60W LED驱动电源的研制

论文摘要

LED属于低压冷光源,其发光性能和使用寿命受驱动电源品质和使用环境的影响,因此需要开发高效可靠的LED专用驱动电源与之配套。当前LED驱动电源存在效率不高、可靠性较低、电磁兼容不达标等问题,因此开展高效率和高性能LED驱动电源的研究具有很强的理论意义和现实意义。论文在简要介绍大功率LED的发光特性、伏安特性和其驱动方式的基础上,对LED驱动电源设计中所涉及到的功率因数校正、反激式变换器、高频变压器等关键技术进行了较为深入的研究。在此基础上,设计了一款60W的LED驱动电源。文中驱动电源的设计采用单级功率因数校正(PFC)变换器方案,该方案通常采取隔离升压式Boost结构的峰值电流控制和DC/DC变换器组成。在单级PFC变换器中,PFC级和DC/DC级共用一个开关管和一套控制电路,同时实现对输入电流和输出电压的调节。它的优点是电路结构简单、使用元器件数量少、成本低,而且也能实现较高的电源转换效率。PFC级使用了工作在临界导通模式的功率因数校正控制器L6562A,文中首先介绍了临界导通模式功率因数校正器的基本原理,接着对基于L6562A的PFC控制电路的主电路参数进行推导和设计。DC/DC级采用反激式变换器设计,对反激式变换器的基本原理和主要参数进行了分析和计算,并据此设计了变压器。限压恒流反馈部分采用AP4310实现对电压和电流的双环反馈。最后,介绍了驱动电源的电磁兼容性和可靠性设计的考虑,分析了电磁干扰产生的原因和抑制电磁干扰的措施,并对浪涌电流、尖峰脉冲采取了防护措施。结合以上设计方案,对研制的60W LED驱动电源进行了测试,采集了关键点的波形并进行了分析。测试结果表明,驱动电源工作正常,LED光源发光稳定,功率因数达到0.94以上,整机效率达到91%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 LED介绍
• 1.2.1 LED的结构和发光原理
• 1.2.2 LED的主要参数与特性
• 1.3 大功率LED驱动的方式和要求
• 1.3.1 大功率LED对驱动电源的要求
• 1.3.2 大功率LED的驱动方式
• 1.3.3 大功率LED的连接方式
• 1.4 方案的比较与确定
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第二章 LED驱动的拓扑结构
• 2.1 反激变换器
• 2.1.1 反激变换器的拓扑结构
• 2.1.2 基本工作原理
• 2.1.3 反激变换器的工作模式
• 2.1.4 反激变换器的变压器
• 2.2 正激变换器
• 2.2.1 正激变换器的拓扑结构
• 2.2.2 正激变换器的工作原理
• 2.2.3 正激变换器磁复位
• 2.3 半桥变换器
• 2.3.1 半桥变换器的拓扑结构
• 2.3.2 半桥变换器的工作原理
• 2.4 全桥变换器
• 2.4.1 全桥变换器的拓扑结构
• 2.4.2 全桥变换器的工作原理
• 2.5 谐振变换器
• 2.5.1 谐振变换器拓扑结构
• 2.5.2 准谐振变换器的工作原理
• 第三章 驱动电源电路设计
• 3.1 主体电路的设计
• 3.1.1 设计指标
• 3.1.2 预定设计参数
• 3.2 临界导通模式功率因数校正
• 3.2.1 功率因数校正问题的提出
• 3.2.2 功率因数与总谐波失真系数的关系
• 3.3 功率因数校正技术
• 3.3.1 无源功率因数校正
• 3.3.2 有源功率因数校正
• 3.3.2.1 有源功率因数校正控制原理分类
• 3.3.2.2 升压式功率因数校正电路工作模式
• 3.4 临界导通模式功率因数校正电路设计
• 3.4.1 临界导通模式PFC控制器L6562A
• 3.4.2 临界导通模式PFC工作原理
• 3.4.3 临界导通模式PFC电路参数设计
• 3.5 钳位保护电路的设计
• 3.5.1 基本钳位保护电路
• 3.5.2 钳位电路设计
• 3.6 输出电路设计
• 3.6.1 输出整流二极管
• 3.6.2 输出电容
• 3.6.3 采样电阻
• 3.7 PFC反馈电路设计
• 3.8 恒流的实现
• 第四章 反激变压器设计
• 4.1 反激变压器概述
• 4.2 变压器损耗分析
• 4.2.1 变压器的磁芯损耗
• 4.2.2 变压器的绕组损耗
• 4.3 设计目标
• 4.4 磁芯选择
• 4.4.1 AP法的优点
• 4.4.2 AP法选择磁芯
• 4.5 计算绕组匝数
• 4.6 变压器的绕制
• 4.6.1 变压器绕组的绕法
• 4.6.2 气隙的选择
• 第五章 驱动电源的电磁兼容性与可靠性设计
• 5.1 电磁兼容性设计
• 5.1.1 电磁干扰与电磁兼容
• 5.1.2 开关电源电磁兼容性问题的产生
• 5.1.3 开关电源电磁干扰的抑制
• 5.2 可靠性设计
• 5.2.1 开关管驱动电路的改进
• 5.2.2 浪涌电流和电网瞬时尖峰脉冲的防护
• 5.3 电路布板注意事项
• 5.3.1 信号地和功率地
• 5.3.2 大功率器件的布线要求
• 5.3.3 控制电路布线原则
• 第六章 系统功能测试与实验结果分析
• 6.1 驱动电源实物图
• 6.2 工作波形与分析
• 6.2.1 开关管栅极驱动波形
• 6.2.2 开关管漏极电压波形
• 6.2.3 输出电压和电流波形
• 6.2.4 EMC测试结果
• 第七章 工作总结和展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录