LED灯恒功率控制器的设计

西安电子科技大学硕士学位论文LED灯恒功率控制器的设计姓名：徐璐璐申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：楼顺天20090201摘要作为第四代新型照明光源，ＬＥＤ灯已经成为节能环保光源的首选，它具有低压供电、附件简单、结构简单、可控性好、色彩丰富和无启动器、镇流器或超高压变压器等优势。因此，设计ＬＥＤ灯恒功率控制器具有实际应用价值。在研究ＬＥＤ灯的结构特点、发光机理和电学及光学特性的基础上，论文简要讨论了ＬＥＤ功率控制技术的两种方法：电压控制和电流控制。根据ＬＥＤ恒功率控制器的设计要求，论文采用ＡＴ９０ＰＷＭ３作为控制器，给出了控制器的组成框图和具体电路的硬件设计，推导了ＬＥＤ灯恒功率控制算法，给出了ＬＥＤ恒功率控制器的软件设计流程，主要包括功率调度程序和恒功率控制程序，并对ＰＷＭ信号的产生和Ａ／Ｄ采样及转换过程作了详细说明。最后给出了样机的测试波形，说明论文设计的ＬＥＤ灯恒功率控制器达到了设计要求。

关键词：ＬＥＤ灯ＰＷＭ信号恒功率控制光源控制ＡｂｓｔｒａｃｔＡｓａ

ｎｅｗｆｏｕｒｔｈ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ，ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ（ＬＥＤ），ｈａｓｎｏｔ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＥＤＬａｍｐＣｏｎｓｔａｎｔＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＰＷＭＳｉｇｎａｌｓＬｉｇｈｔＣｏｎｔｒｏｌ西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得诹安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。

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导师签名：第一章概述第一章概述我国现代意义上的城市夜景照明始于改革开放后的上海，如今有了长足的进步，全国大中城市竞相在夜色中亮了起来。从美国卫星所拍摄的夜间地图上，可以看到我国，尤其是东部地区的夜间亮化工程是卓有成就的【ｌｌ。随着国家半导体照明工程的启动，半导体照明技术将进一步改变我们的世界，ＬＥＤ灯就是由发光二极管为发光源的半导体灯具，是２０世纪后期发明并发展起来的新光源。ＬＥＤ灯具有色彩丰富、表现力强、绿色、节能、环保、使用寿命长、运营成本低、可靠性高和维护成本低等优点，是目前公认的“绿色光源”。现代城市的美丽夜景，体现着城市的文化品位，需要科学统筹、精巧策划和完美设计，达到人与环境的和谐１２】。

１．１课题研究的目的及意义“绿色照明”是９０年代初国际上对采用可节约电能、保护环境的照明系统的形象性说法。实施绿色照明计划于１９９１年由美国环保局（ＥＰＡ）首次提出并逐渐获得推广【３ｊ。实施绿色照明计划旨在发展和推广高效照明器具，逐步代替传统的低效照明电光源，节约照明用电，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境和改善人们生活质量、提高工作效率、保护人民身心健康的照明环境，以满足人民群众日益增长的对照明质量、照明环境和减少环境污染的需要。实施绿色照明计划是节约照明用电和减少二氧化碳等有害气体排放量的重要措施，二氧化碳是地球环境变暖的重要成因，而大约８０％的二氧化碳来自发电厂石化燃料的燃烧。如果我们从照明节能角度来看，照明节电，可以少建电厂，从而减少二氧化碳等有害气体的排放。自１９９６年国家经贸委等部门组织实施“中国绿色照明工程”以来，绿色照明的概念深入人心。作为第四代新型照明光源，ＬＥＤ光源具有许多不同于其他电光源的特点，使其成为节能环保光源的首选【４】。ＬＥＤ光源除具有绿色光源无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰和无有害射线等五项优点之外，在景观照明中，还有很多优势：（１）低压供电：无高压环节，为了绝缘的开销要小得多，可靠性高；（２）附件简单：无启动器、镇流器或超高压变压器；（３）结构简单：具有固体光源的最大优点，不充气、无玻璃外壳、无气体密封问题和耐冲击；２ＬＥＤ灯恒功率控制器的设计（４）可控性好：会疲倦；（５）色彩纯厚：（６）色彩丰富：（７）轻质结构：（８）体积小巧：米数量级或更小；响应时间快（微秒数量级）、可反复频繁亮灭、基本无惰性，不由半导体ｐｎ结自身产生，色彩纯正、浓厚；三基色加数码技术，可演变任意色彩；节材，节约费用，对灯具强度和刚度要求很低；大的ＬＥＤ灯具可看成ｆｌｄＬＥＤ细胞组成，最小的ＬＥＤ仅为平方毫

（９）柔化性好：ＬＥＤ光源的精巧，使ＬＥＤ能适应各种几何尺寸和不同空间大小的装饰照明要求，诸如：点、线、面、球、异形体，乃至任意艺术造型的灯光雕塑【４】

目前ＬＥＤ常规景观灯具如：园林灯、步道灯、地理灯、小型射灯、草棚灯和壁灯等。ＬＥＤ灯具有设计的柔化性，特别适合因景制宜的非标灯具设计，使景观照明与景观协调，达到美化环境的新水平，而且光源采用ＬＥＤ，结合变幻控制，还可以升级对景观的烘托，使其更具艺术品味。论文设计的ＬＥＤ灯恒功率控制器就是用于景观照明，因此具有极大实用价值。

１．２电光源技术革命和绿色照明

１．２．１电光源技术革命自１８８２年爱迪生发明白炽灯以来，人造照明光源经历了三个发展阶段：白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯。１９９３年日本首先在蓝色ＧａＮ发光二极管上获得技术突破，并于１９９６年实现白光ＬＥＤ，近几年正向第四个照明光源的发展阶段——以白光ＬＥＤ为主的半导体照明光源的方向发展【５】。（１）第一次电光源技术革命——白炽灯二十世纪４０年代之前，爱迪生发明了白织灯。白炽灯光效低，但具有高显色、高亮度、小型化和易于配光控制等许多优点，大量使用于普通照明、局部照明、投光照明、汽车、舞台装饰和影视演播等领域。到目前为止，全世界白炽灯使用量占整个照明光源的８０％以上。近年来，各国生产和使用白炽灯的总数虽然有所下降，但和其它类型灯相比较，在数量上仍然处于绝对优势。（２）第二次电光源技术革命——荧光灯

荧光灯是１９３８年开发成功的世界上最有效的照明光源，它在光效、光色、显色性和寿命方面均有良好的特性。随着对汞等稀有气体放电过程更为深入的理解，荧光灯的第一个进展就是充氪气和缩小管径。欧洲国家将荧光灯的管径直径从３８