毕业设计（论文）-LED照明系统工作原理及电路设计.doc

天津电子信息职业技术学院毕 业 设 计课题名称 led照明驱动电路设计 姓 名 学 号 8 班 级 通信s09-1 专 业 通信技术 所 在 系 电子技术系 指导教师 完成日期 2011.12.05 天津电子信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称： led照明驱动电路设计完成期限：2011年10月31日至2011年12月5日姓 名 指导教师 专 业 通信技术 职 称 副教授 所在系 电子技术 系 主 任 接受任务日期 2011.10.31 批准日期 一、 原始依据（资料）：随着人类的进步，照明经历了火焰照明，白炽灯照明，荧光灯类照明，led照明。led照明作为新一代照明受到了广泛的关注。led是近些年出现的固体光源，随led制造工艺不断进步和新材料的开发应用，白光led光源不断完善，已进入试用阶段。led照明较其他照明比较，具有寿长，节能高效，易控制，不污染环境，led照明普及推广时照明发展的必然趋势，将对人类生活做出较大贡献。二、设计（论文）内容和要求：设计内容：1. led发展史及led应用现状，并与其他照明比较。2. led结构和工作原理。3. led光学特性，电学特性，热学特性等性能参数。4. led照明系统工作原理。5. led照明电路设计。6. led照明应用。设计要求：1. ac220v供电。2. 效率90。3. 采用新型led驱动集成电路。4. 电路设计合理，可靠性高。5. 参照并符合国家的相关标准。三、建议查阅的技术资料：led制造技术与应用 陈元灯 电子工业出版社半导体照明技术 方志烈 电子工业出版社led驱动电路设计实例 周志敏，纪爱华 电子工业出版社led照明设计应用 李农，杨燕 科学出版社天津电子信息职业技术学院 页号（1）毕业设计（论文）进度计划表序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签字12011.10.31-2011.11.10熟练掌握毕业设计要求，熟悉设计课题的内容、要求与指标，查阅相关资料，结合任务书，撰写开题报告。按时完成22011.11-2011.11.21确定设计方案，进行方案论证，并列出具体元器件表。使用软件仿真调试、并绘制印刷电路板。按时完成32011.11.21-2011.11.28分组按设计方案进行电路的组装按时完成42011.11.28-2011.12.25进行整体电路的焊接调试。按时完成52011.12.26-2012.1.8撰写毕业设计论文，准备答辩资料。按时完成67系毕业设计（论文）领导小组审阅意见：系主任签字：年 月 日天津电子信息职业技术学院 页号（2）毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目led照明驱动电路设计学生姓名暴瑞虎系别电子技术专业、班级通信s09-1指导教师齐连运职称副教授工作单位天津电子信息职业技术学院指导教师职称工作单位实践地点天津电子信息职业技术学院交表日期2011.12.5毕业设计(论文)开题报告内容要求：课题的意义、现状及发展趋势。课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤。课题所需的参考书目等。课题意义：我国led产业起步于1970年代，90年代后期高亮度led产业得到迅速发展。2003年科技部启动国家半导体照明工程，同时推动国家半导体照明产业化基地的建设，共建成大连光产业园、上海张江高科技园、南昌联创光电科技园、厦门开元科技园、北京亦庄经济技术开发区和深圳光明高新区六个产业基地。我国现有led企业600余家，企业主要集中在下游封装和应用领域，国内从事led上游外延片和中游芯片的企业大约在10余家。2005年中国半导体照明led销量达11.7亿个，同比增长49%，其中在汽车用和室内led灯饰市场出现了快速增长的势头，分别增长了53%和133%。交通指示灯和景观照明是我国半导体照明最主要的两个应用领域，这使得红光led成为我国销量最大的产品。而led在汽车应用中逐渐由内饰、第三刹车灯转向雾灯、车大灯的应用，使得白光led增长速度最快，达到112%。我国led产业的整体技术实力不强，仍处于起步阶段，企业规模普通偏小。但led产业已经引起了国家的高度重视，国家中长期科学和技术发展规划纲要将半导体照明产品明确列为重点领域及其优先主题，提出重点研究高效节能、长寿命的半导体照明产品。国家发展改革委业已启动了十大重点节能工程，提出十一五期间将实现节约2.4亿吨标准煤的节能目标，其中绿色照明是重要一个方面。在整个照明领域，我国是世界照明电器第一大生产国、第二大出口国，半导体照明产业有很强的产业基础，因此未来我国led将面临巨大的发展机遇。天津电子信息职业技术学院 页号（1）课题研究：当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，led发光产品的应用正吸引着世人的目光，led作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以led为代表的新型照明光源时代。 中国led产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国led产业已初步形成了包括led外延片的生产、led芯片的制备、led芯片的封装以及led产品应用在内的较为完整的产业链。目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国led应用产品产值已超过300亿元，已成为led全彩显示屏、太阳能led、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。参考书目：1周志敏，纪爱华 led驱动电路设计实例m 电子工业出版社 2008.82李农，杨燕 led照明设计与应用m 科学出版社 2009.103 方志烈 半导体照明技术m 电子工业出版社 2009.54 李春茂 led结构原理与应用技术m 机械工业出版社 2010.11.15 陈元灯 led制造技术与应用m 电子工业出版社 2007.7指导教师审核意见：签字：年 月 日系毕业设计（论文）领导小组审阅意见：系主任签字：年 月 日天津电子信息职业技术学院 页号（2）毕 业 设 计（论 文）系别电子技术系专业班级通信s09-1姓名班级学号8毕业设计（论文）题目：led照明驱动电路设计毕业设计（论文）评语： 指导教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）总评成绩：系主任签字：年 月 日天津电子信息职业技术学院教务处led照明驱动电路设计摘要发光二极管（light emitting diode,led）是21世纪最具发展前景的一种新型固态光源。led的迅速发展及广泛应用，将引发照明领域的一场革命。 led具有环保性好，使用寿命长，单色性好，色彩鲜艳丰富，体积小，重量轻，响应速度快，发光效率高，能量消耗低等优点。目前，led在景观照明等一些应用中大多利用交流市电电源供电。led的发展和应用的目标是取代白炽灯等传统光源，led应用照明领域的能源仍然主要来自于电网。我国的市电电源是220v/50hz,国际通用交流线路为85265v,50/60hz。由于led要求在直流低电压下工作，采用市电电源供电，则需要通过适当的电路拓扑，也就是led驱动电路将其转换为符合led工作要求的直流电源。现在设计驱动电路的一般思路是先将220v的高压电通过一个变压器，使其变成低电压的交流电。在通过一个桥式整流电路，把交流电转换成直流电。在整流桥后并上两电容，一个是平滑电容，滤除剩余的交流电，一个是高频旁路电容，滤除高频分量。这样就留下所需的低压直流电。后面可根据设计的需要，连上不同的芯片，实现所需要的功能。如恒压，恒流，反馈，温度补偿等。 关键词：发光二级管；照明；直流电；低电压；驱动电路目录绪论1一、led发展前景及应用11.发展现状12.应用领域2（1）信号指示应用2（2）显示应用:2（3）照明应用:2二、led的发光原理，基本结构及特性31.led的发光原理及基本结构32.led的伏安特性33.led的光学特性54.led的热学特性75.电的特性76.led照明优势87极限参数的意义8三、常用的led驱动电路91.传统led驱动电路介绍92.电容降压led驱动电路介绍103.我的led驱动电路设计12引脚功能描述14电路原理描述154.我的led灯泡155.led的性能分析16四、led照明应用161.led景观照明162.led汽车灯饰173.led驱动电源18五、心得体会18六、谢辞19七、参考文献19绪论发展半导体照明产业具有重大的战略意义，其具体如下：1，节约能源，推动环保。本亚泰中研信息咨询有限公司的报告针对世界能源危机，照明节能是实现国家节能的有效途径。我国是仅次于美国的第二发电大国，在我国2004年发电量2.19万亿度中约有12%用于照明，到2010年照明用电将达到3500亿度。专家预测，2015年后，我国半导体照明年节电将超过三峡电站全年的发电量。我国的电力生产80%为火力发电，燃烧大量的原煤和石油，产生大量的粉尘和二氧化碳、二氧化硫等气体，环境污染严重，通过半导体照明的应用可以减少电力使用及少污染物的排放;同时，半导体照明本身易于回收，没有汞等有害污染问题。2，提升传统照明产业，带动相关产业转型。中国是世界照明电器生产和出口大国，2003年产值超过1000亿元，出口创汇54亿美元。但我国照明工业大而不强，主要做低端产品，利润率低，缺乏国际市场竞争力。通过半导体照明产业的发展，可以提升我国照明产品的技术含量和附加值，提高国际市场竞争力。半导体照明已广泛应用于景观装饰照明、背光源、大屏幕显示、交通信号、汽车等各类运输工具照明、军用照明及旅游、轻工产品等特殊照明领域。将继续带动信息显示、汽车产业、家电产业、建筑行业、轻工行业的产品升级。专家预测，我国在2005至2015年间，半导体白光照明将累计创造1500亿元产值。3，增加就业机会，为国防现代化做贡献。半导体照明产业具有技术密集和劳动密集型双重特点，非常适合我国的国情，可以充分发挥我国劳动力资源优势。专家预测，我国在2005-2015年期间，半导体照明将解决100万人口就业。半导体照明由于具有体积小、寿命长、效率高、低电压、使用安全、节能等优点，已被各国首先用于国防、军事用途。在我国，利用固态照明灯具优势的潜力很大，可使国防的所有装备长备不懈，所有的指挥所彻夜长明，保证我国强大的国防力量。 一、led发展前景及应用1.发展现状当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，led发光产品的应用正吸引着世人的目光，led作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以led为代表的新型照明光源时代。 中国led产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国led产业已初步形成了包括led外延片的生产、led芯片的制备、led芯片的封装以及led产品应用在内的较为完整的产业链，中国发展得比较快的led企业很多：雷士照明、长方照明、华威凯德。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国led产业发展的聚集地。 目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国led应用产品产值已超过300亿元，已成为led全彩显示屏、太阳能led、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家led路灯企业并建设了几十条示范道路，但在室内通用照明市场方面仍显落后。 2008年北京奥运会对led照明的集中展示让人们对led有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产业的发展。当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。2.应用领域（1）信号指示应用:信号照明是led单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占led应用市场的4%左右。 （2）显示应用:指示牌、广告牌、大屏幕显示等，led用于显示屏幕的应用约占led应用的20%25%，显示屏幕可分为单色和彩色。 （3）照明应用: 便携灯具:手电筒、头灯、矿工灯、潜水灯等； 汽车用灯:高位刹车灯、刹车灯、转向灯、倒车灯等，大功率的led已被大量用于汽车照明中。 特殊照明:太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底灯等；由于led尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。 背光照明:普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸lcd显示器背光源等，led作为手机显示的背光源是led应用最广泛的领域。 投影光源:投影仪用rgb光源； 普通照明:各类通用照明灯具、照明光源等； 驱动方案一般来说有两种: 线性驱动和开关型驱动。二、led的发光原理，基本结构及特性1.led的发光原理及基本结构50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。led是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密。led结构图如下图所示 图2-1发光二极管的构造图发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的pn结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。pn结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称led。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从led阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。2.led的伏安特性led的伏安特性是流过pn结的电流随施加到pn结两端上的电压变化的特性，它是衡量pn结性能的主要参数，是pn结制作得优劣的重要标志。完整的led伏安特性包含正向和反向特性两个方面。与普通整流二极管一样，led同样具有单向导电性和非线性特性。led的伏安特性曲线可以划分为正向特性， 反向特性和反向击穿区三个区。正向特性区，在led两端加以正向电压，就产生正向电流。但是，当这个电压比较小的时候，由于外部电场还不足以克服内部电场对载流子扩散运动所造成的阻力，因此，当led的电流很小，led呈现的电阻较大。当led两端的电压超过一定数值（这个数值通常称为死区电压）以后，内部电场被大大削弱，led的电阻变得很小，电流于是增长得很快。反向特性区，当led外加反向电压时，由于p型半导体中还存在着少数自由电子，在n型半导体中也还存在着少数空穴，这些少数载流子在反向电压作用下很容易通过pn结，因此形成反向电流。反向电流有两个特点。第一个特点是它随温度升高增长得很快，第二是只要外加的反向电压在一定范围内，反向电流不随反向电压变化，在这种情况下的反向电流被称为反向饱和电流。反向电流是led的一个重要参数。反向电流越小，说明led单向导电性能越好。反向击穿区，当led的反向电压增加到一定数值后，反向电流急剧增大，出现反向击穿现象，这个电压叫做反向击穿电压。由于led所用的材料种类不同，反向击穿电压也不一样。图2-2 led的伏安特性曲线3.led的光学特性作为照明用的电光源的光谱引进应尽可能的与太阳光的光谱相接近。一般的评判方法是评判光源与白光的接近程度，即显色性。图2-3在海平面上的太阳的可见光光谱可以看到这个光谱与6500k的黑体辐射的光谱基本相同，其差异部分是太阳光给太阳上的化学元素吸收以及经过大气层时被吸收掉的部分。 要想让led发出的光谱能够与太阳光相近，需要利用三基色原理将红、绿、蓝三种光通过合适的比例混合成“白光”。 一般的白光led的实现方法是在蓝色led表面涂黄色荧光粉来获得所谓的白光，这种白光led的光谱特性如图2-4.图2-4白光led光谱 很明显，这种“白光”led带有强烈的令人讨厌的蓝光，因此在实际应用时可能会感到不适。因此也可以利用红、绿、蓝三种颜色的led组和获得白光led。图2-5利用红、绿、蓝三种颜色的led组和获得白光led 很显然，如图2-5的显色性优于图2-4的显色性，但使用三种单色led组合成图2-3的光谱特性相对利用蓝光led附加荧光粉的方法要复杂的多，而且一旦工作条件稍有改变，其光谱特性就会随之改变。不同色温的led的光谱特性也不相同，图2-6为cree公司的不同色温白光led的光谱特性。图2-6 cree公司的不同色温白光led的光谱特性与白炽灯和荧光灯相比，1颗led发出的光比较少，所以需要使用多颗led。同时，由于led的发光面积小，亮度高，人眼直视的话很容易眩晕。为了降低亮度，需要使用扩散板。但是，使用扩散板的话，光向各个方向发散，降低了光的效率。 led、白炽灯、荧光灯的配光分布各不相同。所谓配光分布是指光源的方向以及各方向的发光强度。即使是相同光束的光源，如果配光分布不同，照度分布也会不同。有时也会出现本来想要照射的地方照度减小，其余部分反而照度增加的情况。 要减少光的浪费，控制配光分布，需要使用透镜和反光镜。led本身就具有发光面积小、光的放射范围在半球内、配光分布旋转对称等优点，再加上透镜和反光镜，就能构成一个好的光源。 其他在光源属性中，还有光谱。led的发光光谱集中在特定波长的一个很窄的范围，不放射红外线。因此，在不想使照射物变热的时候，使用led较好。但是，led自身会发热，所以需要注意防止其导热。另外还需要注意，荧光粉类型的led，温度变化，色温也会随之变化。4.led的热学特性led的光学参数与pn结结温有很大的关系。一般工作在小电流ifled的主波长随温度关系可表示为：p=0+tg0.1nm/ 由式可知，每当结温升高10，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保led长期工作。虽然led发热很少，但是由于led照明中，需要使用多颗数瓦级的led，所以就会产生很高的热量。虽然led效率比较高，但是高效率仅支持在微小电流中的运行。大电流、高温状态下，效率较低。 另外，荧光粉型的led，在转换波长的时候会损失能量，从而产生热量。持续高温就会导致led芯片、荧光粉、封装树脂寿命降低。因此，为了使led的“高效率”、“长寿命”的优势保持下去，就必须控制led的结温。 5.电的特性 led电源与白炽灯、荧光灯有很大的区别。白炽灯可以直接连接到220v的交流电上。荧光灯虽然有镇流器和转换开关，但也使用220v的交流电。而led的电源则需要直流的恒定电流，所以需要将220v的交流转换为直流。电源的效率不高将直接影响到整个照明灯具的效率，因此提高电源效率对于提高led照明效率来说显得尤为重要。 调节led光的方法主要有两种。一种是改变恒定电流，一种是改变脉冲调制。led是电子与空穴再结合时发光，光束依赖于电流。电流小的情况下，光束和电流基本是成正比的，但当led电流增大，热量随之增大，导致发光效率变低，光束和电流就不成正比了。 在改变脉冲占空比的方法中，由于talbot-plateau 效应（反复接受瞬间闪光后，人眼会感受到反复时间内的平均亮度），可以根据脉冲占空比改变亮度。 6.led照明优势（1）体积小led基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。 （2）耗电量低led耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说led的工作电压是2-3.6v，工作电流是0.02-0.03a；这就是说，它消耗的电能不超过0.1w，相同照明效果比传统光源节能近80%。 （3）使用寿命长有人称led光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 （4）高亮度、低热量led使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。 （5）环保led是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时led也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 （6）坚固耐用led被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得led不易损坏。（7）多变幻led光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256256256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。（8）技术先进与传统光源单调的发光效果相比，led光源是低压微电子产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光源 “高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。7极限参数的意义 （1）允许功耗pm:允许加于led两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，led发热、损坏。 （2）最大正向直流电流ifm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压vrm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 不改变材质的前提下，在led的极限范围内，提高亮度的手段就是提高电流，随着电流升高，led发热量会剧增。使用过led光源便携投影机的，或微投的朋友，一定都深有体会，led光源的投影机，非常热，而且普遍会有明显的噪音。这些产品，机身小是一方面，关键还是其自身发热量较大所致。 随着功率的增加，led的散热问题显得越来越突出，大量实际应用表明，led不能加大输入功率的基本原因，是由于led在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响led的光电参数。甚至使功率led失效。因此，对于led器件，降低热阻与结温、对发光二极管的热特性进行研究显得日趋重要。三、常用的led驱动电路 1.传统led驱动电路介绍led 驱动电路除了要满足安全要求外，另外的基本功能应有两个方面，一是尽可能保持恒流特性，尤其在电源电压发生15的变动时，仍应能保持输出电流在10的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗，这样才能使led 的系统效率保持在较高水平。传统的低效率电路：图3-1是传统的低效率电路，电源通过降压变压器降压；桥式整流滤波后，通过电阻限流来使3 个led 稳定工作，这种电路的致命缺点是：图3-1传统的低效率电路电阻r 的存在是必须的，r 上的有功损耗直接影响了系统的效率，当r 分压较小时，r 的压降占总输出电压的40，输出电路在r 上的有功损耗已经占40，再加上变压器损耗，系统效率小于50。当电源电压在10的范围内变动时，流过led 的电流变化将25，led 上的功率变化将达到30。当r 分压较大时，在电源电压在10的范围内变动时，虽说能使输出到led 的功率变化减少，但系统效率将更低。图3-2 是在图3-1 的基础上加了一个集成稳压元件mc7809，使输出端的电压基本稳定在9v，限流电阻r 可用得很小也不会因为电源电压的不稳定造成led 的超载。 图3-2 改进后的传统电路但是此电路除了保证led 的基本恒定输出外，效率还是很低的。因为mc7809 和r1 上的压降仍占很大比例，其效率仅为40左右。上述这类电路的应用，系统总的每瓦输出流明仅为20lm/w25lm/w，是根本不能称为节能的照明产品的。为了达到既能使led 稳定工作，又能保持高的效率，应采用低功耗的限流元件和电路来使系统效率提高。图3-3是采用集成恒流源nud4001 的led 驱动电路，这一电路的显著特点是当电源电压在15的范围内变动时，输出波动1，可称为恒功率驱动电路，另外这一ic 电路可在很低的串联分压下工作（即1 脚与输出的各引脚之间的电压在2.8v 时尚能工作），所以可保证在几乎恒功率输出的情况下，保持1 脚与输出引脚之间的电压在2.8v 左右就能使系统效率达70左右。这一ic 电路的输入电源可采用工频交流，但最好采用卤钨灯电子变压器作为前级，这样能保证谐波和电源端子干扰都符合标准的要求。当电子变压器内部实现类电器的隔离 ，绝缘输出时，图3-3电路可用于类灯具中，并且输出端可以做成可触及式。 图3-3 进一步改进的电路 2.电容降压led驱动电路介绍电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如，在50hz的工频条件下，一个1uf的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220v的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70ma。虽然流过电容的电流有70ma，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个1uf的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个110v/8w的灯泡与一个1uf的电容串联，在接到220v/50hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110v/8w的灯泡所需的电流为8w/110v=72ma，它与1uf电容所产生的限流特性相吻合。同理，我们也可以将5w/65v的灯泡与1uf电容串联接到220v/50hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。因为5w/65v的灯泡的工作电流也约为70ma。因此，电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。采用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路，由于其具有体积小成本低电流相对恒定等优点，也常应用于led的驱动电路中。图3-4为一个实际的采用电容降压的led驱动电路：请注意，大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管，建议连接上，因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间( 如雷电大用电设备起动等 )有效地将突变电流泄放，从而保护二级关和其它晶体管，它们的响应时间一般在微毫秒级 。图3-4 电容压降电路 电路工作原理：电容c1的作用为降压和限流：大家都知道，电容的特性是通交流隔直流，当电容连接于交流电路中时，其容抗计算公式为： xc = 1/2f c 式中，xc 表示电容的容抗f 表示输入交流电源的频率c 表示降压电容的容量。流过电容降压电路的电流计算公式为： i = u/xc 式中i表示流过电容的电流u 表示电源电压xc 表示电容的容抗在220v50hz的交流电路中，当负载电压远远小于220v时，电流与电容的关系式为： i = 69c 其中电容的单位为uf，电流的单位为ma下表为在220v50hz的交流电路中理论电流与实际测量电流的比较表3-1理论电流与实际电流的比较 电阻r1为泄放电阻，其作用为：当正弦波在最大峰值时刻被切断时，电容c1上的残存电荷无法释放，会长久存在，在维修时如果人体接触到c1的金属部分，有强烈的触电可能，而电阻r1的存在，能将残存的电荷泄放掉，从而保证人机安全。泄放电阻的阻值与电容的大小有关，一般电容的容量越大，残存的电荷就越多，泄放电阻就阻值就要选小些。经验数据如下表：表3-2 c1与r1的取值选择d1 d4的作用是整流，其作用是将交流电整流为脉动直流电压。c2c3的作用为滤波，其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压。压敏电阻( 或瞬变电压抑制晶体管 )的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉，从而保护led不被瞬间高压击穿。led串联的数量视其正向导通电压( vf )而定，在220v ac电路中，最多可以达到80个左右。组件选择：电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值，在220v,50hz的交流电路中时，可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。d1d4 可以选择in4007。滤波电容c2c3的耐压根据负载电压而定，一般为负载电压的1.2倍。其电容容量视负载电流的大小而定。3.我的led驱动电路设计我设计的是一个输出恒定电压10.5v（3个led串联），恒定电流350ma的驱动电路，电路原理图如图3-5所示。图3-5我的电路原理图表3-3电路的材料清单序号编号名称规格数量备注1f1保险丝电阻10欧 2w1保险作用2rv压敏电阻470千欧13整流桥1把交流电转换成直流电4c1电容1nf 630v15l1电感2.53uh16c2铝电解电容4.7uf 400v1与c1，l1一起，起滤波作用7r1,r2电阻470千欧28y1y电容2.2nf 250vac1安全规范作用9变压器1把高电压转换成低电压10c3电容1nf 200v111d1二极管113芯片pr lnk605dg114c4电容1uf 25v115r3电阻24.9千欧116r4电阻4.87千欧117d2稳压二级管118c5铝电解电容10uf 16v119r5电阻4.7千欧1芯片lnk605dg引脚和功能描述，芯片的外形和引脚分布如图3-6图3-6芯片lnk605dg的外形和引脚分布引脚功能描述漏极(d)引脚：功率mosfet的漏极连接点。在开启及稳态工作时提供内部操作电流。旁路/多功能可编程（bp/m）引脚： 一个外部旁路电容连接到这个引脚，用于生成内部6 v的供电电源。反馈(fb)引脚：在正常操作下，功率mosfet的开关由此引脚控制。该引脚可以检测偏置绕阻上的ac电压。这个控制引脚可以根据偏置绕组的反激电压来调节恒压模式下的输出电压以及恒流模式下的输出电流。内部电感校正电路使用偏置绕组上的正向电压来检测大容量电容的电压。源极（s）引脚：该引脚内部连接到mosfet的源极，用于高压功率的返回节点及控制电路的参考点。功能描述：该芯片在一个器件上集成了一个高压功率mosfet开关及一个电源控制器。它使用开关控制方式来调节输出电压。此外，还会对开关频率进行调制，以调节输出电流，从而实现恒流特性。该芯片控制器包括一个振荡器、反馈（检测及逻辑）电路、6 v稳压器、过热保护、频率抖动、电流限流电路及前沿消隐功能、电感校正电路、用于恒流调节的频率控制以及用于恒压控制的开关状态调节器。电感校正电路：在初级励磁电感过高或过低时，转换器将通过调节振荡器频率自动对此进行补偿。由于这个控制器用于在非连续导通模式下工作，因此输出功率与设定初级电感直接成正比，并可通过调节开关频率对其容差进行完全补偿。恒流(cc)工作方式：随着输出电压的升高以及由此引起的偏置绕组上反激电压的升高，反馈引脚电压也将升高。反馈引脚电压升高时，会对开关频率进行调节，以提供恒流输出调节。恒流电路与电感校正电路可以在恒流区域内同时工作。恒压(cv)工作方式：当反馈引脚在恒流调节模式下接近vfbth时，电源将切换到恒压工作模式。此时的开关频率达到其最大值，对应于cccv特性曲线的峰值功率点。控制器使用开关状态调节器调节反馈引脚电压，使其维持在vfbth的水平。在高压开关关断2.5 s后，对反馈引脚电压进行采样。轻载条件下，还会降低电流限流点，从而降低变压器磁通密度。过热保护：热关断电路检测结的温度。阈值设置在142 c并具备60 c的迟滞范围。当结温度超过这个阈值(142 c)，功率mosfet开关被禁止，直到结温度下降60 c，mosfet才会重新使能。6.0 v稳压器：只要mosfet处在关闭状态，6 v稳压器就会从漏极的电压吸收电流，将连接到旁路引脚的旁路电容充电到6 v。旁路引脚是内部供电电压节点。当mosfet开启时，器件使用贮存在旁路电容内的能量。内部电路的极低功耗使该芯片可使用从漏极吸收的电流持续工作。一个1 f或的10 f旁路电容就足够实现高频率退耦及能量存储。电路原理描述输入滤波器：ac输入功率由整流桥进行整流。整流后的dc由大容量电容c1和c2进行滤波。电感l1、c1和c2组成一个型滤波器，对差模传导emi噪声进行衰减。保险电阻f1在发生严重故障时提供保护。应当选择合适的电阻（通常为绕线式电阻），这样才能在输入电容初次连接到ac线路充电时经受住瞬间耗散。工作过程：在从空载到满载的多个模式下，u1内的控制器首先在恒压阶段工作，此时它通过开关控制来调节输出电压，并根据需要通过跳过开关周期来维持输出电压水平，通过调节使能周期与禁止周期的比例来维持稳压。这也可以使转换器的效率在整个负载范围内得到优化。在轻载条件下，还会降低电流限流点以减小变压器磁通密度，进而降低音频噪音和开关损耗。随着负载电流的增大，电流限流点也将升高，因而跳过的周期也越来越少。一旦u1检测到最大功率点（即控制器停止跳过周期），控制器将自动进入恒流模式。一旦需要进一步提高负载电流，输出电压便会随之下降。当检测到fb引脚上的输出电压下降时，开关频率将线性下降，从而确保恒流输出。输出整流：变压器的次级绕组由d2（可提高效率的1 a、40 v肖特基势垒二极管）进行整流，由c5进行滤波。如果可以接受较低效率，则可换用1 a pn结型二极管，以便降低成本。在本应用中，c5的大小能够满足要求的输出电压纹波规范，无需使用后级lc滤波器。输出调节：lnk605dg在输出特性的恒压(cv)调节区域使用开/关控制来调节输出，通过频率控制来实现恒流(cc)调节。反馈电阻（r3和r4）使用标准的1%电阻值选出，以确定额定输出电压及恒流调节阈值的中心。d1、r1、r2和c3组成rcd-r箝位电路，用于限制漏感引起的漏极电压尖峰4.我的led灯泡led灯泡的制作相对比较简单，把led灯珠焊到铝基板上，少量的（15颗以内）led灯珠一般直接串联，大量的（15颗以上）采用混联。驱动电路的输入端与电源连接，驱动电路输出端与led串连接。pcb板用耐高温，耐高压的灌胶a和灌胶b以1比1的比例混合来填充。它具有导热，绝缘，防火，防爆的功能，保证pcb板得正常工作。铝基板与灯座之间的以导热系数为1的导热硅脂填充，帮助led灯珠进行散热，提高灯泡的寿命。5.led的性能分析 将灯泡接入220v交流电路中，用万用表测得此灯泡两端的电压为9.86v,电流为0.33a,实际功率为3.25w.理论的电压为10.5v,电流为0.35a,功率为3.67w，引起这些误差的原因可能是：（1）焊接pcb板得时候存在虚焊。（2）电子元器件的精确度不高。（3）电路理论上存在缺陷，有些该考虑的没考虑到。用积分球测得该灯泡光通量为175lm,其光效约为50流明/瓦。.而一般的节能灯的光效约为35流明/瓦。功率因数为0.625.色温为6250k,色坐标为（0.3176 0.3275）。显色指数ra=72.6。其光谱图如下图所示。图3-7 led测试结果四、led照明应用1.led景观照明投光灯：投光灯有单色、七彩，光源有颗粒有集成两种。颗粒有6-36w,集成有10w、30w、50w、70w、100w洗墙灯：洗墙灯外形有条形和方形，单色和七彩。6w、9w、12w、18w、24w、36w。控制方式有内控和外控。地埋灯：面盖一般是不透钢，透镜是钢化玻璃，壳是铝。防水防尘防压。水底灯：水底灯外壳一般都是不透钢ip要达到67以上。工作电压都是做低压12-36v 。2.led汽车灯饰led刹车灯、转向灯、倒车灯、仪表灯、 车顶灯车灯工作电压都是12-14v .灯头有单眼、双眼、t形头。3.led驱动电源有恒压源和恒流源，有防水和不防水，有裸板和带壳。五、心得体会本次课程设计历时三个月，主要对led的发展历史，发展现状，主要特性，主要参数以及电路的分析进行了简单的描述。在这三个月里，指导老师和我都付出了很多，但收获也不少。毕业设计开始前，我电子领域的知识只是局限于课本模拟电子技术上简单介绍的一些理论知识。经过这三个月的努力，我初步认识了课本以外的电子元器件，初步了解了他们的外形以及性能。学习了软件protel的一些基本知识，并能画出简单的电路原理图。了解了几个生产中常用的芯片的功能。练习焊接了一些pcb板，使自己的焊接技术有了一定的提高。学习了不少电路的运行原理，分析电路的能力也有了相应的提高。自己动手测试了产品的一些性能以及一些参数，并与理论的参数值进行比较，分析引起误差的原因。现在的努力为我以后的工作打下了一定的基础，是非常宝贵的经验。在本次毕业设计的最后，我结合自己的实际经历对led灯泡做出客观的评价坚固耐用，抗震性好。本人也在样品制作间里制作样品