大功率LED燈驅(qū)動電源開題報告

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 開題報告論文題目大功率LED燈驅(qū)動電源一、 選題背景和意義近幾年，隨著全球能源危機(jī)日益嚴(yán)重、氣候環(huán)境不斷惡化，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為全球不可忽視的焦點(diǎn)問題之一。在這樣的背景下，LED 以其所具有的高光效、低功耗、壽命長等優(yōu)點(diǎn)的“綠色照明”飛速發(fā)展，并成為既白熾燈、鈉燈和熒光燈之后的第四代照明系統(tǒng)1。各國政府也相繼推出適合本國的LED發(fā)展計(jì)劃，1998年，日本執(zhí)行的“21 世紀(jì)照明計(jì)劃正式啟動”，預(yù)計(jì)投資 60 億日元； 2000 年 7 月歐盟宣布啟動“彩虹計(jì)劃”以推廣白光發(fā)光二極管的應(yīng)用；美國能源部于2000 年開始啟動國家半導(dǎo)體照明研究計(jì)劃，即“下一代照明計(jì)劃 , 并

2、與光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會和國家電子制造廠商共同制定了美國2020 年前的通用照明用半導(dǎo)體SSL-LED 技術(shù)發(fā)展規(guī)劃；2014 年 9 月韓國推出名“OLED照明產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)項(xiàng)目”，投資220 億韓元發(fā)展LED 照明；順應(yīng)發(fā)展潮流，2003 年我國科技部開始實(shí)行“國家半導(dǎo)體照明工程” 并將其在2006 年列入國家863 計(jì)劃重大項(xiàng)目，隨后又在制定的 “十二五”規(guī)劃中規(guī)定了LED 的發(fā)展指標(biāo)，其中包括實(shí)現(xiàn)LED照明產(chǎn)品在通用照明市場的份額達(dá)到30%，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電1000 億度，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3500 萬噸等 2。 TOC o 1-5 h z LED作為新興光源，具有以下優(yōu)點(diǎn)3：一是發(fā)光效率高：白熾燈和鹵

3、鎢燈的發(fā)光效率為12 24 流明 / 瓦； 熒光燈和HID燈的發(fā)光效率為50 120流明 /瓦，而LED燈預(yù)計(jì)可以達(dá)到250 流明 /瓦，目前的發(fā)光效率為110 流明 / 瓦，已經(jīng)成功應(yīng)用與實(shí)踐中。二是節(jié)能效果好：原來使用60 瓦白熾燈的房間，使用節(jié)能燈只需要13 瓦，而LED燈比節(jié)能燈更加節(jié)能，約為節(jié)能燈的3/4。三是使用壽命長：普通白熾燈的壽命約為1000h；節(jié)能燈的壽命比白熾燈長，約為6000h，但是節(jié)能燈每開關(guān)一次，燈的使用壽命大約會降低3 小時左右；LED燈的壽命能達(dá)到100000h，并且即使是頻繁開關(guān)也不會影響它的使用壽命。四是環(huán)保：LED 是全固體發(fā)光體、耐沖擊不易破碎、廢棄物可

4、回收而且沒有污染，能減少大量二氧化硫及氮化物等有害氣體以及二氧化碳等溫室氣體的產(chǎn)生，改善了人們生活居住的環(huán)境，可稱為“綠色照明光源”。在 LED大放異彩的同時，LED驅(qū)動電源則是LED產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的保障，LED驅(qū)動電源的壽命、可靠性直接制約了LED產(chǎn)品的壽命。因此在LED產(chǎn)業(yè)鏈不斷整合完善的今天， LED 驅(qū)動電源的成熟與發(fā)展發(fā)揮著重大的決定性作用4 。據(jù)預(yù)測，全球LED驅(qū)動電源市場規(guī)模將由2013年的 29.48 億美元增長到2018年的 117.07 億美元。因此研究一個與LED相匹配的高效、環(huán)保、壽命長的驅(qū)動電源是十分有必要的，這也是選題的背景與意義所在。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)（一）

5、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外的科研人員對LED驅(qū)動電源進(jìn)行了大量的研究，主要的成果有三代驅(qū)動電源 5,6 ： 第一代LED驅(qū)動電源主要采用完全分開的獨(dú)立設(shè)計(jì)，系統(tǒng)效率較低，通常在8488左右，并且成本高、壽命短、可靠性低；第二代LED驅(qū)動電源采用恒壓源和恒流源模塊集中設(shè)計(jì)，系統(tǒng)效率明顯提高，達(dá)到8891左右，壽命和可靠性大幅度提高，成本明顯下降; 第三代LED驅(qū)動電源，電能轉(zhuǎn)換分兩級完成，新的主電路拓?fù)浼有碌目刂品桨?，系統(tǒng)效率進(jìn)一步大幅度提高，達(dá)到9496，驅(qū)動器耗能比第二代產(chǎn)品再下降3050，壽命和可靠性進(jìn)一步大幅度提高，成本大幅度下降。中國的LED產(chǎn)業(yè)開始于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過了40余年的發(fā)展，我國

6、已經(jīng)初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應(yīng)用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈7 。就 LED產(chǎn)業(yè)化而言，中國大大落后于國外。目前全球LED照明產(chǎn)品的市場主要被飛利浦、 歐司朗等照明大公司占據(jù)，它們具有品牌、技術(shù)、 渠道、 規(guī)模等諸多優(yōu)勢。雖然隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)LED照明產(chǎn)業(yè)所占比重不斷增大，但是與國際大公司仍有著比較大的差距。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年中國最大LED照明業(yè)務(wù)營收僅有10多億元，2014年也僅有20億左右，而2013年飛利浦LED營收額達(dá)242億元，2014年 LED照明營收額達(dá)300億元8 。（二）發(fā)展動態(tài)2016 年 10 月白熾燈將完全退

7、出市場9 ，這將會促使LED更快發(fā)展。隨著節(jié)能環(huán)保更加深入，LED照明將迎來更廣闊的前景。LED驅(qū)動電源將朝著高功率因數(shù)、小體積、長壽命、高可靠性的趨勢發(fā)展。其中提高功率因數(shù)與減小體積是研究與發(fā)展的熱點(diǎn)。三、研究的內(nèi)容及可行性分析（ 一） 研究的主要內(nèi)容LED因其高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點(diǎn)已經(jīng)被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，包括通訊、電子、汽車、信號燈等。大功率LED是低電壓大電流的器件，單顆燈珠功率在0.5W以上，本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一款大功率LED燈驅(qū)動電源。要求輸出功率不小于5W，效率大于80%。（二）可行性分析圖 1 為大功率LED驅(qū)動電源的電路框圖，采用主控芯片用于驅(qū)動LED燈。圖 1 大功率

8、LED 驅(qū)動電源電路框圖主控芯片的選擇目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的LED驅(qū)動電源芯片種類繁多，性能各異10BP3122芯片的主要特點(diǎn)是：（ 1）原邊反饋恒流控制，無需次級反饋電路（ 2）無需變壓器輔助繞組檢測和供電（ 3）芯片超低工作電流（ 4）寬輸入電壓（ 5）5% LED 輸出電流精度（ 6） LED 短路 /開路保護(hù)、CS 電阻短路保護(hù)、芯片供電欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)等多種保護(hù)功能BP3122芯片符號見圖2，引腳功能見表1圖 2 BP3122符號表 1 BP3122引腳功能CL1503S芯片的主要特點(diǎn)是：（ 1）寬輸入電壓（ 2）5%LE輸出電流精度D（ 3）芯片超低工作電流（ 4）電感電流臨界連續(xù)模

9、式（TM）無輔助繞組優(yōu)異的線電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率LED 開 /短路保護(hù)、電流采樣電阻短路保護(hù)欠壓鎖定(UVLO)過溫調(diào)節(jié)功能CL1503S芯片符號見圖 3，引腳功能見表2。圖 3 CL1503S符號表 2 CL1503S引腳功能SD6900芯片的主要特點(diǎn)是：非隔離電路結(jié)構(gòu)，支持全電壓輸入。有源功率因素校正功能。較高的電源轉(zhuǎn)換效率。超低的 IC啟動電流，系統(tǒng)啟動快速。芯片內(nèi)有VCC過壓欠壓保護(hù)、輸出短路開路保護(hù)和內(nèi)置過溫保護(hù)等多SD6900芯片符號見圖4，引腳功能見表3。圖 4 SD6900符號表 3 SD6900引腳功能電源其他功能模塊電源輸入管理模塊電源輸入管理模塊要實(shí)現(xiàn)過溫保護(hù)、短路保護(hù)

10、和抗高頻干擾，為電路提供一個較為穩(wěn)定、安全的輸入。電源輸入管理模塊可以由熔斷器、負(fù)溫?zé)崦綦娮枰约半娙萁M成。當(dāng)流過熔斷器的電流大于1A時，熔斷絲自動斷開，可以有效防止電路發(fā)生短路給驅(qū)動電源帶來的損害。電容則可以抵抗高頻干擾，避免高頻干擾對元器件造成損害。濾波模塊濾波模塊可以由電感組成，主要起EMI濾波作用。EMI濾波器對電磁兼容及抑制電磁干擾起著重要的作用11，可以有效抑制電磁波對外的輻射，大大降低了驅(qū)動電源對外造成的電磁輻射污染。電磁輻射會對其他電器設(shè)備和人體造成干擾或不良影響，因此抑制電磁輻射可以提高驅(qū)動電源的“和諧性”，減緩生活中的電磁輻射污染。整流模塊整流模塊一般由4個快恢復(fù)整流二極管組

11、成。整流模塊就是充分利用這4個快恢復(fù)整流二極管的單向?qū)щ姷奶匦?，將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電?？旎謴?fù)整流二極管充分利用了肖特基二極管多數(shù)載流子導(dǎo)電的特性，因而具備正、反向恢復(fù)時間都短的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)高頻高效整流。4） LED燈珠模塊LED燈珠模塊有LED串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)結(jié)合3種方式。LED燈珠模塊的電路板應(yīng)與驅(qū)動電源電路板分離，避免LED燈珠發(fā)熱影響驅(qū)動電源的正常工作和轉(zhuǎn)化效率。提高LED驅(qū)動電源效率的方法選擇高效率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這個是方案選型的開始，例如PW和M QR PFM，能選用軟開關(guān)的盡量選用軟開關(guān)拓?fù)洌ㄜ涢_關(guān)損耗?。?。（ 2）合理選用開關(guān)器件。成本和性能的平衡。（ 3）優(yōu)化變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)

12、，減少振鈴帶來的渦流損耗。（ 4）選擇好的電解電容（ 5）主電流回路PCB盡量短。（ 6）輸入EMI部分優(yōu)化設(shè)計(jì)（ 7）啟動部分功耗設(shè)計(jì)（ 8）芯片輔助供電優(yōu)化（ 9）優(yōu)化SNUBBE電路參數(shù)，盡量使損耗最小。 R四、論文擬解決的關(guān)鍵問題及難點(diǎn)LED是一個電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ娖骷?，由于這個特點(diǎn)，就要用直流電流或者單向脈沖電流給LED供電。由于LED性能參數(shù)的離散性，其正向壓降變化范圍比較大（最大可達(dá)1V以上） 。采用恒壓源驅(qū)動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。同時LED的 PN結(jié)的溫度系數(shù)為負(fù)，溫度升高時LED的正向壓降降低，隨著LED工作溫度的升高，電流會越

13、來越大，以至損壞LED。由于這個特點(diǎn)，所以LED不能直接用電壓源供電，必須采用恒流源供電。LED的發(fā)光強(qiáng)度與LED的正向電流具有非線性關(guān)系，LED的發(fā)光強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨著流過LED的電流增加而增加，繼續(xù)增大正向電流，LED發(fā)光強(qiáng)度增加幅度降低甚至飽和，因此，應(yīng)該使LED在一個發(fā)光效率比較高的電流值下工作。采用適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)大功率LED燈驅(qū)動電路，克服因?yàn)殡妷翰环€(wěn)所引起的發(fā)光強(qiáng)度的變化，達(dá)到基本的設(shè)計(jì)要求。五、研究方法（一）文獻(xiàn)研究法文獻(xiàn)研究法是根據(jù)一定的研究目的或課題，通過調(diào)查文獻(xiàn)來獲得資料，從而全面地、正確地了解掌握所要研究問題的一種方法。文獻(xiàn)研究法已經(jīng)被廣泛用于各種學(xué)科研究中。首先運(yùn)用文

14、獻(xiàn)研究法了解有關(guān)大功率LED燈驅(qū)動電源的歷史和現(xiàn)狀，幫助確定研究課題；形成關(guān)于研究對象LED驅(qū)動電源的一般印象，有助于觀察和訪問；得到現(xiàn)實(shí)資料的比較資料，了解事物的全貌。（二）行動研究法行動研究法就是用科學(xué)的理論、方法、技術(shù)去審視、指導(dǎo)教育教學(xué)實(shí)踐，將教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)上升到理論的高度。通過在實(shí)踐活動的進(jìn)程中發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案、評價或有新的發(fā)現(xiàn)、再計(jì)劃、再實(shí)施、再評價或發(fā)現(xiàn), 的方式不斷進(jìn)行。六、論文的進(jìn)度安排2016 年 7 月 1 日 -2016 年 9 月 10 日：畢業(yè)設(shè)計(jì)初期，查閱課題相關(guān)資料，對課題設(shè)計(jì)內(nèi)容有一個初步了解，并完成文獻(xiàn)綜述、開題報告，待學(xué)校抽查。2016

15、年 11 月 1 日 -2016 年 12 月 30 日：畢業(yè)設(shè)計(jì)初步設(shè)想及草案，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，熟悉過程，建立模型，完成一篇相關(guān)文獻(xiàn)翻譯。2017 年 3 月 1 日 -2017 年 4 月 30 日：查閱相關(guān)原理及應(yīng)用，了解智能儀器、電力電子技術(shù)等相關(guān)書籍，完成對系統(tǒng)軟件部分，并進(jìn)行修正，給出仿真結(jié)果，再進(jìn)行硬件部分。即畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查，設(shè)計(jì)基本完成。2017 年 5 月 1 日 -2017 年 5 月 10 日：分析總結(jié)控制性能指標(biāo)及規(guī)律，對畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)整、修改、完善。即等待答辯。如需要論文和實(shí)物請瀏覽器訪問 HYPERLINK /item.htm?id=525424802980 /item

16、.htm?id=525424802980七、主要參考文獻(xiàn)李軍偉 .LED 的驅(qū)動電路研究D. 遼寧 : 大連理工大學(xué),2007 : 56.范俊杰 , 寧凡 .LED 驅(qū)動電源的現(xiàn)狀與展望J. 中國科技信息, 2009(15): 137-139.王慧鋒 . 基于DSP的大功率LED控制關(guān)鍵技術(shù)研究D 廣東：廣東工業(yè)大學(xué)，2013:2-3.林方盛，蔣曉波，江磊，劉木清. LED 驅(qū)動電源綜述N. 照明工程學(xué)報,2012(S1).ON Semiconductor Creating Solid State Lighting Drive Solutions that are Smarterand More Cost-EffectiveC International LED Innovation Forum ， 2013Athalye PHarris M ， Negley G A two stage LED driver for high performance high voltage LED fixturesC 27th Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition ， 2012： 2385 2391佚名 . LED 驅(qū)動電源的行業(yè)發(fā)展分析J. 中國路燈, 2013(1)