开题报告-LED路灯恒流驱动开关电源设计.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 院：专 业：电气工程及其自动化设计题目：LED路灯恒流驱动开关电源设计指导教师: 2015 年 4 月 2日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：1.1 设计意义与目的 全球能源紧张，提高用电效率是行之有效的方法。照明用电占据全球21%的总用电量，如果能提高照明用的效率，可以有效缓解能源紧张。如何才能提高照明系统的能源利用率，延长照明系统的寿命？取代白炽灯,荧光灯，节能灯的第四代照明灯具是什么？业界给出的答案就是LED灯照明。LED优点众多，（1）LED的光源效率远高于白炽灯和日光灯，可达150 lm/W,光源效率为每一瓦力所发出的光通量（光源发射并被人的眼睛接受能量的总和），其值越高表示效率越高。如果LED取代我们目前传统照明的50%，每年我国节省的电量就相当于一个三峡发电站发电量的总和，其节能效率十分可观。（2）LED灯珠寿命长，可靠耐用，维护费用极为低廉，产品寿命长达50000h，24h连续点亮可用7年，比普通的白炽灯泡长100倍。（3）色彩鲜艳，纯正，无须滤光镜。可用红绿蓝三色元素调成各种不同的颜色，可实现多变，逐变，混合效果，显色效果极佳。（4）外形尺寸灵活，可实现与建筑，车体等有机融合。（5）绿色无污染，无有害金属汞，无红外线和紫外线辐射。（6）无频闪，消除了传统路灯频闪引起的视觉疲劳。LED照明具备的以上这些优点决定了其应用前景非常广阔。然而LED照明应用上的限制在于LED有固定的正向压降，大功率白光LED上的正向压降一般为3-4V，不能直接市电驱动。因此一个和LED路灯匹配的高效，环保，长寿命的电源是必须的。 众所周知，很多电子装备和电气控制设备的工作电源是直流电源，其中就包括LED灯珠。很早以前，这些设备的工作电源都采用线性电源。然而，线性电源内部功耗大，效率低，体积大，重量重，输入电压动态范围小，输出电压不能高于输入电压。随着技术的发展，开关电源应运而生。开关电源技术属于电力电子技术，开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。其优点有，（1）功耗小，效率高，晶体管在激励信号的激励下，它交替地工作在导通截止和截止导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。（2）体积小，重量轻，没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。（3）稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。（4）滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500倍。在相同的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/5001/1000。1.2国内外发展现状自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品。意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用。目前，单片开关电源已形成了几十个系列、数百种产品。单片开关电源自问世以来便显示出强大的生命力，其作为一项颇具发展前景和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍关注。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，现己成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。与国外开关电源技术相比，国内从1977年才开始进入初步发展期，起步较晚、技术相对落后。目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据，它们覆盖了大功率模块电源的大部分以及中小功率模块电源一半的市场。但是，随着国内技术的进步和生产规模的扩大，进口中小功率模块电源正在快速被国产DC/DC产品所代替开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。我国邮电通信部门广泛采用开关电源极大地推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资4000亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。国内一些通信公司如中兴通讯等均已相继推出系列产品。 目前，国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家，形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场，一些大公司如中兴通讯自主开发的电源系列产品已获得广泛认同，在电源市场竞争中颇具优势，并有少量开始出口。1.3开关电源未来发展前景 开关电源设备的发展既要受到电力电子技术发展的制约，又要受到设备制造技术，市场需要，制造成本与利润等多方面因素的影响。基于目前设备和技术因素的现状，结合市场对设备的大致需求，今后开关电源的发展趋势将向小型化，高频化。高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化，轻便化。标准化，即设备的产品型号，系列，电气性能和接口的标准化；模块化，将具有特定功能和结构的独立单元按系统集成原则组合在一起；数字化，利用数字技术，以数字信号代替传统的模拟信号，完成制定操作和预定功能；智能化，在单一的开关电源设备或系统中，借助传感器采集信息，网络传递信息，计算机分析，判断和处理信息，自动化执行机构执行规定的动作，使其整个过程是封闭的而且是智能化；绿色化，物质利用率高，浪费资源少，污染环境小及与环境相协调。 毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：2.1 设计任务及指标1、基本指标要求（1）输入电压：AC110250V（2）输出电流：70015mA（3）输出功率：100W（4）效率：83%，功率因数：0.95 （5）设计并完成LED路灯恒流驱动电源的设计；（6）具有过压、过流、空载保护功能；2.2 设计方案2.2.1 开关电源工作原理开关电源通常由五部分组成，如图2.1所示。 图2.1开关电源工作原理框架图 第一部分是输出电路，它包含低通滤波和一次整流环节，220V交流电直接经低通滤波和桥式整流后得到脉动直流电压。第二部分是功率变换，它是由电子开关和高频变压器来完成的，是把直流电压变换成受到控制的，符合设计要求的高频方波脉冲电压。第三部分是输出电路，用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出，此电压受控于输入电压的波动和使出负载大小的变。第四部分是控制电路，输出电压经过分析，采样后与电路的基准电压进行比较，放大成为控制信号，它改变调制脉冲宽窄或频率高低，使输出电压保持稳定。第五部分是频率振荡发生器，它产生一种高频波段信号，该信号与控制信号叠加进行脉冲调制，达到脉冲宽度可调。2.2.1 部分电路设计 (1)功率因数，是提高电能质量保证电力系统安全稳定运行的要求。因此有必要调高功率因数。有源功率因数校正电路的作用是在电网和负载之间插入校正环节，使输入电流跟随输入电压的变化，以提高功率因数，本文选用的是Boost有源功率因数校正电路。其特点为，简单电流型控制，效率高，总谐波失真小。图2.2为其原理图。 图2.2Boost有源功率因数校正电路(2) 单端反激式DC/DC变换器设计 单端反激式变化器具有使用元件少，本身固有频率比较高的特点，适合功率低于150W的应用。该变换器是Boost-Buck变换器的变形，同时具有隔离和变压的作用。 单端反激式变换器有两种不同的工作模式，分别是连续工作模式（CCM）和断续工作模式(DCM)。在DCM下，变压器电流连续，电流峰值较小，输出电压纹波较小；但整流二极管强行关断会引起较大损耗，并产生一定的电磁串扰，其适合于功率较大的场合。在DCM下，整流二极管自然关断，其损耗较小；但变压器电流断续，电流峰值较高，输出的纹波较大，其适合于功率较小的场合，本文所设计电源输出功率较高，因此采用CCM模式。 (3) 如图2.3所示，输出电流经采样电阻Rs转换为电压信号，该电压信号与精密宽电压稳压管TL431产生的参考电压进行比较，误差信号经PI调节电路后驱动光耦，光耦的集电极与NCP1230的FB端相连，实现电流反馈控制。 图2.3恒流反馈控制电路(4)为防止恒流源在输出空载情况下输出电压过高，本文设计了限电压保护电路，图2.4为其原理图。 图2.4限压保护电路2.3安排进程序号论文各阶段内容起止日期1收集资料，熟悉工作，完成开题报告。3月9日 3月24日2根据系统要求，设计硬件及软件流程框图3月25日 4月15日3整理资料，进行软件编程，并通过调试4月16日 5月20日4准备设计说明书和答辩5月21日 6月表2-1 进度安排表 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日 参考文献1王雅芳，LED驱动电路设计与应用M.北京：机械工业出版社，2011.12本书编写组，最新LED及其驱动电路速查手册M.北京：机械工业出版社，2011.53脱力芳，降压型PWM DC-DC开关电源技术研究D.西安：西安电子科技大学，20084赵同贺 刘军.开关电源设计技术与应用实例M. 北京：人民邮电出版社.20075周志敏 纪爱华,漫步LED世界M,北京：国防工业出版社，2013.16周志敏 纪爱华，大功率LED照明技术设计与应用M.北京：电子工业出版社.2011.17戴志平 谭宏 赖向东，LED照明驱动电路设计方法与实例M.北京:中国电力出版社.2011.78程鹏飞 张文超 罗友，100W照明用LED驱动电路设计与研究J.电子技术，