单级PFC LED驱动电源的研究与设计

论文摘要

随着能源成本持续上升，采用更高效、更低成本的光源引起了极大的关注，LED以其环保、寿命长、光电效率高等众多优点，近年来在市电照明市场上的比重越来越大，带动了具有功率因数校正（PFC）功能的驱动电源的发展。由于单级PFC的体积小，成本低，可靠性好，而且结构简单，为了达到提高功率因数的目的，本文设计了一款单级PFC LED驱动电源。基于单级PFC的工作原理，分析了各种变换器拓扑的优缺点及应用场合，指出单端反激变换器更具优势；分别比较了有源功率因数校正三种工作模式及三种控制方式的优缺点，进一步指出主电路应工作在连续导电模式下的平均电流控制模式；详细分析了连续导电模式单级PFC反激开关变换器的工作原理、稳态特性后，给出了输入电流与输入电压的关系；同时对极限参数和输出电压纹波进行了详细的分析，为主电路的设计提供了理论依据。综合以上分析，得出了连续导电模式下基于反激变换器的单级PFC电路设计的一般方法。基于该设计方法，采用PFC控制器NCP1652研制了一台基于反激变换器的单级PFC电路试验样机，其工作电压为90VAC265VAC、输出为48V/2A，经实验测试，该设计电路工作正常，且功率因数达到了0.98。该电路基本消除了谐波对电网的污染，提高了功率因数，满足IEC61000-3-2谐波标准。实验结果验证了理论分析的正确性和可行性，表明了该电路具有较强的实用性和优越性，对单级PFC技术有普遍的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及研究的意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 单级PFC 的提出
• 1.1.3 本课题研究的意义
• 1.2 本课题的国内外研究动态及发展趋势
• 1.2.1 LED 驱动电源的研究动态
• 1.2.2 LED 驱动电源的发展趋势
• 1.3 本课题研究内容与研究目标
• 1.4 本章小结
• 2 单级PFC 电路介绍
• 2.1 概述
• 2.1.1 谐波及功率因数（PF）
• 2.1.2 功率因数校正技术的分类
• 2.2 单级PFC 技术的工作原理
• 2.3 单级PFC 主电路的选择
• 2.4 工作模式及控制方式的确定
• 2.4.1 工作模式的确定
• 2.4.2 控制方式的确定
• 2.5 本章小结
• 3 基于反激变换器的单级PFC 电路分析
• 3.1 基于反激变换器的单级PFC 电路组成和原理
• 3.2 连续导电模式单级PFC 反激变换器的稳态分析
• 3.3 连续导电模式单级PFC 反激变换器的极限参数分析
• 3.3.1 初级电感电流峰值Ipk
• 3.3.2 初级有效电流I1
• 3.3.3 输出电压纹波
• 3.4 本章小结
• 4 基于反激变换器的单级PFC 电路的设计
• 4.1 EMI 滤波器和整流器的设计
• 4.1.1 EMI 滤波器的设计
• 4.1.2 整流器的设计
• 4.2 主电路的设计
• 4.2.1 高频变压器T 的设计
• 4.2.2 功率开关管的设计
• 4.2.3 输出整流二极管的设计
• 4.2.4 输入电容的设计
• 4.2.5 输出滤波电路设计
• 4.2.6 缓冲电路的设计
• 4.3 控制电路的设计
• 4.3.1 启动电路的设计
• 4.3.2 限流电阻的设计
• 4.3.3 定时电容的设计
• 4.3.4 乘法器外围参数的设计
• 4.3.5 开关管电流检测电阻的设计
• 4.3.6 电流检测端滤波器的设计
• 4.4 反馈电路的设计
• 4.5 本章小结
• 5 单级PFC 电路实例及实验结果
• 5.1 技术指标
• 5.2 实例电路的设计
• 5.2.1 基本参数计算
• 5.2.2 高频变压器参数计算
• 5.2.3 电路主要元件的选型
• 5.3 实验及结果
• 5.3.1 实验波形
• 5.3.2 数据表
• 5.3.3 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录