LED燈照明變壓器驅(qū)動(dòng)

1、 LED照明用恒流電源變換器摘要：本系統(tǒng)利用自行設(shè)計(jì)的模擬電路實(shí)現(xiàn)了恒流限壓的功能。同時(shí)運(yùn)用Atmel單片機(jī)完成各項(xiàng)控制。用鍵盤操作，通過(guò)單片機(jī)控制液晶12864顯示屏顯示輸出電流。隔離型電源變換器具有功率因數(shù)校正、高效率和具有交流側(cè)開機(jī)沖擊電流和EMI抑制功能。該系統(tǒng)還具有光控功能。本設(shè)計(jì)始終貫穿節(jié)能、實(shí)用的思想。關(guān)鍵詞：功率因數(shù) 電流源 效率1 設(shè)計(jì)任務(wù)：1.1 負(fù)載條件下，電源變換器為直流恒流輸出特性，且輸出電流IO可在150mA350mA范圍內(nèi)可調(diào)；1.2 電壓調(diào)整率Su1%：負(fù)載為10個(gè)LED，調(diào)整U1，使U2在32V40V范圍內(nèi)變化時(shí)，IO變化不超過(guò)1%；1.3 負(fù)載調(diào)整率SL1%

2、：U2=36V，負(fù)載由5個(gè)LED增加至10個(gè)，IO變化不超過(guò)1%；1.4 效率70%：U2=36V、負(fù)載為10個(gè)LED、IO=300mA，電源變換器效率70%；1.5 具有輸出過(guò)壓保護(hù)功能，動(dòng)作電壓為UO=（）V。1.6 使變換器具有恒流限壓特性：UO小于36V時(shí)為恒流輸出；UO達(dá)到36V后為恒壓輸出，將UO穩(wěn)定在（）V；待UO降至36V以下則恢復(fù)恒流輸出；1.7 在電源變換器交流輸入側(cè)加入功率因數(shù)校正電路，使其功率因數(shù)不低于0.95； 1.8 LED亮度可隨環(huán)境光線增強(qiáng)而自動(dòng)降低：暗環(huán)境，負(fù)載為10個(gè)LED、IO=300mA條件下，環(huán)境變亮后IO減小至不大于200mA以下；1.9 具有輸出電

3、流的步進(jìn)調(diào)整和測(cè)量、顯示功能：步進(jìn)值10mA，測(cè)量精度優(yōu)于2%；1.10 具有交流側(cè)開機(jī)沖擊電流和EMI抑制功能；2、方案論證：2.1 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路：通過(guò)工頻電源變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)化為36V交流電壓，然后再將36V交流電壓通過(guò)開關(guān)電源轉(zhuǎn)化為直流電供給其他電路。恒流限壓電路（直流恒流在150mA350mA范圍內(nèi)可調(diào)，負(fù)載電壓小于36V時(shí)為恒流供電，達(dá)到36V時(shí)恒壓輸出）的輸出恒定電流受運(yùn)放正向輸入端電壓控制，該電壓分別采自于DAC7625數(shù)模轉(zhuǎn)換器與光控電路（二者由單刀雙擲開關(guān)控制）。兩個(gè)獨(dú)立按鍵分別實(shí)現(xiàn)步進(jìn)值為10mA的增加與減退，且能循環(huán)加循環(huán)減。鍵盤的命令單片機(jī)接收后，經(jīng)過(guò)C程

4、序處理，使液晶顯示屏12864精確顯示出當(dāng)前輸出電流，同時(shí)單片機(jī)還將處理后的指令送給DAC7625，DAC7625將其接收單片機(jī)送來(lái)的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為所需要的模擬量（電壓），該電壓被用來(lái)控制恒流限壓電路輸出電流的大小。當(dāng)光控電路工作時(shí)，外界環(huán)境越亮，LED燈越暗，外界環(huán)境越暗，LED燈越亮（暗環(huán)境時(shí)輸出電流300mA，環(huán)境變亮后輸出電流減小到200mA以下）?？傮w框圖如下：圖1 總體框圖2.2 恒流限壓電路的選擇：方案一： 本電路cb端為負(fù)載端，其輸出恒定電流等于a端輸入電壓除以復(fù)合管E級(jí)電阻10，具有恒流作用。右邊運(yùn)放LM358的反向輸入端輸入3.6V電壓為基準(zhǔn)電壓，當(dāng)?shù)扔?60mA時(shí)，右邊運(yùn)放

5、LM358正向輸入端采樣電壓為3.6V，此時(shí)運(yùn)放LM358輸出端為高電壓，9014導(dǎo)通，繼電器工作，此時(shí)負(fù)載由恒流電路轉(zhuǎn)換為36V穩(wěn)壓電路。但是，當(dāng)負(fù)載一接通fg端（36V穩(wěn)壓端），cb端斷路，右邊運(yùn)放LM358正向輸入端電壓為0，此時(shí)其輸出端沒(méi)有電壓，故繼電器處三極管9014不導(dǎo)通，繼電器會(huì)再次回到不吸合狀態(tài)，即負(fù)載接入恒流電路，如此反復(fù)，十分的不穩(wěn)定。電路圖如下： 圖2 方案一圖方案二： 本電路恒流部分同方案一，只是右邊比較器LM358的采樣電壓與基準(zhǔn)電壓與方案一有所不同。其正向輸入端接收基準(zhǔn)電壓2V，當(dāng)cb端負(fù)載電壓達(dá)到36V，則比較器LM358正向輸入端電壓降低到2V，此時(shí)其輸出端有電

6、壓，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，即轉(zhuǎn)化到36V穩(wěn)壓電路。但是負(fù)載轉(zhuǎn)換到恒壓電路后，恒流電路不再起作用，即無(wú)法從恒壓電路轉(zhuǎn)換到恒流電路。電路圖如下： 圖3 方案二圖 方案三：本電路的恒流部分同以上兩種方案相同，恒壓部分則是利用三極管飽和特性設(shè)計(jì)而成：隔離轉(zhuǎn)換器輸出恒定電壓，復(fù)合管隨著負(fù)載端電壓的增加而減小。當(dāng)負(fù)載端電壓小于36V時(shí)大于飽和壓降，復(fù)合管處于放大狀態(tài)，電路具有恒流作用；當(dāng)負(fù)載端電壓達(dá)到36V時(shí)，復(fù)合管剛好達(dá)到飽和電壓且不會(huì)再小于這一數(shù)值，復(fù)合管不再具有放大作用，故本電路不再具有恒流作用，限定負(fù)載電壓最高為36V。圖4 方案三圖基于以上比較，我們選擇方案三，此方案可達(dá)到滿意結(jié)果。 2.3

7、單片機(jī)的選擇：方案一：我們采用STC89C51單片機(jī)，其能精確的控制DAC7625使其輸出所需電壓。但是，顯示屏頻繁刷屏。方案二：采用Atmel89C52單片機(jī)，其既能精確的控制DAC7625使其輸出所需電壓，又能使顯示屏穩(wěn)定顯示當(dāng)前電流。 故我們選擇方案二。2.4 DA芯片的選擇： 方案一：我們采用DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其精確度為，該精確度剛好能滿足本設(shè)計(jì)的基本要求，但是其需要5V電源，并且電路較為復(fù)雜。 方案二：采用DAC7625數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其精確度為，該精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本設(shè)計(jì)的基本要求，并且只需正5V電源，同時(shí)電路較為簡(jiǎn)單。 綜上所述我們選擇方案二。2.5 鍵盤的選擇：方案一：我們選擇

8、34矩陣鍵盤，其能直接對(duì)單片機(jī)輸入我們所需要的電流，但其所需要單片機(jī)七個(gè)接口，過(guò)多。方案二：采用兩個(gè)獨(dú)立按鍵，鍵能控制步進(jìn)10mA，能控制步減10mA，且都能循環(huán)（150mA350mA），只需單片機(jī)兩個(gè)接口。 通過(guò)以上比較，我們選擇方案二。 3 電路與程序設(shè)計(jì)：3.1 電源變換器主回路與器件選擇：電源變換器主回路：圖5 電源變換器圖本電源變換器為隔離型電源變換器，能將36V交流電轉(zhuǎn)換為30V45V直流電穩(wěn)壓輸出。器件選擇：序號(hào)123456器件3W電阻470uF 50V電容103（1KV）221（1KV）2A 224J2A 104J數(shù)量17個(gè)2個(gè)3個(gè)1個(gè)1個(gè)1個(gè)7891011122A 33J2A

9、 154J222 （1KV）NTC 10D-9H1R 303LN571個(gè)1個(gè)3個(gè) 1個(gè) 1個(gè) 1個(gè)3.2 控制電路或控制程序設(shè)計(jì)：控制電路：圖6 控制系統(tǒng)圖控制程序：圖7 程序流程圖3.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)：在開關(guān)電源中，加有保險(xiǎn)管。在與負(fù)載直接相接的恒流電路中的達(dá)到36V后，將自動(dòng)切換成恒壓源供電（本系統(tǒng)所用）或自動(dòng)切斷，已達(dá)到保護(hù)目的。3.4 功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)：在整流濾波之前加入了高頻濾波網(wǎng)路,使高頻脈沖電流受到一定的阻礙。該網(wǎng)絡(luò)還阻礙了脈沖電流流入電網(wǎng)，可校正功率因數(shù)。3.5 自動(dòng)調(diào)光電路設(shè)計(jì)，開機(jī)沖擊電流和EMI抑制電路設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)光電路設(shè)計(jì)利用光敏電阻感光特性，并通過(guò)設(shè)定暗與亮的條件來(lái)

10、算出光敏電阻在各自條件下的阻值，并且將滑動(dòng)變阻器調(diào)成與之相匹配的電阻，使剛好能夠滿足輸出電流在暗環(huán)境下為300mA，亮環(huán)境下達(dá)到200mA以下。如圖所示：圖8 光控電路圖開機(jī)沖擊電流3.5.3 EMI抑制電路設(shè)計(jì):由于開關(guān)電源的工作電流是高頻脈沖電流，流入電網(wǎng)會(huì)對(duì)其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，為了盡量清除這種影響，在整流濾波之前加入了高頻濾波網(wǎng)路,使高頻脈沖電流受到一定的阻礙。4 理論分析與計(jì)算 4.1 恒流控制方法與參數(shù)計(jì)算： 恒流控制方法：采用LM358與9014和2SC2073組成的復(fù)合管搭建成一個(gè)模擬電路，將輸出端電流采樣送給LM358反向輸入端，形成一個(gè)電流負(fù)反饋電路，使電流能恒定輸出。 參

11、數(shù)計(jì)算： 為負(fù)載端輸出電流，為L(zhǎng)M358同向輸入端電壓，為電流反饋電阻。 4.2 隔離型電源變換器的設(shè)計(jì)與計(jì)算： 隔離型電源變換器的設(shè)計(jì)：隔離型電源變換器由開關(guān)穩(wěn)壓電源和電流源電路組成： 開關(guān)穩(wěn)壓電源采用變壓器正反饋脈沖振蕩電路產(chǎn)生了32kHZ的脈沖信號(hào)，推動(dòng)了大功率MOS場(chǎng)效應(yīng)三極管將脈沖電流加到了高頻變壓器的初級(jí)線圈上，經(jīng)開關(guān)變壓器將脈沖電壓耦合到次級(jí)繞組,并實(shí)現(xiàn)了隔離。 變壓器次級(jí)繞組上的脈沖電壓經(jīng)二極管，,整流濾波產(chǎn)生了供負(fù)載使用的直流電壓（30-50連續(xù)可調(diào)）。為了達(dá)到穩(wěn)壓的目的：將經(jīng),采樣之后，經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)三極管和光耦器件控制場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管，調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的振幅，盡而改變了開關(guān)三極管的工作

12、電流和輸出電壓的量值，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)穩(wěn)壓的功能。 此外，該網(wǎng)絡(luò)由于阻礙了脈沖電流流入電網(wǎng)，可使整個(gè)電流的功率因數(shù)有一定提高。 計(jì)算 4.2.2.1變壓器變化： 得： 本電源 ，倍壓整流濾波后，,電源輸出直流電壓得： 4.2.2.2初級(jí)線圈電流： 負(fù)載平均電流取300mA，則設(shè)開關(guān)電源效率為：90% 則輸入功率初級(jí)線圈平均電流：初級(jí)線圈電流峰值： 4.2.2.3初級(jí)繞組匝數(shù)：初級(jí)繞組電感：的計(jì)算：開關(guān)電源脈沖振蕩頻率 磁芯變壓器選擇： 根據(jù)輸出功率的大小（約20W），選最大磁通量約為2000gs，截面積為77的E1 25磁芯。 其中S磁芯截面積（77） 最大磁通密度（取0.2T）代入式子：匝。4.2

13、.2.4次級(jí)匝數(shù):根據(jù)變比關(guān)系：匝.5反饋繞組計(jì)算：根據(jù)振蕩電路的需要，反饋繞組分兩組，且電壓約在6V左右，因此 匝。 4.3 提高效率的方法： 復(fù)合管的發(fā)射極與地之間的電阻小并且電流一定，由可知，提高了效率； 復(fù)合管的集電極與發(fā)射極之間的工作電壓可大可小，我們將其控制在最小工作電壓下，又由于電流一定，由可知，提高了效率；4.4 濾波參數(shù)計(jì)算： 5 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果：5.1 恒流限壓電路的測(cè)試： 恒流部分測(cè)試： 測(cè)試條件：40.42V直流穩(wěn)壓電源 12V直流穩(wěn)壓電源 可輸出1.5V3.6V直流電壓的穩(wěn)壓直流電源 兩個(gè)高精度萬(wàn)用表 測(cè)試結(jié)果及其完整性：控制端輸出電壓（V）0.72240.775

14、80.82210.87140.91940.96781.0168電流（mA）150160170180190200210控制端輸出電壓（V）1.06331.11191.16131.20921.25661.30451.3513電流（mA）220230240250260270280控制端輸出電壓（V）1.39981.44801.49591.54281.58981.63751.6854電流（mA）290300310320330340350測(cè)試結(jié)果分析：測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算略有不符，但還是算理想，經(jīng)分析誤差主要是DAC芯片不可能輸出理論值電壓，運(yùn)放與復(fù)合管以及電阻搭建的恒流源電路也不能完全按照理論計(jì)算執(zhí)行。

15、綜上所述，測(cè)試誤差還算正常。 限壓部分測(cè)試：測(cè)試條件：萬(wàn)用表一塊 線性滑動(dòng)變阻器一個(gè) 36V輸出變壓器一部測(cè)試結(jié)果及其完整性： 測(cè)試結(jié)果分析：這一數(shù)據(jù)在題目要求范圍之內(nèi)，不是36V，是因?yàn)橛姓`差。 5.2 LED燈的測(cè)試： 測(cè)試條件：能輸出2V5V可調(diào)直流電壓源 萬(wàn)用表兩塊 測(cè)試結(jié)果及其完整性：LED兩端電壓（V）2.352.703.103.10流經(jīng)LED的電流(mA)0.01（剛亮）100200350 測(cè)試結(jié)果分析：經(jīng)過(guò)測(cè)試分析，由上表可知，發(fā)光二極管導(dǎo)通最大電壓為3.1V，故十個(gè)二極管串聯(lián)不能達(dá)到36V電壓，所以，在測(cè)試限壓36V時(shí)，負(fù)載需用線性滑動(dòng)變阻器。6 創(chuàng)新點(diǎn)： 6.1.電流能夠步

16、進(jìn)10mA循環(huán)增加，且能夠步減10mA循環(huán)減少。 6.2.開關(guān)電源，能夠同步輸出三種大小電壓：37.666V、15V、11V。7 心得體會(huì)：通過(guò)這次比賽，制作LED照明用恒流電源變換器的整個(gè)過(guò)程，讓我們接觸到很多實(shí)際的應(yīng)用器件，也充分的運(yùn)用了在課堂上學(xué)的知識(shí)，并掌握了單片機(jī)的較復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)以及數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換等基本器件的使用，這使我們的動(dòng)手制作能力和對(duì)C語(yǔ)言的運(yùn)用程度在原來(lái)的基礎(chǔ)上，有了突破性的進(jìn)步。從理論到實(shí)際操作，從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到獨(dú)立解決問(wèn)題都是我們迅速的成長(zhǎng)。從建立方案到選取材料，從動(dòng)手制作到實(shí)驗(yàn)測(cè)試，從失敗到成功，不僅是自己的努力，也離不開指導(dǎo)教師的悉心教會(huì)，同時(shí)更離不開一起奮斗的戰(zhàn)友。這

17、短暫的日子卻使我們嘗盡了喜怒哀樂(lè)，經(jīng)過(guò)研究取得些許成果，有取得小進(jìn)步時(shí)的歡悅，有思考問(wèn)題的愁眉苦臉，有失敗時(shí)的沮喪無(wú)奈，更有時(shí)想過(guò)放棄，但是想想曾經(jīng)付出的心血，咬咬牙繼續(xù)堅(jiān)持下去了。我們懂得了做事要細(xì)心謹(jǐn)慎，有條不紊，懂得了理論與實(shí)際情況相結(jié)合，只有做到這些，成功才會(huì)靠近你。在比賽中，我們小隊(duì)的團(tuán)結(jié)合作、分工協(xié)作，隊(duì)友與隊(duì)友之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相照料、互相理解完全的體現(xiàn)出來(lái)，彼此之間的配合也十分的融洽，這些也是我們完成制作的最好根據(jù)。在這短暫的日子里，不僅歷練了我們的內(nèi)心，同時(shí)讓我們要有不怕吃苦，勇于攀登科技高峰的精神；不僅鍛煉培養(yǎng)了我們的溝通能力，同時(shí)在學(xué)習(xí)能力上使我們有了很大的提高，更要做到將

18、所學(xué)的理論知識(shí)恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用到實(shí)際生活中去。最后，十分感謝組織本次大賽的所有成員，給我們提供這么一個(gè)提升能力的競(jìng)技平臺(tái)。參考文獻(xiàn)：1孫肖子.模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ)(第二版)M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.2余孟嘗主編. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版）.北京：高等教育出版社2006.73楊素行主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版）.北京：高等教育出版社2006.5附錄一：部分元器件清單：序 號(hào)器 件 名 稱數(shù) 量1AT89C52單片機(jī)一個(gè)2DAC7625一個(gè)3液晶屏12864一個(gè)4LM7805一個(gè)5LM7812 一個(gè)6繼電器一個(gè)7NPN9014 一個(gè) 82SC2073 一個(gè)9LM

19、358 一個(gè) 10 1W發(fā)光二極管 十個(gè)11電 感 若干12電容（包括陶瓷、電解） 若干13滑動(dòng)變阻器 一個(gè)14電 阻 若干15繞組一個(gè)16二極管 若干17MOSFET 管 兩個(gè)18晶 振一個(gè)19開關(guān)（包括復(fù)位、按鍵） 五個(gè)20導(dǎo) 線 若干附錄二：總電路連線圖： 附錄三：程序清單:#include#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit key=P10;sbit key1=P11;sbit cs=P12;sbit lcden=P13;sbit rw=P14;sbit rs1=P15;sbit

20、 rw1=P16 ;sbit e1=P17;uint i;uchar table=電流: mA ;uchar code table1= 大慶師范學(xué)院 ;uchar code table2=08級(jí)電子信息工程;uchar code table3= 堅(jiān)持就是勝利 ;uchar str6;void delayms1(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void delayms(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=10;y0;y-);void write_cmd(uchar cmd)rs1=0;rw1=0;e

21、1=0;P0=cmd;delayms1(5);e1=1;delayms1(5);e1=0;delayms1(5);void write_data(uchar dat)rs1=1;rw1=0;e1=0;P0=dat;delayms1(5);e1=1;delayms1(5);e1=0;delayms1(5);void lcd_init()write_cmd(0x30);delayms1(5);write_cmd(0x0c);delayms(5);write_cmd(0x01);delayms1(5);void yejing(uint x)lcd_init();str0=:; str1=x/100+

22、0; str2=(x%100)/10+0; str3=x%10+0; str4=m; str5=A; write_cmd(0x90);for(i=0;i16;i+)write_data(table1i);delayms1(10);write_cmd(0x88);for(i=0;i16;i+)write_data(table2i);delayms1(10);write_cmd(0x98);for(i=0;i16;i+)write_data(table3i);delayms1(10); write_cmd(0x80); for(i=0;i4;i+) write_data(tablei); writ

23、e_cmd(0x82);for(i=0;i8)&0x0f; _nop_();cs=1;_nop_(); lcden=1; delayms(5); rw=1; void main() uint shu=702;uint num=150; DA7625(shu);yejing(num) ; while(1) if(key=0) delayms(110); if(key=0) while(!key); num+=10;if(num=360) num=150;switch(num) case 150: shu=703;break; case 160: shu=753;break; case 170:

24、shu=797;break; case 180: shu=845;break;case 190: shu=891;break;case 200: shu=937;break;case 210: shu=983;break;case 220: shu=1023;break;case 230: shu=1070;break;case 240: shu=1119;break;case 250: shu=1165;break;case 260: shu=1212;break;case 270: shu=1258;break;case 280: shu=1302;break;case 290: shu=1349;break;case 300: shu