LED恒流电源照明电源切换

1、LED照明用不间断恒流电源的制作（J题）摘要本文论述了不间断恒流电源应用于LED照明，本设计通过利用单片机控制各种专门的控制芯片来完成LED恒流照明的的设计方案，设计利用220V的市电经过变压器转换为8V的交流电，经过整流电路后，再经过PFC功率因数校正，得到功率因数较高的直流电。滤波后送到产生稳定恒定的电流最后再送到负载LED。同时单片机对负载上得电压，电流进行采样放大，光耦隔离，分析并计算后，从而控制PWM信号，最终调整输出电流并使之稳定的目的。系统还设计了电源转换功能市电断开时马上采用备用电源供电。本系统具有恒流输出、电流步进可调、过压保护、功率因数校正、实时显示电压、电流等功能，具有工

2、作稳定、可靠性高等优点，最终实现了LED照明用恒流电源的功能。 关键词：电源变换 恒流控制 恒压电路 有源EMI 过欠压保护Abstract本文论述了不间断恒流电源应用于LED照明，本设计通过利用单片机控制各种专门的控制芯片来完成LED恒流照明的的设计方案，设计利用220V的市电经过变压器转换为8V的交流电，经过整流电路后，再经过PFC功率因数校正，得到功率因数较高的直流电。滤波后送到产生稳定恒定的电流最后再送到负载LED。同时单片机对负载上得电压，电流进行采样放大，光耦隔离，分析并计算后，从而控制PWM信号，最终调整输出电流并使之稳定的目的。系统还设计了电源转换功能市电断开时马上采用备用电源

3、供电。本系统具有恒流输出、电流步进可调、过压保护、功率因数校正、实时显示电压、电流等功能，具有工作稳定、可靠性高等优点，最终实现了LED照明用恒流电源的功能。 This paper discusses the uninterrupted constant current power supply used in LED lighting, this design by using single-chip microcomputer control chip to control the various specialized to complete the LED constant curre

4、nt lighting design scheme, design the electric 220V converted to 8V alternating current through transformer, after the rectification circuit, and then through the PFC power factor correction, get DC high power factor. The filtered to generate stable constant current finally to load LED. At the same

5、time, single chip on the voltage on the load, the current sampling amplification, optical coupling isolation, analysis and calculation, so as to control the PWM signal, the final adjustment of the output current and stabilize the purpose. The system also designed power conversion function power off

6、immediately using standby power supply. The system has a constant current output, current adjustable step, overvoltage protection, power factor correction, real-time display of voltage, current and other functions, has the advantages of stable operation, high reliability, finally realizes the LED li

7、ghting with constant current power supply function.关键词：电源变换 恒流控制 恒压电路 有源EMI 过欠压保护Keywords: power conversion control of constant current constant voltage circuit of active EMI over-voltage protection目 录1.系统方案设计11.1隔离变压器的选择11.2整流滤波模块的选择21.2.1有源EMI滤波21.2.2全桥整流电路21.3 DC-DC转换器模块的选择31.4功率因数校正模块的选择31.5升压模块

8、的选择31.6 电源转换模块41.7LED驱动电路52电路与程序设计62.1电源变换器主回路与器件选择622控制电路设计72.3保护电路的设计72.4功率因数校正电路设计82.5 外界明暗条件检测电路82.6 开机冲击电流和EMI抑制电路设计93.理论分析和计算93.1恒流控制方法与参数计算93.2. 隔离变压器的设计计算103.3 提高效率的方法103.4滤波参数计算104.测试方案与测试结果104.1测试方法及测试条件104.2测试结果及其完整性114.2.1负载调整率114.2.2效率测试114.2.3电压测试114.2.4电压调整率124.3测试结果及分析12总 结13参考文献141.

9、 系统方案设计本系统主要由主电源供电设备、备用电源供电设备和电源切换及LED驱动电路三个子系统构成，其中主电源供电设备子系统包括隔离变压模块、整流滤波模块、直流电压变换模块和有源功率因数校正模块；备用电源供电子系统包括锂电池和升压电路模块；电源切换及LED驱动电路子系统包括电源切换电路和LED驱动电路； 系统的总体框图如图1：图1：系统总体框图下面分别论证几个模块的选择。1.1隔离变压器的选择隔离变压器在本装置中的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。 另外， 利用其铁芯的高频损耗大的特点， 从而抑制高频杂波传入控制回路。还有一个很重要的作用就是保护人身安全！隔离危险电压

10、。另外隔离变压器还有阻抗变换作用：增加系统阻抗，使保护装置等容易配合；稳定系统电压的作用：如启动大负荷设备时，减少对系统电压的影响；防止系统接地的作用：当隔离变压器负荷侧发生单相接地时，不会造成整个系统（隔离变压器以上部分）单相接地；降低短路电流：当负荷侧发生短路事故时，限制系统的短路电流。由于本电源要接入220v市电所以必须接入单相干式隔离变压器。1.2整流滤波模块的选择对于整流滤波，本装置采用的是有源EMI滤波和全桥整流电路1.2.1有源EMI滤波EMI滤波器一般用于电源的输入侧，其作用是允许正常信号（比如说50Hz）通过，而抑制高频信号。其作用有点像隔离器，一方面抑制干扰通过电源进入设备

11、，另一方面也抑制设备产生的干扰通过电源进入电网。EMI滤波器通常由电感和电容组成，而且以抑制共模干扰为主。这与一般的用于信号滤波的RC滤波器从结构上有所区别。其电路图如下图2：图2：有源EMI滤波电路1.2.2全桥整流电路桥式整流电路输出电压波动小，每只整流二极管承受的最大反向电压和半波整流的一样。由于每半周内变压器二次绕组都有电流流过，变压器利用效率高。相比于全波整流，它不需要带抽头的变压器更易于制作，整流二极管也不用承受太高的电压，更加不易损坏。全桥整流电路图如图3图3：全桥整流电路1.3 DC-DC转换器模块的选择DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。本装置中要利

12、用DC-DC转换器将电源转换为8v，最大输出电流1A的电源，所以必须选用降压型，而DC-DC转换器中SX3478是一款大电流5A、PWM降压DC-DC转换器，输入电压范围是3.6-25V，输出电压为0.8V-23V可调，转换效率高达95%，完全可以适应本装置的需要。 1.4功率因数校正模块的选择本装置选用的是小功率功率因数校正芯片UCC28019，它工作在电流临界模式。应用简单可靠。通过电流检测和电压反馈，及 PI 调节来保持电压恒定。再通过开关管的PWM 控制来 得到所需电压。可实现 0.99的功率因数校正和输出稳定直流电压的功能，完全可以满足题目中要求。1.5升压模块的选择题目要求一节3v

13、的锂电池经过升压电路后，成为8v，1A来驱动LED驱动电路。而MC34063升压模块就能实现，并且线路简单容易制作.其电路图如4图4：升压电路原理图1.6 电源转换模块题目要求主电源断电马上切换备用电源，切换时间小于1ms。本装置采用了场效应管来进行电源切换，其电路图如图5 图5：电源转换模块1.7 LED驱动电路本装置采用基于PWM芯片的MT7920控制，与一般驱动电路相比，具有电路结构简单、价格便宜的优点。控制电路启动后，MT7920通过R5、R6、C8控制绕组的峰值电流来感应线电压，然后辅助绕组来检测绕组端的LED电压。由于辅助绕组的电压正比LED电压，并且该电压通过R11和D8送入MT

14、7920，以此来调节PWM信号的频率，这样流过LED的电流就可以精确调制。LED电流可以很容易地通过设置R5，R6，C8和R11，D8的组值和感值来调节。 如图6所示： 图6：LED驱动控制电路2电路与程序设计2.1电源变换器主回路与器件选择在本装置中电源变换器回路使用了PWM SG3525芯片。SG3525芯片的主要特点是：输出级采用推挽输出，双通道输出，占空比0-50%且可调。每一通道的驱动电流最大值可达210mA,电流峰值可达500mA。SG3525的1、2引脚分别为内部误差放大器的反相输入端和同相输入端，反相输入端接收反馈的电压信号，同相输入端 为 给 定的 电 压 基 准，一般接在1

15、6引 脚 电 压 基 准 的分压上，负载的电流采样由串联在LED负载与地之间的采样电阻完成，经一级跟随、一级同相放大之后给单片机；电压采样由负载和电流采样电阻上的电压分压完成，经一级跟随传给单片机。为保证反馈的稳定性再加一级跟随后将反馈信号传递给PWM控制芯片。其电路图如图7图7：电源变换器主回路22控制电路设计由于装置的控制计算量不大，计算速度也不高，但模拟信号和数字信号相互转换时需要进行电压与电流的采样和对PWM控制芯片的控制，因此选用AT89C51单片机作为核心处理芯片，它拥有高速CMOS8位微控制器，当AT89S51单片机与ADC0809模数转换器连接时就可以满足要求。由于本LED恒流

16、电源工作时绝大部分时间处于稳定状态，但是在主电源转换备用电源时要求切换时间小于1ms，因此需要对电压、电流信号进行同时的采样，模式切换和基准电压的调整也要在中断服务中完成。2.3保护电路的设计对于本装置保护电路的设计要求备用电源具有欠压保护和电路输出短路保护功能，由于备用电源的蓄电池为34.2v，要求电压低于3v时升压电路断开，所以本装置采用LM324模块进行过欠压保护，其电路图如图8所示。输出短路保护功能可以用D触发器等器件实现，原理是电反馈快，因为D有Q和Q比如用Q端截止并保护，同时用Q端给信号使另一部分电源工作维持电路保护后的基本工作。另外还可以可加大一点的电解电容,电路短路时电压下降基

17、本为零.这时有电容补偿，当电路故障恢复正常时，电容自动充电，以此循环。图8：欠压保护电路2.4功率因数校正电路设计对于功率因数的校正，本装置选用小功率功率因数校正芯片UCC28019，它在电流临界模式工作。UCC28019应用简单可靠。通过电流检测和电压反馈，通过PI调节来保持电压恒定。通过对开关管的PWM控制来得到所需要电压。可实现0.998的功率因数校正和输出稳定直流电压的功能。2.5 外界明暗条件检测电路本装置光线强弱检测电路采用光敏电阻和三极管以及一个电容构成，其电路图如图9：图9明暗条件检测电路2.6 开机冲击电流和EMI抑制电路设计开机冲击电路采用热敏电阻串联在电源输入端，温度较低

18、时电阻很大，随着电阻发热温度升高，电阻逐渐变小，达到抑制开机冲击电流过大的目的。 EMI 抑制电路是利电感和电容的特性，使频率为 50Hz 左右的的交流电可以顺利通过滤波器，但高于 50Hz 以上的高频干扰杂波被滤波器滤除，这就使开关电源产生的高频谐波被滤掉而不会污染电网。3.理论分析和计算3.1恒流控制方法与参数计算将一个电阻值较小的采样电阻串联在LED负载与驱动电路之间，设流过LED的电流为I，则采样电阻两端的电压：U=I×R0其中R0为采样电阻的电阻值，取R0=。一级跟随之后电压不变，后为一级同相放大电路，放大倍数为：A=R16/R15+1=6.88后为一级跟随，电压不变，因此

19、返回PWM控制芯片的电压U0为6.88v单片机通过DAC给PWM控制芯片一个参考的基准电压UREF，经过PWM控制芯片的调节占空比来调节副边绕组的电压进而实现调节负载电流。经过闭环负反馈的调节作用，使U0=UREF，此时流过负载的电流值为：R=UREF/U0只要单片机DAC模块的输出电压根据上面的式子调整，就会使负载工作在某一个需要的恒定电流值上。3.2. 隔离变压器的设计计算隔离变压器在交流电源输入端的特点 : 若电网三次谐波和干扰信号比较严重，采用隔离变压器，可以去掉三次谐波和减少干扰信号，可以产生新的中性线，避免由于电网中性线不良造成设备运行不正常。另外，非线性负载引起的电流波形畸变（如

20、三次谐波）可被隔离而不污染电网。3.3 提高效率的方法选择合适的主回路，使用尽可能少的元器件，降低开关频率；主电路选择导通损耗小的开关器件；测量及控制电路在设计时尽可能使用工作电压低的元器件；控制电路尽可能使用数字方法实现等都可以有效地提高系统的效率。3.4滤波参数计算电压变换器需要输出的为直流量，因此尽量应滤掉所有谐波，使用 LC 无源低通滤波电路即可满足要求，反激式变换器的开关频率为32kHz，设计滤波器的截止频率应低于32KHz，即：1/2LC32KHZ由于该系统为恒流系统，应取较大的L 值，并适当减小C 的值，据此设定L、C 值。选用470F 的电解电容，根据计算得出电感值约为0.78

21、mH4.测试方案与测试结果4.1测试方法及测试条件采用分别测试各个单元模块，调试通过后再进行整机调试的方法。首先进行的是主电源切换到被动电源，然后是DC-DC变换器的测试，而后对备用电源的欠压保护测试；然后对输出短路部分；然后进行功率因数校正测试。测试用的仪器有：（1）工频变压器 （2）四位半数字万用表DT9203 （3）安捷伦示波器DSO5012A4.2测试结果及其完整性4.2.1负载调整率题目要求负载调整率1%，U2=8v，负载由一个增加至两个，I0变化不超过±1%负载个数1个2个调整率输出电流（mA）3003011%4.2.2效率测试题目要求70%：U2=8v、负载为1个LED、I0=300mA，电源变换器效率70%。测量得U2=8V,直流输入电流I=310mA，V0=6V，I0=300mA，计算得电源变换器效率=72%。4.2.3电压测试输入电压输出电流输出电压1760.981801.07.91900.87.81950.97.92001.07.82100.9