数字化LED驱动系统研究与设计

发布时间：2017-10-26 03:16

  本文关键词：数字化LED驱动系统研究与设计

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【摘要】：能源危机一直都是世界各国关注的问题,而每年的能源消耗中,照明占40%-60%,随着科技进步,节能的LED灯已经悄然发展壮大成为当今社会照明的首选,但是LED可调光电源存在的调光时出现闪烁、功率因数低、电路效率差的主要问题,因此进行电路优化设计,稳定、高效LED驱动电源是各国科学家研究的热点。此外,能够同时满足数字化高精设置亮度和物联网控制的灯具,是LED灯发展的主要方向之一。本文针对LED应用于家庭和大型会议室等室内照明的实际需求,设计了一套完整的数字化驱动系统,不但对LED驱动电源进行了设计和优化,还对数字化控制器进行了通用性设计。首先,分析了驱动电源的几种类型和结构方案,经过对比确定使用非隔离型恒流驱动的方式进行设计；其次,对控制器的三种调光方案进行对比分析,最终确定围绕最易于实现数字化控制的PWM信号调光方式进控制器设计。再综合分析数字化控制器和驱动电源的需求后,选定合适的STC12系列可编程芯片作为控制器核心芯片,不但能进行精确数字控制,而且短距离无线和远距离组网的控制方式任意选择,同时带有光强反馈功能,有自动微调功能,使控制器更加智能化；以PT4107为电源控制芯片设计了一套输出电流从0到360mA线性可调的驱动电源样机,并给出了各项实验结果,验证了设计方案的合理性。在整个设计和实验过程中都进行了系统的电磁兼容分析和设计。本文分析了基于PWM调光的LED驱动电源的EMI特性,提出了基于PWM调光的LED驱动电源的EMC设计原则；提出了数字化LED驱动系统的器件选择标准,为类似系统的设计提供了指导；对现有PWM调光进行分析总结,对各种方式进行了归类,提出各类应用标准。通过不断优化系统方案,最终确定了数字化驱动系统的可行性,为以后的数字化系统设计提供了较为新颖的设计理念。
【关键词】：LED驱动 数字化 控制器 调光 EMC
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM923.34
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外发展现状分析10-12
• 1.2.1 国内外研究现状及发展趋势10-11
• 1.2.2 LED驱动电源技术发展趋势11-12
• 1.3 本课题研究的主要内容12-13
• 第二章 驱动系统方案分析与比较13-21
• 2.1 驱动电源方案13-17
• 2.1.1 恒压与恒流对比13-14
• 2.1.2 隔离型与非隔离型对比14-17
• 2.1.3 电源方案对比结果17
• 2.2 调光方案17-21
• 2.2.1 可控硅调光17-19
• 2.2.2 模拟调光19
• 2.2.3 PWM波调光19
• 2.2.4 三种方案对比19-21
• 第三章 控制器设计21-39
• 3.1 控制器方案21-22
• 3.2 控制器电源22-24
• 3.3 控制芯片24-25
• 3.4 电平转换25-26
• 3.5 通断控制26-29
• 3.5.1 固态继电器的应用26-27
• 3.5.2 固态继电器驱动及保护27-29
• 3.6 控制方式29-37
• 3.6.1 单体控制29-31
• 3.6.2 组网控制31-37
• 3.7 光强检测37-39
• 第四章 驱动原理分析与电源设计39-57
• 4.1 总体设计方案39-40
• 4.1.1 主拓扑结构39-40
• 4.1.2 设计应用数据40
• 4.1.3 详细电路图40
• 4.2 驱动电路组成40-48
• 4.2.1 过流保护电路40-41
• 4.2.2 抗浪涌保护电路41-42
• 4.2.3 输入电路的EMI滤波电路42-44
• 4.2.4 PFC无源功率补偿电路44-47
• 4.2.5 倍容式滤波降压稳压电路47-48
• 4.2.6 降压恒流电路48
• 4.3 恒流芯片介绍48-51
• 4.3.1 引脚说明48-49
• 4.3.2 内部原理介绍49-50
• 4.3.3 芯片自带功能介绍50-51
• 4.4 其他器件的选择51-53
• 4.4.1 整流桥选型51
• 4.4.2 开关MOSFET管的选型51
• 4.4.3 续流二极管的选型51-52
• 4.4.4 选择电感选型52
• 4.4.5 采样电阻的选型52-53
• 4.5 开关频率设定53
• 4.6 PWM波信号保护53-57
• 第五章 电磁兼容设计57-71
• 5.1 电磁兼容57-59
• 5.1.1 电磁干扰三要素57
• 5.1.2 电磁干扰控制技术57-58
• 5.1.3 电磁干扰的种类58
• 5.1.4 电路中的EMC设计58-59
• 5.2 驱动电源PCB的EMC设计59-71
• 5.2.1 控制PCB走线电感59-62
• 5.2.2 控制PCB走线电容62-63
• 5.2.3 地线设计与地线网络63-67
• 5.2.4 电源线设计67-68
• 5.2.5 减小环路面积68-71
• 第六章 系统测试71-77
• 6.1 驱动电源单板测试71-77
• 6.1.1 输入输出参数测试71
• 6.1.2 单板温度测试71-72
• 6.1.3 控制器的遥控测试72-73
• 6.1.4 系统参数测试73-77
• 第七章 总结与展望77-81
• 7.1 总结77-78
• 7.2 展望78-81
• 参考文献81-85
• 发表论文和参加科研情况说明85-87
• 致谢87

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