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LED灯的恒流电源驱动设计.rar

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    LED 流电 驱动 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文LED 灯的恒流电源驱动设计专 业: 电子信息科学与技术 指导教师: 周 骅 学生姓名: 兰家旭 学生学号: 072004110482 中国﹒贵州﹒贵阳2011 年 5 月贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页目录目录 .............................................................................................................................................I摘要 ...........................................................................................................................................IIIAbstract.....................................................................................................................................IV第一章 绪 论 ...........................................................................................................................11.1 LED 灯简介 ...............................................................................................................11.2 国内外发展的趋势 ....................................................................................................11.3 LED 电源的驱动方式 ...............................................................................................21.4 课题意义 ....................................................................................................................21.5 达成目标 ....................................................................................................................2第二章 阻容降压电路 .............................................................................................................42.1 恒流二极管的介绍 ....................................................................................................42.1.1 恒流二极管特性 .............................................................................................42.1.2 检测恒流二极管方法 .....................................................................................52.2 阻容降压电路的介绍 ................................................................................................62.3 阻容降压电路的原理及特性 ....................................................................................6第三章 LED 的驱动设计 ........................................................................................................83.1 LED 灯 .......................................................................................................................83.1.1 LED 特性 ........................................................................................................83.1.2 LED 额定电流和功率 ..................................................................................103.1.3 LED 的连接方式 ..........................................................................................113.2 恒流源 ......................................................................................................................153.2.1 恒流二极管的应用 .......................................................................................163.2.2 恒流三极管的应用 .......................................................................................173.3 电路分析及设计 ......................................................................................................183.3.1 二极管半波整流电路 ...................................................................................183.3.2 二极管全波整流电路(桥式电路) ...........................................................203.4 阻容降压电路的介绍 ..............................................................................................213.4.1 阻容降压电路的具体分析 ...........................................................................21贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页3.4.2 电路仿真及特性分析: ...............................................................................22第四章 实验数据以及负载研究 ...........................................................................................234.1 各元件选择 ..............................................................................................................234.2 各元件参数及负载 ..................................................................................................244.3 实物图 ......................................................................................................................244.4 负载研究 ..................................................................................................................25第五章 LED 灯的展望和总结 ..............................................................................................265.1 LED 的展望 .............................................................................................................265.2 总结 ..........................................................................................................................26参考文献 ...................................................................................................................................28致谢 ...........................................................................................................................................29贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页 LED 灯的恒流电源驱动设计摘要本论文主要是对 LED 的恒流驱动方法进行研究,根据对恒流源的设计和二极管的特性分析,主要对阻容降压电路的电路进行研究,做出节能、稳定的和对 LED 提供恒定电流的电路。基本介绍了 LED 灯光衰特性和需要驱动的条件、连接方式,降压电容限流的过程和电流大小计算方法,恒流二极管的应用和特性,整流二极管和特性和在电路中的连接方法,恒流二极管的产品介绍和对恒流的大小及达到恒定输出流的的时间进行仿真分析。 通过对电源电路和恒流电路的仿真结果进行探讨和分析比较,做出的驱动电路能够满足原先要达到的 LED 驱动效果的实物,最后对降压电容和滤波电容的不同容值所连接的电路输出的负载电流大小进行记录和分析。测量后再计算负载 LED 灯的功率,总结设计的驱动电路和 LED 灯节能效果。关键词:阻容降压 ;恒流;二极管;恒流二极管 贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页 LED Lamp Constant-current Power Drive Design AbstractThis thesis mainly is the constant flow of LED drive methods, according to the design and constant-current source of the diode's characteristic analysis, mainly to the resistance of the circuit let step-down circuit, make energy saving, stable and to provide constant current LED the circuit. Basic introduces LED lighting failure characteristic and the need to drive the conditions, the connection mode, step-down capacitance current limiting process and current size calculation method, the application of the constant-current diode rectifier diode and characteristic in the circuit and the characteristic and in constant current diode connection method, the product introduction and the size of constant current output stream and reaches constant simulation analysis of the time. Through the power circuit and constant-current circuits were discussed and the simulation results of the analysis and comparison, the driving circuit can meet to achieve the original material, the LED drive effect for bp-lowing capacitance and final filter capacitance of different let value of the output circuit connected load current size records and analysis. Keywords: Resistance let step-down, Constant flow, Diode, Constant current diode贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页 第一章 绪 论 1.1 LED 灯简介半导体在快速发展的今天,时刻没有停止在电磁辐射方面的研究与发展的脚步,一种器件辐射的电磁波正好被人类眼睛所能观察,在光需要的领域都有长足的发展,而它优异的表现让我们没有拒绝的理由,那就是新半导体固体器件——LED(LIGHT Emittingdiode 发光二极管) 。它是利用化学材料制作的半导体作为发光材料,在两端输入上正向电压,半导体中的少数载流子发生复合,会放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。随着对LED 驱动电路研究的更加深入,其光效将进一步得到很大提高,而其成本也进一步下降,而且 LED 灯还具有以下六点优点:一是发光高效,耗电低;寿命长、且稳定;二是半导体芯片发光,无灯丝,无玻璃泡,不怕震动,不易破碎;三是光线健康,光线中不带紫外线或红外线,不会产生辐射;四是制作材料绿色环保,不含汞和氙等有害元素,可以利于回收和利用;五是保护视力,直流电源驱动,不会有频闪;六是光效率高,发热小:90%的电能转化为可见光;安全性高,所需电压和电流值较小,产生的热量较少,本身不会有安全隐患,可用于煤矿等危险场所。1.2 国内外发展的趋势在新世纪里一次照明革命的 LED 发光二极管光源研发应用已成为当今重点发展的对象之一。特别是由科技部、国家发展和改革委员会与信息产业部等有关部门共同组织实施的“国家半导体照明工程”的正式启动,标志着在中国高 LED 灯亮度研究的产品产业已进入高速的发展阶段,标志着中国 LED 产业有着很好的发展机会。LED 灯是用化学材料产生的光源,在它两端加上正向导通电压,半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合,放出的过剩能量将引起光子发射。对于不同的材料,可制做出不同颜色的发光二极管。作为一种新的光源,近年来各大生产商和研究部门对 LED 的研究方兴未艾,使其 LED 的发展得以大大提高,国际现在目前已研发并生产出光效达到90Lm/W 的白色 LED,已达到白炽灯的水平 [1]。国内:LED 屏幕显示已成为市场的主流。我国的 LED 产业现状大多体现在外延芯片产业的快速发展,封装生产业数量众多,但规模却普遍较小,在应用和发展上相对贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页 较快,LED 照明应用正在从以前的户外 LED 路灯慢慢走向家用照明的应用。除道路照明、地下照明外,我国的 LED 照明技术已经深入商业区、工业范围、学校、酒店应用等,车辆、船舶等设备照明也有涉及,慢慢普及到农业照明、医疗手术等特殊领域。 国外:拥有先进的技术,大功率 LED 的研发已经达到一个发达的程度,在功率LED 的明亮度、寿命长等技术开发方面比我国更具有竞争力,而目前国外生产商大多以 Cree 和 philipslumileds 品牌代表着市场上最好品质的大功率 LED,基本占了全球商业大功率 LED 销售市场的 90%以上。Cree 的产品不但种类众多,而且各种规格的大功率 LED 比较齐全,生产多且供货较稳定已成为大功率 LED 的市场主流。而中国台湾研究的大功率 LED 占了大部分市场的中端,但生产的大功率 LED 性价比较高。1.3 LED 电源的驱动方式对于驱动 LED 主要有分为两大类。一是恒流式,二是稳压式。通过驱动电路的设计,可以提高 LED 灯的发光效率,提供恒定的电源,有过载保护等解决 LED 灯在工作时产生问题。小功率 LED 正常通电时通常在为流过的电流约为 20mA,最低电压一般为 3.0V,最大压为 4.0V,如果在 LED 灯的两端加上一个固定的电压,那么 LED 的正向电流值就不会恒定而是有很宽的变化。但是由于 LED 的发光亮度和色度在指定电流下调节分类的,所以想要取得恒定的亮度和颜色,必须采用恒流驱动。这也是目前 LED 驱动方式中以选用恒流驱动电路的原因。1.4 课题意义现在全球推行环保、节能,所以怎样提高照明系统的利用率和延长照明系统的寿命就是现在研究的主流,而 LED 灯 具 有 节 能 、 环 保 、 寿 命 长 、 体 积 小 等 特 点 , 对于 LED 驱 动 电 路 , 引入恒流二极管器件,使得 LED 的恒流驱动设计变的简单,降低成本和电源复杂度再根据恒流二极管的特性得 到 一 个 适 合 的 LED 灯 驱 动 方 案 , 解 决LED 需 要 的 恒 流 , 降 压 等 问 题 。1.5 达成目标基于驱动电路的发光率、电路方案的设计,电路性能和稳定行,及生产成本的多少设计出解决上述问题的的方案,通过设计和调试后做出实物,做出一个基于恒流二极管的的 LED 灯驱动电路 。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页 贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页 第二章 阻容降压电路2.1 恒流二极管的介绍恒 流 二 极 管 ( Current Regulator Diode)( CRD) 属 于 两 端 结 型 场 效 应 恒 流 器 件 。常 用 国 产 系 列 有 2DH 系 列 、 “2DH00”“2DH000”2 个 子 系 列 。 恒流二极管采用水平沟道结构,输出电流较小,且不可调节,限制了它的应用范围。于是又发展了输出电流可调的恒流三极管。另外,根据恒流二极管的特性组成的电流、电压扩展电路,适应对大电流和高耐性恒流方案的需要。恒流二极管(CRD)是一种两端结构的场效应恒流器件。它能在很宽的电压范围内保持电流恒定,性能良好,使用简便,由于二极管的价格较低,恒流效果好,已被成功应用于直流稳压电源、恒流电源、放大器、波形发生器以及保护电路等多种场合 [2]。恒流二极管产品如图 2.1 所示。图 2.1 恒流二极管2.1.1 恒流二极管特性恒流二极管(简称 CRD)其为两端结型场效应恒流器件。恒流二极管在正常工作时可以达到恒流区效果,在正向工作区域内电流不随电源电流的变化而变化;其反向工作的特性大概和普通二极管的正向工作特性有相同。恒流二极管的主要参数有:“电流恒定量(I H) ,开启电压(V S) ,正向电压的击穿电压(V (BO) ) ,动态阻抗值(Z H) ,工作时的温度系数(α T) ”。其中开启电压为二极管进入恒定电流流区需要的最小工作电压。恒流二极管的工作电压一般为 30~100V 。动态阻抗的含义是当输入电压的变化量与恒定电流值的变化量之比,其中 ZH 对恒流二极管的来说越大越好,当 I H 较小时 ZH 可达数兆欧,I H 较大时 Z H 将为几百千欧。电流温度系数由下式确定:αT=[(△I H /IH )/△T]*100% (2-1) 其中(2-1 )式中的符号△T、△I H 分别代表恒定电流的温度变化值与电流的变化值。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 5 页 需要注意的是,恒流二极管中的温度系数可以为正值,也可以是负值,是根据 IH 值而定。对于。当 IH <0.6mA 时,αT >0;当 I H>0.6mA 时,αT<0。所以,I H<0.6mA的恒流管具有正的电流温度系数,I H>0.6mA 时的二极管会有负电流温度系数。如果恒流二极管中的 I H<0.6mA,那么其 αT 值根据 I H 的变化既可为正,又可为负,一般用绝对值表示。αT 的单位为%/℃。在零偏置状态下,恒流二极管大概有 10pF 的电容。当偏置超过起始电压 US 后,结电容下降至 3 到 5pF,以后在升高电压,结电容略有减小但不明显。由于恒流二极管的动态阻抗可近似地认为是由该电容以及和它并联的沟道电阻的总和,所以恒流二极管的恒流特性和使用频率有密切关系。使用频率增高,容抗不容忽略,致使 ZH 下降,恒流特性变差。恒流二极管的伏安特性如图 2.2 所示。图 2.2 恒流二极管的伏安特性2.1.2 检测恒流二极管方法检测恒流二极管的连接电路方法如图 2.3 所示。其中可调的直流电源用 E 表示,向恒流二极管输入的电压为 VI。用万用表测量恒定电流 IH,同时用另一个万用表监测工作电压 VI。当 VI 从 Vs 一直上升到 V(BO)时,I H 应保持恒定。电路中的 RL 为负载电阻。恒流二极管的检测电路如图 2.3 所示
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