路灯用LED驱动电源的研究和设计

论文摘要

LED路灯的突出优点就是节能,为了使节能最大化,也为了满足路灯调光的需要,LED驱动电源需要在满载和轻载之间转换,传统的大功率LED驱动电源的满载效率只有85%左右,轻载时效率更低,这不符合LED照明的发展要求。随着LED路灯大规模应用于路面照明,谐波对电网的污染问题就必须考虑,所以加入功率因数校正（PFC）电路是必要的,但是工作在轻载状态下PFC电路的效率下降很多,影响了整体电源效率；传统升压式（Boost） PFC电路采用大电感完成升压,不利于散热,温度会很高,会对LED的发光产生影响。针对以上情况,本文研究设计一种单相交流88V-264V输入,输出电压为48V,输出电流为6.25A,6路驱动的大功率LED驱动电源。本文采用了交错式PFC与半桥LLC谐振组合的方案,设计研制一台大功率LED驱动电源。通过对半桥LLC谐振电路的分析,建立半桥LLC谐振电路的基波近似模型,对谐振网络进行电压增益和阻抗特性分析,完成谐振网络、变压器和功率器件的设计,实现了宽频率范围开关管的零电压导通（ZVS）,解决了恒流驱动电源在轻负载工作状态下效率低的问题；设计了基于NCP1631的交错式PFC电路,实现了不连续导电模式（DCM）和连续导电模式（CCM）优点的结合,减小了输出均方根（RMS）电流,提高了PFC电路的效率；采用两个小功率的电感代替传统电路中的大电感,解决了电感散热问题,减小了环境温度对LED的影响；设计了基于LM3404的Buck恒流电路,为LED恒流供电,减小LED的光衰,增加LED的使用寿命。经过实验验证,电源达到了预期的目标,运行稳定,能够满足LED路灯负载变化时驱动电源的高效率高功率因数要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 LED路灯的发展现状
• 1.2.1 LED的发光原理及特点分析
• 1.2.2 LED路灯发展的现状
• 1.3 LED驱动电源的研究概况
• 1.3.1 LED对驱动电源的要求
• 1.3.2 LED驱动电源的类型及特点
• 1.4 论文的研究意义及主要内容
• 2 系统整体结构及半桥LLC谐振电路的设计
• 2.1 LED驱动电源整体的设计要求
• 2.2 LED驱动电源主电路的设计
• 2.3 半桥LLC谐振电路的分析
• 2.3.1 半桥LLC谐振变换器结构
• 2.3.2 半桥LLC谐振变换器工作原理分析
• 2.3.3 半桥LLC谐振电路的FHA模型
• 2.3.4 谐振网络电压增益
• 2.3.5 谐振网络的阻抗分析
• 2.4 半桥LLC谐振电路的设计
• 2.4.1 半桥LLC谐振电路基本结构设计
• 2.4.2 谐振网络参数的计算
• 2.4.3 变压器的设计
• 2.4.4 功率元器件选择与设计
• 2.5 本章小结
• 3 LED恒流驱动电路的设计
• 3.1 LED恒流驱动电路的基本结构
• 3.2 电流对LED特性的影响
• 3.3 LED驱动电路的分类及特点
• 3.4 LED恒流驱动主电路的设计
• 3.4.1 电感式降压式设计方案及工作原理分析
• 3.4.2 驱动电路芯片的选择及电路设计
• 3.5 本章小结
• 4 功率因数校正电路的设计
• 4.1 功率因数及功率因数校正技术
• 4.1.1 功率因数的定义
• 4.1.2 功率因数校正的分类及特点
• 4.2 基于BOOST变换器的两种控制模式
• 4.3 APFC主电路的设计及控制芯片的选择
• 4.3.1 PFC控制器NCP1631功能特点及原理分析
• 4.3.2 交错式钳位频率的临界导电模式的实现
• 4.3.3 APFC主电路的电路设计
• 4.4 本章小结
• 5 实验总结与分析
• 5.1 有源功率较正电路实验及分析
• 5.2 半桥LLC谐振电路的实验分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 谐振电路实物图（正面）
• 附录B 谐振电路实物图（反面）
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢