一、设计目的： 了解电力电子设计的一般思路，并且能够把理论转化为实践。 二、设计任务： 设计出能够正常使用的大功率LED恒流源。
三、要求： 1、恒流电源在带负载的情况下能够正常使用； 2、输出的电压能够反馈到输入端与三角波进行比较、调制； 3、画出电路图，并做出实物。
三、 系统方案设计： 1. 关于LED 发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生负荷放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、蓝、紫、白的光。 般被称为第四代照明光源或绿色光源，具有高亮度、寿命长、高节能、利环保、体积小等特点，可以广泛应用于各种装饰、显示、指示、普通照明、城市夜景以及背光源等领域；作为一种新的照明用光源，LED灯正在逐渐得到大规模和大范围的应用。 D灯的性能和寿命的核心部分是LED恒流源，LED灯的寿命与驱动电流的运行情况息息相关，LED灯的可靠性也主要取决于驱动芯片的可靠性和各种安全保护措施。 2. 设计方案 要使电源始终保持不变几乎是不可能的，不过使电源的电流在微小的范围内变动，就可以把该电源近似看做是恒流源。大概的思路即为：使用一个三角波和一个直流调制信号，通过比较器可以得出PWM信号，通过PWM信号可以控制脉冲信号的占空比，即在升降压斩波电路中可以控制输出电压；输出电压的控制，即可以使得输出的电流在一个恒定的值上。 2.1. 电源供电方案的选择 电源的供电方案有两个选择： 方案一是采用线性稳压电源，其优点是：反应速度快、输出波纹小、工作产生的噪音低，缺点是：够哦能够做电流小，效率低，非隔离； 方案二是采用开关稳压电源，其优点是：效率高、稳压范围广，并且可以大功率输出，缺点是波纹较大。 通过对比以及要求的大功率，选择方案二。 2.2. DC恒流源的选择 恒流源有两个方案： 方案一是采用SG3525PWM芯片构成恒流源，这样只需很少的外围电路就可以构成恒流系统，且芯片自带反馈调节，稳定性好，缺点是PWM芯片输出的占空比受到了限制。 方案二是采用分立元件构成PWM，电路相对用集成芯片要复杂，但是占空比的调教不受限制。 根据设计思路，要稳定输出的电压和电流，占空比必须具备比较广泛地调节，所以选择方案二。
控制工程学院工程综合设计
1
2.3.
反馈系统的选择
反馈系统可以通过
PID
调节器反馈，
可以通过硬件反馈，
也可以通过数字式传输反馈信
号，其中
PID
调节器的结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便；硬件反馈的速度快，但
干扰大，导致其稳定性不够良好；数字式传输反馈的抗干扰能力强，但采用的是软件发亏，
系统稳定的时间缓慢。通过比较，选择
PID
调节器反馈。
2.4.
系统框图
通过选择对比，可以得出系统的框图为图一所示：
3.
系统理论分析计算
3.1.
直流电流变换的分析计算
该模块的电路为降压斩波电路，即
BUCK
电路，将输入的
24V
电压降为
8V
的电压输出，
并且利用
IR211
输出一定占空比的
PWM
波来驱动场效应管，利用充放电时间来得到
8V
的输
出电压，计算公式为：
24V
×
D=8V
（其中
D
为占空比）
可以计算出占空比
D=33.3%
。
3.2.
单路电流采样放大的分析计算
利用
0.02
Ω
的采样电阻，可以将电流转换成电压信号，再把该电压信号放大输出，其
放大倍数可以根据两电阻值的相差倍数值确定。
3.3.
PID
调节
在
PID
调节中，调节器的输出信号与偏差信号成反比。
4.
电路设计
4.1.
PWM
框图
图
2.PWM
模块框图
4.2.
电源
电源由
24V
输入，经滤波后送到
DC/DC
交换电路中，给整个系统提供
+5V
以及±
12V
的
电压。
4.3.
PWM
电路原理图
PWM
模块电路工作原理是，利用
NE555
产生的三角波与反馈电压信号进行比较，从而产
生一
PWM
波，该波的占空比可以根据三角波和反馈电压信号的比值进行调制。
如图
3
所示，为
PWM
模块的电路：
图一
.
系统框图
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2
图
3.PWM
模块电路
电路原理：
交流市电入口接有 1A 保险丝 FS1 和抗浪涌负温度系数热敏电阻 NTC。之后是 EMI 滤波器，由 L1、L2 和 CX1 组成。BD1 是整流全桥，内部是 4 个高压硅二极管。C1、C2、R1、D1～D3 组成无源功率因数校正，工作原理见本公司《用 PT4107 设
计 LED 日光灯的优化方法》一文。PWM 控制芯片 U1 和功率 MOS 管 Q1、镇流电感 L3、续流二极管 D5组成 Buck 降压变换，U1 采集传感电阻 R6～R9 上的峰值电流，由内部逻辑控制 GATE 脚信号的脉冲占空比进行恒流控制。芯片由 T1、D4、C4、R2～R4 组成的电子滤波器降压后供电，这个滤波器内阻很高，输出阻抗很小，能提供约 16V 稳定电压，确保芯片在全电压范围里稳定工作。R5 是芯片振荡电路的一部分，改变它会调节振荡频率。电位器RT 在本电路中不是用来调光，而是用来微调恒流源的电流，使电路达到设计功率。本电路的参数是为22个LED串联，15串并联，驱动330个60毫瓦的白光LED设计的，每串的电流是17.8毫安。
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