具有PFC功能的LED驱动电源研究与设计

摘要

LED照明的发展催生了LED电源巨大的市场需求，而LED驱动电源的质量是决定LED灯具寿命的关键问题。LED驱动照明电源由于应用广泛，特别是在未来家用照明普及的时候，为了防止谐波对电网的污染和符合相关照明谐波标准，应保证输入端较高的功率因数，LED驱动电源需要有较高的功率因数校正功能。另外随着电力电子技术及其控制技术的不断发展，模拟控制的局限性已经越来越明显，因而对LED驱动电源进行数字化实现是非常必要而且重要的。在此背景下本文进行了具有PFC功能的LED驱动电源的研究与设计。
　　首先对功率因数校正电路的拓扑结构、控制方式进行比较，确定采用BoostPFC电路结构和平均电流控制方式，采用反激式变换电路作为DC-DC变换电路。文中分析了采用平均电流控制方式的Boost PFC电路和反激变换电路的工作原理，建立了两种电路的状态空间数学模型和传递函数，通过Boost PFC电路和反激式变换电路的传递函数，结合不同环路的PI调节器对其幅频特性进行了分析，进而选择出合适的PI调节器参数对电路进行控制。通过MATLAB软件对PI调节器的控制特性进行了分析，达到了对理论分析进行验证的目的。
　　其次对LED驱动电源的硬件和软件进行设计，选择了数字信号处理器DSP(TMS320F28027)作为主控制芯片，硬件部分对Boost PFC电路、反激变换电路、信号采样调理电路和DSP外围电路等进行了选择与设计。软件部分对系统主程序、EPWM子程序、A/D转换子程序和过流保护子程序等进行了设计。最后利用MATLAB软件对LED驱动电源进行了仿真分析，完成了LED驱动电源的整体设计。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 LED驱动电源研究的背景及意义

1．2 LED驱动电源的发展概况

1．3 本文的主要研究工作和内容

2 LED驱动电源数学模型分析和控制系统设计

2．1 功率因数校正(PFC)

2．1．1 功率因数校正电路拓扑选择

2．1．2 升压型变换器电路结构和工作原理

2．1．3 常用PFC控制方式的比较

2．1．4 升压型功率因数校正电路平均电流控制方式分析

2．2 Boost PFC电路的模型分析和PI调节器设计

2．2．1 Boost PFC电路的模型分析

2．2．2 Boost PFC电路控制系统结构

2．2．3 电流环PI调节器设计

2．2．4 电压环PI调节器设计

2．3 LED电源直流变换电路

2．3．1 DC-DC功率变换电路拓扑结构的选择

2．3．2 反激变换器的工作原理分析

2．3．3 LED驱动电源电路的控制方式分析

2．4 LED电源直流变换电路的模型分析和PI调节器设计

2．4．1 LED电源直流变换电路的模型分析

2．4．2 LED电源直流变换电路的PI调节器设计

2．5 本章小结

3 LED驱动电源的硬件电路设计

3．1 系统总体设计

3．2 主要性能指标

3．3 Boost PFC电路的设计

3．3．1 输出电容的选取

3．3．2 电感的选取

3．3．3 整流桥、功率开关管与续流二极管的选择

3．4 反激式变换器的设计

3．5 功率开关管驱动电路设计

3．6 电压、电流采样调理电路的设计

3．6．1 电压采样电路设计

3．6．2 电流采样调理电路的设计

3．7 控制芯片的选择

3．8 DSP外围电路设计

3．8．1 DSP芯片供电电路

3．8．2 DSP控制器A/D采样保护电路

3．9 本章小结

4 LED驱动电源数字化实现

4．1 系统软件的总体设计

4．1．1 DSP软件开发环境

4．1．2 系统软件的资源分配

4．2 控制模型离散化

4．3 系统主程序设计

4．4 AD采样子程序设计

4．5 EPWM子程序设计

4．6 PI调节子程序设计

4．7 电路过流保护子程序设计

4．8 本章小结

5 电路仿真及结果分析

5．1 电路整体仿真

5．2 仿真结果分析

5．2．1 功率因数校正部分仿真结果分析

5．2．2 LED驱动电源直流变换部分仿真结果分析

5．2．3 整体仿真输出分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要科研成果