高亮度LED驱动电路的设计与制作毕业论文.docx
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1、私立华联学院业论文(设计)13_届大专)题S:系别:专业:姓名:指导教师:完成日期:高亮度LED驱动电路的设计与制作机电工程系LED灯以寿命长、可黑耐用、抗震性好、高效低耗、点亮速度快、体积小、环保节能等优点得到广泛的应用。本文概述了 LED的工作原理、LED的国内外现状,以及对LED的驱动方式:阻容降压式驱动、开关电源式、恒流、恒压式开关 驱动进行了比较讨论,本产品基于MT7920芯片的驱动电路,MT7920低能耗,A 功率因子(PFC),高精度离线式LED驱动芯片。具有过流保护功能,提供系统的LED驱动电路,它具有高集成度、高性价比、最简外圉电路、最佳性能指标、能构成高效率电源等特点,得到
2、了广泛的应用。关键词J驱动;低能耗;高效率;开关电源AbstractLED lights with long life、 reliability and durability、 resistance to shock、 high-lowlight speed、small size、 light weight and so widely usedo This article provides an overview of the status of the working principle of the LED. theLED at home and abroad. As well as LE
3、D driver: RC buck driver, switching power supply type, constant current, constant pressure switch driver comparative discussion of. This product is based on the MT7920 chip driver circuit, MT7920 low power.high power factor (PFC), high-precision offline LED driver chip。Over-current protectioiir prov
4、ide system reliabilityoLED driver circuit, it has a highly integrated cost-effective, the most simple external circuit, the best perfonnance can constitute a high-efficiency powersup plies, etc.Has been widely used。Keyword&D riveXower Energy; High Efficiency; Switch Power Supplyin1引言2概述2. 1 LED_L作原理
5、2.2 LED照明技术的运用2.2. 1国内外发展现状.3 LED的驱动方式比较3.1阻容降压式驱动3.2开关电源式驱动3. 2.1.开关武稳压电源的基本匸作原理3. 2.2.开关式稳压电源的电路3. 2. 3开关电源的分类3.3 LED的恒定电流源驱动45556884 LED驱动电路4.1驱动方案设汁4. 2控制芯片选择5驱动电路总体设讣5. 1电路设讣5. L1输入电路设讣5. L2控制电路设讣5.1.3保护电路的设汁6电路的元器件选取与参数讣算6.1电路参数的相关计算公式6. 2 MT7920芯片的应用及工作原理6. 2. 1 MT7920的引脚功能及引脚图7制作与调试7. 1 LED驱
6、动电路的制作7. 1. 1 PCB图的制作7. 1.2 PCB的制造丄艺7.2 LED驱动电路的调试7. 2. 17. 2.27. 2.37. 2.41010II13131314141616161618输出纹波转换效率电拆调整率测试负载调整率测试18181819192020203.4 LED的恒定电圧源驱动218总结23参考文献1引言随着社会的进步及芯片技术的发展,人们越来越离不开LED灯。自09年以 来,LED市场的需求以迅猛的上升势头进入了很多LED领域的公司,而且成绩 优异。有些厂家的签约金额增长势头优异,有的其至较去年儿乎翻了一番。与往 年相比较,很多市场早已萌动,大项日多,千万元以上
7、的项U就有十儿个。在沉 寂了近十年后,LED作为新兴传媒,再次受到媒体界的青睐另一个特点就是 在商业广告方面的应用逐渐增多,企业投入也明显增加,紧接着的是,LED出 口形势也非常喜人。去年,在广东举办了光博会,这次展会上,是全年来LED 产业的大比拼。LED交通信号灯,LED生产设备、测试设备,LED大屏,LED 照明等琳琅满U,中国内地因其低廉的劳动力成本、广阔的市场、良好的投资环 境,国外的投资商业越来越喜欢在中国办厂,中国也逐渐成为世界最大的LED 制造中心,同时也说明我国LED产业正在迅速发展。可以说,如果我们釆取正确的对策,抓住机遇,仔细认真研究市场的需求与 供给,就可以使我国LED
8、产业迎来一个新巅峰。2. 1 LED工作原理LED主要结构是山电极、PN结芯片、光学系统、等构成的,它能把电能转化成光能的部件,主要的过程也是光电转化的过程,在一个PX结两端施加正向偏 圧的话,此时PN结势垒降低,N极的电子向P极转移,P极的电子也向极方向 转移,在PN结结构中,非平衡的空穴会与带电的电子复合并注入,其余的能量会以光的形式向外辐射开来,光子的能量会以空穴与电子能量差异越来越高,此时的波长和光频率也有所区别,颜色也各异,这些原因都是因为P区域的非平衡电荷而产生的,不稳定流子。图2-1 LED的工作原理和普通灯泡作为比较,LED特点是十分明显的。第一,它的灯丝是烧不尽的, 所以寿命
9、相对来说较长;第二,灯泡的小使得LED更加耐用。最后,LED的小也 有利于装进现代的电路中。LED的高效率是它的一大特点。普通灯泡在工作的过程中会散发出大量的热量,这是因为灯线需要加热。但是这些多余的热能是非常浪费的,要么把这热能 作为加热器使用,很多部分的热能是肉眼不可见的。所以说,LED把电能直接用 来发光,它产生热量很少匕:。2.2 LED照明技术的运用2.2. 1国内外发展现状LED灯作为高效率的典型绿色光源,有着丰富的市场前景。U前,LED产业已形成亚欧美三足鼎立的场面,在亚洲尤其突出的是中国、中国台湾、日本等国 家和地区,近日LED产业也被列为国家重点振兴的产业,所以市场前景巨大。
10、据 电子有关部门数据统计,国内LED市场将保持20%以上的增幅。专门做市场调研的主管斯蒂尔对高亮度发光二极管做了一次详细的调査,手 机、电脑等电子产品的迅猛增加,高亮度LED在电子产品收入大概为22亿美元, 比03年时增加了 7%,在汽车等信号领域上也多达14%,而大多数高亮度LED来 自中国台湾和中国制造的。此前,建议那些制造发光二极管的厂商其中在其他领域,比如楼房的景观灯、 夜市的景观灯以及汽车领域上的照明领域等。中国科技部门也表示将LED纳入国 家重点的高新技术,在之前的北京奥运会上,上海世博会上,以及广东的亚运会 上使用了非常广泛的高亮度发光二极管。新兴市场的不断扩展,使得产业规模不断
11、增加。推进LED照明的进程也不断 加快,LED已从成熟的市场领域转向新兴的市场,使得传统照明巨头主动出击, 加快市场模式,大力推广LED市场的发展。中央也批准建立了大连、南吕、上海、厦门四个半导体LED照明基地。随后 乂让深圳成为国家第五个照明基地,那边分布企业多达400多家X现全国LED各类企业大约4000多家,从而推进了就业人数的增加,市场规 模也大于1000亿人民币。尽管LED在农业方面还处于初级阶段,但很多国家依然看好这块市场,U前LED主要方向畜牧业的照明、植物的生长、诱捕灯等。我国是个农业大国,这是不言而喻的,所以发展农业技术的重要性也是不言而喻的。国内很多企业和高校也对LED这方
12、面的技术十分重视,都分分成立了自己的 工作室,在宇波国内较有基础的就有宇波升谱光电企业,中国台湾封装技术的强 大也使得它成为全球最大的LED生产基地。政府鼓励众多企业研发自己的技术, 尽快推动照明技术的发展。3 LED的驱动方式比较3.1阻容降压式驱动在考虑到体积和成本等问题时,电压式降压电源是最简单的方法之一,我们 将交流市电转化成低压直流最普遍的方法是用变圧器降压后然后整流滤波。电容降压电路的最大优点是电路简单、方便,安全性和稳定性差,效率低下 是它的最大缺点,而且还是非隔离式的,它的工作原理就是在一定的交流频率下 电容产生容抗使工作电路受到限制。阻降压式简易的电源基本电路如图3-1, D
13、3为稳压二极管,R1为没有通电后给C1电荷释放电阻,C1是电容,D2为二极管,D1在一定时间后给C1提供回 路进行放电,其实在实际电路的运用中常常采用的是图3-2的电路。当需要负载 较大的电流时,也可采用图3-3所示的桥式整流电路。R1a* TOCiHHDID2 tf- ooeec- 忡)II图3-1电容降压电路R1ZOi罕歸3CIOO&OC 丄C223h-TOOC2BRq图3-2实际电路R1图3-3桥式整流电路3. 2开关电源式驱动3. 2.1、开关式稳压电源的基本工作原理调宽式和调频式是开关稳压电源的两种控制方式,在运用的过程中,我们常 常使用调宽式,调宽式开关稳压电源图3-4。图3-4调
14、宽式开关稳压电源的基本原理矩形脉冲的宽度决定单极性矩形脉冲的直流电压Uo,直流的平均电压是岁 脉冲的宽度越宽电压值就越大,直流平均电压Vo的计算公式;为Uo=UmXTl/T, 其中T为矩形脉冲的周期;T1为矩形的脉冲宽度,Um为矩形脉冲最大的电压值。我们可以从上式看出,当Um与T不变时,直流平均电压U。与脉冲宽度T1 成正比。所以我们只要使脉冲宽度变窄,就可以达到稳定电压U的。3. 2. 2.开关式稳压电源的电路图3-5开关式稳压电源的基本电路框图交流电压经过滤波电路整流滤波后,形成了一定部分的直流电压9该电压经 过变换器变换后形成所需要的电压,最后经过整流滤波整流后成为所需要的直流 电压。电
15、路中的脉冲宽度调制器主要山比较器、取样器、振荡器、脉宽调制等电路 构成。此电路己经集成化,形成了我们所需要的开关电源的集成电路,而输出稳 定的电压是由高频开关元件时间控制的。3.2. 3开关电源的分类DC/DC变换器和AC/DC变换器是开关电源的两种方式,U前在国内的设il技术和生产工艺已经成熟,同时得到了专业人士的认可。AC/DC的模块化,在模块 的运用中其技术和生产制造是有点困难的。开关电源按激励方式乂可分为他激式 和自激式:役1 DC/DC变换DC/DC变换是将固定直流电压变换成可变的直流电压,也称做直流斩波。它的实现方式有两种,一是进行调制的方式Ts不变,改变TON,二是频率的调制 方
16、式,TON不变,改变Ts。一般的电路有一下儿种:降压斩波器它的输出电压U小于输入电压U1,那么极性相同;升压斩波器它的输出电压U 一般是大于输入电圧的,那么它的极性就相同:(3)降压或升压斩波器它的输出电压U小于或大于输入电压,那么它的极性相反,电容传输:LED驱动电路的方式也多种多样,种类也比较多,以下就是它的比较:(1) 照驱动方法分:自激式和他激式;(2) 按DC-DC变换器工作方式可分:隔离型有通一通方式.半桥方式和全桥方式通一断方式等不同的工作方式;(3) 调控方式可分S (PWM)和(PFM);(4) 按照过流的方法可以分:输出时的测验方法和开关电流的测试方法。2 AC/DC变换A
17、C/DC变换则是将交流电压改变成直流电压,其功率主要流向是双向的,流向负载的我们叫做整流,有时会出现退到电源的悄况,我们在整流和滤波的同时 要考虑较大的电容,在滤波时我们必须要符合安全的标准,这样就限制AC/DC 电源体积小型化:S3他激式电路激励信号产生的振荡器,电路形式;如图3-6所示0图3-6他激式04自激式开关管兼作振荡器中的振荡管,电路形式如图3-7所示0图37自激式03. 3 LED的恒定电流源驱动电流流过LED芯片的大小决定了 LED的亮度强弱。根据LED的伏安特性,输入电流为20mA时,二极管的亮度并不耀眼,所以在选择恒流电流驱动时,不是 一定要大于20inA的电流,选择18m
18、A的电流驱动就差不多了,这样就会有效的延 长LED的使用寿命。当r在20mA的范内波动如果Vr为20mA,波动一般为20mA, 旦波动大 于20mA是,就会影响LED的工作效率和LED的使用寿命,所以最好Vr设置在18mA,这样就不会产生大的影响了,而且也有利于LED的工作状态。图3-8为LED的恒流驱动。20mA r图38 LED的恒流驱动(串联)当Vr的恒定电流为60mA时,此时是并联,所以D1、D2、D3的电流都是不 一样的,只能从三只LED的伏安特性来判断电流,如果挑选三只正向电压一样的LED,就有可能保证每只LED的电流都是20inA,如果正向电压不一样,可能在工作一段时间后,流过三
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