关于举办福州大学大学生机械创新设计竞赛的通知.DOCVIP

基于英飞凌单片机的LED调光驱动系统 一、 设计方案 1.1 硬件方案 大功率LED的功率至少在1W以上，其发光强度是由流过LED的电流决定的，电流过强会引起LED的衰减，电流过弱会影响LED的发光强度，因此LED驱动需要提供恒流电源。另外用市电驱动大功率LED除了需要解决恒流问题外也需要解决整流降压、无源PFC和隔离问题，还需有较高的转换效率，及过压保护、过流、和过温保护。 根据以上分析，此方案硬件主要方案如下：主回路采用DC-DC单端反激式电路，解决隔离问题，如图一。它是升降压变换器的推演并加隔离变压器而得。此电路的优点是：电路简单，能高效提供直流输出，且它是所有电路拓扑中输入电压范围最宽的。这对于输入环境恶劣发热负载时比较好的。它的缺点是：输出纹波较大，但这可以通过在输出端增加一级LC滤波器来减小纹波。这种电路通常适合应用在输出功率在250W以下，电压和负载的调整率在5%~8%左右的电路中。反激式电路也有电流连续和电流断续两种工作模式，但值得注意的是反激式电路工作于电流连续模式下会显著降低磁芯的利用率，且考虑到断续模式是损耗较小，所以本文设计电路工作在电流断续模式下。 图一 反激电路 控制回路采用以英飞凌xc878单片机为核心，接收来自输出回路的电流检测，控制PWM输出，通过TLP250驱动反激电路的开关管。开关管的门极输入串一个驱动电阻，一般在10～100Ω取值，本电路取22Ω。驱动电阻越大，开关管导通越慢,开关管上的损耗也越大。同时在门极和源极之间并一个10K电阻，为MOS管的寄生电容提供放电回路。 2.2软件方案 软件设计关键问题在于，如何把采样到的电流转化成需要输出的占空比。目前主要解决的方案采用PI算法，但是此方法存在两个不足：第一：PI系数不好确定，第二，即使PI系数确定好之后，当你改变电路中的一些模块或参数，PI系数需重新确定。因此为了以后改进硬件部分，减少程序的修改量，我们在此设计中暂时采用加一减一算法。此算法虽然会造成动态响应较慢，但是其程序简单，精度较高。主要软件设计原理框图如图二。 图二 程序设计框图 三、理论设计计算 1、电路主要参数的设计 1.1、反激变压器设计 变压器的设计计算是整个电源设计的关键，它的设计好坏直接影响电源性能。 设计参数 输入电压：V=18V（波动范围：15V-25V） 输出电压：Vo=7.5V 输出电流：Io=0.1A-0.7A实现无极调光 （1）工作频率和最大占空比确定 选定开关频率f=100kHz，则周期。考虑到能量的损耗，采用电流断续模式。在宽电压输人时当输入电压为最小时取最大占空比D=0.44。 （2）计算变比： 变比可由下式计算得到： 式中为变压器效率，Ui 和Uo 为变压器初级电压和次级电压；一般变压器效率 =0.95~0.98，包含导线铜损耗、磁芯损耗以及漏感引起的籍位损耗，这里取 =0.95。 ， 为输人电路所有压降，这里取1V; , 输出电路中所有压降，包括整流器压降、电流取样电阻压降和线路压降等，这里取1V。于是有：n= 1.6 （3）次级电感量和初级电感量 初级电感量： =6uH； 次级电感量：L1==15.36uH； （4）初级峰值电流Ip=2.32A;平均电流I1=0.49A; （5）选择磁芯材料和尺寸 选择Magnetics公司P材料，100℃饱和磁感应，查磁芯手册可知 频率为100k时损耗(mw/cm)与频率、磁感应关系为： 式中：为频率（kHz）,B为磁感应强度（kGs），如果，，则解得 应用经验公式，则AP （5）选择磁芯材料和尺寸 选择Magnetics公司P材料，100℃饱和磁感应，查磁芯手册可知 频率为100k时损耗(mw/cm)与频率、磁感应关系为： 式中：为频率（kHz）,B为磁感应强度（kGs），如果，，则解得 应用经验公式，则 （6）磁芯选择 根据，选择EI-28,其 （7）计算匝数 次级匝数取3匝，初级匝数取2匝。初级匝数取整对变比影响很小，占空比、初级电流等不必重算。 （8）气隙长度计算 式中 ———气隙长度mm ； ——— ； ———原边匝数； ———原边电感mH ; ———磁芯面积。代入数据得： 代入数据得Lg=0.112mm （9）计算导线尺寸和线圈结构 利用电流密度和导线截面积，可得S1=10股； S2=10股； （10）变压器绕组的绕制结构 因为变压器绕制结构的好坏，会直接影响电源输出的纹波的大小，因而在本电路采用三明治绕法：首先将一次侧绕组并绕于第一层上；然后绕二次侧，最后将辅助供电绕组绕于最上层。 （11）实测电感值 绕完变压器后，经测试一次侧的电感实际15uH，二次侧的电感值为7.9uH,漏感为0.2H。 1.2、开关管的选择 因为开关管的工