高功率LED路灯控制器设计方案与制作.docx
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高功率LED路灯控制器设计方案与制作
路燈控制器設計與製作LED高功率組員:
何應宏、王智暐、曾雍舜、詹盛傑0942
德霖技術學院機械工程系日四技老師指導老師:
林柳絮
摘要是台灣光電產業中最具競爭力的產品之一,台灣光電產業發展目前建構的最完整項目也LED,從上游的磊晶片,中游晶粒至下游封裝,國內均有業者投入,其中國聯更是全球第三LED應推下游封裝產品最大供應中心,高亮度LED家開始量產高亮度LED。
台灣目前已成為全球可見光也已進入世界排名,全球競爭力大幅提升。
台灣在發光二極體產業僅次於日本、美國,排名LED中下游的晶粒切割、封裝和應用產業結構完整,單位製造成本大幅降低,發LED世界第三。
台灣光二極體的需求將持續增加,未來前景看好,上游磊晶片的研發、生產也在快速成長中,將具有生產國的實力。
成為全球第一大LED致謝感謝老師給我們這次機會且指導我們,在我們遇到瓶頸時,給予適時的鼓勵與建議,使我們路燈有更進一步的了解。
與LED學到遇到困難就必須努力解決,且對MCU
一、簡介顯示器及交通號誌燈外,手機螢幕彩色化、手1.1LED發展背光源及汽車市場也LCD機閃光燈、照明、具有省電、輕巧、壽命長、高耐久LED市場模LED2003年全球高亮度正興起,估計200430%,而23達億美元,較2002年成長達性等特徵,70年代開始商業化之後,便快速年年均複合~2008年將達朝向高輝度、多色化以及高發光效率方向發29.46億美元,2002%;另外,亞洲地區已成為全球高展,80成長率達LED20年代陸續出現GaAsP高輝度紅光上中下游的主要供應地點,其中台灣LED亮度高,與AlGaAs綠光LED90年代則有AlGaInP
億顆1211億~的產能在GaInN輝度紅光、橙色LED與藍光、綠光LED2004年將達到每月約生產基地。
LED的水準,成為全球最大的HBLED被開發。
的用途從早期的警示、廣告為的今、明年將有哪些應用市場本文將探討LED主,逐漸轉移到一般照明領域,尤其是高亮度廠商的營運能更上層的興起,促使國內LEDLED藍光的實用化後,使得白光照明光LED
源的發展動向備受歐美日各國的重視。
隨著高樓。
路燈發展1.2LED的實用化,不論是由用途或是省能源亮度LED
儘管LED發光效率已普遍提升至可以商品的觀點來看,低成本、高效率化、可靠性、高化的標準,但是LED路燈從去年以來都還是雷未來發展的主要方向。
亮度的提升,將是LED
聲大雨點小的狀態。
主要原因仍在於LED路燈)表示,手機彩色 位在採購上仍無所適從。 此外、目前LED路燈年除手機背SMD與白光出貨,而型LED2004 維修費用相較於高壓鈉燈高出數倍,尤其是要新應用也正崛光源外,汽車、交通號誌等LED將220W轉換成10幾伏特的電壓所需的變壓設 101/6 LE光強度以CD為單位,並配上視角參數,而目前路邊所看到的LED路燈多為示範性質,多不等mCD到高度,且安裝於捷運周圍,公園或是5,000mCDD的發光強度從各位數為僅3.5M單一產品時,其發光強度規校園等非主要幹道。 。 廠商在標示LED電流下點亮時,最佳視角LED在20mA格是說二、LED工作原理上和中心位置上發光強度最大點的發光強度。 2.1LED基本原理2.3LED的節能效益是一種可以將電能轉化為光能的電子LED基於環保立場以及節約能源訴求,全球各零件,並同時具備二極體的特性,也就是具備LED與節能燈具帶來的經濟與節能國政府重視最特別的地方在於只有從LED效益,而廠商也看好這次照明革命的商機而紛一正極一負極,正極通電才是會發光,故一般給予直流電時,紛投入。 除了歐盟與美國國會均LEDLED會穩定地發光,但如果接上交流電,進行階段性禁止白炙燈泡的使用外,目前已經會呈現閃爍的型態,閃亮的頻率依據輸入交流2018年全面禁用白炙燈泡,而美有加拿大宣佈的發光原理是外加電壓,電的頻率而定。 國加州在內的部份州,也要在2018年禁止白炙LED讓電子與電洞在半導體內結合後,將能量以光燈泡,而澳洲則宣 的形式釋放。 目前全球產業所發展出的不同種年全面禁止販售白炙燈泡,中國、日佈在2018能夠發出從紅外線到藍之間不同波長的本也有LED的獎勵方案在規劃中。 雖然目前市類LED,近年光線,而業界也有紫色~紫外線的面上已經有另一種節能燈具產品省電型螢光燈LED上塗上螢最吸引人的發展是在藍光LED來 光粉,將藍光轉化成白光的白光時間較一般白炙燈泡長,而且不能調整光源輸具之所以被稱為世紀新光源,原因在於則具備更多的LEDD出亮度,普及度仍不夠高。 LED備點光源與固態光源的特性,能夠節省能源、節能效益,並且藉由技高耐震、壽命長、體積小響應快速、並且色彩術的提昇,亮度已經達到讓人滿意的程度,但LED價格高昂是一大問題,未來隨著全球廠商飽和度高。 的亮度2.2LED燈具的量產腳步加快,價格降低後可加速LED種單3在討論LED的普及程度。 產品會看的發光亮度有)、光量單位 為LED100,000小時以上,但事實上的亮度是會種單位各自有適合使用的領CD衰減的,在運用一段時間後,亮度會衰撿到原),3power;1 域,但是在數值上是互通的。 本的一半或甚至更少。 但所幸隨著業界技術的表示完全輻射的物體,在白金凝固點溫度進步,減少LEDCD亮度衰減問題的方案很多。 在下,每六十分之一平方公分面積的發光強度。 4生產過程中,選用如元素材料能夠擁有LEC1LED較久的亮度衰減週期,而廠商使用的適合用在主動發光燈具領域,如白熱燈泡。 製程1 表示與成品究竟能耐用多久有很大的關係,配色也lm平方公分1光照射在距離為的使用壽命,比一LED1公分,面積為CD廠的生產關鍵。 LED是平面上的光量。 適合用在反射燈具與穿透燈具11,000般白炙燈泡的小時、日光燈具的萬小時使用壽命可達,LED領域,如投影機。 萬小時,大幅降低燈具5LED 替換的成本。 這項特性幫助1 1 Lux表示指平方公尺面積上的照度。 1光量均勻分佈在LmL燈具在價格競爭上,有了將一般燈泡替換成的發的好理由,更可藉由這項優勢,讓許多原ED適合用在攝影領域。 一般而言,單一LED102/6 L本因經濟考量而不能全天開啟的環境,藉由的最大電流上LED驅動電流都會設計到逼近ED照明讓公共或私人場所限値,因處於臨界值,要避免危險選用定電流更安全。 比如說公共停車場、冰箱等等應用範方式驅動,會比電流不恆定的定電壓驅動方式 也因為如此,使用定電壓驅動),日前就已經將該公司的冷凍設備改採Mart燒毀因此必須犧性亮度使用較低的LED擔心LED產品。 省電的,故當視覺照明需要較高亮度時LED電流驅動較明顯的缺點就是散熱問題,不當的LED就無法達到。 而使用定電流驅動不論在亮度、燈具的光度與使用壽命衰減,散熱將導致LED穩定度及壽命均會優於同樣亮度的定電壓驅動所幸這部份藉由新技術的加持,漸漸也有了顯燈源。 調光控制PWM3.3著的改善。 訊號控制,這種方PWMLED亮度可透過 三、驅動原理的輸LED法透過調整驅動器的導通時間控制的影響定電流控制與定電壓控對LED3.1驅動器的輸LED出電流。 模擬調光改變的是顆數不燈源因顏色或使用的LEDLED調光出電流,會導致色彩失真。 所以,PWM同,要點亮各個燈源即需要不同的電壓值,而是調節LED亮度的理想方式。 採用PWM調來如12V>若要只使用一種定電壓電源供應器光方式時,LED驅動器的導通時間可調,其工(顆數在各個點亮不同的燈源時,必須依LED作週期近似等效於顯示器亮度,即100%工作燈源上加上數量不等的串聯限流電阻,以限制PWM週期對應最大亮度。 也可以利用調光方電源供應器輸出過高的電壓到燈源上,如此雖電流,但由於控制案從零到滿負載調節LED但也同時帶來功率損耗並轉成LED迴路速度太慢,無法實現較寬的亮度調節範可以點亮熱能累積在燈源上,不只違反照明節能目標也圍。 對電路進行改進則可獲得快速響應,利用調光控制迴就可以實現這樣的HT46R24PWM衰減加速。 此外,雖然可以在理論上LED使計算出所需的限流電阻值,但因燈源點亮後或路。 環境的熱效應會造成電阻值變動,最常發生的當PWMLED調光訊號變低時,透過斷開與情形是溫度昇高時燈源本身電阻會下降,此時電流降到零。 同串聯的開關,可迅速將LED電源供應器輸出的電流會大幅超越額定電流值MOSFET的閘極驅動器透時,用於驅動開關過度驅動發亮而縮短壽命。 另一LED並造成接腳被關閉,透過的過短接MAX16818CLP延長線(方面若燈源與電源供應器距離太遠時導通Q1完成該作業。 同時,與外部電壓迴路會造成壓降而大大降低光度輸出。 開路,因而保持外中補償元件串聯的開關(Q3>使用過長>上有單顆損壞定電壓控制系統當串聯的LEDCLP部電壓迴路補償電容器的電壓。 將接腳也會整體電壓快速降低而使得電短路到地可以立即將輸入電流降至零。 因為平LED時週邊流加大而陸續過熱損壞;定電流系統因會依回均電流控制模式有很高的交越頻率: 授電阻、電流值來調整因此能避免此現像。 在亮度、穩定度及壽命上的比較3.2 與傳照明的電源供應來說,LED所以,不需要將一個開關與內部迴路電流的補就LED統燈泡發光方式不同之處在於燈泡是靠電子流償電容器串聯。 一旦PWM調光訊號變高,接腳斷開,而與外部電壓補償電路串聯的CLP是靠電子流過LED過產生的熱能而發光,而激發出光子來發光;故轉換效率越高,或是電開關導通,打開串聯開關允許LEDLED電流子數量越大,光就越亮,而當電子數量過大就流過。 透過這種方式,控制迴路可以恢復到斷燒毀,因此為得到更好的亮度,電流通路前的狀態,快速恢復LED開電LED會造成LED103/6 流,而且電流過衝非常小。 LED驅動器的完整 1所示。 原理圖如圖至驅動器輸入電壓為7V1中的LED圖1.2A0.4A到電流透過電位器R2在28V,LED只到4LED支路可以串聯1範圍內調節。 提供了一個亮度調節過程的例子。 。 圖2LED當,降時間快的上升和下較LED電流具有電LED調光訊號變高時,對於0.8A的PWM圖流會有小於100mA的過衝。 電流的下降過程PWM調光過程中,LED2b: >電流: LED: (Ch1PWM調光訊號;Ch2採用了相同設置,唯一區別是輸3b3a和圖圖。 入電壓為14V 驅動器原理圖。 升壓LED圖1: 降壓- ,輸入的電流為0.8A只串聯2a中,3LED圖調光訊為PWM電壓為7V。 示波器通道1訊號電流,該電流在PWM號,通道4為LED訊號切斷中,當PWM變高時會增大。 圖2b 電流降為0。 時,LED電流的上升過PWM調光過程中,LED圖3a: 串聯只LED0.8I=A,3程(Vin=14V,>LED電流PWM調光訊號;Ch4: : >(Ch1 電流的上升過調光過程中,LED圖2a: PWM>串聯3只LED,VI=0.8A,(Vin程=7 > LED電流: (Ch1: PWM調光訊號;Ch4 圖3b: PWM調光過程中,LED電流的下降中 (Ch1: PWM調光訊號;Ch4: LED電流> 從上述測試結果可以看出,平均電流控制模式能夠理想用於LED驅動。 同時,也可以方便地對該電路加以改良,使PWM亮度控制電路能實現較高的調光比。 104/6 用可兩個電晶體組成達靈頓電晶體模組來驅 四、LED路燈系統採用LED路燈,如圖7所示,其中Q1動電晶體,Q2採用2N3055電晶體。 2222A本作品『高功率LED路燈控制器設計與製作』,主要是由36Watt路燈、驅動電路、 MCU控制電路、DC24V電源供應器與鋁擠型散熱器所組程,如圖4所示。 分述如下: 圖7達靈頓電晶體驅動電路 3.MCU控制電路: 本作品『高功率LED路燈LED路燈控制系統圖4高功率控制器設計與製作』控制核心採用盛群半導率主要由12顆高功1.36WattLED路燈: 體公司ADType之HT4624MCU,其中微6所構成並且採用,LED(If=700mAVf=3V>控制器藉由AD埠讀取調光旋鈕VR訊號,經由微控制器PWM埠輸出PWM陣列,。 如圖串聯2並聯方式完成LED5訊號驅動LED路燈,MCU控制功能方塊圖,如圖8所示。 所示。 整體電路圖,如圖9所示。 圖5LED陣列 2.散熱器: 由鋁材擠製而成,高功率LED燈經由散熱器以熱傳導與對流方式將熱散去,如圖6所示。 圖8MCU功能方塊圖 圖6鋁擠型散熱器 3.驅動電路: 本作品高功率LED路燈其電氣規格,電流為1.4A,電壓為24V,功率36W,驅動電路中需要很高的電流增益,單一個電晶體難以達到此項要求,所以我們採 105/6 圖9整體電路圖 LED控制程式: 本專題製作『高功率4.MCU 路燈控制器設計與製作』控制流程方塊圖,如所示。 圖10 路燈點亮測試圖1136WattLED 六、結論年被列為前景最被看好2008LED路燈在三大照明應用之一,所以本專題嘗試LED的HT4624 TypeAD之導體公司使用盛群半路燈控制設計與製作一『高功率LEDMCU 器』,經實際測試,它不僅可以線性點亮高功控制流程方塊圖圖10 路燈,還具有調光節電功效,未來還率LED五、實際測試LED可以在此基礎上發展其它智慧型高功率路36WattLED本專題將專題作品分成路燈,期望使LED路燈更具有實用性與市場電源DC24VMCU競爭力。 燈、驅動電路、控制電路、供應器與鋁擠型散熱器,進行個別實機測試,最後再將四個元件組合起來進行整合系統實機參考文獻36WattPWM值觀察測試。 測試項目為改變微控制器理論與實務寶“HT46XX1.LED路燈照度與溫度變化,實驗數據如表一所鍾啟仁,”,全華圖書。 典示,由實驗數據顯示36WattLED路燈之驅動,盛群半導體公使用手冊”2.“HT-IDE3000訊電流、照度與溫度均與微控制器輸出PWM號成線性正比,證明本專題所製作之高功率司。 3.“HT46R24Handbook”,盛群半導體公司。 36WattLED路燈控制器之可行性,本作品LED顯示。 路燈點亮測試情形如圖11 實驗數據表一 LxTc120050中心(Tc)1000溫差(Td)40照度(Lx)80030600204001020000電流I0.40.20.10.30.51.51.310.90.80.60.71.11.21.4 106/6
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