發(fā)光二極管（Light-emitting diode,LED）具有光效高、顯色性好、壽命長、綠色環(huán)保、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點,廣泛用于路燈、背光顯示、信息標牌、汽車和建筑照明等領(lǐng)域。LED的照明質(zhì)量往往由LED驅(qū)動電源的性能直接決定,所以LED驅(qū)動電源必須具有高可靠性、高效率、低成本等優(yōu)點。為進一步改善LED驅(qū)動電源在寬范圍輸入電壓下的性能,提出了一種多模式寬范圍電壓輸入高效率無電解電容LED驅(qū)動器,本文主要研究內(nèi)容如下:首先,本文指出了在高輸入電壓下母線電壓高、在低輸入電壓下效率低、含有電解電容是制約LED驅(qū)動電源性能的主要因素。此外,對現(xiàn)有LED驅(qū)動器性能進行了對比,發(fā)現(xiàn)它們均難以在寬范圍輸入電壓下實現(xiàn)高可靠性、高效率和低成本,為改善LED驅(qū)動器在寬范圍輸入電壓下的性能提供基礎(chǔ)和方向。其次,針對LED驅(qū)動器在高輸入電壓下工作時母線電壓高、器件電壓應(yīng)力大、開關(guān)損耗高等問題,所提多模式LED驅(qū)動器工作于半壓輸入模式（Half Voltage Input Mode,HVIM）。雙向開關(guān)斷開,高輸入電壓由輸入電容均分,有效地降低了母線電壓,從而提高了系統(tǒng)效率,降低了成本。此外,在討論了半壓輸... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

單級式AC-DC LED驅(qū)動器

在單級式AC-DC LED驅(qū)動電路中,會經(jīng)常采用降壓(Buck)和反激(Flyback)兩種拓撲結(jié)構(gòu)以適應(yīng)中小功率場合的要求。但在具體應(yīng)用場合,兩者又有所區(qū)別:當驅(qū)動系統(tǒng)無需隔離時,則降壓電路是一個不錯的解決方案,但降壓電路的輸出電壓受電路降壓特性所限只能低于輸入電壓峰值,從而限制了其應(yīng)用范圍;反激電路具有輸入與輸出相隔離的特性,故在驅(qū)動系統(tǒng)需要隔離時,應(yīng)首先選擇反激電路,此外反激電路可以通過調(diào)節(jié)匝數(shù)比來實現(xiàn)不同的電壓輸出,適用范圍更廣。基于反激電路的傳統(tǒng)單級式AC-DC LED驅(qū)動器如圖1.3所示[13]。對于反激電路,如果要自動實現(xiàn)功率因數(shù)校正功能,最簡單直接的手段是使其在電流斷續(xù)模式中工作。但開關(guān)管的電壓應(yīng)力較高是這種工作方式面臨的最突出的問題,一方面不得不使用額定電壓更高的開關(guān)管,這將導(dǎo)致系統(tǒng)成本的上升。另一方面這將導(dǎo)致較大的開關(guān)損耗,系統(tǒng)效率偏低。因此常應(yīng)用于低功耗和對效率要求不高的場合。若要降低反激電路中開關(guān)管的電壓應(yīng)力,可使其工作在電流連續(xù)模式,但該模式下輸入電流為非正弦曲線,這意味著犧牲了系統(tǒng)的功率因數(shù)。此外,對于反激電路以及大多數(shù)的非隔離式電路,開關(guān)管以硬開關(guān)模式工作,系統(tǒng)效率因此降低。雖然已經(jīng)提出了一些新的軟開關(guān)技術(shù)如諧振軟開關(guān)來克服這些問題,但諧振單元的加入將導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加,而在小功率應(yīng)用場合首先考慮的是成本,因此單級式驅(qū)動拓撲應(yīng)用范圍有限。一般而言,研究者更傾向于添加變換器構(gòu)成多級式拓撲結(jié)構(gòu)而不是僅使用只有一個變換器的單級式結(jié)構(gòu)。其中主要的原因是大多數(shù)情況下AC-DC LED驅(qū)動電源需要同時滿足很多要求,比如功率因數(shù)校正、長的系統(tǒng)使用壽命、各個LED支路間的電流均衡、避免產(chǎn)生頻閃和高效率,而僅通過單級式驅(qū)動拓撲來完成這些任務(wù)往往是十分困難的。對于LED驅(qū)動器而言,目前最迫切的任務(wù)是將長的系統(tǒng)使用壽命和高效率結(jié)合在一起。AC-DC LED驅(qū)動系統(tǒng)可靠性受到很多條件制約,而電解電容由于壽命較短是最主要的因素。因此延長LED驅(qū)動器壽命最直接的方法就是使用薄膜電容來替代電解電容。但是薄膜電容亦有不可避免的缺點,就是在與電解電容相同的容值和耐壓等條件下,體積過大。為了避免LED驅(qū)動系統(tǒng)體積過大,需要盡可能減小電容容值。文獻[14]中實現(xiàn)了在單級式LED驅(qū)動器中使用薄膜電容,但是在系統(tǒng)的輸出電流中含有較大的電流紋波,這可能會導(dǎo)致LED發(fā)光特性下降甚至產(chǎn)生頻閃。

目前最普遍的做法是使用兩級結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)更為精準的電路控制和延長驅(qū)動系統(tǒng)壽命(使用薄膜電容代替電解電容)。一般而言,兩級式驅(qū)動拓撲包含功率因數(shù)校正級和功率控制級,第一級為功率因數(shù)校正級,以改善系統(tǒng)功率因數(shù)為主,第二級為功率控制級,通過一個DC/DC變換器來調(diào)節(jié)LED負載電流,如圖1.4所示。兩級獨立工作具有的優(yōu)勢是單級式驅(qū)動拓撲無法比擬的,如前所述,不同于單級式驅(qū)動電路中功率因數(shù)校正級的輸出直接加到LED負載上,兩級式電路中PFC輸出會經(jīng)過第二級調(diào)制到LED所需水平,可以增加母線電壓并允許出現(xiàn)更高的電壓紋波,因此可以極大地減小所需母線電容的容值,從而使用薄膜電容替代電解電容以延長系統(tǒng)壽命,與此同時還可以改善系統(tǒng)功率因數(shù)。但兩級式驅(qū)動電路中第一級和第二級獨立工作,互不影響,每一級相當于一個獨立的變換器,每一級都有專用的控制回路以及輔助電路,且開關(guān)管和柵極驅(qū)動器件數(shù)量增加,因此與單級式驅(qū)動系統(tǒng)相比,兩級式驅(qū)動系統(tǒng)成本大大增加。此外,由于輸出功率需要經(jīng)過兩級處理,系統(tǒng)效率會相應(yīng)地降低。為了減小能量處理過程中的損耗,很多新的技術(shù)被提出并運用到LED驅(qū)動系統(tǒng)中以提高系統(tǒng)效率。文獻[15]中提出了一種基于半橋諧振變換器的兩級式LED驅(qū)動器,文獻[16]中提出了一種基于CLCL電路的準諧振單級式LED驅(qū)動器,分別如圖1.5和圖1.6所示。與硬開關(guān)變換器相比,文獻[15,16]中的兩種LED驅(qū)動器均通過諧振方法使第二級開關(guān)管零電壓導(dǎo)通,從而減少LED驅(qū)動系統(tǒng)的開關(guān)損耗,在一定程度上可提高效率。


本文編號：3579880