照明电路实训

照明电路实训（共8篇）

照明电路实训 篇1

“项目教学法”是指针对某个教学内容而设计的,能由学生独立完成的,可以收到良好教学效果的“项目”工作,由师生共同实施而进行的教学活动。

“项目”工作的选取应满足以下条件:1.该工作过程可以学到一定的教学内容,内容具有一定的应用价值;2.能将某一教育内容的理论知识和实践技能结合在一起;3.与企业实际生产或现实生活于直接联系;4.学生在一定时间内可以自行组织安排自己的学习行为;5.以明确而具体的成果展示;6.学生能自己克服、处理在“项目”工作中出现的困难与问题;7.具有一定难度,不仅要应用已有知识与技能,而且还要求学生运用新学习的知识、技能去解决以前未见过的实际问题;8.学习结束时,师生共同评价工作成果和工作学习方法。当一个教学课题能基本满足打部分条件时,就可把它列为一个“项目”来对待。电工技能实训课《照明电路的安装与检修》,可较好地满足上述条件,宜采用“项目教学法”。

项目教学法的实施程序一般按确定项目任务、制订计划、实施计划、检查评估、归档,分五步进行。下面以实训项目《照明电路的安装与检修》为例,谈谈“项目教学法”在电工实训课中的应用。具体教学过程如下:

1. 确定项目任务

我根据南京市职教教研室下发的电子电工类专业技能年度标高考核要求,编写了《项目工作任务书》,对这次实训的职业技能、知识、道德与情感等方面都提出了具体要求。在职业技能方面,要求能看懂“家用配电板”和“两地控制的照明电路”的工作原理图并设计出相应的电路安装图;要求电路功能满足需求,电路布局合理、美观,工艺规范、安全性好;要求能正确使用测电笔、剥线钳等常用电工工具,能按自己设计的电路安装与检测,能自己排除简单故障。在职业知识方面,要求掌握安全用电和文明操作规范;掌握单项电度表、闸刀开关、漏电开关、保险盒、插座、螺旋式灯座等常见电工元器件的功能、接线方法及工艺要求;掌握电路的布线规则、方法和工艺要求;掌握用两个双联开关实行两地控制的照明电路的工作原理、安装。在职业道德与情感方面,要求增强“质量是企业的生命”、“安全是生命的保障”、“环境关系千秋万代”及等职业意识;遵守规章制度,养成良好的职业习惯。

2. 制订计划

在做项目之前大概两周的时间下发《项目任务书》,要求同学们以小组的形式分工协作,查找相关资料,观察自家照明电路的安装方法。项目开始后,各小组根据自家照明电路安装情况,讨论导线的选择、元器件的排放、布线方式等,我让各组拿出自己的设计方案在全班进行讨论,同学们各抒己见、表现欲望强烈,争先恐后地展示自己的设计成果。全班交流后,最后形成各小组实施方案。

3. 实施计划

教师先介绍并示范使用剥线钳、测电笔、尖嘴钳等电工工具的使用方法和接线工艺要求后,各组按预定工位开始工作。由于同学们以前已设计好安装流程表和相关工艺卡尺,所以安装工作进行得有条不紊,有的组先固定所有的元器件,再测量裁剪塑制线槽,并固定,最后按“左零右相、上进下出、衡平竖直”规范同时按零、相线。有的组采用安装一个元器件就连接进出导线,并用线槽固定,步步为营,直接完成安装,也有的组固定好所有元器件后,先接零线,再接相线,最后用线槽固定。教师在巡视过程中主要回答同学们的疑问,并不评说哪种方法好。同学们有时埋头苦干,有时相互讨论。平时上课常睡觉的小伙子干起来生龙活虎,还主动帮助手劲小的女同学紧固螺钉;平时爱打扮、上课爱看杂志的姑娘们也卷起袖子专心致志地忙着安装接线。有的同学发现自己将导线剪短了,无法嵌进线槽;有的同学发现由于贪快,元器件排列考虑不周,上了线槽后不美观;有的同学发现自己用螺栓固定保险式导线时,一上紧导线易脱落……对于出现的种种问题,我都不直接告诉他们解决的办法,而是启发他们自己去思考,互相讨论,力求自己解决问题。通过实践体验和互相交流,同学们自己总结出电路安装的最佳方案。

安装完毕后,同学们先用万用表电阻挡进行断电测试,再通电用测电笔检查,最后接上电灯做通电功能实验。在测试的过程中有的人急于成功,会出现短路现象,我抓住有利时机进一步进行质量意识和安全教育。在师生共同努力下,每个同学都独立完成了实训任务。当他们向我和同学们展示自己产品时,他们脸上的笑容是那么的灿烂,那么的满足,那么的充满自信和欢乐!

4. 检查评估、总结归档

实训结束,每块电路板上都贴上了同学们的姓名和工号,放在工作台上。以无记名投票方式,评出一等、二、三等奖,获奖的同学照相留念。项目结束后进行拆卸、器材归位,资料归档。我要求每个同学写一份实训小结,记录下自己的收获和遗憾。

“项目教学法”使学习过程成为一个人人参与的创造实践过程,其注重的不再是最后的结果,而是完成项目的过程。它将教、学、做合一,让同学们在做中学,让每一个人都从中得到发展,享受成功的快乐。但是“项目教学法”由于受到师资、教材、设施等软硬件条件的制约,推广仍然受到一定的制约。在教学中,相配套的专业综合课的教材比较少,能将“教、学、做合一”,实现理实一体化教学标准的“双师型”教师严重缺乏,仅拥有高学位和技师证并不能真正地解决问题。按分学科制定的教学计划、课程设置和课时安排;以笔试为主的专业课统考制度;陈旧的对师生的评价体系等不合理规章制度也都成为新课改发展的障碍。

照明电路实训 篇2

物理兴趣小组的同学们练习安装照明电路
物理兴趣小组的同学们练习安装照明电路．接通电源之前，老师将火线上的保险丝取下，把一个额定电压 为220V 的灯泡作为检验灯泡连接在原来安装保险丝的位置；同时要求同学们把电路中所有开关都断开，用 这种方法可以检查电路中是否有短路．在接通电源后，下列说法中正确的是（）

A．若检验灯泡不亮，但将某一个用电器的开关闭合后检验灯泡正常发光，表明这个开关的两端直接连到火线 和零线上 B．若检验灯泡正常发光，表明电路连接无误 C．若检验灯泡不亮，但将某一个电灯的开关闭合后，这个电灯和检验电灯都能发光，只是亮度不够，这表明 电路中出现了短路现象 D．不论将电路中用电器的开关断开还是闭合，检验灯泡均不发光，这表明电路中有短路

解：A、若检验灯泡不亮，又将某一个用电器的开关闭合后检验灯泡正常发光，说明该支路 发生了短路，即这个开关的两端直接连到火线和零线上；故 A 选项说法正确． B、若检验灯泡正常发光，说明电路中某处发生短路现象；故 B 选项说法错误． C、若检验灯泡不亮，又将某一个电灯的开关闭合后，这个电灯和检验电灯都能发光，只是 亮度不够，说明两灯泡串联，由于两灯泡的额定电压均为 220V，因此两灯泡都不能正常发 光，即电路为正常；故 C 选项说法错误． D、无论开关闭合与否，检验灯都不能发光，说明火线和零线无法相连，说明电路中有断路 现象；故 D 选项说法错误． 故选 A．

电站事故照明切换电路设计 篇3

事故照明切换电路设计, 在正常情况下照明由交流回路380V提供照明, 当发生事故时, 由直流220V投入运行提供照明。其中电站在交直流切换中都是利用各自连接公共母线实现可靠供电。本次设计为完善切换电路, 加入了报警控制电路, 利用这个电路实现对交直流切换过程的报警, 使得电站事故照明切换电路更加完善。

2 主要元器件特性

2.1 电阻、电容

电阻是所有电路中使用最多的元件之一。在物理学中, 用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大, 表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体, 电阻一般不同, 电阻是导体本身的一种特性。电容 (或称电容量) 是表现电容器容纳电荷本领的物理量。它是一种静态电荷存储介质, 可能电荷会永久存在。

2.2 熔断器

熔断器称为保险丝, 是一种保证电路安全运行的电器元件。熔断器其实就是一种短路保护器, 广泛用于配电系统和控制系统, 主要进行短路保护或严重过载保护。

2.3 隔离开关

隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器, 隔离开关用于各级电压, 用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离。

2.4 电磁继电器

电磁继电器是一种电子控制器件, 它具有控制系统 (又称输入回路) 和被控制系统 (又称输出回路) , 通常应用于自动控制电路中。

2.5 晶体管

晶体管 (transistor) 是一种固体半导体器件, 可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。

2.6 555定时器

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555, 用CMOS工艺制作的称为7555, 除单定时器外, 还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽, 可在4.5~16V工作, 7555可在3~18V工作, 输出驱动电流约为200 m A, 因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器, 性能可靠, 只需要外接几个电阻、电容, 就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

2.7 计数器

计数器是一种非常典型应用很广的时序电路, 计数器不仅能统计输入时钟脉冲的个数, 还能用于分频, 定时、产生节拍脉冲等。计数器的类型很多, 按计数器时钟脉冲引入方式和触发器翻转时序的异同, 可分为二进制计数器、二-十进制计数器和任意进制计数器。

二进制加法计数器运用起来比较简洁方便, 结构图和原理图也比其它进制的简单明了, 但二进制表示一个数时, 位数一般比较长。十进制是我们日常生活中经常用到的, 不用转换, 所以设计十进制加法计数器比设计二进制加法计数器应用广泛, 加法器是以数据的累加过程, 对我们的生活有一个积极地促进作用。

74LS161是可编程中规模同步4位二进制加法计数器, 其中, Q3、Q2、Q1、Q0为计数状态输出端, C为进位输出端, EP, ET为计数控制端, LD为预置数控制端, D3、D2、D1、D0为预置数输入端, RD为异步置零控制端, CP为计数脉冲输入端。

2.8 数字显示译码器

在数字系统中, 译码器的功能是将一种数码变换成另一种数码。译码器的输出状态是其输入变量各种组合的结果。译码器的输出既可以用于驱动或控制系统其他部分, 也可驱动显示器, 实现数字、符号的显示。显示译码包括驱动液晶显示器 (LCD) 、发光二极管 (LED) 、荧光数码管等。数码译码主要是用来完成各种码制之间的转换。例如可用来完成BCD-十进制数、十进制数-BCD之间数制的转换。把所使用的每一种二进制代码状态都赋于特定的含义, 表示一个特定的信号或对象, 叫编码。如用四位二进制数的0000~1001这十种状态, 分别表示0~9这十个十进制数码, 称为8421编码。反过来把代码的特定含义翻译出来, 称为译码。

3 事故照明切换电路设计

电路如图1所示, 给事故照明负荷。PV、PA为直流监视仪对于变电站, 事故照明正常时由交流电源供电, 当交流电源失电时, 经事故照明切换装置自动切换为直流电。事故照明切换电路如图一所示, KV1-KV3为电源监视继电器, 当交流电源消失时, KV1-KV3失电, 一方面其常开触点断开, km1失励, 断开交流电源, 另一方面其常闭触点返回闭合, 启动接触器km2.km2带电起励后常开触点闭合, 同时启动直流接触器k m3, 自动投入直流电源, 供给事故照明负荷PA、PV为直流监视仪。

正常供电时指示灯HG亮, 当交流失电时, 指示灯HR亮, k m3得电, k m3的常开触点闭合km4线圈得电, km4的常开触点闭合, 报警器接通, 当发出报警信号后, 需要人工复位, 按下复位按钮SB1, km5得电, km5常开触点闭合, 形成自锁, km4线圈失电, 停止报警。

4 电路设计的拓展

在本电路设计的基础之上, 可以再加一部分计数显示电路, 即可以把每月或者每年发生故障的次数记录并显示出来。所用元器件为计数器、译码显示器等。方法为在事故照明切换电路要提供直流电的220V直流电源处, 通过一个滑动变阻器接计数器, 然后再连接译码器显示器。

因为十进制计数器的有效状态位为10个, 而74LS161的有效状态位为16个, 所以用十六进制计数器构成十进制计数器时只需要保持10个状态位即可, 又因为74LS161计数器计到0000或者1111又进位标志, 所以选择其一进行保留, 在应用同步置数或者异步清零的方法使其循环即可。计算机在处理各种文字符号或数码时, 必须把这些信息进行二进制编码, 在编码时所使用的第一种二进制编码状态都赋予了特定的含义, 即表示一个确定的信号或者对象, 实现这种功能的电路叫编码器, 如用于键盘的BCD码, ASCII码编码器等。译码器可以将输入代码的状态翻译成相应的输出信号, 以高、低电平的形式在各自的输出端口送出, 以表示其意愿。译码器有多个输入端和多个输出端。假如输入的端个数为n, 每个输出端只能有两个状态, 则输出端个数最多有2n个。

摘要：指出了中小型水电站和变电所, 事故照明正常时由交流电源供电, 当交流电源消失时, 经事故照明装置自动切换为直流电源供电。设计了电站事故照明电路, 为电路实现可靠故障转换提供参考。

关键词：计数器,报警器,555定时器

参考文献

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照明电路实训 篇4

一、主电路的设计基本内容

主电路采用典型的BUCK电路主拓扑如图1所示。3个串联的大功率白光LED作为BUCK型电路的输出负载, 为了控制流过LED的平均电流, 增加了电流检测电阻RS。

主电路的设计基本内容要求是:供电系统采用铅酸蓄电池供电或者由开关电源系统供电;采用遥控的方式, 安全可靠的控制LED的亮度调节;为了提高其控制的灵活性, 采用软件的方式实现;可以同时驱动3颗大功率白光LED, 最大均值电流是350mA, 正向电压3.4V。

二、电源部分

采用铅酸蓄电池供电, 铅酸蓄电池单体开路电压为2V, 当作为一种备用能源使用时, 通常由6~8组串联使用。正常工作时输出电压为12V~16V。三颗大功率白光LED正常工作时所需要的电压为10.2V (3.4V*3) , 而开关管的饱和导通压降仅为0.3~0.4V, 电流检测电阻上的压降为0.035V (0.10*0.35A) , 稳态时, 一个周期内的电感压降为零。输入电压高于我们负载所需要的输出电压, 因此采用BUCK电路。当采用开关电源供电时, 我们同样可以提供稳定的15V电压输入。

三、采用均值电流的控制方式

峰值电流控制BUCK电路驱动模式如图2所示。它采用固定频率的PWM输出, 定时开通, 当检测电阻检测到了最大的峰值电流时, 就立即关闭输出。从而保证了白光LED的安全。但是这种电路存在很多的缺陷。在后面的设计中, 我们将会给出相应的解决方案。

1. 储能电感的设计。

如图1主电路中, 当MOSFET导通时, 电感电流增加, 开始储能。LED开始发光, 续流二极管由于承受反向电压关闭, 如图3 (a) 所示。当MOSFET关断时电感电流减少, 开始释放能量, 通过肖特基二极管续流, 如图3 (b) 所示。当电路进入稳态工作时, 电感电流波形, 如图4所示。

当MOSFET导通时, 我们根据图3 (a) 列方程如下,

当MOSFET断开时, 我们根据图3 (b) 列方程如下:

在此, 我们假定输入电压为15V, 开关管MOSFET的饱和导通压降为0.4V, 由三个LED组成的负载所需要的输出电压不变化为10.2V (3.4*3) , 肖特基二极管的导通压降为0.3V, 我们要控制的电流, 其均值为350mA, 而实际值在340~360mA之间波动。在0-DT时, 电流为i1, DT-T时电流为i2。D=ton/To为占空比。则有,

和,

联立以上的两个微分方程解得:D=0.707。如果我们控制开关管的频率为10kHz, 则T=0.1ms解得:L=15.43mH。

2. MOSFET管、肖特基二极管、采样电阻的选取。

MOSFET管所承受的最高电压为16V, 将来考虑到其扩展性, 我们不妨设其最高电压, 控制在安全电压范围内, 即36V。而其电流为0.35A, 考虑其尖峰电流的冲击, 由于我们有平波电感的存在, 我们假设其最高电流为0.5A。开关频率我们设定为10K。为了使其驱动方便, 我们不妨用N沟道的MOSFET, 以便在栅极加高电平时, MOSFET管导通, 而低电平是截止。满足条件的MOSFET开关管有很多, 选取IRF830 (4.5A/500V) 。

续流二极管在当MOSFET管导通时, 承受来自电源和电感的反向电压最高可达30V, 经过二极管的均值电流是0.35A, 根据电路设计要求电流波动最大值为0.36A。为了降低整个电路的功耗, 达到节能的目的。我们选用低导通压降的1N5819肖特基二极管。

采样电阻在此处主要用来检测流过LED的电流大小, 不是用来稳定流过LED电流的镇流电阻, 所以为了降低功耗, 我们采用100mΩ的功率电阻对流过LED的电流进行采样。

四、控制电路的设计

由于本次课题设计要求采用远程遥控的控制方式, 实现对LED亮度调节, 以及定时功能。所以, 采用微处理器, 通过软件来实现所需要的各种功能。采用软件的控制方式, 有以下几个好处:增加了控制的灵活性, 可以满足很多新的控制要求;当我们要控制的负载电路发生改变时, 我们不需要修改硬件电路, 只需要修改软件部分, 即可方便地实现新的条件下的应用;我们还可以把这块电路做成一个模块, 来控制其他的电路。

反馈系统的控制技术通常分为两类:模拟控制和数字控制。在数字控制中, 有一种应用十分广泛的控制方式——数字式PID控制。

本次设计中, 为了防止当蓄电池电压下降时, 引起白光LED亮度的变化, 我们采用对流过LED的电流的采样, 然后通过负反馈来实现对开关管的控制。数字式PID控制因为能够很好地满足系统对稳定性、快速性的要求, 对处理器的要求不高, 并且简单易于实现, 因而是应用最为广泛也是技术较为成熟的控制方式。早期的负反馈系统控制多为模拟PID控制, 单纯采用输出电压的瞬时值反馈, 利用模拟PID控制器进行调节, 其性能特别是动态性能及负载为非线性的时候, 其效果难以令人满意, 并且过于复杂的模拟控制电路使得控制系统的可靠性下降, 调试复杂, 不易于整定。如今随着微处理器的出现, 各种补偿措施已经方便的应用于负反馈系统的数字PID控制之中, 电压、电流控制的引入, 使得负反馈系统的数字PID控制的效果得以改善。针对传统数字PID控制存在的一些问题, 智能控制的思路也引入PID控制之中, 并在负反馈系统的控制中得以应用。同时, 其他控制策略也不断地引入其中, 使古老的PID再次焕发出勃勃生机。PID控制算法的模拟表达式为:

其中, u (t) 为PID调节器的输出信号;e (t) 为偏差信号, 是给定量与输出量之差;Kp为比例系数;TI为积分时间常数;TD几为微分时间常数。其简化的控制框图如图5所示。

将式 (5) 离散化并进一步简化可得到离散的PID表达式:

式中, k为采样序列, k=0, 1, 2, …, u (k) 为第k次采样时刻的计算机输出值, e (k) 为第k次采样时刻输入的偏差值, e (k-1) 为第k-1次采样时刻输入的偏差值, Kp称为比例系数, KI称为积分系数, KD称为微分系数, 这就是离散化的PID控制算法的编程表达式。比例微分调节器可提高稳定裕度并获得足够的快速性, 但稳态精度可能受到影响;比例积分调节器可以保证稳态精度。但却是以对快速性的限制来换取稳定性的:PID调节器兼有两者的优点, 但实现起来又略显复杂;对于负反馈系统来说, 通常采用PI调节器即可满足系统设计要求。

2. 本次课题设计的软件部分流程图 (略) 。

五、结束语

高亮白光LED照明驱动电路设计 篇5

哥本哈根会议之后, 高效、节能、环保已成为各国关注的热点, 也是各行各业追求的目标, 具有无污染、长寿命、耐震动、抗冲击等特点的第四代绿色光源, 在照明行业引发了一场革命, 将产生深远影响。由于LED特定的U-I和φ-I特性, 决定了恒流驱动的效果明显好于恒压驱动, 并且能够有效保证照明系统的可靠性。Supertex公司开发的固定频率PWM控制器HV9931产品, 其引脚图如图1所示, 提供了简单无变压器恒流变换器解决方案, 并能够同时校正功率因素 (PFC) 。因而非常适用于LED照明电路。

2. LED的连接方式

LED灯珠选单颗1W高亮白光LED, 发光效率高达80lm/w是普通白炽灯的四倍, 只要采用适当散热措施就可以有效的控制PN结的温度和光衰, 能够保证长期稳定工作的可靠性。另外采用图2所示的交叉阵列结构进行连接。就可以有效控制LED品质不良带来的灯珠差别以及个别灯珠的短路和断路问题, 使整个灯在个别灯株发生问题时仍能正常工作。

3. HV9931引脚功能

1脚 (VIN) :该脚是输入高电压调节器, DC8V到450V;2脚 (CS1) 和7脚 (CS2) :用于对输入和输出电流的检测, 它们与内部比较器的反相端相连;3脚 (GND) :接地;4脚 (GATE) :该脚与外部N沟道MOSFET的栅极相连;5脚 (PWM) :该脚接地时, HV9931开关失效。该脚用于LED调光的时候;6脚 (VDD) :IC内部电路电源的供给端口, 一般与低ESR电容相连, 其典型值是7.5V;8脚 (RT) :与地间以电阻相连, 用于设置PWM关断时间。

AC输入电压经全波整流后加至HV9931芯片1脚, 经内部高压稳定器电路, 产生7.5V的VDD电压, 作为电流感测比较器的参考电压。只要6脚的电压低于6.5V, 内部稳压器欠压保护电路就会工作, HV9931就会关断。6脚所加的电压高于7.5V就可使HV9931工作, 此时, 内部线性稳压器将截止。

4. 驱动电路设计

本设计以HV9931为核心器件, 输入电压120V到240V, 具体电路如图3所示。输出电压uo=12.8V, Io=600mA, 输入Buck-boost级工作DCM模式, 转换效率为η1=0.85, 输出Buck工作CCM模式, 效率为η2=0.9, 总的效率为η=0.85×0.9=0.76。市电由输入端进入, 经整流滤波后加到Buck—boost—Buck变换器, 可以根据产品的需要添加EMI电路、压敏电阻输入保护环节。HV9931通过检测输入、输出电流, 以设定的频率控制MOSFET来实现Buck—boost—Buck变换器功能, 及有效进行调光。

4. 主要元器件选取

4.1 RT的选择

根据Suptex公司的HV9931实用手册, 设定固定关断时间Toff=8μs, 则由RT=25Toff-22, 计算出RT=178KΩ。

4.2 输出电感L2的选择

L2上的电流文波峰值ΔIL2, 随L2增大而减小, 对输出电流控制部分的干扰更敏感。一般ΔIL2取0.2到0.3Io, 取ΔIl2=0.2Io=0.2×0.6=0.12A。则, 取940μH。根据实际需要, 为减少输出电流纹波, 可以在输出端加个滤波电容Co, 取4.7μF/40V。L2中的峰值电流为:IL2 (Pk) =IL2+0.5×ΔIL2=0.6+0.5×0.12=0.66A。输出电感L2选用940μH, 饱和电流大于720mA的电感。

4.3 输入电感L1的选择

输入电感, 取570μH。为计算L1的电流峰值, 引入δ和占空比D, 计算公式如下。

在UAC=120V电压下, δmin=47.4, Dmax=0.25;在UAC=220V电压下, δ=159.2, D=0.146;在UAC=240V电压下, δmax=189.5, Dmin=0.135

在UAC=120V电压下, δmin=47.4, Dmax=0.25;在UAC=220V电压下, δ=159.2, D=0.146;在UAC=240V电压下, δmax=189.5, Dmin=0.135

输入电感L1的电流峰值为:

, 故输入电感选用570μH, 饱和电流大于1A的电感。

4.4 Rs1、Rs2、Rcs1、Rcs2的选择

Rs1、Rs2用于检测输入、输出的电流, 并通过Rcs1、Rref1和Rcs2、Rref2分别接地, 以分的电压共给内部反相端 (CS1和CS2) , 从而控制GATE的输出电平。当CS1、CS2为负电平时, GATE输出脉冲将停止, 直到下一个时钟脉冲GATE才恢复输出。设计中设置Rs2的功耗为0.2W, 则, Rs2可选用0.6Ω/0.25W的贴片电阻。取Rref2为50kΩ, 则取用2.7kΩ/0.25W。

若设定Rs1在UAC (min) 下的功耗为0.1W, 则由计算出Rs1=3.8Ω, 故选用3.5Ω/0.25W的贴片电阻。

将输入电流的峰值IL1 (pk) 限制在120%, 取用50KΩ的Rref1, 则根据, 计算出Rcs1=22.1KΩ, 故选用22KΩ/0.25W的贴片电阻。

4.5 开关管M1的选择

通过计算开关管的峰值电流为1.5A, 峰值电压为500V, 故选用IXTA2N80P, 800V、2A的贴片封装的N沟道MOSFET。

4.6 C1的选择

C1用于抑制电流的谐波, 容量由计算, 其中η2=0.9、δ=159.2、f为交流电的频率50Hz、K3为交流电三次谐波失真系数

为0.15、Uo=12.8, 则C2=10.4μF。C1上的峰值电压由计算得, Uc2max=105V, 故选用10.4μF/200V的电容。

4.7 其他元件的选择

电源输入端的整流桥采用IN4007二极管 (VR:≥1200V、IF:1.0A) , Cdd用4.7μF/10V的低ESR电容, CIN则选用0.1μF/400V的电解电容, 也可以需用电感作为滤波元件。D1选1A/600V的快速回复二极管, D2、D3则采用2A/100V的二极管。

5. 结语

HV9931是一种非隔离恒流IC控制器, 利用单级PFC Buck-boost-Buc电路, 不仅使得驱动系统的体积而减小了, 而且能满足电流谐波的限制要求, 同时功率因素接近1。彰显出独特的优势, 另需要指出的是, 在实际使用中还要注意灯珠的链接方式、整个电路和灯珠PN结的散热问题, 以便有效地控制住系统的光衰现象。

摘要：本文基于Supertex公司开开发的HV9931产品, 提出了一种非隔离固定频率开关单级PFCBuck-boost和Buck拓扑结构白光高亮LED的驱动电路系统, 并给出了主电路及电源输入、控制电路等外围电路的元器件的选择方案。

关键词：LED灯,驱动器,HV9931

参考文献

[1]Supertex, Inc.Hv9931 Data sheet[DB/Ol].http://www.supertex.com/pdf/datasheets/HV9931.pdf.2006.

照明电路实训 篇6

目前,尽可能的节约能源和发展节能技术是全世界人们共同的目标,而电子技术在绿色照明当中的应用,能够很大程度上减少能源的损耗,达到节约能源的目的。其次,电子技术的应用也可以显著的提高照明质量,如日常的交流电为50Hz,灯光周期性的闪烁会造成眼睛的伤害,而采用变频器之后则会消除这种周期性的闪烁。再次,减少环境污染,传统的照明能够产生一定的温室气体,并且坏旧电灯中还有的,诸如汞等。最后,电子技术的应用可以提高安全度和稳定性。采用EMS、IGBT和PWM技术,可以实现照明设备自身对过热、过压和短路的自我调节。

但是,电子技术中主要应用到的是电子镇流器,而其自身含有较大的谐波,因此可能会对电网产生影响,尤其是在大量镇流器同时运行时,会造成短路或者跳闸。通过加装定量电感混合镇流器,有源滤波器等一定程度上能够减少或消除对电网的影响。

2 电子技术在绿色照明中的应用

2.1 直管荧光灯

直管荧光灯是一种应用十分广泛的照明设备,具有高光效、长寿命、易使用的特点,与普通的白炽灯相比能耗显著降低,但是对于T8荧光灯的研究尚且不够深入,在“十一五”期间,国家投入大量资金进行发展,如佛山照明研发生产的T8细管径直管荧光等已经符合国家高效节能的要求,并且经过关键技术的公关突破,实现了使用寿命时间达到9000小时。

2.2 紧凑型荧光灯

紧凑型荧光灯(CFL)是普通百姓家喻户晓的节能产品,特别是配有电子镇流器和选用E27螺口灯头的一体化型产品,这类产品简称为节能灯,而且公认它为目前取代白炽灯唯一适宜光源。许多国家,包括我们中国在内,为此还推出对优质的紧凑型荧光灯销售给予补贴的政策。9W-15W的节能灯已完全可适宜家庭照明所用,18W以上紧凑型荧光灯可以直接取代100W以上的白炽灯,现还有85 W和150 W大功率紧凑型荧光灯产品的出现,可部分取代HID光源的使用。这类灯所配用电子镇流器已从分离元件,发展到使用贴片,甚至集成电路,功率因数达到0.98,总谐波失真含量(THD)小于10%,灯的寿命提高到了10000h。

2.3 扩大发光二极管

发光二极管简称为LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,因此LED也具有良好的抗震性能。其主要应用在电源指示灯,显示器、电视机采光装饰等。

2.4 卤化物灯与高压钠灯

金属卤化物灯是交流电源工作的,在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光的放电灯,金属卤化物灯是在高压汞灯基础上添加各种金属卤化物制成的第三代光源。广泛应用于体育场馆、展览中心、大型商场、工业厂房、街道广场、车站、码头等场所的室内照明。而高压钠灯使用时发出金白色光,具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞等处。

3 光纤照明技术

光纤照明是最近几年来一种新兴的照明方式,具有的一些独特物理特性。拥有以下明显特点:1.单个光源可具备多个发光特性相同的发光点。2.光源易更换,易维修。3.发光器可以放置在非专业人员难以接触的位置,因此具有防破坏性。4.无紫外线、红外线光,可减少对某些物品如文物、纺织品的损坏。5.发光点小型化,重量轻,易更换、安装,可以制成很小尺寸,放置在玻璃器皿或其他小物体内发光形成特殊的装饰照明效果。6.无电磁干扰,可被应用在核磁共振室、雷达控制室等有电磁屏蔽要求的特殊场所之内。

4 电子关键控制技术

4.1 电子镇流器

电子镇流器是由一些电子元器件构成的,它实际上就是大功率晶体管高频开关振荡电路。目前气体放电灯常用的镇流器有两种:电感式镇流器和高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在工频市电频率,体积大、笨重,还需消耗大量铜和硅钢等金属材料,散热困难、工作效率低、灯发光有频闪,所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法,而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器,其基本工作原理是:工频电源经过射频干扰(RFI)滤波器,全波整流和无源(或有源)功率因数校正器(PPFC或APFC)后,变为直流电源。通过DC/AC变换器,输出20K-100KHZ的高频交流电源,加到与灯连接的LC串联谐振电路加热灯丝,同时在电容器上产生谐振高压,加在灯管两端,但使灯管“放电”变成“导通”状态,再进入发光状态,此时高频电感起限制电流增大的作用,保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流,为了提高可靠性,常增设各种保护电路,如异常保护,浪涌电压和电流,温度保护等。

4.2 电子镇流器的谐波以及控制

电子镇流器具有一个不好的特点,即其中所含有较大的谐波成分。加之电子镇流器采用的是桥式滤波方式,所以输入电流易产生较窄的尖脉冲,导致镇流器对电网的污染。如前所述,在大量镇流器同时运行时,极易导致电网的跳闸、打火的现象。针对谐波成分较大的特点。1.设置校正补偿装置,以提高电路功率因素,降低谐波成分。2.应用混合式镇流器,取长补短,相互配合,以减少各谐波成分。3.采取应用PWM技术的有源滤波器,也可降低谐波成分。

5 结语

电子技术的更新换代,也为绿色照明带来了新的应用希望,各类电子技术,如荧光灯、二极管、高压钠灯和光纤照明等,都是具有良好应用前景。但是电子技术当中仍旧要解决镇流器的问题,才能够进一步的促进绿色照明的目的。

参考文献

[1]范林辉.浅论电子技术在绿色照明电路中的应用前景[J].中国科教创新导刊,2010(26):122.

[2]许戬.电子技术在绿色照明电路中的应用[J].商场现代化,2013(8):113-114.

照明电路实训 篇7

开发LED驱动器, 研制新型高效的LED驱动电源, Buck, Boost以及Buck-Boost等62D3扑结构经常被使用到, 而在这其中, Buck型拓扑结构的驱动电路显得更为简单高效。现本文对Buck电路进行简要分析, 说明其效率的影响因素。

如图1所示, 这是一个简单buck型的LED驱动电路, 主要由5部分组成, 即控制芯片Control Unit、功率mos管Q, 肖特基二极管Ds、保持电流平稳的电感L和一个采样电阻Rs。而事实上, 整个Buck电路主要的损耗也在这5部分元件上。下面我对其做一个具体分析。

1 功率mos管选择原则

当moc管Q导通时, 电源通过其对负载供电, 此时, mos管上耗散的功率Pmos (on) 为:

Pmos (on) =I02×RDS (ON) ×D, 其中, RDS (ON) 为mos管的导通电阻;I 0为LED上的电流, D为占空比。

另一方面, 当工作在高频状态时, 功率mos管还会产生另一部分损耗, 即:工作于高频状态时的开关损耗。假若L E D恒流驱动电路的工作频率大于10万Hz时, 这部分的损耗就能达到一个相当大的值。这样在mos管上消耗的功率Pmos (switch) 为:

, 其中, V 1为系统的输人电压;tr, tf为mos管打开和关断所需的时间;fs为mos管的开关频率;QGate为mos管的栅源极电荷, VGS为开关电压。由此可以看出, m o s管工作在高频状态时, 耗散的功率Pmos (switch) 与工作频率成正比。

所以, mos管上的总功耗Pmos=Pmos (on) +Pmos (switch) , 如果我们想要减小mos管上的损耗, 就必须从两方面考虑, 第一, 选用导通电阻较小的mos管, 第二, 如果在高频的驱动电路中工作, 还必须参考mos管的高频特性。

2 二极管的选择原则

在Buck电路中的二极管Ds作用突出, 在mos管关断电源停止供电时, 为电感续流, 作为续流二极管。而由于工作在高频电路中, 所以需要用反向快速恢复的肖特基二极管。当反向电压高出一般肖特基二极管所能承受的范围时, 我们可用快速二极管代替。

当mos管导通时, 处于关断状态的肖特基二极管被反向偏置, 此时不产生功耗。当mos管关断, 二极管续流时, 它上面产生的功耗Pdiode为:Pdiode=VD×I0× (1-D)

其中, VD为二极管的通过电流为I0时, 相应的正向压降。

由此可以看出, 二极管的损耗与其正向电压成正比, 并且随着占空比的增大而减小。因此, 如果在输入电压能够选择的条件下, 而LED串压降一定即输出电压不变, 想要减小二极管上的损耗, 就要使输入电压接近输出电压小。但事实上, 每一个芯片能够输出的占空比都存在一个极限值, 想要使二极管的耗损达到最小, 只有使电路的的控制芯片输出工作在最大占空比。

另外还可以应用同步整流技术来减小二极管损耗, 这时用导通电阻更低的mos管代替二极管, 可以在输出电流较大的情况下显著地减小二极管上的功耗。但这时也出现另一个问题就是性能和成本之间的选择, 因为同步整流技术的运用一定会使驱动电路更加复杂, 这样就要根据实际需要来做权衡。

3 电感的选择原则

在Buck型电路中, 如图1所示, 其中的电感L直接与负载相连, 对能量有存贮和转化作用, 有利于电流的平稳, 减小电流纹波。也正由于LED电路的恒流驱动要求, 所以要求Buck电路一般只能工作在电流连续模式下, 此时在电感上一直通有电流。所以, 整个系统能量损耗的较大部分都耗散在电感上。而电感的损耗也有两部分组成, 分别为铁损和铜损, 铜损是用来绕制线圈的导线电阻带来的损耗, 其决定因素是输出电流的大小和电感的直流电阻大小。铁损指磁芯材料由于交变电流而产生的涡流等损耗, 其决定因素主要是电感的工作频率。总功耗可表示为:P=I02×R+PCore, 其中, R为电感的直流电阻, PCore为电感的铁芯损耗。

在大功率LED恒流驱动电路中, 有效减小LED上的电流纹波的方法是串联一个大电感, 但是电感值的增大必然会带来其直流电阻的增大, 这样随之而来也必然会带来较大的损耗。这时就需要综合全面的因素, 在性能与效率之间做出取舍。对此有人提出了另一种减小纹波的方法即为输出LED并联较大的电容。但并联大电容的同时就将意味着降低频率响应, 由此, 在高精度P W M调光的场合不是很适合。

4 控制芯片和采样电阻的选择

在科技快速发展的当代, LED照明灯具的驱动芯片快速升级换代, 目前的芯片多采用200 m V左右的比较电压, 这样, 在采样电阻上的功率损耗并不是很大。

5 设计要点

下面给出一定的流程来选择元器件, 设计一个高效率的LED恒流驱动器。

(1) 根据LED的驱动电流要求, 选定一个恒流驱动芯片以及采样电阻。根据一款相关LED灯具的基本资料, 确定其在额定电流下的输出电压。则根据公式可以得出, 在输入电压可选的情况下, 尽量选择芯片所能容许的最大占空比D时所对应的V1。

(2) 计算所需电感值的大小。根据公式, 其中, Buck电路的一个周期时间为T, LED上允许的最大纹波值为∆i。由此计算电感值, 在满足使用频率的前提下, 选择具有较小直流电阻的电感。每个驱动电路对体积都是有要求的, 在驱动电路的大小满足体积要求的前提下, 再根据系统对PWM调光的要求, 最终来确定是否使用输出电容。从而可以在考虑纹波要求的情况下选用较小的电感, 这样就能够做到进一步减小电感上的功率损耗。

(3) 如果LED驱动器芯片在没有内置mos管的情况下, 我们就需要添加外置的mos管。在通常情况下, 耐压能力强的mos管, 相比较而言, 其他特性就要差一点。因此, 想要选择出合适的mos管, 电路的工作环境是非常重要的因素, 并以导通电阻和栅源极电荷作为选择的一个重要标准。

(4) 二极管的选择。在频率响应以及反向耐受电压能够满足条件的前提下, 应尽量选择频率响应快的二极管。对于一般肖特基二极管来说, 反向压降不超100 V。所以, 在反向压降小于100 V时, 选用肖特基二极管, 否则应选择耐压较高的快速二极管。

6 结论

综上可以得出, 影响LED驱动电路的效率的因素有多种, 而这些因素之间相互关联相互制约, 共同决定了驱动电路的效率。所以想要达到驱动电路的要求, 提高系统的效率, 必须在综合考虑电路性能要求的情况下, 根据一定的流程合适选择元件

摘要：本文研究了LED电源驱动效率的影响因素, 着重讨论的是基于Buck型LED恒流驱动电路电源的效率问题, 分别对功率mos管、二极管、电感、以及采样电阻怎样影响效率问题进行了讨论, 并且提出提高效率的方式。

关键词：LED,驱动电路,Buck电路,效率,选择原则

参考文献

[1]刘婷婷, 屈渲婷.LED在室内照明系统中的应用及发展前景[J].机电技术, 2013 (4) .

[2]王文廷.高效率同步整流技术在开关电源中的应用研究, 2004.

[3]张占松.高频开关稳压电源[M].广东:广东科技出版社, 1993.

[4]江磊, 江程, 陈郁阳, 等.LED恒流驱动电路效率研究[J]。光源与照明, 2008 (1) :6-7.

照明电路实训 篇8

照明技术在过去的一百多年里, 经历了三个重要的发展阶段:白炽灯、荧光灯和HID灯。LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点, 近年来在各行业应用得以快速发展。白光LED的发光特性有这样的特点:白光LED发光强度由驱动电流决定。当LED两端电压发生波动时, 流过发光二极管中的电流变化较大, 而发光二极管的发光强度等比驱动电流, 因此驱动电流的好坏直接影响LED的发光质量[2]。

很多地方的照明LED都是多路LED来共同工作的, 并且为了能够实现节能和配合调光消除阴影的目的, 需要对多路LED进行调光, 文章给出了一种控制多路调光的方法。

2 整个系统的设计思路

图1为整个系统的设计框架图, 计算机通过串口通信发送调光信号, 单片机接收到信号之后, 经过内部运算, 产生控制信号并发送给调光电路, 调光电路再把驱动信号发送到多路照明LED, 实现计算机控制多路LED的亮度调节。其中多路调光电路的设计是本篇的关键, 多路调光采用的是C语言编程, 先是在Proteus中仿真, 然后搭建实际电路[1]。

3 多路调光电路的设计

3.1 多路控制的设计

多路控制方法:多路的控制是采用十六选一模拟开关CD4067来实现的, CD4067的引脚如图2所示。当需要调节某一支路的时候, 只要选通此支路进行调节就行了, 此时, 其它支路不受影响。试验中采用两个CD4067, 一个作为控制各个支路的传输路径, 另一个作为反馈信号的传输路径。两个开关同时选通一个支路, 并且只能选通那一路[3]。

3.2 调光电路设计

由于L E D的亮度与正向电流成正比, 因此采用调节电流来改变亮度。通过调节电流来调节LED亮度的方式有两种: (1) 调节工作电流方式。 (2) 脉宽调制 (PWM) 方式[4]。

3.2.1 调节工作电流方法

如图2所示, 单片机给十六选一的芯片CD4067送去PWM信号, CD4067响应单片机所发出的信号, 选通后面对应的支路, 把PWM信号经过RC积分电路产生一个电压作为场效应管2SK1058的栅极电压, 由于场效应管2 S K 1 0 5 8的电流是由栅极电压控制的, 所以LED的电流是由单片机产生的PWM信号控制的。为了实现稳定输出, 电路中增加了一个反馈电路, 这个反馈电路的给定值就是单片机控制数模转换器产生的给定电压值。

3.2.2 脉宽调制方式

脉冲宽度调制 (PWM) 方式[5]:通过人眼不易察觉的频率快速开关LED, 给人一种LED总是亮的假象。开关时间比率决定了流过LED的平均电流, 从而决定了其亮度。脉宽调制方式和调节工作电流方式的主要区别是, 没有采用RC积分电路, 采用IFR830代替2SK1028, 通过快速控制IFR830的通断, 使得LED电流是一个幅值恒定, 频率很快的脉冲电流, 这样LED的平均电流决定了LED的亮度, 控制流程如图3所示。

4 实验分析

由于采用两种调光方法, 所以实验方案按照基于两种调光方法的多路控制来进行。

4.1 基于调节工作电流方式的多路控制

由于CD4067芯片可以带动十六个支路, 做实验的时候取代表性的三个支路进行控制, 通过设置三个支路的电流值, 使这三个支路达到各自的亮度。但是由于不知道LED电流值也DAC0832输入值之间的关系, 所以进行实验得到它们之间的关系, 然后就可以对通信接口进行编程, 使得计算机界面的输入值能够和L E D电流对应上。

在计算机操作界面上, 对第一路的DAC0832输入为100, 第二路为200, 第三路的电流值为255, 测得对应支路LED的电流值为54mA、106mA、134mA, 对应2SK1058的驱动波形分别图4所示。

可以看出, 随着DAC0832输入的增大, PWM的占空比越来越大, 对应的L E D电流值也在不断增大。为了得到它们之间关系, 通过不断改变程序的方法, 来测试多个DAC0832的输入和关键点电压值 (考虑到0~100之间为非线性区, 所以从100开始取值) , 测得的数据如表1所示。

绘出N和I之间的近似关系曲线, 如图5所示。从图中可以看出, DAC0832的输入和LED电流值是基本上成正比例关系的, 可以近似得到他们之间的关系:Y=053X+1.09, 其中Y表示LED的电流值, 单位为mA, X表示DAC0832的输入N。根据这个关系, 我们可以设定程序, 使得在计算机操作界面上输入值转化为对应的DAC0832值, 这样就能够控制LED的电流, 在很宽的范围内调节LED灯的亮度[6]。

4.2 基于脉宽调制方式的多路控制

同样, 考虑到CD4067是十六选一开关, 没必要对十六路进行控制, 拟定采用三个支路来代表整个电路的控制过程。由于控制方式的不同, 那么决定LED亮度的也不一样, 基于脉冲控制的方式是由LED的平均电流来决定亮度的。通过编程, 设定PWM波的频率为1KHZ, 第一路的占空比为0.2, 第二路为0.4, 第三路的电流值为0.6, 通过测量与LED串联在一起的5欧姆电阻上的电压, 就能够得到LED的电流波形, 从而可以看出LED的平均电流。波形分别如图6所示:

图中, 1通道是PWM波形, 2通道是5欧姆电阻电压波形, 可以看出, L E D的电流幅值IM为0.6 5/5=130mA是不变的, 并且LED电流的占空比和PWM驱动波形的占空比是一样的, 所以得出公式:LED平均电流I=D*IM, 其中IM=130mA。所以可以通过在计算机操作界面设定占空比来, 传送给单片机信号, 单片机相应并且控制LED的亮度。

4.3 两种方法的比较

通过这两种方法都能够实现多路控制, 并且能够达到实验目的, 不同点是两种方法的输入控制量不同, 不过, 通过多次实验可以发现, 在不停的调节过程中, 前者电路中LED电流出现色衰现象, 而后者中LED依然发出对应电流的白光, 所以第二种方法可以得到广泛的应用。

5 结束语

本次试验采用计算机操作界面控制调光电路、单片机输出PWM的方法, 并且结合芯片CD4067, 实现了对多路LED电流值大小的控制, 其中采用了两种调光方法。根据这个结论, 可以应用到很多处多路LED控制的场合, 如手术灯、家用照明灯、大型室外灯光设计等。当然, 单片机结合CD4067能够控制多路的LED电流, 但是也存在着一些缺点和需要改进的地方, 由于多路照明LED工作起来功率比较大, 可以在本文的电路基础上增加部分元器件, 达到减少损耗的目的[7];由于没有基准电压脉冲幅度, 单片机直接产生的PWM波就不是很恒定, 限制了PWM波的使用范围。

参考文献

[1]翁嘉民.基于Proteus单片机仿真和c语言编程.中国电力出版社.2010.1.

[2]周志敏, 周继海, 纪爱华.LED驱动电路设计实例[M].北京:电子工业出版社.2008.9.

[3]白静.数字电路与逻辑设计[M].西安:西安电子科技大学出版社.2009.8.

[4]朱虹.LED照明驱动及自适应调光研究[D].上海大学硕士学位论文.2008.2

[5]虞志雄.脉宽调制型白光LED驱动芯片的设计[D].硕士学位论文.杭州:浙江大学, 2006, 5:15—16.

[6]NARRA P’ZINGER D S.An effective LED dim-ming approach[C].39th IAS Annual Meeting Industry Ap-plications Conference.2004. (10) :1671-1676.