DCM Flyback变换器输出电解电容在线监测研究

摘要

随着电力电子器件的更新换代，电力电子技术在众多领域中得到了广泛运用，如交通、军事、航空航天、计算机、LED照明等。但电源电路是电力电子设备正常工作的基础和保证。相比较其他电源，开关稳压电源体积小，效率高，功率因数高，技术成熟的优点，使其运用更为普遍。在开关电源系统中，电解电容寿命短，易失效的特点严重制约了开关电源的使用寿命与可靠性。在很多场合下，电解电容的失效会严重影响电力电子设备的安全工作，甚至会造成难以挽回的损失。
　　电解电容的电容量C和等效串联电阻ESR(equivalent series resistance)的值可以反映出电解电容性能的衰退程度。为避免因电解电容失效而造成后果，可以在电解电容失效前将其替换。因此需要对电解电容进行参数监测，并将监测参数的值与初始值比较来判断电解电容是否失效，便于及时更换。
　　电解电容的结构决定了其寿命短的特点，在LED驱动器中，LED的寿命大约是电解电容寿命的十倍，驱动器中的电解电容严重制约了LED照明工具的寿命。因此，在LED驱动器中有必要消除电解电容。无电解电容的LED驱动器输出电流峰值相对平均值（即峰均比）过高的特点不满足LED对驱动电流的要求且会影响LED寿命。对于无电解电容驱动器，有必要降低驱动器输出电流峰均比。
　　针对上述问题本文提出了一种DC/DC DCM Flyback变换器输出电解电容C和ES的在线监测系统。针对AC/DC DCM Flyback LED驱动器提出了梯形波电流驱动LED的方法，从而去掉输出电解电容。并分别进行了理论推导，监测/控制电路设计和主电路参数设计。最后分别研制了实验原理样机，进行了实验验证。实验结果和数据验证了理论的有效性。

目录

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摘要

图表目录

1 绪论

1．1 本文研究背景及选题意义

1．2 电解电容在Flyback变换器中的作用

1．2．1 电解电容在DC／DC DCM Flyback变换器中的作用

1．2．2 电解电容在AC／DC DCM Flyback LED驱动器中的作用

1．3 电解电容参数监测研究

1．4 无电解电容LED驱动器研究

1．5 本文的主要研究内容

2 电解电容特性与退化机理

2．1 铝电解电容结构及其特点

2．2 铝电解电容的等效模型与主要参数

2．2．1 铝电解电容等效模型的建立

2．2．2 铝电解电容主要参数及特性

2．3 铝电解电容退化机理分析

2．4 本章小结

3 Flyback变换器输出电解电容在线监测

3．1 输出电解电容c和ESR计算公式的推导

3．2 输出电解电容在线监测系统设计

3．2．1 输出电解电容在线监测方案

3．2．2 触发电路设计

3．2．3 纹波放大电路设计

3．3 DC／DC DCM Flyback变换器电路参数设计

3．3．1 电感值的设计

3．3．2 功率器件的选取

3．3．3 变压器的设计

3．3．4 RCD吸收电路设计

3．3．5 输出电容的选择

3．3．6 控制电路设计

3．4 实验论证及结果分析

3．5 本章小结

4 无电解电容LED驱动电源

4．1 LED发光原理与特性

4．1．1 LED结构与发光原理

4．1．1 LED主要光电参数

4．1．1 LED寿命与散热

4．2 无电解电容AC／DC Flyback LED驱动器

4．3 梯形波电流驱动LED的控制方法

4．4 AC／DC DCM Flyback LED驱动器电路参数设计

4．4．1 原边电感值的设计

4．4．2 功率器件的选取

4．4．3 变压器的设计

4．4．4 控制电路设计

4．5 实验验证及结果分析

4．6 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况