陈中坤创新奖论文

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1、半导体照明电源设计陈中坤*指导教师：方允（广东工业大学物理与光电工程学院，广州，510090）摘要：本文介绍一款适用于半导体照明的开关电源。脉宽调制的反激式恒流电源，光耦与TL431结合形成反馈，具有过流、过压、过热保护，驱动混联的LED负载发光。工作时温度略升电压略降，而电流维持恒流，满足LED的特性要求。关键词：脉宽调制（PWM）恒流混联方式评阅人评语：该电源能针对PN结负温度系数的特点稳定工作。采用光耦与TL431结合形成反馈，双线并绕电感滤除共模干扰，PCB版上元器件科学布局和隔离走线，都颇具创意。（评阅人：熊建文教授）1半导体照明对电源的要求

2、作为继明火和白炽灯之后的第三次照明革命，半导体照明成为21世纪最具发展前景的高技术领域之一。LED(LightEmittingDiode)是半导体发光二极管的简称，把白光LED用于照明，具有节能长寿、无汞环保、体积小响应快等优点。LED的内部结构就是一个PN结。首先浪涌电流极易损坏PN结，需要恒流供电；其次PN结的电流电压关系具有负温度系数，工作时温度升高必须使工作电压略为降低才能保持恒流。由于LED的长寿命及所具有的的半导体特性，电源设计不合理将使LED工作寿命大大缩短，直接影响LED灯具的无故障时间。开关电源工作在高频开关状态，消耗的能量很低，效率

3、可以达到80％以上，还有体积小，适应电压范围宽等优点，一款配以合适的自动控制环节和保护电路的开关电源，可以作为LED的驱动电源。2开关电源的控制方式本设计采用脉宽调制（PWM）方式。交流输入电压经过滤波消除干扰后进整流桥，脉动直流经电容滤波得到平滑直流。通过脉宽调制控制直流变换器的功率开关管，在变换器二次侧得到高频矩形波电压，再经过输出整流滤波器得到直流输出电压。在由比较取样、误差放大、占空比控制所组成的闭环中，取样的输出电压与参考电压相比较进入误差放大器。误差放大器通过改变开关管驱动信号的脉冲宽度，实现对输出电压的控制，得到所需稳定输出电压。————

4、————————*陈中坤（1983——），男，电子科学与技术专业2008届毕业生，工学学士。43LED的连接方式LED的亮度由通过LED的电流决定。单只LED的功率很小，一个LED灯具需要使用几十甚至上百只LED，设计时需要考虑当某只LED短路或断路时对灯具的影响。多只LED的连接方式可以全部串联、全部并联和串并联混合方式。将所有LED串联．将需要电源输出较高的电压；如果并联，则需要输出较大的电流。如采用图1所示混联方式，则分配在一串LED上的电压相同．通过每只LED上的电流也基本相同，LED亮度一致。工作正常。恒流式驱动下，若有一只LED断路或短路，

5、则电流重新分配，但影响不大。图1LED混联方式4设计总思路电源选用集成度较高的TOP芯片，已内置过流、过热保护，外围需设计恒流及过压保护电路，LED采用先并后串的连接方式。电路设计框图如下。AC185V～240V输入EMI滤波PFC电路TOP反激变换电路TL431限压电路TL431恒流电路反馈电路电压电流取样限压恒流输出控制流功率流先并后串LED图2总体设计框图电源设计要求：输入电压AC185V～AC240V，输出电压DC24V，输出恒流1A，有过流过压保护功能。首先确定系统要求并选择相应的反馈电路，其次选择能够满足输出功率要求的最小TOPSwitch

6、-GX，然后使用选定的TOPSwitch-GX设计最小的变压器。5反馈电路使用初级反馈成本最低（仅适合低功率的应用）；使用光耦与稳压管结合的反馈成本低且输出精度好；使用光耦与TL431结合的反馈则输出精度最好。结合LED电源的要求，确定选用光耦与TL431结合的反馈电路。6输入整流滤波电路4输入整流滤波电路包括输入交流滤波、整流、电容稳压三部分。交流滤波是滤除交流输入端的共模和差模干扰，图3的X1可以滤除差模干扰，L1为共模电感，采取双线并绕，可以滤除共模干扰。图3输入整流滤波电路整流桥VR≥1.25×VACMAX；ID≥2×IAVE；其中为平均输入电

7、流。输入滤波电容C2的容量与电源效率、输出功率密切相关，参考PI公司的数据，可选25uF。设整流桥最大导通时间tc＝3ms，最小直流输入电压计算得VMIN＝247V；最大直流输入电压VMAX=VMIN＝374V。7变压器设计7.1初级峰值电流IP和初级RMS电流IRMS在连续模式（≤1.0）时，，取＝0.6，系统效率为80％，＝0.36，输入平均电流=0.126A，得＝0.5A。，得＝0.22A。由此确定TOPSwitch-GX的型号为TOP243。进一步得初级电感量LP＝1.3mH。7.2选择制作变压器选择PQ26/20磁芯，确定初级、次级及偏置绕组

8、圈数，计算过程略。得出：初级绕组81匝；次级绕组15匝；偏置级绕组8匝。用三文治结构绕制，其效