利于高压轻载下谐波削减的LED调光驱动电路

论文摘要

随着全世界范围内能源危机问题的日益突出,节能减排和环保的要求越来越为人们所重视。照明作为电力能源消耗的一大方面也受到了人们的关注。半导体照明因其节能、环保、寿命长和响应速度快等显著优点,被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。本课题针对大功率LED照明系统设计中的关键技术和存在问题展开了研究。一方面通过比较不同的调光方案对于大功率LED的光效、色温、色坐标以及调光线性度、调光范围和调光效率等性能的影响,分析总结功率LED开关电源调光方案,即模拟调光（AM）和数字调光（PWM）的调光特性和优缺点,为研究高效、高质、长寿环保的可调光LED半导体光源奠定研究基础。第二方面也是本论文重点阐述的内容。适于驱动大功率LED的临界模式单级反激式有源功率因数校正电路（Single-Stage CRM Flyback APFCs）通常都要求具有宽输入电压范围和宽调光范围。而此电路在使用传统控制方法下在高输入电压或轻载时会产生输入电流畸变、THD上升和PF下降的问题。本文针对这个问题分析了临界模式单级反激式有源功率因数校正电路输入电流畸变的分类和来源,由此揭示了在高压输入和轻载情况下输入电流畸变加剧的原因。在此分析基础上提出了一种在原有控制信号中注入正弦平方量的改进控制方法,并就注入的大小对于输入电流谐波削减效果的影响进行了分析,得到了折中不同输入电流畸变影响的最佳注入比范围,是电路在全电压输入范围和全调光范围内均实现了有效的谐波削减。在理论分析的基础上,通过30W临界模式单级反激式有源功率因数校正电路样机验证了改进控制方法的有效性。实验结果表明,在采用合理的注入比下,改进控制方法可以使电路输入电流峰值畸变（Peak Distortion）得到有效地削减且在全输入电压范围和全调光范围内都有较低的THD,以符合国际上对于固态照明SSL（狭义上即指LED半导体照明）的谐波规定,例如欧盟标准IEC61000-3-2和能源之星。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 大功率LED半导体照明的发展和应用
• 1.2 本课题的国内外研究现状
• 1.2.1 LED的发光原理
• 1.2.2 LED的光电热耦合特性
• 1.2.3 大功率LED驱动技术研究
• 1.2.4 常用的大功率LED开关电源调光技术
• 1.3 本课题的主要研究内容、研究意义和目标
• 1.3.1 本课题主要研究内容
• 1.3.2 本课题研究意义
• 1.3.3 本课题研究目标
• 1.4 论文安排
• 第2章 单级反激式有源功率因数校正电路设计
• 2.1 大功率LED光电性能测试
• 2.2 30W大功率LED照明系统电源设计要求
• 2.3 30W单级反激式有源功率因数电路的设计
• 2.3.1 主回路参数设计
• 2.3.2 电路损耗计算和优化设计
• 2.4 电路性能测试实验结果
• 第3章 大功率LED调光方案研究
• 3.1 不同调光方案对于大功率LED性能的影响
• 3.1.1 实验条件和环境介绍
• 3.1.2 AM和PWM调光对于LED光学性能的影响
• 3.1.3 AM和PWM调光对于LED色度学性能的影响
• 3.2 基于不同调光方案的驱动电路性能比较
• 3.2.1 基于AM调光的大功率LED驱动电路调光性能
• 3.2.2 基于串联PWM调光的大功率LED驱动电路调光性能
• 3.3 大功率LED的指数调光电路设计
• 3.3.1 人眼感光原理
• 3.3.2 指数调光驱动电路的设计与分析
• 3.3.3 仿真与实验结果
• 第4章 输入电流谐波分析
• 4.1 临界电流模式的单级反激式APFC电路
• 4.2 输入电流畸变产生的原因分析
• 4.2.1 原边电感电流断续引入的电流峰值畸变
• 4.2.2 过零点检测（ZCD）引入的电流过零点畸变
• 4.3 高压轻载下输入电流畸变加剧分析
• 4.3.1 30W样机输入电流畸变测试
• 4.3.2 高压轻载下输入电流畸变加剧分析
• 第5章 利于高压轻载谐波削减的改进控制策略
• 5.1 改善峰值畸变的改进型控制策略
• 5.1.1 改进型挖制策略的提出
• 5.1.2 改进型挖制策略的电路实现
• 5.2 最佳注入比分析
• 5.3 实验结果和分析
• 5.3.1 改进型控制策略可行性验证
• 5.3.2 注入比γ分析实验
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果
• 致谢