基于单片机的LED驱动设计_开题报告

一、文献综述

（一）课题背景

近几年，我国政府在新能源开发、环境保护和资源节约方面相继出台了一系列方针政策和法律法规，实施了“金太阳”、“绿色照明”等一批重点工程，收到了较大成效。LED 由于光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，属于典型的绿色照明光源，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品，可以提高人们的工作、学习、生活的条件与质量。也因如此，LED照明现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。

全球能源紧张，提高电器的效率是行之有效的方法。照明用电占据全球21%的总用电量，如果能提高照明用电的效率，可以有效缓解能源紧张。如何提高照明系统的能源利用率，延长照明系统的寿命，并且是绿色无污染的？取代白炽灯，荧光灯，节能灯的第四代照明灯具是什么？业界给出的答案就是LED照明灯。LED照明每瓦流明数可达到120lm。远高于白炽灯和日光灯，此外LED灯珠寿命可长达十万小时，并且绿色无污染。LED照明具备的这些优点决定了其应用前景是非常广阔的。LED照明应用上的限制在于LED有固定的正向压降，电流也有上限（工作电流是影响LED寿命的主要因素）。白光LED上的正向压降一般为3-4V，LED光源不能像一般的光源一样可以直接使用公用电网电压，它必须配有专用电压转换设备，提供能够满足驱动LED的额定电压和电流，才能使LED正常工作，也就是所谓的LED专用驱动电源。但是由于各种不同规格的LED驱动电源的性能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED驱动电源，才能真正展现出LED光源高效能的特性[1]。选择合适的驱动电源驱动LED是这次课题选择的主要目的和意义。

近几年，LED的发光效率提高了100倍，成本下降了90%。在LED光源及市场开发中，极具发展与应用前景的是白光LED。LED用作固体照明器件的经济性显著，且有利于环保，正逐步取代传统的白炽灯，世界增长率在20%以上，美、日、欧、中国（包括台湾和香港地区）均推出了半导体照明计划。LED产业不断涌现新技术、新产品、新应用，呈现了朝阳工业欣欣向荣的景象。目前许多色别的LED都达到了烛光级水平，相信随着器件结构的改进和发展效率的提高，今后LED发展的主流是LED照明光源。

白光LED上的正向压降一般为3-4V，LED光源不能像一般的光源一样可以直接使用公用电网电压，它必须配有专用电压转换设备，提供能够满足驱动LED的额定电压和电流，才能使LED正常工作，也就是所谓的LED专用驱动电源。要发展LED必须发展LED的配套的设施，驱动电源就是最主要的【2】。

国内外研究

近年来各大公司和研究机构对LED电源和驱动电路的研究方兴艾。与荧光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为直流电压，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。随着硅集成电路电源未电压的直线下降，LED 工作电压越来越多地处于电源输出电压的最佳区间，大多数为低电压 IC 供电的技术也都适用于为LED。

由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2～3伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。国际市场对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，设计一款好的电源必须要综合考虑这些因数，因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。

LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为恒流电源,按照LED器件的要求完成与LED的电压和电流的匹配。它需要使用升压电路在电池使用周期内不间断地为LED稳定供电。   

许多产品设计者希望LED的亮度在不同的应用场合能够作相应的变化,这个任务也将交给驱动电路去完成。PWM(脉宽调制)技术是一种传统的调光方式,它利用简单的数字脉冲,反复开关LED驱动器,系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲,即可简单地实现改变输出电流,从而调节LED的亮度。该技术的优点在于能够提供高质量的白光,以及应用简单,效率高,但一个致命的缺点是容易产生电磁干扰,有时甚至会产生人耳能听见的噪声。但研究人员发现,利用数字调光技术可以实时地控制LED亮度，并且避免了电磁干扰。

目前LED驱动电路发展的主要趋势有：

1.针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电子电路，利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值，使得LED能获得稳定的电流，并产生最高的输出光通量。LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。

2.LED驱动电路具有智能控制功能，使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时，初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。

3.在控制电路电路设计方面，要向集中控制，标准模块化，系统可扩展性三方面发展。

二、^范文提纲

第一章  序言

1.1  课题背景

1.2  课题研究的目的和意义

1.3  LED驱动电路的发展概况及发展趋势    

1.4  本系统的设计技术指标

第二章  LED的基础知识

2.1  LED的基本概念及特点

2.1.1  LED的基本概念

2.1.2  LED的特点

LED的发光原理及主要参数

2.2.1  LED的发光原理

2.2.2  LED的主要参数

第三章  开关电源DC/DC电路设计思路

3.1  开关电源的工作原理

3.2  开关电源的常见拓扑结构简介

3.3  开关电源DC/DC拓扑设计思路

第四章  方案论证

4.1  信号处理芯片的选择

4.2  显示电路的选择

4.3  开关管电路的选择

4.4  5V电源供给的选择

4.5  单片机的选择

4.6  基于LED驱动电源电路设计实例的对比分析

第五章  硬件电路设计

5.1  电源电路设计

5.2  开关电路的拓扑电路

5.3  MOS管驱动电路

5.4  信号处理电路

5.6  单片机核心电路

第六章  试验电路波形图及其分析

第七章  结束语

第八章  总结

参考文献

[1]  周志敏 ,纪爱华 .LED驱动电源设计100例 [M].北京：中国电力出版社，2009

[2]  周志敏 ,纪爱华 .白光LED驱动电路设计与应用实例 [M].北京：人民邮电出 版社，2009

[3]  陈元灯 ,陈宇 .LED制造技术与应用（第二版）[M]. 北京：电子工业出版社，2009

[4]  何希才．[M]．北京：科学技术出版社，2001

[5]  李金伴，李捷辉，李捷明．开关电源技术[M]．北京：化学工业出版社，2006

[6]  沙占友 , 孟志永 . 输入滤波器的设计 [J]. 电源技术应用，2009（12）

[7]  张占松，蔡宣三．开关电源的原理和设计（修订版）[M]．北京：电子工业出版社，2004

[8] 钟炎平．电流控制型脉宽调制原理及性能分析[J]．仪表技术，2005(2)：47-48．

[9] 门宏.看图识电子元器件[M].北京：电子工业出版社，2011

[10] 罗智林，周峰. Protel99SE自学手册[M]. 北京：人民邮电出版社，2008

[11] Roland Haitz. Another Semiconductor Revolution : This Time it ’s Lighting , LS-9                                 Proceeding ,2001 :319 - 328.