消防应急照明灯设计.docx

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1、2017年安徽理工大学生电子设计竞赛消防应急照明灯设计（B题）参赛成员：袁孝杰陈梦南韩妞妞2017年5月12日摘要伴随城市化迅速发展，消防安全已成为公众关心的交点，消防应急照明灯在发生特殊险情中起着至关重要的作用。本文针对应急灯的特殊要求和使用场合，利用LED光源相比的传统光源具有寿命长、固体照明不易损坏、高光效、无汞环保、抗震的特性下，采用桥式整流和电容滤波，将交流整为直流，利用BJT输入输出特性，控制电路通断，利用单片机检测电池状态，实时检测反馈电池电量，并在低电量时做出报警，利用PWM对LED负载的状态，进行信

2、号采样和控制，最终设计出高效可靠的电路。2目录摘要1目录2引言31.蓄电池的充放电设计31.1整流和滤波31.2PWM原理42.51瓦LED灯珠驱动电路部分设计42.1串联连接42.2恒流驱动53.LED的电学特性54.具有蓄电池剩余电量检测、显示功能，警报功能64.1电量的检测64.2电量的转换64.3电量的显示65.电池自动定期维护管理功能76.测试77.结论8附录一：电路原理图9附录二：程序框图102消防应急照明灯设计引言：消防应急照明灯，适用于消防应急照明，是消防应急中最为普遍的一种移动照明灯，应急时间长，高

3、亮度具有断电自动应急功能。消防应急照明灯具有耗电小、亮度高、使用寿命长等特点，边上设计有电源开关和指示灯，设计使用的应急照明系统以自带电源独立控制型为主，正常电源接普通照明供电回路中，平时对应急灯蓄电池充电，当正常电源切断时，备用电源（蓄电池）自动供电。消防应急照明灯内设计有变压、稳压、充电、逆变、蓄电池等大量的电子元器件，应急灯在使用、检修、故障时电池均需充放电。1.蓄电池的充放电设计方案：对于LED电路，我们需要用直流电路来驱动，因而采用桥式整流和滤波电路的处理思路，为蓄电池充放电。1.1整流和滤波电源电路中的整

4、流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。本电路驱动LED需要直流驱动。而桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。滤波电路中当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感应电动势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当

5、通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。另外电容滤波电路适用于小电流负载，且外特性比较软，电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。31.2PWM原理PWM即脉冲宽度调制，利用脉冲控制开关电路的开关时间，可以控制电路输出的平均电压或电流从而达到控制电路的输出功率。PWM开关稳压或恒流的基本工作原理是在输入电压、系统参数及外接负载发生变化的情况下，在固

6、定工作频率下控制电路通过被控信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流稳定。由于控制器件功耗小，工作在开关状态中的电路效率高，所以电源效率一般可以做到80%~90%。该类电路都有完善的保护措施，属高可靠性电源。PWM开关电路由4部分组成，即输入整流滤波、PWM控制、开关器件和输出滤波。根据PWM方式开关电路设计的LED驱动电路框图为：2.51瓦LED灯珠驱动电路部分设计方案：串联连接，恒流驱动2.1串联连接LED串联连接方式的特点是总压降等于所有LED压降之和，每

7、颗LED电流相等。由于各串联LED工作电流相等，每颗LED的光通量输出和寿命具有良好的一致性。但是在光通量要求比较高而且LED驱动电流已经限定的情况下，需要较多颗数的LED串联，因此LED串连的压降比较高，对于元件额定电压的选择，以及安规设计有比较高的要求。另外由于每颗LED正向导通压降的不同（特别是不同电压Bin的情况下）容易造成不同批次或同一批次不同LED负载电压公差比较大，特别是相对于同样流明输出的LED并联情况下LED负载变化范围比较宽。在恒流精度要求比较高的情况下要求驱动电路有比较好的负载调整率。LED串联

8、使用并在恒流驱动条件下，当其中一颗或几颗短路时，其它未短路的LED可以正常工作，但其中任何一颗或几颗LED开路情况下，其它LED将无法点亮。如图所示：102.2恒流驱动电路输出的电流是基本恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化的驱动电路。恒流驱动是比较理想的LED驱动方式。常用的恒流驱动电路可分为线性LED恒流驱动电路