1、畢業設計說明書（論文）作 者:學 號：學 院:電子與電氣工程學院專 業:自動化題 目:基于單片機的led智能照明驅動及控制系統-硬件部分畢業設計說明書（論文）中文摘要 摘要 摘要：led（即發光二極管）為半導體二極管的一種，是一種能夠將電能轉變成光能的工具。led作為現代化新型照明燈具和設施，它集體積小、耗能低、使用壽命長和綠色環保等諸多優點于一身。led陣列，控制電路和驅動電路這三部分構成led燈具，其中led燈具的品質和壽命與led的驅動電路性能有直接關系。所以在本次設計中led的驅動電路設計將十分重要。如今led驅動電路的功率因數低和效率低是主要的不足之處，它們分別會造成諧波污染和降低電

2、能利用。為了解決這些問題，本次設計將采取高效率和高功率因數的led驅動電路。為了能夠更好地利用電能，本次設計將利用單片機實現智能照明，使led實現自動控制，合理的燈光調節將更加節約用電。最終本次設計實現了led智能照明驅動及控制系統的硬件達成，而且系統運行良好，結果表明各項功能及參數均滿足本次設計要求。關鍵詞 led，單片機，開關電源，智能照明abstractabstract：led (light emitting diode) it is a semiconductor diode, can convert electric energyinto light energy. led as a

3、 modern new lighting fixtures and facilities, which combines the advantages of small volume, low power consumption, long service life and environmental protection in a body.the led array, control circuit and drive circuit which is composed of three parts ofled lamp, which is directly related to driv

4、ing circuit of led lamp quality and lifewith led. so in the design of led driving circuit design will be very important.now the led drive circuit power factor is low and the low efficiency is the main shortage, which would cause harmonic pollution and reduce energy use. in order to solve these probl

5、ems, the design will take the high efficiency and high power factor led drive circuit. in order to better use of electric power, this design will useintelligent lighting, enables the led to achieve automatic control, reasonable light adjustment will be more save electricity.finally, the complete des

6、ign of the intelligent lighting control and drive the hardware of the system, and the system is running well, the results show that the functions and parameters can meet the requirements of the design. keywords: led; single chip microcomputer; switching power supply; intelligent lighting 畢業設計說明書（論文）

7、外文摘要title microcontroller-based intelligent led lighting and drive systems abstract : led ( light-emitting diode ) is a semiconductor diode , is capable of converting an electric energy into light tool. led lighting and a new modern facility , which combines small size, low power consumption, long l

8、ife and environmental protection and many other advantages in one.led array , the control circuit and the driver circuit portion constituting the three led lamps, where the quality and life of the led driving circuit performance is directly related to led lamps . therefore, in this design the led dr

9、iving circuit design is very important .today, the power factor led driver circuit is low and inefficiency are major shortcomings, they will cause harmonic pollution and reduce energy use , respectively . to solve these problems , this design will take the high efficiency and high power factor led d

10、river circuit . in order to be able to make better use of energy, this design will use mcu intelligent lighting , the led to achieve automatic control , lighting adjustment will be more reasonable to conserve electricity .the final design and implementation of the hardware drivers and led intelligen

11、t lighting control system to achieve , and the system is running well , the results show that the various functions and parameters are designed to meet this requirement .keywords led， scm ， switching power supply ，intelligent lighting目 錄 1緒論 11.1前言 11.1.1課題研究背景 11.1.2課題研究的目的及意義 21.2 led照明 21.2.1發光原理

12、 21.2.2光源特點 31.2.3優點 41.3驅動電路 41.3.1線性穩壓電源41.3.2開關穩壓電源 41.4智能照明 5 2開關穩壓電源 52.1拓撲結構 5 2.1.1非隔離式 62.1.2隔離式 62.2開關電源的控制方式 92.2.1電壓控制模式102.2.2電流控制模式102.3開關電源的三種調制方式102.3.1脈沖寬度調制 112.3.2脈沖頻率調制112.3.3混合調制112.4功率因數校正11 2.5開關電源未來發展123驅動電路133.1臨界導通式單級pfc反激式變換器原理133.2主電路設計143.2.1高頻變壓器設計143.2.2濾波電容器設計14 3.2.3主

13、開關選擇153.2.4整流輸出二極管設計153.3控制電路設計163.3.1調節電路163.3.2并機均流電路163.3.3保護電路163.3.4誤差放大補償網絡164智能照明控制174.1單片機174.1.1單片機的選擇174.12晶振電路194.2熱釋電傳感器及處理電路194.2.1菲涅耳透鏡194.2.2熱釋電紅外傳感器204.2.3信號處理電路204.3遙控與手動模塊224.3.1遙控發射電路224.3.2遙控接收電路234.3.3手動調光244.4光控與時空模塊254.4.1光照檢測模塊254.4.2光控與時控的實現25 4.5繼電器輸出模塊26結論27 致謝28參考文獻29 1 緒

14、論1.1 前言 全球能源緊缺是當今世界的熱議話題也是各個國家不得不面對的同一問題，所以節能一直是全球共同商討需要解決的問題。電能目前是世界上能源消耗的一大塊，而照明設施的耗電又在電能之中占據了較大的一塊，所以照明設施的節能極為重要。相比于其他發達國家，西歐與美國都早已在推行極具節能效果的照明設施，而我國的各類照明工具大多數仍舊使用低效率高耗能的燈具，由此可見，開發一種高效率低耗能的照明燈具迫在眉睫。 led是目前綠色節能燈具中的佼佼者，是一種將電能到光能進行轉化的固態半導體器件。現在led這種照明工具也是在全世界范圍內最普遍推廣的節能照明設施。led這種新型節能綠色光源具有諸多優點，如節能、安

15、全、壽命長等等。在現代社會的發展中，這種高效低耗的照明工具必將取代傳統照明工具，其實在我們生活的周邊也可以明顯地感覺到這些變化。 led燈由驅動電路、控制電路以及led陣列組成，其中驅動電路尤為重要，因為它直接關系著led燈具的使用壽命和電能的利用率。現在的驅動電路效率低和功率因數低是存在的主要問題。所以本次設計將對其進行優化。我們將首先分析led的照明原理，以此選擇合適的電源結構，最后制定合適的方案來實現led驅動。1.1.1 課題研究背景現如今人類社會文明得到飛速發展，在現代化的大城市中一棟棟高樓大廈整晚燈火通明，看上去大家會覺得燈火輝煌，現在的城市是如何的繁榮與繁華，卻不知道在這燈火輝煌

16、的身后是龐大的資源浪費，不得不說這些行為給全世界的節能行動帶來了巨大的壓力。我們不知道在整棟燈火通明的大樓里，是否真的需要如此之多的照明設施，如不需要為什么還亮著燈，原因何在。好在人們早已認識到能源的可貴，從開始效率極低的白熾燈到現在普遍的熒光燈，都是人們為節約能源做出的貢獻。但是科技是不斷進步的，現如今我們找到了更為節能高效的照明光源 - led燈，它的出現引來一番新的研究熱潮。不僅如此，我們還將研究如何在無人為因素的情況下實現智能照明，當然人為有效控制手段也必不可少。在高度文明社會的現在，我們早已不滿足于現在的照明控制系統，我們將追求智能化。什么是智能化，就是要求在幾乎沒有人為的干預下，燈

17、光能夠自動地判別是否該實現照明。當然也可以在人為條件下手動調節光的亮度，或者不必制約于開關器件的位置，采用遙控方式來調節光亮。如此的話人們將不會由于遺忘關燈而導致巨大的電能浪費，也可以因地制宜自我選擇光的亮度，同時還能提高管理效率并且節省一大筆開支。1.1.2 課題研究的目的及意義1） 節能是智能照明系統的永恒不變的突出優點，它可以根據使用者的具體要求來實現照明，例如晚上小區的路燈，就可以設置時間段使其只有在晚上且感應到人才能亮，人走后將延遲熄滅，在其他不同場合也可以根據自身的需要來手動調節燈光，如果在不方便的情況下亦可采用遙控的方式來調節。這很大限度地節省了電能并同時增加了led燈具使用年限

18、。2） 在以前的高樓大廈，為了防止有人遺忘關燈，公司時常會雇傭固定人員巡查大樓來檢查是否有人忘記關燈，這樣不僅效率低下而且會加大開支。而使用智能照明系統則極大地提高了管理效率，不用擔心有人遺忘關燈，智能照明時代的到來將會使人們的生活更加舒適。3） 為led燈設計一個合格的驅動電路也是極為重要，它將大大提高電能的使用效率并且減少對電網的污染，這將從更深的層次上來節約能源，這目前也是當今研究的重點。1.2 led照明1.2.1 發光原理led核心部件是一塊半導體芯片，其中一端為負，另外一端則連到電源正極端，芯片用環氧樹脂封裝。半導體芯片由兩個半導體結構構成，其中一端是空穴占主體的p型半導體，另外一

19、端為主要都為電子n型半導體。當兩種半導體連接起來時，將會構成一個p-n結，當晶片有電流流過時，電子將向p區移動，在p區中電子會跟空穴發生復合，最后會將以光子的能量模式放出，led所發光的顏色種類直接由p-n結的構成材料所決定。1.2.2 光源特點vioabcd工作 區反向死區擊穿區vc 圖1-1 led的電壓與電流特性 led的正向壓降變化幅度較大，由圖一可見曲線中工作區內，較小的電壓變化可以引起大幅度的電流變化，從而引起led燈亮度的大幅度變化，所以led通常采用恒流驅動。如果選擇使用恒壓電源驅動則不能使led燈發光亮度保持統一，且會較大的影響led燈具自身的壽命與品質。led對溫度較為敏感

20、，它的發光亮度與工作溫度有直接關系，通常溫度越高，led發光越弱；溫度越低，led發光越強。圖1-2是發光亮度隨溫度變化的曲線，由圖可知，我們需要嚴格控制led的工作溫度以便于得到較高的的亮度。同時溫度過高還會影響led的主波長，如圖1-3所見。發光亮度100%95%90%85%80%75%70%2550751000125150 溫度(）圖1-2 led亮度與溫度關系曲線圖3.02.52.01.51.00.50.0255075100125150波長（nm) 溫度(） 圖1-3 led主波長與溫度關系曲線圖1.2.3 優點 led優點：綠色節能環保、電能與光能之間轉化效率極高、工作時需求電壓低（

21、3v左右）、使用時間長（可達10萬多小時）、自身體積較為小巧、反復開關不影響使用壽命、照明亮度很高、發出的熱量少、容易調光、堅固實用、光束集中且穩定、多種色彩、啟動沒有延時。1.3 驅動電路 驅動電路是led燈的動力模塊，它的性能優劣直接影響到整個系統的品質。穩壓電源一直都是作為led燈的驅動電路，而穩壓電源則可以分為兩類：開關穩壓電源和線性穩壓電源。1.3.1 線性穩壓電源 線性穩壓電源是指調整晶體管穩壓電源的線性直流操作。電壓取樣電路、誤差放大器、輸出功率管和參考電壓電路等幾部分構成了線性穩壓電源。除此之外還包括一些比如保護電路和啟動電路等。大致工作原理：取樣電阻在輸出電壓之中取樣，使其和

22、參考電壓之間相互比較，之后由誤差放大器將結果放大處理，通過改變調整管導通率的大小，保證輸出電壓的穩定。 線性穩壓電源缺點：效率低、發熱量大間接導致系統增加熱噪聲。 線性穩壓電源優點：響應速度很快、噪音小、輸出紋波小、輸出電壓小于輸入電壓。1.3.2 開關穩壓電源開關穩壓電源，簡單地稱為開關電源，自從開關電源發明問世后，由于它的高效節能因而漸漸代替了初期的晶閘管相控電源與線性穩壓電源。現如今開關電源已經在通信行業、電子與計算機技術等相關領域廣泛應用。如今脈寬調制（pwm）技術得以飛速發展，使得電源的使用效率得到大幅度提高，能夠達到百分之八十甚至更高，而線性穩壓電源只是約有百分之三十上下。當前開關

23、電源的應用越來越廣泛，相對的開關電源的進一步改良設計也將更具挑戰。如今開關穩壓電源被廣泛應用于led燈具的驅動電源，所以必須保持恒電流輸出。因為led是電流驅動元器件，它的前向電流決定了led的亮度。恒電流源能夠保證避免由于輸入電壓產生的波動而導致的電流波動，進而能夠使得led光照強度不會改變。開關電源在恒壓輸出的基礎上，在輸出端加上恒流輸出模塊即可實現開關穩壓電源的恒流與恒壓輸出。1.4 智能照明 當代人們的生活水平越來越高，電氣照明工具早已作為最普通的光源進入我們生活的每一個角落。現如今的人們早已不滿足于普通的燈光照明，各式各樣的燈光效果能夠渲染出不一樣的氛圍，于是我們將追求更加智能化的燈

24、光效果。 在我們的周圍，我們總會發現無人的教室、停車場和馬路等等地方燈火通明，這就造成了資源的極大浪費，在能源緊張的今天我們不得不予以重視。所以我們要找尋一種智能照明的方式，讓各種燈光只有在需要的時候才工作，如此將能夠更好的節約資源。本次設計將會對智能照明進行深入研究。2 開關穩壓電源2.1 拓撲結構 主回路與控制回路兩部分構成了開關穩壓電源。 主回路是開關電源中的功率電流流過的路徑。主回路基本包括了開關電源中的能量存儲裝置、電源濾波器、開關元件、整流器、脈沖變壓器等各種器件，還有負載端與電源輸入端。 開關電源控制回路普遍使用的是pwm調制制方法，通過由比較輸出信號與基準，以此為準則來判斷控制

25、主回路里開關導通與關斷的動作。 開關穩壓電源可以根據輸入輸出部分是否隔離分為隔離式和非隔離式這兩大類型。本次設計將采用隔離式。2.1.1 非隔離式開關穩壓電源的輸入端和輸出端電氣是相通的，不存在電氣之間的隔離將其稱之為非隔離式拓撲結構。非隔離式拓撲結構往往有升壓式電路、降壓式電路和升降壓式電路。 升壓式電路的輸出電壓比輸入電壓高；降壓式電路的輸出電壓則比輸入電壓低；升降壓式電路則可以根據需要輸出電壓或可以比輸入電壓高，或可以比輸入電壓低。 變換器具有三種工作模式：臨界導通模式、斷續導通工作模式和連續導電工作模式。連續導電工作模式中電感上的電流一直是連續的，其中每一個開關周期都只將一部分能量移到

26、輸出電容。斷續導通工作模式中電感能量將完全移送，也就是在每一個開關周期內，轉換電感將從電源中獲得的能量全部送到輸出電容中。臨界導通模式狀態位于兩者之間，電感會在某一時刻電感能量和電流歸零。2.1.2 隔離式開關穩壓電源輸入端與輸出端之間電氣的不相通稱之為隔離式拓撲結構，它通過變壓器的磁耦合來實現能量的傳輸的。根據開關穩壓電源變壓器兩側同名端的位置劃分，主要分為反激式和正激式。1） 正激式：當開關管導通時，能量通過電感或變壓器加給負載，而當開關管斷開時則停止釋放能量。 輸出電壓的負載與瞬態控制性是正激式變換器的電壓輸出所具備的特性，所以運行狀態穩定，輸出電壓不會容易出現波動。工作原理：如果當變壓

27、器初級線圈繞組被施加直流電壓，則變壓器次級線圈繞組將會有功率輸出。圖2-1 單端正激dc/dc變換器主電路圖2-1是單端正激dc/dc變換器的工作原理圖，圖2-1中ui為輸入電壓，k為控制開關，t為開關變壓器，c為儲能濾波電容，l為儲能濾波電感，d1為輸出二極管，d2為續流二極管，d3為削反峰二極管，r為負載電阻。正激式變壓器的一次與二次線圈的同名端在同一側。在其中控制改變開關k的占空比，能夠控制輸出電壓的均值，但是幅值不變。所以正激式變換器使用于穩壓電源時，僅能夠使用輸出電壓平均值的輸出方法。 圖2-2 正激式開關電源變壓器 在正激式變壓器中實現礠復位的是n3線圈，所以它是不可省略的。當開關

28、管k被斷掉的一瞬間，為了使勵磁磁場保持不變，變壓器的一級和二級線圈繞組會產生很大的的反電動勢。為了保證這個過大的反電動勢不會擊穿各種電子元器件，所以我們于開關穩壓電源變壓器中添加了能夠將其吸收的反饋線圈n3和一個削反峰二極管d3。當開關管k導通，d3不通；而當k斷開的一瞬間，由于線圈繞組n3的存在，在變壓器的一次側線圈繞組中的電流瞬間降為零，d3隨之導通，此時n3中流過的電流將會代替之前勵磁電流的作用，電流的方向與之前相同，使得變壓器中的磁感應強度從巔峰值降到剩磁所相對的磁感應強度值，這便是磁復位。 圖2-3 正激式開關電源工作原理 上圖為二次側工作情況，當開關管導通時，變壓器工作正常，如上方

29、左側圖所示；當開關管斷開時，因為d1和磁復位的作用相當于開路，其工作方式如上圖右側圖所示。圖2-4 正激變換器信號波形圖圖2-4是正激變換器中幾個關鍵點的電壓與電流波形圖。a)是變壓器二次側線圈繞組n2的整流電壓輸出波形圖，b)是變壓器二次側線圈繞組n3的整流電壓輸出波形圖，c)為通過變壓器一次側線圈繞組n1與二次側線圈繞組n3的電流波形圖。在ton的期間內，k是被接通的，電壓源ui對n1繞組施加電壓，使得n1中有電流i1流過，所以n1線圈中將產生感應電動勢，此時次級線圈n2會相應地產生一個感生電動勢，并且給負載供能。開關管k關斷后，變壓器初級和次級線圈中流過的電流變為零，為保持磁通的恒定，n

30、3線圈繞組將會產生一個勵磁電流，其中電流的強弱將會隨著時間的推移而減小。2） 反激式：與正激式相反，k被接通，變壓器電感會存貯能量，只有k斷開，反激式變換器將會向負載供能。圖2-5 反激變換器的開關電源電路圖圖2-5為反激變換器的開關電源電路圖。ui為輸入電壓，t為變壓器，k為開關管，d為二極管用來阻斷反向電流，c為儲能濾波電容。在ton期間，輸入電壓會給初級線圈繞組施加電壓，使線圈繞組n1中有電流，與此同時兩端會產生感應電動勢，相應的線圈繞組n2也將會產生感應電動勢，但是兩個線圈的同名端沒有在同一側，所以二極管沒能夠被導通，所以變壓器的二次側是相當于開路，沒有電流流過，之后變壓器開始儲能。當

31、開關管由接通變為斷開的瞬間，變壓器初級線圈中的電流突然變為零，由于磁通不能夠突變，所以在toff期間，磁通將會由n2線圈繞組中電流產生的磁通來維持，n2中會有反激電流，變壓器將釋放能量，經由二極管向電容和負載供能。圖2-6 臨界導通各點電壓當開關管關斷瞬間，線圈繞組n2產生了反激電流與電壓，假設此時n2線圈繞組直接接在負載電阻r上，將產生一個很大的脈沖。但因為n2線圈繞組經過了整流濾波，并且負載電阻r與濾波電容c的時間常數很大，所以輸出電壓穩定。在開關管斷開期間內，二次側電壓平穩地向負載電阻r與電容c供能。開關管接通，變壓器二次側開路，一次側充能，電容c給負載電阻r放電。2.2 開關電源的控制

32、方式在控制系統中，開關電源的參考電壓與輸出電壓相比較，獲得的誤差信號表明了輸出電壓偏離參考電壓的方向與程度，控制器將會根據誤差調整控制量。如誤差是“+”，表明了輸出電壓低于參考電壓，控制器使其增加并提高到參考值輸出電壓；如果誤差為“-”，則與其相反。這樣的控制方式稱為反饋控制，它可以使開關電源的輸出電壓與參考電壓的相對誤差小于1%至0.5%，甚至更高。2.2.1 電壓控制模式如圖2-7所示反饋控制中系統僅出現一個電壓反饋控制環，所以稱之為電壓控制模式。 圖2-7 電壓反饋控制圖2-7是電壓控制模式的開關穩壓電源反饋控制系統，它是較早出現的的一類控制模式，其最大的優點是結構簡單，但也有一個很明顯

33、的缺點，它不能有效地控制電流，當電路過載或短路時，需要用過電流保護電路來停止工作，從而得以保護電路。2.2.2 電流模式控制由于電壓模式控制存在明顯缺點，于是研究并發明了電流模式控制方式。圖2-8為電流模式控制系統框圖，在電壓反饋控制環內增加了電流反饋控制環，電壓控制器的給出信號會作為電流控制環的參考信號，由電流控制環設置一個上下限，由此可以有效地控制電路中的電流，起到保護電路的作用，并且實現恒流控制。 圖2-8 電流模式控制2.3 開關電源的三種調制方式 按照時間比率控制原理，開關電源有三種調制方式，即脈沖寬度調制方式、脈沖頻率調制方式以及混合調制方式。2.3.1 脈沖寬度調制脈沖寬度調制方

34、式(pwm)，其開關周期是恒定的，它由轉變脈沖信號的占空比方式，從而節制開關管導通的時間，用此來改變變換器中的電流，達到控制輸出功率以及輸出電壓的目的。pwm調制方法是開關變換器中最廣泛使用的一種方法，它由反饋信號與基準信號之間得到的差值然后與內部鋸齒波相比較，之后產生一個恒定頻率變寬的矩形波信號來控制開關管，并且能夠通過負載的調節來控制開關管導通時間，可得到保持平穩的輸出電壓。2.3.2 脈沖頻率調制脈沖頻率調制方式（pfm）,其導通脈沖寬度保持恒定，由控制頻率的變化來控制開關的占空比，進而實現對能量的掌控。輸出電壓的可調范圍比較大，只需要很小的負載。因為濾波電路要在比較寬的頻率之間工作，所

35、以濾波器的體積較大，這是它的缺陷之處。2.3.3 混合調制混合調制的開關工作頻率和脈沖寬度均不是固定的，全可以改變，是上述兩種調制方法的綜合體。在頻率變化范圍較小的情況下，混合調制方式可以得到可調范圍很大的輸出電壓。因此，這種方式很適合用于實驗室電源。2.4 功率因數校正開關電源促進了現代社會生活的極大進步，然而相應的也帶來了一些問題，例如諧波與對電網污染的問題。通常開關穩壓電源的輸入級采用不可控容性整流電路，這種電路優缺點明顯，優點是成本低、結構簡單等，但同時缺點也很明顯，輸入的電流不是正弦波。其根本原因在于二極管整流電路不能夠控制輸入電流，當供電電壓比電容電壓高時，此時二極管導通，反之則不

36、導通，這就會形成電流脈沖。其解決辦法就是壓制電流的脈沖幅度，讓其波形能夠接近于正弦波，我們將這種技術稱之為功率因數校正技術。此技術可以分為有源功率因數校正和無源功率因數校正兩種。1） 有源功率因數校正技術 有源功率因數校正這種電路采用全控開關器件，由其組成的開關電源能夠對輸入的電流波形進行有效控制，使其成為正弦波，由此其總諧波可以得到極大的降低，功率因數更是高達0.995，能夠很大的滿足如今實行的最為嚴厲的諧波標準準則，它的使用將會更加廣泛。但其電路較為復雜，成本略高，這也是人們不得不考慮的問題。2） 無源功率因數校正技術 此技術由電容與電感等組成的無源網絡進行功率因數校正，它經由提高電流的導

37、通角來增加功率因數。它于二極管整流電路中補充添加加了電感和電容等一系列無源器件。 優點：結構簡易性能可靠，制作成本低。缺點是：體積重量大，功率因數只能提高到0.9左右，難以滿足現行諧波的標準限制。 圖2-9 無源功率因數校正電路2.5 開關電源未來發展1） 高頻化高頻化可以有效減小電源體積并且提高電源的功率，還可以很好地改善開關電源動態響應。2） 高效率化 最近諧振、恒頻零開關以及零電流變換器等技術成為熱門的研究課題。這些技術在理論上可以使得損耗為零，可以使目前的電源轉換率提高10%左右。3） 無污染化由于功率因數校正技術的發展及應用，使得功率因數獲得極大的提升，并且諧波對于電網造成的污染也極

38、大地減少。我們在dc/dc變化器與輸入整流之間加入了有源功率因數校正技術更是將功率因數接近于100%，輸入電流波形無限接近于正弦波而且與電壓能夠同相。4） 模塊化由于分布式供電系統的廣泛使用，電源將向模塊化方向發展。從而開關電源的可靠性得到提升而且節能高效。能夠以低電壓和低消耗向超高速集成電路供電；也可以同時用小功率模塊組成大功率電源得到大功率輸出。3 驅動電路3.1臨界導通式單級pfc反激式變換器原理 如圖3-1，經過全橋整流后，輸入的交流電流轉換得到脈動直流電壓，之后由分壓電阻取樣作為乘法器的一個輸入信號。同樣的輸出電壓也會被分壓電阻取樣，經過誤差放大器和基準電壓放大比較，這樣也會得到一路

39、信號作為乘法器的另一路輸入信號。兩個信號經由乘法器處理得到的輸出信號將會成為pwm調制解調器的同相端輸入，反向端的輸入則為變壓器的一次側電流檢測信號。如果檢測的電流幅度值大于誤差放大器的放大電壓幅度值，pwm則會輸出低電平信號，導致觸發器發生復位，mos管將會關斷，所以變壓器存儲的能量將會從二次側線圈繞組輸出。當檢測到一次側線圈繞組電流為零時且電壓此刻翻轉，觸發器將輸出高電平，然后mos管導通，此時一次側的線圈繞組中的電流開始上升。這樣將可以重復mos管的接通與斷開動作，使得電流波形跟隨整流之后的電壓波形，如此可以極大減少電流產生的諧波并且提高功率因數。圖3-1臨界導通式單級pfc反激變換器電

40、路的原理圖3.2 主電路設計3.2.1 高頻變壓器設計1) 需要滿足初級與次級線圈的匝數比的要求。依據變壓器工作原理，如完全不考慮到線圈繞組的電阻，一次側與二次側的電壓比等于兩側匝數比。設變換器二次側匝數ns，一次側匝數np，最小輸入電壓vin min，整流管的壓降vdf，輸出電壓vo，最大占空比dmax，對于單端反激變換器必須滿足：2) 符合磁不飽和的要求。設輸入變壓器初級線圈電壓方波值為vin,匝數為n，磁通密度為b。匝數n和磁通密度b的關系式為： 為了使得變壓器在占空比最大，輸入電壓最高時，要使變壓器磁芯仍然保持不飽和，對于單管單極性變換器，由上式可得： 3） 滿足升溫與損耗最小要求。在

41、設計時一次與二次線圈所占面積相等，可以使銅損最小；合理選擇磁芯的工作頻率和工作磁感密度，可以使鐵損最小。4） 減小漏感。減小線圈繞組的厚度并加大其高度；減少匝數，使用低損耗、高bm磁芯；在安全的條件下，盡可能使線圈絕緣厚度小；線圈繞組一律采用分層式交流繞組。5） 減小分布電容。線圈使用分段繞制；合理安排線圈極性從而減小電位差；絕緣材料的相對介電常數小。3.2.2 濾波電容器設計開關穩壓電源絕大部分工作在矩形波或方波狀態下工作，因此會含有較多的諧波電流與電壓。在輸出端增加濾波電容則可以減小輸出電壓波紋。此濾波電容應該具有較好的阻抗頻率特性，所以我們選用鋁電解電容。設f為開關頻率；po是輸出功率;

42、uo是輸出電壓；v是輸出紋波電壓。濾波電容滿足下列表達式：3.2.3 主開關管選擇足夠快的開關速度、足夠大的耐壓值和足夠大的額定電流是選擇開關管的必要條件。本次設計中的開關管需要承受初級線圈開關管關斷時沖擊電壓、反射電壓和正向導通的峰值電壓。而開關管所能承受的電壓必須大于上述電壓的總和。同時開關管的開關速度要盡量快，因此關斷延遲時間和開通延遲時間都必須要短。3.2.4 整流輸出二極管設計1）選用正向壓降小的整流二極管，在反向額定電壓和正向額定電流滿足使用條件的情況下，選用正向壓降比較小的整流二極管可以大大提高效率并極為有效地減小損耗。2）反向恢復時間短，由于時間短有效地降低了二極管的發熱與損耗

43、，并且減小了干擾與噪聲。3) 正向恢復電壓低，可以減小開通損耗。4）反向漏電流小 ，反向漏電流過大會增加關斷損耗并且和反向額定電壓與溫度有關。5）額定電壓的選取6） 額定電流的選取（二次側占空比ds=0.4）,二極管中的最大電流、電流有效值分別為：3.3 控制電路設計 3.3.1 調節器電路調節器會將反饋量與給定量進行運算與比較，從而得到一個控制量。它的核心是運算放大器，pwm控制器內部一般都含有運算放大器可以構成調節器。3.3.2 并機均流電路開關電源能夠通過并機組成一個整體系統來獲得可靠性與更大的容量。在設計中，要注意考慮在聯機運行時各個開關電源能夠均流運行，且運行時其中一個發生故障不影響

44、其他模塊工作，可以采用運算放大器構造的均流電路。3.3.3 保護電路保護電路的存在可以保證不損壞負載且自身電路不被損壞。自我保護功能：輸入欠壓與過壓，輸入過流等等。過載保護功能：輸出欠壓與輸出過壓等。圖3-1 輸入過電壓保護電路原理圖 圖3-2 過電流檢測及鎖存電路3.3.4誤差放大補償網絡反饋環路一般不穩定，為了讓反饋環路能夠穩定可以加入補償網絡。臨界導通模式可以提高功率因數，它的電壓環增益曲線穿越頻率低于輸入的電壓頻率值的一半，這樣可以使得誤差放大器的輸出信號基本不變。本次設計中有兩個電阻和一個電容來組成補償網絡，由功率因數和響應時間來確定電阻與電容的選擇。4 智能照明控制智能照明的核心使

45、用at89c51單片機，單片機由輸入的軟件來提供時間控制信號，繼電器的吸合和復位接到開關電源電路中。 圖4-1 控制系統功能模塊4.1 單片機 單片機是單片微型計算機的簡稱，它集諸多優點于一身，例如體積輕巧、成本低廉、使用方便、性能可靠等優點。在諸多單片機類型中，mcs-51單片機是較有代表性的一種，在本次設計中所需要實現的功能都能達成。4.1.1 單片機的選擇 本次將會使用at89c51單片機來作為智能照明控制系統的主控芯片，此單片機屬于艾特梅爾公司生產的mcs-51系列。 圖4-2 at89c51單片機引腳圖at89c51單片機各個引腳作用說明：vcc輸入電源電壓。gnd連接到地。p0口八

46、位漏極開路雙向i/o端口。p1口為自身提供的上拉電阻八位雙向i/o端口。p2口在編程與校驗的同時接能夠收高8位地址與控制信號。p3口八個自帶上拉電阻的雙方向i/o端口。p3口同時也能當作某些特殊功能端口。p3.0 rxd串行輸入端口p3.4 t0計時器0的外部輸入p3.1 txd串行輸出端口p3.5 t1計時器1的外部輸入p3.2 /int0外部中斷0p3.6 /wr外部數據存儲器寫選通p3.3 /int1外部中斷1p3.7 /rd外部數據存儲器讀選通rst復位輸入。ale/prog訪問外部存儲器的時候，地址鎖存同意輸出電平信號用來鎖存地址的低位字節。/psen外部程序存儲器的選通信號。/ea

47、/vpp保持低電平時及接地時，那么在此時僅訪問外部程序存儲器（0000h-ffffh）。xtal1反相振蕩放大器的輸入端口和內部時鐘電路的輸入端口。xtal2反相振蕩器輸出端口。4.1.2 晶振電路晶振在每一個單片機中都是具備的，其在單片機中具有很重要的作用，晶振電路提供時鐘頻率，單片機的所有命令得到執行都架構在其基礎之上，同時單片機的運行速率也和它息息相關。圖4-3 晶振電路與單片機的連接4.2 熱釋電傳感器及處理電路4.2.1 菲涅爾透鏡 菲涅爾透鏡，又名螺紋透鏡。大多是由聚烯烴壓成的薄片，其中一面是光面，另一面是從大到小的的同心圓。它在大多時刻作為紅外線的凸透鏡，效果較好。菲涅爾透鏡具有

48、兩個作用：1.具備聚焦功能，可以把檢測到的紅外信號折射在pir上。2.將探測區劃分為數個暗區和明區，使進入檢測范圍內的物體通過溫度變化的方式在紅外線探測器上產生一個變化的紅外信號。圖4-4信號輸出示意圖4.2.2 熱釋電紅外傳感器熱釋電傳感器可以很好地檢測人體輻射的紅外線，并將其轉為電壓信號加以檢測。熱釋電傳感器成本低廉而且靈敏度高，它本身沒有任何類型輻射隱蔽性也較好。如果加安菲涅爾透鏡則可以進一步提高其檢測范圍與靈敏度。這種感器的輸出信號變化較為緩慢，所以不能夠被直接作為控制信號，因此需要一個信號處理電路將輸出信號轉化為能夠被單片機識別的信號。 圖4-5 人體熱釋電檢測電路框圖4.2.3 信

49、號處理電路由熱釋電傳感器的產生輸出信號用bis0001來進行處理，它由運放電路、電壓比較器、延遲時間定時器與狀態控制器等組成。其引腳圖如下圖4-6 bis001引腳圖1） 管腳說明：引腳編 號名稱i/o口引腳說明1ai能夠重復觸發與不能重復觸發的選擇端口。如a的輸入信號是“1”，則重復觸發；相反，則不可以重復觸發。2voo控制信號的輸出端口。3rr1-輸出延遲時間tx的調節端口。4rc1-功能與rr1相同。5rc2-觸發封鎖時間ti的調節端口。6rr2-功能與rc2相同。7vss-芯片工作時電源的負端。8vrfi參考電壓和復位的輸入端口。通常會接到vdd，要是定時器復位可使其接“0”信號。9vci觸發的禁止端口。如果vc小于vr則禁止觸發發生；如果vc大于vr時則允許觸發發生。10ib-運放器的偏置電流的設置端口。11vdd-芯片工作時電源的正極。122outo第二級運放器的輸出端口。132in-第二級運放器的反相輸入端口。141in+第一級運放器的同相輸入端口。151in-第一級運放器的反相輸入端口。161out第一級運放器的輸出端口。2） 信號處理電路圖圖4-7 熱釋電紅外開關應用電路圖 圖4-6中，運放器op1會將