基于单片机的高功率因数智能调光LED驱动器的设计

发布时间：2017-06-19 21:09

  本文关键词：基于单片机的高功率因数智能调光LED驱动器的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：LED被广泛应用在照明领域,而性能优异的LED驱动器是制造出优秀LED灯具的前提。随着生活水平及科技水平的提升,LED仅仅发光、发亮将不能满足人们的需求,智能控制技术集节能、调光、营造特殊照明效果等优点于一身,将逐步替代传统照明控制技术,为了顺应时代发展,本文设计了一款高功率因数智能控制LED驱动器,提出两种控制方案：基于Android平台的WiFi控制方案和基于RF的无线遥控控制方案。该智能控制LED驱动器由三个模块组成：AC-DC变换器模块、DC-DC变换器模块及智能控制模块。AC-DC变换器结合临界导电模式(BCM)升压(Boost)双级有源功率因数校正(APFC)技术及准谐振(QR)电流模式反激变换技术,实现高PF及高效的目的,并为DC-DC变换器提供稳定的直流电压,文中阐述了两种技术的工作原理,并对其外围电路元器件进行详细的设计。DC-DC变换器采用稳压芯片输出稳定5V电压,为智能控制模块部分电路供电,且用调光芯片与微处理器输出的PWM调光信号相结合实现调光功能。智能控制模块采用微处理器STM32F103作为系统核心,输出PWM调光信号,根据程序及PID控制算法实现温控及LCD显示功能,此外,智能控制模块采用两种控制方案,一种是遥控器通过RF无线通信技术实现开关定时及调光功能,文中说明了该控制系统的设计思路,并详细介绍了实现各功能的流程图；另一种是Android手机利用WiFi无线通信技术对LED驱动器进行智能控制,文中详细介绍了WiFi模块的选取过程,对Androi d客户端人机交互界面进行设计与实现,并深入研究了Android平台下客户端和服务器端Socket通信机制。最后进行测试,先对各模块进行调试并分析测量结果,再组装成样机调试,最终测得额定输出电压为30V、额定输出电流为1A、效率大于0.86、PF大于0.97,待机损耗小于0.3W,输出电压纹波系数小于1%,总谐波失真(THD)等于5.1%,实现了温控、定时开关机、可调光及LCD显示功能,样机测试结果表明,各项性能均达设计指标,输出稳定,调光不闪烁,性能良好。
【关键词】：智能控制 调光 RF遥控 Android WiFi 高功率因数
【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】：TP368.12;TM923.34
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外现状11-12
• 1.3 LED的介绍12-14
• 1.3.1 LED的电气特性12-13
• 1.3.2 LED的驱动方法13-14
• 1.4 LED驱动器的发展趋势14-15
• 1.5 LED驱动器的设计思路15-16
• 1.5.1 系统的设计指标15
• 1.5.2 系统的结构框图15-16
• 1.6 论文的章节安排16-18
• 第二章 LED驱动器的基础知识18-30
• 2.1 功率因数校正技术(PFC)18-24
• 2.1.1 不良功率因数的来源18
• 2.1.2 功率因数(PF)与总谐波失真(THD)的关系18-19
• 2.1.3 功率因数校正(PFC)的分类19-24
• 2.2 LED调光技术24-25
• 2.3 无线控制技术25-27
• 2.3.1 WIFI控制技术26-27
• 2.3.2 RF控制技术27
• 2.4 ANDROID系统介绍27-29
• 2.4.1 ANDROID的系统架构27-28
• 2.4.2 ANDROID的应用开发组件28-29
• 2.5 本章总结29-30
• 第三章 AC-DC模块及DC-DC模块的设计30-50
• 3.1 AC-DC模块的设计30-46
• 3.1.1 AC-DC变换器模块的原理图30-31
• 3.1.2 输入保护电路的设计31-32
• 3.1.3 电磁干扰(EMI)抑制电路的设计32-33
• 3.1.4 整流滤波电路的设计33-34
• 3.1.5 BCM BOOST型双级APFC电路的设计34-41
• 3.1.6 准谐振(QR)反激转换器的设计41-45
• 3.1.7 漏极钳位保护电路的设计45-46
• 3.2 DC-DC模块的设计46-49
• 3.2.1 恒压电路的设计46-47
• 3.2.2 LED驱动电路的设计47-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 智能控制模块的设计50-76
• 4.1 微处理器(MCU)的选取50-51
• 4.2 MCU恒压供电电路的设计51-52
• 4.3 PWM调光程序的设计52-53
• 4.4 数字PID控制算法的介绍53-54
• 4.5 温度控制功能的设计54-59
• 4.6 LCD显示功能的设计59-62
• 4.7 RF无线遥控控制方案的设计62-65
• 4.7.1 RF模块的选取62
• 4.7.2 遥控调光功能的设计62-63
• 4.7.3 遥控定时开关功能的设计63-65
• 4.8 基于ANDROID平台的WIFI控制方案的设计65-75
• 4.8.1 WIFI模块的选取65-67
• 4.8.2 WIFI模块与STM32F103的接口电路及串口通信的实现67-68
• 4.8.3 ANDROID开发环境的搭建68-69
• 4.8.4 ANDROID平台的SOCKET通信机制69-72
• 4.8.5 ANDROID手机客户端界面的设计与实现72-75
• 4.9 本章小节75-76
• 第五章 样机性能测试及分析76-90
• 5.1 PCB版图76
• 5.2 系统实验平台及点亮效果图76-77
• 5.3 AC-DC模块性能测试及分析77-80
• 5.3.1 AC-DC模块的性能参数77
• 5.3.2 AC-DC模块的功率因数(PF值)77-78
• 5.3.3 AC-DC模块中MOSFET的栅极及漏极波形78-80
• 5.4 DC-DC模块的性能测试及分析80
• 5.5 样机整体系统的性能测试及分析80-89
• 5.5.1 RF遥控控制方案的调光性能测试81-82
• 5.5.2 基于ANDROID平台的WIFI控制方案的调光效果图82-83
• 5.5.3 不调光时样机性能测试83-85
• 5.5.4 输出电流与输出电压设定值的关系85-86
• 5.5.5 LCD显示性能测试86
• 5.5.6 样机待机损耗测试86-87
• 5.5.7 输出电压纹波测试87
• 5.5.8 电磁干扰(EMI)测试87-89
• 5.5.9 输入电压、电流及总谐波分析89
• 5.6 本章小节89-90
• 第六章 总结和展望90-92
• 6.1 总结90-91
• 6.2 展望91-92
• 参考文献92-96
• 发表论文和参加科研情况说明96-98
• 附录98-100
• 致谢100

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