基于无电解电容的高功率因数LED驱动电源的研究

发布时间：2017-09-09 02:48

  本文关键词：基于无电解电容的高功率因数LED驱动电源的研究

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【摘要】：在崇尚节能、保护环境的号召下,LED照明凭借得天独厚的优势,发展前景不言而喻。它像一颗璀璨的明珠,照亮了未来照明光源的发展方向,使人类照明进入了一个崭新的“绿色照明”时代。尽管LED照明有不可比拟的优势,但因技术的缺乏和停滞,驱动电源的寿命问题亟待解决,而影响寿命的首要因素就是电解电容。电解电容的寿命一般不超过5000小时,而LED的寿命高达40000小时以上,两者寿命极不匹配。因此无电解电容LED驱动电源的研究具有重要的理论意义和应用价值。论文首先对探究该课题的背景及意义进行了阐述,然后讲述了LED特点以及在实际应用中LED电源的要求。同时,开关电源的基本原理、拓扑结构、PFC技术等都作了深入剖析。为了进一步提高电源的使用寿命,在常规电容滤波的基础上添加了串联电感以减小电容的容值,避免电解电容的使用,用其他电容代替。基于以上理论基础,以LNK417为主芯片,制作了一款工业照明的LED驱动器。本课题将功率因数校正技术与恒流控制相结合,省去开关级,同时避免了大电解电容的使用。此外,本课题设计电源致力于提高其可靠性,可靠性的评估显得很重要。在完成电源的优化设计之后,还进行了可靠性评估。可靠性评估结果表明,采用LC滤波的电源的寿命是常规电解电容滤波的电源寿命的1.6倍,延长了电源的使用寿命,提高了电路的可靠性。最后还对电磁兼容问题提出合理的解决办法。为了验证设计的是否合理,还对其关键参数进行了仿真验证。本课题实际制作了一款通用输入电压90V-265V,输出30V/500mA的LED驱动器。在实际过程中,经过多次调试,最终得到符合设计要求的样机,该样机效率高达90%,PF值不低于0.9。测试结果显示本次设计的电源具有高效、高PF、寿命长等优点,具有很高的应用价值。
【关键词】：单端反激式 电解电容 LNK417 高功率因数 谐波
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM923.34;TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 LED照明概述11-12
• 1.3 LED驱动电源基本要求12-13
• 1.4 LED驱动电源面临的问题和挑战13
• 1.5 本论文研究的主要内容13-16
• 第二章 LED驱动器设计理论基础16-26
• 2.1 开关电源的工作原理16
• 2.2 开关电源的控制类型16-18
• 2.2.1 电压控制型开关电源16-17
• 2.2.2 电流控制型开关电源17-18
• 2.3 LED驱动电源拓扑结构的选择18-22
• 2.3.1 正激式变换器19
• 2.3.2 反激式变换器19-22
• 2.4 功率因数校正技术22-25
• 2.4.1 功率因数校正技术的分类23
• 2.4.2 两级功率因数校正技术23-24
• 2.4.3 单级功率因数校正技术24-25
• 2.5 小结25-26
• 第三章 无电解电容LED驱动电源的实现26-40
• 3.1 电解电容的损坏机理分析26-28
• 3.1.1 铝电解电容的退化原因26-27
• 3.1.2 退化失效的基本过程27-28
• 3.2 实现无电解电容的基本思想28
• 3.3 无电解电容LED驱动电源主要实施方案28-32
• 3.4 变换器副边电流的谐波分析32-36
• 3.5 串联电感和滤波电容的选择36-39
• 3.6 小结39-40
• 第四章 无电解电容的LED驱动电源设计40-60
• 4.1 设计目标40
• 4.2 主芯片描述40-41
• 4.3 芯片主要控制模式分析41-42
• 4.4 电路设计42-47
• 4.4.1 关键元器件的选择43-44
• 4.4.2 保护电路设计44-45
• 4.4.3 输入整流桥的选择45
• 4.4.4 功率开关管的选择45-46
• 4.4.5 输出整流管的选择46
• 4.4.6 钳位电路设计46-47
• 4.5 高频变压器的设计47-55
• 4.5.1 求最大占空比47-48
• 4.5.2 求初级侧电流48-49
• 4.5.3 求一次侧电感量49-50
• 4.5.4 选择磁芯尺寸50-51
• 4.5.5 计算绕组匝数及导线直径51-54
• 4.5.6 计算气隙宽度54-55
• 4.6 仿真验证55-56
• 4.7 LED驱动电路的可靠性评估56-58
• 4.8 小结58-60
• 第五章 电源安全规范及EMC设计60-66
• 5.1 传导EMI限值60-61
• 5.2 电磁干扰源分析61-62
• 5.3 电磁干扰抑制措施62-64
• 5.4 EMI滤波器的设计64-65
• 5.5 小结65-66
• 第六章 样机的制作及测试验证66-78
• 6.1 PCB版图设计与注意事项66-67
• 6.2 基本性能的测试及分析67-70
• 6.3 谐波分析70-71
• 6.4 关键波形分析71-72
• 6.5 输入浪涌测试72
• 6.6 EMI电磁干扰的测试与分析72-74
• 6.7 其他波形分析74-76
• 6.7.1 开关启动测试74
• 6.7.2 输出电压及纹波电流测试74-75
• 6.7.3 热性能测试75-76
• 6.8 小结76-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 参考文献80-84
• 发表论文和参加科研情况说明84-86
• 致谢86

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本文编号：817864