L6563+L6599 LLC經典設計

　　指標參數的確定和電源方案的選擇

　　指標參數的確定

　　本課題所要設計的地鐵車廂LED供電電源樣機的具體指標參數如下：

　　a、整體電氣指標

　　輸入電壓Vin_rms：140 Vac ~270Vac（為滿足地鐵列車錯軌引起的電壓波動）

　　電網頻率f：47~63Hz

　　額定輸出功率Po_rms：3.3V*0.33A*10*6=60W

　　最大輸出功率Po_max：3.5V*0.33A*10*6=69.3W

　　額定輸出電流Io：0.33A*6=1.98A

　　輸出電壓范圍Vo：（3.2V~3.5V）*10=32V~35V

　　單串LED輸出電流紋波：Io_pp：《16.5mA

　　工作溫度：-20℃～60℃

　　啟動時間：《1.5S

　　掉電維持時間tholdup：《40mS

　　PF值： 《0.95（輸入：140 Vac ~270Vac；輸出為額定功率）

　　效率： 《92%（輸入：140 Vac ~270Vac；輸出為額定功率）

　　b、國家國際規范要求［32］~［36］

　　1） 符合EN55015（燈具電磁兼容標準）

　　2） 符合IEC61373（鐵路應用 機車車輛設備 沖擊和振動試驗）

　　3） 符合BS6853-1999（載客列車設計與構造防火通用規范）

　　4） 符合IEC60529/EN60529 IP67 （防水等級）

　　5） 符合IEC1000-3-2/EN61000-3-2

　　電源方案的確定

　　為滿足高功率因數、高效率、高可靠性以及LED需要單串恒流供電等一系列要求，在本論文中我們對每串LED燈都采用獨立的恒流模塊進行控制。本方案是由AC/DC（PFC+LLC）模塊和6個DC/DC恒流模塊兩部分組成。為了縮小電源體積、降低電源復雜度以及良好地散熱，本方案中恒流模塊和LED一起集成在鋁基板上。

　　主要以輸入為140Vac~270Vac、輸出以地鐵車廂LED照明燈具（燈具的規格是：10串*6并 *1W（3.3V/0.33A）的60顆LED燈組成）為負載的電源作為研究對象；電源選取方案為PFC+LLC諧振變換器，外加多組恒流模塊的結構。依據地鐵車廂LED照明供電系統對電源的嚴格的技術要求，本文第二、三章主要介紹PFC、LLC以及恒流模塊等部分的工作原理、參數設計與優化、關鍵元件的設計與選取等；第四章將主要討論電源電磁兼容的設計過程；第五章主要針對整機結構的進行研究與設計；第六章主要是實驗結果，并對結果進行分析；最后，在第七章中對這一方案在地鐵車廂LED照明供電領域中的應用進行了總結與展望。

　　功率因數（PFC）部分的研究與設計

　　2.1.1 功率因數的特性

　　根據電工學的基本理論，功率因數（PF）定義為有功功率（P）與視在功率（S）的比值，用公式表示為：

　　（2.1）

　　（2.2）

　　式（2.1）中， 為輸入電流基波有效值； 為電網電流有效值； ， …… 為各次諧波有效值； 為輸入電壓基波有效值； 為輸入電流畸變因數； 為基波電壓、基波電流位移因數。

　　可見，功率因數由畸變因數 和基波電壓、基波電流位移因數 決定。 低，則設備的無功功率大，設備利用率低，導線、變壓器繞組損耗大； 低，表示設備輸入電流諧波分量大，將造成電流波形畸變，對電網造成污染，使功率因數降低，嚴重時，會造成電子設備損壞。

　　但傳統的功率因數概念是假定輸入電流無諧波電流（即 或 ）的條件下得到的，這樣功率因數的定義就變成了 。

　　總諧波畸變THD（Total Harmonics Distortion）用來衡量電流波形的失真情況，定義為：

　　（2.3）

　　因此，功率因數的表達式可變換為：

　　（2.4）

　　又

　　（2.5）

　　由式（2.4），式（2.5）可得

　　（2.6）

　　從而，當 時，

　　（2.7）

　　由式（2.4）看出，可以采用兩種方法來提高功率因數：一是最大限度地抑制輸入電流的波形畸變，使THD值達到最小；二是盡可能地使電流基波與電壓基波之間的相位差趨于零，使 ，從而實現功率因數校正。利用功率因數校正技術，可使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形的變化，使輸入電流呈正弦波，并且和輸入電壓同相位。