大功率LED恒流开关电源设计

摘要

随着能源危机和气候变暖问题越来越严重，节能已经成为全球普遍关注的话题。人们通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，照明约占世界总能耗的20％，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED由于寿命长、节能环保等众多优点，成为了照明领域关注的焦点，近年来发展迅速。LED的应用，需要合适的驱动控制电路，本论文研究工作是针对LED照明设计合适的驱动电源。
　　 为了获得预期的亮度要求，并保证各个LED亮度、色度的一致性，同时避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠性，本设计采用交流降压型恒流驱动方式的开关电源。开关电源以其自身的优点已经成为电源行业的主流形式。开关电源技术的应用，使电源变得体积小，重量轻，效率高，性能更好。本驱动电源选用国际整流器公司专门为实现LED恒流驱动而设计的IRS2541控制芯片。该芯片具有频率能够自由运行并可以通过快速响应输入和输出电压的变化维持电流调节等特点，外围元器件少，简化了结构，降低了成本。
　　 论文首先介绍了LED照明的优点及应用现状，并阐述了LED的驱动电源研究现状。其次就LED的主要参数与特性、驱动方式及拓扑结构等LED驱动技术进行了详细地研究。然后基于IRS2541芯片对LED恒流驱动电路进行了具体的电路设计包括Buck电路、恒流反馈电路、保护电路、新型无源功率因数校正器、调光电路等模块电路，其中调光电路选用LM393芯片产生占空比可调的PWM信号。接着总结了PCB板设计中的注意事项并对LED驱动电源进行了测试。
　　 最后给出了样品的测试数据和分析了实验数据，并对电路进行了改进，以便有更高的效率。实验表明该驱动电路结构简单，响应快，具有自我保护功能和调光功能，稳流性能好，达到了设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 大功率LED照明的特点

1.3 LED照明的应用现状

1.4 大功率LED照明的发展趋势

1.5 LED的驱动电源研究现状

1.6 本论文的主要工作

第二章 LED原理及驱动分析

2.1 LED结构及发光原理

2.2 LED的主要参数与特性

2.2.1 LED的电学特性

2.2.2 LED的光学特性

2.2.3 LED的热学特性

2.3 大功率LED的选择

2.4 驱动方式

2.5 驱动器介绍

2.5.1 直流驱动器

2.5.2 交流驱动器

2.5.3 LED直流驱动和脉冲驱动选择

第三章 电路设计

3.1 总体方案设计

3.1.1 电路设计总体框图

3.1.2 Buck变换器

3.1.3 Boost变换器

3.1.4 Buck-Boost变换器

3.1.5 Cuk变换器

3.1.6 变换器的选择

3.2 驱动电路芯片的选择

3.2.1 LED驱动芯片的要求

3.2.2 芯片功能

3.3 变换器电路设计

3.3.1 Buck的工作模式

3.3.2 Buck变换器的性质

3.3.3 电感电容的设计

3.3.4 功率开关管和续流二极管的设计

3.4 整流滤波电路设计

3.5 功率因数校正器设计

3.5.1 功率因数的概念

3.5.2 功率因数校正器的设计

3.6 恒流反馈电路设计

3.6.1 恒流驱动原理

3.6.2 恒流电路设计

3.7 开路过压保护电路设计

3.8 调光电路设计

3.8.1 调光方式

3.8.2 调光电路设计

3.9 器件的选型

3.9.1 驱动电路图

3.9.2 器件的选择

第四章 电路板设计及结果分析

4.1 印制电路板设计的注意事项

4.1.1 PCB布局设计

4.1.2 布线设计

4.1.3 接地设计

4.1.4 去耦电容配置

4.2 电路板设计及调试

4.2.1 电路板设计

4.2.2 电路调试

4.3 电路测试

4.4 电路改进

4.4.1 有源功率因数校正器设计

4.4.2 改进结果

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢