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LED路灯驱动电源及其可靠性容差设计的研究

作　者: 张宾瑞
导　师: 王淑娟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: LED路灯恒流驱动电源可靠性容差设计单端反激式变换器
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 315次
引　用: 3次
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内容摘要

在城市道路照明系统中采用绿色节能,安全可靠的LED路灯已经成为近年来各地建设节约型社会的重要措施,具有广阔的市场空间。由于LED路灯工作于较严酷的室外环境,因此对其驱动电源有着很高的性能和可靠性要求。目前,LED路灯驱动电源仍存在输出功率低、转换效率低、功率因数低、输出电流稳定性差、寿命不能与LED相匹配等问题,已经成为制约LED路灯照明装置进一步推广应用的瓶颈。因此,研制高性能高可靠性的LED路灯驱动电源具有重要的实用价值。本文针对大功率的LED路灯设计了一款具有功率因数校正功能和各种保护措施的LED路灯驱动电源,并对其输出电流进行了可靠性容差设计,保证了输出电流的稳定性。本文根据用户提供的串联式LED路灯的特点和技术指标,提出了一种采用单端反激式DC-DC变换器作为主拓扑,具有有源功率因数校正环节的恒流驱动电源总体设计方案。本文对LED路灯驱动电源进行了硬件设计。设计了具有过压保护、过流保护、差/共模干扰抑制功能的输入端保护电路;设计了采用临界导电模式的有源功率因数校正电路;设计了一种处于连续工作模式,采用电流控制型PWM芯片,具有恒流输出的单端反激式DC-DC变换器。本文对上述硬件电路进行了建模和仿真,验证了电路硬件设计的正确性。为了保证LED路灯驱动电源的输出电流处于规定的容差范围内,本文提出了一种改进的电子产品可靠性容差设计方法。这种方法充分考虑了加工分散性、温度效应和退化效应对电子产品性能参数的影响,提出了基于容差原理的可靠度计算方法和基于最小成本的容差方案选择方法。本文采用这种方法对LED路灯驱动电源的输出电流进行了可靠性容差设计。最后,对LED路灯驱动电源进行了性能测试和可靠性测试。测试结果显示LED路灯驱动电源能够满足技术指标要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-12
  1.2 课题的国内外研究现状  12-17
    1.2.1 LED驱动电源的国内外研究现状  12-15
    1.2.2 可靠性容差设计的国内外研究现状  15-17
  1.3 本文主要研究内容  17-19
第2章 LED路灯驱动电源的总体方案设计  19-25
  2.1 引言  19
  2.2 大功率LED的特点及其对驱动电源要求  19-22
    2.2.1 大功率LED的电气特性  19-21
    2.2.2 LED的连接方式及其对驱动电源的要求  21-22
  2.3 LED路灯驱动电源的主要技术指标  22-23
  2.4 LED路灯驱动电源的总体方案设计  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 LED路灯驱动电源的硬件设计  25-53
  3.1 引言  25
  3.2 输入端保护电路设计  25-27
  3.3 有源功率因数校正电路设计  27-30
    3.3.1 功率因数与谐波畸变率  27
    3.3.2 临界导电模式APFC工作原理  27-28
    3.3.3 电路参数设计  28-30
  3.4 单端反激式DC-DC变换电路设计  30-45
    3.4.1 单端反激式DC-DC变换器工作模式选择  30-36
    3.4.2 变压器设计  36-38
    3.4.3 PWM控制电路设计  38-40
    3.4.4 输出过压保护电路设计  40-42
    3.4.5 RCD缓冲电路设计  42-43
    3.4.6 辅助电源设计  43-44
    3.4.7 其他电子元件设计  44-45
  3.5 LED路灯驱动电源的建模和仿真  45-52
    3.5.1 有源功率因数校正电路建模和仿真  45-47
    3.5.2 单端反激式DC-DC变换器建模和仿真  47-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章 LED路灯驱动电源的可靠性容差设计  53-75
  4.1 引言  53
  4.2 电子线路可靠性容差设计方法  53-67
    4.2.1 三种波动因素的分析和建模  54-58
    4.2.2 基于容差原理的可靠度计算方法  58-61
    4.2.3 基于最小成本的容差方案选择方法  61-64
    4.2.4 电子产品的可靠性容差设计方法  64-67
  4.3 LED驱动电源输出特性的可靠性容差设计  67-73
    4.3.1 可靠性指标及约束条件  67-68
    4.3.2 灵敏度分析  68-69
    4.3.3 参数容差分配  69
    4.3.4 参数容差分析  69-71
    4.3.5 容差设计方案选择  71-73
  4.4 本章小结  73-75
第5章 LED路灯驱动电源的测试及结果分析  75-83
  5.1 引言  75
  5.2 LED路灯驱动电源的性能测试  75-77
  5.3 LED路灯驱动电源的可靠性测试  77-80
    5.3.1 LED路灯驱动电源的耐环境测试  78-79
    5.3.2 LED路灯驱动电源的电磁兼容测试  79-80
  5.4 LED驱动电源的输出特性统计分析  80-82
  5.5 本章小结  82-83
结论  83-84
参考文献  84-88
附录1 LED路灯驱动电源实物图  88-89
附录2 正交试验数据  89-90
附录3 回归分析结果  90-92
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  92-94
致谢  94

LED路灯驱动电源及其可靠性容差设计的研究

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