高亮度大功率led驱动控制器设计(附件)【字数：13937】
摘 要摘 要大功率LED有传统光源无可比拟的优势，具有转换效率高，反应速度快，体积小，耗电量小，寿命长，环保等优点，广泛的应用于水下照明设备和很多市电照明设备中。但由于大功率LED的正向电压特性曲线十分抖，所以需要设计合适的驱动电路才能够使大功率LED能够正常工作，并达到最大功率。本课题设计了一种降压式HB大功率LED驱动电路，以PIC单片机为核心。该电路能够使大功率LED工作在连续导电模式（CMM）下，通过PWM线性调光信号输入，能在10.8-24V的输入电压内稳定进行工作，能有效地减少大功率LED在系统启动时承受的瞬时电流，有效地延长了器件的寿命。通过实现上位机与LED控制系统的串行通信，通过来自PC机的信号去控制单片机输出不同占空比和频率的PWM线性信号，将PWM信号输入到HB大功率LED驱动电路中。最终实现了PC机与单片机以及硬件大功率LED驱动控制电路之间的串行通信PWM和线性调光、数字软启动和热关闭保护功能；并利用单片机实时采集调光灯的工作状态数据。关键词水下照明，大功率LED，PWM，串行通信，线性调光
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 大功率LED驱动控制器的研究现状 1
1.3 设计目标要求 2
第二章 LED驱动控制器及PIC单片机系统 3
2.1 大功率LED灯结构 3
2.2 大功率LED驱动电路 3
2.3 大功率LED驱动电路分类 4
2.4 PIC18F4520开发板 5
2.5 PIC单片机开发环境 7
第三章 大功率LED驱动控制器硬件系统设计 9
3.1 PIC单片机的硬件电路连接 9
3.2 串行通信模块 10
3.3 PWM模块 13
3.4 大功率LED控制电路 14
3.5 系统硬件结构 16
3.6 本章小结 16
第四章 大功率LED驱动控制器软件系统设计 17
4.1串行通信程序设计 18
4.2 PWM转换程序 21
第五章 系统调试 24
结 语 30
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
致 谢 31
参考文献 32
附录 34
第一章 绪论
1.1 研究背景
人类生活已渗入到海洋的各个领域，而因水对光有着强烈的吸收作用，水下几十米外的空间几乎是黑乎乎一片，所以需要设计出合适的照明光源。随着进入不同的深度，光的强度需要进行改变，当照明设备使用过热时应及时关闭并自动重启，各个灯光之间需独立控制，相同供电下如何达到最大功率。
当前，在能源紧缺的形势下，发光二极管（LED）作为一种高效率光源受到高度的关注，并在众多领域获得应用。近年来发展起来的高亮度白光LED更实在工业与民用照明系统、汽车灯等领域拥有广泛的应用前景。在环保方面，由于不使用汞等易污染物，废弃物可回收，没有污染，所以，推广LED具有十分重要的意义。LED所具有的节能，环保及长寿耐用三个方面的优势，使得作为新一代的照明光源的大功率LED有着极其光明的发展前景。而LED应用的关键技术之一就是提供与特性相适应的电源或驱动电路，由于LED应用广泛，在不同场合下对于电流驱动能力的要求有很大的区别。对于大功率LED而言，高亮度工作条件下导通电压很高，在大功率条件下，传统的驱动方式（如线性调节、电流限阻等）的效率已经达到极限，会浪费HB（High brightness，HB）大功率LED的性能。所以本课题围绕HB大功率LED的驱动电路来设计高亮度大功率LED驱动控制器。
1.2 大功率LED驱动控制器的研究现状
（1）国外大功率LED驱动电路发展现状。半导体照明技术的开发研究引起了全球研究机构和企业的重视。国外共有近200家公司参与大功率LED驱动的器件、材料和设备的开发，近300所大学和研究所参与大功率LED驱动的研发。目前，功率型白光大功率LED光视效能(发光效率)已经达到100lm/W，研究水平达到160lm/W。经过技术发展和市场竞争，世界主要大功率LED厂商已经形成各自的技术特色。日本日亚化学处于全球技术领先水平，垄断高端白色、蓝、绿色大功率LED的市场，丰田合成在白光大功率LED及车灯照明开发上的技术开发据国际前端，美国Cree研发的碳化硅大功率LED外延片处于国际领先地位，传统照明巨头Philips绝对控股的美国Lumi大功率LEDs研发的功率型白光大功率LED国际领先，传统照明巨头Osram欧司朗控股的德国欧司朗光电半导体功率型大功率LED封装和车用大功率LED灯具开发国际领先。
(2)国内大功率LED驱动电路发展现状。国内的外延片生长技术主要源于美国，基本上是进口美国的有机金属化学气相沉淀(MOCVD)装备，这些装备在美国就不是一流的装备，在整个大功率LED产业外延片的生产、芯片、芯片封装3个环节中，外延片生产投资要占到70%，外延片成本要占到封装成成品的70%，同时外延片研发技术的人才全世界都缺乏，简单的说，外延片的水平决定了整个大功率LED产业水平。国内近几年也陆续引进了50多台MOCVD装备，国内公司均处于大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，将会立刻形成大规模生产，因为国内大功率LED市场的需求是巨大的。
国家“863”计划和信息产业发展基金同时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发(中科院半导体所、中电科技集团公司第四十八所)，通过整机消化吸收，关键技术再创新等措施，填补了国内在这领域的空白，使长期制约我国大功率LED产业发展的装备瓶颈得以突破。随着国家照明工程的起步，国内大功率LED芯片设备的巨大需求再次引起了国外半导体设备生产商的积极响应，他们日益重视中国这个巨大的市场，但是，这里面也存在着一个隐忧，国外芯片设备高昂的价格，相对制约了国内企业的规模化、产业化发展，也消耗了国家大量宝贵的外汇。同样也挤占了国内设备生产商的发展空间。
大功率LED在水下照明上的发展。大功率LED在水下照明设备上的使用非常广泛，基于大功率LED的水下探测机器人的照明设备，基于大功率LED的水下照相系统，基于大功率LED同步闪光照明的水下摄像技术，大功率LED水底灯，大功率LED喷泉灯，大功率LED集鱼灯。
本课题设计的LED驱动控制器用于水下探测机器人的照明设备，将大功率LED能够高效的运用于照明设备中，使其能够长时间高效率工作于水下。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 大功率LED驱动控制器的研究现状 1
1.3 设计目标要求 2
第二章 LED驱动控制器及PIC单片机系统 3
2.1 大功率LED灯结构 3
2.2 大功率LED驱动电路 3
2.3 大功率LED驱动电路分类 4
2.4 PIC18F4520开发板 5
2.5 PIC单片机开发环境 7
第三章 大功率LED驱动控制器硬件系统设计 9
3.1 PIC单片机的硬件电路连接 9
3.2 串行通信模块 10
3.3 PWM模块 13
3.4 大功率LED控制电路 14
3.5 系统硬件结构 16
3.6 本章小结 16
第四章 大功率LED驱动控制器软件系统设计 17
4.1串行通信程序设计 18
4.2 PWM转换程序 21
第五章 系统调试 24
结 语 30
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
致 谢 31
参考文献 32
附录 34
第一章 绪论
1.1 研究背景
人类生活已渗入到海洋的各个领域，而因水对光有着强烈的吸收作用，水下几十米外的空间几乎是黑乎乎一片，所以需要设计出合适的照明光源。随着进入不同的深度，光的强度需要进行改变，当照明设备使用过热时应及时关闭并自动重启，各个灯光之间需独立控制，相同供电下如何达到最大功率。
当前，在能源紧缺的形势下，发光二极管（LED）作为一种高效率光源受到高度的关注，并在众多领域获得应用。近年来发展起来的高亮度白光LED更实在工业与民用照明系统、汽车灯等领域拥有广泛的应用前景。在环保方面，由于不使用汞等易污染物，废弃物可回收，没有污染，所以，推广LED具有十分重要的意义。LED所具有的节能，环保及长寿耐用三个方面的优势，使得作为新一代的照明光源的大功率LED有着极其光明的发展前景。而LED应用的关键技术之一就是提供与特性相适应的电源或驱动电路，由于LED应用广泛，在不同场合下对于电流驱动能力的要求有很大的区别。对于大功率LED而言，高亮度工作条件下导通电压很高，在大功率条件下，传统的驱动方式（如线性调节、电流限阻等）的效率已经达到极限，会浪费HB（High brightness，HB）大功率LED的性能。所以本课题围绕HB大功率LED的驱动电路来设计高亮度大功率LED驱动控制器。
1.2 大功率LED驱动控制器的研究现状
（1）国外大功率LED驱动电路发展现状。半导体照明技术的开发研究引起了全球研究机构和企业的重视。国外共有近200家公司参与大功率LED驱动的器件、材料和设备的开发，近300所大学和研究所参与大功率LED驱动的研发。目前，功率型白光大功率LED光视效能(发光效率)已经达到100lm/W，研究水平达到160lm/W。经过技术发展和市场竞争，世界主要大功率LED厂商已经形成各自的技术特色。日本日亚化学处于全球技术领先水平，垄断高端白色、蓝、绿色大功率LED的市场，丰田合成在白光大功率LED及车灯照明开发上的技术开发据国际前端，美国Cree研发的碳化硅大功率LED外延片处于国际领先地位，传统照明巨头Philips绝对控股的美国Lumi大功率LEDs研发的功率型白光大功率LED国际领先，传统照明巨头Osram欧司朗控股的德国欧司朗光电半导体功率型大功率LED封装和车用大功率LED灯具开发国际领先。
(2)国内大功率LED驱动电路发展现状。国内的外延片生长技术主要源于美国，基本上是进口美国的有机金属化学气相沉淀(MOCVD)装备，这些装备在美国就不是一流的装备，在整个大功率LED产业外延片的生产、芯片、芯片封装3个环节中，外延片生产投资要占到70%，外延片成本要占到封装成成品的70%，同时外延片研发技术的人才全世界都缺乏，简单的说，外延片的水平决定了整个大功率LED产业水平。国内近几年也陆续引进了50多台MOCVD装备，国内公司均处于大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，将会立刻形成大规模生产，因为国内大功率LED市场的需求是巨大的。
国家“863”计划和信息产业发展基金同时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发(中科院半导体所、中电科技集团公司第四十八所)，通过整机消化吸收，关键技术再创新等措施，填补了国内在这领域的空白，使长期制约我国大功率LED产业发展的装备瓶颈得以突破。随着国家照明工程的起步，国内大功率LED芯片设备的巨大需求再次引起了国外半导体设备生产商的积极响应，他们日益重视中国这个巨大的市场，但是，这里面也存在着一个隐忧，国外芯片设备高昂的价格，相对制约了国内企业的规模化、产业化发展，也消耗了国家大量宝贵的外汇。同样也挤占了国内设备生产商的发展空间。
大功率LED在水下照明上的发展。大功率LED在水下照明设备上的使用非常广泛，基于大功率LED的水下探测机器人的照明设备，基于大功率LED的水下照相系统，基于大功率LED同步闪光照明的水下摄像技术，大功率LED水底灯，大功率LED喷泉灯，大功率LED集鱼灯。
本课题设计的LED驱动控制器用于水下探测机器人的照明设备，将大功率LED能够高效的运用于照明设备中，使其能够长时间高效率工作于水下。
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