(电子设计竞赛练习题报告--照明用LED驱动电路.docVIP

照明用LED驱动电路 描述：设计一个电源转换电路，将输入的9V直流电源变换成LED恒流电源。这里LED组件为4颗白光或蓝光LED串联构成的LED灯。 基本设计要求： 使用9V直流电源输入，驱动4颗串联的白光或蓝光LED，LED的最大工作电流为100mA； 电源的转换效率不小于60%，即LED消耗功率/电源输入功率 70%。 LED不应有明显闪烁。 扩展设计要求： 转换效率不小于80%。 可手动对LED亮度进行调节，调节期间，电源的转换效率不应有明显下降。 备选使用元器件： IC：MC34063，NE555，LM393，LM358； 晶体管：9013，9012，1N4148，1N5819 电感：220uH 电阻、电位器、电容等。 1.题目分析 对题目进行充分的分析和思考，进一步了解本体的主要任务、功能，将其中的目标、任务、指标归纳如下。 一、目标 设计白色LED灯导通压降3.2V到4V左右，9V电压无法驱动4个LED灯，故需要升压。制作一个升压变换器，一个可调占空比的PWM发生器，驱动LED灯的恒流电路，以及利用PWM波的控制LED电路。 二、要求 基本要求：LED消耗功率比电源输入功率70%，LED不应有明显闪烁。 扩展要求：转换效率不小于80%，调节电阻可调LED亮度。 2.方案论证 2.1 升压电路 一、升压变换器拓扑方案选择 方案一：通过线圈互感器升压。对于升压利用电圈互感器是一种很好的选择。但是没有现成的互感线圈，如果自行绕制由于有漏磁等因素的原因不一定能绕制成符合规格的互感线圈，稍显麻烦。 方案二：电力电子技术中Boost升压变换器。可以使用Boost电路升压，电路设计简单，通过开关管的开断可以升压。是一种可选的方案，而且电池转换效率很高。虽然MOSFET开关管有，但另外需要设计驱动MOSFET电路，以及反馈回路设计。 方案三：利用升压IC芯片升压。器材中提供MC34063芯片，该芯片是DC/DC变换芯片。并且具有反馈功能，电路设计和制作比较简单，是一种比较好的方案。 二、反馈电路拓扑方案选择 方案一：利用单片机。现在一般的单片机都有ADC模块功能。以STM32F103VBT6为例，可以通过ADC采样之后与参考电压比较来调节PWM占空比改变驱动MOSFET频率控制升压后电压恒定。 方案二：MC34063自身就具有反馈功能。可将输出Vout分压后与基准电压1.25V相比保持电压恒定。 综上所述，升压电路我们可以有如下几种选择： 方案一：.采用MOSFET开关管设计Boost电路，STM32产生的PWM波驱动驱动MOSFET，通过STM32中的ADC模块再对输出电压采样与参考电压比较改变PWM占空比，从而保持输出电压的恒定。 方案二：利用MC34063进行升压，输出电压分压取采样点与基准电压比较保持输出电压恒定。 一是考虑制作周期，二是对STM32还不太熟练。再者器材中以提供MC34063芯片，为了不浪费资源。我们决定采用方案二来进行升压电路的设计。 2.2 LED驱动 输出电压经过4个LED压降后连接电阻，加在电阻上的电压恒定则通过电阻的电流也就是通过LED灯的电流恒定。故可将电阻上的电压作为采样电压，回馈给升压电路中，这样就可以保持电流恒定。 2.3 调光控制环节 方案一：可变电阻调光。利用和电光源相串联的可变电阻，改变电阻值就可以实现调光。由于调光电阻方法的效率太低，并且在调光过程中会产生很大的热量，所以我们不采用这种方法。 方案二：脉冲占空比调光法。PWM称之为脉冲宽度调制信号，利用脉冲的宽度来调整亮度。PWM脉冲宽度调制信号的基本频率至少约400HZ-10KHZ，当调整LED的明或暗时，这个基本的频率不可变动，而是改变这个频率上方波的宽度，宽度越宽则越亮、宽度越窄则越暗。PWM是控制LED的点亮时间，而不是改变输出的电压来控制亮度。 颜色 电压/电流 电压/电流 电压/电流 电压/电流 红 2.2V/33mA 2.3V/49mA 2.4V/58mA 2.5V/85mA 黄 2.2V/36mA 2.3V/51mA 2.4V/62mA 2.5V/83mA 白 3.5V/32mA 3.6V/55mA 3.7V/68mA 3.8V/95mA 绿 3.8V/28mA 3.9V/41mA 4V/52mA 4.1V/78mA （以上或许存在偏差，测量时电压总跳来跳去不好稳定） 白色LED灯最大工作电流100mA，为了使效率更加高，我们将恒流电压定位100mA。我们做如下设计：在基准电压采样点1.25V处与地之间连接一个约12.5Ω，这样电流恒定在100mA左右。 3.2 升压电路MC34063参数计算 器材中给