(精品論文)畢業(yè)設(shè)計論文led照明驅(qū)動開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計論文

LED照明驅(qū)動開關(guān)電源設(shè)計 LED照明驅(qū)動開關(guān)電源設(shè)計摘要LED照明驅(qū)動設(shè)計了恒流輸出、空載保護、隔離輸出及EMC等功能。系應(yīng)用于LED照明驅(qū)動的開關(guān)電源電路。采用PWM自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)恒流輸出，穩(wěn)壓管過壓鎖定實現(xiàn)空載保護，電磁隔離和光隔離實現(xiàn)隔離輸出。經(jīng)過多次的運行與檢測，實踐證明該電路恒流輸出穩(wěn)定，發(fā)熱量低。本設(shè)計體積小,微調(diào)反饋電路可設(shè)置作為為LED驅(qū)動常用的350mA或700mA恒流輸出?？蓮V泛適用于生活照明，商用照明。關(guān)鍵詞：LED驅(qū)動電源；發(fā)熱低；恒流；隔離；低成本 Driving switch power LED lighting designLED lighting design drive the constant-current output, the output and protection, isolation no-load EMC etc. Function. Is applied to the switch power LED lighting driving circuit. Using PWM automatic adjustment output voltage, the constant-current over-voltage protection tube, electromagnetic no-load realize locking and isolation realize isolation output isolation. After many operation and test, the practice has proved that the constant-current circuits, low heat stable output. This design, small size, fine-tuning feedback circuit can be set as the common 350mA LED drive or 700mA constant-current output. Life can be widely used in commercial lighting, lighting.Key words：Leds driving power；Fever is low； Constant flow；Isolation； Low cost目 錄1概述11.1選題的目的與意義11.2研究現(xiàn)狀11.3系統(tǒng)性能指標11.4系統(tǒng)組成及設(shè)計思路21.5總體功能描述32硬件電路的設(shè)計42.1電路設(shè)計42.2磁路設(shè)計8參考文獻10致謝10附錄101概述1.1選題的目的與意義：全球能源緊張，提高電器的效率是行之有效的方法。照明用電占據(jù)全球21%的總用電量，如果能提高照明用的的效率，可以有效緩解能源緊張。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長照明系統(tǒng)的壽命，并且是綠色無污染的？取代白熾燈，熒光燈，節(jié)能燈的第四代照明燈具是什么？業(yè)界給出的答案就是LED燈照明。LED照明每W流明數(shù)可達到120lm。遠高于白熾燈和日光燈，此外LED燈珠壽命可長達十萬小時，并且綠色無污染。LED照明具備的這些優(yōu)點決定了其應(yīng)用前景是非常廣闊的。LED照明應(yīng)用上的限制在于LED有固定的正向壓降，電流也有上限（工作電流是影響LED壽命的主要因素）。大功率白光LED上的正向壓降一般為3-4V，不能直接使用市電驅(qū)動。因此一個和LED燈珠匹配的高效，環(huán)保，長壽命的電源是必須的，這正是這次選題的意義與目的所在。1.2研究現(xiàn)狀開關(guān)電源的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，由于LED驅(qū)動的降壓技術(shù)大部分采用開關(guān)電源。因此即使是LED驅(qū)動電源真正進入研究的時間不算長，卻無礙其技術(shù)的成熟。LED驅(qū)動要求的技術(shù)特點是：壽命長，體積小（特別商用照明和家用照明，最好可以內(nèi)嵌到燈頭）。眾所周知，絕大部分開關(guān)電源都需要一個輸出濾波的電解電容，即使高品質(zhì)的電解電容，工作在100攝氏度左右，壽命也只有1Wh左右。毫無疑問，電解電容正是LED燈整體壽命的瓶頸。而內(nèi)嵌式驅(qū)動板上的電解電容，由于LED的發(fā)熱以及驅(qū)動板本身的發(fā)熱，長期在高溫工作，更使電解電容壽命減短。目前已經(jīng)有集成電路，無需輸出電解電容，僅需幾個外圍就能直接驅(qū)動LED發(fā)光。這使得LED照明的長壽命的特點確實得到保障。另外一點，限制LED燈 壽命是工作時的溫度，目前臺灣某技術(shù)機構(gòu)解決方法為，使LED燈珠像一個燈一樣可拔插，使LED燈成為可維護產(chǎn)品。除了技術(shù)上的創(chuàng)新外，還有組合上的創(chuàng)新，例如加入調(diào)光技術(shù)（模擬調(diào)光，數(shù)字調(diào)光，Triac調(diào)光）；用三色LED組成色光可調(diào)制系統(tǒng)；采用頻率抖動技術(shù)減少EMI；加入功率因數(shù)校正電路等1. 3系統(tǒng)性能指標：1、主輸出最大輸出功率為14W，輔助輸出為0.5W，總輸出小于15W；2、輸出電流為恒定350mA；3、最大輸出電壓為40V；4、滿負荷下轉(zhuǎn)換效率大于85%；5、負載為350mA時最大紋波為5mV；6、因為沒有添加功率因數(shù)模塊，因此PF值最低僅為0.45左右；7、最少可以接一個1W的高亮度LED，最多可以驅(qū)動12個1W的高亮度LED（全功率輸出時TNY280應(yīng)添加散熱片）。1.4系統(tǒng)組成及設(shè)計思路：1設(shè)計思路： 考慮到家庭常用的是51W，或61W，商用照明常用的是11W到121W，本設(shè)計采用恒流輸出，輸出電壓隨負載大小自動調(diào)節(jié)的適用廣泛的設(shè)計。 考慮到國內(nèi)采用50HZ、220V的供電系統(tǒng)，而美國、歐洲、日本居民用電從110V-240V不等，再考慮到網(wǎng)壓10%的波動，系統(tǒng)把輸入放寬到從85V-265V。本著設(shè)計一款符合社會要求的真正節(jié)能、節(jié)錢、長壽的LED驅(qū)動電源的思想。在能效轉(zhuǎn)換和產(chǎn)品成本上作出折中的選擇，轉(zhuǎn)換效率要求在75%以上；元件選擇盡可能采用了常見型號，滿足要求的情況下，盡可能采用國產(chǎn)的元器件（例如采用常用的1N4007,1N4148，PI公司的TinySwitch-系列，電容采用國產(chǎn)的BHA，Jwco）。對于批量生產(chǎn)，能有效降低成本，使LED照明更容易走進人民生活。2系統(tǒng)組成：系統(tǒng)框圖如圖示此圖為PI軟件設(shè)計出的參考框圖 本系統(tǒng)采用了LED驅(qū)動電路中常用的單端反激式拓撲，該拓撲設(shè)計較為簡單。輸入采用了四個1N4007作為全波整流，而后經(jīng)過型濾波器整流，采用了PI公司的TinySwich-系列中功率容量最大的TNY280作為開關(guān)控制IC，采用EE19磁芯實現(xiàn)初次級隔離，采用雙路輸出實現(xiàn)運放的獨立供電，采用運放和電壓比較器作為反饋控制以實現(xiàn)高精度恒流控制。采用低導(dǎo)通壓降的肖特基整流管ER303減少二極管發(fā)熱，濾波電容采用ESR可接受的普通電解電容降低電容溫升。1. 5總體功能描述：1、實現(xiàn)隔離輸出（1）變壓器T1提供隔離，儲能，變壓的功能。使用高頻變壓器，初次級能量傳輸通道為磁通道，實現(xiàn)隔離。（2）光耦817B提供隔離、反饋功能。使用光耦合器，次級反饋信號傳輸通道為光通道，實現(xiàn)隔離。（3）初次級用安規(guī)電容CT7實現(xiàn)靜電釋放，防止靜電堆積引起的高壓打火。同時該電容值較小，次級不會造成觸摸電擊。2、實現(xiàn)LED恒流，實現(xiàn)過壓保護（1）次級采用LM358雙運放實現(xiàn)恒流和過壓保護。LED升高伏安特性隨溫度左移（如圖1.1）。假設(shè)驅(qū)動為恒定電壓V2（如圖1. 2），工作中燈珠溫度從T1到達T2,流經(jīng)燈珠的電流明顯增大，電流增大又導(dǎo)致溫度升高，如此惡性循環(huán)，最后勢必燒毀燈珠。解決辦法有兩個，一是恒壓驅(qū)動的同時串接一個電阻在輸出回路（如圖1. 3），當LED燈珠由于溫度升高而導(dǎo)致電流增大時，串接的電阻壓降增大，LED端電壓得以降低，起到對LED的保護作用。但是這種方法將在串聯(lián)電阻處耗散一定功率，降低整個電路轉(zhuǎn)換效率，有悖設(shè)計初衷。因此，不采用這種方式。最理想的方法是采用整體的思想，通過控制開關(guān)IC的占空比調(diào)節(jié)輸出電壓，控制次級始終輸出恒定電流。本設(shè)計正是采用此方案。圖1.1 圖1. 2 圖1. 3 2硬件電路的設(shè)計2.1電路設(shè)計電路原理圖如圖2.1所示。圖2.1用PI公司的軟件PI Expert 7設(shè)計出電路框圖如圖2.2。該軟件設(shè)計出的原理圖基本都采用比較極限的參數(shù)。因此修改了高頻變壓器從EE19改為EE20/20/5（磁芯氣隙改?。?。開關(guān)IC也從TNY275改為TNY280。目的是使得整個電路發(fā)熱量減少，更加穩(wěn)定，以適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。 圖2.2改為僅采用一個0.1的X電容作為差模抑制，把單電容濾波改為型濾波。此外改動較大的是反饋回路，如果只采用TL431作為恒壓控制，控制精度較低，且不好實現(xiàn)恒流控制；假設(shè)采用三極管S8550加TL431作為恒流穩(wěn)壓控制，精度不夠高，并且電流采樣電阻一定要取較大阻值，導(dǎo)致效率下降。因此本設(shè)計采用SOP封裝的雙運放LM358，可實現(xiàn)高精度（變化小于2%）的恒流控制，穩(wěn)妥的過壓保護。電流取樣電阻可改為小至0.5（為減小體積，用兩個1電阻并聯(lián)）的高精度（誤差值為1%）金屬膜電阻。先看運放LM358的B部分組成的電壓比較器，連接比較器B反相端的外圍電路，是可控穩(wěn)壓管TL431組成的恒壓源。TL431的陽極和ref端連接在一起，此時陽極的電壓約為2.5V。因此電壓比較器B反相端的電壓接近于2.5V。圖2.31、運放358的A部分：通過0.5（兩個1的并聯(lián)，阻值應(yīng)盡量減少，以提高效率）的金屬膜高精度電阻串接接到輸出回路作為電流取樣電阻，經(jīng)4702電阻連接到運放A同相端進行加大。應(yīng)該令運放A的輸出電壓（也就是電壓比較器B同相端輸入電壓）在額定輸出恒流（1W LED燈珠的工作點，350mA）時剛好等于電壓比較器B的反相端電壓，也就是2.5V。通過電壓比較器B（運放358的B部分）與穩(wěn)壓管的過壓回饋進行電壓比較。正常工作時，電壓比較器同相端的電壓圍繞2.5V波動。假設(shè)某種原因?qū)е螺敵鲭娏鬟^大，則比較器B同相端電壓高于反相端，電壓比較器輸出高電平，光耦內(nèi)部發(fā)光二極管導(dǎo)通，于是光耦的C腳將從TNY280的EN/UV腳引出較大電流，導(dǎo)致TNY280內(nèi)部MOS管的PWM方波占空比降低，使得輸出電壓回落，輸出電流也就降低了，就這樣達到恒流的目的。同樣的，當某種原因?qū)е螺敵鲭娏鹘档?，比較器反相端電平高于同相端電平，光耦C腳引出較小電流，導(dǎo)致TNY280內(nèi)部MOS管的PWM方波占空比升高，使得輸出電壓回升，輸出電流也就增大了，達到恒流的目的?？梢姯h(huán)路為負反饋控制，實現(xiàn)恒流。2、過壓保護主要由電壓比較器B實現(xiàn)：空載時，輸出端電壓VCC1不斷上沖，達到兩個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值之和以后。穩(wěn)壓管導(dǎo)通，微電流約為0.04mA。該電流在同相端產(chǎn)生約5V的高電平，電壓比較器B同相端比反相端電壓要高，電壓比較器輸出高電平。通過光耦令TNY280的使能引腳EN/UV導(dǎo)出較大電流，控制TNY280的脈沖信號減少，所以輸出將穩(wěn)定在40V上下。不會一直上沖而導(dǎo)致炸機。 圖2.42.2磁路設(shè)計變壓器也采用PI公司提供的PI Expert 7作為參考，如圖2.5。PI公司提供的建議是采用EE19磁芯，磁芯面積Ae為23.00mm，132KHZ的工作頻率下，磁芯功率裕量應(yīng)該留大點，降低占空比，以減少磁芯發(fā)熱，因此改用了EE20/20/5磁芯，磁芯面積Ae值為31.00mm。由于PI公司提供的庫文件當中沒有EE20/20/5磁芯，因此設(shè)計時參考Ae值與EE20/20/5相近的EF20（Ae值為32mm），匝數(shù)比也完全參照PI Expert 7 提供的EF20的設(shè)計。增大磁芯的面積，根據(jù)dB=（Edt10）/（NAe），為保持dB不變，則N應(yīng)當減少，這就是為什么初次級匝數(shù)有所改變。 此外，匝數(shù)減少了，為保證利用更廣的磁滯回線，氣隙長度也相應(yīng)減少了，本設(shè)計采用軟件給出的氣隙為0.153mm的建議。 圖2.5參考文獻1、 TNY280PN pdf資料 PI公司網(wǎng)站 提供2、 開關(guān)電源設(shè)計第二版 Abraham I.Pressman著 王志強 等譯3、 電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版 康華光 著4、 電路第四版 邱關(guān)源 著5、 信號與系統(tǒng)考研教案 范世貴 王崇斌編著6、 EMC設(shè)計工程實務(wù) 馬永健 編著7、 Altium designer完全電路設(shè)計 張義和8、 開關(guān)電源中的磁性元器件趙修科 主編9、 大學物理之安培環(huán)路定理百度文庫10、 反激式變壓器設(shè)計 侯本彪11、 電源反饋設(shè)計速成編 來自 電源網(wǎng)12、 德州儀器系統(tǒng)電源解決方案TI 公司論壇13、 SMT工藝質(zhì)量控制 賈忠和