电子技术课程设计报告_LED节能灯的设计

河南机电高等专科学校河南机电高等专科学校 电子技术课程设计报告电子技术课程设计报告 设计课题 LED 节能灯的设计 一 设计任务与要求 发光二极管 LED 是一种电致发光的光电器件 早在 1907 年开始 人们就发 现某些半导体材料制成的二极管在正向导通时有发光的物理现象 但生产出有一 定发光效率的红光 LED 已是 1969 年了 到今天 LED 已生产了 30 多年 回顾过 去 它已茁壮成长 各种类型的 LED 利用 LED 作二次开发的产品及与 LED 配套 的产品 如白光 LED 驱动器 发展迅速 新产品不断上市 已发展成不少新型产业 LED 发展历史已经几十年 但在照明领域的应用还是新技术 随着 LED 技术的 迅猛发展 其发光效率的逐步提高 LED 的应用市场将更加广泛 特别在全球 能源短缺的忧虑再度升高的背景下 LED 在照明市场的前景更备受全球瞩目 被业界认为在未来 10 年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯 钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品 展望将来 还期望更进一步地提高 早期的 LED 主要用于做指示灯 它的发光强度不高 一般小于 1mcd 高的也 仅几个 mcd 另外 发光效率也不高 一般小于 0 21m W 其功率仅几十 mW 到上百 个 mW 属于小功率 LED 本文就从发光强度提高说起 二 方案设计 发光二极管是由 族化合物 如 GaAs 砷化镓 GaP 磷化镓 Ga AsP 磷砷化镓 等半导体制成的 其核心是 PN 结 因此它具有一般 P N 结的 I N 特性 即正向导通 反向截止 击穿特性 此外 在一定条件下 它还具 有发光特性 在正向电压下 电子由 N 区注入 P 区 空穴由 P 区注入 N 区 进 入对方区域的少数载流子 少子 一部分与多数载流子 多子 复合而发光 如图 1 所示 假设发光是在 P 区中发生的 那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光 或者先被发光中心捕获后 再与空穴复合发光 除了这种发光复合外 还有 些电子被非发光中心 这个中心介于导带 介带中间附近 捕获 而后再与空 穴复合 每次释放的能量不大 不能形成可见光 发光的复合量相对于非发光 复合量的比例越大 光量子效率越高 由于复合是在少子扩散区内发光的 所 以光仅在靠近 PN 结面数 m 以内产生 发光二极管的种类很多 按发光材料来区分有磷化镓 GaP 发光二极管 磷砷化镓 GaAsP 发光二极管 砷铝镓 GaAIAs 发光二极管等 按发光颜色 来分有发红光 黄光 绿光以及眼睛看不见的红外发光二极管等 若按功率来 区别可分为小功率 HG 400 系列 中功率 HG50 系列 和大功率 HG52 系 列 发光二极管 另外还有多色 变色发光二极管等等 附发光二极管在电路中的符号及 LED 发光原理图 三 设计原理与电路 1 驱动电路是一种专为 LED 供电的特种电源 要具有简单的电路结构 较 小的占用体积 以及较高的转换效率 2 驱动电路的输出电参数 电流 电压 要与被驱动的 LED 的技术参数相匹 配 满足 LED 的要求 并具有较高精度的恒流控制 合适的限压功能 多路输 出时 每一路的输出都要能够单独控制 3 具有线性度较好的调光功能 以满足不同应用场合对 LED 发光亮度调节 的要求 4 在异常状态 LED 开路 短路 驱动电路故障 时 电路能够对电路本身 LED 和使用者都有相应的保护作用 5 驱动电路工作时 对其他电路的正常工作干扰少 满足相关的电磁兼容 性要求 6 线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方式 在照明级白 光 LED 应用中 虽然存在着效率低 调节性差等问题 但是由于其电路简单 体积小巧 能满足一般要求 因此在一些特定的场合应用较多 7 稳压电源 Vdd 镇流电阻 R 方式电路的优点是结构简单 成本低 于与 LED 串联的电阻上的附加损耗较大 并且线性稳压电源 Vdd 自身的功耗也较大 因此两者叠加在一起所得到总体的效率很低 50 并且 LED 电流的控制精度 低 亮度不可调节 所以一般只应用于较小功率 短时间照明的场合 如 LED 手电筒 应急照明灯 8 稳流电源 Vdd 镇流电阻 R 电子开关 S 方式 其优点不仅提高了 LED 电 流的控制精度 而且 LED 的亮度也可以通过改变电子开关 S 的通断比来调节 然而 由于串联电阻和线性稳流电源的附加损耗均较高 因此所得到的总体效 率仍然很低 具体的应用范围受到较大的限制 9 降压式开关驱动方式 降压式开关驱动是针对电源电压高于 LED 的端电 压或者是多个 LED 采用并联驱动情况下的应用 电路的主要原理是利用按照要求通断的电子开关 S 所得到的斩波电流 来 得到满足 LED 工作时要求的电流 lf 值 通过电流的负反馈作用 由 R0 进行电流 取样 使得流经 LED 的电流 If 稳定在一定的范围内 同时可以兼有一定的调光 功能 图中的电感 L 的作用是起到 S 开通时储能和 S 关断后的续流作用 以减 少流过 LED 电流 If 的波动 载的电压和功率 四 原理图与元件清单 五 安装与调试 105 400V 常用 CBB 电容 常用 CBB 金属化电容 规格有 104 400V 334 400V 等 白色 分光分色 多个串联不会出现色差 实际亮度 15000 18000mcd 尺寸 5mm 透明 发光角度 20 度 电压 3 2 3 4v 电流 20 毫安 本方案设计的为 20LED 节能灯 材料包括 E27 灯头 PBT 阻燃外壳 20LED 安装线路板 电源线路板 降压电容 滤波电解电容 硅桥 电阻 导线 不 含 LED 设计功率 1 5W 左右 亮度超过 10W 普通灯泡 节能 环保 特别合适做路灯 台灯 夜明灯 也可用于家庭照明 六 结论与心得 经历了这次创新计划我觉得经验很重要 许多电路不管简单还是复杂 第 一次搭建 调试的时候总是让人相当恼火 但是有过一次经验就好了 以后再 碰到类似的电路就熟练得多 所以每当搭建 调试一块新的电路的时候 都要 尽量把它弄懂弄通 每一个元件的作用 输入 输出关系等等 调的电路多了 以后经验就越来越丰富 学习工作起来也就越得心应手 对于初学者的我们 在设计过程中 经常会遇到这样那样的情况 就是心 里想老着这样的接法可以行得通 但实际接上电路 总是实现不了 因此耗费 在这上面的时间用去很多 常常会面对一个电路一头雾水无从下手 别急 要 有耐心 多想多问 好多问题你没遇到过就根本搞不明白怎么回事 但是一旦 懂了 它就变得很简单 从此再也不会找你麻烦 多动手也很重要 不要只对着图纸或者资料上的电路看 好多电路要亲自 调试一遍才弄得懂 正所谓实践出真知 怕麻烦是不可取的 多动手多实践 理论与实践相结合 做得多了经验就多了 硬件工程师往往就是这样 经验越 多越值钱 在阙大顺老师的具体指导下 整个创新计划有条不紊 循序渐进的进行 无论哪个阶段 我们都有所收获 有所长进 期间我们遇到过挫折 遇到过麻 烦 因为某些外因而使创新进程延误过 但我们不畏困难 及时的纠正错误 调整策略 严格保证创新计划的科学有序进行 整个活动下来 我感触颇深 经历了很多 也学到了好多 只有竭力全力 才能更接近完美 这次创新计划 渗透了我们这个团队每 一位成员的心血 无论是前期准备 还是后期实施 每个环节我们都竭尽所能 通过各种渠道 利用各路资源 使整个创新计划更加完善 更富创意 更具特 色 七 参考文献 1 童诗白 模拟电子技术基础 M 北京 高等教育出版社 1988 223 232 2 户川治朗 实用电源电路设计 C 北京 科学出版社 2006 32 36 3 杜怀昌 肖怀宝 黄玲玲 CMOS 集成电路原理与应用 M 2006 157 160 4 陈凯良 竺树声 恒流源及其应用电路 M 浙江 浙江科学技术出版社 1992 67 68 106 108 5 DAC0832 的中文资料手册 EB OL 6 郝文化 Protel DXP 电路原理图与 PCB 设计 M 北京 机械工业出版社 2004 7 张有顺 MCS 51 96 系列单片机简明教程 M 北京 中国脊梁出版社 1998 77 80 8 AT89S52 中文资料手册 EB OL 9 何燕飞 恒流源综述 J 益阳