LED照明用恒流電源的實(shí)現(xiàn)計(jì)劃

一、方案比較與選擇1

電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案方案一：采納反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率因數(shù)校正電路,優(yōu)點(diǎn)是將功率因數(shù)校正與電源變換器合二為一，可以大大削減電路的損耗，提高電路的整體效率,缺點(diǎn)是應(yīng)用在反激式電路的有源功率因數(shù)校正掌握芯片種類較少,且電路比較簡潔，很難設(shè)計(jì)與單片機(jī)合適的接口電路，不容易使用單片機(jī)進(jìn)行掌握。方案二：將功率因數(shù)校正電路與主控電路分開，采納Boost型的功率因數(shù)校正電路后接電源變換器的方案,優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡潔,并不涉及單片機(jī)對功率因數(shù)校正電路的掌握,只需使功率因數(shù)校正部分輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓即可,缺點(diǎn)是會肯定程度上降低設(shè)計(jì)的整體效率。鑒于本題要求步進(jìn)調(diào)壓的功能,需要單片機(jī)對ＰＷＭ掌握芯片有一個(gè)良好而穩(wěn)定的掌握，故選擇方案二.2

電源變換器方案方案一:采納半橋變換電路,優(yōu)點(diǎn)是高頻變壓器利用率高,傳輸功率大，電路效率很高，缺點(diǎn)是電路較簡潔，且有直通危險(xiǎn)。方案二:采納單端反激變換電路,優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡潔，缺點(diǎn)是高頻變壓器利用率低，需要留有氣隙,電路效率不高。鑒于本題要求最大負(fù)載只有10個(gè)１W的ＬEＤ，傳輸功率較小,故采納方案二，即反激式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3

閉環(huán)反饋掌握方案方案一：采納軟件閉環(huán)反饋掌握，即使用單片機(jī)進(jìn)行各參數(shù)的采樣,然后直接由單片機(jī)對ＰＷＭ掌握芯片進(jìn)行掌握，調(diào)節(jié)占空比。優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡潔,缺點(diǎn)是反饋回路會受到采樣精度、采樣速度、單片機(jī)運(yùn)算速度等因素的影響，使反饋系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。方案二：采納硬件閉環(huán)反饋掌握，即使用硬件電路構(gòu)建反饋電路，由PＷM掌握芯片自身依據(jù)反饋信號調(diào)節(jié)占空比，而單片機(jī)對PWM掌握芯片只是進(jìn)行幫助調(diào)整。優(yōu)點(diǎn)是反饋速度快,調(diào)節(jié)精度高,缺點(diǎn)是易受外部干擾。4

有源功率因數(shù)校正方案方案一：采納UC3８５４作為有源功率因數(shù)校正電路的主控芯片。優(yōu)點(diǎn)是功率因數(shù)校正系數(shù)可達(dá)99。5％,缺點(diǎn)是外圍電路格外簡潔且調(diào)試?yán)щy，方案二：采納MＣ3３260作為有源功率有源功率因數(shù)校正電路的主控芯片。優(yōu)點(diǎn)是外圍電路簡潔,缺點(diǎn)是功率因數(shù)校正率與UC38５4相比略低.220VＡC經(jīng)工頻變壓器降壓為３6VAC，經(jīng)開機(jī)沖擊電流抑制電路輸入到功率因數(shù)校正電路中，再經(jīng)高頻隔離變壓器給串聯(lián)在一起的ＬED燈供電,在LED燈處分別進(jìn)行電壓、電流采樣，返回給PWM掌握芯片和單片機(jī)，由單片機(jī)給定基準(zhǔn)電壓來掌握PWM掌握芯片，進(jìn)而達(dá)到掌握ＬED燈恒流可調(diào)的目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖１系統(tǒng)總體框圖二、電路與程序設(shè)計(jì)１

電源變換器主回路與器件選擇PWM掌握芯片采納SG352５。SG3525的主要特點(diǎn)是:輸出級采納推挽輸出,雙通道輸出，占空比0-50％可調(diào)。每一通道的驅(qū)動電流最大值可達(dá)20０mＡ，灌拉電流峰值可達(dá)5００mＡ.ＳＧ3５２5的1、２引腳分別為內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端和同相輸入端,反相輸入端接收反饋的電壓信號，同相輸入端為給定的電壓基準(zhǔn),一般接在１６引腳電壓基準(zhǔn)的分壓上,由于題目要求恒流輸出時(shí)電流步進(jìn)可調(diào)，故同相輸入端接單片機(jī)DAC模塊產(chǎn)生的參考電壓.負(fù)載的電流采樣由串聯(lián)在LED負(fù)載與地之間的采樣電阻完成，經(jīng)一級跟隨、一級同相放大之后分別給單片機(jī)和PWＭ掌握芯片；電壓采樣由負(fù)載和電流采樣電阻上的電壓分壓完成，經(jīng)一級跟隨分別給單片機(jī)和PWＭ掌握芯片.為完成恒壓與恒流模式的切換，分別在電壓采樣回路與電流采樣回路與PＷM掌握芯片間各加入一個(gè)Ｎ溝道MOＳFＥＴ作為電子開關(guān),完成切換。為保證反饋的穩(wěn)定性在ＭOSＦＥＴ后再加一級跟隨后將反饋信號傳遞給PWM掌握芯片.圖2PＷM掌握模塊2

掌握電路與掌握程序設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)的掌握部分并不需要很大的計(jì)算量，對計(jì)算速度的要求也不是很高，但需要ADC與ＤAC模塊進(jìn)行電壓與電流的采樣和對PWM掌握芯片的掌握,因此選用C８05１F020單片機(jī)作為核心處理芯片,它擁有高速8０51微掌握器內(nèi)核，8個(gè)12位ADC和2個(gè)12位DAＣ,完全可以滿意設(shè)計(jì)的需求。由于本ＬEＤ恒流電源工作時(shí)絕大部分時(shí)間處于穩(wěn)定狀態(tài)，且對反應(yīng)速度沒有過快要求，因此并不需要對電壓、電流信號進(jìn)行同時(shí)的采樣，而可以分別采樣，模式切換和基準(zhǔn)電壓的調(diào)整也不需在中斷服務(wù)中完成,只有步進(jìn)調(diào)整電流的按鍵程序需要在中斷服務(wù)中完成。3

保護(hù)電路設(shè)計(jì)過壓保護(hù)電路并不是單獨(dú)設(shè)計(jì)的,而是整合在電流掌握電路中,由恒流掌握回路與恒壓掌握回路的切換完成,當(dāng)單片機(jī)檢測到負(fù)載上的電壓高于36Ｖ時(shí)，單片機(jī)掌握將恒流掌握回路切換為恒壓掌握回路，將負(fù)載的電壓掌握在略高于36V，當(dāng)再次檢測到負(fù)載電流降低到設(shè)定的電流以下時(shí),重新將恒壓模式切換為恒流模式，達(dá)到過壓保護(hù)的目的。圖3掌握程序流程圖4

功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)選用小功率功率因數(shù)校正芯片ＭC３3260，它工作在電流臨界模式。ＭＣ33２6０應(yīng)用簡潔牢靠。通過電流檢測和電壓反饋,通過PI調(diào)節(jié)來保持電壓恒定。通過對開關(guān)管的PWM掌握來得到所需要電壓?？蓪?shí)現(xiàn)0．998的功率因數(shù)校正和輸出穩(wěn)定直流電壓的功能.圖4功率因數(shù)校正模塊５

自動調(diào)光電路設(shè)計(jì)，開機(jī)沖擊電路與EMI抑制電路設(shè)計(jì)自動調(diào)壓電路采納光敏電阻作為感光元件，利用比較強(qiáng)將光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為凹凸電平信號,使用單片機(jī)內(nèi)置的ADC將這個(gè)電壓信號采回單片機(jī),當(dāng)光照強(qiáng)度較高時(shí),單片機(jī)掌握切換為恒流模式，設(shè)置的負(fù)載電流值為1００mA，使LED的亮度隨光照強(qiáng)度的增大而削減。開機(jī)沖擊電路采納熱敏電阻串聯(lián)在電源輸入端,溫度較低時(shí)電阻很大，隨著電阻發(fā)熱溫度上升，電阻逐漸變小,達(dá)到抑制開關(guān)沖擊電流過大的目的。ＥMＩ抑制電路是利用電感和電容的特性，使平率為5０Hz左右的溝通電可以順利通過濾波器，但高于5０Ｈｚ以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除，這就使開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻諧波被濾掉而不會污染電網(wǎng)。圖5開機(jī)沖擊電流和EMＩ抑制模塊三、理論分析與計(jì)算1

恒流掌握方法和參數(shù)計(jì)算將一個(gè)電阻值較小的采樣電阻串聯(lián)在LED負(fù)載與低之間,設(shè)流過ＬＥD的電流為I，則采樣電阻兩端的電壓:其中Ｒ０為采樣電阻的電阻值，取R０=Ω。一級跟隨之后電壓不變，后為一級同相放大電路，放大倍數(shù)為：后為一級跟隨,電壓不變,因此返回ＰＷM掌握芯片的電壓為：單片機(jī)通過DAＣ給PＷM掌握芯片一個(gè)參考的基準(zhǔn)電壓UREF，經(jīng)過ＰWM掌握芯片的調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)副邊繞組的電壓進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)負(fù)載電流。經(jīng)過閉環(huán)負(fù)反饋的調(diào)節(jié)作用,使U0＝ＵRＥF，此時(shí)流過負(fù)載的電流值為：只要時(shí)單片機(jī)ＤAＣ模塊的輸出電壓依據(jù)上面的式子調(diào)整，就會使負(fù)載工作在某一個(gè)需要的恒定電流值上。2

隔離變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算功率因數(shù)校正電路輸出的電壓為5５V，要求負(fù)載為10只串聯(lián)的LEＤ燈,實(shí)測正常工作時(shí)的電壓為３4V左右，可得變壓器的變比約為：由于PWM掌握芯片輸出占空比范圍為0％~5０%,因此實(shí)際取原邊４５匝，副邊56匝,變比為1。24。３

提高效率的方法選擇合適的主回路拓?fù)?使用盡可能少的元器件，降低開關(guān)頻率；主電路選擇導(dǎo)通損耗小的開關(guān)器件;測量及掌握電路在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能使用工作電壓低的元器件;掌握電路盡可能使用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)等都可以有效地提高系統(tǒng)的效率.4

濾波參數(shù)計(jì)算反激式電壓變換器需要輸出的為直流量,因此盡量應(yīng)濾掉全部諧波,使用LC無源低通濾波電路即可滿意要求,反激式變換器的開關(guān)頻率為3２kHz，設(shè)計(jì)濾波器的截止頻率應(yīng)低于３2KＨz，即：由于該系統(tǒng)為恒流系統(tǒng)，應(yīng)取較大的L值，并適當(dāng)減小C的值，據(jù)此設(shè)定L、C值.選用４70μF的電解電容,依據(jù)計(jì)算得出電感值約為０。78mＨ,采納自制的工字型濾波電感。四、測試方案與測試結(jié)果１

測試儀器與設(shè)備（1)工頻變壓器(2）四位半數(shù)字萬用表DT920３(3）安捷倫示波器DSＯ5012A2

測試數(shù)據(jù)（１）輸出電流跟蹤測試:表1

輸出電流顯示跟蹤測試(2）電壓調(diào)整率測試(設(shè)定電流為1５0mA）：表2電壓調(diào)整率測試從３2V～４０V時(shí)電流變化范圍是149mＡ～１５０ｍA調(diào)整率為０．6％。電壓調(diào)整率Su≤１%。達(dá)到要求:(３）負(fù)載調(diào)整率測試輸入電壓為36