绿色环保类有关论文范文素材,与半导体照明电路设计探析相关论文开题报告

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【摘 要】LED是一种发光二极管,它作为第四代照明光源也被称为绿色光源,因它具有节能、环保、体积小、寿命长等特点而被广泛应用于电子设备、普通照明、显示屏等众多领域.而且随着其技术的不断更新,已经开始进入寻常百姓家,大有替代白炽灯甚至节能灯的趋势.本文采用的是恒流驱动电路的解决方案,选择了PT4115的驱动芯片,具有成本低、电路简单、高效的特点,适合LED产品的市场化发展需求.

【关 键 词】LED；照明；驱动电路

面对着全球能源急剧短缺而使忧虑不断增加的大环境下,节约能源成为我们人来未来所要面临的重要问题.在照明领域里,LED发光产品的广泛应用引起了人们的普遍关注.它作为新型的绿色光源产品,它的优势不断呈现,是发展的必然趋势,未来将是以LED为代表的新型照明时代.

1.LED概述

1.1基本概念

LED是一种将电能转化为光能的电子零件,同时它还具备二极体的特性,也就是具有一个正极和一个负极,LED最特别的一个地方是它只有从正极通电才会发光,所以一般地当对它给予直流通电的时候,LED能够稳定地发光,但是当遇上交流电的时候,LED就会闪烁.LED的发光原理是给它外加电压,让电子和电洞在半导体内相结合,然后将能量以光的形式释放出来,使其达到发光的效果,因此LED属于冷性发光.近些年来LED最具吸引力的发展是在蓝光LED上面涂上荧光粉,将蓝光转化为白光的LED产品.

LED是通电的时候发光的半导体材料制成的发光元件,材料使用III-V族化学元素（如：磷化镓(GaP)）等半导体制成,核心为PN结.通常它有P-N结的I-N特性,就是正向时能够导通,反向时就截止,并被击穿.在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴是反向由P区注入N区.进入对方区域的少子的一部分和多子复合而发光.

光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即

λ等于1240/Eg(mm)

上面公式中Eg的单位为伏特,如果产生可见光,半导体材料的Eg应该在3.26~1.63eV范围内.

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1.2LED照明的特点

LED具备点光源与固态光源的特性,因此它具有节能、寿命长、安全性好、绿色环保等优点.

(1)耗电量少

LED灯是直流驱动,超低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%,如果是白光LED灯的能耗只是普通白炽灯的1/10,节能灯的1/4,在相同亮度下,比传统照明节能80%以上,可省去一半的照明电费.

(2)寿命长

一个LED灯的使用寿命可达5万个小时,比荧光灯的寿命长接近10倍.以每天使用14小时计算,LED灯的使用寿命近10年.它采用固体冷光源和环氧树脂进行封装,不存在灯丝易燃烧、光衰、热沉积这些缺点.

(3)绿色环保

环保效益更佳,光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,不会产生电磁干扰,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源.

(4)安全性好

LED灯采用冷光源,无辐射,不含汞、钠等危害健康的物质,可以安全接触.

最大特点：无须暖灯时间.

1.3LED灯的发光效率

荧光灯的发光效率大约在55-80lm/w,有的达到72lm/w,而LED灯的发光效率在100lm/w以上,而且还在不断上升.目前它们的差别接近一倍,随着LED技术的发展可能达到3倍或更高.36W的荧光灯一共发出2592流明,但是荧光灯的光效只有70%,因此流明数仅为1814.4；而LED的光效超过130lm/w,设100lm/w,只要18W就能达到1800流明,因此要相同亮度LED灯只要荧光灯的一半即可（见表1表2）.

2.实现方案

设计思路：要将高压的交流电变换成低压的直流恒流源,才能点亮LED灯.最经济有效的方法是适配器.AC220V由适配器在灯具外的安全降压变换,向LED灯提供稳定的12V直流电源,在灯具底座安装恒流源电压板,将直流电压转换成稳定的直流恒流源,再安装一个开关.

2.1电源控制

图2.1整流稳压电路图

日常的220V电压加在4个二极管组成的单向桥式整流电路之间,220V交流电经过整流后被送到R电阻处,通过R的电路限流,电容进行滤波和稳压管稳压,得到直流的稳定电压,保持后面电路的正常工作.

整流：提高输出电压中的直流成分,降低其中的脉冲成分.

滤波：一方面尽量降低输出电压中的脉动部分,另一方面尽量保留其中的直流成分,使输出电压接近理想的直流电压.

稳压：稳压二极管的特点是击穿后,两端的电压基本保持不变.当把稳压管接入电路后,若电源电压发生波动,或者其他原因造成电路中各点电压变动的时候,负载两端的电压将基本被保持.

2.2驱动电路

2.2.1适配器

要点亮LED光源先要将交流电变换成直流恒流源,经过驱动芯片输出来实现.适配器（Adapter）是既经济又有效的降压和交直流变换的方法.适配器的输出电压在DC12V稳定不变,输出电流根据LED的功率进行选择,1W白光LED的工作电流为350mA,3个LED灯串联需要的电流还是350mA,如果降低光衰和延长LED的寿命,就设计为300mA--330mA,对于LED的发光亮度影响不明显,适配器的输出电流应该选择750mA-1A.

2.2.2驱动芯片

LED的驱动通常分为三种：镇流电阻驱动、恒压驱动和恒流驱动.在选择LED的驱动芯片时,应该考虑集成度高、性能较好、应用电路简单、价格较低廉又性价比有优势的芯片,本文的设计将采用恒流驱动设计,因此选择了PT4115恒流驱动芯片.PT4115适用于1～6W的白光LED灯驱动时只要四个零件：Cin是输入滤波电容,Rs设定流过LED的电流IF,Rs等于0.1/ILED；L是续流电感,D5是续流二极管.PT4115的开关频率采用抖频技术有效降低EMI,省略了抗EMI电路.

PT4115芯片具有如下的应用特点：

(1)电感越大,工作频率越低,恒流效果越好；

(2)输出电流越大,需要电感值越小,电感选择方便；

(3)输出电压越高,效率越高,3颗1W串联比1颗3W效率高；

(4)系统损耗由Rs损耗(0.1*Iout)、电感DCR损耗(DCR*Iout2)、功率开关导通损耗(Rsw*Iout2)、功率开关开关损耗（正比于开关频率）等主要部分组成；

(5)通常电感越大,功率开关损耗越小,但是DCR会变大,对应电感损耗变大；

(6)反馈电压100mV,Rs损耗业界最小,功率开关导通电阻Rsw为0.6欧姆,也较小,效率高于一般产品；

(7)内部带过温保护功能,外部也可设计过温保护,对LED有着双重保护；

(8)采用SOT89-5封装,热阻仅为45℃/W,散热特性很好.

3.电路设计

3.1工作原理

LED工作的主要参数是VF/IF,其它相关的是颜色/波长/亮度/发光角度/效率/功耗.

LED是一个PN结二极管,只有施加足够的正向电压