LED电路设计.docx

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LED电路设计

摘要在能源和环境问题日趋严重的今天，以高效、节能、环保以及长寿命为主要特点的LED获得了人们的重视，同时随着经济的发展，LED（发光二极管）应用随需求而变得急剧增大，它已经广泛地应用于电信.、邮政、金融、交通等各个行业。

随着其性能的提高以及生产成本的下降，LED将逐步取代白炽灯和荧光灯，引起人类照明史上又一次革命。

而LED的应用离不开它所需要的驱动控制电路，通过驱动电路来获得良好而平稳的电流，使LED显示更加均匀、漂亮，来满足各种场合的应用要求。

本文从LED的发展现状出发，选择合适的LED驱动电路，介绍了LED照明的特点以及基本的光学特性，同时给出LED驱动电源的特殊性以及供电的基本要求，为此需要利用降压型或者升压型开关变换器进行调压，最后将误差信号反馈，之后成为脉冲宽度调节的输入信号来控制开关的开断，从而构成整个LED驱动电路，为LED负载提供稳定的电流，达到目的。

最后通过Saber软件来仿真基于Buck变换器的LED驱动电路，在20ms的仿真周期内，获得平稳的电流，并且将误差控制在0.5%以内，完成预期的要求。

关键词：

LED；驱动电路；Saber软件；Buck型开关变换器ABSTRACTNowadaystheProblemsofenergysourcesandenvironmentbecomemoreandmoreserious,semiconductorlightinghaswonpeople’sattentionforitsuniqueattributesoflowenergyconsumption，lowpollution，longlifeandhighefficiency.Asthesametime,thedevelopmentofeconomyneedsforapplicationsofLEDincreasedramaticallyanditisusedwidelyintelecom，mail，finance，traffic.AsthequalityofpowerLEDimprovesandthecostofpowerLEDreduce,semiconductorlightingwillreplaceincandescentandfluorescentlightinggradually.Drive-controlvoltageisnecessaryforapplicationofLED，becausedrivencircuitprovidesgoodandsteadycurrenttomakedisplayofLEDsuitableformanyapplications.Inthispaper,thecurrentsituationofthedevelopmentofLED，SelecttheappropriateLEDdrivecircuit.DescribesthecharacteristicsofLEDlighting,andbasicopticalproperties，Atthesametime，LEDdrivepowerisgiventhespecialnatureandthebasicrequirementsofpowersupply，Thisrequiresuseofbuckorboostswitchingconverterforvoltageregulator，Finally,afterthefeedbackdeviationsignalastheinputsignalpulsewidthmodulationtocontroltheswitchbreaking，WhichconstitutetheentireLEDdrivercircuit,toprovideastableloadfortheLED，andAchievethepurpose.Finally,usesabersoftwaretosimulationbasedonbuckconverterLEDdrivecircuit,inthe20msofthesimulationcycletoobtainasmoothcurrent,Andwillbelessthan0.5%deviationcontrol,isexpectedtocompletetherequirements.Keyword：

LED；Drivecircuit；saberSoftware；Buckpowerconverter目录第一章绪论...............................................................................................11.1引言...........................................................................................................................................11.2半导体照明特点.......................................................................................................................11.3国内外研究现状及发展趋势...................................................................................................21.3.1研究现状............................................................................................................................21.3.2发展趋势...........................................................................................................................31.4本课题研究的意义及主要工作...............................................................................................31.4.1研究意义...........................................................................................................................31.4.2本文主要工作...................................................................................................................4第二章LED原理......................................................................................62.1LED的结构特性和发光原理...................................................................................................62.1.1LED的结构........................................................................................................................62.1.2LED的发光原理................................................................................................................72．2LED的基本特性....................................................................................................................92.2.1LED的电学特性................................................................................................................92.2.2LED的光学特性..............................................................................................................112.2.3LEO的热学特性..............................................................................................................13的驱动电路的研究第三章LED的驱动电路的研究...............................................................143.1LED驱动器的要求.................................................................................................................143.2LED供电的特殊性.................................................................................................................143.3LED的恒压驱动技术和横流驱动技术.................................................................................153.3.1LED的恒流源驱动..........................................................................................................153.3.2LED的恒压源驱动..........................................................................................................163.3.3LED的连接方式..............................................................................................................173.4DC-DC转换电路的原理和控制策略分析.............................................................................183.4.1DC-DC转换电路三种拓扑结构的原理分析.................................................................18第四章基于SABER的LED驱动电路仿真............................................334.1Buck型开关变换器的LED驱动电路设计...........................................................................33设计总结......................................................................................38第五章设计总结参考文献..................................................................................................39英文原文..................................................................................................41中文翻译..................................................................................................52致谢..........................................................................错误！

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中国矿业大学徐海学院2011届本科生毕业设计

第一章绪论1.1引言能源问题现在是全球面临的问题，节约能源从照明开始。

随着我国经济的高速发展，城市化进程的加速，城市照明有了长足发展。

城市照明对改善城市居住环境、提高城市整体素质、拉动内需、推动城市夜间经济发挥了积极作用，为城市的社会效益、环境效益、经济效益做出了巨大的贡献.目前城市照明（指景观照明和功能照明的统称）年用电量约占全国总发电量的4-5%，所以城市照明节电，具有着重要得意义。

通过推进城市的绿色照明，减少温室气体排放。

实现城市照明节电15%的目标。

所谓绿色照明，就是用科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全、性能稳定的照明产品，来改善和提高人们工作、生活、学习的条件和质量，从而创造一个高效、安全、经济、健康有益的生活环境并充分体现现代要求的照明。

但是普通的节能灯，寿命短，导致节电却不省钱。

半导体照明（semi-conductorlighting）是未来照明领域重要的发展方向。

半导体照明和一般光伏电源配用的节能灯泡相比的话，具有节能、长寿、安全、环保、色彩丰富、体积小、耐闪烁、可靠性高、调控方便等优点。

所以发光二极管作为一种新型照明光源正在获得越来越广泛的应用[1]。

1.2半导体照明特点半导体发光二极管是常用电子元件二极管的一种类型。

发光二极管又称为光发射二极管（LightEmittingDiode，简写为LED），是一种可以将电能转化为光能的一种器件，属于固态光源。

LED是半导体器件通过PN结来实现电光转换，它有如下的特点:

（1）安全、节能、无环境污染发光二极管的正向工作电压低，为（1.5-3.0）V，工作的电流小，为（5-150）mA，因此工作安全性好。

LED在发光的过程中，只有很少的一部分电能转变为热能，大部分都变成了光能，半导体灯采用发光二极管来作为新光源，在与普通白炽灯保持相同的亮度下，耗电量仅为后者的十分之一，因此能耗小。

随着技术的进步，他会成为一种新型的照明光源。

目前白光LED的光效已经达到了401m/W，优于白炽灯，次于荧光灯（6Olm/W-2001m/W）。

此外，现在使用的白炽灯在工作的过程中，发出过多的热量，影响周围环境温度;而广泛使用荧光灯、汞灯等光源中会含有危害人体健康的汞。

这样在发光过程中和废弃的灯管都会对人体的身体健康和环境造成危害。

而LED光源则没有这些问题，是一种无污染的光源。

1中国矿业大学徐海学院2011届本科生毕业设计

（2）寿命长，响应快一般来说，普通白炽灯的寿命约为1OO0h，荧光灯寿命约为10000h，而LED的寿命可达2-10万h，可见他的寿命之长。

同时LED发光的响应快，它的响应时间为纳秒级，荧光灯为0.lms，而日光灯一般为毫秒级。

（3）体积小，结构牢固LED是用环氧树脂封装固态光源，其结构既不像白炽灯有玻璃灯泡、灯丝等易损坏得部件，也不象荧光灯有体积大的灯管和附件，它是一种全固态得结构，因此能抗震动、冲击而不至于损坏，且体积也相对减小，重量也轻，成本低[2]。

综上所述，LED是一种符合绿色照明要求的光源1.3国内外研究现状及发展趋势1.3.1研究现状当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。

中国LED产业起步于20世纪70年代。

经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括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，中国发展得比较快的LED企业很多：

雷士照明、长方照明。

在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。

长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。

目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。

2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。

国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但在室内通用照明市场方面仍显落后。

2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产业的发展。

当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。

对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能2中国矿业大学徐海学院2011届本科生毕业设计力，或逐步通过研发突破核心专利。

1.3.2发展趋势LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，LED照明正在迅速成为非豪华汽车的标准配置，白光LED已经成为便携式电子产品显示屏的主要光源。

LED技术的发展现已引起了国内外光源界的普遍关注，并成为了一项具有发展前景和影响力的高新技术产品。

世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。

美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。

我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。

多年来，LED照明以其节能、环保的优势，已受到国家和各级政府的重视，各地纷纷出台相关政策和举措加快LED灯具的发展。

1.4本课题研究的意义及主要工作1.4.1研究意义我国是人口众多的泱泱大国，在照明领域消耗的能源相当的巨大，在能源紧缺的当今社会，使用节能、环保的LED照明具有非常重大的意义1节约能源，保护国家安全我国是仅次于美国的第二发电大国，2003年度我国发电总量为1.91万亿千瓦时，照明用电量约占总发电量的12%（约2100亿千瓦时），相当于三峡水电站总发电量的2.4倍，并且正以每年5%以上的速度增长。

以现有照明用电量5%的速度增长，2010年照明用电量将达到3000亿千瓦时，如果三分之一的照明市场采用半导体照明，每年可节电30％，即年节电1000亿千瓦时，是三峡电站年总发电量847亿千瓦时的一倍还多，国家发改委根据“十六大”提出的，到2020年我国GDP翻两番，达到4万亿美元的经济发展目标，估计到那时，全国约需发电装机容量为8亿-8.5亿千瓦（而电力部门的数字是9-9.5亿千瓦）。

目前国内已有装机容量是3.5亿千瓦，需要新增量4.5亿-5亿千瓦。

而从我国目前的资源看，按水电资源已探明储量和以天然气与煤为燃料的火电最多可提供的装机容量计算，将有3200万-4000万千瓦的缺口。

解决我国能源危机的办法除了进行电站建设和新能源开发外，比较可行的办法是进行节约能源的消耗。

2绿色环保中国的电力生产中约80％为火力发电，燃烧大量的原煤和石油，产生大量的粉尘和CO2,SO2等气体，环境污染严重，LED产品的应用可以减少电力使用，也间接减少了环境污染。

同时LED具有无频闪、耐震、耐冲击、废3中国矿业大学徐海学院2011届本科生毕业设计弃物可回收等特点，没有白炽灯泡易碎及荧光灯废弃物含汞污染的问题等缺点。

3符合走新型工业化道路我国是照明生产和出口大国之一，发展半导体照明可以提高我国照明电器行业中高端产品、高技术产业比重，提升照明电器行业的国际竞争力。

同时半导体照明产业具有技术密集和劳动密集双重特点，在我国发展半导体照明产业，不仅可以形成新的产业和出口增长点，而且可以节约能源、减少环境污染并充分发挥我国劳动力资源优势，符合“十六大”提出的走新型工业化道路的指导思想。

4发展自主知识产权的半导体照明新兴产业半导体照明是目前世界研发的重点领域，许多技术尚不成熟，有形成自主知识产权的机会，尤其是在深紫外技术、SiC/Si及GaN衬底、GaN外延层激光剥离、ZnO单晶膜上生长GaN外延层等方面有可能取得关键技术突破。

5改善人民生活质量随着经济的发展，人们消费水平和消费观念的变化，发展半导体照明可以改善生活环境，提高生活质量，构建和谐完美的生活环境和工作环境，有利于小康社会的建设。

半导体照明色彩丰富的特点，可以满足人们对服装、装饰、手机等时尚的需求，如中国手机用户已超过3亿，手机已成为一种消费时尚，LED在手机背光源，可以显现蓝光和白光，目前彩屏手机主要使用白光LED做背光，许多新款手机都已广泛使用。

专家认为，随着LED产业的技术进步、成本的进一步降低，以及人们对环保、安全、节能等要求的不断提高，LED在特种领域的应用规模将不断扩大，在人们的工作生活中扮演越来越重要的角色。

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