1、第 1 页 共 14 页题 目 系 别 专 业 年 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成时间 年 毕 业 设 计第 2 页 共 14 页目录1 引言41.1 选题的目的与意义41.2 研究现状41.3 性能指标41.4 设计方案的选择41.4.141.4.251.4.382、硬件电路设计82.1 设计思路82.2 系统基本组成82.3 硬件电路设计92.3.192.3.292.3.3102.3.4112.3.5122.3.613参考文献13英文摘要14致谢14第 3 页 共 14 页LED 照明驱动开关电源设计Xxx 指导老师：xxx摘 要：LED 照明驱动设计了恒流输出、空载保护、非隔离输出
2、及 EMC 等功能。是应用于 LED 照明驱动的开关电源电路。采用 PWM 自动调节实现恒流输出，稳压管过压锁定实现空载保护。经过多次的运行与检测，实践证明该电路恒流输出稳定，发热量低，完全满足用户提出的性能指标，可以稳定可靠地工作在实际应用环境中可广泛适用于生活照明，商用照明。关键词：LED 驱动电源；发热低；恒流；非隔离；低成本1 引言1.1 选题的目的与意义照明是人类消耗能源的一个重要方面，据研究统计，若使用固态 LED 光源代替传统的白炽灯和荧光灯照明，将节约全球照明能耗的 50%以上，有助于缓解当前越来越紧迫的能源和环境问题。城市道路照明是重要的 LED 应用领域，LED 路灯照明装
3、置能否实际应用推广的关键因素之一是其驱动电源的优劣。LED 路灯驱动电源需要较高的输出功率，工作环境较为复杂，要求有较高的电磁兼容性，且由于 LED 本身的寿命很长，驱动电源的可靠性也被要求与之匹配。现阶段，市场上的 LED 路灯驱动电源大多无法满足以上要求。针对这个问题，本文设计 18W 恒流驱动电源，以满足 LED 路灯的实际应用条件。这正是本次选题的意义与目的所在。1.2 研究现状开关电源的技术已经非常成熟，由于 LED 驱动的降压技术大部分采用开关电源。因此即使是 LED 驱动电源真正进入研究的时间不算长，却无碍其技术的成熟。LED 驱动要求的技术特点是：寿命长，体积小（特别商用照明和
4、家用照明，最好可以内嵌到灯头） 。众所周知，绝大部分开关电源都需要一个输出滤波的电解电容，即使高品质的电解电容，工作在 100 摄氏度左右，寿命也只有 1Wh 左右。毫无疑问，电解电容正是LED 灯整体寿命的瓶颈。而内嵌式驱动板上的电解电容，由于 LED 的发热以及驱动板本身的发热，长期在高温工作，更使电解电容寿命减短。目前已经有集成电路，无需输出电解电容，仅需几个外围就能直接驱动 LED 发光。这使得 LED 照明的长寿命的特点确实得到保障。另外一点，限制 LED 灯 寿命是工作时的温度，目前台湾某技术机构解决方法为，使 LED 灯珠像一个灯一样可拔插，使 LED 灯成为可维护产品。除了技术
5、上的创新外，还有组合上的创新，例如加入调光技术（模拟调光，数字调光，Triac 调光） ；用三色 LED 组成色光可调制系统；采用频率抖动技术减少 EMI；加入功率因数校正电路等。第 4 页 共 14 页1.3 性能指标输入电压：170-265V输出电压：36V-72V输出电流：100-280mA恒流精度：3%功率因数： 0.92效 率： 85%功 率：6-18W具有过压保护、过流保护、空载保护等功能；1.4 设计方案的选择1.4.1 在选择驱动电源的设计方案之前，应先明晰 LED 的基本工作条件：1、输入直流电压不低于 LED 正向压降；2、采用直流电流或单向脉冲电流驱动；3、对 LED 电
6、流加以限制，以防止 LED 损坏；4、由于 LED 电流与其光通量之间的非线性关系，LED 应该在光效比较高的电流值下工作；5、优良的散热设计。 1.4.2 方案的对比1、常规变压器降压见图 1。图 1 常规变压器降压这种电源的优点是体积小，不足之处是重量偏重、电源效率也很低，一般在45% 60%，因为可靠性不高，所以一般很少用。2、电子变压器降压电路见图 2 。第 5 页 共 14 页图 2 电子变压器降压这种电源结构不足之处是转换效率低，电压范围窄，一般 180240V ，波纹干扰大。 3、电容降压见图 3。图 3 电容降压这种方式的 LED 电源容易受电网电压波动的影响，电源效率低，不宜
7、 LED 在闪动时使用，因为电路通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过 LED 的瞬间电流极大，容易损坏芯片。4、电阻降压见图 4。在低电流 LED 应用中，电阻型驱动器尽管成本较低且结构简单，但这种驱动器在低电压条件下，正向电流较低，会导致 LED 亮度不足，且在负载突降等瞬态条件下，LED 可能受损；并且电阻是耗能元件，整个方案的能效较低。图 4 电阻降压图第 6 页 共 14 页5、RCC 降压式开关电源见图 5。图 5RCC 降压式开关电源这种方式的 LED 电源优点是稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可在70% 80%，应用较广。缺点主要是开关频率不易控制，负载电压波纹
8、係数较大，异常情况负载适应性差。 6、PWM 控制式开关电源见图 6。 第 7 页 共 14 页图 6 PWM 控制式开关电源目前来说，PWM 控制方式设计的 LED 电源是比较理想的，因为这种开关电源的输出电压或电流都很稳定。电源转换效率极高，一般都可以高达 80%90%，并且输出电压、电流十分稳定。这种方式的 LED 电源主要由四部分组成它们分别是：输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM 稳压控制部分、开关能量转换部分。而且这种电路都有完善的保护措施，属于高可靠性电源1.4.3 方案的确定PWM 的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可
9、将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑 1 改变为逻辑 0 或将逻辑 0 改变为逻辑 1 时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是 PWM 相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将 PWM 用于通信的主要原因。从模拟信号转向 PWM 可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的 RC 或 LC 网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 总之，PWM 既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术基于以上各种方案对比，采用方案 6 PWM 控制方式的 LED 电源是最理想的。2 硬件电路设计2.1 设计思路本设计采用恒流输
10、出，输出电压随负载大小自动调节的适用广泛的设计。考虑到国内采用 50HZ、220V 的供电系统，而美国、欧洲、日本居民用电从 110V-240V 不等，再考虑到网压 10%的波动，系统把输入放宽到从 85V-265V。本着设计一款符合社会要求的真正节能、节钱、长寿的 LED 驱动电源的思想。在能效转换和产品成本上作出折中的选择，转换效率要求在 75%以上；IC 控制芯片采用 LED 市电切相调光驱动芯片SSL2101。2.2 系统基本组成 交流输入 整流滤波PWM 驱动控制输出滤波功率变换开关管电路EMI 滤波保护电路恒流输出图 7 系统总体框图2.3 硬件电路设计？第 8 页 共 14 页2
11、.3.1 总体电路图见图 7图 8 总体电路图2.3.2 输入整流电路见图 8图 9 输入整流电路输入 FS 线圈压降，电容 CY2 滤波，通过四个二极管整流，使电源由 AC 到 DC 变换，直流输出。2.3.3“填谷式 ”功率因数校正电路见图 9第 9 页 共 14 页图 10 “填谷式” 功率因数校正电路当输入电压大于输出电压时，DB 将导通以增大输出电压。此时二极管 D1 和 D3将关断，电容器 C2 和 C3 将停止向负载供电。因此负载电路现在直接从电源通过桥式整流器提供，因供电电压小于 C2 和 C3 上的电压之和，这时 D1 将不导通。直到供电电压达到 C1 和 C2 上的电压之和
12、时，加到整流桥输出的负载才是线性的负载，输入电流将和输入电压一样为正弦波形。当供电电压达到峰值时，它将超过 C2 和 C3 上的电压之和，D2 通过 C2、D2、R2 和 C1 导通并再对串联电容器充电。供电电压峰值附近的短暂电流被电阻器 R2 限流。当供电电压开始下降时，所有的二极管都将关断，负载电流又重新直接通过整流桥 DB 供电。当供电电压刚下降到原来峰值的 50时，二极管 D3 和 D1 将重新导通，通过并联的 C2 和 C3 对负载供电。其充放电示意图见图 10。图 11 其充放电示意图第 10 页 共 14 页2.3.4 SM8013 PWM 控制电路见图 11图 12 SM801
13、3 PWM 控制电路PWM 部分电路采用 SM8013 芯片控制SM8013 功能介绍一、概述： SM8013 是一个高性能的电流型 PWM 控制芯片，通过驱动外部高压 MOSFET 管，组成 大功率的开关电源。它有很小的启动电流和工作电流，保证较低的待机功耗和很高的工作效率。 通过调整外围器件，改变 PWM 工作频率，使之满足各种客户的需要。空载或者轻载的情况下， 芯片会降低 PWM 工作频率（22KHz） ，从而进一步降低开关损耗。 SM8013 还拥有性能优异的过电流保护（OCP） 、过载保护（OLP ） 、芯片 VDD 过压嵌位 和欠压锁定功能（ UVLO） 。同时芯片驱动输出最大电压
14、保持在 18V，保证外部高压 MOSFET 管 安全可靠的工作。内部抖频功能，保证电源系统有很好的 EMI 性能。二、特色说明： 1. 外围电路元件少，成本低 2. 很低的待机功耗（ AC240V，功耗小于 0.3W） 3. 过流保护、过载保护 4. 优异的芯片过压嵌位和欠压锁定功能(UVLO) 5. 封装格式：DIP8 与 SOT23-6 6. 很小的启动电流（5A ）和很小的工作电流（2mA） 7. 通过调整外围电阻，改变开关频率。 8. 驱动输出电压小于 18V，保护高压 MOSFET 管三、功能表述SM8013 是一个高度集成的 PWM 控制芯片，针对 75W 以内的离线式反激转换电源进行优化设计。优异的突变模式控制(BURST MODE CONTROL)极大的降低待机功耗，使系统更好的满足国际上节约能源的需求。启动电流和启动控制：SM8013 的启动电流很小，大约 5A,使芯片快速充电越过 UVLO 阀值电压，保证系统快速启动。因此在实际应用中可以使用一个阻值较大的启动电阻来降低系统的功耗。例如在 AC/DC 适配器，在通用的输入电压范围内，可以使用 2M 1/4W 的电阻，进一步降低系统的功耗。.芯片工作电流：
