大功率LED灯驱动电源开题报告

1、 本科毕业设计（ 论文 ） 开题报告论文题目大功率LED灯驱动电源一、 选题背景和意义近几年，随着全球能源危机日益严重、气候环境不断恶化，节能环保已经成为全球不可忽视的焦点问题之一。在这样的背景下，LED 以其所具有的高光效、低功耗、寿命长等优点的“绿色照明”飞速发展，并成为既白炽灯、钠灯和荧光灯之后的第四代照明系统1。各国政府也相继推出适合本国的LED发展计划，1998年，日本执行的“21 世纪照明计划正式启动”，预计投资 60 亿日元； 2000 年 7 月欧盟宣布启动“彩虹计划”以推广白光发光二极管的应用；美国能源部于2000 年开始启动国家半导体照明研究计划，即“下一代照明计划 , 并

2、与光电子产业发展协会和国家电子制造厂商共同制定了美国2020 年前的通用照明用半导体SSL-LED 技术发展规划；2014 年 9 月韩国推出名“OLED照明产业集群建设项目”，投资220 亿韩元发展LED 照明；顺应发展潮流，2003 年我国科技部开始实行“国家半导体照明工程” 并将其在2006 年列入国家863 计划重大项目，随后又在制定的 “十二五”规划中规定了LED 的发展指标，其中包括实现LED照明产品在通用照明市场的份额达到30%，实现年节电1000 亿度，年节约标准煤3500 万吨等 2。 TOC o 1-5 h z LED作为新兴光源，具有以下优点3：一是发光效率高：白炽灯和卤

3、钨灯的发光效率为12 24 流明 / 瓦； 荧光灯和HID灯的发光效率为50 120流明 /瓦，而LED灯预计可以达到250 流明 /瓦，目前的发光效率为110 流明 / 瓦，已经成功应用与实践中。二是节能效果好：原来使用60 瓦白炽灯的房间，使用节能灯只需要13 瓦，而LED灯比节能灯更加节能，约为节能灯的3/4。三是使用寿命长：普通白炽灯的寿命约为1000h；节能灯的寿命比白炽灯长，约为6000h，但是节能灯每开关一次，灯的使用寿命大约会降低3 小时左右；LED灯的寿命能达到100000h，并且即使是频繁开关也不会影响它的使用寿命。四是环保：LED 是全固体发光体、耐冲击不易破碎、废弃物可

4、回收而且没有污染，能减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体的产生，改善了人们生活居住的环境，可称为“绿色照明光源”。在 LED大放异彩的同时，LED驱动电源则是LED产业链发展的保障，LED驱动电源的寿命、可靠性直接制约了LED产品的寿命。因此在LED产业链不断整合完善的今天， LED 驱动电源的成熟与发展发挥着重大的决定性作用4 。据预测，全球LED驱动电源市场规模将由2013年的 29.48 亿美元增长到2018年的 117.07 亿美元。因此研究一个与LED相匹配的高效、环保、寿命长的驱动电源是十分有必要的，这也是选题的背景与意义所在。二、国内外研究现状、发展动态（一）

5、国内外研究现状国外的科研人员对LED驱动电源进行了大量的研究，主要的成果有三代驱动电源 5,6 ： 第一代LED驱动电源主要采用完全分开的独立设计，系统效率较低，通常在8488左右，并且成本高、寿命短、可靠性低；第二代LED驱动电源采用恒压源和恒流源模块集中设计，系统效率明显提高，达到8891左右，寿命和可靠性大幅度提高，成本明显下降; 第三代LED驱动电源，电能转换分两级完成，新的主电路拓扑加新的控制方案，系统效率进一步大幅度提高，达到9496，驱动器耗能比第二代产品再下降3050，寿命和可靠性进一步大幅度提高，成本大幅度下降。中国的LED产业开始于上世纪70年代，经过了40余年的发展，我国

6、已经初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链7 。就 LED产业化而言，中国大大落后于国外。目前全球LED照明产品的市场主要被飞利浦、 欧司朗等照明大公司占据，它们具有品牌、技术、 渠道、 规模等诸多优势。虽然随着LED产业的发展，国内LED照明产业所占比重不断增大，但是与国际大公司仍有着比较大的差距。据统计，2013年中国最大LED照明业务营收仅有10多亿元，2014年也仅有20亿左右，而2013年飞利浦LED营收额达242亿元，2014年 LED照明营收额达300亿元8 。（二）发展动态2016 年 10 月白炽灯将完全退

7、出市场9 ，这将会促使LED更快发展。随着节能环保更加深入，LED照明将迎来更广阔的前景。LED驱动电源将朝着高功率因数、小体积、长寿命、高可靠性的趋势发展。其中提高功率因数与减小体积是研究与发展的热点。三、研究的内容及可行性分析（ 一） 研究的主要内容LED因其高效、节能、环保、寿命长等特点已经被应用于各个领域，包括通讯、电子、汽车、信号灯等。大功率LED是低电压大电流的器件，单颗灯珠功率在0.5W以上，本设计的内容是设计一款大功率LED灯驱动电源。要求输出功率不小于5W，效率大于80%。（二）可行性分析图 1 为大功率LED驱动电源的电路框图，采用主控芯片用于驱动LED灯。图 1 大功率

8、LED 驱动电源电路框图主控芯片的选择目前，国内外生产的LED驱动电源芯片种类繁多，性能各异10BP3122芯片的主要特点是：（ 1）原边反馈恒流控制，无需次级反馈电路（ 2）无需变压器辅助绕组检测和供电（ 3）芯片超低工作电流（ 4）宽输入电压（ 5）5% LED 输出电流精度（ 6） LED 短路 /开路保护、CS 电阻短路保护、芯片供电欠压保护、过温保护等多种保护功能BP3122芯片符号见图2，引脚功能见表1图 2 BP3122符号表 1 BP3122引脚功能CL1503S芯片的主要特点是：（ 1）宽输入电压（ 2）5%LE输出电流精度D（ 3）芯片超低工作电流（ 4）电感电流临界连续模

9、式（TM）无辅助绕组优异的线电压调整率和负载调整率LED 开 /短路保护、电流采样电阻短路保护欠压锁定(UVLO)过温调节功能CL1503S芯片符号见图 3，引脚功能见表2。图 3 CL1503S符号表 2 CL1503S引脚功能SD6900芯片的主要特点是：非隔离电路结构，支持全电压输入。有源功率因素校正功能。较高的电源转换效率。超低的 IC启动电流，系统启动快速。芯片内有VCC过压欠压保护、输出短路开路保护和内置过温保护等多SD6900芯片符号见图4，引脚功能见表3。图 4 SD6900符号表 3 SD6900引脚功能电源其他功能模块电源输入管理模块电源输入管理模块要实现过温保护、短路保护

10、和抗高频干扰，为电路提供一个较为稳定、安全的输入。电源输入管理模块可以由熔断器、负温热敏电阻以及电容组成。当流过熔断器的电流大于1A时，熔断丝自动断开，可以有效防止电路发生短路给驱动电源带来的损害。电容则可以抵抗高频干扰，避免高频干扰对元器件造成损害。滤波模块滤波模块可以由电感组成，主要起EMI滤波作用。EMI滤波器对电磁兼容及抑制电磁干扰起着重要的作用11，可以有效抑制电磁波对外的辐射，大大降低了驱动电源对外造成的电磁辐射污染。电磁辐射会对其他电器设备和人体造成干扰或不良影响，因此抑制电磁辐射可以提高驱动电源的“和谐性”，减缓生活中的电磁辐射污染。整流模块整流模块一般由4个快恢复整流二极管组

11、成。整流模块就是充分利用这4个快恢复整流二极管的单向导电的特性，将输入的交流电转换成直流电。快恢复整流二极管充分利用了肖特基二极管多数载流子导电的特性，因而具备正、反向恢复时间都短的优势，可以实现高频高效整流。4） LED灯珠模块LED灯珠模块有LED串联、并联、串并联结合3种方式。LED灯珠模块的电路板应与驱动电源电路板分离，避免LED灯珠发热影响驱动电源的正常工作和转化效率。提高LED驱动电源效率的方法选择高效率的拓扑结构这个是方案选型的开始，例如PW和M QR PFM，能选用软开关的尽量选用软开关拓扑（软开关损耗小）。（ 2）合理选用开关器件。成本和性能的平衡。（ 3）优化变压器参数设计

12、，减少振铃带来的涡流损耗。（ 4）选择好的电解电容（ 5）主电流回路PCB尽量短。（ 6）输入EMI部分优化设计（ 7）启动部分功耗设计（ 8）芯片辅助供电优化（ 9）优化SNUBBE电路参数，尽量使损耗最小。 R四、论文拟解决的关键问题及难点LED是一个电流驱动的低电压单向导电器件，由于这个特点，就要用直流电流或者单向脉冲电流给LED供电。由于LED性能参数的离散性，其正向压降变化范围比较大（最大可达1V以上） 。采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的可靠性、寿命和光衰。同时LED的 PN结的温度系数为负，温度升高时LED的正向压降降低，随着LED工作温度的升高，电流会越

13、来越大，以至损坏LED。由于这个特点，所以LED不能直接用电压源供电，必须采用恒流源供电。LED的发光强度与LED的正向电流具有非线性关系，LED的发光强度在一定范围内随着流过LED的电流增加而增加，继续增大正向电流，LED发光强度增加幅度降低甚至饱和，因此，应该使LED在一个发光效率比较高的电流值下工作。采用适当的芯片设计大功率LED灯驱动电路，克服因为电压不稳所引起的发光强度的变化，达到基本的设计要求。五、研究方法（一）文献研究法文献研究法是根据一定的研究目的或课题，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题的一种方法。文献研究法已经被广泛用于各种学科研究中。首先运用文

14、献研究法了解有关大功率LED灯驱动电源的历史和现状，帮助确定研究课题；形成关于研究对象LED驱动电源的一般印象，有助于观察和访问；得到现实资料的比较资料，了解事物的全貌。（二）行动研究法行动研究法就是用科学的理论、方法、技术去审视、指导教育教学实践，将教育教学经验上升到理论的高度。通过在实践活动的进程中发现问题、设计实验方案、实施实验方案、评价或有新的发现、再计划、再实施、再评价或发现, 的方式不断进行。六、论文的进度安排2016 年 7 月 1 日 -2016 年 9 月 10 日：毕业设计初期，查阅课题相关资料，对课题设计内容有一个初步了解，并完成文献综述、开题报告，待学校抽查。2016

15、年 11 月 1 日 -2016 年 12 月 30 日：毕业设计初步设想及草案，根据设计要求，熟悉过程，建立模型，完成一篇相关文献翻译。2017 年 3 月 1 日 -2017 年 4 月 30 日：查阅相关原理及应用，了解智能仪器、电力电子技术等相关书籍，完成对系统软件部分，并进行修正，给出仿真结果，再进行硬件部分。即毕业设计中期检查，设计基本完成。2017 年 5 月 1 日 -2017 年 5 月 10 日：分析总结控制性能指标及规律，对毕业设计调整、修改、完善。即等待答辩。如需要论文和实物请浏览器访问 HYPERLINK /item.htm?id=525424802980 /item

16、.htm?id=525424802980七、主要参考文献李军伟 .LED 的驱动电路研究D. 辽宁 : 大连理工大学,2007 : 56.范俊杰 , 宁凡 .LED 驱动电源的现状与展望J. 中国科技信息, 2009(15): 137-139.王慧锋 . 基于DSP的大功率LED控制关键技术研究D 广东：广东工业大学，2013:2-3.林方盛，蒋晓波，江磊，刘木清. LED 驱动电源综述N. 照明工程学报,2012(S1).ON Semiconductor Creating Solid State Lighting Drive Solutions that are Smarterand More Cost-EffectiveC International LED Innovation Forum ， 2013Athalye PHarris M ， Negley G A two stage LED driver for high performance high voltage LED fixturesC 27th Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition ， 2012： 2385 2391佚名 . LED 驱动电源的行业发展分析J. 中国路灯, 2013(1)