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、鸨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ni-W族化合物，如GaAs（砷化钱）、GaP（磷化钱）、GaAsP（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绿（GaP）发光二极管、磷砷化钱（GaAsP）发光二极管、砷铝钱（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（HG400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.ProtelDXP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，1998,77-80AT89S52中文资料手册[EB/OL][9]何燕飞.恒流源综述[J].益阳：益阳师专学报，2002[10]张立科.单片机通信技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2005[11]楼然苗，李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003[12]黄惠媛，李润国.单片机原理与接口技术[M].北京：海洋出版社，2006,55-56[13]赵负图.数安逻辑集成电路手册[M].北京：化学工业出版社，2004HYPERLINK"http://hi.baidu.Com/ic2008/blog/item/d2169c33doe3d641ac4b5f4