毕业设计--基于电力电子技术LED节能的设计

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1、1 报告编码报告编码： 基 于 电 力 电 子 技 术基 于 电 力 电 子 技 术 LEDLED 节 能 灯节 能 灯 的 设 计的 设 计 作作 者者 系（院）系（院） 物理与电气工程学院物理与电气工程学院 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 日日 期期 20201515.6.2 .6.2 1 基 于 电 力 电 子 技 术基 于 电 力 电 子 技 术 L E DL E D 节 能 灯 的 设 计节 能 灯 的 设 计 （安阳师范学院 物理与电气工程学院，河南 安阳 455000） 摘 要：本文主要研究利用电力电子技术中直流斩波技术制作节能灯。从电力电子技术中 直流斩波原理

2、出发，结合实际照明要求，在相应电压波动参数下设计相应的方案，并针对 不同的设计方案，进行定性分析并作出定量参数计算。分析这些方案优缺点，作出最优方 案。 关键词：电力电子技术 直流斩波原理 定性分析 定量参数计算 1 1 绪论 1.11.1 研究现状 电力电子技术的应用十分广泛。它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输，电力系 统，通信系统，计算机系统，新能源系统等，在照明，空调等家用电器及其他领域中也有 广泛的应用，照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小，发 光效率高，可节省大量能源，通常被称为“节能灯” ，它正在逐步取代传统的白炽灯和日 光灯。 1.2 研究内容 直流

3、斩波技术在多个方面都有应用，利用高亮度 LED 发光二极管结合直流斩波电路的 三种形式设计出降低能耗、节约能源、注重环保经济型的节能灯。 2 LED 的特性 2.1 LED 的发展史 LED 是一种能够将电能直接转化为可见光的半导体发光器件，材料使用 III-V 族化学 元素如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等，发光原理是将电能直接转换为光能，也就是 对化合物半导体施电流，透过电子与电洞的结合，能量会以光的形式释出，形成发光的效 果， 属于冷性发光， 理论寿命长达十万小时以上。 最早 LED 光源问世于 20 世纪 60 年代初。 当时所用的材料是砷磷化镓（GaAsP） ，发红光（p=6

4、50nm） ，在驱动电流为 20 毫安时， 光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约 0.1 流明/瓦。70 年代中期，引入元素铟 （In） 和氮 （N ） ， 使 LED 产生绿光 （p=555nm） ， 黄光 （p=590nm） 和橙光 （p=610nm） ， 光效也提高到 1 流明/瓦。到了 80 年代初，出现了砷铝化镓（GaAlAs）的 LED 光源，使 得红色 LED 的光效达到 10 流明/瓦。LED 具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、 反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。随着技术的不 断进步，超高亮 LED 的研制得到了成功，尤其是白光 L

5、ED 的研制成功，近年来又生产出 用超高亮白光 LED 发光二极管组装的照明灯。与传统的照明灯相比，在功耗、亮度与寿命 方面以无与伦比的优势成为 21 世纪新光源，使得它越来越多地用在彩灯装饰和照明领域。 2 未来白光 LED 发光二极管的市场规模与应用将无限宽广， 并将进入一般家庭， 取代各种传 统的室内外照明灯具。LED 最大的特点在于无须暖灯时间、开关次数对寿命无影响、反应 速度快(约在 10-9 秒)、安全而且光源控制成本低，使频繁开关成为可能，及运用于声光控 灯上的最佳光源。 LED 声光控灯是及 LED 灯和声光控电路为一体，安装方便，使用寿命长，灯口采用 国标 E27。LED 采

6、用高亮度白光 LED，单颗亮度 6LM 以上，色温 6500-7500，总能耗为 2.5W 相当于 40W 白炽灯的亮度。声光控电路是集声学、光学和延时技术为一体组成的自 动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，LED 灯不亮，当光线黑暗时或晚 上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时， 开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”， 杜绝了长明灯，使得 LED 声光控灯低能耗、长寿命。 2.2 LED 的优点 2.2.1 发光效率高 LED 经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为 12-24 lm/W，荧光灯 50-70 lm/W，钠灯 90-140lm/W，大部分的耗电变成热量损耗。LED 光效经改良后将达到 100-200 lm/W，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出 有色可见光。目前，世界各国都加紧了提高 LED 光