一种新型节能灯的电路设计与仿真毕业设计.doc

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1、 一种新型节能灯的电路设计与仿真摘 要LED灯以可靠耐用性强、寿命长、高效能耗低、点亮迅速、节能环保、抗震性能强、体积小等优点而被广泛运用。本次论文大概讲述了有关LED的工作原理、还有其国内外发展现状，还有对发光二极管的驱动方式：开关电源式驱动；阻容降压式驱动；恒流、恒压式开关驱动等进行了比较全面的比较和讨论。本次毕业设计的灵感来自老师的指导和自己的研究，还有这次设计的重点部分是对整个电路的设计，我选择整流滤波电路。在对整个电路的各个元器件的参数选择时又遇到很多的问题。因此本次毕业设计对我而言是一个很大的挑战。为了使得作品实用性，又对其输出进行了一系列相应的改进，增加了一些红外线传感器以达到电

2、路的节能性和智能性。本作品是基于阻容降压式驱动的驱动电路，此电路具有结构简单，功能完善等特点，适用于小功率照明市场。同时具有过流保护的功能，确保了整个系统的可靠性。LED驱动电路具有高度集成性、高性价比、高性能、组成高效电源、简单外围电路等特点，而被广泛的使用。关键词：驱动电路，阻容降压，结构简单，传感器，低能耗A new type of energy-saving lamp circuit design and simulationAbstractLED lights reliable durability, long life and efficient energy consumptio

3、n low light, energy saving and environmental protection, seismic performance, small size, etc. are widely used. The paper tells about the about LED work principle, its development in the world, as well as the LED drive mode: Switching Power Supply type; RC Buck drive; drive constant current, constan

4、t voltage switches are compared and discussed. In addition, in order to achieve feasibility of this product, its output corresponding improvement, some of the photosensitive and the infrared sensor in order to achieve the usefulness of the circuit. This product is based on the RC the buck driver dri

5、ving circuit, this circuit has a simple structure, perfect function. At the same time having the function of overcurrent protection, to ensure the reliability of the entire system.LED driver circuit with a highly integrated, cost-effective, high-performance, composed of high-efficiency power supply,

6、 simple peripheral circuit and so on, which are widely used.Keywords: Drive circuit, low power consumption, RC Buck, structure simple sensor目 录 摘 要IIIABSTRACTIV1绪论11. 1 LED选题的背景和意义21. 2 LED工作原理31. 3 LED发展现状32驱动电路不同驱动方式的比较52.1阻容降压式驱动52.2开关电源式驱动62.2.1开关式稳压电源工作原理62.2.2开关式稳压电源电路框图72.2.3开关电源的分类82.3 LED的恒

7、定电压源驱动102.4 LED的恒定电流源驱动113变换器设计注意事项及供电方案123.1注意事项123.2供电方案124系统电路设计134.1 电路总体设计15 4.2 电路分部设计154.2.1限流电容C1与C2的挑选164.2.2整流及滤波电路的设计174.2.3稳压电路和保护电路的设计174.2.4输出智能电路的设计184.3 电路节能阐述195元器件的参数计算和选择195.1电路参数的相关计算公式205.2电路元器件的选取206仿真调试与制作206.1 LED驱动电路的仿真调试206.1.1输入输出波形216.1.2对输出电流的仿真与计算226.1.3保护电路的验证226.2 LED

8、驱动电路的制作调试236.2.1 电路板制作过程236.2.2 电路板制作调试236.2.3 驱动电路的演示23结论24参考文献25致谢26附录27附录1 系统实物图27附录2 电路原理图28附录3 毕业设计作品说明书29III一种新型节能灯的电路设计与仿真1绪论1.1 选题的背景和意义我国是个能耗大国，早在1997年我们国家的能耗就达到了14.2亿美元，成为了继美国之后的第二大能源消耗国，然而因为照明所消耗的能源所占的比例达到了我国总能耗的10% 以上。目前我国主要是以热能发电，而发热的能源就是煤炭，煤碳是一种不可再生的能源。以目前的消耗速度来看，全世界的煤炭将会在250年内用完。煤的燃烧会

9、产生大量的二氧化硫、二氧化碳以及粉尘颗粒。二氧化硫与空气中的水蒸汽融合会形成一种亚硫酸，亚硫酸进一步氧化就会形成硫酸，硫酸是一种强酸，它和雨水一起降下来就会形成酸雨，它具有强烈地腐蚀性能够腐蚀建筑物，并且能使土壤水质硬化、导致粮食减产、鱼虾等水殖产品的死亡，因为酸雨的污染造成了我国每年高昂的经济损失，达200多亿元；虽然二氧化碳是无毒气体，但是其大量排放，会形成“温室效应”，使全球的气候升高，造成冰山融化，海平面上升，严重威胁到一些沿海国家。按照现在温室气体的排放速度，如果不采取措施加以控制的话，到2050年我国将会有34个城市包括广州将会被淹没；粉尘颗粒能够随着人体的呼吸道进入肺部，从而对人

10、体的健康造成一定的危害。我国目前大约有3.5亿户住户，其中农村住户大约2.3亿户，城市住户大约1.2亿户，如果每户用户使用一只节能灯替代白炽灯，那么我国每年就可以减少燃烧大约400余万吨煤和减少释放8余万吨硫。随着社会的进步及芯片技术的发展，人们越来越离不开LED灯。发光二极管（英语：Light-Emitting Diode，简称LED） 是一种能发光的半导体电子元器件。如今节能思想被前所未有的重视起来。新型的节能灯具有很大的发展前景。现在的节能灯都是普遍带有镇流器和启辉器的日光灯。日光灯不但耗电量大，而且寿命短。而LED的出现是划时代的。最初的LED是用于仪器仪表的指示光源，后来各种光色的L

11、ED被广泛用于背光源，显示屏，汽车照明，建筑装饰照明，固体照明灯，信号照明等等领域。如今它具有多种驱动方式：阻容降压式驱动、开关电源式驱动灯、恒流恒压式驱动等等1。灯具和驱动电路的质量以及可靠性基本上都是取决于电子元器件的选择以及各元器件之间的接触搭配以及参数的应用。其中所用的滤波电容器不但对匹配具有较大的影响，而且还会对电网的稳定性产生很大的影响，同时电解电容器又是可靠性相对其他一些元件而言比较低的元器件。这也就成为电子节能灯长远的发展性和可靠性的关键因素2。目前，我国节能灯发展十分迅猛，但是由于各方面的原因，我们距离世界先进水平还是有一点的差距的，因此，我的这个课题不仅仅是我现在所要探讨的

12、，也是为自己将来的发展，为以后节能灯事业的发展做出贡献奠定一定的基础的。总而言之，节能不但可以减少大量的生活费用，而且还能节省能源。同时可以减少对环境的污染，保护我们的环境。因此为了我们的地球，我们都应该养成节约用电的美德。节能不单单是节约用电，还是环境保护的需要，绿色文明的需要。我希望节能灯照明能够得到充分的应用，让节能灯走进千家万户，让节能灯照亮我们的世界。1.2 LED工作原理LED主要结构是由PN结芯片、电极（电极分为有发射碗的阴极杆和阳极杆）、光学系统等组成部分构成，它是把电能转化成光能的器件，其过程实质就是光向电转化的过程。根据两端电压构成的势垒，在一个PN结的两端施加正向偏压时，

13、此时其两端势垒降低，P极的电子开始向N极扩散，同时N极的电子也开始向P极的方向扩散。由于电子的迁移率远远大于空穴的迁移率，所以在PN结结构中，不平衡的空穴会与带电的电子复合并注入，其他的能量便会以发光的形式散发出来，光子的能量会以空穴与电子能量差异越大而越来越高的。因此在此刻的波长与光的频率也是不一样的，如此它们的颜色也就不一样了3。在此刻不同波长对应不同光的颜色。这些归根结底都是因为PN结中不平衡的电荷，从而产生的不稳定电流所引起的。其工作原理如图2-1所示。PN电子空穴图2-1 LED工作原理图与普通电灯相比较，LED的优势是非常明显的。第一，LED的灯丝是不会烧尽的，所以其寿命是普通灯管

14、的几十倍，几乎不需要维修；第二，LED灯非常节能，对于建设集约型社会是必须的。第三，LED体积小，有利于做成各种形状，也便于接入现代的电路中。LED的高效率是其一大优势。普通灯泡的灯丝由于需要加热所以它在发光过程中会发出大量的热，这些发出的多余热量是非常浪费的，其中很小一部分热能是作为加热器使用的，很多部分的热能是浪费掉的。然而，LED是把电能直接用来发光，它产生热量微乎其微 。 1.3 LED发展现状LED灯作为典型的高效绿色照明光源，有着非常广阔的市场前景。如今LED照明灯产业已成为亚欧美三国鼎立的局面。在亚洲尤其突出的是韩国、中国、日本、中国台湾和香港等国家和地区，LED产也已经被列为国

15、家重点振兴和发展的新兴产业，其市场可想而知有多么巨大。根据有关电子部门的数据统计，我国LED市场保持每年20%的幅度增长。专门做市场调研的主管斯蒂尔对高亮度发光二极管做了一次详细的调查，手机、电脑等电子产品的迅猛增加。高亮度LED在电子产品收入大概为22亿美元，比03年时增加了7%，在汽车等信号领域上也多达14%，而大多数高亮度LED来自中国台湾和中国制造的4。此前，建议那些制造LED灯的厂商去其他领域拓宽发展，比如夜市的景观灯，大屏幕LED、背光、楼盘的灯景观灯、汽车照明等领域。我国有关的科技发展部门也已经将LED纳入国家重点发展的高新技术，在此前的2008年的北京奥运会，2010年的上海世

16、博会和2010年的广东亚运会上LED灯被广泛的使用。新兴市场的拓宽也使得其发展领域越来越大。LED照明事业被快速推进，LED已从开始到发展再到成熟的领域转向新兴的领域，使得传统照明巨匠主动转型，从而促进了市场转型，LED市场得到大力的发展。我国“十五”科技攻关计划“半导体照明产业化技术开发”重大项目正式立项，标志着国家半导体照明工程已进入实质性发展与开拓阶段。同年6月，科技部联合信息部等多个部委及北京等11个地方政府成立了国家半导体照明工程协调小组，并正式启动我国的“半导体照明工程”5。我国相继在石家庄、厦门、南昌、上海、扬州和大连等六个地区建立了大型的LED照明发展基地6。此后又在深圳建立了

17、我国第七个照明基地，深圳企业分布多达400多家。深圳如今是我国最主要的照明基地之一。现如今全国从事LED照明及照明系统生产的上规模企业有4000多家，从而促进了就业人数的增加，市场规模已大于1000亿人民币。产品的封装在国际市场上占有很高的比例。发展LED照明事业可以提高我国的技术优势。毫无疑问，我国是个农业大国，因此我们需要发展农业技术的重要性也是显而易见的。虽然LED在农业方面还处于初级阶段，但很多企业依然看好这块市场，目前LED主要方向是畜牧业的照明、植物的生长、昆虫诱捕灯等。现如今国内外很多企业和高校也对LED这块越来越重视，都相继成立了自己的实验室和研究所。湖南三升光电有限公司是三升

18、集团下属的一个子公司，其总部位于深圳高新技术产业园，主要从事有关LED元器件以及相应的产业生产、制造、销售、研发和服务。产品遍及五湖四海，更是远销海外，被世界所认可。甚至应用于2008年北京奥运会鸟巢、水立方等体育场馆。在宁波国内较有基础的就有宁波升谱光电有限责任公司，由于台湾强大的封装技术，因此它成为全球最大的LED生产基地。政府鼓励企业自主研发新技术，加快推进LED照明技术的科技创新与发展。2 LED驱动电路不同驱动方式的比较2.1 阻容降压式驱动在考虑到体积和成本等问题时，阻容式降压驱动电路是最简单的方法之一，我们将220V交流电转化成低压直流电最简便的方法是用变压器降压限流之后再进行整

19、流和滤波。电容降压电路的最大优点是该电路体积小、成本低、电路简单方便等。它最大的缺点是功率因数低下，效率不高，安全性低，稳定性差和非隔离式（会触电）的。虽然它的功率因数不高，但是非常适合于小功率的LED照明电路。该电路体积小，成本低。依据其电路改变降压电容值可用制作多种小功率LED。特别适合低端照明电路的应用。其工作原理就是在一定的50HZ的工作频率下电容产生一定的容抗从而限制电流7。以此达到降压限流的作用。阻降压式简易的电源基本电路如图2-1，D3为齐纳二极管（即稳压管），起到稳压的作用，R1是一个耐压电阻，断电后为C1放电的回路，C1是降压电容，D1、D2为二极管，D2在一定时间内给C1提

20、供回路进行放电，在实际运用电路中一般都是应用图2-2所示的电路。在负载需要大电流的情况下，也可以采用桥式整流电路，如图2-3所示。图2-1 电容降压电路2.2 开关电源式驱动2.2.1、开关式稳压电源工作原理开关稳压电源有以下两种控制的方式，分别是调宽式和调频式，在使用中，我们一般使用的都是调宽式的控制方式8。调宽式开关电源的基本原理如图2-4所示。直流电压U0的大小取决于矩阵脉冲的宽度，直流平均电压U0的计算公式如下式2-1所示图2-2 实际电路图2-3 桥式整流电路TT1UtUmU00图2-4 调宽式开关稳压电源的基本原理 (2-1)根据公式我们可知直流的平均电压是随脉冲的宽度变化而变化的

21、，宽度越宽电压值就会显得越大。T：矩形脉冲的周期；T1：矩形的脉冲宽度，Um：矩形脉冲最大的电压值。通过上式我们可以看出，当Um 与T 保持不变的情况下，直流平均电压U0与脉冲宽度T1成正比。因此我们只要使得T1保持或则变小就能够使得输出稳定的电压，即稳定的U0。2.2.2、开关式稳压电源电路框图稳压电源开关框图如图2-5所示DC调宽方波整流滤波高频变换器整流滤波AC脉宽调制比较器取样器基准电压振荡器控 制电路图2-5 开关式稳压电源的基本电路框图交流电（AC）经过整流滤波后，形成了直流电（DC），这部分电流和电压经过高频变换器等有效的变换器后变换成我们所需要的电流和电压，最后经过调宽方波和整

22、流滤波电路之后变为我们所需要的直流电。电路中的高频变换器即控制电路。其组成部分分别为脉宽调制器、比较器、取样器、振荡器、基准电压等。此电路已经集成化、模块化，已经形成了我们所需要的开关电源的模块电路，而输出稳定的电压是由高频开关元件的时间来控制的9。2.2.3、开关电源的分类开关电源的有两种变换方式，分别是DC/DC变换器和AC/DC变换器。我国目前开关电源的发展越来越快，专业水平也越来越高，已经得到了国内大量用户和专家的认可。目前AC/DC的模块化，在整个市场上的份额越来越大。大量开关电源的产品被开发应用。1、AC/DC变换AC/DC变换即是将交流电转变成直流电的方式，其功率的主要流向是负载

23、，有时也可能是电源，因为它的流向是双向的。流向负载的我们叫做整流，整流和滤波时必须要考虑使用容值较大的电容，但是大电容的体积相对而言也是很大的，因此在滤波时我们必须要使用符合安全规定的电容，如此就使得电路的小型化得不到满足。2、DC/DC变换DC/DC变换是将直流电变成另一固定的电压或可调电压的直流电，称为直接直流变换电路，也称直流斩波电路。它有三种实现方式，一是保持开关周期Ts不变，调节开关时间TON，此方式称为脉冲宽度调制9；二是保持开关时间TON不变，改变开关周期T，称为频率调制；三是TON和T都可调，使占空比可以改变，称为混合型10。电路一般有以下几种情况：（1）降压斩波器（buck变

24、换器）如果其输出电压U0小于输入电压Ui，那么两者的极性是相同的11；（2）升压斩波器（boost变换器）当其输出电压U0大于输入电压Ui，那么它们拥有相同的极性的；（3）降压（buck）升压（boost）斩波器当它们的输入电压Ui大于或等于输出电压U0，那么它们拥有相反的极性12。LED驱动电路方式多样化，种类繁多，以下是一些驱动方式的介绍： （1）按驱动方式分：他激式和自激式；（2）按照过流的方法可以分：开关电流的测试方法和输出电压法。（3）调控方式可分：PWM和PFM；（4）按DC-DC变换器工作方式可分：半桥通-断方式和全桥通-断方式等工作方式；1、他激式电路激励信号产生的振荡器，其流

25、程框图如图2-6所示。滤波电路开光元件误差放大器UoUi取样电路驱动器振 荡 器基准电路图2-6 他激式2、自激式开关管兼作振荡器中的振荡管，其流程框图如图2-7所示。滤波电路开光元件UoUi取样电路误差放大器驱动器基准电路图2-7 自激式2.3 LED的恒定电压源驱动采用直流驱动LED的恒定电压源串联电路图，如图2-8所示。图2-8 LED的恒定电压源串联驱动VCC为定值，当LED1、LED2、LED3工作时，LED1、LED2、LED3两端的电压会下降，为了保护LED，因此在电路中串联电阻R1，流过LED的电流不会增大，电阻会分掉一部分的电压。如此不仅可以大大增加LED的发光效率还可以延长

26、其使用寿命，保护电阻大小由式（2-2）所示（LED两端的电压为3V）： （2-2） 当VCC为恒定的电压源时，LED1、LED2、LED3与VCC并联如图2-9所示。根据三只LED的伏安特性曲线，R1、R2、R3阻值可由式（2-3）求得： （2-3） Id1是LED1的正向电流，Vd1为LED1的正向电压；如果此时电流为5mA，则LED1两端的电压为2.4V，那么根据公式R1就可以求出来了，其它的电阻也可以根据这个公式求得。图2-9 LED的恒定电压源并联驱动LED驱动电路在实际运用中得到了越来越多的发展。比如阻容降压式驱动、开关电源式驱动等13。如果我们掌握了这些驱动的方式，相信我们也能创造

27、出高效的LED驱动电路。2.4 LED的恒定电流源驱动电流的大小决定了LED的亮度。根据LED的伏安特性，驱动电流为10mA，当输入电流为10mA时，二极管的亮度并不强，所以在选择恒流驱动时，并不是一定要选择等于10mA的电流，可以选择8mA的电流驱动，这样不仅可以有效的延长LED的使用寿命，还能增加发光的效率。当电流源在10mA的范围内波动时此时是串联的。如果V为10mA，那么其波动一般也在10mA的范围内，一旦波动大于10mA时，必然会影响到LED的发光效率以及它的使用寿命，因此V最好设置在8mA左右，小于10mA。如此就不会产生不好的因素了，并且是的LED可以正常工作。LED的恒流驱动（

28、串联）如图2-10。图2-10 LED的恒流驱动（串联）当V的恒定电流为30mA时如图所示此时各个LED都是并联的，如果选取的LED的型号是不一样的，那么通过LED1、LED2、LED3这三个LED的电流是各不一样，必须通过分析三只LED的伏安特性来判断电流的大小；如果选取的三个LED的型号是一样的，那么就能保证流过LED的电流都相同（大概在10mA左右），如此使得各个LED的亮度一样。由于三只LED的压降不一样，流过三只LED的电流差异会使得LED的工作出现异常，因此我们可以使用LED的串联，保证流过的电流相同。 图2-11 LED的恒源驱动（并联）3 变换器设计注意事项及供电方案3.1 变

29、换器设计注意事项要解决LED照明电源变换问题，其实LED就是低压单向导电的，可以采用PWM调光、高效率、负载断开、直流控电等方式来驱动，但是这几种电源都不能直接用来驱动LED，我们必须注意以下这些关键点：1.LED必须使用直流驱动。2.不能直接给LED接电源，因为直接接电源会导致LED的温度升高，从而使得LED两端的压降下降，降低LED的寿命，因此必须对电源进行一些必要的处理。同时LED也是一个PN节。3.LED的光通量随电流的增大而增大。但是两则不成比例，因此，必须要使LED工作在较高的电流下，这样才能发出我们所需要的亮度。4. LED本身具有一定的门限电压，加在LED两端的电压一旦超过这个

30、限定值时，LED便会导通，LED的门限电压一般在2.5V，工作时压降在4V以上。另外，如果二极管LED上的电功率超出一定的范围，二极管就会烧坏，因此与其它的光源一样，只能承受一定的电功率。除此以外，LED的制造工艺各不相同，所以LED两端的压降和内阻也是不相同的，所以我们不能把不同型号LED直接并联。3.2 供电方案电源给LED供电有三种方式：低电压驱动、高电压驱动和过度电压驱动。因此不同的电源驱动需要不同的驱动方式和驱动方案。以下是这三种不同供电方式的介绍：（1）低电压驱动：低压驱动也就是说，电源的电压低于LED两端的压降，因此必须增加其两端的压降，使得其能够被驱动起来。这对于低能耗的LED

31、而言是非常常见。为了达到驱动的节能性和高效性。因此最好的方法就是电荷泵式升压变换器13。（2）高电压驱动：高电压驱动一般都是由铅蓄电池提供电源，这样的结果照成很大的能源浪费，为了降低其能源的浪费，一般采用串联开关降压电路。高电压驱动其实质就是提供的电压大于LED两端的压降，常用的有汽车灯，景观灯等。（3）过度电压驱动：过度电压驱动我们必须要考虑它的电压的变动，升压和降压都可能会影响LED的正常工作，为了不造成能源的浪费，以及确保LED能够正常工作。我们建议采用反极性电荷泵式变换器。过度电压驱动其实质就是电压在LED的管压降附近变动，有矿灯、路灯等14。4系统电路设计4.1 电路总体设计本次设计

32、我采用阻容降压的驱动电路，其思路来自于书本和自己的研究，当老师布置这一个课题以后，我就认真的看书，在学过的知识中我发现了很多的方法，于是我就试着自己设计一个电路，功夫不负有心人，经过大量的尝试仿真以后，我终于找到了我要的电路。但是由于其功率因数不高，所以特别适用于小功率的照明。为了达到地下车库的智能节能控制，特别装载了红外线传感器。此电路的控制原理就是，当整个车库都是处在黑暗的环境下时，当有人或车来时，红外线感应到之后马上做出反应，继电器合上，从而使得原电路导通，LED发光，为人或车带来光明。而在没人的情况下，灯是不会发光的，以此来达到节能的目标。此电路电源原理是交流市电在一定的频率下通过整流

33、滤波变成直流电的过程。首先接收220V/50HZ的交流市电，然后通过整流桥进行半波整流，接着使用电感、电解电容、电阻等进行滤波，使得输出稳定的直流电流。为了达到智能控制的目的，因此在整个输出负载上增加红外线传感器模块。其流程框图如图4-1所示。阻容降压电 路整流滤波稳压电 路红外线控制电路Ui=220VUo=6V图4-1 设计流程框图4.2 电路分部设计如图4-2所示的LED驱动电路是采用阻容降压驱动的电源部分。输出电流的大小由C1、C2限流降压电容决定，由于输出电流是恒定的，所以输出电压随负载的变化而变化。输入220V电压、50Hz频率的交流市电，FU1是熔断器，当电路过负载的时候，达到保护

34、电路的作用。C1、C2是两个并联的电容，其容值相同，其主要作用就是限流和降压（主要是限流，降压只是限流以后的必然结果）；R1是阻值很大的放电电阻，对电路而言相当于断路，其主要作用是当电源断开是为C1、C2提供放电回路；整流桥（由4个型号为1N4007二极管组成）对输入的电压进行半波整流；C3是一个电解电容，其实质就是一个滤波电容，其主要作用是滤除整流以后剩下的一部分交流电，使输出电压更为平滑；L1采用绕线电感、C4也是滤波电容，它们主要的功能是滤除输出部分电压中的一些高频成分，C4同时还是一个放电的电容； R4也是一个放电电阻，其作用与R1相同，断电时为滤波电容C3提供放电回路；采用单向晶闸管

35、NEC-2P4M对电路进行保护，晶闸管的静态特性为当晶闸管承受反向电压时，无论门极有无触发电流，晶闸管都不会导通；当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，无论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通14；如要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一值以下15。R3为限流电阻，起到限流保护LED的作用，使的电路的稳定性得到保障。图4-2 驱动电源部分4.2.1限流电容C1与C2的挑选因为根据原理通过降压电容C1和C2向负载提供的电流I0实际上就是等于流过C1和C2的充放电电流IC16。在

36、IO（负载电流）小于电容C1、C2的IC（充放电电流）的情况下,多出的一部分电流就会流过C4滤波电容。负载电流和充放电电流的计算式如4-1所示。 （4-1）式中Ui为输入交流电压有效值，在我国是220V。f为交流电流的频率，在我国是50Hz（美国是60Hz）。所以在我想要30mA的负载电流IO的情况下,通过计算最小的降压电容取Cmin=0.434F。除此以外，为保证电容不被击穿,我选择耐压大于2倍电源电压的电容。所以两个相同的0.22uF/630V的并联电容被我选择了。4.2.2 整流滤波电路的设计通过文献21,我们了解到整流桥上单个整流二极管所承受的最大压降为2Ui=318.4V (Ui是输

37、入电压的有效值),所以我们一般选择型号为1N4007的整流二极管(UDRM=1000V, IF=1A)17。通过公式20,其中T为输入信号周期(0.02s)，RL为负载阻抗，经过计算以及对所加负载的测量大致可以确定取20多uF的电容。理论上电容值越大,纹波越小,输出电压越平滑。但是电容值越大，它的体积也越大,考虑到板子的大小以及合适度，选择市场上已有的体积适中的33F/400V的电解电容。选取C4 为0.05F的耐压电容；L1 为100uH绕线电感，从而滤掉一些高频成分，使得输出电压更加平滑。4.2.3 稳压电路和保护电路设计为了输出稳定的电压，我决定给电路并联上一个齐纳二极管（即稳压管），稳

38、压管主要工作于逆向偏压区，当二极管工作于逆向偏压区时，电压未达崩溃电压之前，二极管上并不会有电流产生，但当逆向电压达到崩溃电压时，每一微小电压的增加就会产生相当大的电流，此时二极管两端的电压就会保持在一个变化量相当微小的值(几乎等于崩溃电压) 18，从而起到稳定电压的效果。正如前面第四节讲到的一样，电路中使用的电流不能超过LED的稳定值,如果电流长期超负荷不但不能使LED增大亮度(LED在超负荷电流的作用下会出现饱和，使得发光效率大大降低),而且还会减少其寿命,影响LED照明电路的可靠性。LED正向导通后,因为本身电路的不稳定性，随着的输入电压的变化，电流变化更大。因此设计保护电路时非常必要的

39、。保护电路由单向晶闸管NEC-2P4M(UDRM=400V,控制极触发电压UGT=0. 8V,触发电流IGT=10mA)，电阻R2和电阻R3组成。因为R3是限流电阻，因此R3的选择不能太大，如果太大超过负载电阻，那么就没什么作用了。当然也不能太小，如果太小就会导致外加电压不够而无法使电路重新工作。因此R3选择120的耐压电阻。R2为单向可控硅提供触发偏置电压,其阻值选择尤为重要,如果阻值选的偏小,则可能LED已经处在超负荷状态下，但是电路仍然正常工作，导致LED超负荷工作亮度降低，寿命减短；如果值偏大,则电路中一些细小的变化都会使得可控硅频频触发，使得工作效率低下。因要求LED支路电流为5mA

40、,其计算式如式4-2。 （4-2）为使电路工作更正常，选取R2为20。4.2.4 输出节能电路的设计为了实现电路的节能控制，在输出端我采用了红外线传感器（带有继电器）。以达到弱电控制强电的作用。其输出智能电路如图4-3所示。传感器都以开关的形式代替。红外线开关红外线开关红外线开关图4-3 输出智能控制电路红外线传感器模块介绍：1、具有有效地智能控制；2、提供多种电源输入接线方式，满足各种不同的需求；3、具有防电源反接保护的二极管，有效的保护产品；4、具有大电流稳压管，提供充足电源；5、采用性能很高的控制CPU，高精度PCB板；6、有电源指示（红色LED）和开关电源触发计时指示（绿色LED）；7

41、、输出可接交流220V 10A或直流30V 10A负载；8、本模块被人或车触发时、继电器吸合，点亮绿色LED，人或车离开时，模块则开始计时，计时结束，绿色LED灯灭，继电器释放23；9、当触发端在计时时，人或车不断经过，使模块不断接收到触发信号，如此模块将会一直延时下去，继电器不会断开，直到模块不再接受到触发信号，才会停止计时；10、有计时电位器调节时间，模块设计为180秒左右可调；11、计时时间误差很小。4.3 电路节能阐述 本次作品的要求取自指导老师，新型节能灯驱动电路，在这个课题的启发下我想到了近几年发展很快地智能控制电路，光控声控红外线控制系统等等。本着这个思路，我开始了这个课题的研究

42、，查阅资料，看教科书，看电路图慢慢我从一无所知，开始知道一些有关这方面的一些知识。原理图的每一笔每一划都是我思索而来，电路板的焊接以及元器件的购买都是我自己操办。我完成了一个地下车库智能控制系统的雏形。阴暗的地下车库需要光，但是如果长时间让灯亮着的话，会照成很大的浪费。我的作品正好解决了这个难题，主电路一直都有通电，将红外线传感器串联到输出LED灯上，并设置在常开端，因此在大多数情况下电路都是不导通的，当人或车经过时，红外线接收到信息，继电器合上，使电路导通，LED发光，为人或车提供光明，为防止不断闪频等现象的出现，因此红外线传感器模块安装有延时器，使得整个电路更加完善。5元器件的参数计算和选

43、择5.1电路参数的相关计算公式周期：；降压电容容抗： =；负载电流：=；滤波电容的选择：；偏置电阻的选择：；变压器计算公式：=；负载直流电压：=2/=0.9；负载直流电流：；整流二极管：；5.2电路元器件选取FU1：33/1W的熔断器；R1：1.5M的耐压电阻（1/4W）；C1、C2：CBB电容0.22uF/630V；D1、D2、D3、D4：1N4007型号的整流二极管；L1：100uH的绕线电感；L2：100uH的绕线电感；T1：220V/12V隔离变压器D1：NEC的单相可控硅；D7：1N4747A稳压管；D8：1N4747A稳压管；R4-8:100的电阻四个（1/4W）；C3：33uF/

44、400V的电解电容；C4：3300uF/25V的电解电容；R4：1M的耐压电阻（1/4W）；C4：CBB电容0.01uF/400V；R3：100的耐压电阻；R2：可调电阻(20-50)的滑动变阻器；LED1-25：5mm发光二极管（白光）；J1，J2Jn：红外线传感器模块，控制电压12V，负载可以是220V 10A交流电或则30V 10A直流电。6仿真调试与制作调试6.1 LED驱动电路的仿真调试6.1.1 输入输出波形输出电压的波行是由输入的电容电感和电阻决定的，同时输出的波形受电容、电感和电阻的影响。因此两者的关系是相辅相成的。电路仿真波形如下图6-1所示。图6-1 电路仿真波形为了驱动L

45、ED，即是将AC转化到DC的变化。为了观察是否达到了所要求的结果，因此我采用了multisim 7仿真软件对电输入电压和输出电压分别进行了仿真。其结果如下图6-2，6-3所示。图6-2 输入电压波形图6-3 输出电压波形6.1.2 对输出电流的仿真与计算为了验证整个电路的稳定性，我决定测量整个电路的电流值。在仿真电路图中放入两个万用表，分别放在总路和支路中，选择其电流档并选择其DC档进行测量，我们发现所测的电流值如下图6-4所示。图6-4 仿真电流值的测量通过计算输出负载总电流大概在30mA左右，输出支路电流理论上是7mA，但是在8mA以下都属于正常情况，在如图所示的仿真数据中，我们看到了整个电路的输出电流还算是稳定的。6.1.3 保护电路的验证为了验证保护电路的可靠性，现在对偏置R2的阻值进行改变，采集不同的阻值验证其保护作用是否有用。对其性能进行分析。输出电流与R2阻值关系曲线如下图6-5所示。我们发现当电阻值从10欧姆开始增长到27欧姆这段距离其支路输出电流一直稳定在6mA左右，从27欧姆增加到29欧姆时，其电流值开始减小，表明晶闸管处在临界稳定的状态，从29欧姆开始增加，仿真马上出现错误，可见这时的