LED照明用恒流電源的實現(xiàn)計劃

一、方案比較與選擇1

電路拓撲結構方案方案一：采納反激式拓撲結構的功率因數(shù)校正電路,優(yōu)點是將功率因數(shù)校正與電源變換器合二為一，可以大大削減電路的損耗，提高電路的整體效率,缺點是應用在反激式電路的有源功率因數(shù)校正掌握芯片種類較少,且電路比較簡潔，很難設計與單片機合適的接口電路，不容易使用單片機進行掌握。方案二：將功率因數(shù)校正電路與主控電路分開，采納Boost型的功率因數(shù)校正電路后接電源變換器的方案,優(yōu)點是電路結構簡潔,并不涉及單片機對功率因數(shù)校正電路的掌握,只需使功率因數(shù)校正部分輸出一個穩(wěn)定的電壓即可,缺點是會肯定程度上降低設計的整體效率。鑒于本題要求步進調壓的功能,需要單片機對ＰＷＭ掌握芯片有一個良好而穩(wěn)定的掌握，故選擇方案二.2

電源變換器方案方案一:采納半橋變換電路,優(yōu)點是高頻變壓器利用率高,傳輸功率大，電路效率很高，缺點是電路較簡潔，且有直通危險。方案二:采納單端反激變換電路,優(yōu)點是電路結構簡潔，缺點是高頻變壓器利用率低，需要留有氣隙,電路效率不高。鑒于本題要求最大負載只有10個１W的ＬEＤ，傳輸功率較小,故采納方案二，即反激式電路拓撲結構。3

閉環(huán)反饋掌握方案方案一：采納軟件閉環(huán)反饋掌握，即使用單片機進行各參數(shù)的采樣,然后直接由單片機對ＰＷＭ掌握芯片進行掌握，調節(jié)占空比。優(yōu)點是電路結構簡潔,缺點是反饋回路會受到采樣精度、采樣速度、單片機運算速度等因素的影響，使反饋系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。方案二：采納硬件閉環(huán)反饋掌握，即使用硬件電路構建反饋電路，由PＷM掌握芯片自身依據(jù)反饋信號調節(jié)占空比，而單片機對PWM掌握芯片只是進行幫助調整。優(yōu)點是反饋速度快,調節(jié)精度高,缺點是易受外部干擾。4

有源功率因數(shù)校正方案方案一：采納UC3８５４作為有源功率因數(shù)校正電路的主控芯片。優(yōu)點是功率因數(shù)校正系數(shù)可達99。5％,缺點是外圍電路格外簡潔且調試困難，方案二：采納MＣ3３260作為有源功率有源功率因數(shù)校正電路的主控芯片。優(yōu)點是外圍電路簡潔,缺點是功率因數(shù)校正率與UC38５4相比略低.220VＡC經工頻變壓器降壓為３6VAC，經開機沖擊電流抑制電路輸入到功率因數(shù)校正電路中，再經高頻隔離變壓器給串聯(lián)在一起的ＬED燈供電,在LED燈處分別進行電壓、電流采樣，返回給PWM掌握芯片和單片機，由單片機給定基準電壓來掌握PWM掌握芯片，進而達到掌握ＬED燈恒流可調的目的。系統(tǒng)總體結構框圖如圖1所示。圖１系統(tǒng)總體框圖二、電路與程序設計１

電源變換器主回路與器件選擇PWM掌握芯片采納SG352５。SG3525的主要特點是:輸出級采納推挽輸出,雙通道輸出，占空比0-50％可調。每一通道的驅動電流最大值可達20０mＡ，灌拉電流峰值可達5００mＡ.ＳＧ3５２5的1、２引腳分別為內部誤差放大器的反相輸入端和同相輸入端,反相輸入端接收反饋的電壓信號，同相輸入端為給定的電壓基準,一般接在１６引腳電壓基準的分壓上,由于題目要求恒流輸出時電流步進可調，故同相輸入端接單片機DAC模塊產生的參考電壓.負載的電流采樣由串聯(lián)在LED負載與地之間的采樣電阻完成，經一級跟隨、一級同相放大之后分別給單片機和PWＭ掌握芯片；電壓采樣由負載和電流采樣電阻上的電壓分壓完成，經一級跟隨分別給單片機和PWＭ掌握芯片.為完成恒壓與恒流模式的切換，分別在電壓采樣回路與電流采樣回路與PＷM掌握芯片間各加入一個Ｎ溝道MOＳFＥＴ作為電子開關,完成切換。為保證反饋的穩(wěn)定性在ＭOSＦＥＴ后再加一級跟隨后將反饋信號傳遞給PWM掌握芯片.圖2PＷM掌握模塊2

掌握電路與掌握程序設計由于本設計的掌握部分并不需要很大的計算量，對計算速度的要求也不是很高，但需要ADC與ＤAC模塊進行電壓與電流的采樣和對PWM掌握芯片的掌握,因此選用C８05１F020單片機作為核心處理芯片,它擁有高速8０51微掌握器內核，8個12位ADC和2個12位DAＣ,完全可以滿意設計的需求。由于本ＬEＤ恒流電源工作時絕大部分時間處于穩(wěn)定狀態(tài)，且對反應速度沒有過快要求，因此并不需要對電壓、電流信號進行同時的采樣，而可以分別采樣，模式切換和基準電壓的調整也不需在中斷服務中完成,只有步進調整電流的按鍵程序需要在中斷服務中完成。3

保護電路設計過壓保護電路并不是單獨設計的,而是整合在電流掌握電路中,由恒流掌握回路與恒壓掌握回路的切換完成,當單片機檢測到負載上的電壓高于36Ｖ時，單片機掌握將恒流掌握回路切換為恒壓掌握回路，將負載的電壓掌握在略高于36V，當再次檢測到負載電流降低到設定的電流以下時,重新將恒壓模式切換為恒流模式，達到過壓保護的目的。圖3掌握程序流程圖4

功率因數(shù)校正電路設計選用小功率功率因數(shù)校正芯片ＭC３3260，它工作在電流臨界模式。ＭＣ33２6０應用簡潔牢靠。通過電流檢測和電壓反饋,通過PI調節(jié)來保持電壓恒定。通過對開關管的PWM掌握來得到所需要電壓?？蓪崿F(xiàn)0．998的功率因數(shù)校正和輸出穩(wěn)定直流電壓的功能.圖4功率因數(shù)校正模塊５

自動調光電路設計，開機沖擊電路與EMI抑制電路設計自動調壓電路采納光敏電阻作為感光元件，利用比較強將光的強弱轉換為凹凸電平信號,使用單片機內置的ADC將這個電壓信號采回單片機,當光照強度較高時,單片機掌握切換為恒流模式，設置的負載電流值為1００mA，使LED的亮度隨光照強度的增大而削減。開機沖擊電路采納熱敏電阻串聯(lián)在電源輸入端,溫度較低時電阻很大，隨著電阻發(fā)熱溫度上升，電阻逐漸變小,達到抑制開關沖擊電流過大的目的。ＥMＩ抑制電路是利用電感和電容的特性，使平率為5０Hz左右的溝通電可以順利通過濾波器，但高于5０Ｈｚ以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除，這就使開關電源產生的高頻諧波被濾掉而不會污染電網(wǎng)。圖5開機沖擊電流和EMＩ抑制模塊三、理論分析與計算1

恒流掌握方法和參數(shù)計算將一個電阻值較小的采樣電阻串聯(lián)在LED負載與低之間,設流過ＬＥD的電流為I，則采樣電阻兩端的電壓:其中Ｒ０為采樣電阻的電阻值，取R０=Ω。一級跟隨之后電壓不變，后為一級同相放大電路，放大倍數(shù)為：后為一級跟隨,電壓不變,因此返回ＰＷM掌握芯片的電壓為：單片機通過DAＣ給PＷM掌握芯片一個參考的基準電壓UREF，經過ＰWM掌握芯片的調節(jié)占空比來調節(jié)副邊繞組的電壓進而實現(xiàn)調節(jié)負載電流。經過閉環(huán)負反饋的調節(jié)作用,使U0＝ＵRＥF，此時流過負載的電流值為：只要時單片機ＤAＣ模塊的輸出電壓依據(jù)上面的式子調整，就會使負載工作在某一個需要的恒定電流值上。2

隔離變壓器的設計計算功率因數(shù)校正電路輸出的電壓為5５V，要求負載為10只串聯(lián)的LEＤ燈,實測正常工作時的電壓為３4V左右，可得變壓器的變比約為：由于PWM掌握芯片輸出占空比范圍為0％~5０%,因此實際取原邊４５匝，副邊56匝,變比為1。24。３

提高效率的方法選擇合適的主回路拓撲,使用盡可能少的元器件，降低開關頻率；主電路選擇導通損耗小的開關器件;測量及掌握電路在設計時盡可能使用工作電壓低的元器件;掌握電路盡可能使用數(shù)字方法實現(xiàn)等都可以有效地提高系統(tǒng)的效率.4

濾波參數(shù)計算反激式電壓變換器需要輸出的為直流量,因此盡量應濾掉全部諧波,使用LC無源低通濾波電路即可滿意要求,反激式變換器的開關頻率為3２kHz，設計濾波器的截止頻率應低于３2KＨz，即：由于該系統(tǒng)為恒流系統(tǒng)，應取較大的L值，并適當減小C的值，據(jù)此設定L、C值.選用４70μF的電解電容,依據(jù)計算得出電感值約為０。78mＨ,采納自制的工字型濾波電感。四、測試方案與測試結果１

測試儀器與設備（1)工頻變壓器(2）四位半數(shù)字萬用表DT920３(3）安捷倫示波器DSＯ5012A2

測試數(shù)據(jù)（１）輸出電流跟蹤測試:表1

輸出電流顯示跟蹤測試(2）電壓調整率測試(設定電流為1５0mA）：表2電壓調整率測試從３2V～４０V時電流變化范圍是149mＡ～１５０ｍA調整率為０．6％。電壓調整率Su≤１%。達到要求:(３）負載調整率測試輸入電壓為36