5WLED驅動電源-畢業(yè)論文.doc

更多論文/fanteral畢 業(yè) 設計 題 目： 5wled驅動電源 系部： 電子信息工程系 1、題 目 5wled驅動電源 2、內(nèi)容要求：（1）用protell99完成電路原理圖繪制，并寫出元件清單，購買元件。（2）完成線路板設計（3）線路板裝配與調試（4）完成畢業(yè)大作業(yè)（綜合實訓）正文 3、實施步驟： 1、查閱5wled驅動電源的資料，約7天時間。 2、5wled驅動電源原理圖的繪制約2天時間 3、線路板的設計、制作與裝配：用protel 99 se完成線路板的設計，利用熱轉印方法制作線路板；約7天時間。 4、完成樣機的裝配與調試，約7天時間。 5、樣機的優(yōu)化改版約7天時間。 6、整機調試 7. 完成畢業(yè)大作業(yè)（綜合實訓）正文約7天時間。應包括如下內(nèi)容：(1) 總體方案設計(2)各功能電路的描述、電路圖； (3)元件清單 ；(4)線路板的pcb圖；(5) 利用熱轉印方法制作線路板的過程；(6) 電源的裝配與調試；(7) 電源實物照片；(8) 畢業(yè)大作業(yè)總結。約為兩天的時間 。三. 主要器件介紹tl431 1.概述：tl431是一個高精度的基準電壓提供芯片。精密電壓基準ic tl431是t092封裝如圖1所示。其性能是輸出壓連續(xù)可調達36v，工作電流范圍寬達01。100ma，動態(tài)電阻典型值為022歐,輸出雜波低。圖2是tl431的典型應用，其中、腳兩端輸出電壓v=25(r2十r3)vr3。如果改變r2的阻值大小2.技術參數(shù)特點：廣泛的探測范圍高靈敏度快速響應恢復 優(yōu)異的穩(wěn)定性長壽命簡單的驅動電路 應用: 應用于家庭、工廠的可燃性/毒性氣 體泄漏探測裝置， 適宜于液化氣，丁烷，丙烷，甲烷，酒精，氫氣，煙霧等 的探測。 規(guī)格：tl431特性及應用 許 明 摘 要 介紹可調分流基準芯片tl431的特性及其在一些功能電路中的應用。 關鍵詞 可調分流基準 恒流 恒壓 pwm 開關電源 1 tl431的簡介 德州儀器公司（ti）生產(chǎn)的tl431是一是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從vref（2.5v）到36v范圍內(nèi)的任何值（如圖2）。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2，在很多應用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路、可調壓電源，開關電源等等。 左圖是該器件的符號。3個引腳分別為：陰極（cathode）、陽極（anode）和參考端（ref）。tl431的具體功能可以用如圖1的功能模塊示意。 由圖可以看到，vi是一個內(nèi)部的2.5v基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當ref端（同相端）的電壓非常接近vi（2.5v）時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著ref端電壓的微小變化，通過三極管 圖1 的電流將從1到100ma變化。當然，該圖絕不是tl431的實際內(nèi)部結構，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設計、分析應用tl431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。 2. 恒壓電路應用 前面提到tl431的內(nèi)部含有一個2.5v的基準電壓，所以當在ref端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖2所示的電路，當r1和r2的阻值確定時，兩者對vo的分壓引入反饋，若v o增大，反饋量增大，tl431的分流也就增加，從而又導致vo下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在vi等于基準電壓處穩(wěn)定，此時vo=(1+r1/r2)vref。選擇不同的r1和r2的值可以得到從2.5v到36v范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當r1=r2時，vo=5v。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證tl431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1 ma 。 當然，這個電路并不太實用，但它很清晰地展示了該器件的工作原理在應用中的方法。將這個電路稍加改動，就可以得到在很多實用的電源電路，如圖3，4。 圖3 大電流的分流穩(wěn)壓電路 圖4 精密5v穩(wěn)壓器 3. 恒流電路應用 由前面的例子我們可以看到，器件作為分流反饋后，ref端的電壓始終穩(wěn)定在2.5v，那么接在ref端和地間的電阻中流過的電流就應是恒定的。利用這個特點，可以將tl431應用很多恒流電路中。 如左圖5是一個實用的精密恒流源電路。原理很簡單，不再贅述。但值得注意的是，tl431的溫度系數(shù)為30ppm/，所以輸出恒流的溫度特性要比普通鏡像恒流源或恒流二極管好得多，因而在應用中無需附加溫度補償電路。 圖5下面就介紹一個用該器件為傳感器電橋提供恒定偏流的電路，如圖6。 這是一個已連成橋路的硅壓傳感器的前級處理電路。vref/r2的值應設為電橋工作所必要的恒定電流，該電流值通常會由傳感器制造商提供。流經(jīng)tl431陰極的電流由r1和電源電壓vs決定，在應用中通常讓它等于橋路電流，但一定要注意大于1ma。 由于tl431非常易于實現(xiàn)恒壓或恒流，而且有很好的溫度穩(wěn)定性，因此很適合于儀表電路、傳感器電路等設計應用4. 在開關電源上的應用 在過去的普通開關電源設計中，通常采用將輸出電壓經(jīng)過誤差放大后直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控制的模式在某些應用中也能較好地發(fā)揮作用，但隨著技術的發(fā)展，當今世界的電源制造業(yè)大多已采用一種有類似拓撲結構的方案。此類結構的開關電源有以下特點：輸出經(jīng)過tl431(可控分流基準)反饋并將誤差放大，tl431的沉流端驅動一個光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調整一個電流模式的pwm控制器的開關時間，從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓輸出。上圖是一個實用的4w開關型5v直流穩(wěn)壓電源的電路。該電路采用了此種拓撲結構并同時使用了topswitch技術。圖中c1、l1、c8和c9構成emi濾波器，br1和c2對輸入交流電壓整流濾波，d1和d2用于消除因變壓器漏感引起的尖峰電壓，u1是一個內(nèi)置mosfet的電流模式pwm控制器芯片，它接受反饋并控制整個電路的工作。d3、c3是次極整流濾波電路，l2和c4組成低通濾波以降低輸出紋波電壓。r2和r3是輸出取樣電阻，兩者對輸出的分壓通過tl431的ref端來控制該器件從陰極到陽極的分流。這個電流又是直接驅動光耦u2的發(fā)光部分的。那么當輸出電壓有變大趨勢時，vref隨之增大導致流過tl431的電流增大，于是光耦發(fā)光加強，感光端得到的反饋電壓也就越大。u1在接受這個變大反饋電壓后將改變mosfet的開關時間，輸出電壓隨改變而回落。事實上，上面講述的過程在極短的時間內(nèi)就會達到平衡，平衡時vref=2.5v，又有r2=r3，所以輸出為穩(wěn)定的5v。這里要注意的是，不再能通過簡單地改變?nèi)与娮鑢2、r3的值來改變輸出電壓，因為在開關電源中每個元件的參數(shù)對整個電路工作狀態(tài)的影響都會很大。按圖中所示參數(shù)時，電路可在90vac264vac（50/60hz）輸入范圍內(nèi)，輸出+5v，精度優(yōu)于3%，輸出功率為4w，最大輸出電流可達0.8a，典型變換效率為70%。 關于tl431并聯(lián)電容器的方法 穩(wěn)壓二極管在電路中工作時，其自身會產(chǎn)生一種不規(guī)則的周期性噪聲，這種不規(guī)則的噪聲稱為齊納噪聲。盡管齊納噪聲的電平不高，但它卻是影響穩(wěn)壓二極管輸出特性的重要原因之一。為了減小穩(wěn)壓二極管的輸出噪聲，可用一只電容器與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)使用，這樣，并聯(lián)的電容就可以吸收穩(wěn)壓二要管的齊納噪聲，以改善穩(wěn)壓二極管的輸出特性。另外，并聯(lián)在穩(wěn)壓二極管上的電容還可以吸收電源的紋波，使得穩(wěn)壓二極管的輸出電壓更加平穩(wěn)。其次，當穩(wěn)壓二極管與電容并聯(lián)使用時，由于電容的充電作用，會使穩(wěn)壓二極管輸出電壓的建立時間增加，使輸出電壓緩慢地上升，不過，這僅是接通電源瞬間的情況。正常工作時，穩(wěn)壓二極管的輸出電壓是完全穩(wěn)定的。 用這種方法的好處是：在接通電源的瞬間，穩(wěn)壓二極管的輸出電壓不會出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，同時也起到了一定的開機延時作用，改善了過渡特性。既然穩(wěn)壓二極管和電容并聯(lián)有這么多的好處，而tl431的使用和穩(wěn)壓二極管的使用又十分相似，所以tl431是可以與電容并聯(lián)使用的，且tl431與電容并聯(lián)使用時同樣有許多好處。但是，當tl431與電容并聯(lián)，其選用的容量值不適合時，有時不但起不到好的作用，反而會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，這是因為流過tl431的電流和電容的容量有一定的關系。實驗表明，如果用容量為的電容器并聯(lián)在tl431上，很有可能使tl431產(chǎn)生振蕩，因此，當tl431與電容并聯(lián)使用時，應使tl431并聯(lián)的電容器值大于或小于.，對此必須引起注意。 光耦是對輸入、輸出電信號起到隔離作用光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發(fā)光二極管（led），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力.1. 內(nèi)部結構以六腳光耦tlp641j為例，說明其原理。3. 工作原理 一個光控晶閘管（photo-thyristor）耦合（couple to）一個砷化鎵（gallium arsenide）紅外發(fā)光二極管（diode）組成。左邊1和2腳是發(fā)光二極管，當外加電壓后，驅動發(fā)光二極管（led），使之發(fā)出一定波長的光，以此來觸發(fā)光控晶閘管。光控晶閘管的特點是門極區(qū)集成了一個光電二極管，觸發(fā)信號源與主回路絕緣，它的關鍵是觸發(fā)靈敏度要高。光控晶閘管控制極的觸發(fā)電流由器件中光生載流子提。光控晶閘管陽極和陰極間加正壓，門極區(qū)若用一定波長的光照射，則光控晶閘管由斷態(tài)轉入通態(tài)。為提高光控晶閘管觸發(fā)靈敏度，門極區(qū)常采用放大門極結構或雙重放大門極結構。為滿足高的重加電壓上升率，常采用陰極發(fā)射極短路結構。小功率光控晶閘管常應用于電隔離，為較大的晶閘管提供控制極觸發(fā)；也可用于繼電器、自動控制等方面。大功率光控晶閘管主要用于高壓直流輸電。2. 引腳排序圖當1和2腳加上5v以上電源后，就能使發(fā)光管發(fā)光，驅動光控晶閘管進入通態(tài)，此時，5和4腳構成一個電阻，阻值大約為10k。當1和2不加電壓時，則4和5可以看成一個無窮大的電阻5w驅動電源元件清單led驅動電源材料構成表bom序物料名稱型號/規(guī)格用位 號發(fā)貨數(shù)量代用料號量1印制板led驅動電源1自制2高頻變壓器ad0270t02 v1.11tr13共模電感com046011l14貼片電容1n/50v 08051c1806035貼片電容2n2/50v 08051c6 06036貼片電容33n/50v 08051c5406037貼片電容47n/16v 08051c3206038貼片電容8n2/50v 08051c906039貼片電阻10k pm5 08052r36 r51060310貼片電阻110k pm5 08051r35 060311貼片電阻15k pm5 08051r32060312貼片電阻180r pm5 08052r17 r31060313貼片電阻1k pm5 08051r50060314貼片電阻220k pm5 08051r15 060315貼片電阻220r pm5 08051r18060316貼片電阻270k pm5 08053r16 r4 r5 060317貼片電阻2k2 pm5 08051r30060318貼片電阻300k pm5 08051r6060319貼片電阻33k pm5 0805 1r8060320貼片電阻36k pm5 08051r54060321貼片電阻39k pm5 08051r34060322貼片電阻3k pm5 08052r53 r55060323貼片電阻4r7 pm5 08051r7060324貼片電阻510r pm5 08052r52 r9060325貼片電阻5k1 pm5 08051r33060326貼片電阻75k pm5 08052r11 r12060327貼片三極管bc817b1t628貼片三極管39042t52 t5529直插ictl431acz-ap1u31ka43130直插y電容470p/250vac1c51n/250vac31直插保險絲3.15ah,250v1f132直插薄膜電容220n/275vac1c1330n/275vac33直插場效應管spa11n65c31t834直插電感8 x 10 l0810132l40 l4535直插電解電容0.22u/50v1c5136直插電解電容1000uf 25v 1c40 470uf/25v 37直插電解電容1000uf 10v 1c451000uf 16v 38直插電解電容10uf/25v1c5539直插電解電容470uf 10v 1c41 470uf 25v 40直插電解電容470uf 16v 1c46470uf 25v 41直插電解電容68uf/400v 1c3100uf/400v 42直插電阻22k/2w1r2543直插電阻270k/1w1r344直插電阻330r 1/2w1r4945直插電阻4r7/2w1r1046直插電阻56r/2w3r21 r22 r4647直插電阻91r/2w2r41 r4248直插電阻空置0r20 r23 49直插電阻ntc 2.5e1r1ntc 5e50直插電阻vdr_s10k4201r25d951直插二極管1n41482d15 d5052直插二極管1n54075d1 d2 d3 d4 d201n540853直插二極管fr1072d18 d5454直插二極管sb1040ct1d45sb1040,sb104555直插二極管sb10100ct1d40sb8100,sb8100ct56直插光耦tlp421-4gr1u18tcet1102g57直插陶瓷電容2n2/2kv 1c2558直插陶瓷電容330p/2kv1c859直插陶瓷電容res0c760直插穩(wěn)壓管12v1z15 61直插穩(wěn)壓管15v2z7 z4162直插穩(wěn)壓管4v71z5063輸入插座3 pin 1p164輸出插座res0p265輸出插座res0p366輸出線輸出線467跳線 0.6l81j168跳線 res0j4069散熱片heatsink0061x870散熱片heatsink0071x4071螺絲m3 8mm372螺絲m3 10mm073螺冒m3074彈簧片m3075絕緣片絕緣片376絕緣粒絕緣粒377黑膠1打于輸出線上5w驅動電源電路原理圖pcb圖pcb板3d圖6. 利用熱轉印方法制作pcb板的過程（1）將pcb圖打印于油印紙中（2）將pcb圖反印于檫亮洗凈的敷銅板上（3）再放入lr-2w8b型（溫度約180度）制版機中轉?。?）自然冷卻后再放入三氯化鐵溶液中腐蝕（5）腐蝕完全后于鉆孔機上鉆孔（6）將表面的炭膜用砂紙檫掉后涂上松脂水 （7）安裝元件并焊接調試過程結果輸入電壓90到264vhz輸出電壓3.7v1.5a10.設計心得隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于完成了。這次的設計是我們大學的告別之作，我們下了功夫，也趁機學最后一點東西。