LED手电筒设计

LED手电筒设计 目 录 1.专业综合设计任务……………………………………1 1.1项目的背景 ……………………………………………1 1.2项目的任务 ……………………………………………1 1.3项目的要求与设计指标…………………………………, 2.设计与论证………………………………………1 3. 硬软件设计…………………………………………2 3.1电路图……………………………………………2 3.2 本电路设计中所需器件………………………2 4. 实现与测试 ………………………………………2 5(与总结 ………………………………………3 1. 专业综合设计任务 1.1项目的背景 1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。到1971，业界又推出了具有相同效率的绿色裸片LED。 1972年开始有少量LED显示屏用于钟和计算器。全球首款采用LED的手表最初还是在昂贵的珠宝商店出售的，其售价竟然高达2,100美元。几乎与此同时，惠普与德州仪器也推出了带7段红色LED显示屏的计算器。 到20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用，LED的价格直线下跌。事实上，LED是那个时代主打的数字与文字显示技术。然而在许多商用设备中，LED显示屏也逐渐受到了来自其它显示技术的激烈竞争，如液晶、等离子体和真空荧光管显示器。亮度稳定的调光台灯不但亮度可调，而且调整后的亮度不会因电网电压波动而变化。 这种竞争性激励LED制造商进一步拓展他们的产品类型，并积极寻求LED具有明显竞争优势的应用领域。此后LED开始应用于文字点阵显示器、背景图案用的灯栅和条线图阵列。数字显示屏的尺寸和复杂度在不断增长，从2位数字到3位甚至4位，从7段数字到能够显示复杂的文字与图案组合的14或16段阵列。到1980年制造商开始提供智能化的点阵LED显示屏。 这一技术进步使LED能够应用于室外运动信息发布以及汽车中央高位安装停止灯(CHMSL)设备。高亮蓝色LED的发明使真彩显示屏的实现成为可能，这样的显示屏能够显示真彩、全运动的视频图像。 LED手电筒是以LED(发光二极管)为光源的一种新型手电筒 2.方案设计与论证(原理) 接通电源后，VT1因R1接负极，而c1 两端电压不能突变。VT1(b) 极电位低于e极，VT1导通，VT2(b)极有电流流入，VT2也导通，电流从电源正极经L、VT2(c)极到e极，流回电源负极，电源对L充电，L储存能量，L上的自感电动势为左正右负。经c1的反馈作用，VT1基极电位比发射极电位更低，VT1进入深度饱和状态，同时VT2也进入深度饱和状态，即 Ib>Ic/β(β为放大倍数)。随着电源对c1的充电，C1 两端电压逐渐升高，即VTI(b) 极电位逐渐上升，Ib1逐渐减小， 当Ib1<=Ic1/β时，VT1退出饱和区，VT2也退出饱和区，对L的充电电流减小。此时(L上的自感电动势变为左负右正，经c1反馈作用。VT1基极电位进一步上升，VT1迅速截止，VT2也截止，L上储存的能量释放，发光管上的电源电压加到L上产生了自感电动势，达到升压的目的。此电压足以使LED发光。 3. 硬软件设计 3.1工作原理图 3.2元器件清单见下表。 编 号 名 称 型 号 数 量 R1 电阻 10K 1 R2 电阻 0.1K 1 L 电感 0.1mH 1 C 电容 100u 1 VT 三级管 2 LED LED灯 5 V1 电源 1.5V 1 4. 实现与测试(或调试)(电路设计) 一节镍氢电池的电压只有1.2V，而超高亮LED需要3.3V以上的工作电压才能保证足够的亮度。因此。必须设法将电压升高，常见的升压电路一般有二种形式，即高频振荡电路和电磁感应升压电路。对于升压电路，有两种电路可选择。如图1所示 图1的电路使用一个脉冲小变压器，功率管VT3将高频振荡信号放大，加在L1通过变压器T直接升压。 图,是利用电感的自感高压来实现对电压的提升。当振荡信号输入VT3的基极时，VT3将周期性地饱和、截止。当饱和时，电感L通电，电能转化为磁能储存在L中，此时二极管截止，靠C3储存的能量向负载供电;当VT3截止时。电感将产生下正上负的自感电动势。二极管VD导通，该自感电动势与电源电动势叠加，向电容C3充电和负载供电，由于两个电动势正串。可以得到比电源还要高的电压，具体大小主要由负载和VT3饱和时电感L通过的电流之比确定。 这两种电路都可以将1.2V升高到3.3V以上，第一种电路如果在变压器上加绕正反馈线圈。可以免去振荡电路。使电路更加简洁。但使用这种电路计算较复杂。输出功率较难调节，变压器的绕制也有些麻烦。第二种只需一个小电感。电感量也没有较大的要求，调节电感的驱动电流，就能方便地调节输出电压。在此采用第二种电路。 振荡电路采用图3所示的电路，虽然能在1.2V电压下正常工作的振荡电路有不少，但经实践证明，图3的电路制作容易，计算简单。成功率高。振荡频率也容易确定。而且。调节R4的大小，就能在不影响信号频率的前提下调节信号的幅度，因此采用这种电路产生一个高频方波脉冲为升压电路做准备。这样一来，电路设计完成，由图2和图3共同成。 5(分析与总结 本人就设计的LED手电筒的相关参数进行设置与调试，然后进行了相关技术试验，其中包括稳定性试验、绝缘性能试验以及,,,手电筒亮度与稳定度均达到了设计的及要求，我得出的结论是当Ib1<=Ic1/β时，VT1退出饱和区，VT2也退出饱和区，对L的充电电流减小。此时(L上的自感电动势变为左负右正，经c1反馈作用。VT1基极电位进一步上升，VT1迅速截止，VT2也截止，L上储存的能量释放，发光管上的电源电压加到L上产生了自感电动势，达到升压的目的。此电压足以使LED发光。 一、电路设计 一节镍氢电池的电压只有1.2V，而超高亮LED需要3.3V以上的工作电压才能保证足够的亮度。因此。必须设法将电压升高，常见的升压电路一般有二种形式，即高频振荡电路和电磁感应升压电路。对于升压电路，有两种电路可选择。如图1和图2所示 图1的电路使用一个脉冲小变压器，功率管VT3将高频振荡信号放大，加在L1通过变压器T直接升压。 图2是利用电感的自感高压来实现对电压的提升。当振荡信号输入VT3的基极时，VT3将周期性地饱和、截止。当饱和时，电感L通电，电能转化为磁能储存在L中，此时二极管截止，靠C3储存的能量向负载供电;当VT3截止时。电感将产生下正上负的自感电动势。二极管VD导通，该自感电动势与电源电动势叠加，向电容C3充电和负载供电，由于两个电动势正串。可以得到比电源还要高的电压，具体大小主要由负载和VT3饱和时电感L通过的电流之比确定。 这两种电路都可以将1.2V升高到3.3V以上，第一种电路如果在变压器上加绕正反馈线圈。可以免去振荡电路。使电路更加简洁。但使用这种电路计算较复杂。输出功率较难调节，变压器的绕制也有些麻烦。第二种只需一个小电感。电感量也没有较大的要求，调节电感的驱动电流，就能方便地调节输出电压。在此采用第二种电路。 振荡电路采用图3所示的电路，虽然能在1.2V电压下正常工作的振荡电路有不少，但经实践证明，图3的电路制作容易，计算简单。成功率高。振荡频率也容易确定。而且。调节R4的大小，就能在不影响信号频率的前提下调节信号的幅度，因此采用这种电路产生一 个高频方波脉冲为升压电路做准备。这样一来，电路设计完成，由图2和图3共同组成。 二、计算参数 关于电路参数计算，关键在于功率。电感通电后，储存的电能为E=LI2/2，设f为方波的频率，1a内开关管将导通f次，这样。电感每秒储存的电能为W=f×E，设这些能量转化向负载的效率为η，那么输出功率为P=η×W+Po，Po为电源直接向负载供电的功率(因为电源与自感高压叠加。必须考虑这一点)。 现进行估算。驱动一个LED约要100mW。电源的Po约为20mW。为了保证供给，按P=100mW计算。取η=80,，再随便找一个几百uH的电感，如500 uH:另一方面，根据能量守恒。3.3V约为1.2V的3倍。再由于效率问题。电感的驱动电流差不多要LED工作电流的3-4倍，就取为120mA，这样一来。便可算出振荡频率为34kHz左右，这样，取R=2kΩ，C=0.01 uF便能达到要求。确定参数时。频率可高不可低，电感宁大勿小，这样才能保证输出功率足够大，才能有足够的调节空间。 元件表 元器件 型号 说明 R1 0.1-2 kΩ 500Ω为宜。大些有利于VT1的饱和。小些有利于电路对称 R2 2 kΩ R3 2 kΩ R4 100 Ω 具体数值视驱动电流而定 C1 0.01 uF C2 0.01 uF C3 10-100uF电解电容 VT1、VT2 9014 β? 40的NPN管皆可，两管型号最好一致 VT3 8050 Pcm ?1W。Icm?1A。β?40的中功率NPN管皆可 电感L 几百uH 宁大勿小 二极管VD 1N5819 最好是锗管。其压降小。若无。硅管也行 电池 7号 三、制作 由于电路简单。元件在2×2cm的板上。只要操作无误，接通电源电路就能工作。 先不要接上LED，用万用表测出输出电压，这时候，调节R4的大小，R4越大， 输出电