模块化多路恒流输出LED驱动电源研究

摘要

随着新型材料的应用与封装工艺的不断提高，LED在光效、寿命、环保等方面与白炽灯、荧光灯等传统照明光源相比优势非常明显，已经在LCD背光源、隧道照明、路灯照明等大功率照明领域得到广泛应用，在不远的将来可能大规模进入通用照明领域，代表了未来照明工业的发展方向。
　　在大功率LED照明应用中，绝大多数是由电网交流电压供电，而LED又需要恒定直流驱动，必须采用功率变换装置——LED驱动电源进行匹配。为减少电力谐波污染，LED驱动电源需具备功率因数校正功能；为满足安全及安规方面的要求，LED驱动电源需实现输入输出电气隔离；在大功率高亮度照明领域，为满足光输出总量的要求，LED驱动电源需对多串LED进行恒流驱动，因此需实现多路恒流输出功能。由于功率因数校正技术已比较成熟，本论文研究的多路恒流输出LED驱动电源，主要实现输入输出电气隔离以及多路恒流输出功能。由于模块化设计可以缩短研发周期、降低开发成本、提高维护性、推动标准化，因此对推广应用具有重大意义。为此，本论文在总结、归纳现有三级、两级LED驱动电源及各种无源均流多路输出技术的基础上，提出研究由高频DC/AC逆变模块和无源高频AC/DC整流模块组成的模块化多路恒流输出LED驱动电源，其具备高效率、高可靠、低成本的特点。论文的主要研究内容及取得的研究成果如下：
　　首先，基于对高频DC/AC逆变模块性能要求的分析，选用恒频移相控制的全桥LC-LC串并联谐振逆变器作为其主电路，并对逆变器的工作原理进行了研究。根据输入输出参数，对主电路参数的选取原则进行了深入探讨，并对其设计过程进行了详细阐述。在此基础上，采用相量建模法建立的其大信号及小信号模型，进行了环路补偿设计。最后，搭建了一台输出功率为200W的实验样机，实验结果验证了理论分析的正确性。
　　其次，基于高频AC/DC整流模块单位输入功率因数及恒流输出的要求，推导出四种无源高频AC/DC整流器，并进行了实验验证。相关实验及理论分析结果表明，LCL-T型无源高频AC/DC整流器性能最优，因此选用其作为高频AC/DC整流模块的主电路。为了分析各无源元件参数容差对输出性能的影响，对输出电流与各无源元件参数的灵敏度进行了定量计算，这对无源元件的选取具有指导意义。论文还对LCL-T型无源高频AC/DC整流器的输入电压及负载（LED的颗数）对输出电流的影响进行了定量分析，为输入电压及串联LED颗数的选取提供了指导。
　　最后，论文对所提出的模块化多路恒流输出LED驱动电源进行了联机实验，实验结果表明其具有很好的多路恒流输出能力，并具备良好的动态性能。为克服工作环境变化对其性能的影响，提出了N+1主从控制模块化多路恒流输出LED驱动电源，定量分析了主路及从路串联LED颗数对输出电流的影响，实验结果证明了理论分析的正确性。

目录

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目录

1 绪 论

1.1选题的背景以及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要研究内容

2 高频DC/AC逆变器工作原理分析与设计

2.1 引言

2.2 工作原理分析及参数设计

2.3 本章小结

3 高频DC/AC逆变器小信号建模及闭环设计

3.1 引言

3.2小信号建模方法概述

3.3无源器件的相量域小信号模型

3.4高频DC/AC谐振逆变器相量域大信号模型

3.5高频DC/AC谐振逆变器相量域小信号模型

3.6 低通滤波器的设计

3.7 系统补偿器的设计

3.8实验验证

3.9本章小结

4 无源高频AC/DC整流器的研究与分析

4.1引言

4.2无源谐振恒流网络的研究与分析

4.3 LCL-T型无源谐振整流器研究与分析

4.4 实验研究与对比分析

4.5 输出电流灵敏度分析

4.6 输出电流精度分析

4.7 本章小结

5 模块化多路恒流输出LED驱动电源的系统实验研究

5.1引言

5.2 模块化多路恒流输出LED驱动电源的系统实验分析

5.3 N+1主从控制模块化多路恒流输出LED驱动电源实验分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 后续工作研究展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录

C. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目