新型高功率密度LED驱动器研究

论文摘要

在绿色环保思想日益深入人心的当代,研究高效节能的电子产品具有重大意义。LED（Light Emitting Diode）照明光源是近年兴起的新型绿色照明光源,具有高效、节能、环保、使用寿命长、可靠性高、应用灵活、动态响应快等优点。我国及其他各国都加快对LED照明产品及其驱动电源的研究与使用。本文对比了三级与两级LED驱动器,通过将功率因数校正电路与直流变换器集成为一级的方式,提出一种新型高功率密度单功率级LED驱动器。该驱动器减小了系统的体积,提高了功率密度,降低了装置成本。本文设计了两种具有高功率密度的LED驱动拓扑结构,并分别对两种拓扑结构进行深入的理论分析与仿真验证。本文所提的SF-SPS变换器能实现系统软开关,所以其可工作在较高的工作频率,具有更高的功率密度。本文分析了SF-SPS变换器中Sepic单元实现PFC的条件及Flyback实现零电流、低电压开通的条件,设计了箝位电路及补偿网络。建立了电路等效模型,优化了其控制回路。采用模拟与数字相结合的方法设计了SF-SPS变换器的控制器,控制方式采用零电压开通,峰值电流关断的双闭环控制。在实验中,搭建了100W SF-SPS变换器实验样机并进行了调试,经测试,所提的SF-SPS变换器稳态效率高达83%,当负载在30%到100%变化时,其功率因数大于0.991,THD小于9%,负载调整率为3.4%;当输入电压在180V到260V波动时,其功率因数大于0.988,THD小于10%,电压调整率为3.9%。实验结果表明,所设计的SF-SPS变换器具有良好的动态特性和稳态性能。

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 功率LED照明应用中的一些关键问题
• 1.2.1 LED特性介绍
• 1.2.2 LED负载阵列介绍
• 1.3 LED驱动技术发展
• 1.3.1 功率LED驱动方式
• 1.3.2 LED驱动技术的研究现状及发展趋势
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 LED驱动器高功率密度拓扑研究
• 2.1 LED驱动器的三功率级结构简述
• 2.2 高功率密度驱动器方案
• 2.3 BBF-SPS变换器拓扑研究
• 2.3.1 工作原理分析
• 2.3.2 主要参数设计
• 2.3.3 开环仿真分析
• 2.4 SF-SPS PFC变换器拓扑研究
• 2.4.1 工作原理分析
• 2.4.2 开环仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 SF-SPS PFC变换器设计
• 3.1 Sepic单元的分析与设计
• 3.1.1 电路特性分析
• 3.1.2 PFC实现条件
• 3.1.3 主要参数设计
• 3.1.4 器件应力分析
• 3.2 Flyback单元的分析与设计
• 3.2.1 电路特性分析
• 3.2.2 零电流、低电压开通实现条件
• 3.2.3 主要参数设计
• 3.2.4 器件应力分析
• 3.2.5 箝位电路设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 控制器设计
• 4.1 主电路开环小信号分析
• 4.2 控制电路小信号模型
• 4.2.1 补偿网络设计
• 4.2.2 PI参数设定
• 4.2.3 稳定性分析
• 4.3 控制方式
• 4.4 MCU硬件电路设计
• 4.5 MCU控制算法实现
• 4.6 闭环仿真分析
• 4.6.1 电路主要波形及分析
• 4.6.2 电压调整率分析
• 4.6.3 负载调整率分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 实验验证
• 5.1 电路原理图及实物图
• 5.2 前级Sepic单元实验
• 5.3 后级Flyback单元实验
• 5.4 动态特性分析
• 5.4.1 输入电压变化对系统影响
• 5.4.2 负载变化对系统影响
• 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他成果
• 致谢