大學生電子設計大賽-LED照明用不間斷恒流電源

大學生電子設計大賽（J題）《LED照明用不間斷恒流電源》（高職高專組）參賽學生：指導老師：學校：院系：時間：

目錄摘要02方案設計與論證031、主控電路032、顯示電路03二、電路與程序設計031、電路總體框圖032、單元電路的設計03三、分析與計算及改進041、整流濾波后電壓的大小042、提高效率的方法05四、測試方案與測試結(jié)果051、測試儀器及設備052、測試結(jié)果分析05五、結(jié)論06六、參考文獻06附錄071、MSP430F149最小系統(tǒng)原理圖072、電路總體框圖073、降壓電路原理圖084、升壓電路原理圖085、LED驅(qū)動電路原理圖086、備用電源欠壓保護電路設計框圖097、自動調(diào)光電路設計框圖098、EMI抑制電路設計09升壓電路（該原理圖見附錄）采用升壓芯片XL6009進行升壓，當主電源斷電后，備用電源（3V-4.2V）經(jīng)過升壓電路升壓后，輸出電壓為8V，輸出電流最大1A。2.3LED驅(qū)動電路設計該電路（原理圖見附錄）采用大功率CMOS管IRF840進行設計，將RP1調(diào)整到適當?shù)奈恢茫ㄟ^調(diào)整電位器RP2能使IRF840漏極電流在300Ma~500mA內(nèi)恒流輸出。2.4備用電源欠壓保護電路設計該電路利用單片機對備用電源電壓進行采樣，當采樣值低于3V時單片機動作控制繼電器斷開，使備用電源與升壓電路斷開，用以保護蓄電池。2.5短路保護電路在220v輸出電路中加有自恢復保險絲來保護電路，當后級電路中發(fā)生短路情況后，保險絲會自動切斷電路，當電路正常后，保險絲會自動恢復暢通，正常工作。2.6自動調(diào)光電路設計自動調(diào)光電路采用光敏電阻作為感光元件，利用光敏電阻的采取的感光強弱來轉(zhuǎn)換成高低電平信號，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1251U將電壓信號采回到單片機，當光照強度較高時，單片機控制設置的負載電流為500mA,讓LED亮度可隨環(huán)境光線增強而自動降低。2.7開機沖擊電流開機沖擊電流采用熱敏電阻串聯(lián)在電源輸入端，溫度較低時電阻很大，隨著電阻發(fā)熱溫度升高，電阻逐漸變小，達到抑制開關(guān)沖擊電流過大的目的。2.8EMI抑制電路設計本電路是利用電感和電容的特性，使頻率為50Hz左右的交流電可以順利通過濾波器，但高于50Hz以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除，這就使開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻諧波被濾掉而不會污染電網(wǎng)。三、分析與計算及改進1、整流濾波后電壓的大小用20V的交流變壓器將220V市電變壓并整流后直流電壓為U,經(jīng)濾波后的電壓為U1，則：U1=U*1.2=24V考慮在全波整理信號濾波之前加入校正電路，可以有效的改善整流濾波后交流電的紋波，可以提高濾波后的電壓值，進而改善電路的功率因數(shù)。2、提高效率的方法在設計電路中選擇合適的開關(guān)器、變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率器件，以及供電輸入端和負載端，盡可能使用最少的元器件，降低開關(guān)頻率;控制電路盡可能使用數(shù)字方法實現(xiàn)等都可以有效地提高系統(tǒng)的效率。測試方案與測試結(jié)果1、測試儀器及設備(1)工頻變壓器(2)RigolDM3052臺式數(shù)字萬用表(3)RigolDP1116A可編程線性直流電源(4)DT9205A數(shù)字萬用表(5)RigolDS1302CA高性能數(shù)字示波器2、測試結(jié)果分析在輸入電壓220v、50HZ電壓變化范圍+15%~20%條件下，變壓器次級輸出的20V交流電經(jīng)過整流橋、濾波后通過DC-DC電路降壓到8V，最大電流為1A。測試結(jié)果分析如下表：測試次數(shù)輸入電壓（v）輸出電壓（v）輸出電流（A）1 1767.980.9821867.980.9831967.990.9942067.990.9952168.01.062268.01.072368.01.082468.011.0192538.011.01當主電源斷電后，備用電源（3V-4.2V）經(jīng)過升壓電路升壓后，輸出電壓為8V，輸出電流最大1A。從下表兩次測試結(jié)果可以得出：當電池電壓低于3V時升壓電路關(guān)斷，輸出為0V，靜態(tài)電流在20uA到50uA之間。A、當升壓電路輸入電壓在3V~4.2V內(nèi)測試數(shù)據(jù)下：測試次數(shù)輸入電壓（v）輸出電壓（v）輸出電流（A）13.07.980.9823.17.980.9833.27.980.9843.37.990.9953.47.990.9963.57.990.9973.68.01.083.78.01.093.88.01.0103.98.01.0114.08.01.0124.18.01.0134.28.01.01B、當輸入電壓小于3V時，測試結(jié)果如下：測試次數(shù)輸入電壓（v）輸出電壓（v）靜態(tài)電流（ua）12.00.0022.10.0032.20.0042.30.0152.40.0262.50.0272.60.0382.70.01592.80.015102.90.016五、結(jié)論本系統(tǒng)利用MSP430F149單片機控制，結(jié)合數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換、液晶顯示等外圍電路，經(jīng)過我們四天三夜的設計與制作，完成了題目的基本要求與發(fā)揮要求，并在此基礎(chǔ)上加入了我們自己的想法。在制作過程中我們遇到了一些困難，曾一度陷入困境，但通過團隊的共同努力，從各個方面仔細分析，多角度思考，終于解決了所有問題，圓滿的完成了作品，提高了我們分析及解決問題的能力，同時也深刻的體會到了共同協(xié)作和團隊精神的重要性，使我們獲益匪淺。六、參考文獻【1】秦增煌.電工學模電部分（第七版）.北京.高等教育出版社，2009年【2】譚浩強.C程序設計（第四版）.北京.清華大學出版社，2010.【3】黃根春等編著.全國大學生電子設計競賽教程——基于TI器件設計方法.北京.電子工業(yè)出版社,2011年【4】胡大可.,MSP430系列超低功耗16位單片機原理與應用.北京航空航天大學出版社，2001年附錄：1、MSP430F149最小系統(tǒng)原理圖圖12、電路總體框圖功率功率因數(shù)控制電路抑制電路AC220v50Hz變壓器保護電路降壓電路LED開關(guān)控制控制電流檢測電壓檢測電流檢光電路DACADCMSP430F149單片機備用電源升壓電路LED驅(qū)動電源LED開關(guān)控制控制電流檢測電壓檢測電流檢光電路DACADCMSP430F149單片機備用電源升壓電路LED驅(qū)動電源圖23、降壓電路原理圖圖34、升壓電路原理圖 圖45、LED驅(qū)動電路原理圖圖56、備用電源欠壓保護電路設計框圖備用電源備用電源升壓電路