風(fēng)光互補大功率LED路燈驅(qū)動電路設(shè)計論文

1、. . . . 圖書分類號：密 級：畢業(yè)設(shè)計(論文)風(fēng)、光互補大功率LED路燈驅(qū)動電源設(shè)計The Design of Wind hybrid power LED street lamp driver power supply學(xué)生學(xué)院名稱數(shù)學(xué)與物理科學(xué)學(xué)院專業(yè)名稱應(yīng)用物理學(xué)指導(dǎo)教師年月日30 / 36 工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本

2、人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期：年月日 工程學(xué)院學(xué)位論文協(xié)議書本人完全了解 工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸 工程學(xué)院所擁有。 工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。 工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：日期：年月日 日期：年月日摘要 路燈是我們生活中最常見的室外照明設(shè)備，它給我們在夜晚的活動帶來便利，同時各式各樣的路燈也使我們

3、的夜晚生活得以多姿多彩。同時路燈也是高消耗電力的產(chǎn)品，并且路燈要求輸電線路路長，輸電線長之后帶來的損耗也很大，尤其是一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，以與電力匱乏的地區(qū)，建好長距離輸電線更是要花費很大成本，線損巨大。正因為是這樣，所以我們國家大多數(shù)城鎮(zhèn)郊區(qū)還有很多偏僻的地方以與不方便架設(shè)電網(wǎng)的地方如山區(qū)公路，隧道都由于這些限制無法安裝路燈照明，隨之而來的就會影響到我們的日常生活還有的公共交通安全，并且這樣的條件也不利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展提高。而風(fēng)、光互補大功率LED路燈是一種基于風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的新能源高效技能綠色照明產(chǎn)品。它是由太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、控制器、蓄電池、驅(qū)動器、大功率LED等組成的自給自足的綠色照明

4、系統(tǒng)。風(fēng)光互補大功率LED路燈它是有系統(tǒng)控制器, 還有風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板模塊把風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為電能并將轉(zhuǎn)化過來的電能儲存在治理蓄電池經(jīng)過驅(qū)動電源驅(qū)動大功率LED路燈正常工作。但是我們要了解到的是所有LED包括路燈照明所用的大功率LED都用的是直流電壓來驅(qū)動的，且由于大功率LED特殊的非線性電學(xué)、光學(xué)以與熱學(xué)特性，要保證其穩(wěn)定工作，則必須還要有恒定的電流供其正常工作。所以一般家電以與普通路燈所用的交流市電不能夠直接用來驅(qū)動大功率LED正常工作。而一般的直流電源、穩(wěn)壓電源必須重新改造保證其穩(wěn)定的電流輸出其才能適用于驅(qū)動大功率LED。本文首先分析了風(fēng)、光互補路燈發(fā)展的前景以與發(fā)展環(huán)境，詳盡得

5、分析了大功率LED的各項特性。并且根據(jù)大功率LED路燈的工作要求，以與確保大功率LED正常工作的技術(shù)指標(biāo),參照現(xiàn)今比較常見且成本較低的驅(qū)動電源電路進(jìn)行分析改進(jìn),完成了兩套可行的大功率LED路燈可用的驅(qū)動電路,兩套電路相互補充解決了風(fēng)、光互補大功率LED路燈驅(qū)動電源要求的DC/DC升壓，恒流輸出、工作效率效率、功率因數(shù)、過熱保護(hù)等設(shè)計要素。關(guān)鍵詞 風(fēng)光互補；大功率LED路燈；驅(qū)動電路：直流升壓AbstractStreet lights We live in the most common outdoor lighting, and facilitate the activities of the

6、 night, it gives us all kinds of street lights to make our night life to be colorful.Street lamps consume electricity products, and street light requirements of the transmission line is a long road, brought after the transmission line length is also a great loss, especially in some remote areas, as

7、well as electricity shortage areas, and set up long-distance transmission lines to not cost a huge line losses. Because it is so, so most of our country the outskirts of town there are many remote areas, as well as inconvenient erection grid, such as mountain roads, tunnels Because of these limitati

8、ons can not install street lighting, the attendant will affect our The everyday life theres public transport safety, and such conditions are not conducive to the development and improvement of the local economy. But the wind hybrid power LED street lamp is based on wind and solar power generation sy

9、stems, new energy efficient skills of green lighting products. It is composed of solar panels, wind generator, controller, batteries, drives, high-power LED and other self-sufficient green lighting system. Wind and solar power LED street lamp it is a system controller, wind turbines, solar panels mo

10、dule wind and solar energy into electrical energy transformed into electrical energy and stored in the governance battery after the drive power-driven high-power LED lights work properly .But we need to understand that all LED including street lighting, high power LED is driven by the DC voltage, an

11、d high-power LED is a special non-linear electrical, optical and thermal characteristics, to ensure its stability , you must also have constant current for normal work. The AC power used by the general household appliances and street lights can not be directly used to drive high power LED. The DC po

12、wer supply, power supply must be reinvented to ensure stable current output in order to apply for driving high-power LED. This paper first analyzes the wind hybrid street light development prospects and the development environment, a detailed analysis of the characteristics of high power LED. And in

13、 accordance with the requirements ofhigh-power LED lights, and ensure the normal work of the high-power LED indicators, with reference to the more common and less expensive drive power circuit analysis and improvement, and complete sets of feasible power LED street lamp driver available circuit, two

14、 sets of circuits complement each other to solve the wind, and hybrid power LED street lamp drive power requirements of the DC / DC voltage, constant current output, the efficiency of the work efficiency, power factor, overheating protection design elements.Keywords wind and solar; high-power LED st

15、reet lights; drive circuit: dc boost 目 錄1 緒論111 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)與其應(yīng)用在路燈上的特性與優(yōu)勢11.1.1太陽能和風(fēng)能的介紹11.1.2 太陽能和風(fēng)能的互補性11.1.2 風(fēng)光互補大功率LED路燈212 大功率LED驅(qū)動電路相關(guān)情況介紹4121白光LED的技術(shù)概況4122 白光LED的特色41.2.3 照明用白光LED51.2.4 大功率白光照明LED的電學(xué)、光學(xué)特性以與熱學(xué)特性51.3 課題主要研究的大功率LED驅(qū)動的基本情況以與注意事項112 DC-DC轉(zhuǎn)換電路的原理和控制策略分析1321 DC-DC轉(zhuǎn)換電路兩種電路結(jié)構(gòu)的分析13211降壓型(

16、Buck)的工作原理13212升壓型(Boost)變換器143本設(shè)計采用的驅(qū)動芯片以與驅(qū)動模塊183.1 基于MC34063的DC/DC升壓大功率LED驅(qū)動電路183.1.1 MC34063集成電路芯片的簡介183.1.2 基于MC34063集成芯片的大功率LED驅(qū)動電路的設(shè)計193.1.2 AMC3202+A705 大功率LED路燈驅(qū)動電路設(shè)計214系統(tǒng)的印刷電路板（PCB）設(shè)計244.1 Protel DXP 軟件簡介244.2大功率LED驅(qū)動電源的PCB設(shè)計24結(jié)論29參考文獻(xiàn)31附錄32附錄132附錄2321 緒論11 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)與其應(yīng)用在路燈上的特性與優(yōu)勢1.1.1太陽能和風(fēng)能

17、的介紹 太陽能和風(fēng)能都是我們?nèi)粘？梢愿杏X到的，祖先早已學(xué)會利用風(fēng)能帶動風(fēng)車驅(qū)動帆船，利用和太陽能生火煮飯。如今電器時代，新的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)可以將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能為我們服務(wù)。在眾多新能源領(lǐng)域中，風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的開發(fā)和利用被受當(dāng)其沖優(yōu)先展，隨著傳統(tǒng)能源的逐漸枯竭，以與基于核能源安全性的考慮，太陽能和風(fēng)能是線如今大力大戰(zhàn)的重點，它們的諸多優(yōu)點可以說是百利而無一害的。最重要的就是它的零污染和可再生性，是任何傳統(tǒng)能源都無法比擬的。 然而單獨地利用風(fēng)能和太陽能由于各種客觀條件的制約，它都是不穩(wěn)定的。但將兩者結(jié)合起來卻是能得到很好的互補效果，一般情況下我國的黑白天的天氣特點是白天的太照度較強(qiáng)，夜間

18、無太陽但是風(fēng)力資源豐富；按我國的季節(jié)來分夏天和秋天日照強(qiáng)度普遍較高、但是風(fēng)力相對較弱相反的冬天和春天風(fēng)較大、日照相對較弱。而將兩者結(jié)合起來的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)以與其應(yīng)用則是充分利用了兩者的優(yōu)點，取長補短，實現(xiàn)了真正的互補性。具體地將在下一節(jié)具體分析講解。 隨著太陽能發(fā)電技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展并日漸趨于穩(wěn)定，且在各種產(chǎn)品上都得到了應(yīng)用。近年來，由于風(fēng)光互補系統(tǒng)的應(yīng)用具有諸多單一發(fā)電系統(tǒng)不具備的優(yōu)點，因此該系統(tǒng)應(yīng)得到大力推廣和應(yīng)用。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)正在一步步被大眾所認(rèn)識并接受。同時這也將促進(jìn)了我國乃至全世界的環(huán)保工作，促進(jìn)了綠色社會美好環(huán)境的進(jìn)一步實現(xiàn)。同時隨著科技的發(fā)展材料造價的較低，再加上

19、國家政策的扶持，風(fēng)光互補系統(tǒng)的成本將會得到大幅度的降低。當(dāng)其成本降低到民用圍都可以接受的情況，相信風(fēng)光互補這一綠色的新能源將會得到更大圍的應(yīng)用。相信有一天全世界使用上風(fēng)光互補這樣的綠色的能源也絕不是空想。1.1.2 太陽能和風(fēng)能的互補性 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是一種取長補短的最優(yōu)化新能源系統(tǒng)。且相關(guān)技術(shù)已經(jīng)越來越趨于成熟，生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)模化且相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如風(fēng)光互補大功率LED照明方面就是對風(fēng)光互補發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)很好的應(yīng)用。但是單獨分開來看風(fēng)能和天陽能都有它的局限性，首先是風(fēng)力發(fā)電，在地域上只適用于風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，且風(fēng)機(jī)成本較高，成本造價高。同樣太陽能發(fā)電，只適用于日照豐富的地區(qū)，且受天氣

20、的影響大，陰天下雨則不能正常發(fā)電。這些缺點都制約了其在產(chǎn)品方面的實現(xiàn)和應(yīng)用。而將兩者整合起來的發(fā)電技術(shù)正是達(dá)到了兩者互補的目的，在各個方面都達(dá)到了最優(yōu)化的整合配置。充分利用并使用綠色能源造福人類。將兩者結(jié)合功能與應(yīng)用于用電產(chǎn)品上，大大提高了其適用的圍，將新能源的應(yīng)用又向前推進(jìn)了一步。所謂風(fēng)光互補，簡而言之，是指將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電組合起來構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。在新能源領(lǐng)域的研究者和投資者看來，利用太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的光伏發(fā)電系統(tǒng)，雖然清潔，但造價相對高，且受日照時間影響；而風(fēng)電系統(tǒng)雖然系統(tǒng)造價低，運行維護(hù)成本低，但質(zhì)量可靠性爺相對較差。將兩者相結(jié)合，且能互補所短，各揚所長。但是，風(fēng)光互補發(fā)電

21、的技術(shù)并不是說硬性的將太陽能發(fā)電和風(fēng)能放在一起發(fā)電就是風(fēng)光互補了。因為他們之間還關(guān)系到系統(tǒng)的技術(shù)處理和相關(guān)系統(tǒng)控制。其間還涉與一系列復(fù)雜的技術(shù)數(shù)據(jù)與工藝流程。在風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用中，競爭的關(guān)鍵是綜合配置能力。尋找最佳匹配法案需做大量的研究工作，反復(fù)推算、演示，進(jìn)行市場摸排，選配組件、組裝等，以構(gòu)成最佳匹配的方案，實現(xiàn)風(fēng)能和太陽能的無縫對接，因此在有太照的時候通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能，在風(fēng)較大的時候利用風(fēng)帶動風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)發(fā)電，在即無光照也無風(fēng)的時候，依然還可以通過蓄電池的儲備電源驅(qū)動負(fù)載正常工作。 風(fēng)能、太陽能都是無污染的、可再生能源，中小型風(fēng)電和太陽能光電系統(tǒng)在我國已得到初步應(yīng)用

22、。這兩種發(fā)電方式各有其優(yōu)點，但兩者都有其不可避免的局限性如他的不穩(wěn)定性，以與不連續(xù)性，用于無電網(wǎng)地區(qū)，必須裝配有大容量的儲電設(shè)施設(shè)備，或者采用多種能源相互補充的方案，以確保穩(wěn)定可靠的供電。如之前所說的太陽能與風(fēng)能不管時間上和在地域上都有很強(qiáng)的互相補充的特點，我國的季節(jié)特點一般是冬天風(fēng)較大，太陽的輻射強(qiáng)度比較??；夏天的風(fēng)比較小，太陽的照度輻射光強(qiáng)度比較大，在季節(jié)上可以相互補充利用。風(fēng)光互補發(fā)電的應(yīng)用方向，不應(yīng)以聯(lián)網(wǎng)發(fā)電為主，它是針對通信基站、微波站、邊防哨所、邊遠(yuǎn)牧區(qū)、無電用戶地區(qū)與海島。正如本課題研究的大功率LED路燈，它就是不依賴于電網(wǎng)的限制，利用風(fēng)能太陽能的互補發(fā)電系統(tǒng)，加上蓄電池的儲電。

23、可以廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)難以架設(shè)或者架設(shè)成本過高的偏遠(yuǎn)地區(qū)或是山區(qū)、隧道、高速公路等地。 1.1.2 風(fēng)光互補大功率LED路燈1.1.2.1 風(fēng)光互補大功率LED路燈的技術(shù)優(yōu)勢風(fēng)光互補大功率LED路燈是將風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)以與大功率LED照明系統(tǒng)結(jié)合起來的照明方面的應(yīng)用。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)有點我們在上一節(jié)已經(jīng)進(jìn)行了詳盡的闡述，我們已經(jīng)了解很多。對于本課題要實現(xiàn)的大功率LED驅(qū)動驅(qū)動的大功率LED照明產(chǎn)品，它的優(yōu)勢也是很突出的。大功率LED用于照明它的效率要高出傳統(tǒng)照明產(chǎn)品一個檔次，它只需要較低的直流電壓驅(qū)動，很多時候在36V直流的安全電壓以下即可正常工作。且發(fā)出的光強(qiáng)度也絕不亞于普通的照明產(chǎn)品，甚

24、至比普通照明更為出色，光的品質(zhì)也高于普通照明產(chǎn)品。且在節(jié)約能源方面也有很出色的表現(xiàn)，利用較少的電能即可發(fā)出較高強(qiáng)度的光亮，且體積少，便于路燈的設(shè)計和封裝，機(jī)動性更強(qiáng)。另外風(fēng)光互補路燈主要為夜間照明使用，采用兩種工作模式：純光控模式和光控+定時模式。兩種模式的設(shè)定和控制是通過路燈控制器的撥碼來實現(xiàn)的，并且利用中央控制器對風(fēng)力發(fā)電以與太陽能發(fā)電和蓄電池提供過載過充欠壓等多種智能化保護(hù)，現(xiàn)今技術(shù)已經(jīng)完全可以實現(xiàn)，它的實現(xiàn)使風(fēng)光互補大功率LED路燈可以更可靠的更穩(wěn)定的工作。風(fēng)光互補路燈使用方便，完全可以實現(xiàn)無人值守，免鋪設(shè)長距離電纜；且技術(shù)條件已經(jīng)可以達(dá)到在較低風(fēng)速下就可以啟動，這樣就可以更好地更全面

25、的吸收風(fēng)能和光能。小功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)體積少、質(zhì)量小而且發(fā)電效率高。風(fēng)力發(fā)電機(jī)獨特的電磁技術(shù)技術(shù)使其具有低的啟動阻力矩。根據(jù)風(fēng)能計算公式，風(fēng)中可以利用的能量是風(fēng)速的3次方之多。也就是說這表示風(fēng)速提高1倍時，風(fēng)能將提高8倍。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率通常是線性的，因此無法利用風(fēng)力的3次方效益。發(fā)電機(jī)只在沿能量曲線上的1點或2點有效率。通常改進(jìn)風(fēng)力機(jī)組的效率曲線，使其符合風(fēng)中可用能量的分布，使它沿整個曲線都有效率。1.1.2.2 風(fēng)光互補大功率LED路燈的設(shè)計風(fēng)光互補路燈LED路燈推薦采用的資源條件為：本地年平均風(fēng)速大于3.5m/s，并且年太陽能總量輻射大于等于500MJ/ 。風(fēng)光互補LED路燈

26、系統(tǒng)在下列條件下應(yīng)該可以連續(xù)，穩(wěn)定地工作：室外溫度為：-2545；空氣的相對濕度小于等于90（255）；海拔高于1000m的。風(fēng)光互補LED路燈系統(tǒng)在以下環(huán)境運行的時候，用該由生產(chǎn)的廠家和用戶一起商定技術(shù)要求和使用的條件：室外的溫度超出-2545溫度圍的區(qū)域；海拔超過1000m的地區(qū)；鹽霧或沙塵嚴(yán)重的地區(qū)。風(fēng)光互補大功率LED路燈的結(jié)構(gòu)圖如果1-1所示。風(fēng)光互補路燈由風(fēng)力發(fā)動機(jī)、天陽能電池板（含支架）、控制器、蓄電池、驅(qū)動電路、光源和燈桿組成。如果光源的額定電壓為220V或110V，則需配置逆變器。本設(shè)計的光源是采用低直流電壓3.03.5V的1W的大功率LED。因此不需要配置逆變器。圖1-1

27、風(fēng)光互補大功率LED路燈的結(jié)構(gòu)圖12 大功率LED驅(qū)動電路相關(guān)情況介紹121白光LED的技術(shù)概況1.2.1.1白光LED的發(fā)展發(fā)光二極管LED出現(xiàn)以來，人類一直在努力追尋實現(xiàn)固體光源的實現(xiàn)，隨著LED制造工藝的進(jìn)步和新型材料的應(yīng)用和開發(fā)，白光LED的性能不斷提高和優(yōu)化并且進(jìn)入應(yīng)用的階段。白光LED的實現(xiàn)，使LED應(yīng)用路燈寬度涉與到了高效率的照明市場。多種顏色混合起來的光合成所謂的白光，根據(jù)人類肉眼能看見的形式需要兩種以上的光進(jìn)行混合，比如二波長光（藍(lán)色光+黃色光）或者是三波長光（藍(lán)色光+綠色光+紅色光），現(xiàn)在已實現(xiàn)的作品有二波長藍(lán)色單芯片加上YAG黃色熒光粉，在以后三波長光是被看好的，它是以R

28、、G、B三種顏色熒光粉加上無機(jī)的紫外光芯片，除此之外有機(jī)單側(cè)的三波長也有較低造價的白光LED、制造相對簡單容易的特點。20世紀(jì)60年代，科學(xué)家言之成的LED是利用了PN結(jié)光電效應(yīng)發(fā)光的原理。所選用的材料是GaAsP。其發(fā)光顏色僅僅能表現(xiàn)為紅色。經(jīng)過30年的發(fā)展歷程，LED現(xiàn)已經(jīng)能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種多樣的光了。但是用于公共照明的白光LED是最近幾年才發(fā)展起來的。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的圓頭柱狀白光LED產(chǎn)生的白光多數(shù)都是利用色的互補關(guān)系產(chǎn)生的仿真型白光，它是將藍(lán)光與黃色光只講的色差結(jié)合起來，但這樣的光容易使人有一種不協(xié)調(diào)的感覺，并且無法達(dá)到高顯色性，且在要求大功率和大電流通過的情況下容易產(chǎn)生

29、色差的問題，這些是白光LED今后需要解決的問題和需要努力的方向。122 白光LED的特色白光LED是被廣泛有著良好前景的LED產(chǎn)品，在公共照明市場的有著一定的發(fā)展?jié)摿?。與傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品相比，白光LED具有諸多優(yōu)點。如體積較小并可以有多只多樣的組合、工作時發(fā)出的熱量較低，不會產(chǎn)生熱輻射、耗電量較低，安全電壓電流就可以正常工作、使用壽命長平均可以達(dá)到一萬小時以上、且反應(yīng)的速度較快可以在較高頻率下操作，且較為環(huán)保無污染等諸多優(yōu)點。其與傳統(tǒng)的照明設(shè)備的比較表如下。表1-1 白光LED與傳統(tǒng)照明設(shè)備的優(yōu)缺點比較照明方式特點白光LED體積較小并、有多只多樣的組合、工作時發(fā)出的熱量較低、不會產(chǎn)生熱輻射、耗電

30、量較低、安全電壓電流就可以正常工作、使用壽命長可達(dá)到一萬小時以上、反應(yīng)的速度較快可以在較高頻率下操作、較為環(huán)保無污染熒光燈節(jié)省電源，但污染嚴(yán)重，且易碎白熾燈（鎢絲燈）發(fā)光效率較低、高耗電量、使用壽命較短、且容易損壞現(xiàn)今白光LED仍然處于發(fā)展的初級階段，在很多方面還存在局限性，但基本上已經(jīng)克服了傳統(tǒng)的照明設(shè)備的缺點，其中比較突出的是造價高售價高是其不能普遍的主要原因。1.2.3 照明用白光LED1）照明用白光LED相關(guān)技術(shù)指標(biāo)照明所用的白光LED不同于一般的LED產(chǎn)品，在技術(shù)指標(biāo)上有一定的要求1.光通量。一個直徑5mm的LED光通量只有1lm左右，但是要用作照明上的白光功率的LED要達(dá)到1klm

31、。LED的功率達(dá)到0.1klm和0.01klm的也是能達(dá)到較低的照明需求的。但由于15W的白熾燈發(fā)光效率比較低，僅8lm/W。所以一個15W的白熾燈的光通量僅僅與5W、25lm/W的白光效率LED一樣。2.發(fā)光的效率。目前15lm/W提高到25lm/W的實現(xiàn)已經(jīng)提高到產(chǎn)業(yè)化的程度，最高已經(jīng)能到到44.3lm/W的水平。3.色溫。在2500K到6000K之間，最好是2500K到3000K之間。4.顯色指數(shù)。最好可以達(dá)到1005.穩(wěn)定性。光通量和波長應(yīng)該滿足穩(wěn)定的條件，并應(yīng)依照于應(yīng)用場合的需求。6.壽命。5萬小時到10萬小時之間。2）白光LED在不同色溫下的光譜特性 如今照明所用的白光LED與普通

32、的LED的概念已經(jīng)有著質(zhì)的差異了，它并不是越白越好。人們對照明的白光光源要求很是嚴(yán)格，我國和國際上早已經(jīng)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。照明光源有嚴(yán)格的色溫標(biāo)準(zhǔn)：5400K、5000K、4000K、3450K、2900K、2700K以與其相對應(yīng)的色域，照明光源的色品質(zhì)是相互關(guān)聯(lián)的。必須同時得到滿足，才能稱之為合格的照明用LED光源。1.2.4 大功率白光照明LED的電學(xué)、光學(xué)特性以與熱學(xué)特性在1.2.3中介紹了照明白光大功率LED需要滿足的技術(shù)指標(biāo)，如白光照明LED的亮度、光強(qiáng)、光通量、發(fā)光效率、色溫，響應(yīng)時間。這些指標(biāo)將在這一節(jié)放在LED電學(xué)特性、光學(xué)特性以與熱學(xué)特性中進(jìn)行闡述。 1.2.4.1 大功率LE

33、D的電學(xué)特性1I-V特性 PN結(jié)伏安特性，表征LED芯片PN備性能主要參數(shù)。不同的電流直接影響LED的度和PN結(jié)的結(jié)溫. LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：單向?qū)щ娦裕赐饧诱珘罕憩F(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。圖1-2 LED的伏安特性曲線IF-正向直流電流（正向測試電流），在規(guī)定的正向電壓VF下，通過極間的電流 ，不同LED因材料不同有不同的IF。 VF-LED正向?qū)〞r所需電壓，同種顏色LED可能有不同的VF，所以LED公司按電壓區(qū)間分Group或BIN來加以區(qū)分，以便用戶使用。IFM-正向峰值電流（正向最大電流）。在額定功率下，允許通過二極管的最大正向脈沖電流。注：一般IF=0

34、.6IFMVR - 稱為反向擊穿電壓；VR 電壓對應(yīng)IR 為反向漏電流不同LED因材料不同，有不同的VR。2.響應(yīng)時間 表征大功率LED跟蹤外部信息變化的快慢。通俗的來講，就是LED點亮?xí)r到LED熄滅的時間延遲。 不同材料制得的LED 響應(yīng)時間各不一樣；如GaAs、GaAsP、GaAlAs 其響應(yīng)時間10-9S，GaP 為10-7 S。因此它們可用在10100MHZ 高頻系統(tǒng)。另外大功率LED的正向伏安特性如圖1-1圖1-3不同白光LED的電流一電壓特性之間的差異性1.2.4.2 LED的光學(xué)特性光束角（beam angle )：在通過最大光強(qiáng)半平面上，兩條1/2最大光強(qiáng)方向之間的夾角稱為該平

35、面的光束角光束擴(kuò)散角 (field angle )：在包含最大光強(qiáng)的某個平面上，兩條為1/10最大光強(qiáng)的光線之間的夾角稱為該平面的光束擴(kuò)散角（或稱有效光束角）在引出雜散光線的時候，出現(xiàn)了這個光束角以與1/10最大光強(qiáng)的概念。光通量 表征LED 總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。F為LED 向各個方向發(fā)光的能量之和，可見光LED 的光通量單位為流明（lm）,它與工作電流的關(guān)系如下。 圖1-4光通量與時間關(guān)系 圖1-3光通量與電流關(guān)系光效 是指LED所發(fā)出的光通量與其所消耗的電功率 P之比,單位為流明/瓦（lm/w）,是評價電光源用電效率最主要的技術(shù)參數(shù),它與工作電流的關(guān)系如下。圖1-4

36、LED的光效與工作電流的關(guān)系色品坐標(biāo)、色溫與顯色性 色品坐標(biāo)用來準(zhǔn)確地表達(dá)光源的表觀顏色.但是人類習(xí)慣的關(guān)于光色感覺不能簡單的與具體數(shù)值聯(lián)系到一起，只能說存在一般性的規(guī)律。就如人們對暖色和冷色的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)。色溫與色品坐標(biāo)的關(guān)系式近似如下：其關(guān)系曲線如1-5色品圖，由此可見，不要的色品坐標(biāo)可能會有同樣的色溫 ，所以能唯一決定顏色的參數(shù)是色品坐標(biāo)，色溫只能參考。一般，LED封裝廠都會按色品坐標(biāo)不同用不同的Bin來區(qū)分白光的顏色。以下一典型的Bin分布圖。大功率LED供應(yīng)商一般會要求四個Bin同時購買，如數(shù)量較少時可以考慮與供應(yīng)商溝通買單個Bin。圖1-5 LED的色品圖壽命 在LED的應(yīng)用方面,le

37、d在額定功率的條件下,光通量從衰減到初始值的規(guī)定百分比時所持續(xù)的時間稱之為LED的有效壽命。均壽命一批led同時點亮,當(dāng)經(jīng)過一段時間后,led不亮達(dá)到50%時所用的時間.經(jīng)濟(jì)壽命 在同時考慮led損壞以與光輸出衰減的狀況下,其綜合輸出減至一特定比例時的小時數(shù).此比例用于室外光源為70%,用于室光源為80%。1.2.4.3 LED的熱學(xué)特性LED的主要熱學(xué)參數(shù)有結(jié)溫（Tj）和熱阻（Rth）有很大的關(guān)系。LED的許多特性參數(shù)與結(jié)溫有很大的關(guān)系 ，具體如下：LED的主波長隨溫度關(guān)系由上式可知，每當(dāng)結(jié)溫升高10，則波長向長波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。LED結(jié)溫與壽命的關(guān)系圖1-6 LED

38、結(jié)溫與壽命的關(guān)系圖LED結(jié)溫與電流的關(guān)系 白光工作電流基本上隨溫度的升高而升高，表現(xiàn)為正溫度特性，近似變化率約為0.06mA/。圖1-7 LED結(jié)溫與電流的關(guān)系圖LED結(jié)溫與色品坐標(biāo)的關(guān)系 如下圖圖1-8 LED結(jié)溫與色品坐標(biāo)的關(guān)系圖LED結(jié)溫與正向電壓和光通量的關(guān)系 圖1-9 LED結(jié)溫與正向電壓和光通量的關(guān)系圖1.3 課題主要研究的大功率LED驅(qū)動的基本情況以與注意事項原始電源有各種形式，但無論哪種電源，一般都不能直接給LED供電。因此，要用LED做照明光源就要解決電源變換的問題。大功率LED實際上是一個電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ娖骷Ｋ员菊n題主要要實現(xiàn)大功率LED的直流控制、高效率、過壓

39、保護(hù)、DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率、DC/DC升壓操作、以與保證恒定電流驅(qū)動等諸多技術(shù)問題。同時特別注意的應(yīng)有以下事項： LED是單向?qū)щ娖骷?，所以說只有用直流電流或是單向脈沖電流驅(qū)動LED工作。 LED是有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的器件，因此它是有勢壘電勢，勢壘電勢就形成了導(dǎo)通門限電壓，所以說只有LED兩端電壓大于這個限制電壓時LED才會導(dǎo)通。大功率LED的門限電壓一般在3V以上，本設(shè)計選用的1W大功率LED的門限電壓為33.5V。 由之前介紹我們得到LED的電流電壓特性屬于非線性。因這就造成了LED的電流和LED兩端的電壓不成正比，所以提供穩(wěn)定可靠的電流也就成了挑戰(zhàn)。 LED的PN結(jié)的特點為負(fù)溫度系數(shù)，LED

40、的勢壘電勢會隨著其溫度升高還降低。所以大功率LED不能直接用簡單的直流電壓源供電工作，因此采取限流措施是必要的，否則大功率LED會隨著其溫度的升高流過的電流過大而損壞。另外，還應(yīng)注意的問題有輸出電流電壓的精度: 一般恒流源電流在8%;恒壓源電壓在2%， 功率因數(shù): 一般在75%85%；高功率因數(shù)在85%；節(jié)能之星要求家用 70%，商用 90%。過載、短路、過熱保護(hù)的問題，開路保護(hù)或限壓保護(hù)(對恒流源)，過沖保護(hù)(對恒流插墻式電源,如電源無此保護(hù),設(shè)計LED電路時應(yīng)在電路上并聯(lián)，電容以消除次極開、關(guān)時大電流對LED的損傷)。 壽命，節(jié)能之星要求家用 70%，商用 90%。初級帶電，次級開路時的功

41、耗小于0.3瓦。周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華 LED照明技術(shù)與應(yīng)用電路 D2 DC-DC轉(zhuǎn)換電路的原理和控制策略分析21 DC-DC轉(zhuǎn)換電路兩種電路結(jié)構(gòu)的分析要解決大功率LED的驅(qū)動問題，就首先要解決好DC/DC的結(jié)構(gòu)原理，目前DC/DC轉(zhuǎn)換電路主要有基本的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、。至于升降壓型(Buck-Boost)變換器，也是講兩種結(jié)合起來衍生出的一種轉(zhuǎn)換電路。在最基本的DC/DC轉(zhuǎn)換電路中，如果有輸入電壓和負(fù)載的變動，但其輸出的直流電壓可以通過電路控制為所需求的電壓。是利用一個或多個功率開關(guān)管把一種直流電壓變換為另一種直流電壓的變化器我們稱之為開關(guān)型DC/DC

42、變換器。如果變換器輸入端是給定的直流電壓，此時我們就可以通過控制一個或者多個開關(guān)管的開關(guān)時間來輸出期望的直流電壓。 開關(guān)型DC-DC變換器的基本電路與波形圖如圖21所示。圖2-1 開關(guān)型DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本電路與波形圖下面將分別簡單的介紹兩者DC/DC變換器的工作原理。211降壓型(Buck)的工作原理基本原理圖如下圖：圖2-2 buck變化器的原理圖Buck變換器存在兩種導(dǎo)電模式，即連續(xù)導(dǎo)電模式CCM (Continuous Conduction Mode)和不連續(xù)導(dǎo)電模式DCM (Discontinuous Conduction Mode)。連續(xù)導(dǎo)電模式是指在一個周期電感電流是連續(xù)的（兩

43、種開關(guān)模態(tài)a和b)；而不連續(xù)導(dǎo)電模式是指電感電流在一個周期是斷續(xù)的也就是有一段時間電感電流為零(三種開關(guān)模態(tài)a、b 和c)。Buck變換器工作在不同模態(tài)的等效電路如下圖： （a） （b） （c）Buck變換器在連續(xù)模式和不連續(xù)模式的主要波形如下圖：（a）電感電流連續(xù) （b）電感電流不連續(xù)圖2-3 buck變換器在兩種工作模式下波形圖212升壓型(Boost)變換器基本原理圖如下圖：圖2-4 Boost變換器電路原理圖Boost變換器存在兩種導(dǎo)電模式，即連續(xù)導(dǎo)電模式CCM (Continuous Conduction Mode)和不連續(xù)導(dǎo)電模式DCM (Discontinuous Conduct

44、ion Mode)。連續(xù)導(dǎo)電模式是指在一個周期電感電流是連續(xù)的（兩種開關(guān)模態(tài)a和b)；而不連續(xù)導(dǎo)電模式是指電感電流在一個周期是斷續(xù)的也就是有一段時間電感電流為零(三種開關(guān)模態(tài)a、b 和c)。（a） （b） （c）Boost變換器在連續(xù)模式和不連續(xù)模式的主要波形如下圖： （a）電感電流連續(xù) （b）電感電流不連續(xù)圖2-5 Boost 變換器兩種工作模式下波形圖Boost變換器的基本關(guān)系式：穩(wěn)態(tài)工作時，電感電流iLf的波形為一個三角波，周期性地在ILfmin到ILfmax的圍變化。Q導(dǎo)通期間ILf的增長量等于它在Q截止期間的減小量。即：由前面的分析可以得到：化簡得到：一個開關(guān)周期當(dāng)中，電感Lf都有一

45、個儲存能量和能量通過D的釋放過程，也就是說必須要有能量送達(dá)到負(fù)載端口。因此，如果broost變換器沒有接上負(fù)載，則此部分的能量將不能消耗得了，必會使Vo不斷升高，最后容易造成變換器的損壞。這是Boost變換器與Buck變換器的最基本的不同點。如果不考慮Boost變換器的損耗，則有關(guān)系式：式中，Io和Ii分別是變換器輸出直流電流和輸入直流電流的平均值。通過D的直流電流平均值ID等于負(fù)載電流Io 。通過Q的直流電流平均值IQ為：通過Q和D的電流最大值與電感電流最大值相等。Q和D分別截止時加在它們上的電壓均為輸出電壓V0。3本設(shè)計采用的驅(qū)動芯片以與驅(qū)動模塊 本設(shè)計共采用二種方案以驅(qū)動大功率LED路燈

46、正常工作，下面將分別作介紹。3.1 基于MC34063的DC/DC升壓大功率LED驅(qū)動電路3.1.1 MC34063集成電路芯片的簡介DCDC轉(zhuǎn)換器所需達(dá)到的主要要求都包括在該芯片之中并且利用該器件設(shè)計成本較低。它的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器具有溫度的自動補償功能、占空比可控、比較器的振蕩器，直流電流輸出開關(guān)電路、R-S觸發(fā)器等組件封裝組成。該器件可用于大功率LED路燈所需的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器功能，由它構(gòu)成的DCDC轉(zhuǎn)換器外部只需要配合少許元器件即可實現(xiàn)正常的驅(qū)動功能。MC34063驅(qū)動芯片的主要工作指標(biāo)：端口輸入直流電壓的圍：2.540V輸出直流電壓可達(dá)到最高：40V輸出電流可達(dá)：15A工作頻率：最高

47、可達(dá)100kHzMC34063的基本部結(jié)構(gòu)圖與引腳圖功能介紹：圖3-1 MC34063的基本部結(jié)構(gòu)圖與引腳圖功能引腳1：開關(guān)管集電極T1引出端口；引腳2：開關(guān)管發(fā)射極T2引出端口；引腳3：定時電容接線端；調(diào)節(jié)其大小可使頻率在100kHZ100kHz圍正常工作；引腳4：接地端口；引腳5：電壓比較器反相輸入端，同時也是輸出電壓取樣端；使用時應(yīng)外接兩個精度不低于1的精密電阻；引腳6：輸入電源接口端；引腳7：負(fù)載峰值電流取樣端；引腳6和引腳7腳之間電勢差超過300mV時，芯片將自動啟動部過流保護(hù)功能；引腳8：驅(qū)動管集電極T2引出端口。MC34063 電路原理振蕩器通過恒流源對外接在引腳3 上的定時電容

48、不間斷地充放電，在此過程中以產(chǎn)生振蕩波形。因為定時電容的充放電電流都是恒定不變的，因此產(chǎn)生的振蕩頻率僅僅取決于芯片的外接電容的電容值大小。可以看出當(dāng)與門的 輸入端C在振蕩器產(chǎn)生震蕩波對外充電時表現(xiàn)出為高電平，當(dāng)比較器的輸入電平低于輸入端D閾值電平高時顯示為高電平。當(dāng)C 和D輸入端都變成高電平時觸發(fā)器被置為高電平，輸出端開關(guān)管表現(xiàn)為導(dǎo)通狀態(tài);相反當(dāng)振蕩器處在放電的情況下，C 輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 電流限制是通過檢測連接到VCC（引腳6）和引腳7 之間采樣電阻（Rsc）上的電壓降來完成，所以說當(dāng)檢測到電阻上的電壓降接近超過300 mV 時，電流限制電路開始工作

49、，這時通過CT 管腳(引腳3 ) 對定時電容進(jìn)行快速充電用來減少充電的時間和輸出端開關(guān)管的導(dǎo)通時間，結(jié)果是導(dǎo)致輸出端開關(guān)管關(guān)閉時間的延長。線性穩(wěn)壓電源的效率偏低，所以通常不適合于大電流或是輸入、輸出電壓相差比較大的情況。與之相對的開關(guān)電源的效率要高于普通線性穩(wěn)壓電源，而且它的工作效率不隨著輸入電壓的升高而降低，而且開關(guān)電源通常也不需要大散熱器散熱，它的體積較小，因此在很多大功率LED的應(yīng)用場合成為普遍之選。要了解到的是開關(guān)電源根據(jù)其轉(zhuǎn)換方式的不同又可分為斬波型開關(guān)電源、變換器型開關(guān)電源和電荷泵式開關(guān)電源，同時按開關(guān)方式不同又可分為軟開關(guān)電源和硬開關(guān)電源。3.1.2 基于MC34063集成芯片的

50、大功率LED驅(qū)動電路的設(shè)計基于MC34063集成芯片的大功率LED驅(qū)動電路原理：MC34063組成的降壓電路原理如圖3-2,當(dāng)芯片開關(guān)管(T1)導(dǎo)通時，電源經(jīng)取樣電阻Rsc、電感L1、MC34063的引腳1和引腳2接地，此時電感L1開始存儲能量，而由C0對負(fù)載提供能量。當(dāng)T1斷開時，電源和電感同時給負(fù)載和電容Co提供能量。電感在釋放能量期間，由于其兩端的電動勢極性與電源極性一樣，相當(dāng)于兩個電源串聯(lián)，因而負(fù)載上得到的電壓高于電源電壓。開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率稱為芯片的工作頻率。只要此頻率相對負(fù)載的時間常數(shù)足夠高，負(fù)載上便可獲得連續(xù)的直流電壓。其中輸入電壓是由一個直流電壓12V的蓄電池提供，通過調(diào)試

51、，輸出直流電壓可以達(dá)到28V，直流電流可以達(dá)到700750mA?？梢蕴峁￢f 3.03.5，工作電流350mA的1W大功率LED89串兩并進(jìn)行正常工作。其電路原理圖如圖3-2：3-2 基于MC34063集成芯片的大功率LED驅(qū)動電路外圍元件標(biāo)稱含義和它們?nèi)≈档挠嬎愎剑篤out(輸出電壓)1.25V（R2R1）Ct(定時電容)：決定部工作頻率。Ct=0.000 004*Ton(工作頻率）Ipk=2*Iomax*T/toffRsc(限流電阻)：決定輸出電流。Rsc0.33IpkLmin(電感)：Lmin(ViminVces)*Ton/ IpkCo(濾波電容)：決定輸出電壓波紋系數(shù)，CoIo*to

52、n/Vp-p(波紋系數(shù)）固定值參數(shù)：Vces=1.0Vton/toff=(Vo+VfVimin)/(ViminVces）Vimin:輸入電壓不穩(wěn)定時的最小值Vf=1.2V 快速開關(guān)二極管正向壓降注意事項：1：肖基特二極管一般可選用的型號是IN4148，但在像商用大功率LED路燈這樣要求高的工作效率的時候應(yīng)選用IN5819型號的肖基特二極管。2：MC34063能承受的最高電壓，即輸入和輸出電壓的絕對值絕加起來不能超過40V，超過限定值則負(fù)載不能正常穩(wěn)定的工作。由MC34063組成的驅(qū)動電源雖然成本較低、且廣泛應(yīng)用，但還是有它一定的缺點。存在著如驅(qū)動效率較低，對于直流升壓電路的應(yīng)用，工作效率只有7

53、0%左右，輸出低電壓時效率則更低，且輸出電壓升壓有所限制較難得到較高的直流驅(qū)動電壓并且輸出的直流電流不夠穩(wěn)定等問題。因此在完成基于MC34063集成芯片的大功率LED驅(qū)動電路的設(shè)計之后我又研究并完成了第二套方案，具體介紹如下。3.1.2 AMC3202+A705 大功率LED路燈驅(qū)動電路設(shè)計本套方案是基于AMC3202和A705兩個驅(qū)動芯片設(shè)計的驅(qū)動方案首先介紹一下改方案的有點以與滿足的設(shè)計要求：系統(tǒng)耐壓圍從2.7V30V單一模組可供112顆1WLED串聯(lián)使用（LEDVf最大值可為3.5V）效率可達(dá)到93以上符合節(jié)能要求純直流恒定電流輸出確保LED壽命線路簡單與外部元件量少，可符合低成本的要求

54、驅(qū)動電路圖如圖3-33-3 AMC3202+A705 大功率LED路燈驅(qū)動電路設(shè)計對此設(shè)計的幾點注釋： 輸入電壓可在24V加減3V，輸出電壓電流都能保持在穩(wěn)定狀態(tài)。其中本設(shè)計的輸入電壓采用兩個12V的蓄電池串聯(lián)提供。 每路最多可以串聯(lián)12顆1W的大功率LED（LED的最大Vf最大可達(dá)3.5V） 路燈調(diào)光功能可經(jīng)由AMC3202 EN pin 輸入PWM 訊號，高電平212V 可使IC工作，低電平0.80V可關(guān)掉IC，建議PWM頻率在200HZ。 Pp、Cp1、Cp2為補償電路，可在系統(tǒng)發(fā)生擾動時發(fā)揮補償功能使輸出電壓與電流穩(wěn)定，故在電路模組需要掉光而輸入200HZ方波邏輯訊號時，Rp值必須換為

55、33K歐姆，而在模組不需要調(diào)光時，ENpin可接到高電平或空接，同時Rp值需改為501K歐姆。 Dz是產(chǎn)生OVP功能，可在LED出現(xiàn)開路時鎖定輸出電壓，所以依設(shè)計開路時電壓只會往上跳升12V電壓，系統(tǒng)仍可以工作 Rfb2是設(shè)計用來回授A705 out Pin 腳的工作電壓至AMC3202 FB Pin腳，以使AMC3202 1.276V的FB電壓釋放成約為0.276V，則剛好可滿足A705的Drop out工作電壓同時減少A705上的功率損耗，另外，Rfb1是用來引導(dǎo)電流Rfb2產(chǎn)生約1V的電壓降。表3-1 AMC3202+A705 大功率LED路燈驅(qū)動電路元件清單表元件標(biāo)注數(shù)量型號封裝IC1AMC3202SO-8IC1A705SOT-89Cbp110uF/25VSMD 1210Cin1110uF/25VSMD 1210Cin211uF/50VSDM 0603Cout-1210uF/25V0.E.C. CapCp110.1UfSDM 0603Cp21200PfSDM 0603Rp133KSDM 0603Rfb13.9K28KSDM 0603Rzb11