1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化白光 LED 驱动电路的研究一、课题研究意义及现状LED（Light Emitting Diode） ，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，所以 LED 照明是继白炽灯和荧光灯后的一种新型光源。与传统光源相比，LED 照明有许多优点，如节能环保、响应时间短、效率高、体积小，LED 驱动电路则是 LED照明的一个重要环节，对 LED 驱动电路的研究与改进对 LED 这种新型光源的发展起着重要作用。20 世纪 90 年代初，日本研究者中村修二成功研制出掺 Mg（镁）的同质结 GaN（氮化镓）蓝光 LED，使得白光 LED 有了实用性
2、强和行之有效的技术方案，半导体照明光源与固态照明领域也随之成为国内外光电子研究领域更引人注意的热点。随着材料生产和制作技术的迅猛发展，LED 的发光效能已取得了明显的提高，LED 器件也从早期的指示型 LED(恒流 20mA)发展到功率型 LED(恒流 350mA)。 1随着 LED 性能的不断提高，使得其应用领域不断拓展，从最初的状态表征到目前的信号灯显示、路灯以及汽车照明等领域。但目前 LED 还有许多不足，比如光效还需提高，还有封装工艺和材料，散热技术，驱动电路等问题。而驱动电路正是本课题的研究对象。LED 的驱动电路主要功能是将交流电压转换为恒流电源。功率型 LED 通常采用直流工作，
3、但工作电流较大，在驱动电路设计的时候，既要考虑白光 LED 的单管效率，也要考虑电路的整体转换效率、复杂程度以及成本。综合这些因素，要设计一款既高效率又低成本的驱动电路难度还是很高的。所以现在很多企业受到成本的制约，都无法采用具有高效率高可靠性又能在高温下工作的 LED，很多企业使用的 LED 的有效寿命和可靠性都很低。LED 驱动电路除了要满足安全要求外，另外的基本功能应有两个方面：一是尽可能保持恒流特性，尤其在电源电压发生15的变动时，仍应能保持输出电流在10的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗，这样才能使 LED 的系统效率保持在较高水平。根据能量来源的不同，LED 驱动电路总
4、体上可分为两类，一是 AC/ DC 转换，能量来自交流市电，二是 DC/ DC 转换，能量来自干电池、可充电电池、蓄电池等。根据 LED 驱动原理的不同，又可以分为线性驱动电路和开关驱动电路。大功率 LED 恒流驱动常用方法有电阻限流、线性控制调节、电荷泵升压、开关变换器控制等。二、课题研究的主要内容和预期目标本设计的主要内容和基本要求如下：（1）学习光的基本知识，包括可见光，光的波长、光的本质等基本概念。（2）学习照明的基本知识，包括各种照明灯具种类，常见照明灯具的原理，照明相关的一些基本概念等。（3）分析比较各种照明灯具的优缺点，以及各种照明灯具的历史，现状，发展等。（4）重点学习 LED
5、 相关的知识，包括 LED 的结构，发光原理，各种颜色的 LED 的知识等，以及分析为 LED 相对于其他照明灯具的优缺点。（5）重点学习白光 LED 的各种驱动电路、驱动方式等，并设计制作一种驱动电路。本设计要求完成一种白光 LED 驱动电路的硬件设计与制作。预期目标：完成白光 LED 驱动电路的硬件设计与制作。大功率 LED：可以选择 1W 白光 LED，其参数如下： 功 率 ：1W 光 通 量：20-30LM 顺向电压：3.5-3.8V 额定电流：350mA 光 衰 ：5%每千小时光衰。 角 度 ：120 度三、课题研究的方法及措施本课题的重点是完成白光 LED 驱动电路的设计。首先要研
6、究 LED 的发光特性和伏安特性。可以知道当 LED 电压变化很少时，电流变化很大。LED 发光的强度由流过 LED 的电流决定，电流过强会引起 LED 的衰减，电流过弱会影响 LED 的发光强度，因此 LED 的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率 LED 使用的安全性，同时达到理想的发光强度。所以我们采用恒流方式驱动。通过比较各个芯片和各种白光 LED 驱动电路来选择最适合本课题电路设计的方案。还要对白光 LED 的连接方式（串联、并联还是混联）进行分析和比较，由于本设计是照明用的白光 LED 的驱动电路，要求有较大的驱动电流，较好的光匹配度，因此采用串联驱动。具体设计时，首先需要阐述开关电
7、源的基本工作原理，详细分析 PWM 调制型开关电源电流控制模式和电压控制模式的优缺点；然后结合大功率 LED 照明的应用特点，比较各个芯片的优缺点，最终决定采用 LT3755 芯片，设计一款 PWM 调制的电流控制模式的驱动电路。图为设计的简略电路图四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 9 月 13 日至 2011 年 5 月 17 日。2010 年 9 月 13 日至 2011 年 2 月 20 日:明确任务，查找资料，确定系统总体设计方案；2011 年 2 月 20 日至 2011 年 3 月 10 日:写文献综述，外文翻译，完成开题报告，准备开题答辩2011 年 3 月 1
8、0 日至 2011 年 3 月 20 日：完成电路设计和仿真；2011 年 3 月 20 日至 2011 年 4 月 1 日：完成驱动电路硬件和检测电路的设计；2011 年 4 月 1 日至 2011 年 4 月 10 日：设计作品完善，论文修改；2011 年 4 月 10 日至 2011 年 5 月 17 日：:撰写毕业论文，完善与修改毕业论文；做好论文答辩的 PPT 资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。五、参考文献1杨光.照明级白光 LED 的性能与应用J.光源与照明.2007,1:4-6.2邬崇朝,陈大华.LED 推广应用瓶颈的探讨J.照明工程学报,2009,12，20(4)：39.
9、3王光峰.白光 LED 驱动电路的研究及其电路的设计D.硕士学位论文.浙江大学.2005.4徐忠正,吴剑峰等.超高亮度 LED 分档调光稳定控制系统J.光学仪器.2006,28(1):89-92.5 Nadarajah Narendran.Improved Performance White LEDC.International Society of Optical Engineering. 2005. 6 平立.白光 LED 驱动综述J.现代显示.2006,64:44-48.7 倪尔东.LED 汽车新光源D.硕士学位论文.武汉理工大学.2005.8 Ren Haipeng,Liu Ding.
10、Simulation on power factor correction boost converter based on matlab and its experimental verificationJ.Transactions of China Electro Technical Society,2006,21(5):29-359张成功,刘卫东.动态控制的 LED 背光源设计J.现代显示,2008,15(7):51-5410周志敏,周纪海,纪爱华。LED 驱动电路设计与应用M,北京：电子工业出版社，2006.11杨清德,康娅.LED 及其工程应用M.人民邮电出版社，2007.12王凤岩
11、,许建平,贺明智.超高亮 LED 的驱动J.电源技术应用,2005（9）：43-48.毕业论文文献综述电气工程及自动化LED 驱动电路的设计和研究摘要：LED（light emitting diode）即发光二极管，是一种用途非常广泛的固体发光光源，一种可以将电能转化为光能的电子器件。由于 LED 具有节能、环保、使用寿命长，LED 元件的体积小，LED 的发出的光线能量集中度高，LED 的发光指向性强，LED 使用低压直流电即可驱动，显色性高（不会对人的眼睛造成伤害）等优点，LED 被广泛应用在背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等各个领域。而且随着 LED 研发技术的不断突破，高亮度、大功
12、率的 LED 相继问世，特别是白光 LED 的发光效率已经超过了常用的白炽灯，正朝着常照明应用的方向发展，大有取代传统的白炽灯甚至节能灯的趋势。驱动电路有恒压驱动方式和恒流驱动方式。关键词：大功率 LED ；驱动电路；恒流驱动芯片 LT3755一、LED 主要性能指标 11）LED 的颜色：目前 LED 的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀色等其它的颜色；2）LED 的电流：一般小功率的 LED 的正向极限电流多在 20mA。但大功率 LED 的功率至少在 1W 以上，目前比较常见的有 1W、3W、5W、8W 和 10W。1W LED 的额定功率为 350mA,3W LE
13、D 的 750mA。3）LED 的正向电压：LED 的正极接电源正极,负极接电源负极。一般 1W 的大功率 LED的正向电压为 3.5V3.8V。4）LED 的反向电压：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏 2。5)LED 发光强度：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，单位为坎德拉（cd） 。 6）LED 光通量：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量。单位为流明(lm)。如 1W 大功率 LED 的光通量一般为 6080LM。 7）LED 光照度：1 流明的光通量均匀分布在 1 平方米表面上所产生的光照度.，单位为勒克斯
14、(lx)。 8）LED 显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度。9）LED 的使用寿命：LED 一般可以使用 50,000 小时以上 3。10）LED 发光角度：二极管发光角度也就是其光线散射角度，主要靠二极管生产时加散射剂来控制。二、大功率 LED 的驱动方式LED 驱动简单的来讲就是给 LED 提供正常工作条件(包括电压,电流等条件)的一种电路,也是 LED 能工作必不可少的条件,好的驱动电路还能随时保护 LED，避免 LED 被损坏。 LED 驱动通常分为以下三种方式 4：1）镇流电阻驱动：就是简单的的在 LED 的回路中串接电阻,通过调节电阻的阻值,可以改
15、变 LED 的驱动电流。此电路的优点是简单，成本低；缺点是电流稳定度不高；电阻发热消耗功率，导致用电效率低，仅适用于小功率 LED 范围，所以不选这种方案。2)恒压驱动：就是保持 LED 两端的电压不变，因为每一种颜色的 LED 的电压都不一样,所以很少用恒压的方式来驱动 LED。 3)恒流驱动：顾名思异就是保持 LED 的电流一直不变,让 LED 在恒定电流的条件下工作。由于大功率 LED 是低电压、大电流的驱动器件，当 LED 电压变化很少时，电流变化很大。LED 发光的强度由流过 LED 的电流决定，电流过强会引起 LED 的衰减，电流过弱会影响 LED 的发光强度，因此 LED 的驱动
16、需要提供恒流电源，以保证大功率 LED 使用的安全性，同时达到理想的发光强度 5。如果采用恒压方式驱动，LED 正向电压的任何变化都会导致LED 电流的变化。由温度或电压变化引起的特定压变，导致正向电流降低，正向电压变化11会导致更大的正向电流变化，达 30。电流的变化较大，使 LED 的亮度不能恒定。所以一般都选择恒流驱动 IC6。三、恒流驱动方式电路白光LED驱动电路集成化芯片很多,按用途分有照明用和彩色液晶背光用驱动器,包括高功率LED驱动器(如LTC3214、LTC3216)和高亮度LED的驱动器;LED的连接方式有并联、串联和串/并联三种, 并联驱动和串联驱动都有相应的专用芯片 7。
17、LED 驱动电路除了要满足安全要求外，还应具备两个基本功能：一是尽可能保持恒流特性，又使其在电源电压发生的变动时，仍应能保持输出的电流在的范围内变动；二是应保持较低的自身功耗，这样才能使 LED 的系统效率保持在较高水平 8。随着更新一代大功率 LED 所需的驱动电流的增加，要更多的考虑到 LED 本身和电流驱动电路的散热管理和功耗等问题 9。使用 LED 的新型照明设计一般都比白炽灯设计昂贵，所以从长远来看，必须用更高效率的发光来极大地降低耗电成本 10。为了确保最佳性能和长工作寿命，LED 需要一个有效的驱动电路。无论输入电压如何变化，LED 驱动器都要向 LED 串提供恒定电流，以保持恒
18、定光输出和颜色不变。出于这个原因，常常需要恒定频率、电流模式 LED 驱动器拓扑 11。与电压模式控制相比，电流模式控制改善了环路动态特性并提供逐周期限流，从而向 LED 提供恒定电流。同时，LED 驱动器必须提供高于 90%的效率，以最大限度减少对外部散热器的需求并保持照明系统的高效率。在应用大功率 LED 驱动控制芯片时，可以依据不同的应用场合进行选择 12：1）当需要较高功率时可选择功率器件没有集成在芯片内的控制器，这样就可以按照实际的功率需求单独选择功率器件；2）当需要较高的变换效率时，如便携式设备等，可选择开关电源类的驱动电路；3）当应用于可靠性高的设备中，可选择有温度保护、故障报警
19、等控制功能全面的芯片。综合考虑设计简单、低电流消耗、高效率、短路保护、开路 LED 保护和高调光比（PWM调光）等要求，本设计采样 LT3755 LED 驱动芯片。4.5V 至 40V 的输入电压范围使其适用于多种应用，如汽车等蓄电池供电、太阳能供电、工业和建筑照明。LT3755 使用外部 N 沟道 MOSFET，可以用 12V 的输入驱动多达 14 个 1A 的白光 LED，提供超过 50W 的功率。五、参考文献1杨光.照明级白光 LED 的性能与应用J.光源与照明.2007,1:4-6.2邬崇朝,陈大华.LED 推广应用瓶颈的探讨J.照明工程学报,2009,12，20(4)：39.3王光峰
20、.白光 LED 驱动电路的研究及其电路的设计D.硕士学位论文.浙江大学.2005.4徐忠正,吴剑峰等.超高亮度 LED 分档调光稳定控制系统J.光学仪器.2006,28(1):89-92.5 Nadarajah Narendran.Improved Performance White LEDC.International Society of Optical Engineering. 2005. 6 平立.白光 LED 驱动综述J.现代显示.2006,64:44-48.7 倪尔东.LED 汽车新光源D.硕士学位论文.武汉理工大学.2005.8 Ren Haipeng,Liu Ding.Simu
21、lation on power factor correction boost converter based on matlab and its experimental verificationJ.Transactions of China Electro Technical Society,2006,21(5):29-359张成功,刘卫东.动态控制的 LED 背光源设计J.现代显示,2008,15(7):51-5410周志敏,周纪海,纪爱华。LED 驱动电路设计与应用M,北京：电子工业出版社，2006.11杨清德,康娅.LED 及其工程应用M.人民邮电出版社，2007.12王凤岩,许建平
22、,贺明智.超高亮 LED 的驱动J.电源技术应用,2005（9）：43-48.毕业设计（20_ _届）白光 LED 驱动电路的研究摘 要在能源问题日趋严重的今天，以高效、节能以及长寿命为主要特点的大功率白光 LED 获得了人们的重视。伴随着半导体材料的发展，白光 LED 成为许多照明领域的首选器材。于此同时，大功率照明白光 LED 驱动集成电路的开发也由于功率 LED 应用的逐渐普及得到了长足的发展。本文分析了四种最常见的白光 LED 驱动模式的基本原理，包括（1）恒压输出加镇流电阻的并联驱动方式， （2）单恒流源加镇流电阻的并联驱动方式，（3）多路恒流源的并联驱动方式， （4）电感升压的串联驱动方式。详细分析了Buck（降压）拓扑结构、 PWM 调制型开关电源电流控制模式和电压控制模式的优缺点，提出了一种基于 PWM 调制型 Buck 模式开关电源恒流驱动电路原理，利用 LT3755 芯片驱动大功率白光 LED 的设计电路。该驱动电路具有 1000:1 高调光比（PWM 调光） 、低电流消耗、高 效率、欠压保护、短路保护和开路 LED保护等功能，适合驱动高亮度大电流 LED。关键词：大功率 LED；开关电源；PWM；恒流驱动；LT3755
