LED驱动控制电路的设计仿真与实现文档格式.docx

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1.3.3LED电源部分.............................................................................................................................2

1.3.4PWM波发生部分..........................................................................................................................2

1.3.5LED电流驱动部分.....................................................................................................................3

2.1.1降压电路....................................................................................................................................3

2.1.2整流电路....................................................................................................................................3

2.1.3滤波电路....................................................................................................................................4

2.1.4稳压电路....................................................................................................................................5

2.1.5电源部分整体电路....................................................................................................................6

1概述

1.1设计背景

现在全世界对LED的研究已经很成熟了，为什么科学家会发明LED这种光源呢？

LED相比于热光源有很多优点：

体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量、环保、坚固耐用、多变幻、高新尖。

LED发光角度小，方向性强，可作局部重点照明。

问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。

可以肯定地说，LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。

在设施农业中,通常所采用的人工光源是荧光灯与高压钠灯。

近年来，随着光电技术的发展,发光二极管（LED）的亮度与效率也大幅度提高,使得这种光源在设施农业生产中的应用变为可行，尤其对封闭可调控的设施农业环境（如植物工厂，组织培养室、植物生长箱等）是一种非常合适的人工光源。

为此，主要介绍了LED在设施农业中的应用及发展趋势[1]。

在城市工业中，市景观照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，LED产品应该能够找到它的用武之地。

发光角度小的LED方向性强，可作局部重点照明；

在封装材料中添入散射剂可以实现175度的发光角适合较大范围内的照明，问题是目前城市夜景照明中建设单位过于追求高亮度难以给设计师提供足够大的选择范围，目前在城市夜景照明工程中常用的LED光源主要有：

线性发光灯具、装饰草坪灯、景观灯、球泡、水下灯、地面灯具：

地埋灯、发光地砖、石灯、利用太阳能电池作为能源的LED灯具[2]。

国际上LED的医学应用研究工作从20世纪90年代开始，1993年美国太空总署（NASA）首先提出LED生物医学应用研究。

其研究内容包括：

利用LED照射舒缓宇航员运动疲劳、处理伤口，用于肿瘤的光动力治疗和消除皮肤炎症、溃疡，促进创伤愈合以及面部嫩肤、除皱、除斑，治疗座疮等等。

相继推出LED医疗应用成果的还有以色列和英国。

通过大量临床实践，各国生物医学界专家一致认为LED医疗器械是目前最能替代He-Ne激光器进行光疗的器械，在医学应用领域有着极其广泛的开发前景[3]。

故LED电路的设计显得尤为重要，没有驱动LED永远发不了光。

每个厂家所用LED都是一样的，不同之处在于驱动电路的不同，好的驱动电路能使其工作时间更长，发挥更多的作用，节约更多的能源，LED相比于普通的白炽灯所用电量更少，但能发出同样的光芒，使用年限也更长，正因为有各种高性能高质量的电路使得LED能发挥其历史性的作用，来为我们照福，为国家照福，为人类照福。

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1国外LED电路发展现状

半导体照明技术的开发研究引起了全球研究机构和企业的重视。

国外共有近200家公司参与GaN器件、材料和设备的开发，近300所大学和研究所参与GaN的研发。

目前，功率型白光LED光视效能（发光效率）已经达到100lm/W，研究水平达到160lm/W。

经过技术发展和市场竞争，世界主要LED厂商已经形成各自的技术特色。

日本日亚化学处于全球技术领先水平，垄断高端白色、蓝、绿色LED的市场，丰田合成在白光LED及车灯照明技术开发据国际前端；

美国Cree的碳化硅衬底生长GaN外延片国际领先，传统照明巨头Philips绝对控股的美国Lumileds功率型白光LED国际领先；

传统照明巨头Osram欧司朗控股的德国欧司朗光电半导体功率型LED封装和车用LED灯具开发国际领先[4]。

1.2.2国内LED电路发展现状

国内的外延片生长技术主要源于美国、基本上是进口美国的有机金属化学气相沉淀（MOCVD）装备，这些装备在美国就不是一流的装备，在整个LED产业外延片的生长、芯片、芯片封装3个环节中，外延片生长投资要占到70%，外延片成本要占到封装成成品的70%，同时外延片生长技术的人才全世界都缺乏，简单的说，外延片的水平决定了整个LED产业水平，国内近几年也陆续引进了50多台MOCVD装备，均处理大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，则会上10倍地增大装备数量形成规模生产，市场需求巨大。

国家“863”计划和信息产业发展基金及时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发（中科院半导体所、中电科技集团公司第四十八所），通过整机消化吸收，关键技术再创新等措施，填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。

随着国家照明工程的起步，国内LED芯片设备的巨大需求再次引起了国外半导体设备生产商的积极响应，他们日益重视中国这个巨大的市场，但是，这里面也存在着一个隐忧，国外芯片设备高昂的价格，相对制约了国内企业的规模化、产业化发展，也消耗了国家大量宝贵的外汇。

同样也挤占了国内设备生产商的发展空间。

1.3研究的内容

论文在查阅了大量有关文献的基础上，详细的分析了LED光源特性和LED的驱动方式，给出了LED显示控制系统具体的设计方案。

整个系统分为电源部分、PWM波发生部分和LED电流驱动部分。

1.3.1LED光源特性

了解LED光源特性及种类，不同种类LED应用于不同的场合。

因为其发光效率高、耗电少、使用寿命长、安全可靠性强、环保。

所以在恶劣的场合应使用寿命长、精度要求不需太高的LED发光管。

在实验室或者精密测量的场合应使用精度高、电气特性好的LED发光管。

同时按照材料的不同LED的种类也很多，有单管、七段数码管、LED显示屏等等。

可根据不同的要求选用不同的LED。

1.3.2LED驱动方式

了解LED的四种驱动方式直流驱动、恒流驱动、脉冲驱动和扫描驱动。

并知道每种方式应用于什么场合。

1.3.3LED电源部分

电源部分采用5V直流稳压电源。

由于该电源主要由变压、滤波、稳压、整流这4部分组成。

所以本文电源部分主要从这4部分入手，每部分都有不同的选择，主要通过仿真观看波形来最终选择合适的电路。

选择该电源的主要原因是简单而且很实用，毕竟提供LED发光不需要太高的电压和电流，

1.3.4PWM波发生部分

该部分主要采用555定时器。

NE555（TimerIC）大约在1971年由SigneticsCorporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的TimerIC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年來CMOS技术版本的TimerIC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；

而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。

a.NE555的特点有：

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜[5]。

在本次设计中将555芯片作为1KHZ、占空比可变的PWM波发生电路芯片。

1.3.5LED电流驱动部分

该部分主要用到的是APW7207芯片。

APW7207芯片是由茂达电子推出的LED驱动器，APW7207，内建N通道开关，可驱动6颗串联白光LED。

APW7207固定的1