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1、LED灯驱动电源的设计与制作摘 要近年来，电源技术无论在理论研究，还是生产应用方面都取得了许多成果和长足的进步。开关电源的研究涉及电力电子、自动控制等技术领域，软开关、高效率是开关电源的重要研究方向。因此，PFC（Power Factor Correction）技术和软开关PWM（Pulse Width Modulation）技术作为成熟的技术，近些年来在中、小功率乃至大功率开关电源中得到普遍的应用。本文介绍了一种具有功率因数校正和软开关技术的大功率开关电源的结构、原理和设计过程等。整个电源由输入电路、整流电路、反馈电路、过压保护电路、过流保护电路、输出电路等，还具有软启动功能。开关电源具有效
2、率高、体积小、重量轻、可靠性高、负载分担容易等一系列特点。本课题采用的开关方式是全桥全控整流滤波，而且电源还运用了软开关技术，使它的损耗明显降低，DC-DC变换使用斩波升压电路来实现，结构简单，转换效率高。关键词：功率因数校正，PWM技术，保护，效率Design And Production Of LED Lamps Drive PowerAuthor:Yang LongweiTutor:Pang BaotangABSTRACTIn recent years,power supply technique has developed very quickly and it has obtain
3、very big of progress in theories researching and produced application.The research of power supply technique involves many realma such as the electric power electronics and the auto control.The soft switch technique and the high efficiency are important research contents of power supply.Therefore,Po
4、wer Factor Correction(PFC) technique and soft-switching PWM technique are both widely applied in low power SMPS and high power SMPS.This article introduced a high power SMPSs structure, the principle and the design process and so on with PFC and soft-switching PWM technique.The entire power source b
5、y the input circuit, the leveling circuit, the feedback circuit, the overvoltage protection electric circuit, the overflow protection circuit, the output circuit and so on, but also has the soft start function. The switching power supply has the efficiency to be high, the volume is small, the weight
6、 is light, the reliability is high, the load shares and so on easily a series of characteristics. This topic uses the switching mode is the entire bridge all controls the rectification filter, moreover the power source has also utilized the soft switch technology, causes its loss to reduce obviously
7、, the DC-DC transformation use cuts the wave boosted circuit to realize, the structure is simple, the transfer efficiency is high.Key words: PFC，PWM technique，protection，efficiency目 录1绪论11.1开关电源技术发展概况11.1.1电力电子技术的发展11.1.2开关电源技术的应用领域21.1.3开关电源的发展趋势31.2研究背景和意义52开关电源原理72.1原理简介72.2电路原理92.3脉宽调制（PWM）技术92.
8、4反激变换器102.5功率因数校正112.5.1功率因数校正技术112.5.2谐波的产生及防范措施112.5.3谐波补偿和功率因数校正概念的提出123设计过程133.1主要元器件介绍133.1.1 L6562引脚说明133.1.2 LM358引脚说明143.2输入电路的设计143.3控制电路的设计153.4输出电路的设计163.5保护电路的设计163.6整体电路图174调试结果18结论19致谢20参考文献21附录A22附录B231绪 论电能是迄今为止人类文明史上最优质的能源之一。正是有赖于对电能的充分开发和利用，人类才得以进入如此发达的工业化和信息化社会。虽然人类在电能的产生、传输和利用方面已
9、经取得了十分辉煌的成就，但是如何更加合理、高效、精确和方便地利用电能，仍然是需要解决的重大问题。电力电子技术的诞生和发展使人类对电能的利用方式发生了革命性的变化，并且极大地改变了人们利用电能的观念。在世界范围内，用电总量中经过电力电子装置变换和调节的比例已经成为衡量用电水平的重要指标。电源是利用电能变换技术将市电或电池等一次电能转换成适合各种用电对象的二次电能的系统或装置。现代电源技术是应用电力电子技术、自动技术、计算机（微处理器）技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术。他在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起到关键作用的，是现代电力电子技术的具体应用。1.1开关电源技术发展概况1.1.1 电力电
10、子技术的发展电力电子技术的发展方向，是从以低频技术为主的传统电力电子学，向以高频技术为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于上世纪五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。上世纪八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表、集高频高压和大电流于一身的功率半导体复合管器件的出现，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。（1）整流器时代大功率的工业用电由工频（50Hz、60Hz）交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消耗的，其中最典型的应用时电解电镀（有色金属和化工
11、原料）、牵引（电器机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（轧钢、造纸等）三大领域。大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。（2）逆变器、变频器时代七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0100Hz的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GTO）成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出和静止式无功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。进入八十年
12、代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术中的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件。首先是功率MOSFET的问世，使中小功率电源得以向高频化发展，而后绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）的问世，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化提供了重要的技术基础。1.1.2 开关电源技术的应用领域高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会，同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代，计算机全面采用了开关电源，率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入
13、了电子、电器设备领域。通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中，通常将整流器称为一次电源，而将直流直流（DC/DC）变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电变换成标称值为48V的直流电。目前在程控交换机用的一次电源中，传统的相控式稳压电源已被高频开关电源取代，高频开关电源通过MOSFET或IGBT的高频工作（开关频率一般控制在50100Hz范围内），实现高效率和小型化。高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源，代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化，这种电源更有着广阔的应用
14、前景。大功率开关型高压电源广泛用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50159kV，电流达到0.5A以上，功率可达100kW。国内对静电除尘高压直流电源进行了研制，市电经整流变为直流，采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压，然后由高频变压器升压，最后整流为直流高压，在电阻负载条件下，输出直流电压达到55kV，电流达到15mA，工作频率为25.6kHz。分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件，利用最新理论和技术成果，组成积木式、智能化的大功率供电电源，从而使强电与弱电紧密结合，最低大功率元器件、大功率装置（集中式）的研制压力，提
15、高生产效率。分布供电方式具有高效、可靠、经济和维护方便等优点，已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳，也是超高速型集成电路的低电压电源（3.3V）的最为理想的供电方式。在大功率场合，如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景6。1.1.3 开关电源的发展趋势（1）高频化随着电力电子技术的发展，对开关式稳压电源的要求越来越高。主要表现在开关电源的小型化、高效化、电磁兼容性等方面。理论分析和实践经验表明，电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。MOSFET、IGBT等新型全控型高速电力电子器件的出现，使得
16、开关式稳压电源的高频化成为可能。逆变式整流焊机电源，通讯电源等都是高频开关式稳压电源，具有小型化的特点。开关式稳压电源的进一步发展，进而可以取代传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、电力操作等各种直流电源。其主要材料可以节约90%或更高，还可节电30%或更多。20世纪70年代以来，变换器工作频率提高到20kHz甚至更高。然而，常规的DC/DCPWM功率变换技术进一步提高开关频率会面临许多问题。随着开关频率的提高，一方面开关管的损耗会成正比的上升，是电路的效率大大的降低，变换器处理功率的能力大幅地下降。另一方面，系统会对外产生严重的电磁干扰。为了克服上述DC/DC变换器在硬开关状态工作下的
17、诸多问题，从20世纪80年代以来软开关技术得到了深入的研究，近些年得到了迅速的发展。所谓软开关，通常是指零电压开关ZVS（Zero Voltage Switching）和零电流开关ZCS（Zero Current Switching）或近似零电压开关与零电流开关。一般而言，硬开关过程是通过突变的开关过程中断功率流而完成能量变换的。而软开关过程是通过电感L和电容C的谐振，使开关器件中的电流（或其两端的电压）按正弦或准正弦规律变化，当电流过零时使器件关断，或者当电压下降到零时使器件导通。开关器件在零电压或零电流条件下完成导通与关断的过程，将使器件的开关损耗在理论上为零。软开关技术的应用使电力电子变
18、换器可以具有更高的效率、功率密度和可靠性，并有效地减小电能变换装置引起的电磁污染和噪声。（2）模块化模块化有两方面的含义，一是指功率器件的模块化，二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块，含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块（SPM）。近年，有些公司吧开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块（IPM），不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响更加严重，对器件造成更大的电应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，有些制造商
19、开发了“用户专用”功率模块（ASPM），它把一台整机的几乎所有硬件都以都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格合理的热、电、机械方面的设计，达到完美的状态。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成了一台新型的开关电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便、缩小整机体积；更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力将至最低，提高系统的可靠性。另外，大功率的开关电源由于器件容量的限制及增加冗余和提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，并采用均流技术使所有模块共同分担负
20、载电流。这样，一旦其中某个模块失效，其它模块可平均分担负载电流。（3）数字化在传统功率电子技术中，控制部分是按模拟信号来设计和工作。现在数字信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋成熟，显示出越来越多的优点，如便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于软件包调试、便于自诊断、容错等。（4）绿色化电源系统的绿色化有两层含义，首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电时造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染。其次这些电源不能（或尽量少的）对电网产生污染，国际电工委员会对此制定一系列标准，如IEC555、IEC917、IEC1
21、000等。事实上，许多功率电子节能设备，往往会变成对电网的污染源，向电网注入严重的高次谐波电源，使总功率因数下降，使电网电压耦合许多毛刺尖峰，甚至出现畸变。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，有了多种修正功率因数的方法。高频开关电源的输入级是电网电压直接经过整流二极管整流，利用电容器滤波得到初级直流电压，再经过DC/DC变换器获得所需要等级的直流电。网侧电流呈现尖峰状，谐波分量大，功率因数低。随着开关电源功率的不断增大，这一问题不可忽视。因此，将PFC技术引入开关电源成为电力电子技术领域又一热点问题。1.2研究背景和意义在20世纪中期发展起来的PWM（脉宽调制）功率变换技术是一种
22、硬开关技术。所谓“硬开关”是指功率开关管在导通或关断时，其上的电压或电流不为零，即开关管是在控制信号的强制控制下变换状态的，此时必然存在开关损耗。随着电力电子技术的高速发展，体积小、重量轻、效率高、可靠性高等要求被提上日程，这就要求开关电源中变换器的工作频率越来越高。因此，如果仍然采用硬开关技术会遇到一系列问题，如开关损耗大、开关管关断或开通过程中产生尖峰电压或电流、高频工作状态下的强电磁干扰等。而且，这些问题会随着开关电源工作频率的提高而更加严重。相对于硬开关技术人们提出了能够解决以上问题的软开关技术。即在开关管导通或关断的瞬间使电压或电流为零，从而使开关损耗为零。近年来，软开关技术已经广泛
23、应用于开关电源系统中，这一改进使电源系统性能得到了大幅提高，对于整个社会的能源节约和利用，国家生产生活得出了巨大贡献。随着电力电子学的发展，人们对电源系统的要求也越来越高，除了高功率、大容量、小体积、易携带等要求。更多的人们对电源系统的输入功率因素和高次谐波电流成分也提出了更高的要求。尤其在我国倡导的建立环境友好型、资源节约型社会的今天，电力是否能安全使用，能源能否被充分的利用变得至关重要。本课题基于以上考虑，针对提高系统功率因素和电能使用效率的目的，利用功率因素校正技术和软开关技术的综合应用，力求设计出性能较高的LED大功率驱动电源。2 开关电源原理2.1原理简介开关电源是一种电压转换电路，
24、主要的工作内容是升压和降压，广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在 “开” 和“关” 的状态，所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路，这种转换电能的方式，不仅应用在电源电路，在其它的电路应用也很普遍，如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点，缺点是功率相对较小，而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路，能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路，变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路,开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一
25、点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间3。开关电源的框图如图2.1所示。图2.1 开关电源的框图开关电源一般由开关元件、控制电路和滤波电路三部分组成。开关串联在电源的输入和负载之间，构成串联型的电源电路。实际的开关元件常常是功率开关晶体管或MOS场效应管。控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽
26、度转换单元。开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。开关电源的波形图如图2.2所示。开关接通时，输入电压通过滤波器加在负载电阻上。开关截止时，等于零。开关交替通断，则在滤波器的输入端产生矩形脉冲波。此矩形脉冲再经滤波电路滤波，即可在负载两端产生平滑的直流电压。很明显，直流电压的大小与一个周期中开关管截止时间成正比。越长，越大。因为开关
27、管截止时，从扼流圈流过的电流不能立刻降到零，故增设了一只续流二极管，为此电流提供一条返回通路。图2.2 波形图TtTon0UinUoUD与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压1。 开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优
28、点。 2.2电路原理所谓开关电源，顾名思义，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、（开关管）控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠
29、次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，我们知道，晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.650.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态， -0.1V-0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一
30、般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了，也没必要了解的那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源2。2.3脉宽调制（PWM）技术脉冲宽度调制(
31、PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了
32、学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难
33、以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了4。2.4反激变换器反激式变换器（如图2.3）指的是开关截止器件将变压器储能传递给输出的变换器。这种电路的工作方式与倒置型电路（或升压型电路）的工作方式类似。它的绕组元件（带有次级绕组的电感器）具有电感器和变压器两种
34、功能。理想的变压器在初级电路和次级电路之间直接耦合能量，不储存能量；而在反激式变换电路内，因为要求绕组元件储存能量，所以需要空气隙，它与普通变压器不一样。开关管导通期间，电流在初级电路里以线性方式上升，在电感器内储存能量（）。在此期间，二极管VD阻止电流通过次级绕组流动。开关管截止期间，电感器内储存的能量通过次级和VD释放给负载，并对电容器充电4。2.5功率因数校正2.5.1 功率因数校正技术近年来，迅猛发展的电力电子技术使大量的直流开关电源更加广泛的应用在计算机、通讯设、电力电子系统等众多领域，老式笨重、低效率的电源被众多轻巧、高性能的新型电源所取代。传统的AC/DC电能变换器和开关电源，其
35、输入电路普遍采用了全桥二极管整流，输出端接到大容量电容器滤波器。虽然整流器电路简单可靠，但它们会在电网中吸取高峰值电流，使输入端的交流电流波形发生畸变，产生谐波，导致功率因数比较低。许多先进国家已经明文规定单台机器入网的最低功率因数限制，以提高电网供电质量，节约能源5。2.5.2 谐波的产生及防范措施 目前，在广泛应用的电力电子设备中，整流装置所占的比例很大，常用的整流电源大部分采用晶闸管相控整流或二极管不控整流方式。其中，电容滤波式不控整流器的输入电流基波分量与电源电压相位大体相同，但是输入电流的谐波含量很高，这样就会给电网带来很大的谐波污染，使得功率因数较低5。解决谐波问题的主要思路有两种
36、，一种是被动的方式，即在电网侧对已经产生的谐波进行补偿。另一种是主动的方式，即对产生谐波的电力电子装置的拓扑结构和控制策略进行改进。使其产生较少甚至不产生谐波，使得输入电流和输入电压同相，达到提高功率因数的目的5。2.5.3 谐波补偿和功率因数校正概念的提出在过去的几十年中，为了补偿由电力电子设备带来的无功功率和谐波，已经提出了很多方法。大体上可以分为无源补偿和有源补偿两种方式。功率因数校正技术大致可分为无源和有源两类：（1）无源PFC：对于早期的无源PFC,电网输入端先串联笨重的大电感器、大电容器。而之后产生的改进的无源PFC，在全波整流器之后再串接C-L-C滤波网络，它可用于镇流器和小功率
37、电源中。新型的无源PFC是在全波整流器之后串接多个二极管与电容器组合的D-C网络。这种功率因数校正方式又被称为“填谷式”PFC电路，它主要是在二极管整流桥前面串接一个电感和电容组成的滤波器，可以使得整流桥中二极管的导通角增大，从而使得电流波形得到明显改善。这种无源的功率因数校正电路结构简单可靠。无源补偿的基本原理是利用电容器提供的超前无功电流补偿电网的滞后无功，利用电感、电容构成的各次谐波滤波器、陷波器，吸收电网基波频率以外的谐波。有关无源滤波器的研究已趋于成熟，在实际系统中已经得到广泛的应用。但是，无源滤波器也存在明显的缺陷。主要表现为电容器对无功的补偿是固定的，对负载变化的适应性差。无源滤
38、波器尤其是低次谐波器的体积重量都相当可观。并且容易和系统发生谐振，使得滤波器过载甚至烧毁。（2）有源PFC：低频有源PFC主要指大功能晶闸管电路。高频有源PFC是基于Boost变换器的PFC电路。另外还有其他PFC新技术如软开关PFC、三电平PFC、磁放大器PFC技术等。高频有源功率因数校正技术是抑制电网交流输入谐波电流污染最佳的方法。它通过相应的一个或两个反馈控制电路。使输入电流平均值能自动跟随全波整流电压基准，并维持支流输出电压稳定。PFC电路使变换器的输入电流于输入电流波形均为正弦波形，并把两者校正为相同相位，它的作用可以看成把变换器电路当作一个电阻器，故也称为“电阻仿真器”。有源功率因
39、数校正技术主要有乘法控制PFC技术和电压跟随控制PFC技术5。3设计过程3.1主要元器件介绍3.1.1 L6562引脚说明图3.1 L6562引脚图1、INV：该引脚为电压误差放大器反相输入端和输出电压过压保护输入端；2、COMP：该引脚同时为电压误差放大器的输出端和芯片内部乘法器的一个输入端，反馈补偿网络接在该引脚与INV之间；3、MULT：该引脚为芯片内部乘法器的另一输入端；4、CS：该引脚为芯片内部PWM比较器的反相输入端，可通过电阻来检测MOS管电流5、ZCD：该引脚为电感电流过零检测端；6、GND：该引脚为芯片地，芯片所有信号都以该引脚为参考，该引脚直接与主电路地相连；7、GD：为M
40、OS管的驱动信号输出引脚，为避免MOS管驱动信号震荡，一般在GD引脚与MOS管的栅极之间连接一十几欧姆到几十欧姆的电阻，电阻的大小由实际电路决定；8、VCC：芯片电源引脚，该引脚同时连接于启动电路和电源电路。3.1.2 LM358引脚说明图3.2 LM358引脚图1、OUT1：输出12、IN1（-）：反相输入13、IN1（+）：正相输入14、GND：地5、IN2（+）：正相输入26、IN2（-）：反相输入27、OUT2：输出28、Vcc：电源3.2输入电路的设计输入电路的设计如图3.3所示。电阻R1用来抑制电流，市电刚接通时，浪涌电流将非常大，和可能会使开关电源受到损坏，接入R1后，则可使浪涌
41、电流显著减小。输入滤波器由C1、C2和T1构成，主要用来抑制开关电源对电网的高频干扰和电网对开关电源的高频干扰。D1、D2、D3和D4构成整流电路，对输入的交流电进行整流，整流后经过C3后输出。图3.3 输入电路3.3控制电路的设计控制电路的设计如图3.4所示。图3.4 控制电路如图所示，通过R3、R5和C15为L6562提供电源。L6562通过1、2引脚采集误差信号，并根据采集的误差信号对电路的功率因数进行校正。L6562通过7引脚输出PWM信号来控制场效应管Q1导通或者截止，已达到控制电路处于通路或者断路状态。3.4输出电路的设计输出电路的设计如图3.5所示。图3.5 输出电路的设计 如图
42、所示，输出电路采用反激式变换器。在开关管导通期间，电流在初级电路里以线性方式上升，在电感器内储存能量，二极管D7阻止电流通过次级绕组流动，开关管截止期间，电感器内储存的能量通过次级和D7释放给负载。L2、C16和C17组成输出滤波网络。R16为L2中储存的电能提供一个回路。3.5保护电路的设计保护电路的设计如图3.6所示。电路通过采集电压信号和电流信号来分析是否有过压和过流。正常工作时，发光二极管处于截止状态，若出现过压和过流时，发光二极管导通，光耦工作，从而达到保护电路的作用。 图3.6 保护电路3.6整体电路图整体电路图如图3.7所示。图3.7 整体电路图4调试结果电路输出电压波形如图4.
43、1所示。图4.1 输出电压波形图如图所示，输出电压约为52V，基本达到54V的设计目标，输出电压相对比较稳定。结 论电在人们的生产生活中扮演着越来越重要的角色，为了更好地利用电能，我们进行电源的研究并提出开关电源的概念。开关电源一般由开关电路，控制电路和滤波电路组成。在具体的开关电源的设计中，为了保护负载和开关电源本身，会增加一些保护电路的设计，如过流保护、过压保护等。控制电路采用软开关技术，随着电力电子技术的发展，开关管的频率越来越高。虽然整流器电路简单可靠，但它们会在电网中吸取高峰值电流，使输入端的交流电流波形发生畸变，产生谐波，导致功率因数比较低。为了补偿由电力电子设备带来的无功功率和谐
44、波，提出了功率因数校正技术。高频有源功率因数校正技术是抑制电网交流输入谐波电流污染最佳的方法。它通过相应的一个或两个反馈控制电路。使输入电流平均值能自动跟随全波整流电压基准，并维持支流输出电压稳定。随着电力电子学的发展，人们对电源系统的要求也越来越高，除了高功率、大容量、小体积、易携带等要求。更多的人们对电源系统的输入功率因素和高次谐波电流成分也提出了更高的要求。针对提高系统功率因素和电能使用效率的目的，利用功率因素校正技术和软开关技术的综合应用，设计出性能较高的LED大功率驱动电源具有重要的意义致 谢在此论文撰写过程中，要特别感谢我的导师庞保堂教授的指导与督促，同时感谢他的谅解与包容。没有庞
45、保堂教授的帮助也就没有今天的这篇论文。求学历程是艰苦的，但又是快乐的。在此我还想感谢所有的老师，是您们让我在浩瀚的知识海洋中能找到了自己的方向，是您们的谆谆教导让我有了今天的知识积累，是您们让我的大学生活充实而精彩。你们无私奉献的精神很让我感动，再次向您们表示由衷的感谢。在这四年的学期中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心的感谢。谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！参考文献1 王英剑，常敏慧，何希才等新型开关电源应用技术M北京：电子工业出版社，19
46、99 2 李爱文，张承惠现代逆变技术及应用M北京：北京科学出版社，20003 周志敏，周纪海，纪爱华LED驱动电路设计与应用M北京：北京人民邮电出版，20064王鸿钰实用电源技术手册M上海：上海科学技术出版社，2002.85王志隆具有功率因数校正和软开关技术开关电源设计D西安：西安科技大学，20095 长谷川开关式稳压器的设计技术M北京：北京科学出版社，19896毛鸿，吴兆麟有源功率因数校正器的控制策略综述J电力电子技术37（3），2003.67 侯振义，侯传教开关电源功率因数校正技术及功率级设计J国外电子元器件，1998年第6期8王志隆具有功率因数校正和软开关技术开关电源设计D西安：西安科技大学，20099王建明具有功率因数校正和软开关的高频开关电源的设计D大连：大连理工大学，2007.1210 叶治政，叶靖国开关稳压电源M北京：高等教育出版社，198911 叶慧贞等新颖开关稳压电源M北京：国防工业出版社，1999附录A图A1 整体电路图附录B图B1 实物图
