LED灯恒流源.doc

控制工程学院工程综合设计一、设计目的： 了解电力电子设计的一般思路，并且能够把理论转化为实践。二、设计任务： 设计出能够正常使用的大功率LED恒流源。三、要求：1、恒流电源在带负载的情况下能够正常使用；2、输出的电压能够反馈到输入端与三角波进行比较、调制；3、画出电路图，并做出实物。三、 系统方案设计：1. 关于LED 发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生负荷放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、蓝、紫、白的光。 般被称为第四代照明光源或绿色光源，具有高亮度、寿命长、高节能、利环保、体积小等特点，可以广泛应用于各种装饰、显示、指示、普通照明、城市夜景以及背光源等领域；作为一种新的照明用光源，LED灯正在逐渐得到大规模和大范围的应用。 D灯的性能和寿命的核心部分是LED恒流源，LED灯的寿命与驱动电流的运行情况息息相关，LED灯的可靠性也主要取决于驱动芯片的可靠性和各种安全保护措施。2. 设计方案要使电源始终保持不变几乎是不可能的，不过使电源的电流在微小的范围内变动，就可以把该电源近似看做是恒流源。大概的思路即为：使用一个三角波和一个直流调制信号，通过比较器可以得出PWM信号，通过PWM信号可以控制脉冲信号的占空比，即在升降压斩波电路中可以控制输出电压；输出电压的控制，即可以使得输出的电流在一个恒定的值上。2.1. 电源供电方案的选择电源的供电方案有两个选择：方案一是采用线性稳压电源，其优点是：反应速度快、输出波纹小、工作产生的噪音低，缺点是：够哦能够做电流小，效率低，非隔离；方案二是采用开关稳压电源，其优点是：效率高、稳压范围广，并且可以大功率输出，缺点是波纹较大。通过对比以及要求的大功率，选择方案二。2.2. DC恒流源的选择恒流源有两个方案：方案一是采用SG3525PWM芯片构成恒流源，这样只需很少的外围电路就可以构成恒流系统，且芯片自带反馈调节，稳定性好，缺点是PWM芯片输出的占空比受到了限制。方案二是采用分立元件构成PWM，电路相对用集成芯片要复杂，但是占空比的调教不受限制。根据设计思路，要稳定输出的电压和电流，占空比必须具备比较广泛地调节，所以选择方案二。2.3. 反馈系统的选择反馈系统可以通过PID调节器反馈，可以通过硬件反馈，也可以通过数字式传输反馈信号，其中PID调节器的结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便；硬件反馈的速度快，但干扰大，导致其稳定性不够良好；数字式传输反馈的抗干扰能力强，但采用的是软件发亏，系统稳定的时间缓慢。通过比较，选择PID调节器反馈。2.4. 系统框图通过选择对比，可以得出系统的框图为图一所示： 图一.系统框图3. 系统理论分析计算3.1. 直流电流变换的分析计算该模块的电路为降压斩波电路，即BUCK电路，将输入的24V电压降为8V的电压输出，并且利用IR211输出一定占空比的PWM波来驱动场效应管，利用充放电时间来得到8V的输出电压，计算公式为： 24VD=8V（其中D为占空比）可以计算出占空比D=33.3%。3.2. 单路电流采样放大的分析计算利用0.02的采样电阻，可以将电流转换成电压信号，再把该电压信号放大输出，其放大倍数可以根据两电阻值的相差倍数值确定。3.3. PID调节在PID调节中，调节器的输出信号与偏差信号成反比。4. 电路设计4.1. PWM框图图2.PWM模块框图4.2. 电源 电源由24V输入，经滤波后送到DC/DC交换电路中，给整个系统提供+5V以及12V的电压。4.3. PWM电路原理图PWM模块电路工作原理是，利用NE555产生的三角波与反馈电压信号进行比较，从而产生一PWM波，该波的占空比可以根据三角波和反馈电压信号的比值进行调制。如图3所示，为PWM模块的电路：图3.PWM模块电路4.4. DC变换模块电路 如图4所示，为DC变换电路：图4.DC变换电路该电路的原理是，利用PWM波的占空比，调节Q2的闭合状态，当Q2闭合时，对L1充电，当Q2断开是，L1对电路放电，从而得到负载电压。4.5. 电流采样模块的电路如图5所示，为电流采样电路：图5.电流采样电路该电路的原理：电阻R4上将流过电流，由于该电阻的阻值很小，几乎所有电流都从上面流过，这样可以测出其电压值，在经过芯片以及外围电路放大，放大倍数为R6与R7的比值，通过调节该阻值，可以将放大倍数调节至任意倍。4.6. PID电路如图6所示，为PID电路：图6.PID电路该电路的原理为将输出的电压按照一定的比例于DA输出相加，再进行积分，最后得到连续变化的反馈电压，再将这反馈电压输入至LM361前进行反馈比较。当得出的值与计算的值有差别时，则反馈可以将该值进行自动调整。五、系统实现：1、实验设备、材料 基本的电子器件：电阻、电容以及电感，各种芯片。示波器，万用表，焊铁。2、实验原理要使电源始终保持不变几乎是不可能的，不过使电源的电流在微小的范围内变动，就可以把该电源近似看做是恒流源。大概的思路即为：使用一个三角波和一个直流调制信号，通过比较器可以得出PWM信号，通过PWM信号可以控制脉冲信号的占空比，即在升降压斩波电路中可以控制输出电压；输出电压的控制，通过