LED路燈控制系統的設計

1、畢業(yè)設計（論文）LED路燈控制系統的設計The design of the LED street light control system 班級 電子111 學生姓名 高 學號1162211108 指導教師 詹 職稱 副教授 導師單位 徐州工業(yè)職業(yè)技術學院 論文提交日期 徐州工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書 課題名稱 LED路燈控制系統的設計 課題性質 設計類 班 級 電子111 學生姓名 高 學 號 1162211108 指導教師 詹 導師職稱 副教授 一、選題意義及背景解決LED驅動控制問題，LED路燈控制系統問題。二、畢業(yè)設計（論文）主要內容完成LED路燈控制系統的設計與制作。主要

2、性能指標及要求：（1）LED燈工作電壓為12V，功率為10W（可用串并聯方式解決），每天工作時數8.5h。（2）徐州地區(qū)，負載輸入電壓24V功耗34.5W，保證連續(xù)陰雨天數7天。其中：徐州地區(qū)平均日照時間在2400小時以上，太陽能年輻射總量約為50005800 MJ/m2，取太陽能年輻射總量約為5500MJ/m2。（3）完成光伏組件、控制器、蓄電池等的選型。（4）完成驅動電路的設計、制作。（5）其他發(fā)揮部分。三、計劃進度時間內容2013年10月21日下畢業(yè)設計任務書，畢業(yè)設計動員2013年10月2223日確定設計方案，查找資料2013年10月2425日系統設計2013年10月28-11月1日系

3、統設計2013年11月411月8日系統設計2013年11月1115日系統設計2013年11月1822日系統設計2013年11月2529日畢業(yè)論文修改、畢業(yè)設計答辯準備、畢業(yè)設計答辯四、畢業(yè)設計（論文）結束應提交的材料：1、完成LED路燈控制系統設計的全套材料；2、論文。指導教師 教研室主任 年 月 日年 月 日論文真實性承諾及指導教師聲明學生論文真實性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，內容真實可靠，不存在抄襲、造假等學術不端行為。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集

4、體，均已在文中以明確方式標明。如被發(fā)現論文中存在抄襲、造假等學術不端行為，本人愿承擔本聲明的法律責任和一切后果。畢業(yè)生簽名： 日 期： 指導教師關于學生論文真實性審核的聲明本人鄭重聲明：已經對學生論文所涉及的內容進行嚴格審核，確定其內容均由學生在本人指導下取得，對他人論文及成果的引用已經明確注明，不存在抄襲等學術不端行為。指導教師簽名： 日 期： 摘要太陽能作為未來的能源是一種非常理想的清潔能源。近年來由于人們對能源、環(huán)問題的日益關注，太陽能的應用普及越來越受到人們的高度重視若能合地利用太陽能，將會為人類提供充足的能源。 一套獨立的光伏LED路燈主要包括太陽能電池板，蓄電池，控制器，LED光源

5、等幾部分組成，論文主要根據本地區(qū)的光照情況對太陽能電池，蓄電池進行選型。利用UC3906蓄電池充電芯片對蓄電池充放電進行管理，用低功耗MSP430系列單片機對蓄電池的過充過放管理，提高蓄電池的使用壽命。LED負載使用MC34063恒流驅動，提高工作效率。關鍵詞：充放電控制 恒流驅動LED AbstractSolar energy as the future of energy is a kind of ideal clean energy.In recent years, because of, the growing attention to the problem of energy, r

6、ing, the wider use of solar energy attaches great importance to by the people more and more if you can use solar energy, will provide enough energy for mankind. A set of independent solar LED street lamp mainly include solar panels, battery, controller, LED light source of several parts, such as pap

7、er mainly based on the lighting conditions in the region of solar cells, selection of storage battery.Using UC3906 battery charging chip to supervise and control the storage battery charging and discharging, with low power MSP430 series MCU overcharge discharge of battery management, improve the ser

8、vice life of the battery.Load using MC34063 LED constant current drive, improve work efficiency. Keywords: charge and discharge control constant current drive power consumption目錄摘要5Abstract5目錄6第一章 概述71.1 光伏路燈的發(fā)展趨勢和基本結構71.2 光伏LED的系統組成7第二章 太陽能電池板的選型82.1太陽能電池板的工作原理及構造82.1.1太陽能電池板的原理82.1.2太陽能電池的結構82.2光伏

9、陣列的選擇82.2.1光伏電池的選擇82.2.2方位角和高度角的選擇92.2.3傾斜角的選擇9第三章 蓄電池的選型113.1蓄電池的分類及工作原理113.1.1蓄電池的分類113.1.2 蓄電池的工作原理113.2蓄電池的選型123.2.1蓄電池的性能指標123.2.2蓄電池的容量選擇12第四章 控制器選型134.1控制器概述及作用134.2 DC-DC充電電路134.2.1 UC3906 概述134.2.2 三段式蓄電池充電144.2.3 UC3906本系統的應用154.3測光電路和控制電路16第五章 LED驅動185.1 LED光源的特點和特性185.1.1 LED光源的優(yōu)點缺點185.1

10、.2恒流驅動的散熱考慮195.2恒流驅動電路19 5.2.1 伏安特性195.2.2 DC/DC恒流驅動電路205.2.1 MC3406320第六章 測試23附錄26程序26致謝28第1章 概述1.1 光伏路燈的發(fā)展趨勢和基本結構電，它推動了人類文明的發(fā)展，在我們的生活中扮演者越來越重要的角色，電燈、電話、電影、電冰箱、電視、電腦. .從這些詞的命名我們就可以看出它的重要性。隨著我們社會經濟的發(fā)展，人們生活質量的提升，我們對電力的需求也越來越大。過去的我們的電能主要是從電廠里獲取，目前絕大多數的電廠主要是利用化石燃料（煤炭、石油、天然氣）進行發(fā)電，然而火力發(fā)電有很大的不足，一是資源儲備不足，傳

11、統能源作為不可再生資源，全球的儲備量急劇下降。二是化石燃料在燃燒的過程中會排放CO2、SO2等煙氣和粉塵。導致全球性變暖，海平面上升，酸雨等自然現象。傳統能源對環(huán)境造成的危害日益突出。為此人們就不得不研究替代傳統能源的新型能源，減少對傳統能源的依賴。新型能源通常指風能、水能、太陽能、生物能等，他們儲備豐富不會取之不盡用之不竭，而且使用過程中對環(huán)境也沒有污染，經濟、清潔、環(huán)保。太陽能發(fā)電相對之下的優(yōu)勢尤為明顯，光伏發(fā)電沒有地域分布的限制，無需消耗燃料，無需鋪設電路可就地發(fā)電，被越來越廣泛的運用在各個領域。1.2 光伏LED的系統組成太陽能路燈主要是利用太陽能電池板在白天吸收的能量轉化為電能在蓄電

12、池里儲存起來，在晚上的時候蓄電池向LED供電，等到白天的時候在通過控制器切斷向LED的供電。如圖1.1所示太陽能路燈主要由，太陽能電池組件、控制器、蓄電池和LED燈光源組成。圖1.1 基本結構1、太陽能電池板：太陽能電池板主要功能是將太陽能的輻射轉換為電能。2、DC-DC：由于太陽能電池板的輸出電壓受光照的影響輸出電壓不穩(wěn)定，不能很好的對蓄電池進行充電，將太陽能電池輸出不穩(wěn)定的直流電壓轉換穩(wěn)定的輸出直流電。3、控制器：控制器主要是控制蓄電池的充放電，防止電池過充過放，延長電池壽命。并具有防反充，防反接等功能。4、蓄電池：蓄電池的作用就是用來儲存太陽能電池板轉換的電能。在夜間向負載提供電量。5、

13、LED驅動燈光源：為LED提供恒定電流。第2章 太陽能電池板的選型2.1太陽能電池板的工作原理及構造2.1.1太陽能電池板的原理太陽能電池是有P型半導體和N型半導體結合而成，當陽光照射在電池板上時，N型半導體中帶正電的空穴向P區(qū)中移動，P型半導體中帶負電荷的電子往N區(qū)中移動，PN結就形成了一個電勢差，P端為正，N端為負，這樣在PN結再接上負載就是一個回路，其電流有P區(qū)流向N區(qū)，與光生電流相反。太陽能電池將太陽光的輻射通過半導體物質轉化為電能的過程通常成為光生伏打效應。圖2.1 光生伏打PN結原理2.1.2太陽能電池的結構1、 玻璃的作用是為了保護太陽能電池片，其透光率要高，而且要堅固。一般采多

14、用白玻璃。2、 EVA 的作用是用來粘合玻璃和電池片，EVA材料的選用會直接影響到電池組使用壽命，EVA材料在空氣中暴露會氧化發(fā)黃，影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電效率。生產過程中EVA如果與鋼化玻璃背板粘合強度不夠，都會引起EVA提前老化。3、 太陽電池片主要作用就是將太陽的輻射能轉換為電能，一般按構造可分為片狀太陽能電池和薄膜太陽能電池。片狀太陽能電池成本相對較低，轉換效率也高，適合室外發(fā)電，但是相對的制造成本較高。薄膜太陽能電池，制造成本較低，在弱光，燈光下也可發(fā)電，但是轉換效率較低，設備成本較高。4、 TPT材料的作用是密封、絕緣、防水。5、 鋁合金框架主要是保護層壓組件，起到一定

15、的支撐和密封作用。2.2光伏陣列的選擇2.2.1光伏電池的選擇徐州地區(qū)，負載輸入電壓24V功耗34.5W，保證連續(xù)陰雨天數7天。峰值日照數3.5h。徐州地區(qū):經度:117，緯度:34。式中1.05為太陽能電池組件系統綜合損失系數，0.85為蓄電池充電效率。太陽能電池的最佳工作電壓為17.2V，選用單塊峰值輸出功率55WP的標準電池組件兩塊，可以保證路燈系統在一年多數的情況下正常運行。2.2.2方位角和高度角的選擇光伏陣到的方位角是陣列的垂直面與正南方向的夾角(向東偏設定為負角度，向西設定為正角度)，如圖2.2.2所示。一般情況下，方陣朝向正南(即方陣垂直面與正南的夾角為0度)時，太陽電池發(fā)電量

16、是最大的。對于地球上的某個地點，太陽高度角(或仰角)是指太陽光的入射方向和地平面之問的夾角，專業(yè)上講太陽高度角是指某地太陽光線與該地作垂直于地心的地表切線的夾角，如圖2.2所示。圖2.2方位角的選擇2.2.3傾斜角的選擇傾斜角是光伏陣到平西與水平地面的夾角，如圖2.3所示。斜西上接收太陽總輻射世達到最大值剛(陣列一年中發(fā)電量最大時)，稱為最佳傾角。根據幾何原理，欲使陽光垂直射在太陽電池板，則電池板的傾角按下到公式計算：圖2.3 傾斜角第3章 蓄電池的選型3.1蓄電池的分類及工作原理3.1.1蓄電池的分類電池可分為一次電池和二次電池，一次電池就是一次性使用，不可充電電池，二次電池是指可多次反復使

17、用，可充電電池，也叫蓄電池。蓄電池一般分為四類：鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、和鋰電池。蓄電池能夠反復使用，符合經濟實用的原則，而且蓄電池電壓具有電壓穩(wěn)定可靠、移動方便等優(yōu)點。3.1.2 蓄電池的工作原理獨立的光伏照明系統一般采用蓄電池作為儲能設備，白天太陽能電池輸出的電能儲存起來，夜間來為負載供電。電池是一種化學電源，蓄電池在充電時利用外部電能是內部活性物質再生，把電能轉換為化學能，需要使用是再把化學能轉換為電能。 正極 電解液 負極 正極 水 負極1、蓄電池的放電鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池上形成電位差，負極的電子經過負載進入正極形成電流I。蓄電池在內部進行化學反應，將這種化學能轉換成

18、電能。蓄電池負極上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（Pb2）與電解液中的硫酸根離子（SO42-）反應，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板的鉛離子（Pb4）得到來自負極的兩個電子（2e）后，變成二價鉛離子（Pb2），與電解液中的硫酸根離子（SO42-）反應，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板水解出的氧離子（O2-）與電解液中的氫離子（H）反應，生成穩(wěn)定物質水。電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負極，在電池內部形成電流，整個回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。放電時H2SO4濃度不斷下降，正負極上的硫酸鉛（PbSO4）增加，電池內阻增大（硫酸鉛

19、不導電），電解液濃度下降，電池電動勢降低。2、蓄電池的充電充電時，在蓄電池的正、負極板接上電源，使正、負極板在放電后生成的物質恢復成原來的活性物質，并把外界的電能轉變?yōu)榛瘜W能儲存起來。 在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb2）和硫酸根負離子（SO4-2），由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子（Pb2）不斷放出兩個電子來補充，變成四價鉛離子（Pb4），并與水繼續(xù)反應，最終在正極極板上生成二氧化鉛（PbO2）。在負極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb2）和硫酸根負離子（SO42-），由于負極不斷從外電源獲得電子，則負極

20、板附近游離的二價鉛離子（Pb2）被中和為鉛（Pb），并以絨狀鉛附著在負極板上。電解液中，正極不斷產生游離的氫離子（H）和硫酸根離子（SO42-），負極不斷產生硫酸根離子（SO42-），在電場的作用下，氫離子向負極移動，硫酸根離子向正極移動，形成電流。充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會發(fā)生水的電解反應。3.2蓄電池的選型3.2.1蓄電池的性能指標蓄電池的參數很多，但主要有四個指標：1、 工作電壓，蓄電池放電時的電壓。2、 蓄電池的容量，常用Ah或者mAh。3、 工作溫區(qū)，蓄電池能夠正常放電時的溫度范圍。4、 循環(huán)壽命，蓄電池正常工作時的充放電次數。鉛酸蓄電池放電時工作電壓平穩(wěn)，可以小電流放電

21、也可以大電流放電，工作溫度范圍在-4050之間。鉛酸蓄電池技術成熟，成本較低。3.2.2蓄電池的容量選擇根據上面的計算得知，負載每日消耗電量12.2Ah，要保證連續(xù)7天陰雨天正常工作，再加上第一個晚上的工作：選用2組12V/100Ah的蓄電池即可滿足要求。采用全密封免維護蓄電池，適合路燈照明，維護較少的特點。第4章 控制器選型4.1控制器概述及作用一套獨立的光伏系統蓄電池對其影響很大。控制器最根本的用處就是控制蓄電池的充放電，來保證蓄電池的使用壽命?？刂破魍ǔ＞邆涞墓δ苡?、防止蓄電池的過充和過放電。2、防止負載反接，蓄電池反接。3、有溫度補償功能等。太陽能電池將太陽的輻射能轉換為電能，然后由

22、蓄電池儲存，當蓄電充滿電后，單片機輸出控制信號，停止對蓄電池的充電，到了夜間蓄電池開始向負載供電，等到蓄電池容量到達過放電壓時，再由光伏電池向蓄電池充電?？刂破饕话惴譃榇B，并聯，多路，脈寬調制和智能型控制器。本系統采用智能型控制器，通過單片機的AD對充電電壓進行實時采集。如圖4.1所示單片機通過AD檢測蓄電池電壓。12V蓄電池充電終止電壓一般在12+（2.45V2.5V）之間，當單片機通過AD檢測到蓄電充滿電之后，單片機輸出控制信號給Q6斷開對蓄電池的充電。當到達放電終止電壓（一般在12-(1.78V1.82V)之間。）控制Q7 斷開使蓄電池不再向負載供電。Q6 導通太陽能電池向蓄電池。圖4

23、.1光伏系統的整體結構4.2 DC-DC充電電路4.2.1 UC3906 概述UC3906是密封鉛酸蓄電池充電專用芯片，它具有密封鉛酸蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測功能。更重要的是它能使充電器各種轉換電壓隨電池電壓的溫度系數的變化而變化，從而使蓄電池在很寬的溫度范圍內都能達到最佳充電狀態(tài)。圖4.2 UC3906內部結構框圖UC3906的內部結構如圖4.2所示。UC3906內部有一個獨立的電壓控制回路和限流放大器，它可控制芯片內的驅動器。驅動器提供的輸出電流達25mA，可直接驅動外部串聯調整管，以調整充電器的輸出電壓和電流。電壓和電流檢測比較器可用于檢測蓄電池的充電狀態(tài)，同時還可以用來控制充

24、電狀態(tài)邏輯電路的輸入信號。 當電池電壓或溫度過低時，充電使能比較器可控制充電器進入涓流充電狀態(tài)。當驅動器截止時，該比較器還能輸出25mA涓流充電電流。這樣，當電池短路或反接時，充電器只能以小電流充電，從而避免了因充電電流過大而損壞電池。 UC3906的一個非常重要的特性就是其內部的精確基準電壓隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。同時，該芯片只需1.7mA的輸入電流就可工作，因而可減小芯片的功耗，實現對工作環(huán)境溫度的準確檢測，保證電池既充足電又不會嚴重過充電。除此之外，UC3906芯片內部還包括一個輸入欠壓檢測電路以對充電周期進行初始化，并可驅動一個邏輯輸出

25、。當加上輸入電源后，器件的7腳還可以指示電源狀態(tài)。使用UC3906只需很少的外部元器件就可實現對密封鉛酸電池的快速精確充電。所示是一個完整的充電器電路。其中由R1、R2、R3組成的電阻分壓網絡可用來檢測充電電池的電壓。此外，該電路還可通過與精確的參考電壓(VREF)相比較來確定浮充電壓、過充電壓和涓流充電的閾值電壓。4.2.2 三段式蓄電池充電如圖4.2.1所示典型三段式鉛酸蓄電池充電 I-V曲線圖。圖 4.3 三段式鉛酸蓄電池充電 第一階段：恒流充電模式，充電器電流保持恒定(2A)，電量快速增加，電池電壓上升很快；將電池電量迅速沖到80%，涓流階段的電壓低于恒壓值，電壓過高將使電池失水，容易

26、使電池發(fā)熱變形；電壓過低不利于電池充足電。第二階段：恒壓充電模式，當電池電壓達到過充狀態(tài)時候(14.25V)，充電器電壓保持恒定，電量繼續(xù)緩慢增加，電池電壓緩慢上升，充電電流下降; 電壓高于恒壓值，較高有利于快速充足電，但是容易使電池失水，充電后期電流下不來，結果使電池發(fā)熱變形;較低不利于電池快速充足電，有利于向涓流階段轉換。第三階段浮充充電模式，蓄電池充滿，充電電流下降到低于浮充轉換電流，充電器充電電壓下降低到浮充電壓，保持不變；轉換充電電流，較高有利于電池壽命，不容易發(fā)熱變形，但充電速度較慢；較低有利于充足電，但是由于較長時間高。4.2.3 UC3906本系統的應用蓄電池的一個充電周期按時

27、間可分為大電流快速充電狀態(tài)、過充電狀態(tài)和浮充電狀態(tài)等三種，其充電參數主要有VF、VOC、IMAX、ICOT、等。它們與R1、R2、R3、RS之間的關系可以從下面的公式反映出來： 在上面的公式中，VF、VOC與VREF成正比。VREF的溫度系數為-3.9mV/，IMAX、VOC、ICOT、VF均可獨立設置。只要輸入電源允許或功率管可以承受，IMAX的值可以盡可能地大。雖然某些廠家稱如果有過充保護電路，充電率可以達到甚至超過2C，但是電池廠商推薦的充電率范圍是C/20C/3。過充電終止電流ICOT的選擇應盡可能地使電池接近100%充電。合適值取決于VOC和在VOC時電池充電電流的衰減特性

28、。IMAX和ICOT分別由電流限制放大器和電流檢測放大器的偏置電壓和電流檢測電阻RS決定。VF、VOC的值則由內部參考電壓VREF和外部電阻R1、R2、R3組成的網絡來決定。圖4.3充電電路 本系統蓄電池的額定電壓為12V/100Ah，太陽能電池組件峰值輸出電壓17.2V，浮充電壓VF=13.8V， 過充電壓VOC=15V，最大充電電流IMAX=2A，過充終止電流ICOT=0.2A。為防止蓄電池的輸出電流流入充電器，在串聯調整管與輸出端之間串入一只二極管。于充電器始終接在蓄電池上，同時為了避免輸入電源中斷后蓄電池通過分壓電阻R3放電，設計時將R3通過電源指示晶體管(7腳)連接到地。&

29、#160;當17.2V輸入電壓加入后，串聯的功率管TIP42C導通，開始大電流恒流充電，充電電流為2A，這時充電電流保持不變，電池電壓逐漸升高。當電池電壓達到過充電壓VOC的95%(14.25V)時，電池轉入過充電狀態(tài)，此時充電電壓維持在過充電電壓，充電電流開始下降。當充電電流降到過充電終止電流(ICOT)時，UC3906的10腳輸出高電平，運放比較器輸出低電平，蓄電池自動轉入浮充狀態(tài)。同時充足電指示發(fā)光管發(fā)光，指示蓄電池已充足電。 采用這種三段式的充電方式可以延長電池的使用壽命。4.3測光電路和控制電路LED只需要在夜間或者光線不好的時候才工作，所以就需要一個測光電路檢測光線，光敏

30、電阻隨著光照越強，電阻減小，光照越弱，電阻增大。圖4.4 測光電路白天時當光照射在光明電阻上，光敏電阻阻值變小，電壓變小，運放構成的比較器的同相端V+<V- ，運放輸出低電平。當到了夜晚時，光照變弱，光敏電阻阻值，電壓都變大，運放構成的比較器的同相端V+>V- ，運放輸出高電平，當單片機檢測到運放輸出的高電平后 輸出一個信號（ON/OFF）驅動IRF4905 導通，接通負載，LED發(fā)光。圖4.5負載控制驅動控制器應選擇功耗較低的控制器，因為控制器24個小時不間斷的工作，若其自身功耗較大，則會消耗部分電能。MSP430超低功耗，工作電壓低：電源電壓范圍：1.8V至3.6V。內置10位

31、AD符合系統的低功耗和AD要求。第五章 LED驅動5.1 LED光源的特點和特性5.1.1 LED光源的優(yōu)點缺點LED是由超導發(fā)光晶體產生超高強度的光，它發(fā)出的熱量很少，不像白熾燈浪費太多熱量、不像熒光燈那樣因消耗高能量而產生有毒氣體，也不像霓虹燈那樣要求高電壓而容易損壞、LED已被全球公認為新一代的環(huán)保高科技光源。LED是半導體器件通過PN結實現電光轉化，有以下特點：1. 節(jié)能、不引起環(huán)境污染。具有電壓低，電流小，亮度高等特點。2. 新型綠色環(huán)保光源。LED為冷光源，眩光小，無輻射，使用中不發(fā)出有害物質。LED環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，而且廢棄物可回收，沒有污染，不含汞元素，屬

32、于典型的綠色照明光源。3. 壽命長。LED單管壽命為10萬小時，光源壽命在2萬小時以上，按每天工作12h，壽命也在5年以上，而普通白熾燈的壽命約為1000h，熒光燈、金屬鹵化物燈的壽命也不超過10000h。4. 光色單純、光色多。固光色単純，光色多。根據應用可以選擇白色或彩色光(紅色、黃色、藍色、綠色、黃綠色、橙紅色等)，并可根據需要制造出多色組合和循環(huán)變色的艷麗燈飾。5. 安全性高。LED光源使用低電壓驅動，發(fā)光穩(wěn)定，沒有采用50Hz交流供電的頻閃現象。6. 響應速度塊，運行成本低等優(yōu)點. .盡管LED光源具有很多優(yōu)點，但是目前也存在很多缺點。1. 功率低。目前單體LED光源功率一般在5W以

33、下，還沒有出現更大功率的LED光源，這是目前LED難以成為照明首選的最大瓶頸。2. 價格高。價格是LED難以普及為照明光源的主要因素，雖然LED目前已被大多數人認識，也被多數人看好，但其高昂的價格難以被消費者接受。圖5.1 結溫和光輸出的關系3. 如圖5.1所示，LED是一種半導體材料，需要嚴格控制溫度,與普通二極管一樣具有PN結，由于LED光源的功率相對比較大，所以與功率半導體器件相同，需要考慮散熱問題，結溫過高會直接影響LED的壽命，并且會増大LED的光衰，情況嚴重的會將LED燒壞。5.1.2恒流驅動的散熱考慮在設計中若為了提高發(fā)光效率而采取加大LED驅動電流的辦法，如對于同一只1W的LE

34、D，加大驅動電流后，可以提高其亮度，但是大電流工作時候LED的工作溫度也也會升高。一旦溫度超過LED的限溫點，就會影響LED的壽命和可靠性，這是設計恒流驅動過程中需要注意的重要問題。此外，LED照明系統的光學效率不僅取決于LED恒流驅動方案，還與整個系統的散熱設計密切相關。為縮小體積，將LED驅動電路與散熱部分貼近設計，這樣容易影響可靠性。一般來說，LED照明系統的熱源基本就是LED本身，熱源太集中會產生熱損耗，因此LED 驅動電路不能與散熱系統緊貼在一起。應采取下列散熱措施:1.LED采用鋁基板散熱。2.功率器件均勻布局。3.盡可能避免將LED驅動電路與散熱部分貼近設計，4.抑制封裝至印制電

35、路基板的熱阻抗。5.提高LED芯片的散熱順暢性以降低熱阻抗5.2恒流驅動電路5.2.1 伏安特性 如圖5.1所示，從LED的V-I曲線看，LED在正向導通后其正向電壓的細小變動將引起LED電流的很大變化，并且，環(huán)境溫度、LED老化時間等因素也將影響LED的電氣性能。因LED的光輸出直接與LED電流相關，所以在LED應用中，應控制驅動電路輸入電壓、環(huán)境溫度等因素發(fā)生變化，否則，LED的光輸出將隨輸入電壓和溫度等因素變化而變化，并且，若LED電流失控，LED長期工作在大電流下將影響LED的可靠性和壽命，甚至造成LED失效。圖 5.2伏安特性曲線綜上所述、LED是二種符合綠色照明要求的光源，所謂“綠

36、色照明”的概念就是指通過科學的照明設計、采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產品(電光源、燈用電器附件、燈具、配線材料、以及調光控制設備和控光器件)，改善提高人們工作、學習、生活的條件和質量，從而創(chuàng)造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環(huán)境并充分體現現代文明的照明。設置恒流驅動電路以適應LED電流驅動的特征，驅動電源既要具有LED所需要的恒流輸出特性，又要具有較高的變換效率，否著就會失去LED的節(jié)能優(yōu)點。5.2.2 DC/DC恒流驅動電路 恒流驅動，如圖5.2（a）所示電路中，DC/DC穩(wěn)壓器的FB是高阻輸入端，經過LED燈的電流IF為：為保持IF恒定，DC/DC穩(wěn)壓器檢測VFB，然后調

37、整LED的端電壓，使流經LED的電流保持恒定。這就是利用DC/DC穩(wěn)壓器FB反饋端實現恒壓到恒流轉換的原理。 圖 5.3 DC/DC基本電路電路恒壓驅動，如圖5.2（b）所示電路中，采用反饋電阻RFB1和RFB2，當負載電流發(fā)生變化時候，VFB也隨之變化，DC/DC穩(wěn)壓器通過檢測VFB的變化，使輸出電壓維持在一個固定的電平:5.2.1 MC34063MC34063是一種用于DCDC電源變換的集成電路，內部帶有溫度補償基準源、一個占空比周期控制振蕩器，驅動器和大電流輸出開關，能輸出1.5A的開關電流?；旧喜恍枰饨釉纯蓸嫵砷_關時升壓變壓器、降壓式變換器和電源方向器。應用比較廣泛，通用廉價易

38、購。極性反轉效率最高65%，升壓效率最高90%，降壓效率最高80%，變換效率和工作頻率濾波電容等成正比。另外，輸出功率達不到要求的時候，比如>250300MA時，可以通過外接擴功率管的方法擴大電流，雙極型或MOS型擴流管均可。MC34063特性1、輸出開關電流峰值可達1.5A（無外接三極管）；2、低靜態(tài)電流；3、短路電流限制；4、工作振蕩頻率從100HZ到100KHZ；5、輸出電壓可調；6、能在3-40V的輸入電壓下工作；圖5.4 MC34603 內部結構振蕩器通過恒流源對外接在CT 管腳(3腳)上的定時電容不斷地充電和放電以產生振蕩。充電和放電電流都是恒定的，振蕩頻率僅取決于3腳外接的

39、定時電容。與門的C 輸入端在定時電容充電時為高電平，D 輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時為高電平。當C 和D輸入端都變成高電平時觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關管導通;反之當振蕩器定時電容（3腳上）在放電期間，C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復位，使得輸出開關管處于關閉狀態(tài)。電流限制通過檢測連接在VCC（6腳）和7 腳之間安全電阻（Rsc）上的壓降來實現，當檢測到電阻上的電壓降接近超過0.3V 時，電流限制電路開始工作，這時通過CT 管腳(3腳) 對定時電容進行快速充電以減少充電時間和輸出開關管的導通時間，結果是使得輸出開關管的關閉時間延長。如圖 5.2.4所示，1W 大功率LED典型的工作電流為

40、350mA，所以IOMAX=350mA，電路工作頻率選擇10 Khz ，定時電容Ct=0.000 004*Ton=22nF。 Rsc的選擇決定了電路的輸出電流，Rsc要選擇精密電阻，以降低對電路的影響。圖 5.5驅動電路采樣電阻R2對整個系統效率有重要的影響，一般來說要求LED電流的變化范圍不超過5%10%，那么采用精度為2%的電阻，由于采樣電阻的功率較大應避免。對采樣電阻的阻值選擇較小較好，系統的工作電流為350mA,如果選擇電阻，則電阻的消耗功率為：因此采樣電阻的設計對提高LED的效率至關重要，他應該選取盡可能小的數值。第6章 測試驅動電路利用MC34063升壓恒流驅動，通過R5來控制輸出

41、電流，MC34063內有一個1.25V的參考電源，通過外接電阻R5來控制電流輸出。 圖6.1驅動測試電路圖6.1為電壓變化，負載不變，測試電路。當負載不變(10只LED)，輸入電壓變化時，負載的輸出電壓電流：表6.2輸出電壓輸入電壓(V)輸出電壓(V)輸出電流(A)功率（W）1032.40.3511.3410.532.40.3511.341132.40.3511.3411.532.40.3511.341232.40.3511.3412.532.40.3511.34如圖6.3所示，讓負載發(fā)生變化，測量其輸出電壓，電流。圖6.3負載變化當輸入電壓不變(12V)時，負載變化時，負載的輸出電壓電流：表

42、6.4負載變化輸出電壓LED數量輸出電壓(V)輸出電流(A)功率（W）1032.40.3511.34929.20.3510.22825.90.359.06722.70.357.94619.50.356.83516.20.355.43根據測試得出，本驅動電路可以在電壓變化的時讓電流穩(wěn)定在350mA，可驅動10只串聯的LED燈，功率在11W左右。參考文獻：【1】王長貴,王斯成. 太陽能光伏發(fā)電技術. 北京：化學工業(yè)出版社. 2010.【2】周志敏,紀愛華. 太陽能LED路燈設計與應用. 電子工業(yè)出版社. 2012.【3】王長貴,王斯成. 太陽能光伏發(fā)電技術. 北京：化學工業(yè)出版社. 2010.【4

43、】楊貴恒,強生澤. 張穎超. 太陽能光伏發(fā)電系統及應用. 北京：化學工業(yè)出版社，2011【5】劉宏,吳達成,揚志剛. 家用太陽能光伏電源系統. 北京：化學工業(yè)出版社. 2007【6】春鵬,張延元,周封. 太陽能光伏發(fā)電綜述.電工材料. 2006【7】周志敏,紀愛華. 現代開環(huán)電源控制電路設計及應用.北京：人民郵電出版社. 2005 附錄程序#include"my_main.h"#include"msp430g2553.h"#define uint unsignedintchar dis='0','1','2'

44、;,'3','4','5','6','7','8','9'chardisply="0.00v"#define count 64static uint datacount;unsignedlong real;unsignedint adc;unsignedchar flog=0;void show(void)disply0 = dis real /1000;disply2 = dis (real%1000)/100;disply3 = dis (real%1000)%100/10 ;voidhard_init()WDTCTL =