高频无极灯谐振逆变器建模与谐振环参数设计

论文摘要

高频无极灯是一种新型绿色电光源,因泡体内无电极而得名。高频无极灯具有很多优势,譬如高光效、长寿命、高显色性、高色温,因此被应用于公共照明和道路照明。但是由于高频无极灯高频发生器易受环境条件如温湿度影响,在环境恶劣的地方的广泛应用受到限制,所以对高频无极灯高频发生器工作性能的研究很有必要。高频无极灯高频发生器包括四个模块,EMI滤波电路和整流器模块,有源功率因数校正模块和高频谐振逆变电路模块。高频逆变电路能否与后面的谐振环匹配好直接影响高频无极灯能否启辉点亮,本文主要研究高频谐振逆变电路的建模,并优化谐振环参数以保证高频无极灯始终能正常工作,避免出现高频无极灯难以启辉或者高频无极灯熄弧的现象发生。对于高频谐振逆变电路来说,功率开关管的轮流导通产生了高频方波,高频方波给谐振环供电,这一工作机理导致模型具有很强的非线性。本文基于高频无极灯耦合器和泡体的变压器等效模型采用了两种方法对高频谐振逆变电路进行建模。状态空间平均法是广泛应用于电力电子电路建模的方法,但是对于高频谐振逆变电路来说,由于电路中存在振荡电压电流,不适用于用此方法建模。广义状态空间平均方法引入了状态变量的傅里叶级数来代替谐振逆变器状态变量。第二种建模方法是频域建模方法,应用开关周期平均来求得逆变输入和逆变输出的传递函数关系,然后建立灯两端电压和逆变电路输出电压之间的传递函数,这样就得到了高频谐振逆变电路的频域模型,这是一种近似的建模方法。接着本文应用频域法对系统的性能进行分析,分析谐振环参数Lr和Cr对包括灯电压、谐振电感电流、灯功率在内的一系列性能指标的影响。通过这些性能指标确定了Lr和Cr的范围,最后以功率MOSFET管的热效应作为优化目标,对谐振环参数进行优化设计,结果表明在保证高频无极灯正常工作的前提下降低高频发生器的热效应,不但能减小功率MOS管的损耗,而且更符合国家对绿色电光源的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 高频无极灯
• 1.2 高频无极灯的国内外研究现状
• 1.3 高频无极灯的工程应用及研究意义
• 1.4 本文的研究工作及内容章节安排
• 第2章 理论基础
• 2.1 高频无极灯电源电路基础
• 2.1.1 EMI滤波与功率因数校正电路
• 2.1.2 高频逆变电路
• 2.2 建模方法与遗传算法基础
• 2.2.1 建模方法
• 2.2.2 遗传算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 高频谐振逆变电路的建模
• 3.1 高频谐振逆变电路的工作原理及模型特点
• 3.2 时域分析的局限性
• 3.2.1 电路图简化
• 3.2.2 时域分析
• 3.3 基于广义状态空间平均法的建模
• 3.3.1 谐振逆变电路建模
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 频域建模
• 3.5 本章小结
• 第4章 高频谐振逆变电路的频域分析和谐振环参数优化
• 4.1 高频无极灯泡体及耦合器的等效模型
• 4.2 基于频域分析的谐振参数对各性能指标的影响
• 4.2.1 谐振环参数对各性能指标的影响
• 4.2.2 功率MOSFET的热损耗
• 4.3 对谐振电路参数进行优化
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢