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AC/DC 350W LED开关电源能量转换效率研究

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导师姓名
张军朝
学科专业
电气工程
文献出处
太原理工大学   2019年
关键词
开关电源论文  能量转换效率论文  高频变压器论文  优化型控制方法论文  同步整流论文
论文摘要

景观照明及楼体亮化工程作为城市建设中非常重要的一部分,日益受到人们的关注。如何使得景观照明及楼体亮化工程在为城市提供稳定、可靠光源的情况下,同时具备节能、高效的优点成为了学者们重点研究的问题。LED光源因较传统光源具有效率高、寿命长的优势而被广泛应用于照明系统中,带动了LED开关电源的大范围使用。为使LED照明系统具有较高的能量转换效率,提高LED开关电源效率是最为有效的途径之一。为降低LED开关电源的功率损耗,分别从高频变压器损耗、初级侧开关管的开关损耗以及次级侧整流损耗入手,提出了降低上述三种损耗的措施并选择或设计了相应的元器件和电路。进一步设计了LED开关电源其他环节的电路,搭建了基于PSPICE软件的仿真模型,仿真结果验证了LED开关电源样机能够正常运行,进而证实了三种降损措施的可行性。最终设计、制作了LED开关电源样机,测试并验证了LED开关电源样机的可靠性及高效性,进而证实了降损措施的有效性。首先,根据设计要求的电压等级、功率大小,选择了双管正激拓扑结构,并通过对LED负载的电学、光学特性进行研究,得出了LED负载对于LED开关电源的要求,进而总结了本文设计的LED开关电源的电气指标。其次,对LED开关电源中的功率损耗进行了分析,重点对高频变压器损耗、初级侧开关管的开关损耗以及次级侧整流损耗进行了分析,并针对上述三种损耗分别给出了对应的降损措施。为降低高频变压器损耗,在合理选择磁芯材料及型号后,分析了分布参数与绕组布局之间的关系,通过选择恰当的绕组布局,设计了分布参数及对应损耗均较低的高频变压器。为降低初级侧开关管的开关损耗,提出了一种优化型控制方法,考虑在重负载情况下以PWM控制方法控制初级侧开关管,在轻负载情况下以优化型PSM控制方法控制初级侧开关管。该优化型PSM控制方法丰富了传统PSM控制方法的占空比,进而控制能量分级传递,得到了较为稳定的输出电压、电流。优化型控制方法降低了整个负载范围内初级侧开关管切换次数,降低了损耗。为降低次级侧整流损耗,以导通电阻很小的MOS管替代二极管,并选择了同步整流控制芯片对MOS管进行控制。接着,为实现LED开关电源的完整功能,对LED开关电源的其余电路及元器件进行了设计和选择。最后,为验证本文设计的LED开关电源在三种降损措施下能够正常运行,在PSPICE软件中搭建了LED开关电源整体电路仿真模型,进行了仿真实验并给出三种降损措施仿真结果及分析。为验证设计、制作的LED开关电源样机的可靠性及高效性,对LED开关电源样机的关键指标进行了测试,并补充了多种负载情况下的效率测试。测试结果表明:本文设计的LED开关电源满足设计要求且符合可靠性标准,具有较高的能量转换效率。

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