LED闪光灯的直流直流稳流电源电路设计.docx

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LED闪光灯的直流直流稳流电源电路设计

2016届毕业设计说明书（论文）

LED闪光灯的直流-直流稳流电源电路设计

院、部：

电气与信息工程学院

学生姓名：

指导教师：

黄三伟职称高级实验师

专业：

电气工程及其自动化

班级：

完成时间：

2016年6月

摘要

随着全球资源短缺、环境污染问题的日益严重，节能、绿色和环保问题已成为当今人类社会面临的严峻课题。

LED灯是一种具有显著节能效果的半导体发光器件，因其多方面的优势目前正在取代包含照相机闪光灯在内的应用场所中的传统照明灯具。

由于LED灯工作时的散热等要求需要对其进行恒流控制，而且照相机工作电压较低，因而设计一种LED闪光灯的直流-直流稳流电源电路就有现实的必要性。

针对于设计任务的相关问题，在调研与文献查阅的基础上进行了整体方案的确定，系统采用AT89S52单片机作为主控芯片，以单片机最小系统为主构成测控回路，一方面是实现对主电路需要的输出电压与输出电流的设定值进行数字化给定；其二是对来自于主电路的实际输出电压与输出电流在经过取样、信号调理、TLC2543芯片进行A/D转换后通过LCD进行显示；其三是将主电路输出电压的设定值通过一片TLC5615芯片进行D/A转换后作为基准电压，送给PWM脉冲控制芯片SG3524的同相输入端，而实际的输出电压则反馈到SG3524的反相输入端，形成电压反馈控制，从而实现对直流斩波电路的PWM电压控制；其四是将主电路输出电流的设定值通过另一片TLC5615芯片进行D/A转换后作为恒流控制基准，送给由运算放大器OP07构成的比较运算电路的一个输入端，而实际的输出电流则反馈到OP07的另一输入端，形成电流反馈控制，从而实现对输出负载电流的恒流控制。

设计中完成了系统硬件电路设计和程序设计，相关的内容在基于MATLAB和Proteus的仿真环境下进行了数字仿真，仿真结果显示达到了课题的设计目标与要求，也验证了设计内容的正确性，当然在系统整体效率、硬件电路设计等方面还存在着可以改进的地方。

关键词：

LED；直流-直流转换；脉冲宽度调制；恒流控制；单片机

ABSTRACT

Astheglobalresourceshortage,environmentpollutionproblemincreasinglyserious,energysaving,greenandenvironmentalprotectionhasbecomeasevereissueintoday'shumansocietyfaces.LEDlampisasemiconductorlightemittingdevicehavingasignificantenergysavingeffect,becauseofitsmanyadvantagesistoreplacethetraditionallightingapplicationsincludingcameraflashsitesandthelampsandlanterns.FortheheatdissipationofLEDlightsworkrequirementsneedtobeconstantcurrentcontrol,andthecameraworkingvoltageislow,sodesigningaLEDflashdc-dccurrentregulatorcircuitisthenecessityofreality.

Onrelatedquestionsofdesigntasks,onthebasisofinvestigationandliteraturereviewonthedeterminationoftheoverallsolution,systemUSESAT89S52singlechipmicrocomputerasmaincontrolchip,giveprioritytowithsinglechipprocessorsystemconstituteandcontrolcircuit,ontheonehandistheneedforthemaincircuitoutputvoltageandoutputcurrentdigitalgivenvalue;Ontheotherisfromthemaincircuitoftheactualoutputvoltageandoutputcurrentaftersampling,signalconditioning,TLC2543chipthroughtheLCDdisplayafterA/Dconversion;AthirdisthemaincircuitoutputvoltagevaluethroughApieceofTLC5615chipasAreferencevoltage,afterD/AconversionforPWMpulsecontrolchipSG3524in-phaseinput,whiletheactualoutputvoltagefeedbacktoSG3524invertinginput,formAvoltagefeedbackcontrol,soastorealizePWMvoltagecontrolofdcchoppercircuit;FouristhemaincircuitoutputcurrentvaluebyanotherTLC5615afterD/AconversionchipasAbenchmark,constantcurrentcontrolforcomposedofoperationalamplifierOP07comparisonoperationsaninputterminalofthecircuit,andtheactualoutputcurrentfeedbacktoOP07anotherinput,formAcurrentfeedbackcontrol,soastorealizetheconstantcurrentcontroloftheoutputloadcurrent.

Completedthedesignofsystemhardwarecircuitdesignandsoftwaredesign,relevantcontentundertheenvironmentofandProteussimulationbasedonMATLABdigitalsimulation,thesimulationresultsshowthattoachievedesigngoalsandrequirementsofthesubject,alsoverifythevalidityofthedesigncontent,ofcourseinsuchaspectsasoverallsystemefficiency,thehardwarecircuitdesignstillexistcanbeimproved.

Keywords：

LED；DC-DCconversion；pulsewithmodulation；constant-currentcontrol；singlechipmicrocomputer

1绪论

1.1课题背景与意义

LED已被称为第四代照明光源或绿色光源，是一种能够将电能转化为光能的半导体，无论在结构上还是发光原理上都和传统的白炽灯、节能灯截然不同。

它利用电场发光，因此寿命长、能耗少、热辐射较低、发光效率较高。

在同样照明效果的情况下，LED的耗电量只有白炽灯泡的万分之一，荧光灯的二分之一。

由于灯泡体积小，重量轻，封装材料可以承受高强度机械冲击和震动，所以它不容易破碎，运输搬运更加方便。

LED灯具拥有长达50年的使用寿命,可以大大减小更换灯具的成本。

与传统的灯泡相比,光色柔和,不刺眼,不含有对人体有害的物质如钠、安全性比较高。

逐渐发展成熟的白光技术使得半导体照明技术不仅可以应用于白光照明,并且在许多其他方面被广泛的使用。

LED的应用主要分为两块，照明领域和消费领域，照明领域主要是通用照明、液晶背光以及汽车使用的各种灯具；消费领域主要是投影机市场、高清显示墙，包括手机上相机闪光灯和手机触摸的一些产品。

1.2国内外发展趋势

LED照明市场规模正在逐步提升，最新的《2016全球LED照明市场趋势》研究报告指出，2015年LED照明市场规模达到257亿美元，渗透率达31%；2016年将达到305亿美元，渗透率提升至36%；预测2020年全球LED照明市场规模将高达425亿美元。

LED光源由于与传统光源相比具有诸多优势，被公认为是21世纪最具发展前景的电光源，在全球获得迅速发展。

　　从各国政策来看，欧洲、美国、日本、澳大利亚等国都启动白炽灯淘汰计划，扶持LED产业的发展。

我国在LED产业政策上相继启动绿色照明、半导体照明工程，鼓励LED光源在各个领域的应用。

2011年11月国家发改委正式发布《中国逐步淘汰白炽灯路线图》，计划到2016年全面禁止白炽灯的进口与销售。

在LED光源的优势特性与各国政策的支持下，LED光源将成为未来电光源的主要发展方向。

随着LED光效、显色性、亮度保持率、颜色稳定性等各方面产品性能的提升，其应用范围也在不断拓展。

应用领域从最早的单色信号指示，逐步发展到交通信号指示、汽车照明灯功能元件，广泛运用到了手机等数码产品、汽车等领域。

逐步扩展的LED应用范围为LED产业的发展提供了更加广阔的空间。

近几年，在国内LED照明市场快速发展的带动下，LED驱动电源的需求量也成倍扩大。

LED驱动电源的发展状况直接关系到LED灯具能否大规模的推广应用。

1.3LED驱动电源的要求

原始电源有很多种形式,但无论是哪种电源,一般都不能直接给LED供电。

因此,要用LED作照明光源首先就要解决就是电源变换的问题。

实际上LED是一个电流驱动的低电压、单向导电器件,驱动电源应具有直流控制、可调光、效率高、过压保护、负载断开、简便易用以及小型尺寸等特点。

根据LED的相关特性，LED驱动电源的设计要注意一些问题：

LED是单向导电的，所以必须用直流电流或单向脉冲电流来驱动LED；LED内部有一个PN结，形成了一个导通门限电压，加在LED两端的电压必须超过门限电压才能使LED充分导通；LED的伏安特性是非线性的，所以流过LED的电流与加在LED两端的电压的比值是非线性的；LED光通量与流过LED上的电流的比值是非线性的，所以必须使LED尽量工作在一个发光效率比较高的电流值之下；LED的PN结温度系数为负数，所以不能直接用电压源供电，必须要采取一些限流措施，所有LED都不能直接并联使用。

2系统总体方案设计

2.1系统总体设计

采用3V直流电源供电，通过两个XL6009升压模块分别将电压升高至5V和14V，5V给单片机等芯片供电，14V作为DC/DC电路的输入电压，DC/DC电路通过降压实现0～10V的输出。

系统采用AT89S52单片机作为主控芯片，以单片