摘 要

LED具有发光亮度高、能耗低、环保、使用寿命长等优点。LED照明的普及依赖于成熟的LED驱动电源技术。而功率因数的高低被作为衡量LED驱动电源性能优劣的重要指标。

根据LED灯高功率因数驱动电源的设计要求，本次设计了具有单端反激式结构的无源功率因数校正恒流以及TL431与PC817光耦合反馈LED灯驱动电源电路。驱动电源的额定输出功率30，采用UC3842作为电源的集成控制器。驱动电源可以给LED灯提供恒定的电流，使LED灯能稳定的发光。

本电源采用的无源功率因数校正设计采用填谷电路，用于大幅度提高整流管导通时间，将输入电流由尖峰脉冲波形改变为接近于正弦波的波形，由此可将功率因数的数值提高到0.9左右。

反激式电路中使用的钳位方式是RCD钳位，RCD钳位电路能有效的降低电源的EMI。电路中使用到的开关器件是MOS管。本设计最终能实现功率因数0.9以上，输出功率达30W，同时效率达到80%的基本要求。

关键词：PPFC；高功率因数；反激式结构；功率开关管；高压变频器；

Abstract

LED has the advantages of high brightness, low energy consumption, environmental protection and long service life.The popularity of LED lighting depends on mature LED driving power technology.The power factor is taken as an important index to measure the performance of LED power supply.

According to the design requirements of LED lamp high power factor driving power supply, this paper designs the passive power factor correction constant current with single-end flyback structure and the optical coupling feedback LED lamp driving power circuit of TL431 and PC817.The rated output power of the driving power supply is 30. UC3842 is adopted as the integrated controller of the power supply.The driving power supply can provide a constant current to the LED lamp, so that the LED lamp can give off light stably.

The passive PFC used in this power supply is designed with a valley filling circuit, which is used to greatly improve the conduction time of the rectifier tube, change the input current from the peak pulse waveform to the waveform close to the sine wave, so that the value of the power factor can be increased to about 0.9.

RCD clamp is used in flyback circuit. RCD clamp circuit can effectively reduce the EMI of power supply.The switching device used in the circuit is MOS tube.The design can finally achieve a power factor above 0.9, the output power of 30W, and the efficiency of 80% of the basic requirements.

Keywords: PPFC;High power factor;flyback structure;Power switch tube;High voltage frequency converter;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要研究内容 2

第2章 LED特性以及驱动方式 3

2.1 LED特性 3

2.1.1 LED与传统光源的差异 3

2.1.2 LED发光原理 3

2.1.3 发光二极管响应时间 4

2.2 LED连接方式 5

2.2.1 LED串联连接方式 5

2.2.2 LED并联的连接方式 5

2.2.3 LED混联的连接方式 5

2.3 LED驱动方式 6

第3章 功率因数校正计算与DC/DC变换 8

3.1 功率因数校正 8

3.1.1 功率因数的定义 8

3.1.2 无源功率因数校正 8

3.1.3 有源功率因数校正 8

3.1.4 两种功率因数校正方法的优缺点 9

3.2 DC/DC变换 9

3.2.1 DC/DC变换器分类 9

3.2.2 反激式变换器 9

第4章 驱动电源整体设计 11

4.1 驱动电源整体结构图 11

4.2 输入回路设计 11

4.3 PFC电路设计 12

4.4 RCD电路设计 13

4.5 反激式变压器设计 14

4.6 控制器设计 14

4.7 Altium Designer电路图绘制 16

第5章 驱动电源各部分参数计算 17

5.1输入保护电路以及参数计算 17

5.2 EMI滤波器 18

5.3 输入整流滤波电路 19

5.4 RCD钳位电路设计 19

5.5 单端反激式变压器设计 20

5.6 输出整流电路设计 26

5.7 反馈电路设计 27

5.7.1 光耦TL431反馈电路设计 27

5.7.2 动态反馈补偿设计 30

5.8 控制电路设计 30

5.9 无源PFC电路设计 32

第6章 设计仿真与参数分析 33

6.1 saber仿真软件介绍 33

6.2 saber仿真电路图绘制 33

6.3 saber仿真结果 34

第7章 总结与展望 36

7.1 总结 36

7.2 未来展望 36

参考文献 37

致谢 39

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

白炽灯的发明结束了人类文明日出而作，日落而息的生活模式。虽然有这样伟大的发明，但随着科技的飞速发展，电子科学技术也在与时俱进，人类的照明科学技术也依靠着科学水平的进步而得到提升。到如今21世纪，今天白炽灯已渐渐退出历史舞台，离我们的生活越来越远，新的照明系统将逐渐统治社会，发光二极管最终将取代白炽灯和日光灯。

进入21世纪以来，传统的白炽灯、日光灯照明渐渐被高效率、损耗低、绿色、工作寿命长和高可靠性的LED照明取代。LED被世界认为是具有新一代尖端环保技术的光源，更是照明史上又一次具有全新意义的革命。

如今，世界能源短缺问题已经越来越严重，人们的基本日常生活更是不能缺少能源的消耗。随着科技的发展，人们的日常生活变得更加丰富多彩，而能源消耗更是变得越来越多。这样的大环境下，由于白炽灯、荧光灯的高能耗，它们成为了浪费能源代名词，使一个白炽灯工作所需的能源，其中有97%是白白浪费掉的，荧光灯也只是略微优于白炽灯，荧光灯同样也存在85%的能量是别白白浪费掉的；同时，荧光灯的工作寿命仅有近5000个小时，并且荧光灯的灯管材料为有毒的水银，在其制作与更换的过程中有一定的危险性。而LED灯无论是相比于白炽灯或是荧光灯，寿命是前者是10倍，更没有有害物质，同时还能根据LED特性改变其光的颜色，从而应用在各行各业。

LED早已与我们的生活紧密联系在一起，我们日常生活中用到的电子设备，包括智能手机、电脑、照明灯上都运用了大量的发光二极管，而LED的能力不仅限于此，随着科学技术的发展，LED的应用场合越来越广。未来，LED会将人类的照明技术推上一个新的台阶。更会进一步的减少人类生活的能源消耗。

1.2 国内外研究现状

外国的科研人员经过多年对LED驱动电源的研究与实验，自驱动电源发明共设计出三代驱动电源：第一代电源采用隔离式的设计方法，系统效率较低，通常在84％～88％，同时所需成本较高、工作寿命短、可靠性较低；第二代电源采用将恒压源、恒流源双模块集合设计的方法，系统效率得到了明显的提高，达到88％～91％，同时寿命与可靠性大幅度提高，制作费用也大幅度下降;第三代电源通过将电能转换分两级完成的方式制作，系统效率进一步提高，实现94%~96%，驱动器消耗比第二代电源再下降30％～50％。