基于新型正反激组合变换器LED驱动电源的研究

论文摘要

随着半导体照明技术的发展，LED作为一种新型照明光源，它具有抗震性好、无频闪、寿命长、光效高、无污染、无辐射、节能等特性，已经广泛地应用于电信、邮政、金融、交通等各个行业。LED的应用需要有合适的驱动控制电路与之相匹配，从而使得LED的发光效果以及LED照明系统的可靠性、安全性满足人们的需求。本文概述了现有LED照明系统驱动电源拓扑结构的现状，并详细分析了各种拓扑结构应用的不足之处，在总结现有正反激变换器的基础上提出了一种新型应用于LED照明系统驱动电源的电路拓扑。本文详细分析了所提正反激变换器的工作原理，利用状态空间平均法进行了这种正反激变换器各种工作模式下的稳态特性分析，并通过SABER软件仿真的方法验证了理论分析。本文建立了所建电路各元器件损耗模型并给出具体参数计算，通过实验的方法验证了理论计算的有效性。本文完成了一台中小功率LED照明系统驱动电源样机的研制，整台变换器样机包括升压型BOOST拓扑构成的功率因数校正电路和一种新型正反激拓扑构成的DC-DC电路。该样机BOOST电路采用电流型变频控制的方法，正反激变换器采用电压型变频控制的方法，两级变换器电路均工作在临界模式。本文对样机中各主要元器件参数进行了详细的设计，包括BOOST主电路的电感、开关管和二极管以及控制电路中各器件参数，正反激主电路的变压器、开关管、二极管、谐振电感和谐振电容以及控制电路中各器件参数等。通过对实验波形的详细分析，得出变换器具有输入端的能量可以通过变压器双端传递到负载端，在使用相同元器件的条件下，变压器利用率高，变换器功率密度高和整机容量大，变换器可以工作在谐振模式，整机效率高，且主电路和控制电路结构相对简单，变换器整体成本相对低等结论。实验测试的样机的稳态性能与理论分析和推导的特性基本一致，变换器整机的效率符合理论分析和计算的结果，变换器满载时最高效率达到了94%。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 LED 照明系统对驱动电源的要求
• 1.3 现有 LED 驱动电源拓扑特点分析
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 一种新型正反激组合变换器的设计分析
• 2.1 正反激组合变换器的研究现状
• 2.1.1 两个变压器的正反激组合电路的分析
• 2.1.2 一个变压器三个绕组的正反激电路的分析
• 2.1.3 一个变压器两个绕组的正反激电路的分析
• 2.2 一种新型正反激组合电路的工作原理
• 2.3 新型正反激变换器的稳态分析
• 2.3.1 CCM模式下稳态性能的分析
• 2.3.2 DCM模式下稳态性能的分析
• 2.3.3 临界电流模式下稳态性能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 正反激变换器的损耗模型分析
• 3.1 正反激变换器的损耗分析
• 3.1.1 高频变压器的损耗
• 3.1.1.1 原边绕组铜损的计算
• 3.1.1.2 副边绕组铜损的计算
• 3.1.1.3 铁芯损耗
• 3.1.2 开关管的损耗
• 3.1.2.1 开通损耗
• 3.1.2.2 关断损耗
• 3.1.2.3 驱动损耗
• 3.1.2.4 导通损耗
• 3.1.2.5 MOS 管上的总损耗
• 3.1.3 整流二极管的损耗
• 3.1.4 其它器件的损耗
• 3.1.4.1 采样电阻上的损耗
• 3.1.4.2 输出滤波电容的损耗
• 3.1.4.3 芯片损耗
• 3.1.5 电路总损耗及其转换效率
• 3.2 不同参数设计下正反激变换器性能及效率分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 一种新型室内 LED 照明系统驱动电源的设计
• 4.1 驱动电源的组成与主要性能参数
• 4.2 BOOST 功率因数校正电路的设计
• 4.2.1 工作频率 f 和电感量 L 的确定
• 4.2.2 电感磁芯与绕组匝数及线径的确定
• 4.2.3 MOS 管和二极管的选取
• 4.2.4 控制电路的设计
• 4.3 正反激电路的设计
• 4.3.1 变换器工作占空比 D 和变压器匝比 n 的确定
• 4.3.2 变压器励磁电感 Lp和变换器工作频率 fs的确定
• 4.3.3 变压器原副边绕组匝数的确定
• 4.3.4 变压器原副边绕组线径的确定
• 4.3.5 谐振电容和电感的设计
• 4.3.6 开关管和二极管的选取
• 4.3.7 控制电路的设计
• 4.3.7.1 恒压/恒流控制电路设计
• 4.3.7.2 控制电路参数设计
• 4.4 实验结果
• 4.4.1 BOOST 功率因数校正电路实验结果
• 4.4.2 正反激电路实验结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论及今后的工作
• 一、本文的主要工作
• 二、今后的工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录 样机附图
• 个人简历