LED驱动电路设计毕业论文Word文档下载推荐.docx
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4.1驱动电源框图18
4.2DC-DC变换器电路部分19
4.3LED负载电路部分21
5电路仿真21
5.1仿真原理图22
5.2图表仿真测试22
6PCB设计27
致谢28
参考文献29
附录A（电路原理图）31
附录B（PCB图）32
1绪论
1.1课题的背景及意义
1.1.1开关电源及其发展趋势
开关稳压电源简称开关电源（SwitchingPowerSupply），因电源中起调整稳压控制功能的器件始终以开关方式工作而得名。
它是利用现代电力电子技术，通过控制开关管通断的时间比率来维持输出电压稳定的一种电源，具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、纹波小、噪音低、智能化程度高、易扩容等优良特性，广泛应用在诸如计算机、彩色电视机、程控交换机、摄像机、VCD、电子游戏机等电子设备上。
随着电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性，因此，开关电源将逐渐取代使用工频变压器的线性稳压电源。
开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。
信息技术（IT）的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。
从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术和产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重的作用。
而在这个方面我国与世界先进国家的差距很大，作为一个电源工作者，应该不仅只局限于完成当前的本职工作，还必须通过各种信息渠道及时搜索和掌握电源技术最新发展方向与电源相关的元器件、原材料的最新发展动态，及时吸取国外先进的薄膜工艺、厚膜工艺、集成化工艺等，只有这样才能设计出世界上一流的电源产品。
概括地讲，开关电源技术的发展趋势为：
继续向高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多元化发展。
其封装结构、外形尺寸必然向国际标准化发展，以适应全球一体化市场的要求进而使国电源产品进入国际市场。
最后，强调一下，性能价格比仍然是赢得市场占有率的永恒主题。
产品价格、各种性能指标、品牌效应及使用寿命一直是广大用户最关心的问题。
国知名电源厂商及世界顶级电源供应商都面对同样的压力，价格之争、性能比拼、产品的精益求精以至艺术化、人性化设计都是电源厂商必须面对的问题，特别是在当前信息时代，由于信息网络给客户提供了网上查询、定货、采购的平台，使产品价格变得日趋公开，迫使每个电源供应商都采取降低成本，提高性价比等一系列措施，尽最大努力赢得市场占有率。
1.1.2国开关电源的发展概况
（1）电源技术的发展21世纪我国通信、信息、家电、和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源，相控电源将逐渐淘汰。
经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。
新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MUSEFT和IGBT可使中小型开关电源工作频率达到400kHz，（AC/DC）或1MHz（DC/DC）；
软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高电源的效率，国产6kW通信开关电源，采用软开关技术，效率可达93%；
控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；
有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率。
在开关电源的所有应用领域，通信电源是增长速度最快的一部分。
新型磁材料和新型变压器的开发，新型电容器和EMI滤波器技术的进步，以及专用集成控制芯片的研制成功，使开关电源实现了小型化，并提高了EMC性能。
微处理器监控技术的应用，提高了电源的可靠性，也适应了市场对其智能化的要求。
新型半导体器件的发展是开关电源技术进步的龙头。
目前正在研究高性能的碳化硅半导体器件，一旦开发成功，对电源技术的影响将是革命性。
此外，平面变压器、压电变压器及新型电容等元器件的发展，也将对电源技术的发展起到重要作用。
总之，高效、小型化、集成化、智能化以及提高可靠性是大势所趋，也是今后的主要发展方向。
（2）电源生产的发展在开关电源领域，民族产业一直占有举足轻重的地位。
在开关电源应用的起步阶段，很多生产厂家采取的都是小作坊的生产模式。
经过20多年的不懈努力，逐渐向大规模生产转化，产品也从单一品种走向系列化。
现在，我国已经形成一批上亿元、甚至10亿元以上产值的电源企业，有产品已进入国际市场。
（3）电源市场的发展我国信息产业、国防工业、家电行业，特别是电信业的迅猛发展，是电源市场发展的强大推动力。
据国家统计局最新资料显示，当前我国电子信息产业的产区、产出、销售总规模以及对国家经济增长得贡献，均居全国工业行业之首，成为我国工业第一支柱产业。
（4）电源标准的制定20世纪90年代初，高频开关电源的应用刚刚在电子、电信行业起步，适时颁布的《通信用高频开关整流器》和《通信局（站）电源系统总技术要求》等标准对指导生产、服务用户起到了重要作用，对高频开关电源在电信行业的迅速推广也起到了积极作用。
随着市场的扩大，用户对电源智能化程度的要求越来越高，有关电源集中监控的标准相继被推出。
随着技术不断进步，经验逐渐积累，行业标准急需修订，技术指标需要改进，测试方法需要完善，容需要增加，为把好的产品质量关提供更可靠依据。
1.2题目研究方法与价值
1.2.1.研究方法
当输入电压、负载、环境温度等外界条件在一定围变化时，电源的输出电流是不变的。
而在恒流源的特性图中，即使理想的恒流源是阻为无穷大、输出电流始终保持在规定值，且与端电压的大小和极性无关的电流源。
实际的电流源是阻R0和功率都是有限的电流源。
。
理想恒流源的外特性是一条垂直于横坐标电流轴的直线。
图1.2.1.1（左为理想电流源，右图为实际电流源）
图1.2.1.2电流源外特性（1表示理想电流源，2表示实际电流源）
而在电路中：
（
电源外特性曲线呈陡降式接近恒流源。
）
1.2.2研究价值
开关电源因其高效节能引起社会各方面的重视，现已成为通用开关电源、专用开关电源及特种开关电源优选集成电路。
多年来对开关电源的核心单元—控制电路实现集成化是开关电源的发展方向之一，在这过程中，更小体积，更少电磁污染，具有可靠的过电压及过电流保护电路的技术也在飞速发展，特别是在驱动LED恒流开关电源方面，发展尤其突出，因此具有很大研究价值。
白光LED是国际公认的下一代照明光源。
而有人断言，高亮度LED将是人类继爱迪生白灯泡之后，最伟大发明之一，那么随着技术发展白光LED将逐渐取代传统的照明源指日可待。
因此白光LED驱动电源也将有着越来越广泛应用前景的。
另一方面从技术角度看，实现LED低电压大电流，并且要保持电路稳定性同时又要不断提高能量转换率，这对设计者来说是较大挑战，同时我们可以看，白光LED驱动恒流开关电源开关具有诱人的发展趋势与非常好产业前景。
2开关电源电路选择
2.1开关电源的基本电路结构
非隔离式开关电源基本上为降压型、升压型和反激式三种。
也可以通过PWM控制芯片控制晶体管开关来实现。
本设计致力于设计一个降压驱动LED的电路，同时非隔离式电路简单、容易实现，用单片开关电源芯片附加很少的外围电路就可以实现，所以我们选用基于MC34063的降压式开关电源驱动。
2.2基于MC34063开关电源电路拓扑图
2.2.1MC34063的结构组成
MC34063是一种开关型高效DC/DC变换集成电路。
设置有大电流的电源开关，MC34063能够控制的开关电流达到1.5A；
它的部含有具有温度补偿的基准电压源、比较器、具有限电流电路的占空比可控的振荡器、驱动器和大电流输出开关管。
参考电压源是温度补偿的带隙基准源，振荡器的振荡频率有3脚的外接定时电容决定；
开关晶体管由比较器反向输入端与振荡器相连的逻辑控制线路置成ON，并由与振荡器输出同步的下一个脉冲设置成OFF。
图2.2.1MC34063部结构图
1脚：
开关管T1集电极引出端；
2脚：
开关管T1发射极引出端；
3脚：
定时电容CT的接线端，调节电容Ct的电容值可以使工作频率在100—100KHz之间变化；
4脚：
GND：
5脚：
电压比较器反相输入端同时也是电压输出取样端，使外接电阻精度不低于1%的精度电阻；
6脚：
Vcc；
7脚：
负载峰值电流取样端，6.7脚之间的电压超过300mV时芯片启动部过流保护电路，起到过流保护的作用；
8脚：
驱动管T2的集电极引出端。
2.2.2MC34063的部电路原理
部框图中所表示的电路解释如下：
振荡器通过恒流源对外接在CT管脚（3脚）上的定时电容不断的充电和放电以产生振荡波形，充电和放电的电流都是恒定的，所以振荡频率取决于外接定时电容的的容量，与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阀值电平时为高电平；
当C和D端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通，反之，当振荡器在放电期间C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态；
电流限制SI检测端（5脚）通过检测连接在正电源和5脚之间的电阻上压降来完成功能，当检测到电阻上的电压降接近于300mV时，电流限制电路开始工作，这时通过CT管脚对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间结果是使输出开关的关闭时间延长。
3LED简介
3.1LED的基本特性
LED是一种电光转换器件，它本身并不发光，只有在施加适当电压和通以适当电流时才发光。
为使LED正常工作，必须了解其基本特性。
LED具有多方面的特性，其中最主要的特性有以下几点：
1）LED像普通二极管一样，是一个含有PN结的半导体，具有单向导电性。
2）LED有一个门限电压，只有加在LED两端的电压高过这个门限电压时，LED才会导通。
普通硅二极管的导通门限为0.5～0.7V，而LED的门限电压通常为1.5～3.5v。
LED的门限电压和正常工作时的正向电压降与LED光色有关，红光、绿光、黄光等LED的正向电压降（Vf）通常为1.4V～2.6V，而白光LED的正向电压降通常为3～4.2V。
3）LED具有非线性的伏安特性曲线，通过LED的电流与加在它两端的电压不成正比关系。
4）LED的光通量输出随流过LED电流的增大而增加，但不成正比。
当光通量增加到一定程度后，其随电流增加而增加的量很少，呈明显变缓之趋势。
5）LED是一种对温度比较敏感的器件，当其结温升高时，光输出将减少，正向电压也会降低。
6）即使是同一型号甚至是同一批次生产的LED器件，其参数的离散性也较大。
3.2LED的基本工作条件
LED是一种电流驱动的低电压单向导电器件，为保证LED正常工作，必须满足一下几个方面的基本要求。
1）输入直流电压必须不低于LED的正向电压降，否则，LED不会导通而发光。
2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动，当驱动并联的LED或LED串时，要求恒流而不是恒压供电。
3）为避免LED的驱动电流超过最大额定值，影响其可靠性，同时为获得预期的亮度要求，保证各个LED亮度和色度的一致性，应采用恒定电流驱动方式，而不是恒压方式。
4）为防止LED损坏，应对流过LED的电流加以限制。
目前实现LED电流限制方法主要有三种，每种方法都有优点和缺点。
5）由于LED电流与其光通量之间的非线性关系，LED应在光效比较高的电流值工作。
6）大功率LED最好加设散热器，以防止器件过热而损坏。
总而言之，为正确使用LED，保证其正常工作，必须为其提供合适的工作条件。
3.3LED在应用中的配置形式及特点
LED在应用中配置形式取决于多方面的因素，其中包括应用要求、LED参数和数量、输入电压、效率、散热管理、尺寸与布局限制及光学等。
最简单的配置形式是单个LED，采用这种设计的应用实例很多，如汽车顶灯（地图灯、阅读灯）等。
由于目前LED的功率和亮度还不是很高，而实际使用场合通常需要平面发光，因此需要将多个LED按照需要排列组合起来，以满足较大围、较高亮度、动态显示、色彩变换等应用要求及LED与配套驱动器之间的匹配要求。
3.4LED常见的连接方式
3.4.1简单串联方式
一般简单的串联连接方式中的LED1～LEDN首尾相连，LED工作时流过的电流相等。
对于同一规格和批次的LED来说，虽然单个LED上的电压可能的微小的差异，但是由于LED是电流型器件，因此可以保证各自的发光强度一致，因此，简单的串联形式的LED就具有电路简单、连接方便等特点。
然而，由于采用串联方式，当其中一个LED发生开路故障时，将造成整个LED灯串的熄灭，影响了使用的可靠性。
图3.4.1LED的简单串联连接形式
3.4.2带并联齐纳二极管的串联形式
每个LED都并联一个齐纳二极管的改进型串联连接方式如下图。
在这种连接方式中，每个齐纳二极管的击穿电压高于LED的工作电压。
在LED正常工作时，由于齐纳二极管VD1～VDN不导通，电流主要流过LED1～LEDN。
当LED串中有损坏的LED而造成灯串开路时，由于VD1～VDN导通，除了有故障的LED外，其他LED仍有电流通过而发光。
这种连接方式与简单串联形式比较，在可靠性方面得到很大提高。
图3.4.2LED带并联齐纳二极管串联形式
3.4.3简单并联方式
简单并联形式中的LED1～LEDN首尾并联，工作时每个LED承受的电压相等。
由LED的特性可见，其属于电流型器件，加在LED上电压的微小变化都将引起电流的较大变化。
此外，由于受到LED制造技术的限制，即使是同一批次的LED，其性能上的差异也是固有的，因此LED1～LEDN工作时，流过每个LED的电流时不相等的。
由此可见，每个LED电流分配的不均可能使电流过大的LED寿命锐减，甚至烧坏。
这种烧坏方式虽然较为简单，但是可靠性并不高，特别是对于LED数量较多情况下的应用就更容易造成使用的故障。
图3.4.3LED的简单并联形式
3.4.4独立匹配的并联形式
针对图上中存在的可靠性问题，独立匹配的并联形式是一种很好的方式。
这种方式的每个LED都具有电流独自可调性，保证流过每个LED的电流都在其要求的围，具有驱动效果好、单个LED保护完整、故障时不影响其他的LED工作、可以匹配具有较大差异的LED的特点。
存在的主要问题是：
整个驱动电路的构成较为复杂，装置的造价高，占用的体积大，不适用数量较多的LED电路。
图3.4.4LED的独立匹配的并联形式
3.4.5先串后并的混联方式
当使用的LED数量较多时，简单的串联或者并联都不现实，因为前者要求驱动器输出很高的电压，后者要求驱动器输出很大的电流。
这给驱动器的设计和制造都带来困难，并且很牵涉到驱动电路的结构问题和总体的效率问题。
采用先串后并的混联方式主要是既保证有一定的可靠性，又保证与驱动电路的匹配，比单纯的串联形式提高了可靠性。
整个电路具有结构较为简单、连接方便、效率较高等特点，适用于LED数量多的应用场合。
图3.4.5LED先串后并的混联方式
3.4.6先并后串的混联方式
若干的LED先并后串的混联如图。
由于LED1～LEDN先并联连接，提高了每组LED故障下的可靠性，但是由此以来每组并联LED的均流问题就至关重要。
为此可以通过配对挑选，将工作电压和电流相近的LED作为并联的一组，或者给每个LED串联的均流电阻来解决。
这种混联方式具有的其他特点和存在的问题，与先串后并连接形式类似。
图3.4.6LED先并后串的混联方式
3.4.7交叉阵列形式
交叉阵列主要是提高LED工作的可靠性，降低故障率。
主要构成形式是：
每串以3个LED为一组，分别接入驱动器输出的Va、Vb、Vc输出端。
当一串中的三个LED正常发光是，三个LED同时发光；
一旦其中一个或两个LED失效开路时，可以保证至少一个LED正常工作。
这样一来就能够大大的提高每组LED发光的可靠性，也能够提高整个LED发光的总体可靠性。
图3.4.7LED交叉阵列形式
4具体电源设计
4.1驱动电源框图
驱动电源框图如下：
图4.1电源框图
电源设计要求如下：
输入电压：
直流25V±
10%
输出电压UO：
5V
输出电流：
I1=I2=I3=Iled
4.2DC-DC变换器电路部分
基于MC34063制作的降压型变换电源电路如图：
图4.2MC34063芯片组成的基本降压电路图
工作过程分析如下：
1）、比较器的反相输入端（5脚）通过外界分压电阻R1、R2监视输出电压。
其中，输出电压Uout=1.25（1+R2/R1），由公式可知输出电压仅与R1、R2数值有关，因为1.25V的基准电压恒定不变,若R1、R2阻值稳定，则Uout也稳定。
2）、5脚电压与基准电压1.25V同时送入部比较器进行电压比较。
当5脚的电压值低于部基准电压1.25V时，比较器输出为跳变电压，开启R-S触发器的S脚控制门，R-S触发器在部振荡器的驱动下，Q端为“1”状态（高电平），驱动管T2导通，开关管T1也导通，使输出电压Ui向输出滤波器电容Co充电以提高Uo，达到自动控制Uo稳定的作用。
3）、当5脚的电压值高于部基准电压（1.25V）时，R-S触发器的S脚控制门被封锁，Q端为“0”状态（低电平），T2截止，T1也截止。
4）、振荡器的Ipk输入（引脚7）用于监听开关管T1的峰值电流，以控制振荡器的脉冲到R-S触发器Q端。
5）、3脚外接振荡器所需要的定时电容Co电容值的大小决定振荡器频率的高低，也决定开关管T1的通断时间。
4.3LED负载电路部分
为了便于计算，我们取LED的降压为2V，额定电流为10MA。
所以
LED负载电路如图：
图4.3LED负载电路
5电路仿真
电路仿真对于今天大多数的设计而言已不再是一种选择，而是必然之路。
在我们设计电路时可以根据实际电路（或系统）建立模型，通过对模型的计算机分析、研究和实验，以达到研制和开发实际电路（或系统）的目的。
由于现在计算机仿真技术的高效、高精度、高经济和高可靠性，因此倍受人们的重视。
应用仿真技术可以减少设计费用和设计时间，并改进电力电子电路的可靠性。
国外EDA、proteus、Multisim、MATLAB、SpecialPuipose等电路仿真软件相应而蓬勃产生。
而在这次开关电源设计是利用proteus电路仿真软件来测试电路的。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
5.1仿真原理图
仿真原理图如下：
图5.1电路仿真原理
5.2图表仿真测试
ProteusVSM的虚拟仪器为用户提供交互动态仿真功能，但这些仪器的仿真结果和状态随着仿真结束也消失了，不能满足打印及长时间的分析要求。
所以ProteusISIS还提供了一种静态的图表仿真功能，无须进行仿真，随着电路参数的修改，电路中各点波形将重新生成，并以图表的形式留在电路图中，供以后分析或打印。
我们在D5LED支路放置电流探针ILED,仿真结果如下：
1、直流输入22V，图标仿真输出波形如下
2、直流输入23V，图标仿真输出波形如下：
3、直流输入24V，图标仿真输出波形如下：
4、直流输入25V，图标仿真输出波形如下：
：
5、直流输入26V，图标仿真输出波形如下：
6、直流输入27V，图标仿真输出波形如下：
7、直流输入28V，图标仿真输出波形如下：
最后，通过对整体电路的功能和典型性能参数进行了仿真验证，仿真结果均达到预定指标，证实了方案可行性与理论分析的正确性。
6PCB设计
在画PCB布线时，首先应先确定元器件的位置，然后再布置地线、电源线、接着安排高速信号线，最后考虑低速信号线。
（PCB原理图见附件）
元器件的位置应当按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组，以免相互之间有干扰。
格局元器件的位置可以确定PCB连接器各个引脚的安排。
所有连接器应当安排在PCB的一侧，尽量避免从两侧引出电缆，减少共模辐射。
1、电源
在考虑安全条件的情况下，电源线应当尽可能近地线，减小差模辐射的环面积，也有助于减小电路之间的交扰。
2、时钟线、信号线和地线位置
信号线与地线距离比较近，形成的环面积比较小，这样才是合理的。
3、按逻辑速度分割
如果需要在电路板上布置快速、中速和低速逻辑电路时，高速的器件应当按放在紧靠边缘连接器的围，而对于低速逻辑和存储器，应当放在远离连接器围。
这样对于共阻抗耦合、辐射和交扰的减小都是非常有利的。
4、应当避免PCB导线的不连续性
1）、迹线的宽度不要突变。
2）、导线不要突然拐角。
致谢
本论文从最初的选题直至最终定稿成文，是在我的导师易家傅老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。
感谢我的导师易老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；
他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
从课题的选择到项目的最终完成，易老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此成文之际，谨向易老师表示衷心的感谢。
在此，对一起度过四年大学生活的08级电子信息工程的各位同学们，在我的论文的撰写、公式的编辑和其他有关的问题上，提出了合理的意见和建议，对我有很大的帮助，在此一并表示感谢。
同时还要感谢我的班主任吴星老师，在我撰写论文期间给予我学习生活上很大的帮助，让我能全身心投入到论文的设计中。
还要感谢我的父母，他们总是给予我生活的引导，让我能成功克服一个又一个的挫折。
爸爸妈妈，你们辛苦了。
也很感谢我的母校，她为我提供一个温馨的而优美的学习生活环境，让我在四年的时光中，在享受生活的乐趣的同时，完成我的学业和论文，不断提高自己。
最后，我作为一个即将要走出校园，踏进社会学生，在此向我的母校、父母、老师、同学致敬。
我也会好好把握现在，展望未来的。
参考文献
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