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LED路灯驱动电源多目标容差设计技术的研究

作　者: 胡泊
导　师: 江滨浩；翟国富
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 多目标容差设计可靠性分析 LED路灯驱动电源
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

LED作为新一代绿色光源,有着安全可靠、高效节能、长寿命等优点,已广泛应用于信号照明、汽车照明及建筑照明等各个领域,尤其在道路照明方面具有更为广阔的应用前景。但目前用于驱动LED路灯的开关电源却存在着输出电流不稳定、可靠性差、寿命短等问题,无法与高性能的LED相匹配,已严重影响了LED照明的推广使用。因此对LED驱动电源进行可靠性设计具有重要的理论意义和实用价值。容差设计是解决可靠性问题的一种重要方法,但传统的容差设计只对系统的输出特性进行分析,因而存在着其局限性。本文在现有容差设计的基础上提出了多目标容差设计方法,该方法不仅针对系统输出特性进行分析,而且把系统内部每一个元器件都作为分析对象,因此不仅可以解决系统输出的一致性和稳定性问题,而且可以提高系统自身的可靠性。根据元器件的退化效应对LED路灯驱动电源内部元器件进行建模分析,并将分析得到的影响元器件寿命的应力因素以及系统的输出特性共同作为目标函数,从而为多目标容差设计方法的应用奠定基础；利用软件Orcad/PSpice建立驱动电源的仿真模型,避免因实际调试电路带来的不安全、难测量以及耗时耗力等问题,保证多目标容差设计方法的顺利应用。应用可靠性建模及预计、故障模式与影响分析和故障树分析等可靠性分析方法对LED路灯驱动电源进行分析,得到影响驱动电源可靠性及寿命的关键元器件,从而使多目标容差设计方法能有的放矢。利用多目标容差设计方法对LED路灯驱动电源进行了可靠性设计,并对设计后的驱动电源进行仿真分析以及试验测试,结果表明设计后的驱动电源不仅具有稳定和一致的输出电流,而且通过应力分析法对关键元器件进行可靠性预计可知,设计后的元器件失效率比设计前有了明显下降,驱动电源的可靠性及寿命也有了显著提高。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 课题的国内外研究现状  10-16
    1.2.1 LED驱动电源的国内外研究现状  10-13
    1.2.2 可靠性容差设计的国内外研究现状  13-16
  1.3 本文主要研究内容  16-17
第2章电子系统多目标容差设计方法  17-32
  2.1 引言  17
  2.2 电子系统多目标容差设计基本流程  17-19
  2.3 基于可靠性分析的关键元件的确定  19-21
    2.3.1 可靠性建模及预计  19-20
    2.3.2 故障模式与影响分析  20
    2.3.3 故障树分析  20-21
  2.4 基于正交试验设计的灵敏度分析  21-23
  2.5 电子系统多目标容差分析分配与优化  23-31
    2.5.1 多目标容差分析  23-25
    2.5.2 多目标容差分配  25-27
    2.5.3 多目标容差优化  27-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章 LED驱动电源退化分析及仿真模型的建立  32-44
  3.1 引言  32
  3.2 LED驱动电源基本原理  32-34
  3.3 元器件退化模型的建立  34-38
    3.3.1 基于应力的元器件退化建模方法  34-36
    3.3.2 金属膜功率电阻器的退化模型  36
    3.3.3 铝电解电容器的退化模型  36-37
    3.3.4 MOSFET的退化模型  37-38
  3.4 LED驱动电源仿真模型的建立  38-43
    3.4.1 EDA仿真软件的选择  38-39
    3.4.2 有源功率因素校正器件模型的建立  39-41
    3.4.3 LED驱动电源整体仿真模型的建立  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章 LED驱动电源的可靠性分析  44-61
  4.1 引言  44
  4.2 LED驱动电源的可靠性建模及预计  44-47
    4.2.1 可靠性建模  44-45
    4.2.2 可靠性预计  45-47
  4.3 LED驱动电源的故障模型与影响分析  47-53
    4.3.1 FMEA分析程序  47-48
    4.3.2 FMEA分析表格  48-53
  4.4 LED驱动电源故障树分析  53-60
    4.4.1 故障树建立  53-55
    4.4.2 故障树分析  55-60
  4.5 本章小结  60-61
第5章 LED驱动电源的多目标容差设计  61-75
  5.1 引言  61
  5.2 目标函数及其范围的确定  61-62
  5.3 LED驱动电源多目标灵敏度分析  62-64
  5.4 LED驱动电源多目标容差分析分配与优化  64-70
    5.4.1 多目标容差分析与分配  64-67
    5.4.2 多目标容差优化  67-70
  5.5 LED驱动电源多目标容差设计验证  70-74
    5.5.1 驱动电源输出特性的对比验证  70-72
    5.5.2 驱动电源可靠性的对比验证  72-74
  5.6 本章小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-81
附录1 LED驱动电源内部元器件失效率  81-82
附录2 LED驱动电源故障树  82-85
附录3 灵敏度分析结果  85-86
附录4 实测输出电流数据  86-88
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  88-90
致谢  90

LED路灯驱动电源多目标容差设计技术的研究

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