【摘要】：隨著節(jié)能減排的提倡以及綠色照明趨勢(shì)的發(fā)展,LED照明因其所具有的低能耗,長(zhǎng)壽命以及無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn),正逐漸成為下一代主流的照明光源。由理論研究基礎(chǔ)可知,LED照明系統(tǒng)的效率不僅與發(fā)光材料有關(guān),同時(shí)與驅(qū)動(dòng)電路有關(guān)。LED驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換,為L(zhǎng)ED光源供電,其性能好壞直接影響LED應(yīng)用產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)與性能指標(biāo)。目前,單段線性LED驅(qū)動(dòng)電源因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉的特點(diǎn),可廣泛適用于中小功率應(yīng)用。然而,單段線性LED驅(qū)動(dòng)電源存在系統(tǒng)效率低的固有不足,如何實(shí)現(xiàn)單段線性LED驅(qū)動(dòng)電源的效率優(yōu)化具有現(xiàn)實(shí)的研究意義。本文針對(duì)單段線性LED驅(qū)動(dòng)電源,分析其系統(tǒng)效率不足的原因,考慮電流控制方案實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率優(yōu)化。分析在凸形,平形以及凹形三種不同形狀的LED電流下,其各自所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)效率大小關(guān)系。通過(guò)對(duì)三種不同形狀電流的數(shù)學(xué)建模以及理論計(jì)算后,得出在凹形電流控制下,單段線性LED驅(qū)動(dòng)電源可實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的系統(tǒng)效率。與此同時(shí),凹形電流控制下,其功率因數(shù)相對(duì)較低。因而電流形狀控制實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化的方案實(shí)際上是以犧牲功率因數(shù)為代價(jià),是系統(tǒng)效率與功率因數(shù)的折衷。在此基礎(chǔ)上,為獲取最佳的效率優(yōu)化效果,進(jìn)一步分析凹形電流參數(shù)變化對(duì)效率優(yōu)化效果的影響。經(jīng)分析后可知,隨著凹形電流凹曲程度的不斷增大,其效率優(yōu)化效果不斷提高,其功率因數(shù)不斷衰減。為獲取最佳的效率優(yōu)化效果,凹形電流的凹曲程度應(yīng)取最大值。與此同時(shí),伴隨著凹形電流凹曲程度的不斷增大,凹形電流導(dǎo)通點(diǎn)與關(guān)斷點(diǎn)電流不斷增大,凹形電流中間點(diǎn)電流不斷減小,電流變化幅度不斷增大。為避免電流變化所可能引起的頻閃問(wèn)題,對(duì)凹形電流控制方案進(jìn)一步優(yōu)化,引入切頂形電流控制方案,即將LED導(dǎo)通點(diǎn)與關(guān)斷點(diǎn)附近的電流截?cái)?將LED導(dǎo)通時(shí)間劃分為三個(gè)區(qū)間,在LED導(dǎo)通點(diǎn)與關(guān)斷點(diǎn)附近的工作區(qū)間內(nèi)為平形電流,在中間的工作區(qū)間內(nèi)為凹形電流。其具體的實(shí)現(xiàn)的方法是通過(guò)參考電壓與LED負(fù)端電壓的相對(duì)大小來(lái)控制電流工作區(qū)間的劃分。所采用的切頂形電流控制方案可視為凹形電流實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化與平形電流實(shí)現(xiàn)峰值電流優(yōu)化的折衷。其效率優(yōu)化效果隨凹形電流工作區(qū)間的逐漸增大而不斷提高,導(dǎo)通點(diǎn)與關(guān)斷點(diǎn)附近的峰值電流隨平形電流工作區(qū)間的逐漸增大而不斷減小。最后,本文設(shè)計(jì)的控制芯片采用TSMC 0.35μm 5V/650V CMOS/LDMOS工藝,并通過(guò)系統(tǒng)仿真,版圖設(shè)計(jì)并流片,在此基礎(chǔ)上通過(guò)輸出規(guī)格為90V/30mA的電路原型進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明:當(dāng)輸入電壓的范圍為99~121Vac時(shí),功率因數(shù)大于0.7,系統(tǒng)的效率在70%以上,相較于同等條件下的平形電流,本文所設(shè)計(jì)的切頂形電流控制可實(shí)現(xiàn)5%的系統(tǒng)效率優(yōu)化。因此,本文設(shè)計(jì)的控制芯片在實(shí)現(xiàn)單段線性LED驅(qū)動(dòng)電源效率優(yōu)化中具有良好的應(yīng)用前景。
【圖文】：

驅(qū)動(dòng)電源作為目前普遍應(yīng)用的 LED 驅(qū)動(dòng)電源中的一種，因其在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外率應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。本章中首先介紹 LED 驅(qū)動(dòng)電源效率優(yōu)化的背景與意 驅(qū)動(dòng)電源效率優(yōu)化的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。最后對(duì)本文的設(shè)計(jì)指標(biāo)、研究?jī)?nèi)容以景及意義能源危機(jī)與溫室效應(yīng)等問(wèn)題的日漸嚴(yán)重，綠色照明與節(jié)能環(huán)保逐漸成為社會(huì)發(fā)能源的高效利用。自第二次工業(yè)革命后，電力逐漸成為最常用，最便捷的能源多種形式利用電能，如照明，電動(dòng)機(jī)等。在這其中，用于照明的電能消耗占據(jù)，，照明電能消耗量達(dá)到 5670 億度，占全球電能總消耗量的 19%。最近幾年，及電網(wǎng)工程建設(shè)的推進(jìn)，照明電能消耗量占全球電能總消耗量的比重正逐年增 25%[1]。以美國(guó)為例，自 19 世紀(jì) 50 年代起，美國(guó)年度照明能耗逐年大幅上高照明產(chǎn)品的系統(tǒng)效率將會(huì)成為節(jié)能減排的重要實(shí)現(xiàn)方式，具有十分重要的意

圖 1.2 中國(guó) LED 照明市場(chǎng)規(guī)模柱狀圖的效率不僅與光源(發(fā)光材料)有關(guān)，而且與驅(qū)動(dòng)電路有關(guān)[6]。LED 驅(qū)動(dòng)電路實(shí) 光源供電，其性能好壞直接影響 LED 應(yīng)用產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)與性能指標(biāo)。事實(shí)可有效提高照明系統(tǒng)效率。研究現(xiàn)狀 LED 驅(qū)動(dòng)電源的廣泛應(yīng)用，在綠色照明，節(jié)能環(huán)保的背景下，針對(duì)線性 LED眾多學(xué)者的研究對(duì)象。諸多專(zhuān)家學(xué)者也開(kāi)展了許多關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)線性 LED 驅(qū)滿足降低功耗，提高效率的應(yīng)用需求。文獻(xiàn)[7]中提出低壓差線性 LED 驅(qū)動(dòng)方案，如圖 1.3 所示。在該驅(qū)動(dòng)方案中利的壓降，從而降低額外功耗，從而提高系統(tǒng)效率。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM923.34;TN402

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