大功率LED照明驱动与控制技术研究

论文摘要

照明领域正在经历一场革命,出于节约能源、保护地球环境的目的,美洲、欧洲一些国家相继禁止了对传统白炽灯的生产和使用。目前运用较广的真空荧光灯由于含有毒物质汞,也存在被取消的趋势。针对这些市场机遇,各种新技术被用来设计替代型灯具。大功率LED由于具备高效、环保、长寿命等诸多优点,成为了各国争相发展的重点之一。随着蓝光LED的研发成功,1996年白色LED也相继面世,为主要作为指示灯的LED向通用照明运用迈出了关键性的一步。经过十几年的发展,LED在照明领域的运用取得了长足进展,目前大功率LED芯片的发光强度可以较好地满足普通照明的要求。本文围绕大功率LED阵列照明驱动控制电路进行了深入阐述,从更好地确保LED芯片的供电安全和提高效率两个方面,做了如下工作:(1)根据大功率LED阵列的电气特性,提出了理想的驱动方法,要求其驱动电路同时具备恒压限流和恒流限压功能,使LED阵列工作在一个由电压和电流构成的矩形窗内。(2)针对恒压恒流同时工作容易使系统振荡的缺点,设计了一个可数字控制芯片实现的控制算法,其恒压恒流模式根据输出电压电流大小进行自动切换,使电路能够得到良好的控制。(3)构建了一个可调光的LED阵列恒压恒流驱动模型,该模型可以很方便的利用数字控制芯片实现电路控制。(4)设计了一款驱动由80个大功率LED串并组合而成的灯具的电源,通过仿真验证,取得了良好的驱动效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 与LED 相关的几个概念
• 1.2 大功率LED 概述及运用前景
• 1.2.1 大功率LED 概述
• 1.2.2 大功率LED 照明运用前景
• 1.3 数字控制芯片在开关电源中的运用
• 1.4 课题研究背景
• 1.5 论文的主要内容
• 第二章 大功率LED 灯具的驱动和调光方法
• 2.1 大功率LED 的电气特性
• 2.1.1 大功率LED 的正向电压和电流关系
• 2.1.2 大功率LED 光通量、主波长、色温与正向电流的关系
• 2.1.3 温度对大功率LED 光电参数的影响
• 2.1.4 大功率LED 发光效率与正向电流的关系
• 2.2 大功率LED 照明灯具的电气结构
• 2.3 大功率LED 灯具的驱动方法
• 2.3.1 恒压驱动法
• 2.3.2 恒流驱动法
• 2.3.3 恒压恒流驱动法
• 2.4 大功率LED 照明的调光控制
• 2.4.1 线性调光
• 2.4.2 可控硅调光
• 2.4.3 PWM 调光
• 2.5 本章小结
• 第三章 开关电源介绍及大功率LED 驱动拓扑选择
• 3.1 开关电源的原理
• 3.2 开关电源基本拓扑结构
• 3.2.1 降压转换（Buck）
• 3.2.2 升压转换（Boost）
• 3.2.3 正激式变换器（Forward Converter）
• 3.2.4 反激式变换器（Flyback Converter）
• 3.3 开关电源磁性元件的设计
• 3.4 大功率LED 照明驱动方案的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 数字PID 算法及数字均流控制
• 4.1 离散PID 算法
• 4.2 改进的离散PID 算法
• 4.2.1 带死区的PID
• 4.2.2 分段控制PID
• 4.2.3 变参数PID
• 4.3 数字均流控制
• 4.4 本章小结
• 第五章 恒流恒压数字控制算法及仿真
• 5.1 开关电源的控制算法
• 5.2 恒流恒压控制算法原理
• 5.2.1 偏差判断逻辑工作机制
• 5.2.2 PID 的计算过程
• 5.3 控制算法仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 恒压恒流LED 驱动电路的设计及仿真
• 6.1 大功率LED 阵列灯具的驱动模型
• 6.2 驱动电路设计要求
• 6.3 双开关正激式变换器的开环设计
• 6.4 控制环路设计
• 6.5 仿真结果分析
• 6.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件