畢業(yè)設(shè)計(jì)--led照明驅(qū)動(dòng)開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、<p>　　LED照明驅(qū)動(dòng)開關(guān)電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　LED照明驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)了恒流輸出、空載保護(hù)、隔離輸出及EMC等功能。系應(yīng)用于LED照明驅(qū)動(dòng)的開關(guān)電源電路。采用PWM自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒流輸出，穩(wěn)壓管過(guò)壓鎖定實(shí)現(xiàn)空載保護(hù)，電磁隔離和光隔離實(shí)現(xiàn)隔離輸出。經(jīng)過(guò)多次的運(yùn)行與檢測(cè)，實(shí)踐證明該電路恒流輸出穩(wěn)定，發(fā)熱量低。本設(shè)計(jì)

2、體積小,微調(diào)反饋電路可設(shè)置作為為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)常用的350mA或700mA恒流輸出?？蓮V泛適用于生活照明，商用照明。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LED驅(qū)動(dòng)電源；發(fā)熱低；恒流；隔離；低成本</p><p>　　Driving switch power LED lighting design</p><p>　　LED lighting design drive the

3、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 ov

4、er-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 st

5、able output. This design, smal</p><p>　　Key words：Leds driving power；Fever is low； Constant flow；Isolation； Low cost</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1概述1</b>

6、;</p><p>　　1.1選題的目的與意義1</p><p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀1</b></p><p>　　1.3系統(tǒng)性能指標(biāo)1</p><p>　　1.4系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)思路2</p><p>　　1.5總體功能描述3</p><p>　　2硬件電

7、路的設(shè)計(jì)4</p><p><b>　　2.1電路設(shè)計(jì)4</b></p><p><b>　　2.2磁路設(shè)計(jì)8</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p><b>　　致謝10</b></p><

8、p><b>　　附錄10</b></p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　1.1選題的目的與意義：</p><p>　　全球能源緊張，提高電器的效率是行之有效的方法。照明用電占據(jù)全球21%的總用電量，如果能提高照明用的的效率，可以有效緩解能源緊張。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長(zhǎng)照明系統(tǒng)的

9、壽命，并且是綠色無(wú)污染的？取代白熾燈，熒光燈，節(jié)能燈的第四代照明燈具是什么？業(yè)界給出的答案就是LED燈照明。LED照明每W流明數(shù)可達(dá)到120lm。遠(yuǎn)高于白熾燈和日光燈，此外LED燈珠壽命可長(zhǎng)達(dá)十萬(wàn)小時(shí)，并且綠色無(wú)污染。LED照明具備的這些優(yōu)點(diǎn)決定了其應(yīng)用前景是非常廣闊的。LED照明應(yīng)用上的限制在于LED有固定的正向壓降，電流也有上限（工作電流是影響LED壽命的主要因素）。大功率白光LED上的正向壓降一般為3-4V，不能直接使用市電驅(qū)動(dòng)。

10、因此一個(gè)和LED燈珠匹配的高效，環(huán)保，長(zhǎng)壽命的電源是必須的，這正是這次選題的意義與目的所在。</p><p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　開關(guān)電源的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，由于LED驅(qū)動(dòng)的降壓技術(shù)大部分采用開關(guān)電源。因此即使是LED驅(qū)動(dòng)電源真正進(jìn)入研究的時(shí)間不算長(zhǎng)，卻無(wú)礙其技術(shù)的成熟。LED驅(qū)動(dòng)要求的技術(shù)特點(diǎn)是：壽命長(zhǎng)，體積?。ㄌ貏e商用照明和家用

11、照明，最好可以內(nèi)嵌到燈頭）。</p><p>　　眾所周知，絕大部分開關(guān)電源都需要一個(gè)輸出濾波的電解電容，即使高品質(zhì)的電解電容，工作在100攝氏度左右，壽命也只有1Wh左右。毫無(wú)疑問，電解電容正是LED燈整體壽命的瓶頸。而內(nèi)嵌式驅(qū)動(dòng)板上的電解電容，由于LED的發(fā)熱以及驅(qū)動(dòng)板本身的發(fā)熱，長(zhǎng)期在高溫工作，更使電解電容壽命減短。目前已經(jīng)有集成電路，無(wú)需輸出電解電容，僅需幾個(gè)外圍就能直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。這使得LED照明的

12、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)確實(shí)得到保障。</p><p>　　另外一點(diǎn)，限制LED燈 壽命是工作時(shí)的溫度，目前臺(tái)灣某技術(shù)機(jī)構(gòu)解決方法為，使LED燈珠像一個(gè)燈一樣可拔插，使LED燈成為可維護(hù)產(chǎn)品。</p><p>　　除了技術(shù)上的創(chuàng)新外，還有組合上的創(chuàng)新，例如加入調(diào)光技術(shù)（模擬調(diào)光，數(shù)字調(diào)光，Triac調(diào)光）；用三色LED組成色光可調(diào)制系統(tǒng)；采用頻率抖動(dòng)技術(shù)減少EMI；加入功率因數(shù)校正電路等</p&

13、gt;<p>　　1. 3系統(tǒng)性能指標(biāo)：</p><p>　　1、主輸出最大輸出功率為14W，輔助輸出為0.5W，總輸出小于15W；</p><p>　　2、輸出電流為恒定350mA；</p><p>　　3、最大輸出電壓為40V；</p><p>　　4、滿負(fù)荷下轉(zhuǎn)換效率大于85%；</p><p>　

14、　5、負(fù)載為350mA時(shí)最大紋波為5mV；</p><p>　　6、因?yàn)闆]有添加功率因數(shù)模塊，因此PF值最低僅為0.45左右；</p><p>　　7、最少可以接一個(gè)1W的高亮度LED，最多可以驅(qū)動(dòng)12個(gè)1W的高亮度LED（全功率輸出時(shí)TNY280應(yīng)添加散熱片）。</p><p>　　1.4系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)思路：</p><p><b&g

15、t;　　1設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　考慮到家庭常用的是5×1W，或6×1W，商用照明常用的是1×1W到12×1W，本設(shè)計(jì)采用恒流輸出，輸出電壓隨負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)節(jié)的適用廣泛的設(shè)計(jì)。</p><p>　　考慮到國(guó)內(nèi)采用50HZ、220V的供電系統(tǒng)，而美國(guó)、歐洲、日本居民用電從110V-240V不等，再考慮到網(wǎng)壓10%的波動(dòng)，系統(tǒng)

16、把輸入放寬到從85V-265V。</p><p>　　本著設(shè)計(jì)一款符合社會(huì)要求的真正節(jié)能、節(jié)錢、長(zhǎng)壽的LED驅(qū)動(dòng)電源的思想。在能效轉(zhuǎn)換和產(chǎn)品成本上作出折中的選擇，轉(zhuǎn)換效率要求在75%以上；元件選擇盡可能采用了常見型號(hào)，滿足要求的情況下，盡可能采用國(guó)產(chǎn)的元器件（例如采用常用的1N4007,1N4148，PI公司的TinySwitch-Ⅲ系列，電容采用國(guó)產(chǎn)的BHA，Jwco）。對(duì)于批量生產(chǎn)，能有效降低成本，使LED照

17、明更容易走進(jìn)人民生活。</p><p><b>　　2系統(tǒng)組成：</b></p><p><b>　　系統(tǒng)框圖如圖示</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用了LED驅(qū)動(dòng)電路中常用的單端反激式拓?fù)洌撏負(fù)湓O(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。輸入采用了四個(gè)1N4007作為全波整流，而后經(jīng)過(guò)π型濾波器整流，采用了PI公司的TinySwich-Ⅲ系列中

18、功率容量最大的TNY280作為開關(guān)控制IC，采用EE19磁芯實(shí)現(xiàn)初次級(jí)隔離，采用雙路輸出實(shí)現(xiàn)運(yùn)放的獨(dú)立供電，采用運(yùn)放和電壓比較器作為反饋控制以實(shí)現(xiàn)高精度恒流控制。采用低導(dǎo)通壓降的肖特基整流管ER303減少二極管發(fā)熱，濾波電容采用ESR可接受的普通電解電容降低電容溫升。</p><p>　　1. 5總體功能描述：</p><p><b>　　1、實(shí)現(xiàn)隔離輸出</b>&l

19、t;/p><p>　　（1）變壓器T1提供隔離，儲(chǔ)能，變壓的功能。使用高頻變壓器，初次級(jí)能量傳輸通道為磁通道，實(shí)現(xiàn)隔離。</p><p>　　（2）光耦817B提供隔離、反饋功能。使用光耦合器，次級(jí)反饋信號(hào)傳輸通道為光通道，實(shí)現(xiàn)隔離。</p><p>　?。?）初次級(jí)用安規(guī)電容CT7實(shí)現(xiàn)靜電釋放，防止靜電堆積引起的高壓打火。同時(shí)該電容值較小，次級(jí)不會(huì)造成觸摸電擊。<

20、;/p><p>　　2、實(shí)現(xiàn)LED恒流，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)</p><p>　?。?）次級(jí)采用LM358雙運(yùn)放實(shí)現(xiàn)恒流和過(guò)壓保護(hù)。LED升高伏安特性隨溫度左移（如圖1.1）。假設(shè)驅(qū)動(dòng)為恒定電壓V2（如圖1. 2），工作中燈珠溫度從T1到達(dá)T2,流經(jīng)燈珠的電流明顯增大，電流增大又導(dǎo)致溫度升高，如此惡性循環(huán)，最后勢(shì)必?zé)龤糁?。解決辦法有兩個(gè)，一是恒壓驅(qū)動(dòng)的同時(shí)串接一個(gè)電阻在輸出回路（如圖1. 3），當(dāng)L

21、ED燈珠由于溫度升高而導(dǎo)致電流增大時(shí)，串接的電阻壓降增大，LED端電壓得以降低，起到對(duì)LED的保護(hù)作用。但是這種方法將在串聯(lián)電阻處耗散一定功率，降低整個(gè)電路轉(zhuǎn)換效率，有悖設(shè)計(jì)初衷。因此，不采用這種方式。</p><p>　　最理想的方法是采用整體的思想，通過(guò)控制開關(guān)IC的占空比調(diào)節(jié)輸出電壓，控制次級(jí)始終輸出恒定電流。本設(shè)計(jì)正是采用此方案。</p><p>　　圖1.1

22、 圖1. 2 圖1. 3 </p><p><b>　　2硬件電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電路原理圖如圖2.1所示。</p><p><b>　　圖2.1</b&g

23、t;</p><p>　　用PI公司的軟件PI Expert 7設(shè)計(jì)出電路框圖如圖2.2。該軟件設(shè)計(jì)出的原理圖基本都采用比較極限的參數(shù)。因此修改了高頻變壓器從EE19改為EE20/20/5（磁芯氣隙改小）。開關(guān)IC也從TNY275改為TNY280。目的是使得整個(gè)電路發(fā)熱量減少，更加穩(wěn)定，以適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。</p><p>　　改為僅采用一個(gè)0.1μ的X電容作為差模抑制，把單電容濾波

24、改為π型濾波。此外改動(dòng)較大的是反饋回路，如果只采用TL431作為恒壓控制，控制精度較低，且不好實(shí)現(xiàn)恒流控制；假設(shè)采用三極管S8550加TL431作為恒流穩(wěn)壓控制，精度不夠高，并且電流采樣電阻一定要取較大阻值，導(dǎo)致效率下降。因此本設(shè)計(jì)采用SOP封裝的雙運(yùn)放LM358，可實(shí)現(xiàn)高精度（變化小于2%）的恒流控制，穩(wěn)妥的過(guò)壓保護(hù)。電流取樣電阻可改為小至0.5Ω（為減小體積，用兩個(gè)1Ω電阻并聯(lián)）的高精度（誤差值為1%）金屬膜電阻。</p>

25、;<p>　　先看運(yùn)放LM358的B部分組成的電壓比較器，連接比較器B反相端的外圍電路，是可控穩(wěn)壓管TL431組成的恒壓源。TL431的陽(yáng)極和ref端連接在一起，此時(shí)陽(yáng)極的電壓約為2.5V。因此電壓比較器B反相端的電壓接近于2.5V。</p><p><b>　　圖2.3</b></p><p>　　1、運(yùn)放358的A部分：</p><

26、;p>　　通過(guò)0.5Ω（兩個(gè)1Ω的并聯(lián)，阻值應(yīng)盡量減少，以提高效率）的金屬膜高精度電阻串接接到輸出回路作為電流取樣電阻，經(jīng)4702電阻連接到運(yùn)放A同相端進(jìn)行加大。應(yīng)該令運(yùn)放A的輸出電壓（也就是電壓比較器B同相端輸入電壓）在額定輸出恒流（1W LED燈珠的工作點(diǎn)，350mA）時(shí)剛好等于電壓比較器B的反相端電壓，也就是2.5V。</p><p>　　通過(guò)電壓比較器B（運(yùn)放358的B部分）與穩(wěn)壓管的過(guò)壓回饋進(jìn)行電

27、壓比較。正常工作時(shí)，電壓比較器同相端的電壓圍繞2.5V波動(dòng)。</p><p>　　假設(shè)某種原因?qū)е螺敵鲭娏鬟^(guò)大，則比較器B同相端電壓高于反相端，電壓比較器輸出高電平，光耦內(nèi)部發(fā)光二極管導(dǎo)通，于是光耦的C腳將從TNY280的EN/UV腳引出較大電流，導(dǎo)致TNY280內(nèi)部MOS管的PWM方波占空比降低，使得輸出電壓回落，輸出電流也就降低了，就這樣達(dá)到恒流的目的。</p><p>　　同樣的，當(dāng)

28、某種原因?qū)е螺敵鲭娏鹘档停容^器反相端電平高于同相端電平，光耦C腳引出較小電流，導(dǎo)致TNY280內(nèi)部MOS管的PWM方波占空比升高，使得輸出電壓回升，輸出電流也就增大了，達(dá)到恒流的目的?？梢姯h(huán)路為負(fù)反饋控制，實(shí)現(xiàn)恒流。</p><p>　　2、過(guò)壓保護(hù)主要由電壓比較器B實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　空載時(shí)，輸出端電壓VCC1不斷上沖，達(dá)到兩個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值之和以后。穩(wěn)壓管導(dǎo)通，微電流約為0.

29、04mA。該電流在同相端產(chǎn)生約5V的高電平，電壓比較器B同相端比反相端電壓要高，電壓比較器輸出高電平。通過(guò)光耦令TNY280的使能引腳EN/UV導(dǎo)出較大電流，控制TNY280的脈沖信號(hào)減少，所以輸出將穩(wěn)定在40V上下。不會(huì)一直上沖而導(dǎo)致炸機(jī)。</p><p><b>　　圖2.4</b></p><p><b>　　2.2磁路設(shè)計(jì)</b><

30、/p><p>　　變壓器也采用PI公司提供的PI Expert 7作為參考，如圖2.5。PI公司提供的建議是采用EE19磁芯，磁芯面積Ae為23.00mm²，132KHZ的工作頻率下，磁芯功率裕量應(yīng)該留大點(diǎn)，降低占空比，以減少磁芯發(fā)熱，因此改用了EE20/20/5磁芯，磁芯面積Ae值為31.00mm²。</p><p>　　由于PI公司提供的庫(kù)文件當(dāng)中沒有EE20/20/5

31、磁芯，因此設(shè)計(jì)時(shí)參考Ae值與EE20/20/5相近的EF20（Ae值為32mm²），匝數(shù)比也完全參照PI Expert 7 提供的EF20的設(shè)計(jì)。增大磁芯的面積，根據(jù)dB=（Edt×10）/（NAe），為保持dB不變，則N應(yīng)當(dāng)減少，這就是為什么初次級(jí)匝數(shù)有所改變。 </p><p>　　此外，匝數(shù)減少了，為保證利用更廣的磁滯回線，氣隙長(zhǎng)度也相應(yīng)減少了，本設(shè)計(jì)采用軟件給出的氣隙為0.

32、153mm的建議。</p><p><b>　　圖2.5</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　TNY280PN pdf資料 PI公司網(wǎng)站 提供</p><p>　　《開關(guān)電源設(shè)計(jì)》第二版 ………………………………Abraham I.Pressm

33、an著 王志強(qiáng) 等譯</p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)》第四版 ………………………………康華光 著</p><p>　　《電路》第四版 ………………………………邱關(guān)源 著</p><p>　　《信號(hào)與系統(tǒng)考研教案》 ………………………………范世貴 王崇斌編著</p><p>　　《EMC設(shè)計(jì)工程實(shí)務(wù)》

34、 ………………………………馬永健 編著</p><p>　　《Altium designer完全電路設(shè)計(jì)》……………………… 張義和</p><p>　　《開關(guān)電源中的磁性元器件》………………………………趙修科 主編</p><p>　　《大學(xué)物理之安培環(huán)路定理》…………………………………百度文庫(kù)</p><p>　　《反激式變壓器設(shè)計(jì)》

35、 …………………………………侯本彪</p><p>　　《電源反饋設(shè)計(jì)速成編》 …………………………………來(lái)自 電源網(wǎng)</p><p>　　《德州儀器系統(tǒng)電源解決方案》………………………………TI 公司論壇</p><p>　　《SMT工藝質(zhì)量控制》 …………………………………賈忠和</p><p><b>　

36、　致謝</b></p><p>　　在此我想特別感謝教授我專業(yè)知識(shí)的各科老師，這些基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)和我將來(lái)就業(yè)都有莫大的幫助。感謝教授我們高等數(shù)學(xué)、電路分析、模擬電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、自動(dòng)控制理論、EDA技術(shù)的各科老師。還有指導(dǎo)我校內(nèi)實(shí)習(xí)作品的xx老師。正是有你們的悉心教導(dǎo)，我才能掌握電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)；完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，絕大部分知識(shí)都在你們教授的課程里邊。你們言無(wú)不盡的傳授，令我溫習(xí)一下那些