应用于LED驱动电源的两级式PFC-LLC电路研究

作     者：宋茹悦 

作者单位：北方工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周京华;刘坤

授予年度：2024年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：PFC-LLC 驱动电源 前馈控制 间歇控制 

摘      要：近年来,随着照明应用领域的发展,LED(Light Emitting Diode)光源技术正全面且快速的提升,长寿命、低纹波、高效率的驱动电源技术成为了当前研究的热点。相对单级结构,采用AC-DC两级拓扑架构在保障隔离的基础上,具有更高的效率和更稳定的输出,在LED驱动电源中占据主流地位。本论文选择Boost PFC(Power Factor Correction)和LLC谐振变换器构成的两级式LED恒压源为研究对象,对控制算法和硬件设计等关键技术进行研究,主要内容描述如下。 Boost PFC电路在断续工作模式下,输入电流波形畸变导致设备功率因数低,是当前重要研究的问题。本文针对前级PFC电路,对电路进行小信号建模并设计电压电流双闭环控制,在此基础上分析了PFC变换器在断续模式下产生输入电流畸变的原因。为了减少由电流畸变引起的功率因数下降,研究了一种以传统的平均电流控制为基础的占空比前馈控制策略。通过将断续导通模式的电感电流采样校正为实际电感电流的平均值,同时引入占空比前馈控制,提高系统的功率因数。通过仿真验证了系统具有良好的稳态和动态性能。 轻载工作效率低是LLC谐振电路变频控制的固有问题,解决这一固有问题,对提高驱动电源的稳定性、改善工作性能具有重大意义。本文首先对后级LLC谐振变换器的工作原理进行分析确定直流电压增益函数,并总结各系统参数对变换器工作性能的影响。然后对LLC正常工作时,电压控制动态响应慢的问题,增加电流内环,形成电压电流双闭环控制,并进行PI参数补偿;针对双闭环控制下轻载效率偏低的问题,设计间歇控制方法提高轻载工作效率。并搭建仿真实验平台,验证研究方法的可行性。 根据上述理论分析,以TMS320F28034为控制核心,对主电路参数、驱动电路、辅助电源和采样电路进行硬件电路设计与软件设计,完成500W实验平台的搭建。最后基于此实验平台对所研究的内容进行了实验验证。相关的实验结果证明了所设计LED驱动电源及其控制方法的可行性与有效性。