关于fpga的数字式可调光led驱动电源设计

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1、万方数据第一章绪论1．1研究背景与意义自人类发明电灯以来，照明成为人类生活中不可缺少的重要部分，也改变了人类的文明进程。然而，随着人类社会的不断发展和世界人口的快速增加，人类对能源的需求日益增长。地球资源总量是有限的，能源问题已经成为世界各国共同面临的重要问题。对于中国这样的发展中国家而言，经济发展对能源的依赖性更大，节能环保己成为一个国家发展战略高度刻不容缓的课题。在能源消耗中，照明用电更是一个重要部分。我国目前是照明电器生产和出口的世界第一大国，照明用电在全国的总耗电量中所占比重越来越大。在节

2、能减排形式日趋严重的今天，传统的照明灯具己不能满足这种需求，而LED因其低功耗、高亮度、寿命长、对环境无污染等显著特点，迎来了其发展的春天【11。LED(LightEmittingDiode)全称发光二极管，是以半导体管芯作为发光材料的一种电致发光器件。其发光原理为：在微观尺度上，通过让移动的电子“掉进”量子阱，从而产生一定波长的光。由于这个过程几乎不存在热能损耗，因此相比于传统的荧光灯、白炽灯，其发光效率要高很多12]。近年来，随着制造工艺的不断进步和新材料的开发应用，各种LED的研究都取得了突

3、破性的进展，LED成为人类历史上继爱迪生发明白炽灯后又一项伟大的发明。LED照明又称“固态照明”，由于其发光效率高，从生产到报废几乎对环境全无污染，耗电量仅为传统灯泡的1／5，使用寿命却长数十倍，近年来成为全球最具发展前景的高新技术之一【31。2009年，国家发改委、科技部等6部门联合制定《半导体照明节能产业发展意见》，预计到2015年，半导体照明节能产业产值年均增长率在30％左右；照明产品的市场占有率逐年提高，功能性照明达到20％左右，液晶背光源达到50％以上，景观装饰等产品市场占有率达到70％

4、以上。研究资料表明，由于LED是冷光源，与白炽灯、荧光灯相比，节电效率可以达到90％以上，如果我们目前的传统照明都用LED取代，那么每年我国节省的电量相当于一个三峡发电站发电量的两倍，由此可见LED的节能效果十分可观【4】。为了节约能源，调光被广泛应用于照明领域‘5‘。，拥有很好的市场。与传统白炽灯相比，LED调光效果更加优越。普通白炽灯其工作效率会在调光过程中有明显降低，而LED由于发光机理与传统白炽灯由本质区别，在进行调光时，输出的电流减小，阻性成分的功耗会随之降低，发光效率也会随之提高。LE

5、D调光一方面可以节约能源，并且可以延长LED的使用寿命。当LED亮度调低时，其温度和功耗都会随之降低。温度是影响电子元器件寿命的一个重要因素。特别是对于LED驱动器万方数据东南大学硕士学位论文而言，其结构与传统照明器件相比更复杂，调光功能的加入可以延长整个驱动器系统的使用寿命，提高LED照明的可靠性。综上所述，研究设计一款具有高效率、高可靠性、满足电磁兼容性标准的可调光LED驱动器对于LED照明的发展以及节能环保具有重要意义。1．2国内外研究现状目前，国内外对LED驱动电源的研究已经有了较多的成果

6、。尤其是近年来，随着LED的快速发展和LED照明技术大范围应用，国内外开始陆续建立了LED产品规范，直接接入市电LED驱动电源必须具备功率因数校正功能，同时要考虑电磁干扰和可靠性，这让LED驱动电源设计变得更加严格。由于LED照明与传统的照明设备在驱动方式上有明显不同，LED驱动电源是LED产业链的基础。早期LED驱动电源都是由稳压电源衍生而来，这种稳压式电源用来驱动LED灯芯，其稳定性和发光性都不是很理想。最近几年人们通过研究LED的各种特性，逐步采用恒流驱动方式来替代稳压驱动方式，最终能够实现

7、LED理想的发光效果。目前LED驱动电源产品中电路的主拓扑如图1．1所示。图1．1LED驱动拓扑结构分类从图1．1中可以看出，LED驱动结构从隔离方式上可以分为两类：非隔离式变换器和隔离式变换器[4]。非隔离式变换器包含降压(Buck)变换器、升压(Boost)变换器和升降压(Buck-Boost)变换器。非隔离式变换器具有电路结构简单，成本低等特点，适用于中小功率场合：隔离式变换器又分为单端结构和双端结构。单端结构包含正激变换器和反激变换器，正激变换器的变压器设计复杂，成本高，效率一般，可工作于

8、中、大功率场合；反激变换器的变压器和电路设计简单，效率一般，可工作于中、低功率场合。双端结构包含推挽变换器、半桥变换器和全桥变换器，双端结构具有电路结构复杂，成本高，效率较高等特点，可应用于中、大功率场合。2万方数据一一蔓二里堕笙不同拓扑结构的LED驱动电源有着不同的特点，改善每一种拓扑结构的不足和发挥其优点是LED电源工程师所关心的。相比于其他电路拓扑结构，单端反激拓扑拥有众多优点，从而大范围应用于中、低功率LED驱动电源中，成为LED驱动电源产品中的主流选择。调光功能是LED驱