照明用大功率LED恒流驱动技术研究

论文摘要

当今社会,能源问题日益被世界所关注,其中电能的合理利用是节约能源的重要方面,而照明用电在全世界的电力消耗中占有重要比重。随着半导体照明技术的发展,大功率LED由于其节能、高效、环保、高可靠性、长寿命等特点,作为符合绿色照明概念的一种新型的照明光源得到越来越广泛的应用。LED本身的电气特性存在离散性,光学特性对电流的敏感性高于电压,因此高质量的LED驱动器都采用恒流驱动控制。基于开关调节的恒流驱动器由于具有高效率、宽输入范围、电流调节简便等优点,而成为了当今LED驱动的主流。开关调节的恒流驱动器主要采用稳压开关电源加恒流控制单元的结构。根据IEC61000-3-2标准对照明设备的要求,本文所提出的恒流驱动器包含功率因数校正（PFC）环节。设计了两种功率因数校正电路,一种是Boost型有源功率因数校正电路,另一种是基于Boost的交错式功率因数校正电路。这两种功率因数校正电路都提高了系统的功率因数,降低了输入电流中的谐波含量。PFC的输出为稳定的400V直流电压,这个电压高于恒流控制单元所需求的直流电压,因此要进行降压变换。传统的降压型DC/DC变换器存在两个主要问题:一是输入电压范围和转换效率的矛盾,二是副边整流二极管的反向恢复问题。本文所提出的半桥型LLC直流变换器是一种新型的谐振变换器,它能很好的解决上述的两种问题。该变换器原边主开关工作在零电压开通条件下,副边整流二极管工作在零电流关断条件下,在宽范围输入情况下,其转换效率能够设计在输入电压范围的高端。本文中,LED的阵列结构为多支路并联单支串联形式,为了每条支路尽可能多的串联LED,恒流控制单元采用了基于峰值电流控制的Boost电路结构。最后,本文根据前述的分析搭建了两种LED恒流驱动器,并对其进行了实验研究,通过对实验结果的分析,验证了两种样机结构均达到了系统要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究发展现状及分析
• 1.2.1 照明用大功率白光LED发展状况
• 1.2.2 白光LED恒流驱动技术发展趋势
• 1.3 系统结构
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 功率因数校正技术
• 2.1 功率因数定义及其与谐波的关系
• 2.2 有源功率因数校正和无源功率因数校正
• 2.3 基于Boost的有源功率因数校正
• 2.3.1 基于Boost的临界导电模式APFC原理
• 2.3.2 主要参数设计
• 2.3.3 仿真分析
• 2.4 交错式功率因数校正
• 2.4.1 交错式功率因数校正电路工作原理
• 2.4.2 特性分析
• 2.4.3 主要参数设计
• 2.4.4 仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 LLC谐振变换技术
• 3.1 引言
• 3.2 LLC电路结构
• 3.3 工作原理
• ms'>3.3.1 工作频率范围f_ms
• f_S'>3.3.2 工作频率范围f>f_S
• 3.4 LLC谐振变换器特性分析
• 3.4.1 稳态特性
• 3.4.2 谐振参数变化对直流增益的影响
• 3.4.3 谐振变换器工作区域
• 3.4.4 半桥主开关ZVS约束条件
• 3.5 两级结构中输入电压变化对LLC工作点的影响
• 3.6 参数设计
• 3.7 仿真分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 恒流控制电路设计
• 4.1 电流对大功率白光LED特性的影响
• 4.2 大功率白光LED最佳驱动方式
• 4.3 峰值电流控制Boost型大功率LED驱动变换器原理
• 4.4 基于峰值电流控制的大功率LED恒流驱动器设计
• 4.4.1 恒流控制器选取
• 4.4.2 外部电路参数设计
• 4.5 仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 样机搭建及实验分析
• 5.1 系统结构
• 5.2 三级结构系统实验分析
• 5.2.1 功率因数校正电路实验
• 5.2.2 LLC谐振变换电路实验
• 5.2.3 负载调整率
• 5.2.4 恒流控制单元实验
• 5.3 两级结构系统实验分析
• 5.3.1 稳压输出级实验
• 5.3.2 恒流控制级实验
• 5.4 系统整体效率及实物图
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢