LED照明用不间断恒流电源(提交)

02014年山东省大学生电子设计大赛（J题）《LED照明用不间断恒流电源》（高职高专组）参赛学生：崔黎明张振陆贾伟涛指导老师：王然升学校：山东信息职业技术学院院系：电子工程系时间：2014年9月8日1目录摘要-------------------------------------------------02一、方案设计与论证----------------------------------031、主控电路-------------------------------------------------032、显示电路-------------------------------------------------03二、电路与程序设计-----------------------------------031、电路总体框图---------------------------------------------032、单元电路的设计-------------------------------------------03三、分析与计算及改进-------------------------------------------041、整流滤波后电压的大小-------------------------------------042、提高效率的方法-------------------------------------------05四、测试方案与测试结果---------------------------------------051、测试仪器及设备-------------------------------------------052、测试结果分析---------------------------------------------05五、结论---------------------------------------------------------06六、参考文献----------------------------------------------------06附录--------------------------------------------------------------071、MSP430F149最小系统原理图---------------------------------072、电路总体框图---------------------------------------------073、降压电路原理图-------------------------------------------084、升压电路原理图-------------------------------------------085、LED驱动电路原理图---------------------------------------086、备用电源欠压保护电路设计框图----------------------------097、自动调光电路设计框图------------------------------------098、EMI抑制电路设计-----------------------------------------092摘要本系统有主电源和备用电源两部分，主电源和备用电源能进行自主切换并实现恒流输出，电源具备短路保护和欠压保护功能。系统以MSP430F149单片机为主控制器结合变压器、整流滤波、DC-DC变换、A/D模块ADS1251U电压信号采集、D/A模块DAC8522输出数字信号实现LED亮度自动调节。12864液晶实时显示数据，本系统较好的完成了设计任务的基本要求和发挥部分的要求，在部分电路的设计中优于设计指标。关键字：MSP430F149单片机、12864液晶屏、DAC8522、ADS1251U、DC-DC变换3一、方案设计与论证1、主控电路根据要求，我们拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下：方案一：采用89C52单片机操作简单，价格低廉，运用技术成熟，应用范围广泛，可以实现要求的一些基本功能。但考虑该单片机功耗相对较大，运算速度较慢，所以我们不采用这种方案。方案二：控制器模块采用MSP430F149单片机作为控制芯片，MSP430F149芯片具有功耗低、运算速度快、精度高、I/O口丰富等特点，适合多个外部中断处理，片内集成12位ADC，采样速率高。方案选择：综合以上考虑，我们选择方案二。MSP430F149单片机最小系统图（见附录）。2、显示电路方案一：用数码管进行显示。数码管显示速度快，操作简单，显示效果简洁明了。但是不能显示字母和汉字，显示内容较少，人机关系较差。而且需要单片机实时扫描，占用单片机CPU内存多。方案二：1602字符液晶，只能显示两行字母和数字，使用不便。方案三：12864图形液晶，内带中文字库，可直接显示中文，多种显示模式，使用方便。方案选择：综合以上考虑，我们选择方案三。采用12864液晶，操作简单，可直接用MSP430F149单片机IO口控制。12864液晶使用ST7920控制器，5V电压驱动，带背光，内置8192个16*16点阵、128个字符（8*16点阵）及64*256点阵显示RAM。与外部CPU接口采用并行或串行两种控制方式。二、电路与程序设计1、电路总体框图（见附录）。2、单元电路的设计2.1降压电路降压电路（该原理图见附录）采用降压芯片LMK2596S进行降压，该电路为变压器次级输出的20V交流电经过整流、滤波后通过DC-DC电路降压到8V，最大电流为1A。2.2升压电路：4升压电路（该原理图见附录）采用升压芯片XL6009进行升压，当主电源断电后，备用电源（3V-4.2V）经过升压电路升压后，输出电压为8V，输出电流最大1A。2.3LED驱动电路设计该电路（原理图见附录）采用大功率CMOS管IRF840进行设计，将RP1调整到适当的位置，通过调整电位器RP2能使IRF840漏极电流在300Ma~500mA内恒流输出。2.4备用电源欠压保护电路设计该电路利用单片机对备用电源电压进行采样，当采样值低于3V时单片机动作控制继电器断开，使备用电源与升压电路断开，用以保护蓄电池。2.5短路保护电路在220v输出电路中加有自恢复保险丝来保护电路，当后级电路中发生短路情况后，保险丝会自动切断电路，当电路正常后，保险丝会自动恢复畅通，正常工作。2.6自动调光电路设计自动调光电路采用光敏电阻作为感光元件，利用光敏电阻的采取的感光强弱来转换成高低电平信号，使用模数转换芯片ADS1251U将电压信号采回到单片机，当光照强度较高时，单片机控制设置的负载电流为500mA,让LED亮度可随环境光线增强而自动降低。2.7开机冲击电流开机冲击电流采用热敏电阻串联在电源输入端，温度较低时电阻很大，随着电阻发热温度升高，电阻逐渐变小，达到抑制开关冲击电流过大的目的。2.8EMI抑制电路设计本电路是利用电感和电容的特性，使频率为50Hz左右的交流电可以顺利通过滤波器，但高于50Hz以上的高频干扰杂波被滤波器滤除，这就使开关电源产生的高频谐波被滤掉而不会污染电网。三、分析与计算及改进1、整流滤波后电压的大小用20V的交流变压器将220V市电变压并整流后直流电压为U,经滤波后的电压为U1，则：U1=U*1.2=24V考虑在全波整理信号滤波之前加入校正电路，可以有效的改善整流滤波后交流电的纹波，可以提高滤波后的电压值，进而改善电路的功率因数。52、提高效率的方法在设计电路中选择合适的开关器、变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输入端和负载端，尽可能使用最少的元器件，降低开关频率;控制电路尽可能使用数字方法实现等都可以有效地提高系统的效率。四、测试方案与测试结果1、测试仪器及设备(1)工频变压器(2)RigolDM3052台式数字万用表(3)RigolDP1116A可编程线性直流电源(4)DT9205A数字万用表(5)RigolDS1302CA高性能数字示波器2、测试结果分析在输入电压220v、50HZ电压变化范围+15%~20%条件下，变压器次级输出的20V交流电经过整流桥、滤波后通过DC-DC电路降压到8V，最大电流为1A。测试结果分析如下表：测试次数输入电压（v）输出电压（v）输出电流（A）11767.980.9821867.980.9831967.990.9942067.990.9952168.01.062268.01.072368.01.082468.011.0192538.011.01当主电源断电后，备用电源（3V-4.2V）经过升压电路升压后，输出电压为8V，输出电流最大1A。从下表两次测试结果可以得出：当电池电压低于3V时升压电路关断，输出为0V，静态电流在20uA到50uA之间。A、当升压电路输入电压在3V~4.2V内测试数据下：测试次数输入电压（v）输出电压（v）输出电流（A）13.07.980.9823.17.980.9833.27.980.9843.37.990.99653.47.990.9963.57.990.9973.68.01.083.78.01.093.88.01.0103.98.01.0114.08.01.0124.18.01.0134.28.01.01B、当输入电压小于3V时，测试结果如下：测试次数输入电压（v）输出电压（v）静态电流（ua）12.00.0022.10.0032.20.0042.30.0152.40.0262.50.0272.60.0382.70.01592.80.015102.90.016五、结论本系统利用MSP430F149单片机控制，结合数模和模数转换、液晶显示等外围电路，经过我们四天三夜的设计与制作，完成了题目的基本要求与发挥要求，并在此基础上加入了我们自己的想法。在制作过程中我们遇到了一些困难，曾一度陷入困境，但通过团队的共同努力，从各个方面仔细分析，多角度思考，终于解决了所有问题，圆满的完成了作品，提高了我们分析及解决问题的能力，同时也深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性，使我们获益匪浅。六、参考文献【1】秦增煌.电工学模电部分（第七版）.北京.高等教育出版社，2009年【2】谭浩强.C程序设计（第四版）.北京.清华大学出版社，2010.【3】黄根春等编著.全国大学生电子设计竞赛教程——基于TI器件设计方法.北京.电子工业出版社,2011年【4】胡大可.,MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用.北京航空航天大学出版社，2001年7附录：1、MSP430F149最小系统原理图图12、电路总体框图1、2、3、4、5、6、图2功率因数控制电路抑制电路AC220v50Hz变压器保护电路降压电路LED驱动电源LED升压电路备用电源MSP430F149单片机ADCDAC检光电路检测电流检测电压电流控制开关控制83、降压电路原理图图34、升压电路原理图图45、LED驱动电路原理图图596、备用电源欠压保护电路设计框图图67、自动调光电路设计框图图78、EMI抑制电路设计图8备用电源升压电路MSP430F149单片机ADC继电器光敏电阻LED驱动电路MSP430F149单片机ADCLED采样电路DAC