大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽-LED照明用不間斷恒流電源

大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽（J題）《LED照明用不間斷恒流電源》（高職高專(zhuān)組）參賽學(xué)生：指導(dǎo)老師：學(xué)校：院系：時(shí)間：

目錄摘要02方案設(shè)計(jì)與論證031、主控電路032、顯示電路03二、電路與程序設(shè)計(jì)031、電路總體框圖032、單元電路的設(shè)計(jì)03三、分析與計(jì)算及改進(jìn)041、整流濾波后電壓的大小042、提高效率的方法05四、測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果051、測(cè)試儀器及設(shè)備052、測(cè)試結(jié)果分析05五、結(jié)論06六、參考文獻(xiàn)06附錄071、MSP430F149最小系統(tǒng)原理圖072、電路總體框圖073、降壓電路原理圖084、升壓電路原理圖085、LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖086、備用電源欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)框圖097、自動(dòng)調(diào)光電路設(shè)計(jì)框圖098、EMI抑制電路設(shè)計(jì)09升壓電路（該原理圖見(jiàn)附錄）采用升壓芯片XL6009進(jìn)行升壓，當(dāng)主電源斷電后，備用電源（3V-4.2V）經(jīng)過(guò)升壓電路升壓后，輸出電壓為8V，輸出電流最大1A。2.3LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)該電路（原理圖見(jiàn)附錄）采用大功率CMOS管IRF840進(jìn)行設(shè)計(jì)，將RP1調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢?，通過(guò)調(diào)整電位器RP2能使IRF840漏極電流在300Ma~500mA內(nèi)恒流輸出。2.4備用電源欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)該電路利用單片機(jī)對(duì)備用電源電壓進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣值低于3V時(shí)單片機(jī)動(dòng)作控制繼電器斷開(kāi)，使備用電源與升壓電路斷開(kāi)，用以保護(hù)蓄電池。2.5短路保護(hù)電路在220v輸出電路中加有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲來(lái)保護(hù)電路，當(dāng)后級(jí)電路中發(fā)生短路情況后，保險(xiǎn)絲會(huì)自動(dòng)切斷電路，當(dāng)電路正常后，保險(xiǎn)絲會(huì)自動(dòng)恢復(fù)暢通，正常工作。2.6自動(dòng)調(diào)光電路設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)光電路采用光敏電阻作為感光元件，利用光敏電阻的采取的感光強(qiáng)弱來(lái)轉(zhuǎn)換成高低電平信號(hào)，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1251U將電壓信號(hào)采回到單片機(jī)，當(dāng)光照強(qiáng)度較高時(shí)，單片機(jī)控制設(shè)置的負(fù)載電流為500mA,讓LED亮度可隨環(huán)境光線增強(qiáng)而自動(dòng)降低。2.7開(kāi)機(jī)沖擊電流開(kāi)機(jī)沖擊電流采用熱敏電阻串聯(lián)在電源輸入端，溫度較低時(shí)電阻很大，隨著電阻發(fā)熱溫度升高，電阻逐漸變小，達(dá)到抑制開(kāi)關(guān)沖擊電流過(guò)大的目的。2.8EMI抑制電路設(shè)計(jì)本電路是利用電感和電容的特性，使頻率為50Hz左右的交流電可以順利通過(guò)濾波器，但高于50Hz以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除，這就使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻諧波被濾掉而不會(huì)污染電網(wǎng)。三、分析與計(jì)算及改進(jìn)1、整流濾波后電壓的大小用20V的交流變壓器將220V市電變壓并整流后直流電壓為U,經(jīng)濾波后的電壓為U1，則：U1=U*1.2=24V考慮在全波整理信號(hào)濾波之前加入校正電路，可以有效的改善整流濾波后交流電的紋波，可以提高濾波后的電壓值，進(jìn)而改善電路的功率因數(shù)。2、提高效率的方法在設(shè)計(jì)電路中選擇合適的開(kāi)關(guān)器、變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率器件，以及供電輸入端和負(fù)載端，盡可能使用最少的元器件，降低開(kāi)關(guān)頻率;控制電路盡可能使用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)等都可以有效地提高系統(tǒng)的效率。測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果1、測(cè)試儀器及設(shè)備(1)工頻變壓器(2)RigolDM3052臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表(3)RigolDP1116A可編程線性直流電源(4)DT9205A數(shù)字萬(wàn)用表(5)RigolDS1302CA高性能數(shù)字示波器2、測(cè)試結(jié)果分析在輸入電壓220v、50HZ電壓變化范圍+15%~20%條件下，變壓器次級(jí)輸出的20V交流電經(jīng)過(guò)整流橋、濾波后通過(guò)DC-DC電路降壓到8V，最大電流為1A。測(cè)試結(jié)果分析如下表：測(cè)試次數(shù)輸入電壓（v）輸出電壓（v）輸出電流（A）1 1767.980.9821867.980.9831967.990.9942067.990.9952168.01.062268.01.072368.01.082468.011.0192538.011.01當(dāng)主電源斷電后，備用電源（3V-4.2V）經(jīng)過(guò)升壓電路升壓后，輸出電壓為8V，輸出電流最大1A。從下表兩次測(cè)試結(jié)果可以得出：當(dāng)電池電壓低于3V時(shí)升壓電路關(guān)斷，輸出為0V，靜態(tài)電流在20uA到50uA之間。A、當(dāng)升壓電路輸入電壓在3V~4.2V內(nèi)測(cè)試數(shù)據(jù)下：測(cè)試次數(shù)輸入電壓（v）輸出電壓（v）輸出電流（A）13.07.980.9823.17.980.9833.27.980.9843.37.990.9953.47.990.9963.57.990.9973.68.01.083.78.01.093.88.01.0103.98.01.0114.08.01.0124.18.01.0134.28.01.01B、當(dāng)輸入電壓小于3V時(shí)，測(cè)試結(jié)果如下：測(cè)試次數(shù)輸入電壓（v）輸出電壓（v）靜態(tài)電流（ua）12.00.0022.10.0032.20.0042.30.0152.40.0262.50.0272.60.0382.70.01592.80.015102.90.016五、結(jié)論本系統(tǒng)利用MSP430F149單片機(jī)控制，結(jié)合數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換、液晶顯示等外圍電路，經(jīng)過(guò)我們四天三夜的設(shè)計(jì)與制作，完成了題目的基本要求與發(fā)揮要求，并在此基礎(chǔ)上加入了我們自己的想法。在制作過(guò)程中我們遇到了一些困難，曾一度陷入困境，但通過(guò)團(tuán)隊(duì)的共同努力，從各個(gè)方面仔細(xì)分析，多角度思考，終于解決了所有問(wèn)題，圓滿的完成了作品，提高了我們分析及解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也深刻的體會(huì)到了共同協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神的重要性，使我們獲益匪淺。六、參考文獻(xiàn)【1】秦增煌.電工學(xué)模電部分（第七版）.北京.高等教育出版社，2009年【2】譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第四版）.北京.清華大學(xué)出版社，2010.【3】黃根春等編著.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽教程——基于TI器件設(shè)計(jì)方法.北京.電子工業(yè)出版社,2011年【4】胡大可.,MSP430系列超低功耗16位單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社，2001年附錄：1、MSP430F149最小系統(tǒng)原理圖圖12、電路總體框圖功率功率因數(shù)控制電路抑制電路AC220v50Hz變壓器保護(hù)電路降壓電路LED開(kāi)關(guān)控制控制電流檢測(cè)電壓檢測(cè)電流檢光電路DACADCMSP430F149單片機(jī)備用電源升壓電路LED驅(qū)動(dòng)電源LED開(kāi)關(guān)控制控制電流檢測(cè)電壓檢測(cè)電流檢光電路DACADCMSP430F149單片機(jī)備用電源升壓電路LED驅(qū)動(dòng)電源圖23、降壓電路原理圖圖34、升壓電路原理圖 圖45、LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖圖56、備用電源欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)框圖備用電源備用電源升壓電路