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L6563+L6599_LLC经典设计
刘二保
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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
（2.6）
从而，当 时，
（2.7）
由式（2.4）看出，可以采用两种方法来提高功率因数：一是最大限度地抑制输入电流的波形畸变，使THD值达到最小；二是尽可能地使电流基波与电压基波之间的相位差趋于零，使 ，从而实现功率因数校正。利用功率因数校正技术，可使交流输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形的变化，使输入电流呈正弦波，并且和输入电压同相位。
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