大功率LED驱动器开发系统的研究

论文摘要

大功率白光LED是近年来新发展起来的一种半导体光源,其发光效率高、无污染、寿命长,而且便于控制亮度,是未来理想的绿色节能照明光源。白光LED具有非线性的负载特性,电源供电电压的微小波动将导致负载电流的剧烈变化。因此为了确保LED的正常工作,需要为其设计专用的电流源驱动器。然而,由于白光LED技术发展很快,层出不穷的新型LED器件和LED应用对驱动器提出了各种不同的要求。因此,本文提出开发基于微控制器管理、能够适应不同场合下车载照明的智能大功率LED驱动器,并建立相应测试系统对其基本性能进行自动测试和系统分析,对于实现LED在特定领域的实际应用、正确评价LED的工作效能,以及进一步普及LED技术,都具有十分重要的意义。本文在分析大功率LED非线性负载特性的基础上,将LED驱动器作为控制系统进行研究;结合PSPICE下的电路仿真试验,提出了一种基于CAN/485总线控制,智能化、输出宽范围可调的电流型LED驱动器的设计思想;并阐述了实际开发过程中的关键技术和实施要点。同时,考虑大功率LED的寿命、光效和色温等关键参数都对温度变化敏感,本文也提出了一种采用半导体制冷器TEC作为LED管体温度控制的新方法,试图以主动散热方式为大功率LED实现长寿、高效和稳定工作开拓新的思路。针对开发LED驱动器本身和检测LED特性的实际需要,本文开发了一种基于虚拟仪器思想的测试系统。并就系统的设计思想、结构特点和一些具体电路进行讨论,介绍了所建具有通用USB控制功能的基础测试模块和测试软件的操作界面,指出了支持VISA标准的典型通用仪器编程控制方法,全面阐述了对电、光、温参数和关键电路波形数据进行自动测试的具体方法。本文最后在说明测试系统使用方法的基础上,给出了所测LED驱动器的各种稳态参数(电流控制线性度、电源调整率、负载调整率、纹波和效率等)和动态参数(开机/关时间、过冲电压和系统动态响应时间的等)、反映性能指标的测试数据及其测试结果的分析曲线,表明所开发的LED驱动器及其自动测试系统的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与研究的目的及意义
• 1.2 相关领域发展综述
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 系统总体设计
• 2.1 大功率LED 特性分析
• 2.2 LED 驱动器设计方案
• 2.2.1 电源核心芯片的选择
• 2.2.2 LED 负载的温度控制
• 2.2.3 LED 驱动器的配置方式
• 2.3 驱动器自动测试系统的组建
• 2.4 本章小结
• 第3章 LED 驱动器的开发
• 3.1 LED 驱动器整体结构设计
• 3.2 LED 驱动器控制系统分析
• 3.2.1 电源芯片原理与电流控制方法研究
• 3.2.2 LC 滤波器的分析和讨论
• 3.2.3 Buck-Boost 电路拓扑结构
• 3.2.4 LED 驱动器的稳定性分析
• 3.2.5 LED 驱动器电路性能的仿真实验
• 3.3 LED 驱动器智能控制模块
• 3.3.1 智能控制模块的整体结构
• 3.3.2 CAN 总线通信功能的开发
• 3.3.3 RS485 串口通信功能的开发
• 3.3.4 PWM 直流电平输出功能
• 3.4 TEC 温度控制器
• 3.4.1 TEC 工作原理
• 3.4.2 温度测量方法
• 3.5 本章小结
• 第4章 LED 驱动器自动测试系统的组建
• 4.1 开关电源的测试指标和方法
• 4.2 测试系统的结构
• 4.2.1 测试系统组成模块
• 4.2.2 SOC 微控制器
• 4.2.3 LED 驱动器的电压/电流测量
• 4.2.4 LED 的温度和光强测量
• 4.2.5 纹波波形与频率特性的测试
• 4.3 测试系统的上位机软件开发
• 4.4 本章小结
• 第5章 LED 驱动器的测试结果
• 5.1 LED 驱动器测试系统的使用方法
• 5.2 LED 驱动器测试结果
• 5.2.1 稳态指标测试
• 5.2.2 LED 驱动器动态和瞬态性能测试
• 5.3 LC 滤波频率特性及纹波波形测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢