試：測試條件：萬用表一塊 線性滑動變阻器一個 36V輸出變壓器一部測試結(jié)果及其完整性： 測試結(jié)果分析：這一數(shù)據(jù)在題目要求范圍之內(nèi)，不是36V，是因為有誤差。 5.2 LED燈的測試： 測試條件：能輸出2V5V可調(diào)直流電壓源 萬用表兩塊 測試結(jié)果及其完整性：LED兩端電壓（V）2.352.703.103.10流經(jīng)LED的電流(mA)0.01（剛亮）100200350 測試結(jié)果分析：經(jīng)過測試分析，由上表可知，發(fā)光二極管導通最大電壓為3.1V，故十個二極管串聯(lián)不能達到36V電壓，所以，在測試限壓36V時，負載需用線性滑動變阻器。6 創(chuàng)新點： 6.1.電流能夠步

16、進10mA循環(huán)增加，且能夠步減10mA循環(huán)減少。 6.2.開關電源，能夠同步輸出三種大小電壓：37.666V、15V、11V。7 心得體會：通過這次比賽，制作LED照明用恒流電源變換器的整個過程，讓我們接觸到很多實際的應用器件，也充分的運用了在課堂上學的知識，并掌握了單片機的較復雜的程序設計以及數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換等基本器件的使用，這使我們的動手制作能力和對C語言的運用程度在原來的基礎上，有了突破性的進步。從理論到實際操作，從發(fā)現(xiàn)問題到獨立解決問題都是我們迅速的成長。從建立方案到選取材料，從動手制作到實驗測試，從失敗到成功，不僅是自己的努力，也離不開指導教師的悉心教會，同時更離不開一起奮斗的戰(zhàn)友。這

17、短暫的日子卻使我們嘗盡了喜怒哀樂，經(jīng)過研究取得些許成果，有取得小進步時的歡悅，有思考問題的愁眉苦臉，有失敗時的沮喪無奈，更有時想過放棄，但是想想曾經(jīng)付出的心血，咬咬牙繼續(xù)堅持下去了。我們懂得了做事要細心謹慎，有條不紊，懂得了理論與實際情況相結(jié)合，只有做到這些，成功才會靠近你。在比賽中，我們小隊的團結(jié)合作、分工協(xié)作，隊友與隊友之間取長補短，互相照料、互相理解完全的體現(xiàn)出來，彼此之間的配合也十分的融洽，這些也是我們完成制作的最好根據(jù)。在這短暫的日子里，不僅歷練了我們的內(nèi)心，同時讓我們要有不怕吃苦，勇于攀登科技高峰的精神；不僅鍛煉培養(yǎng)了我們的溝通能力，同時在學習能力上使我們有了很大的提高，更要做到將

18、所學的理論知識恰當?shù)倪\用到實際生活中去。最后，十分感謝組織本次大賽的所有成員，給我們提供這么一個提升能力的競技平臺。參考文獻：1孫肖子.模擬電子電路及技術基礎(第二版)M.西安:西安電子科技大學出版社,2008.2余孟嘗主編. 數(shù)字電子技術基礎簡明教程（第三版）.北京：高等教育出版社2006.73楊素行主編. 模擬電子技術基礎簡明教程（第三版）.北京：高等教育出版社2006.5附錄一：部分元器件清單：序 號器 件 名 稱數(shù) 量1AT89C52單片機一個2DAC7625一個3液晶屏12864一個4LM7805一個5LM7812 一個6繼電器一個7NPN9014 一個 82SC2073 一個9LM

19、358 一個 10 1W發(fā)光二極管 十個11電 感 若干12電容（包括陶瓷、電解） 若干13滑動變阻器 一個14電 阻 若干15繞組一個16二極管 若干17MOSFET 管 兩個18晶 振一個19開關（包括復位、按鍵） 五個20導 線 若干附錄二：總電路連線圖： 附錄三：程序清單:#include#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit key=P10;sbit key1=P11;sbit cs=P12;sbit lcden=P13;sbit rw=P14;sbit rs1=P15;sbit

20、 rw1=P16 ;sbit e1=P17;uint i;uchar table=電流: mA ;uchar code table1= 大慶師范學院 ;uchar code table2=08級電子信息工程;uchar code table3= 堅持就是勝利 ;uchar str6;void delayms1(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void delayms(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=10;y0;y-);void write_cmd(uchar cmd)rs1=0;rw1=0;e

21、1=0;P0=cmd;delayms1(5);e1=1;delayms1(5);e1=0;delayms1(5);void write_data(uchar dat)rs1=1;rw1=0;e1=0;P0=dat;delayms1(5);e1=1;delayms1(5);e1=0;delayms1(5);void lcd_init()write_cmd(0x30);delayms1(5);write_cmd(0x0c);delayms(5);write_cmd(0x01);delayms1(5);void yejing(uint x)lcd_init();str0=:; str1=x/100+

22、0; str2=(x%100)/10+0; str3=x%10+0; str4=m; str5=A; write_cmd(0x90);for(i=0;i16;i+)write_data(table1i);delayms1(10);write_cmd(0x88);for(i=0;i16;i+)write_data(table2i);delayms1(10);write_cmd(0x98);for(i=0;i16;i+)write_data(table3i);delayms1(10); write_cmd(0x80); for(i=0;i4;i+) write_data(tablei); writ

23、e_cmd(0x82);for(i=0;i8)&0x0f; _nop_();cs=1;_nop_(); lcden=1; delayms(5); rw=1; void main() uint shu=702;uint num=150; DA7625(shu);yejing(num) ; while(1) if(key=0) delayms(110); if(key=0) while(!key); num+=10;if(num=360) num=150;switch(num) case 150: shu=703;break; case 160: shu=753;break; case 170:

24、shu=797;break; case 180: shu=845;break;case 190: shu=891;break;case 200: shu=937;break;case 210: shu=983;break;case 220: shu=1023;break;case 230: shu=1070;break;case 240: shu=1119;break;case 250: shu=1165;break;case 260: shu=1212;break;case 270: shu=1258;break;case 280: shu=1302;break;case 290: shu=1349;break;case 300: shu