70W LED防爆灯驱动电源设计

论文摘要

随着绿色照明的发展趋势及国家对井下作业安全的重视，节能环保的矿用灯具备受人们的青睐。LED防爆灯具是市场上热销的矿用灯具的一种，它采用LED作为光源，与传统灯具相比有节能、环保、寿命长等优势，目前LED防爆灯照明在煤矿生产中的应用领域越来越广泛，并发挥了不可替代的作用。虽然LED的优势很多，但是LED的光性能对电流要求高，流过LED的电流大小决定LED的发光强度，电流过强长时间会引起LED光通量的衰减，电流过弱会造成LED发光亮度不够。LED防爆灯要安装在环境恶劣的场所，灯寿命和安全性要求严格，而LED的驱动电源是影响灯寿命和安全的重要因素，因此研究一款效率好、功率因数高、稳定性、防水防尘都达标的LED防爆灯驱动电源具有重要的现实意义。本文论述了LED防爆灯驱动电源课题的背景和研究意义，提出了LED防爆灯驱动电源的设计难点，介绍了有源功率因数校正，反激式变换器，可靠性设计等关键技术原理。在分析LED防爆灯驱动电源的设计要求基础之上，给出了一款70W LED防爆灯驱动电源的整体设计。文中采用功率因数校正和直流-直流变换器的两级方案。由于升压型临界模式功率因数校正具有比较简单的控制电路，适合应用在中小功率的电源驱动产品中，因此第一级选用临界导通模式实现对功率因数的校正，减小谐波分量，为后级提供稳定电压；又根据设计功率大小的要求，第二级选用反激式变换器实现所要达到的直流输出，采用LM321来限压恒流实现对电流的反馈。文章首先对LED的发光原理、发展历程和趋势及LED防爆灯驱动电源的发展现状和趋势进行了介绍；其次论述了功率因数校正技术，给出了三种不同模式下的有源功率因数校正的原理及优缺点比较，随后提出了单级式变换器和两级式变换器技术的应用场合及其优缺点对比；再次分析了反激式变换器的工作原理及总结。在上述的理论基础之上，设计了一款70W LED防爆灯驱动电源的两级式电路即前级基于NCP1608芯片的临界导通模式的有源功率因数变换器的设计，后级基于TOP258EN芯片的反激式变换器的设计；并对两级式变换器的主电路和控制电路的参数进行了详细的设计；总结了调试时遇到的问题和解决方法并对LED防爆灯驱动电源的可靠性进行了分析，提出了主要的改善方法。本文最后对研制的70WLED防爆灯驱动电源样机的关键点的波形做出了采集和分析。测试结果表明：输出电压47V，输出电流1.5A，驱动电源整机效率达到0.87，功率因数0.95以上，电路简单，成本低，电源工作稳定可靠，实验结果证明该方案具有可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 LED 介绍
• 1.2.1 LED 的发光原理
• 1.2.2 LED 的电气性能
• 1.3 LED 防爆灯
• 1.3.1 LED 防爆灯驱动电源
• 1.3.2 LED 防爆灯驱动电源的发展现状及趋势
• 1.3.3 70W LED 防爆灯驱动电源的提出
• 1.3.4 70W LED 防爆灯驱动电源的设计难点
• 1.4 本课题研究的主要内容及意义
• 1.4.1 本课题研究的主要内容
• 1.4.2 本课题研究的意义
• 第2章 功率因数校正
• 2.1 功率因数的提出
• 2.2 功率因数校正定义
• 2.3 功率因数校正技术
• 2.3.1 无源功率因数校正
• 2.3.2 有源功率因数校正
• 2.4 PFC 变换器
• 2.4.1 单级隔离式 PFC 变换器
• 2.4.2 两级式 PFC 变换器
• 2.5 功率因数校正的小结
• 第3章 反激式变换器
• 3.1 反激式变换器的提出
• 3.2 反激式变换器的工作原理
• 3.2.1 电流连续反激式转换器的工作原理和基本关系
• 3.2.2 电流断续时反激转换器的工作原理和基本关系
• 3.3 两种工作模式的比较
• 3.4 反激变换器小结
• 第4章 70W LED 防爆灯驱动电源设计
• 4.1 70W LED 防爆灯驱动电源 APFC 电路设计
• 4.1.1 临界导通模式 PFC 控制器 NCP1608 的工作原理
• 4.1.2 基于 NCP1608 的 APFC 主电路设计
• 4.1.3 基于 NCP1608 的 APFC 控制电路设计
• 4.2 70W LED 防爆灯驱动电源 DC/DC 级设计
• 4.2.1 TOP258EN 的工作原理
• 4.2.2 基于 TOP258EN 的 DC/DC 级主电路设计
• 4.2.3 基于 TOP258EN 的 DC/DC 级控制电路设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 LED 防爆灯驱动电源的可靠性设计
• 5.1 LED 防爆灯驱动电源的 EMC 设计
• 5.1.1 EMC 滤波器设计
• 5.1.2 EMC 的布板走线设计
• 5.2 LED 防爆灯的防爆设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 系统测试
• 6.1 驱动电源线路原理图及 PCB 板图
• 6.1.1 电源原理图及分析
• 6.1.2 PCB 板图及分析
• 6.2 驱动电源实物图
• 6.3 工作波形与分析
• 6.3.1 临界导通模式 PFC 工作波形
• 6.3.2 反激变换器的波形及分析
• 6.4 本章总结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要