LED照明用恒流电源变换器设计报告.doc

LED照明用恒流电源变换器设计报告 马正，常艳芬，徐冬摘要 本系统是基于反激式变压器和PWM控制器uc3525的LED照明用恒流电源，该系统以stm32单片机为控制核心，采用16位精度的DA转换器DAC8811，通过单片机和按键控制给定电压量，实现了输出电流10mA的步进控制；并采用12精度AD转换器ADS7886，采集输出电压值和输出电流,测量精度优于2%，且通过LCD12864液晶显示。系统采用uc3525的硬件反馈实现了题目要求的1%的电压和负载调整率，总之，本作品工作性能稳定，达到题目要求的各项技术指标。关键词： LED恒流源 步进 反馈 一方案论证与比较 1 、PWM控制芯片选择 采用电流型PWM控制芯片uc3842，该芯片具有内环电流，外环 电压特性的双回路反馈系统，可以同时检测输出电压和动态开关管电流，动态反馈速度比电压型PWM控制器快，也可以达到理想的调整率，但该芯片需要采集开关管电流，控制复杂，易引入较大的干扰，工作不稳定，故在反馈速度要求不高时不采用。 采用电压型PWM控制芯片uc3525，该芯片具有最大95%占空比输出，反馈回路简单，只采集输出电压，应用方便，结合外围PI调节器，可以很好的满足题目的调整率求，故选用此芯片。 2 、PFC方案选择 采用TI平均电流型PFC芯片UCC28019，该芯片应用成熟，电路简单，不需要采集开关管电流，适合应用在boost结构，电流连续的工作状态，不适合工作在反激式变换器中，因为反激式变化器的输入电流是不连续的。故不采用此芯片。 采用临界导通模式的PFC芯片UCC28051，该芯片工作在临界导通模式，电感电流不连续，工作频率不固定，需要检测开关管电流和电感电流，当电感电流达到输入电压采样的正弦半波的峰值时开关管关闭，当电感电流为零时，开关管重新导通，适合应用在反激式变换器中，故选用次芯片。 二电路设计及参数计算 1. 主回路器件的选择与参数计算 1.1开关管的选择由变压器二次侧电压Ui=36V，系统输出电压Uo=36V以下，输出电流Io=0.15-0.35A可知，输入电流有效值= 通过电感的峰值电流 结合最大输出电压和最大输出电流，并考虑一定的余量，我们选择IRFP460，其，完全能满足题目的要求。1.2续流二极管的选择 由于采用反激式拓扑结构，通过续流二极管的最大电流为0.495A，承受反向的最大电压值为36V，为此选用MUR3060，其允许通过的最大正向电流为30A，反向耐压典型值为400V，完全满足题目的要求。主电路设计电路图为：输入侧有开关管关断电压过冲保护，输出侧有续流二极管关断过流保护。1.3 反馈采样电路输出电流经1.09的电流采样电阻采用后，经INA128放大后，输入到加法器的一个输入端，加法器的另一个输入端用DA给定，这就实现了数控输出电流。输出电流最大值为350mA，AD的基准源电压为4.096V，输出电流采样电阻为1.09欧姆，所以电流采样放大倍数为4096/0.35=11.7，为留有余地，放大倍数取（1+50/6.8）=8.35.电压采样电阻计算，最大输出电压为36V，AD的基准源电压为4.096V，故分压比为36V/4.096V=8.79，为留有余地，电阻分别取91k和10k。反馈电压取样电阻计算：在36V输出时，反馈电压必须是4.096V,所以电阻分别取300K定值电阻和100K 滑动变阻器。过压保护： 当输出过压超过36V时，继电器动作，将反馈点切换到电压反馈，将输出电压稳定在36V，实现过压保护。1.4线性光耦隔离电路：因为输入地与输出地不同，故反馈还需隔离，通过光耦隔离实现了输出与输入的地隔离。1.5 控制电路的设计与参数计算 因为UC3525单路输出PWM波最大占空比为50%，为了满足输出占空比的要求，我们采用将UC3525的11和14脚各连接一个50电阻后再连接于一点输出，可实现几乎100%的占空比输出。电路图如下： 1.6 外界明暗条件检测电路：当没有光照时，二极管截止，非门输出保持为1。当外界有光照时，二极管反向导通，电阻上的电压增大，当光照到了一定强度时，非门输出翻转，由1变0，单片机检测到0信号，表明外界光照较强，单片机就通过DA控制输出电流，直至电流减小到200mA 以下。1.7 EMI、保护电路设计上图为交流侧输入EMI滤波。1.7.1保护有输入空气开关过流漏电保护；1.7.2 输入5A保险丝过流保护。1.7.3 LED负载0.4A保险丝过流保护。1.8 输出滤波计算输出纹波最大值为;计算可得输出纹波为5mV是的电容为1356uF,这里取 4700uF.。1.9.提高效率的方法 选用导通电阻小的开关管，抑制开关管电流、电压过冲，减小PWM控制信号线的杂散电容，提高其上升沿和下降沿的陡峭度，抑制开关损耗。2、 系统软件框图：3、系统硬件框图：三测试表格和数据。1、测试条件和仪器室温，Victor8155多功能万用表1.1 电压调整率题目要求：电压调整率Su1%：负载为10个LED，调整U1，使U2在32V40V范围内变化时，IO变化不超过1%；输入电压V3234363840I0变化输出电流mA2512512512522520.3%1.2负载调整率题目要求：负载调整率SL1%：U2=36V，负载由5个LED增加至10个，IO变化不超过1%；负载个数5个10个调整率输出电流mA（250mA）251251小于1%1.3步进功能给定电流（mA）150170190210230250270290310330350输出电流(mA)147168189209230251.5272293313334355误差(%)210.50.400.60.710.91.11.41.4测量精度实际电流（mA）149168189220230251282334354测量电流（mA）150.1168.8189.5220.6230.9251.7283.5334.8355.4误差（%）0.70.40.20.20.40.30.50.30.21.5效率题目要求：效率70%：U2=36V、负载为10个LED、IO=300mA，电源变换器效率70%；测量得U2=36V,直流输入电流I=334mA,Vo=31.0V，IO=300mA，J计算得=75%1.6测试结果分析：通过对上述数据分析可得，误差主要是电流给定误差，这与加法器和DA转换电路精度和干扰有关。