Введение 4
1 Аналитический обзор литературы и состояния исследуемой области 7
1.1 Обзор схем источников питания для светодиодного модуля 7
1.2 Обзор методов повышения коэффициента мощности 15
1.3 Обзор методов повышения КПД 26
2 Математическое моделирование 28
2.1 Постановка задач исследования 28
2.2 Выбор схемы светодиодного источника питания 29
2.3 Теоретический анализ исследуемых процессов и предварительный расчет схемы 29
2.4 Разработка математической модели 37
2.5 Исследование математической модели 40
2.6 Анализ результатов исследования 56
3 Проектирование светодиодного источника питания 59
3.1 Выбор элементов схемы источника питания 59
3.2 Тепловой расчет полупроводниковых элементов в повышающем преобразователе 63
3.3 Разработка схемы системы управления 65
Заключение 70
Список используемой литературы
В наше время известно большое количество различных осветительных приборов. Наиболее важными характеристиками осветительного прибора являются интенсивность и яркость, или качество света. Светильник должен излучать свет, создающий комфортные условия для работы и отдыха людей, не портящий глаза, не искажающий цвета окружающих предметов, т.е. у него должны быть высокие световой поток и коэффициент цветопередачи. Таким требованиям удовлетворяют светодиодные источники света. Они обладают высокой эффективностью, возможностью получения широкого спектра цветов, высоким коэффициентом цветопередачи, экологически безопасны, а также имеют долгий срок службы.
Для обеспечения долгого срока службы, высокой надежности и стабильности характеристик светильника необходимо использовать светодиодный источник питания, преобразующий переменное напряжение сети в постоянное.
На сегодняшний день известно большое количество различных схем светодиодных источников питания. Одним из основных требований к таким схемам являются высокие энергетические показатели. К таким показателям относятся коэффициент полезного действия (КПД) и коэффициент мощности. КПД определяет процент потребляемой драйвером от сети энергии, которая идет на нагрузку. Коэффициент мощности показывает, насколько потребляемый ток искажен и смещен по фазе относительно сетевого напряжения. Он определяется как отношение активной мощности к полной и может принимать значения от нуля до единицы.
Целью данной работы является повышение энергетических показателей светодиодного источника питания. Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. анализ известных методов повышения эффективности источника
питания;
2. выбор схемы силовой части устройства и алгоритма управления;
3. предварительная оценка параметров элементов схемы;
4. разработка математической модели и её исследование;
5. анализ полученных результатов исследования и корректировка
параметров элементов;
6. выбор элементов и проектирование основных узлов схемы устройства
Вопрос повышения энергетических характеристик часто интересует производителей светодиодных источников питания. Существует немалое количество публикаций, посвященных повышению коэффициента мощности и КПД, но во многих из них содержится общее описание работы схемы и предельно упрощенные расчетные соотношения, что является недостаточным для разработки светодиодного источника [1-2]. Некоторые производители электроники выпускают руководства, содержащие методики расчета схем, улучшающих энергетические показатели устройств, но такие методики разработаны под конкретные микросхемы этих производителей [3-4].
Научная новизна.
1. Разработана математическая модель светодиодного источника питания, с помощью которой можно решить различные исследовательские задачи.
2. Посредством математического моделирования проанализировано влияние различных параметров схемы на характеристики устройства.
Практическая ценность.
1. Разработанная схема коррекции коэффициента мощности позволяет минимизировать искажение формы кривой потребляемого тока и фазовый сдвиг между входным напряжением и током.
2. Предложенный алгоритм расчета и математическая модель могут быть использованы разработчиками для проектирования устройств с высоким коэффициентом мощности.
Диссертационная работа состоит из трёх глав. В первой главе выполнен общий обзор схем питания для светодиодных источников света, подробно рассмотрены основные требования, предъявляемые к данным устройствам, а также изучены известные методы улучшения энергетических показателей светодиодных источников питания.
Во второй главе произведен выбор силовой части схемы источника питания и алгоритма управления этой силовой частью, подробно рассмотрены процессы, происходящие в выбранной схеме, а также произведена предварительная оценка параметров элементов схемы. В данной главе описана разработка математической модели и выполнено её моделирование в программной среде MALTAB, в результате которого были получены зависимости коэффициента мощности и КПД от различных параметров схемы. После анализа результатов моделирования значения параметров были скорректированы для получения наилучших энергетических показателей.
В третьей главе произведено проектирование источника питания для светодиодов, которое включило в себя подбор и разработку таких элементов и узлов схемы, как силовой ключ, система управления, выпрямитель, дроссель, выходной конденсатор.
1. Для получения коэффициента мощности, близкого к единице, необходимо в схему устройства ввести активный ККМ.
2. Наименьшее содержание высших гармоник во входном токе и незначительные пульсации на выходе устройства можно получить при алгоритме управления по среднему току.
3. Для повышения КПД необходимо сокращать количество преобразователей в устройстве, а также использовать быстродействующие транзисторные ключи с минимальным внутренним сопротивлением, микросхемы с малым током потребления и минимально возможным значением опорного напряжения.
4. Разработанная математическая модель светодиодного источника питания позволяет рассчитывать параметры источника и получать различные характеристики и показатели, её применение значительно
5. Использование математической модели значительно облегчает решение задачи оптимизации параметров источника питания.
6. Разработанная электрическая схема источника питания для светодиодного модуля полностью соответствует заявленным требованиям, обеспечивает хорошую электромагнитную совместимость с другими устройствами.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
