指标参数的确定和电源方案的选择指标参数的确定电源方案的确定.PDF

L6563+L6599 LLC 经典设计 指标参数的确定和电源方案的选择 指标参数的确定 本课题所要设计的地铁车厢LED供电电源样机的具体指标参数如下： a、整体电气指标 输入电压Vin_rms ：140 Vac ~270Vac(为满足地铁列车错轨引起的电压波动) 电网频率f ：47~63Hz 额定输出功率Po_rms ：3.3V*0.33A*10*6=60W 最大输出功率Po_max ：3.5V*0.33A*10*6=69.3W 额定输出电流Io ：0.33A*6=1.98A 输出电压范围Vo ：（3.2V~3.5V ）*10=32V~35V 单串LED输出电流纹波：Io_pp ：16.5mA 工作温度：-20℃～60℃ 启动时间：1.5S 掉电维持时间tholdup ：40mS PF值： 0.95(输入：140 Vac ~270Vac；输出为额定功率) 效率： 92%(输入：140 Vac ~270Vac；输出为额定功率) b、国家国际规范要求[32]~[36] 1) 符合EN55015(灯具电磁兼容标准) 2) 符合IEC61373（铁路应用 机车车辆设备 冲击和振动试验） 3) 符合BS6853-1999（载客列车设计与构造防火通用规范） 4) 符合IEC60529/EN60529 IP67 （防水等级） 5) 符合IEC1000-3-2/EN61000-3-2 电源方案的确定 为满足高功率因数、高效率、高可靠性以及LED需要单串恒流供电等一系列 要求，在本论文中我们对每串LED灯都采用独立的恒流模块进行控制。本方案是 由AC/DC（PFC+LLC）模块和6个DC/DC恒流模块两部分组成。为了缩小电源体 积、降低电源复杂度以及良好地散热，本方案中恒流模块和LED一起集成在铝基 板上。 主要以输入为140Vac~270Vac、输出以地铁车厢LED照明灯具（灯具的规格 是：10 串*6 并 *1W（3.3V/0.33A）的 60 颗 LED 灯组成）为负载的电源作为研究 对象；电源选取方案为PFC+LLC谐振变换器，外加多组恒流模块的结构。依据地 铁车厢LED照明供电系统对电源的严格的技术要求，本文第二、三章主要介绍 PFC、LLC以及恒流模块等部分的工作原理、参数设计与优化、关键元件的设计 与选取等；第四章将主要讨论电源电磁兼容的设计过程；第五章主要针对整机结 构的进行研究与设计；第六章主要是实验结果，并对结果进行分析；最后，在第 七章中对这一方案在地铁车厢LED照明供电领域中的应用进行了总结与展望。 功率因数（PFC）部分的研究与设计 2.1.1 功率因数的特性 根据电工学的基本理论，功率因数（PF ）定义为有功功率(P)与视在功率(S) 的比值，用公式表示为： （2.1 ） （2.2 ） 式（2.1 ）中， 为输入电流基波有效值； 为电网电流有效值； ， …… 为各次 谐波有效值； 为输入电压基波有效值； 为输入电流畸变因数； 为基波电压、 基波电流位移因数。 可见，功率因数由畸变因数 和基波电压、基波电流位移因数 决定。 低， 则设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大； 低，表示设 备输入电流谐波分量大，将造成电流波形畸变，对电网造成污染，使功率因数降 低，严重时，会造成电子设备损坏。 但传统的功率因数概念是假定输入电流无谐波电流（即 或 ）的条件下得到 的，这样功率因数的定义就变成了 。 总谐波畸变THD(Total Harmonics Distortion ）用来衡量电流波形的失真情况， 定义为： （2.3 ） 因此，功率因数的表达式可变换为： （2.4 ） 又 （2.5 ） 由式(2.4)，式(2.5)可得