5WLED驱动电源-毕业论文.doc

更多论文/fanteral毕 业 设计 题 目： 5wled驱动电源 系部： 电子信息工程系 1、题 目 5wled驱动电源 2、内容要求：（1）用protell99完成电路原理图绘制，并写出元件清单，购买元件。（2）完成线路板设计（3）线路板装配与调试（4）完成毕业大作业（综合实训）正文 3、实施步骤： 1、查阅5wled驱动电源的资料，约7天时间。 2、5wled驱动电源原理图的绘制约2天时间 3、线路板的设计、制作与装配：用protel 99 se完成线路板的设计，利用热转印方法制作线路板；约7天时间。 4、完成样机的装配与调试，约7天时间。 5、样机的优化改版约7天时间。 6、整机调试 7. 完成毕业大作业（综合实训）正文约7天时间。应包括如下内容：(1) 总体方案设计(2)各功能电路的描述、电路图； (3)元件清单 ；(4)线路板的pcb图；(5) 利用热转印方法制作线路板的过程；(6) 电源的装配与调试；(7) 电源实物照片；(8) 毕业大作业总结。约为两天的时间 。三. 主要器件介绍tl431 1.概述：tl431是一个高精度的基准电压提供芯片。精密电压基准ic tl431是t092封装如图1所示。其性能是输出压连续可调达36v，工作电流范围宽达01。100ma，动态电阻典型值为022欧,输出杂波低。图2是tl431的典型应用，其中、脚两端输出电压v=25(r2十r3)vr3。如果改变r2的阻值大小2.技术参数特点：广泛的探测范围高灵敏度快速响应恢复 优异的稳定性长寿命简单的驱动电路 应用: 应用于家庭、工厂的可燃性/毒性气 体泄漏探测装置， 适宜于液化气，丁烷，丙烷，甲烷，酒精，氢气，烟雾等 的探测。 规格：tl431特性及应用 许 明 摘 要 介绍可调分流基准芯片tl431的特性及其在一些功能电路中的应用。 关键词 可调分流基准 恒流 恒压 pwm 开关电源 1 tl431的简介 德州仪器公司（ti）生产的tl431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从vref（2.5v）到36v范围内的任何值（如图2）。该器件的典型动态阻抗为0.2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。 左图是该器件的符号。3个引脚分别为：阴极（cathode）、阳极（anode）和参考端（ref）。tl431的具体功能可以用如图1的功能模块示意。 由图可以看到，vi是一个内部的2.5v基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当ref端（同相端）的电压非常接近vi（2.5v）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着ref端电压的微小变化，通过三极管 图1 的电流将从1到100ma变化。当然，该图绝不是tl431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用tl431的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的，本文的一些分析也将基于此模块而展开。 2. 恒压电路应用 前面提到tl431的内部含有一个2.5v的基准电压，所以当在ref端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图2所示的电路，当r1和r2的阻值确定时，两者对vo的分压引入反馈，若v o增大，反馈量增大，tl431的分流也就增加，从而又导致vo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在vi等于基准电压处稳定，此时vo=(1+r1/r2)vref。选择不同的r1和r2的值可以得到从2.5v到36v范围内的任意电压输出，特别地，当r1=r2时，vo=5v。需要注意的是，在选择电阻时必须保证tl431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 ma 。 当然，这个电路并不太实用，但它很清晰地展示了该器件的工作原理在应用中的方法。将这个电路稍加改动，就可以得到在很多实用的电源电路，如图3，4。 图3 大电流的分流稳压电路 图4 精密5v稳压器 3. 恒流电路应用 由前面的例子我们可以看到，器件作为分流反馈后，ref端的电压始终稳定在2.5v，那么接在ref端和地间的电阻中流过的电流就应是恒定的。利用这个特点，可以将tl431应用很多恒流电路中。 如左图5是一个实用的精密恒流源电路。原理很简单，不再赘述。但值得注意的是，tl431的温度系数为30ppm/，所以输出恒流的温度特性要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多，因而在应用中无需附加温度补偿电路。 图5下面就介绍一个用该器件为传感器电桥提供恒定偏流的电路，如图6。 这是一个已连成桥路的硅压传感器的前级处理电路。vref/r2的值应设为电桥工作所必要的恒定电流，该电流值通常会由传感器制造商提供。流经tl431阴极的电流由r1和电源电压vs决定，在应用中通常让它等于桥路电流，但一定要注意大于1ma。 由于tl431非常易于实现恒压或恒流，而且有很好的温度稳定性，因此很适合于仪表电路、传感器电路等设计应用4. 在开关电源上的应用 在过去的普通开关电源设计中，通常采用将输出电压经过误差放大后直接反馈到输入端的模式。这种电压控制的模式在某些应用中也能较好地发挥作用，但随着技术的发展，当今世界的电源制造业大多已采用一种有类似拓扑结构的方案。此类结构的开关电源有以下特点：输出经过tl431(可控分流基准)反馈并将误差放大，tl431的沉流端驱动一个光耦的发光部分，而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压，用来调整一个电流模式的pwm控制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。上图是一个实用的4w开关型5v直流稳压电源的电路。该电路采用了此种拓扑结构并同时使用了topswitch技术。图中c1、l1、c8和c9构成emi滤波器，br1和c2对输入交流电压整流滤波，d1和d2用于消除因变压器漏感引起的尖峰电压，u1是一个内置mosfet的电流模式pwm控制器芯片，它接受反馈并控制整个电路的工作。d3、c3是次极整流滤波电路，l2和c4组成低通滤波以降低输出纹波电压。r2和r3是输出取样电阻，两者对输出的分压通过tl431的ref端来控制该器件从阴极到阳极的分流。这个电流又是直接驱动光耦u2的发光部分的。那么当输出电压有变大趋势时，vref随之增大导致流过tl431的电流增大，于是光耦发光加强，感光端得到的反馈电压也就越大。u1在接受这个变大反馈电压后将改变mosfet的开关时间，输出电压随改变而回落。事实上，上面讲述的过程在极短的时间内就会达到平衡，平衡时vref=2.5v，又有r2=r3，所以输出为稳定的5v。这里要注意的是，不再能通过简单地改变取样电阻r2、r3的值来改变输出电压，因为在开关电源中每个元件的参数对整个电路工作状态的影响都会很大。按图中所示参数时，电路可在90vac264vac（50/60hz）输入范围内，输出+5v，精度优于3%，输出功率为4w，最大输出电流可达0.8a，典型变换效率为70%。 关于tl431并联电容器的方法 稳压二极管在电路中工作时，其自身会产生一种不规则的周期性噪声，这种不规则的噪声称为齐纳噪声。尽管齐纳噪声的电平不高，但它却是影响稳压二极管输出特性的重要原因之一。为了减小稳压二极管的输出噪声，可用一只电容器与稳压二极管并联使用，这样，并联的电容就可以吸收稳压二要管的齐纳噪声，以改善稳压二极管的输出特性。另外，并联在稳压二极管上的电容还可以吸收电源的纹波，使得稳压二极管的输出电压更加平稳。其次，当稳压二极管与电容并联使用时，由于电容的充电作用，会使稳压二极管输出电压的建立时间增加，使输出电压缓慢地上升，不过，这仅是接通电源瞬间的情况。正常工作时，稳压二极管的输出电压是完全稳定的。 用这种方法的好处是：在接通电源的瞬间，稳压二极管的输出电压不会出现过冲现象，同时也起到了一定的开机延时作用，改善了过渡特性。既然稳压二极管和电容并联有这么多的好处，而tl431的使用和稳压二极管的使用又十分相似，所以tl431是可以与电容并联使用的，且tl431与电容并联使用时同样有许多好处。但是，当tl431与电容并联，其选用的容量值不适合时，有时不但起不到好的作用，反而会产生振荡现象，这是因为流过tl431的电流和电容的容量有一定的关系。实验表明，如果用容量为的电容器并联在tl431上，很有可能使tl431产生振荡，因此，当tl431与电容并联使用时，应使tl431并联的电容器值大于或小于.，对此必须引起注意。 光耦是对输入、输出电信号起到隔离作用光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（led），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力.1. 内部结构以六脚光耦tlp641j为例，说明其原理。3. 工作原理 一个光控晶闸管（photo-thyristor）耦合（couple to）一个砷化镓（gallium arsenide）红外发光二极管（diode）组成。左边1和2脚是发光二极管，当外加电压后，驱动发光二极管（led），使之发出一定波长的光，以此来触发光控晶闸管。光控晶闸管的特点是门极区集成了一个光电二极管，触发信号源与主回路绝缘，它的关键是触发灵敏度要高。光控晶闸管控制极的触发电流由器件中光生载流子提。光控晶闸管阳极和阴极间加正压，门极区若用一定波长的光照射，则光控晶闸管由断态转入通态。为提高光控晶闸管触发灵敏度，门极区常采用放大门极结构或双重放大门极结构。为满足高的重加电压上升率，常采用阴极发射极短路结构。小功率光控晶闸管常应用于电隔离，为较大的晶闸管提供控制极触发；也可用于继电器、自动控制等方面。大功率光控晶闸管主要用于高压直流输电。2. 引脚排序图当1和2脚加上5v以上电源后，就能使发光管发光，驱动光控晶闸管进入通态，此时，5和4脚构成一个电阻，阻值大约为10k。当1和2不加电压时，则4和5可以看成一个无穷大的电阻5w驱动电源元件清单led驱动电源材料构成表bom序物料名称型号/规格用位 号发货数量代用料号量1印制板led驱动电源1自制2高频变压器ad0270t02 v1.11tr13共模电感com046011l14贴片电容1n/50v 08051c1806035贴片电容2n2/50v 08051c6 06036贴片电容33n/50v 08051c5406037贴片电容47n/16v 08051c3206038贴片电容8n2/50v 08051c906039贴片电阻10k pm5 08052r36 r51060310贴片电阻110k pm5 08051r35 060311贴片电阻15k pm5 08051r32060312贴片电阻180r pm5 08052r17 r31060313贴片电阻1k pm5 08051r50060314贴片电阻220k pm5 08051r15 060315贴片电阻220r pm5 08051r18060316贴片电阻270k pm5 08053r16 r4 r5 060317贴片电阻2k2 pm5 08051r30060318贴片电阻300k pm5 08051r6060319贴片电阻33k pm5 0805 1r8060320贴片电阻36k pm5 08051r54060321贴片电阻39k pm5 08051r34060322贴片电阻3k pm5 08052r53 r55060323贴片电阻4r7 pm5 08051r7060324贴片电阻510r pm5 08052r52 r9060325贴片电阻5k1 pm5 08051r33060326贴片电阻75k pm5 08052r11 r12060327贴片三极管bc817b1t628贴片三极管39042t52 t5529直插ictl431acz-ap1u31ka43130直插y电容470p/250vac1c51n/250vac31直插保险丝3.15ah,250v1f132直插薄膜电容220n/275vac1c1330n/275vac33直插场效应管spa11n65c31t834直插电感8 x 10 l0810132l40 l4535直插电解电容0.22u/50v1c5136直插电解电容1000uf 25v 1c40 470uf/25v 37直插电解电容1000uf 10v 1c451000uf 16v 38直插电解电容10uf/25v1c5539直插电解电容470uf 10v 1c41 470uf 25v 40直插电解电容470uf 16v 1c46470uf 25v 41直插电解电容68uf/400v 1c3100uf/400v 42直插电阻22k/2w1r2543直插电阻270k/1w1r344直插电阻330r 1/2w1r4945直插电阻4r7/2w1r1046直插电阻56r/2w3r21 r22 r4647直插电阻91r/2w2r41 r4248直插电阻空置0r20 r23 49直插电阻ntc 2.5e1r1ntc 5e50直插电阻vdr_s10k4201r25d951直插二极管1n41482d15 d5052直插二极管1n54075d1 d2 d3 d4 d201n540853直插二极管fr1072d18 d5454直插二极管sb1040ct1d45sb1040,sb104555直插二极管sb10100ct1d40sb8100,sb8100ct56直插光耦tlp421-4gr1u18tcet1102g57直插陶瓷电容2n2/2kv 1c2558直插陶瓷电容330p/2kv1c859直插陶瓷电容res0c760直插稳压管12v1z15 61直插稳压管15v2z7 z4162直插稳压管4v71z5063输入插座3 pin 1p164输出插座res0p265输出插座res0p366输出线输出线467跳线 0.6l81j168跳线 res0j4069散热片heatsink0061x870散热片heatsink0071x4071螺丝m3 8mm372螺丝m3 10mm073螺冒m3074弹簧片m3075绝缘片绝缘片376绝缘粒绝缘粒377黑胶1打于输出线上5w驱动电源电路原理图pcb图pcb板3d图6. 利用热转印方法制作pcb板的过程（1）将pcb图打印于油印纸中（2）将pcb图反印于檫亮洗净的敷铜板上（3）再放入lr-2w8b型（温度约180度）制版机中转印（4）自然冷却后再放入三氯化铁溶液中腐蚀（5）腐蚀完全后于钻孔机上钻孔（6）将表面的炭膜用砂纸檫掉后涂上松脂水 （7）安装元件并焊接调试过程结果输入电压90到264vhz输出电压3.7v1.5a10.设计心得随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。这次的设计是我们大学的告别之作，我们下了功夫，也趁机学最后一点东西。