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1、河南理工大学万方科技学院本科生毕业设计（论文）开题报告姓名陈莹超班 级 08级电气工程及其自动化（8）班学号0720110069题目LED亮度调节驱动电路一、研究背景、概况及选题的意义1) 背景及概况：上个世纪60年代，科技工作者利用半导体PN结发光的原理，研制成了 LED发光二极管。当时研制的LED，所用的材料是GaASP，其发光颜色为红 色。经过近30年的发展，现在大家十分熟悉的LED，已能发出红、橙、黄、 绿、蓝等多种色光。最初LED仅用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效 益。通常LED能直接发出红、黄、蓝、
2、绿、青、橙、紫、白色的光，但对于一 般照明而言，人们更需要白色的光源。经过多年研究，人们在1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将 GAN芯片和YAG (钇铝石榴石)封装在一起做成的。芯片GAN发蓝光，高温烧结制成的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值达 550nm。蓝光 LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光 混合，最终可以得到得白光。现在，对于白色 LED，通过改变YAG荧光粉的 化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温在3500-10000K的各色白光。这种通
3、过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟 度高，因此运用最多。然而照明需用的白色光LED仅在近年才快速发展起来，目前白色LED发 光效率已经突破120LM/W,是白炽灯15LM/W的8倍，是荧光灯50LM/W的2倍多。 LED的光谱中没有紫外线和红外线成分，所以不会发热，不产生有害辐射。而且 LED的光通量半衰期大于5万小时，可以正常使用20年，器件寿命一般都在10 万小时以上，是荧光灯寿命的10倍，是白炽灯的100倍，所以基本不会损坏， 这种灯具具有非常好的节能长寿命特性，随着白色LED价格的不断降低，LED节 能灯不但在节日彩灯装饰中广泛应用，而且逐步延伸到路面照明、民用照
4、明等低 照度要求的领域，全面进入实用化，并且在环保方面废弃物可以回收，没有荧光 灯的贡污染问题,是国家重点发展的产业项目。发展空间无限，市场价值巨大。2) 意义LED灯相对于其他光源有寿命长、发光效率提高空间大的优势，并且LED灯 由于采用物理P-N结的冷发光原理，使得LED节能灯灯转化效率高，发光效率 从2002年的25流明/瓦提高到2007年75流明/瓦，而发光成本将从2002的200 美元/千流明降低到2007年的20美元/千流明、最重要的是LED节能灯不存在汞 灯污染源，被誉为绿色环保的照明能源，符合当今世界主题。目前LED节能灯最 高发光率为200流明/瓦，其寿命理论值达到10万小时
5、，远远高于其他光源产 品。是未来世界必用主流产品。目前世界各国都在政府的大力资助下加快推进LED节能灯取代传统照明灯 的步伐、日本、美国、欧盟、韩国、中国台湾和中国政府都制定了相应的发展计 划。中国为节约能源、实现经济和社会的可持续发展，于2007年6月3日制定 节能减排综合性工作方案半导体照明产业顺应了节能减排的宏观政策。从 2005年开始科技部批准了大连、厦门、上海、南昌、深圳等五个半导体照明产 业 基地，之后在2007年和2008年相继批准石家庄、扬州等两个半导体照明产业 基地，在政策、税收和资金上给予长期支持。LED节能灯在2007年开始渗透进入白炽灯照明市场、预计在2012年进入荧
6、光灯照明市场，从而大量取代白炽灯和荧光灯。但目前LED路灯市场中，应用 LED灯的比例很少，存在很大的替代空间，目前路灯在全球未来景观照明和通用 照明的LED市场增长速度最快，预计景观照明LED市场份额将从03年的2%增 加到08年的8%。04年通用照明LED的销售额是9400万美元，到2010年将增 长到8.75亿美元，年增长率将达52.3%,届时LED节能灯将在全球120亿美元 至140亿美元的照明市场占据重要的位置。二、选题的目的及意义在做毕设之前，通过查询各种材料，对毕设题目有了初步的认识。我所要 做的是LED调光，大体来说LED的发光强度是由LED的驱动电流决定的。驱动电 流的大小和
7、波动都与LED的发光强度有关系。LED灯作为被控对象灯的亮度和控 制系统亮度与正向流过它的电流成正比，这样就可以来通过调节它的正向电流来 调节亮度。调节工作电流的方式调节的范围大、线性度好、但是功耗很大，经常 调节电流会使LED大寿命大幅缩减。由于工作电流调节LED的方法并不常用，所以要通过调节PMW的占空比来 调节LED的点亮时间，显然亮的时间越长看上去亮度就越大，这样调节开关的频 率超出人一般能察觉的范围，就给人一种总亮的假象。通过单片机编程来调节 PWM的占空比，在给入驱动芯片来调节LED的亮度。産定朋- -尊韵单片存U評宀噩幫十去魏探测番三、课题的基本内容对于LED调光主要分成：工作电
8、流调节和脉宽调制调节，对于工作电流调节。我 选用MAX1916芯片来驱动LED灯。Maxim公司生产的MAX1916是一种提供偏置电源 的专用LED驱动芯片!采用六管脚薄型S0T23封装，尺寸小，可以代替传统LED设 计中的镇流电阻。MAX1916利用1个电阻设置3只LED的偏置电流，匹配度可 达0.3%，它具有出色的LED偏置匹配度，电源电压变化时偏置变化小、压差低， 转换效率高。VCC为电源电压：2.55.5V%，VCTRL为控制电压，EN为使能端! 当控制端输入电压大于2.5V时，器件工作，输出电流驱动LED燃亮；当输入电压 小于2.2V时，LED1、LED2、LED3端呈现高阻抗，不能
9、燃亮。VCTRLVCC巴SET LEE LEM LED I何 EM MAXKlbSET是偏置电流输入端!它与3只LED输出电流的关系为I = 230 x I ，LEDSET而I =(V - V )/R ，其中V 二 1.215V,即I =230(V - 1.215)/R 可以看出SET CTRL SET SETSETLEDCTRLSETLED输出电流和控制电压V及R相关，也就是说如果VCTRL和RSET值改变，贝ULEDCTRL SET亮度也随之改变。如果需要改变LED亮度，我们可以通过改变V或R的办法CTRLSET进行，前者可采用单片机输出数字信号通过D/A转换来控制V电压，相对较复CTRL
10、杂，而后者则稳定性能不佳。我们设计了一种通过改变EN端脉宽的方式来调节LED 亮度。方案一、我们采用单片机来调节EN端的脉冲方式。通过对单片机编程来调 节PWM的占空比，用旋钮来输入给定值，从而来调节等的亮度。匮定溜- -去魏探测 方案二：电阻Rl、R2与运算放大器UA组成滞回比较器，电阻R与电容C组成的RC 电路构成充放电回路，起反馈与延迟作用，电位器RA和二极管VD1、VD2的作用 是将电容充电和放电的回路分开，并调节充电和放电两个时间常数的比例。如将 电位器滑动端向下移动，则充电时间常数减小，放电时间常数增大，如将电位器 滑动端向上移动，则放电时间常数减小，充电时间常数增大。输出电路的振
11、荡周 期T为：T= (2R+RA) *C*ln(1+ 2R1/R2)矩形波的占空比为：D= R+RA2/2R+RA可以看出，调节变阻器RA2的阻值就可以改变输出矩形波的占空比，而总的 输出周期不变。电路中矩形波占空比变大，贝此ED变亮，反之则变暗。进而在设计中输出电 路中的振荡频率不能太低，否则我们的的眼睛会感觉到闪烁，本电路中我们设定 在振荡频率为100Hz以上。通过对这两种方案的初步认识我决定用单片机来控制输出的PWM信号，这样 既方便调节，实现起来也比较容易.四、预期达到的目标设计一个LED的亮度调节电路来实现一组LED灯的线性、平滑的光照调节， 并有简单的人机交互。最后调试成功五、参考文献杨珂 张曾科 席光裕 潘文杰白光LED的驱动电路和发展电子科技报，2008模糊数学在自动化技术中的应用清华大学出版社，1997紅ED光前系统设计科技创新导报，2010咼压、咼效率白光LED驱动电路的研究与设计电子器件第31卷第6期，2008
