中大功率LED电源方案设计及应用环境研究

摘要

近年随着开关电源的发展，软开关技术在各类电源应用中已经非常普遍，很多高效率的拓扑我们都可以选择，主要为谐振型的软开关拓扑和PWM型的软开关拓扑。随着半导体器件的飞速发展，开关管的各项参数越来越好，尤其是导通电阻、寄生电容和反向恢复时间越来越小的情况下，为LLC谐振拓扑发展提供了一个很好的平台，谐振变换器可以实现软开关变换，可以把整机效率提高一个层面。
　　LLC型谐振电路具有许多优点。首先，可以在输入和负载大范围变化的情况下调节输出，开关频率变化很小。第二，整个工作中，实现零电压切换(ZVS)。最后，所有寄生元件、半导体器件的结电容和变压器的漏磁电感和激磁电感都可以实现ZVS切换。
　　本文首先对LED光源近年发展趋势进行了简单的分析，对LED路灯需求进行了阐述，分析了以LLC半桥谐振电路为核心的LED路灯电源的优缺点和电路拓扑选择。以144W路灯电源为设计目标，设计指标输出电压为48V，输出电流为3A的LED路灯电源，对整个电源系统进行了各环节的测试及整机优化，验证了电路方案的可行性。
　　本文第一部分介绍了论文成立此课题的前景及论文构架。第二部分介绍了目前LED市场的发展，对LED发展趋势进行了展望，并阐述了LLC谐振电路在LED路灯中的关键地位。第三部分介绍了LLC半桥谐振电路的拓扑类型和基本原理，介绍了LLC电路各种拓扑的优缺点，并对各个时间周期的工作特性和原理进行逐一阐述和分析。第四部是分简化LLC电路，分析LLC谐振电路频域直流特性。第五部简单介绍了LLC拓扑各环节的优化方案和关键元件选择。第六部分是按照设计要求，设计一款144W路灯电源，包括PFC电路设计部分和LLC半桥谐振电路部分，并对设计各环节进行说明。第七部分对整个电源系统进行了系统的测试。第八部分电源整机系统各模块损耗分析。第九部分总结了测试中发现的问题并加以解决。可以看出，144W半桥谐振电路效率优势明显，并在待机功耗等其他方面表现优良。

目录

摘要

引言

第一章 课题研究背景及方向

1．1 课题研究背景与意义

1．2 课题研究内容与任务

1．2．1 课题研究内容

1．2．2 课题研究任务

1．3 论文的组织框架及其章节内容详述

第二章 目前LED市场发展趋势分析

2．1 LED光源特性与市场分析

2．1．1 LED光源特性

2．1．2 LED市场分析

2．2 LED电源和应用展望

2．2．1 LED电源演变

2．2．2 LED电源发展

2．3 本章小结

第三章 LLC半桥谐振电路原理

3．1 LLC半桥谐振电路

3．1．1 不同谐振电路的比较

3．1．2 串联谐振电路优缺点

3．1．3 基础电路拓扑

3．2 LLC串联谐振电路基本原理

3．2．1 零电压和零电流开关损耗

3．2．2 LLC电路各阶段工作状态的环路分析

3．3 本章小结

第四章 LLC等效电路和LLC直流特性分析

4．1 输入FHA等效电路

4．2 LLC变换器直流增益特性分析

4．3 本章小结

第五章 LLC半桥谐振参数设计

5．1 LLC变压器匝比

5．2 K值的选取

5．3 Q值的选取

5．4 死区时间选取

5．5 开关MOSFET零电压导通条件

5．6 本章小结

第六章 144W LED路灯电源系统设计

6．1 功率因数校正(PFC)原理

6．1．1 主动PFC拓扑选择

6．1．2 主动PFC功率选择标准

6．2 意法半导体公司(ST)PFC和LLC芯片简介

6．2．1 PFC控制芯片L6563

6．2．2 LLC控制芯片L6599

6．3 144W路灯电源设计

6．3．1 PFC模块设计

6．3．2 LLC模块设计-基于控制芯片L6599

6．4 本章小结

第七章 144W路灯电源测试

7．1 整机测试

7．2 分析总结

7．3 电源基本参数对比

7．3．1 电源效率对比

7．3．2 待机功耗对比

7．3．3 短路保护对比

7．3．4 电流谐波对比

7．4 本章小结

第八章 电源整机系统各模块损耗分析

8．1 PFC电路的损耗分析

8．1．1 功率MOSFET的导通损耗计算

8．1．2 MOSFET的关断损耗计算

8．1．3 二极管导通损耗计算

8．1．4 整流桥损耗计算

8．1．5 检流电阻上的损耗

8．2 LLC电路的损耗分析

8．2．1 功率MOSFET管导通损耗

8．2．2 功率MOSFET管关断损耗

8．2．3 变压器损耗计算

8．2．4 LLC串联谐振电感的损耗计算

8．2．5 副边二极管的损耗计算

8．2．6 寄生参数引起的其他损耗

8．3 本章小结

第九章 测试问题解决及产品可靠性设计

9．1 测试中问题及解决方案

9．1．1 电流波形畸变

9．1．2 驱动不对称造成电流不对称

9．2 产品可靠性设计

9．2．1 防水、防震

9．2．2 散热设计

9．2．3 灌封黑胶设计

9．2．4 安全与绝缘设计

9．3 本章小结

第十章 结论与展望

10．1 论文回顾

10．2 论文成果与意义

参考文献

附录

致谢

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