LED亮度調(diào)節(jié)驅(qū)動電路設(shè)計開題報告

河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告姓名 陳瑩超班級08級電氣工程及其自動化（8）班學(xué)號 0720110069題目 LED亮度調(diào)節(jié)驅(qū)動電路一、研究背景、概況及選題的意義1).背景及概況：上個世紀60年代，科技工作者利用半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光的原理，研制成了LED發(fā)光二極管。當(dāng)時研制的LED，所用的材料是GaASP，其發(fā)光顏色為紅色。經(jīng)過近30年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍等多種色光。最初LED僅用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。通常LED能直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光，但對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。經(jīng)過多年研究，人們在1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GAN芯片和YAG（釔鋁石榴石）封裝在一起做成的。芯片GAN發(fā)藍光，高溫?zé)Y(jié)制成的YAG熒光粉受此藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值達550nm。藍光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。LED基片發(fā)出的藍光部分被熒光粉吸收，另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，最終可以得到得白光?，F(xiàn)在，對于白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫在3500-10000K的各色白光。這種通過藍光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運用最多。然而照明需用的白色光LED僅在近年才快速發(fā)展起來，目前白色LED發(fā)光效率已經(jīng)突破120LM/W，是白熾燈15LM/W的8倍，是熒光燈50LM/W的2倍多。LED的光譜中沒有紫外線和紅外線成分，所以不會發(fā)熱，不產(chǎn)生有害輻射。而且LED的光通量半衰期大于5萬小時，可以正常使用20年，器件壽命一般都在10萬小時以上，是熒光燈壽命的10倍，是白熾燈的100倍，所以基本不會損壞，這種燈具具有非常好的節(jié)能長壽命特性，隨著白色LED價格的不斷降低，LED節(jié)能燈不但在節(jié)日彩燈裝飾中廣泛應(yīng)用，而且逐步延伸到路面照明、民用照明等低照度要求的領(lǐng)域，全面進入實用化，并且在環(huán)保方面廢棄物可以回收，沒有熒光燈的貢污染問題，是國家重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)項目。發(fā)展空間無限，市場價值巨大。2).意義 LED燈相對于其他光源有壽命長、發(fā)光效率提高空間大的優(yōu)勢，并且LED燈由于采用物理P-N結(jié)的冷發(fā)光原理，使得LED節(jié)能燈燈轉(zhuǎn)化效率高，發(fā)光效率從2002年的25流明/瓦提高到2007年75流明/瓦，而發(fā)光成本將從2002的200美元/千流明降低到2007年的20美元/千流明、最重要的是LED節(jié)能燈不存在汞燈污染源，被譽為綠色環(huán)保的照明能源，符合當(dāng)今世界主題。目前LED節(jié)能燈最高發(fā)光率為200流明/瓦，其壽命理論值達到10萬小時，遠遠高于其他光源產(chǎn)品。是未來世界必用主流產(chǎn)品。目前世界各國都在政府的大力資助下加快推進LED節(jié)能燈取代傳統(tǒng)照明燈的步伐、日本、美國、歐盟、韓國、中國臺灣和中國政府都制定了相應(yīng)的發(fā)展計劃。中國為節(jié)約能源、實現(xiàn)經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展，于2007年6月3日制定《節(jié)能減排綜合性工作方案》半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)順應(yīng)了節(jié)能減排的宏觀政策。從2005年開始科技部批準了大連、廈門、上海、南昌、深圳等五個半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地，之后在2007年和2008年相繼批準石家莊、揚州等兩個半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地，在政策、稅收和資金上給予長期支持。LED節(jié)能燈在2007年開始滲透進入白熾燈照明市場、預(yù)計在2012年進入熒光燈照明市場，從而大量取代白熾燈和熒光燈。但目前LED路燈市場中，應(yīng)用LED燈的比例很少，存在很大的替代空間，目前路燈在全球未來景觀照明和通用照明的LED市場增長速度最快，預(yù)計景觀照明LED市場份額將從03年的2%增加到08年的8%。04年通用照明LED的銷售額是9400萬美元，到2010年將增長到8.75億美元，年增長率將達52.3%，屆時LED節(jié)能燈將在全球120億美元至140億美元的照明市場占據(jù)重要的位置。二、選題的目的及意義在做畢設(shè)之前，通過查詢各種材料，對畢設(shè)題目有了初步的認識。我所要做的是LED調(diào)光，大體來說LED的發(fā)光強度是由LED的驅(qū)動電流決定的。驅(qū)動電流的大小和波動都與LED的發(fā)光強度有關(guān)系。LED燈作為被控對象燈的亮度和控制系統(tǒng)亮度與正向流過它的電流成正比，這樣就可以來通過調(diào)節(jié)它的正向電流來調(diào)節(jié)亮度。調(diào)節(jié)工作電流的方式調(diào)節(jié)的范圍大、線性度好、但是功耗很大，經(jīng)常調(diào)節(jié)電流會使LED大壽命大幅縮減。由于工作電流調(diào)節(jié)LED的方法并不常用，所以要通過調(diào)節(jié)PMW的占空比來調(diào)節(jié)LED的點亮?xí)r間，顯然亮的時間越長看上去亮度就越大，這樣調(diào)節(jié)開關(guān)的頻率超出人一般能察覺的范圍，就給人一種總亮的假象。通過單片機編程來調(diào)節(jié)PWM的占空比，在給入驅(qū)動芯片來調(diào)節(jié)LED的亮度。三、課題的基本內(nèi)容對于LED調(diào)光主要分成：工作電流調(diào)節(jié)和脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)，對于工作電流調(diào)節(jié)。我選用MAX1916芯片來驅(qū)動LED燈。Maxim公司生產(chǎn)的MAX1916是一種提供偏置電源的專用LED驅(qū)動芯片!采用六管腳薄型SOT23封裝，尺寸小，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)LED設(shè)計中的鎮(zhèn)流電阻。MAX1916利用1個電阻設(shè)置3只LED的偏置電流，匹配度可達0.3%，它具有出色的LED偏置匹配度，電源電壓變化時偏置變化小、壓差低，轉(zhuǎn)換效率高。VCC為電源電壓：2.5~5.5V%，VCTRL為控制電壓，EN為使能端!當(dāng)控制端輸入電壓大于2.5V時，器件工作，輸出電流驅(qū)動LED燃亮；當(dāng)輸入電壓小于2.2V時，LED1、LED2、LED3端呈現(xiàn)高阻抗，不能燃亮。SET是偏置電流輸入端!它與3只LED輸出電流的關(guān)系為ILED=230xISET，而ISET=(VCTRL-VSET)/RSET，其中VSET=1.215V,即ILED=230(VCTRL-1.215)/RSET可以看出LED輸出電流和控制電壓VCTRL及RSET相關(guān)，也就是說如果VCTRL和RSET值改變，則LED亮度也隨之改變。如果需要改變LED亮度，我們可以通過改變VCTRL或RSET的辦法進行，前者可采用單片機輸出數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換來控制VCTRL電壓，相對較復(fù)雜，而后者則穩(wěn)定性能不佳。我們設(shè)計了一種通過改變EN端脈寬的方式來調(diào)節(jié)LED亮度。方案一、我們采用單片機來調(diào)節(jié)EN端的脈沖方式。通過對單片機編程來調(diào)節(jié)PWM的占空比，用旋鈕來輸入給定值，從而來調(diào)節(jié)等的亮度。方案二：電阻R1、R2與運算放大器UA組成滯回比較器，電阻R與電容C組成的RC電路構(gòu)成充放電回路，起反饋與延遲作用，電位器RA和二極管VD1、VD2的作用是將電容充電和放電的回路分開，并調(diào)節(jié)充電和放電兩個時間常數(shù)的比例。如將電位器滑動端向下移動，則充電時間常數(shù)減小，放電時間常數(shù)增大，如將電位器滑動端向上移動，則放電時間常數(shù)減小，充電時間常數(shù)增大。輸出電路的振蕩周期T為：T=（2R+RA）*C*ln(1+2R1/R2)矩形波的占空比為：D=R+RA2/2R+RA可以看出，調(diào)節(jié)變阻器RA2的阻值就可以改變輸出矩形波的占空比，而總的輸出周期不變。電路中矩形波占空比變大，則LED變亮，反之則變暗。進而在設(shè)計中輸出電路中的振蕩頻率不能太低，否則我們的的眼睛會感覺到閃爍，本電路中我們設(shè)定在振蕩頻率為100Hz以上。通過對這兩種方案的初步認識我決定用單片機來控制輸出的PWM信號,這樣既方便調(diào)節(jié),實現(xiàn)起來也比較容易.四、預(yù)期達到的目標(biāo)設(shè)計一個LED的亮度調(diào)節(jié)電路來實現(xiàn)一組LED燈的線性、平滑的光照調(diào)節(jié)，并有簡單的人機交互。最后調(diào)試成功五、參考文獻楊珂《白光LED的驅(qū)動電路和發(fā)展》