一款单端PFC反激LED驱动电源的设计与热分析

摘要

反激变换器因具有结构简单、可实现输入输出隔离及PF校正等优点，在中小功率LED照明系统中应用广泛。降低系统成本、提高效率、在全电压输入和不同负载条件下使其工作在稳定状态，尤其是使系统具有良好热性能，是反激变换器设计中所关心的重要问题，这些也是本文研究的主要内容。
　　本文设计了一款高性能单端PFC反激LED驱动电源，并对该系统的稳定性和热特性进行了详细研究分析，主要内容如下:(1)针对输入电流易发生畸变的问题，选用峰值电流模式的控制方法，使输入电流跟随输入电压变化，提高了电源的PF值。(2)针对输入电压跳变导致输出电流稳定性差的问题，建立了驱动电源的小信号模型，解决了采样反馈环路的稳定性问题。(3)针对LED负载与电阻负载具有不同导通特性的问题，研究了不同负载对驱动电源启动过程的影响，完成了系统主控芯片供电回路的设计。(4)针对器件参数影响反激变换器温升的问题，建立了主功率电路中关键器件的损耗模型，通过损耗和温升计算，分析了器件参数对温升的影响。(5)通过优化钳位电路参数、降低变压器漏感等方法降低了器件的损耗和温升，提升了电源效率。
　　实验测试结果表明:在85～265Vac输入电压，负载为6颗3W白光LED测试条件下，本文设计的单端PFC反激LED驱动全输入电压范围内电源效率大于82.5％、功率因数大于0.97、输出电流平均值为700mA。当输入电压由265Vac或85Vac跳变到220Vac时，系统在0.01s的调节时间内即可再次进入稳定状态。系统中功率MOS管和变压器稳态温升分别为37.5℃和39℃。总体上，系统各主要参数和性能指标均达预期设计要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 开关电源研究现状

1．3 研究内容与设计指标

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文组织结构

第二章 单端PFC反激LED驱动电源工作原理

2．1 单端反激变换器原理及工作过程

2．1．1 单端反激变换器拓扑结构

2．1．2 单端反激变换器工作过程

2．2 单端PFC反激LED驱动电源控制方法

2．2．1 单端PFC反激LED驱动电源工作模式选择

2．2．2 单端反激LED驱动电源PFC实现方法

2．2．3 单端PFC反激LED驱动电源电流控制模式

2．3 单端PFC反激LED驱动电源关键参数和结构

2．3．1 单端PFC反激LED驱动电源关键参数

2．3．2 单端PFC反激LED驱动电源结构

2．4 本章小结

第三章 单端PFC反激LED驱动电源设计

3．1 主功率电路设计

3．1．1 功率MOS管选择

3．1．2 输出整流二极管选择

3．1．3 变压器设计

3．1．4 TRCD钳位电路设计

3．1．5 输出滤波电容选择

3．2 单端PFC反激LED驱动电源控制电路设计

3．2．1 功率MOS管关断控制电路设计

3．2．2 功率MOS管导通控制电路设计

3．2．3 芯片供电电路设计

3．3 单端PFC反激LED驱动电源反馈环路设计

3．3．1 采样反馈电路设计

3．3．2 单端PFC反激LED驱动电源小信号模型

3．3．3 稳定性分析

3．4 本章小结

第四章 单端PFC反激LED驱动电源的热分析与优化

4．1 器件损耗模型

4．1．1 功率MOS管损耗模型

4．1．2 输出整流二极管损耗模型

4．1．3 输出电容损耗模型

4．1．4 变压器损耗模型

4．2 单端PFC反激LED驱动电源功耗及温升分析

4．2．1 器件损耗分析

4．2．2 器件温升分析

4．3 单端PFC反激LED驱动电源温升优化

4．3．1 器件温升优化方案

4．3．2 功率MOS管散热设计

4．3．2 温升优化

4．4 实测验证

4．4．1 测试条件

4．4．2 稳态性能测试

4．4．3 动态性能测试

4．4．3 优化前后器件结果

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的成果