led节能灯电源电路的分析与设计毕业论文
目 录
一、 引言 1
（一） LED发光二极管及其电源的发展背景 1
（二） LED节能灯电源的发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） LED节能灯电源方案对比与选择 3
（二） 电容限流式节能照明灯电路简介 5
（三） LED发光二极管简介 6
三、 硬件系统设计 7
（一） LED节能灯电源系统方案设计 7
（二） 滤波限压模块参数计算 7
（三） 全桥整流模块参数计算 8
（四） 限流模块参数计算 8
四、 系统仿真设计 10
（一） Multisim仿真软件介绍 10
（二） 仿真电路构建 10
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元件列表......................................................................................................................... ...18
引言
(一）LED发光二极管及其电源的发展背景
LED指的是一种通过内部独特的PN结结构进行光电转换的半导体发光材料，它是英文Light Emitting Diode的的首字母简称。LED之所以能发光是由于其发光体的最中央位置有一个由P型材料和N型材料（P和N是两种典型的半导体材料，代表由锗和硅）形成的“PN结”材料，当有电流留过这种PVN结时，PN结区域的电子运动会呈现出光的现象，这样就实现了一种电光转换的功能，即给PN结施加一定电压后，PN结就可发出光芒。技术人员通过特殊性质的胶水（银胶和白胶）将PN结粘贴在固定板上，四周用环氧硅脂将PN结固定住，并用导线引出PN结的正负极，就形成了一个我们目前市面上经常见到的LED灯。LED灯在刚投入使用时，是作为仪器仪表盘中的指示灯光出现的，多以红色和绿色最为常见，在经
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当有电流留过这种PVN结时，PN结区域的电子运动会呈现出光的现象，这样就实现了一种电光转换的功能，即给PN结施加一定电压后，PN结就可发出光芒。技术人员通过特殊性质的胶水（银胶和白胶）将PN结粘贴在固定板上，四周用环氧硅脂将PN结固定住，并用导线引出PN结的正负极，就形成了一个我们目前市面上经常见到的LED灯。LED灯在刚投入使用时，是作为仪器仪表盘中的指示灯光出现的，多以红色和绿色最为常见，在经过长期的发展后，LED灯的颜色逐渐增多，体积也不断减小，此时设计师将多个五颜六色的LED灯组合在一起，形成了能产生动画效果的LED屏幕，由于LED集多种优良性能于一身，因此他在发展的过程中对社会产生了很大的经济效益和高质量生活效益。
LED灯的最大特点是其优秀的高流明性，就拿一盏12英寸的红色信号灯来说，最初这种交通灯是由白炽灯作为发光体的，由于白炽灯的光线为白色，而要产生红色光线则必须要在白炽灯外加一层红色光罩，以前的红色交通信号灯就是就是基于这种原理的，通常红色信号灯的红色光线为200刘明才能达到良好的指示效果，而要产生200流明红色光线，白炽灯需要产生2000流明的白色光线，可见能源损失高达90％之多，因此在过去这种信号灯好能太大。而现在的LED灯能够直接产生红色光线，不需要添加任何灯罩，只需要10W左右的功率就可实现200流明的光线照射，因此几乎没有很多能源损失，这是LED灯即将代替所有照明灯的一个重要特性。LED灯能够在较多场合下进行使用，尤其是环境较为恶劣的室外环境，由于它外表由一层环氧硅脂包裹，因此它内部的电气特性几乎不会受到外界的干扰，近年来LED灯有逐渐取代白炽灯成为家庭照明灯的趋势，虽然技术和用户体验度都非常高，但是其成本（尤其是白色LED）太高，还不能被大多数家庭接受。
本文所说的LED节能灯电源实际上值得是能够为LED节能灯提供稳定电压的一种电子设备，实际上这种电源并不只是针对LED设计的，是目前市面上众多电源适配器的一种，它所要完成的功能是将市电进行整流、滤波并且稳压在LED发光二极管的工作电压上，使得电网电压跳动时LED等仍能正常工作。起初LED节能灯的电源并没有做稳压技术，当市电电压跳动时，LED灯泡时常出现亮暗变化，亮度不能稳定，更加糟糕的时，LED节能灯的实际使用寿命常常少于额定寿命，经过研究者的探究，发现LED发光二极管在低质量的电源供电下寿命会大幅减少，因此近年来的LED节能灯电源通通加入了稳压技术。
（二） LED节能灯电源的发展现状
目前国内外对于LED节能灯电源的研究非常火热，由于LED照明技术在不断发展并趋向成熟，虽然将白色LED作为照明的技术目前还比较昂贵，但是依然不能阻挡研究者的研究热情，白色LED照明灯的功率正在不断上升，因此对于电源的性能也提出了更高的要求，不但要求电源的输出功率要大，还要更加稳定。由于作为LED节能灯电源的开关电源技术比LED技术有着更长得发展历史并且非常成熟，因此LED节能灯的电源无论是在输出功率上还是输出电压上，都不会限制LED照明灯的发展。
（三）本文主要研究内容
本文主要以LED节能灯电源作为研究对象，以电容降压式核心结构作为LED灯驱动电源，实现了将市电转变为稳定的LED供电电压，并且有效的避免了LED开关瞬间瞬间冲击电流给LED灯泡带来的损坏。
方案选择及元器件介绍
a) LED节能灯电源方案对比与选择
i.采用220V交流电源的电阻限流式LED灯
电阻限流式驱动电源主要是通过改变主电路中可变电阻大小来实现的，当欲提高LED节能灯的亮度时，将可变电阻的电阻拉低，这样通过LED灯的电流就会增加，从而灯光亮度增加，反之欲降低LED灯的亮度时将可变电阻的阻值拉高。如下图所示，将R1电位器接在LED灯供电电路的主电路中，电路结构简单稳定，然而其缺点也是显而易见的：1、电流流过电位器会产生大量热量，造成大量电能浪费；2、当电源电压出现波动时，由于此电路没有稳压措施，因此流过LED灯的电流也会忽大忽小，造成灯光强度不稳定。
图2-1 电阻限流式LED灯
ii.采用恒流源电路的220V交流电源LED灯
第二种常用的LED节能灯电源是恒流源式驱动电路，在对这种电路的工作原理进行描述时，首先需要对三极管的集电极电流、基电极电流与集电极发射极两极电压的关系进行阐述，如下图所示，当三极管工作在放大区时，集电极电流Ic的大小在基电极电流保持稳定的情况下能够保持很高程度的稳定，几乎不受集电极发射极两极电压Vce的变化而影响，这就是恒流源电路的核心原理，即将IB稳定下来即可稳定集电极电流IC。
图2-2 VCB与IC
一、 引言 1
（一） LED发光二极管及其电源的发展背景 1
（二） LED节能灯电源的发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） LED节能灯电源方案对比与选择 3
（二） 电容限流式节能照明灯电路简介 5
（三） LED发光二极管简介 6
三、 硬件系统设计 7
（一） LED节能灯电源系统方案设计 7
（二） 滤波限压模块参数计算 7
（三） 全桥整流模块参数计算 8
（四） 限流模块参数计算 8
四、 系统仿真设计 10
（一） Multisim仿真软件介绍 10
（二） 仿真电路构建 10
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元件列表......................................................................................................................... ...18
引言
(一）LED发光二极管及其电源的发展背景
LED指的是一种通过内部独特的PN结结构进行光电转换的半导体发光材料，它是英文Light Emitting Diode的的首字母简称。LED之所以能发光是由于其发光体的最中央位置有一个由P型材料和N型材料（P和N是两种典型的半导体材料，代表由锗和硅）形成的“PN结”材料，当有电流留过这种PVN结时，PN结区域的电子运动会呈现出光的现象，这样就实现了一种电光转换的功能，即给PN结施加一定电压后，PN结就可发出光芒。技术人员通过特殊性质的胶水（银胶和白胶）将PN结粘贴在固定板上，四周用环氧硅脂将PN结固定住，并用导线引出PN结的正负极，就形成了一个我们目前市面上经常见到的LED灯。LED灯在刚投入使用时，是作为仪器仪表盘中的指示灯光出现的，多以红色和绿色最为常见，在经
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
当有电流留过这种PVN结时，PN结区域的电子运动会呈现出光的现象，这样就实现了一种电光转换的功能，即给PN结施加一定电压后，PN结就可发出光芒。技术人员通过特殊性质的胶水（银胶和白胶）将PN结粘贴在固定板上，四周用环氧硅脂将PN结固定住，并用导线引出PN结的正负极，就形成了一个我们目前市面上经常见到的LED灯。LED灯在刚投入使用时，是作为仪器仪表盘中的指示灯光出现的，多以红色和绿色最为常见，在经过长期的发展后，LED灯的颜色逐渐增多，体积也不断减小，此时设计师将多个五颜六色的LED灯组合在一起，形成了能产生动画效果的LED屏幕，由于LED集多种优良性能于一身，因此他在发展的过程中对社会产生了很大的经济效益和高质量生活效益。
LED灯的最大特点是其优秀的高流明性，就拿一盏12英寸的红色信号灯来说，最初这种交通灯是由白炽灯作为发光体的，由于白炽灯的光线为白色，而要产生红色光线则必须要在白炽灯外加一层红色光罩，以前的红色交通信号灯就是就是基于这种原理的，通常红色信号灯的红色光线为200刘明才能达到良好的指示效果，而要产生200流明红色光线，白炽灯需要产生2000流明的白色光线，可见能源损失高达90％之多，因此在过去这种信号灯好能太大。而现在的LED灯能够直接产生红色光线，不需要添加任何灯罩，只需要10W左右的功率就可实现200流明的光线照射，因此几乎没有很多能源损失，这是LED灯即将代替所有照明灯的一个重要特性。LED灯能够在较多场合下进行使用，尤其是环境较为恶劣的室外环境，由于它外表由一层环氧硅脂包裹，因此它内部的电气特性几乎不会受到外界的干扰，近年来LED灯有逐渐取代白炽灯成为家庭照明灯的趋势，虽然技术和用户体验度都非常高，但是其成本（尤其是白色LED）太高，还不能被大多数家庭接受。
本文所说的LED节能灯电源实际上值得是能够为LED节能灯提供稳定电压的一种电子设备，实际上这种电源并不只是针对LED设计的，是目前市面上众多电源适配器的一种，它所要完成的功能是将市电进行整流、滤波并且稳压在LED发光二极管的工作电压上，使得电网电压跳动时LED等仍能正常工作。起初LED节能灯的电源并没有做稳压技术，当市电电压跳动时，LED灯泡时常出现亮暗变化，亮度不能稳定，更加糟糕的时，LED节能灯的实际使用寿命常常少于额定寿命，经过研究者的探究，发现LED发光二极管在低质量的电源供电下寿命会大幅减少，因此近年来的LED节能灯电源通通加入了稳压技术。
（二） LED节能灯电源的发展现状
目前国内外对于LED节能灯电源的研究非常火热，由于LED照明技术在不断发展并趋向成熟，虽然将白色LED作为照明的技术目前还比较昂贵，但是依然不能阻挡研究者的研究热情，白色LED照明灯的功率正在不断上升，因此对于电源的性能也提出了更高的要求，不但要求电源的输出功率要大，还要更加稳定。由于作为LED节能灯电源的开关电源技术比LED技术有着更长得发展历史并且非常成熟，因此LED节能灯的电源无论是在输出功率上还是输出电压上，都不会限制LED照明灯的发展。
（三）本文主要研究内容
本文主要以LED节能灯电源作为研究对象，以电容降压式核心结构作为LED灯驱动电源，实现了将市电转变为稳定的LED供电电压，并且有效的避免了LED开关瞬间瞬间冲击电流给LED灯泡带来的损坏。
方案选择及元器件介绍
a) LED节能灯电源方案对比与选择
i.采用220V交流电源的电阻限流式LED灯
电阻限流式驱动电源主要是通过改变主电路中可变电阻大小来实现的，当欲提高LED节能灯的亮度时，将可变电阻的电阻拉低，这样通过LED灯的电流就会增加，从而灯光亮度增加，反之欲降低LED灯的亮度时将可变电阻的阻值拉高。如下图所示，将R1电位器接在LED灯供电电路的主电路中，电路结构简单稳定，然而其缺点也是显而易见的：1、电流流过电位器会产生大量热量，造成大量电能浪费；2、当电源电压出现波动时，由于此电路没有稳压措施，因此流过LED灯的电流也会忽大忽小，造成灯光强度不稳定。
图2-1 电阻限流式LED灯
ii.采用恒流源电路的220V交流电源LED灯
第二种常用的LED节能灯电源是恒流源式驱动电路，在对这种电路的工作原理进行描述时，首先需要对三极管的集电极电流、基电极电流与集电极发射极两极电压的关系进行阐述，如下图所示，当三极管工作在放大区时，集电极电流Ic的大小在基电极电流保持稳定的情况下能够保持很高程度的稳定，几乎不受集电极发射极两极电压Vce的变化而影响，这就是恒流源电路的核心原理，即将IB稳定下来即可稳定集电极电流IC。
图2-2 VCB与IC
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