基于C51系列单片机LED驱动电源设计分析研究 计算机科学与技术专业

摘要发光二极管（LightDiode,20世纪末出现的新型照明光源，的驱动电源成为重要的研究课题，基于开关电源技术设计的驱动电源在工程应用中显示出了强大的竞争力。通过研究可编程器件作为驱动电路中核心的开关信号发生器，可以更好的满足高集成度、简单外围电路、数字化控制等性能特点。C51LED驱动电路中的核心控制芯片，研究了单片机作为驱动相关技术。介绍了如何通过软件方法来控制脉冲宽度调制信号达到调节驱动电C51系列单片机的软件控制方法，实现了以C51系列单片机为脉冲宽度调制信号发生器的大功率驱动设计。基于可编程器件单片机技术的驱动系统测试表明，正确的设计主电源电路结构，合理的控制脉冲宽度调制信号以及正确的后级采样反馈可以完成稳定可关键词驱动 单片机 开关电源 脉冲宽度调制AbstractLight-emittingdiode(LightEmittingDiode,LED)appearedinthelater20thcenturyasanewlightingsource.LEDplayanimportantpartinenergysavingandenvironmentalprotection.AstheLEDcan`tbedirectlypoweredbythepowergrid,sotheLEDdriverbecomeanimportantresearchtopic.LEDdriverwhichbasedonthedesignofswitchingpowersupplytechnologyinengineeringapplicationsshowedstrongcompetitiveness.ThroughthestudythatprogrammabledevicesasLEDdrivercircuitcoreswitchingsignalgenerator,canbettermeetthehighlevelofintegration,simpleperipheralcircuitsanddigitalcontrol.articlemainlytalkaboutrelationshipbetweenprogrammabledevicesofC51seriesmicrocontrollersanddriver,studyprogrammabledevicemicrocontrolleraspulsewidthmodulation(PWM)signalofdriverandofdigitizecontrolusedsystem.Expoundingprinciplestechniquesofmicrocontrollerhardwarecircuitryanddriver,describingofhowsoftwarechangepulsewidthsignaldrivepowerandoperationofthedigital-to-analogcircuit.Analyzingdriverdesignrequirementsandsafetyregulationstandards,specificofbuildingpowerhardwarecircuitandSingleChipMicrocomputer(SCM)minimumsystemcircuit,designingsoftwarecontrolbasedonSCM,completinghigh-powerdriverdesignbasedonSCMasPWMsignalProgrammabledevicemicrocontrollertechnologydriversystemtestsshow,thecorrectdesignofpowercircuitstructureandrightsamplingfeedbackcircuit,canreasonablecontrolofdutycycleofPWMsignalandcompleteoutputofconstantcurrentondriveraswellasworkWhatfunctionsofscalableexternalinterface.wellachievepurposeofpaperdesignrequirementsDriver SingleChipMicrocomputerSwitchingPowerSupply PulseModulation目录第一章 绪论 1选题背景及研究意义 1国内外研究现状 2国外研究现状 3国内研究现状 3论文工作内容 4论文组织结构 5第二章 驱动电源与单片机相关理论与技术 7开关电源相关技术理论 7开关电源构成与分类 7DC/DC变换器结构与控制原理 9工程应用基础 12相关理论 驱动技术 C51系列单片机理论与技术 15本章小结 17第三章 驱动电源设计需求分析 19项目开发陈述 19系统功能模块整体设计 20系统整体技术指标分析 22功率因数校正技术 系统电磁兼容性技术 系统能效指标 本章小结 24第四章 驱动硬件架构设计与器件选择 25驱动硬件系统整体架构 25主电源电路各模块设计 26整流滤波模块 功率因数校正模块 泄放电路设计 功率开关管工作模块 电源电路核心器件设计与选择 30储能变压器设计 主要电子元器件选择 单片机类别选择 单片机控制系统电路设计 33模数转换采样反馈系统设计 外部数码显示及接口键盘设计 本章小结 35第五章 系列单片机软件控制方法设计 37驱动软件应用架构设计 37驱动软件功能设计 38PWM驱动信号设计 PWM信号占空比调整算法设计 41按键模块程序设计 42A/D采样模块程序设计 数码管显示部分设计 46本章小结 47第六章 系统测试及分析 49测试环境 49硬件模块的测试 50软件模块的测试 51驱动整机性能指标测试 53功率因数指标测试分析 电磁兼容指标测试分析 系统能效指标测试分析 本章小结 57第七章 结束语 59论文工作总结 59后续工作展望 60项目中的不足 项目后续相关扩展 参考文献 65附录一驱动主电源电路 67第一章 绪论本章针对所选课题进行相关的背景说明，分析了国内外相关课题的研究程度，就论文做出的工作给出了总体的描述。近年来随着LEDLED驱动器的需求与日俱增，基于开关电源设计的驱动电路在工程应用中显示出了强大的竞争力，其具有高集成度、高性能比、最简洁的外围电路、最佳的性能指标等特点。开关电源式驱动器现在已经成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。目前，随LED驱动器产品的开发、研制、生产已经成为发展前景十分诱人的朝阳产业[1]。是继火、白炽灯、荧光灯后人类照明的第四次革命，与前三次有本质区10倍，221世纪的绿色照明产品[1]。的应用领域不断扩宽。的应用从早期的仪器仪表指示、交通信号灯、景观照明和手机背光发展到目前方兴未艾的汽车照明、笔记本电脑屏幕背光，未来还将应用到大尺寸液晶显示器、液晶电视甚至普通照明领域，发挥着传统光源无可比拟的作用，市场前景非常广阔。近年来，在政府的大力支持及政策引导下已有很多企业投资LED照明产品项目，目前一些产品的触角已涉及室内功能照明，如图书馆照明、博物馆照明、教师照明、汽车灯照明[1]。随着社会的进步和人们对居住、生活与工作要求的提高，人们对于LED照明的功能有了进一步的要求。希望通过智能控制的方式对照明系统进行合适的调整，满足人们心里和生理的需要。由于缺乏成熟的功能照明产品的参数的认定方式并不一致，而且自身发展速度迅猛，很难客观的评价Narendra20085485LED整体灯性能持续上升；单位流明的价格有所下降；灯具产品的标准体系尚不完善[1]。LED是一种电流控制器件，LED驱动器实际上就是LED的驱动电源，即将交不像普通的白炽灯泡可以直接220V的交流市电[1]。对驱动电源的要求近乎苛刻，其工作电压一般为2~3V灯要装备不同的驱动器的主要任务是将交流电压转换为恒流的直流电源，并同时完成与的电压和电流的负载电流在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。应用产品，但是一个不容忽视的事实是与产品配套的驱动器的质量却没有及时的跟上来。LED是个非线性器件，正向电压的微小变化会引起正向电流的很大变化，所以需要恒流驱动。论文希望通过合理的设计电路，以LED15W景观照明灯为样本实例，通过C51系列单片机发送PWM驱动电源实现的可行性。IC使用场合的不同，结合控制程序的改变，实现渐变、跳变、闪变及实时动态显示电流电压等功能。充分发挥数字化驱动的特点，能给人的视觉带来极大的冲击，并能曾加产品的卖点。驱动相关规章制度使驱动电源设计有框架可寻，并且随着电子器件的更好发展，大规模集成电路的进步，使得更小巧，更人性化的LED驱动电源产品设计成为可能。国外研究现状1955首先研制成功了利用磁芯的磁饱和来进行自激震荡的晶体管直流变换器。此后，世界各地利用这一技术的各种形式的体管工作在开关状态，由此制成的稳压电源出路数多，输出极性可变，转换效率[2]。20602070且迅速被推广，包括在照明的驱动电源领域[2]。（NSNPAN、Zetex着全球，包括中国的大型显示屏、交通信号灯和普通照片。产品覆盖白光应用的各个领域，功能齐全，性能优越，并且不断推陈出新。驱动电源研究方向主要是向数字化控制的方向，目前已经出现了部分的数模混合控制芯片，这种芯片的可控制能力更强，电磁辐射较小。并且在外部可控硅调光方面表现优秀，很好的解决了的频闪问题。国外合资企业在智能控制方面初步有成熟产品面向市场，通过驱动器留有外部接口，此接口可以加载高频方波来改变灯的流明。我国对这一方面现在也越来越重视，未来必将会有更新更尖端的技术来满足这一需要。国内研究现状我国晶体管直流变换器和开关电源的设计、研制和生产开发生产始于20世纪60年代初期。197410KHz5V的无工频降压变10年来，我国的许多研究所、工厂和高等院校纷纷20KHz左右、输出功率较大的无工频降压变压器的开关电源，并应用于电子计算机、通信、电视机等方面。工作频率在100~200KHz2080年代初开始试制[2]，90驱动3历尽千辛万苦，一直在不懈奋斗，并取得了可喜的巨大成绩，但是我国的开关电[3]的关键器件，如功率开关晶体管、高频开关变压器磁性材料、储能电感、快恢复续流二极管大部分仍然需要从国外进口。除了看以上所说的开关电源电路中的那些关键性元器件和磁性材料的发展现状以外，主要的脉宽调制（PWM）和正弦波（SPWM）控制与驱动集成电路的发展，从小功率、中功率输出，还是大功率、超大功率输出，不管是单端还是双端输入驱动式,PWM（SPWM）控制与驱动集成电路芯片主要是采用进口，仅有极少数的是国内台湾产品。在驱动电源[4]驱动电源这个领域，我们国家主要属于起步阶段。20082010年上海世界博览会会都不约而同地以绿色节能为主题，这给中国照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。中国的200748.5201098.1GE照明厂商仍然很少，目前主要是以购买核心技术，通过降低劳动力成本进行代工论文的主要研究内容源自于照明逐步在市场大规模普及，国内许多厂家了越来越多的人尝试以可编程器件为核心驱动芯片的设计，其价格低廉，功能强大。在后级反馈中加入了模数转换部分，使得输出电压电流可以进行小范围的自主调节，简单的人性化设计，在大功率照明中充分节约了能源。本文主要设计了以C51系列单片机为核心驱动芯片的大功率LED照明驱动电源。在整个过程中主要完成了以下操作：分析了目前流行的C51单片机为PWM驱动信号发射的可行性及稳定性。C51主电源电路的相关硬件连接电路，并就主电源电路各模块做了相关设计，搭建了单片机相关最小系统，并以模数转化芯片对后级进行采样反馈从而控制了后级的输出。实现了软件的模块化设计，完成了可编程器件的内部软件算法控制，通过外部反馈模块的信息采样，然后软件内部对单片机发出信号有所调整，达到改变信号占空比的作用。部署了基于C51LED15WLED驱动电源为设计样例分析了相关的电源参数。本论文主要是设计了基于可编程器件为核心驱动的LED电源方案，并将设计结果应用于实际的项目。论文共七章，各章主要内容如下：驱动的研究现状，而后对论文的内容和论文结构进行了简要介绍。技术的基本情况，项目开发特例中的详细设计硬件搭建，同时介绍了项目开发所需要用到的可编程器件的有关技术。驱动电源功能和性能方面给出了相关行业标准具体需求，为后面的工作做下基础。驱动硬件构架设计与器件选择。设计了系统的整体的架构方案，按照功能分解结构细化系统功能，确定驱动电源的相关核心硬件选型，设计各硬第五章C51系列单片机软件控制方法设计。主要从总体上设计了软件相关模块的系统架构，然后详细分析了各个模块的功能实现，并给出了软件系统搭建。第六章系统测试及分析。阐述了系统运行和部署环境，以设计的实际用例分析了相关标准，给出了具体的技术参数，针对测试结果进行分析给出结论。第七章结束语。总结了本文的主要工作，指出工作的不足及进一步的改进方向。第二章 LED驱动电源与单片机相关理论与技术驱动电源相关技术，并就单片机控制驱动电路的方法给出了相关说明。开关电源以其低损耗、高效率、电路结构简洁等显著优点受到人们的青睐，技术的不断创新和LED驱动技术成为发展的趋势。大的方向主要由电感式和电荷泵式两种，论文以电感式模型设计[5]。开关电源构成与分类集成稳压电源大致可以分成线性稳压电源和开关电源（SwitchModePower70%~90%。目前市场上的开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可以达几十MOSFETkHz，为提高开关电源的开关频率必须采用高速开关器件。对于开关频率在兆赫兹以上的开关电源可以采用谐振工作方式，谐振工作方式的开关电源的开关损耗理论上为零，噪声也[1]。开关电源的基本构成开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开2.1所示。2.12.1中可以看到高频的开关稳压电源主要由PWM信号发生器、后级电压信号采集比较放大器构成。开关电源的核心部分的PWM2.2所示。2.2高频开关稳压电源的原理电路图2.2TDC/DC（实现功率转换、检测[7]。开关电源的分类现在，电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备提出了更多要求：在性能上，更加安全可靠；在功能上，不断地增加；在使用上，自动化程度越来越高；在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关电源就显得更加重要了[8]究和生产的人员也不断地曾加，开关电源的品种和类型也越来越多。按照本论文的需要从几个方面阐述[8]。按激励方式分类：1）他激式开关电源，电路中设有激励信号的振荡器（本论文就以单片机为激励信号的发生器。2）自激式开关电源，开关管兼做振荡器中的震荡管。按调制方式分类：1）脉宽调制型开关电源，开关电路的震荡频率保持不变，通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小，有时通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路，来稳定输出电压的幅度（论文中的软件控制方法就是基于此原理，震荡周期不变改变占空比来完成对后级的控制。2）频率调制型开关电源，开关电路的占空比保持不变，通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。3）[9]。按开关管的连接方式分类：1）单端式开关电源，开关电路中仅使用一个开关管，这种电路的特点是价格低，电路结构简单，但输出功率不高。2）推挽式开关电源，使用两个晶体管作为开关管，将其连接成推完功率放大器形式，这种电路的特点是开关变压器必须具有中心抽头[9]。3）还有半桥式和全桥是开关电源，主要是真对超大功率输出。论文主要是研究以可编程成器件作为驱动信号芯片，所以选择输出功率低的单端式开关电源。从工作方式分类：1）关管，可由交流市电电网直接供电，也可用变压器变压后供电（这种方式在开关输入直流电压加到开关电路上，在开关电路的输出端得到单向的脉动直流，经过3）隔离型开关电源，这种形式的开关电源是在输入回路与逆变回路之间，经过高频变压器（即开关变压器，利用磁能过整流滤波，最后就可以得到新的、极性和数值各不相同的直流输出电压（论文主要设计的样例就采用此种隔离型）[9]。变换器结构与控制原理变换器核心部分主要为储能元件设计、电路拓扑设计、控制方式设计。变换器中的储能元件开关电源利用无源磁性元件和容性元件的能量存储特性，从输入电压源获取变换[10。实现能量从电源到负载的变换需要复杂的控制技术。现在，大多数开关电源变换器工作时输入端的能量随脉宽PM的占空因数Don（on，从电源提取能量的时间电压正比于PWM占空因数[8]。=[8]：=𝑃𝐿

12LI2f

(2-1)式中PL——磁性元件所耦合功率；I——流过磁性元件的电流；L——磁性元件电感；f——流过磁性元件的电流频率。由公式（2-1）看出，随着开关电源频率f的提高，为保持恒定的功率所要求的电感相应地减小。由于电感与磁性材料的面积和线匝数有关，所以可以减小电感器的物理尺寸，可使得开关电源占用较小的体积和印刷电路板的面积[8]。变换器拓扑结构率开关元器件和储能元器件的不同配置。很多不同的开关电源拓扑结构可分为两种基本类型：非隔离型和隔离型（能量转换主要是用一个相互耦合磁性元器件，。本DC/DC变换器拓扑结构有很多种，主要有反激隔离开关型、正激隔离开关型、推挽隔离型。在这些电路中，从输入电源到负载的能量转换是通过一个变压器或者其他磁耦合元器件实现的[12]。本文设计的LED驱动电源拓扑为反激隔离型开关型DC/DC变换器，它不需要磁复位措施，可将一输入电压变换成一稳定的取决于变压器匝数比的输出电压。输出电压与输入电压的关系为：VoutVin

=nD1−D

(2-2)式中 变压器匝数比，n=N2；D为占空比系数;N1或者 。通过式（2-2）可以看到，输入电压固定时合理的设计变压器的匝数比n和占空比D，就可以控制电源的后级输出电压。变换器反激隔离型电路结构DC/DC变2.3所示。2.3DC/DC变换器电路2.3起隔离和传递储存能量的作用，即在开关电源QNp储存能量，开关管QNpNs释放能量。在输出端需加由电感和两个电容C01C02CrVDr组、C、。若变压器使用有气隙的磁芯，则其铜损较大，变压器温相对较高，并且其输出的文波电压比较大。但其优点就是电路结构简单，适合论文对可编程器件为信号发生电路的设计[1]。变换器电压控制基本原理脉宽调制（PWM）型开关电源只对输出电压进行采样，实行闭环控制，这种2.4所示。2.4电压控制模式原理图2.4PWMPWM技术控制的DC/DC变换器脉冲宽度调制（PWM）DC/DC变换器就是通过控制开关管重复通断的工作方式把一种直流电压（电流）变换为高频方波电压（电流，在经过整流平波后变PWMDC/DCPWM控制电路等组成。输入输出间需要进行电气隔离时，可采用变压器进行隔离和升降压[1]PWM2.5所示。图2.5PWM型DC/DC变换器工作电路图2.5LT及滤波电容C等都可以小型化[8]。其变压器的T2.6所示。图2.6 PWM控制DC/DC变换器波形图2.6PWMDC/DCVT两端的电压VT变换器，有两种的脉冲宽度调制（PWM）的脉冲频率调制（PFM）方式[15]。PWMDC/DC变换器的开关频率一般为恒定（论文中研究的以单片机PM25kHz左右LED驱动做相关的相关理论Emitting来表示该器件的名称[16]。LD的内部结构实质上就是半导体PNLEDPN结的一般特性，即正向导痛特性、反向截止特性和击穿特性。在一定的条件下，它还具有发光特性[16]。LED的伏安特性是流过PN结的电流随着施加于其上的电压变化的特性，是非线性的单向导电特性。如图2.7所示。2.7伏安特性曲线2.7中LED的功耗P等于流过它的正向工作电流和其正向管压降的乘机，P=IFVFLEDPN结内载流子的性能参数的响应时间是指在输入理想的方波电流的作用下，LED开始发光到熄灭0.1ms可以在高频下操作。[16]的设计用例主要针对白光LDLD3~4V之间（参数可由厂家定做。照明领域，发热问题严重，所以在散热问题上要严格注意。散热不产生光衰、颜色漂移、缩短寿命等，严重时甚至会烧毁芯片。驱动技术供电。实际上是一个电流驱动的低电PWM供电的电源变换器的设计要点如下[1]：供电。是一个具有PN结构的半导体器件，具有势垒电动势，这就形成了导2.5V3~4V[10]。的电流在数值上等于供电电源的电动势减去的电流两端的电压非正比关系[2]。LEDPNLED工作时温度的升高电流会越来越大，以至损坏LED[2]。在一个发光效率比较高的电流直下工作[13]。用原始电源给供电有四种情况：低电压驱动、过渡电压驱动、高电压驱动、市电驱动。论文主要采用的是市电驱动这种最有实用价值的驱动方式，也是要解决降压和整流问题，还有比较高的变换效率，有较小的体积和较低的成本，还应该解决安全隔离的问题；考虑对电网的影响，还要解决好电磁干扰和功率因数问题。对中小[14]。驱动器的特性：LED恒流电源可消除LED正向电压变化所导致的电流变化，因此可产生恒定的LED2.8所示。图2.8 驱动的恒流原理图在图2.8中所示的电路中，电源参考电压和电流检测电阻器值决定了LED电流。高效率；过压保护；负载断开保护；简便易用、小尺寸。论文主要是设计一款PWM信号控制的白光15WLED驱动，通过改变DC/DC变换器的PWM驱动信号，来降低变压器初级的能量，进而减少后级的输出能量，改变输出的电流值，最终达到控制LED亮度的变化。C51单片机全称为单片微型计算机ChipMicrocomputer）,它是把组成微型CPU、随机存取存储器、只读存储器、接口电路、定时计数器，以及串行通信接口等部件制作在一块集成芯MCS-51Intel1980年最先推出的一851系列单8051C51系列单片机代表MCS-51[16]。单片机应用系统是指以单片机为核心，有硬件部分和软件部分组成，配以一定的外围电路和软件，能实现某几种功能的应用系统。硬件是系统的基础，软件则是在硬件的基础上对其合理的调配和实用，从而完成应用系统所要完成的任务。设计中需要设计和了解的单片机控制部分如下。最小系统结构在单片机最小系统结构硬件设计中，一是单片机系统的扩展部分设计，它包MCS-51单片机内部具有片的外部接上时钟电路和复位电路就可以构成一个最小的基本应用系统，在最小系统上简单的搭建ADLED驱动的数字化控制部分，如图2.9所示。图2.9单片机最小系统原理图在图2.9最小的系统中，可以看到有PWM驱动信号发生引脚、AD模数采样部分、复位电路主要负责重启系统、时钟电路为单片机提供时钟源、还有外部按键接口部分[16]。定时计数模块16位定时计数器，定时器。T0都有定时1[16]。12（011[5]。24Hz1224MH=0.52H，0.5us[16]。101。T0T11，01,10的跳变动作需要两个机器周期，故最高计数器为震荡频率的二十四分之一[16]。模数转换模块转换。A/D转换中，逐次逼近法是一种速度较快、精度较高的A/D转换器，它主要通过最高位至最低位的逐次检测来逼近被转换的输入电压。一个N位的逐次逼近法A/D转换器如图2.10所示。图2.10A/D转换器的原理框图2.10N位寄存器最高位位寄存器的内容经转换后得到整个量程一半的模拟电压XX≥1=1VN10[5]。1D/A转换后与比较，重复上述过程，直至判断出D010DONE发出N位寄存器的状态就是转换后的数字量数据，经输出缓冲器读出[16]。驱动电源是基于开关电源技术的一个新的发展方向，本章详细介绍了与有关的知识，驱动电源方面的相关要求指标，最后给出了论文设计需要的可编程器件的有关理论，即单片机的最小工作系统和具体计数方式，简单说明了模数转换的原理。第三章 LED驱动电源设计需求分析论文主要以可编程器件C51系列单片机代替传统小功率的EN55014-2.1997相关标准论文设计的驱动电源，采用他激型单端反激式为主电源电路拓扑，以单驱动电源的控制以及显示系统，可以通过外部按键改变输出电流。并且模数转换模块可以进行电PWM证系统的稳定性。论文设计完成的驱动电源主要电器性能指标如下：15W；为标准并且恒定可调；22V；电磁辐射标准；满载功率因数≥0.9；输入电压为电网电压AC220V±10%；输出电流预设定显示；70°时保证连续工作能力；15W贴片白光为负载；后级有过流、过压保护功能；系统能量效率值≥0.73。外部主要现象为，当LED灯具，700mA内改变驱动电源的参LED驱动电源的输出能够维持恒定不变。通过相关工具测试，满足系统的参数要求。主要完成功能原理图如3.1所示。后级采样模数转换电路后级采样模数转换电路外部4*4按键预输出电流显示主电源拓扑、DC/DC变换模块LED负载功率因数校正模块单片机控制系统单片机供电系统3.1单片机控制系统单片机供电系统3.1驱动电源主要包括了单片机最小控制系统、单变换部分、预输出电流显示部分、外部按键部分、后级模数转化部分以及后级的负载灯。以单片机为核心控制信号发生的LED驱动电源，从整体技术上考虑，需要具体设计的模块主要为主电源电路以及单片机控制电路两个大的方向。50Hz电网电压交流220V功率因数校正模块，完成的主要工作为同步电网电压电流波形，使其保持在统一正弦波的包络内，从而提高功率因数。泄放电路模块的设计，主要负责提供泄放回路，保护开关MOS开关管子不会被瞬间的高压击穿。变换电路模块，完成前级和后级能量的转换。其原理电路图如下。图3.2主电源电路硬件电路图3.2中可以看到PFCPWM信号发生模块，还有变换部分。STC89C52为核心设计器件，由以下六部分组成辅助电源电路的搭建，保证单片机系统能够正常的工作。PCF8591驱动系统的外部控制和调节。PWMPWM驱动信号算法设计，PWM信号占空比调节算法的设计。软硬件系统技术方案整体分析在搭建好的LED驱动硬件电路的基础上，主要是以单片机为中央处理器来完成对信号的发生和控制，能够及时的通过软件算法来分析系统的目前状态和输出信号信息。当系统硬件电路搭建完成，软件部分主要起到了控制和管理的作用，单片机能够很好的分析当前信号状态以及和后级模数采样芯片进行通信。如图3.3所示。软件控制部分：软件控制部分：调用键盘扫描程序，使外部按键控制单片机从而控制输出信号调用模数转换程序，使模拟信号变为数字信号与单片机通信单片机处理器调用驱动信调用信号占空比调整算法，改变信号的占空比，从而改变输出信号调用数码管扫描程序，可以显示预先设计的电流大小硬件电路部分：输出驱动LED灯主电源硬件电路模块、单片机电路模块图3.3软硬件系统原理图3.3PWM驱动信号算法PWM功率因数校正技术开关电源多数是通过整流器与电力电网相接的，在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网，对通信系统还产生干扰，并且可以引起仪器仪表和保护装置的误测量、误动作。随着用电设备日益增多，谐波污染问题引起广泛关注，使用有效的校正技术把谐波污染控制在小范围势在必行[17]。PorFcorCortoPFC技术可以有效的降低系统的谐波PFC校正和无源PFC到非常高的功率因数。有源PFC是电路相对复杂，造价高，电磁干扰较大[22]。论文LED驱动系统设计以有源PFC校正（ActivePowerFactorCorrection，APFC）技术为基础，电路主要采用了BoostDC/DC变换器组成，PFC变换器在占空比固定时输入电流自动跟随输入电压，因此PFC级工作在电流断续状态可以得到较高的功率因数。所以，将工作在电流断续模式的BoostDC/DC变换器结合在一[22]。PFC为核心器件设计电路，主要是单向APFC的工作模式设计在重载模式下，因为输入的电源是AC220V左右固定，15W为宽电压范围内输入，在轻载的情况下功率因数较低，所以在初始化设计中的PFC应该满足≥0.9。系统电磁兼容性技术电磁兼容性Compatibility，EMC）是指设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。主要包括两个方面的含义。一个为电磁敏感度（ElectromagneticSensitivity，）衡量的是开关电源抗干扰能力，另一个是电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)指任何有可能引起设备、装置、系统性能降低或者对有生命和[23]。半导体开关器件在驱动电源中工作在快速的开通和关断中，产生的电压和电流的下降沿和上升沿波形都非常的陡峭，电压和电流的变化率异常的大，产PCB铜线以及其他的元器件发生干扰[23]。驱动电源主要从减少干扰源和切断传播途径这两个方面去减小电磁辐射。设计中需要注意以下方法来改进整机性能：输入滤波元件要远离系统共地端和变压器；前级和后级分别添加共模电感，抑制共模噪声；DC/DC变压器的绝缘胶带外加上一层铜箔并有浮动铜丝连接到地线，屏蔽电磁干扰；PCB走线宽度并且尽可能减小回路。系统能效指标《2007年能源独立与安全法案》为外置电源建立了强制性的能效标准。该标准中规定在1-49W的AC-DC变换中LED驱动电源中的能效满足标准:μ≥[0.09×+0.49] (3-1)式-1中o15驱动电源的设计中，绝大部分的损耗是以热能的形式散发出去的，主（导通时开关管自身的内阻有热损MOS（电压电流不可能突变引起热损（整流器有压降和内阻一起造成热损、线路寄生电感产生的开关损耗、储能变压器发热损耗等，论文的驱动设计中针对提高效率所做的工作为：MOS管；尽量增大PWM信号的占空比；后级整流器件选择了导通压降小的肖特基类二极管；PCB布线中前级高频电路尽量减小回路，后级输出大电流部分尽量扩宽PCB铜线的面积；设计合理的变压器参数；的滤波电容；泄放电路的参数要设计合理。15WLED的相关的指标参数，首先从整体上给出了项目的具体设计细节，然后分别说明了在具体设计过程中的主电源电路模块和单片机控制部分要实现的功能。最后就驱动系统的整体，给出安全规章详细要求和标准，并分别列出在用例设计过程中需要主要注意的方法和过程。第四章 LED驱动硬件架构设计与器件选择本章主要针对LED驱动电源的硬件设计，从整体的硬件电路构架到具体电路中的元器件选择，给出了详细的方案。项目在开发阶段就不断的了解相关LED驱动硬件的模块结构，选择最优化的方案，以及合理的拓扑结构。基于单片机控制的LED驱动电源的硬件系统框图如下，该系统的核心主要由两大部分组成：PWM信号控制功率开关管的关断和导通，同时单片机对AD采集的输出反馈电压、电流信号进行运算处理，并根据程序设置来改变PWM信号输出状态，达到稳定输出电源电流的目的。主电源电路由电网供电，采用他激式、单端输入、反激电路拓扑的结构组成，完成DC—DC变换。AD采集模块负责把信号反馈给单片机，让其进行运算并调整驱动信号的占空比。功率因数校正模块L6561芯片整流滤波模块EMI滤波桥式整流后级整流电路续流二级管后级采样控制模块A/D模块数码显示LED功率因数校正模块L6561芯片整流滤波模块EMI滤波桥式整流后级整流电路续流二级管后级采样控制模块A/D模块数码显示LED泄放电路DC/DC变换模块高频变压器设计90-245V单片机低压稳压模块小功率变压器I2C通信协议功率开关管工作模块信号放大电路MOS功率管设计I2C通信协议功率开关管工作模块信号放大电路MOS功率管设计C51单片机PWM发生模块单片机最小系统架构软件控制算法部分5V4.1220V300V300V高压电分两路，一路通过单片机低压供电模块给单片机工作电压，另一路通过功率因数校正模块，使电流和电压的相位尽量一致并且减少谐波分量，经过功率因数矫正的高压为变压器的原边提供高压能量。单25kHzPWM信号控制功率开关管的导通300V电压在高频下不停的进行磁能和电能的转换，当开DC/DC转换后，副边的低压大电流经过后级的整流滤波电路提供一个较稳定的输出电流驱动LED，此时后级的采样控制模块对输出进行周期性的采样判断，将判断结果反馈信息通过的时间来改变占空比，从而使抑制输出的改变，使。在系统的整体设计中，主电源电路包括整流滤波模块、功率因数校正模块、泄放电路、功率开关管工作模块。C51PWM信号发生模块以及后级采样控制模块。主电源模块设计主要是围绕着最优化LED驱动电路拓扑结构里，外围模拟电路的搭建设计，为了更好的提供利用效率，以及满足电磁辐射标准和功率因数要求，并简单讲述了设计的核心原理。整流滤波模块整流滤波电路主要利用具有单向导电性能的电子元件，把方向和大小都变化50kHz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电，然后利用储能元件C两端的电压（L的电流）不能突变的性质，可以将整流过的交流电中的交流成分大部分去除，变为相对平滑的直流电。4.2所示。4.2滤波整流电路图4.2中前级有四个IN40074.3所示。4.3滤波整流波形图图4.3中主要是描述了经过图4.2中的大电解电容后的电路中信号波形图，可以看到一个文波较小的直流高压。在选择电路中的滤波元件时，主要考虑如下参数：输出电压的平均值[26]:U =2U（1−T

） （4-1）oAV输出的最大峰值电压:

4CRLUMAX=2U （4-2）整流滤波中放电时间常数为：τd=RLC （4-3）因为市电输入的U为220V（有效值）,由式（4-3）当输出的时间常数τd为40ms时，由式（4-1）可得到平均电压UoAV270V左右，由式（4-2）可以得到峰值电压能达到310V左右，考虑设计要给予系数的安全余量，设计选用600V/2A400V3.3uF的铝电解电容来满足前级的整流滤功率因数校正模块开关电源会产生谐波，谐波可经电网串入其他电气设备而污染电网，产生的电网电压波形的畸变会对对电力系统和通信系统产生干扰。从而使功率因数校正技术PFC成为重要问题。功率因数（PF）定义为有功功率（P）与视在功率（S）的比值：PF=P=U1I1cosφ=I1cosφ=γcosφ （4-4）S U1IR IR式（4-4）中 I1——输入电流基波有效值；IR——电网电流有效值；U1——电压基波有效值；γ——电流波形畸变因数；cos基波电压和基波电流的位移因数。为了减小输入电流的谐波以及提高输入功率因数，论文设计中采用了有源功率因数校正技术。由控制模块电路使输入端电流波形的包络线跟踪输入交流电压波形，而实现交流输入信号接近正弦化，并于交流输入电压同相位，使cosφ尽可能为1[27]，由式（4-4）可以得到高PF值。设计用例选用了一种成熟的功率因数校正芯片工作在临界导通（PWMPM控制6561为控制芯片从而完成功率因数校正，PFC提供给变压器原边。并且在功率因数校正模块中实现了，过电压保护功能，微电流启动模式。为单片机的设计的驱动中的不足带来了更多的弥补。LED驱动的功率因数电路在整机电路中的作用原理图如4.4所示。图4.4PFC模块在整机系统中原理图4.4L6561为核心的PFC功率因数校正模块，（谐波成分较大DC-DC泄放电路设计衡量输入到变压器原边绕组而不能传输至次级绕组的能量大小的量度为漏感。如果漏感严重，当开关管关断时会出现一个可能对电路中元器件造成冲击的瞬间尖峰电压。漏感越小，驱动电路的安全性及效率就越高。为了减小漏感在开关关断时候产生尖峰电压，论文中设计的泄放电路采用了二极管泄放电路（RCDZ）如图4.5所示。4.5二极管泄放电路4.5RCDZ在开关管的漏极。若加上该电路，漏感中能量将在开关管关断瞬间转移到泄放电路的泄放电容上，然后泄放电阻将会消耗这部分能量。在开关管关断的时候，磁能产生的电流可以通过图中的回路释放。箝位电压650V以100V0.1uF功率开关管工作模块以单片机为核心的PWM4.6所示。图4.6 降压斩波原理图S（O口电平拉高ot=R=IN1时间。当开关切断时（O口电平拉低ot=R=02，T=t1+t2T，t1口电平拉高时间，T为通T值从零变到VIN[1]。MOS开关管的能量，本文采用了LED驱动电路的设计中，主要元器件的设计，从性能上直接影响了驱动电源的工作效率和电磁辐射强度。正确的设计变压器是保证电路稳定工作的基础，滤波器件的选择则直接影响了驱动电源整体的热损耗大小以及电磁辐射的高低，PWM储能变压器设计论文设计单端反激变换器原理方法如图4.7。4.7单端反激变压器工作电路图4.7通过，磁关断时，在次级绕组N2中储存的磁能向负载释放。（储能变压器N1向次级回路释放BG1降到零，这就是完全就又导通，[5]。对于反激变换器来说，通过可编程器件控制开关频率和最大占空比后，它的220V非连续模式的能量传输不依赖于输入电压的高低。进入恒流工作方式之前的峰值功率点由变压器能够传输的最大功率决定。传输的功率公式为：P=0.5×LP×I2×f式中 LP——初级电感值；I2——初级峰值电流的平方；f——开关频率。如果要得到±24％的恒流误差范围，则初级电感量的误差应满足±7.5％，本文设计中采用了低成本的中间柱开气隙技术满足以上要求，设计中通过经验得到0.08mm15W，所以选择PC404.8所示。4.8变压器模型图4.84+4主要电子元器件选择15W功率为设计用例，展示可编程器件为PWM信号发生驱动芯片制驱动产品。在产品制作过程中最主要的核心电子元器件是电容器，高频功率开关管，后级续流二极管。电磁兼容国际标准（1995年）的规定，论型号，容量范围选择在1~2.2nF1.5KV安规电容器，为了消除EMI，让其并联在电网线之间，滤除共模干扰。前级的整流滤波电路中选择了常见的3.3uF耐压在600V的大电解电容，减少文波电压。续流二极管的选择上,驱动电源的能效标准要求，在后级的续流二极管选择中，一定要注意高频问题，论文主要采用肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiodeSBD）为选择对象，可选的具体参数有SR2100保证电100V中稳定工作。它是一款低压、低功耗、大电流、超高速半导体功率器件，其反向恢复时间较短（可小到几纳秒0.4V左右，而整流电流可达几十至几百安培。这些优势是其他类型的二级管所无法比[13。器构成开关电源中，开关管主要有三种类型：双极型功率开关管（J；金属氧化为半导体场效应晶体管，简称OSFTOS场效应管；绝缘栅-双极性晶体管B论文中的可编程器件的PWM信号发生频率在25kHz15W左右。MOS（几至几十纳秒PM调制器，它采用电压驱动，单片机类别选择单片机系统电路设计是电源设计的核心，兼顾运算能力与控制能力，并考虑STC89C52单片机作为核心控制器，STC89C52是一款低功耗、840MHz12个。通过P0口作为驱动信号的发生口。该款单片机的特性如下：兼容、加密性强；16k字节闪存；4.宽温度范围-40℃-85℃；超低功耗，掉电模式典型功耗<0.1uA4mA-7mA；16位定时器计数器；断电状态下可以记忆存储内容。四位数码管显示4*4外部按键STC89C52驱动电源做高频信号的发生和调节部分，由最小工作系统、A/D模数转换电路、外部按键输入4.9。四位数码管显示4*4外部按键PWM控制驱动信号单片机PWM控制驱动信号单片机STC89C525V供电电源图4.9 单片机控制原理图A/D转换电路复位以及晶振系统在图4.9中，单片机控制系统中，主要为驱动信号的发生、外部按键的扫描、复位以及时钟系统搭建、外部需要单独的供电电源、预先设置输出电流的数码管显示、后级的模数转化电路。A/D转换电路复位以及晶振系统模数转换采样反馈系统设计出现一个持续上升的电压，此电压将经过负载产生一个电流，在系统初期启动的时候，主要由能量的观点分析输出端电压和电流的大小，为了更好的稳定住电流或者电压，就需要后级的反馈来控制前级的能量大小，实质就是控制前级开关信PWM论文设计的后级采样电流信号的芯片为PCF8591，具体电路如下图4.10。图4.10 模数转换采样电路图4.10中有个单独的电源端VCC来自于单片机的供电电源,通过定周期的进PCF85911000次左右的采样速率，经过PCF8591PWM外部数码显示及接口键盘设计外部的数码显示，主要是完成开始时对LED驱动器的后级电流输出值的设定显示，这样就可以直观的看出系统的预期电流值大小。电路设计通过74hc573锁存器，锁存当前状态，这样可以使CPU送出的数据在接口停留下来，直到解除锁定，锁存器的引脚高电平表示直通状态，低电平保持锁存状态，本文就是通过控制74hc573锁存引脚来控制后端的数据输出。具体电路连接如图4.11所示。图4.11数码管显示器电路中，由两个锁存器分别控制数码管的段锁存和位锁存，保证信号在数1D-8D引脚连接单片机，进行单片机信号的接收。4*4矩阵独立按键，完成对单片机输入指令，主要PWM信号的4.12所示。图4.12矩阵按键电路4.12中，每个按键通过两组连线接通单片机，每次按下都对产生相应的0-9315WLED驱动为设计样板的具体硬件搭建，给出了详细的总体硬件设计框图，说明了工作的过程。然后设计了主电源电路中的各个模块，PWM信号的发生电路。在整体的设计中，本章还就具体核心元器件选择给出了计算，详述了变压器的作用以及设计参数，并且就设计中用到的单片机给出了详细说明。本章最后还给出单片机的控制系统相关的电路设计，主要分为数码显示、模数转换部分、外部按键控制部分。第五章 C51系列单片机软件控制方法设计CKeiluVision平台上编写程序，通过编译软件烧录在单片机上。开始按键模块初始化定时器初始化输出电压大与保护值YN输出电流大于保护值开始按键模块初始化定时器初始化输出电压大与保护值YN输出电流大于保护值YN输出电压大于设定值YN减小PWM脉宽信号增大PWM脉宽显示设定电压电流标准关断PWM驱动信号关断PWM驱动信号AD周期采样产生PWM驱动信号图5.1主程序流程图5.1、键盘等外部接口进行初始化，然后对单片口输出25kHz左右的PWM信号，占空比初始化为，此信号用来驱动MOS管，经过变换后使电源输出采样模块，将模拟信号转化为数字信号，当PWM循环采样并与设定的数字信号值进PWMPWM最小的分辨单元；如果输出电压小于设定的电压值，则增大PWM脉宽加大占空比，曾加尺度为设定的PWM对输出电压的周期性采集和实时的PWMLED驱动电源输出保持稳定不变。单片机控制部分主要完成了后级电路的电流输出设置和调节功能，软件设计PWMPWM驱动信号，输出系统设定的电压值，随后系统仍周期性的扫描键盘，如果没有再次扫描到键盘的输入，则调用PI算法来维持后续电压电流的稳定。PWM驱动信号设计论文设计的LED驱动电源工作性能，很大程度上由PWM信号最小频率和调整的单元分辨率决定。在兼顾发生频率和调整分辨率的情况下，单片机输出的PWM25kHz然后使用单片机的定时器可以精确的产生高频方波PWM信号。LED驱动电源要求单片机的处理速度要足够快，51系列的单片机，在使用了38MHz的晶振频率，相对于驱动开关电源要求的高频速度，单片机的速度还不是很理想的，而且论文设计的单片机还要不停的做电压、电流的采样，键盘扫描，控制运算此类的工作，那单片机就更加的显得慢了，在不考虑上述影响下，单片机通过定时器产生的中断频率是不能随意改变的。为了设计输出可调的驱动电源PWM两个变量TPWM为周期T的值一定大于占空比D口为高电平，TDD口置为低电平，然T口返回为高电平，如此往复循环。通过改变T的值可以改变PWMD的值可以改变PWM信号的占空比。算法核心思想示例：}}//计数清零，为下一个周期准备D=0;T=0;If（D==high）P1.0=0； //当达到占空比要求时，驱动端口极性反转，开关管关闭If（T==cycle）P1.0=1;//当一个开关周期结束后，驱动端口拉高，开关管导通//功率管导通//同时开始计数，此部分由定时器0和1计数完成//单片机38M晶振，机器周期为0.316usInt D=0,T=0；P1.0=1；D++；T++；//定义全局变量，并由系统设置初值，占空比为high/cycle//定义中断函数，通过固定机器周期，来控制输出的信号高低,cycleintvoid{只要单片机的时钟频率达到一定的额度，就可以输出任意可变的频率，并可以通过改变D值控制PWM信号的占空比。PWMT值固定PWMD设计计数时间，在该计数器结束后，驱动管脚电平由高变为低。PWM018位计数器，当TLF1TH中的内容重装载到TL中。其初值计算公式为[16]：0T=28− tTH00

（5-1）式中，t为定时时间，TH0为定时器设置的初值，T0为时钟周期，计数长度为28。在采取了38M晶振频率时，一个机器周约为0.316us。定时时间计算公式为：定时时间=（65536-计数初值）*机器周期 （5-2）当输出的频率为25kHz时，相当于周期为0.000040秒，也就是相当于40us，//设置两个计数单位，一个为高电平，一个周期时间这两个单位给TH赋初值，就可以改变驱动信号频率和占空比//设置//设置两个计数单位，一个为高电平，一个周期时间这两个单位给TH赋初值，就可以改变驱动信号频率和占空比//设置PWM驱动端口//对定时器0进行初始化程序,设置频率void{PWM=P1.0unsignedinthigh,cycle；TMOD=0x20;EA=1;ET0=1;TR0=1;TH0=cycle;//选择模式2，8位定时器//单片机内部寄存器设置，总中断打开TMOD=0x20;EA=1;ET0=1;TR0=1;TH0=cycle;//选择模式2，8位定时器//单片机内部寄存器设置，总中断打开//0中断打开//0开关打开//每次计数到溢出刚好一个周期}time0() interrupt1 //PWM方波频率发生子程序，中断发生后，每个周期计数结束后给驱动端口一个高电平{PWM=1;}void{//1进行初始化程序,设置占空比TMOD=0x20;EA=1;ET1=1;TR1=1;TH0=high;//选择模式2，8位定时器//单片机内部寄存器设置，总中断打开//1中断打开//1开关打开//每次计数到溢出刚好一个高电平结束}time1() interrupt3 //PWM方波占空比控制程序，中断程序发生后，即每个高电平结束时给驱动端口一个低电平{PWM=0;}通过以上方法就可以控制单片机的驱动端口输出高频的PWM驱动方波信号，并可以改变驱动信号的占空比。PWM信号占空比调整算法设计当电源电压波动或者驱动系统受到干扰，输出的电压电流就会出现波动，良PWM信号的占空比（D值的大小，达到动态调整平衡后级输出。设计中采用了（比例积分控制）PIP，反应了系统的基本偏差（PI算驱动闭环控制模式，滞后较小，PI控制算法，使系统后级电流向减少偏差的方向变化，提高了电源的稳定型，更好的保护了。PI算法的微分方程为[29]：ut=K

e+1teτdτ （5-3）p TI0式（5-3）中 Kp——比例放大系数——积分时间。AD采样信号为离散值，通过式（5-3）计算可以得到一般的增量表达式为：u=Kp∗r−y0+KI∗(y1−y0) （5-4）式（5-4）中 为改变增量；r——常系数；y0——本次采样值；y1——上次采样值；KI——PI算法中积分系数。u5.2.1high的初始值上，PWMA/D采样的信号还需要转换到0-255之间的数字值，将已经设定的电压量转换0.7A左右，采样电阻设计为7Ω0-4.9V0-2552554.9V5.2所示。D输出驱动信号DC/DC变换器接受驱动信号A/D周期采样并转化为相应数字量输出驱动信号图5.2 算法流程图在实现具体算法的代码主要为：}}u+=Kp∗r−y0+KI∗(y1−y0) //通过公式进行系统改变的增量运算Data[1]=u;//后级采样值每次覆盖前一次的采样值//对放大系数赋初值//对积分系数赋初值y1=y0;y0=r-data[0];Kp=data[3];Ki=data[4];r=data[2]/100*255/（0.7*7）//对应的数字量//定义r为预设置的电流值，y0、y1为采样值,u控制增量//data[0]为采样值、data[1]为最终增量值、data[2]为设置值data[3]为比例系数、data[4]为积分系数//PI算法的函数实现r,y0,y1,u;unsigneddata[4];{每次经过计算后得到的增量值u5.2.1high就可以定量的PWM信号的占空比，从而使输出的信号保持稳定。按键模块程序设计在单片机系统中，设计应用端口P34*4为键盘列线,通过下拉电阻连接到地，当无键按下时，各列线P3.0-P3.3+V不停地扫描检测是否有按键按下，然后是查看哪一个按键按下。键盘扫描时需要解决键盘存在抖动的问题，通过软件的适当延时来实现，即在扫描有键后，适当的延时一段时间，然后再进行扫描查看是否是误触键，如果依然有按键，那么调用按键查询子程序，检测按键代表键值，并读取键值，送入键值寄存器中。具体流程图如5.3所示：Y是否按下Y是否按下N扫描第二行存储键值，返回扫描程序扫描第一行Y是否按下N扫描第三行存储键值，返回扫描程序NN是否有按键按下Y程序存储0xff，返回扫描扫描键盘，行置高，位拉低YY是否按下N扫描第四行，存储键值返回扫描程序存储键值，返回扫描程序图5.3键盘扫描子程序流程图5.3口可以发现电平信号改变，再查找此数字信号值对应的按键值就可以完成按键值锁定。//单片机对应//单片机对应IO口，高四位置高，低四位拉低//0000//表示有按键按下//键盘扫描函数，使用行列逐级扫描法unsignedcharKey(void){KeyPort=0xf0;if(KeyPort!=0xf0){if(KeyPort!=0xf0)////根据返回二进制数值，对照电路，给按键赋值//按下相应的键显示相对应的码值X//出现错误//表示按键出错}}return0xff;}unsignedcharKeyPro(void){case0xX:returnX;break;default:return0xff;break;}同理检测后续的第二行、三行、四行//延时函数，去抖//val为最终的返回值//KeyPort=0xfe;if(KeyPort!=0xfe){Val=KeyPort&0xf0;Val+=0x0e;KeyPort!=0xfe);DelayMs(10);KeyPort!=0xfe);return}{A/D采样模块程序设计A/D模块的设计中采用了PCF8591A/D、对输出的电压以及电流进行采样，在软件中也用两个协议。01Al为电压采样输入端。采样模块在主A/D5.4所示。开启A/D开启A/D转换转换结束？NY存入寄存器1中N转换结束？转换结束？NY存入寄存器1中N转换结束？Y存入寄存器0中开启A/D转换选择采样通道0，进行采样选择采样通道1，进行采样5.44具体的程序代码示例为：unsignedcharunsignedcharchar//Chl01返回值范围0-255{unsignedcharVal;Start_I2c(); IIC协议Send//发送器件地址，硬件电路连接好后为固定值if(ack==0)return(0); //ack为IIC协议应答标志位，无应答则返回0Send(0x40|Chl); //发送器件子地址，选择哪个通道if(ack==0)return(0); //应答标志位Start_I2c(); 启动总线Send//发送器件地址if(ack==0)return(0); //应答标志位//接受字节数据函数NoAck_I2c(); //发送非应位,通信结束Stop_I2c(); //结束总线//将采样值返回给函数}数码管显示部分设计数码管显示部分的设计，主要是显示通过外部按键为系统设计预输出电压电流值的大小，让后期测试有个参考值输出的参考值。数码扫描锁存段数据送段码b，表示需要显示的具体数据为b锁存位数据送位码a，表示选通第a位数码管0.0174HC573D锁存器43位（数码扫描锁存段数据送段码b，表示需要显示的具体数据为b锁存位数据送位码a，表示选通第a位数码管图5.5数码管显示流程图延迟，人眼的分辨率就无法察觉，最后的效果就是静态的数码显示结果。这种设端口。//取位码，选择一个数码管//取位码，选择一个数码管//设置静态变量，显示有几个数码管//清空数据，防止有交替重影//段锁存staticchari=0;DataPort=0;LATCH1=1;LATCH1=0;//显示段码值0~9，数码管对应的单片机接口控制显示值//分别对应四位相应的数码管点亮,即位码//数码管显示函数()voidDisplay{charcodeDuanMa[]charcodeWeiMa[]}}//取显示数据，即数码管上显示要出现的数据//段锁存//共有四个数码管，轮流显示每个数码管数据，动态扫描//位锁存DataPort=[i];i++;if(i==4) 本章主要是设计了驱动信号软件控制部分的方法和思想。首先给出了系统设PWM驱动信号频率控制PWM第六章 系统测试及分析本文设计的统性能指标测试三个方面的内容。在系统测试的时候，系统需要进行必要的调试工作，调试中会出现或多或少的问题，有少部分的问题是由于设计缺陷引起（如6562芯片本身在轻载时功率因数很难提高，但绝大部分的错误是人为组装以及设置的不规范造成的，只要按照设计原理调试就可以很好的使系统工作。在LED驱动产品的系统测试中，测试环境搭建主要由：普通万用表、示波器、EMC500A检测设备、UI2050LED灯综合性能测试仪等组成。普通的万用表主要用来测试电路的连接线路是否正常，以及粗略电压电流值，无过高要求，采用精度不是很高的VC890D数显万用表。示波器主要作用为把眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于研究LED驱动电源中高频信号的变化过程。数字示波器的主要参数如表6.1所示。6.1数字示波器参数表1）提供2个模拟通道，200MHz带宽；2）2GSa/S实时采样频率；3）垂直灵敏度在：1mV-10v/div；4）2000wfms/s波形捕获率；5）边沿、脉宽、斜率、视频交替触发功能；6）具有USB接口，可供下载图像参数。EMC500A接收机，满足国内对电磁兼容的测试要求。EMC500A6.2所示。表6.2 接收机性能参数1）仪器扫频范围：9kHz~300MHz；2）V~120dBμ3）扫描带宽：9kHz~300MHz；4）频率扫描步长：9kHz~150kHz：100Hz、200Hz、400Hz可选择;5)输入阻抗50Ω，输入信号最大值2V，并在5V时保护;6）满足标准EN55015。4.UI2050LEDGB/T24825-2009IEC62384:2006等国内、国际标准。主要性能指标如表6.3所示。表6.3 驱动电源综合测试仪参数1）输入特性测试(交流)时，测量输入电压、电流、功率、功率因数、电网频率、相位角、总谐波及0～50次各谐波分量；2）输出特性测试(直流)时，测量输出灯电压、灯电流、灯功率、纹波电流；3）输入精度:±(0.1%reading+0.1%range+1digit)；4）输出精度:±(0.1%reading+0.1%range+1digit)；5）测试快速，1秒钟实现输入、输出各参数测试。硬件模块测试部分主要是通过示波器观测电路中的信号波形，包括整流滤波电路后的电压，开关管漏极信号波形、预先设计的电流大小与实际电流输出的关系。首先，通过用万用表测试驱动系统前级整流滤波模块的电压值为279V左右，在市电为220V左右下，在公式（4-1）计算后符合设计要求。25kHz35％15WLED，并且在电流反馈设计的控制下，700mA35。驱动电路整体加电，通过隔离电源给单片机供电。电路很好的起振，在186.1所示。图6.1 开关管漏极信号波形通过图6.1开关管漏极信号波形可以看到，在频率为25kHz时，变压器次级的信号波形十分符合模拟芯片的驱动波形，在高频的方波结束时会存在一个类似阻尼振荡产生的逐渐递减的一个正弦信号波形。这个波形说明了开关功率管子已经在单片机发出驱动信号的波形下正常起振工作，信号的放大电路设计合理，能够合理的驱动开关功率管子。D值来改变LED灯具变暗。在环境温度为18℃下，输入电压为市电220V±3%，得到的输出电流和电压与设置预输出电流的关系如表6.4所示。表6.4 预输出与实际输出电流、电压关系预置输出电流/mA800700600500400≤250实际输出电流/mA793703606510415关断实际输出电压/V20.219.819.719.719.6关断6.4（延迟产生原因主要由PWM15W大功率二20V左右，并在电流变化时电压值基本保持不变。软件测试部分主要是分析由单片机给出的具体驱动信号波形，以及后级输出电流变化时，单片机的驱动信号波形是否能够按照原理分析中给出的方向进行变化。端口驱动信号检测在单片机的PWM25kHzD306.2所示。图6.2单片机驱动信号电压电流波形6.2PWM信号，发生25kHzPWMD来增大或者减小占空比。15WLEDD与输出电流关6.5所示。表6.5 输出电流与占空比对比表输出电流值703mA606mA510mA415mA≤250mA占空比D值35%30%26%21%0%6.5中数据可以发现规律，随着输出电流的减小，PWM驱动信号在软件的控制算法下，可以很好的减小占空比值，从而降低了前级的能量，进而使输出的电流降低。当输出的电流低于某一个预定值时，系统会自动关断信号。电流显示以及输出检测态扫描显示可以很好的看到预先设计的输出电流显示，在电路板下方的数码管中0.700。为了检查输出与预设置电流的一致性，通过UI2050LED灯综合性能测试仪观测了输出的参数如图6.3所示。图6.3 驱动电源输出特性测试报告6.30.7034A，很好的满足了设计当中的预输出0.70A的标准。功率因数指标测试分析系统前端通过以UI2050LED灯综合性能测试仪中可以很6.4所示的性能指标。6.4灯输入特性测试报告6.4电压的包络，相对有毛刺的正弦波为电路电流的包络，功率校正模块很好的完成了对电流进行峰值检测，并通过乘法器使其波形与电压波形想象，这样就使得电流与电压的相位相近。测试报告的上面列出了本文设计的驱动输入的参数，可以直观的看到功通过下图6.5所示，可以看到电流与电压的相位偏移情况。图6.5 灯输入特性测试报告（续）6.5电流的奇次谐波成分主要是受饱满程度的影响，电流和电压的相位差主要是收到6.6（续通过测试可以发现在L6562芯片可以满足高功率因数的设计要求，并且可以通过设计L6562的工作模式而改变功率因数大小。电磁兼容指标测试分析在电磁兼容部分，主要通过了EMC技术来完成，主要由前级整流滤波电路、屏蔽绕组变压器、PCB电路板子布局等因素来影响。通过EMC500A检测设备可以清楚的观测到图6.6的电磁兼容传导信息。6.6电磁兼容传导测试报告2接地9015W2分钟左右。通过图6.6测试发现，有单片机构成的驱动信号发生电路，可以很好的完成电磁兼容指标，没有峰值（偏上的测试线）越界的情况出现，并且平均值（偏下的测试线）都在标准水平线以下。在设计的调试中发现，前级的共模电感的作用非常的大，如果不考虑成本和体积大小的话，尽量的加大共模电感的值可以很好的控制电磁兼容和辐射。系统能效指标测试分析在系统能效指标的测试中，通过UI2050LED灯综合性能测试仪观测到图6.7所示的信息，环境温度为室温18℃。图6.7综合特性测试报告6.718.07W，输出的功率为13.9777.3％。满足了需求设计部分的≥73％的要求。通过调试发现，主要的无功率以热能的形式散发出去，功7018℃的情况下测试。15W单片机满足能效指标。同时发现，如果通过提高后级二极管的导通电流值大小，以及曾大变压器的初级绕组线圈匝数可以对能效有所提高。本章主要是全面的调试和检测驱动的性能，搭建了测试环境，给出了硬件检测的具体方法，并由示波器给出了具体的结果，分析了预先设计电流和实际PWM驱动信号的完整性以及稳定性，给出了实际测量的占空比改变值和实际输出的关系，演示了系统部分的功能。驱动设计标准方面的相关测试，主要包括电磁兼容检测，EMC500A检测设备、UI2050LED灯综合性能测试仪分析了相关的波形和数据。第七章 结束语本章就论文工作给出总结，列出了项目中有待改进的方面，结合目前技术趋势分析了后续相关驱动电源的发展方向。本文通过设计一款实际的嵌入式产品——基于开关电源技术的单片机驱动器的开发实践，很好的熟悉了嵌入式产品开发设计的流程，重点研究了可编程驱动电源的主要工作原理、相关参数意义以及数字化控制的