谢刘赵的LED照明用恒流电源变换器报告

LED照明用恒流电源变换器摘要：本系统采用UCC28019完成前级PFC功能，将32V〜40VAC转换成60VDC,功率因数达0.999，后级采用反激变换器作为精密恒流/恒压源，恒流恒压模式可自动切换，恒流输出150mA〜350mA精度在1%以内，输出电压超过36V时，稳定在36V。采用飞思卡尔K10单片机输出电流的步进调整和测量、显示功能，测量精度优于2%。本系统的负载调整率和电压调整率均小于0.1%，很好的达到了设计要求。关键词：恒流源高功率因数恒压源PI调节一.系统方案论证与选择PFC主电路的选择方案一：采用DSP+BOOST实现该方案的控制方法为数字控制，即采用DSP通过编程控制完成系统的功率因数校正，DSP时刻检测输入电压、输入电流以及输出电压的值，在程序中经过一定的算法后输出PWM控制信号，经过隔离和驱动控制开关管，从而提高输入端的功率因数。优点是通过软件调整控制参数，使系统调试方便，减少了元器件的数量，减少材料和装配的成本，而且可减小干扰。缺点是软件编程困难，采样算法复杂，计算量大，难以达到很高的采样频率，此外还要注意控制器和主电路的隔离和驱动。方案二：采用BOOST+UC3854实现。该方案的控制方法为模拟控制方法。UC3854是一种工作于平均电流的升压型有源功率因数校正电路，它的峰值开关电流近似等于输入电流。是目前较为广泛使用的APFC电路。该方案所实现的PFC电路,要调节UC3854的电压放大器，电流放大器和乘法器。其电路结构相对复杂。方案三：采用BOOST+UCC28019实现该方案的控制方法与方案二相同都是模拟控制方法。UCC28019是TI公司新近推出的一种功率因数校正芯片，该芯片采用平均电流模式对功率因数进行校正，使输入电流的跟踪误差产生的畸变小于1%,实现了接近于l的功率因数。UCC28019组成的PFC电路，只调节一个放大器的补偿网络即可，其电路结构相对简单。综上所述，我们选用方案三。恒压/恒流电路的选择方案一：电压型PWM控制器+反激变换器实现该方案在功率不高的场合下具有调试简单，环路易稳定的特点，缺点是采用sg3525芯片，占空比不能大于50%。方案二：峰值电流型PWM控制器+反激变换器实现该方案采用uc3842作为控制芯片，有效的防止反激变换器磁通不平衡的现象，但是由于稳定的是电感的峰值电流，变换器的输出电流存在偏差。方案三：峰值电流型PWM控制器+反激变换器实现该方案能很好的稳定反激变换器的输出电流，但是环路易受到干扰，容易发生输出电压振荡。综上所述，我们选用方案三。二．系统总体方案

本系统主要由PFC电路、反激电路、测量电路和显示电路四部分组成。如图1所示：图1系统总体框图三．理论分析与计算PFC电路的设计开关管的选择本设计最大输出电压为60V,开关管实际最大漏源电流为2A,但是考虑到到实际电压电流尖峰和冲击，电压和电流余量分别取为1.5和2倍。故开关管的最大正向耐压值大于90V,通过的正向电流大于4A。基于上述要求，我们选用IRF540.,其VDSS=100V，RDS=44mQ，ID=33A，完全能满足题目的要求。续流二极管的选择由于采用BOOST拓扑结构，通过续流二极管的最大电流为2A，承受反向的最大电压值为60V，为此选用MUR8100,其允许通过的最大正向电流为7A,反向耐压典型值为1000V,完全满足题目的要求。输入电感参数的计算电感值L>=mH=0.256mHU0D(1—D) 60*0.5*(1-电感值L>=mH=0.256mH~fT~~l 65*0.9ripple为了留取一定的裕量，故选择感值400uH,允许通过电流最大值为10A左右的电感。输入滤波电容参数的计算输入滤波电容的作用是滤除高频成分。Cinripple8Cinripple8fVripple1.868x65x103x1.527=2.34uFttHOLDUP输出电容参数的计算当要求在保持时间该电容的选择主要是满足输出电压保持时间当要求在保持时间1/了LINE(min)内，开关电源输出电压不低于60V时，则输出滤波电容容量

按下式计算：2PT 2*100*21.28MsCout>= outholdup = =3869uFV2-V2 602-502VOUT VOUT HOLDUP(min)实际我们选择的滤波电容为：4700uF。PFC控制电路的设计PFC控制电路的设计也就是UCC28019外围电路的设计，设计参数如下采样电阻RsenseV采样电阻RsenseV SOS—X1.25L_peak0.6610.2x1.25二0.0520输入低压保护电阻：RVINS1输入低压保护电阻：RVINS1■v'2V -V-V一I 一VINS迈X15-1-1.6=1.24M0实际选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输出分压电阻RFBL=90.9K0GmiMCGmiMC= 1 ICOMPKx2兀XfIAVG二910pF实际采用1000pF实际采用1000pF，其它器件选用如下：C二0.47uF CC二0.47uF CVINS COMP二1000pFRVCOMP二33KV 二0.33uFVCOM_P反激恒流/恒压电路的设计反激主电路参数计算采用sg3525作为主控芯片，磁芯采用EI33,开关频率为46KHz，输入假定在55V〜65V之间变化。功率MOS管选择IRF640，Vdss=200V，Id=18A。(a)原边匝数的计算。由公式Np=Uimin*严(max)计算，其中uimin=55V，Ton(max)=11us，AB=0.22T，AB*AeAe=119MM2，得出原边Np为23。(b)次边匝数的计算由公式N=UsbU计算，其中Usb=1V，Uo=36V，得出次级为16匝。Uimin电压反馈环的参数选择参考电压为2.5V，则取样的上端电阻和下端电阻分别取13.89K和1K。电流反馈环的参数计算取样电阻为10，经过运放放大5倍，输出的电压接运放同相端和反相端的参考电压进行硬件PI调节。

四．硬件电路设计1.主电源电路电压环和电流环的运放输出电压经过二极管的或门，控制光耦的原边电流从而改变占空比，不同的稳定模式相应的环节起作用。图2主电源电路2.PFC电路PFC控制电路采用TI公司的专用PFC芯片UCC28019，作为整个校正系统的控制器。，设有电压，电流反馈补偿端。校正后的功率因数可达0.99以上，特别适用于BOOST升压电路。PFC控制的电路设计如下图示：

图3PFC电路自动调光电路设计自动调压电路采用光敏电阻作为感光元件，利用电阻分压网络将光的强弱转换为高低电压信号，使用单片机内置的ADC将这个个电压信号采回单片机，当光照强度较高时，单片机控制输出电流的大小，使LED的亮度随光照强度的增大而减小。图4调光电路图4调光电路开机冲击电路与EMI抑制电路设计开机冲击电路采用热敏电阻串联在电源输入端，温度较低时电阻很大，随着电阻发热温度升高，电阻逐渐变小，达到抑制开机冲击电流过大的目的。EMI抑制电路是利电感和电容的特性，使频率为50Hz左右的的交流电可以顺利通过滤波器，但高于50Hz以上的高频干扰杂波被滤波器滤除，这就使开关电源产生的高频谐波被滤掉而不会污染电网。

』.22UE)EMIGND图5保护电路五．系统软件设计开始主函数』.22UE)EMIGND图5保护电路五．系统软件设计开始主函数图7软件流程图六．系统测试与结果分析测试仪器TDS100260MHZ双通道数字存储示波器四位半数字万用表滑动电阻器：0〜200Q/200W功率因数表EPM6600-T

测量方法电压电流测量：用四位半数字万用表测量功率因数的测量：把功率因数表串接在输入电路中。测试数据记录：(1)功率因数测试(采用失真度仪，示波器及本系统测试)输入有效值电压功率因数测量Vin功率因数(系统测量值)功率因数(示波器测量值)误差(%)32V0.9550.9590.41734V0.9740.9790.51036V0.9820.9850.30438V0.9890.9910.20240V0.9950.9950.000平均值0.9790.9820.2872)负载条件下，电源变换器为直流恒流输出特性测试输出电压设定电流值测量电流值(万用表测量)显示电流值设定电流值测量电流值(万用表测量)显示电流值设定电流值测量电流值(万用表测量)显示电流值15.1V150ma150.1ma150.1ma250ma250.0ma250.0ma350ma350.0ma350.0ma25.4V150ma150.0ma150.1ma250ma250.1ma250.1ma350ma350.1ma350.1ma35.7V150ma150.1ma150.1ma250ma250.1ma250.1ma350ma350.0ma350.0ma负载为10个LED,调整使U2在32V-40V范围内变化时，电压调整率SW0.1%厶变化不超过±0.5%；u OU2=36V,负载由5个LED增加至10个，负载调整率SL<0.1%,I。变化不超过±0.5%；U2=36V、负载为10个LED、I°=300mA，电源变换器效率^73%；UO小于36.1V时为恒流输出；U。达到36.1V后为恒压输出，将U。稳定在36.1V；待UO降至36.1V以下则恢复恒流输出；U2在32V40V范围内变化时，功率因数不低于0.99；LED亮度可随环境光线增强而自动降低：暗环境，负载为10个LED、IO=300mA条件下，环境变亮后IO减小至不大于200mA以下；测试结果分析与优化以上测试结果分析可知，本系统达到了题目要求的各项指标，但仍然在某些指标上有不足之处。产生误差的可能原因有：(1)系统的电磁干扰，有源功率因数校正工作在65khz,开关管工作频率高，开关的工作过程会引起电路的电磁干扰，特别是在通用板上布局布线。改进办法为采用性能更加优良的器件，增加系统的散热系统。以寻求提高系统的整体指标。七．参考文献王兆