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100W照明用LED驱动电路设计与研究

作　者: 程鹏飞
导　师: 张文超；罗友
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 大功率 LED 开关电源有源功率因数校正准谐振
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

LED应用于照明是二十一世纪照明市场的新希望,尤其是大功率白光LED更被寄以厚望,是照明产品的新兴光源,有“绿色照明”光源之称,发展潜力无限。在城市道路照明系统中采用绿色节能,安全可靠的LED路灯已经成为近年来各地建设节约型社会的重要措施,具有广阔的市场空间。由于LED路灯工作于较严酷的室外环境,因此对其驱动电源有着很高的性能和可靠性要求。目前,LED路灯驱动电源仍存在转换效率低、功率因数低、输出电流稳定性差、寿命不能与LED相匹配等问题,已经成为制约LED路灯照明装置进一步推广应用的瓶颈。因此,研制高性能高可靠性的LED路灯驱动电源具有重要的实用价值。本文给出了大功率LED驱动电源课题的背景和研究意义,回顾了大功率LED驱动电源的发展状况,展望了未来趋势,并简要介绍了大功率LED的电气特性。在此基础上,根据LED的工作特性和驱动器的等级标准提出了一种三级式方案,前级是PFC级,中间级是准谐振DC/DC级,后级是恒压恒流电路。PFC级采用电感电流临界连续模式的Boost变换器,DC/DC级采用准谐振模式的反激变换器。由于升压型临界连续模式、电流峰值控制模式的有源功率因数校正技术具有控制电路较简单,可实现零电压导通、功率因数高的优点,适用于中小功率的电源产品。因此本电路采用L6561芯片设计一款有源功率因数校正电路,应用于100WLED驱动电源中,降低谐波干扰,稳定输出电压,使整个电路系统的功率因数高达0.99。而准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗,从而提高可靠性。此外,软开关可以改善电源的EMI特性,允许设计人员减少使用滤波器的数目,因而降低成本。文中首先对临界连续工作模式的功率因数校正的工作原理和主电路参数进行推导与设计,以及对基于L6561的PFC控制电路的设计进行了详细的研究。其次详细介绍了准谐振模式的理论基础和应用,对基于NCPl377的反激变换器的工作原理和稳态特性进行了详细的分析。论文详细介绍了该方案的工作原理和特点,并分析了钳位电路及基于AP4313的恒压/恒流电路。结合上面提到的方案,本文制作了一台输入宽电压范围(90～265Vac),53V/1.8A输出的100W照明LED开关电源,包括EMI滤波电路、基于L6561的功率因数校正电路、以NCP1377为核心的准谐振电路等,实验结果验证了所提方案的可行性。该LED驱动电源具有电路简单、成本低、易于控制、更易符合相关的EMC标准等优点,具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题产生的背景  10-12
  1.2 研究的现实意义  12
  1.3 LED 的驱动现状研究及发展趋势  12-14
    1.3.1 LED 的驱动现状研究  12-14
    1.3.2 大功率照明用LED 开关电源的发展趋势  14
  1.4 本课题研究的主要内容  14-16
第2章大功率LED 电气特性与驱动电源方案选择  16-20
  2.1 大功率LED 电气特性  16-18
  2.2 驱动方案的选择及设计框图  18-19
    2.2.1 驱动方案的选择  18
    2.2.2 设计框图  18-19
  2.3 本章小结  19-20
第3章有源功率因数校正的实现与仿真  20-35
  3.1 功率因数校正定义  20-21
  3.2 功率因数（PF）与总谐波畸变因数（THD）的关系  21
  3.3 提高输入功率因数的主要方法  21-23
  3.4 基于临界导通模式的有源功率因数校正电路设计  23-34
    3.4.1 L6561 芯片介绍  23-25
    3.4.2 基于L6561 的有源功率因数校正（APFC）原理图  25-26
    3.4.3 电路参数设计  26-32
    3.4.4 影响总谐波畸变因数（THD）的因素及改进措施  32-33
    3.4.5 基于L6561 的APFC 的实物图  33-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章准谐振反激变换器及恒压恒流控制  35-49
  4.1 准谐振反激变换器设计  35-46
    4.1.1 准谐振反激变换器基本原理  35-37
    4.1.2 主要参数计算  37-43
    4.1.3 控制电路设计  43-46
  4.2 恒压恒流电路设计  46-48
  4.3 本章小结  48-49
第5章实验结果及分析  49-56
  5.1 PFC 电路测试结果与分析  50-52
  5.2 准谐振反激变换器测试结果及分析  52-54
  5.3 恒压恒流测试结果及分析  54
  5.4 整机效率测试结果与分析  54-55
  5.5 本章小结  55-56
第6章抗EMI 电路的设计  56-63
  6.1 照明系统中的电磁干扰  56-57
  6.2 EMI 滤波器的设计  57-61
    6.2.1 元器件的选择  58-60
    6.2.2 其他抗干扰措施  60-61
  6.3 实验结果  61-63
第7章总结  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录1：作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目  68-69
附录2：100WLED 驱动电路原理图  69-70
附录3：100WLED 驱动电路PCB 图  70-71
详细摘要  71-79

100W照明用LED驱动电路设计与研究

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