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具有功率因数校正和高防护的LED开关电源设计

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摘要

第一章 绪论

1.1 LED照明的特点

1.2 LED照明发展背景

1.3 我国LED发展现状及趋势

1.4 本课题研究的意义

1.5 本文主要工作和论文结构体系

1.5.1 本文主要工作

1.5.2 论文结构体系

第二章 开关电源的基本拓扑结构及工作模式介绍

2.1 基本的拓扑结构

2.1.1 降压型(Buck)变换器

2.1.2 升压型(Boost)变换器

2.1.3 升降压(Buck-Boost)变换器

2.1.4 反激式开关电源的工作原理

2.2 开关电源工作模式

2.2.1 电压控制模式

2.2.2 电流控制模式

2.3 本章总结

第三章 功率因数校正技术

3.1 功率因数与总谐波失真

3.2 功率因数校正技术概述

3.2.1 无源PFC技术

3.2.2 有源PFC技术

3.3 两级PFC与单级PFC技术的对比

3.3.1 两级PFC技术

3.3.2 单级PFC技术

3.3.3 各种PFC方案的对比

3.4 本章小结

第四章 变压器的设计

4.1 开关电源输入电流和占空比的计算

4.1.1 最大和最小直流输入电压及电流的计算

4.1.2 最大占空比的计算

4.1.3 纹波电流与峰值电流的估算

4.2 磁芯尺寸的确定

4.3 变压器参数的计算

4.3.1 AP算法求磁芯

4.3.2 变压器匝数比计算

4.3.3 初级绕组的计算

4.3.4 次级绕组匝数计算

4.3.5 辅助绕组匝数的计算

4.3.6 变压器原边电感量Lp的计算

4.3.7 变压器磁芯间气隙的计算

4.3.8 线径的选择

4.4 本章小结

第五章 LED开关电源参数的设计

5.1 芯片选型和其外围电路设计

5.1.1 iW3620芯片的介绍

5.1.2 iW3620芯片主要外围参数的选择

5.1.3 iW3623芯片介绍

5.1.4 iW3623芯片主要外围参数的选择

5.2 其它外围参数的选择

5.2.1 输入电解电容的选择

5.2.2 输出电容的选择

5.2.3 钳位电路的设计

5.2.4 整流桥,开关管,二极管的参数设计

5.3 EMI滤波器和雷击浪涌的设计

5.3.1 EMI的产生及分析

5.3.2 EMI滤波器参数的设计

5.3.3 雷击浪涌吸收电路的设计

5.4 可靠性和PCB电路设计

5.4.1 可靠性设计

5.4.2 PCB的设计

5.5 本章小结

第六章 测试结果及分析

6.1 整体设计电路

6.2 PFC测试结果及分析

6.3 其它性能测试结果分析

6.3.1 电路的总体性能测试结果分析

6.3.2 无源PFC电路其他性能的测试结果分析

6.3.3 有源PFC电路其它测试结果分析

6.3.4 输出优化效果的分析

6.3.5 宽范围输入电压与输出参数关系

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文总结

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

随着电子信息产业和电力电子技术的飞速发展,开关电源装置得到了广泛的应用,同时这种传统开关电源也对电网造成了电磁污染,因此具有功率因数校正功能和高效率的开关稳压电源也就应运而生。随着人们对电源质量的更高要求,高效型、小体积和低电磁污染的开关电源已成为研发的主流技术。因此利用先进的控制芯片,配以合适的外围电路,以尽可能提高AC/DC变换器和DC/DC变换器的效率,这一设计思路已成为一大研发方向。本文设计出两款高功率因数、高效率、高性价比和高防护的开关电源,作为LED驱动的电源使用。设计出的开关电源既有较高的功率因数,降低了对电网的电磁污染,又确保了高效率,且控制简单,稳定可靠。
  本文首先阐述了开关电源最常用的拓扑结构,给出了功率因数校正技术的原理。在此基础上,设计了两款40W的LED驱动电源。无源方案采用的是填谷电路,有源方案采用单级功率因数校正变换器方案,该方案通常采取隔离升压式Boost结构的峰值电流控制和DC/DC变换器组成。在单级功率因数校正变换器中,功率因数校正级和DC/DC级共用一套控制电路,同时实现对输入电流和输出电压的调节。它的优点是电路结构简单、使用元器件数量少和低成本,具有较高的电源转换效率。DC/DC级采用反激式变换器设计,并对反激式变换器的基本原理和主要参数进行了分析和计算,并据此设计了变压器。最后,对驱动电源的电磁兼容性和可靠性进行了设计,分析了电磁干扰产生的原因和抑制电磁干扰的措施,并对浪涌电流采取了防护措施。
  测试阶段,对40WLED驱动电源采集关键点的波形进行分析。测试结果表明,驱动电源工作正常,LED光源发光稳定。通过本文的理论分析、电路设计和硬件电路实验的研究,结果表明采用先进的控制芯片和合适的电路拓扑结构,能够较好地满足上述性能要求。所以本研究工作既具有理论指导意义又极具推广应用价值。

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