并联谐振变换器及其在LED驱动器中的应用

摘要

LED照明正在全球范围内的快速发展和普及,替换现在主流的荧光灯照明。荧光灯的工作电流是交流的，而LED则是直流电流。
　　LED驱动器常见的拓扑是PWM变换器（Pulse Width Modulation,脉宽调制变换器），PWM变换器结构和工作原理简单，但是效率低，性能较差,体积大，功率密度低,一般比较适合小功率以及较低端的应用场合。随着LED照明市场的发展和成熟，高功率高性能的LED应用快速发展，基于PWM变换器的LED驱动器已经无法满足需求。
　　谐振变换器就是为了解决PWM的局限性而引入的另外一种变换器拓扑结构。谐振变换器效率高，体积小，而且工作频率高，非常适合高功率和小型化的较高端LED照明应用场合。谐振变换器也有不同的结构，大体分为串联写真变换器和并联谐振变换器,本文的课题是并联谐振变换器及其应用于LED驱动器的设计。
　　并联谐振变换器在性能上比PWM脉宽调制变换器优越，但是在目前市场上的LED驱动器，很少有使用并联谐振变换器这个结构的，因为并联谐振变换器工作原理和分析比较复杂且缺乏现有的理论分析和设计指导，为了解决这个问题，本文采用了一次谐波近似法（FHA,First HarmonicApproximation）对并联谐振变换器进行理论分析推导。该方法提取并联谐振变换器输入方波电压的基波成分，以此作为输入的电压源，根据基本电路理论，对电路中的关键元器件的电压以及电流做交流分析，推导表达式以及传递函数。该方法虽然采取近似方法，但是简单直观，设计方便，结果相对较为准确，所以较易应用于实际的工程设计，具有较大的实用意义。
　　LED驱动器引入了输出LED电流闭环反馈电路，其目的是提供恒定的LED电流，反馈电路的引入带来了系统稳定性的问题。为了解决并优化系统稳定性，本文提出了用频率响应分析仪测量幅频/相频特性曲线，根据频率响应分析仪的相位裕量测量结果，针对性的设计补偿器以改进系统稳定性。
　　本文最后是一款75WLED驱动器的设计实例。该LED驱动器的产品要求是设计高效率的轻薄长条形75W宽输出电压电流窗口LED驱动器，设计方案采用基于NXP（恩智浦）半导体公司的控制芯片UBA1313的并联谐振变换器，根据本文的并联谐振变换器一次谐波法的分析和推导，计算电路关键元器件参数，比较计算结果、电路仿真结果以及实际产品测试结果，三种结果比较吻合。

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符号说明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 LED驱动器介绍

1.3 LED驱动器逆变器拓扑结构

1.4 文章主要研究内容和结构安排

第2章 并联谐振变换器

2.1 并联谐振变换器结构

2.2 并联谐振变换器的分析

2.3 本章小结

第3章 LED驱动器的反馈补偿器

3.1 引言

3.2 LED驱动器稳定性分析

3.3 补偿器设计

3.4 本章小结

第4章 75W LED驱动器设计实例

4.1 75W LED驱动器设计实例技术规格

4.2 并联谐振变换器参数计算

4.3 仿真与测试结果

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文