基于LLC谐振变换器的LED驱动电源研究

发布时间：2017-04-19 18:14

  本文关键词：基于LLC谐振变换器的LED驱动电源研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球能源匮乏问题的产生,能源危机已经越来越受到人类的重视。由于照明对能源消耗的比重达到20%左右,所以LED逐渐走上了历史的舞台,它不仅能够高效的转换电能,且比普通的灯泡更耐用,使用起来更加的安全,这些优点使LED在市场上得到了广泛的使用。由于现在大多数的LED都是由直流驱动的,而市电都是交流,所以对LED驱动电源的研究关系到LED的使用效率和使用寿命,具有重要的研究价值。本文在介绍了LED结构、发光原理以及驱动技术的基础上,对LED驱动电源的结构进行了探讨和研究,最终确定使用两级结构来设计LED驱动电源,前级结构采用功率因数校正电路提高功率因数,后级采用LLC半桥谐振变换器实现直流的输出,给LED负载供电。功率因数校正电路的设计难点首先要选择合适的方法,其次是选择最优的变换器拓扑结构,最后选择合适的控制策略来实现功率因数校正的功能。本文第二章通过对功率因数校正电路的分析以及对比了四种合适的有源功率因数校正拓扑结构,最终选择Boost变换器的电流连续工作模式来设计主电路的参数。最后通过分析几种不同控制策略的优缺点,选择平均电流控制策略,并通过功率因数校正芯片NCP1654设计了控制电路。LLC谐振变换器的设计难点是谐振参数的设计。因为LLC谐振变换器工作模式复杂,参与谐振的元器件较多,实际设计时并不容易得到准确的谐振参数。本文第二章设计出一种谐振参数的优化方案,并给出了设计参数的流程图。第三章通过该方法首先根据样机设计要求计算最大直流增益参数,接着通过直流峰值增益特性曲线来缩小电感系数k的取值范围,并计算出不同k值时的谐振参数,最后通过saber软件仿真验证谐振参数的正确性,然后判断不同k值情况下谐振元件功率损耗的大小,最终选择合适的k值完成谐振参数的设计。该思路是通过第二章对LLC半桥谐振变换器工作原理的分析,并运用基频分量法(FHA)进行稳态建模分析的基础上实现的。最后运用高性能谐振控制芯片NCP1397设计了LLC半桥谐振变换器的控制电路。通过以上分析做出样机,并通过测试样机得到的数据和波形,验证了理论分析和设计思路的正确性。
【关键词】：LED驱动电源 LLC半桥谐振变换器 有源功率因数变换器 FHA
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46;TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-17
• 1.1 课题项目背景与研究意义9-10
• 1.2 LED介绍10-12
• 1.2.1 LED的结构和发光原理10-11
• 1.2.2 LED的优点11-12
• 1.3 LED驱动电源的研究现状和发展趋势12-15
• 1.3.1 LED驱动技术12-13
• 1.3.2 LED驱动电源的研究现状13-14
• 1.3.3 LED驱动电源的发展趋势14-15
• 1.4 本课题样机的设计指标15
• 1.5 本文研究的主要内容15-17
• 第2章 LED驱动电源拓扑结构分析17-33
• 2.1 LED驱动电源功率因数校正电路分析17-20
• 2.1.1 无源功率因数校正电路17-18
• 2.1.2 有源功率因数校正拓扑结构18-19
• 2.1.3 Boost型有源功率因数校正控制策略的选择19-20
• 2.2 LED驱动电源DC/DC拓扑结构的选择20-25
• 2.2.1 LLC半桥谐振变换器的拓扑结构21-22
• 2.2.2 LLC半桥谐振变换器的工作模式时域分析22-25
• 2.3 LLC半桥谐振变换器的稳态建模与分析25-30
• 2.3.1 基于FHA建立LLC半桥谐振变换器的等效模型25-27
• 2.3.2 LLC半桥谐振变换器等效电路直流增益分析27-29
• 2.3.3 谐振网络的输入阻抗和工作区域划分29-30
• 2.4 LLC半桥谐振变换器谐振参数优化的设计流程30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 LLC半桥谐振变换器的设计与仿真33-44
• 3.1 LLC半桥谐振变换器谐振参数设计33-36
• 3.2 LLC半桥谐振变换器的仿真建模与计算机仿真36-41
• 3.2.1 LLC半桥谐振变换器的仿真建模36-37
• 3.2.2 LLC半桥谐振变换器的计算机仿真37-41
• 3.3 功率损耗分析与谐振参数的确定41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 LED驱动电源的设计44-59
• 4.1 Boost型有源功率因数校正电路设计44-52
• 4.1.1 Boost型有源功率因数校正主电路设计44-47
• 4.1.2 Boost型有源功率因数校正控制电路设计47-52
• 4.2 LLC半桥谐振变换器设计52-57
• 4.2.1 LLC半桥谐振变换器主电路设计52-53
• 4.2.2 LLC半桥谐振变换器控制电路设计53-57
• 4.3 浪涌电流和电网瞬时尖峰的防护57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 整机的测试结果与分析59-64
• 5.1 LED驱动电源的实物图59
• 5.2 整机基本电气性能的测试59-60
• 5.3 驱动器工作波形及其分析60-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第6章 全文总结64-66
• 6.1 本文完成的工作64-65
• 6.2 工作展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读学位期间发表的学术论文70

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