謝劉趙的LED照明用恒流電源變換器報(bào)告

LED照明用恒流電源變換器摘要：本系統(tǒng)采用UCC28019完成前級(jí)PFC功能，將32V?40VAC轉(zhuǎn)換成60VDC,功率因數(shù)達(dá)0.999，后級(jí)采用反激變換器作為精密恒流/恒壓源，恒流恒壓模式可自動(dòng)切換，恒流輸出150mA?350mA精度在1%以內(nèi)，輸出電壓超過36V時(shí)，穩(wěn)定在36V。采用飛思卡爾K10單片機(jī)輸出電流的步進(jìn)調(diào)整和測(cè)量、顯示功能，測(cè)量精度優(yōu)于2%。本系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率均小于0.1%，很好的達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：恒流源高功率因數(shù)恒壓源PI調(diào)節(jié)一.系統(tǒng)方案論證與選擇PFC主電路的選擇方案一：采用DSP+BOOST實(shí)現(xiàn)該方案的控制方法為數(shù)字控制，即采用DSP通過編程控制完成系統(tǒng)的功率因數(shù)校正，DSP時(shí)刻檢測(cè)輸入電壓、輸入電流以及輸出電壓的值，在程序中經(jīng)過一定的算法后輸出PWM控制信號(hào)，經(jīng)過隔離和驅(qū)動(dòng)控制開關(guān)管，從而提高輸入端的功率因數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是通過軟件調(diào)整控制參數(shù)，使系統(tǒng)調(diào)試方便，減少了元器件的數(shù)量，減少材料和裝配的成本，而且可減小干擾。缺點(diǎn)是軟件編程困難，采樣算法復(fù)雜，計(jì)算量大，難以達(dá)到很高的采樣頻率，此外還要注意控制器和主電路的隔離和驅(qū)動(dòng)。方案二：采用BOOST+UC3854實(shí)現(xiàn)。該方案的控制方法為模擬控制方法。UC3854是一種工作于平均電流的升壓型有源功率因數(shù)校正電路，它的峰值開關(guān)電流近似等于輸入電流。是目前較為廣泛使用的APFC電路。該方案所實(shí)現(xiàn)的PFC電路,要調(diào)節(jié)UC3854的電壓放大器，電流放大器和乘法器。其電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。方案三：采用BOOST+UCC28019實(shí)現(xiàn)該方案的控制方法與方案二相同都是模擬控制方法。UCC28019是TI公司新近推出的一種功率因數(shù)校正芯片，該芯片采用平均電流模式對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行校正，使輸入電流的跟蹤誤差產(chǎn)生的畸變小于1%,實(shí)現(xiàn)了接近于l的功率因數(shù)。UCC28019組成的PFC電路，只調(diào)節(jié)一個(gè)放大器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)即可，其電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。綜上所述，我們選用方案三。恒壓/恒流電路的選擇方案一：電壓型PWM控制器+反激變換器實(shí)現(xiàn)該方案在功率不高的場(chǎng)合下具有調(diào)試簡單，環(huán)路易穩(wěn)定的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是采用sg3525芯片，占空比不能大于50%。方案二：峰值電流型PWM控制器+反激變換器實(shí)現(xiàn)該方案采用uc3842作為控制芯片，有效的防止反激變換器磁通不平衡的現(xiàn)象，但是由于穩(wěn)定的是電感的峰值電流，變換器的輸出電流存在偏差。方案三：峰值電流型PWM控制器+反激變換器實(shí)現(xiàn)該方案能很好的穩(wěn)定反激變換器的輸出電流，但是環(huán)路易受到干擾，容易發(fā)生輸出電壓振蕩。綜上所述，我們選用方案三。二．系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)主要由PFC電路、反激電路、測(cè)量電路和顯示電路四部分組成。如圖1所示：圖1系統(tǒng)總體框圖三．理論分析與計(jì)算PFC電路的設(shè)計(jì)開關(guān)管的選擇本設(shè)計(jì)最大輸出電壓為60V,開關(guān)管實(shí)際最大漏源電流為2A,但是考慮到到實(shí)際電壓電流尖峰和沖擊，電壓和電流余量分別取為1.5和2倍。故開關(guān)管的最大正向耐壓值大于90V,通過的正向電流大于4A?；谏鲜鲆螅覀冞x用IRF540.,其VDSS=100V，RDS=44mQ，ID=33A，完全能滿足題目的要求。續(xù)流二極管的選擇由于采用BOOST拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過續(xù)流二極管的最大電流為2A，承受反向的最大電壓值為60V，為此選用MUR8100,其允許通過的最大正向電流為7A,反向耐壓典型值為1000V,完全滿足題目的要求。輸入電感參數(shù)的計(jì)算電感值L>=mH=0.256mHU0D(1—D) 60*0.5*(1-電感值L>=mH=0.256mH~fT~~l 65*0.9ripple為了留取一定的裕量，故選擇感值400uH,允許通過電流最大值為10A左右的電感。輸入濾波電容參數(shù)的計(jì)算輸入濾波電容的作用是濾除高頻成分。Cinripple8Cinripple8fVripple1.868x65x103x1.527=2.34uFttHOLDUP輸出電容參數(shù)的計(jì)算當(dāng)要求在保持時(shí)間該電容的選擇主要是滿足輸出電壓保持時(shí)間當(dāng)要求在保持時(shí)間1/了LINE(min)內(nèi)，開關(guān)電源輸出電壓不低于60V時(shí)，則輸出濾波電容容量

按下式計(jì)算：2PT 2*100*21.28MsCout>= outholdup = =3869uFV2-V2 602-502VOUT VOUT HOLDUP(min)實(shí)際我們選擇的濾波電容為：4700uF。PFC控制電路的設(shè)計(jì)PFC控制電路的設(shè)計(jì)也就是UCC28019外圍電路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)如下采樣電阻RsenseV采樣電阻RsenseV SOS—X1.25L_peak0.6610.2x1.25二0.0520輸入低壓保護(hù)電阻：RVINS1輸入低壓保護(hù)電阻：RVINS1■v'2V -V-V一I 一VINS邁X15-1-1.6=1.24M0實(shí)際選1M15uAVR InsenaBLeTH(max)VR InsenaBLeTH(max)V^NS' VINS2 ，v'2V -V-VAC_RMSF_bridge insenable_th=(VOUT-VREF)*RFB=(60-R*1M1.6X1= =86K、丄x15-1-1.6輸出分壓電阻RFBL=90.9K0GmiMCGmiMC= 1 ICOMPKx2兀XfIAVG二910pF實(shí)際采用1000pF實(shí)際采用1000pF，其它器件選用如下：C二0.47uF CC二0.47uF CVINS COMP二1000pFRVCOMP二33KV 二0.33uFVCOM_P反激恒流/恒壓電路的設(shè)計(jì)反激主電路參數(shù)計(jì)算采用sg3525作為主控芯片，磁芯采用EI33,開關(guān)頻率為46KHz，輸入假定在55V?65V之間變化。功率MOS管選擇IRF640，Vdss=200V，Id=18A。(a)原邊匝數(shù)的計(jì)算。由公式Np=Uimin*嚴(yán)(max)計(jì)算，其中uimin=55V，Ton(max)=11us，AB=0.22T，AB*AeAe=119MM2，得出原邊Np為23。(b)次邊匝數(shù)的計(jì)算由公式N=UsbU計(jì)算，其中Usb=1V，Uo=36V，得出次級(jí)為16匝。Uimin電壓反饋環(huán)的參數(shù)選擇參考電壓為2.5V，則取樣的上端電阻和下端電阻分別取13.89K和1K。電流反饋環(huán)的參數(shù)計(jì)算取樣電阻為10，經(jīng)過運(yùn)放放大5倍，輸出的電壓接運(yùn)放同相端和反相端的參考電壓進(jìn)行硬件PI調(diào)節(jié)。

四．硬件電路設(shè)計(jì)1.主電源電路電壓環(huán)和電流環(huán)的運(yùn)放輸出電壓經(jīng)過二極管的或門，控制光耦的原邊電流從而改變占空比，不同的穩(wěn)定模式相應(yīng)的環(huán)節(jié)起作用。圖2主電源電路2.PFC電路PFC控制電路采用TI公司的專用PFC芯片UCC28019，作為整個(gè)校正系統(tǒng)的控制器。，設(shè)有電壓，電流反饋補(bǔ)償端。校正后的功率因數(shù)可達(dá)0.99以上，特別適用于BOOST升壓電路。PFC控制的電路設(shè)計(jì)如下圖示：

圖3PFC電路自動(dòng)調(diào)光電路設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)壓電路采用光敏電阻作為感光元件，利用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)將光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為高低電壓信號(hào)，使用單片機(jī)內(nèi)置的ADC將這個(gè)個(gè)電壓信號(hào)采回單片機(jī)，當(dāng)光照強(qiáng)度較高時(shí)，單片機(jī)控制輸出電流的大小，使LED的亮度隨光照強(qiáng)度的增大而減小。圖4調(diào)光電路圖4調(diào)光電路開機(jī)沖擊電路與EMI抑制電路設(shè)計(jì)開機(jī)沖擊電路采用熱敏電阻串聯(lián)在電源輸入端，溫度較低時(shí)電阻很大，隨著電阻發(fā)熱溫度升高，電阻逐漸變小，達(dá)到抑制開機(jī)沖擊電流過大的目的。EMI抑制電路是利電感和電容的特性，使頻率為50Hz左右的的交流電可以順利通過濾波器，但高于50Hz以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除，這就使開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻諧波被濾掉而不會(huì)污染電網(wǎng)。

』.22UE)EMIGND圖5保護(hù)電路五．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開始主函數(shù)』.22UE)EMIGND圖5保護(hù)電路五．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開始主函數(shù)圖7軟件流程圖六．系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析測(cè)試儀器TDS100260MHZ雙通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器四位半數(shù)字萬用表滑動(dòng)電阻器：0?200Q/200W功率因數(shù)表EPM6600-T

測(cè)量方法電壓電流測(cè)量：用四位半數(shù)字萬用表測(cè)量功率因數(shù)的測(cè)量：把功率因數(shù)表串接在輸入電路中。測(cè)試數(shù)據(jù)記錄：(1)功率因數(shù)測(cè)試(采用失真度儀，示波器及本系統(tǒng)測(cè)試)輸入有效值電壓功率因數(shù)測(cè)量Vin功率因數(shù)(系統(tǒng)測(cè)量值)功率因數(shù)(示波器測(cè)量值)誤差(%)32V0.9550.9590.41734V0.9740.9790.51036V0.9820.9850.30438V0.9890.9910.20240V0.9950.9950.000平均值0.9790.9820.2872)負(fù)載條件下，電源變換器為直流恒流輸出特性測(cè)試輸出電壓設(shè)定電流值測(cè)量電流值(萬用表測(cè)量)顯示電流值設(shè)定電流值測(cè)量電流值(萬用表測(cè)量)顯示電流值設(shè)定電流值測(cè)量電流值(萬用表測(cè)量)顯示電流值15.1V150ma150.1ma150.1ma250ma250.0ma250.0ma350ma350.0ma350.0ma25.4V150ma150.0ma150.1ma250ma250.1ma250.1ma350ma350.1ma350.1ma35.7V150ma150.1ma150.1ma250ma250.1ma250.1ma350ma350.0ma350.0ma負(fù)載為10個(gè)LED,調(diào)整使U2在32V-40V范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓調(diào)整率SW0.1%厶變化不超過±0.5%；u OU2=36V,負(fù)載由5個(gè)LED增加至10個(gè)，負(fù)載調(diào)整率SL<0.1%,I。變化不超過±0.5%；U2=36V、負(fù)載為10個(gè)LED、I°=300mA，電源變換器效率^73%；UO小于36.1V時(shí)為恒流輸出；U。達(dá)到36.1V后為恒壓輸出，將U。穩(wěn)定在36.1V；待UO降至36.1V以下則恢復(fù)恒流輸出；U2在32V40V范圍內(nèi)變化時(shí)，功率因數(shù)不低于0.99；LED亮度可隨環(huán)境光線增強(qiáng)而自動(dòng)降低：暗環(huán)境，負(fù)載為10個(gè)LED、IO=300mA條件下，環(huán)境變亮后IO減小至不大于200mA以下；測(cè)試結(jié)果分析與優(yōu)化以上測(cè)試結(jié)果分析可知，本系統(tǒng)達(dá)到了題目要求的各項(xiàng)指標(biāo)，但仍然在某些指標(biāo)上有不足之處。產(chǎn)生誤差的可能原因有：(1)系統(tǒng)的電磁干擾，有源功率因數(shù)校正工作在65khz,開關(guān)管工作頻率高，開關(guān)的工作過程會(huì)引起電路的電磁干擾，特別是在通用板上布局布線。改進(jìn)辦法為采用性能更加優(yōu)良的器件，增加系統(tǒng)的散熱系統(tǒng)。以尋求提高系統(tǒng)的整體指標(biāo)。七．參考文獻(xiàn)王兆